KR100612326B1 - 잉크젯 헤드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 헤드의 제조방법이 제공된다. 이 방법은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기판을 준비하는 것을 포함하되, 상기 기판은 상기 제1 표면 상에 제공된 복수개의 압력 생성 요소들을 구비한다. 상기 압력 생성요소들이 제공된 상기 제1 표면 상에 적어도 하나의 개구부를 갖는 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제1 표면으로 부터 상기 기판을 건식 식각하여 상기 기판을 관통하는 잉크 공급홀을 형성하는 것을 포함한다. 상기 잉크젯 헤드의 제조방법에 의하면 잉크 공급홀의 형상 및 치수를 균일하고 재현성있게 조절할 수 있어 잉크젯 헤드의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
잉크젯, 잉크 공급홀, 건식식각, RIE, DRIE
Description
도 1은 일반적인 잉크젯 헤드의 부분 평면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 제5 실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도이다.
본 발명은 잉크젯 헤드의 제조방법에 관한 것으로 특히, 균일하고 재현성있는 형상 및 치수를 갖는 잉크 공급홀을 구비한 잉크젯 헤드의 제조방법에 관한 것 이다.
잉크젯 기록장치(ink jet recording device)는 인쇄용 잉크의 미소한 액적을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 기록장치는 가격이 저렴하고 수 많은 종류의 색상을 높은 해상도로 인쇄할 수 있어 광범위하게 사용되고 있다. 상기 잉크젯 기록장치는 기본적으로 잉크가 실질적으로 토출되는 잉크젯 헤드(ink jet head)와 상기 잉크젯 헤드와 유체 연통되는 잉크 수납용기를 포함한다. 상기 잉크젯 헤드는 잉크 토출을 위한 압력을 생성하기 위하여 제공되는 압력 생성요소(pressuer generating element)에 따라 전기-열 변환기(electro-thermal transducer)를 사용하는 열 방식과 전기-기계 변환기 (electro-mechanical transducer)를 사용하는 압전방식으로 분류된다.
상기 잉크젯 헤드는 칩 형태로 제공되는 실리콘 기판과 상기 실리콘 기판의 상부면(top surface) 상에 배치된 여러 구성요소들을 포함한다. 열 잉크젯 헤드 (thermal ink jet head)의 일예가 미국특허 제4,882,595호에 개시되어 있다. 상기 열 잉크젯 헤드는 상기 실리콘 기판 상에 배치되어 잉크 토출을 위한 열 에너지를 생성하는 복수개의 발열 저항기들(heat-generating resistors), 잉크 챔버 및 잉크 채널을 포함하는 잉크 유로(ink flow path)의 측벽을 한정하는 챔버층, 및 상기 챔버층 상에 배치된 노즐층을 갖는다. 상기 노즐층은 상기 발열저항기들의 각각과 대응되는 복수개의 노즐들을 갖는다. 상기 실리콘 기판의 하부면(bottom surface)은 잉크 수납용기에 부착되며, 상기 잉크 수납용기 내의 잉크는 상기 실리콘 기판을 관통하는 잉크 공급홀(ink feed hole)을 통하여 상기 잉크젯 헤드로 제공된다. 상기 잉크 공급홀을 통하여 제공된 잉크는 상기 잉크 채널을 거쳐 상기 잉크 챔버 내에 임시로 저장된다. 상기 잉크 챔버에 저장된 잉크는 상기 발열저항기에 의하여 순간적으로 가열되며 이때 발생한 압력에 의하여 액적의 형태로 상기 노즐을 통하여 기록 매체 상으로 토출된다. 이후, 상기 잉크 채널을 통해 상기 잉크챔버 내에 잉크가 재충전된다.
상기 잉크젯 헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건을 만족하여야 한다. 첫째, 제조공정이 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량생산이 가능하여야 한다. 둘째, 고화질의 화상을 얻기 위하여는 인접한 노즐 사이의 간섭(cross talk)은 억제하면서도 인접한 노즐 사이의 간격은 가능한 좁아야 한다. 즉, 고 해상도를 얻기 위하여는 다수의 노즐을 고밀도로 배치할 수 있어야 한다. 셋째, 고속인쇄를 위하여는 잉크 챔버로부터 잉크가 토출된 후 잉크 챔버에 잉크가 재충전되는 주기가 가능한 짧아야 한다.
