KR20050121145A - 잉크젯 헤드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
잉크젯 헤드의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 기판을 준비하는 것을 포함한다. 상기 기판 상에 절연성 열장벽층(insulating thermal barrier layer)을 형성한다. 상기 절연성 열장벽층 상에 도전성 금속층을 형성한다. 다음으로, 상기 도전성 금속층을 패터닝하여 배선 패턴을 형성한다. 상기 배선 패턴의 소정영역을 선택적으로 제거하여 상기 배선 패턴이 제거된 영역에 발열부를 한정하고, 동시에 상기 발열부에 의하여 이격된 제1 배선 및 제2 배선을 형성한다. 상기 제1 배선 및 사이 제2 배선을 갖는 상기 기판 상에 콘포말한 고저항 금속층을 형성하되, 상기 고저항 금속층은 ALD법을 사용하여 형성된다. 상기 고저항 금속층을 패터닝하여 상기 발열부를 덮고 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선 상으로 연장된 발열 저항기를 형성한다. 상기 제1 배선, 상기 제2 배선 및 상기 발열 저항기 상에 절연성 보호층을 형성한다.
Description
본 발명은 잉크젯 헤드의 제조방법에 관한 것으로 특히, 전기적 불량을 최소화할 수 있는 배선구조를 갖는 잉크젯 헤드의 제조방법에 관한 것이다.
잉크젯 기록장치(ink jet recording device)는 인쇄용 잉크의 미소한 액적을 기록매체 상의 원하는 위치에 토출시켜서 화상으로 인쇄하는 장치이다. 상기 잉크젯 기록장치는 기본적으로 잉크가 실질적으로 토출되는 잉크젯 헤드(ink jet head)와 상기 잉크젯 헤드와 유체 연통되는 잉크 수납용기를 포함한다. 상기 잉크젯 기록장치의 잉크 토출 방식은 전기-열 변환기 (electro-thermal transducer)를 사용하는 열 방식과 전기-기계 변환기 (electro- mechanical transducer)를 사용하는 압전방식으로 분류된다. 상기 열 방식의 잉크젯 헤드(이하 '열 잉크젯 헤드'라 한다.)는 잉크 토출을 위한 압력을 발생시키는 발열 저항기(heat-generating resistor) 및 상기 발열 저항기와 연결되어 상기 발열 저항기에 전기적 신호를 전달하기 위한 배선을 구비한다.
도 1은 종래 열 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(1) 상에 열장벽층(3)이 형성된다. 상기 열장벽층(3) 상에 배선들(5)이 형성된다. 상기 배선들(5)을 형성하는 공정은 상기 열장벽층(3) 상에 도전성 금속층을 형성하는 공정과 상기 도전성 금속층을 패터닝하는 공정을 포함한다. 상기 도전성 금속층은 공지의 포토리소그래피 및 이방성식각 공정을 통하여 패터닝된다. 상기 이방성식각 공정의 특성상 상기 배선들(5)은 급격한 경사의 측벽 프로파일을 갖는다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배선들(5)의 측벽은 상기 열장벽층(1)에 대하여 수직에 가까운 경사각을 갖을 수 있다. 통상적으로 상기 배선들(5)은 약 8000Å의 두께를 갖도록 형성되는데, 상기 열장벽층(3) 및 상기 배선들(5) 간에는 상기 배선들(5)의 두께 만큼의 급격한 단차가 형성된다.
