JP4029010B2 - サーマルヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、フォトプリンタやサーマルプリンタ等に搭載されるサーマルヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
フォトプリンタやサーマルプリンタ等に搭載されるサーマルヘッドは、放熱性基板上に形成された保温層、この保温層上に形成され複数の発熱抵抗部を有する抵抗膜、この発熱抵抗部を通電するための電極層及び耐摩耗性保護層などからなる発熱部を備えている。この発熱部は、従来、例えば下記工程で形成される。先ず、保温層を有する放熱性基板上に抵抗膜を形成して該抵抗膜の面積抵抗値を測定する。次に、アニール処理を施して熱的負荷を加速的に加え、抵抗膜を安定化させる。続いて、抵抗膜上に電極層を全面形成した後、抵抗膜の発熱抵抗部となるエリア上の電極層を除去し、各発熱抵抗部及び電極層の形状を規制する。そして耐摩耗保護層を形成し、発熱部を完成させる。
【０００３】
しかしながら、上記従来の製造工程では、抵抗膜成膜後に大気中で面積抵抗値を測定したり、アニール処理後に大気中に取り出したりするため、抵抗膜の表面に酸化層が生じてしまう。このように抵抗膜の表面に酸化層が生じていると、抵抗膜と電極膜との密着が悪くなり、この結果、各発熱抵抗部の抵抗値がばらついてしまう。これを解消するためには、抵抗膜表面の酸化層を逆スパッタやイオンビームエッチングにより除去し、酸化されていない抵抗膜上に電極膜を形成することが考えられる。しかし、逆スパッタやイオンビームエッチングでは酸化層を一様に除去すること（発熱抵抗部の初期膜厚を維持すること）が困難なため、この場合にも各発熱抵抗部の抵抗値がばらついてしまう。
【０００４】
また、発熱抵抗部上の電極層を除去する工程ではウエットエッチング等を用いるが、エッチングのばらつきにより発熱抵抗部の抵抗長が変化してしまうため、これも各発熱抵抗部の抵抗値のばらつきを増大させる要因となっている。さらに、耐摩耗保護層を形成する際には、該耐摩耗保護層と電極膜及び抵抗膜との密着性が良くなるように逆スパッタを行なうが、この逆スパッタ工程も各発熱抵抗部の抵抗値のばらつきを増大させる要因になる。
【０００５】
上記各発熱抵抗部の抵抗値のばらつきは、サーマルヘッドがプリンタに搭載されたとき、印字品位の劣化（印字濃度ムラ）として現れる。このため、特にカラープリンタやフォトプリンタに用いられるサーマルヘッドに対しては、ヘッド内での各発熱抵抗部の抵抗値のばらつきを厳密に抑える必要がある。
【０００６】
【発明の目的】
本発明は、上記の問題点に鑑み、各発熱抵抗部の抵抗値のばらつきを抑えることができるサーマルヘッドの製造方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【発明の概要】
本発明によるサーマルヘッドの製造方法は、保温層を有する放熱性基板上に抵抗膜を形成する工程と；この抵抗膜上に、発熱抵抗部形成エリアに位置させて、発熱抵抗部の抵抗長を定める絶縁バリア層を抗酸化性を有する絶縁材料により形成する工程と；前記絶縁バリア層に覆われていない抵抗膜の表面を削る工程と；該削られた抵抗膜面上及び前記絶縁バリア層上に電極層を形成する工程と；前記絶縁バリア層上の電極層を除去する工程と；少なくとも前記電極層、前記絶縁バリア層及び該絶縁バリア層の下部の抵抗膜に、各発熱抵抗部及び電極層の幅寸法を定めるギャップ領域を形成する工程と；前記電極層及び前記絶縁バリア層の表面を削り、該削られた電極層及び絶縁バリア層上に耐摩耗保護層を形成する工程と；を有することを特徴としている。
【００１２】
この製造方法によれば、絶縁バリア層で覆われた発熱抵抗部形成エリアがエッチングされず、各発熱抵抗部の抵抗長及び膜厚がほぼ一定に確保される。また抵抗膜と電極層との間に酸化層が介在せず、該抵抗膜と電極層の密着性が高まる。これにより、各発熱抵抗部の抵抗値ばらつきを良好に抑制することができる。
【００１３】
