(57)【要約】【課題】【解決手段】  インクジェット・プリントヘッド・ヒータチップは、その上に複数の薄いフィルム層から形成され、かつ、使用に際してインク滴を噴射するヒータスタックを備えたシリコン基板を有する。この薄いフィルム層は、シリコン基板の断熱層と、断熱層上の抵抗層と、抵抗層上のドープされたダイヤモンド類似カーボン層と、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層上のキャビテーション層とを含む。ドープされたダイヤモンド類似カーボン層は好ましくはシリコンを含有し、また、窒素、チタニウム、これらの組合せ又は他の成分を含有していてもよい。シリコンを含有する場合は、好ましいシリコン濃度は、約２０〜約２５原子パーセントである。好適なキャビテーション層は、ドープされていないダイヤモンド類似カーボン層、タンタル層又はチタニウム層を含む。ドープされたダイヤモンド類似カーボン層の厚さは、約５００〜約３０００オングストロームである。キャビテーション層の範囲は、約５００〜約６０００オングストロームである。インクジェット・プリントヘッド及びプリンタもまた開示される。
2006512234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上のドープされたダイヤモンド類似カーボン層と、
前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層上のキャビテーション層と、を含むインクジェット・プリントヘッド用のヒータチップ。
【請求項２】
前記基板と前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層との間に抵抗層を更に備える、請求項１に記載のヒータチップ。
【請求項３】
前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層が、シリコン−ダイヤモンド類似カーボン層である、請求項２に記載のヒータチップ。
【請求項４】
前記シリコン−ダイヤモンド類似カーボン層におけるシリコン濃度が、約２０〜約２５原子パーセントである、請求項３に記載のヒータチップ。
【請求項５】
基板と、
前記基板上の抵抗層と、
前記抵抗層の直上のドープされたダイヤモンド類似カーボン層と、を含むインクジェット・プリントヘッド用のヒータチップ。
【請求項６】
基板と、
前記基板上の抵抗層と、
前記抵抗層の一部の直上にあるドープされたダイヤモンド類似カーボン層と、
前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層の直上のキャビテーション層と、を含むインクジェット・プリントヘッド用のヒータチップ。
【請求項７】
前記キャビテーション層が、ドープされていないダイヤモンド類似カーボン層、タンタル層及びチタニウム層の一つである、請求項６に記載のヒータチップ。
【請求項８】
前記キャビテーション層が約５００〜約６０００オングストロームの厚さである、請求項７に記載のヒータチップ。
【請求項９】
前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層がシリコンを含む、請求項６に記載のヒータチップ。
【請求項１０】
前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層におけるシリコン濃度が、約２０〜約２５原子パーセントである、請求項９に記載のヒータチップ。
【請求項１１】
前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層が約５００〜約３０００オングストロームの厚さである、請求項６に記載のヒータチップ。
【請求項１２】
前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層が、窒素、チタニウム、タンタル及び誘電体の一つを含む、請求項６に記載のヒータチップ。
【請求項１３】
ハウジングと、
前記ハウジングに接続された基板と、
前記基板上にあり、約５００〜約３０００オングストローム厚さのシリコン−ダイヤモンド類似カーボン層と、
前記シリコン−ダイヤモンド類似カーボン層の直上にあり、約５００〜約６０００オングストローム厚さを有する、ドープされていないダイヤモンド類似カーボン層、タンタル層及びチタニウム層の一つと、を含むインクジェット・プリントヘッド。
【請求項１４】
前記シリコン−ダイヤモンド類似カーボン層におけるシリコン濃度が、約２０〜約２５原子パーセントである、請求項１３に記載のプリントヘッド。
【請求項１５】
供給されたインクをハウジング内に更に収容する、請求項１３に記載のプリントヘッド。
【請求項１６】
基板と、
前記基板上の断熱層と、
