KR101249767B1 - 평탄화된 노즐 표면을 갖는 액적 토출 헤드 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실제 생산 공정시 발생하는 각종 오염을 제거하기 위해 실시되는 세정공정시 세정용 융(cotton flannel) 등에 의해 노즐이 파손(손상)되는 것을 방지할 수 있는 평면형 노즐 표면을 갖는 액적 토출 헤드 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명은 용액을 수용하는 용액 수용부와, 상기 용액 수용부와 연통하여 액적이 토출되는 토출구를 구비한 노즐과, 상기 노즐을 감싸도록 형성된 오목부를 포함하는 노즐 플레이트와, 상기 오목부가 매립되도록 채워지고, 상면이 상기 노즐의 선단면과 평탄화된 절연체를 포함하는 액적 토출 헤드를 제공한다.
따라서, 본 발명은 액적이 토출되는 방향으로 평탄화된 면을 갖는 노즐을 포함한 액적 토출 장치를 제공함으로써 종래기술에 따른 액적 토출 장치에서와 같이 세정공정시 세정용 융에 의해 노즐이 파손되는 것을 원천적으로 방지할 수 있으며, 또한, 노즐에 전계를 집중하도록 함으로써 반도체, 디스플레이, PCB(Printed Circuit Board), 태양전지 등 다양한 산업분야에서 요구되는 미세패턴을 저렴한 공정으로 형성할 수 있다.

Description

평탄화된 노즐 표면을 갖는 액적 토출 헤드 및 그의 제조방법{LIQUID DROPLET EJECTION HEAD WITH PLANARIZED NOZZLE SURFACE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 액적 토출 헤드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 반도체, 디스플레이, PCB(Printed Circuit Board), 태양전지 등과 같이 미세패턴이 요구되는 IT(Information Technology), NT(Nano Technology), BT(Bio Technology)로 대표되는 첨단핵심산업에서 마이크로미터 크기의 액적을 기판 상에 토출하여 미세패턴을 형성하는 액적 토출 헤드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

정보산업과 같은 첨단핵심산업에서의 제품은 성능 및 기능 고급화에 대한 요구와 함께 이와 상반되는 가격 인하에 대한 요구도 높아지고 있다. 정보산업분야에서 대표적인 제품군인 반도체, 디스플레이, PCB, 태양전지 등은 가격경쟁력을 확보하기 위해 보다 미세한 패턴을 저렴한 공정으로 형성하는 기술이 절실하게 요구되고 있다.

이러한 요구에 힘입어 최근에는 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 기술이 크게 주목받고 있다. 잉크젯 프린팅 기술은 기존의 사진식각공정을 대체할 수 있는 기술로 각광받기 시작하였으며, 기존의 사진식각공정과 비교하여 재료비 절감, 공정 수 감소가 가능하고, 저온에서 직접적인 미세패턴 형성이 가능하므로 FPD(Flat Panel Displays), PCB, 센서, 바이오소자, 광학소자 등 많은 분야에서 적용이 가능하다.

상용화된 잉크젯 프린팅 기술은 열전사 방식과 피에조 방식이 대표적이다. 이러한 잉크젯 프린팅 기술은 기본적으로 액츄에이터를 사용하여 챔버 안에 잉크를 밀어내는 방식이다. 하지만 이러한 방식들은 산업용 프린팅 기술로서 사용하는 데는 많은 어려움을 갖고 있다. 열전사 방식의 경우 어레이 배열 시 열 문제와 열기포로 인한 잉크변성이 발생할 수 있고, 피에조 방식의 경우 노즐의 반경이 작아지고 잉크의 점성이 높아질수록 더 강한 액츄에이터의 힘을 필요로 하게 되어 노즐의 밀도를 높이기가 매우 어렵다. 또한, 이들 방식은 노즐의 반경보다 더 작은 액적(droplet)을 형성하기가 어렵기 때문에 10㎛ 이하의 미세패턴을 구현하는데 한계가 있다.

