JPH089236B2

JPH089236B2 - サ−マルヘツドとその製造方法

Info

Publication number: JPH089236B2
Application number: JP9696087A
Authority: JP
Inventors: 潔緒方; 靖典安東
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1987-04-20
Filing date: 1987-04-20
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS63262252A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、例えばサーマルプリンタ等に用いられる
サーマルヘッドとその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

第４図は、従来のサーマルヘッドの一例を示す拡大部
分断面図である。

このサーマルヘッド２は、基体４上に保温用の保温層
６を、その上に当該保温層６等の保護用の保護膜８を、
その上に発熱用の発熱抵抗体10を、その上に発熱抵抗体
10に対する通電用の所定パターンをした電極12を、更に
その上に表面の耐摩耗や発熱抵抗体10の劣化防止用の保
護膜14をそれぞれ有する。

各材質の典型例を示せば、基体４はアルミナ（Al
₂O₃）から成り、保温層６はガラスグレーズから成り、
保護膜８は通常は五酸化タンタル（Ta₂O₅）から成り、
発熱抵抗体10は窒化タンタル（Ta₂N）あるいはタンタル
系サーメットから成り、電極12は金（Au）から成り、保
護膜14は五酸化タンタルから成る。なお保護膜８には、
硬質カーボン膜が用いられる場合もある。

その場合、上記保護膜８は、五酸化タンタルから成る
場合は、通常、スパッタリング法によってタンタルを保
温層６上に被着した後、熱処理を大気中で５〜10時間程
度行うことによって形成される。また、硬質カーボン膜
から成る場合は、通常、CVD法（化学気相成長法）によ
って形成される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようなサーマルヘッド２においては、その保護
膜８が五酸化タンタルから成る場合、次のような問題が
ある。

製造過程において、電極12を形成した段階でそのパ
ターニングのために通常はフッ酸（フッ化水素酸）液等
でエッチングを行うが、オーバーエッチングが起こった
場合、発熱抵抗体10にピンホールが存在していたりある
いはオーバーエッチングによってそれに亀裂ができたり
すると、保護膜８を構成する五酸化タンタルは耐薬品性
が小さいため、当該保護膜８ばかりでなくひいてはその
下の保温層６もエッチングされて損傷を受ける。

保護膜８の保温層６に対する密着性があまり良くな
いため、発熱抵抗体10の発熱によって発生する熱的な内
部歪によって保護膜８が剥離し易い。

保護膜８としての五酸化タンタルの形成には前述し
たように熱処理で長時間を要するため、製造コストが高
くつく。また、大気中で処理するため当該保護膜８中へ
の不純物混入が避けられずこれがピンホール等の原因に
もなる。

一方、保護膜８が硬質カーボン膜から成る場合も、CV
D法で輸送される原子の運動エネルギーは高々数百eVで
あるため、保護膜８の保温層６に対する密着性が弱く、
従ってこの場合も保護膜８が剥離し易いという問題があ
る。

そこでこの発明は、これらの問題点を解決したサーマ
ルヘッドとその製造方法を提供することを主たる目的と
する。

〔実施例〕

第１図は、この発明に係るサーマルヘッドの一例を示
す拡大部分断面図である。第４図の例と同等部分には同
一符号を付し、以下においてはそれとの相違点を主に説
明する。

この実施例のサーマルヘッド20は、前述したような保
温層６上の保護膜18が、ダイヤモンド結晶を含む炭素系
膜から成り、かつ保温層６と当該保護膜18との界面付近
に、両者の構成物質を含んで成る混合層17を有してい
る。

上記保護膜18は、ダイヤモンド結晶を含む炭素系膜か
ら成るため、硬質でしかも化学的および熱的にも安定し
ている。そのため、前述したようなフッ酸等のエッチン
グ液に対しても強く、従ってエッチング時にエッチング
液によって当該保護膜18が、ひいてはその下の保温層６
等が損傷を受けることもない。

また、上記混合層17は言わば楔のような作用をするの
で、保護膜18の保温層６に対する密着性が非常に良くな
る。しかも、保護膜18と保温層６間の熱膨脹係数の違い
を、組成が連続的に変化している当該混合層17で吸収で
きるため、保護膜18と保温層６間の熱ストレスの発生も
抑えられる。その結果、発熱抵抗体10の発熱によって発
生する熱的な内部歪等による保護膜18の剥離が防止され
る。

第２図は、この発明に係るサーマルヘッドの他の例を
示す拡大部分断面図である。

上記サーマルヘッド20との相違点を主に説明すると、
この実施例のサーマルヘッド22は、前述したような保護
膜18とその上の発熱抵抗体10との界面付近にも、両者の
構成物質を含んで成る混合層19を有している。