상술한 바와 같은 요건을 만족시키기 위하여 여러 방법들이 시도되고 있다. 예들들어, 다양한 잉크젯 헤드의 제조방법들이 미국특허 제6,409,312호, 미국특허 제6,390,606호, 및 일본공개특허 제2003-89029호 등에 개시되어 있다. 상기 종래 잉크젯 헤드의 제조방법들에 의하면, 상기 실리콘 기판을 관통하는 상기 잉크 공급홀은 상기 실리콘 기판의 하부면으로 부터 상기 실리콘 기판을 식각함으로써 형성된다. 상기 실리콘 기판에 대한 식각공정으로는 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)와 같은 강알칼리성 용액을 식각액으로 사용하는 습식식각 공정이나 샌드블라스팅(sandblasting)공정과 같은 건식식각 공정이 적용되어 왔다. 그러나, 상기 실리콘 기판을 하부면으로 부터 식각하여 상기 잉크 공급홀을 형성하는 공정은 다음과 같은 문제점이 있을 수 있다.
먼저, 습식식각에 있어서, 실리콘 기판의 하부면에 형성된 식각마스크와 상기 실리콘 기판과의 식각 선택비 차이로 인하여 상기 실리콘 기판의 하부에 언더컷 (undercut)이 발생하게 된다. 이 경우, 상기 언더컷이 발생한 부분을 덮는 상기 식각마스크의 에지부분이 상기 잉크 유로 내부로 침투하여 불순물로 작용할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 습식식각이 수행된 후 상기 식각마스크의 에지부분을 제거하기 위한 별도의 공정이 필요하게 된다. 또한, 습식식각 중 실리콘 기판의 상부면 상에 기 형성된 발열저항기와 같은 구조물들을 보호하기 위한 별도의 마스킹 공정이 요구되어 공정상의 번거로움이 있다. 다음으로, 샌드블라스팅과 건식식각의 경우는 공정에 사용되는 미세한 모래가 상기 잉크젯 헤드 내에서 파티클로 작용하여 잉크 토출 특성을 저하시킬 수 있다.
또한, 상기 실리콘 기판의 하부면으로 부터 상부면 방향으로 습식 또는 건식식각이 진행되므로 상기 실리콘 기판의 상부면에 형성된 상기 잉크공급홀의 출구 아웃라인이 거칠게 형성되며 그 형상 및 치수를 재현성있게 제어하기 어렵다. 이 경우, 상기 잉크 공급홀의 출구 아웃라인으로부터 상기 각각의 잉크 채널까지의 거리가 불균일하게 되어 잉크 토출 후 잉크 챔버 내로 잉크가 재충전되는 속도가 불균일하게 될 수 있다. 그 결과, 각 잉크챔버에서의 잉크 토출 주파수가 서로 달라질 수 있어 상기 잉크젯 헤드의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 잉크젯 헤드의 제조방법에 있어서, 잉크 공급홀의 형상 및 치수를 균일하고 재현성있게 조절하여 잉크젯 헤드의 수율 및 신뢰성을 향상시키는 데 있다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 균일하고 재현성있는 형상 및 치수를 갖는 잉크 공급홀을 구비한 잉크젯 헤드의 제조방법이 제공된다. 상기 잉크젯 헤드의 제조방법은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기판을 준비하는 것을 포함하되, 상기 기판은 상기 제1 표면 상에 제공된 복수개의 압력 생성요소들을 구비한다. 상기 압력 생성요소들이 제공된 상기 제1 표면 상에 적어도 하나의 개구부를 갖는 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제1 표면으로 부터 상기 기판을 건식 식각하여 상기 기판을 관통하는 잉크 공급홀을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 상기 기판은 실리콘 기판일 수 있으며, 상기 기판을 건식식각하는 것은 RIE(Reactive Ion Etching) 공정 또는 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)공정을 적용하여 수행될 수 있다. 또한, 상기 마스크 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 포토레지스트막, 감광성 수지층, 금속막 또는 금속산화막으로 형성될 수 있다.
