JP7117891B2 - 記録素子基板、及び、記録ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録素子基板、及び、記録ヘッドの製造方法に関する。

従来、インクジェット記録装置に関し、記録ヘッドの吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子として、発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によって液体を加熱させるものが知られている。

近年、より一層高速に高精細な画像の記録を実現するために、記録幅がより一層長い記録ヘッドの実現も望まれている。具体的には、記録ヘッドの長さが４インチ～１２インチ等の長さのものも要求されてきている。適度な個数のノズルを有し適度な長さの複数のノズル付き記録素子基板をプレート上に配置して、全体として長い記録幅の記録ヘッドを実現する構成が知られている。しかしながら、このような構成の記録ヘッドでは、以下のような問題点があった。

複数の記録素子基板間では、その製造工程に起因する寸法バラツキが発生するため、各記録素子基板はわずかではあるが吐出量が異なっている。そのような記録素子基板をランダムに配置した場合、記録素子基板と液滴の吐出量すなわち濃度の関係は、同じ信号にて駆動させた場合でも濃度の変化に凸凹が発生してしまう場合がある。このような記録素子基板が配置された記録ヘッドで記録を行った結果、記録素子基板間のわずかな吐出量差によっても濃度ムラが発生し、高品位な記録を行うことが困難である。特に、隣接する記録素子基板で吐出量差が大きい場合には、濃度ムラが非常に目立ってしまう。

液滴の吐出量は、液滴が吐出される吐出口径の大きさや、吐出させるためのエネルギーである発熱抵抗体の面積に関係する。例えば、特許文献１では、発熱抵抗体のサイズを電気的に測定する方法が開示されている。

米国特許第８４３９４７７号明細書

しかしながら、特許文献１の技術では、液滴を吐出させるための発熱抵抗体の配置列に沿い且つパッド列と交差する方向に沿ってテスト抵抗を配置した構成となっている。この構成により、外部からの電気信号などの入出力であるパッドとテスト抵抗との距離が遠くなってしまい、また、複数のテスト抵抗の間でパッドからの距離が異なってしまう。そのためパッドからテスト抵抗までの配線抵抗のばらつきが抵抗値のばらつきに含まれてしまい、抵抗値から算出したヒータサイズのズレが発生してしまうという問題が発生する。特に発熱抵抗体およびテスト抵抗体のシート抵抗値が低い場合は配線抵抗のばらつきの影響が大きくなる。

上記課題を解決するために本発明は以下の構成を有する。すなわち、例えば、液滴を吐出させるための複数の発熱抵抗体と、外部からの電気的な接続を行うための複数のパッドが配列されたパッド列と、前記複数の発熱抵抗体の抵抗値を測定するための、複数の抵抗モニタ素子と、を備えた記録素子基板において、前記複数の抵抗モニタ素子は、前記パッド列の方向に沿って配列され、前記複数の抵抗モニタ素子のうちの少なくとも１つの抵抗モニタ素子において、複数の抵抗が直列に接続されて構成されている。

本発明により、抵抗モニタ素子に接続された配線の抵抗値のばらつきを抑えられ、抵抗値から算出したヒータサイズのズレを抑えることができる。これにより、複数の記録素子基板を配置した記録ヘッドにおいて、記録素子基板間での濃度ムラを抑えることができ、良好な印刷が可能となる。

本発明に係るノズル付き記録素子基板の構成例を示す図。 本発明に係る抵抗モニタ素子の構成例を示す図。 本発明に係る抵抗モニタ素子の構成の詳細を示す図。 本発明に係る記録ヘッドの構成例を示す図。 本発明に係る記録装置の構成例を示す図。 本発明の発熱抵抗体の面積を算出するためのフローチャート。 本発明の記録ヘッドの作製のフローチャート。 第２の実施形態に係る抵抗モニタ素子の一例を示す図。 第３の実施形態に係る抵抗モニタ素子の一例を示す図。 第４の実施形態に係る抵抗モニタ素子の配置の一例を示す図。 発熱抵抗体の面積と吐出量の関係を表す図。 ウェハ内の膜厚分布を説明するための図。 第５の実施形態に係る記録素子基板の一例とその一部を示す図。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明のノズル付き記録素子基板の構成例を示す図である。図１において、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はＣ－Ｃ’の模式断面を示している。ノズル付き記録素子基板３１にはその裏面からインクを供給するための貫通穴（インク供給口）２５が形成されている。記録素子基板２１の表面にはインクに吐出エネルギーを付与するための発熱抵抗体２７が貫通穴２５の両側にそれぞれ複数配列されている。また記録素子基板２１上には吐出口プレート２２が設けられ、この吐出口プレート２２には、複数の発熱抵抗体２７にそれぞれ対向するように複数の吐出口２３が形成されている。そして、記録素子基板２１の表面の両端部には、複数の発熱抵抗体２７などにそれぞれ電気的に接続された複数の電極パッド２４が配置されている。

図１（ｃ）に示すＣ－Ｃ’の模式断面は吐出口２３の中心を切ったものであり、基体７上に絶縁層８、発熱抵抗体２７、および配線電極２８が積層され各形状にパターニングされている。その上から保護膜９が積層されており、その上に吐出口プレート２２が形成されている。

