KR101562201B1 - 잉크젯 프린터 헤드 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉크젯 프린터 헤드 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노즐이 막히는 현상을 억제할 수 있으며, 잉크의 토출시 퍼짐 현상을 억제할 수 있는 잉크젯 프린터 헤드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

잉크젯 프린터 헤드 및 그의 제조방법{Inkjet printhead and process for preparing the same}
본 발명은 잉크젯 프린터 헤드 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노즐이 막히는 현상을 억제할 수 있으며, 잉크의 토출시 퍼짐 현상을 억제할 수 있는 잉크젯 프린터 헤드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린터 헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록 용지 상의 원하는 위치에 토출시켜 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린터 헤드는 잉크 액적의 토출 메카니즘에 따라 크게 두가지 방식으로 분류될 수 있다. 그 하나는 열원을 이용하여 잉크에 버블(bubble)을 발생시켜 그 버블의 팽창력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 열구동 방식의 잉크젯 프린터 헤드고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린터 헤드다. 그러나, 상기 방식들은 잉크 액적을 토출시키기 위한 구동 소자에 차이가 있을 뿐 일정한 에너지로 잉크 액적을 밀어낸다는 점에서는 동일하다.
도 1에는 열구동형 잉크젯 프린터 헤드의 일반적인 구조가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 잉크젯 프린터 헤드는 기판(10)과, 기판(10) 상에 적층된 유로형성층(20)과, 유로형성층(20) 위에 형성된 노즐층(30)으로 구성된다. 상기 기판(10)에는 잉크공급구(ink feed hole, 51)가 형성되어 있으며, 유로형성층(20)에는 잉크가 채워지는 잉크챔버(ink chamber, 53)와, 상기 잉크공급구(51)와 잉크챔버(53)를 연결하는 리스트릭터(restrictor, 52)가 형성되어 있다. 상기 노즐층(30)에는 잉크챔버(53)로부터 잉크가 토출되는 노즐(54)이 형성되어 있다. 그리고 기판(20) 상에는 잉크챔버(53) 내의 잉크를 가열하기 위한 히터(41)와, 상기 히터(41)에 전류를 공급하기 위한 전극(42)이 마련되어 있다.
이러한 구성을 가진 열구동 방식의 잉크젯 프린터 헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 설명하면 다음과 같다. 잉크는 잉크 저장고(미도시)로부터 잉크 공급구(51)와 리스트릭터(52)를 거쳐 잉크챔버(53) 내로 공급된다. 잉크챔버(53) 내에 채워진 잉크는 그 내부에 마련된 저항발열체로 이루어진 히터(41)에 의해 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크챔버(53) 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 잉크챔버(53) 내의 잉크가 노즐(54)을 통해 액적의 형태로 잉크챔버(53) 밖으로 토출되는 것이다.
이와 같은 잉크젯 프린터 헤드를 제조하는 방법으로서 미국특허출원 공개번호 2007/0017894호에는 그 일예가 기재되어 있으며, 에너지 발생 소자가 그 위에 형성되어 있는 기판 상에 유로벽을 형성하는 유로벽 형성 단계와, 유로벽들 사이에서 각각의 유로벽의 상부 상에 매립 재료를 적층시키는 매립 재료 적층 단계와, 유로벽의 상부가 노출될 때까지 적층된 매립 재료의 상부를 연마하는 편평화 단계와, 연마된 매립 재료 및 노출된 유로벽의 상부 상에 오리피스 판을 형성하는 단계를 포함한다.
그러나 이와 같은 종래의 잉크젯 프린터 헤드 제조방법에서 사용되는 노즐 형성용 물질은 SU-8, 다관능성 에폭시 수지 등으로 이루어지며, 이와 같은 노즐 형성용 물질은 치환기로서 에폭시기 또는 히드록시기를 갖게 된다.
상기 에폭시기를 포함하는 화합물을 사용하여 노즐을 형성한 경우, 잉크 성분이 히터를 지날 때 순간적인 온도 상승으로 잉크 성분에 포함된 물질이 노즐 표면의 에폭시기와 반응하여 표면을 변형시킬 우려가 있다. 또한 히드록시기를 포함하는 화합물을 사용하여 노즐을 형성한 경우, 노즐 표면에 존재하는 상기 히드록시기 함유 화합물이 잉크 성분 중 반응성이 있는 물질과 반응하여 표면을 변형하거나, 상기 히드록시 함유 화하물이 노즐을 통과하는 금속이온을 트랩하여 금속 이온의 축적을 유도하거나 착물 형태의 새로운 물질을 형성하여 노즐 막힘을 유발하는 문제가 있다.
따라서 노즐 막힘을 억제하면서 화질을 개선할 수 있는 잉크젯 프린터 헤드 및 그 제조방법이 요구되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 노즐 막힘을 억제하면서 화질 개선이 가능한 잉크젯 프린터 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는 상기 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 제1 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
기판;
상기 기판 상에 적층된 유로 형성층; 및
상기 유로 형성층 상에 형성된 노즐층;을 구비하며,
상기 노즐층을 형성하는 물질에 존재하는 에폭시기 또는 히드록시기가 알코올 보호기로 보호된 잉크젯 프린터 헤드를 제공한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 보호기는 아세틸기, 베타-메톡시에톡시메틸 에테르(MEM), 메톡시메틸 에테르(MOM), p-메톡시벤질 에테르(PMB), 메틸티오메틸 에테르, 피바로일(Piv), 테트라하이드로피란(THP), 실릴 에테르, 예를 들어 트리메틸실릴(TMS), tert-부틸디메틸실릴(TBDMS) 및 트리이소프로필실릴 에테르 등을 포함한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 노즐의 내벽을 제외한 노즐층의 표면이 보호되거나, 노즐의 내벽을 포함하는 노즐층의 표면이 보호될 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 노즐층을 형성하는 물질에 존재하는 에 폭시기는 산성 분위기 하에 가수분해되어 개환반응이 이루어진 후, 상기 가수분해에 의해 형성된 히드록시가 알코올 보호기로 보호될 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 노즐층 형성용 물질은 하기의 화학식 1 내지 9로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 프리폴리머의 중합체인 것이 바람직하다:
<화학식 1>
Figure 112008069122800-pat00001
<화학식 2>
Figure 112008069122800-pat00002
<화학식 3>
Figure 112008069122800-pat00003
<화학식 4>
Figure 112008069122800-pat00004
<화학식 5>
Figure 112008069122800-pat00005
<화학식 6>
Figure 112008069122800-pat00006
<화학식 7>
Figure 112008069122800-pat00007
<화학식 8>
Figure 112008069122800-pat00008
<화학식 9>
Figure 112008069122800-pat00009
상기 식에서, m은 1 내지 20의 정수이고, n은 1 내지 20의 정수이다.