상기 본 발명의 일 태양에 의하면, 상기 잉크젯 헤드의 제조방법은 상기 잉크 공급홀을 형성한 후에, 상기 마스크 패턴을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다. 이후, 상기 기판의 제1 면 상에 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층을 형성한다. 상기 챔버층 상에, 상기 압력 생성요소와 대응되는 복수개의 노즐들을 구비한 노즐층을 형성한다. 이 경우, 상기 챔버층은 감광성 드라이 필름층을 패터닝하여 형성할 수 있으며, 상기 노즐층은 상기 챔버층 상에 접착된다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상기 잉크젯 헤드의 제조방법은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기판을 준비하는 것을 포함하되, 상기 기판은 상기 제1 표면 상에 제공된 복수개의 압력 생성요소들을 구비한다. 상기 압력 생성요소들이 제공된 상기 제1 표면 상에 적어도 하나의 개구부를 갖는 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제2 표면으로 부터 소정높이를 갖는 식각잔류부가 남도록 상기 제1 표면으로 부터 상기 기판을 부분 건식 식각하여 상기 기판 내에 잉크 공급홀을 형성한다. 상기 기판의 제2 표면을 연마하여 상기 식각잔류부를 제거한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 잉크 공급홀을 형성한 후에, 상기 마스크 패턴을 제거하는 것을 더 포함할 수 있다. 이후, 상기 기판의 제1 면 상에 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층을 형성한다. 상기 챔버층 사이의 잉크 유로 및 상기 잉크 공급홀을 채우는 희생 몰드층을 형성한다.
이 경우에, 상기 식각잔류부를 제거한 후에, 상기 챔버층 및 상기 희생 몰드층 상에 상기 압력 생성요소와 대응되는 복수개의 노즐들을 갖는 노즐층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 이후, 상기 희생 몰드층을 용해하여 제거한다. 이와는 달리, 상기 압력 생성요소들과 대응되는 복수개의 노즐들을 갖는 노즐층은 상기 희생 몰드층을 형성한 후에 형성될 수 도 있다. 또한, 상기 희생 몰드층을 제거하 는 것은 상기 식각 잔류부를 제거한 후에 수행될 수 도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 챔버층은 상기 마스크 패턴을 형성하기 전에 상기 기판의 제1 표면 상에 형성될 수 있으며, 상기 마스크 패턴은 상기 챔버층을 갖는 상기 제1 표면 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양에 의하면, 상기 잉크젯 헤드의 제조방법은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기판을 준비하는 것을 포함하되, 상기 기판은 상기 제1 표면 상에 제공된 복수개의 압력 생성요소들을 구비한다. 상기 압력 생성요소들이 제공된 상기 제1 표면 상에 적어도 하나의 개구부를 갖는 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제2 표면으로 부터 소정높이를 갖는 식각잔류부가 남도록 상기 제1 표면으로 부터 상기 기판을 부분 건식 식각하여 상기 기판 내에 잉크 공급홀을 형성한다. 상기 잉크 공급홀을 채우고, 잉크 유로가 형성될 영역을 덮는 희생 몰드층을 형성한다. 상기 기판의 제2 표면을 연마하여 상기 식각잔류부를 제거한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 식각 잔류부를 제거한 후에, 상기 희생 몰드층의 측벽 및 상부면을 덮되, 상기 압력 생성요소들과 대응되는 복수개의 노즐들을 갖는 챔버/노즐층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다. 이후, 상기 희생 몰드층을 용해하여 제거한다.
이와는 달리, 상기 챔버/노즐층은 상기 희생 몰드층을 형성한 후에 형성될 수 있다. 또한, 상기 희생 몰드층을 제거하는 것은 상기 식각 잔류부를 제거한 후에 수행될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 일반적인 잉크젯 헤드의 부분 평면도이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(100)이 준비된다. 상기 기판(100)은 반도체 소자의 제조공정에 사용되며, 약 500㎛의 두께를 갖는 실리콘 기판일 수 있다. 상기 기판(100)은 상부면(100a) 및 상기 상부면(100a)과 대향되는 하부면(100b)을 갖는다. 상기 기판(100)의 상부면(100a) 상에는 잉크 토출을 위한 압력을 생성시키는 복수개의 압력 생성요소들(102)이 형성된다. 본 발명의 실시예들에서 상기 압력 생성요소들(102)은 탄탈륨 또는 텅스텐과 같은 고저항 금속, 탄탈륨 알루미늄 같은 상기 고저항 금속을 포함하는 합금 또는 불순물이온이 도핑된 폴리실리콘으로 이루어진 발열저항기일 수 있다. 상기 압력 생성요소들(102)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 상부면(100a) 상에 2열로 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 압력 생성요소들(102)은 도 1에 도시된 바와 같이 일직선 상에 배치될 수 있으며, 이와는 달리 각열에서 지그재그로 배치될 수 도 있다.