図１（ａ）のＡ部に、本発明に係る抵抗モニタ素子を３個配置している。図２に、抵抗モニタ素子の構成例を示す。抵抗モニタ素子は、記録素子基板に作製される抵抗体の抵抗値を測定するために設けられ、抵抗体と同じ製法および材質にて作製される。本発明に係る３個の抵抗モニタ素子は、互いに近い位置に配置しており、さらに基板端に配置された電極パッド２４に近い位置に配置されている。ここでの抵抗モニタ素子間の距離は、予め規定されているものとする。例えば、抵抗モニタ素子、パッド、および発熱抵抗体との位置関係から規定されていてもよいし、配線抵抗や図１２を用いて後述する膜厚分布に応じて規定されてもよい。これらの抵抗モニタ素子の抵抗体１、３、５を測定するための電極（配線）２、４、６は電極パッド２４に電気的に接続されており、外部から測定可能なように構成されている。ここでは、図２の左から、第一の抵抗モニタ素子、第二の抵抗モニタ素子、第三の抵抗モニタ素子として説明する。

図３は、本発明の抵抗モニタ素子の構成の詳細を示す図である。図３（ａ）は、第一の抵抗モニタ素子であり、第一の抵抗モニタ素子としての抵抗体１と、これに接続される電極２と、を示している。図３（ｂ）は、第二の抵抗モニタ素子としての抵抗体３と、これに接続される電極４と、を示している。図３（ｃ）は、第三の抵抗モニタ素子としての抵抗体５と、これに接続される電極６と、を示している。

第一～第三の抵抗モニタ素子において、抵抗体１、３、５の形状が異なる。第一～第三の抵抗モニタ素子の模式断面を図３（ｄ）に示す。ここでは、第一の抵抗モニタ素子を例に挙げて説明する。基体７上に絶縁層８、抵抗体１、および電極２が積層され、各形状にパターニングされている。その上から保護膜９が積層されている。この抵抗モニタ素子の構成は、図１（ｃ）に示した発熱抵抗体２７と同じ構成であり、同一プロセスで同時に作製されている。ここで、第一～第三の抵抗モニタ素子の配置位置は、それぞれが近い位置に配置するのが望ましい。

また、発熱抵抗体には液滴（インク）を吐出するために選択的に発熱抵抗体を駆動するための駆動回路（不図示）が接続されているが、抵抗モニタ素子にはこのような駆動回路は接続されていない。抵抗モニタ素子に駆動回路などが接続されていると、駆動回路などの抵抗のばらつきも測定してしまい正確な抵抗体の抵抗測定が困難になるからである。

さらに、抵抗モニタ素子に接続された電極パッドからの配線抵抗値を小さくするために、この３個の抵抗モニタ素子からなる組は電極パッド２４に近い位置に配置されている。それぞれの抵抗モニタ素子に接続された電極パッド２４からの配線の配線抵抗値は、それぞれの抵抗モニタ素子間において同じになるように構成し、また、極力小さくなるようにしている。これにより、各抵抗モニタ素子の抵抗値を測定したときに配線抵抗値のばらつきを考慮しなくて良くなる。また、抵抗モニタ素子に接続された電極パッドからの配線抵抗値を小さくするために以下のような構成となっている。すなわち、電極パッド２４から、複数の発熱抵抗体２７のうちの電極パッド２４からの距離が最も短い発熱抵抗体２７までの距離（ＬＰＨ）と電極パッド２４から抵抗モニタ素子までの距離（ＬＰＴ）とを比較すると、ＬＰＨ＞ＬＰＴとなっている。さらには、ＬＰＴをＬＰＨの二分の一以下にすることが、より望ましい。また、複数の電極パッド２４が配列されたパッド列の方向に沿ってそれぞれの抵抗モニタ素子を配置することで、それぞれの抵抗モニタ素子に接続された電極パッド２４からの配線の抵抗値を揃えやすくすることができる。

また、３個の抵抗モニタ素子組のうち少なくとも一つの抵抗モニタ素子の抵抗体の長さ、または幅のサイズが、発熱抵抗体の長さ、または幅のサイズと同一または略同一であることが望ましい。こうすることにより、発熱抵抗体のサイズの設計値からのズレ量と抵抗モニタ素子のサイズの設計値からのズレ量とが同じになる。

ここで、発熱抵抗体の面積の変動による影響について図１１を用いて説明する。図１１は、発熱抵抗体の面積とインク液滴の吐出量との関係を表したグラフである。縦軸は吐出量を示し、横軸は発熱抵抗体の面積を示す。なお、発熱抵抗体の面積とは、発熱抵抗体２７のうちの電流が流れる部分の面積であり、図１（ｃ）に示す構成においては、記録素子基板２１を平面視した際の、一対の配線電極２８の間に位置する発熱抵抗体２７の部分の面積である。発熱抵抗体の面積が増えると吐出量は増えることが分かる。これは、発熱抵抗体の面積が変化することにより、発熱抵抗体の発熱によるインクが発泡する領域の面積が変化し、インクの発泡する大きさが変化する。その結果、吐出されるインクの量が変化し、記録媒体上に到着するインク量に変化が起こっているものである。ここで、仮に発熱抵抗体の面積の公差範囲で発熱抵抗体の面積が振れた場合、吐出量の変化としては、±６％の変化で表れてくる。