상기 배선들(5)을 형성한 후에, 상기 배선들(5) 사이를 연결하는 발열저항기 (7)가 형성된다. 상기 발열저항기(7)는 상기 배선들(5) 및 상기 열장벽층(3)을 콘포말하게 덮는 고저항 금속층을 형성하고, 상기 고저항 금속층을 패터닝함으로써 형성된다. 통상적으로, 상기 고저항 금속층은 스퍼터링법에 의하여 형성되는데 이 과정에서 상기 고저항 금속층이 상기 열장벽층(3) 및 배선들(5) 간에 형성된 단차를 따라 양호한 단차 도포 특성(step coverage characteristic)을 가지고 형성될 것이 요구된다. 그러나, 상술한 바와 같이 이방성식각 공정을 통하여 상기 배선들 (5)을 형성하는 경우에는 상기 배선들(5)에 의하여 형성된 높은 단차를 극복하기 어려울 수 있다. 특히, 상기 고저항 금속층이 스퍼터링법에 의하여 형성되는 경우에 상기 고저항 금속층의 단차 도포특성은 더욱 불량해 질 수 있다. 더 나아가, 상기 배선들(5)이 급격한 경사의 측벽 프로파일을 갖는 경우에, 상기 배선들(5)을 덮도록 형성된 상기 고저항 금속층은 상기 배선들(5)의 측단부(T1) 상에서 큰 응력(stress)를 받게 된다. 그 결과, 응력을 받은 부분에서 균열(cract)과 같은 기계적 결함이 발생될 수 있다.
상술한 바와 같은 고저항 금속층의 불량한 단차 도포특성 및 상기 배선들(5)과의 접합부에서 갖는 기계적 결함은 상기 배선들(5) 및 상기 발열저항기(7) 간에 전기적 불량을 초래한다. 그 결과, 상기 발열저항기(7)가 잉크 토출을 위한 충분한 압력을 발생시킬 수 없게 되고, 또한 상기 발열저항기(7)의 수명이 감소되는 등 잉크젯 헤드의 특성을 악화 시킬 수 있다. 한편, 도 1의 미설명 참조번호 9 및 11은 각각 절연성 보호층(insulating passivation layer) 및 캐비태이션 방지층 (anti-cavitation layer)을 나타낸다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 배선과 발열저항기 간에 양호한 접촉을 형성함으로써 상기 배선과 발열저항기 간의 접촉 불량으로 인한 문제점들을 방지할 수 있는 잉크젯 헤드의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은 배선 및 발열 저항기간에 개선된 접촉특성을 갖는 잉크젯 헤드의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 기판을 준비하는 것을 포함한다. 상기 기판 상에 절연성 열장벽층(insulating thermal barrier layer)을 형성한다. 상기 절연성 열장벽층 상에 도전성 금속층을 형성한다. 다음으로, 상기 도전성 금속층을 패터닝하여 배선 패턴을 형성한다. 상기 배선 패턴의 소정영역을 선택적으로 제거하여 상기 배선 패턴이 제거된 영역에 발열부를 한정하고, 동시에 상기 발열부에 의하여 이격된 제1 배선 및 제2 배선을 형성한다. 상기 제1 배선 및 사이 제2 배선을 갖는 상기 기판 상에 콘포말한 고저항 금속층을 형성하되, 상기 고저항 금속층은 ALD법을 사용하여 형성된다. 상기 고저항 금속층을 패터닝하여 상기 발열부를 덮고 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선 상으로 연장된 발열 저항기를 형성한다. 상기 제1 배선, 상기 제2 배선 및 상기 발열 저항기 상에 절연성 보호층을 형성한다.
실시예들에 있어서, 상기 배선 패턴의 소정영역을 선택적으로 제거하는 것은 등방성식각 공정에 의하여 수행될 수 있다. 이 경우에, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선은 상기 발열부와 접하는 단부에서 경사면을 갖도록 형성된다.
상기 경사면은 상기 절연성 열장벽층과의 사이에서 약 30도 이하의 경사각을 갖을 수 있다.
또한, 상기 고저항 금속층은 TaAl, TaN, TaCN, WCN, TaSiN, WSiN 또는 WN으로 형성될 수 있다.
