JP2000037893A

JP2000037893A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JP2000037893A
Application number: JP10204972A
Authority: JP
Inventors: Junichi Yoneda; 純一米田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2000-02-08
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP3118221B2; US6256052B1

Abstract

(57)【要約】【課題】保護膜の腐食や摩耗が極めて少なく、しかも熱
や機械的衝撃に対しても保護膜の割れや剥離の発生を防
止して、十分な耐久性を有し、長期に渡って高い信頼性
を発揮し、これにより、長期に渡って高画質の感熱記録
を安定して行うことができるサーマルヘッドを提供す
る。【解決手段】発熱素子を保護する保護膜として、炭素を
主成分とするカーボン保護膜と、前記カーボン保護膜よ
りも下に少なくとも１層形成される絶縁性の下層保護膜
とを有し、かつ、前記下層保護膜の少なくとも１層の酸
素含有率が、５原子％以下であることにより、前記課題
を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種のプリンタ、
プロッタ、ファックス、レコーダ等に記録手段として用
いられる、感熱記録を行うサーマルヘッドの技術分野に
属する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断画像の記録に、フィルム等を
支持体として感熱記録層を形成してなる感熱材料を用い
た感熱記録が利用されている。また、感熱記録は、湿式
の現像処理が不要であり、取り扱いが簡単である等の利
点を有することから、近年では、超音波診断のような小
型の画像記録のみならず、ＣＴ診断、ＭＲＩ診断、Ｘ線
診断等の大型かつ高画質な画像が要求される用途におい
て、医療診断のための画像記録への利用も検討されてい
る。

【０００３】周知のように、感熱記録は、感熱材料を加
熱して画像を記録する、発熱抵抗体と電極とを有する発
熱素子が一方向（主走査方向）に配列されてなる発熱体
（グレーズ）が形成されたサーマルヘッドを用い、グレ
ーズを感熱材料に若干押圧した状態で、両者を前記主走
査方向と直交する副走査方向に相対的に移動しつつ、Ｍ
ＲＩやＣＴ等の画像データ供給源から供給された記録画
像の画像データに応じて、グレーズの各画素の発熱素子
にエネルギーを印加して発熱させることにより、感熱材
料の感熱記録層を加熱して発色させて画像記録を行う。

【０００４】このサーマルヘッドのグレーズには、感熱
材料を加熱する発熱体、あるいはさらに電極等を保護す
るため、その表面に保護膜が形成されている。従って、
感熱記録時に感熱材料と接触するのは、この保護膜で、
発熱体は、この保護膜を介して感熱材料を加熱し、これ
により感熱記録が行われる。保護膜の材料には、通常、
耐摩耗性を有するセラミック等が用いられているが、保
護膜の表面は、感熱記録時には加熱された状態で感熱材
料と慴接するため、記録を重ねるにしたがって摩耗し、
劣化する。

【０００５】この摩耗が進行すると、感熱画像に濃度ム
ラが生じたり、保護膜としての強度が保てなくなるた
め、発熱体等を保護する機能が損なわれ、最終的には、
画像記録ができなくなる状態に陥る（ヘッド切れ）。特
に、前述の医療用途のように、高品質で、かつ高画質な
多階調画像が要求される用途においては、高品質化およ
び高画質化を計るために、ポリエステルフィルム等の高
剛性の支持体を使用する感熱フィルムを用い、さらに、
記録温度（印加エネルギー）や、感熱材料へのサーマル
ヘッドの押圧力を高く設定する方向にある。そのため、
通常の感熱記録に比して、サーマルヘッドの保護膜にか
かる力や熱が大きく、摩耗や腐食（腐食による摩耗）が
進行し易くなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなサーマルヘ
ッドの保護膜の摩耗を防止し、耐久性を向上する方法と
して、保護膜の性能を向上する技術が数多く検討されて
おり、中でも特に、耐摩耗性や耐蝕性に優れた保護膜と
して、炭素を主成分とする保護膜（以下、カーボン保護
膜とする）が知られている。例えば、特公昭６１−５３
９５５号および特公平４−６２８６６（前記出願の分割
出願）の各公報には、サーマルヘッドの保護膜として、
ビッカーズ硬度が４５００ｋｇ／ｍｍ² 以上のカーボン
保護膜を形成することにより、優れた耐摩耗性と共に、
保護膜を十分に薄くして優れた応答性も実現したサーマ
ルヘッド、およびその製造方法が開示されている。ま
た、特開平７−１３２６２８号公報には、下層のシリコ
ン系化合物層と、その上層のダイヤモンドライクカーボ
ン層との２層構造の保護膜を有することにより、保護膜
の摩耗および破壊を大幅に低減し、高画質記録が長期に
渡って可能なサーマルヘッドが開示されている。

【０００７】カーボン保護膜は、ダイヤモンドに極めて
近い特性を有するもので、非常に硬度が高く、また、化
学的にも安定である。そのため、感熱材料との摺接に対
する耐摩耗性や耐蝕性という点では優れた特性を発揮す
る。しかしながら、カーボン保護膜は、優れた耐摩耗性
を有するものの、硬いが故に脆い、すなわち靭性が低
い。そのため、発熱素子の加熱によるヒートショックや
熱的なストレス、カーボン保護膜とこれに接する層との
熱膨張係数の違いによるストレス、記録中に感熱材料と
サーマルヘッド（グレーズ）との間に混入する異物によ
る機械的衝撃等によって、比較的容易に割れや剥離が生
じてしまうという問題点がある。保護膜に割れや剥離が
生じると、ここから摩耗や腐食、さらには腐食による摩
耗が進行して、サーマルヘッドの耐久性が低下してしま
い、やはり、長期に渡って高い信頼性を発揮することは
できない。