このような関係において、実際の印刷で問題の発生しない吐出量のバラツキ量から発熱抵抗体の面積バラツキや吐出口径のバラツキなどの各要因が重なることを想定すると、発熱抵抗体の面積バラツキによる吐出量の変動許容量は±２％となる。これは、ヒータ面積の公差範囲の吐出量の変動量（±６％）より許容量（±２％）が少ないため、発熱抵抗体の面積を別途測定して選別してヘッドに組み込むことが必要になる。そのため、発熱抵抗体と同じ製造プロセスで同時に作製された抵抗モニタ素子の抵抗値を精度よく測定し、発熱抵抗体の面積を算出することが本発明の特徴である。

（製造方法）
次に、発熱抵抗体および抵抗モニタ素子の製造方法について説明する。図１（ｃ）と図３（ｄ）を比較して説明する。基体７、絶縁層８は共通であり、抵抗体１と発熱抵抗体２７は同一の材料で作製され、例えばＴａＳｉＮなどを用いて同時に同一方法で作製される。電極２と配線電極２８は同一材料で作製され、例えばＡｌなどを用いて同時に同一方法で作製される。各層のパターニングにおいても同時に同一方法で形成される。保護膜９は共通であり、例えばＳｉＮなどを用いて同時に同一方法で作製される。このように、発熱抵抗体と抵抗モニタ素子を同時に同一方法で作り込んでいる。

上記製造物は、図１２のように、ウェハ単位で作製される。図１２（ａ）において、複数の記録素子基板２１がウェハ５０に作り込まれている。ウェハ５０においては、発熱抵抗体の膜厚分布は完全な均一ではなく、図１２（ｂ）に示すような膜厚分布を持っている。そのため、膜厚公差は±１５％程度となっている。また、パターニング工程におけるレジスト膜厚の分布も完全な均一ではなく、図１２（ｃ）に示すような膜厚分布を持っている。そのため、レジストの膜厚の公差は±１０％程度となっている。各材料における各膜質、各膜厚さらにパターニングにおいてもレジスト厚さ、露光時間、現像時間などの工程上のバラツキが重なりあって発熱抵抗体を作製するにあたり、同一ウェハ内であっても発熱抵抗体の面積にバラツキが発生する場合がある。しかしながら、このような作製方法においても発熱抵抗体と抵抗モニタ素子を同時に作り込んでいるため、発熱抵抗体と抵抗モニタ素子とのズレ量は同じに作製できる。言い換えれば、抵抗モニタ素子の設計値からのズレ量が分かれば、発熱抵抗体の設計値からのズレ量が分かり、実際の発熱抵抗体のサイズが分かる。

（記録ヘッド）
図４は、本発明に係る記録ヘッドの構成例を示す図である。図４において、記録ヘッド３３は、印刷が想定されるシートの最大幅をカバーする範囲でインクジェット方式のノズル列が形成されたライン型の記録ヘッドである。ノズル列の並び方向は、記録装置においてシートが搬送される方向（第１方向）と交差する方向（第２方向）、例えば直交する方向となっている。大きなプレート３２の上に、複数のノズル付き記録素子基板３１が第２方向に沿って並んでいる。

図４（ｂ）に示すように、同一寸法且つ同一構造の複数（本例では１２個）のノズル付き記録素子基板３１が２列の千鳥配列で規則的に幅方向全域に渡って形成されている。すなわち、記録ヘッド３３は、それぞれがノズル列を有する複数の第１ノズル付き記録素子基板と複数の第２ノズル付き記録素子基板が、異なる列として第２方向に沿って並べられている。そして、隣接する第１ノズル付き記録素子基板と第２ノズル付き記録素子基板は第２方向でずれた位置関係となっている。隣接する第１ノズル付き記録素子基板と第２ノズル付き記録素子基板は、これらに含まれるノズル列の一部が、第２方向においてオーバーラップしている。

（記録装置）
図５は、本発明に係る記録装置の構成例を示す図である。図５において、記録装置４１は、長尺のラインヘッド（記録ヘッド３３）を用いて、シートを搬送方向（第１方向）に連続搬送しながらプリントを行うラインプリンタである。ロール状に巻かれた連続紙などのシート４４を保持するホルダ、シート４４を所定速度で第１方向に搬送する搬送機構４７、シート４４に対してラインヘッドで記録を行う記録部４３を備える。なお、シートは連続したロールシートに限らず、カットシートであってもよい。

記録装置４１は更に、記録ヘッド３３のノズル面をワイピングによってクリーニングするクリーニング部４６を備える。また、記録装置４１は、シート搬送路に沿って、記録部４３の下流にはシート４４を切断するカッタユニット（不図示）、シート４４を強制乾燥する乾燥ユニット（不図示）、及び排出トレイ（不図示）を備える。記録部４３は、異なるインク色にそれぞれ対応した複数の記録ヘッド３３を備える。本例ではＣＭＹＫの４色に対応した４つの記録ヘッドとしているが、色数はこれには限定されない。各色のインクはインクタンクからそれぞれインクチューブを介して記録ヘッド３３に供給される。複数の記録ヘッド３３はヘッドホルダ４５で一体に保持されており複数の記録ヘッド３３とシート４４の表面との間の距離を変更できるよう、ヘッドホルダ４５が上下移動することができる機構を有している。

