KR960003639B1 - 서멀프린터 헤드 - Google Patents

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다까시 이시가미
미쯔오 가와이
아쯔꼬 이이다
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가부시끼가이샤 도시바
아오이 죠이찌
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
서멀프린터 헤드
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 실시예에서 제작된 Nb-SiO2계 막저항체에 있어서, 사용된 타겟중의 SiO2량과 막저항과의 관계를 종래의 Ta-SiO2계 막저항체와 비교해서 나타낸 그래프.
제2도는 본 발명의 한실시예로 제작된 Nb-SiO2계 막저항체에 있어서, 기판위치와 비저항의 오차관계를 종래의 Ta-SiO2계 막저항체와 비교해서 나타낸 그래프.
제3도는 본 발명의 한 실시예인 서멀프린터 헤드의 개략구조를 나타낸 단면도.
제4도는 본 발명의 한 실시예로 제작된 Ni-SiO2계 막저항체를 발열체로 하여 이용한 서멀프린터 헤드에 열펄스를 가했을때의 저항치 변화율을 종래의 서멀프린터 헤드와 비교해서 나타낸 그래프.
제5도는 기판상의 시트저항 측정점을 나타낸 도면이다.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 비저항이 높고 내열성과 내식성등에 우수한 막저항체를 용이하게 또 균일하게 형성하는 것이 가능한 스퍼터링 타겟 및 그것을 이용해서 형성한 막저항체를 이용한 서멀프린터 헤드에 관한 것이다.
[종래의 기술]
종래부터 팩시밀리, 복사기, 발매기등에 내장된 기록장치로서 소음이 적음, 보수간략화등이 이점을 살려서 서멀프린터 헤드를 이용한 열전사형 기록장치가 사용되고 있다.
이와같이 서멀프린터 헤드에 있어서, 발열하여 인쇄매체를 녹이는 막저항체로서는 종래 질화탄탈이 안정한 재료로서 많이 이용되어 왔다. Ta-N계의 막은 N2분위기 속에서의 Ta타겟의 반응성 스퍼터링에 의해 생성되고 N의 함유량이 많게되는 만큼 비저항이 크게 되지만 발열체로서 이용할 경우에는 신뢰성과 안정성의 점에서 Ta2N이 일반적으로 사용되어 왔다.
그러나 Ta2N자체의 비저항은 약 200μΩm이고 저항치를 향상시키기 위하여 막을 대단히 두껍게 또 가늘고 길게 하는 등의 변화를 주어도 그 상한치에는 한계가 있다. 예를들면 Ta2N를 이용하여 200Ω의 저항치를 얻기 위해서는 종과 횡의 비가 2 : 1의 가늘고 긴 형상으로 하는 동시에 막두께를 20nm 정도로 억제하지 않으면 안된다.
이와같이 막을 얇게하면 제조할때에 막두께를 제어하는 것이 곤란하게 되어 저항치의 재현성과 균일성이 저하하고 또한 특성상으로는 전력밀도가 상승하기 때문에 파괴하기 쉽게 된다고 하는 문제가 있다.
이와같은 결점을 개선하기 위해서 막저항체를 미안더형으로 형성하여 단위 면적당 유효길이를 증대시킴에 따라 저항치를 상승시키는 시험이 이루어지고 있지만 서멀프린터 헤드의 해상도를 높이는 만큼 고도의 패턴 형성기술을 필요로 하여 제품화율 저하의 원인으로 되어 버린다.
또한 제조방법으로서는 반응성 스퍼터링법이 이용되고 있지만 진공조내에 도입하는 반응가스량은 미량이고 이것을 제어하기 위해서 엄밀한 제조관리가 필요하게 된다.
