(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の薄膜層を含む薄膜基板であって、前記複数の薄膜層がタンタルのパッシベーション層を備えている前記薄膜基板と、
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であって、前記タンタルのパッシベーション層が前記複数のインク発射ヒータ抵抗器上に配置されている前記複数のインク発射ヒータ抵抗器と、
複数のインク・チャンバが形成されているポリマー材料でできているバリア層であって、前記複数のインク発射ヒータ抵抗器のそれぞれの上に前記複数のインク・チャンバのそれぞれが配置されている前記ポリマーでできているバリア層と、
前記ポリマーでできているバリア層を前記薄膜基板に接合するため、前記複数のインク発射ヒータ抵抗器と前記ポリマーでできているバリア層との間に形成されているダイアモンド状の炭素層が、前記複数の薄膜層において、前記パッシベーション層と接しており、前記ダイアモンド状の炭素層に接して前記ポリマーでできているバリア層が配置されている前記ダイアモンド状の炭素層とを含むことを特徴とする薄膜プリントヘッド。
【請求項２】
前記ダイアモンド状の炭素層が、前記インク発射ヒータ抵抗器を形成する前記薄膜層と重なる領域において除去されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜プリントヘッド。
【請求項３】
前記ダイアモンド状の炭素層と前記複数の薄膜層の間に接着層をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜プリントヘッド。
【請求項４】
前記ダイアモンド状の炭素層が、少なくとも２５％の元素炭素を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜プリントヘッド。
【請求項５】
前記ダイアモンド状の炭素層が、約３５％から約１００％の元素炭素を含むことを特徴とする請求項４に記載の薄膜プリントヘッド。
【請求項６】
前記ダイアモンド状の炭素層が、約７５％から約１００％の元素炭素を含むことを特徴とする請求項５に記載の薄膜プリントヘッド。
【請求項７】
前記ダイアモンド状の炭素層が、ｓｐ2 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ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜プリントヘッド。
【請求項８】
前記ダイアモンド状の炭素層が、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ことを特徴とする請求項７に記載の薄膜プリントヘッド。
【請求項９】
前記ダイアモンド状の炭素層が、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ことを特徴とする請求項８に記載の薄膜プリントヘッド。
【請求項１０】
炭素を含むガスを前記薄膜基板の上に通すことによって前記ダイアモンド状の炭素層が前記薄膜基板上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜プリントヘッド。
【請求項１１】
前記炭素を含むガスがメタンであることを特徴とする請求項１０に記載の薄膜プリントヘッド。
【請求項１２】
前記ダイアモンド状の炭素層が、高度プラズマＣＶＤ法によって形成されることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜プリントヘッド。
【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)、Vol. 43, No. 4 (August 1992)、Vol 43, No. 6 (December 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１００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 pressure laminated)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２９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１１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(outer edge fed)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５，３１７，３４６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,ＤＬＣ）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。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７１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５９，６０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４，４９７，８９０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４，４９７，８９０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５３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(predeposition)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５４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５５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５５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２５％の元素炭素、より好ましくは、約３５％から約１００％の元素炭素、最も好ましくは、約７５％から約１００％の元素炭素、を含む。本発明のＤＬＣ層は、通常ｓｐ2 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 et al, Physical Review B Vol. 53, Number 3, page 1594、Tamor et al, Applied Physics Letters, Vol. 58, no. 6, page 592、およびShroder et al, Physical Review 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-frequency, 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 chemical 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、ＰＥＣＶＤ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 cyclotrone 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１２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】
0004245694.tif 000002
【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（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）。
【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、ｓｐ2 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（６３）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（６３）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１２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（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
【図１】
0004245694.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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