KR20040098851A - 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
모놀리틱 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드는, 잉크 공급을 위한 매니폴드가 형성된 실리콘 기판과; 실리콘 기판상에 형성된 히터와; 실리콘 기판상에 형성되어 히터에 펄스 전류를 인가하는 것으로, MOS 트랜지스터와, 배선층과, 층간절연막과, 보호막을 포함하는 구동회로부와; 구동회로부 위에 적층되어, 히터의 상부에 배치되는 잉크챔버와, 잉크챔버와 매니폴드를 연결하는 잉크채널과, 잉크챔버로부터 잉크가 토출되는 노즐을 한정하는 유로형성층;을 구비하며, 상기 구동회로부의 표면으로부터 소정 깊이의 홈이 형성되고, 상기 홈 내부에 유로형성층을 이루는 물질이 채워진다. 이와 같은 구성에 의하면, 구동회로부와 그 위에 적층되는 유로형성층 사이의 접촉 면적이 넓어지게 되므로, 구동회로부와 유로형성층의 접착력이 강화된다.
Description
본 발명은 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 공정에 의해 실리콘 기판 상에 구동회로와 잉크유로가 일체로 형성되는 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 기록용지 상의 원하는 위치에 토출시켜서 소정 색상의 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 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 프린터헤드이고, 다른 하나는 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다.
상기 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크는 대략 300℃로 순간 가열된다. 이에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크챔버 내부에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크챔버 밖으로 토출된다.
이와 같은 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에는 히터에 펄스 전류를 인가하기 위하여 구동회로가 채용되는데, 이러한 구동회로에는 일반적으로 MOS 트랜지스터와 로직 회로 등이 포함된다. 그리고, 최근에는 상기 구동회로와 잉크유로가 실리콘 기판 상에 일체로 형성되어 그 제조공정이 단순화된 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드가 제안되고 있다.
도 1에는 종래의 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 일례가 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 실리콘 기판(10) 상에는 히터(41)에 펄스 전류를 인가하기 위한 구동회로와, 잉크유로가 일체로 형성되어 있다. 상기 구동회로는 MOS 트랜지스터, 예컨대 MOSFET과 로직 회로를 구성하는 배선층들(26, 29)로 이루어진다. MOSFET은 실리콘 기판(10) 상에 형성된 게이트 산화막(21) 위에 형성된 게이트(gate, 22)와 게이트 산화막(21) 아래에 형성된 소스(source, 23) 및 드레인(drain, 24)으로 이루어진다. 상기 MOSFET 둘레에는 이를 절연시키기 위한 필드 산화막(20)이 게이트 산화막(21)보다 두꺼운 두께로 형성되어 있다. MOSFET과 필드 산화막(20) 위에는 제1 층간절연막(25)이 형성되어 있다. 상기 제1 층간 절연막(25) 위에는 소정 패턴의 제1 배선금속층(26)이 형성되며, 상기 MOSFET의 게이트(22), 소스(23) 및 드레인(24) 각각은 컨택홀(27)을 통해 제1배선금속층(26)과 연결된다. 상기 제1 배선금속층(26) 위에는 제2 층간절연막(28)이 형성되며, 제2 층간절연막(28) 위에는 소정 패턴의 제2 배선금속층(29)이 형성되어 있다. 상기 제2 배선금속층(29)은 도시되지 않은 비아홀을 통해 제1 배선금속층(26)과 연결된다. 그리고, 제2 배선금속층(29)의 일단부에는 와이어에 본딩하기 위한 본딩패드(30)가 마련되어 있다. 그리고, 제2 배선금속층(29)과 제2 층간절연막(28) 위에는 보호막(passivation layer, 31)이 형성되어 있다.
