KR20100090723A - 액체 토출 헤드 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
기판 상에 또는 기판 상방에 토출구에 연결된 유로 형성 부재를 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법이며, 기판 상에 또는 기판 상방에 감광 수지를 포함하는 층을 제공하는 단계; 감광 수지를 포함하는 층 상의, 유로에 대응하는 영역에, 감광 수지의 감광 파장을 갖는 광의 투과를 감소시킬 수 있는 마스크층을 제공하는 단계; 마스크층을 사용하여 감광 수지를 포함하는 층에 대한 노광을 행하여, 감광 수지를 포함하는 층이 유로의 형상을 갖는 패턴으로 되게 하는 단계; 패턴을 덮도록 유로 형성 부재가 되는 층을 제공하는 단계; 유로 형성 부재가 되는 층의 일부에 토출구를 형성하는 단계; 및 패턴을 제거함으로써 유로를 형성하는 단계를 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법이 제공된다.
Description
본 발명은, 액체를 토출하는 액체 토출 헤드의 제조 방법에 관련되고, 특히 기록 매체에 잉크를 토출함으로써 기록을 행하는 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법에 관련된다.
액체를 토출하는 액체 토출 헤드의 사용 예들은 기록 매체에 잉크를 토출함으로써 기록을 행하는 잉크젯 기록 방법을 포함한다.
일반적으로, 잉크젯 기록 방법(액체 분사(liquid jet) 기록 방법)에 채택된 잉크젯 기록 헤드는 잉크 유로, 유로의 일부에 제공된 토출 에너지 발생 유닛들, 및 토출 에너지 발생 유닛들에서 발생된 에너지로 잉크를 토출하기 위한 미세한 잉크 토출구들("오리피스들(orifices)"이라 불림)을 포함한다. 그러한 잉크젯 헤드의 제조 방법의 예는 미국 특허 제4657631호에 개시된 방법을 포함한다. 이 방법에서, 유로를 위한 주형(template)인 패터닝된 층이 토출 에너지 발생 소자들을 갖는 기판 상에 감광재를 사용하여 형성되고, 유로 벽 형성 부재가 패터닝된 층 상에 제공되고, 이어서, 패터닝된 층이 제거되어, 잉크 유로를 위한 공간을 형성한다. 이 방법은 반도체를 위한 포토리소그래피 기술의 응용이며, 잉크 유로, 토출구 등을 형성하기 위한 고정밀도의 미세 가공을 가능하게 한다.
상술된 유로에 대한 주형인 패턴을 위해서는 포지티브형 감광 수지가 사용되며, 포지티브형 감광 수지를 패터닝하기 위해 포토리소그래피 기술이 사용된다. 그러한 포지티브형 감광 수지를 노광하기 위한 노광 장치로는, 1:1의 배율로 전체 기판이 한번에 노광되는 유형의 노광 장치가, 필요한 노광량과 관련되어 사용된다. 포지티브형 감광 수지의 감광 파장인(300nm 이하의 파장을 갖는) 딥 UV광(deep-UV light)이 한번에 조사되는 유형의 노광 장치를 사용하여 노광이 행해질 때, 하기의 경우들이 생각될 수 있다.
우선, 기판 상에 제공된 넓은 면적의 목표 대상(포지티브형 감광 수지) 전체가 한번에 노광되기 때문에, 대상과 노광을 위해 사용된 마스크 사이의 정렬의 정확도가 불충분하다. 특히, 목표 대상이 20.3 내지 30.5센티미터 정도의 대형 웨이퍼 상에서 노광될 때, 마스크와 목표 대상 사이의 정렬의 정확도는, 예를 들어, 기판의 휨 및/또는 마스크의 비뚤어짐의 영향에 기인하여, 노광되는 기판에 따라 동일한 기판 내에서 변화할 수 있다.
또한, 포지티브형 감광 수지로서, 일반적으로 주쇄 분해형(main chain decomposition-type) 포지티브형 감광 수지가 사용되고, 많은 주쇄 분해형 포지티브형 감광 수지는 자외광에 대한 낮은 감도를 가지기 때문에, 충분한 분해 반응을 일으키기 위해서는 대량의 에너지를 인가하는 것이 필요하다. 따라서, 노광 동안의 발열 때문에 불균일한 열팽창이 마스크와 기판에 일어날 수 있어서, 해상성(resolution)과 정렬 정확도의 열화를 초래할 수 있다.
예를 들어, 미국 특허 제4657631호에 개시된 것과 같은 잉크젯 기록 헤드의 제조 방법에서, 일반적으로, 기판 상에 형성된 정렬 마크를 참조하여 유로 패턴을 형성하는 포지티브형 감광 수지층 및 코팅 수지층의 노광이 행해진다. 도 14a에 나타내어진 바와 같이 오정렬이 없다면, 원하는 상호 위치 관계가 에너지 발생 소자들(20), 유로 형상의 패턴(30), 및 토출구들(50) 사이에 제공될 수 있다. 한편, 도 14b에 나타내어진 바와 같이, 상술된 바와 같은 정렬 정확도의 변동이 생기면 에너지 발생 소자들(20), 유로 형상의 패턴(30), 및 토출구들(50) 사이의 상호 위치 관계는 원하는 것과 상이할 수 있다. 이러한 경우에, 제조된 헤드에서, 에너지 발생 소자 및 토출구에 대하여 유로에서의 원하는 유체 저항이 제공되지 않을 수 있다. 상기에 따르면, 상술한 바와 같은 정렬에서의 변동의 발생은 제조된 잉크젯 기록 헤드의 토출 성능에 영향을 끼칠 수 있다.
본 발명은 상술된 문제의 관점에서 만들어졌으며, 본 발명의 목적은, 토출 에너지 발생 소자, 잉크 유로 및 토출구 사이에서의 위치 관계를 높은 정확도 및 양호한 재현성을 가지고 제어할 수 있는, 적합한 인쇄 특성을 갖는 잉크젯 헤드를 안정적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 기판 상에 또는 기판 상방에 액체를 토출하는 토출구에 연통하는 유로를 형성하기 위한 유로 형성 부재를 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법을 제공하며, 액체 토출 헤드의 제조 방법은, 기판 상에 또는 기판 상방에 감광 수지를 포함하는 층을 제공하는 단계; 감광 수지를 포함하는 층 상의, 유로에 대응하는 영역에, 감광 수지의 감광 파장을 갖는 광의 투과를 감소시킬 수 있는 마스크층을 제공하는 단계; 마스크층을 마스크로서 사용하여 감광 수지를 포함하는 층에 대한 노광을 행하여, 감광 수지를 포함하는 층이 유로의 형상을 갖는 패턴으로 되게 하는 단계; 패턴을 덮도록 유로 형성 부재가 되는 층을 제공하는 단계; 유로 형성 부재가 되는 층의 일부에 토출구를 형성하는 단계; 및 패턴을 제거함으로써 유로를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 토출 에너지 발생 소자, 잉크 유로 및 토출구 사이에서의 위치 관계를 높은 정확도 및 양호한 재현성을 가지고 제어할 수 있는, 양호한 인쇄 특성을 갖는 잉크젯 헤드의 안정적인 제조를 가능하게 한다.
본 발명의 다른 특징은 첨부 도면을 참조하여 하기의 예시적인 실시예의 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 잉크젯 헤드의 예를 나타내는 개략 사시도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 및 도 2e는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 및 도 3d는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예에서 사용되는, 마스크에 사용된 포지티브형 감광 수지 및 레지스트의 흡수 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일례에서 사용되는 광의 파장과 휘도 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일례에서 사용되는 마스크에 사용된 포지티브형 감광 수지 및 레지스트의 흡수 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 평가 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 평가 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 도 12d, 도 12e, 도 12f, 도 12g 및 도 12h는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 종래 기술 및 해결되어야 할 문제를 설명하기 위해 사용되는 도면이다.
도 15a, 도 15b, 도 15c, 및 도 15d는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 16a, 도 16b, 도 16c, 도 16d, 도 16e, 도 16f, 도 16g 및 도 16h는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은 평가 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 18a, 도 18b, 도 18c 및 도 18d는 비교예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 및 도 2e는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 및 도 3d는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 예에서 사용되는, 마스크에 사용된 포지티브형 감광 수지 및 레지스트의 흡수 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일례에서 사용되는 광의 파장과 휘도 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일례에서 사용되는 마스크에 사용된 포지티브형 감광 수지 및 레지스트의 흡수 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 평가 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c는 평가 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 도 12d, 도 12e, 도 12f, 도 12g 및 도 12h는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 14a 및 도 14b는 종래 기술 및 해결되어야 할 문제를 설명하기 위해 사용되는 도면이다.
도 15a, 도 15b, 도 15c, 및 도 15d는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 16a, 도 16b, 도 16c, 도 16d, 도 16e, 도 16f, 도 16g 및 도 16h는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 17은 평가 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 18a, 도 18b, 도 18c 및 도 18d는 비교예를 나타내는 개략 단면도이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명한다. 하기의 설명에서, 동일한 기능을 갖는 구성 요소는 도면에서 동일한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 반복되지 않을 수 있다.
또한, 하기 설명은 액체 토출 헤드의 예로서 잉크젯 헤드에 관해서 제공된다. 액체 토출 헤드는 컬러 필터 제조 등의 산업 분야에서 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예인 잉크젯 헤드의 구조예를 나타내는 개략적인 부분 단면 사시도이다. 이 잉크젯 헤드는 잉크를 토출하기 위한 복수의 토출구(15); 및 토출구들에 연통하고, 토출 에너지 발생 소자들(2)을 그 내부에 내포하는 잉크 유로(17)를 포함한다. 여기서, "그 내부에 내포되는 토출 에너지 발생 소자들(2)"은 토출 에너지 발생 소자들(2)이 잉크 유로(17) 내부의 미리 정해진 위치들에 제공된다는 것을 의미한다. 또한, 잉크 유로(17)는, 복수의 토출 에너지 발생 소자(2)가 형성된 기판(1) 상에 형성된 잉크 유로 형성 부재(13)를 갖는다. 본 실시예에서, 토출구들(15)이 개구들을 형성하도록 토출구들(15)이 잉크 유로 형성 부재(13)에 제공된다.
(제1 실시예)
도 12a 내지 도 12h 및 도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 도면이다. 이 도면들은 도 1의 B-B'선을 따라 취해진, 잉크젯 헤드의 개략 단면도에 대응한다.
우선, 도 12a에 나타내어진 바와 같이, 액체를 토출하기 위해 사용되는 에너지를 발생하는 에너지 발생 소자들(2)을 포함하는 기판(1)이 제공된다. 에너지 발생 소자들(2)의 예들은 히터들 및 압전 소자들을 포함한다. 기판(1)은, 실리콘이 사용된다. 에너지 발생 소자들(2)의 내구성의 향상을 위하여, 보호층(도시 안됨) 등의 다양한 종류의 기능층이 제공될 수 있다. 예를 들어, SiN, SiC 및/또는 Ta의 막이 기판의 표면 상에 제공될 수 있다.