상기 제2 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계;
상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 제1 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포한 후, 이를 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여 잉크 유로를 한정하는 유로 형성층을 형성하는 단계;
상기 유로형성층이 형성되어 있는 상기 기판 상에 상기 유로형성층을 덮도록 희생층을 형성하는 단계;
연마 공정에 의해 상기 유로형성층과 희생층의 상면을 평탄화하는 단계;
상기 유로형성층과 희생층 위에 제2 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포하는 단계;
상기 제2 네거티브 포토레지스트 조성물의 도포층을 알코올 보호기로 보호하는 단계;
상기 제2 네거티브 포토레지스트 조성물의 도포층을 포토리소그라피 공정에 의하여 패터닝하여 노즐을 가진 노즐층을 형성하는 단계;
상기 기판에 잉크 공급구를 형성하는 단계; 및
상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 제공한다.
상기 제2 과제의 다른 일구현예에 따르면,
기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계;
상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 제1 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포한 후, 이를 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여 잉크 유로를 한정하는 유로 형성층을 형성하는 단계;
상기 유로형성층이 형성되어 있는 상기 기판 상에 상기 유로형성층을 덮도록 희생층을 형성하는 단계;
연마 공정에 의해 상기 유로형성층과 희생층의 상면을 평탄화하는 단계;
상기 유로형성층과 희생층 위에 제2 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포하는 단계;
상기 제2 네거티브 포토레지스트 조성물의 도포층을 포토리소그라피 공정에 의하여 패터닝하여 노즐을 가진 노즐층을 형성하는 단계;
상기 노즐층의 표면을 알코올 보호기로 보호하는 단계;
상기 기판에 잉크 공급구를 형성하는 단계; 및
상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 제1 및 제2 네거티브 포토레지스트 조성물 단량체 반복 단위상에 글리시딜 에테르 관능기, 개환된(ring-opened) 글리시딜 에테르 관능기 또는 옥시테인 관능기를 가지고, 또한 페놀 노볼락 수지계 골격(backbone), 비스페놀-A계 골격, 비스페놀-F계 골격 또는 지환족계 골격을 갖는 프리폴리머; 양이온성 개시제; 용매 및 가소제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터헤드의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 노즐층의 표면을 알코올 보호기로 보호함으로써 -OH 반응성을 제거하여 노즐을 통과하는 물질과의 반응성을 억제할 수 있어 금속 착물 등의 형성을 방지하여 노즐 막힘을 억제하고, 상기 알코올 보호기의 종류에 따라 노즐 표면을 개질하는 것이 가능해지므로 수용성 잉크 또는 유기성 잉크에 적절한 노즐 변형이 가능하며, 더욱이 노즐 표면에 소수성을 부여하는 것이 가능해짐에 따라 접촉각이 증가하여 잉크 토출시 퍼짐 현상을 억제할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구현예를 상세히 설명한다. 그러나 아래에 예시되는 구현예는 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다.
이하에서 열구동 방식의 잉크젯 프린터 헤드를 중심으로 설명하나 본 발명은 압전체 구동 방식의 잉크젯 프린터 헤드에도 동일하게 적용할 수 있다. 또한 모노리식 방식뿐만 아니라 접합 방식에도 동일하게 적용할 수 있다. 그리고, 이하의 도면들에 도시된 것은 실리콘 웨이퍼의 극히 일부를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드는 하나의 웨이퍼에서 수십 내지 수백개의 칩 상태로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드는 기판; 상기 기판 상에 적층된 유로 형성층; 및 상기 유로 형성층 상에 형성된 노즐층;을 구비하며, 상기 노즐층을 형성하는 물질에 존재하는 에폭시기 또는 히드록시기가 알코올 보호기로 보호된다.
즉 노즐층을 형성하는 물질에 존재하는 에폭시기 또는 히드록시기와 같은 반응성 작용기를 알코올 보호기로 보호하여 이들의 반응성을 저하시켜, 상기 노즐층 표면이 잉크내 성분, 예를 들어 금속 또는 전자쌍을 내포한 유기물과 반응하여 표 면을 변형할 가능성을 저하시키게 된다.
상기 알코올 보호기는 노즐층 표면에 존재하는 에폭시기 또는 히드록시기와 결합하게 되는 바, 에폭시기의 경우는 먼저 가수분해되어 두개의 히드록시기로 개환된 후, 여기에 알코올 보호기가 결합된다.
이와 같은 알코올 보호기로서는 히드록시기와 결합할 수 있는 보호기라면 어느 것이나 특별한 제한 없이 사용할 수 있으나, 예를 들어 아세틸기, 베타-메톡시에톡시메틸 에테르(MEM), 메톡시메틸 에테르(MOM), p-메톡시벤질 에테르(PMB), 메틸티오메틸 에테르, 피바로일(Piv), 테트라하이드로피란(THP), 실릴 에테르, 예를 들어 트리메틸실릴(TMS), tert-부틸디메틸실릴(TBDMS) 및 트리이소프로필실릴 에테르 등을 사용할 수 있다. 이들 보호기는 유기 용매와 함께 용액을 형성한 후, 디핑(dipping), 스핀 코팅 등의 방법으로 상기 노즐층 표면에 적용된 후, 소프트 베이킹 또는 건조 등의 과정을 통해 상기 히드록시기 또는 에폭시기와 결합을 이루게 된다.
본 발명의 일태양에 따르면, 이와 같은 알코올 보호기로 보호되는 노즐층은, 노즐 내벽을 제외한 노즐층 표면이 보호되거나 또는 노즐 내벽을 포함한 노즐층 표면이 보호될 수 있다.
상기 알코올 보호기로 보호되는 노즐층은 에폭시기 및/또는 히드록시기를 함유하며, 이는 노즐층을 형성하기 위하여 사용되는 포토레지스트 조성물의 주성분이 중합성 프리 폴리머로서, 단량체 반복 단위상에 글리시딜 에테르 관능기, 개환된(ring-opened) 글리시딜 에테르 관능기 또는 옥시테인 관능기를 가지고, 또한 페 놀 노볼락 수지계 골격(backbone), 비스페놀-A계 골격, 비스페놀-F계 골격 또는 지환족계 골격의 프리폴리머가 사용되기 때문이다.
이와 같은 프리 폴리머의 보다 구체적인 예로서는 하기의 화학식 1 내지 9로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 프리폴리머를 예로 들 수 있다:
<화학식 1>
Figure 112008069122800-pat00010
<화학식 2>
Figure 112008069122800-pat00011
<화학식 3>
Figure 112008069122800-pat00012
<화학식 4>
Figure 112008069122800-pat00013
<화학식 5>
Figure 112008069122800-pat00014
<화학식 6>
Figure 112008069122800-pat00015
<화학식 7>
Figure 112008069122800-pat00016
<화학식 8>
Figure 112008069122800-pat00017
<화학식 9>
Figure 112008069122800-pat00018
상기 식에서, m은 1 내지 20의 정수이고, n은 1 내지 20의 정수이다.
상술한 프리폴리머를 포토레지스트 조성물로서 사용하여 노즐층을 형성할 경우, 노즐층에는 에폭시기 및/또는 히드록시기가 존재하며, 상기 알코올 보호기는 이들과 결합하여 반응성을 저하시키게 된다.