또 한편으로 일본 특개소 52-109947호 공보에서는 석영원판의 오목부에 TiC 등의 발열저항체를 매립한 타겟을 이용하여 고 비저항막을 얻고 있지만 이것은 고온에서의 내산화성에는 뛰어난 것이지만 막조성의 컨트롤 하기 어렵고 기판내의 시트 저항의 오차가 크게되기 쉽다고 하는 결점이 있었다. 그래서 고 비저항을 얻을 수 있는 서멧박막의 적용이 생각되어지고 있다.
이와같이 서멧박막으로서는 Ta-SiO2저항막등이 실용화되고 있고, 예를들면 Ta타겟과 SiO2타겟을 이용한 다원 스퍼터등에 의해서 성막되어 있다. 그러나 이 Ta-SiO2저항막은 Ta와 Si의 스퍼터 방출각도가 크게 다르기 때문에 스퍼터조건의 미묘한 차이에 의해서 타겟의 막의 조성에 오차가 생기기 쉽고 막조성의 제어가 곤란하다고 하는 문제가 있었다.
또 상기한 이유에서 막내의 조성이 불균일하게 되기 쉽고 따라서 막내의 시트저항에 오차가 발생하기 쉽고 저항치의 재현성에서 부족하다고 하는 문제도 있었다.
본 발명은 이상의 점을 고려해서 이루어진 것으로 타겟과의 조성얼룩이 적고 균일한 조성에서 고 비저항의 막을 성막하는 것이 가능한 스퍼터링 타겟 및 내열성과 내식성이 우수하고 또 막내 시트저항의 오차를 억제한 후에 고 비저항을 실현한 막저항체를 실현한 막저항체를 제공하고, 상기와 같은 막저항체를 사용함에 따라서 인자의 해상도를 향상시키는 동시에 고속화에 대응하는 서멀프린터 헤드를 제공하는 목적으로 하고 있다.
[발명의 개시]
본 발명자들은 서멀프린터 헤드의 발열체등으로서 이용하는 막저항체에 대해서 검토를 계속한 결과, Nb-SiO2계 막저항체가 고저항이고 또한 내열성과 내식성에서 우수하고, 또 Nb을 산화물과 규산화물로서 포함하는 산화규소계의 복합 타겟을 이용함에 따라 상기 Nb-SiO2계 막저항체의 막조성 재현성을 대폭 향상할 수 있다는 것을 발견했다.
본 발명의 스퍼터링 타겟을 전술한 바와같은 사실을 기초로 하여 이루어진 것이고 니오븀을 포함하는 규산화물을 함유하고 나머지부가 실질적으로 산화규소로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.
또 본 발명의 막저항체는 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 스퍼터 성막된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한 본 발명의 서멀프린터 헤드는 절연성 기체와, 이 절연성 기체상에 설치된 다수의 발열저항체와, 이들 발열저항체에 접속된 전극을 구비하는 서멀프린터 헤드에 있어서, 상기 발열저항체는 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 스퍼터 성막한 막저항체로 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 스퍼터링 타겟은 상기한 바와같이 타겟의 주성분이 되는 금속성분으로서 Nb을 이용하고 있는 동시에 이 Nb를 산화물 및 규산화물의 형태로 함유하는 것이다.
여기서 Nb와 Si는 스퍼터 방출각도가 근사하기 때문에 타겟과의 조성얼룩이 적은 스퍼터막을 얻을 수 있다. 또 Nb를 산화물과 규산화물이라는 화합물의 형태로 타겟속에 균일하게 분산 함유되어 있기 때문에 얻어지는 막의 막조성을 균일화하는 것이 가능하다.
상기 본 발명의 스퍼터링 타겟은 예를들면 Nb분말 또는 Nb합금분말과 산화규소분말과의 혼합물을 반응 소결시킴으로서 얻을 수 있다.
상기 혼합분말중의 산화규소분말의 조성비로서는 몰비로 15mol%~70mol%의 범위로 하는 것이 바람직하다. 즉 본 발명의 스퍼터링 타겟은 산화규소를 몰비로 15mol%~70mol% 범위에 함유하는 Nb분말 또는 Nb합금분말을 반응소결하여 형성한 것이 바람직하다.
