KR101169429B1 - 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
일체식 잉크젯 헤드의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 기판 상에 잉크 토출을 위한 압력을 생성하는 발열 저항기를 형성하는 것을 포함한다. 상기 기판 상에 네가티브 감광성 수지층 및 포지티브 감광성 수지층을 차례로 형성한다. 유로패턴이 마련된 포토마스크를 사용하여 상기 포지티브 감광성 수지층 및 상기 네가티브 감광성 수지층에 대한 노광을 수행하여 상기 네가티브 감광성 수지층에 유로의 측벽을 한정하는 잠상 패턴을 형성한다. 상기 포지티브 감광성 수지층을 현상하여 상기 잠상패턴을 노출시키는 포지티브 감광성 수지층 패턴을 형성한다. 다음으로, 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴 및 상기 잠상패턴 상에 상기 발열 저항기와 대응되는 노즐을 구비하는 노즐층을 형성한다. 상기 발열 저항기 사이의 상기 기판을 관통하는 잉크 공급구를 형성한다. 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴 및 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴 하부의 노광되지 않은 상기 네가티브 감광성 수지층을 제거한다.
잉크젯, 일체식, 노광, 감광성 수지
Description
도 1은 일반적인 상향 토출식 열 잉크젯 헤드를 나타내는 일부 평면도이다.
도 2 내지 도 4는 종래 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선을 따라 취해진 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 설명 *
300 : 기판 302 : 발열 저항기
304a : 잠상패턴 304b : 비노광부
306′: 포지티브 감광성 수지층 패턴 312 : 노즐층
312′: 노즐
본 발명은 잉크젯 헤드에의 제조방법에 관한 것으로 특히, 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법에 관한 것이다.
잉크젯 기록장치(ink jet recording device)는 인쇄용 잉크의 미소한 액적을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 화상으로 인쇄하는 장치이다. 상기 잉크젯 기록장치는 기본적으로 잉크가 실질적으로 토출되는 잉크젯 헤드(ink jet head)와 상기 잉크젯 헤드와 유체 연통되는 잉크 수납용기를 포함한다. 상기 잉크 수납용기에 함유되어 있던 잉크는 유로를 통하여 상기 잉크젯 헤드에 공급되고, 상기 잉크젯 헤드는 상기 잉크 수납용기로 부터 공급받은 잉크를 피기록재에 토출하여 인쇄를 행한다.
도 1은 일반적인 상향 토출식 열 잉크젯 헤드(top shooting type thermal ink jet head)를 나타내는 일부 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(1) 상에 복수개의 발열저항기들(3)이 배치된다. 상기 발열저항기들(3)을 갖는 기판(1) 상에 잉크 챔버(5) 및 잉크 채널(7)을 한정하는 챔버벽(chamber wall;9)이 배치된다. 상기 발열 저항기들(3) 사이의 상기 기판(1) 중심부에는 상기 기판(1)을 관통하는 잉크 공급로(11)가 배치된다. 또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 챔버벽(9)의 상부면과 접하고, 상기 발열저항기들(3)의 각각에 대응되는 노즐을 갖는 노즐층이 더 배치 된다. 도시되지 않은 잉크 수납용기로 부터 제공된 잉크가 상기 잉크 공급로(11) 및 상기 잉크 채널(7)을 순차적으로 거쳐 상기 잉크 챔버(5)에 임시로 저장된다. 상기 잉크 챔버(5)에 저 장된 잉크는 상기 발열저항기(3)에 의하여 순간적으로 가열되며 이때 발생한 압력에 의하여 액적의 형태로 상기 노즐을 통하여 토출된다.
잉크젯 헤드를 제조하는 공정은 상기 잉크젯 헤드를 구성하는 챔버벽 및 노즐층을 형성하는 방법에 따라 접착식과 일체식으로 구분될 수 있다. 상기 접착식에 의하면, 잉크토출을 위한 압력을 생성시키는 발열 저항기를 갖는 기판 상에 챔버벽을 형성하는 공정과, 잉크가 토출되는 노즐을 갖는 노즐층을 형성하는 공정이 별도로 진행된다. 이후, 상기 챔버벽 상에 상기 노즐층을 접착시킴으로써 잉크젯 헤드를 제조한다. 그러나, 상기 접착방식에 의하면 상기 챔버벽 상에 상기 노즐층을 부착시키는 과정에서 상기 발열저항기와 상기 노즐간에 오정렬(misalignment)가 발생하기 쉽다. 또한, 상기 챔버벽과 상기 노즐층을 별도의 공정을 통하여 제조하게 됨으로써 공정이 복잡해지는 단점이 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 일체식의 잉크젯 헤드 제조방법이 수행되고 있다.