상술한 바와 같이 알코올 보호기로 보호된 잉크젯 프린터 헤드는 종래의 제조 공정에서 알코올 보호기 결합 공정이 추가로 진행되며, 이와 같은 알코올 보호기 결합 공정은 노즐 형성 공정 이전과 이후에 수행될 수 있다.
상기 알코올 보호기 결합공정이 노즐 형성 공정 이전에 수행되는 경우에는, 노즐이 미형성된 노즐층 표면이 상기 알코올 보호기와 결합되고, 그 후에 노즐이 형성되므로 노즐의 내벽은 알코올 보호기가 결합되지 않은 상태를 유지하게 된다.
상기 알코올 보호기 결합 공정이 노즐 형성 공정 이후에 수행되는 경우에는 노즐 내벽을 포함한 노즐층 표면이 상기 알코올 보호기로 보호될 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명의 일 구현예에 따른 프린터 헤드의 제조공정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선 노즐을 제외한 노즐층 표면이 알코올 보호기로 보호된 프린터 헤드의 제조공정은, 기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계; 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 제1 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포한 후, 이를 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여 잉크 유로를 한정하는 유로 형성층을 형성하는 단계; 상기 유로형성층이 형성되어 있는 상기 기판 상에 상기 유로형성층을 덮도록 희생층을 형성하는 단계; 연마 공정에 의해 상기 유로형성층과 희생층의 상면을 평탄화하는 단계; 상기 유로형성층과 희생층 위에 제2 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포하는 단계; 상기 제2 네거티브 포토레지스트 조성물의 도포층을 알코올 보호기로 보호한 후, 이를 포토리소그라피 공정에 의하여 패터닝하여 노즐을 가진 노즐층을 형성하는 단계;
상기 기판에 잉크 공급구를 형성하는 단계; 및
상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함한다.
다음으로, 노즐을 포함한 노즐층 표면이 알코올 보호기로 보호된 프린터 헤드의 제조공정은, 기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계; 상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 제1 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포한 후, 이를 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여 잉크 유로를 한정하는 유로 형성층을 형성하는 단계; 상기 유로형성층이 형성되어 있는 상기 기판 상에 상기 유로형성층을 덮도록 희생층을 형성하는 단계; 연마 공정에 의해 상기 유로형성층과 희생층의 상면을 평탄화하는 단계; 상기 유로형성층과 희생층 위에 제2 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포한 후, 이를 포토리소그라피 공정에 의하여 패터닝하여 노즐을 가진 노즐층을 형성하는 단계;
상기 노즐층의 표면을 알코올 보호기로 보호하는 공정;
상기 기판에 잉크 공급구를 형성하는 단계; 및
상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함한다.
상기 제조방법에서 알코올 보호기로서는 상술한 바와 같은 알코올 보호기를 사용할 수 있으며, 이와 같은 알코올 보호기는 유기 용매, 예를 들어 N-메틸피롤리돈, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 테트라하이드로퓨란, 시클로펜타논 등과 함께 용액 형태로 사용되며, 적용 방법은 디핑, 스핀 코팅, 기상 증착 등의 방법으로 사용되는 것이 바람직하다. 이들 알코올 보호기가 적용된 후에는 100 내지 120℃의 온도에서 5 내지 10분 동안 소프트 베이킹 공정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 제조공정에서 사용되는 제1 및 제2 네거티브 포토레지스트 조성물은 단량체 반복 단위상에 글리시딜 에테르 관능기, 개환된(ring-opened) 글리시딜 에테르 관능기 또는 옥시테인 관능기를 가지고, 또한 페놀 노볼락 수지계 골격(backbone), 비스페놀-A계 골격, 비스페놀-F계 골격 또는 지환족계 골격을 갖는 프리폴리머; 양이온성 개시제; 용매 및 가소제;를 포함하는 것이 바람직하다. 특히 상기 제1 및 제2 네거티브 포토레지스트 조성물은 동일 또는 상이할 수 있으며, 동일한 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2 네거티브 포토레지스트 조성물중의 상기 프리폴리머는 활성선에 노광됨으로써 가교된 폴리머를 형성할 수 있다.
상기 프리폴리머는 페놀, ο-크레졸, ρ-크레졸, 비스페놀-A, 지환족 화합물(alicyclic compound), 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택된 골격 단량체로부터 형성되는 것이 바람직하다.
상기 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 프리폴리머로의 구체적인 예로는 이에 한정되지는 않지만 이관능성 글리시딜 에테르 관능기 및 다관능성 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 경우가 있고, 이를 이하 각각 살펴보겠다.
먼저, 이관능성 글리시딜 에테르를 갖는 프리폴리머는 예를 들면 아래 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
<화학식 1>
Figure 112008069122800-pat00019
상기 식에서, m은 1 내지 20의 정수이다.
상기 이관능성 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 프리폴리머는 낮은 가교밀도로 막을 형성할 수 있다.
상기 이관능성 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 프리폴리머의 종류로는 이에 한정되지는 않지만 예를 들어, Shell Chemical사로부터 입수가능한 EPON 828, EPON 1004, EPON 1001F, 또는 EPON 1010 등을 들 수 있으며, Dow Chemical사로부터 입수가능한 DER-332, DER-331, 또는 DER-164 등을 들 수 있으며, 또한 Union Carbide사로부터 입수가능한 ERL-4201 또는 ERL-4289 등을 들 수 있다.
또한, 상기 다관능성 글리시딜 에테르 관능기를 갖는 프리폴리머의 종류로는 이에 한정되지는 않지만 예를 들어, Shell Chemical로부터 입수가능한 EPON SU-8, EPON DPS-164 등이 있으며, Dow Chemical사로부터 입수가능한 DEN-431 또는 DEN-439 등을 들 수 있드며, 또한 Daicel Chemical사로부터 입수가능한 EHPE-3150 등을 들 수 있다.
상기 단량체 반복 단위 상에 글리시딜 에테르 관능기를 가지며 또한 페놀 노볼락 수지계 골격(backbone)을 갖는 프리폴리머의 예는 하기의 화학식 2로 표시되는 것을 포함한다.
<화학식 2>
Figure 112008069122800-pat00020
상기 식에서, n은 약 1 내지 20이고, 바람직하게는 1 내지 10이다.
또한, 상기 단량체 반복 단위 상에 글리시딜 에테르 관능기를 가지며 또한 페놀 노볼락 수지계 골격(backbone)을 갖는 프리폴리머는 또한 하기 화학식 3 및 화학식 4로 표시되는 것과 같이 페놀 대신 ο-크레졸, ρ-크레졸을 이용한 것도 포함할 수 있다. .
<화학식 3>
Figure 112008069122800-pat00021
<화학식 4>
Figure 112008069122800-pat00022
상기 식에서, n은 약 1 내지 20이고, 바람직하게는 1 내지 10이다.