여기서 상기 혼합분말중에서의 산화규소 몰비를 15mol%~70mol%의 범위로 한정한 이유는 다음과 같다.
즉 산화규소분말의 몰비가 70mol%를 초과하면 얻어진 소결체가 외력에 약하게 되고 취급성이 저하하는 동시에 얻어진 스퍼터막의 균일성이 저하하고, 또 스퍼터속의 저항변화율이 크게됨에 따라서 얻어진 스퍼터막의 저항치 제어가 곤란하게 되는 동시에 시트저항의 오차가 크게된다.
한편 산화규소의 몰비가 15mol% 미만에서 얻어진 스퍼터막의 비저항이 저하하고 저항체로서의 효과가 저감하기 때문이다.
상기 혼합분말중에서 산화규소 몰비의 더욱더 바람직한 범위는 30mol%~ 60mol%이다.
또 본 발명의 스퍼터링 타겟은 Nb의 산화분말 또는 Nb합금의 산화분말과, Nb의 규산화물분말 또는 Nb합금의 규산화분말과, 산화규소분말로 이루어진 혼합분말을 소결시킴으로서도 얻을 수 있다. 이때 각 분말량은 특히 한정되는 것은 아니지만 상기한 반응소결을 위한 혼합분말에 준해서 조성비를 결정하는 것이 바람직하다.
상기한 혼합분말의 소결방법으로서는 가열압착이 일반적이지만 열간정수압 프레스(HIP) 또는 냉간정수압프레스(CIP)를 실시한 후에 대기압 소결을 해도 좋다. 또 Nb의 출발원료로서는 Nb분말만으로 한정하는 것이 아니고 상기한 바와같이 Nb합금분말을 이용하는 것도 가능하다.
이와같은 Nb합금으로서는 Nb-Ta합금과 Nb-Fe합금등이 이용된다. 특히 Nb와 Ta는 함유율에 차이가 있다고는 하지만 동일 광석중에 존재하는 것이 많기때문에 양금속으로 이루어진 합금을 이용하는 것은 정련에 걸린 시간과 가격의 관점에서도 바람직하다.
이와같은 Nb합금분말을 이용했을 때에는 Nb의 Ta와 Fe의 복합산화물과 복합규산화물로서 타겟속에 존재한다. 이와같은 상태에서 Nb가 타겟속에 존재되어 있을 경우에 있어서도 전술한 효과는 같은 양상으로 얻어지는 것이다.
본 발명에서의 막저항체는 상기한 본 발명의 스퍼터링 타겟을 이용하여 스퍼터성막한 막으로 이루어진 것이고 기본적으로는 Nb-SiO2계 조성을 가진 것이다.
또 막자체는 그주체가 비정질이기 때문에 내산화성 및 내열성에서 우수하다.
상기한 Nb성분은 Nb-Ta합금과 Nb-Ta합금과 Nb-Fe합금등으로서 함유시켜도 좋다. 또 막저항체는 막두께가 5nm~3000nm의 박막으로 하는 것이 바람직하다. 이 막두께의 보다 바람직한 범위는 50nm~200nm이고 더욱더 바람직하게는 80nm~500nm이다.
상기한 바와같이 저항성분으로서 산화규소를 포함하고 금속성분으로서 Nb를 주로하여 함유하는 막저항체는 고 비저항이며 또 내열성과 내식성에서 우수하고 예를들면 서멀프린터 헤드의 발열체로서 이용함에 따라 안정하게 큰 발열을 얻을 수 있고 그러므로 우수한 인자기록을 실시하는 것이 가능하게 된다. 또 Nb의 밀도는 Ta의 약 1/2이고 단위중량당 가격도 거의 1/2이기 때문에 가격삭감의 관점에서도 극히 유용하다.