그 밖에 상기 상부면(100a) 상에는 상기 압력 생성요소들(102)에 전기적 신호를 공급하기 위한 배선, 외부 회로와 상기 압력 생성요소들(102)을 전기적으로 연결하기 위한 도전성 패드, 상기 기판(100) 상의 최하층에 형성되는 실리콘 산화막 열장벽층 및 상기 구조물들을 보호하기 위한 패시베이션층이 더 형성될 수 있다. 상기 압력 생성요소들(102)을 포함하는 상기 구성요소들의 형성방법 및 재료등은 본 발명의 사상을 한정하지 않으며 당업자에 공지된 기술에 의하여 다양하게 변형실시 될 수 있다. 따라서, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 압력 생성요소들(102)을 갖는 상기 상부면 (100a) 상에 마스크 패턴(104)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(104)은 실리콘 산화막 (SiO2), 실리콘 질화막(SiN), 포토레지스트막, 감광성 수지층, 탄탈륨과 같은 금속막 또는 탄탈륨 산화막과 같은 금속 산화막으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 마스크 패턴(104)이 실리콘 산화막인 경우에, 상기 마스크 패턴(104)은 화학기상증착(CVD)법 또는 스핀 코팅법에 의하여 상기 상부면(100a) 상에 실리콘 산화막을 형성한후, 포토 및 이방성식각 공정을 수행하여 상기 실리콘 산화막을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 또한, 마스크 패턴(104)이 상기 포토레지스트막인 경우에, 상기 마스크 패턴(104)은 포토레지스트 물질막을 스핀코팅법에 의하여 상기 상부면(100a) 상에 도포하고, 노광 및 현상 공정을 포함하는 포토공정을 수행하여 상기 포토레지스트 물질막을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 마스크 패턴 (104)은 후속 공정에 의하여 잉크 공급홀이 형성될 상기 기판(100)의 소정영역을 노출시킨다. 이후, 상기 마스크 패턴(104)을 식각마스크로 사용하여 상기 상부면 (100a)으로 부터 상기 하부면(100b)을 향하여 상기 기판(100)을 건식식각한다. 그 결과, 상기 기판(100)을 관통하는 잉크 공급홀(ink feed hole;106)이 형성된다. 상기 잉크 공급홀(106)은 상기 압력 생성요소들(102)이 배치되지 않은 상기 기판(100)의 소정영역을 관통하도록 형성된다. 상기 잉크 공급홀(106)은 도 1에 도시된 바와 같이 2열로 배치된 상기 압력 생성요소들(102) 사이에 단일의 슬롯 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 기판(100)은 RIE(Reactive Ion Etching)공정 또는 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)공정을 통하여 식각될 수 있다. 상기 DRIE 공정은 ICP(Inductive Coupled Plasma) 공정이라고도 알려져 있다. 특히, 상기 DRIE 공정은 고농도 플라즈마 소스를 사용하고, 식각과 보호층 증착을 교대로 수행함으로써 높은 종횡비(high aspect ratio)를 얻을 수 있어 약 500㎛정도의 두께를 갖는 실리콘 기판을 식각하는데 적당하다. 이 경우, 식각 플라즈마 소스(etching plasma source)로는 SF6 가스가 사용될 수 있으며, 보호 플라즈마 소스(passivating plasma source)로는 C4F8 가스가 사용될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 마스크 패턴(도 3의 104)을 제거한다. 상기 마스크 패턴(도 3의 104)이 실리콘 산화막으로 형성된 경우에 상기 마스크 패턴(도 3의 104)은 불소를 함유하는 용액, 예를 들어 BOE(buffered oxide etcahnt) 또는 불산(HF)를 식각액으로 사용한 습식식각을 통하여 제거될 수 있다. 또한, 상기 마스크 패턴(도 3의 104)이 포토레지스트막으로 형성된 경우에 상기 마스크 패턴(도 3의 104)은 산소 플라즈마를 사용한 애슁(ashing) 공정을 통하여 제거될 수 있다.
다음으로, 상기 잉크 공급홀(106)을 갖는 상기 기판(100)의 상부면(100a) 상에 챔버층(108)을 형성한다. 상기 챔버층(108)은 다음과 같은 공정을 통하여 형성될 수 있다. 먼저, 상기 기판(100)의 상부면(100a) 상에 감광성 드라이 필름층을 가열, 가압하여 압착하는 라미네이션(lamination) 방법에 의하여 도포한다. 상기 감광성 드라이 필름층은 예를 들어, 듀퐁사(Dupont)로 부터 VACREL 또는 RISTON의 상품명으로 구입할 수 있는 네가티브 감광성 수지 필름일 수 있다. 상기 감광성 드라이 필름층을 노광 및 현상하여 패터닝함으로써, 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층(108)이 형성된다. 이후, 복수개의 노즐들(110′)을 구비하는 노즐층(110)을 상기 챔버층(108) 상에 가열 가압하여 접착한다. 이때, 상기 노즐들(110′)의 각각은 상기 압력 생성요소들(102) 각각의 직상부에 위치하도록 정렬된다. 상기 노즐층(110)을 형성하는 공정은 당업자에게 공지된 방법에 의하여 다양하게 실시될 수 있으며, 이에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 노즐층(110)은 니켈 전해도금 공정, 또는 마이크로 펀칭 및 연마공정에 의하여 형성될 수 있다. 상기 챔버층(108) 상에 상기 노즐층(110)을 형성함으로써 잉크 챔버들(120) 및 잉크 채널들(122)이 최종적으로 형성된다. 상기 잉크 챔버들(120) 및 상기 잉크 채널들(122)은 상기 기판(100) 상에서 잉크의 이동통로로 제공되는 잉크유로를 구성한다.