この混合層19の作用も上記混合層17のものと同様であ
り、発熱抵抗体10の保護膜18に対する密着性が非常に良
くなると共に両者間に発生する熱ストレスも抑えられ
る。その結果、当該発熱抵抗体10の剥離もより完全に防
止される。

次に、第１図に示したようなサーマルヘッド20の製造
方法の一例を、その保護膜18の形成工程を主体に説明す
る。

第３図は、この発明に係る製造方法を実施する装置の
一例を示す概略図である。

前述したような基体４上に保温層６が形成されたもの
を用意して、これをホルダ28に取り付けて真空容器（図
示省略）内に収納しており、当該保温層６に向けて蒸発
源30およびイオン源38を配置している。

蒸発源30は、この例では電子ビーム蒸発源であり、蒸
発材料32としてここでは炭素ペレットを有しており、そ
れを電子ビームによって加熱蒸気化して得られる蒸発物
（ここでは炭素）34を保温層６の表面に蒸着させること
ができる。もっとも、このような電子ビーム蒸発源の代
わりに、ターゲットをスパッタさせる方式の蒸発源、あ
るいはカソードにおける真空アーク放電によってカソー
ド物質を蒸発させる方式の蒸発源等を用いることもでき
る。

保温層６に対する炭素34の蒸着速度あるいは保温層６
上に形成される膜の膜厚は、膜厚モニタ36によって計測
することができる。

イオン源38は、この例ではプラズマ閉じ込めに多極磁
場を用いるバケット型イオン源であり、供給されたガス
Ｇをイオン化して均一で大面積のイオンビーム40を保温
層６の表面に向けて照射することができる。もっとも、
このようなバケット型イオン源の代わりに、他のタイプ
のイオン源を用いることもできる。

この場合のイオン源38に供給するガスＧとしては、後
述するような理由から、水素ガス、炭化水素系ガス（例
えばメタンガス、エタンガス等）、有機化合物系ガス
（例えばアセトン等）および不活性ガス（例えばヘリウ
ムガス、ネオンガス、アルゴンガス等）の内の少なくと
も一種、即ちこれらの単一ガスまたは混合ガスを用い
る。

処理に際しては、真空容器内を例えば10^-5〜10^-7Torr
程度まで排気した後、蒸発源30からの炭素34を保温層６
上に蒸着させるのと同時に、またはそれと交互に、イオ
ン源38からのイオンビーム40を保温層６に向けて照射す
る。このイオンビーム40の照射は、連続的であっても良
いし間歇的であっても良い。

その際、保温層６に蒸着させる炭素量に対する照射イ
オン量の割合、即ちイオン／炭素は、例えば0.1％〜100
％程度の範囲内にする。

上記処理の結果、保温層６の表面に、前述したような
ダイヤモンド結晶を含む炭素系膜から成る保護膜18（第
１図参照）が形成され、かつ保温層６と当該保護膜18と
の界面付近に、両者の構成物質を含んで成る前述したよ
うな混合層17（第１図参照）が形成される。

保護膜18中にダイヤモンド結晶が形成されるのは、照
射イオンが、保温層６に蒸着されたグラファイト構造の
炭素をダイヤモンドに結晶成長させるための核形成エネ
ルギー供給源として作用するためであると考えられる。
また混合層17が形成されるのは、保護膜18を構成する物
質が照射イオンによって保温層６の内部に叩き込まれた
り、あるいはそれと共に保温層６を構成する物質が保護
膜18内に叩き出されたりするためであると考えられる。

ちなみにその後は、例えば公知の手段によって、当該
保護膜18の上に前述したような発熱抵抗体10を、その上
に電極12を、更にその上に保護膜14を形成すれば良い。
その結果、第１図に示したようなサーマルヘッド20が得
られる。

上記処理の場合、ガスＧに前述したような種類のもの
を用いるのは、不活性ガスを用いれば、イオンビーム40
として照射される不活性元素は反応性が乏しいため、不
純物混入の無い良質の炭素系膜が得られるからであり、
炭化水素系ガスや有機化合物系ガスを用いれば、蒸着炭
素にそれと同系の、即ち炭素系のイオンビーム40が照射
されるため、それによって蒸着炭素をより励起し易くな
るからであり、水素ガスを用いれば、イオンビーム40と
して照射された水素が蒸着炭素中のグラファイトをメタ
ン、エタン等の炭化水素系のガスとして取り除く作用も
するからであり、またこれらの混合ガスを用いれば、上
記のような各作用を併合した結果を得ることができるか
らである。

