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KR20080008866A - Method of manufacturing an ink jet head - Google Patents

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Publication number
KR20080008866A
KR20080008866A KR1020060068678A KR20060068678A KR20080008866A KR 20080008866 A KR20080008866 A KR 20080008866A KR 1020060068678 A KR1020060068678 A KR 1020060068678A KR 20060068678 A KR20060068678 A KR 20060068678A KR 20080008866 A KR20080008866 A KR 20080008866A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
substrate
ink
layer
forming
chamber
Prior art date
Application number
KR1020060068678A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김경일
이진욱
권명종
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Abstract

A method for manufacturing an ink-jet head is provided to improve the yield of an ink-jet head by making the shapes and sizes of ink supply holes uniform. A method for manufacturing an ink-jet head comprises the steps of: forming pressure generating elements generating a pressure for discharging ink on a substrate, forming a chamber layer defining a side wall of an ink path on the substrate, forming a mask pattern on the substrate having the chamber layer, forming a front trench inside the substrate by etching the substrate using the mask pattern as an etching mask, removing the mask pattern, forming a nozzle layer provided with a plurality of nozzles corresponding to the pressure generating elements on the chamber layer and forming a lower ink supply hole connected to the front trench.

Description

잉크젯 헤드의 제조방법.{Method of manufacturing an ink jet head}{Method of manufacturing an ink jet head}

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 부분 평면도이다.1 is a partial plan view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.2 to 7 are cross-sectional views taken along line II ′ of FIG. 1 to explain a method of manufacturing an inkjet head according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *Description of the main parts of the drawing

100 : 기판 102 : 압력 생성요소100 substrate 102 pressure generating element

106 : 챔버층 110 : 프론트 트렌치106: chamber layer 110: front trench

112 : 희생 몰드층 114 : 노즐층112: sacrificial mold layer 114: nozzle layer

118 : 하부 잉크 공급구 200 : 잉크 공급구118: lower ink supply port 200: ink supply port

본 발명은 잉크젯 헤드의 제조방법에 관한 것으로 특히, 균일하고 재현성있는 형상 및 치수를 갖는 잉크 공급구를 구비한 잉크젯 헤드의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an inkjet head, and more particularly, to a method of manufacturing an inkjet head having an ink supply port having a uniform and reproducible shape and dimensions.

잉크젯 기록장치(ink jet recording device)는 인쇄용 잉크의 미소한 액적을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 화상으로 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 기록장치는 가격이 저렴하고 수 많은 종류의 색상을 높은 해상도로 인쇄할 수 있어 광범위하게 사용되고 있다. 상기 잉크젯 기록장치는 기본적으로 잉크가 실질적으로 토출되는 잉크젯 헤드(ink jet head)와 상기 잉크젯 헤드와 유체 연통되는 잉크 수납용기를 포함한다. 상기 잉크젯 헤드는 잉크 토출을 위한 압력을 생성하기 위하여 제공되는 압력 생성요소(pressuer generating element)에 따라 전기-열 변환기(electro-thermal transducer)를 사용하는 열 방식과 전기-기계 변환기 (electro-mechanical transducer)를 사용하는 압전방식으로 분류된다. An ink jet recording device is an apparatus for printing an image by discharging minute droplets of printing ink to a desired position on a recording medium. Such inkjet recording apparatuses are widely used because they are inexpensive and can print many kinds of colors at high resolution. The ink jet recording apparatus basically includes an ink jet head through which ink is substantially discharged, and an ink container in fluid communication with the ink jet head. The inkjet head is a thermal and electro-mechanical transducer using an electro-thermal transducer in accordance with a pressure generating element provided to generate pressure for ink ejection. It is classified into piezoelectric method using).

