KR20060062562A - 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 감광성 포토레지스트를 사용하여 포토리소그래피 공정에 의해 제조되는 일체형 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 잉크토출용 소자가 형성된 기판 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 상기 제1 포토레지스트층을 챔버패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 노광시킨 후 베이킹을 행함으로써 경화시키는 단계와; 상기 제1 포토레지스트층 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 상기 제2 포토레지스트층을 노즐패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 노광시킴으로써 경화시키는 단계와; 상기 제2 포토레지스트층을 현상하여 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계와; 상기 노즐을 통해 상기 제1 포토레지스트층을 현상하여 잉크챔버를 형성하는 단계; 및 상기 기판의 배면을 관통하도록 식각하여 잉크공급로를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 제조공정이 간단함과 동시에 재현성이 뛰어나며, 원하는 형상으로의 치수 제어가 용이하고, 균일한 사이즈의 잉크유로를 형성할 수 있다.
잉크젯, 헤드, 포토리소그래피, 제조공정

Description

잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법{Inkjet Printhead and Manufacturing Method thereof}
도 1a 내지 도 1c 및 도 2a 내지 도 2c는 종래의 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 단면도,
도 4a 내지 도 4i는 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,20,30,40: 기판 11,21,31,41: 히터
12: 잉크유로패턴 13,25: 감광성 코팅층
14,26,35: 노즐 15,27,36,51: 잉크공급로
16,33: 잉크유로 22: 감광성폴리머층
23: 잉크유로 24: 포토레지스트
32,44: 챔버벽 34,47: 노즐플레이트
42: 전극 43: 제1 포토레지스트층
45: 제1 포토마스크 46: 제2 포토레지스트
48: 제2 포토마스크 49: 감광성 포토레지스트
50: 포토마스크
본 발명은 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감광성 포토레지스트를 사용하는 포토리소그래피 공정에 의해 제조되는 일체형 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린터의 프린트헤드는 잉크의 미세한 액적을 대상 매체에 토출하여 화상을 형성하는 장치로서, 잉크유로가 연장형성된 잉크챔버와 상기 잉크챔버로부터 잉크를 토출시키기 위한 노즐 그리고 상기 잉크가 토출되도록 에너지를 공급하는 잉크토출용 소자를 포함하도록 구성된다. 상기 잉크토출용 소자는 압전소자 또는 히터와 같은 전기-열 변환 소자가 있다.
종래, 일체형 잉크젯 프린트헤드의 제조방법으로서 일반적으로 사용되어온 방법으로는 일명 PR 몰드 방식(PR Mold Process)과 PR 필업 방식(PR Fill-up Process)이 있다.
먼저, 전자의 방식에 의하면 도 1a와 같이 상면에 히터와 같은 잉크토출용 소자(11)가 양측으로 나란히 형성된 실리콘 기판(10) 상에 포토레지스트를 도포한 후 이를 노광 및 현상하여 희생층인 PR몰드, 즉 잉크유로패턴(12)를 형성한다. 다음으로, 기판(10) 및 잉크유로패턴(12) 상에 에폭시레진(Epoxy Resin)을 스핀코팅(spin-coating)하여 감광성 코팅층(13)을 형성하고, 이를 노광 및 현상하여 노즐 (14)을 형성한다(도 1b). 그리고 나서, 기판(10)의 저면 중심부에 잉크공급로(15)를 형성한다. 잉크공급로(15)는 기판(10)의 저면에 포토레지스트 패턴을 형성한 후 식각을 수행함으로써 형성된다. 마지막으로 잉크공급로(15)를 통해 잉크유로패턴(12)을 제거하여 잉크챔버를 포함한 잉크유로(16)를 형성함으로써, 도 1c와 같은 형상의 잉크젯 프린트헤드를 완성한다.