다음에, 도 12b에 나타내어진 바와 같이, 유로의 형상을 갖는 패턴을 형성하기 위한 포지티브형 감광 수지를 포함하는 제1층(22)이 기판 상에 형성된다. 포지티브형 감광 수지의 예들은 폴리메틸 이소프로페닐 케톤 및 폴리비닐 케톤 등의 주쇄 분해형 포지티브형 감광 수지를 포함한다. 그 예들은 또한 주성분으로서 에스테르 메타크릴레이트를 포함하는 고분자 주쇄 분해형 포지티브형 감광 수지, 예를 들어, 폴리메틸 메타크릴레이트 및 폴리에틸 메타크릴레이트 등의 단독중합체, 및 메틸 메타크릴레이트와, 예를 들어, 메타크릴산, 아크릴산, 글리시딜 메타크릴레이트 또는 페닐 메타크릴레이트의 공중합체를 포함할 수 있다. 또한, 네거티브형 감광 수지도 사용될 수 있다.
다음에, 도 12c에 도시된 바와 같이, 제1층(22)을 패터닝하기 위한 마스크가 되는, 감광 수지 조성물을 함유하는 제2층(23)이 제1층(22) 상에 제공된다. 이 감광 수지 조성물은 가장 널리 사용되는 i선(i-ray, 365nm)을 사용하여 정렬 정확도의 관점에서 스테퍼(stepper)에 의해 패터닝될 수 있다. 더 구체적으로, i선을 제공하는 축소 투영 노광 장치를 사용하여 노광이 행해질 수 있다. 특히, 노볼락 수지 및 나프토퀴논 디아지드 유도체를 포함하는 포지티브형 포토레지스트가 사용될 수 있다. 예로서, 도꾜 오카 공업사(Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.)에 의해 시판되고 있는 OFPR-800 레지스트 또는 iP-5700 레지스트(상품명) 등의 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트가 사용될 수 있다.
감광 수지 조성물을 함유하는 제2층(23)은 히드록시벤조페논 화합물을 또한 포함할 수 있다. 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트를 패터닝하기 위하여 알칼리성 현상제가 사용될 때, 디아조화 반응이 나프토퀴논 디아지드계 레지스트의 표층부에서 일어나, 현상제 안에서 나프토퀴논 디아지드계 레지스트의 용해성이 저하되는 현상이 관찰된다. 한편, 알칼리와 접촉하지 않는 수지층의 하부에서는, 용해성이 변하지 않는다. 그리하여, 표층부와 하부 사이의 현상 속도가 상이하기 때문에 레지스트 마스크의 패턴 에지부 형상의 제어가 어려워지는 것이 생각될 수 있다.
제2층(23)이 히드록시벤조페논 화합물을 포함하는 경우에, 알칼리에서의 제2층(23)의 용해성은 히드록시벤조페논 화합물에 함유된 OH기의 영향에 의해 높아진다. 그리하여, 후술되는, 제2층(23)을 패터닝하기 위한 현상 시에 노출된 부분의 현상 속도가 향상된다. 그 결과로서, 알칼리성 환경에서 제2층(23)의 표층부에서 디아조화 반응이 일어날 때에도, 표층부가 현상제 안에서 불용성이 되는 경향을 갖는 것을 방지할 수 있어서, 표층부와 하부가 동일한 현상 속도를 갖는 것을 가능하게 하고, 그리하여, 수직한 에지부들을 제공하도록 현상이 행해질 수 있다.
또한, 본 발명자들은 상술된 현상 속도가 히드록시벤조페논 화합물의 OH기들의 수에 따라 변화한다는 것을 발견하였다. 특히, 하나의 OH기를 갖는 히드록시벤조페논, 알칼리 용액을 사용하는 현상에서 표층부와 하부의 현상 속도가 실질적으로 서로 동일하여, 수직 형상에 가까운 형상의 레지스트 마스크(24)의 에지들(24a)을 얻는 것이 가능해진다. 또한, 히드록시벤조페논 화합물이 장쇄 알콕시기 등의 소수기를 가지면, 상층과 하층의 알칼리 현상 속도가 동일하게 될 수 있고, 이는 수직한 패터닝 형상이 얻어질 수 있기 때문에 바람직하다.
히드록시벤조페논 화합물의 예들은 2-히드록시-4-옥톡시벤조페논, 2-히드록시-4-메톡시벤조페논, 및 2,4-디히드록시벤조페논을 포함한다. 이 예들은 또한 2,3,4-트리히드록시벤조페논, 2,3,4,4'-테트라히드록시벤조페논 및 2,3',4,4'-테트라히드록시벤조페논도 포함할 수 있다.
히드록시벤조페논 화합물 5중량부 이상 12중량부 미만이 포지티브형 포토레지스트를 함유하는 고형물(solid contents) 100중량부에 제공될 수 있다.
또한 제2층(23)의 차광 효과를 향상시키는 능력의 관점에서, 히드록시벤조페논 화합물이 제공될 수 있다. 포토리소그래피에 의해 제1층(22)이 패터닝될 때, 제1층(22) 상의 제2층(23)은 마스크로서 사용되고, 따라서, 제2층(23)은 차광 효과를 갖는 것이 필요하다. 히드록시벤조페논 화합물에 포함된 방향성 고리의 영향에 의해, 제1층(22)에 함유된 포지티브형 감광 수지의 노광용 파장을 갖는 광을 차단하기 위한 차광 효과가 향상될 수 있다. 따라서, 제2층(23)의 두께를 증가시키지 않고 차광 효과가 향상될 수 있다.
제2층(23)이 코팅에 의해 제1층(22) 상에 제공되면, 제1층(22)의 용해를 방지하도록 고려하는 것이 바람직하다.
다음에, 도 12d에 나타내어진 바와 같이, 제2층(23)이 마스크를 사용하여 노광된다.
다음에, 도 12e에 나타내어진 바와 같이, 현상이 행해져 유로의 형상에 대응하는 레지스트 패턴(24)을 형성한다. 이 때, 히드록시벤조페논 화합물의 전술된 효과에 의해, 에지부(24a)는 제1층(22)의 표면에 실질적으로 수직인 형상을 갖는다.
다음에, 도 12f에 나타내어진 바와 같이, 레지스트 패턴(24)을 마스크로서 사용하여 제1층(22)이 노광된다. 이 때 노광을 위해 사용되는 광은 레지스트 패턴(24)에 의해 차단된다. 이 때, 차광은, 예를 들어, 광이 제1층(22)을 투과하지 않도록 광을 흡수하거나 반사하는 것을 가리킨다. 이것은 제1층(22)을 향해 가는 광을 완전히 없애는 것 뿐만 아니라, 제1층(22)에 대한 선호하는 패턴을 얻는 데 필요한 정도로 광을 차단하는 것을 의미한다.
다음에, 도 12g에 나타내어진 바와 같이, 마스크로서 사용되었던 레지스트 패턴(24)이 제거된다. 레지스트 패턴(24)의 제거는 용매를 사용하여 행해진다. 여기서, 일반적으로, 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트는 적절한 노광량에서 포지티브형 레지스트로서 기능하고, 노광된 부분은 알칼리 수용액에 쉽게 용해된다. 그러나, 큰 노광량이 인가될 때, 주성분인 수지의 분자들 사이에서 가교 반응이 일어나고, 따라서, 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트가 알칼리 수용액 또는 일반적인 유기 용제에 용해되기 어려울 수 있다. 제1층(22)이 두꺼운 막일 때, 대량의 에너지의 인가가 필요하다. 그리하여, 대량의 에너지가 레지스트 패턴(24)에도 인가되고, 이는 가교 반응을 진행시켜 레지스트 패턴(24)을 제거하기 어렵게 할 수 있다.
그리하여, 물과 임의의 비율로 혼합될 수 있는 탄소수 6 이상의 글리콜 에테르와 질소 함유 염기성 유기 용제 및 물의 혼합 용액이, 가교 반응이 일어난 나프토퀴논계 포토레지스트의 제거에 효과적이다. 혼합 용제는 유기 용제로서의 용해성 및 알칼리 수용액으로서의 용해성을 둘 다 가지기 때문에, 가교 반응이 일어난 나프토퀴논계 포토레지스트를 용해하는 데 적합한 특성들을 갖는다고 추측될 수 있다.
다음에, 도 12h에 나타내어진 바와 같이, 제1층(22)에 대하여 현상을 행하여, 잉크젯 헤드의 유로 형상을 갖는 패턴(25)(유로 패턴(25))을 얻는다. 마스크인 레지스트 패턴(24)의 에지부 형상(24a)은 높은 수직성(perpendicularity)을 나타내고, 패턴(25)의 에지부(25a)의 형상도 기판에 대하여 높은 수직성을 나타낸다. 패턴(25)의 형상이 유로(17)의 벽의 형상에 전사되는 것에 대하여 후술한다. 그리하여, 패턴(25)의 에지부(25a)가 기판에 대하여 수직에 가까운 형상으로 형성될 수 있으면, 도 13c의 유로 형성 부재(13)로 형성된 유로(17)의 벽부와 기판(1) 사이의 각도 θ가 90˚에 가까워질 수 있다. 각도 θ가 90˚에 가까울 때, 기판(1)과 유로 형성 부재(13) 사이의 접촉 면적은 변하지 않고, 유로(17)의 체적이 커져, 유로(17)의 흐름 저항의 감소를 가능하게 하고, 이것은 토출될 액체를 채우는 속도를 향상시키기 때문에 바람직하다. 제1층(22)에 네가티브형 감광 수지가 사용되면, 노광된 부분이 경화되고, 그리하여, 마스크(24) 아래의 부분이 현상에 의해 제거된다.
다음에, 도 13a에 나타내어진 바와 같이, 유로 형성 부재(13)가 되는 코팅층(13a)이 패턴층 상에 제공되어 코팅층(13a)이 유로 패턴(25)을 덮는다. 통상의 스핀 코팅, 롤 코팅 또는 슬릿 코팅 등의 코팅법으로, 20㎛의 막 두께를 갖는 재료가 형성된다. 여기서, 유로 형성 부재(13)가 되는 코팅층(13a)을 형성할 때, 코팅층(13a)은, 유로 패턴(25)을 변형시키지 않는 등의 특성을 갖는 것이 필요하다. 즉, 예를 들면, 스핀 코팅 또는 롤 코팅으로 코팅층이 유로 패턴(25) 상에 피착될 때, 용해 가능한 유로 패턴(25)이 녹지 않도록 용제를 선택하는 것이 필요하다. 또한, 감광 재료가, 후술되는, 잉크를 위한 토출구(15)를 포토리소그래피에 의해 높은 정확도로 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 유로 형성 부재(13)를 형성하기 위한 재료는 감광 재료일 수 있다. 수지 코팅층(13a)의 재료에는, 구조재로서 높은 기계적 강도, 하부 재료(underlying material)에의 접착성, 잉크 톨러런스(ink tolerance), 및 잉크 토출구의 미세 패턴을 패터닝하기 위한 해상성이 필요하다. 이러한 특성을 만족하는 재료로, 양이온 중합형 에폭시 수지 조성물이 채택될 수 있다.
