JPH11157077A - 薄膜プリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリントヘッドにおける炭素に富んだ層によ
り、インクバリア層の薄膜基板からの剥離を防ぐ。 【解決手段】 インク・ジェットのプリントヘッドの薄
膜基板１１は、シリコン基板５１、フィールド酸化物層
５３、リンの酸化物層５４、抵抗層５５、金属被膜層５
７を含む。複合パッシベーション層５９，６０が、金属
被膜層５７、抵抗層５５のうちの露出した部分、および
酸化物層５３のうちの露出した部分の上に堆積される。
インク発射ヒータ抵抗器５６の真上において、複合パッ
シベーション層５９，６０の上に、タンタルのパッシベ
ーション層６１が堆積される。金の層６２、タンタルの
タンタル層６１の上、複合パッシベーション層５９，６
０のうちの露出した部分の上には、ダイアモンド状の炭
素（ＤＬＣ）層６３が堆積し、インクバリア層１２と接
触している領域において接着層としての機能を果たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にインク・
ジェット・プリンタ用のプリントヘッドに関し、より詳
細には、基板とバリア（ barrier）層の間の接着力が改
良された薄膜プリントヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インク・ジェット印字の技術は比較的よ
く開発されている。コンピュータのプリンタ、グラフィ
ックスのプロッタ、ファクシミリ等の市販製品は、イン
ク・ジェット技術を用いて印字媒体を作成している。イ
ンク・ジェット技術へのヒューレット・パッカード社の
寄与は、例えば、すべてその参照によって本明細書に組
み込まれる、「Hewlett-Packard Journal」, Vol. 36,
No. 5 (May 1985)、Vol.39, No. 5 (October 1988)、Vo
l. 43, No. 4 (August 1992)、Vol 43, No. 6 (Decembe
r 1992)、およびVol. 45, No. 1 (February 1994)にお
ける様々な論文に説明されている。

【０００３】一般的に、インク・ジェットの画像は、
「プリントヘッド」として知られる滴生成装置から印字
媒体上に精密なパターンのドットが噴出される際に形成
される。典型的には、インク・ジェットのプリントヘッ
ドは、印字媒体の表面の上を横切る移動可能なキャリッ
ジ上に支持され、マイクロコンピュータその他制御装置
の命令に従って適切な時にインクの滴を噴出するように
制御され、インク滴を塗布するタイミングは、印字中の
画像の画素のパターンに対応するように意図される。

【０００４】典型的なヒューレット・パッカード社のイ
ンク・ジェットのプリントヘッドは、オリフィス板内に
おいて精密に形成されたノズル・アレイを含み、そのノ
ズル・アレイは、インクを発射するヒータ抵抗器および
抵抗器を作動させる装置を実施する薄膜基板に取り付け
られている。インクバリア層は、関連するインク発射抵
抗器の上に配置されたインク・チャンバ（ chamber）を
含むインク・チャネルを規定しており、オリフィス板内
のノズルは、関連するインク・チャンバと整列してい
る。インク・チャンバと、インク・チャンバに隣接する
オリフィス板と、薄膜基板の一部とによって、インク滴
発生器領域が形成されている。

【０００５】薄膜基板は、典型的には、その薄膜基板上
に薄膜インク発射抵抗器と、抵抗器を作動させる装置
と、プリントヘッドを外部と電気的に接続するための接
合パッドも形成する、様々な薄膜層が形成されているシ
リコン等の基板からなっている。薄膜基板は、より詳細
には、熱動力的（ thermomechanical ）パッシベーショ
ン層として抵抗器の上に配置されたタンタルの上層の薄
膜層を含む。

【０００６】インクバリア層は、典型的には、乾燥膜と
して薄膜基板に積層されたポリマー材料であり、光で規
定することができ(photo-definable)、またＵＶと熱的
処理の両方においても、規定することができるように設
計されている。

【０００７】オリフィス板、インクバリア層、および薄
膜基板の物理的配置の一例が、上に引用した１９９４年
２月の「Hewlett-Packard Journal」の４４ページに示
されている。インク・ジェットのプリントヘッドのさら
なる例は、共にその参照によって本明細書に組み込まれ
る、本願の譲受人に譲渡された米国特許第４，７１９，
４７７号および米国特許第５，３１７，３４６号に述べ
られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のインク・ジェッ
トのプリントヘッドの構成について考慮すべき事柄に
は、オリフィス板のインクバリア層からの剥離、および
インクバリア層の薄膜基板からの剥離が含まれる。剥離
は、主に、周囲の水分と、インク滴発生器領域における
薄膜基板／バリアの界面およびバリア／オリフィス板の
界面の縁と常に接触しているインク自体とにより生じ
る。