도 1 및 도 3을 참조하여 설명한바와 같이, 상기 잉크 공급홀(106)은 상기 상부면(100a)으로 부터 상기 하부면(100b)을 향하여 상기 기판(100)을 건식식각함으로써 형성된다. 그 결과, 상기 기판(100)의 상부면(100a)에서 정의된 상기 잉크 공급홀(106)의 출구 아웃라인의 형상 및 치수가 정밀하고 재현성있게 조절될 수 있다. 따라서, 상기 잉크 공급홀(106)의 출구 아웃라인으로 부터 각 잉크채널들 (122)의 입구까지의 거리가 균일하게 조절될 수 있어, 잉크 토출후 상기 잉크 챔버들(122) 내로 잉크가 재충전되는 속도가 균일하게 된다. 또한, 건식식각에 의하여 상기 잉크 공급홀(106)을 형성하게 되므로, 종래 기판의 하부면으로 부터 기판을 습식식각하여 잉크 공급홀을 형성하는 경우에 비하여 상기 기판(100)의 하부면 (100b)에서 정의된 상기 잉크 공급홀(106) 출구 면적이 감소하게 된다. 그 결과, 상기 하부면(100b)에 잉크 카트리지를 접착시키는 경우 상기 잉크 공급홀(106)의 출구 면적이 감소한 만큼 상기 잉크 카트리지와 접착면적이 증가하게 되어 잉크 누수를 방지할 수 있게 된다. 더 나아가, 종래 기판의 하부면으로 부터 기판을 건식식각하는 경우 기판의 상부면에 형성된 식각 정지막과 기판과의 식각선택비 차이에 의하여 상기 기판의 상부면 부근에서 노칭(notching)이 발생하여 잉크 공급홀의 출구 아웃라인의 형상 및 수치 제어가 어렵다. 그러나, 상술한 바와 같이 상기 기판(100)의 상부면(100a)으로 부터 건식식각 하는 경우 노칭에 의한 문제점을 방지할 수 있게 된다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 먼저 도 2에서 설명된 바와 같이 복수개의 압력 생성요소들(102)을 구비하는 기판(100)을 준비한다. 이후, 상기 기판(100)의 상부면(100a) 상에 잉크 공급홀이 형성될 영역을 노출시키는 마스크 패턴(104)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(104)을 식각마스크로 사용하여 상기 기판(100)을 상기 상부면(100a)으로부터 건식식각하여 상기 기판(100) 내에 잉크 공급홀(206)을 형성한다. 상기 기판(100)은 RIE(Reactive Ion Etching)공정 또는 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)공정을 통하여 식각될 수 있다. 상기 건식식각은 상기 기판(100)의 하부면(100b)으로 부터 소정두께(T)를 갖는 식각잔류부(100′)가 남도록 부분적으로 수행된다. 즉, 상기 건식식각은 상기 식각 잔류부 (100′)가 남을때 까지 진행된다. 상기 식각잔류부(100′)는 약 10 내지 50㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 먼저, 상기 마스크 패턴(104)을 습식 또는 건식식각하여 제거한다. 이후, 상기 잉크 공급홀(206)을 갖는 기판의 상부면(100a) 상에 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층(208)을 형성한다. 상기 챔버층(208)은 상기 기판(100)의 상부면(100a) 상에 감광성 수지층을 형성한 후 상기 감광성 수지층을 노광 및 현상함으로서 형성될 수 있다. 상기 감광성 수지층은 액상의 감광성 수지를 사용한 스핀 코팅법에 의하여 형성되거나, 감광성 드라이 필름층을 라미네이션 방법으로 가열 압착하여 형성될 수 있다. 상기 챔버층(208)을 형성한 후에 상기 잉크 공급홀(206) 및 상기 챔버층(208) 사이의 잉크 유로가 형성될 영역을 채우는 희생 몰드층(209)을 형성한다. 더욱 상세하게는, 상기 챔버층(208)을 갖는 기판 (100)의 상부면(100a) 상에 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드(poly amide)계열의 포지티브 감광성 수지층, 또는 열 가소성 수지층을 스핀 코팅법에 의하여 형성한다. 이후, 상기 챔버층(208)의 상부면이 노출되도록 상기 포지티브 감광성 수지층 또는 열가소성 수지층을 평탄화시켜 상기 희생 몰드층(209)을 형성한다. 상기 평탄화는 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing;CMP)공정에 의하여 수행될 수 있다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 상기 희생 몰드층(209)을 형성한 후에, 상기 기판(100)의 하부면(100b)을 화학 기계적연마하여 상기 식각잔류부(도 6의 100′)를 제거한다. 