한편, 상기 잉크유로는 토출될 잉크가 채워지는 잉크챔버(12)와, 잉크챔버(12)로부터 잉크가 토출되는 노즐(14)과, 잉크 공급을 위한 매니폴드(미도시)와, 매니폴드와 잉크챔버(12)를 연결하는 잉크채널(미도시)로 이루어진다. 상기 매니폴드는 기판(10)을 관통하여 형성되며, 상기 잉크챔버(12), 노즐(14) 및 잉크채널은 유로형성층(50)에 의해 한정된다. 상기 유로형성층(50)은 주로 폴리이미드와 같은 감광성 폴리머를 구동회로부의 표면 위에 소정 두께로 도포한 후, 이를 포토리소그라피 공정에 의해 패터닝함으로써 형성된다. 상기 잉크챔버(12)는 히터(41)의 상부에 배치된다. 상기 히터(41)는 제1 층간절연막(25) 위에 형성되어 있으며, 그 양단부에는 상기 제1 배선금속층(26)이 연결되어 있다. 상기 히터(41)와 제1 배선금속층(26) 위에는 상기한 제2 층간절연막(28)이 형성되어 있다. 그리고, 제2 층간절연막(28) 위에는 잉크챔버(12)의 바닥 부위에 캐비테이션 방지층(anticavitation layer, 42)이 형성되어 있다. 상기 캐비테이션 방지층(42)은 잉크챔버(12) 내의 버블이 소멸될 때 발생하는 높은 기압에 의해 히터(41)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로, 주로 탄탈륨 박막이 이용된다.
그런데, 상기한 바와 같은 종래의 모놀리틱 프린트헤드에 있어서는, 구동회로부의 표면 상에, 즉 보호막 상에 감광성 폴리머를 도포하여 유로형성층을 형성할 때, 구동회로부의 표면과 유로형성층 사이가 불완전하게 접착될 수 있다. 이와 같은 경우에는, 유로형성층과 구동회로부 사이에 틈이 발생하여 프린트헤드의 신뢰성이 저하되며, 심한 경우에는 유로형성층이 구동회로부의 표면으로부터 떨어져 나가는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 구동회로부에 홈이 형성되어 구동회로부와 유로형성층 사이의 접착력이 강화된 구조를 가진 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기한 구조를 가진 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 제공하는데 그 다른 목적이 있다.
도 1은 종래의 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 구조를 나타내 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 부분적으로 보여주는 단면도이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명에 따른 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100...실리콘 기판 102...매니폴드
104...잉크채널 106...잉크챔버
108...노즐 110...필드 산화막
121...게이트 산화막 122...게이트
123...소스 124...드레인
125...제1 층간절연막 126...제1 배선금속층
127...컨택홀 128...제2 층간절연막
129...제2 배선금속층 130...본딩패드
141...히터 142...캐비테이션 방지층
150...유로형성층 152...홈
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은,
잉크 공급을 위한 매니폴드가 형성된 실리콘 기판;
상기 실리콘 기판상에 형성된 히터;
상기 실리콘 기판상에 형성되어 상기 히터에 펄스 전류를 인가하는 것으로, MOS 트랜지스터와, 배선층과, 층간절연막과, 보호막을 포함하는 구동회로부; 및
상기 구동회로부 위에 적층되어, 상기 히터의 상부에 배치되는 잉크챔버와, 상기 잉크챔버와 상기 매니폴드를 연결하는 잉크채널과, 상기 잉크챔버로부터 잉크가 토출되는 노즐을 한정하는 유로형성층;을 구비하며,
상기 구동회로부의 표면으로부터 소정 깊이의 홈이 형성되고, 상기 홈 내부에 상기 유로형성층을 이루는 물질이 채워짐으로써 상기 구동회로부와 상기 유로형성층의 접착력이 강화된 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.
그리고, 본 발명은 상기한 구조를 가진 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은,
(가) 실리콘 기판 상에, 히터와, 상기 히터에 펄스 전류를 인가하기 위한 MOS 트랜지스터와, 배선층과, 층간절연막과, 보호막을 포함하는 구동회로부를 형성하는 단계;
(나) 상기 구동회로부의 표면으로부터 소정 깊이의 홈을 형성하는 단계;
(다) 상기 홈 내부에 폴리머를 채우면서 상기 구동회로부의 표면에 폴리머를 도포함으로써, 상기 히터의 상부에 배치되는 잉크챔버와, 상기 잉크챔버에 연결되는 잉크채널과, 상기 잉크챔버로부터 잉크가 토출되는 노즐을 한정하는 유로형성층을 형성하는 단계; 및
(라) 상기 기판을 식각하여 상기 잉크채널에 연결되는 매니폴드를 형성하는 단계;를 구비한다.