【０００９】タンタル（ tantalum ）へのバリアの接着
力（インクバリア層と、タンタル層上に形成された自然
酸化物層の間に起こる接着力）は、使い捨て式のインク
・ジェットのカートリッジに組み込まれるプリントヘッ
ドには十分であることがわかっているが、頻繁には交換
されない半永久的なインク・ジェットのプリントヘッド
には、十分強力ではない。さらに、インクの化学的性質
における新たな進展により、インクバリア層とオリフィ
ス板の間の界面と同様に、薄膜基板とインクバリア層の
間の界面をより侵略的に剥離する製剤(formulations)が
得られたことが示された。

【００１０】特に、インクからの水分等の溶剤が、バリ
アの厚みを通って浸透したり、バリアに沿って浸透した
り、オリフィス板がポリマーの場合にはそのポリマーの
オリフィス板の厚みを通って浸透して、薄膜基板／バリ
アの界面およびバリア／オリフィス板の界面に入ってく
ることにより、加水分解等の化学的メカニズムが起こ
り、界面が剥離してしまう。

【００１１】接合表面としてのタンタルの問題は、タン
タルの層はスパッタリング装置内で最初に形成された際
には純タンタルであるが、酸素を含む大気にさらされる
とすぐに酸化タンタル層を形成してしまう、ということ
である。酸化物とポリマー膜の間における化学結合は、
水によって容易に減成してしまう傾向があり、水は酸化
物と水素結合を形成して酸化物と結合した元のポリマー
と置き換わってしまう。故に、インク製剤、特により侵
略的なものにより、金属酸化物とポリマーのバリアとの
間の界面が剥離してしまう。

【００１２】従って、薄膜基板とインクバリア層との間
の接着力を向上させた、改良インク・ジェットのプリン
トヘッドを提供することが有利であろう。

【００１３】本発明は、ポリマー流動体のインクバリア
層と薄膜基板とに接合する複数の薄膜層上に配置された
炭素に富んだ層を有するインク・ジェットのプリントヘ
ッドを提供し、薄膜基板とインクバリア層との間の接着
力を向上させ、インクバリア層の薄膜基板からの剥離を
防ぐことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
薄膜層を含む薄膜基板と、前記複数の薄膜層内に規定さ
れた複数のインク発射ヒータ抵抗器と、ポリマー流動体
のインクバリア層と、前記ポリマー流動体のインクバリ
ア層を前記薄膜基板に接合するための前記複数の薄膜層
上に配置された炭素に富んだ層と、を有するインク・ジ
ェットの薄膜プリントヘッドが提供される。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明によるインク・ジ
ェットのプリントヘッド１００の概略斜視図である。な
お、図１〜図７における図面は、正確に縮尺されていな
い。図１におけるインク・ジェットのプリントヘッド１
００は、一般的に、（ａ）シリコン等の基板を含み、そ
の上に様々な薄膜層が形成された、薄膜基板または金型
(die)１１、（ｂ）薄膜基板１１上に配置されたインク
バリア層１２、および（ｃ）インクバリア層１２の上に
取り付けられたオリフィス板またはノズル板１３、を含
む。

【００１６】薄膜基板１１は、集積回路製造技術に従っ
て形成され、内部に薄膜のインク発射ヒータ抵抗器５６
が形成されている。一実施形態としては、薄膜のインク
発射ヒータ抵抗器５６は、薄膜基板の長さ方向の縁に沿
って列になって配置されている。

【００１７】インクバリア層１２は、薄膜基板１１に熱
および圧力積層(heat and pressurelaminated)の乾燥
膜、または、湿性の調合流動体(wet dispensed liquid
)のキャストフィルムである。キャストフィルムの場合
には、次に、スピニング加工して厚さを均一にし、余分
な溶剤を落として乾燥させる。インクバリア層１２は、
内部にインク・チャンバ１９およびインク・チャネル２
９を形成するように、光で規定されている。インク・チ
ャンバ１９およびインク・チャネル２９は、薄膜基板１
１上の中央に配置された金の層６２（図２）のどちらか
一方の側にある抵抗器領域の上に配置されている。薄膜
基板１１の両端には、外部電気接続に結合可能な金の接
合パッド７１が配置されており、接合パッド７１はイン
クバリア層１２で覆われていない。一実施例として、イ
ンクバリア層の材料は、米国デラウェア州ウィルミント
ン市のデュポン社から入手可能なParadブランドの感光
性樹脂（ photopolymer ）の乾燥膜等、アクリル樹脂を
ベースにした感光性樹脂の乾燥膜を含む。同様の乾燥膜
には、Ristonブランドの乾燥膜等のような他のデュポン
社製品、および他の化学メーカが製造する乾燥膜が含ま
れる。オリフィス板１３は、例えば、ポリマー材料から
なる平坦な基板を含み、内部には、例えばその参照によ
って本明細書に組み込まれる本願の譲受人に譲渡された
米国特許第５，４６９，１９９号に開示されたようなレ
ーザ切除（ ablation ）によって、オリフィスが形成さ
れている。オリフィス板は,また、さらなる実施例とし
て、ニッケル等のメッキ金属を含んでもよい。