【０００８】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決することにあり、炭素を主成分とする保護膜を有す
るサーマルヘッドであって、保護膜の腐食や摩耗が極め
て少なく、しかも熱や機械的衝撃に対しても保護膜の割
れや剥離の発生を防止して、十分な耐久性を有し、長期
に渡って高い信頼性を発揮し、これにより、長期に渡っ
て高画質の感熱記録を安定して行うことができるサーマ
ルヘッドを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、発熱素子を保護する保護膜として、炭素
を主成分とするカーボン保護膜と、前記カーボン保護膜
よりも下に少なくとも１層形成される絶縁性の下層保護
膜とを有し、かつ、前記下層保護膜の少なくとも１層の
酸素含有率が、５原子％以下であることを特徴とするサ
ーマルヘッドを提供する。

【００１０】また、前記下層保護膜のうち、少なくとも
最上層の酸素含有率が５原子％以下であるのが好まし
く、また、前記カーボン保護膜と下層保護膜との間に、
さらに、４Ａ族の金属、５Ａ族の金属、６Ａ族の金属、
珪素およびゲルマニウムからなる群より選択される少な
くとも１種を主成分とする中間層保護膜を少なくとも１
層有するのが好ましく、また、前記中間層保護膜を有す
る場合には、この中間層保護膜の酸素含有率も、５原子
％以下であるのが好ましい。なお、中間層を複数層有す
る場合には、少なくとも１層は酸素含有率が５原子％以
下であるのが好ましく、特に、全層の酸素含有率が５原
子％以下であるのが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のサーマルヘッドに
ついて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に
説明する。

【００１２】図１に、本発明にかかるサーマルヘッドの
発熱素子の概略断面図を示す。図示例のサーマルヘッド
１０は、例えば、最大Ｂ４サイズまでの画像記録が可能
な、約３００ｄｐｉの記録（画素）密度の感熱記録を行
うもので、保護膜に特徴を有する以外は、感熱材料Ａへ
の感熱記録を行う発熱素子が一方向（主走査方向図１
において紙面と垂直方向）に配列されて形成された公知
の構成を有するものである。なお、本発明のサーマルヘ
ッド１０の幅（主走査方向）、解像度（記録密度）、記
録階調等には特に限定は無いが、幅は５ｃｍ〜５０ｃ
ｍ、解像度は６ｄｏｔ／ｍｍ（約１５０ｄｐｉ）以上、
記録階調は２５６階調以上であるのが好ましい。

【００１３】また、本発明のサーマルヘッド１０で感熱
記録を行う感熱材料Ａは、透明なポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）フィルム等を支持体として、その一面
に感熱記録層を形成してなる、通常の感熱材料である
が、良好なスティッキングの低減等の点で、潤滑剤を含
有する感熱材料Ａが好適に利用される。

【００１４】図１に示されるように、サーマルヘッド１
０（そのグレーズ）は、基板１２の上（図示例におい
て、サーマルヘッド１０は、上から感熱材料Ａに押圧さ
れるので、図１中では下となる）に形成されるグレーズ
層（畜熱層）１４と、その上に形成される発熱（抵抗）
体１６と、その上に形成される電極１８と、その上に形
成される、発熱体１６および電極１８からなる発熱素子
等を護するための保護膜とを有して構成される。図示例
のサーマルヘッド１０の保護膜は、発熱体１６および電
極１８を覆って形成される下層保護膜２０と、下層保護
膜２０の上に形成される中間層保護膜２２（以下、中間
層２２とする）と、中間層２２の上に上層保護膜として
形成される炭素を主成分とする保護膜、すなわちカーボ
ン保護膜２４とからなる３層構成を有する。

【００１５】本発明のサーマルヘッド１０は、保護膜以
外は、基本的に公知のサーマルヘッドと同様の構成を有
する。従って、それ以外の層構成や各層の材料には特に
限定はなく、公知のものが各種利用可能である。具体的
には、基板１２としては耐熱ガラスやアルミナ、シリ
カ、マグネシアなどのセラミックス等の電気絶縁性材料
が、グレーズ層１４としては耐熱ガラスやポリイミド樹
脂等の耐熱性樹脂等が、発熱体１６としてはニクロム
（Ni-Cr)、タンタル、窒化タンタル等の発熱抵抗体が、
電極１８としてはアルミニウム、銅等の導電性材料が、
各種利用可能である。なお、発熱素子（グレーズ）に
は、真空蒸着、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 、
スパッタリング等のいわゆる薄膜形成技術およびフォト
エッチング法を用いて形成される薄膜型発熱素子と、ス
クリーン印刷などの印刷ならびに焼成によるいわゆる厚
膜形成技術を用いて形成される厚膜型発熱素子とが知ら
れているが、本発明に用いられるサーマルヘッド１０
は、いずれの方法で形成されたものであってもよい。