＜第１の実施形態＞
図３に示す３種類の抵抗モニタ素子を用いた場合を説明する。なお、抵抗モニタ素子の数は一例であり、この数に限定するものではない。

図３（ａ）は、第一の抵抗モニタ素子としての抵抗体１と、これに接続される電極２と、を示している。抵抗体１の幅はＷＴ１＋ΔＷで表し、長さはＬＴ１＋ΔＬで表している。ＷＴ１およびＬＴ１は第一の抵抗モニタ素子の幅の設計値および長さの設計値である。また、ΔＷおよびΔＬは抵抗体の作製時の設計値からの幅のズレ量および長さのズレ量である。この抵抗体１のシート抵抗値はρｓであり、第一の抵抗モニタ素子の抵抗値はＲ１である。なお、抵抗体１の幅は、抵抗体１を平面視した際の抵抗体１の電流が流れる方向に直交する方向における長さであり、抵抗体１の長さは、抵抗体１を平面視した際の抵抗体１の電流が流れる方向における長さである。なお、抵抗体１の長さや幅とは、電極２を介して電流が流れる抵抗体１の部分における長さや幅である。これは他の抵抗モニタ素子の抵抗体や発熱抵抗体においても同様である。

図３（ｂ）は、第二の抵抗モニタ素子としての抵抗体３と、これに接続される電極４と、を示している。抵抗体３の幅はＷＴ２＋ΔＷで表し、長さはＬＴ２＋ΔＬで表している。ＷＴ２およびＬＴ２は第二の抵抗モニタ素子の幅の設計値および長さの設計値である。また、ΔＷおよびΔＬは抵抗体の作製時の設計値からの幅のズレ量および長さのズレ量である。この抵抗体３のシート抵抗値はρｓであり、第二の抵抗モニタ素子の抵抗値はＲ２である。

図３（ｃ）は、第三の抵抗モニタ素子としての抵抗体５と、これに接続される電極６と、を示している。抵抗体５の幅はＷＴ３＋ΔＷで表し、長さはＬＴ３＋ΔＬで表している。ＷＴ３およびＬＴ３は第三の抵抗モニタ素子の幅の設計値および長さの設計値である。また、ΔＷおよびΔＬは抵抗体の作製時の設計値からの幅のズレ量および長さのズレ量である。この抵抗体５のシート抵抗値はρｓであり、第三の抵抗モニタ素子の抵抗値はＲ３である。

上述したように、第一～第三の抵抗モニタ素子は互いに近い位置に配置しているため、抵抗モニタ素子の設計値からのズレ量であるΔＷおよびΔＬは各抵抗モニタ素子においてほぼ同じになっている。さらに、発熱抵抗体と抵抗モニタ素子とは同一プロセスで同時に作製されているため、設計値からのズレ量であるΔＷとΔＬは発熱抵抗体と抵抗モニタ素子とでほぼ同じになっている。

次に発熱抵抗体の面積を算出する方法を述べる。
第一の抵抗モニタ素子には以下の式（１）の関係が成立する。

第二の抵抗モニタ素子には以下の式（２）の関係が成立する。

第三の抵抗モニタ素子には以下の式（３）の関係が成立する。

式（１）、式（２）、式（３）において、各抵抗モニタ素子の設計値であるＬＴ１、ＷＴ１、ＬＴ２、ＷＴ２、ＬＴ３、及びＷＴ３は既知の値である。また、各抵抗モニタ素子の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は電気的に測定することにより求められる。従って、変数として扱われるのは、幅のズレ量ΔＷ、長さのズレ量ΔＬおよび抵抗体のシート抵抗値であるρｓの３個である。そのため、３個の変数は３つの式による３元連立方程式を解くことにより算出することが出来る。よって、設計値からのズレ量であるΔＷとΔＬが求められる。

従って、発熱抵抗体の幅の設計値に幅のズレ量ΔＷを足すことにより、実際の発熱抵抗体の幅の寸法が求まる。また、発熱抵抗体の長さの設計値に長さのズレ量ΔＬを足すことにより実際の発熱抵抗体の長さの寸法が求まる。そして、実際の発熱抵抗体の幅の寸法と実際の発熱抵抗体の長さの寸法を掛けることにより実際の発熱抵抗体の面積が算出できる。

これらの３個の抵抗モニタ素子の形状について説明する。３個の抵抗モニタ素子の関係において、同じ形状の抵抗モニタ素子、すなわち、長さおよび幅がすべて等しい抵抗モニタ素子を配置することは不可である。これは、同じ形状の抵抗モニタ素子を用いた場合、前述の式（１）、式（２）、式（３）において、３つのうち２つが同一の式となる。そのため、２つの式により３個の変数を求めることになり、値を導くことが不可能となる。さらに、３個の抵抗モニタ素子のうち、３個全てを正方形の形状の抵抗モニタ素子を用いることも不可である。これは、前述の式（１）、式（２）、式（３）において、仮に３個の正方形の抵抗モニタ素子を用いた場合、ΔＬとΔＷが同じ値になった時に抵抗モニタ素子の設計上の形状が正方形の場合は抵抗値の変動が無くなる。そのため、３つの式で抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が等しくなり３元連立方程式を解くことが出来なくなる。さらに、抵抗モニタ素子の幅あるいは長さにおいて３個全て同一寸法にすることも不可である。この場合も３元連立方程式が解くことが出来ない。