前記基板上の抵抗層と、
前記基板上にあって陽極と陰極を有する導電層と、
前記基板上のドープされたダイヤモンド類似カーボン層と、
前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層上のキャビテーション層と、を必須に含み、
前記基板が炭化珪素層と窒化珪素層を備えていない、インクジェット・プリントヘッド用のヒータチップのヒータスタック。
【請求項１７】
前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層が、シリコン−ダイヤモンド類似カーボン層である、請求項１６に記載のヒータチップのヒータスタック。
【請求項１８】
前記キャビテーション層が、ドープされていないダイヤモンド類似カーボン層、タンタル層及びチタニウム層の一つである、請求項１６に記載のヒータチップのヒータスタック。
【請求項１９】
前記ドープされたダイヤモンド類似カーボン層が、窒素、チタニウム、タンタル及び誘電体の一つを含む、請求項１６に記載のヒータチップのヒータスタック。
【請求項２０】
前記抵抗層がタンタル−アルミニウム層である、請求項１６に記載のヒータチップのヒータスタック。
【請求項２１】
最初に供給体されたインクを収容するハウジングと、
前記ハウジングに接続されたシリコン基板であって、その上に複数の薄いフィルム層から形成され、かつ、使用に際して前記インクのインク滴を噴射するヒータスタックを有するシリコン基板とを含むインクジェット・プリントヘッドであって、
前記薄いフィルム層が、
前記シリコン基板の直上にあり、約１〜約３ミクロンの厚さを有する断熱層と、
前記断熱層の直上にあり、約１００オングストロームの厚さを有するタンタル−アルミニウム抵抗層と、
前記タンタル−アルミニウム抵抗層の一部の直上にあり、約５００〜約３０００オングストロームの厚さを有するシリコン−ダイヤモンド類似カーボン層であって、その中におけるシリコン濃度が約２０〜約２５原子パーセントであるシリコン−ダイヤモンド類似カーボン層と、
前記シリコン−ダイヤモンド類似カーボン層の直上にあり、約５００〜約６０００オングストロームの厚さを有するキャビテーション層とを含む、インクジェット・プリントヘッド。
【請求項２２】
前記キャビテーション層が、ドープされていないダイヤモンド類似カーボン層、タンタル層及びチタニウム層の一つである、請求項２１に記載のプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、インクジェット・プリントヘッドに関する。詳細には、本発明は、抵抗層上にドープされたダイヤモンド類似カーボン層を有する、インクジェット・プリントヘッドのヒータチップに関する。更に詳細には、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層は、シリコン、窒素、チタニウム、タンタル等を含み、ドープされていないダイヤモンド類似カーボン、タンタル、チタニウムからなるキャビテーション層が、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層上に重ねられる。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
インクジェット法を用いた画像印刷技術は、比較的に良く知られている。一般に、画像は、所望の位置にある印刷媒体にインク滴を打ち付けるようにして、インクジェット・プリントヘッドからインク滴を正確な瞬時に噴射することによって形成される。プリントヘッドは、インクジェット・プリンタのようなデバイス内の移動可能なの印刷可動台によって支持され、前進する印刷媒体に対して往復運動する。マイクロプロセッサ又は他のコントローラの命令に従った時間に、プリントヘッドによってインク滴が噴射される。インク滴を噴射するタイミングは、印刷される画像の画素パターンに対応する。プリンタ以外でインクジェット技術を利用した公知のデバイスには、例を挙げれば、ファクシミリ機、オール−イン−ワンズ、フォトプリンタ及びグラフィックプロッタが含まれる。
【０００３】
従来、サーマル・インクジェット・プリントヘッドは、局所的な又は遠隔のカラーインク又はモノインクの供給部へのアクセス、ヒータチップ、ヒータチップに取付けられたノズル又はオリフィスのプレート、ならびに、使用に際してヒータチップをプリンタに電気的に接続するテープ自動化接合（ＴＡＢ）回路のような入力／出力コネクタを備える。ヒータチップは、シリコンのような基板上に堆積、パターン化及びエッチングの技術によって形成される複数の薄いフィルム状の抵抗体又はヒータを通常含む。シリコンの厚さ方向に沿って切削又はエッチングされた一つ以上のインク通路が、インク供給部と個々のヒータを連通するように作用する。