상기 잉크젯 헤드는 칩 형태로 제공되는 실리콘 기판과 상기 실리콘 기판의 상부면(top surface) 상에 배치된 여러 구성요소들을 포함한다. 열 잉크젯 헤드 (thermal ink jet head)의 일예가 미국특허 제4,882,595호에 개시되어 있다. 상기 열 잉크젯 헤드는 상기 실리콘 기판 상에 배치되어 잉크 토출을 위한 열 에너지를 생성하는 복수개의 발열 저항기들(heat-generating resistors), 잉크 챔버 및 잉크 채널을 포함하는 잉크 유로(ink flow path)의 측벽을 한정하는 챔버층, 및 상기 챔버층 상에 배치된 노즐층을 갖는다. 상기 노즐층은 상기 발열저항기들의 각각과 대응되는 복수개의 노즐들을 갖는다. 상기 실리콘 기판의 하부면(bottom surface)은 잉크 수납용기에 부착되며, 상기 잉크 수납용기 내의 잉크는 상기 실리콘 기판을 관통하는 잉크 공급구(ink feed hole)을 통하여 상기 잉크젯 헤드로 제공된다. 상기 잉크 공급구를 통하여 제공된 잉크는 상기 잉크 채널을 거쳐 상기 잉크 챔버 내에 임시로 저장된다. 상기 잉크 챔버에 저장된 잉크는 상기 발열저항기에 의하여 순간적으로 가열되며 이때 발생한 압력에 의하여 액적의 형태로 상기 노즐을 통하여 기록 매체 상으로 토출된다. 이후, 상기 잉크 채널을 통해 상기 잉크챔버 내에 잉크가 재충전된다. The inkjet head includes a silicon substrate provided in chip form and various components disposed on a top surface of the silicon substrate. An example of a thermal ink jet head is disclosed in US Pat. No. 4,882,595. The thermal inkjet head is disposed on the silicon substrate and has a sidewall of an ink flow path including a plurality of heat-generating resistors, an ink chamber and an ink channel to generate thermal energy for ink ejection. And a chamber layer defining a nozzle layer disposed on the chamber layer. The nozzle layer has a plurality of nozzles corresponding to each of the heating resistors. A bottom surface of the silicon substrate is attached to an ink container, and ink in the ink container is provided to the inkjet head through an ink feed hole penetrating the silicon substrate. Ink provided through the ink supply port is temporarily stored in the ink chamber via the ink channel. The ink stored in the ink chamber is instantaneously heated by the heat generating resistor and discharged onto the recording medium through the nozzle in the form of droplets by the pressure generated at this time. Thereafter, ink is refilled in the ink chamber through the ink channel.

상기 잉크젯 헤드는 일반적으로 다음과 같은 요건을 만족하여야 한다. 첫째, 제조공정이 간단하고 제조비용이 저렴하며, 대량생산이 가능하여야 한다. 둘째, 고화질의 화상을 얻기 위하여는 인접한 노즐 사이의 간섭(cross talk)은 억제하면서도 인접한 노즐 사이의 간격은 가능한 좁아야 한다. 즉, 고 해상도를 얻기 위하여는 다수의 노즐을 고밀도로 배치할 수 있어야 한다. 셋째, 고속인쇄를 위하여는 잉크 챔버로부터 잉크가 토출된 후 잉크 챔버에 잉크가 재충전되는 주기가 가능한 짧아야 한다.The inkjet head should generally meet the following requirements. First, the manufacturing process should be simple, low manufacturing cost, and mass production possible. Second, in order to obtain a high quality image, the distance between adjacent nozzles should be as narrow as possible while suppressing cross talk between adjacent nozzles. That is, in order to obtain high resolution, it is necessary to be able to arrange a plurality of nozzles at high density. Third, for high speed printing, the cycle of refilling ink in the ink chamber after ejecting ink from the ink chamber should be as short as possible.

종래 잉크젯 헤드의 제조방법들에 의하면, 실리콘 기판을 관통하는 잉크 공급구는 상기 실리콘 기판을 그 뒷면으로 부터 식각함으로써 형성된다. 상기 실리콘 기판에 대한 식각공정으로는 TMAH(Tetramethyl Ammonium Hydroxide)와 같은 강알칼리성 용액을 식각액으로 사용하는 습식식각 공정이나 샌드블라스팅(sandblasting)공정과 같은 건식식각 공정이 적용되어 왔다. 그러나, 상기 실리콘 기판을 하부면으로 부터 식각하여 상기 잉크 공급구를 형성하는 공정은 다음과 같은 문제점이 있을 수 있다.According to the conventional methods of manufacturing an inkjet head, an ink supply port penetrating the silicon substrate is formed by etching the silicon substrate from the back side thereof. As an etching process for the silicon substrate, a dry etching process such as a wet etching process using a strong alkaline solution such as TMAH (Tetramethyl Ammonium Hydroxide) as an etching solution or a sandblasting process has been applied. However, the process of forming the ink supply hole by etching the silicon substrate from the lower surface may have the following problems.