그리고 본 발명의 막저항체는 스퍼터특성(스퍼터방출각과 조성의 균일성 등)에 우수한 본 발명의 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성한 것이기 때문에 기판과의 밀착성에서 우수한 동시에 타겟과의 조성얼룩이 적고 즉 막조성의 재현성이 우수하고 또 균일한 조성을 가진 것이 된다.
따라서 고 비저항은 안정하게 실현할 수 있을 뿐만아니라 시트저항의 오차를 극히 적게하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 막저항체는 발열체로서 이용할 경우를 고려하면 고 비저항을 가지고 있는 것이 필요하고 그 비저항은 102μΩcm~10μΩcm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
이와같은 고 비저항화는 본 발명의 스퍼터링 타겟을 이용함에 따라 안정하게 실현하는 것이 가능하게 되었던 것이다.
여기서 비저항치가 102μΩcm 미만에서는 고 비정항체로서의 역할을 충분히 달성할 수가 없었다.
한편 비저항치가 102μΩcm를 초과하면 막의 비저항치가 타겟중의 산화규소의 몰비로 의존하는 것이기 때문에 스퍼터링 타겟중의 산화규소 비율이 증가함에 따라 소결체 타겟이 외력에 약하게 되어 얻어진 막저항치의 안정성이 저하하기 때문이다.
비저항의 바람직한 범위는 3×102μΩcm~6×105μΩcm이고 더욱더 바람직하게는 3×103μΩcm~6×104μΩcm이다. 비저항이란 시트저항에 막두께를 곱한 것이다.
또 막저항체는 항상 안정된 고 비저항을 제공하는 것을 가능하게 하기 때문에 시트저항의 오차를 적게할 필요가 있다.
그리고 본 발명의 막저항체에 있어서는 금속성분으로서 Nb를 주로하여 사용하고 있는것과 균일한 막조성의 실현이 가능한 본 발명의 스퍼터링 타겟을 이용하고 있기 때문에 시트저항의 오차를 20% 이하로 하는 것이 가능하다.
시트저항의 오차가 크면 서멀프린터 헤드를 만들 경우 기판내 발열량의 오차가 크게되고 인자특성의 악화를 초래하는 것이 된다.
보다 바람직한 시트저항의 오차는 10% 이하이다. 또 여기서 말하는 시트저항의 오차는 이하의 식에 의해서 구해진 값이다.
((저항의 최고치-저항의 최소치)/저항의 평균치)×100%
또 상기 시트저항의 오차는 제5도에 나타낸 측정점(도면중 ×으로 나타낸다)에서의 막저항을 직류 4탐침법(나프손(주)제, RESISTEST-8A)으로 측정하여 구한 것이고 이들 측정점은 기판(A)상의 막에 대해서 5mm사방의 구획을 완전한 형태로 가능한 많이 가지고 이들 구획의 중심에서 측정한 것이다.
그리고 본 발명의 서멀프린터 헤드는 전술한 바와같은 특성을 가진 막저항체를 발열체로서 이용하고 있기 때문에 고속화 고내열화에 용이하게 대응할 수 있고 또한 인자의 안정성 및 해상도에서 우수한 것이 된다.