【０００４】
インクの単一滴を噴射して印刷すべく、小容量のインクを急速に加熱するために各々の抵抗ヒータに少量の電流が個々に流される。これによって、（ヒータとノズルプレートとの間の）インクチャンバ内でインクが局所的に蒸発し、ノズルプレートを通って印刷媒体に向けて噴射される。
【０００５】
従来、シリコン基板上に設けたヒータチップの薄いフィルムは、パッシベーションの理由から、抵抗層を覆う窒化珪素（ＳｉＮ）と炭化珪素（ＳｉＣ）を含有する。そこで、腐食性インク及びインクチャンバ内で起こる気泡の崩壊からヒータを保護するために、二つのパッシベーション層上にキャビテーション層が設けられる。ＳｉＮの厚さは、多くの場合２０００〜３０００オングストロームであり、ＳｉＣの厚さは１０００〜１５００オングストロームであり、キャビテーション層の厚さは２０００〜４０００オングストロームである。したがって、抵抗層上の三つの層を組み合わせた最小厚さは数千オングストロームである。更に、これら三層の全ては異なる化学組成を有するので、三つ以上のプロセス段階を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、インクジェット・プリントヘッドの技術分野では、プリントヘッドの機能及び性能において対応する犠牲を受けることなく、最小のプロセス段階を必要とする最適なヒータチップ形状が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
上述の及び他の問題は、以下に説明される、ドープされたダイヤモンド類似カーボン薄層とこれを覆うキャビテーション層を有するインクジェット・プリントヘッドのヒータチップに関連するところの本発明の原理及び教示を適用することによって解決される。
【発明の効果】
【０００８】
一つの実施態様では、ヒータチップは、その上の複数の薄いフィルム層から形成され、使用に際してインク滴を噴射するヒータスタックを有するシリコン基板を有する。この薄いフィルム層は、シリコン基板上の断熱層と、断熱層上の抵抗層と、抵抗層上のドープされたダイヤモンド類似カーボン層と、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層上のキャビテーション層とを含む。ドープされたダイヤモンド類似カーボン層とキャビテーション層の二層が一緒になって、強化された接着性、パッシベーション及びキャビテーションからの保護に関する三つの機能を発揮する。ドープされたダイヤモンド類似カーボン層はシリコンを含有するが、窒素、タンタル、チタニウムなども含有していてもよい。シリコンを含む場合には、好ましいシリコン濃度は約２０〜２５原子パーセントである。より好ましくは、この濃度は約２３原子パーセントである。好適なキャビテーション層は、ドープされていないダイヤモンド類似カーボン、タンタル又はチタニウムの層を含む。ドープされたダイヤモンド類似カーボン層は、５００〜３０００オングストロームの厚さを有する。キャビテーション層は、５００〜６０００オングストロームの厚さを有する。したがって、組合わせた厚さは、１０００オングストローム程度から９０００オングストロームである。
【０００９】
本発明の他の特徴において、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層は、基板とガスプラズマとの間で２００〜１０００ボルトのバイアスをもって、従来のＰＥＣＶＤチャンバの基板上に形成される。好ましくは、ガスプラズマは、メタンとテトラメチルシランのガスを含む。
【００１０】
更に他の特徴では、ヒータチップを備えるプリントヘッドとこのプリントヘッドを備えるプリンタが開示される。
【００１１】
本発明のこれら及び他の実施態様、特性、利点及び特徴は下記の説明に記載され、その一部は、下記の本発明の説明及び添付図面を参照することによって、又は、本発明の実施によって当業者に明らかになるであろう。本発明の特性、利点及び特徴は、添付の特許請求の範囲において特に指摘された手段、手順及びそれらの組合せによって実現及び達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
好適な実施態様の詳細な説明