기존의 잉크젯 프린팅 기술의 문제점을 극복하기 위하여 모세관과 기판 사이에 고전압을 인가하여 정전기력으로 액적을 토출하는 기술이 개발되었다. 이 방식은 외부에서 인가된 정전기력을 이용하여 노즐의 방출구에 형성된 메니스커스(meniscus)의 끝단에서 미세 액적을 뜯어내는 방식이다. 이에 따라, 메니스커스의 끝단에서 뜯어내는 액적의 양을 정전장과 노즐의 형상을 조절하여 정할 수 있으므로 노즐의 반경보다 작은 크기의 액적을 다양하게 토출할 수 있다. 하지만, 양산화를 위해서는 다중 노즐을 구현해야 하는데 모세관으로는 다중 노즐 구현이 어렵다.

이와 같이 모세관을 이용한 정전방식 액적 토출 기술의 문제점을 극복하고, 다중 노즐을 구현하기 위해 MEMS 공정을 이용한 정전방식 액적 토출 기술(『"정전기력 방식의 Drop-On-Demand 토출을 위한 MEMS 잉크젯 헤드 제작", 대한전기학회 전기학회논문지, 56권 8호 2007년 8월, pp.1441-1444』)이 국내 연구진에 의해 제안되었다.

도 1은 종래기술에 따른 MEMS 기술을 사용하여 튜브 형상의 노즐을 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 MEMS 기술을 사용한 튜브 형상의 노즐 구조는 제어전극을 포함한 부분과 튜브 형상의 노즐 내부에 동축형의 기둥 형상을 지닌 접지전극 부분으로 이루어져 있다. 이러한 노즐 구조는 바닥 접지전극의 경우에 비해 더 강한 정전기장을 형성할 수 있다. 튜브 형태의 노즐은 특별한 표면 처리 없이, 볼록한(convex) 형상의 메니스커스를 형성할 수 있도록 한다. 또한, 노즐을 주위의 다른 표면에 비해 더 높게 설계함으로써 튜브 주위의 정전기력이 더 강하게 형성될 수 있도록 하였다. 공급되는 액체는 모세관 효과에 의해 튜브 형태의 노즐까지 도달하고 볼록한 형상의 메니스커스가 형성되며, 유도된 정전기장에 의해 메니스커스에 전하가 충전되고 노즐 끝단에서 미세 액적이 형성, 토출, 가속된다.

그러나, 종래기술에 따른 노즐 구조에서는, 뾰족한 전도성 구조물이 전계가 집중되어 정전기 방식의 액적 토출에 유리하기 때문에, 액적 토출 노즐을 기판 평면에 수직 방향으로 돌출되도록 제작한다. 이로 인해, 실제 생산 공정시 발생하는 각종 오염을 제거하기 위해 실시되는 세정공정시 세정용 융(cotton flannel) 등에 의해 도 1에 도시된 'A' 부위에서와 같이 돌출된 노즐 부분이 파손되는 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명은 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 실제 생산 공정시 발생하는 각종 오염을 제거하기 위해 실시되는 세정공정시 세정용 융(cotton flannel) 등에 의해 노즐이 파손(손상)되는 것을 방지할 수 있는 평탄화된 노즐 표면을 갖는 액적 토출 헤드 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 용액을 수용하는 용액 수용부와, 상기 용액 수용부와 연통하여 액적이 토출되는 토출구를 구비한 노즐과, 상기 노즐을 감싸도록 형성된 오목부를 포함하는 노즐 플레이트와, 상기 오목부가 매립되도록 채워지고, 상면이 상기 노즐의 선단면과 평탄화된 절연체를 포함하는 액적 토출 헤드를 제공한다.

바람직하게, 상기 오목부는 상기 액적이 토출되는 방향과 대향하는 면에 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 노즐은 복수개로 형성되고, 복수개의 노즐은 일렬 또는 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.

바람직하게, 상기 노즐은 내부 직경보다 깊이가 큰 고종횡비로 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 노즐 플레이트는 반도체 기판 또는 도체 기판으로 형성될 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 기판의 상면을 식각하여 서로 이격된 복수의 오목부를 형성하는 단계와, 상기 오목부가 매립되도록 절연체를 형성하는 단계와, 상기 절연체의 상면과 상기 기판의 상면이 평탄화되도록 상기 절연체를 연마하는 단계와, 상기 절연체 사이로 노출된 상기 기판을 식각하여 액적 토출구를 갖는 노즐을 형성하는 단계와, 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 액적 토출구와 연통된 용액 수용부를 형성하는 단계를 포함하는 액적 토출 헤드의 제조방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 기판은 반도체 기판 또는 도체 기판일 수 있다.