본 발명에 사용된 에폭시 수지의 예들은 비스페놀 A와 에피클로로히드린과의 반응물 중에서 약 900 이상의 분자량을 갖는 비스페놀 A와 에피클로로히드린과의 반응물, 및 브롬 함유 비스페놀 A와 에피클로로히드린과의 반응물을 포함할 수 있다. 예는, 페놀 노볼락 또는 o-크레졸 노볼락과 에피클로로히드린과의 반응물, 및 일본공개특허번호 평02-140219에 개시된 옥시시클로헥산 골격을 포함하는 다관능 에폭시 수지도 포함할 수도 있지만 이들 화합물로 제한되지 않는다.
전술된 에폭시 화합물에는, 바람직하게는, 2000 이하의 에폭시 당량을 갖는 화합물이 사용되고, 더욱 바람직하게는, 1000 이하의 에폭시 당량을 갖는 화합물이 사용된다.
전술된 에폭시 수지를 경화하기 위한 광 양이온 중합 개시제에는, 광 조사 시 산을 생성하는 화합물, 예를 들어, 아데카사(Adeka Corporation)에 의해 시판되는 SP-150, SP-170 및 SP-172가 용도에 적합하다.
또한, 필요에 따라, 전술된 조성물에 첨가제 등이 임의로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 에폭시 수지의 탄성도를 낮추기 위해 가요성 부여제(flexibilizer)가 첨가될 수 있거나, 하부 재료에의 더한 접착성을 얻기 위해 실란 커플링제가 첨가될 수 있다.
다음에, 마스크(도시 안됨)를 개재하여 코팅 수지층(13a)에 대한 패턴 노광을 행하고, 현상 처리를 행하여, 에너지 발생 소자들에 대향하는 위치들에 토출구들(15)을 형성한다. 다음에, 패턴 노광한 잉크 유로 형성 부재(13)를 적당한 용제를 사용하여 현상하고, 이로써 토출구들(15)을 형성하여, 도 13b에 나타내어진 상태로 된다.
도 13c에 나타내어진 바와 같이, 유로(17)에 연통하는 액체 공급구(도시 안됨)가 기판 상에 형성된 후에, 패턴(25)이 제거되어, 유로(17)와 유로 형성 부재(13)를 얻는다.
다음에, 절단에 의한 분리 단계(도시 안됨)를 행한 후에, 유로 패턴(25)이 용해되어 제거된다. 또한, 필요에 따라, 열 처리를 행함으로써 잉크 유로 형성 부재(13)가 더 경화된 후에, 잉크 공급을 위한 부재에의 연결(도시 안됨) 및 에너지 발생 소자를 구동하기 위한 전기적 연결(도시 안됨)이 제공되어, 잉크젯 헤드를 얻는 것이 가능하게 된다.
(제2 실시예)
다음에, 도 1의 잉크젯 헤드의 A-A'선을 따라 취해진 개략 단면도인 도 15a 내지 도 15d 및 도 16a 내지 도 16h를 참조하여 본 발명의 제2 실시예가 기술될 것이다.
우선, 예를 들어, 도 15a에 나타내어진 것과 같은 기판(1)이 제공된다. 이러한 기판에는, 잉크 유로 형성 부재의 일부로서 기능할 수 있고, 후술될 잉크 유로 및 잉크 토출구를 형성하는 재료층의 지지부로서도 기능할 수 있는 임의의 기판이 그 형태, 재료 등에 특별한 제한 없이 사용될 수 있지만, 일반적으로 실리콘 기판이 사용된다.
다음에, 도 15b에 나타내어진 바와 같이, 포지티브형 감광 수지를 함유하는 제1층(22)이 기판(1) 상에 형성된다. 포지티브형 감광 수지를 포함하는 제1층(22)은 제1 실시예의 방법과 유사한 방법에 따라 제공될 수 있다.
다음에, 도 15c에 나타내어진 바와 같이, 포지티브형 감광 수지를 함유하는 제1층(22)의 감광 파장 범위의 광에 대하여 차광 효과를 갖는 수지 조성층(26)이 제1층(22) 상에 형성된다.
여기에서 수지 조성층(26)을 형성하기 위해 사용된 수지 조성물은, 후술될 제1층(22)을 패터닝하기 위한 마스크로서 기능하고, 제1층(22)의 감광 파장 범위의 광을 차단할 수 있는 것이 필요하다. 또한, 후술되는 처리에서, 수지 조성물은 제2층(23)의 패턴을 마스크로서 사용하여 에칭에 의해 패터닝되는 것이 필요하다. 에칭 방법에는, 습식 에칭이 사용될 수 있고, 조성물 수지는 제2층(23)에 대한 현상제 또는 제2층(23)을 용해시키지 않는 용제에 용해될 수 있다.
이러한 요건들을 만족시키는 수지 조성물로는, 코팅성을 갖는 수지와 차광재의 혼합물이 사용될 수 있다. 코팅성을 갖는 수지로서는, 아크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 히드록시에틸 메타크릴레이트 또는 히드록시페닐 메타크릴레이트 등의, 주성분으로서 아크릴 단량체를 함유하는 아크릴계 중합체, 폴리비닐 알콜 등의 비닐 중합체, 또는 페놀 노볼락 또는 크레졸 노볼락 등의 노볼락 중합체와 같은 범용 수지가 사용될 수 있다.
차광재로서는, 적절하게 첨가된 염료 또는 안료와 함께 전술된 수지가 사용될 수 있지만, 제1 포지티브형 레지스트의 감광 파장 범위의 광을 차단할 수 있는 재료를 선택하는 것이 필요하다. 더 구체적으로, 적은 양으로 높은 차광 효과를 제공할 수 있는 차광재의 예는 카본 블랙 및 티타늄 블랙을 포함한다. 특히, 카본 블랙을 사용하는 것이 적합하고, 채널 블랙(channel black), 퍼니스 블랙(furnace black), 열분해 카본 블랙(thermal black) 또는 램프 블랙 등의 공지의 카본 블랙이 사용될 수 있다. 또한, 전술된 수지에서의 분산성(dispersibility)을 향상시키기 위해서, 수지 코팅된(resin-coated) 카본 블랙이 사용될 수 있다.
본 발명에 사용되는 제1층(22)의 감광 파장 범위의 광에 대한 차광 효과를 갖는 수지 조성물로서는, 예를 들어, 알칼리 용해가능한(alkali-soluble) 수지 조성물이 크레졸 노볼락에 카본 블랙을 분산시켜 얻어질 수 있다.
다음에, 도 15d에 나타내어진 바와 같이, 제2층(23)이 제1 포지티브형 레지스트의 감광 파장 범위에 대한 차광 효과를 갖는 수지 조성층(26) 상에 형성된다.
제2층(23)에 대하여, 네가티브형 또는 포지티브형 레지스트가 사용될 수 있지만, 알칼리 현상될 수 있는 레지스트는 용이하게 취급할 수 있다. 또한, 본 발명에서, 가장 널리 사용되는 i선(365nm)을 사용하여, 정렬 정확도의 관점으로부터 스테퍼에 의해 패터닝을 행할 수 있다. 이러한 요건들을 만족하는 레지스트는 노볼락 수지와 나프토퀴논 디아지드 유도체를 함유하는 포지티브형 포토레지스트일 수 있다. 예로서, 도꾜 오카 공업사에 의해 시판되는 OFPR-800 레지스트 또는 iP-5700 레지스트(상품명) 등의 범용 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트가 사용될 수 있다.
다음에, 도 16a에 나타내어진 바와 같이, 제1 레티클(마스크)(27)을 개재하여 패턴 노광이 행해지고 현상 처리가 행해지고, 이로써 유로의 형상에 대응하는 레지스트 패턴(24)을 형성하여, 도 16b에 나타내어진 상태로 된다.
이 때, 알칼리 용해가능한 수지 조성물이 수지 조성층(26)에 사용되고, 알칼리 현상형 포지티브형 포토레지스트가 제2층(23)으로서 사용되면, 레지스트의 현상 및 수지 조성물의 에칭이 동시에 행해질 수 있다. 그 후, 도 16c에 나타내어진 바와 같이, 제1층(22)의 감광 파장 범위에 대한 차광 효과를 갖는 수지 조성물을 함유하는 레지스트 패턴(24)(상층) 및 다른 패턴(28)(하층)이 한번에 형성될 수 있다.
제1층(22)의 감광 파장 범위에 대한 차광 효과를 갖는 수지 조성물이 알칼리에서 용해가능하지 않으면, 레지스트 패턴(24)을 하드베이킹(hard-baking)한 후에, 제2층(23)으로 형성된 레지스트 패턴(24)을 마스크로서 사용하여 적당한 유기 용제에 의해 에칭이 행해질 수 있다. 또한, 수지 조성물은 레지스트 패턴(24)을 마스크로서 사용하여 건식 에칭에 의해 패터닝될 수 있다. 레지스트 패턴(24)은 특별히 제거될 필요는 없지만, 레지스트 패턴(24)이 제거되어, 후속 처리에 필요한 도 16d에 나타내어진 상태로 될 수 있다.
다음에, 전체 표면의 노광이 제1층(22)의 감광 파장을 갖는 광을 사용하여, 레지스트 패턴(24) 및 다른 패턴(28)을 마스크로서 사용하여 행해지고(도 16e), 제1층(22)의 현상이 행해져, 잉크 유로의 형상을 갖는 패턴(25)이 형성된다(도 16f). 상술된 바와 같이, 제1층(22)이 노광될 때 도면의 2개의 층(24 및 28)을 마스크로서 사용한 결과, 노광을 위해 사용되는 광에 대한 차광 효과가 더욱 향상될 수 있다. 또한, 다른 패턴(28)을 얻기 위한 패터닝이 레지스트 마스크(24)를 사용하여 행해져, 높은 위치 정확도를 갖는 다른 패턴(28)이 형성된다.
이어서, 마스크로서 사용된 레지스트 패턴(24) 및 다른 패턴(28)이 제거되어, 잉크 유로의 형상을 갖는 패턴(25)이 완성된다(도 16g).
전체 표면의 노광이 도 16d에 나타내어진 상태로부터 제1층(22)에 대하여 행해지고, 다른 패턴(28)의 제거가 제1층(22)의 현상과 동시에 행해지는 것도 가능하다.