한편, 후자의 방식은, 먼저 도 2a에서와 같이 히터와 같은 잉크토출용 소자(21)가 양측으로 나란히 형성된 실리콘 기판(20) 상에 스핀코팅방식으로 감광성 폴리머층(22)을 형성한 후, 노광 및 현상하여 잉크유로(23)를 형성한다. 그리고, 잉크유로(23)에 희생층인 포토레지스트(24)를 채운 후, 감광성 폴리머층(22)과 포토레지스트(24) 상에 에폭시레진(Epoxy Resin)을 스핀코팅(spin-coating)하여 감광성 코팅층(25)을 형성한다. 감광성 코팅층(25)에는 노광 및 현상에 의해 노즐(26)이 형성되도록 한다(도 2b). 다음으로, 기판(20)의 저면 중심부에 포토레지스트 패턴을 형성 및 식각하여 잉크공급로(27)를 형성한다. 마지막으로 잉크공급로(27)를 통해 포토레지스트(24)를 제거하여, 도 2c와 같은 형상의 잉크젯 프린트헤드를 완성한다.
그러나, 상기 PR 몰드 방법(PR Mold Process)에 의하면 PR몰드(즉, 잉크유로패턴)의 변형이 쉬움에 따라 상기 PR몰드 상에 형성되는 코팅층의 두께에 편차가 생겨 원하는 두께의 잉크유로를 형성할 수 없다는 문제가 있었다. 또한, PR몰드를 덮는 코팅층의 두께가 두꺼워지므로 코팅층과 기판과의 접착시 잔류응력으로 인한 균열이 발생한다는 문제가 있었다.
한편, 상기 PR 필업 방법(PR Fill-up Process)에 의하면 잉크유로(23)에 채워진 포토레지스트(24)의 상면이 감광성 폴리머층(22)와 단차가 발생함에 따라, 포토레지스트(24)의 형성에 의해 원하는 치수로의 제어가 곤란하여 치수재현성이 떨어진다는 문제가 있었다. 또한, 균일한 유로구조의 구현이 어려워 잉크유로간 편차가 커져 프린트헤드의 성능을 저하시킨다는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 제조공정이 간단하면서도 원하는 형상으로의 치수 제어가 용이하고, 균일한 사이즈의 잉크유로를 형성할 수 있는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법 및 이에 의한 잉크젯 프린트헤드를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서, 잉크토출용 소자가 형성된 기판 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 상기 제1 포토레지스트층을 챔버패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 노광시킨 후 베이킹을 행함으로써 경화시키는 단계와; 상기 제1 포토레지스트층 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 상기 제2 포토레지스트층을 노즐패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 노광시킴으로써 경화시키는 단계와; 상기 제2 포토레지스트층을 현상하여 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계와; 상기 노즐을 통해 상기 제1 포토레지스트층을 현상하여 잉크챔버를 형성하는 단계; 및 상기 기판의 배면을 관통하도록 식각하여 잉크공급로를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 젯 프린트헤드의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 제2 포토레지스트층을 형성하는 네거티브 포토레지스트는 러버 포토레지스트(Rubber Photoresist)를 포함할 수도 있다.
그리고, 상기 제1 포토레지스트층을 형성하는 네거티브 포토레지스트는 에폭시계, 실리콘계, 아크릴계 및 이미드계 레진 중 어느 하나를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서, 잉크토출용 소자가 형성된 기판 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 상기 제1 포토레지스트층을 챔버패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 노광시킴으로써 경화시키는 단계와; 상기 제1 포토레지스트층 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 상기 제2 포토레지스트층을 노즐패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 노광시킴으로써 경화시키는 단계와; 상기 제2 포토레지스트층을 현상하여 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계와; 상기 노즐을 통해 상기 제1 포토레지스트층을 현상하여 잉크챔버를 형성하는 단계; 및 상기 기판의 배면을 관통하도록 식각하여 잉크공급로를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 형성하는 네거티브 포토레지스트는 러버 포토레지스트(Rubber Photoresist)를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 잉크토출용 소자가 형성된 기판 상에 잉크챔버를 형성하는 챔버벽과, 상기 잉크챔버의 일벽을 형성하고 상기 잉 크챔버에 저장된 잉크를 분사시키는 노즐이 형성된 노즐플레이트를 포함하는 잉크젯 프린트헤드에 있어서, 상기 챔버벽과 상기 노즐플레이트 중 적어도 하나는 러버 포토레지스트(Rubber Photoresist)를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드를 제공한다.