바람직하게, 상기 용액 수용부를 형성하는 단계 후, 상기 노즐의 선단면과 상기 절연체의 상부면에 소수성 박막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 액적이 토출되는 방향으로 평탄화된 면을 갖는 노즐을 포함한 액적 토출 장치를 제공함으로써 종래기술에 따른 액적 토출 장치에서와 같이 세정공정시 세정용 융에 의해 노즐이 파손되는 것을 원천적으로 방지할 수 있으며, 또한, 노즐에 전계를 집중하도록 함으로써 반도체, 디스플레이, PCB, 태양전지 등 다양한 산업분야에서 요구되는 미세패턴을 저렴한 공정으로 형성할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 액적 토출 헤드를 도시한 단면도.
도 2는 비교예에 따른 액적 토출 헤드를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액적 토출 헤드를 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 액적 토출 헤드의 제조방법을 도시한 제조 공정도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상(또는 상부)"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 일한 도면번호로 표시된 부분은 동일한 층을 나타낸다.

또한, 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

앞서, 도 1을 통해 설명한 바와 같이, 종래기술에 따른 노즐 구조에서는 세정 공정시 노즐 파손이 발생되었다. 그 이유는 전계 집중을 극대화시키기 위하여 노즐을 돌출 구조로 형성하기 때문이다. 이와 같이 돌출형 노즐 구조에서 노즐이 손상되는 것을 방지하기 위하여, 도 2와 같이 단순히 노즐을 평면 형태로 제조할 수도 있다.

도 2는 평면형 노즐을 갖는 액적 토출 헤드를 설명하기 위하여 도시한 비교예이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 비교예에 따른 액적 토출 헤드(1)는 용액 저장소로부터 용액 공급 채널(14)을 통해 공급된 용액을 수용하기 위하여 격벽(13)을 갖는 용액 수용부(15)와, 노출되는 표면(11A)(액적 토출 방향과 대향하는 면)이 평면 형상을 가지고, 용액 수용부(15)의 바닥부에 설치된 용액을 액적으로 하며, 그 선단부에서 액적이 토출되는 다수의 초미소 직경의 토출구(12)를 구비한 노즐(11)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 액적 토출 헤드(1)는 액적이 토출되는 방향으로 대향하는 노즐 표면(11A)이 평면 형상을 갖기 때문에 세정 공정시 세정용 융에 의해 노즐(11)이 파손되지 않는다. 이에 따라, 돌출형 노즐을 갖는 토출 헤드에서 발생되는 노즐 파손 문제를 원천적으로 해결할 수 있는 이점이 있다. 하지만, 이러한 평면형 노즐을 구비한 액적 토출 헤드 구조에서는 다음과 같은 문제점이 발생될 수 있다.

먼저, 평면형 노즐 구조(도2 참조)는 돌출형 노즐 구조(도1 참조)에 비해 장치 원가가 상승하게 된다. 전도성 소재로 제작할 경우, 평면형 노즐 구조는 돌출형 노즐 구조에 비해 상대적으로 전계 집중이 잘 이루어지지 않기 때문에 토출전압이 상승할 수밖에 없다. 일반적으로 수백~수천V의 토출전압이 필요한 정전기력 방식 액적 토출 장치에서는 토출전압을 낮추는 것이 장치 원가를 감소시키는데 매우 중요하다. 따라서, 상대적으로 돌출형 노즐 구조에 비해 토출전압이 상승할 수밖에 없는 평면형 노즐 구조는 장치 원가 측면에서 돌출형 노즐 구조에 비해 불리할 수밖에 없다.

또한, 도 2에 도시된 비교예에 따른 평면형 노즐 구조에서는 절연소재인 유리를 이용하여 고종횡비(노즐 내부 직경은 작고 길이는 매우 긴)로 노즐을 제작한다. 이러한 노즐 구조에서는 노즐 안쪽에 잉크가 마치 뾰족한 탐침과 같은 형상으로 채워지게 된다. 이런 구조에서, 노즐부는 절연소재이고 잉크만 전도성을 띄기 때문에 마치 잉크로 구성된 뾰족한 탐침이 대기 중에 있는 것과 동일한 효과가 나타나 전계가 집중된다. 그러나, 절연소재로 유리를 사용하는 경우, 유리는 고종횡비로 가공하는 것이 실질적으로 어렵기 때문에 실제 구현을 위해서는 공정 기술의 발전이 필요하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액적 토출 헤드를 설명하기 위하여 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액적 토출 헤드(2)는 용액 수용부(24)와 연통하여 액적이 토출되는 토출구(22a)를 구비한 노즐(22)과 노즐(22)을 감싸도록 형성된 오목부(21a)를 포함하는 노즐 플레이트(21)와, 오목부(21a)가 매립되도록 채워지고 상면이 노즐(22)의 선단면(22b)과 평탄화된 절연체(23)를 포함한다.