전술된 바와 같이 형성된 유로의 패턴(25)을 사용하여, 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 제1 실시예에서 설명된 방법이 행해져 도 16h에 나타내어진 바와 같은 유로(17), 토출구들(15), 유로 형성 부재(13)를 형성한다.
(제3 실시예)
도 2a 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3d, 도 4a 내지 도 4d, 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 잉크젯 헤드 제조 방법의 예를 나타내는 도면이다. 이들 도면은 도 1의 A-A'선을 따라 취해진 잉크젯 헤드의 개략 단면도에 대응한다. 또한, 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3d, 도 4a 내지 도 4d, 도 5a 내지 도 5d 및 도 6a와 도 6b에 나타내어진 방법은 상층과 하층의 형태가 서로 상이한 2단 구성을 가지는 주형 패턴에 의해 높이 방향의 변동을 갖는 잉크 유로를 형성하는 예이다. 이하, 이러한 유형의 잉크 유로를 "2단 구성을 갖는 잉크 유로"라고 칭한다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에서와 같이 기판(1)이 제공된다.
다음에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 포지티브형 감광 수지층(7)이 에너지 발생 소자(2)가 형성되는 기판(1) 상에 형성된다. 그 후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제2 포지티브형 감광 수지층(8)이 제1 포지티브형 감광 수지층(7) 상에 또한 피착된다.
제1 포지티브형 감광 수지 및 제2 포지티브형 감광 수지는 감광 파장 범위가 서로 상이할 필요가 있다. 이것은, 노광에 의해 하나의 포지티브형 감광 수지를 패터닝할 때, 다른 포지티브형 감광 수지가 노광에 의해 영향받지 않게 하기 위해서이다. 본 발명에서, 제1 포지티브형 감광 수지의 감광 파장 범위를 "제1 파장 범위"라고 칭한다. 또한, 제2 포지티브형 감광 수지의 감광 파장 범위를 "제2 파장 범위"라고 칭한다. 제1 파장 범위와 제2 파장 범위는 서로 상이할 필요가 있다.
제1 및 제2 포지티브형 감광 수지의 예시적인 예들은 주성분으로서 에스테르 메타크릴레이트를 함유하는 고분자의 주쇄 분해형 포지티브형 감광 수지와 폴리메틸 이소프로페닐 케톤의 조합을 포함한다. 일반적으로, 주성분으로서 에스테르 메타크릴레이트를 함유하는 고분자의 주쇄 분해형 포지티브형 감광 수지는 200 내지 240nm 정도의 파장 범위의 광에 민감하다. 한편, 폴리메틸 이소프로페닐 케톤은 260 내지 320nm 정도의 파장 범위의 광에 민감하다. 이러한 조합에서, 상층과 하층의 위치 관계에 대한 구체적인 제한은 없으며, 어느 것이 상층(제2 포지티브형 감광 수지층(8))으로 사용되고, 어느 것이 하층(제1 포지티브형 감광 수지층(7))으로 사용되든지 상관없다.
주성분으로서 에스테르 메타크릴레이트를 함유하는 고분자의 주쇄 분해형 포지티브형 감광 수지는 단독중합체이거나 공중합체일 수 있다. 단독중합체의 구체예들은 폴리메틸 메타크릴레이트 및 폴리에틸 메타크릴레이트를 포함한다. 공중합체의 구체예들은 메틸 메타크릴레이트와, 예를 들어 메타크릴산, 아크릴산, 글리시딜 메타크릴레이트 또는 페닐 메타크릴레이트의 공중합체를 포함한다.
다음에, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제1 레지스트(9)(제1 레지스트)가 제2 포지티브형 감광 수지층(8) 상에 피착된다. 그 후, 도 2e에 도시된 바와 같이, 제1 레티클(마스크)(10)을 개재하여 패턴 노광이 행해진다. 또한, 도 3a에 도시된 바와 같이, 현상 처리를 행하여, 제2 포지티브형 감광 수지층(8) 상에 제1 레지스트로 형성된 마스크(9')를 형성한다.
제1 레지스트(9)는 제2 포지티브형 감광 수지층(8)을 패터닝하기 위한 노광 처리의 마스크를 형성하기 위해 제공된다(도 3b). 따라서, 제1 레지스트(9)는 제2 포지티브형 감광 수지의 감광 파장(제2 파장 범위)을 갖는 광에 대하여 차광 효과를 갖는 것이 필요하다. 본 발명에서, 레지스트에 의해 형성된 마스크를 "마스크 레지스트"라 칭할 수 있다.
제1 레지스트(9)는, 가장 널리 사용되는 i선(365nm)을 사용하여, 정렬 정확도의 관점에서 스테퍼에 의해 패터닝될 수 있다. 더 구체적으로, i선을 제공하는 축소 투영 노광 장치를 사용하여 노광이 행해질 수 있다. 이들 요건을 만족시키는 적합한 포지티브형 레지스트의 예는 노볼락 수지 및 나프토퀴논 디아지드 유도체를 함유하는 포지티브형 포토레지스트 등의, 나프토퀴논 디아지드 유도체를 함유하는 포지티브형 포토레지스트를 포함한다. 그들의 구체예는 도꾜 오카 공업사에 의해 시판되는 OFPR-800 레지스트(상품명) 및 iP-5700 레지스트(상품명) 등의 범용 나프토퀴논형 포지티브형 포토레지스트를 포함한다.
다음에, 도 3b에 도시된 바와 같이, 전체 표면의 노광이 제1 레지스트로 형성된 마스크(9')를 개재하여 제2 포지티브형 감광 수지층(8)의 감광 파장을 갖는 광을 사용하여 행해진다. 이 노광에서, 제1 포지티브형 감광 수지층(7)은 민감하지 않지만 제2 포지티브형 감광 수지층(8)은 민감한 파장 범위의 광이 선택적으로 조사된다. 그 후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제1 레지스트로 형성된 마스크(9')가 제거된다. 또한, 도 3d에 도시된 바와 같이, 제2 포지티브형 감광 수지층(8)의 현상이 행해져, 잉크 유로에 대한 주형 패턴의 일부인 주형 패턴인 상층(8')을 형성한다. 또한, 도 3c의 마스크(9')의 제거 및 도 3d의 제2 포지티브형 감광 수지층(8)에 대한 현상 처리를 동일한 용제를 사용하여 동시에 행할 수 있다. 또한, 도 3d의 제2 포지티브형 감광 수지층(8)에 대한 현상 처리를 도 3c의 마스크(9')의 제거 전에 행할 수 있다.
도 7은 제2 포지티브 감광 수지층(8)을 형성하는 수지의 감광 파장들 및 제1 레지스트(9)의 차광 효과의 예를 나타내는 그래프이다. 여기서, 메틸 메타크릴레이트와 메타크릴산의 공중합체(단량체들의 상대 비율 = 90:10)가 제2 포지티브형 감광 수지층(8)으로서 사용되었고, 도꾜 오카 공업사에 의해 제조된 상품명 iP-5700 레지스트가 제1 레지스트(9)로서 사용되었다. 도면의 D는 포지티브형 감광 수지층(8)의 흡수 스펙트럼을 나타내고, E는 도 3a에 도시된 상태에서 마스크(9')의 흡수 스펙트럼을 나타내고, F는 도 3b의 처리 후 마스크(9')의 흡수 스펙트럼을 나타낸다. 도 7로부터, 공중합체의 감광 파장은 주로 250nm 이하(5㎛의 막 두께에 대한 데이터)이고, 공중합체의 감광 파장을 갖는 광은 iP-5700 레지스트(4㎛의 막 두께에 대한 데이터)를 사용하여 차단될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트는 노광 시, 희미해지거나 투명해진다고 알려져 있지만, 본 예에서는 노광 후 충분한 차광 효과가 유지된다는 것을 알 수 있다.
도 8은 광학 필터가 사용될 때 노광 파장 및 휘도를 나타내는 그래프이다. 여기서, 260nm 이상의 파장을 갖는 광을 차단하는 광학 필터가 고압 수은 램프를 포함하는 1회 노광법을 위한 노광 장치에 제공되는 예(H), 및 260nm 이하의 광을 차단하는 광학 필터가 제공되는 예(G)가 도시된다. 도 9는 이전의 스펙트럼들 E 및 F와 함께 폴리메틸 이소프로페닐 케톤에 대한 스펙트럼 I를 도시한다. 예를 들어, 폴리메틸 이소프로페닐 케톤(PMIPK)이 제1 포지티브형 감광 수지층(7)으로서 사용될 때(도 9 참조), 260nm 이상의 파장을 갖는 광을 차단하는 제공된 광학 필터를 사용하여 노광을 행하는 것이 바람직하다. 이것은 제1 포지티브형 감광 수지층(7)이 260nm 이상의 파장을 갖는 광을 흡수하고, 제2 포지티브형 감광 수지층(8)이 노광될 때 제1 포지티브형 감광 수지층(7)이 영향을 받을 수 있기 때문이다. 전술된 기술에 의해, 제2 포지티브형 감광 수지층(8)이 노광된다(도 3b).
제2 포지티브형 감광 수지층(8)의 현상(도 3d)은 예를 들어, 전술된 공중합체(주쇄 분해 반응의 결과로서 생성된 저분자량을 갖는 물질)의 분해물을 용해시키고, 미반응물을 용해시키지 않는 용제를 사용하여 행해질 수 있다.
제1 레지스트(도 3c)로 형성된 마스크(9')의 제거는 제1 레지스트를 용해시킬 수 있거나 박리할 수 있는 용제를 사용하여 행해진다. 예를 들어, 나프토퀴논형 포지티브형 포토레지스트는 적절한 노광량에서 포지티브형 레지스트로서 기능하고, 노광된 부분은 알칼리 수용액에서 쉽게 용해된다. 그러나, 크게 초과된 노광량의 경우에는, 주성분인 수지의 분자들 사이의 가교 반응이 일어나, 알칼리 수용액 또는 보통의 유기 용제에서 녹기 어려운 것이 알려져 있다. 특히, 주쇄 분해형 포지티브형 레지스트는 상대적으로 나쁜 반응 효율을 보이기 때문에, 두꺼운 막 두께를 갖는 주쇄 분해형 포지티브형 레지스트가 사용될 때, 대량의 에너지를 인가할 필요가 있다. 따라서, 대량의 에너지가 제1 레지스트로 형성된 마스크(9') 상에도 인가되어, 제1 레지스트에서 가교 반응이 진행되고, 이것은 마스크(9')를 제거하는 데 곤란을 초래할 수 있다.
근면한 연구의 결과로서, 본 발명자들은 하기의 혼합 용액을 사용하여 마스크 레지스트를 제거하는 것이 특히 적합하다는 것을 발견했다.
혼합 용액은 적어도 하기의 것들을 함유한다:
물과 혼합될 수 있는 탄소수 6 이상의 글리콜 에테르;
질소 함유 염기성 유기 용제; 및
물.