즉, 상기 실리콘 기판의 뒷면으로 부터 전면 방향으로 습식 또는 건식식각이 진행되므로 상기 실리콘 기판의 상부면에 형성된 상기 잉크공급홀의 출구 아웃라인 이 거칠게 형성되며 그 형상 및 치수를 재현성있게 제어하기 어렵다. 이 경우, 상기 잉크 공급구의 출구 아웃라인으로부터 상기 각각의 잉크 채널까지의 거리가 불균일하게 되어 잉크 토출 후 잉크 챔버 내로 잉크가 재충전되는 속도가 불균일하게 될 수 있다. 그 결과, 각 잉크챔버에서의 잉크 토출 주파수가 서로 달라질 수 있어 상기 잉크젯 헤드의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.That is, since wet or dry etching proceeds from the back surface of the silicon substrate to the front direction, the outlet outline of the ink supply hole formed on the top surface of the silicon substrate is rough, and it is difficult to control the shape and dimensions reproducibly. In this case, the distance from the outlet outline of the ink supply port to the respective ink channels may be non-uniform so that the speed at which ink is refilled into the ink chamber after ink ejection may be non-uniform. As a result, the ink ejection frequencies in the respective ink chambers may be different from each other, thereby reducing the reliability of the inkjet head.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 잉크젯 헤드의 제조방법에 있어서, 잉크 공급구의 형상 및 치수를 균일하고 재현성있게 조절하여 잉크젯 헤드의 수율 및 신뢰성을 향상시키는 데 있다The technical problem to be achieved by the present invention is to improve the yield and reliability of the inkjet head by controlling the shape and dimensions of the ink supply port uniformly and reproducibly in the method of manufacturing the inkjet head.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 잉크젯 헤드의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 기판 상에 잉크 토출을 위한 압력을 생성시키는 압력 생성요소들을 형성하는 것을 구비한다. 상기 기판 상에 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층을 형성한다. 상기 챔버층을 갖는 기판 상에 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 기판을 부분적으로 식각하여 상기 기판 내에 프론트 트렌치(front trench)를 형성한다. 상기 마스크 패턴을 제거한다. 상기 챔버층 상에 상기 압력 생성요소들과 대응되는 복수개의 노즐들을 구비하는 노즐층을 형성한다. 상기 기판을 후면으로 부터 식각하여 상기 프론트 트렌치와 연통하는 하부 잉크 공급구를 형성한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention provides a method of manufacturing an inkjet head. The method includes forming pressure generating elements on the substrate to generate pressure for ink ejection. A chamber layer defining a sidewall of the ink flow path is formed on the substrate. A mask pattern is formed on a substrate having the chamber layer. The substrate is partially etched using the mask pattern as an etching mask to form a front trench in the substrate. The mask pattern is removed. A nozzle layer having a plurality of nozzles corresponding to the pressure generating elements is formed on the chamber layer. The substrate is etched from the rear surface to form a lower ink supply port in communication with the front trench.

일실시예에서, 상기 마스크 패턴은 포토레지스트 패턴일 수 있다. 상기 포 토레지스트 패턴을 형성하는 것은, 상기 챔버층을 갖는 기판 상에 500 rpm 내지 5000 rpm의 각속도로 상기 포토레지스트를 스핀 코팅하고, 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 포토레지스트는 25℃ 에서 110cSt 이상의 동점도(kinetic viscosity)를 갖고, 1.0 이상의 비중을 가질 수 있다.In one embodiment, the mask pattern may be a photoresist pattern. Forming the photoresist pattern may include spin coating the photoresist at an angular speed of 500 rpm to 5000 rpm on the substrate having the chamber layer, and exposing and developing the photoresist. In this case, the photoresist may have a kinetic viscosity of 110 cSt or more at 25 ° C. and a specific gravity of 1.0 or more.

다른 실시예에서, 상기 챔버층의 높이는 10㎛ 내지 30㎛ 일 수 있다.In another embodiment, the height of the chamber layer may be 10 μm to 30 μm.

또 다른 실시예에서, 상기 프론트 트렌치는 10㎛ 내지 100㎛의 깊이를 가질 수 있다.In another embodiment, the front trench may have a depth of 10 μm to 100 μm.

또 다른 실시예에서, 상기 노즐층을 형성하기 전에, 상기 챔버층 사이의 잉크 유로 및 상기 프론트 트렌치를 채우는 희생 몰드층을 형성할 수 있다. 상기 희생 몰드층은 상기 하부 잉크 공급구를 형성한 후 제거될 수 있다.In another embodiment, before forming the nozzle layer, a sacrificial mold layer filling the ink flow path and the front trench between the chamber layers may be formed. The sacrificial mold layer may be removed after forming the lower ink supply hole.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the scope of the invention to those skilled in the art will fully convey. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 부분 평면도이고, 도 2 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여도 1의 Ⅰ~Ⅰ′선에 따라 취해진 단면도들이다.FIG. 1 is a partial plan view of an inkjet head according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 7 are lines I to I 'of FIG. 1 to explain a method of manufacturing an inkjet head according to an embodiment of the present invention. Are cross-sectional views taken along.