여기에서, 상기 (나) 단계는, 상기 구동회로부의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 소정 패턴으로 패터닝하여 상기 구동회로부의 표면 일부를 노출시키는 단계와; 노출된 상기 구동회로부의 표면으로부터 상기 보호막과 층간절연막을소정 깊이로 식각하여 상기 홈을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 (나) 단계에서, 상기 홈은 상기 배선층이 형성되지 않은 부위의 상기 보호막과 층간절연막을 식각함으로써 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (나) 단계에서, 상기 배선층의 본딩패드 부분을 외부로 노출시키기 위해 상기 본딩패드 부분 위에 적층된 상기 보호막의 부분도 함께 식각되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 개략적인 평면 구조를 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 수직 구조를 부분적으로 보여주는 단면도이다.
먼저 도 2를 참조하면, 칩 상태로 제조되는 잉크젯 프린트헤드에서는, 잉크 공급을 위한 매니폴드(102)의 양측에 잉크가 채워지는 다수의 잉크챔버(106)가 2열로 배치되고, 각 잉크챔버(106)는 잉크채널(104)에 의해 상기 매니폴드(102)와 연결된다. 그리고, 상기 잉크챔버(106) 각각에는 잉크가 토출되는 노즐(108)이 마련된다. 도면에서, 상기 노즐들(108)은 2열로 배치되어 있지만, 1열로 배치될 수도 있고, 해상도를 더욱 높이기 위해 3열 이상으로 배치될 수도 있다. 상기 잉크챔버들(106)의 양측에는, MOS 트랜지스터와 로직회로를 포함하는 구동회로부(120)가 마련되며, 상기 구동회로부(120)에는 와이어 본딩을 위한 다수의 본딩패드(130)가 배치된다.
한편, 상기한 바와 같은 프린트헤드의 평면 배치 구조는 프린트헤드 칩의 면적과 노즐(108)의 수 및 배열 형태에 따라 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있다.
이어서 도 2와 도 3을 함께 참조하며, 본 발명에 따른 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 상세 구조를 설명한다. 본 발명에 따른 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드는, 실리콘 기판(100) 상에 상기 구동회로부(120)와 잉크유로가 일체로 형성된 구조를 가진다.
상기 구동회로부(120)는 실리콘 기판(100)상에 형성되어 히터(141)에 펄스 전류를 인가하기 위한 것으로, MOS 트랜지스터와, 로직 회로를 구성하는 배선층들(126, 129)과, 제1 및 제2 층간절연막(125, 128)과, 보호막(131)을 포함한다. 상기 MOS 트랜지스터, 예컨대 MOSFET은 실리콘 기판(100) 상에 형성된 게이트 산화막(121) 위에 형성된 게이트(gate, 22)와 게이트 산화막(121) 아래에 형성된 소스(source, 123) 및 드레인(drain, 124)으로 이루어진다. 상기 MOSFET 둘레에는 이를 절연시키기 위한 필드 산화막(120)이 게이트 산화막(121)보다 두꺼운 두께로 형성된다. 상기 MOSFET과 필드 산화막(120) 위에는 제1 층간절연막(125)이 형성된다. 상기 제1 층간 절연막(125) 위에는 소정 패턴의 제1 배선금속층(126)이 형성되며, 상기 MOSFET의 게이트(122), 소스(123) 및 드레인(124) 각각은 컨택홀(127)을 통해 제1 배선금속층(126)과 연결된다. 상기 제1 배선금속층(126) 위에는 제2 층간절연막(128)이 형성되며, 제2 층간절연막(128) 위에는 소정 패턴의 제2 배선금속층(129)이 형성된다. 상기 제2 배선금속층(129)은 도시되지 않은 비아홀을 통해 제1 배선금속층(126)과 연결된다. 그리고, 제2 배선금속층(129)의 일단부에는 와이어에 본딩하기 위한 본딩패드(130)가 마련된다. 상기 제2 배선금속층(129)과 제2 층간절연막(128) 위에는 보호막(passivation layer, 131)이 형성된다.