【００１６】本発明のサーマルヘッド１０に形成される
下層保護膜２０としては、絶縁性で、かつサーマルヘッ
ドの保護膜となりうる耐熱性、耐蝕性および耐摩耗性を
有する材料であれば、公知の材料が各種利用可能であ
り、好ましくは、各種のセラミックス材料が例示され
る。具体的には、窒化珪素(Si₃N₄) 、炭化珪素(SiC) 、
酸化タンタル(Ta₂O₅) 、酸化アルミニウム(Al₂O₃) 、サ
イアロン(SiAlON)、酸化珪素(SiO₂)、窒化アルミニウム
(AlN) 、窒化ホウ素(BN)、酸化セレン(SeO) 、窒化チタ
ン(TiN) 、炭化チタン(TiC) 、炭窒化チタン(TiCN)、窒
化クロム(CrN) 、およびこれらの混合物等が例示され
る。中でも特に、成膜の容易性や製造コスト、機械的摩
耗や化学的摩耗に対する耐摩耗性等の点で、窒化物、炭
化物が好ましく、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン等が
好適に利用される。また、下層保護膜２０には、物性調
整のため、金属等の微量の添加物が含まれてもよい。

【００１７】下層保護膜２０の形成方法には特に限定は
なく、前述の厚膜形成技術や薄膜形成技術等を用いて、
スパッタリング、特にマグネトロンスパッタリングや、
ＣＶＤ、特にプラズマＣＶＤ等の、公知のセラミックス
膜（層）の成膜方法で形成すればよいが、中でもＣＶＤ
が好適に利用される。周知のように、ＣＶＤは、反応室
中に導入した気体原料に、熱や光等のエネルギを加え、
種々の化学反応を誘起させて、基板上に物質を堆積被覆
して成膜する技術であるが、下層保護膜２０をＣＶＤで
形成することにより、非常に緻密で、しかもクラック等
の欠損部がない下層保護膜２０を形成することができ、
その結果、より耐久性に優れ、かつ画質的にも有利なサ
ーマルヘッドを作成することができる。

【００１８】下層保護膜２０の厚さには特に限定はない
が、好ましくは０．２μｍ〜２０μｍ程度、より好まし
くは２μｍ〜１５μｍ程度である。下層保護膜２０の厚
さを上記範囲とすることにより、耐摩耗性と熱伝導性
（すなわち記録感度）とのバランスを好適に取ることが
できる等の点で好ましい結果を得る。また、下層保護膜
２０は多層構成でもよい。下層保護膜２０を多層構成と
する際には、異なる材料を用いて多層構成としてもよ
く、あるいは、同じ材料で密度等の異なる層を有する多
層構成であってもよく、あるいは、その両者を有するも
のであってもよい。

【００１９】ここで、本発明のサーマルヘッドは、少な
くとも、カーボン保護膜と、カーボン保護膜よりも下に
形成される下層保護膜２０を有するものであり、かつ、
下層保護膜２０は、少なくとも１層が、酸素含有量が５
ａｔｍ％（原子％）以下、好ましくは、３ａｔｍ％以下
であることを、その基本的な構成とする。

【００２０】カーボン保護膜２４は化学的に非常に安定
であるため、カーボン保護膜２４を有することにより、
下層保護膜２０、電極１８、発熱層１６等の化学腐食を
好適に防止し、良好な耐久性を有する長寿命なサーマル
ヘッドが得られるのは前述の通りであるが、本発明にお
いては、このような構成を有することにより、カーボン
保護膜２４あるいはさらに中間層２２の密着性を向上し
て、前述のヒートショックや熱ストレス、下層との熱膨
張係数の違いによるストレス、不純物による機械的衝撃
等に起因する、カーボン保護膜２４の割れや剥離を防止
して、より耐久性および信頼性に優れた、より長寿命な
サーマルヘッドを実現している。

【００２１】酸素含有量が５ａｔｍ％以下である下層保
護膜２０の形成方法には特に限定はなく、組成等に応じ
て、各種の方法が利用可能である。例えば、下層保護膜
２０をスパッタリングで成膜する際には、成膜中に系内
に供給する酸素量を調整すればよい。一般的に、セラミ
ックス材料をスパッタリングで成膜する際には、量産適
性等を確保するために、プラズマ発生用のアルゴンガス
等に酸素ガスを混合している。この酸素ガスの量を調整
することによって、膜中の酸素量をコントロールでき、
酸素ガス量を低減することにより、酸素含有量が５ａｔ
ｍ％以下の下層保護膜２０を形成することができる。な
お、成膜条件は、例えば、実験によって求めればよい。

【００２２】また、ＣＶＤで酸素含有量が５ａｔｍ％以
下の下層保護膜２０を成膜する際には、高周波（ＲＦ）
やマイクロ波（μＷ）等を用いてプラズマを発生させる
プラズマＣＶＤ等において、通常、反応性ガスの一種と
して使用される酸素ガス流量をコントロールしつつ、成
膜する方法が例示される。下層保護膜２０の酸素含有量
は、例えば、反応性ガスである酸素の流量と膜中の酸素
量との関係を実験的に求めておき、それに応じて、成膜
中の酸素流量を調整してコントロールすればよい。

【００２３】前述のように、下層保護膜２０は複数層で
あってもよいが、その際には、下層保護膜２０の少なく
とも１層の酸素含有量を５ａｔｍ％以下とすればよい。
しかしながら、より良好なカーボン保護膜２４の密着性
を得るためには、少なくとも、カーボン保護膜２４に最
も近い層（すなわち最上層）は酸素含有量を５ａｔｍ％
以下とするのが好ましく、特に、全層の酸素含有量が５
ａｔｍ％以下であるのが好ましい。