また、ガスＧとして、上記のような単一ガスまたは混
合ガスに、ケイ素系ガス（例えばモノシランガス、ジシ
ランガス等）を例えば10％程度以下混合したガスを用い
ても良く、そのようにすれば、イオンビーム40として照
射されたケイ素はSP³混成軌道しか取らず、蒸着炭素中
におけるグラファイトの析出を抑制すると共にダイヤモ
ンド形成に有効に作用するため、ダイヤモンド結晶がよ
り効果的に形成されるようになる。

尚、上記処理の場合のイオンビーム40のエネルギー
は、特定のものに限定されるものではないが、例えば成
膜の初期段階においては、前述した混合層17をより効果
的に形成する観点から、比較的大きなエネルギー、例え
ば10KeV程度以上にするのが好ましい。一方、混合層17
が所望の厚み、例えば数百Å程度得られた後は、良質の
保護膜18を得る観点から、即ちイオンビーム40の照射に
よって保護膜18内にダメージ（欠陥部）が発生したりス
パッタ作用によってその表面が荒れたりするのを極力少
なくする等の観点から、10KeV程度以下の低エネルギ
ー、より好ましくは数百eV程度以下にするのが良く、ま
たその下限は特にないが、イオン源38からイオンビーム
40を引き出せる限度から、現実的には10eV程度になる。

また、保温層６表面の垂線に対するイオンビーム40の
入射角θは、それによる蒸着炭素のスパッタ防止等の観
点から、０゜〜60゜程度の範囲内にするのが好ましい。

また、成膜時には、必要に応じて基体４等を例えば数
百℃程度まで加熱、あるいは例えば室温〜100℃程度以
下になるように冷却しても良く、加熱すれば熱励起によ
ってダイヤモンド形成の反応を促進することができると
共に、イオンビーム40の照射に伴って保護膜18等の内部
に発生する欠陥部を成膜中に除去することができ、また
冷却すればイオンビーム40の照射による保温層６等の熱
的損傷等を防止することができる。

上記のような製造方法の特徴を列挙すれば次の通りで
ある。

従来の大気中での熱処理によって五酸化タンタルか
ら成る保護膜８を形成する場合に比べて、この方法によ
れば保護膜18を短時間で形成することができるため、製
造コストの低減を図ることができる。また、真空中で処
理するため、大気に汚染されることがなく、不純物混入
のない良質の保護膜18を形成することができる。

従来のCVD法によって硬質カーボン膜から成る保護
膜８を形成する場合は、基体を800℃〜1000℃程度の高
温に加熱する必要があるが、この方法ではCVD法と違っ
て熱励起を主体としていないため、低温処理が可能であ
り、その結果、基材である保温層６や基体４として使用
できる材質の範囲が広がる。

炭素32の蒸着とイオンビーム40の照射の処理条件を
個々に制御することができるため、保護膜18の組成を必
要に応じて制御することも可能である。

次に、第２図に示したようなサーマルヘッド22を製造
する方法の一例を、上記サーマルヘッド20の製造方法で
説明しなかった点を中心に説明する。

まず前述したような第１の工程で、保温層６上に前述
したような保護膜18および混合層17を形成した後、第２
の工程で、例えば同一真空容器内において、かつ同一の
蒸発源30およびイオン源38等を用いて、当該保護膜18上
に発熱抵抗体10を形成する。

但しこの場合は、蒸発源30からの蒸発物34およびイオ
ン源38からのイオンビーム40としては、相互に化合する
等して抵抗体を構成するものが選ばれる。

例えば、蒸発源30からは蒸発物34としてタンタルを蒸
発させてこれを保護膜18上に蒸着させる。それと同時
に、またはそれと交互に、イオン源38からはイオンビー
ム40として窒素イオンビームを引き出してこれを保護膜
18に向けて照射する。

その場合、保護膜18に蒸着させるタンタルと照射する
窒素イオンとの組成比、即ちTa/Nは、例えば0.5〜５程
度の範囲内にする。

上記処理の結果、保護膜18の表面に、蒸着タンタルと
照射窒素イオンとが化合して、窒化タンタル（Ta₂N）か
ら成る発熱抵抗体10（第２図参照）が形成され、かつ保
護膜18と当該発熱抵抗体10との界面付近に、照射イオン
の前述したような作用によって、両者の構成物質を含ん
で成る前述したような混合層19（第２図参照）が形成さ
れる。