ここで、第一～第三の抵抗モニタ素子の抵抗値Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はできるだけ揃える（同一もしくは略同一）ことが望ましい。極端に違う抵抗値を測定するときは、測定装置などの関係で測定値によっては測定レンジなどが切り替わり各抵抗値によって誤差の発生量が異なってくる場合がある。そのため、各抵抗モニタ素子において抵抗値を揃えることにより測定上のばらつきを一定に抑えることが出来、計算で求めた幅のズレ量ΔＷおよび長さのズレ量ΔＬを精度よく検出することが可能となる。

なお、本実施形態では、３個の抵抗モニタ素子を用い、各抵抗モニタ素子に対応する３つの連立方程式を定義してズレ量を算出した。これに関し、ずれ量が生じ得る変数を求めることができれば、より多くの抵抗モニタ素子を用いた構成であってもよい。また、幅のズレ量または長さのズレ量のいずれかのズレ量が小さくいずれかのズレ量を無視できる場合は、上述した３個の抵抗モニタ素子のうちの２個の抵抗モニタ素子を設ければよい。

（発熱抵抗体の面積算出）
次に本発明に係る発熱抵抗体の面積を算出する概略工程について、図６を用いて説明する。

Ｓ６０１にて、３個の抵抗モニタ素子それぞれの抵抗値を測定する。

Ｓ６０２にて、測定された抵抗値を基に、計算により発熱抵抗体の面積を算出する。

Ｓ６０３にて、算出された面積に基づき、発熱抵抗体の面積をランク分けする。つまり、ここでのランク分けは、予め設定された発熱抵抗体の面積に対する範囲に基づき、記録素子基板を複数のランクに分類されることとなる。

Ｓ６０１～Ｓ６０３の工程をまとめて、発熱抵抗体面積ランク分け工程（Ｓ６００）とも称する。

（記録ヘッドの作製）
記録ヘッドの作製の概略工程について、図７を用いて説明する。ここでは、記録ヘッドの作製の流れとして、３つのパターンを示す。各パターンにおいて、発熱抵抗体面積ランク分け工程（Ｓ６００）を行うタイミングが異なっている。

図７（ａ）は、記録素子基板作製後にウェハ単位で発熱抵抗体面積ランク分け工程を行うものである。

まず、Ｓ７０１にて、ウェハ上に複数の記録素子基板および３個の抵抗モニタを作製する。

次に、図６で説明した発熱抵抗体面積ランク分け工程（Ｓ６００）を行う。

次に、Ｓ７０２にて、ウェハの形態で複数の記録素子基板に対応したノズルを形成する。

そして、Ｓ７０３にて、ウェハ上の複数のノズル付き記録素子基板を各々に分離する。

その後、Ｓ７０４にて、分離されたノズル付き記録素子基板を使用して発熱抵抗体面積ランク分け工程（Ｓ６００）でのランク分けを基に記録ヘッドに組み込む。つまり、記録ヘッド内での濃度ムラが生じないように、同じランクに分類された発熱抵抗体を備える複数の記録素子基板が、１の記録ヘッドに組み込まれることとなる。

図７（ｂ）は、ノズル形成後にウェハ単位で発熱抵抗体面積ランク分け工程を行うものである。図７（ａ）に示した工程と同じ工程については、共通した参照番号を付与している。

まず、Ｓ７０１にて、ウェハ上に複数の記録素子基板および３個の抵抗モニタを作製する。

次に、Ｓ７０２にて、ウェハの形態で複数の記録素子基板に対応したノズルを形成する。

次に、図６で説明した発熱抵抗体面積ランク分け工程（Ｓ６００）を行う。

そして、Ｓ７０３にて、ウェハ上の複数のノズル付き記録素子基板を各々に分離する。

その後、Ｓ７０４にて、分離されたノズル付き記録素子基板を使用して発熱抵抗体面積ランク分け工程（Ｓ６００）でのランク分けを基に記録ヘッドに組み込む。

図７（ｃ）は、ウェハ上の複数のノズル付き記録素子基板を各々に分離した後、記録素子基板単位で発熱抵抗体面積ランク分け工程を行うものである。

まず、Ｓ７０１にて、ウェハ上に複数の記録素子基板および３個の抵抗モニタを作製する。

次に、Ｓ７０２にて、ウェハの形態で複数の記録素子基板に対応したノズルを形成する。

次に、Ｓ７０３にて、ウェハ上の複数のノズル付き記録素子基板を各々に分離する。

そして、図６で説明した発熱抵抗体面積ランク分け工程（Ｓ６００）を行う。

その後、Ｓ７０４にて、分離されたノズル付き記録素子基板を使用して発熱抵抗体面積ランク分け工程（Ｓ６００）でのランク分けを基に記録ヘッドに組み込む。

＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態に係る抵抗モニタ素子の構成例を示す図である。これは、抵抗素子の層を、平坦化技術を用いて平坦にした場合の一例である。

図８（ａ）は、第一の抵抗モニタ素子としての抵抗体１１、電極１２、抵抗体１１と電極１２を電気的に接続する複数のビア１３を示している。図８（ｂ）は、第二の抵抗モニタ素子としての抵抗体１４、電極１５、抵抗体１４と電極１５を電気的に接続するビア１３を示している。図８（ｃ）は、第三の抵抗モニタ素子としての抵抗体１６、電極１７、抵抗体１６と電極１７を電気的に接続するビア１３を示している。なお、本実施形態の抵抗モニタ素子では抵抗体のうちの複数対のビア１３の間に位置する部分に電流が流れるため、この部分における長さや幅によって抵抗モニタ素子の抵抗値が決まる。