상기 단량체 반복 단위상에 글리시딜 에테르 관능기를 가지며 또한 비스페놀-A계 골격을 갖는 프리폴리머의 예는 하기 화학식 5 및 화학식 6로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 5>
Figure 112008069122800-pat00023
<화학식 6>
Figure 112008069122800-pat00024
상기 식에서, n은 약 1 내지 20이고, 바람직하게는 1 내지 10이다.
상기 반복단위 상에 글리시딜 에테르 관능기를 가지며 또한 지환족계 골격을 갖는 프리폴리머는 하기 화학식 7로 표시될 수 있고, 구체적인 예로는 상품명 EHPH-3150으로 구입할 수 있는 2,2-비스(히드록시메틸)-1-부탄올의 1,2-에폭시-4-(2-옥시라닐)시클로헥산 부가물[addition products of 1,2-epoxy-4(2-oxiranyl)-cyclohexane of 2,2-bis(hydroxy methyl)-1-butanol]을 포함한다.
<화학식 7>
Figure 112008069122800-pat00025
상기 식에서, n은 약 1 내지 20이고, 바람직하게는 1 내지 10이다.
상기 반복단위 상에 글리시딜 에테르 관능기를 가지며 또한 비스페놀-F-계 골격을 갖는 프리폴리머는 하기 화학식 8로 표시될 수 있다.
<화학식 8>
Figure 112008069122800-pat00026
상기 식에서, n은 약 1 내지 20이고, 바람직하게는 1 내지 10이다.
상기 반복단위 상에 옥시테인 관능기를 가지며 또한 비스페놀-A-계 골격을 갖는 프리폴리머는 하기 화학식 9로 표시될 수 있다.
<화학식 9>
Figure 112008069122800-pat00027
상기 식에서, n은 약 1 내지 20이고, 바람직하게는 1 내지 10이다.
상기 프리폴리머는 상기의 화학식 1 내지 9 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다:
상기 본 발명에 따른 네거티브 포토레지스트 조성물에 포함되는 상기 양이온성 광개시제는 일반적으로 광 노광시에 중합을 개시하는 이온 또는 자유 라디칼을 발생하는 것을 사용할 수 있다. 이와 같은 양이온성 광개시제의 예로는 VA족, VI족 원소의 방향족 할로늄염, 술포늄염 등이 있고, 이는 각각 Union Carbide사로부터 입수 가능한 UVI-6974 등이 있으며, 또한 Asahi denka사로부터 구입할 수 있는 SP-172 등이 있다.
상기 방향족 술포늄염의 구체적인 예로는 트리페닐설포늄 테트라플루오로보레이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로안티모네이트(UVI-6974), 페닐메틸벤질설포늄 헥사플루오로안티모네이트, 페닐메틸벤질설포늄 헥사플루오로포스페이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트, 메틸 디페닐설포늄 테트라플루오로보레이트, 디메틸 페닐설포늄 헥사플루오로포스페이트 등을 포함한다.
상기 방향족 할로늄염으로서는 방향족 아이오도늄염이 바람직하고, 이와 같은 방향족 아이오도늄염의 구체적인 예로는 이에 한정되지 않지만, 디페닐아이오도늄 테트라플루오로보레이트, 디페닐아이오도늄 헥사플루오로안티모네이트, 부틸페닐아이오도늄 헥사플루오로안티모네이트(SP-172) 등을 포함한다.
상기 양이온 광개시제의 함량은 상기 프리폴리머 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부, 바람직하게는 1.5 내지 5중량부이다. 상기 양이온 광개시제의 함량이 1중량부 미만이면 충분한 가교 반응을 얻을 수 없으며, 상기 함량이 10중량부를 초과하면 적정 두께에 해당하는 광에너지보다 과다하게 광에너지가 필요하게 되면서 가교 속도를 저하시키는 문제가 있다.
상기 본 발명에 따른 네가티브 포토레지스트 조성물에 사용되는 용매로서는 감마-부티로락톤, 프로필렌 글리콜 메틸 에틸 아세테이트, 테트라히드로퓨란, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 시클로펜타논 및 크실렌으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 용매의 함량은 상기 프리폴리머 100중량부에 대하여 30 내지 300중량부, 바람직하게는 50 내지 200중량부이다. 상기 용매의 함량이 30중량부 미만이면 점도가 높아져 작업성이 저하되며, 상기 함량이 300중량부를 초과하면 얻어진 폴리머의 점도가 낮아져 패턴 형성이 곤란해질 우려가 있다.
상기 본 발명에 따른 네거티브 포토레지스트 조성물에 포함되는 상기 가소제는 노즐 형성 과정에서 노즐 현상 및 희생층 제거 후 노즐층에 크랙이 발생하는 현상을 개선하는 것이 가능하며, 또한 전체적인 노즐 기울기의 편차를 감소시켜 Y 스페이싱에 의한 화질 불량을 개선하는 것이 가능한 바, 이는 가교된 고분자들 사이에 끓는 점이 높은 가소제가 첨가되어 윤활 작용을 함으로써 노즐층의 스트레스가 감소하여 나타나는 현상이다. 아울러 상기 가소제의 사용으로 인해 추가 베이킹 공정을 제거할 수 있어 공정을 단순화시키는 것이 가능해진다.
상기 가소제로서는 프탈산계, 트리멜리트산계 또는 포스파이트계를 사용할 수 있으며, 상기 프탈산계 가소제로서는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 디옥틸 프탈레이트(DOP), 디글리시딜 헥사히드로 프탈레이트(DGHP) 등을 예로 들 수 있으며, 상기 트리멜리트산계 가소제로서는 트리에틸헥실 트리멜리테이트 등을 예로 들 수 있고, 상기 포스파이트계 가소제로서는 트리크레실 포스페이트 등을 예로 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상 선택하여 사용하는 것이 가능하다.
상기 가소제의 함량은 상기 프리폴리머 100중량부에 대하여 1 내지 15 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부이다. 상기 함량이 1 중량부 미만인 경우 가소제의 효과가 약하며, 15 중량부 초과인 경우에는 프리폴리머의 가교밀도가 저하될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 네가티브 포토레지스트 조성물에는 기타 첨가제로서 광증감제, 충진제, 점도개질제, 습윤제, 광안정화제 등을 사용할 수 있으며, 이들의 함량은 각각 상기 프리폴리머의 함량 100중량부를 기준으로 하여 0.1 내지 20 중량부의 함량으로 존 재하는 것이 바람직하다.
상기 광증감제는 빛 에너지를 흡수하고 다른 화합물에의 에너지 전달을 용이하게 하고 이것에 의하여 라디칼 또는 이온 개시제를 형성할 수 있다. 증감제는 노광에 유용한 에너지 파장 범위를 확대하는 경우가 많고, 전형적으로는 방향족의 광흡수 발색단이다. 또한 라디칼 또는 이온의 광개시제를 형성을 유도할 수 있다.