【００１８】インクバリア層１２内のインク・チャンバ
１９は、より詳細には、それぞれのインク発射ヒータ抵
抗器５６の上に配置されており、それぞれのインク・チ
ャンバ１９は、インクバリア層１２内に形成されたチャ
ンバ開口部の縁または壁によって規定されている。イン
ク・チャネル２９は、インクバリア層１２内に形成され
たさらなる開口部によって規定されており、それぞれの
インク・チャンバ１９と一体的につながっている。一実
施形態として、図１において外縁供給の(outeredge fe
d)構成が示されている。この構成においては、インク・
チャネル２９が、薄膜基板１１の外周によって形成され
た外縁に向かって開いており、インクは、薄膜基板の外
縁周囲のインク・チャネル２９およびインク・チャンバ
１９に供給される。これは、例えば、その参照によって
本明細書に組み込まれる本願の譲受人に譲渡された米国
特許第５，２７８，５８４号に、より詳細に開示されて
いる。本発明はまた、前述の米国特許第５，３１７，３
４６号において開示されているもの等の、インク・チャ
ネルが薄膜基板の中央の溝（ slot ）によって形成され
た縁に向かって開いている、中央縁供給の(center edge
fed)インク・ジェットのプリントヘッドにも用いるこ
とができる。

【００１９】オリフィス板１３は、インク発射ヒータ抵
抗器５６と、関連するインク・チャンバ１９と、関連す
るオリフィス２１とが整列するように、それぞれのイン
ク・チャンバ１９の上に配置されたオリフィス２１を含
む。それぞれのインク・チャンバ１９と，薄膜基板１１
の一部と、およびインク・チャンバ１９に隣接するオリ
フィス板１３とによって、インク滴発生器領域が形成さ
れている。

【００２０】図２は、図１のプリントヘッドの薄膜基板
１１の一般的レイアウトを示す概略平面図である。図２
を参照すると、薄膜基板１１の長さ方向の縁に隣接する
抵抗器領域に、インク発射ヒータ抵抗器５６が形成され
ている。金のトレースからなるパターン化された金の層
６２が、抵抗器領域間の薄膜基板１１の中央に配置さ
れ、薄膜基板１１の両端の間に広がる金の層６２領域に
おいて、薄膜構造の最上層を形成している。外部接続用
の接合パッド７１が、例えば薄膜基板１１の両端に隣接
して、パターン化された金の層６２内に形成されてい
る。インクバリア層１２は、接合パッド７１以外全部の
パターニングした金の層６２を覆い、インク・チャンバ
および関連するインク・チャネルを形成するそれぞれの
開口部間の領域をも覆うように、規定されている。一実
施例においては、パターン化された金の層６２の上に、
１つまたはそれよりも多い薄膜層を配置してもよい。

【００２１】図３は、複数の代表的なインク発射ヒータ
抵抗器５６、インク・チャンバ１９および関連するイン
ク・チャネル２９の構成を示す概略平面図である。図３
に示すように、インク発射ヒータ抵抗器５６は、多角形
の形状（例えば長方形）であり、例えば多数の面を持っ
ていてもよいインク・チャンバ１９の壁に、少なくとも
その２つの辺によって取り囲まれている。インク・チャ
ネル２９は、関連するインク・チャンバ１９から遠ざか
る方向へと延びており、インク・チャンバ１９からある
距離において、幅が広くなっていてもよい。インク・チ
ャンバ１９および関連するインク・チャネル２９は、イ
ンクバリア層１２の中央部から薄膜基板１１の供給縁に
向かって延びたバリア先端１２ａのアレイによって、形
成されている。

【００２２】本発明によれば、薄膜基板１１は、パター
ン化されていてもよいインクバリア層１２用の接着層と
しての機能を果たす炭素に富んだ層６３、より具体的に
は、ダイアモンド状の炭素（diamond like carbon,ＤＬ
Ｃ）層（図４）を含んでいる。ＤＬＣ層６３は、接合パ
ッド７１以外全部のパターン化された金の層６２を覆う
ように規定されている。

【００２３】図４は、図１のプリントヘッドの一実施形
態を示す、代表的なインク滴発生器領域を横切る概略断
面図であり、薄膜基板１１の具体的な一実施形態を示
す。図４のインク・ジェットのプリントヘッドの薄膜基
板１１は、より詳細には、シリコン基板５１と、シリコ
ン基板５１の上に堆積されたフィールド酸化物層５３
と、フィールド酸化物層５３の上に配置され、パターン
化されリンをドープした酸化物層５４とを含む。リンの
酸化物層５４上には、タンタル・アルミニウムを含む抵
抗層５５が形成されており、この抵抗層５５は、インク
発射ヒータ抵抗器５６を含む薄膜抵抗器がインク・チャ
ンバ１９の下に形成される領域の上に広がっている。例
えば、少量の銅および／またはシリコンをドープしたア
ルミニウムを含む、パターン化された金属被膜層５７
が、抵抗層５５の上に配置されている。