[발명을 실시하기 위한 형태]
이하 본 발명을 실시예에 따라서 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
평균입자직경 3μm의 Nb분말과 평균입자직경이 1μm로 충분하게 건조된 산화규소분말을 몰비로 Nb/SiOx=70/30이 되도록 조합하고 볼밀에 의해 진공중에서 18시간 혼합했다. 계속하여 이 혼합분말을 진공 가열압착 장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하고 1400℃×1시간의 조건에서 반응소결시켜서 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체중 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과 산화니오븀, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터에 의해서 출력 300W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 2]
평균입자직경 3μm의 Nb분말과 평균입자직경이 1μm로 충분히 건조시킨 산화규소 분말을 몰비로 Nb/SiOx=55/45이 되도록 조합하고 볼밀에 의해 진공중에서 18시간 혼합했다. 다음으로 이 혼합분말을 진공 가열압착 장치로 100kg/cm2의 압력을 가하고 1400℃×1시간의 조건에서 반응소결시켜서 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체중 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과 산화니오븀, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다. 다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터에 의해서 출력 300W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 3]
평균입자직경 3μm의 Nb분말과, 평균입자직경이 1μm로 충분하게 건조시킨 산화규소분말을 몰비로 Nb/SiOx=45/55가 되도록 조합하고 볼밀에 의해 진공중에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공 가열압착 장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하고 1400℃×1시간의 조건에서 반응소결시켜서 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체중 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과 산화니오븀, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터에 의해서 출력 300W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 4]
15mol%의 Ta를 포함하는 평균입자직경 3μm의 Nb합금분말(Nb*), 평균입자직경이 1μm로 충분하게 건조시킨 산화규소분말을 몰비로 Nb*/SiOx=70/30이 되도록 조합하고 볼밀에 의해 진공중에서 18시간 혼합했다. 이어서 이 혼합분말을 진공 가열압착 장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하고 1400℃×1시간의 조건에서 반응소결시켜서 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체중 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과 산화니오븀, 산화탄탈, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해서 출력 300W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 5]
35mol%의 Ta를 포함하는 평균입자직경 3μm의 Nb합금분말(Nb*), 평균입자직경이 1μm로 충분하게 건조된 산화규소분말을 몰비로 Nb*/SiOx=70/30이 되도록 조합하고 볼밀에 의해 진공중에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공 가열압착 장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하고 1400℃×1시간의 조건에서 반응소결시켜서 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체중 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과 산화니오븀, 산화탄탈, 규화니오븀, 규화탄탈, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 6]
15mol%의 Fa를 포함하는 평균입자직경 3μm의 Nb합금분말(Nb*), 평균입자직경이 1μm로 충분하게 건조시킨 산화규소분말을 몰비로 Nb*/SiOx=70/30이 되도록 조합하고 볼밀에 의해 진공에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공 가열압착 장치로 100kg/cm2의 압력을 가하여 1400℃×1시간의 조건으로 반응소결시켜서 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체중 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과 산화니오븀, 산화철, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후, 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 7]
35mol%의 Fa를 포함하는 평균입자직경 3μm의 Nb합금분말(Nb), 평균입자직경이 1μm로 충분하게 건조시킨 산화규소분말을 몰비로 Nb/SiOx=70/30이 되도록 조합하고 볼밀에 의해 진공속에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공 가열압착 장치로 100kg/cm2의 압력을 가하고 1400℃×1시간의 조건으로 반응소결시켜서 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체속 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증 산화니오븀, 산화철, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 8]
평균입자직경이 7μm의 Nb5Si3와 Nb2O5와의 중량비 2 : 1의 혼합분말과 3μm의 산화규소분말을 스퍼터링 타겟속의 Nb중량비가 78%로 되도록 조합하고 볼밀에 의해 Ar 분위기 속에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공가열 압착장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하여 1500℃×3.5시간의 조건에서 소결시켜 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과, 산화니오븀, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 9]