일실시예에 의하면, 상기 절연성 보호층을 형성한 후에, 상기 절연성 보호층 상에 상기 발열저항기와 대응되는 잉크챔버를 한정하는 챔버층을 형성할 수 있다. 상기 챔버층의 상부면과 접하고, 상기 발열저항기와 대응되는 위치에 노즐을 구비하는 노즐층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 챔버층을 형성하기 전에, 상기 절연성 보호층 상에 적어도 상기 발열저항기와 중첩되는 캐비태이션 방지층을 형성할 수 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명 하기로 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. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법이 적용되는 잉크젯 헤드를 나타낸 일부 평면도이고, 도 3 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 2의 Ⅰ~Ⅰ′에 따라 취해진 단면도들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 기판(100)을 준비한다. 상기 기판(100)은 약 500㎛의 두께를 갖는 실리콘 기판인 것이 바람직하다. 이는 반도체 소자의 제조에 널리 사용되는 실리콘 기판을 그대로 사용할 수 있어 대량생산에 효과적이다. 상기 기판(100) 상에 절연성 열장벽층(102)을 형성한다. 상기 절연성 열장벽층(102)은 상기 열산화법에 의한 실리콘 산화막(SiO2)일 수 있으며, 잉크젯 헤드의 동작시 후술될 발열저항기로 부터 발생된 열에너지가 상기 기판(100)으로 전달되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이후, 상기 절연성 열장벽층(102) 상에 도전성 금속층(104)을 형성한다. 상기 도전성 금속층(104)은 알루미늄(Al)으로 형성하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 금(Au), 은(Ag) 또는 백금(Pt)과 같은 귀금속으로 형성될 수 도 있다. 또한, 상기 도전성 금속층(104)은 스퍼터링(sputtering)법에 의하여 형성될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 도전성 금속층(104)을 패터닝하여 배선패턴(104′)을 형성한다. 상기 도전성 금속층(104)은 공지의 이방성식각 공정을 통하여 패터닝될 수 있다. 상기 배선패턴(104′)의 평면상은 당업자에게 공지된 기술에 의하여 다양하게 변형실시 될 수 있다. 이후, 상기 배선패턴(104′)을 갖는 결과물 상에, 상기 배선패턴(104′)의 소정영역을 노출시키는 마스크 패턴(106)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(106)은 포토레지스트 패턴일 수 있다. 상기 마스크 패턴(106)을 식각마스크로 사용하여, 상기 마스크 패턴(106)에 의하여 노출된 부분의 상기 배선패턴(104′)을 선택적으로 제거한다. 상기 배선패턴(104′)을 선택적으로 제거하는 과정은 등방성 식각, 바람직하게는 습식식각을 적용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 금속층(104)이 알루미늄으로 형성된 경우에, 상기 습식식각은 인산(H3PO4) 및 질산(HNO3)을 포함하는 식각액을 사용하여 수행될 수 있다.
도 5는 습식식각공정에 의하여 상기 배선 패턴(104′)을 선택적으로 제거한 결과물을 나타낸다. 한편, 상기 마스크 패턴(106)은 상기 습식식각 공정 후에 제거된다. 상기 마스크 패턴(106)이 포토레지스트 패턴으로 형성된 경우에 상기 포토레지스트 패턴은 산소 플라즈마를 사용한 애슁공정에 의하여 제거될 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 배선 패턴(104′)을 선택적으로 제거한 결과, 상기 배선 패턴(104′)이 제거된 영역에 발열부(H)가 한정된다. 즉, 상기 발열부(H)는 상기 배선 패턴(104′)이 제거됨으로써 노출된 상기 절연성 열장벽층 (102)의 소정영역이다. 상기 발열부(H)가 한정됨과 동시에 상기 발열부(H)에 의하여 이격된 제1 배선(104′a) 및 제2 배선(104′b)이 형성된다. 즉, 상기 제1 배선 (104′a) 및 상기 제2 배선(104′b)은 상기 배선 패턴(104′) 중 제거되지 않고 잔존하는 부분이다. 상술한 바와 같이 상기 배선 패턴(104′)은 등방성을 갖는 습식식각 공정에 의하여 패터닝된다. 그 결과, 상기 제1 배선(104′a) 및 상기 제2 배선(104′b)은 상기 발열부(H)와 접하는 단부(T2)에서 경사면을 갖도록 형성된다. 이때, 상기 제1 배선((104′a) 및 상기 제2 배선(104′b)이 갖는 경사면과 상기 절연성 열장벽층(102) 사이에 형성되는 경사각(SA)은 약 30도 이하인 것이 바람직하다. 상기 경사각(SA)은 상기 습식식각 공정에서의 식각시간 및 식각액의 조성 등 식각조건을 변화시킴으로써 조절될 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 제1 배선(104′a) 및 상기 제2 배선(104′b)을 갖는 상기 기판 상에 콘포말한 고저항 금속층(도시하지 않음)을 형성한다. 이후, 상기 고저항 금속층을 패터닝하여 상기 발열부(H)를 덮고, 상기 제1 배선(104′a) 및 상기 제2 배선(104′b) 상으로 소정 길이 연장된 발열저항기(108)를 형성한다. 상기 고저항 금속층은 탄탈륨 또는 텅스텐과 같은 고융점 금속, 또는 상기 고융점 금속을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 고저항 금속층은 TaAl, TaN, TaCN, WCN, TaSiN, WSiN 또는 WN으로 형성될 수 있다.