그 결과, 상기 식각 잔류부(도 6의 100′)가 제거된 영역을 통해 상기 희생 몰드층(209)의 하부면이 노출되며, 상기 기판(100)은 상기 잉크 공급홀 (206)에 의하여 관통된다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 상기 식각잔류부(도 6의 100′)를 제거한 후에, 상기 챔버층(208) 및 상기 희생 몰드층(209) 상에 노즐 재료층(nozzle material layer)를 형성한다. 상기 노즐 재료층은 스핀 코팅법을 사용하여 네가티브 감광성 수지층 또는 열경화성 수지층으로 형성될 수 있다. 이후, 상기 노즐 재료층을 패터닝하여 상기 압력 생성요소들(102)의 직상부에 위치하는 노즐들(210′)을 갖는 노즐층(210)을 형성한다. 상기 노즐 재료층이 네가티브 감광성 수지층인 경우에 상기 네가티브 감광성 수지층은 노즐 패턴이 마련된 포토마스크를 사용한 노광 및 현상 공정을 통하여 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 노즐 재료층이 열경화성 수지층인 경우에 상기 열경화성 수지층은 포토 및 산소 플라즈마를 사용한 이방성식각 공정에 의하여 패터닝될 수 있다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 상기 노즐층(210)을 형성한 후에, 상기 희생 몰드층(209)을 용해하여 제거한다. 상기 희생 몰드층(209)은 예를 들어, 글리콜 에테르(glycol ether), 메틸 락태이트(methyl lactate) 또는 에틸 락태이트(ethyl lactate)와 같은 용매를 사용하여 제거할 수 있다. 상기 희생 몰드층(209)을 제거한 결과, 상기 희생 몰드층(209)이 제거된 영역에 잉크챔버(120) 및 잉크채널(122)를 포함하는 잉크 유로가 최종적으로 형성된다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
도 1, 도 10 및 도 11을 함께 참조하면, 도 7에서 설명된 CMP 공정은 상기 노즐층(210)을 형성한 후 수행될 수 도 있다. 즉, 도 5 및 도 6에서 설명된 바와 같은 공정을 수행 한 후, CMP 공정을 수행하기 전에 상기 챔버층(208) 및 상기 희생몰드층(209) 상에 상기 압력 생성요소들(102)과 대응되는 노즐들(210′)을 갖는 노즐층(210)을 먼저 형성한다. 이후, 도 11에 도시된 바와 같이 CMP 공정을 수행하여 상기 식각잔류부(100′)를 제거하고, 이어서 상기 희생 몰드층(209)을 용해하여 제거한다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 12를 참조하면, 도 5에서 설명된 상기 잉크 공급홀(206) 형성 공정은 도 6에서 설명된 상기 챔버층(208)을 형성한 후 수행될 수 있다. 즉, 상기 압력 생성요소들(102)을 구비하는 상기 기판(100)의 상부면(100a) 상에 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층(208)이 먼저 형성된다. 이후, 상기 챔버층(208)을 갖는 상기 상부면(100a) 상에 마스크 패턴(304)이 형성된다. 상기 마스크 패턴(304)을 식각마스크로 사용하여 상기 기판(100)을 건식식각하여 상기 기판(100) 내에 잉크 공급홀(206)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(304)을 제거한 후, 도 6 내지 도 11에서 설명된 바와 같은 공정들을 수행하여 잉크젯 헤드를 제조할 수 있다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 제5 실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 13을 참조하면, 도 5에서 설명된 바와 같은 공정을 수행하여 상기 압력 생성요소들(102)을 구비하는 상기 기판(100) 내에 상기 잉크 공급홀(206)을 형성한다. 이후, 상기 잉크 공급홀(206)을 갖는 상기 기판(100)의 상부면 (100a) 상에 포지티브 감광성 수지층 또는 열가소성 수지층을 형성한다. 이후, 상기 포지티브 감광성 수지층 또는 열가소성 수지층을 패터닝하여 상기 잉크 공급홀 (206)을 채우고, 잉크 유로가 형성될 영역을 덮는 희생 몰드층(209)을 형성한다.