絶縁バリア層は、反応性イオンエッチング又はリフトオフ法により形成することができる。反応性イオンエッチングで形成する場合は、絶縁バリア層を抵抗膜上に全面的に成膜した後、発熱抵抗部形成エリア以外の部分を反応性イオンエッチングにより除去する。一方、リフトオフ法で形成する場合は、抵抗膜上であって発熱抵抗部形成エリア以外の部分にレジスト層を形成した後、絶縁バリア層を成膜し、レジスト層及び該レジスト層上の絶縁バリア層をリフトオフで除去する。このリフトオフ法で絶縁バリア層を形成すれば、絶縁バリア層形成時に抵抗膜が削られることがなく、該絶縁バリア層にて発熱抵抗部の抵抗長をより正確に規制することができる。この絶縁バリア層は、絶縁性及び抗酸化性、さらに反応性イオンエッチングで形成する場合には反応性イオンエッチングに対する耐性を有する材料で形成されることが好ましい。具体的には、ＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯＮ、ＡｌＳｉＯ、ＳＩＡＬＯＮ等で形成されることが好ましい。
【００１４】
絶縁バリア層に覆われていない抵抗膜の表面を削る際は、例えばイオンビームエッチング法または逆スパッタ法等を用いることができる。耐摩耗保護層は、バイアススパッタ法により形成することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるサーマルヘッド１の発熱部構造を示す断面図であり、図２はサーマルヘッド１の発熱部（耐摩耗保護層７を除く）を示す平面図である。サーマルヘッド１は、放熱性の高いアルミナ基板２、このアルミナ基板２上に高断熱性のガラスから形成されたグレーズ保温層３、複数の発熱抵抗部４ａを有する抵抗膜４、各発熱抵抗部４ａ上に形成された絶縁バリア層５、電極層６及び耐摩耗保護層７を有している。このサーマルヘッド１は、フォトプリンタやサーマルプリンタに搭載され、発熱抵抗部４ａの発する熱を感熱紙またはインクリボンに与えることで印刷を行なう。なお、不図示であるが、サーマルヘッド１には、発熱抵抗部４ａを通電するための駆動ＩＣやＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）等も備えられている。
【００１６】
抵抗膜４は、グレーズ保温層３上に全面的に形成されていて、複数の発熱抵抗部４ａとこの発熱抵抗部４ａよりも膜厚が薄い非発熱抵抗部４ｂとを有し、微視的に断面逆Ｔ字形状をなしている。この抵抗膜４は、高抵抗化しやすいＴａ−Ｓｉ−Ｏ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ｏ、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｏ等の高融点金属のサーメット材料により形成されていることが好ましい。隣接する発熱抵抗部４ａ間には、図２に示すように、発熱抵抗部４ａの抵抗幅（ＤＯＴ幅）Ｗ及び電極層６の個別電極幅を規制するためのギャップ領域８が設けられている。ギャップ領域８は、発熱抵抗部４ａの長手方向に平行な方向に細長く延びて形成された穴部であり、このギャップ領域８からはグレーズ保温層３（グレーズ保温層３を有するアルミナ基板２）が露出している。
【００１７】
絶縁バリア層５は、発熱抵抗部４ａの表面酸化を防止しつつ、エッチングによるダメージから発熱抵抗部４ａを保護する保護層である。この絶縁バリア層５は、抗酸化性を有する絶縁材料であって反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）に適用可能な材料、具体的にはＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄またはＳｉＯＮ、ＡｌＳｉＯ、ＳＩＡＬＯＮ等により形成されている。
【００１８】
電極層６は、非発熱抵抗部４ｂ及び絶縁バリア層５上に全面的に成膜された後に絶縁バリア層５を露出させる穴部（開放領域）９をあけて形成されたもので、絶縁バリア層５側の端部が該絶縁バリア層５上にオーバレイされている。この電極層６は、図２に示すように、全発熱抵抗部４ａに接続された１つの共通電極６ａと各発熱抵抗部４ａに独立して電流を供給する複数の個別電極６ｂとを有しており、各個別電極６ｂの幅寸法がギャップ領域８により規制されている。この電極層６はＡｌ導体膜により形成されている。
【００１９】
耐摩耗保護層７は、ヘッド動作時に生じる摩擦から絶縁バリア層５及び電極層６を保護するための保護層であり、例えばＳＩＡＬＯＮやＴａ₂Ｏ₅等の耐摩耗性材料により形成されている。
【００２０】