下記の好適な実施態様の詳細な説明では、例示及び本発明が実施される特定の実施態様として示される本発明の一部を形成する添付図面が参照される。これらの実施態様は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に説明され、他の実施態様も用いることができること、ならびに、プロセス的、電気的又は機械的な変更が本発明の範囲を逸脱しないで行なわれることが理解されるべきである。本明細書で用いられるウエハ又は基板の用語は、当業者に良く知られた半導体構造だけでなく、シリコン−オン−サファイア（ＳＯＳ）技術、シリコン−オン−絶縁体技術、薄いフィルムトランジスタ（ＴＦＴ）技術、ドープされた又はドープされていない半導体、ベース半導体構造によって支持されるシリコンのエピタキシャル層のようなベース半導体構造を含む。したがって、下記の詳細な説明は限定した意味に解釈されるべきではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれと均等な範囲によってのみ規定される。本発明にしたがって、ドープされたダイヤモンド類似カーボンの薄いフィルム層及びそれを覆うキャビテーション層を有するインクジェット・プリントヘッド・ヒータチップを以下に説明する。
【００１３】
図１を参照するに、本発明のインクジェット・プリントヘッドが１０として示されている。プリントヘッド１０は、インクを保持するのに適した材料から形成されるハウジング１２を有する。その形状は、プリントヘッドを搬送し又は収容する外部デバイスに多くの場合依存して変えられる。ハウジングは、最初に供給されたインク、又は、最充填されたインクを保持するための、少なくとも一つの間仕切り部分１６を内部に有する。一実施態様では、間仕切り部分は単一のチャンバを成し、黒色インク、写真インク、シアンインク、マゼンタインク又はイエローインクを収容する。他の実施態様では、間仕切り部分は複数のチャンバを成し、３種類のインクを収容する。これらのインクは、好ましくは、シアンインク、マゼンタインク及びイエローインクを含む。更に他の実施態様では、間仕切り部分は、黒色インク、写真インク、シアンインク、マゼンタインク又はイエローインクの複数のインクを収容する。間仕切り部分１６は、プリントヘッドのハウジング１２内に局所的に組み込まれているように示されているが、例えば、遠隔のインク源に接続して、そこからチューブによってインクの供給を受けるようにしてもよいことが認識されるであろう。
【００１４】
フレキシブル回路、特にテープ自動化接合（ＴＡＢ）回路２０の一部１９が、ハウジング１２の一つの面１８に接着される。ＴＡＢ回路２０の他の部分２１は、ハウジングの他の面２２に接着される。この実施態様では、二つの面１８、２２が、ハウジングの縁２３で互いに垂直になるように配置されている。
【００１５】
ＴＡＢ回路２０は、使用に際してプリンタ、ファックス機、複写機、フォト−プリンタ、プロッタ、オール−イン−ワン等の外部デバイスにヒータチップ２５を電気的に接続するための複数の入出力（Ｉ／Ｏ）コネクタ２４を支持する。Ｉ／Ｏコネクタ２４をヒータチップ２５の入力端子（接合パッド２８）に電気的に接続又は短絡するための複数の導電体２６がＴＡＢ回路２０上に存在し、このような接続を容易にする様々な技術が当業者に公知である。好適な実施態様では、ＴＡＢ回路はポリイミド材料であり、導電体及びコネクタは銅を含む。簡単のために、図１には、８つのＩ／Ｏコネクタ２４と、８本の導電体２６と、８つの接合パッド２８を示すが、今日では、プリントヘッドは更に多くの数の部材を有し、本発明は上記以外の数の部材を同様に包含するものである。更に、上述のコネクタ、導電体及び接合パッドの数は等しいが、実際のプリントヘッドでは異なっていてもよいことは、当業者であれば認識すべきである。
【００１６】
ヒータチップ２５は、ハウジング内部の供給インクに連通する少なくとも一つのインク流路３２を備える。プリントヘッドの製造において、ヒータチップ２５は、好ましくはこの分野において公知の様々な接着剤やエポキシ等によって、ハウジングに接続又は取付けられる。幾つかの流路を形成するために、ヒータチップの厚さにわたって流路を切断又はエッチングする多くのプロセスが知られている。より好適なプロセスの幾つかは、湿式、乾式、反応性−イオン−エッチング、ディープ反応性−イオン−エッチング等のグリッドブラスティング又はエッチングを含む。図示するように、ヒータチップは、流体加熱要素又はヒータの４つのカラム（カラムＡ〜カラムＤ）を含む。要素が混み合っているこの図面では簡単のために、各々が６つのドットからなる４つのカラムがヒータを表わしているが、実際には、ヒータの数は数百又は数千でもよい。垂直方向に隣接する流体加熱要素は、横方向の離間ギャップを有していてもいなくてもよく、或いは、互い違いの配置であってもそうでなくてもよい。しかしながら、一般には、流体加熱要素は、用いられるプリンタの１インチ当たりのドット解像度に匹敵する垂直方向における離間ピッチを有する。幾つかの例は、流路の長手方向に沿った１／３００ｔｈ、１／６００ｔｈ、１／１２００ｔｈ、１／２４００ｔｈ又は他のインチの間隔を含む。下記において極めて詳細に説明するが、ヒータチップの個々のヒータは、好ましくは、成長、堆積、マスキング、パターン化、フォトリソグラフィー及び／又はエッチング、或いは、他のプロセス段階から製造される一連の薄いフィルム層として形成されるのに適している。図示されていないが、複数のノズル孔を備えるノズルプレートが、ノズル孔をヒータ上に位置合わせするようにして接着され、又は、別の薄いフィルム層として組み立てられる。使用に際して、ノズル孔から印刷媒体に向けてインクが噴射される。