여기서, 상기 챔버벽은 에폭시계, 실리콘계, 아크릴계 및 이미드계 레진 중 어느 하나로 이루어진 것으로 할 수도 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(30)과, 기판(30) 상에 서로 대응되게 나란히 배열된 복수의 히터(31)와, 각 히터(31) 상에 챔버(C)가 마련되도록 형성된 챔버벽(32)과, 챔버(C) 및 챔버벽(32) 상에 형성된 노즐플레이트(34)로 이루어져 있다. 기판(30)의 저면에는 챔버(C)로 잉크를 공급하기 위한 잉크공급로(36)가 관통하여 형성되며, 잉크공급로(36)와 챔버(C) 사이에는 잉크유로(33)가 연결하여 형성되어 있다. 노즐플레이트(35)에는 잉크챔버(C) 상부위치에 노즐(35)이 형성되어 있다. 히터(31)는 잉크 액적의 토출에너지를 발생시키는 소자로서 압전소자로 대체될 수 있다.
여기서, 챔버벽(32)은 에폭시 레진(Epoxy Resin)으로 이루어져 있으며, 이 외에 실리콘계, 아크릴계 또는 이미드계 포토레지스트 레진을 사용할 수도 있다. 노즐플레이트(34)는 고무(Rubber)를 성분으로 함유하는 러버 포토레지스트(Rubber Photoresist)를 사용하며, 특히 고무와 비스아지드(bisazide)계의 혼합형 포토레지스트(ex. 일본 Tokyo Ohka Kogyo社에서 제조되는 제품명: OMR-83)인 것이 바람직하 다.
이와 같은 구성을 가진 잉크젯 프린트헤드의 작동과정을 살펴보면, 잉크저장부(도면 미도시)로부터 공급되는 잉크는 잉크공급로(36)를 거쳐 잉크유로(33)를 통하여 잉크챔버(C)에 채워지게 된다. 잉크챔버(C)에 채워진 잉크는 히터(31)의 갑작스런 가열로 인해 노즐(35)을 통해 외부로 토출된다. 히터(31)가 가열되면 잉크챔버(C)내에 버블이 발생하게 되고, 상기 버블이 잉크를 밀어내어 노즐(35)로 토출시키게 되는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 제조방법은 도 4a 내지 도 4i에 도시된 바와 같다.
먼저, 도 4a와 같이 실리콘 기판(40) 상에 잉크챔버에 채워진 잉크를 가열하기 위한 히터(41)와, 히터(41)에 전류를 공급하는 전극(42)을 형성한다. 히터(41) 및 전극(42)으로는 탄탈륨 질화물과 같은 저항발열물질과 이와 전기적으로 연결되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하며, 스퍼터링 또는 화학기상증착법에 의해 기판(40) 상에 형성되도록 한다. 다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이 히터(41)와 전극(42)이 형성된 기판(40) 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층(43)을 형성한다. 이러한 네거티브 포토레지스트로는 에폭시계 포토레지스트 레진을 사용하며, 이 외에도 실리콘계, 아크릴계 및 이미드계 포토레지스트 레진 중 어느 하나를 사용할 수도 있다. 그리고, 제1 포토레지스트층(43)이 형성된 기판(40) 상에 도 4c에 도시된 바와 같이 잉크유로를 포함하여 잉크챔버가 패턴으로 형성된 제1 포토마스크(45)를 위치시키고 여기에 자외선을 통과시켜 제1 포토레 지스트층(43)을 노광시킨다. 제1 포토레지스트층(43)은 노광에 의해 노출된 부분이 경화되어 내화학성 및 고강도를 갖는 챔버벽(44)을 형성하게 되고, 노광에 의해 노출되지 않은 부분은 후술하는 현상공정에 의해 용해되어 제거된다. 그리고, 노광 후의 제1 포토레지스트층(43)에는 베이킹공정, 즉 가열처리를 수행하여 노광에 의한 챔버벽(44)의 화학반응을 활성화시키는 한편 기판(40)에 더욱 긴밀하게 고착되도록 한다.
노광을 거친 제1 포토레지스트층(43) 상에는 다시 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층(46)을 형성한다(도 4d 참조). 제2 포토레지스트층(46)을 형성하는 포토레지스트로는 노광공정만으로도 경화가 이루어지는 물질을 사용한다. 이러한 포토레지스트 중에는 고무(Rubber)를 성분으로 함유하는 러버 포토레지스트(Rubber Photoresist)가 있으며, 특히 고무와 비스아지드(bisazide)계의 혼합형 네거티브 포토레지스트(ex. 일본 Tokyo Ohka Kogyo社에서 제조되는 제품명: OMR-83)가 이에 해당한다.