도 1 및 도 14를 참조하면, 상기 희생 몰드층(209)을 형성한 후에, 상기 기판의 하부면(100b)을 화학 기계적연마하여 상기 식각잔류부(도 13의 100′)를 제거한다. 그 결과, 상기 식각 잔류부(도 13의 100′)가 제거된 영역을 통해 상기 희생 몰드층(209)의 하부면이 노출되며, 상기 기판(100)은 상기 잉크 공급홀 (206)에 의하여 관통된다.
도 1 및 도 15를 참조하면, 상기 식각잔류부(도 13의 100′)를 제거한 후에, 상기 희생 몰드층(209)을 갖는 상기 상부면(100a) 상에 챔버/노즐 재료층을 형성한다. 상기 챔버/노즐 재료층은 네가티브 감광성 수지층 또는 열경화성 수지층으로 형성될 수 있다. 이후, 상기 챔버/노즐 재료층을 패터닝하여 상기 압력 생성요소들(102)과 대응되는 노즐들(510′)을 갖는 챔버/노즐층(510)을 형성한다. 한편, 도 15에서 설명된 챔버/노즐층(510)을 형성하는 공정은 도 14에서 설명된 식각잔류부(도 13의 100′)를 제거하는 공정보다 먼저 수행될 수 도 있다. 즉, 상기 희생 몰드층(209)를 갖는 상기 상부면(100a) 상에 상기 챔버/노즐층(510)을 먼저 형성한 후, 상기 하부면(100b)을 CMP하여 상기 식각잔류부(100′)를 제거할 수도 있다.
도 1 및 도 16을 참조하면, 상기 챔버/노즐층(510)을 형성한 후 또는 상기 식각 잔류부를 제거한(100′) 후에 상기 희생 몰드층(209)을 용해하여 제거한다. 그 결과, 상기 희생 몰드층(209)이 제거된 영역에 잉크 챔버(120) 및 잉크 채널(122)을 포함하는 잉크 유로가 최종적으로 형성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 잉크젯 헤드의 제조방법에 있어서, 압력생성요소와 같은 잉크 토출요소들(ink ejecting elements)이 형성되는 기판의 상부면으로 부터 건식식각을 수행하여 잉크 공급홀을 형성한다. 그 결과, 잉크 공급홀의 형상 및 치수를 균일하고 재현성있게 조절할 수 있어 잉크젯 헤드의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Claims (30)
- 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기판을 준비하되, 상기 기판은 상기 제1 표면 상에 제공된 복수개의 압력 생성 요소들을 구비하고,상기 압력 생성 요소들이 제공된 상기 제1 표면 상에 마스크 패턴을 형성하고,상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제1 표면으로 부터 상기 기판을 건식 식각하여 상기 기판을 관통하는 잉크 공급홀을 형성하는 것을 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판을 건식식각하는 것은 RIE 공정 또는 DRIE 공정을 적용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마스크 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 포토레지스트막, 감광성 수지층, 금속막 또는 금속 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 잉크 공급홀을 형성한 후에,상기 마스크 패턴을 제거하고,상기 기판의 제1 표면 상에 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층을 형성하고,상기 챔버층 상에, 상기 압력 생성요소들과 대응되는 복수개의 노즐들을 구비한 노즐층을 형성하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 챔버층은 감광성 드라이 필름층을 패터닝하여 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기판을 준비하되, 상기 기판은 상기 제1 표면 상에 제공된 복수개의 압력 생성 요소들을 구비하고,상기 압력 생성 요소들이 제공된 상기 제1 표면 상에 마스크 패턴을 형성하고,상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제2 표면으로 부터 소정두께를 갖는 식각잔류부가 남도록 상기 제1 표면으로 부터 상기 기판을 부분 건식 식각하여 상기 기판 내에 잉크 공급홀을 형성하고,상기 마스크 패턴을 제거하고,상기 기판의 제1 표면 상에 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층을 형성하고,상기 기판의 제2 표면을 연마하여 상기 식각잔류부를 제거하는 것을 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 기판은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 기판을 건식식각하는 것은 RIE 공정 또는 DRIE 공정을 적용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 식각잔류부는 약 10 내지 약 50㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 마스크 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 포토레지스트막, 감광성 수지층, 금속막 또는 금속 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 기판의 제 2면을 연마하는 것은 화학 기계적 연마공정을 