【００２４】金属被膜層５７は、適切なマスキングおよ
びエッチングによって規定された金属被膜トレースを含
む。また、金属被膜層５７のこのマスキングおよびエッ
チングによって、抵抗器領域も規定される。特に、抵抗
器が形成される領域において金属被膜層５７のトレース
の部分が除去されることを除いては、抵抗層５５と金属
被膜層５７は、整合している。抵抗器領域は、抵抗器領
域の周辺の異なる位置で終わる第１および第２の金属ト
レースを設けることによって、規定されている。第１お
よび第２のトレースは、第１および第２のトレースの末
端間にある抵抗層の一部を効果的に含む抵抗器の端子ま
たはリードを含む。このような抵抗器を形成する技術に
従って、抵抗層５５および金属被膜層５７を同時にエッ
チングして、互いに整合しパターン化された層を形成す
ることができる。次に、金属被膜層５７に開口部がエッ
チングされ、抵抗器が規定される。従って、インク発射
ヒータ抵抗器５６は、金属被膜層５７内のトレースにお
ける間隙に従って、抵抗層５５内に別個に形成される。

【００２５】窒化ケイ素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）でできた層５９
および炭化ケイ素（ＳｉＣ）でできた層６０を含む複合
パッシベーション層が、金属被膜層５７と、抵抗層５５
のうちの露出した部分と、酸化物層５４のうちの露出し
た部分との上に堆積される。インク発射ヒータ抵抗器５
６の真上において、複合パッシベーション層５９，６０
の上にタンタルのパッシベーション層６１が堆積され
る。また、タンタルのパッシベーション層６１は、その
パッシベーション層６１上に、複合パッシベーション層
５９，６０内に形成された導電管５８による金属被膜層
５７への外部電気接続のためにパターン化された金の層
６２が形成される、領域にも広がっていてもよい。ダイ
アモンド状の炭素（ＤＬＣ）層６３は、パターニングし
た金の層６２と、タンタルのパッシベーション層６１の
上と、複合パッシベーション層５９，６０のうちの露出
した部分の上とに堆積されるが、インク発射ヒータ抵抗
器５６および金の接触パッド７１が形成される領域にお
けるＤＬＣ層６３の部分は、除去されて、インクバリア
層１２と接触している領域において接着層としての機能
を果たす。従って、インク・チャンバおよびインク・チ
ャネルに近接してＤＬＣのバリアとの接触が所望されて
いるので、ＤＬＣ層６３とインクバリア層１２の間の界
面は、例えば少なくともインク発射ヒータ抵抗器５６間
の領域からバリア先端１２ａの端まで延びていてもよ
い。金の接合パッド７１（図１）においては、ＤＬＣの
高い抵抗率は適切ではなく、ＤＬＣは金の接合パッド７
１からエッチングによって除去してもよい。

【００２６】図５は、図１のプリントヘッドの他の実施
形態を示す、代表的なインク滴発生器領域を横切る概略
断面図であり、薄膜基板１１の他の実施形態を示す。図
５のインク・ジェットのプリントヘッドは、図４のイン
ク・ジェットのプリントヘッドと同様であるが、以下の
点が異なる。ＤＬＣ層６３は、パターン化された金の層
６２と、タンタルのパッシベーション層６１の上と、抵
抗器が形成される領域も含む複合パッシベーション層５
９，６０のうちの露出した部分の上とに堆積される。本
実施形態では、抵抗器領域のインクに対する耐性が改良
され、更に、製造工程においてフォトマスキングおよび
エッチングの段階が省かれている。金の接合パッド７１
（図１）においては、ＤＬＣの高い抵抗率は適切ではな
く、ＤＬＣは金の接合パッド７１からエッチングによっ
て除去してもよい。

【００２７】図６は、図４の実施形態において介在する
接着促進剤層を付け加えた、代表的なインク滴発生器領
域を横切る概略断面図であり、薄膜基板１１の他の実施
形態を示す。図６のインク・ジェットのプリントヘッド
は、図４のインク・ジェットのプリントヘッドと同様で
あるが、以下の点が異なる。金の層６２とＤＬＣ層６３
を接合する接着促進剤層６８が、金のパターニングされ
た層６２とＤＬＣ層６３の間に配置されている。普通用
いられる金の接着促進剤の例は、米国特許第４，４９
７，８９０号等の特許に引用されており、２−（ジフェ
ニルホスフィノ）エチルトリエトキシシランと、トリメ
チルシリルアセトアミドと、ビス［３−（トリエトキシ
シリル）プロピル］テトラスルフィドと、３−メルカプ
トプロピルトリエトキシシランとを含むが、これらに限
定されるものではない。

