(57)【要約】【課題】複数の光変調素子の各電極に対する配線の引き回しを容易にし、各光変調素子の配列ピッチの狭小化を可能にする。【解決手段】電気光学結晶材料から成る複数の光変調素子６を所定の配列ピッチで並べて備えたデバイスチップ５を有する空間光変調装置の配線構造であって、デバイスチップ５の一面に複数の光変調素子６の並び方向に略直交する方向に延設され、上記並び方向に平行な各光変調素子６の対向面に設けられた一対の電極７に夫々一端を電気的に接続した複数の電極パッド１と、デバイスチップ５を支持する支持基板９の一面に形成され、一端部をデバイスチップ５の複数の電極パッド１に対向させて設けた複数の中継線２と、各電極パッド１と各中継線２の一端部とを電気的にフリップチップ接続する接続部材３と、中継線２の他端部に一端部を電気的に接続させて、回路基板１１に多層形成された複数の引出線４と、を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学結晶材料から成る複数の光変調素子を所定の配列ピッチで並べて備えたデバイスチップを有し、前記複数の光変調素子を個別に駆動制御して射出光をオン・オフする空間光変調装置の配線構造であって、
前記デバイスチップの一面に前記複数の光変調素子の並び方向に略直交する方向に延設され、前記並び方向に平行な前記各光変調素子の対向面に設けられた一対の電極に夫々一端を電気的に接続した複数の電極パッドと、
前記デバイスチップを支持する支持基板の一面に形成され、一端部を前記デバイスチップの前記複数の電極パッドに対向させて設けた複数の中継線と、
前記各電極パッドと前記各中継線の一端部とを電気的にフリップチップ接続する接続部材と、
前記中継線の他端部に一端部を電気的に接続させて、回路基板に多層形成された複数の引出線と、
を備えたことを特徴とする空間光変調装置の配線構造。
【請求項２】
前記デバイスチップは、前記複数の光変調素子が略一直線状に並ぶように、前記支持基板上に所定の配列ピッチで複数配置され、互い違いに複数列配置されたことを特徴とする請求項１記載の空間光変調装置の配線構造。
【請求項３】
前記デバイスチップは、前記複数の光変調素子の並び方向に平行な両端縁部を前記複数の光変調素子の高さよりも高く形成し、該各縁部の上面に前記光変調素子の一対の電極に電気的に接続する電極パッドを形成し、透明で平坦な前記支持基板に支持されたことを特徴とする請求項１又は２記載の空間光変調装置の配線構造。
【請求項４】
前記支持基板は、前記デバイスチップの前記複数の光変調素子に対応した大きさの貫通孔を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の空間光変調装置の配線構造。
【請求項５】
前記接続部材は、半田ボールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の空間光変調装置の配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学結晶材料から成る複数の光変調素子を所定の配列ピッチで並べて備えたデバイスチップを有する空間光変調装置の配線構造に関し、詳しくは、複数の光変調素子の各電極に対する配線の引き回しを容易にし、各光変調素子の配列ピッチの狭小化を可能にしようとする空間光変調装置の配線構造に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の空間光変調装置の配線構造は、一方の面に複数個の個別電極が一次元的に配列形成され、他方の面に上記複数個の個別電極の全てに対向する共通電極が形成された電気光学結晶基板からなり、各個別電極が駆動回路に結線されたボンディングパッドにワイヤボンディングにより接続される構造となっていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７４３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような従来の空間光変調装置の配線構造においては、ワイヤボンディングにより接続するものであったため、個別電極の幅が例えば約５０μｍ以下で、且つ各個別電極の間隔が約５０μｍ以下であるような場合に、ワイヤボンディングが困難であると共に、隣接するワイヤが接触して短絡するおそれがあった。