적용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 7 항에 있어서,상기 챔버층을 형성한 후에,상기 챔버층 사이의 잉크 유로 및 상기 잉크 공급홀을 채우는 희생 몰드층을 형성하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 챔버층을 형성하는 것은,상기 기판의 제1 표면 상에 스핀 코팅법을 적용하여 감광성 수지층을 형성하고,상기 감광성 수지층을 노광 및 현상하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 희생 몰드층은 포지티브 감광성 수지층 또는 열가소성 수지층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 식각 잔류부를 제거한 후에,상기 챔버층 및 상기 희생 몰드층 상에 상기 압력 생성요소들과 대응되는 복수개의 노즐들을 갖는 노즐층을 형성하고,상기 희생 몰드층을 용해하여 제거하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 희생 몰드층을 형성한 후에, 상기 챔버층 및 상기 희생 몰드층 상에 상기 압력 생성요소들과 대응되는 복수개의 노즐을 갖는 노즐층을 형성하고,상기 식각 잔류부를 제거한 후에, 상기 희생 몰드층을 제거하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기판을 준비하되, 상기 기판은 상기 제1 표면 상에 제공된 복수개의 압력 생성 요소들을 구비하고,상기 기판의 제1 표면 상에 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층을 형성하고,상기 챔버층을 갖는 상기 기판의 제1 표면 상에 마스크 패턴을 형성하고,상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제2 표면으로 부터 소정두께를 갖는 식각잔류부가 남도록 상기 제1 표면으로 부터 상기 기판을 부분 건식 식각하여 상기 기판 내에 잉크 공급홀을 형성하고,상기 기판의 제2 표면을 연마하여 상기 식각잔류부를 제거하는 것을 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 잉크 공급홀을 형성한 후에,상기 마스크 패턴을 제거하고,상기 챔버층 사이의 상기 잉크 유로 및 상기 잉크 공급홀을 채우는 희생 몰드층을 형성하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 식각 잔류부를 제거한 후에,상기 챔버층 및 상기 희생 몰드층 상에 상기 압력 생성요소들과 대응되는 복수개의 노즐들을 갖는 노즐층을 형성하고,상기 희생 몰드층을 용해하여 제거하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 희생 몰드층을 형성한 후에, 상기 챔버층 및 상기 희생 몰드층 상에 상기 압력 생성요소와 대응되는 복수개의 노즐들을 갖는 노즐층을 형성하고,상기 식각 잔류부를 제거한 후에, 상기 희생 몰드층을 제거하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 기판을 준비하되, 상기 기판은 상기 제1 표면 상에 제공된 복수개의 압력 생성요소들을 구비하고,상기 압력 생성요소들이 제공된 상기 제1 표면 상에 마스크 패턴을 형성하고,상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 제2 표면으로 부터 소정두께를 갖는 식각잔류부가 남도록 상기 제1 표면으로 부터 상기 기판을 부분 건식 식각하여 상기 기판 내에 잉크 공급홀을 형성하고,상기 잉크 공급홀을 채우고, 잉크 유로가 형성될 영역을 덮는 희생 몰드층을 형성하고,상기 기판의 제2 표면을 연마하여 상기 식각잔류부를 제거하는 것을 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 기판은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 기판을 건식식각하는 것은 RIE 공정 또는 DRIE 공정을 적용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 상기 식각잔류부는 약 10 내지 약 50㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 마스크 패턴은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 포토레지스트막, 감광성 수지층, 금속막 또는 금속 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 기판의 제2 표면을 연마하는 것은 화학 기계적 연마공정을 적용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 식각잔류부를 제거한 후에,상기 희생 몰드층의 측벽 및 상부면을 덮되, 상기 압력 생성요소들과 대응되는 복수개의 노즐들을 갖는 챔버/노즐층을 형성하고,상기 희생 몰드층을 용해하여 제거하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 22 항에 있어서,상기 희생 몰드층을 형성한 후에, 상기 희생 몰드층의 측벽 및 상부면을 덮되, 상기 압력 생성요소와 대응되는 복수개의 노즐들을 갖는 챔버/노즐층을 형성하고,상기 식각 잔류부를 제거한 후에, 상기 희생 몰드층을 제거하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
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