【００２８】図７は、図５の実施形態において介在する
接着促進剤層を付け加えた、代表的なインク滴発生器領
域を横切る概略断面図であり、薄膜基板１１の他の実施
形態を示す。図７のインク・ジェットのプリントヘッド
は、図５のインク・ジェットのプリントヘッドと同様で
あるが、以下の点が異なる。金の層６２とＤＬＣ層６３
を接合する接着促進剤層６８が、金のパターニングされ
た層６２とＤＬＣ層６３の間に配置されている。普通用
いられる金の接着促進剤の例は、米国特許第４，４９
７，８９０号等の特許に引用されており、２−（ジフェ
ニルホスフィノ）エチルトリエトキシシランと、トリメ
チルシリルアセトアミドと、ビス［３−（トリエトキシ
シリル）プロピル］テトラスルフィドと、３−メルカプ
トプロピルトリエトキシシランとを含むが、これらに限
定されるものではない。

【００２９】前述のプリントヘッドは、例えば共にすで
にその参照によって本明細書に組み込まれている、本願
の譲受人に譲渡された米国特許第４，７１９，４７７号
および米国特許第５，３１７，３４６号に開示されてい
る、化学蒸着、フォトレジスト堆積、マスキング、現
像、およびエッチングを含む、標準の薄膜集積回路処理
に従って、容易に製造される。

【００３０】一実施例として、前述の構造は以下のよう
にして作ることができる。シリコン基板５１から作り始
め、パターン化された酸化物および窒化物層によって、
トランジスタが形成される何らかの活性領域が保護され
る。保護されていない領域においてフィールド酸化物５
３が成長し、そして酸化物および窒化物の層が除去され
る。次に、活性領域においてゲート酸化物が成長し、基
板全体の上に多結晶シリコン層が堆積される。ゲート酸
化物および多結晶シリコンがエッチングされ、活性領域
の上に多結晶シリコンのゲートが形成される。結果とし
て得られた薄膜構造は、リンのプレ堆積(predepositio
n)を受け、シリコン基板のうちの保護されていない領域
内にリンが導入される。リンをドープした酸化物の層５
４は、あらかじめ完全な製造過程の薄膜構造の上に堆積
され、リンをドープした酸化物でコーティングされた構
造は、拡散ドライブイン(drive-in)段階に入り活性領域
に所望の深さの拡散が行われる。そして、リンをドープ
した酸化物の層５４は、マスキングされエッチングされ
て、活性デバイスへの接点が開口される。

【００３１】次に、タンタル・アルミニウムの抵抗層５
５が堆積され、次にタンタル・アルミニウムの層５５の
上に、アルミニウムの金属被膜層５７が堆積される。ア
ルミニウム層５７およびタンタル・アルミニウムの層５
５が一緒にエッチングされて、所望の導電パターンが形
成される。結果として得られるパターン化されたアルミ
ニウム層が、次にエッチングされて、抵抗器領域が開口
される。

【００３２】窒化ケイ素のパッシベーション層５９およ
び炭化ケイ素のパッシベーション層６０が、それぞれ堆
積される。炭化ケイ素層６０の上に、窒化ケイ素および
炭化ケイ素の層内に形成される管を規定するフォトレジ
ストのパターンが配置され、薄膜構造はオーバーエッチ
ングを受け、窒化ケイ素および炭化ケイ素からなる複合
パッシベーション層を貫いてアルミニウムの金属被膜層
に達する管が開口される。

【００３３】図４および図５の実施形態において、タン
タルのパッシベーション層６１を堆積した後に、その上
に金属被膜された金の層６２が堆積される。金の層６２
およびタンタルのパッシベーション層６１は、一緒にエ
ッチングされて、所望の導電パターンを形成する。結果
として得られるパターニングした金の層が次にエッチン
グされて、導電路５８が形成される。

【００３４】ＤＬＣ、ダイアモンド状の炭素、アモルフ
ァス炭素、ａ−Ｃ、ａ−Ｃ：Ｈ等の用語は、主に炭素お
よび水素からなる膜の種類(class)を指定するのに用い
られる。こういった膜の構造は、アモルファスであると
考えられる。すなわち、こういった膜は、長距離にわた
る原子配列は示さない、すなわち同等に、２−３ナノメ
ートルを超える構造的相関は示さない。こういった膜に
おける炭素結合は、ｓｐ² とｓｐ³ が混ざったものであ
り、普通ｓｐ³ の結合の方が優勢である。

【００３５】本発明の炭素に富んだ層は、少なくとも２
５％の元素炭素、より好ましくは、約３５％から約１０
０％の元素炭素、最も好ましくは、約７５％から約１０
０％の元素炭素、を含む。本発明のＤＬＣ層は、通常ｓ
ｐ² とｓｐ³ との割合が約１：１．５から約１：９、よ
り好ましくは、約１：２．０から約１：２．４、最も好
ましくは、約１：２．２から約１：２．３、の範囲であ
る。