용액 수용부(24)는 노즐 플레이트(21)의 배면에 형성되어 용액 저장소(미도시)로부터 용액 공급 채널(미도시)을 통해 공급되는 용액을 수용한다. 용액 수용부(24)는 다중 노즐에 공통으로 한 개가 형성되거나, 혹은 각 노즐에 대응하여 형성될 수 있다.

노즐(22)의 선단부(22b)와 절연체(23)의 상면에는 소수성(hydrophobic) 박막(미도시)이 증착될 수 있다. 이를 통해 절연 특성을 가지면서 토출하고자 하는 용액, 예컨대 잉크에 대해 소수 특성을 갖도록 함으로써 잉크가 선단에 묻어 토출 특성을 저해하지 않도록 한다. 예를 들어, 소수성 박막으로는 테플론(teflon), 파릴렌(parylene), BCB(β-stagged-divinyl-siloxane benzocyclobutene) 등을 사용할 수 있다.

노즐 플레이트(21)에는 복수의 노즐(22)이 일체적으로 형성된다. 복수의 노즐(22)은 일렬로 배열된다. 각 노즐(22)은 노즐 플레이트(21)에 대하여 거의 직각으로 형성(수직 하강)된다. 이들 노즐(22)은 각각 용액 공급 채널과 연결된 용액 수용부(24)와 대응되도록 배열된다. 각 노즐(22)에는 그 선단부에서 그 중심선을 따라 관통하는 노즐 내 유로가 형성되고, 노즐 내 유로의 말단이 되는 토출구(22a)가 각 노즐(22)의 선단부에 형성된다. 이하, 노즐 내 유로와 토출구를 '토출구'로 통칭한다. 토출구(22a)는 용액 수용부(24)를 통해 대응하는 용액 공급 채널과 연통하여, 각 용액 급급 채널로 공급된 용액은 용액 수용부(24)를 통해 토출구(22a) 내에도 공급된다.

도 3은 단면 형상으로서, 복수의 노즐(22)이 일렬로 배열되어 있는 것처럼 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 노즐 플레이트(21)에 복수의 노즐(22)이 형성되어 2열 이상으로 배열되거나 매트릭스(matrix) 형상으로 배열될 수도 있다.

각각의 노즐(22)에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 노즐(22)은 그 선단부에서의 개구 직경(토출구(22a)의 직경)과 노즐 내 유로가 균일하고, 이들이 초미소 직경으로 형성된다. 노즐(22)의 형상은 선단부를 향함에 따라 직경이 가늘어지도록 선단부에서 첨예하게 형성되어 원추형에 가까운 원추 사다리꼴로 형성될 수 있다. 구체적인 각부의 치수의 일례를 들면, 토출구(22a)의 내부 직경은 1~200㎛이다. 노즐(22)의 선단부에서의 외부 직경은 2㎛~300㎛, 노즐(22)의 깊이는 10~1000㎛ 이다.

또한, 노즐(22)의 각 치수는 상기 일례로 한정되는 것은 아니며, 특히 노즐(22)의 내부 직경(토출구(22a)의 내부 직경)에 대해서는 전계 집중의 효과에 의해 액적의 토출을 가능하게 하는 토출 전압이 1000V 미만(또는, 그 이하)을 실현하는 범위로서, 예를 들면, 노즐 직경은 70㎛ 이하이며, 보다 바람직하게는 직경 20㎛ 이하로서, 현행 노즐 형성 기술에 의해 용액을 통과시키는 관통 구멍을 형성하는 것이 실현 가능한 범위인 직경을 그 하한값으로 한다. 또한, 노즐(22)의 형상은 서로 동일한 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상이한 형상이어도 무방하다.