以上のような発熱部構造を有するサーマルヘッド１において、発熱抵抗部４ａの平面的な大きさは、絶縁バリア層５によって規制されている。すなわち、抵抗膜４上の発熱抵抗部形成エリアに対応する範囲に絶縁バリア層５が形成されており、この絶縁バリア層５が形成すべき発熱抵抗部４ａの抵抗長Ｌを規制している。このように絶縁バリア層５が発熱抵抗部形成エリア上に存在すれば、発熱抵抗部４ａがエッチングによるダメージを受けることがない。これにより、電極層６を形成する前に非発熱抵抗部４ｂ上の酸化膜を除去するためのエッチング（イオンビームエッチング（ＩＢＥ）や逆スパッタ等）を行なっても、エッチングのばらつきに関係なく各発熱抵抗部４ａの抵抗長Ｌ及び膜厚Ｄをほぼ一定に保つことができ、各発熱抵抗部４ａの抵抗値のばらつきを良好に抑えることができる。一方、絶縁バリア層５が上に存在しない領域（非発熱抵抗部４ｂ形成エリア）では、上記エッチング工程時に抵抗膜４の表面に生じた酸化層が除去されるため、抵抗膜４と電極層６との間に接触抵抗が介在することがない。これにより、抵抗膜４と電極層６の密着性が高まり、抵抗膜４と電極層６とのルーズコンタクトが原因で生じる発熱抵抗部４ａの抵抗値のばらつきを抑えることができる。
【００２１】
次に、図３〜図９を参照し、サーマルヘッド１の発熱部の製造工程について説明する。各図は、サーマルヘッド１の発熱部の製造工程を示す断面図である。本実施形態では、基板として、グレーズ保温層３を有するアルミナ基板（グレーズドアルミナ基板）２を用いる。
【００２２】
先ず、図３に示すように、グレーズ保温層３上に形成すべき発熱抵抗部の膜厚Ｄで抵抗膜４を成膜し、該抵抗膜の面積抵抗率を測定する。成膜にはスパッタや蒸着法を用いることができる。この抵抗膜４は、高抵抗化しやすいＴａ−Ｓｉ−Ｏ、Ｔｉ−Ｓｉ−Ｏ、Ｃｒ−Ｓｉ−Ｏ等の高融点金属のサーメット材料により形成されることが好ましい。
【００２３】
続いて、図６に示すように、抵抗膜４上の発熱抵抗部形成エリアに対応する範囲に、酸化防止層としても機能する絶縁バリア層５を形成する。本実施形態では、絶縁バリア層５を６００Å前後の膜厚で形成している。この絶縁バリア層５は、反応性イオンエッチング又はリフトオフ法により形成することができる。
【００２４】
反応性イオンエッチングを用いて絶縁バリア層５を形成する場合は、以下の工程で行なう。すなわち、図４に示すように、抵抗膜４上に全面的に絶縁バリア層５をスパッタ等により成膜した後、発熱抵抗形成エリアに対応する絶縁バリア層５上にレジスト層Ｒを形成し、反応性イオンエッチングによりレジスト層Ｒに覆われていない絶縁バリア層５を除去する。このように絶縁バリア層５を反応性イオンエッチングにより形成すれば、該絶縁バリア層５を発熱抵抗部形成エリア上に精度良く形成することができる。
【００２５】
一方、リフトオフ法を用いて絶縁バリア層５を形成する場合は、図５に示すように、抵抗膜４上であって発熱抵抗部形成エリア以外の部分にレジスト層Ｒを形成してから絶縁バリア層５を成膜し、レジスト層Ｒ及び該レジスト層Ｒ上の絶縁バリア層５をリフトオフで除去する。このリフトオフ法で絶縁バリア層５を形成すれば、絶縁バリア層形成時に抵抗膜４へエッチングダメージを与えることがない。
【００２６】
絶縁バリア層５は、抗酸化性を有する絶縁材料であって反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）に適用可能な材料で形成されることが好ましく、具体的にはＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯＮ、ＡｌＳｉＯ、ＳＩＡＬＯＮ等が用いられるとよい。
【００２７】
上述したように絶縁バリア層５の形成には、フォトリソグラフィー、エッチング、レジスト剥離、乾燥等の工程を用いているため、この形成過程において絶縁バリア層５に覆われていない抵抗膜４の表面には酸化層が生じてしまう。これに対し、発熱抵抗部４ａの表面は、絶縁バリア層５に覆われているため酸化されることがない。
【００２８】
絶縁バリア層５を形成したら、絶縁バリア層５まで形成された状態のアルミナ基板２をアニール真空槽へ移し、アニール処理を施す。このアニール処理は、ヘッド使用開始後の発熱抵抗部４ａの抵抗変化率を抑制するために行なうもので、大きい熱的負荷を加えて抵抗膜４を安定化させる加速処理である。
【００２９】