各抵抗モニタ素子の製造方法について、図８（ｄ）を用いて説明する。基体７としてのＳｉ上に絶縁層８としてＳｉＯ積層されている。そして、電極１２としてＡｌを成膜し、所定のパターンになるようにエッチングして電極１２が形成される。次に、層間絶縁膜１８としてＳｉＯを成膜し、ＣＭＰ技術などを利用して層間絶縁膜１８を平坦化している。その後、電気的に接続するためのビア１３を形成する位置の層間絶縁膜１８に貫通口を作製し、ビア１３としてのＷを成膜し、ビア１３部を埋める。そして、ＣＭＰ技術などを利用して平坦化してビア１３が完成する。そして、抵抗層としてＴａＳｉＮなどを成膜し、所定のパターンになるようにエッチングをして抵抗体１１を形成する。その後、保護膜９としてＳｉＮを成膜し抵抗モニタ素子が完成する。

ここで、インク液滴を吐出させるための発熱抵抗体も同一プロセスで同時に同じ構成で作製されている。すなわち、発熱抵抗体も抵抗モニタ素子と同様に、発熱抵抗体と電極とをビアを介して接続した図８で示したような形態の構成である。

このように、発熱抵抗体や抵抗素子を、平坦化技術を用いて作製した場合でも、第１の実施形態と同様に実際の発熱抵抗体の面積が算出できる。

ここでは、単純な構成で説明したが、実際には電極１２やビア１３の金属材料の表面には拡散防止膜などを適時配置することができる。

本実施形態に係る構成においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３の実施形態＞
図９は、本発明の第３の実施形態に係る抵抗モニタ素子の構成例を示す図である。これは、抵抗モニタ素子の抵抗体の接続方法を変更した場合の一例である。

図９（ａ）は、第一の抵抗モニタ素子としての抵抗体９１と、抵抗体９１に接続される電極９２と、を示している。抵抗体９１の幅はＷＴ４＋ΔＷで表し、長さはＬＴ４＋ΔＬで表している。ＷＴ４およびＬＴ４は第一の抵抗モニタ素子の幅の設計値および長さの設計値である。また、ΔＷおよびΔＬは抵抗体の作製時の設計値からの幅のズレ量および長さのズレ量である。この抵抗体９１のシート抵抗値はρｓであり、第一の抵抗モニタ素子の抵抗値はＲ４である。

図９（ｂ）は、第二の抵抗モニタ素子としての抵抗体９３と、抵抗体９３に接続される電極９４と、を示している。３個の抵抗体９３が電気的に並列で電極９４に接続されている。抵抗体９３の幅はＷＴ５＋ΔＷで表し、長さはＬＴ５＋ΔＬで表している。ＷＴ５およびＬＴ５は第二の抵抗モニタ素子の幅の設計値および長さの設計値である。また、ΔＷおよびΔＬは抵抗体の作製時の設計値からの幅のズレ量および長さのズレ量である。この抵抗体９３のシート抵抗値はρｓであり、第二の抵抗モニタ素子の抵抗値はＲ５である。

図９（ｃ）は、第三の抵抗モニタ素子としての抵抗体９５と、抵抗体９５に接続される電極９６と、を示している。３個の抵抗体９５が電気的に直列で電極９６に接続されている。抵抗体９５の幅はＷＴ６＋ΔＷで表し、長さはＬＴ６＋ΔＬで表している。ＷＴ６およびＬＴ６は第三の抵抗モニタ素子の幅の設計値および長さの設計値である。また、ΔＷおよびΔＬは抵抗体の作製時の設計値からの幅のズレ量および長さのズレ量である。この抵抗体９５のシート抵抗値はρｓであり、第三の抵抗モニタ素子の抵抗値はＲ６である。

次に発熱抵抗体の面積を算出する方法を述べる。
第一の抵抗モニタ素子には以下の式（４）の関係が成立する。

第二の抵抗モニタ素子には以下の式（５）の関係が成立する。ｎは並列に接続された抵抗体９３の数であり、ここでは、ｎ＝３となる。

第三の抵抗モニタ素子には以下の式（６）の関係が成立する。ｎは直列に接続された抵抗体９５の数であり、ここでは、ｎ＝３となる。

式（４）、式（５）、式（６）において各抵抗モニタ素子の設計値であるＬＴ４、ＷＴ４、ＬＴ５、ＷＴ５、ＬＴ６、ＷＴ６は既知の値である。また、ｎも接続された抵抗体の数であり既知の値である。そして、各抵抗モニタ素子の抵抗値Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は電気的に測定することにより求められる。従って、変数として扱われるのは、幅のズレ量ΔＷ、長さのズレ量ΔＬ、および抵抗体のシート抵抗値であるρｓの３個である。そのため、この３個の変数は３つの式による３元連立方程式を解くことにより算出することが出来る。そして、設計値からのズレ量であるΔＷとΔＬが求められる。