각 노즐(22)은 전술한 바와 같이 노즐 플레이트(21)로부터 일체화된다. 각 노즐(22)은 내부 직경보다 깊이가 큰 고종횡비로 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부 직경과 깊이의 비(내부 직경:깊이)가 1:1~1:40, 바람직하게는 1:10 이상인 고종횡비로 형성될 수 있다. 또한, 각 노즐(22)은 실리콘 기판으로 형성될 수 있으며, 토출 전압에 의해 전계가 집중되는 것을 극대화시키기 위하여 가능한 도전성 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 각 노즐(22)은 전술한 실리콘, 게르마늄과 같은 반도체 기판, Ni, SUS(Super Used Stainless steel) 등과 같은 도체 기판이어도 무방하다. 특히, 반도체 기판인 경우 불순물 이온이 도핑될 수도 있다.

노즐 플레이트(21)의 상면, 즉 액적이 토출되는 방향과 대향되는 면에는 노즐(22)을 감싸도록 복수의 오목부(21a)가 형성된다. 오목부(21a)는 서로 이격되어 분리된 섬 형태로 형성될 수 있다. 오목부(21a)는 노즐(22)의 형상을 고려하여 적절히 형성될 수 있으며, 그 크기는 전체 액적 토출 헤드의 크기를 고려하여 형성될 수 있다. 오목부(21a)의 바닥면과 접하는 모서리 부위(A)는 절연체 증착공정시 기공 등이 절연체 내에 발생되지 않도록 하기 위하여 완만한 경사면을 갖도록 형성될 수 있다.

절연체(23)는 오목부(21a)에 매립된다. 절연체(23)는 노즐(22)에 형성된 전계가 분산되지 않도록 절연물질로 형성한다. 절연물질로는 스핀 코팅이나 분사 등으로 오목부(21a)를 채울 수 있는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등이 사용될 수 있다.

절연체(23)는 액적이 토출되는 방향과 대향하는 상면(23a)이 노즐(22)의 상면(22b)과 함께 평탄화된다. 즉, 절연체(23)의 상면(23a)과 노즐(22)의 상면(22a)은 평탄화되어 거의 동일한 높이를 갖는다. 그러나, 노즐(22)과 절연체(23)는 재질이 서로 다르고 절연체(23)의 재질이 좀 무른 소재이기 때문에 단차가 발생될 수 있다. 따라서, 상면(23a)과 상면(22a)의 단차범위는 1㎛ 미만, 바람직하게는 100㎚ 미만으로 한다.

절연체(23)와 노즐(22)을 거의 동일 높이로 평탄화함으로써 종래기술에 따른 액적 토출 헤드에서 세정공정시 세정용 융에 의한 노즐의 파손 문제를 원천적으로 해결할 수 있다. 또한, 노즐(22)을 감싸도록 절연체(23)를 형성함으로써 토출전압 인가시 전계가 다른 부위로 분산되지 않고, 노즐(22)에 집중되도록 함으로써 토출전압을 낮출 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 액적 토출 헤드의 제조방법을 도시한 제조 공정도이다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 노즐 플레이트(21)로 사용되는 기판 상에 마스킹 패턴, 예를 들어 감광막 패턴(32)을 형성한다. 이때, 기판은 반도체 기판(예를 들면, 실리콘 기판, 게르마늄 기판 등) 또는 Cu 기판, Ni 기판, SUS(Super Used Stainless steel) 등과 같은 도체 기판일 수 있다. 또한, 실리콘 기판 또는 게르마늄 기판의 경우 불순물 이온이 도핑될 수도 있다.

도 4b를 참조하면, 감광막 패턴(32)을 식각 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 기판을 식각한다. 이로써, 기판 내에 트렌치(trench) 구조의 오목부(21a)를 형성한다. 이때, 오목부(21a)는 복수개가 형성되며, 이들은 서로 일정 간격으로 이격된다.

상기 식각공정은 등방성 식각으로 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유는 전술한 바와 같이, 오목부(21a)의 내측벽(33a)을 완만한 경사면을 갖도록 형성함으로써 추후 기공 등이 발생되지 않고 안정적으로 절연체를 증착하기 위함이다. 등방성 식각은 습식식각공정 및 건식식각공정으로 실시할 수 있다. 예를 들어, 습식식각공정은 기판으로 실리콘 기판(단결정 실리콘 기판)을 사용하는 경우, 질산(HNO₃)과 불산(HF)를 사용하여 실시한다. 건식식각공정은 플루오르화세논(XeF₂) 가스를 이용하여 실시한다.