상기 잉크유로는 상기 구동회로부(120)의 일측에 마련된 매니폴드(102)와, 잉크채널(104)과, 잉크챔버(106)와, 노즐(108)로 이루어진다. 상기 잉크유로가 형성되는 제1 층간절연막(125) 위에는 잉크챔버(106) 내의 잉크를 가열하기 위한 히터(141)가 형성된다. 상기 히터(141)는 제1 배선금속층(125)을 통해 MOSFET의 드레인(124)과 연결되어, 펄스 전류가 인가된다. 상기 히터(141) 위에 상기 제2 층간절연막(148)이 형성된다. 상기 제2 층간절연막(128) 위에는 잉크챔버(106)의 바닥면을 이루는 캐비테이션 방지층(142)이 형성된다. 상기 캐비테이션 방지층(142)은 잉크챔버(106) 내의 버블이 소멸될 때 발생하는 높은 기압에 의해 히터(141)가 손상되는 것을 방지하기 위한 것으로, 주로 탄탈륨 박막이 이용된다. 한편, 제2 층간절연막(128) 위에 보호막(131)이 형성되고, 그 위에 상기 캐비테이션 방지층(142)이 형성될 수도 있다.
상기 캐비테이션 방지층(142) 위에 잉크챔버(106)가 형성되며, 이 잉크챔버(106)는 잉크채널(104)를 통해 기판(100)을 관통하여 형성된 매니폴드(102)에 연결된다. 그리고, 상기 잉크챔버(106)의 상부에는 잉크를 토출하기 위한 노즐(108)이 형성된다. 이와 같이 형성되는 상기 잉크채널(104),잉크챔버(106) 및 노즐(108)은 유로형성층(150)에 의해 둘러싸여 한정된다. 상기 유로형성층(150)은 주로 폴리이미드와 같은 감광성 폴리머를 구동회로부(120)가 형성된 기판(100) 상에 소정 두께로 도포한 후, 이를 포토리소그라피 공정에 의해 패터닝함으로써 형성된다. 한편, 상기 유로형성층(150)은 두 개의 층, 즉 잉크챔버(106)와 잉크채널(104)이 형성된 층과 노즐(108)이 형성된 층으로 이루어질 수도 있다.
그리고, 본 발명의 특징부로서 상기 구동회로부(120)의 표면으로부터 소정 깊이의 홈(152)이 형성되며, 상기 홈(152) 내부에 상기 유로형성층(150)을 이루는 물질, 즉 감광성 폴리머가 채워진다. 상기 홈(152)은 상기 제1 및 제2 배선금속층(126, 129)과 간섭되지 않도록 제1 및 제2 배선금속층(126, 129)이 형성되지 않은 부위에 다수개가 마련될 수 있다. 상기 홈(152)의 깊이는 적어도 상기 보호막(131)의 두께만큼 형성될 수 있으며, 바람직하게는 보호막(131)과 제1 및 제2 층간절연막(125, 128)의 전체 두께만큼 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 구동회로부(120)의 표면으로부터 소정 깊이로 형성된 홈(152)에 의해 구동회로부(120)와 유로형성층(150) 사이의 접촉 면적이 넓어지게 되므로, 구동회로부(120)와 유로형성층(150) 사이의 접착력이 강화될 수 있다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 바람직한 제조방법을 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 10은 본 발명에 따른 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 바람직한제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 실시예에서 기판(100)으로는 실리콘 기판을 대략 300 ~ 500㎛ 정도의 두께로 가공하여 사용한다. 이는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 웨이퍼를 그대로 사용할 수 있어 대량생산에 효과적이다.