アニール処理を施したら、絶縁バリア層５まで形成された状態のアルミナ基板２をアニール真空槽からスパッタ装置に戻す。そして、後工程で形成する電極層と抵抗膜４との密着性を高めるため、図７に示すようにイオンビームエッチングまたは逆スパッタを行ない抵抗膜４の表面酸化層を除去する。このイオンビームエッチングまたは逆スパッタ工程によれば、絶縁バリア層５に覆われた抵抗膜４の発熱抵抗部形成エリアはエッチングを受けず、絶縁バリア層５に覆われていない抵抗膜４が削られて該表面に生じた酸化層が除去される。すなわち、抵抗膜４は、絶縁バリア層５により抵抗長Ｌが定められた発熱抵抗部４ａと、表面酸化層が除去された非発熱抵抗部４ｂとを有する断面逆Ｔ字形状となる。このように発熱抵抗部４ａが絶縁バリア層５によって保護されていれば、エッチングのばらつきに関係なく各発熱抵抗部４ａの抵抗長Ｌ及び膜厚Ｄがほぼ一定に保たれ、各発熱抵抗部４ａの抵抗値のばらつきは抑えられる。本実施形態では、発熱抵抗部４ａの抵抗長Ｌを１００μｍ程度としてある。
【００３０】
続いて、図８に示すように、同一スパッタ装置内で（同一真空中で）、表面酸化層を除去した非発熱抵抗部４ｂ上及び絶縁バリア層５上に電極層６を成膜する。成膜にはスパッタまたは蒸着法を用いることができる。このように非発熱抵抗部４ｂの表面酸化層が除去されていれば、非発熱抵抗部４ｂと電極層６の密着性が良くなり、電極層６のルーズコンタクトが原因で生じる発熱抵抗部４ａの抵抗値のばらつきが抑えられる。電極層６はＡｌにより形成されることが好ましい。本実施形態では、電極層６を０．２〜３μｍ程度の膜厚で形成してある。
【００３１】
電極層６を成膜したら、図７に示すように、該電極層６から絶縁バリア層５を露出させる開放領域（穴部）９をパターン形成する。すなわち、絶縁バリア層５上の電極層６を除去する。これにより、電極層６は共通電極６ａと個別電極６ｂに分けられる。本実施形態では、電極層６の絶縁バリア層５側の端部を絶縁バリア層５上にオーバレイさせており、このオーバレイ量Δを５μｍ程度としてある。この開放領域９を形成する際にはエッチング処理を用いるが、発熱抵抗部４ａは絶縁バリア層５で覆われていてエッチングを受けることがないため、この形成過程においても発熱抵抗部４ａの抵抗値は変化しない。
【００３２】
続いて、発熱抵抗部４ａ及び個別電極６ｂの幅寸法を規制するギャップ領域８をパターン形成する（図２参照）。すなわち、形成すべきギャップ領域８に位置する各層を除去し、該除去部分からアルミナ基板２を露出させる。これにより、発熱抵抗部４ａ及び個別電極６ｂが個々の発熱抵抗体及び電極に分けられ、発熱抵抗部４ａ及び電極層６が図１及び図２の完成状態となる。本実施形態では、発熱抵抗部４ａの抵抗幅Ｗ及び個別電極６ｂの幅寸法を７０μｍ程度、ギャップ領域の寸法Ｇを１２．５μｍ程度としてある。なお、先にギャップ領域８を形成し、次に開放領域（穴部）９を形成してもよい。
【００３３】
続いて、耐摩耗保護層７を成膜するが、この成膜前にイオンビームエッチング又は逆スパッタにより絶縁バリア層５及び電極層６を所定厚さだけ除去して該絶縁バリア層５及び電極層６の新たな膜面を露出させ、耐摩耗保護層７の密着性を高める。この工程においても、発熱抵抗部４ａは絶縁バリア層５に覆われていてエッチングを受けることがないため、各発熱抵抗部４ａの抵抗値は変化しない。
【００３４】
そして、新たな膜面を露出させた絶縁バリア層５及び電極層６上に、同一真空中内でＳｉＡｌＯＮやＴａ₂Ｏ_５等の耐摩耗材料からなる耐摩耗保護層７を形成する。この耐摩耗保護層７の形成にはバイアススパッタ法を用いることができる。本実施形態では、耐摩耗保護層７を約４μｍ程度の膜厚で形成している。以上により、図１及び図２に示すサーマルヘッド１の発熱部を得ることができる。
【００３５】
以上の本実施形態によれば、各発熱抵抗部４ａ上に、該発熱抵抗部４ａの平面的な大きさを定める絶縁バリア層５を設けたので、製造工程中に発熱抵抗部４ａがエッチングを受けることがなく、製造過程において各発熱抵抗部４ａの抵抗値は変化しない。すなわち、成膜段階における各発熱抵抗部４ａの抵抗値のばらつきを製造工程中に増大させることがなく、完成状態において、各発熱抵抗部の抵抗値のばらつきを良好に抑制することができる。
【００３６】
本実施形態では、グレーズ保温層３がアルミナ基板２上の全面に形成された全面グレーズタイプのサーマルヘッド１について説明したが、本発明は部分グレーズやリアルエッジ、ダブルグレーズ、ＤＯＳ等の他タイプにも適用可能である。また本発明は、シリアルヘッドにもラインヘッドにも適用可能である。
【００３７】
