JP2000273621A

JP2000273621A - カーボン膜の成膜方法および成膜装置

Info

Publication number: JP2000273621A
Application number: JP8391099A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kashiwatani; 誠柏谷; Junji Nakada; 純司中田
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】スパッタリング等の気相成膜法によってカーボ
ン膜を成膜するに際し、ピンホールやクラック等の欠陥
部の極めて少ない、高品位なカーボン膜を得ることがで
きるカーボン膜の成膜方法および成膜装置を提供する。【解決手段】気相成膜法によって炭素を主成分とするカ
ーボン膜を成膜するに際し、被成膜面を覆うようにメッ
シュ状の部材を配置して、成膜を行うことにより、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、スパッタリングや
ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 等の気相成膜法を
用いるカーボン膜の成膜技術の分野に属し、詳しくは、
感熱記録を行うサーマルヘッドの保護膜としてのカーボ
ン保護膜の形成に、特に好適に利用されるカーボン膜の
成膜方法および成膜装置に関する。

【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号（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（カーボン膜）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、カーボン保護膜にピンホー
ルやクラック等の欠陥部、特に、２５μｍより大きな欠
陥部があると、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、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、スジムラ等の画質の低下に加え、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、スパッタリング等の気相成膜法に
よって炭素を主成分とするカーボン膜を成膜するに際
し、ピンホールやクラック等の欠陥部の極めて少ない、
高品位なカーボン膜を得ることができるカーボン膜の成
膜方法、および、これを実施するカーボン保護膜の成膜
装置を提供することにある。このような本発明は、例え
ば、炭素を主成分とするカーボン保護膜を有するサーマ
ルヘッドの製造に利用することにより、ピンホールやク
ラックに起因するカーボン保護膜の割れや剥離を無くし
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実現できる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のカーボン膜の成膜方法は、気相成膜法によ
って炭素を主成分とするカーボン膜を成膜するに際し、
被成膜面を覆うようにメッシュ状部材を配置して、成膜
を行うことを特徴とするカーボン膜の成膜方法を提供す
る。

【００１０】また、本発明のカーボン膜の成膜装置は、
気相成膜法によって炭素を主成分とするカーボン膜を成
膜する成膜装置であって、カーボン膜の成膜の際に、カ
ーボン膜の被成膜面を覆うメッシュ状の部材を有するこ
とを特徴とするカーボン膜の成膜装置を提供する。

【００１１】また、本発明においては、発熱素子を形成
されたサーマルヘッドを前記カーボン膜の成膜基板とし
て保持する保持手段を有し、前記サーマルヘッドの保護
膜としてカーボン膜を成膜するのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のカーボン膜の成膜
方法およびカーボン膜の成膜装置について、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。なお、以
下の説明は、本発明をサーマルヘッドの保護膜形成に利
用した例で行うが、本発明は、これに限定はされず、磁
気ヘッド、金具、工具等の各種の製品や物品におけるカ
ーボン膜の形成に利用可能である。

【００１３】図１に、本発明によってカーボン保護膜を
成膜した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。

【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や電極１８からなる発熱素子等を
保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】図示例のサーマルヘッド１０は、カーボン
保護膜２４の成膜に特徴を有する以外は、基本的に公知
のサーマルヘッドと同様の構成を有するものであり、層
構成や各層の材料は公知のものである。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。これらは、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
発熱素子でも、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
発熱素子でもよい。

【００１６】下層保護膜２０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形成されるものであり、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(SiA
lON)、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(Cr
N) 、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】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、長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、より長寿命のサーマルヘッドを実現でき
る。

【００１９】中間層２２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。

【００２０】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。

【００２１】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膜
すなわちカーボン保護膜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、カーボン膜を形成する炭
素以外の添加成分としては、水素、窒素、フッ素、Ｓ
ｉ、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、カーボン膜中の
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２０ａｔｍ％以下で
あるのが好ましい。

【００２２】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、公知の気相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が好適に例示される。ここ
で、本発明は、これらの気相成膜法を用いてカーボン
膜、すなわち図示例においてはカーボン保護膜２４を成
膜するものであるが、カーボン膜の成膜に際し、被成膜
面をメッシュ状の部材（以下、メッシュ材とする）で覆
って、成膜を行う。

【００２３】本発明者等の検討によれば、気相成膜法に
よって成膜したカーボン膜にピンホール等の欠陥が形成
される大きな要因として、成膜系内に存在するダストが
挙げられる。すなわち、（プロセス）チャンバ内に浮遊
するスパッタカスやチャンバ内壁に付着するスパッタカ
ス等のダストが、成膜中に、カーボン膜の被成膜面の成
膜されたカーボン膜に飛来して、付着する。これが、カ
ーボン膜の形成を妨害し、その結果、形成されたカーボ
ン膜に、ピンホールやクラック等の欠陥が発生してしま
う。カーボン膜は固くで脆いため、カーボン膜をサーマ
ルヘッドの保護膜として用いた際には、このような欠陥
部、特に、２５μｍを超える大きさの欠陥がカーボン保
護膜の剥離の大きな一因となっているのは、前述の通り
である。