물과 혼합될 수 있는 탄소수 6 이상의 글리콜 에테르는 임의의 비율로 물과 혼합될 수 있는 글리콜 에테르를 의미한다. 특히, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 및/또는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르가 사용될 수 있다. 질소 함유 염기성 유기 용제로서는, 특히, 에탄올아민 및/또는 모르폴린이 사용될 수 있다.
이러한 혼합 용제는 유기 용제로서의 용해성과 알칼리 수용액으로서의 용해성을 둘 다 갖는다. 따라서, 혼합 용제는, 예를 들어, 가교 반응이 일어난 나프토퀴논형 포토레지스트를 함유하는 마스크를 용해시키는 데 특히 적합하다. 또한, 이러한 혼합 용제는 제2 포지티브형 레지스트로서 사용하기에 적합한 상술된 공중합체에 대한 현상제로서도 기능할 수 있다. 따라서, 혼합 용제 또는 유사한 기능을 갖는 용제가 사용되면, 제2 포지티브형 감광 수지층(8)에 대한 현상 처리와 제1 레지스트로 형성된 마스크(9')에 대한 제거 처리가 동시에 행해질 수 있다.
다음에, 도 4a에 도시된 바와 같이, 유로 형상의 패턴의 상층(8')(유로를 형성하기 위한 틀(mold)이 되는 주형 패턴)이 형성된 제1 포지티브형 감광 수지층(7) 상에 제2 레지스트(11)가 피착된다. 그 후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 패턴 노광이 제2 레티클(마스크)(12)을 개재하여 행해진다. 또한, 도 4c에 도시된 바와 같이, 현상 처리를 행하여, 제2 레지스트(11)로 형성된 마스크(11')를 제1 포지티브형 감광 수지층(7) 상에 형성한다.
제2 레지스트(11)는 제1 포지티브형 감광 수지층(7)을 패터닝하기 위한 노광 처리(도 4d)에서 마스크를 형성하기 위해 제공된다. 따라서, 제2 레지스트(11)는 제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 감광 파장(제1 파장 범위)에 대한 차광 효과를 가질 필요가 있다.
또한, 제2 포지티브형 감광 수지로 형성되는 주형 패턴 상층(8')에 의해 초래되는 높이의 차이를 갖는 표면을 코팅함으로써 제2 레지스트(11)가 형성되고, 그리하여, 단차들을 덮는 것을 고려할 때, 제1 레지스트(9) 층의 층 두께보다 두꺼운 층 두께를 갖는 제2 레지스트(11)를 피착하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 레지스트(9)와 같이, 제2 레지스트(11)는, 가장 널리 사용되는 i선(365nm)을 사용하여, 정렬 정확도의 관점에서 스테퍼에 의해 패터닝할 수 있다. 더욱 구체적으로, i선을 제공하는 축소 투영 노광 장치를 사용하여 노광이 행해질 수 있다. 이러한 요건들을 만족하는 적합한 포지티브 레지스트의 예는 제1 레지스트(9)의 예들로서 이미 기술된 것들과 유사하다. 따라서, 동일한 유형의 레지스트가 제1 레지스트(9)와 제2 레지스트(11)에 사용될 수 있다.
다음에, 도 4d에 도시된 바와 같이, 제2 레지스트로 형성된 마스크(11')를 개재하여, 제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 감광 파장을 사용하여 전체 표면의 노광이 행해진다. 그 후, 도 5a에 도시된 바와 같이, 제2 레지스트로 형성된 마스크(11')가 제거된다. 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 현상이 행해져, 잉크 유로에 대한 주형 패턴의 다른 일부인 주형 패턴 하층(7')이 형성된다. 도 5a의 마스크(11')의 제거 및 도 5b의 제1 포지티브형 감광 수지층(7)에 대한 현상 처리를 동일한 용제를 사용하여 동시에 행할 수 있다. 또한, 도 5b의 제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 현상 처리는 도 5a의 마스크(11')의 제거 전에 행해질 수 있다.
도 9는 제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 감광 파장과 제2 레지스트(11)의 차광 효과의 예를 나타내는 그래프이다. 여기서, 제1 포지티브형 감광 수지층(7)으로서 폴리메틸 이소프로페닐 케톤(PMIPK)이 사용되었고, 도꾜 오카 공업사제의 상품명 OFPR-800 레지스트가 제2 레지스트(11)로서 사용되었다. 도 9로부터, PMIPK의 감지 파장은 주로 260 내지 320nm 정도의 범위이고(15㎛의 막 두께에 대한 데이터), PMIPK의 감광 파장을 갖는 광은 OFPR-800 레지스트(4㎛의 막 두께에 대한 데이터)를 사용하여 차단될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 노광 후에 충분한 차광 효과가 유지된다는 것을 알 수 있다.
따라서, 마스크(11')를 통한 전체 표면 노광(도 4d)을 위해 사용된 광의 파장으로서, 예를 들어, 260nm 이하의 파장을 갖는 광을 차단하는 광학 필터를 사용하여 제공된 파장의 광이 사용될 수 있다. 또한, 제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 현상(도 5b)과 마스크(11')의 제거(도 5a)는, 먼저 설명된 제2 포지티브형 감광 수지층(8)의 현상 및 마스크(9')의 제거와 유사한 방식으로 행해질 수 있다.
상술된 처리 후에, 정확도 높게 정렬이 제어된 2단 구성을 갖는 잉크 유로를 위한 주형 패턴들(7' 및 8')이 준비될 수 있다.
상술된 수지층 및 레지스트층 형성에 대하여, 스핀 코팅, 롤 코팅 또는 슬릿 코팅 등의 공지의 코팅법이 사용될 수 있다. 또한, 그러한 수지층들 및 레지스트층들이 드라이 필름화된 포지티브형 레지스트를 사용하여 라미네이트법에 의해 형성될 수 있다. 또한, 광 흡수제 등의 첨가제가, 기판 표면으로부터의 반사를 방지하기 위해 제1 및 제2 포지티브형 감광 수지들에 첨가될 수 있다.
다음에, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상술한 처리를 통하여 형성된 잉크 유로를 위한 주형 패턴들(7' 및 8')이 잉크 유로벽을 형성하기 위해 코팅 수지(13a)에 의해 코팅된다. 여기서, 예를 들어, 코팅 수지(13a)는 스핀 코팅, 롤 코팅 또는 슬릿 코팅 등의 방법에 의해 도포될 수 있다.
코팅 수지(13a)는 잉크 유로 형성 부재로서 기능한다. 따라서, 구조재로서의 높은 기계적 강도, 하부 재료에의 접착성, 잉크 톨러런스, 및 토출구의 미세한 패턴을 제공하기 위한 해상성이 필요하다. 이러한 특성을 만족하는 적합한 재료의 예는, 에폭시 화합물과 광 양이온 중합 개시제를 함유하는 양이온 중합형 에폭시 수지 조성물을 포함한다.
후속 처리가 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 제1 실시예에 기술된 방법에서와 유사한 방식으로 행해져, 도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같은 2단 구성을 갖는 유로(17)를 갖는 잉크젯 헤드를 얻는다. 도 6b에서, 2단 유로(17)의 상부와 하부는 각각 유로 상부(18) 및 유로 하부(19)로 별개로 칭해질 수 있다.
제1 실시예 내지 제3 실시예에서 기술된 본 발명에 따른 방법으로, 토출 에너지 발생 소자들(2)과 잉크 유로(17)와 토출구들(15) 사이의 위치 관계가 높은 정확도로 재현성 좋게 제어될 수 있어, 적합한 인쇄 특성을 갖는 잉크젯 헤드의 안정적인 제조가 가능해진다.
본 발명은 또한 3단 이상의 단구성을 갖는 잉크 유로를 갖는 잉크젯 헤드의 제조에도 응용될 수 있다. 예를 들어, 3단 구성을 갖는 잉크 유로를 형성할 때, 먼저, 3개의 포지티브형 감광 수지층이 형성되고, 상술된, 레지스트 마스크를 통한 노광 처리 및 현상 처리가 상층, 중간층 및 하층에 대하여 이 순서대로 행해져, 3단 구성을 갖는 잉크 유로가 형성된다.
본 발명의 예가 하기에 제공될 것이다. 하기의 설명에서 "부"는 "중량부"를 의미한다.
<예 1>
(2단 구성을 갖는 잉크 유로를 갖는 잉크젯 헤드의 제조 - 1)
2단 구성을 갖는 잉크 유로를 갖는 잉크젯 헤드가 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3d, 도 4a 내지 도 4d, 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6a와 도 6b에 나타내어진 처리에 따라 제조되었다.
우선, 토출 에너지 발생 소자(2)가 형성된 기판(1)이 제공된다(도 2a). 본 예에서, 20.3센티미터 실리콘 기판이 기판(1)으로서 사용되었고, 열전기 변환 소자(HfB2 재료를 포함하는 히터)가 토출 에너지 발생 소자(2)로서 사용되었다. 또한, SiN과 Ta의 적층막이 유로가 형성될 기판(1)의 일부에 형성되었다.
다음에, 제1 포지티브형 감광 수지층(7)이 토출 에너지 발생 소자(2)가 형성된 기판(1) 상에 형성되었다(도 2b). 본 예에서, 제1 포지티브형 감광 수지로서, 폴리메틸 이소프로페닐 케톤이 스핀 코팅법에 의해 제공되고 150℃에서 3분 동안 베이킹되었다. 베이킹 후의 레지스트층(7)의 두께는 15㎛였다.
이어서, 제2 포지티브형 감광 수지층(8)이 제1 포지티브형 감광 수지층(7) 상에 또한 피착되었다(도 2c). 본 예에서, 제2 포지티브형 감광 수지로서, 메틸 메타크릴레이트와 메타크릴산의 공중합체(단량체들의 상대 비율 = 90:10)가 5㎛의 막 두께를 갖도록 스핀 코팅에 의해 제공되고 150℃에서 3분 동안 베이킹되었다.
또한, 제1 레지스트(9)가 제2 포지티브형 감광 수지층(8) 상에 피착되었다(도 2d). 본 예에서, 제1 레지스트(9)로서 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트(상품명: iP-5700 레지스트, 도꾜 오카 공업사제)가 4㎛의 막 두께를 갖도록 피착되었다. 이어서, i선 스테퍼(상품명: i5, 캐논 가부시끼가이샤제)를 사용하여, 제1 레티클(10)을 개재하여 200J/m2의 노광량으로 노광을 행했다(도 2e). 그 후, 테트라메틸 암모늄 히드록시드 수용액 2.38 중량%를 사용하여 현상 처리를 행하여 패터닝을 행하였고, 이로써 제1 레지스트로 형성된 마스크(9')를 형성하였다(도 3a).