【００２４】図示例のサーマルヘッド１０は、このよう
な下層保護膜２０の上に中間層２２を形成し、その上に
カーボン保護膜２４を有する３層構成の保護膜を有す
る。前述のように、下層保護膜２０の上層にカーボン保
護膜２４を有することにより、超寿命なサーマルヘッド
を得ることができるが、さらに、この中間層２２を有す
ることにより、下層保護膜２０とカーボン保護膜２４の
密着性、衝撃吸収性等を向上し、より、耐久性や長期信
頼性に優れた、長寿命のサーマルヘッドを実現できる。

【００２５】サーマルヘッド１０に形成される中間層２
２としては、周期表４Ａ族（４族＝チタン族）の金属、
同５Ａ族（５族＝バナジウム族）の金属、同６Ａ族（６
族＝クロム族）の金属、Ｓｉ（珪素）およびＧｅ（ゲル
マニウム）からなる群より選択される少なくとも１種を
主成分とするのが、上層であるカーボン保護膜２４およ
び下層である下層保護膜２０との密着性、ひいてはカー
ボン保護膜２４の耐久性の点から好ましい。具体的に
は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、
Ｍｏ（モリブデン）およびこれらの混合物等が好適に例
示される。中でも特に、カーボンとの結合性等の点で、
Ｓｉ、Ｍｏが好ましく、最も好ましくはＳｉである。

【００２６】中間層２２の形成方法には特に限定はな
く、前述の厚膜形成技術や薄膜形成技術等を用いて、中
間層２２の形成材料に応じた公知の成膜方法で形成すれ
ばよいが、好ましい一例として、スパッタリングが例示
され、また、プラズマＣＶＤも利用可能である。また、
中間層２２は多層構成としてもよい。中間層２２を多層
構成とする際には、異なる材料を用いて多層構成として
もよく、あるいは、同じ材料で密度等の異なる層を有す
る多層構成であってもよく、あるいは、その両者を有す
るものであってもよい。

【００２７】なお、本発明においては、中間層２２も酸
素含有量を５ａｔｍ％以下とするのが好ましい。また、
中間層２２を多層構成にする場合には、少なくとも１層
の酸素含有量を５ａｔｍ％以下とするのが好ましく、特
に、全層の酸素含有量を５ａｔｍ％以下とするのが好ま
しい。

【００２８】ここで、中間層２２の形成に先立って、ラ
ッピングやエッチング等による処理を行ってもよい。こ
れにより、下層保護膜２０と中間層２２との間、ならび
に中間層２２とカーボン保護膜２４との間における密着
力を向上でき、サーマルヘッドの耐久性を向上できる。
この際における下層保護膜２０の表面粗度には特に限定
はないが、Ｒａ値で１ｎｍ〜０．１μｍが好適である。

【００２９】図示例のサーマルヘッド１０においては、
この中間層２２の上に、炭素を主成分とするカーボン保
護膜２４が形成される。なお、本発明において、炭素を
主成分とするカーボン保護膜２４とは、５０ａｔｍ％超
の炭素を含有するカーボン膜で、好ましくは炭素および
不可避的不純物からなるカーボン膜のことである。本発
明のサーマルヘッドにおいて、カーボン保護膜２４を形
成する炭素以外の添加成分としては、水素、窒素、フッ
素、Ｓｉ、およびＴｉ等が好適に例示される。添加成分
が水素、窒素およびフッ素である場合には、カーボン保
護膜２４中のこれらの含有量が５０ａｔｍ％未満である
のが好ましく、添加成分がＳｉおよびＴｉである場合に
は、カーボン保護膜２４中のこれらの含有量が２０ａｔ
ｍ％以下であるのが好ましい。

【００３０】このようなカーボン保護膜２４の成膜方法
には特に限定はなく、目的とするカーボン保護膜２４の
組成に応じた、公知の成膜方法がすべて利用可能である
が、好ましい方法として、スパッタリング、特にマグネ
トロンスパッタリングや、ＣＶＤ、特にプラズマＣＶＤ
が好適に例示される。

【００３１】カーボン保護膜２４は、５０℃〜４００℃
程度、特に、サーマルヘッド１０の使用温度に加熱しな
がら形成してもよい。これにより、カーボン保護膜２４
と中間層２２ひいては下層保護膜２０との密着性をさら
に向上でき、ヒートショックや感熱記録中の異物混入に
よる機械的衝撃による割れや剥離、ならびに高パワー記
録によるカーボン膜の変質や消失に対する、より一層優
れた耐久性を得ることができる。なお、加熱は、ヒータ
等の加熱手段を用いる方法や、サーマルヘッド１０に通
電する方法で行えばよい。

【００３２】カーボン保護膜２４の硬度には特に限定は
なく、サーマルヘッドの保護膜として十分な硬度を有す
ればよいが、例えば、ビッカーズ硬度で３０００ｋｇ／
ｍｍ ² 〜５０００ｋｇ／ｍｍ² 程度が好適に例示され
る。また、この硬度は、カーボン保護膜２４の厚さ方向
に対して、一定でも異なるものであってもよく、厚さ方
向に硬度が異なる場合には、硬度の変化は連続的でも段
階的でもよい。

