JP2000273635A

JP2000273635A - カーボン膜の成膜方法

Info

Publication number: JP2000273635A
Application number: JP11082024A
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: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-03
Also published as: US6316054B1

Abstract

(57)【要約】【課題】気相成膜法によってカーボン膜を成膜するに際
し、下層との密着性が高く、しかも、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得られるカ
ーボン膜の成膜方法を提供する。【解決手段】カーボン膜の被形成面を加熱し、かつ、成
膜系内の水分圧を５×１０^-6Torr以下とした後に、成膜
プロセスを開始することにより、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、スパッタリング等
の気相成膜法を用いるカーボン膜の成膜方法の技術分野
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（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、下層との密着性が低く、ま
た、カーボン保護膜にピンホールやクラック等がある
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、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、下層との密着性が高く、しかも、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得られるカ
ーボン膜の成膜方法を提供することにある。このような
本発明は、例えば、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、密着性が高く、ピンホール
やクラックに起因する割れや剥離の極めて少ないカーボ
ン保護膜を成膜して、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え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、本発明は、気相成膜によってカーボン膜を成膜する
に際し、カーボン膜の被形成面を加熱し、かつ、成膜系
内の水分圧を５×１０^-6Torr以下とした後に、成膜プロ
セスを開始する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、成膜系内においてカーボン膜の被形
成面を８０℃以上に加熱するのが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のカーボン膜の成膜
方法について、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、本発明の成膜方
法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、プラ
スチックなどの成形用金型、工具等の各種の製品や部材
におけるカーボン膜の形成にも利用可能である。

【００１２】図１に、本発明のカーボン膜の成膜方法に
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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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２０
ａｔｍ％以下であるのが好ましい。

【００２１】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。

【００２２】ここで、本発明においては、気相成膜によ
って炭素を主成分とするカーボン膜（カーボン保護膜）
を成膜するに際し、カーボン膜の被形成面を加熱、好ま
しくは好ましくは成膜系内で加熱すると共に、成膜系内
の水（Ｈ₂Ｏ）分圧を５×１０^-6Torr以下、好ましくは
２×１０^-6Torr、より好ましくは８×１０^-7Torr以下と
した後に、成膜プロセスを開始する。

【００２３】本発明者の検討によれば、気相成膜法によ
ってカーボン膜を成膜する際に形成されるピンホールや
クラック等の欠損の発生には、成膜系内の水分量が大き
く影響している。また、成膜系内や被形成面に存在する
各種の有機物は、成膜されるカーボン膜を汚染し、密着
性を低下させる。さらに、カーボンは導電性が高いた
め、気相成膜中にマイクロアークが発生し、これによっ
て成膜されるカーボン膜に異物が飛来し、ピンホール等
の欠損の原因ととなってしまう。これに対し、上記条件
を満たした上でカーボン膜の成膜プロセスを開始するこ
とによって、成膜系内や被形成面の水および有機物を、
成膜されたカーボン膜に悪影響を及ぼすことがない量と
して成膜を行うことができ、また、水分量の低減によっ
てマイクロアークの発生量も著しく低減することがで
き、これらに起因するピンホール等の欠損や密着性低下
のない、高品位なカーボン膜を形成することができる。

【００２４】従って、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、カーボン保護膜２４の密着性が高
く、しかも、ピンホールやクラックに起因するカーボン
保護膜２４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を作成することがで
きる。

【００２５】なお、本発明において、成膜系内の水分圧
の下限には特に限定はなく、少ないほど好ましいが、経
済性、手間、生産性等を考えると、成膜系内の水分圧
は、５×１０^-7Torr〜３×１０^-7Torr程度を下限とする
のが好ましい。

【００２６】カーボン膜の被形成面の加熱手段には特に
限定はなく、例えば、ヒータ等を用いる公知の方法で行
えばよい。また、被形成面の加熱温度にも特に限定はな
く、サーマルヘッド等の被成膜部材の耐熱性を考慮した
上で、減圧度等の加熱雰囲気に応じて、水や有機物を蒸
発できる温度を適宜設定すればよいが、好ましくは８０
℃以上、より好ましくは１２０℃以上とするのが好まし
い。

【００２７】成膜系内の水分圧を５×１０^-6Torr以下と
する方法にも特に限定はなく、減圧加熱等の各種の方法
が利用可能であるが、好ましい方法として、前記カーボ
ン膜の被形成面の加熱を成膜系内で行うと共に、成膜系
内を減圧する方法が例示される。例えば、成膜チャンバ
内にの所定位置に成膜基板（図示例であれば、サーマル
ヘッド）をセットして、ヒータ等の加熱手段をカーボン
膜の被形成面に対面して配置し、これによる加熱を行い
つつ、成膜チャンバ内を真空吸引する。これにより、被
形成面のみならず成膜系内も加熱され、被形成面および
成膜系内に存在する水および有機物を好適に除去し、好
適に、前記加熱と共に成膜系内の水分圧を５×１０^-6To
rr以下にすることができる。なお、この際における加熱
および真空吸引時間は、真空チャンバのサイズや真空度
等に応じて、上記条件達成できる時間を適宜設定すれば
よい。