본 발명에의하면, 상기 고저항 금속층은 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition;ALD)에 의하여 형성된다. 상기 ALD법은 반응물간의 교차 화학흡착 (alternating chemi sorption), 표면반응(surface reaction) 및 부산물의 탈착 (desorption)을 기초로 하여 원자층 단위로 박막을 형성하는 박막 증착 방법으로써 우수한 단차 도포성을 얻을 수 있다. 상기 ALD법은 공정챔버 내로 반응물들을 시분할하여 주입하는 과정 및 상기 반응물들을 주입하는 공정 사이에 수행되는 퍼지 또는 배기 과정을 한주기로 하여 소정두께의 막이 형성될 때 까지 이를 반복하는 과정을 포함한다. 따라서, 상기 ALD법에 의하여 형성된 상기 고저항 금속층은 상기 배선들(104′a 및 104′b) 및 상기 절연성 열장벽층(102) 간에 형성된 단차를 따라 양호한 단차 도포성을 가질 수 있다. 더 나아가, 상술한 바와 같이 상기 배선들(104′a 및 104′b)이 상기 발열부(H)와 접하는 단부(T2)에서 완만한 경사면을 갖는 경우에 상기 고저항 금속층의 단차 도포성은 더욱 향상될 수 있다. 그 결과, 상기 고저항 금속층을 패터닝하여 상기 발열저항기(108)를 형성하는 경우에, 상기 발열저항기(108) 및 상기 배선들(104′a 및 104b)은 양호한 접촉을 이루게 된다. 또한, 상기 배선들(104′a 및 104b)이 상기 발열부(H)와 접하는 단부(T2)에서 완만한 경사면을 갖게 됨으로써 상기 단부(T2) 상에서 상기 발열저항기(108)에 응력이 증가하는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 상기 발열저항기(108)를 갖는 기판 상의 전면에 절연성 보호층(110)을 형성한다. 상기 절연성 보호층(110)은 상기 발열 저항기 (108) 및 상기 배선들(104′a 및 104′b)이 잉크에 의하여 부식되는 것과 그밖의 물리적 손상을 방지하는 역할을 한다. 상기 절연성 보호층(108)은 실리콘 산화막(SiO), 실리콘 질화막(SiN) 또는 실리콘 탄화막(SiC)으로 형성될 수 있다. 이후, 상기 절연성 보호층(108) 상에 캐비태이션 방지층(112)을 형성한다. 상기 캐피태이션 방지층(112)은 상기 절연성 보호층(108) 상에 탄탈륨(Ta)층을 형성하고 상기 Ta층을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 상기 캐비태이션 방지층(112)은 잉크 토출에 의한 압력변화에 의한 물리적 손상으로 부터 상기 발열 저항기(108)를 보호하는 역할을 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 상기 캐비태이션 방지층(112)은 적어도 상기 발열 저항기(108)와 중첩되도록 배치된다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 상기 발열저항기(108)와 대응되는 잉크챔버(118)를 한정하는 챔버층(114)을 형성하는 공정과, 상기 챔버층(114)의 상부면과 접하고, 상기 발열저항기(108)와 대응되는 위치에 노즐(116′)을 구비하는 노즐층(116)을 형성하는 공정이 더 수행된다. 상기 챔버층(114) 및 상기 노즐층(116)을 형성하는 재료 및 공정은 당업자에게 공지된 방법에 의하여 다양하게 실시될 수 있다. 이러한 방법들로는, 접착식 및 일체식방법이 포함될 수 있다. 상기 접착식 방법은 상기 기판(100) 상에 직접 상기 잉크챔버(118)를 한정하는 챔버층을 형성하고, 상기 노즐(116′)을 구비하는 노즐층(116)은 별도의 전주도금, 또는 마이크로 펀칭 및 연마공정을 통하여 형성한후 상기 챔버층(114) 상에 상기 노즐층(116)을 접착시키는 공정을 포함한다. 또한, 상기 일체식 방법에 의하면 네가티브 광경화성 수지 또는 열경화성 수지를 사용하여 상기 기판(100) 상에 직접 상기 챔버층(114) 및 노즐층(116)을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 잉크젯 헤드의 제조방법에 있어서, 기판 상에 배선들을 먼저 형성하고, 상기 배선들과 접촉하는 발열저항기를 원자층증착법에 의하여 형성함으로써 상기 배선들 및 상기 발열저항기 사이에 양호한 접촉을 이룰수 있게 된다. 그 결과, 상기 배선들 및 상기 발열저항기 사이의 접촉불량으로 인한 잉크젯 헤드의 특성 악화를 방지할 수 있다.