【００３３】本発明のサーマルヘッド１０において、中
間層２２およびカーボン保護膜２４の厚さには特に限定
はないが、下層保護膜２０、中間層２２およびカーボン
保護膜２４を有する３層構成の保護膜を有する場合に
は、中間層２２は、好ましくは０．０５μｍ〜１μｍ、
より好ましくは０．１μｍ〜１μｍであり、カーボン保
護膜２４の厚さは、好ましくは０．５μｍ〜５μｍ、よ
り好ましくは１μｍ〜３μｍである。中間層２２がカー
ボン保護膜２４に対して厚すぎると、中間層２２の割
れ、剥離が生じる場合があり、逆に、中間層２２が薄す
ぎると、中間層としての機能を十分に発揮できなくなっ
てしまう。これに対し、中間層２２およびカーボン保護
膜２４の厚さを上記範囲内とすることにより、中間層２
２の有する下層への密着力および衝撃吸収力、カーボン
保護膜２４の有する耐久性等の機能を、安定して、バラ
ンス良く実現できる。

【００３４】なお、本発明のサーマルヘッドに形成され
る保護膜は、前述の構成に限定はされず、カーボン保護
膜２４およびカーボン保護膜２４よりも下に形成される
下層保護膜２０を有し、かつ、保護膜の最下層の酸素含
有量が５ａｔｍ％以下であれば、各種の構成が利用可能
である。

【００３５】例えば、中間層２２を有さず、下層保護膜
２０の上にカーボン保護膜２４を直接形成した、２層構
成の保護膜であってもよい。この場合は、下層保護膜２
０の厚さは０．５μｍ〜５０μｍ、特に、２μｍ〜２０
μｍが好ましく、カーボン保護膜２４の厚さは、０．１
μｍ〜５μｍ、特に、１μｍ〜３μｍが好ましい。

【００３６】あるいは、カーボン保護膜２４を形成した
後、その表面に潤滑剤やワックスを塗布し、あるはさら
に、ヒータ等を用いた加熱やサーマルヘッドの駆動によ
って焼き付けてもよい。この際においては、カーボン保
護膜２４を酸素エッチングした後に、潤滑剤等の塗布お
よび焼き付けを行ってもよい。潤滑剤やワックスには特
に限定はなく、各種のものが利用可能であるが、例え
ば、感熱材料Ａに含有される潤滑剤や、耐熱性を有する
コーティング剤、好ましくは滑性に優れるコーティング
剤が各種利用可能である。さらに、カーボン保護膜２４
を形成した後に、その上に、前述の窒化珪素や炭化珪
素、ＳｉやＭｏ等の保護膜等を形成してもよい。

【００３７】図２に、本発明のサーマルヘッドの保護膜
の形成に好適な成膜装置の概念図を示す。図示例の成膜
装置５０は、基本的に、真空チャンバ５２と、ガス導入
部５４と、第１スパッタリング手段５６と、第２スパッ
タリング手段５８と、プラズマ発生手段６０と、バイア
ス電源６２と、基板ホルダ６４とを有して構成される。

【００３８】この成膜装置５０は、系内すなわち真空チ
ャンバ５２内に２つのスパッタリングによる成膜手段と
プラズマＣＶＤによる成膜手段を有するものであり、異
なる組成の複数層の成膜を連続的に行うことが可能であ
る。従って、成膜装置５０を用いることにより、例え
ば、異なるターゲットを用いたスパッタリングによっ
て、あるいはスパッタリングとプラズマＣＶＤとによっ
て、下層保護膜２０、中間層２２、カーボン保護膜２４
等の形成を、効率よく行うことができる。

【００３９】真空チャンバ５２は、ＳＵＳ３０４等の非
磁性材料で形成されるのが好ましく、内部（成膜系内）
を排気して減圧とする真空排気手段６６が配置される。
真空チャンバ５２内のプラズマやプラズマ発生用の電磁
波によってアークが発生する箇所は、ＭＣナイロン、テ
フロン（ＰＴＦＥ）等の絶縁部材で覆ってもよい。

【００４０】ガス導入部５４は、２つのガス導入管５４
ａおよび５４ｂを有する。一例として、ガス導入管５４
ａは、プラズマを発生するためのガスを導入し、ガス導
入管５４ｂは、プラズマＣＶＤの反応ガスを導入する。

【００４１】なお、プラズマ発生用のガスとしては、例
えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン等の不活性ガスが用
いられる。カーボン保護膜２４を成膜するための反応ガ
スとしては、メタン、エタン、プロパン、エチレン、ア
セチレン、ベンゼン等の炭化水素化合物のガスが例示さ
れ、中間層２２を成膜するための反応ガスとしては、中
間層２２の形成材料を含む各種のガスが例示される。さ
らに、下層保護膜２０を成膜するための反応ガスとして
は、下層保護膜２０の形成材料を含む各種のガスが例示
され、例えば、下層保護膜２０として窒化珪素膜を作製
する際には、反応ガスとして、シラン、窒素および酸素
の混合ガス等を用いればよい。

【００４２】スパッタリングでは、カソードにスパッタ
リングするターゲット材を配置し、カソードを負電位に
すると共に、ターゲット材の表面にプラズマを発生させ
ることにより、ターゲット材（その原子）を弾き出し
て、対向した配置した基板の表面に付着させ、堆積する
ことにより成膜する。第１スパッタリング手段５６およ
び第２スパッタリング手段５８は、共に、スパッタリン
グによって基板表面に成膜を行うものであり、第１スパ
ッタリング手段５６は、カソード６８、ターゲット材７
０の配置部、シャッタ７２および高周波（ＲＦ）電源７
４等を有して構成され、他方、第２スパッタリング手段
５８は、カソード７６、ターゲット材７０の配置部、シ
ャッタ７８および直流電源８０等を有して構成される。
上記構成より明らかなように、第１スパッタリング手段
５６と第２スパッタリング手段５８は、配置位置および
電源が異なる以外は基本的に同じ構成を有するので、以
下の説明は、異なる部分以外は、第１スパッタリング手
段５６を代表例として行う。