【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やカーボン保護膜２６等の厚さを上
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、本発明のカーボン膜の成膜方法の
実施、および図示例のサーマルヘッドの保護膜の形成に
好適な成膜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、第２スパッタリング手段５８に取り
つけられるヒータ５９と、加熱手段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。

【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。

【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】また、第２スパッタリング手段５８には、
ヒータ５９が配置される。ヒータ５９は、例えば、抵抗
線を利用する公知のヒータである。このヒータ７０は、
リンク機構等を使った公知の移動手段を有しており、膜
の被形成面と対面する位置、および基板ホルダ６４とタ
ーゲット材７０（バッキングプレート８４）との間から
退避する位置を、移動可能に構成されている。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】加熱手段６０は、成膜前や成膜中に、必要
に応じて真空チャンバ５２内を加熱するものであり、図
示例においては、一例として、シースヒータ８６、８６
…と、交流電源８８から構成される。

【００４１】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、２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。

【００４２】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。

【００４３】以上、本発明のカーボン膜の製造方法につ
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。

【００４４】

【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。

【００４５】［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。

【００４６】＜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]、反応ガスとして、窒素ガスを２０[sccm]、酸素
ガスを５[sccm]を用い、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。

【００４７】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。

【００４８】＜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。

【００４９】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ガス導入管５４ａおよび５４ｂを
形成した。

【００５０】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。ま
た、第２スパッタリング手段５８には、抵抗線を用いた
ヒータ５９が配置される。このヒータ５９は、成膜基板
のカーボン膜の被形成面と対面する位置、および基板ホ
ルダ６４とターゲット材７０との間から退避する位置
を、移動可能に構成されている。

【００５１】ｄ．加熱手段６０複数のシースヒータ８６と交流電源８８とからなる加熱
手段。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】＜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。

【００５５】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。

【００５６】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、ヒータ５９をカー
ボン保護膜２４の被形成面に対面させて、真空排気手段
６６によって真空排気を行いつつ、ヒータ５９によって
被形成面を１２０℃で一時間加熱した。加熱開始時の真
空チャンバ５２内の水分圧は３×１０^-6Torr、加熱ピー
ク時の真空チャンバ５２内の水分圧は１×１０^-5Torr、
加熱終了後の真空チャンバ５２内の水分圧は１×１０^-6
Torrであった。

【００５７】その後、カーボン保護膜２４の成膜プロセ
スを開始した。すなわち、真空排気手段６６を駆動して
真空排気を行うと共に、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サーマルヘッド
１０を作製した。

【００５８】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。また、成膜中のマ
イクロアークの発生数をスパークルＶ（アドバンスエナ
ジー社製）によって測定したところ、１００回／時間で
あった。

【００５９】＜性能評価＞ＳＩＭＳ（二次イオン質量分
析法）を用いて、得られたサーマルヘッドのカーボン保
護膜２４のディプスプロファイルを測定したところ、有
機物起因の炭素のピークは確認されなかった。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
前の加熱ならびに真空処理を行わない以外は、前記実施
例と同様にして、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、実施例と同様に、カーボ
ン保護膜２４の成膜プロセス開始前の真空チャンバ５２
内の水分圧を測定したところ、１×１０^-5Torrであっ
た。また、カーボン保護膜２４成膜中のマイクロアーク
の発生数を実施例と同様に測定したところ、１０００回
／時間であった。

【００６１】実施例と同様に、ＳＩＭＳを用いて、得ら
れたサーマルヘッドのカーボン保護膜２４のディプスプ
ロファイルを測定したところ、有機物起因の炭素のピー
クが確認された。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、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、下層との密着性が高く、しか
も、ピンホールやクラックの極めて少ない、高品位なカ
ーボン膜を得ることができ、例えば、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、密着性が
高く、ピンホールやクラックに起因する割れや剥離の極
めて少ないカーボン保護膜を成膜して、十分な耐久性を
有し、長期期に渡って高画質の感熱記録行うことができ
るサーマルヘッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を利用して作製されたサーマルヘッド
の発熱素子の構成を示す概略図である。

【図２】本発明を実施す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５９ヒータ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９８回転部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 JH14 4K030 BA27 BA35 BA37 BA40 CA05 CA06 FA01 FA10 HA02 HA03 LA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気相成膜によってカーボン膜を成膜するに
際し、カーボン膜の被形成面を加熱し、かつ、成膜系内
の水分圧を５×１０^-6Torr以下とした後に、成膜プロセ
スを開始することを特徴とするカーボン膜の成膜方法。
【請求項２】成膜系内においてカーボン膜の被形成面を
８０℃以上に加熱する請求項１に記載のカーボン膜の成
膜方法。