상기 제조방법에서 사용되는 기판으로서는 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있다.
상기 제조방법에서, 유로형성층을 형성하는 단계는 상기 기판의 전표면에 제1 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 제1 포토레지스트층을 잉크 유로 패턴을 가지는 제1 포토마스크를 사용하여 노광시키는 단계; 및 상기 제1 포토레지스트층을 현상하여 노광되지 않은 부분을 제거함으로써 상기 유로형성층을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제조방법에서, 상기 희생층은 포지티브 포토레지스트 또는 비감광성 가용성 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 포지티브 포토레지스트는 이미드계 포지티브 포토레지스트일 수 있으며, 상기 비감광성 가용성 폴리머는 페놀 수지, 폴리 우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리 이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리 아미드 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있다. 여기서 가용성이란 특정 용매에 의하여 용해되는 특성을 의미한다.
상기 제조공정중 상기 희생층을 형성하는 단계에서, 상기 희생층은 상기 유로형성층의 높이보다 높은 높이로 형성된다. 여기서, 상기 희생층은 스핀 코팅 방법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제조공정중 상기 평탄화 단계는, 상기 유로형성층과 희생층의 상부를 연마 공정을 통하여 원하는 상기 잉크 유로의 높이까지 연마하여 상기 유로형성층과 희생층의 상면을 평탄화하는 것이 바람직하다. 상기 연마 공정은 화학적 기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Planarization, CMP)을 포함할 수 있다.
상기 제조공정중 상기 노즐층을 형성하는 단계는, 상기 유로형성층과 희생층 위에 상기 제2 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계; 상기 제2 포토레지스트층을 노즐 패턴을 가진 제2 포토마스크를 사용하여 노광시키는 단계; 및 상기 제2 포토레지스트층을 현상하여 노광되지 않은 부분을 제거함으로써 노즐과 노즐층을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 잉크 공급구를 형성하는 단계는, 상기 기판의 배면에 포토레지스트를 도포하는 단계; 상기 포토레지스트를 패터닝하여 상기 잉크 공급구를 형성하기 위한 식각마스크를 형성하는 단계; 및 상기 식각마스크를 통하여 노출된 상기 기판의 배면을 식각하여 상기 잉크 공급구를 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 기판의 배면은 플라즈마를 이용한 건식 식각 방법 또는 테트라메틸 암모늄 히드록사이드(TMAH) 또는 KOH를 에칭액으로 하는 습식 식각 방법에 의해 식각될 수 있다.
본 발명에 의하면, 희생층의 상면을 평탄하게 형성할 수 있게 되므로, 잉크 유로의 형상 및 치수의 제어가 용이하여 잉크 유로의 균일성이 향상된다.
도 2a 내지 2l은 본 발명의 일구현예에 따라서 노즐 내벽을 제외한 노즐층 표면이 알코올 보호기로 보호된 잉크젯 프린터 헤드의 제조 공정을 나타내며, 특히 유로형성층 및 노즐층이 상기 프리폴리머를 포함하는 네거티브 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성되고, 또한 희생층의 평탄화 공정이 화학적 기계적 연마(CMP) 공정으로 실시되는 잉크젯 프린터헤드 제조방법을 설명하는 단면도들이다.
먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 잉크를 가열하기 위한 히터(141)와, 상기 히터(141)에 전류를 공급하기 위한 전극(142)을 형성한다. 여기에서, 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 실리콘 웨이퍼는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 것으로서, 대량생산에 효과적이다.
그리고 상기 히터(141)는 기판(110) 상에 예컨대 탄탈륨-질화물 또는 탄탈륨-알루미늄 합금과 같은 저항발열물질을 스퍼터링(sputtering) 또는 화학기상증착법에 의해 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
상기 전극(142)은 기판(110) 상에 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 도전성이 양호한 금속물질을 역시 스퍼터링에 의해 증착한 다음, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만, 히터(141)와 전극(142) 위에는 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이루어진 보호층이 형성될 수 있다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 히터(141)와 전극(142)이 형성되어 있는 기판(110) 상에 제1 네거티브 포토레지스트층(121)을 형성한다. 상기 제1 네거티브 포토레지스트층(121)은 후술하는 단계에서 잉크챔버와 리스트릭터를 둘러싸는 유로형성층(도 2d의 120)을 이루게 된다. 제1 네거티브 포토레지스트층(121)은 자외선과 같은 활성선에 의하여 가교됨으로써 잉크에 대해 화학적으로 안정한 성질을 갖게 된다. 이와 같은 제1 네거티브 포토레지스트층(121)은 전술한 프리폴리머를 포함하는 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 네거티브 포토레지스트층(121)은 기판(110)의 전 표면에 상기 조성물을 소정 두께로 도포함으로써 형성된다. 여기서 상기 조성물은 스핀 코팅 방법에 의해 기판(110) 상에 도포될 수 있다.
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 네거티브 포토레지스트층(121)을 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제1 포토마스크(161)를 사용하여 활성선(actinic radiation), 바람직하게는 자외선(UV)에 노광시킨다. 상기 노광 단계에서, 제1 네거티브 포토레지스트층(121) 중 UV에 노광된 부위는 경화되어 내화학성 및 높은 기계적 강도를 가지게 된다. 반면에, 노광되지 않은 부분은 현상액(developer)에 의해 쉽게 용해되는 성질을 가진다.
이어서, 제1 네거티브 포토레지스트층(121)을 현상하여 노광되지 않은 부분을 제거하면, 도 2d에 도시된 바와 같이, 잉크 유로를 한정하는 유로형성층(120)이 형성된다.
다음으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 유로형성층(120)을 덮도록 기판(110) 상에 희생층(S)을 형성한다. 이때, 희생층(S)은 유로형성층(120)의 높이보다 높은 높이로 형성된다. 희생층(S)은 포지티브 포토레지스트 또는 비감광성 가용성 폴리머를 스핀 코팅 방법에 의해 기판(110) 상에 소정 두께로 도포함으로써 형성될 수 있다. 여기서, 상기 포지티브 포토레지스트는 이미드계(imide-based) 포지티브 포토레지스트인 것이 바람직하다. 희생층(S)으로 이미드계 포지티브 포토레지스트가 사용되면 용매에 의해 영향을 거의 받지 않으며, 노광되어도 질소 가스를 발생시키지 않는다는 장점이 있다. 이를 위해서 이미드계 포지티브 포토레지스트를 약 140℃의 온도에서 하드 베이킹(hard baking)하는 공정이 필요하게 된다. 한편, 희생층(S)은 액상의 비감광성 가용성 폴리머를 스핀 코팅 방법에 의하여 기판(110) 상에 소정 두께로 도포하고, 이를 베이킹함으로써 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 가용성 폴리머는 페놀 수지, 폴리 우레탄 수지, 에폭시 수지, 폴리 이미드 수지, 아크릴 수지, 폴리 아미드 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지 및 실리콘 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 것이 바람직하다.