【００１７】
図２を参照するに、インクジェット・プリンタの形態の外部デバイスは、使用に際してプリントヘッド１０を含み、４０として示される。プリンタ４０は、一つ以上のプリントヘッド１０を備えるための複数のスロット４４を有する可動台４２を含む。この分野において良く知られるように、可動台４２は、駆動ベルト５０に加えられる原動力によって印刷領域４６上をシャフト４８に沿って往復運動する（コントローラ５７の出力５９に従って）。紙５２のシートのような印刷媒体が、入力トレイ５４から印刷領域４６を通って出力トレイ５６に向かって紙通路に沿ってプリンタ４０内を前進し、可動台４２はこの印刷媒体に対して往復運動する。
【００１８】
印刷領域内にある可動台４２は、矢印で示される前進方向に前進する紙５２にほぼ直行する往復運動方向に往復運動する。プリンタ・マイクロプロセッサ又は他のコントローラ５７の命令に従って、その時に、間仕切り部分１６からのインク滴（図１）がヒータチップ２５から噴射される。インク滴噴射のタイミングは、印刷される画像の画素パターンに対応する。多くの場合、このようなパターンは、コントローラ５７（外部入力による）に電気的に接続されたデバイスで形成され、このデバイスはプリンタの外部にあって、コンピュータ、スキャナ、カメラ、ディスプレー装置、個人データ補助装置等を含むが、これらに限定されるものではない。
【００１９】
インクの単一滴を噴射して印刷すべく、小容量のインクを急速に加熱するために流体加熱要素（図１のカラムＡ〜Ｄにおけるドット）に少量の電流が個々に流される。これによって、ヒータとノズルプレートとの間のインクチャンバ内でインクが局所的に蒸発し、ノズルプレートを通って印刷媒体に向けて噴射される。このようなインク滴を噴射するのに必要な加熱パルスは、具体的には単一又はスプリット状の加熱パルスであってよく、結合パッド２８、導電体２６、Ｉ／Ｏコネクタ２４及びコントローラ５７間の接続から入力端子（例えば、結合パッド２８）上のヒータチップで受信される。内部のヒータチップ配線によって、加熱パルスが入力端子から一つ又は多くの流体加熱要素に送られる。
【００２０】
プリンタに更なる能力と機能を与えるべく、ユーザ選択インターフェース６０を有するコントロールパネル５８が、コントローラ５７への入力用としてプリンタに取付けられる。
【００２１】
図３Ａ及び３Ｂに言及するに、本発明のヒータチップが、一連の成長層、堆積、マスキング、パターン化、フォトリソグラフィー、及び／又はエッチング、或いは、他のプロセス段階によって処理される基板であることを考えれば、このようにして得られ、単一のヒータスタック３１８として示されるヒータチップ３２５は、互いに重なる複数の薄いフィルム層を有する。特に、この薄いフィルム層は、基板３０２上の断熱層３０４、断熱層上の抵抗層３０６、使用に際して熱伝導によって抵抗層を加熱するための抵抗層上の導電層（正極と負極の部分、すなわち、陽極３０７、陰極３０８に分かれる）、抵抗層上におけるドープされたダイヤモンド類似カーボン層３１０、ならびに、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層上のキャビテーション層３１２を含むが、これらに限定されるものではない。
【００２２】
様々な実施態様において、薄いフィルム層は、化学蒸着（ＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＣＤ）、エピタキシー、イオンビーム蒸着、蒸発、スパッタリング又は他の同様の公知技術によって堆積される。好適なＣＶＤ法には、低圧（ＬＰ）、大気圧（ＡＰ）、プラズマ強化（ＰＥ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）などが含まれる。好適なエッチング法には、湿潤又は乾燥エッチング、反応性イオンエッチング、ディープ反応性イオンエッチングなどが含まれるが、これらに限定されるものではない。好適なフォトリソグラフィー段階には、紫外線又はＸ線の光源などによる露光が含まれるが、これらに限定されるものではなく、フォトマスキングには、フォトマスキング・アイランド及び／又はフォトマスキング・ホールが含まれる。アイランド又はホールの特定の実施態様は、マスク形状が、この分野において良く知られるクリアー−フィールドであるか又はダーク−フィールドであるかに依存する。
【００２３】