평균입자 직경이 7μm의 Nb5Si3와 Nb2O5와의 중량비 2 : 1의 혼합분말과 평균입자직경 3μm의 산화규소분말을 스퍼터링 타겟속의 Nb중량비가 78%로 되도록 조합하고 볼밀에 의해 Ar 분위기 속에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공가열 압착장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하여 1600℃×3.5시간의 조건에서 소결시켜 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과 산화니오븀, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 10]
평균입자 직경이 7μm의 Nb5Si3와 Nb2O5와의 중량비 10 : 3의 혼합분말과 평균입자직경 3μm의 산화규소분말을 스퍼터링 타겟속의 Nb중량비가 65.4%로 되도록 조합하고 볼밀에 의해 Ar 분위기 속에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공가열 압착장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하여 1500℃×3.5시간의 조건에서 소결시켜 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체속의 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과 산화니오븀, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 11]
평균입자 직경이 7μm의 Nb5Si3와 Nb2O5와의 중량비 10 : 3의 혼합분말과 평균입자직경 3μm의 산화규소분말을 스퍼터링 타겟속의 Nb중량비가 65.4%로 되도록 조합하고 볼밀에 의해 Ar 분위기 속에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공가열 압착장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하여 1600℃×3.5시간의 조건에서 소결시켜 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체중 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 산화니오븀, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 그후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 12]
평균입자 직경이 7μm의 Nb5Si3와 Nb2O5와의 중량비 10 : 9의 혼합분말과 평균입자직경 3μm의 산화규소분말을 스퍼터링 타겟속의 Nb중량비가 56%로 되도록 조합하고 볼밀에 의해 Ar 분위기 속에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공가열 압착장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하고 1500℃×3.5시간의 조건에서 소결시켜 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과 산화니오븀, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다. 다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[실시예 13]
평균입자 직경이 7μm의 Nb5Si3와 Nb2O5와의 중량비 10 : 9의 혼합분말과 평균입자직경 3μm의 산화규소분말을 스퍼터링 타겟속의 Nb중량비가 56%로 되도록 조합하고 볼밀에 의해 Ar 분위기 속에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공가열 압착장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하여 1600℃×3.5시간의 조건에서 소결시켜 목적하는 소결체를 얻었다. 이 소결체 함유성분을 X선 마이크로 분석기 분석 및 X선 회절에 의해서 검증한 결과 산화니오븀, 규화니오븀, 산화규소가 존재하고 있는 것을 확인했다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다. 다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터링에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[비교예 1]
평균입자 직경이 3μm의 Ta분말과 평균입자직경이 1μm로 충분하게 건조시킨 산화규소분말을 몰비로 Na/SiOx=70/30이 되도록 조합하고 볼밀에 의해 진공속에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공가열 압착장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하여 1400℃×1시간의 조건에서 소결시켜 목적하는 소결체를 얻었다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께, 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
[비교예 2]
평균입자 직경이 3μm의 Ta분말과 평균입자직경이 1μm로 충분하게 건조시킨 산화규소분말을 몰비로 Na/SiOx=44/55가 되도록 조합하고 볼밀에 의해 진공속에서 18시간 혼합했다.
다음으로 이 혼합분말을 진공가열 압착장치에서 100kg/cm2의 압력을 가하여 1500℃×15시간의 조건에서 소결시켜 목적하는 소결체를 얻었다. 이후 상기 소결체의 표면을 기계가공에 의해서 약 1mm 연삭하여 직경 5인치, 두께, 5mm의 스퍼터링 타겟을 얻었다.
다음으로 상기 스퍼터링 타겟을 이용하여 고주파 마그네트론 스퍼터에 의해서 출력 200W, Ar유량 17sccm, 가스압 5.3mTorr~5.5mTorr의 조건에서 3인치의 글레이즈 알루미나 기판상에 두께 100nm의 막을 형성했다.
이상과 같이 하여 얻은 각 실시예 및 비교예에 따른 박막의 비저항과 시트저항의 오차를 각각 측정했다.
그 결과 표 1에 나타낸다. 또 시트저항의 오차는 전술한 식 및 방법에 의해서 구했다.
[표 1]
표 1에서 밝혀진 바와같이 종래의 타겟을 이용했을 경우, 시트저항의 오차가 매우 커서 막의 저항치 제어가 곤란하다는 것에 대해서 본 발명의 반응소결시킨 스퍼터링 타겟을 이용함에 따라서 스퍼터링 타겟의 조직이 치밀화되어 시트저항의 오차가 극히 적어서 안정된 막이 형성되었다는 것을 알았다.
또 산화규소, 산화니오븀, 규화니오븀으로 이루어진 혼합분말을 소결하게 되는 스퍼터링 타겟을 이용해도 종래에 비해서 시트저항의 오차가 작은 막이 생성된다는 것을 알았다.