【００４３】第２スパッタリング手段５８において、タ
ーゲット材７０の表面にプラズマを発生する際には、直
流電源８０のマイナス側を直接カソード７６に接続し、
スパッタリングのための電圧を印加する。両電源の出力
や性能には特に限定はなく、目的とする成膜に必要にし
て必要にして十分な性能を有するものを選択すればよ
い。例えば、カーボン保護膜２４の形成を行う装置であ
れば、最高出力１０ｋｗの負電位の直流電源を用い、変
調器によって２ｋＨｚ〜１００ｋＨｚでパルス状に変調
できるように構成した直流電源を用いればよい。

【００４４】図示例においては、無酸素銅やステンレス
等からなるバッキングプレート８２（８４）をカソード
６８に固定し、その上にターゲット材７０をＩｎ系ハン
ダや機械的な固定手段で固定する。なお、下層保護膜２
０の形成に用いられるターゲット材７０としては、前述
の各種のセラミックス材料、ＳｉＮ、ＳｉＡｌＮ等が好
適に例示される。また、中間層２２の形成に用いられる
ターゲット材７０としては、４Ａ族、５Ａ族、６Ａ族の
各金属や、ＧｅやＳｉの単結晶等が好適に例示される。
さらに、カーボン保護膜２４を形成するために用いられ
るターゲット材７０としては、焼結カーボン材、グラッ
シーカーボン材等が好適に例示される。

【００４５】また、図示例の装置は、マグネトロンスパ
ッタリングを行うものであり、カソード６８の内部に
は、磁石６８ａ（７６ａ）が配置される。マグネトロン
スパッタリングは、ターゲット材７０表面に磁場を形成
してプラズマを閉じ込めてスパッタリングを行うもので
あり、成膜速度が早い点で好ましい。

【００４６】図示例の成膜装置５０は、マイクロ波とＥ
ＣＲ磁場とによってプラズマを発生させる、マイクロＥ
ＣＲ波放電を利用するプラズマＣＶＤでカーボン保護膜
２４等の成膜を行うものであり、プラズマ発生手段６０
は、マイクロ波電源８６、磁石８８、マイクロ波導波管
９０、同軸変調器９２、誘電体板９４、放射状アンテナ
９６等を有して構成される。マイクロ波電源８６は、カ
ーボン保護膜２４等の成膜に必要にして十分な出力を有
するものを適宜選択すればよい。また、ＥＣＲ磁場発生
用の磁石８８にとしては、所望の磁場を形成できる永久
磁石や電磁石を適宜用いればよい。真空チャンバ５２内
へのマイクロ波の導入は、マイクロ波導波管９０、同軸
変調器９２、誘電体板９４等を用いて行われる。

【００４７】基板ホルダ６４は、サーマルヘッド１０
（その本体）等の被成膜材（成膜基板）を固定するもの
である。図示例の成膜装置５０は、３つの成膜手段を有
するものであり、基板ホルダ６４は各成膜手段、すなわ
ちスパッタリング手段５６および５８と、プラズマＣＶ
Ｄを行うプラズマ発生手段６０に基板となるグレーズを
対向できるように、基板ホルダ６４を揺動する回転部９
８に保持されている。また、基板ホルダ６４とターゲッ
ト材７０や放射状アンテナ９６との距離は、公知の方法
で調整可能にされる。なお、基板とターゲット材７０も
しくは放射状アンテナ９６との距離は、膜厚分布が均一
になる距離を選択設定すればよい。

【００４８】ここで、前述のように、下層保護膜２０や
中間層２２の表面は、必要に応じてエッチングで粗面化
される。さらに、プラズマＣＶＤで硬質膜を得るために
は、基板に負のバイアス電圧を印加しながら成膜を行う
のが好ましい。そのため成膜装置５０では、基板ホルダ
６４に高周波電圧を印加するバイアス電源６２が接続さ
れる。また、プラズマＣＶＤの際には、高周波の自己バ
イアス電圧を使用するのが好ましい。

【００４９】以上、本発明のサーマルヘッドについて詳
細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変
更等を行ってもよいのはもちろんである。

【００５０】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明
をより詳細に説明する。［実施例］公知のサーマルヘッドの製造方法と同様にし
て、基板１２上に蓄熱層１４を形成し、その上に発熱体
１６と電極１８をスパッタリングで成膜して、フォトリ
ソグラフィーおよびエッチングによってパターンを形成
し、保護膜を有さない、基となるサーマルヘッドを作製
した。得られたサーマルヘッドに、下記に示されるよう
にして、厚さ７μｍの窒化珪素膜を成膜して、下層保護
膜２０を作製した。

【００５１】＜下層保護膜２０の作製＞通常のスパッタ
リング装置によって、２ｋＷ〜５ｋＷのＲＦパワーによ
るマグネトロンスパッタリングで成膜を行った。ターゲ
ット材は、ＳｉＮ焼結剤を用いた。チャンバ内に導入す
るスパッタ用ガスは、キャリアガスとしてＡｒを１００
[sccm]〜２００[sccm]、反応ガスとして、窒素ガスを２
[sccm]〜５０[sccm]、酸素ガスを２[sccm]〜５０[sccm]
を用い、トータルのガス圧（チャンバ内の圧力）は２ｍ
Torr〜８ｍTorrとした。