【００２４】これに対し、本発明においては、後述する
図２にも示されるように、被成膜面をメッシュ材で覆っ
てカーボン膜の成膜を行うので、このメッシュ材が、飛
来したダストを捕獲するダストトラップとして作用し、
ダストが被成膜面等に付着することを防止できる。その
ため、本発明によれば、成膜系内のダストに起因するピ
ンホール等の欠陥、特に、２５μｍを超えるような欠陥
の極めて少ない、高品位なカーボン膜を成膜することが
でき、本発明を、例えば、図示例のようなサーマルヘッ
ド１０のカーボン保護膜２４の成膜に利用することによ
り、ピンホールやクラックに起因するカーボン保護膜２
４の剥離や割れのない、長期にわたって高い信頼性を発
揮するサーマルヘッド１０を作製できる。

【００２５】本発明において、被成膜面を覆うメッシュ
材のメッシュサイズには特に限定はないが、メッシュサ
イズがあまり大きいと、ダストトラップとして十分に作
用しない。逆に、メッシュサイズは、小さいほどダスト
トラップとして能力は上がるが、小さ過ぎると、メッシ
ュ材がすぐに目詰まりして、清掃や交換の頻度が増し、
効率的に好ましくない。そのため、メッシュのサイズ
は、１０μｍ〜１ｍｍが好ましく、特に、５０μｍ〜１
００μｍが好ましい。

【００２６】また、メッシュ材の配置位置にも特に限定
はなく、メッシュ材の形状や大きさ（面積）等に応じ
て、カーボン膜の被成膜面を十分に覆える位置に配置す
ればよい。ここで、ダストトラップとしては、メッシュ
材を被成膜面の近くに配置した方が高い効果を得られる
反面、あまり近くに配置すると、メッシュ材がマスクと
して作用してしまい、カーボン膜にメッシュパターンが
形成される場合があるので、メッシュ材の配置位置は、
被成膜面から５ｍｍ〜５０ｍｍ、特に、５ｍｍ〜２０ｍ
ｍ離れた位置とするのが好ましい。

【００２７】メッシュ材の形成材料にも、特に限定はな
く、十分な耐熱性を有するものであれば、各種の材料が
利用可能であるが、あまり柔らかい材料では、成膜中に
発生するプラズマ等で損傷してしまうので、ステンレス
等の十分に硬質な材料で形成するのが好ましい。なお、
メッシュ材にステンレス等の導電性の材料を用いると、
プラズマや成膜雰囲気等に悪影響を与える場合もあるの
で、その際には、メッシュ材に電界を与えてカーボン膜
の成膜を行うのが好ましい。

【００２８】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。

【００２９】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/mm²
〜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。

【００３０】図示例のサーマルヘッド１０において、各
層の厚さには特に限定はないが、下層保護膜２２の厚さ
は０．２μｍ〜２０μｍ、特に２μｍ〜１５μｍが好ま
しく、中間層２４の厚さは０．０５μｍ〜１μｍ、特に
０．１μｍ〜１μｍが好ましく、カーボン保護膜２６の
厚さは、０．５μｍ〜５μｍ、特に１μｍ〜３μｍが好
ましい。中間層２４およびカーボン保護膜２６の厚さを
上記範囲内とすることにより、中間層２４による下層へ
の密着力および衝撃吸収力、カーボン保護膜２６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。また、中間層を有さない２層構成の場合にも、特に
限定はないが、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、
下層保護膜２２の厚さは０．５μｍ〜５０μｍ、特に、
２μｍ〜２０μｍが好ましく、カーボン保護膜２４の厚
さは、０．１μｍ〜５μｍ、特に、１μｍ〜３μｍが好
ましい。

【００３１】図２に、本発明を利用して、サーマルヘッ
ドの保護膜を成膜する成膜装置（サーマルヘッドの製造
装置）の一例の概念図を示す。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、加熱装置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。

【００３２】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、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。

【００３３】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。

【００３４】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。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。

【００３５】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、電源
および一部の部材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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】ここで、図示例の成膜装置５０において
は、第２スパッタリング手段５８は、主にカーボン保護
膜２４を形成するものであり、前述のダストトラップと
して作用するメッシュ材５９が配置される。メッシュ材
５９は、位置固定であってもよく、あるいは、公知の手
段で移動可能に構成して、被成膜面との距離を調整可能
としたり、第１スパッタリング手段５６や他の成膜手段
によって成膜を行う場合や、第２スパッタリング手段５
８によって他の材料の成膜を行う場合に、成膜の邪魔に
ならない場所に移動してもよい。

【００４０】加熱装置６０は、中間層２２やカーボン保
護膜２４の成膜に先立つ成膜基板表面の加熱、成膜中に
おける加熱等を行うもので、シースヒータ８６，８６…
と交流電源８８を有する。