이어서, 화학적 기계적 연마 공정을 통하여 도 2f에 도시된 바와 같이, 유로형성층(120) 및 희생층(S)의 상면을 평탄화시킨다. 상세하게는, 희생층(S) 및 유로형성층(120)의 상부를 화학적 기계적 연마(CMP) 공정에 의하여 원하는 잉크 유로의 높이까지 연마하게 되면, 유로형성층(120)과 희생층(S)의 상면이 동일한 높이로 형성되게 된다.
다음으로, 상면이 평탄화된 유로형성층(120)과 희생층(S) 위에 도 2g에 도시된 바와 같이, 제2 네거티브 포토레지스트층(131)을 형성한다. 이는 제1 네거티브 포토레지스트층(121)과 같이 상기 단량체 반복 단위상에 단량체 반복 단위상에 글리시딜 에테르 관능기, 개환된(ring-opened) 글리시딜 에테르 관능기 또는 옥시테인 관능기를 가지고, 또한 페놀 노볼락 수지계 골격(backbone), 비스페놀-A계 골격, 비스페놀-F계 골격 또는 지환족계 골격을 갖는 프리폴리머를 포함하는 조성물을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제2 네거티브 포토레지스트층(131)은 후술하는 단계에서 노즐층(도 2i 의 130)이 된다. 제2 네거티브 포토레지스트층(131)은 자외선과 같은 활성선에 의하여 가교됨으로써 잉크에 대해 화학적으로 안정한 성질을 갖게 된다. 구체적으로, 제2 네거티브 포토레지스트층(131)은 유로형성층(120)과 희생층(S) 위에 스핀 코팅 방법에 의해 상기 조성물을 소정 두께로 도포함으로써 형성된다. 이때, 제2 네거티브 포토레지스트층(131)은 노즐의 길이를 충분히 확보할 수 있고, 잉크 챔버 내의 압력 변화를 견딜 수 있는 정도의 강도를 가질 수 있는 두께로 도포된다.
그리고, 전 단계에서 희생층(S)과 유로형성층(120)은 그 상면이 동일한 높이로 평탄하게 형성되므로, 제2 네거티브 포토레지스트층(131)을 이루는 물질과 희생층(S)을 이루는 물질 사이의 반응에 의해 희생층(S)의 가장자리 부위가 변형되거나 녹아 내리는 문제점이 발생하지 않게 된다. 이에 따라, 제2 포토레지스트층(131)은 유로형성층(120)의 상면에 밀착되게 형성될 수 있다.
이어서 상기 제2 네거티브 포토레지스트층(131) 상에 알코올 보호기 함유 용액을 디핑 또는 스핀 코팅 등의 방법으로 도포하여 보호층(200)을 형성한 후, 이를 소정 온도에서 소프트베이킹하여 상기 제2 네거티브 포토레지스트층(131)의 표면을 알코올 보호기로 보호하게 된다.
이어서, 도 2h에 도시된 바와 같이, 제2 네거티브 포토레지스트층(131)을 노즐 패턴이 형성된 제2 포토마스크(163)를 사용하여 노광시킨다.
그리고, 상기 제2 네거티브 포토레지스트층(131)을 현상하여 노광되지 않은 부분을 제거하게 되면, 도 2i에 도시된 바와 같이 노즐(154)이 형성되고, 노광에 의해 경화된 부위는 잔존하여 노즐층(130)을 형성한다. 이때, 희생층(S)이 전술한 바와 같이 이미드계 포지티브 포토레지스트로 이루어지게 되면, 제2 네거티브 포토레지스트층(131)을 통하여 희생층(S)이 노광되어도 질소 가스는 발생되지 않으므로, 질소 가스에 의해 노즐층(130)이 변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한 상기 공정에 의해 노즐이 형성되면 결과적으로 노즐층의 표면만이 알코올 보호기로 보호되며, 노즐의 내벽은 알코올 보호기를 포함하지 않게 된다.
다음으로, 도 2j에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 배면에 잉크 공급구(도 2k의 151)를 형성하기 위한 식각마스크(171)를 형성한다. 식각마스크(171)는 기판(110)의 배면에 포지티브 또는 네거티브 포토레지스트를 도포한 뒤, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
이어서, 도 2k에 도시된 바와 같이, 식각마스크(171)에 의해 노출된 기판(110)의 배면으로부터 기판(110)이 관통되도록 식각하여 잉크 공급구(151)를 형성한 후, 식각마스크(171)를 제거한다. 이러한 기판(110) 배면의 식각은 플라즈마를 이용하는 건식 식각 방법에 의하여 이루어질 수 있다. 한편, 기판(110) 배면의 식각은 에칭액(echant)으로서 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide) 또는 KOH를 사용하는 습식 식각 방법에 의하여 수행될 수도 있다.
마지막으로, 용매를 사용하여 희생층(S)을 제거하면, 도 2l에 도시된 바와 같이, 유로형성층(120)으로 둘러싸인 잉크 챔버(153)와 리스트릭터(152)가 형성되고, 히터(141)에 전류를 인가하기 위한 전극(342)이 노출된다. 이에 따라, 노즐 내벽을 제외한 노즐층 표면이 알코올 보호기로 보호된, 도 2l에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 잉크젯 프린터헤드가 완성된다.
도 3a 내지 3l은 본 발명의 일구현예에 따라서 노즐 내벽을 포함한 노즐층 표면이 알코올 보호기로 보호된 잉크젯 프린터 헤드의 제조 공정을 나타낸다. 이와 같은 제조 공정에서, 도 3g에 기재된 제2 네거티브 포토레지스트 조성물층(131)을 형성하는 공정까지는 상술한 바와 같은 공정과 동일하며, 다만 알코올 보호기로 노즐층 표면을 보호하는 공정이 노즐 형성 공정 이후에 수행된다. 즉 도 3h에 나타낸 바와 같이 제2 네거티브 포토레지스트층(131)을 노즐 패턴이 형성된 제2 포토마스크(163)를 사용하여 노광시킨다. 그리고, 상기 제2 네거티브 포토레지스트층(131)을 현상하여 노광되지 않은 부분을 제거하게 되면, 도 2i에 도시된 바와 같이 노즐(154)이 형성되고, 노광에 의해 경화된 부위는 잔존하여 노즐층(130)을 형성한다.
이와 같은 노즐(154)이 형성된 노즐층(130)에 알코올 보호기를 함유하는 용액을 디핑 또는 스핀 코팅 등의 방법으로 도포하여 알코올 보호층(200)을 형성한 후, 이를 소프트 베이킹 처리하여 상기 노즐 내벽을 포함하는 노즐층 표면을 알코올 보호기로 보호하게 된다.