도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(100)이 준비된다. 상기 기판(100)은 반도체 소자의 제조공정에 사용되며, 약 500㎛의 두께를 갖는 실리콘 기판일 수 있다. 상기 기판(100) 상에 잉크 토출을 위한 압력을 생성시키는 압력 생성요소들(102)이 형성된다. 본 발명의 실시예들에서 상기 압력 생성요소들(102)은 탄탈륨 또는 텅스텐과 같은 고저항 금속, 탄탈륨 알루미늄 같은 상기 고저항 금속을 포함하는 합금 또는 불순물이온이 도핑된 폴리실리콘으로 이루어진 발열저항기일 수 있다. 상기 압력 생성요소들(102)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 기판(100) 상에 2열로 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 압력 생성요소들(102)은 도 1에 도시된 바와 같이 일직선 상에 배치될 수 있으며, 이와는 달리 각열에서 지그재그로 배치될 수 도 있다. 상기 압력 생성요소들(102)을 갖는 기판 상의 전면에 절연성 보호층(insulating passivation layer;104)을 형성할 수 있다. 상기 절연성 보호층(104)은 상기 압력 생성요소들(102)이 잉크에 의하여 부식되는 것을 방지하기 위하여 형성되며, 예를 들어 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다.1 and 2, a substrate 100 is prepared. The substrate 100 is used in the manufacturing process of the semiconductor device, it may be a silicon substrate having a thickness of about 500㎛. Pressure generating elements 102 are formed on the substrate 100 to generate pressure for ink ejection. In the embodiments of the present invention, the pressure generating elements 102 may be exothermic resistors made of a high resistance metal such as tantalum or tungsten, an alloy including the high resistance metal such as tantalum aluminum, or polysilicon doped with impurity ions. have. The pressure generating elements 102 may be arranged in two rows on the substrate 100 as shown in FIG. 1, but are not limited thereto. In addition, the pressure generating elements 102 may be disposed in a straight line as shown in FIG. 1, or alternatively, may be arranged in a zigzag in an angular row. An insulating passivation layer 104 may be formed on the front surface of the substrate having the pressure generating elements 102. The insulating protective layer 104 is formed to prevent the pressure generating elements 102 from being corroded by ink, and may be formed of, for example, a silicon oxide film.

그 밖에 상기 기판(100) 상에는 상기 압력 생성요소들(102)에 전기적 신호를 공급하기 위한 배선, 외부 회로와 상기 압력 생성요소들(102)을 전기적으로 연결하기 위한 도전성 패드 및 상기 기판(100) 상의 최하층에 형성되는 실리콘 산화막 열장벽층이 더 형성될 수 있다. In addition, a wiring for supplying an electrical signal to the pressure generating elements 102, a conductive pad for electrically connecting the external circuit and the pressure generating elements 102, and the substrate 100 on the substrate 100. A silicon oxide thermal barrier layer may be further formed on the lowermost layer of the phase.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 기판(100) 상에 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층(106)을 형성한다. 상기 잉크 유로는 그 내부에 상기 압력 생성요소들(102)을 포함하는 잉크 챔버들(C) 및 상기 잉크 챔버(C)와 후속 공정에 의하여 설명될 잉크 공급구 사이에서 잉크의 통로로 제공되는 잉크 채널들(H)을 포함할 수 있다. 상기 챔버층(106)은 상기 기판(100) 상에 감광성 수지층을 형성한 후 상기 감광성 수지층을 노광 및 현상함으로서 형성될 수 있다. 상기 감광성 수지층은 액상의 감광성 수지를 사용한 스핀 코팅법에 의하여 형성되거나, 감광성 드라이 필름층을 라미네이션 방법으로 가열 압착하여 형성될 수 있다. 상기 챔버층(106)은 약 10㎛ 내지 약 30㎛의 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 1 and 3, a chamber layer 106 defining a sidewall of an ink flow path is formed on the substrate 100. The ink flow path is provided with a passage of ink between ink chambers C including the pressure generating elements 102 therein and between the ink chamber C and an ink supply port to be described by a subsequent process. Channels H may be included. The chamber layer 106 may be formed by exposing and developing the photosensitive resin layer after forming the photosensitive resin layer on the substrate 100. The photosensitive resin layer may be formed by spin coating using a liquid photosensitive resin, or may be formed by heating and compressing the photosensitive dry film layer by a lamination method. The chamber layer 106 may be formed to have a height of about 10 μm to about 30 μm.