도 1은 종래 열 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 의한 잉크젯 헤드의 제조방법이 적용되는 잉크젯 헤드를 나타낸 일부 평면도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 잉크젯 헤드의 제조방법을 설명하기 위하여 도 2의 Ⅰ~Ⅰ′에 따라 취해진 단면도들이다.
* 도면의 주요부분에 대한 설명 *
100 : 기판 102 : 절연성 열장벽층
104′a : 제1 배선 104′b : 제2 배선
108 : 발열저항기 110 : 절연성 보호층
112 : 캐비태이션 방지층
Claims (7)
- 기판을 준비하고,상기 기판 상에 절연성 열장벽층을 형성하고,상기 절연성 열장벽층 상에 도전성 금속층을 형성하고,상기 도전성 금속층을 패터닝하여 배선 패턴을 형성하고,상기 배선 패턴의 소정영역을 선택적으로 제거하여 상기 배선 패턴이 제거된 영역에 발열부를 한정하고, 동시에 상기 발열부에 의하여 이격된 제1 배선 및 제2 배선을 형성하고,상기 제1 배선 및 사이 제2 배선을 갖는 상기 기판 상에 콘포말한 고저항 금속층을 형성하되, 상기 고저항 금속층은 ALD법을 사용하여 형성되고,상기 고저항 금속층을 패터닝하여 상기 발열부를 덮고 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선 상으로 연장된 발열 저항기를 형성하고,상기 제1 배선, 상기 제2 배선 및 상기 발열 저항기 상에 절연성 보호층을 형성하는 것을 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 배선 패턴의 소정영역을 선택적으로 제거하는 것은 등방성식각 공정에 의하여 수행되고, 상기 제1 배선 및 상기 제2 배선은 상기 발열부와 접하는 단부에서 경사면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 등방성 식각은 습식식각인 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 경사면은 약 30도 이하의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 고저항 금속층은 TaAl, TaN, TaCN, WCN, TaSiN, WSiN 또는 WN으로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연성 보호층을 형성한 후에,상기 절연성 보호층 상에 상기 발열저항기와 대응되는 잉크챔버를 한정하는 챔버층을 형성하고,상기 챔버층의 상부면과 접하고 상기 발열저항기와 대응되는 위치에 노즐을 구비하는 노즐층을 형성하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 챔버층을 형성하기 전에 상기 절연성 보호층 상에 적어도 상기 발열저항기와 중첩되는 캐비태이션 방지층을 형성하는 것을 더 포함하는 잉크젯 헤드의 제조방법.
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| KR1020040046309A KR20050121145A (ko) | 2004-06-21 | 2004-06-21 | 잉크젯 헤드의 제조방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8801146B2 (en) | 2012-06-19 | 2014-08-12 | Samsung Display Co., Ltd. | Inkjet print head and method for manufacturing the same |
-
2004
- 2004-06-21 KR KR1020040046309A patent/KR20050121145A/ko not_active Application Discontinuation
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