도 2 내지 도 4는 종래 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(100) 상에 발열 저항기들(102)을 형성한다. 상기 발열저항기들(102)을 갖는 기판(100) 상에 챔버벽(104)을 형성한다. 상기 챔버벽(104) 사이를 채우는 희생 몰드층(106)을 형성한다. 상기 희생 몰드층(106)은 포지티브 감광성 수지를 사용한 스핀코팅법에 의하여 형성될 수 있다. 일반적으 로, 스핀 코팅법등의 방법을 사용하여 기판 상에 소정두께의 물질막을 형성하는 경우에, 막의 국부적인 두께는 기판 상에 기 형성된 패턴의 형상에 의하여 영향을 받 는다. 패턴의 폭과 깊이의 비인 종횡비 (aspect ratio)가 큰 패턴 상에서의 막의 두께는 종횡비가 작은 패턴 상에서의 막의 두께보다 두껍게 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 열 잉크젯 헤드는 상기 챔버벽(9)이 상기 발열저항기들 (3)을 둘러싸도록 배치된다. 상기 챔버벽(9)에 의하여 한정되는 상기 잉크 챔버(5) 및 잉크채널(7)(이하 챔버영역이라 한다.;C)은 상기 기판(1)의 중심부 보다 큰 종횡비를 갖게 된다. 따라서, 종래와 같이 상기 챔버벽(104)을 먼저 형성 하고, 희생 몰드층(106)을 형성하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 챔버영역 (C)에서의 상기 희생 몰드층(106)의 두께(T1)는 상기 기판(100)의 중심부에서의 두께(T2) 보다 두껍게 형성된다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 챔버벽(104) 및 상기 희생 몰드층(106) 상에 상기 발열저항기들(102)의 각각과 대응되는 노즐들(108′)을 갖는 노즐층(108)이 형성 된다. 상기 노즐층(108)은 수지층의 도포 및 패터닝공정을 통하여 형성될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 기판(100)의 중심부를 관통하는 잉크 공급로 (110)를 형성하고, 상기 희생 몰드층(106)을 용해하여 제거한다. 그 결과, 상기 희생 몰드층(106)이 제거된 영역에 잉크 챔버(112) 및 잉크 채널(114)이 최종적으로 형성된다. 그러나, 종래 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법에 의하면, 도 2에서 설명된 바와 같이 상기 잉크 챔버(112) 및 상기 잉크 채널(114)의 높이를 결정하는 상기 희생 몰드층(106)은 상기 챔버영역(C)에서 상기 기판 중심부 보다 상대적으로 두꺼운 두께를 갖게 된다. 또한, 상기 챔버영역(C)에서 상기 희생 몰드층 (106)이 갖는 두께는 제어되기가 곤란하며, 각 챔버영역(C)에서 상기 희생 몰드층 (106)의 두께가 달라질 수 있다. 그 결과, 후속 공정에 의하여 최종적으로 형성되는 상기 잉크 챔버(112) 및 상기 잉크 채널(114)이 갖는 높이가 각 셀마다 달라질 수 있게 되어 잉크젯 헤드의 잉크 토출 특성이 불안정하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법에 있어서, 균일한 치수를 갖는 잉크 유로를 단순한 공정에 의하여 재현성 있게 형성함으로써 잉크젯 헤드의 잉크 토출 특성을 향상시키는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 신규한 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 기판 상에 잉크 토출을 위한 압력을 생성하는 발열 저항기를 형성하는 것을 포함한다. 상기 기판 상에 네가티브 감광성 수지층 및 포지티브 감광성 수지층을 차례로 형성한다. 유로패턴이 마련된 포토마스크를 사용하여 상기 포지티브 감광성 수지층 및 상기 네가티브 감광성 수지층에 대한 노광을 수행하여 상기 네가티브 감광성 수지층에 유로의 측벽을 한정하는 잠상 패턴을 형성한다. 상기 포지티브 감광성 수지층을 현상하여 상기 잠상패턴을 노출시키는 포지티브 감광성 수지층 패턴을 형성한다. 다음으로, 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴 및 상기 잠상패턴 상에 상기 발열 저항기와 대응되는 노즐을 구비하는 노즐층을 형성한다. 상기 발열 저항기 사이의 상기 기판을 관통하는 잉크 공급구를 형성한다. 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴 및 상기 포지티브 감광성 수지층 패 턴 하부의 노광되지 않은 상기 네가티브 감광성 수지층을 제거한다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명 하기로 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 5 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선을 따라 취해진 단면도들이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 기판(300)이 준비된다. 상기 기판(300)은 반도체 소자의 제조공정에 사용되며, 약 500㎛의 두께를 갖는 실리콘 기판일 수 있다. 상기 기판(300) 상에는 잉크 토출을 위한 압력을 생성시키는 복수개의 발열 저항기들(302)이 형성된다. 