도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 챔버층(106)을 갖는 상기 기판(100) 상에 마스크 패턴(108)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(108)은 상기 챔버층(106) 및 상기 압력 생성요소들(102)을 덮고, 상기 압력 생성요소들(102) 사이의 상기 기판(100)을 노출시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 압력 생성요소들(102)이 상기 기판(100) 상에 2열로 배치되는 경우에, 상기 마스크 패턴(108)은 2열로 배치된 상기 압력 생성요소들(102) 사이의 상기 기판(100)을 노출시킬 수 있다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 마스크 패턴(108)은 포토레지스트 패턴인 것이 바람직하다. 상기 포토레지스트 패턴은 상기 챔버층(106)을 갖는 기판 상에 스핀 코팅 공정을 수행하여 포토레지스트를 코팅하고, 상기 포토레지스트를 노광 및 현상함으로써 형성될 수 있다. 상기 포토레지스트는 상기 챔버층(106)을 형성한 후에, 상기 기판(100) 상에 코팅된다. 따라서, 상기 챔버층(106)에 의하여 형성된 단차는 상기 기판(100) 상에 상기 포토레지스트가 균일한 두께로 코팅되는 것을 저해하는 요인으로 작용할 수 있다. 따라서, 상기 포토레지스트는 상기 챔버층(106)이 상기 기판(100) 상에 미리 형성된 경우라도 균일한 두께로 형성될 수 있도록, 약 25℃ 에 서 약 110cSt 이상의 동점도(kinetic viscosity)를 갖고, 1.0 이상의 비중을 가질 수 있다. 이에 더하여, 상기 포토레지스트를 도포하기 위한 스핀 코팅 공정은 약 500 rpm 내지 약 5000 rpm의 각속도로 수행될 수 있다.1 and 4, a mask pattern 108 is formed on the substrate 100 having the chamber layer 106. The mask pattern 108 may cover the chamber layer 106 and the pressure generating elements 102 and expose the substrate 100 between the pressure generating elements 102. As described above, when the pressure generating elements 102 are arranged in two rows on the substrate 100, the mask pattern 108 is arranged between the pressure generating elements 102 arranged in two rows. The substrate 100 may be exposed. In example embodiments, the mask pattern 108 may be a photoresist pattern. The photoresist pattern may be formed by coating a photoresist by performing a spin coating process on a substrate having the chamber layer 106, and exposing and developing the photoresist. The photoresist is coated on the substrate 100 after forming the chamber layer 106. Therefore, the step formed by the chamber layer 106 may act as a factor to inhibit the coating of the photoresist on the substrate 100 with a uniform thickness. Accordingly, the photoresist has a kinetic viscosity of about 110 cSt or more at about 25 ° C., so that even if the chamber layer 106 is previously formed on the substrate 100, the photoresist has 1.0 It may have a specific gravity above. In addition, the spin coating process for applying the photoresist may be performed at an angular speed of about 500 rpm to about 5000 rpm.

상기 마스크 패턴(108)을 형성한 후에, 상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 기판(100)을 부분적으로 식각하여, 상기 기판(100) 내에 프론트 트렌치(front trench;110)을 형성한다. 상기 기판(100)을 식각하는 것은 건식 식각 공정, 예를 들어 RIE(Reactive Ion Etching)공정 또는 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)공정을 통하여 수행될 수 있다. 상기 DRIE 공정은 ICP(Inductive Coupled Plasma) 공정이라고도 알려져 있다. 특히, 상기 DRIE 공정은 고농도 플라즈마 소스를 사용하고, 식각과 보호층 증착을 교대로 수행함으로써 높은 종횡비(high aspect ratio)를 얻을 수 있어 약 500㎛정도의 두께를 갖는 실리콘 기판을 식각하는데 적당하다. 이 경우, 식각 플라즈마 소스(etching plasma source)로는 SF6 가스가 사용될 수 있으며, 보호 플라즈마 소스(passivating plasma source)로는 C4F8 가스가 사용될 수 있다. 상기 프론트 트렌치(110)은 약 10㎛ 내지 약 100㎛의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.After the mask pattern 108 is formed, the substrate 100 is partially etched using the mask pattern as an etching mask to form a front trench 110 in the substrate 100. Etching the substrate 100 may be performed through a dry etching process, for example, a reactive ion etching (RIE) process or a deep reactive ion etching (DRIE) process. The DRIE process is also known as an ICP (Inductive Coupled Plasma) process. In particular, the DRIE process is suitable for etching silicon substrates having a thickness of about 500 μm by using a high concentration plasma source and alternately performing etching and protective layer deposition to obtain high aspect ratios. In this case, SF 6 gas may be used as an etching plasma source, and C 4 F 8 gas may be used as a passivating plasma source. The front trench 110 may be formed to have a depth of about 10 μm to about 100 μm.