다음에, 전체 표면의 노광이 마스크(9')를 개재하여 제2 포지티브형 감광 수지의 감광 파장을 갖는 광을 사용하여 행해졌다(도 3b). 본 예에서, 260nm 이상의 파장을 갖는 광을 차단하는 필터를 포함하는 딥 UV 노광 장치(상품명: UX-3000, 우시오사제)를 사용하여 5000mJ/cm2의 노광량으로 전체 표면의 노광이 행해졌다.
그 후, 하기의 조성을 갖는 혼합 용제 (A)를 사용하여, 마스크(9')의 제거 및 제2 포지티브형 감광 수지층(8)의 현상이 동시에 행해졌고, 이로써 잉크 유로를 위한 주형 패턴의 상층(8')을 형성한다(도 3c 및 도 3d).
혼합 용제 (A):
디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 60 체적%;
에탄올아민 5 체적%;
모르폴린 20 체적%; 및
이온 교환수 15 체적%.
상층(8') 상에, 나프토퀴논형 포지티브형 포토레지스트(상품명: OFPR-800 레지스트, 도꾜 오카 공업사제)가 제2 레지스트로서 4㎛의 두께를 갖도록 피착되었다(도 4a). 이어서, i선 스테퍼를 사용하여(상품명: i5), 제2 레티클(마스크)(12)을 개재하여 800J/m2의 노광량으로 노광을 행했다(도 4b). 그 후, 테트라메틸 암모늄 히드록시드 수용액 2.38 질량%를 사용하여 현상 처리를 행하여 패터닝을 행하였고, 이로써 제2 레지스트로 형성된 마스크(11')를 형성하였다(도 4c).
다음에, 전체 표면의 노광이 마스크(11')를 개재하여 제1 포지티브형 감광 수지의 감광 파장을 갖는 광을 사용하여 행해졌다(도 4d). 본 예에서, 260nm 이하의 파장을 갖는 광을 차단하는 필터를 포함하는 딥 UV 노광 장치(상품명: UX-3000)를 사용하여 10000mJ/cm2의 노광량으로 전체 표면의 노광이 행해졌다. 그 후, 전술된 혼합 용제 (A)를 사용하여, 마스크(11')가 제거되었다(도 5a). 또한, 제1 포지티브형 감광 수지층(7)이 메틸 이소부틸 케톤을 사용하여 현상되어, 잉크 유로를 위한 주형 패턴의 하층(7')을 형성하였다(도 5b). 그 결과로서, 2단 구성을 갖는 잉크 유로를 위한 주형 패턴(7' 및 8')이 얻어졌다.
다음에, 하기의 조성을 갖는 감광 수지 조성물(A)(코팅 수지(13a))이 잉크 유로를 위한 주형 패턴들(7' 및 8') 상에 스핀 코팅에 의해 제공되었고(평판 상에 15㎛의 막 두께), 핫 플레이트를 사용하여 90℃에서 2분 동안 예비 베이킹되어, 코팅 수지(13a)의 층을 형성하였다(도 5c).
감광 수지 조성물(A):
에폭시 화합물 100중량부(상품명: EHPE, 다이셀 화학 공업사제);
중합 개시제 5중량부(상품명: SP-172, 아데카사제);
에폭시 실란 커플링제 5중량부(상품명: A-187, 닛뽄 유니카사제); 및
메틸 이소부틸 케톤 100중량부.
이어서, 하기의 조성을 갖는 감광 수지 조성물 (B)가 기판 상에 제공되어, 스핀 코팅에 의해 1㎛의 막 두께를 갖도록 처리되고 80℃에서 3분 동안 예비 베이킹되어(핫 플레이트를 사용하여), 잉크 반발층(ink repellent layer)을 형성한다(도시 안됨).
감광 수지 조성물 (B):
에폭시 화합물 35중량부(상품명: EHPE, 다이셀 화학 공업사제);
2,2-비스(4-글리시딜옥시페닐)헥사플루오로프로판 25중량부;
1,4-비스(2-히드록시헥사플루오로이소프로필)벤젠 25중량부;
3-(2-퍼플루오로헥실)에톡시-1,2-에폭시프로판 16중량부;
에폭시 실란 커플링제 4중량부(상품명: A-187, 닛뽄 유니카사제);
중합 개시제 5중량부(상품명: SP-172, 아데카사제); 및
디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 100중량부.
다음에, i선 스테퍼(상품명: i5)를 사용하여, 제3 레티클(마스크)(14)을 개재하여 4000J/m2의 노광량으로 패턴 노광을 행한다(도 5d). 그 후, PEB(post-exposure baking)이 120℃에서 핫 플레이트를 사용하여 120초 동안 행해진다. 이어서, 메틸 이소부틸 케톤을 사용하여 현상 처리가 행해지고, 이소프로필 알콜을 사용하여 린스 처리가 행해지고, 100℃에서 60분 동안 열처리가 행해져, 각각 8㎛의 직경을 갖는 토출구들(15)을 형성한다(도 6a).
다음에, 광학 필터를 구비하지 않는 딥 UV 노광 장치(상품명: UX-3000)를 사용하여, 코팅 수지(13a)를 개재하여 250000mJ/cm2의 노광량으로 전체 표면의 노광이 행해져, 잉크 유로를 위한 주형 패턴들(7' 및 8')을 용해가능하게 한다. 이어서, 메틸 락테이트에 초음파가 제공되면서, 처리 중인 기판이 침지되어 주형 패턴들(7' 및 8')을 용해하여 제거함으로써, 잉크 유로(17)를 형성하였다(도 6b). 본 예에서, 잉크 공급구(16)의 형성에 대한 설명은 생략한다.
전술된 바와 같이 제조된 모의적인 잉크젯 헤드는 광학 현미경 및 전자 현미경을 사용하여 관찰되어 토출 에너지 발생 소자(2), 주형 패턴의 하층(7') 및 상층(8'), 및 토출구(15) 사이의 위치 관계를 평가한다. 주형 패턴 하층(7')의 위치는 잉크 유로의 제1단의 위치에 대응하고, 주형 패턴 상층(8')의 위치는 잉크 유로의 제2단의 위치에 대응한다. 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)는 층들의 변동량을 측정하기 위한 방법을 나타내는 도면이고, 도 11은 변동량을 측정하기 위한 위치를 나타내는 도면이다. 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 이 평가는 토출 에너지 발생 소자(히터, 2)의 중앙 위치 Z로부터 x 방향 및 y 방향으로의 각 부분의 변동량을 측정하여 행해진다. 도 11a 는 토출 에너지 발생 소자(2)의 중앙 위치 Z(히터의 중앙)로부터 x 방향 및 y 방향으로의 주형 패턴 하층(7')의 위치의 변동량의 측정을 나타낸다. 도 11b는 토출 에너지 발생 소자(2)의 중앙 위치(히터의 중앙) Z로부터 x 방향 및 y 방향으로의 주형 패턴 상층(8')의 중앙 위치의 변동량의 측정을 나타낸다. 도 11c는 토출 에너지 발생 소자(2)의 중앙 위치 Z(히터의 중앙)로부터 x 방향 및 y 방향으로의 토출구(15)의 중앙 위치의 변동량의 측정을 나타낸다. 표 1은 평가의 결과를 나타낸다.
<예 2>
(2단 구성을 갖는 잉크 유로를 갖는 잉크젯 헤드의 제조 - 2)
잉크젯 헤드가 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3d, 도 4a 내지 도 4d, 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6a와 도 6b에 나타내어진 처리에 따라 제조되었다. 본 예에서, 예 1과 상이한 점만을 하기에서 설명한다.
제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 형성에서, 메틸 메타크릴레이트와 메타크릴산의 공중합체(단량체들의 상대 비율 = 90:10)가 사용되었고, 레지스트층(7)의 두께는 10㎛가 되도록 만들어졌다(도 2b). 제2 포지티브형 감광 수지층(8)의 형성에서, 폴리메틸 이소프로페닐 케톤이 사용되었고, 두께는 5㎛가 되도록 만들어졌다(도 2c). 제1 레지스트(9)로서, 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트(상품명: OFPR-800 레지스트)가 사용되었고, 막 두께는 2㎛가 되도록 만들어졌다(도 2d). i선 스테퍼를 사용하여 제1 레티클(10)을 개재하여 500J/m2의 노광량으로 노광이 행해졌다(도 2e).
노광 처리를 위한 필터로서 260nm 이하의 파장을 갖는 광을 차단하는 필터를 사용하여, 제1 레지스트로 형성된 마스크(9')를 개재하여 6000mJ/cm2의 노광량으로 노광이 행해졌다(도 3b). 그 후, 우선, 제2 포지티브형 감광 수지층(8)이 메틸 이소부틸 케톤을 사용하여 현상되었고(도 3d), 이어서, 마스크(9')가 예 1에서 사용된 것과 동일한 혼합 용제 (A)를 사용하여 제거되었다(도 3c).
제2 레지스트(11)로서, 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트(상품명: iP-5700 레지스트)가 사용되었고, 막 두께가 5㎛가 되도록 만들어졌다(도 4a). 제2 레티클(12)을 개재하여 i선 스테퍼를 사용하여 300J/m2의 노광량으로 노광이 행해졌다(도 4b).
260nm 이상의 파장을 갖는 광을 차단하는 필터를 노광 처리를 위한 필터로서 사용하여, 제2 레지스트로 형성된 마스크(11')를 개재하여 8000mJ/cm2의 노광량으로 노광이 행해졌다(도 4d). 그 후, 예 1에서 사용된 것과 동일한 혼합 용제 (A)를 사용하여, 마스크(11')의 제거 및 제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 현상이 동시에 행해졌다(도 5a 및 도 5b).
이어서, 예 1의 처리와 유사한 처리에 따라 모의적인 잉크젯 헤드가 제조되었고(도 5c, 도 5d, 도 6a 및 도 6b), 예 1의 방식과 유사한 방식으로 평가가 이루어졌다. 표 2는 평가의 결과를 나타낸다.
<예 3>
(2단 구성을 갖는 잉크 유로를 갖는 잉크젯 헤드의 제조 - 3)
잉크젯 헤드가 도 2a 내지 도 2e, 도 3a 내지 도 3d, 도 4a 내지 도 4d, 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6a와 도 6b에 나타내어진 처리에 따라 제조되었다. 본 예에서, 예 1과 상이한 점만을 하기에서 설명한다.
제1 레지스트(9)로서, 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트(상품명: OFPR-800 레지스트)가 사용되었고, 막 두께는 2㎛가 되도록 만들어졌다(도 2d). i선 스테퍼를 사용하여 제1 레티클(10)을 개재하여 500J/m2의 노광량으로 노광이 행해졌다(도 2e).
제2 레지스트(11)인, 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트(상품명: OFPR-800 레지스트)의 막 두께가 6㎛가 되도록 만들어졌다(도 4a).