이어서 기판 배면의 잉크 공급구 형성공정 및 희생층 제거 공정은 상술한 바와 동일하게 수행할 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예를 들어 보다 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 네거티브 포토레지스트 조성물의 제조
용기(jar) 내에 30g의 PGMEA(Samchun Chemical Co. 제조), 2g의 디글리시딜 헥사히드로 프탈레이트(Sigma-Aldrich 제조), 및 2g의 SP-172(Asahi Denka Korea Chemical Co. 제조)를 가하여 레지스트 용액을 제조하였다, 이후, 40g의 EPON SU-8 (Hexion Speciality Co. 제조)를 상기 용기 내에 가한 후, 사용하기 전에 상기 용액을 약 24시간 동안 임펠러 상에서 혼합하여 네거티브 포토레지스트 조성물을 제조하였다.
제조예 2
상기 제조예 1에서 디글리시딜 헥사히드로 프탈레이트를 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 공정을 수행하여 네거티브 포토레지스트 조성물을 제조하였다.
제조예 3
알코올 보호기로서 클로로트리메틸실란 2g을 용매인 100g에 용해하여 알코올 보호기 함유 용액을 제조하였다.
실시예 1
6인치 실리콘 웨이퍼(110) 상에 두께 약 500Å의 탄탈륨 나이트라이드 히터 패턴(141)과, 두께 약 500Å의 AlSiCu 합금(Si 및 Cu는 각각 1중량% 이하)으로 이루어진 전극 패턴(142)을 통상적인 스퍼터링(sputtering) 공정 및 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성하였다(도 3a 참조).
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 히터 패턴과 전극 패턴이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼 상의 전면에 상기 제조예 1에서 제조된 네거티브 포토레지스트 조성물을 2000rpm의 속력으로 40초간 스핀 코팅하고 95℃에서 7분 동안 베이 크하여 두께 약 10㎛의 제1 네거티브 포토레지스트층을 형성하였다. 이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 네거티브 포토레지스트층을 소정의 잉크챔버와 리스트릭터 패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 i-라인의 자외선(UV)에 노광시켰다. 이때 노광량은 130mJ/cm2으로 조절하였다. 이 웨이퍼를 95℃에서 3분 동안 베이크한 후, PGMEA 현상액(developer)에 1분 동안 침지하여 현상하고, 이소프로판올로 20초간 린스하였다. 이에 의하여 유로형성층(도 3d의 120)이 완성되었다.
다음으로, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 유로형성층 패턴(120)이 형성된 웨이퍼의 전표면에 이미드계 포지티브 포토레지스트(제조사: TORAY, 상품명: PW-1270)를 1000rpm의 속력으로 40초간 스핀 코팅하고 약 140℃에서 10분 동안 베이크하여 희생층(S)을 형성하였다. 상기 희생층(S)의 두께는 유로형성층(120) 패턴위에 오버코팅된 두께가 약 5㎛가 되도록 조절되었다.
이어서, 화학적 기계적 연마 공정을 이용하여, 도 3f에 도시된 바와 같이, 유로형성층 패턴(120) 및 희생층(S)의 상면을 평탄화시켰다. 이를 위하여, 희생층(S)이 연마 플레이트의 연마패드(제조사: JSR, 제품번호: JSR FP 8000)를 향하도록 웨이퍼를 연마패드에 공급하였다. 이어서, 웨이퍼를 연마패드위에 프레스 헤드에 의하여 배킹 패드로 10~15kPa의 압력으로 프레스하였다. 연마패드 위에 연마 슬러리(FUJIMI Corporation, POLIPLA 103)를 공급하면서 프레스 헤드를 연마패드에 대하여 회전시켰다. 이때 프레스 헤드와 연마패드의 회전속도는 각각 40rpm이었다. 배킹 패드는 Shore D hardness가 30 ~ 70의 범위의 물질로 만들어진 것이다. 식각 속도(etch rate)를 5~7㎛로 조절하면서, 유로형성층 패턴(120)의 상부면이 약 1㎛ 제거될 때까지 희생층(S)을 제거하여 평탄화하였다.
유로형성층 패턴(120)과 희생층(S)이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼(110) 상에, 상기 제조예 1에서 얻어진 네거티브 포토레지스트 조성물 및 포토마스크(163)를 사용하여 상기 유로형성층 패턴(120) 형성시와 동일한 조건하에서 노즐층 패턴(130)을 형성하였다(도 3g, 3h, 및 3i 참조).
여기에 상기 제조예 3에서 얻어진 알코올 보호기 함유 용액을 사용하여 상기 노즐(154)이 형성된 노즐층(130)에 디핑처리하여 알코올 보호기 함유층(200)을 형성하였다. 이어서 상기 알코올 보호기 함유층(200)을 100℃에서 10분 동안 소프트베이킹 처리하여 알코올 보호기를 상기 노즐층 표면에 결합시켰다.
이어서, 도 3j에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(110)의 배면에 잉크공급구(151)를 형성하기 위한 통상적인 포토리소그래피 방식을 이용하여 식각마스크(171)를 형성하였다. 이어서, 도 3k에 도시된 바와 같이, 식각마스크(171)에 의해 노출된 실리콘 웨이퍼(110)의 배면으로부터 실리콘 웨이퍼를 플라즈마 식각하여 잉크공급구(151)를 형성한 후, 식각마스크(171)를 제거하였다. 이 때, 플라즈마 식각장치의 파워는 2000Watt, 식각 가스는 SF6 및 O2의 혼합가스(혼합부피비 10:1)이었고, 실리콘 식각속도는 3.7㎛/min이었다.
마지막으로, 메틸 락테이트 솔벤트에 상기 웨이퍼를 2시간 동안 침지(dipping)하여 희생층(S)을 제거함으로써, 도 3l에 도시된 바와 같이, 희생층(S) 이 제거된 공간에 유로형성층(120)에 의해 둘러싸인 잉크챔버(153)와 리스트릭터(152)가 형성하였다. 이로써, 도 3l에 도시된 바와 같은 구조를 가진 잉크젯 프린터헤드를 완성하였다.
상기와 같이, 상기 제조예 3에서 제조된 알코올 보호기를 사용하여 노즐층 표면이 보호된 잉크젯 프린터 헤드를 제조하였다.
비교예 1
상기 알코올 보호 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 잉크젯 프린터 헤드를 제조하였다.
실험예: 접촉각 측정
탈이온수를 상기 비교예 1 및 실시예 1의 노즐층 표면에 적가하는 방식으로 접촉각을 측정한 결과를 도 4 및 도 5에 각각 나타내었다.
도 4는 알코올 보호기로 보호되지 않은 비교예 1의 노즐층 표면의 접촉각을 나타내며, 접촉각이 88 degree에 해당하였으며, 도 5는 알코올 보호기로 보호된 실시예 1의 노즐층 표면의 접촉각을 나타내며, 접촉각이 107 degree에 해당하였다. 따라서 접촉각 증가를 통해 상기 알코올 보호기가 노즐층 표면에 결합되어 있다고 판단할 수 있다.
도 1은 열구동형 잉크젯 프린터 헤드의 일반적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 2l은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법의 바람직한 구현예를 단계적으로 나타내 보인 단면도들이다.
도 3a 내지 3l은 본 발명에 따른 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법의 바람직한 구현예를 단계적으로 나타내 보인 단면도들이다.