また本実施形態では、ヘッド基板としてアルミナ基板２を用いているが、アルミナ基板２に替えてシリコン基板を用いることも可能である。シリコン基板を用いる場合には、保温層として酸化物の蒸着膜やスパッタ膜からなる保温層を用いることが好ましい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のサーマルヘッドの製造方法によれば、複数の発熱抵抗部上に、該発熱抵抗部の抵抗長を定め、且つ、抗酸化性を有する絶縁バリア層を設けたので、各発熱抵抗部の抵抗値のばらつきを良好に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるサーマルヘッドの発熱部構造を示す断面図である。
【図２】図１に示すサーマルヘッドの発熱部（耐摩耗保護層を形成する前の状態）を示す平面図である。
【図３】図１に示すサーマルヘッドの発熱部の製造方法の一工程図である。
【図４】図３に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図５】図４とは別態様で、図３に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図６】図４及び図５に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図７】図６に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図８】図７に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【図９】図８に示す工程の次に行なわれる一工程図である。
【符号の説明】
１ サーマルヘッド
２ アルミナ基板
３ グレーズ保温層
４ 抵抗膜
４ａ 発熱抵抗部
４ｂ 非発熱抵抗部
５ 絶縁バリア層
６ 電極層
６ａ 共通電極
６ｂ 個別電極
７ 耐摩耗保護層
８ ギャップ領域（穴部）
９ 開放領域（穴部）

Claims (6)

1. 保温層を有する放熱性基板上に抵抗膜を形成する工程と；
   この抵抗膜上に、発熱抵抗部形成エリアに位置させて、発熱抵抗部の抵抗長を定める絶縁バリア層を抗酸化性を有する絶縁材料により形成する工程と；
   前記絶縁バリア層に覆われていない抵抗膜の表面を削る工程と；
   該削られた抵抗膜面上及び前記絶縁バリア層上に電極層を形成する工程と；
   前記絶縁バリア層上の電極層を除去する工程と；
   少なくとも前記電極層、前記絶縁バリア層及び該絶縁バリア層の下部の抵抗膜に、各発熱抵抗部及び電極層の幅寸法を定めるギャップ領域を形成する工程と；
   前記電極層及び前記絶縁バリア層の表面を削り、該削られた電極層及び絶縁バリア層上に耐摩耗保護層を形成する工程と；
   を有することを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。
2. 請求項１記載のサーマルヘッドの製造方法において、前記絶縁バリア層は、前記抵抗膜上に全面的に成膜された後、前記発熱抵抗部形成エリア以外の部分が反応性イオンエッチングにより除去されてなるサーマルヘッドの製造方法。
3. 請求項２記載のサーマルヘッドの製造方法において、前記絶縁バリア層は、前記抵抗膜上であって前記発熱抵抗部形成エリア以外の部分にレジスト層を形成する工程と、前記抵抗膜及び前記レジスト層上に絶縁バリア層を成膜する工程と、前記レジスト層及び該レジスト層上の絶縁バリア層をリフトオフにより除去する工程とにより形成されるサーマルヘッドの製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のサーマルヘッドの製造方法において、前記絶縁バリア層をＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯＮ、ＡｌＳｉＯ、ＳＩＡＬＯＮのいずれかによって形成するサーマルヘッドの製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のサーマルヘッドの製造方法において、前記絶縁バリア層に覆われていない抵抗膜の表面を、イオンビームエッチング法または逆スパッタ法で削るサーマルヘッドの製造方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載のサーマルヘッドの製造方法において、前記耐摩耗保護層をバイアススパッタ法により形成するサーマルヘッドの製造方法。