한편, 도 4에 도시된 것은 실리콘 웨이퍼의 극히 일부를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는 하나의 웨이퍼에서 수십 내지 수백개의 칩 상태로 제조될 수 있다.
그리고, 준비된 실리콘 기판(100)의 상면에 두꺼운 필드 산화막(110)과 얇은 게이트 산화막(121)을 형성한다. 구체적으로 상기 게이트 산화막(121)은 MOSFET이 형성될 영역에 형성되고, 상기 필드 산화막(121)은 MOSFET을 서로 절연시키는 절연막으로서의 기능을 하는 것으로 MOSFET이 형성될 영역을 둘러싸도록 형성된다. 한편, 상기 필드 산화막(110)은 도시된 바와 같이 MOSFET 영역만 제외하고 기판(100)의 전 표면에 형성될 수 있다.
이어서, 게이트 산화막(121) 위에 MOSFET의 게이트(gate, 122)를 형성한다. 구체적으로, 상기 게이트(122)는 게이트 산화막(122)의 표면에 불순물이 도핑된 폴리 실리콘막을 증착시킨 다음, 이를 포토마스크와 포토레지스트를 이용한 사진공정과 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하여 식각하는 식각공정에 의해 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 그리고, MOSFET의 소스(123)와 드레인(124)은 기판(100) 상에 불순물로서 예컨대 인(P)을 도핑함으로써 형성될 수 있다. 이로써, 게이트 산화막(121) 위의 게이트(122)와 게이트 산화막(121) 아래의 소스(123) 및 드레인(124)으로 이루어진 MOSFET이 형성된다.
다음으로 도 5를 참조하면, 상기 MOSFET과 필드 산화막(110) 위에는 제1 층간절연막(125)이 형성된다. 제1 층간절연막(125)은 예컨대 실리콘 질화막을 화학기상증착법으로 증착함으로써 이루어질 수 있다.
이어서, 제1 층간절연막(125)을 식각하여 MOSFET의 게이트(122), 소스(123) 및 드레인(124)에 연결되는 컨택홀(127)을 형성한 뒤, 도전성이 좋고 패터닝이 용이한 금속 예컨대, 알루미늄이나 알루미늄 합금을 스퍼터링법으로 증착하고 패터닝함으로써 제1 배선금속층(126)을 형성한다.
그리고, 잉크유로가 형성될 부위에는, 제1 층간절연막(125) 상에 제1 배선금속층(126)과 연결되는 히터(141)를 형성한다. 구체적으로 상기 히터(141)는 제1 층간절연막(125)의 표면에 탄탈륨-알루미늄 합금, 탄탈륨 질화물(tantalum nitride), 티타늄 질화물(titanium nitride) 또는 텅스텐 실리사이드(tungsten silicide)등의 저항 발열물질을 스퍼터링(sputtering)이나 화학기상증착법(CVD; Chemical vapor deposition) 등에 의해 대략 0.1 ~ 0.3㎛ 두께로 증착함으로써 형성될 수 있다. 상기 히터(141)는 도시된 바와 같이 제1 배선금속층(126)을 형성한 뒤에 형성될 수 있으나, 히터(141)를 먼저 형성하고 그 다음에 제1 배선금속층(126)을 형성할 수도 있다.
다음으로 도 6을 참조하면, 제1 배선금속층(126)과 히터(141)가 형성된 기판(100)의 전면에 제2 층간절연막(128)을 형성한다. 상기 제2 층간절연막(128)은 산화막 또는 질화막으로 이루어질 수 있다.
이어서, 제2 층간절연막(128) 위에 제2 배선금속층(129)을 형성한다. 상기 제2 배선금속층(128)도 도전성이 좋고 패터닝이 용이한 금속 예컨대, 알루미늄이나 알루미늄 합금을 스퍼터링법으로 증착하고 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 이 때, 상기 제2 배선금속층(128)은 도시되지 않은 비아홀을 통해 제1 배선금속층(126)과 연결되도록 형성된다.