その後は、例えば公知の手段によって、当該発熱抵抗
体10の上に前述したような電極12を、更にその上に保護
膜14を形成すれば良い。その結果、第２図に示したよう
なサーマルヘッド22が得られる。

尚、この場合の窒素イオンビーム40の好ましい照射態
様やエネルギー等も、前記保護膜18を形成する場合と同
様である。いずれも前述した理由による。

この場合も、真空中で処理するため、不純物混入の無
い良質の発熱抵抗体10を形成することができる。またこ
の例のように同一の真空容器内で保護膜18の形成と連続
して発熱抵抗体10を形成することもでき、そのようにす
れば大気に汚染される心配が全く無く、しかも処理効率
も良い。勿論、保護膜18の場合と同様に発熱抵抗体10の
組成制御も可能である。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明に係る第１のサーマルヘッドに
おいては、保護膜がダイヤモンド結晶を含む炭素系膜か
ら成り化学的・熱的に安定であるため、当該保護膜やそ
の下の保温層等がエッチング時に損傷を受けるという問
題が無くなる。しかも当該保護膜と保温層間に混合層を
有するため、保護膜の密着性が高く、その剥離の問題も
無くなる。

またこの発明に係る第２のサーマルヘッドにおいて
は、上記サーマルヘッドに比べて更に、発熱抵抗体とそ
の下の保護膜間にも混合層を有するため、発熱抵抗体の
密着性が高く、その剥離の問題も無くなる。

一方この発明に係る第１あるいは第２の製造方法によ
れば、上記のような特徴を有する第１あるいは第２のサ
ーマルヘッドを、それぞれ、短時間で効率良く製造する
ことができる。しかも真空中で処理するため不純物混入
の無い良質の保護膜や発熱抵抗体を形成することができ
る。また熱励起を主体としてしないため、保温層や基体
として使用できる材質の範囲が広がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係るサーマルヘッドの一例を示す
拡大部分断面図である。第２図は、この発明に係るサー
マルヘッドの他の例を示す拡大部分断面図である。第３
図は、この発明に係る製造方法を実施する装置の一例を
示す概略図である。第４図は、従来のサーマルヘッドの
一例を示す拡大部分断面図である。４……基体、６……保温層、10……発熱抵抗体、12……
電極、14……保護膜、17,19……混合層、18……保護
膜、20,22……実施例に係るサーマルヘッド、30……蒸
発源、34……蒸発物、38……イオン源、40……イオンビ
ーム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に保温層を、その上に保護膜を、更
にその上に発熱抵抗体をそれぞれ有するサーマルヘッド
において、前記保護膜がダイヤモンド結晶を含む炭素系
膜から成り、かつ保温層と当該保護膜との界面付近に、
両者の構成物質を含んで成る混合層を有することを特徴
とするサーマルヘッド。
【請求項２】基体上に保温層を、その上に保護膜を、更
にその上に発熱抵抗体をそれぞれ有するサーマルヘッド
において、前記保護膜がダイヤモンド結晶を含む炭素系
膜から成り、かつ保温層と当該保護膜間および当該保護
膜と発熱抵抗体間の各界面付近に、その両側の構成物質
を含んで成る混合層をそれぞれ有することを特徴とする
サーマルヘッド。
【請求項３】基体上に保温層を、その上に保護膜を、更
にその上に発熱抵抗体をそれぞれ有するサーマルヘッド
を製造する方法において、基体上に保温層が形成された
ものを用意し、真空中で当該保温層に対して、炭素の蒸
着と、水素ガス、炭化水素系ガス、有機化合物系ガスお
よび不活性ガスの内の少なくとも一種をイオン化して得
られたイオンビームの照射とを行うことによって、前記
保温層上に保護膜を形成する工程を備えることを特徴と
するサーマルヘッドの製造方法。
【請求項４】基体上に保温層を、その上に保護膜を、更
にその上に発熱抵抗体をそれぞれ有するサーマルヘッド
を製造する方法において、基体上に保温層が形成された
ものを用意し、真空中で当該保温層に対して、炭素の蒸
着と、水素ガス、炭化水素系ガス、有機化合物系ガスお
よび不活性ガスの内の少なくとも一種をイオン化して得
られたイオンビームの照射とを行うことによって、前記
保温層上に保護膜を形成する第１の工程と、第１の工程
によって形成された保護膜に対して真空中で、蒸発物の
蒸着とイオンビームの照射とを行うことによって、前記
保護膜上に発熱抵抗体を形成する第２の工程とを備える
ことを特徴とするサーマルヘッドの製造方法。