또한 금속함유량이 많은만큼 시트저항의 편차는 적고 Ta 및 Fe 등을 함유한 금속에서도 그 안정성이 유지되는 것도 제1도는 도시하고 있다.
다음으로 상기한 실시예 및 비교예에 의한 박막의 비저항 측정결과에서 Nb 및 Ta 타겟 속의 SiO2량과 비저항과의 관계를 비료하여 제1도에 나타냈다. 제1도에 나타낸 바와같이 양금속 모두 SiO2량의 증가에 따라서 비저항이 현저하게 증가하지만 그 증가율은 Nb에서 보다 현저하다는 것을 알았다.
또 하기에 나타낸 표 2는 각 실시예 및 비교예에서 제조된 타겟의 조성과 이것을 스퍼터링하여 생성된 막 조성의 관계를 나타내고 있다.
이들 결과에서 실시예에 의한 각 스퍼터링 타겟을 이용하여 성막함으로서 타겟과 거의 동일 조성의 막을 재현성 좋게 형성할 수 있다는 것을 알았다. 또 Ta와 Fe 등을 포함하는 합금에 있어서도 그 성능은 거의 변하지 않는다는 것도 나타나 있다.
[표 2]
또한 실시예 3과 같은 조성의 121mm×378mm×7.5mm3의 스퍼터링 타겟을 제작하여 타겟의 길이방향 수직으로 그레이즈드 유리기판(A4 사이즈)을 왕복시켜서 두께 100nm의 막을 성막하여 막저항을 측정했다. 또 비교하여 상기 비교예 2와 같은 조성의 121mm×378mm×7.5mm2의 타겟을 제작하여 같은 양상의 측정을 행하였다.
그들 결과를 제2도에 나타낸다. 제2도에서 본 발명에 따른 스퍼터링 타겟은 종래의 것에 비교하여 기판내의 오차가 현저하게 개선되어 있다는 것을 알았다.
다음으로, 본 발명인 서멀프린터 헤드의 실시예에 대해서 기술한다. 본 실시예에서 이용된 서멀프린터 헤드의 구성에 대해서 제3도를 참조하여 설명한다.
제3도에 있어서 “1”은 세라믹스기판과 표면에 절연층을 가진 금속기판등의 절연성 기판이다. 이 절연성 기판(1) 상에는 발열저항체층(2)이 형성되어 있다. 발열저항체(2)에는 패턴이 형성되어 있어 발열저항체군을 구성하고 있다.
이들 각 발열저항체(2) 상에는 발열부(3)가 되는 개구를 형성한 바와같이 A1등으로 이루어진 공통전극(4)과 개별전극(5)이 설치되어 있고 상기 발열부(3)를 피복하도록 두께 100nm~4μm 정도의 보호층(6)이 형성되어 있다. 이 보호막의 바람직한 막두께는 1μm~5μm이고 더욱더 바람직하게는 3μm~4μm이다.
우선 상기 실시예(3)에 의해서 막저항체를 성막한 글레이즈 알루미나기판을 상기한 서멀프린터 헤드의 절연성기판(1)으로서 이용하는 동시에 막저항체를 발열저항체층(2)으로서 이용하고 이 막저항체에 패턴을 형성한 후 각 발열저항체(2) 상에 A1전극(4)(5)을 형성하고 또한 보호막을 형성하여 서멀프린터 헤드를 제작했다.
만들어진 서멀프린터 헤드에 대해서 펄스폭 0.3sec, 주기 5msec의 열펄스를 가했을때 저항값 변화율을 제4도에 나타낸다. 또 종래의 Ta저항막을 사용한 서멀프린터 헤드의 시험결과를 비교예로서 모아서 나타낸다. 이 결과에서 밝힌 바와같이 본 발명의 서멀프린터 헤드는 TaN저항막을 이용한 서멀프린터 헤드에 비해서 열펄스에 의한 저항치의 변동이 적어서 내열성에서 우수하다.