본 발명의 실시예들에서 상기 발열 저항기들(302)은 탄탈륨 또는 텅스텐과 같은 고저항 금속, 탄탈륨 알루미늄 같은 상기 고저항 금속을 포함하는 합금 또는 불순물이온이 도핑된 폴리실리콘으로 형성될 수 있다. 상기 발열 저항기들(302)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 기판(300) 상에 2열로 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 발열 저항기들(302)은 도 1에 도시된 바와 같이 일직선 상에 배치될 수 있으며, 이와는 달리 각열에서 지그재그로 배치될 수 도 있다. 그 밖에 상기 기판(300) 상에는 상기 발열 저항기들 (302)에 전 기적 신호를 공급하기 위한 배선, 외부 회로와 상기 발열 저항기들(302)을 전기적으로 연결하기 위한 도전성 패드, 상기 기판(300) 상의 최하층에 형성되는 실리콘 산화막 열장벽층 및 상기 구조물들을 보호하기 위한 패시베이션층이 더 형성될 수 있다. 상기 발열 저항기들(302)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.
상기 발열 저항기들(302)을 갖는 상기 기판(300) 상에 네가티브 감광성 수지층(304) 및 포지티브 감광성 수지층(306)을 차례로 형성한다. 상기 네가티브 감광성 수지층(304)은 에폭시계, 폴리이미드계 또는 폴리 아크릴레이트계 수지층일 수 있다. 또한, 상기 네가티브 감광성 수지층(304)은 네가티브 감광성을 갖는 드라이 필름층을 가열, 가압하여 압착하는 라미네이션(lamination) 방법에 의하여 도포하거나, 액상의 수지를 스핀 코팅법에 의하여 도포함으로써 형성될 수 있다. 상기 포지티브 감광성 수지층(306)은 포지티브 포토레지스트층일 수 있으며 스핀 코팅법에 의하여 형성될 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 유로 패턴이 마련된 제1 포토마스크(308)를 사용하여 상기 포지티브 감광성 수지층(도 5의 306) 및 상기 네가티브 감광성 수지층(도 5의 304)에 대한 노광을 수행한다. 그 결과, 상기 네가티브 감광성 수지층(도 5의 304) 중 노광된 부분에 잠상패턴(latent image pattern;304a)이 형성된다. 상기 잠상패턴(304a)에 의하여 잉크 챔버 및 잉크 채널을 포함하는 유로의 측벽이 한정된다. 상기 잠상패턴(304a) 사이의 유로가 형성될 영역에는 노광되지 않은 상기 네가티브 감광성 수지층(304b; 이하 '비노광부'라 한다.)이 잔존한다. 또한, 상기 포지티브 감광성 수지층(도 5의 306) 또한, 상기 제1 포토마스크(308)에 의하여 선택적으로 노광된다. 다음으로, 상기 포지티브 감광성 수지층(도 5의 306)을 현상하여 상기 포지티브 감광성 수지층(도 5의 306) 중 노광된 부분을 제거한다. 그 결과, 상기 비노광부(304b)를 덮고 상기 잠상패턴(304a)을 노출시키는 포지티브 감광성 수지층 패턴(306')이 형성된다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 상기 잠상패턴(304a) 및 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴(306′) 상에 노즐 수지층(도시하지 않음)을 형성한다. 상기 노즐 수지층은 스핀코팅법을 사용하여 에폭시계, 폴리이미드계 또는 폴리아크릴레이트계 수지와 같은 네가티브 감광성 수지층으로 형성될 수 있다. 다음으로, 상기 노즐 수지층을 패터닝하여 상기 발열저항기들(302)과 대응되는 노즐들(312′)을 갖는 노즐층(312)을 형성한다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 노즐패턴이 마련된 제2 포토마스크(310)를 사용하여 상기 노즐 수지층에 대한 선택적인 노광을 수행하고 노광되지 않은 부분을 현상하여 제거함으로써, 상기 노즐들(312′)을 갖는 노즐층(312)이 형성될 수 있다. 상기 노즐들(312′)은 상기 발열저항기들(302) 각각의 직상부에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴(306′)은 상기 노즐 수지층에 대한 노광 중 상기 비노광부(304b)가 노광되어 경화되는 것을 방지하는 역할을 한다. 따라서, 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴(306′)의 두께는 상기 비노광부(304b)가 노광되어 경화되는 것을 방지할수 있는 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 상기 노즐층(312)을 형성한 후에, 상기 발열저항기들(302) 사이의 상기 기판(300)을 관통하는 잉크 공급구(313)을 형성한다. 상기 잉크 공급구(313)는 상기 기판(300)을 배면으로 부터 건식식각하거나 TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide)를 식각액으로 사용하여 습식식각함으로써 형성될 수 있다. 상기 건식식각은 반응성 이온식각(Reactive Ion Etching) 또는 유도 결합 플라즈마 식각(Inductively Coupled Plasma Etching)을 이용하여 수행될 수 있다. 