図３Ａ及び３Ｂから明らかなように、基板３０２は、その上に他の層が形成されるベース層を提供する。一つの実施態様では、基板は、ｐ−タイプで、１００結晶方位で、５〜２０オーム／ｃｍの抵抗率のシリコンウエハからなる。その初期厚さは、好ましくは、５２５＋／−２０ミクロン、６２５＋／−２０ミクロン、６２５＋／−１５ミクロンで、それぞれのウエハ直径は１００＋／−０．５０ｍｍ、１２５＋／−０．５０ｍｍ、１５０＋／−０．５０ｍｍのいずれでもよいが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
次の層は、断熱層３０４である。この層の幾つかの例には、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ又はＰＳＯＧのようなガラスが混合され、例えばその厚さが約１〜約３ミクロン、特に１．８２＋／−０．１５ミクロンの酸化シリコンが含まれる。この層は、堆積層と同様に成長層とすることができる。
【００２５】
次ぎに断熱層の表面上に堆積される層は、ヒータ又は抵抗層３０６である。抵抗層は、好ましくは、約１００オングストロームの厚さで約５０−５０％のタンタル−アルミニウムの複合層である。他の実施態様では、抵抗層には、ハフニウム、Ｈｆ、タンタル、Ｔａ、チタニウム、Ｔｉ、タングステン、Ｗ、ハフニウム−ジボライド、Ｈｆ−Ｂ２、タンタル−ナイトライド、ＴａＮ、ＴａＡｌ（Ｎ，Ｏ）、ＴａＡｌＳｉ、ＴａＳｉＣ、Ｔａ／ＴａＡｌの積層抵抗体、Ｔｉ（Ｎ，Ｏ）及びＷＳｉ（Ｏ）のいずれかから成る本質的な単体層又は複合層が含まれる。
【００２６】
抵抗層３０６の一部（例えば、ポイント１１８から１２０の間の部分は、上記抵抗層の一部から除かれる）の上に導電層が積層され、この導電層は、陽極３０７と陰極３０８を含む。一つの実施態様では、導電層は、約５０００＋／−１０％オングストロームの厚さで、約９９．５〜０．５％のアルミニウム−銅の複合体である。他の実施態様では、導電層は、単体、或いは、２％の銅を含むアルミニウム及び４％の銅を含むアルミニウムの複合体を含む。
【００２７】
陽極と陰極との間の抵抗層３０６の表面（ポイント１１８と１２０の間として）の距離は、ヒータ長さＬＨを規定する。ヒータ長さのほぼ下方の部分１０７では、抵抗層３０６は、抵抗厚さを規定する、表面１０８から表面１１０までの範囲の厚さを有する。図示するように、抵抗層３０６の幅もまた、ヒータ幅ＷＨを規定する。本願と同時に係属し、“インクジェット・プリントヘッド及びプリンタ用のヒータチップの形状”と題し、本明細書において参照する２００２年５月１４日に出願されたレックスマークの出願番号１０／１４６，５７８号において教示されるように、個々のヒータ３１８からインクを安定に噴射するのに必要なエネルギーは、ヒータ部分（ヒータ幅ＷＨ掛けるヒータ長さＬＨ）及びヒータ厚さＴＨ、すなわち、ヒータ容量の関数となる。ヒータ形状は、正方形又は方形を有するように描かれているが、幅ＷＨと長さＬＨによって単純に表わせない更に複雑な他の形状を用いてもよいことが理解される。しかしながら、ヒータ形状を複雑にしても、それは部分ＡＨを有する。ヒータ部分ＡＨは、陽極３０７と陰極３０８の間で規定される抵抗層３０６によって形成される。代表例として、本発明は、約３〜約４ＧＪ／ｍ３のエネルギー／容量の単一ヒータからの噴射インクを企図している。本発明では、３０ｎｇのインク滴が約１０００平方ミクロンのヒータ部分に対応するとして、２ｎｇのインク滴を形成するために、約３００平方ミクロンのヒータ部分を企図している。
【００２８】
ポイント１１８と１２０の間にある抵抗層３０６の表面部分と、導電層の上面３２０、３２１に沿った、ポイント１１６と１１８の間及びポイント１２０と１２２の間の部分とに、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層３１０が設けられる。一つの実施態様では、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層は、約５００〜約３０００オングストローム＋／−約１０％の本質的に均一な厚さを有する。他の実施態様では、この厚さは約８０００オングストローム程度である。
【００２９】
ドープされたダイヤモンド類似カーボン層のドーパントは、好ましくはシリコンを含むが、窒素、チタニウム、タンタル、誘電体なども含んでいてもよい。ドーパントがシリコンを含む場合には、好ましいシリコン濃度は約２０〜２５原子パーセントである。より好ましくは、この濃度は約２３原子パーセントである。
【００３０】