【００４１】基板ホルダ６４は、成膜基板となる、発熱
素子が形成されたサーマルヘッドを固定するものであ
る。なお、固定方法は、クランプを用いる方法、各種の
治具を用いる方法等、成膜基板となるサーマルヘッドの
形態に応じた、公知の手段が各種利用可能である。

【００４２】図示例の成膜装置５０は、２つの成膜手
段、および加熱手段６０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、加熱手段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を回転する回転手段
９８に保持されている。また、基板ホルダ６４とターゲ
ット材７０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。

【００４３】下層保護膜２０や中間層２２の表面は、密
着性を上げるため、必要に応じてエッチングで粗面化さ
れる。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。

【００４４】以上、本発明のカーボン膜の成膜方法およ
び成膜装置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。

【００４５】

【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。

【００４６】［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。

【００４７】＜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焼結材を用いた。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]、反応ガスとして、窒素ガスを２０[sccm]、酸素
ガスを５[sccm]を、それぞれ用い、トータルのガス圧
（チャンバ内の圧力）は５ｍTorrとした。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。

【００４８】このようにして下層保護膜２０を作製した
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２
４を形成した。

【００４９】＜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０．５m³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。

【００５０】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の２つのガス導入管５４ａおよび５
４ｂを形成した。

【００５１】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６８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６８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６８ａ
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、２ｋＨｚ
〜１００ｋＨｚの範囲でパルス状に変調可能とした。

【００５２】また、第２スパッタリング手段５８には、
メッシュ材５９を配置した。メッシュ材５９は、成膜基
板となるサーマルヘッドを十分に覆う大きさを有する、
ステンレス製でメッシュサイズが１００μｍ角の網材を
用い、サーマルヘッドの被成膜面から５ｍｍの位置に配
置した。

【００５３】ｄ．加熱手段６０シースヒータ８６と、このシースヒータ８６に電力を供
給する交流電源８８から構成される加熱手段。

【００５４】ｅ．基板ホルダ６４回転手段９８の作用により、保持した基板（すなわち、
サーマルヘッド）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、ならびに加熱手段６０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の成膜時には、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。

【００５５】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。

【００５６】＜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。真空排気を行いながら、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。

【００５７】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。

【００５８】中間層２２の成膜後、回転手段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５
２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７
８を閉じた状態でターゲット材７０に直流電力０．５ｋ
Ｗ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サ
ーマルヘッド１０を作製した。なお、カーボン保護膜２
４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。

【００５９】＜性能評価＞得られたサーマルヘッド１０
のカーボン保護膜２４の表面を光学顕微鏡で観察したと
ころ、確認された欠陥の大きさは、すべて１０μｍ以下
であった。また、このサーマルヘッド１０を用いて感熱
記録材料にベタ画像を記録したところ、２５０００枚の
記録を行った後でも、カーボン保護膜２４の剥離等の損
傷は認められなかった。

【００６０】［比較例］カーボン保護膜２４を成膜する
第２スパッタリング手段５８にメッシュ材５９を配置し
ない以外は、前記実施例と同様にして、下層保護膜２
０、中間層２２およびカーボン保護膜２４の３層構成の
保護膜を有するサーマルヘッド１０を作製した。

【００６１】得られたサーマルヘッド１０のカーボン保
護膜２４を光学顕微鏡で観察したところ、最大で１００
μｍ程度の大きさの欠陥が確認された。また、実施例と
同様にして、感熱記録材料にベタ画像の記録を行ったと
ころ、５０００枚の記録を終了した時点で、２５μｍ以
上のサイズの欠陥部からカーボン保護膜２４の剥離が確
認された。以上の結果より、本発明の効果は明らかであ
る。

【００６２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、ピンホールやクラックの極めて少ない、高品位
なカーボン膜を形成することができ、例えば、図示例の
ようなサーマルヘッドのカーボン保護膜の成膜に利用す
ることにより、カーボン保護膜の剥離や割れのない、長
期にわたって高い信頼性を発揮する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】本発明を利用する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５９メッシュ材６０加熱手段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シースヒータ８８交流電源９８回転手段Ａ感熱材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2C065 GA01 JF01 JF04 JF05 JF16 JH08 JH11 4K029 BA34 BC02 BD00 CA05 DA09 4K030 BA27 KA49 LA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気相成膜法によって炭素を主成分とするカ
ーボン膜を成膜するに際し、被成膜面を覆うようにメッ
シュ状部材を配置して、成膜を行うことを特徴とするカ
ーボン膜の成膜方法。
【請求項２】気相成膜法によって炭素を主成分とするカ
ーボン膜を成膜する成膜装置であって、カーボン膜の成
膜の際に、カーボン膜の被成膜面を覆うメッシュ状の部
材を有することを特徴とするカーボン膜の成膜装置。
【請求項３】発熱素子を形成されたサーマルヘッドを前
記カーボン膜の成膜基板として保持する保持手段を有
し、前記サーマルヘッドの保護膜としてカーボン膜を成
膜する請求項２に記載のカーボン膜の成膜装置。