したがって、ワイヤボンディングを使用する配線構造には、複数の光変調素子の配列ピッチを約１００μｍ以下に狭小化することに限界があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、複数の光変調素子の各電極に対する配線の引き回しを容易にし、各光変調素子の配列ピッチの狭小化を可能にしようとする空間光変調装置の配線構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明による空間光変調装置の配線構造は、電気光学結晶材料から成る複数の光変調素子を所定の配列ピッチで並べて備えたデバイスチップを有し、前記複数の光変調素子を個別に駆動制御して射出光をオン・オフする空間光変調装置の配線構造であって、前記デバイスチップの一面に前記複数の光変調素子の並び方向に略直交する方向に延設され、前記並び方向に平行な前記各光変調素子の対向面に設けられた一対の電極に夫々一端を電気的に接続した複数の電極パッドと、前記デバイスチップを支持する支持基板の一面に形成され、一端部を前記デバイスチップの前記複数の電極パッドに対向させて設けた複数の中継線と、前記各電極パッドと前記各中継線の一端部とを電気的にフリップチップ接続する接続部材と、前記中継線の他端部に一端部を電気的に接続させて、回路基板に多層形成された複数の引出線と、を備えたものである。
【０００７】
このような構成により、デバイスチップの一面に複数の光変調素子の並び方向に略直交する方向に延設され、上記並び方向に平行な各光変調素子の対向面に設けられた一対の電極に夫々一端を電気的に接続した複数の電極パッドと、デバイスチップを支持する支持基板の一面に形成され、一端部をデバイスチップの複数の電極パッドに対向させて設けた複数の中継線とを接続部材で電気的にフリップチップ接続し、回路基板に多層形成された複数の引出線の一端部を中継線の他端部に電気的接続し、複数の光変調素子を個別に駆動制御して射出光をオン・オフする。
【０００８】
また、前記デバイスチップは、前記複数の光変調素子が略一直線状に並ぶように、前記支持基板上に所定の配列ピッチで複数配置され、互い違いに複数列配置されたものである。これにより、支持基板上に複数の光変調素子が略一直線状に並ぶように所定の配列ピッチで複数配置され、且つ互い違いに複数列配置されたデバイスチップの各光変調素子をオン・オフ駆動する。
【０００９】
さらに、前記デバイスチップは、前記複数の光変調素子の並び方向に平行な両端縁部を前記複数の光変調素子の高さよりも高く形成し、該各縁部の上面に前記光変調素子の一対の電極に電気的に接続する電極パッドを形成し、透明で平坦な前記支持基板に支持されたものである。これにより、デバイスチップを複数の光変調素子の並び方向に平行な両端縁部が複数の光変調素子の高さよりも高くなるように形成し、該各縁部の上面に光変調素子の一対の電極に電気的に接続する電極パッドを形成して、透明で平坦な支持基板上に配置しても各光変調素子の端面が支持基板の面から離隔するようにする。
【００１０】
さらにまた、前記支持基板は、前記デバイスチップの前記複数の光変調素子に対応した大きさの貫通孔を形成したものである。これにより、支持基板に形成した貫通孔にデバイスチップの複数の光変調素子を挿通可能にする。
【００１１】
そして、前記接続部材は、半田ボールである。これにより、半田ボールで各電極パッドと各中継線の一端部とを電気的に接続する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、一端部を複数の光変調素子に接続したデバイスチップの電極パッドと支持基板の中継線とを接続部材によりフリップチップ接続すると共に、中継線の端部を回路基板に多層形成された引出線に接続しているので、各光変調素子の各電極に対する配線の引き回しを容易にすることができる。したがって、各光変調素子の配列ピッチを例えば１００μｍ以下に狭小化することができる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明によれば、１列目の複数のデバイスチップのチップ間を他の列のデバイスチップで補間することができる。したがって、このように構成された空間光変調装置を、被露光体を一方向に搬送しながら露光する露光装置に適用するならば、緻密な露光パターンを形成することができる。
【００１４】
さらに、請求項３に係る発明によれば、デバイスチップを透明で平坦な支持基板上に配置することができ、空間光変調装置の製造が容易になる。また、デバイスチップの複数の光変調素子の各端面が平坦な支持基板の面から離隔するので、各光変調素子に外部応力が作用することがない。したがって、Ｓ／Ｎの高いスイッチング特性を得ることができる。
【００１５】
さらにまた、請求項４に係る発明によれば、複数の光変調素子のみが突出して形成されたデバイスチップであっても、各光変調素子を貫通孔内に挿入させた状態で支持することができる。この場合、各光変調素子は支持基板の貫通孔内に挿入されるので光変調素子に外部応力が作用せず、Ｓ／Ｎの高いスイッチング特性を得ることができる。また、各光変調素子が支持基板の貫通孔内に埋め込まれた状態となるので、耐衝撃性が増し、外部からの衝撃によりデバイスチップが破損するのを抑制することができる。