도 1 및 도 5를 참조하면, 먼저 상기 마스크 패턴(108)을 제거한다. 상기 마스크 패턴(108)이 포토레지스트 패턴인 경우에, 상기 포토레지스트 패턴은 산소 플라즈마를 사용한 애슁 공정에 의하여 제거될 수 있다. 다음으로, 상기 챔버층(106) 사이의 잉크 유로 및 상기 프론트 트렌치(110)를 채우는 희생 몰드층(112) 을 형성할 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 챔버층(106)을 갖는 기판(100) 상에 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드(poly amide)계열의 포지티브 감광성 수지층, 또는 열 가소성 수지층을 스핀 코팅법에 의하여 형성한다. 이후, 상기 챔버층(106)의 상부면이 노출되도록 상기 포지티브 감광성 수지층 또는 열가소성 수지층을 평탄화시켜 상기 희생 몰드층(102)를 형성한다. 상기 평탄화는 화학기계적 연마(chemical mechanical polishing;CMP)공정에 의하여 수행될 수 있다.1 and 5, the mask pattern 108 is first removed. When the mask pattern 108 is a photoresist pattern, the photoresist pattern may be removed by an ashing process using an oxygen plasma. Next, a sacrificial mold layer 112 may be formed to fill the ink flow path between the chamber layer 106 and the front trench 110. More specifically, a positive photosensitive resin layer or a thermoplastic resin layer of polyimide or polyamide-based or thermoplastic resin layer is formed on the substrate 100 having the chamber layer 106 by spin coating. do. Thereafter, the positive photosensitive resin layer or the thermoplastic resin layer is planarized to expose the upper surface of the chamber layer 106 to form the sacrificial mold layer 102. The planarization may be performed by a chemical mechanical polishing (CMP) process.

상기 희생 몰드층(112)을 형성한 후에, 상기 챔버층(106) 및 상기 희생 몰드층(112) 상에 상기 압력 생성요소들(102)과 대응되는 복수개의 노즐들(114´)을 구비하는 노즐층(114)을 형성한다. 상기 노즐층(114)은 다음과 같은 공정을 통하여 형성될 수 있다. 먼저, 챔버층(106) 및 상기 희생 몰드층(112) 상에 노즐 재료층(nozzle material layer)를 형성한다. 상기 노즐 재료층은 스핀 코팅법을 사용하여 광경화성 수지층 또는 열경화성 수지층으로 형성될 수 있다. 이후, 상기 노즐 재료층을 패터닝하여 상기 노즐들(114′)을 갖는 상기 노즐층(114)을 형성한다. 상기 노즐 재료층이 네가티브 감광성 수지층인 경우에 상기 네가티브 감광성 수지층은 노광 및 현상 공정을 통하여 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 노즐 재료층이 열경화성 수지층인 경우에 상기 열경화성 수지층은 포토리소그래피 공정 및 산소 플라즈마를 사용한 이방성식각 공정에 의하여 패터닝될 수 있다.After forming the sacrificial mold layer 112, a plurality of nozzles 114 ′ corresponding to the pressure generating elements 102 are provided on the chamber layer 106 and the sacrificial mold layer 112. The nozzle layer 114 is formed. The nozzle layer 114 may be formed through the following process. First, a nozzle material layer is formed on the chamber layer 106 and the sacrificial mold layer 112. The nozzle material layer may be formed of a photocurable resin layer or a thermosetting resin layer using a spin coating method. The nozzle material layer is then patterned to form the nozzle layer 114 with the nozzles 114 '. When the nozzle material layer is a negative photosensitive resin layer, the negative photosensitive resin layer may be patterned through an exposure and development process. In addition, when the nozzle material layer is a thermosetting resin layer, the thermosetting resin layer may be patterned by a photolithography process and an anisotropic etching process using an oxygen plasma.