한편, 잉크유로가 형성될 부위에는, 제2 층간절연막(128) 상에 캐비테이션 방지층(142)이 형성된다. 상기 캐비테이션 방지층(142)은 제2 층간절연막(128) 상에 탄탈륨 박막을 형성한 뒤, 이를 소정 패턴으로 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
다음에는, 제2 배선금속층(129)과 제2 층간절연막(128) 위에 보호막(131)을 형성한다. 상기 보호막(131)도 산화막 또는 질화막이나 TEOS 산화막으로 이루어질 수 있다. 한편, 도면에는 상기 보호막(1310이 구동회로부에만 형성된 것으로 도시되어 잇으나, 상기 보호막(131)은 잉크유로가 형성될 부위에도 형성될 수 있다. 이 경우에는, 상기 캐비테니션 방지층(142)은 상기 보호막(131) 위에 형성될 수 있다.
상기한 바와 같은 단계들을 거치게 되면 도시된 바와 같이 MOSFET과 제1 및 제2 배선금속층(126, 129)과 제1 및 제2 층간절연막(125, 128)과 보호막(129)을 포함하는 구동회로부가 형성된다.
도 7과 도 8은 상기 구동회로부의 표면으로부터 소정 깊이의 홈(152)을 형성하는 단계를 도시한 것이다.
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 보호막(131)의 전표면에 포토레지스(PR)를 도포한 후, 이를 소정 패턴으로 패터닝하여 상기 보호막(131)의표면 일부를 노출시킨다. 이 때, 상기 제2 배선금속층(129)의 단부에 마련된 본딩패드(130) 부분의 보호막(131)도 노출시킨다. 상기 포토레지스트(PR)는 포토마스크를 이용하는 노광공정과 현상공정에 의해 패터닝될 수 있다.
이어서, 도 8에 도시된 바와 같이, 패터닝된 포토레지스트(PR)를 식각 마스크로 하여 보호막(131)의 표면으로부터 소정 깊이로 식각하여 홈(152)을 형성한다. 상기 홈(152)은 제1 및 제2 배선금속층(126, 129)과 간섭되지 않도록 제1 및 제2 배선금속층(126, 129)이 형성되지 않은 부위에 다수개가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 홈(152)의 깊이는 적어도 상기 보호막(131)의 두께만큼 형성될 수 있으며, 바람직하게는 보호막(131)과 제1 및 제2 층간절연막(125, 128)의 전체 두께만큼 형성될 수 있다. 이 때, 본딩패드(130) 부분 위에 적층된 보호막(131)의 부분도 함께 식각되어 본딩패드(130)가 외부로 노출된다. 한편, 본딩패드(130)의 노출을 위한 식각 공정과 상기 홈(152)의 형성을 위한 식각 공정은 별도로 수행될 수 있다.
상기 홈(152)의 형성과 본딩패드(130)의 노출이 완료되면 포토레지스트(PR)를 제거한다.
다음으로 도 9를 참조하면, 도 8의 결과물 전표면에 감광성 폴리머, 예컨대 폴리이미드를 스핀 코팅 방법에 의해 도포하여 유로형성층(150)을 형성한다. 이 때, 상기 홈(152) 내부에도 감광성 폴리머가 채워지도록 한다.
이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 포토리소그라피 공정을 이용하여 상기 유로형성층(150)에 잉크챔버(106), 잉크채널(104) 및 노즐(108)을 형성한다. 구체적으로, 상기 유로형성층(150)을 포토마스크를 사용하여 선택적으로 노광시키면,노광된 부위는 경화됨으로써 내화학성 및 높은 기계적 강도를 갖게 된다. 이어서, 유로형성층(150)의 경화되지 않은 부위를 용매를 사용하여 용해시켜 제거하면, 잉크챔버(106), 잉크채널(104) 및 노즐(108)이 형성된다.