特に、ヒータ層の上のドープされたダイヤモンド類似の単一カーボン層は、二つのパッシベーション層を備えた従来のヒータチップに比べて優れたパッシベーション（保護）特性を与えることが発見された。単一層を用いることにより、プロセスフローから一つの堆積段階が省略されて製造プロセスが簡略化され、また、プロセス能力も改善される。これはまた、本質的に純粋なダイヤモンド類似カーボン層に比べて、下層への接着性が強化されることを示す。抵抗層上の純粋なダイヤモンド類似カーボン層の説明は、本明細書において参照され、レックスマークに譲渡され、“ＤＬＣアイランドを用いるエネルギー効率の良いヒータスタック”と題され、本出願と同時に係属する２００２年６月７日に出願された出願番号１０／１６５，５３４号において見られる。
【００３１】
残念ながら、ドープされたダイヤモンド類似の単一カーボン層は、ヒータのほぼ上にある部分３３０における腐蝕効果及び長期にわたる気泡崩壊効果に対する十分な耐久性を有していない。したがって、寿命を改善するために、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層の上面にキャビテーション層３１２が堆積される。ドープされたダイヤモンド類似カーボン層とキャビテーション層の二層が一緒になって、強化された接着性、パッシベーション及びキャビテーションの三つの機能を発揮する。
【００３２】
好適な実施態様では、キャビテーション層は、ドープされていないダイヤモンド類似カーボン、純粋な又はドープされたタンタル、純粋な又はドープされたチタニウム又は他の層を含む。他の実施態様では、キャビテーション層は、約５００〜約６０００オングストロームの本質的に均一な厚さを有する。一方、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層とキャビテーション層を組合せた厚さは、１０００オングストローム程度から９０００オングストロームである。しかしながら、実際の厚さは用途に依存する。
【００３３】
図示していないが、ノズルプレートは、ヒータのほぼ上にあるインクチャンバ部分３３０に気泡として形成されるインク滴を、使用に際して印刷媒体に向けて噴射させるために前述のヒータスタックに取付けられる。
【００３４】
本発明の他の特徴は、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層が、基板とガスプラズマとの間で約２００〜約１０００ボルトのバイアスをもって、従来のＰＥＣＶＤチャンバにおいて基板３０２上に形成されることである。好ましくは、ガスプラズマは、メタンとテトラメチルシランのガスを含む。キャビテーション層がドープされていないダイヤモンド類似カーボン層である場合には、その後に、チャンバへのテトラメチルシランガスの流れが止められ、それによって、純粋なダイヤモンド類似カーボンがプレート状に形成され、又は堆積する。これにより、プロセス段階が省略される。
【００３５】
他の実施態様では、ダイヤモンド類似カーボン層は、約１０００〜２０００オングストローム／分の堆積速度をもって、約３０〜３５ＫＷ／ｍ２の電力密度を用いて約３０ミリｔｏｒｒの圧力で堆積される。
【００３６】
最後に、前述の説明が本発明の例示及び様々な特徴の説明を目的として表わされる。しかしながら、この説明は、本発明を網羅したものではなく、又は、本発明を開示した通りの形態に限定するものではない。したがって、上述の実施態様は、本発明の原理及び実際における応用の最良の例示を提供するために選択されたものであり、それによって、当業者は、企図される特定の使用に適合するように、様々な実施態様において様々な修正をもって本発明を利用することができる。公正に、法律的に、かつ、衡平に権利が与えられる添付の特許請求の範囲を解釈する際に、上記全ての修正及び変更は、この特許請求の範囲によって決定される本発明の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層及びそれを覆うキャビテーション層を備えたヒータチップを有する本発明のインクジェット・プリントヘッドの斜視図である。
【図２】図２は、本発明のインクジェット・プリントヘッドを備えるインクジェット・プリンタの斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層及びそれを覆うキャビテーション層を有する本発明に係るヒータチップのヒータスタックの斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ドープされたダイヤモンド類似カーボン層及びそれを覆うキャビテーション層を有する本発明に係るヒータチップのヒータスタックの平面図である。
【図１】
2006512234.tif 000003
【図２】
2006512234.tif 000004
【図３Ａ】
2006512234.tif 000005
【図３Ｂ】
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【国際調査報告】
2006512234.tif 000007