도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 노즐층(114)을 형성한 후에, 상기 기판(100)의 후면에 상기 기판(100)의 소정 영역을 노출시키는 후면 마스크 패턴(116)을 형성한다. 본 발명에서, 상기 기판(100)의 후면은 상기 압력 생성요소들(102)이 형 성된 상기 기판(100)의 표면과 대향되는 표면을 지칭하는 용어로 사용될 수 있다.상기 후면 마스크 패턴(116)은 상기 프론트 트렌치(110)와 중첩되는 영역의 상기 기판(100)의 후면을 노출시킬 수 있다. 상기 후면 마스크 패턴(116)은 실리콘 질화막과 같은 절연막 또는 고무 계열의 수지 또는 포토레지스트로 형성될 수 있다. 이후, 상기 후면 마스크 패턴(116)을 식각 마스크로 사용하여 상기 기판(100)을 후면으로 부터 식각하여 하부 잉크 공급구(118)을 형성한다. 이 경우에, 상기 기판(100)은 습식 또는 건식 식각 공정에 의하여 식각될 수 있다. 또한, 상기 기판(100)은 상기 희생 몰드층(112)이 노출되도록 수행될 수 있다. 상기 후면 마스크 패턴(116)은 상기 하부 잉크 공급구(118)를 형성한 후 제거된다. 상기 하부 잉크 공급구(118)는 도 1에 도시된 바와 같이 평면도로 부터 보여졌을 때 상기 프론트 트렌치(110)와 동일한 면적을 갖도록 형성되거나, 상기 프론트 트렌치(110)가 그 내부에 포함되도록 형성될 수 있다.1 and 6, after the nozzle layer 114 is formed, a rear mask pattern 116 is formed on the rear surface of the substrate 100 to expose a predetermined region of the substrate 100. In the present invention, the back surface of the substrate 100 may be used as a term referring to a surface opposite to the surface of the substrate 100 on which the pressure generating elements 102 are formed. The back mask pattern 116 May expose a rear surface of the substrate 100 in an area overlapping the front trench 110. The back mask pattern 116 may be formed of an insulating film, such as a silicon nitride film, or a rubber-based resin or photoresist. Subsequently, the lower surface ink supply hole 118 is formed by etching the substrate 100 from the rear surface using the rear mask pattern 116 as an etch mask. In this case, the substrate 100 may be etched by a wet or dry etching process. In addition, the substrate 100 may be performed to expose the sacrificial mold layer 112. The back mask pattern 116 is removed after the lower ink supply hole 118 is formed. The lower ink supply hole 118 may be formed to have the same area as the front trench 110 when viewed from a plan view as shown in FIG. 1, or may be formed to include the front trench 110 therein. Can be.

도 1 및 도 7을 참조하면, 상기 하부 잉크 공급구(118)을 형성한 후에, 상기 희생 몰드층(112)을 용해하여 제거한다. 용해된 상기 희생 몰드층(112)는 상기 하부 잉크 공급구(118)를 통하여 제거될 수 있다. 상기 희생 몰드층(112)은 예를 들어, 글리콜 에테르(glycol ether), 메틸 락태이트(methyl lactate) 또는 에틸 락태이트(ethyl lactate)와 같은 용매를 사용하여 제거할 수 있다. 상기 희생 몰드층(112)을 제거한 결과, 상기 희생 몰드층(112)이 제거된 영역에 잉크챔버들(C) 및 잉크채널들(H)를 포함하는 잉크 유로가 최종적으로 형성된다. 또한, 상기 프론트 트렌치(110) 및 상기 하부 잉크 공급구(118)로 이루어지는 잉크 공급구(200)가 형 성된다. 상기 잉크 공급구(200)는 상기 기판(100)을 관통하도록 형성된다.1 and 7, after the lower ink supply hole 118 is formed, the sacrificial mold layer 112 is dissolved and removed. The sacrificial mold layer 112 may be removed through the lower ink supply hole 118. The sacrificial mold layer 112 may be removed using, for example, a solvent such as glycol ether, methyl lactate or ethyl lactate. As a result of removing the sacrificial mold layer 112, an ink flow path including ink chambers C and ink channels H is finally formed in a region where the sacrificial mold layer 112 is removed. In addition, an ink supply port 200 including the front trench 110 and the lower ink supply port 118 is formed. The ink supply port 200 is formed to penetrate the substrate 100.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 의하면, 상기 압력 생성요소들(102)이 형성된 표면으로 부터 상기 기판(100)을 건식 식각하여 상기 프론트 트렌치(110)를 형성하고, 상기 기판(100)의 후면을 식각하여 상기 프론트 트렌치(110)와 연통되는 상기 하부 잉크 공급구(118)를 형성함으로써 상기 잉크 공급구(200)를 형성한다. 그 결과, 상기 압력 생성요소들(102)이 형성된 상기 기판(100)의 표면에서 정의되는 상기 잉크 공급구(200)의 출구 아웃라인의 형상 및 치수가 정밀하고 재현성있게 조절될 수 있다. 따라서, 상기 잉크 공급구(200)의 출구 아웃라인으로 부터 각 잉크 챔버들(C) 까지의 거리가 균일하고 재현성 있게 조절될 수 있어, 잉크 토출후 상기 잉크 챔버들(C) 내로 잉크가 재충전되는 속도가 균일하게 된다. As described above, according to the exemplary embodiments of the present invention, the front trench 110 is formed by dry etching the substrate 100 from the surface on which the pressure generating elements 102 are formed, and the substrate 100. The ink supply port 200 is formed by etching the rear surface of the back side) to form the lower ink supply port 118 in communication with the front trench 110. As a result, the shape and dimensions of the outlet outline of the ink supply port 200 defined at the surface of the substrate 100 on which the pressure generating elements 102 are formed can be precisely and reproducibly adjusted. Therefore, the distance from the outlet outline of the ink supply port 200 to the respective ink chambers C can be adjusted uniformly and reproducibly, so that ink is refilled into the ink chambers C after ejecting the ink. The speed becomes uniform.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 잉크젯 헤드의 잉크 공급구는 압력 생성요소들이 형성되는 기판의 상부면으로 부터 식각을 수행함으로써 형성된 프론트 트렌치를 구비한다. 그 결과, 상기 잉크 공급구의 형상 및 치수가 균일하고 재현성있게 조절할 수 있어 잉크젯 헤드의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다As described above, according to the present invention, the ink supply port of the inkjet head has a front trench formed by etching from the upper surface of the substrate on which the pressure generating elements are formed. As a result, the shape and dimensions of the ink supply port can be adjusted uniformly and reproducibly to improve the yield and reliability of the inkjet head.