【００５２】なお、サーマルヘッドの作製に先立ち、上
記成膜条件における、Ａｒガス流量に対する窒素ガスお
よび酸素ガスの流量比と、得られる窒化珪素膜中の酸素
含有量（ａｔｍ％）との関係を調べておいた。成分分析
は、ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray Spectrometer
エネルギー分散型Ｘ線分光器）を用いた。下層保護膜２
０の成膜の際には、これに基づいて各スパッタ用ガスの
流量を調整し、互いに異なる酸素含有率の窒化珪素膜を
下層保護膜２０として有する、３種のサーマルヘッドを
作製した。各サーマルヘッドの下層保護膜２０の酸素含
有量は、それぞれ、１ａｔｍ％（発明例１）、５ａｔｍ
％（発明例２）、８ａｔｍ％（比較例）とした。また、
窒化珪素膜の膜厚は、あらかじめ成膜速度を求めてお
き、所定の膜厚となる成膜時間を算出して、成膜時間で
制御した。

【００５３】このようにして下層保護膜２０を作製した
３種のサーマルヘッドに、以下のような、図２に示され
る成膜装置５０を用いて、中間層２２およびカーボン保
護膜２４を形成した。

【００５４】＜成膜装置５０＞ａ．真空チャンバ５２真空排気手段６６として、排気速度が１５００Ｌ（リッ
トル）／分のロータリーポンプ、同１２０００Ｌ／分の
メカニカルブースタポンプ、および同３０００Ｌ／秒の
ターボポンプを、各１台ずつ有する、ＳＵＳ３０４製で
容積が０．５ｍ ³ の真空チャンバ５２を用いた。ターボ
ポンプの吸引部にオリフィスバルブを配置して、開口度
を１０％〜１００％まで調整できる。

【００５５】ｂ．ガス導入部５４最大流量５０[sccm]〜５００[sccm]のマスフローコント
ローラと、直径６ミリのステンレス製パイプを用いて、
プラズマ発生ガス用と反応ガス用の２つのガス導入管５
４ａおよび１０４ｂを形成した。

【００５６】ｃ．第１スパッタリング手段５６および第
２スパッタリング手段５８永久磁石６８ａおよび７６ａとしてSm-Co 磁石を配置し
た、幅６００ｍｍ×高さ２００ｍｍの矩形のカソード６
８および７６を用いた。バッキングプレート８２および
８４として、矩形状に加工した無酸素銅を、カソード６
８および７６にＩｎ系ハンダで張り付けた。また、カソ
ード６８および７６内部を水冷することにより、磁石６
８ａおよび７６ａ、カソード６８および７６、ならびに
バッキングプレート８２および８４の裏面を冷却した。
なお、ＲＦ電源７４としては、１３．５６ＭＨｚで最大
出力１０ｋＷのＲＦ電源を、直流電源８０としては最大
出力１０ｋＷの負電位の直流電源を、それぞれ用いた。
また、直流電源８０には、変調器を組み合わせ、２ｋＨ
ｚ〜１００ｋＨｚの範囲でパルス状に変調可能とした。

【００５７】ｄ．プラズマ発生手段６０発振周波数２．４５ＧＨｚ、最大出力１．５ｋＷのマイ
クロ波電源８６を用いた。マイクロ波は、マイクロ波導
波管９０で真空チャンバ５２近傍まで導き、同軸変調器
９２で変換後、真空チャンバ５２内の放射状アンテナ９
６に導入した。プラズマ発生部は、幅６００ｍｍ×高さ
２００ｍｍの矩形のものを用いた。さらに、ＥＣＲ用磁
場は、磁石８８としてSm-Co 磁石を複数個、誘電体板９
４の形状に合わせて配置することで形成した。

【００５８】ｅ．基板ホルダ６４回転部９８の作用により、保持した基板（すなわち、サ
ーマルヘッド１０）を第１スパッタリング手段５６およ
び第２スパッタリング手段５８に配置されたターゲット
材７０、ならびにプラズマ発生手段６０の放射状アンテ
ナ９６に対向して保持する。以下に示す、スパッタリン
グによる中間層２２およびカーボン保護膜２４の生成時
には、基板とターゲット材７０の距離は１００ｍｍとし
た。さらに、エッチング用の高周波電圧が印加できるよ
うに、サーマルヘッドの保持部分を浮遊電位にした。さ
らには、基板ホルダ６４表面にはヒータを設け、加熱し
ながら成膜を行えるようにした。

【００５９】ｆ．バイアス電源６２基板ホルダ６４に、マッチングボックスを介して高周波
電源を接続した。高周波電源は、周波数１３．５６ＭＨ
ｚで、最大出力は３ｋＷである。また、この高周波電源
は、自己バイアス電圧をモニタすることにより、負の１
００Ｖ〜５００Ｖの範囲で高周波出力が調整可能に構成
されている。なお、このバイアス電源６２は、エッチン
グ手段を兼ねている。