이어서, 예 1의 처리와 유사한 처리에 따라 모의적인 잉크젯 헤드가 제조되어(도 4b, 도 4c 및 도 4d, 도 5a 내지 도 5d, 및 도 6a와 도 6b) 평가되었다. 표 3은 평가의 결과를 나타낸다.
<예 4>
(1단 구성을 갖는 잉크 유로를 갖는 잉크젯 헤드의 제조 - 1)
1단 구성을 갖는 잉크 유로를 갖는 잉크젯 헤드가 하기의 처리에 따라 제조되었다.
우선, 예 1에서 사용된 것과 동일한 토출 에너지 발생 소자(2)가 형성된 기판(1)이 제공되었다(도 2a). 다음에, 제1 포지티브형 감광 수지층(7)이 이 기판(1) 상에 형성되었다(도 2b). 본 예에서, 제1 포지티브형 감광 수지로서, 메틸 메타크릴레이트와 메타크릴산의 공중합체(단량체들의 상대 비율 = 90:10)가 사용되었고, 레지스트층(7)의 두께가 10㎛가 되도록 만들어졌다.
다음에, 제2 포지티브형 감광 수지층(8) 및 제1 레지스트(9)와 관련된 처리는 생략되었고, 제2 레지스트(11)가 제1 포지티브형 감광 수지층(7) 상에 직접 피착되었다. 본 예에서, 제2 레지스트(11)로서, 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트(상품명: iP-5700 레지스트)가 사용되어 5㎛의 막 두께를 갖도록 피착되었다. 이어서, i선 스테퍼(상품명: i5)를 사용하여, 제2 레티클(12)을 개재하여 300J/m2의 노광량으로 노광을 행했다. 그 후, 테트라메틸 암모늄 히드록시드 수용액 2.38 질량%를 사용하여 현상 처리를 행하여 패터닝을 행하였고, 이로써 제2 레지스트로 형성된 마스크(11')를 형성하였다.
다음에, 전체 표면의 노광이 마스크(11')를 개재하여 제1 포지티브형 감광 수지의 감광 파장을 갖는 광을 사용하여 행해졌다. 본 예에서, 광학 필터를 구비하지 않은 딥 UV 노광 장치(상품명: UX-3000)를 사용하여 8000mJ/cm2의 노광량으로 전체 표면의 노광이 행해졌다. 그 후, 예 1에서 사용된 것과 동일한 혼합 용제 (A)를 사용하여, 마스크(11')의 제거와 제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 현상이 동시에 행해졌다. 그 결과로서, 1단 구조를 갖는 잉크 유로를 위한 주형 패턴(7')이 얻어졌다.
이어서, 예 1의 처리와 유사한 처리에 따라 모의적인 잉크젯 헤드가 제조되어(도 5c, 도 5d, 도 6a 및 도 6b) 평가되었다. 표 4는 평가의 결과를 나타낸다.
<예 5>
(1단 구성을 갖는 잉크 유로를 갖는 잉크젯 헤드의 제조 - 2)
잉크젯 헤드가 하기의 처리에 따라 제조되었다. 본 예에서, 예 4와 상이한 점만을 하기에서 설명한다.
제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 형성을 위하여, 폴리메틸 이소프로페닐 케톤이 사용되었고, 레지스트층(7)의 두께는 15㎛가 되도록 만들어졌다. 제2 레지스트(11)를 위하여, 나프토퀴논계 포지티브형 포토레지스트(상품명: OFPR-800 레지스트)가 사용되었고, 막 두께는 3㎛가 되도록 만들어졌다. i선 스테퍼를 사용하여 제2 레티클(12)을 개재하여 500J/m2의 노광량으로 노광이 행해졌다.
마스크(11')의 제거와 제1 포지티브형 감광 수지층(7)의 현상을 위하여, 우선, 혼합 용제 (A)를 사용하여 마스크(11')가 제거되었고, 그 후, 제1 포지티브형 감광 수지층(7)이 메틸 이소부틸 케톤을 사용하여 현상되었다. 그 결과로서, 1단 구성을 갖는 잉크 유로를 위한 주형 패턴(7')이 얻어졌다.
이어서, 예 1의 처리와 유사한 처리에 따라 모의적인 잉크젯 헤드가 제조되어(도 5c, 도 5d, 도 6a 및 도 6b) 평가되었다. 표 5는 평가의 결과를 나타낸다.
<비교예 1>
우선, 제1 포지티브형 감광 수지층 및 제2 포지티브형 감광 수지층의 형성까지 예 1과 동일한 처리를 한다(도 2a, 도 2b 및 도 2c). 본 비교예에서, 도 18에 도시된 바와 같이, 제1 포지티브형 감광 수지층(3) 및 제2 포지티브형 감광 수지층(4)이 기판 상에 제공된다.
다음에, 260nm 이상의 파장을 갖는 광을 차단하는 필터를 포함하는 딥 UV 노광 장치(상품명: UX-3000)를 사용하여, 제2 마스크(5)를 개재하여 5000mJ/cm2의 노광량으로 패턴 노광을 행한다(도 18a). 다음에, 예 1에서 사용된 것과 동일한 혼합 용제 (A)를 사용하여, 제2 포지티브형 감광 수지층(제2 포지티브형 감광 재료층(4))이 현상되어, 잉크 유로를 위한 주형 패턴의 상층(4')을 형성한다(도 18b).
다음에, 260nm 이하의 파장을 갖는 광을 차단하는 필터를 포함하는 딥 UV 노광 장치를 사용하여(상품명: UX-3000), 제1 마스크(6)를 개재하여 10000mJ/cm2의 노광량으로 패턴 노광을 행한다(도 18c). 다음에, 메틸 이소부틸 케톤을 사용하여, 제1 포지티브형 감광 수지층(제1 포지티브형 감광 재료층(3))을 현상하여, 잉크 유로를 위한 주형 패턴의 상층(3')을 형성한다(도 18d). 그 결과로서, 2단 구성을 갖는 잉크 유로를 위한 주형들(3' 및 4')이 얻어졌다.
이어서, 예 1의 처리와 유사한 처리에 따라 모의적인 잉크젯 헤드가 제조되어(도 5c, 도 5d, 도 6a 및 도 6b) 예 1의 평가와 유사한 방식으로 평가되었다. 표 6은 평가의 결과를 나타낸다.
<예 6>
우선, 에너지 발생 소자로서 히터(2)(재료: TaSiN)를 구비하고 또한 액체 유로 형성 영역 상에 SiN과 Ta의 라미네이트된 층들(도시 안됨)을 구비하는 실리콘 기판(1)이 제공되었다(도 12a).
다음에, 폴리메틸 이소프로페닐 케톤이 스핀 코팅에 의해 기판 상에 제공되고 120℃에서 6분 동안 베이킹되어, 제1층(22)으로서 형성된다. 베이킹 후의 레지스트층의 막 두께는 15㎛였다.
이어서, 레지스트 마스크를 형성하기 위하여, iP-5700 레지스트(도꾜 오카 공업사제) 및 2-히드록시-4-옥톡시벤조페논(산교 화학사제)을 함유하는 조성물이 4㎛의 막 두께를 갖도록 피착되었고, 이로써 제2층(23)을 형성하였다(도 12c).
이어서, i선 스테퍼(i5, 캐논 가부시끼가이샤제)를 사용하여, 마스크를 개재하여 제2층의 노광이 8000J/m2의 노광량으로 행해졌다(도 12d).
다음에, 테트라메틸 암모늄 히드록시드 수용액 2.38중량%를 사용하여 현상을 행하여, 레지스트 패턴(24)을 형성한다(도 12e).
다음에, 레지스트 패턴(24)을 마스크로서 사용하고, 딥 UV 노광 장치(UX-3000, 우시오사제)를 사용하여 14000J/cm2의 노광량으로 전체 표면의 노광을 행하였다(도 12f). 이어서, 레지스트 패턴(24)이 하기 조성의 혼합 용제를 사용하여 제거되었다.
디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 60체적%;
에탄올아민 5체적%; 및
모르포린 20체적%;
이온 교환수 15체적%.
다음에, 제1층(22)이 메틸 이소부틸 케톤을 사용하여 현상되어, 잉크 유로 패턴(25)이 형성된다(도 12h).
다음에, 하기 조성을 갖는 감광 수지 조성물이 스핀 코팅에 의해 제공되고(평판 상의 막 두께: 15㎛), 90℃에서 2분 동안 예비 베이킹되어(핫 플레이트를 사용하여), 코팅 수지층(13a)을 형성한다(도 13a).
EHPE 100중량부(다이셀 화학사제);
SP-172 5중량부(아데카사제);
A-187 5중량부(다우 코닝 토레이사제); 및
메틸 이소부틸 케톤 100중량부.
이어서, 하기 조성을 갖는 감광 수지 조성물이 기판에 도포되어, 스핀 코팅에 의해 1㎛의 막 두께를 갖도록 처리되고 80℃에서 3분 동안 예비 베이킹되어(핫 플레이트를 사용하여), 잉크 반발층을 형성한다(도시 안됨).
EHPE 35중량부(다이셀 화학사제);
2,2-비스(4-글리시딜옥시페닐)헥사플루오로프로판 25중량부;
1,4-비스(2-히드록시헥사플루오로이소프로필)벤젠 25중량부;
3-(2-퍼를루오로헥실)에톡시-1,2-에폭시프로판 16중량부;
A-187 4중량부(다우 코닝 토레이사제);
SP-172 5중량부(아데카사제); 및
디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 100 중량부.
다음에, i선 스테퍼(i5, 캐논 가부시끼가이샤제)를 사용하여 4000J/m2의 노광량으로 패턴 노광이 행해진 후에, 90℃에서 240초 동안 핫 플레이트를 사용하여 PEB가 행해진다. 이어서, 메틸 이소부틸 케톤을 사용하여 현상이 행해지고, 이소프로필 알콜을 사용하여 린스 처리가 행해지고, 140℃에서 60분 동안 열처리가 행해져, 잉크 토출구(15)가 형성된다(도 13b). 본 예에서, 각각 8㎛의 직경을 갖는 토출구의 패턴이 형성되었다.
다음에, 딥 UV 노광 장치를 사용하여(UX-3000, 우시오사제) 코팅 수지를 개재하여 250000mJ/cm2의 노광량으로 전체 표면의 노광이 행해져, 잉크 유로 패턴을 용해가능하게 한다. 이어서, 메틸 락테이트에 초음파가 제공되면서, 처리 중인 기판이 침지되어 유로 패턴을 용해하여 제거함으로써, 유로(17)를 형성하였다(도 13c).
잉크 공급구(9)(도시 안됨)의 형성의 설명은 생략한다.
(실험예)
상이한 막 두께의 레지스트 패턴 및 상이한 종류의 벤조페논 화합물을 갖는 액체 토출 헤드가 상술된 예에 기초하여 제조되었고 유로 벽과 기판 사이의 각도가 평가되었다. 나머지 점들은 상술된 예와 동일하였다.