【００３６】ＤＬＣ層６３は、すべてその参照によって
本明細書に組み込まれる、J. Robertson, "Surface and
Coating Tech.", Vol.50(1992), page 185、M. Weiler
etal, Physical Review B Vol. 53, Number 3, page 1
594、Tamor et al, AppliedPhysics Letters, Vol. 58,
no. 6, page 592、およびShroder et al, Physical Re
view B, Vol. 41, number 6, page 3738 (1990)等の参
照文献において詳細に説明されている、いくつかの一般
的な技術のうちの１つによって、形成される。こういっ
た技術には、開始材料として炭化水素ガスまたは炭素を
用いる、マイクロ波プラズマ、無線周波数(radio-frequ
ency, r.f.)およびグロー放電、ホット・フィラメン
ト、イオン・スパッタリング、イオン・ビーム堆積およ
びレーザ切除（ ablation ）が含まれている。ＤＬＣ膜
はまた、高度プラズマＣＶＤ（plasma enhanced chemic
al vapor deposition,ＰＥＣＶＤ）技術によって堆積し
てもよい。ＰＥＣＶＤ法は、通常、原料物質として、固
体の形の炭素ではなく、グロー放電（プラズマ）におい
て分解する炭素を含む気体または蒸気（メタンやアセチ
レン）を用いる。

【００３７】一実施例として、前述のＤＬＣ層６３は、
以下のように作ることができる。薄膜基板１１は、ＰＥ
ＣＶＤのチャンバに挿入される。次にチャンバは真空に
され、アルゴン等の気体およびメタン等の炭素を含む気
体が、所望の流量および分圧になるような量で、チャン
バ内に導入される。パワー電極に、電力が送られる。電
力は所定の時間維持され、ＤＬＣが薄膜基板１１上に堆
積される。堆積の完了後、電力はオフになり、チャンバ
内の気体は排気される。次にチャンバは、アルゴンや窒
素等で換気（ vent ）され、ＤＬＣ層が堆積した薄膜基
板１１が取り外される。ＤＬＣ層６３を堆積するのに用
いる工程の具体的な一実施形態において、ＰＥＣＶＤの
平行板反応装置（連合王国ウェールズ、グウェント州ニ
ューポート市のSurface Technology社から入手可能）が
用いられた。このシステムは、接地した電極からなり、
その電極にシリコンのウェハーが、第２のパワー電極
（直径３００ｍｍ）から５０ｍｍ離れた状態で、取り付
けられた。ＲＦ（無線周波数）の電力と、堆積時間と、
メタンとアルゴンの気体の分圧とが変えられて、薄膜基
板１１と次に堆積されるインクバリア層１２との間に所
望の接着特性が生じるように、様々な物理的特性を有す
るＤＬＣ膜が得られた。所望の特性は、完成したペン
（ pen）を温度を上げた環境内に配置し、ＤＬＣへのバ
リアの接着を観察またはＤＬＣおよびバリアの膜の試片
を切り取って観察し、温度を上げた湿度のあるインク溶
液中に配置し、界面結合の接着強度を観察すること、に
よって測定することができる。前述のいずれの堆積技術
も、ＤＬＣ膜を得るのに適しており、原理上は利用する
ことができる、ということに注意するべきである。さら
に、本明細書において略述したＰＥＣＶＤ工程は、メタ
ンとアルゴンの混合気体や平行板反応装置に限定される
ものではない。非対称板やＤＬＣを形成することができ
るＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴,electron cyclotro
ne resonance）チャンバ等のいかなるＰＥＣＶＤ反応装
置における炭素を含むいかなる混合気体も、用いること
ができる。

【００３８】ＤＬＣ層６３の形成後、例えば共にすでに
その参照によって本明細書に組み込まれている、本願の
譲受人に譲渡された米国特許第４，７１９，４７７号お
よび米国特許第５，３１７，３４６号に開示されてい
る、標準のエレクトロニクス製造技術を用いて、インク
バリア層１２が付け加えられる。オプションで、インク
バリア層１２をマスクとして用いて、酸素プラズマエッ
チングを利用して、ＤＬＣ層６３を、インクバリア層１
２によって保護されていない領域から取り除いてもよ
い。または、ＤＬＣ層６３の堆積後、標準のフォトレジ
スト工程を用いて、ＤＬＣ層６３がマスクされ、その
後、層のうちの不所望の領域のエッチングおよびフォト
レジストの除去を行い、最後にインクバリア層１２が付
け加えられる。

【００３９】図６および図７の接着促進剤層６８の実施
形態に関して、これは、いくつかの通常用いる技術のう
ちの１つによって行うことができる。このような技術の
例において、液体を含む前記接着促進剤に各部品を浸し
たり、純粋なまたは希釈した形での前記接着促進剤で各
部品をスプレー塗装したり、前記接着促進剤による蒸気
プライミングを行うことが含まれている。

【００４０】インクバリア層１２とＤＬＣ層６３を含む
薄膜基板１１との間の接着の妥当性は、プリントヘッド
１００を、インクにさらす等の促進した動作条件にお
き、その後、標準の分析技術を用いて、インクバリア層
１２と薄膜基板１１との間の接着力を測定することによ
って試験された。ＤＬＣ層６３を有するプリントヘッド
は、ＤＬＣ層６３のないものと比較すると、高い接着力
を示す、ということが確認された。