한편, 상기 유로형성층(150)은 두 개의 층, 즉 잉크챔버(106), 잉크채널(104)을 형성하기 위한 제1 층과 노즐(108)을 형성하기 위한 제2 층으로 이루어질 수 있다. 이 경우에는, 제1 층을 적층하여 포토리소그라피 공정에 의해 잉크챔버(106), 잉크채널(104)을 형성한 뒤, 그 위에 폴리이미드 또는 니켈로 이루어지며 노즐(108)이 형성된 제2 층을 가열, 가압하여 접착하게 된다.
마지막으로, 상기 기판(100)을 그 배면으로부터 식각하여 잉크채널(104)에 연결되는 매니폴드(102)를 형성하면, 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 가진 본 발명에 따른 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드가 완성된다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명했지만, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고, 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다. 예컨대, 본 발명에서 프린트헤드의 각 요소를 구성하기 위해 사용되는 물질은 예시되지 않은 물질을 사용할 수도 있다. 또한, 각 물질의 적층 및 형성방법도 단지 예시된 것으로서, 다양한 증착방법과 식각방법이 적용될 수 있다. 아울러, 본 발명의 프린트헤드 제조방법의 각 단계의 순서는 예시된 바와 달리할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 구동회로부의 표면으로부터홈을 형성함으로써 구동회로부와 그 위에 적층되는 유로형성층 사이의 접촉 면적이 넓어지게 되므로, 구동회로부와 유로형성층의 접착력이 강화될 수 있다. 따라서, 프린트헤드의 신뢰성이 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다.
Claims (5)
- 잉크 공급을 위한 매니폴드가 형성된 실리콘 기판;상기 실리콘 기판상에 형성된 히터;상기 실리콘 기판상에 형성되어 상기 히터에 펄스 전류를 인가하는 것으로, MOS 트랜지스터와, 배선층과, 층간절연막과, 보호막을 포함하는 구동회로부; 및상기 구동회로부 위에 적층되어, 상기 히터의 상부에 배치되는 잉크챔버와, 상기 잉크챔버와 상기 매니폴드를 연결하는 잉크채널과, 상기 잉크챔버로부터 잉크가 토출되는 노즐을 한정하는 유로형성층;을 구비하며,상기 구동회로부의 표면으로부터 소정 깊이의 홈이 형성되고, 상기 홈 내부에 상기 유로형성층을 이루는 물질이 채워짐으로써 상기 구동회로부와 상기 유로형성층의 접착력이 강화된 것을 특징으로 하는 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드.
- (가) 실리콘 기판 상에, 히터와, 상기 히터에 펄스 전류를 인가하기 위한 MOS 트랜지스터와, 배선층과, 층간절연막과, 보호막을 포함하는 구동회로부를 형성하는 단계;(나) 상기 구동회로부의 표면으로부터 소정 깊이의 홈을 형성하는 단계;(다) 상기 홈 내부에 폴리머를 채우면서 상기 구동회로부의 표면에 폴리머를 도포함으로써, 상기 히터의 상부에 배치되는 잉크챔버와, 상기 잉크챔버에 연결되는 잉크채널과, 상기 잉크챔버로부터 잉크가 토출되는 노즐을 한정하는 유로형성층을 형성하는 단계; 및(라) 상기 기판을 식각하여 상기 잉크채널에 연결되는 매니폴드를 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 (나) 단계는,상기 구동회로부의 표면에 포토레지스트를 도포한 후, 이를 소정 패턴으로 패터닝하여 상기 구동회로부의 표면 일부를 노출시키는 단계와;노출된 상기 구동회로부의 표면으로부터 상기 보호막과 층간절연막을 소정 깊이로 식각하여 상기 홈을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 3항에 있어서,상기 (나) 단계에서, 상기 홈은 상기 배선층이 형성되지 않은 부위의 상기 보호막과 층간절연막을 식각함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
- 제 2항에 있어서,상기 (나) 단계에서, 상기 배선층의 본딩패드 부분을 외부로 노출시키기 위해 상기 본딩패드 부분 위에 적층된 상기 보호막의 부분도 함께 식각되는 것을 특징으로 하는 모놀리틱 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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Payment date: 20080930 Year of fee payment: 4 |
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