Claims (7)

기판 상에 잉크 토출을 위한 압력을 생성시키는 압력 생성요소들을 형성하고,Forming pressure generating elements on the substrate to generate pressure for ink ejection, 상기 기판 상에 잉크 유로의 측벽을 한정하는 챔버층을 형성하고,Forming a chamber layer on the substrate, the chamber layer defining a sidewall of the ink flow path, 상기 챔버층을 갖는 기판 상에 마스크 패턴을 형성하고,Forming a mask pattern on the substrate having the chamber layer, 상기 마스크 패턴을 식각마스크로 사용하여 상기 기판을 부분적으로 식각하여 상기 기판 내에 프론트 트렌치(front trench)를 형성하고,Partially etching the substrate using the mask pattern as an etching mask to form a front trench in the substrate, 상기 마스크 패턴을 제거하고,Remove the mask pattern, 상기 챔버층 상에 상기 압력 생성요소들과 대응되는 복수개의 노즐들을 구비하는 노즐층을 형성하고,Forming a nozzle layer having a plurality of nozzles corresponding to the pressure generating elements on the chamber layer, 상기 기판을 후면으로 부터 식각하여 상기 프론트 트렌치와 연통하는 하부 잉크 공급구를 형성하는 것을 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.And etching the substrate from a rear surface to form a lower ink supply port communicating with the front trench. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마스크 패턴은 포토레지스트 패턴인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.And the mask pattern is a photoresist pattern. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 것은,Forming the photoresist pattern, 상기 챔버층을 갖는 기판 상에 500 rpm 내지 5000 rpm의 각속도로 상기 포토레지스트를 스핀 코팅하고,Spin coating the photoresist at an angular velocity of 500 rpm to 5000 rpm on the substrate having the chamber layer, 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.Exposing and developing the photoresist. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 포토레지스트는 25℃ 에서 110cSt 이상의 동점도(kinetic viscosity)를 갖고, 1.0 이상의 비중을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.The photoresist has a kinetic viscosity of 110 cSt or more at 25 ° C. and a specific gravity of 1.0 or more. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 챔버층의 높이는 10㎛ 내지 30㎛ 인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.The height of the chamber layer is a manufacturing method of the inkjet head, characterized in that 10㎛ to 30㎛. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 프론트 트렌치는 10㎛ 내지 100㎛의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.The front trench has a depth of 10㎛ to 100㎛ inkjet head manufacturing method characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노즐층을 형성하기 전에, 상기 챔버층 사이의 잉크 유로 및 상기 프론트 트렌치를 채우는 희생 몰드층을 형성하는 것을 더 포함하되, 상기 희생 몰드층 은 상기 하부 잉크 공급구를 형성한 후 제거되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.Before forming the nozzle layer, the method further includes forming a sacrificial mold layer filling the ink channel and the front trench between the chamber layers, wherein the sacrificial mold layer is removed after forming the lower ink supply port. A method of manufacturing an inkjet head.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017193166A (en) * 2016-04-18 2017-10-26 キヤノン株式会社 Manufacturing method of liquid discharge head

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