【００４１】[ＤＬＣ層の存在の判定]ＤＬＣ層の存在の
判定は、以下の技術のうち１つまたは両方を用いて行う
ことができる。 １．ＤＬＣと推測される表面のＲＡＭＡＮ分析によっ
て、具体的な炭素状態情報を得る。 ２．以下の技術を用いて、下にある薄膜構造の化学的破
壊作用を観察する。 ａ）ＸＰＳまたは同様の手段を用いてサンプルを測定
し、サンプルの表面上に炭素に富んだ層（ＤＬＣと推測
される）があるかどうかを判定する。 ｂ）ＤＬＣと推測される層を有するサンプルを、硫酸と
過酸化水素を混合したもの（ピラニア）内に置く。典型
的な混合物は、硫酸が約７０％で、過酸化水素が約３０
％である。これによって、ＤＬＣでない炭素はすべてサ
ンプルの表面から取り除かれる。 ｃ）次に、サンプルは、下にある薄膜表面（例えばタン
タルまたは金）に通常科学的破壊作用を行う、エッチン
グ用の腐食液内に置かれる。 ｄ）ＤＬＣが下にある薄膜表面上に存在する場合には、
薄膜材料に対する科学的破壊作用はほとんどまたは全く
観察されない。下にある薄膜に対する科学的破壊作用が
全く観察されない場合には、連続的なＤＬＣ層が存在す
る。下にある薄膜に対しある程度の科学的破壊作用があ
る場合には、非連続的なＤＬＣ層が存在する。下にある
薄膜材料がすべて取り除かれる場合には、ＤＬＣは存在
しない。

【００４２】

【実施例】上述の技術を用いて、下にある薄膜表面上
に、ＤＬＣ層が存在するか存在しないかのどちらかのウ
ェハーが製造された。ウェハーの薄膜基板とインクバリ
ア層の間における内部結合の接着強度が均一な表面組成
（例えばブランケット・コーティング）を有する各部品
をインクに浸し、１１７℃、１．２気圧のオートクレー
ブ内に配置し、その後、インクバリア層を基板からかき
落とし剥離しようとすることによって半定量的尺度にお
ける接着力を測定することにより、試験された。表１の
データは、この試験方法を用いた接着力の経時変化の典
型的な結果を示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１の結果から分かるように、ＤＬＣ層を
含む薄膜は、ＤＬＣ層を持たないものと比較して、バリ
アと薄膜基板の間の接着強度が優れていた。

【００４５】本発明の具体的な実施形態を説明し例示し
たが、本発明は、説明し例示した各部品の具体的な形状
または配置に限定されるものではない、ということが理
解されるべきである。本発明は、特許請求の範囲によっ
てのみ限定される。

【００４６】以下に本発明の実施の形態を要約する。

【００４７】１． 複数の薄膜層を含む薄膜基板（１
１）と、前記複数の薄膜層内に規定された、複数のイン
ク発射ヒータ抵抗器（５６）と、ポリマー流動体のバリ
ア層（１２）と、前記ポリマー流動体のバリア層（１
２）を前記薄膜基板（１１）に接合する、前記複数の薄
膜層上に配置された炭素に富んだ層（６３）とを含む薄
膜プリントヘッド（１００）。

【００４８】２． 前記炭素に富んだ層（６３）が、前
記インク発射ヒータ抵抗器（５６）を形成する前記薄膜
層の領域において除去される上記１に記載の薄膜プリン
トヘッド（１００）。

【００４９】３． 前記炭素に富んだ層（６３）と前記
複数の薄膜層の間に接着層（６８）をさらに含む上記１
または２に記載の薄膜プリントヘッド（１００）。

【００５０】４． 前記炭素に富んだ層（６３）が、少
なくとも２５％の元素炭素を含む上記１に記載の薄膜プ
リントヘッド（１００）。

【００５１】５． 前記炭素に富んだ層（６３）が、約
３５％から約１００％の元素炭素を含む上記４に記載の
薄膜プリントヘッド（１００）。

【００５２】６． 前記炭素に富んだ層（６３）が、約
７５％から約１００％の元素炭素を含む上記５に記載の
薄膜プリントヘッド（１００）。

【００５３】７． 前記炭素に富んだ層（６３）が、ダ
イアモンド状の炭素層を含む上記１に記載の薄膜プリン
トヘッド（１００）。

【００５４】８． 前記ダイアモンド状の炭素層が、ｓ
ｐ² とｓｐ³との割合が約１：１．５から約１：９の範
囲である炭素を含む上記７に記載の薄膜プリントヘッド
（１００）。

【００５５】９． 前記ダイアモンド状の炭素層（６
３）が、ｓｐ² とｓｐ³ との割合が約１：２．０から約
１：２．４の範囲である炭素を含む上記８に記載の薄膜
プリントヘッド（１００）。