도 4는 비교예 1에 따라 형성된 노즐층 표면의 접촉각을 나타내는 광학현미경 사진이다.
도 5는 실시예 1에 따라 형성된 노즐층 표면의 접촉각을 나타내는 광학현미경 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 110...기판 20, 120...유로형성층
121...제1 포토레지스트층 123...제1 희생층
124...제2 희생층 30, 130...노즐층
131...제2 포토레지스트층 41, 141...히터
42, 142...전극 51, 151...잉크공급구
52, 152...리스트릭터 53, 153...잉크챔버
54, 154...노즐 161,162,163...포토마스크
171...식각마스크 81………포토레지스트층
200...알코올 보호층

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 적층된 유로 형성층; 및
    상기 유로 형성층 상에 형성된 노즐층;을 구비하며,
    상기 노즐층을 형성하는 물질에 존재하는 에폭시기 또는 히드록시기가 알코올 보호기로 보호된 잉크젯 프린터 헤드로서,
    상기 알코올 보호기는 상기 에폭시기 또는 상기 히드록시기와 결합하여, 상기 에폭시기 또는 상기 히드록시기의 반응성을 저하시키는 작용기인,
    잉크젯 프린터 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알코올 보호기가 아세틸기, 베타-메톡시에톡시메틸 에테르(MEM), 메톡시메틸 에테르(MOM), p-메톡시벤질 에테르(PMB), 메틸티오메틸 에테르, 피바로일(Piv), 테트라하이드로피란(THP), 또는 실릴 에테르인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
  3. 제1항에 있어서,
    노즐의 내벽을 제외한 노즐층의 표면이 알코올 보호기로 보호된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
  4. 제1항에 있어서,
    노즐의 내벽을 포함하는 노즐층의 표면이 보호된 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노즐층을 형성하는 물질에 존재하는 에폭시기의 경우, 상기 에폭시기를 가수분해하여 히드록시기로 변환시킨 후 이를 알코올 보호기로 보호한 것임을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노즐층 형성용 물질이 하기의 화학식 1 내지 9로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 프리폴리머의 중합체인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드:
    <화학식 1>
    Figure 112008069122800-pat00028
    <화학식 2>
    Figure 112008069122800-pat00029
    <화학식 3>
    Figure 112008069122800-pat00030
    <화학식 4>
    Figure 112008069122800-pat00031
    <화학식 5>
    Figure 112008069122800-pat00032
    <화학식 6>
    Figure 112008069122800-pat00033
    <화학식 7>
    Figure 112008069122800-pat00034
    <화학식 8>
    Figure 112008069122800-pat00035
    <화학식 9>
    Figure 112008069122800-pat00036
    상기 식에서, m은 1 내지 20의 정수이고, n은 1 내지 20의 정수이다.
  7. 기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계;
    상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 제1 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포한 후, 이를 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여 잉크 유로를 가지는 유로 형성층을 형성하는 단계;
    상기 유로형성층 상에 희생층을 형성하는 단계;
    연마 공정에 의해 상기 유로형성층과 희생층의 상면을 평탄화하는 단계;
    상기 유로형성층과 희생층 위에 제2 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포하는 단계;
    상기 제2 네거티브 포토레지스트 조성물의 도포층을 알코올 보호기로 보호하는 단계로서, 상기 알코올 보호기는 상기 제2 네거티브 포토레지스트 조성물의 도포층에 존재하는 에폭시기 또는 히드록시기와 결합하여, 상기 에폭시기 또는 상기 히드록시기의 반응성을 저하시키는 작용기인, 단계;
    상기 제2 네거티브 포토레지스트 조성물의 도포층을 포토리소그라피 공정에 의하여 패터닝하여 노즐을 가진 노즐층을 형성하는 단계;
    상기 기판에 잉크 공급구를 형성하는 단계; 및
    상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
  8. 기판 상에 잉크를 가열하기 위한 히터와 상기 히터에 전류를 공급하기 위한 전극을 형성하는 단계;
    상기 히터와 전극이 형성된 상기 기판 상에 제1 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포한 후, 이를 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여 잉크 유로를 가지는 유로 형성층을 형성하는 단계;
    상기 유로형성층 상에 희생층을 형성하는 단계;
    연마 공정에 의해 상기 유로형성층과 희생층의 상면을 평탄화하는 단계;
    상기 유로형성층과 희생층 위에 제2 네거티브 포토레지스트 조성물을 도포하는 단계;
    상기 제2 네거티브 포토레지스트 조성물의 도포층을 포토리소그라피 공정에 의하여 패터닝하여 노즐을 가진 노즐층을 형성하는 단계;
    상기 노즐층의 표면을 알코올 보호기로 보호하는 단계로서, 상기 알코올 보호기는 상기 노즐층의 표면에 존재하는 에폭시기 또는 히드록시기와 결합하여, 상기 에폭시기 또는 상기 히드록시기의 반응성을 저하시키는 작용기인, 단계;
    상기 기판에 잉크 공급구를 형성하는 단계; 및
    상기 희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 알코올 보호기가 아세틸기, 베타-메톡시에톡시메틸 에테르(MEM), 메톡시메틸 에테르(MOM), p-메톡시벤질 에테르(PMB), 메틸티오메틸 에테르, 피바로일(Piv), 테트라하이드로피란(THP), 또는 실릴 에테르인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터 헤드의 제조방법.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 네거티브 포토레지스트 조성물이 단량체 반복 단위상에 글리시딜 에테르 관능기, 개환된(ring-opened) 글리시딜 에테르 관능기 또는 옥시테인 관능기를 가지고, 또한 페놀 노볼락 수지계 골격(backbone), 비스페놀-A계 골격, 비스페놀-F계 골격 또는 지환족계 골격을 갖는 프리폴리머; 양이온성 개시제; 용매 및 가소제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터헤드의 제조방법.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 연마 공정이 화학적 기계적 연마 공정인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터헤드의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 네거티브 포토레지스트 조성물이 상기 프리폴리머 100중량부에 대하여, 상기 양이온성 광개시제 1 내지 10중량부, 용매 30 내지 300중량부, 및 가소제 1 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터헤드의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 프리폴리머가 하기의 화학식 1 내지 9로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1개 이상인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터헤드의 제조방법:
    <화학식 1>
    Figure 112008069122800-pat00037
    <화학식 2>
    Figure 112008069122800-pat00038
    <화학식 3>
    Figure 112008069122800-pat00039
    <화학식 4>
    Figure 112008069122800-pat00040
    <화학식 5>
    Figure 112008069122800-pat00041
    <화학식 6>
    Figure 112008069122800-pat00042
    <화학식 7>
    Figure 112008069122800-pat00043
    <화학식 8>
    Figure 112008069122800-pat00044
    <화학식 9>
    Figure 112008069122800-pat00045
    상기 식에서, m은 1 내지 20의 정수이고, n은 1 내지 20의 정수이다.
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