이후, 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴(306′) 및 그 하부의 상기 비노광부(304b)를 용해하여 제거한다. 상기 비노광부(304b)는 저분자량, 예컨대 모노머 (monomer) 또는 올리고머(oligomer) 상태로 존재하게 되며, 아세톤, 할로겐 원소가 포함된 용매 또는 알칼리성 용매를 사용하여 제거할 수 있다. 또한, 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴(306′) 또한, 상기 용매들을 사용하여 함께 제거할 수 있다. 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴(306′) 및 상기 비노광부(304b)를 제거한 결과, 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴(306′) 및 상기 비노광부(304b)가 제거된 영역에 잉크 챔버(314) 및 잉크채널(316)이 최종적으로 형성된다. 상기 노즐층(312)은 상기 잠상패턴(304a)과 함께 상기 잉크챔버(314) 및 상기 잉크채널 (316)을 포함하는 유로를 한정하는 유로 구조물을 구성한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 노즐층(312)을 형성하기 위한 지지층(supporting layer)으로써 별도의 희생층을 사용하지 않고, 상기 네가티브 감광성 수지층 중 비노광부(304b)를 지지층으로 사용한다. 그 결과, 최종적으로 형성되는 상기 잉크 챔버(314) 및 상기 잉크채널(316)의 높이가 각 셀마다 균일하게 형성되어 잉크 토출 특성을 향상시킬 수 있게된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법에 있어서, 단순한 공정을 통하여 균일한 치수의 잉크 유로를 재현성 있게 형성함으로써 잉크젯 헤드의 잉크 토출 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
Claims (5)
- 기판 상에 잉크 토출을 위한 압력을 생성하는 발열 저항기를 형성하고,상기 기판 상에 네가티브 감광성 수지층 및 포지티브 감광성 수지층을 차례로 형성하고,유로패턴이 마련된 포토마스크를 사용하여 상기 포지티브 감광성 수지층 및 상기 네가티브 감광성 수지층에 대한 1차 노광을 수행하여 상기 네가티브 감광성 수지층에 유로의 측벽을 한정하는 잠상 패턴을 형성하고, 상기 포지티브 감광성 수지층을 현상하여 상기 잠상패턴을 노출시키는 포지티브 감광성 수지층 패턴을 형성하고,상기 포지티브 감광성 수지층 패턴 및 상기 잠상패턴 상에 노즐 수지층을 형성하고,상기 노즐 수지층에 대한 2차 노광을 수행하고 상기 노즐 수지층을 패터닝하여, 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴 및 상기 잠상패턴 상에 상기 발열 저항기와 대응되는 노즐을 구비하는 노즐층을 형성하고,상기 발열 저항기 사이의 상기 기판을 관통하는 잉크 공급구를 형성하고,상기 포지티브 감광성 수지층 패턴 및 상기 포지티브 감광성 수지층 패턴 하부의 노광되지 않은 상기 네가티브 감광성 수지층을 제거하는 것을 포함하는 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 네가티브 감광성 수지층은 에폭시계, 폴리이미드계 또는 폴리아크릴레이트계 수지층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 포지티브 감광성 수지층은 포지티브 포토레지스트층인 것을 특징으로 하는 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 노즐 수지층은 네가티브 감광성 수지층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 일체식 잉크젯 헤드의 제조방법.
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Citations (1)
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| US6310641B1 (en) | 1999-06-11 | 2001-10-30 | Lexmark International, Inc. | Integrated nozzle plate for an inkjet print head formed using a photolithographic method |
-
2004
- 2004-07-15 KR KR1020040055292A patent/KR101169429B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
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| US6310641B1 (en) | 1999-06-11 | 2001-10-30 | Lexmark International, Inc. | Integrated nozzle plate for an inkjet print head formed using a photolithographic method |
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| KR20060006346A (ko) | 2006-01-19 |
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