또 본 발명에 있어서는 Nb와 Ta로 이루어진 합금에 미량의 Fe가 포함되어 있어도 또 Nb와 Fe로 이루어진 합금에 미량의 Ta가 포함되어 있어도 같은 양상의 효과를 얻는다.
이상의 실시예에서도 밝힌 바와같이 본 발명의 스퍼터링 타겟에 의하면 저항치 및 막조성이 안정된 고저항막을 재현성 좋게 형성할 수 있다.
또 타겟소재에 Nb를 이용하면 Ta에 비해서 스퍼터 속도가 전반적으로 균일하게 되기 때문에 이 타겟을 이용하여 형성된 막은 균일성에도 우수한 것이 된다.
또한 본 발명의 타겟은 반응성 스퍼터링법을 사용하지 않기 때문에 가스의 미묘한 조정이 필요하지 않고 제조방법에 있어서도 간단하다고 하는 이점을 가진다.
또 본 발명의 서멀프린터 헤드는 고비저항이고 또 열안정도가 높고 내열성이 풍부한 상기한 본 발명에 따른 막저항체를 발열체로서 구비한 박막형 서멀프린터 헤드이고 이에따라 헤드의 저항균일화에 따라 인자특성에서 우수한 서멀프린터 헤드를 얻는 것이 가능하게 되어 그 공업적 가치는 대단히 높다.
[산업상의 이용분야]
이상 설명한 바와같이 본 발명의 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성한 막저항체는 막조성 및 저항치가 안정되어 있고 또 고 비저항을 실현할 수 있기 때문에 서멀프린터 헤드의 발열체등으로서 이용되며, 본 발명의 서멀프린터 헤드는 고속화 고내열화에 용이하게 대응할 수 있고 또한 고인자 성능을 만족하기 위해 소형 고성능화가 요구되는 기록장치로서 유용하다.

Claims (8)

  1. 절연성 기판과 이 절연성 기판상에 설치된 다수의 발열저항체와 이들 발열저항체에 접속된 전극을 구비하는 서멀프린터 헤드에 있어서, 상기 발열저항체는 니오븀을 포함하는 산화물과, 니오븀을 포함하는 규화물을 함유하고 나머지부가 실질적으로 산화규소로 이루어진 소결스퍼터링 타겟을 이용하여 스퍼터링 타겟성막된 막저항체로 이루어진 것을 특징으로 하는 서멀프린터 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발열저항체는 산화규소를 몰비로 15mol%~70mol%의 범위에서 함유하는 니오븀분말 또는 니오븀 합금분말을 반응소결하게 되는 소결스퍼터링 타겟을 이용하여 성막된 막저항체로 이루어진 것을 특징으로 하는 서멀프린터 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 발열저항체는 니오븀 산화물분말 또는 니오븀합금의 산화물 분말과, 니오븀의 규화물분말 또는 니오븀합금의 규화물분말을 포함하고 나머지부가 실질적으로 산화규화 분말로 이루어진 혼합분말을 소결하게 되는 소결스퍼터링 타겟을 이용하여 성막한 막정형체로 이루어진 것을 특징으로 하는 서멀프린터 헤드.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 전술한 니오븀합금은 니오븀과 탄탈 및/또는 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 서멀프린터 헤드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 발열저항체는 비저항치가 102μΩcm~106μΩcm인 것을 특징으로 하는 서멀프린터 헤드.
  6. 제1항에 있어서, 상기 발열저항체는 시트저항의 오차가 20% 이하인 것을 특징으로 하는 서멀프린터 헤드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발열저항체는 두께 100nm~10μm의 보호막을 가진 것을 특징으로 하는 서머프린터 헤드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 발열저항체는 막두께가 5nm 내지 3000nm인 것을 특징으로 하는 서멀프린터 헤드.
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