도 4c를 참조하면, 오목부(21a)가 매립되도록 절연체(23)를 형성한다. 이때, 절연체(23)로는 스핀 코팅이나 분사 등으로 오목부(21a)를 채울 수 있는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등이 사용될 수 있다.

도 4d를 참조하면, 절연체(23)를 식각 또는 연마하여 평탄화한다. 이때, 평탄화 공정은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정 또는 기계적인 연마공정으로 실시할 수 있다. CMP 공정의 경우, 기판의 상면이 노출될 때까지 공정이 실시된다. 물론, 평탄화 측면을 고려하여, 기판의 상면이 일부 식각 또는 연마될 수도 있다.

도 4e를 참조하면, 절연체(23) 사이로 노출된 기판의 상면이 일부 노출되도록 마스킹 패턴, 예를 들면 감광막 패턴(35)을 형성한다. 그런 다음, 감광막 패턴(35)을 식각 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 기판을 일정 깊이 식각한다. 이로써, 절연체(23) 사이에 액적 토출구(22a)가 형성된다. 이때, 식각공정은 액적 토출구(22a)의 내부 유로가 수직한 프로파일을 갖도록 습식식각공정 대신에 건식식각공정으로 실시하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 플라즈마 식각공정을 실시한다.

도 4f를 참조하면, 감광막 패턴(35)을 제거하여 액적 토출구(22a)를 구비한 노즐(22)를 완성한다. 이후, 기판의 배면을 식각하여 액적 토출구(22a)와 연통하는 용액 수용부(24)를 형성한다. 용액 수용부(24)는 액적 토출구(22a)보다 큰 폭으로 형성한다.

이어서, 도시되지는 않았지만, 노즐(22)의 선단부와 절연체(23)의 상면에 소수성(hydrophobic) 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 소수성 박막으로는 테플론(teflon), 파릴렌(parylene), BCB(β-stagged-divinyl-siloxane benzocyclobutene) 등을 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 따라서, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

2 : 액적 토출 헤드
21 : 노즐 플레이트(기판)
21a : 오목부
22 : 노즐
22a : 액적 토출구
23 : 절연체
24 : 용액 수용부

Claims (8)

1. 용액을 수용하는 용액 수용부와, 상기 용액 수용부와 연통하여 액적이 토출되는 토출구를 구비한 노즐과, 상기 노즐을 감싸도록 형성된 오목부를 포함하는 노즐 플레이트; 및
   상기 오목부가 매립되도록 채워지고, 상면이 상기 노즐의 선단면과 평탄화된 절연체
   를 포함하는 액적 토출 헤드.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 오목부는 상기 액적이 토출되는 방향과 대향하는 면에 형성된 액적 토출 헤드.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐은 복수개로 형성되고, 복수개의 노즐은 일렬 또는 매트릭스 형태로 배열된 액적 토출 헤드.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐은 내부 직경보다 깊이가 큰 고종횡비로 형성된 액적 토출 헤드.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐 플레이트는 반도체 기판 또는 도체 기판으로 형성된 액적 토출 헤드.
   
6. 기판의 상면을 식각하여 서로 이격된 복수의 오목부를 형성하는 단계;
   상기 오목부가 매립되도록 절연체를 형성하는 단계;
   상기 절연체의 상면과 상기 기판의 상면이 평탄화되도록 상기 절연체를 연마하는 단계;
   상기 절연체 사이로 노출된 상기 기판을 식각하여 액적 토출구를 갖는 노즐을 형성하는 단계; 및
   상기 기판의 배면을 식각하여 상기 액적 토출구와 연통된 용액 수용부를 형성하는 단계
   를 포함하는 액적 토출 헤드의 제조방법.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 기판은 반도체 기판 또는 도체 기판인 액적 토출 헤드의 제조방법.
   
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 용액 수용부를 형성하는 단계 후,
   상기 노즐의 선단면과 상기 절연체의 상부면에 소수성 박막을 형성하는 단계를 더 포함하는 액적 토출 헤드의 제조방법.

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