【００５６】１０． 前記ダイアモンド状の炭素層（６
３）が、ｓｐ² とｓｐ³ との割合が約１：２．２から約
１：２．３の範囲である炭素を含む上記９に記載の薄膜
プリントヘッド（１００）。

【００５７】１１． 前記炭素に富んだ層（６３）が、
当該炭素に富んだ層（６３）が前記薄膜基板（１１）上
に形成されるように、炭素を含むガスを前記薄膜基板
（１１）の上に通すことによって形成される上記１に記
載の薄膜プリントヘッド（１００）。

【００５８】１２． 前記炭素を含むガスがメタンであ
る上記１１に記載の薄膜プリントヘッド（１００）。

【００５９】１３． 前記炭素に富んだ層（６８）
が、、高度プラズマＣＶＤ法によって形成される上記１
２に記載の薄膜プリントヘッド（１００）。

【００６０】１４． 複数の薄膜層を含む薄膜基板（１
１）と、前記複数の薄膜層内に規定された、複数のイン
ク発射ヒータ抵抗器（５６）と、ポリマー流動体のバリ
ア層（１２）と、前記ポリマー流動体のバリア層（１
２）を前記薄膜基板（１１）に接合する、前記複数の薄
膜層上に配置された炭素に富んだ層（６３）とを含み、
前記炭素に富んだ層（６３）が、前記薄膜基板（１１）
を、ＰＥＣＶＤのチャンバ内に挿入すること、前記チャ
ンバを真空にすること、前記チャンバ内に希ガスおよび
炭素を含む気体を導入すること、前記チャンバに電力を
送ること、電力を、前記炭素に富んだ層（６３）が前記
薄膜基板（１１）上に形成されるのに十分な時間維持す
ること、前記チャンバを真空にすること、前記チャンバ
を希ガスで換気すること、前記堆積された炭素に富む層
（６３）を有する前記薄膜基板（１１）を前記チャンバ
から取り外すことによって形成される、薄膜プリントヘ
ッド（１００）。

【００６１】１５． 前記ＰＥＣＶＤのチャンバが、平
行板チャンバである上記１４に記載の薄膜プリントヘッ
ド（１００）。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、ポリマー流動体のバリ
ア層と薄膜基板に接合する複数の薄膜層上に配置された
炭素に富んだ層を有するインク・ジェットのプリントヘ
ッドを提供でき、それによって、薄膜基板とインクバリ
ア層との間の接着力を向上でき、インクバリア層の薄膜
基板からの剥離を防ぐことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインク・ジェットのプリントヘッ
ドの概略斜視図である。

【図２】図１のプリントヘッドの薄膜基板の一般的レイ
アウトを示す概略平面図である。

【図３】複数の代表的なインク発射ヒータ抵抗器、イン
ク・チャンバおよび関連するインク・チャネルの構成を
示す概略平面図である。

【図４】図１のプリントヘッドの一実施形態を示す、代
表的なインク滴発生器領域を横切る概略断面図である。

【図５】図１のプリントヘッドの他の実施形態を示す、
代表的なインク滴発生器領域を横切る概略断面図であ
る。

【図６】図４の実施形態において介在する接着促進剤層
を付け加えた、代表的なインク滴発生器領域を横切る概
略断面図である。

【図７】図５の実施形態において介在する接着促進剤層
を付け加えた、代表的なインク滴発生器領域を横切る概
略断面図である。

【符号の説明】

１１ 薄膜基板 １２ インクバリア層 １３ オリフィス板 ２１ オリフィス ５１ シリコン基板 ５３ フィールド酸化物層 ５４ リンの酸化物層 ５５ 抵抗層 ５６ インク発射ヒータ抵抗器 ５７ 金属被膜層 ５８ 導電管 ５９，６０ パッシベーション層 ６１ タンタルのパッシベーション層 ６２ 金の層 ６３ 炭素に富んだ層 ６８ 接着促進剤層 １００ プリントヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロジャー・ジェイ・コロドジエイ アメリカ合衆国 オレゴン，コルバリス, エヌ・ダブリュー，マグノリア・ドライヴ 1355 (72)発明者 マイケル・ジェイ・リーガン アメリカ合衆国 オレゴン，コルバリス, エヌ・イー，ブルケ・プレイス 1113 (72)発明者 ハロルド・リー・ヴァン・ナイス アメリカ合衆国 オレゴン，コルバリス, エヌ・ダブリュー，パインウッド・プレイ ス 5906

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の薄膜層を含む薄膜基板（１１）
   と、 前記複数の薄膜層内に規定された、複数のインク発射ヒ
   ータ抵抗器（５６）と、 ポリマー流動体のバリア層（１２）と、 前記ポリマー流動体のバリア層（１２）を前記薄膜基板
   （１１）に接合する、前記複数の薄膜層上に配置された
   炭素に富んだ層（６３）とを含む薄膜プリントヘッド
   （１００）。