제2 포토레지스트층(46)을 형성한 후, 도 4e에 도시된 바와 같이 노즐패턴이 형성된 제2 포토마스크(49)를 사용하여 자외선에 노광시켜 노즐층(47)을 형성시킨다. 노광 공정이 완료된 제2 포토레지스트층(46)은 현상액으로 현상을 수행하여 4f와 같이 노즐(N)을 형성하고, 계속하여 노즐(N)을 통해 하부의 노광되지 않은 제1 포토레지스트층(43)을 현상하여 제거한다(도 4g 참조). 다음으로, 기판(40)의 저면에 감광성 포토레지스트(49)를 도포한 후 잉크공급로가 형성된 포토마스크(50)로 패터닝하고(도 4h 참조), 여기에 습식 또는 건식 식각을 수행하여 잉크공급로(51) 를 형성함으로써 잉크젯 프린트헤드가 완성된다(도 4i 참조).
한편, 상기 실시예에서 제1 포토레지스트 및 제2 포토레지스트는 모두 러버 포토레지스트를 동일하게 사용하여 형성할 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 포토레지스트는 노광공정만으로도 경화가 이루어지므로 상기 실시예와는 달리 제1 포토레지스트에 대한 베이킹공정은 불필요하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드 및 그 제조방법에 의하면, 제조공정이 간단함과 동시에 재현성이 뛰어나며, 원하는 형상으로의 치수 제어가 용이하고, 균일한 사이즈의 잉크유로를 형성할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서,
    잉크토출용 소자가 형성된 기판 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계와;
    상기 제1 포토레지스트층을 챔버패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 노광시킨 후 베이킹을 행함으로써 경화시키는 단계와;
    상기 제1 포토레지스트층 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계와;
    상기 제2 포토레지스트층을 노즐패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 노광시킴으로써 경화시키는 단계와;
    상기 제2 포토레지스트층을 현상하여 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계와;
    상기 노즐을 통해 상기 제1 포토레지스트층을 현상하여 잉크챔버를 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 배면을 관통하도록 식각하여 잉크공급로를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 포토레지스트층을 형성하는 네거티브 포토레지스트는 러버 포토레 지스트(Rubber Photoresist)를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 포토레지스트층을 형성하는 네거티브 포토레지스트는 에폭시계, 실리콘계, 아크릴계 및 이미드계 레진 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  4. 잉크젯 프린트헤드의 제조방법에 있어서,
    잉크토출용 소자가 형성된 기판 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제1 포토레지스트층을 형성하는 단계와;
    상기 제1 포토레지스트층을 챔버패턴이 형성된 제1 포토마스크를 사용하여 노광시킴으로써 경화시키는 단계와;
    상기 제1 포토레지스트층 상에 네거티브 포토레지스트를 도포하여 제2 포토레지스트층을 형성하는 단계와;
    상기 제2 포토레지스트층을 노즐패턴이 형성된 제2 포토마스크를 사용하여 노광시킴으로써 경화시키는 단계와;
    상기 제2 포토레지스트층을 현상하여 노즐이 형성된 노즐층을 형성하는 단계와;
    상기 노즐을 통해 상기 제1 포토레지스트층을 현상하여 잉크챔버를 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 배면을 관통하도록 식각하여 잉크공급로를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 포토레지스트층을 형성하는 네거티브 포토레지스트는 러버 포토레지스트(Rubber Photoresist)를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드의 제조방법.
  6. 잉크토출용 소자가 형성된 기판 상에 잉크챔버를 형성하는 챔버벽과, 상기 잉크챔버의 일벽을 형성하고 상기 잉크챔버에 저장된 잉크를 분사시키는 노즐이 형성된 노즐플레이트를 포함하는 잉크젯 프린트헤드에 있어서,
    상기 챔버벽과 상기 노즐플레이트 중 적어도 하나는 러버 포토레지스트(Rubber Photoresist)를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 챔버벽은 에폭시계, 실리콘계, 아크릴계 및 이미드계 레진 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린트헤드.
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