図９（ｂ）および図９（ｃ）においては、３個の抵抗体を並列もしくは直列に電極に接続されている。しかし、抵抗体の数が３個である必要はなく、複数の抵抗体を並列および直列に接続されていればよい。このように、第三の抵抗モニタ素子における直列接続数をｎ個にした場合、式（６）においてΔＬの影響がｎ倍の変化量として抵抗値に影響することとなり、ΔＬの変化を検知しやすくできる。ここで、単純に抵抗モニタ素子において抵抗体を直列接続した場合、第一の抵抗モニタ素子との抵抗値の絶対値が高くなってしまい抵抗を測定するときの測定ばらつきが各抵抗モニタ素子間で異なる場合がある。こうなってくると計算で求めたΔＬのばらつきが増えることとなる。そのため、直列接続される各抵抗体の長さを短くすることにより抵抗値を下げて、直列接続される全体の抵抗値を他の抵抗モニタ素子の抵抗値間で抵抗値の絶対値を近くすることが望ましい。

同様に、並列接続される各抵抗体の幅を狭めて抵抗値を上げて、並列接続される全体の抵抗値を他の抵抗モニタ素子の抵抗体間で抵抗値の絶対値を近くすることが望ましい。さらに、このような直列接続された抵抗体の長さを短くすることにより、同じΔＬ分変化したときに抵抗値の変化率が大きくなるというメリットも出てくる。

また、３個の抵抗モニタ素子のうち一つは抵抗体が直列配列され、もう一つは抵抗体が並列接続されたもので説明したが、これに限られるものではない。３個の抵抗モニタ素子のうち抵抗体が直列配列されたのものが、３個、２個、１個、さらには０個であってもよい。また、３個の抵抗モニタ素子のうち抵抗体が並列配列されたものが、３個、２個、１個、さらには０個であってもよい。

本実施形態に係る構成においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第４の実施形態＞
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る抵抗モニタ素子の配置例を示す図である。記録素子基板が大型化して、発熱抵抗体の大きさが記録素子基板内で異なるような場合は、３個の抵抗モニタ素子からなる組を複数配置することができる。

図１０において、ノズル付き記録素子基板３１にはその裏面からインクを供給するための貫通穴（不図示）が形成されている。記録素子基板２１の表面にはインクに吐出エネルギーを付与するための発熱抵抗体（不図示）が複数配列されている。また、記録素子基板２１上には吐出口プレート２２が設けられ、この吐出口プレート２２には、複数の発熱抵抗体にそれぞれ対向するように複数の吐出口２３が形成されている。そして、記録素子基板２１の表面の両端部には複数の発熱抵抗体などにそれぞれ電気的に接続された複数の電極パッド２４が配置されている。

図１０中のＡ部およびＤ部の２か所それぞれに、本発明に係る３個の抵抗モニタ素子からなる組を配置している。この３個の抵抗モニタ素子は互いに近い位置に配置しており、さらに基板端に配置された電極パッド２４の位置に近い位置に配置している。これらの抵抗モニタ素子の抵抗を測定するための配線は電極パッド２４に接続されており外部から測定可能なように構成されている。

本構成により、記録素子基板が大型化した場合にも、記録素子基板間での濃度ムラを抑えることができ、良好な印刷が可能となる。

＜第５の実施形態＞
図１３は、本発明の第５の実施形態に係るノズル付き記録素子基板３１とその一部を示す図である。図１３（ａ）に示すように、ノズル付き記録素子基板３１は互いに隣接する辺のなす角度が直角でない平行四辺形の形状である。図１３（ａ）では図示していないが、吐出口２３それぞれに対応して、発熱抵抗体２７が配列される。また、吐出口２３の配列方向（発熱抵抗体２７の配列方向）に沿って複数の電極パッド２４が配列されている。図１３（ａ）のＥ部に、本発明に係る抵抗モニタ素子を３個配置している。すなわち、複数の抵抗モニタ素子は、記録素子基板を平面視すると、電極パッド２４の列と発熱抵抗体が配列されて構成された発熱抵抗体列とに挟まれるように配置されている。図１３（ｂ）、図１３（ｃ）はそれぞれ図１３（ａ）のＥ部を拡大して示す図である。

図１３（ｂ）の例について説明する。この例は、第２の実施形態と第３の実施形態とを組み合わせたような構成となっている。すなわち、第一の抵抗モニタ素子としての抵抗体６１と電極６２が複数のビア６３を介して電気的に接続されている。また、第二の抵抗モニタ素子としての３個の抵抗体６４と電極６５とが複数のビア６３を介して電気的に接続されている。なお、３個の抵抗体６４は電気的に並列に電極６５に接続されている。また、第三の抵抗モニタ素子としての３個の抵抗体６６と電極６７とが複数のビア６３を介して電気的に接続されている。３個の抵抗体６６は電気的に直列に電極６７に接続されている。さらに、第一～第三の抵抗モニタ素子のそれぞれに接続される電極のうちの一方は、それぞれのモニタ素子に対応して設けられた電極パッド２４ａに接続されている。また、第一～第三の抵抗モニタ素子のそれぞれに接続される電極のうちの他方は、それぞれの電極が共通して接続される共通電極６８を介して共通の電極パッド２４ｂに接続されている。これにより、電極パッドの数を少なくすることができる。

なお、図１３（ｃ）に示すように、第１の実施形態のような構成において、図１３（ｂ）に示したような第一～第三の抵抗モニタ素子のそれぞれに接続される電極のうちの他方が共通電極６８を介して共通の電極パッド２４ｂに接続される構成としてもよい。

１、３、５…抵抗体、２、４、６…電極、７…基体、８…絶縁層、９…保護膜、２１…記録素子基板、２４…電極パッド、２７…発熱抵抗体、２８…配線電極、３３…記録ヘッド

Claims (17)