【００６０】＜中間層２２およびカーボン保護膜２４の
作製＞このような成膜装置５０において、発熱素子（下
層保護膜２０）が第１スパッタリング手段５６のターゲ
ット材７０の保持位置に対向するように、基板ホルダ６
４に前記基となるサーマルヘッドを固定した。なお、サ
ーマルヘッドの中間層２２の形成部分以外にはマスキン
グを施しておいた。真空排気を継続しながら、ガス導入
部５４によってアルゴンガスを導入し、ターボポンプに
設置したオリフィスバルブによって、真空チャンバ５２
内の圧力が５．０×１０^-3Torrになるように調整した。
次いで、基板に高周波電圧を印加し、自己バイアス電圧
−３００Ｖで１０分間、下層保護膜２０（窒化珪素膜）
のエッチングを行った。

【００６１】エッチング終了後、ターゲット材７０とし
てＳｉ単結晶を第１スパッタリング手段５６のバッキン
グプレート８２に、また、焼結グラファイト材を第２ス
パッタリング手段５８のバッキングプレート８４に、そ
れぞれ固定（Ｉｎ系ハンダで張り付け）した。その後、
真空チャンバ５２内の圧力が５×１０^-6Torrになるまで
真空排気した後、圧力が５×１０^-3Torrとなるようにア
ルゴンガス流量およびオリフィスバルブを調整し、シャ
ッタ７２を閉じた状態でターゲット材７０に高周波電力
０．５ｋＷを５分間印加した。次いで、真空チャンバ５
２内の圧力を保ったまま、供給電力を２ｋＷの高周波電
力としてシャッタ７２を開いてスパッタリングを行い、
厚さ０．２μｍのＳｉ膜を中間層２２として形成した。
なお、Ｓｉ膜の膜厚は、あらかじめ成膜速度を求めてお
き、所定の膜厚となる成膜時間を算出して、成膜時間で
制御した。

【００６２】中間層２２の成膜後、回転部９８によって
発熱素子を第２スパッタリング手段５８のターゲット材
７０（焼結グラファイト材）に向け、真空チャンバ５２
内の圧力が２．５×１０^-3Torrとなるようにアルゴンガ
ス流量およびオリフィスバルブを調整し、シャッタ７８
を閉じた状態でターゲット材７０に直流電力０．５ｋＷ
を５分間印加した。次いで、真空チャンバ５２内の圧力
を保ったまま、直流電力を５ｋＷとしてシャッタ７８を
開いてスパッタリングを行って、厚さ２μｍのカーボン
保護膜２４を形成し、下層保護膜２０、中間層２２およ
びカーボン保護膜２４の３層構成の保護膜を有する本発
明のサーマルヘッド１０を作製した。なお、カーボン保
護膜２４の膜厚は、あらかじめ成膜速度を求めておき、
所定の膜厚となる成膜時間を算出して、成膜時間で制御
した。

【００６３】＜性能評価＞このようにして作製した３種
のサーマルヘッド１０（発明例１および２、比較例）
に、１１０ｍＪ／ｍｍ²の記録エネルギで、１０ｋｍの
ベタ画像記録に相当する加熱テストを行った。その結
果、下層保護膜２０の酸素量が１ａｔｍ％の発明例１お
よび下層保護膜２０の酸素量が５ａｔｍ％の発明例２で
は、保護膜には何ら損傷は認められなかったが、下層保
護膜の酸素量が８ａｔｍ％の比較例では、保護膜の剥離
が認められた。以上の結果より、本発明の効果は明らか
である。

【００６４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、保護膜の腐食や摩耗が極めて少ない十分な耐久
性および信頼性を有し、長期に渡って高画質の感熱記録
を安定して行うことが可能な長寿命のサーマルヘッドを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルヘッドの発熱素子の構成を
示す概略図である。

【図２】本発明のサーマルヘッドの製造に利用される
成膜装置の一例の概念図である。

【符号の説明】

１０サーマルヘッド１２基板１４グレーズ層１６発熱（抵抗）体１８電極２０下層保護膜２２中間層２４カーボン保護膜５０成膜装置５２真空チャンバ５４ガス導入部５６第１スパッタリング手段５８第２スパッタリング手段６０プラズマ発生手段６２バイアス電源６４基板ホルダ６６真空排気手段６８，７６カソード７０ターゲット材７２，７８シャッタ７４ＲＦ電源８０直流電源８２，８４バッキングプレート８６マイクロ波電源８８磁石９０マイクロ波導波管９２同軸変換器９４誘電体板９６放射状アンテナ９８回転部Ａ感熱材料

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【手続補正書】

【提出日】平成１０年８月２５日（１９９８．８．２
５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱素子を保護する保護膜として、炭素を
主成分とするカーボン保護膜と、前記カーボン保護膜よ
りも下に少なくとも１層形成される絶縁性の下層保護膜
とを有し、かつ、前記下層保護膜の少なくとも１層の酸
素含有率が、５原子％以下であることを特徴とするサー
マルヘッド。
【請求項２】前記下層保護膜のうち、最上層の酸素含有
率が５原子％以下である請求項１に記載のサーマルヘッ
ド。
【請求項３】前記カーボン保護膜と下層保護膜との間
に、４Ａ族の金属、５Ａ族の金属、６Ａ族の金属、珪素
およびゲルマニウムからなる群より選択される少なくと
も１種を主成分とする中間層保護膜を少なくとも１層有
する請求項１または２に記載のサーマルヘッド。
【請求項４】前記中間層保護膜の酸素含有率が５原子％
以下である請求項３に記載のサーマルヘッド。