표 7은 그 결과를 나타내며, 평가 기준을 하기에 나타내었다.
<평가 기준>
유로 벽의 수직성은 도 13에 나타내어진 θ(유로 벽과 기판 표면 사이에 형성된 각도)로 평가되었다.
A: θ가 90°
B: θ가 90°미만: 85°정도
C: θ가 85°미만이나, 기판과 유로 형성 부재 사이의 접촉 면적을 고려하면, 헤드로서 사용하는데 문제를 일으키지 않는 수준.
또한, 상술된 실험예에서, 제조된 액체 토출 헤드에 대하여, 변형과 같은 손상이 유로 패턴(25)을 형성하기 위한 노광에서 제1 포지티브형 감광 수지에서 발견되지 않았다. 이것은 레지스트 패턴(24)의 충분한 차광 효과로부터 기인한다고 여겨질 수 있다.
<예 7>
도 15a 내지 도 15d에 나타내어진 처리에 따라 잉크젯 헤드가 제조되었다. 우선, 도 15a에 나타내어진 바와 같이 기판(1)이 제공된다. 기판은 에너지 발생 소자(2)를 구비하였다.
다음에, 도 15b에 도시된 바와 같이, 폴리메틸 이소프로페닐 케톤이 스핀 코팅에 의해 제1 포지티브 레지스트(22)로서 기판(1) 상에 제공되고 150℃에서 3분 동안 베이킹되었다. 베이킹 후의 레지스트층의 막 두께는 14㎛였다.
다음에, 도 15c에 나타내어진 바와 같이, 하기 조성을 갖는 수지 조성물이 스핀 코팅에 의해 제1 포지티브형 레지스트(22)의 감광 파장 범위의 광에 대하여 차광 효과를 갖는 수지 조성물(26)로서 제공되었고 120℃에서 3분 동안 베이킹되었다. 베이킹 후의 수지 조성층의 막 두께는 1.5㎛였다.
크레졸 노볼락 수지 50중량부
카본 블랙 분산액(100nm의 평균 입자 직경을 가지고 카본 블랙 20중량%를 함유하는 3-메톡시부틸-아세테이트 용제) 30중량부; 및
프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트 70중량부.
이어서, 도 15d에 나타내어진 바와 같이, 도꾜 오카 공업사제 iP-5700 레지스트가 레지스트(23)로서 3㎛의 막 두께를 갖도록 피착되었다. 이어서, i선 스테퍼(i5, 캐논 가부시끼가이샤제)를 사용하여, 제1 레티클(27)을 개재하여 200J/m2의 노광량으로 노광을 행하고(도 16a), 테트라메틸 암모늄 히드록시드 수용액 2.38중량%를 사용하여 현상이 행해졌다. 이 때, 수지 조성물(26)의 에칭이 동시에 행해졌다(도 16c).
다음에, 레지스트 마스크(24)와 패턴(28)을 마스크로 사용하여, 딥 UV 노광 장치(UX-3200, 우시오사제)를 사용하여 8000mJ/cm2의 노광량으로 전체 표면의 노광을 행하였다(도 16e).
이어서, 메틸 이소부틸 케톤을 사용하여 포지티브형 감광 수지(22)를 현상하는 동안 레지스트 마스크(24)와 패턴(28)이 제거되었고, 이로써 잉크 유로 패턴(25)을 형성하였다(도 16g).
다음에, 하기 조성을 갖는 감광 수지 조성물이 스핀 코팅에 의해 제공되었고(평판 상에서 11㎛의 막 두께), 90℃에서 2분 동안 예비 베이킹되어(핫 플레이트를 사용하여), 유로 패턴(25)을 코팅하는 층을 형성하였다(도시 안됨).
EHPE 100중량부(다이셀 화학사제);
SP-172 5중량부(아데카사제);
A-187 5중량부(닛뽄 유니카사제); 및
메틸 이소부틸 케톤 100중량부.
이어서, 하기 조성을 갖는 감광 수지 조성물이 기판에 도포되어, 스핀 코팅에 의해 1㎛의 막 두께를 갖도록 처리되고, 80℃에서 3분 동안 예비 베이킹되어(핫 플레이트를 사용하여), 잉크 반발층(도시 안됨)을 형성하였다.
EHPE 35중량부(다이셀 화학사제);
2,2-비스(4-글리시딜옥시페닐)헥사플루오로프로판 25중량부;
1,4-비스(2-히드록시헥사플루오로이소프로필)벤젠 25중량부;
3-(2-퍼플루오로헥실)에톡시-1,2-에폭시프로판 16중량부;
A-187 4중량부(닛뽄 유니카사제);
SP-172 5중량부(아데카사제); 및
디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 100중량부.
다음에, 패턴 노광이 i선 스테퍼(i5, 캐논 가부시끼가이샤제)를 사용하여 4000J/m2의 노광량으로 행해진 후, 잉크 반발층이 120℃에서 120초 동안 핫 플레이트를 사용하여 베이킹되었다. 메틸 이소부틸 케톤을 사용하여 현상을 행하였고, 이소프로필 알콜을 사용하여 린스 처리를 행하였고, 열처리가 100℃에서 60분 동안 행해져, 잉크 토출구(15)가 형성되었다. 본 예에서, 각각 13㎛의 직경을 갖는 토출구들의 패턴이 형성되었다.
다음에, 딥 UV 노광 장치(UX-3200, 우시오사제)를 사용하여, 코팅 수지를 개재하여 250000mJ/cm2의 노광량으로 전체 표면의 노광을 행하여, 잉크 유로 패턴(25)을 용해가능하게 하였다. 이어서, 메틸 락테이트에 초음파가 제공되면서, 처리 중인 기판이 침지되어 잉크 유로 패턴을 용해하여 제거함으로써 유로(17)를 형성하였다(도 16h).
상술된 바와 같이 제조된 모의적인 잉크젯 헤드를, 광학 현미경 및 전자 현미경을 사용하여 관찰하여 에너지 발생 소자들, 잉크 유로 및 토출구 사이의 위치 관계를 평가하였다. 평가는 의도된 잉크 유로 위치로부터 x 방향과 y 방향으로의 변동량을 측정하여 이루어진다. 도 17은 변동량의 측정을 위한 방법을 나타낸다. 도 17은 유로를 따른 방향의 변동량 x, x와 수직인 방향으로의 변동량 y, 토출구(15), 에너지 발생 소자(2), 변동량이 0일 때 유로(17)의 위치, 및 변동이 발생했을 때 유로(17a)의 위치를 도시한다.
<비교예 2>
폴리메틸 이소프로페닐 케톤이 도 15b에 나타내어진 포지티브형 감광 수지층(22)으로서 사용되었고, 도 16e에 나타내어진 노광 처리에서, 레지스트 마스크(24) 및 다른 패턴 마스크(28)를 사용하지 않고 UV 노광 장치(UX-3200, 우시오사제)를 사용하여 패턴 노광이 행해졌다.
이어서, 잉크 유로를 위한 패턴을 형성하기 위한 현상 처리가 행해졌다. 후속 처리를 위해, 예 7에서와 동일한 처리가 채택되어, 잉크젯 헤드를 제조하였다.
표 8은 예 7과 비교예 2 둘 다의 평가의 결과를 나타낸다.
본 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예들로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 하기의 청구항들의 범위는 그러한 변경들 및 등가의 구조들 및 기능들을 모두 포괄하도록 최광의의 해석을 따라야 한다.
본 출원은 2007년 12월 19일자로 출원된 일본특허출원 제2007-327473호 및 2008년 10월 29일자로 출원된 일본특허출원 2008-278427호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다.
Claims (9)
- 액체를 토출하는 토출구에 연통하는 유로를 기판 상에 또는 기판 상방에 형성하기 위한 유로 형성 부재를 포함하는 액체 토출 헤드의 제조 방법이며,
감광 수지를 함유하는 층을 기판 상에 또는 기판 상방에 제공하는 단계;
상기 감광 수지를 함유하는 층 상의, 유로에 대응하는 영역에, 상기 감광 수지의 감광 파장을 갖는 광의 투과를 감소시킬 수 있는 마스크층을 제공하는 단계;
상기 마스크층을 마스크로서 사용하여 상기 감광 수지를 함유하는 층에 대한 노광을 행하여, 상기 감광 수지를 함유하는 층이 상기 유로의 형상을 갖는 패턴으로 되게 하는 단계;
상기 패턴을 덮도록 유로 형성 부재가 되는 층을 제공하는 단계;
상기 유로 형성 부재가 되는 층의 일부에 상기 토출구를 형성하는 단계; 및
상기 패턴을 제거함으로써 상기 유로를 형성하는 단계를 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 감광 수지는 포지티브형 감광 수지인, 액체 토출 헤드의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
마스크층을 제공하는 상기 단계는,
상기 마스크층을 형성하기 위해 나프토퀴논 디아지드 유도체 및 히드록시벤조페논 화합물을 함유하는 층을 상기 감광 수지 상에 제공하는 단계; 및
나프토퀴논 디아지드 유도체 및 히드록시벤조페논 화합물을 함유하는 층에, 노광을 포함한 패터닝을 행하여 상기 마스크층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 노광 후에, 노광된 상기 감광 수지의 일부와 함께 상기 마스크층이 제거되는, 액체 토출 헤드의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 마스크층은 2개의 층을 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 히드록시벤조페논 화합물은 2-히드록시-4-옥톡시벤조페논인, 액체 토출 헤드의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
나프토퀴논 디아지드 유도체 및 히드록시벤조페논 화합물을 함유하는 층에 대하여, i선(i ray)을 사용하여 노광이 행해지는, 액체 토출 헤드의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 감광 수지를 함유하는 층 상의, 상기 유로에 대응하는 영역에, 상기 감광 수지의 감광 파장을 갖는 광의 투과를 감소시킬 수 있는 마스크층을 제공하는 상기 단계는,
감광 수지를 함유하는 제1층, 및 상기 제1층 상에 제공된, 감광 수지를 함유하는 제2층을, 상기 기판 상에 또는 상기 기판 상방에 제공하는 단계; 및
상기 제2층 상에 상기 마스크층을 제공하는 단계를 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 감광 수지를 함유하는 층 상의, 상기 유로에 대응하는 영역에, 상기 감광 수지의 감광 파장을 갖는 광의 투과를 감소시킬 수 있는 마스크층을 제공하는 상기 단계는,
감광 수지를 함유하는 제1층, 및 상기 제1층 상에 제공된, 상기 유로의 일부의 형상을 갖는 패턴을 상기 기판 상에 또는 상기 기판 상방에 제공하는 단계; 및
상기 유로의 일부의 형상을 갖는 상기 패턴 및 상기 제1층을 덮도록 상기 마스크층을 제공하는 단계를 포함하는, 액체 토출 헤드의 제조 방법.
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