1. 液滴を吐出させるための複数の発熱抵抗体と、
   外部からの電気的な接続を行うための複数のパッドが配列されたパッド列と、
   前記複数の発熱抵抗体の抵抗値を測定するための、複数の抵抗モニタ素子と、
   を備えた記録素子基板において、
   前記複数の抵抗モニタ素子は、前記パッド列の方向に沿って配列され、
   前記複数の抵抗モニタ素子のうちの少なくとも１つの抵抗モニタ素子において、複数の抵抗が直列に接続されて構成されていることを特徴とする記録素子基板。
2. 液滴を吐出させるための複数の発熱抵抗体と、
   外部からの電気的な接続を行うための複数のパッドが配列されたパッド列と、
   前記複数の発熱抵抗体の抵抗値を測定するための、複数の抵抗モニタ素子と、
   を備えた記録素子基板において、
   前記複数の抵抗モニタ素子は、前記パッド列の方向に沿って配列され、
   前記複数の抵抗モニタ素子のうちの少なくとも１つの抵抗モニタ素子において、複数の抵抗が並列に接続されて構成されていることを特徴とする記録素子基板。
3. 液滴を吐出させるための複数の発熱抵抗体と、
   外部からの電気的な接続を行うための複数のパッドが配列されたパッド列と、
   前記複数の発熱抵抗体の抵抗値を測定するための、複数の抵抗モニタ素子と、
   を備えた記録素子基板において、
   前記複数の抵抗モニタ素子は、前記パッド列の方向に沿って配列され、
   前記発熱抵抗体および前記複数の抵抗モニタ素子は、ビアを介して電極に接続されていることを特徴とする記録素子基板。
4. 前記パッド列と前記複数の抵抗モニタ素子それぞれとの距離は、前記パッド列と前記複数の発熱抵抗体のうちの前記パッド列からの距離が最も短い発熱抵抗体との距離より短いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の記録素子基板。
5. 前記パッド列と前記複数の抵抗モニタ素子それぞれとの距離は、前記パッド列と前記複数の発熱抵抗体のうちの前記パッド列からの距離が最も短い発熱抵抗体との距離の二分の一以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の記録素子基板。
6. 前記発熱抵抗体に接続され、前記発熱抵抗体を駆動させるための駆動回路を備え、
   前記複数の抵抗モニタ素子それぞれは、前記駆動回路に接続されておらず、前記パッドに接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の記録素子基板。
7. 少なくとも３個の前記抵抗モニタ素子を備え、
   前記少なくとも３個の抵抗モニタ素子それぞれの形状は、異なる形状にて構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の記録素子基板。
8. 少なくとも３個の前記抵抗モニタ素子を備え、
   前記少なくとも３個の抵抗モニタ素子の形状は、正方形とは異なる形状にて構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の記録素子基板。
9. 前記複数の抵抗モニタ素子それぞれと前記パッドとの間の配線抵抗は、同一となるように構成されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の記録素子基板。
10. 前記複数の抵抗モニタ素子は、互いに所定の長さよりも近い位置となるように構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の記録素子基板。
11. 少なくとも３個の前記抵抗モニタ素子を備え、
    前記少なくとも３個の抵抗モニタ素子それぞれは、他の抵抗モニタ素子の幅もしくは長さと異なるように構成されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の記録素子基板。
12. 少なくとも３個の前記抵抗モニタ素子を備え、
    前記少なくとも３個の抵抗モニタ素子のうちの少なくとも１つの抵抗モニタ素子と、前記発熱抵抗体とは、長さもしくは幅が同一または略同一であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の記録素子基板。
13. 前記複数の抵抗モニタ素子からなる組が、前記記録素子基板に複数組設けられることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の記録素子基板。
14. 前記発熱抵抗体と前記複数の抵抗モニタ素子とは、同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の記録素子基板。
15. 前記複数の発熱抵抗体が前記パッド列の方向に沿って構成された発熱抵抗体列を備え、
    前記記録素子基板を平面視すると、前記複数の抵抗モニタ素子は、前記パッド列と前記発熱抵抗体列に挟まれて配置されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の記録素子基板。
16. 複数の記録素子基板を備えた記録ヘッドの製造方法であって、
    液滴を吐出させるための複数の発熱抵抗体と、外部からの電気的な接続を行うための複数のパッドが配列されたパッド列と、前記複数の発熱抵抗体の抵抗値を測定するための、複数の抵抗モニタ素子と、を備え、前記複数の抵抗モニタ素子は、前記パッド列の方向に沿って配列されている記録素子基板を複数、１のウェハ上に作製する工程と、
    複数の前記記録素子基板それぞれに設けられた前記複数の抵抗モニタ素子それぞれの抵抗値を測定する工程と、
    前記測定した抵抗値に基づいて、前記複数の記録素子基板それぞれに設けられた発熱抵抗体のサイズを算出する工程と、
    前記算出した発熱抵抗体のサイズに基づいて、前記複数の記録素子基板それぞれを分類する工程と、
    前記分類に基づいて、１の記録ヘッドに複数の記録素子基板を組み込む工程と
    を有することを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
17. 前記組み込む工程において、同じ分類がなされた記録素子基板が、同じ記録ヘッドに組み込まれることを特徴とする請求項１６に記載の記録ヘッドの製造方法。

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