【００１６】
そして、請求項５に係る発明によれば、溶融した半田ボールの表面張力作用により、デバイスチップの自己センタリング（セルフアライメント）が行われ、デバイスチップを支持基板の所定位置に適切に配置させることができる。したがって、顕微鏡等によりデバイスチップと支持基板とのアライメントを事前に行う必要がないので、空間光変調装置の製造が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による空間光変調装置の配線構造の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図２】上記空間光変調装置のデバイスチップを示す四面図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は正面図である。
【図３】上記デバイスチップに形成される電極パッドの種々の形態を示す説明図である。
【図４】上記空間光変調装置の支持基板を示す平面図である。
【図５】上記空間光変調装置の配線基板を示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】デバイスチップの他の形態を示す正面図である。
【図８】図７のデバイスチップを平坦な支持基板上に配置した状態を示す断面図である。
【図９】デバイスチップの更に他の形態を示す図であり、平坦な支持基板上に配置した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による空間光変調装置の配線構造の実施形態を示す要部拡大断面図である。この配線構造は、電気光学結晶材料から成る複数の光変調素子を所定の配列ピッチで並べて備えたデバイスチップを有し、上記複数の光変調素子を個別に駆動制御して射出光をオン・オフする空間光変調装置の配線構造であり、電極パッド１と、中継線２と、接続部材３と、引出線４とからなる。
【００１９】
上記電極パッド１は、図２に示すように、平面視短冊状の電気光学結晶材料からなるデバイスチップ５の一面を加工して、長軸方向に所定の配列ピッチ、例えば１００μｍ以下のピッチで並べて形成された複数の光変調素子６の並び方向に略直交する方向に延設され、該並び方向に平行な各光変調素子６の対向面に設けられた一対の電極７に夫々一端を電気的に接続するもので、デバイスチップ５の長軸上の所定幅を残してその両側部を所定深さだけ切除した切除部８の底面８ａに蒸着、スパッタリング、又はメッキ等の公知の成膜技術を適用して設けられている。
【００２０】
この電極パッド１は、例えば、図３に示すような種々の形態から少なくとも一つの形態が選択されて適用される。ここで、同図（ａ）は、後述の半田ボール（接続部材３）を一つ配置可能な大きさのパッド部１ａを一つ設けたものである。また、同図（ｂ），（ｃ）は、半田ボールを一つ配置可能な大きさの複数のパッド部１ａを設けたものである。さらに、同図（ｄ）は、複数の半田ボールを延設方向に並べて配置可能な大きさのパッド部１ｂと、該パッド部１ｂと電気的に分離されたダミーパッド１ｃとを設けたものである。また、同図（ｅ）は、複数の半田ボールを延設方向に並べて配置可能な大きさの複数のパッド部１ｂを設けたものである。さらに、同図（ｆ）は、複数の半田ボールを延設方向に並べて配置可能な大きさのパッド部１ｂと、半田ボールを一つ配置可能な大きさのパッド部１ａとを組み合わせて設けたものである。そして、同図（ｇ）は、半田ボールの断面形状と同じ円形状の複数のパッド部１ｄを設けたものである。
【００２１】
この場合、図３（ｂ）〜（ｇ）の電極パッド１を適用したときには、電極パッド１の延設方向に複数の半田ボール（接続部材３）を配置することができる。したがって、電極パッド１を後述の支持基板９に形成された中継線２に接続する際に、溶融した半田ボールの表面張力作用により、デバイスチップ５の自己センタリング（セルファライメント）が行われ、デバイスチップ５は支持基板９の所定位置に適切に配置させることになる。なお、上記パッド部１ａ〜１ｄは、デバイスチップ５の自己センタリング（セルファライメント）効果が得られるように、適切な数量だけ設けられる。
【００２２】
上記デバイスチップ５を支持する支持基板９の一面には、デバイスチップ５の複数の電極パッド１に対向させて複数の中継線２が形成されている。この複数の中継線２は、デバイスチップ５の複数の電極パッド１と後述の多層回路基板１１の複数の引出線４との電気的接続を中継するものであり、デバイスチップ５の複数の光変調素子６に対応した大きさで、図４に示すように平面視短冊状の例えば石英等の透明基板からなる支持基板９の長軸方向に互い違いに４列形成された平面視長方形状の複数の貫通孔１０の長軸に平行な両縁部から支持基板９の長軸に対して略直交する方向に延びて形成されている。又は左右に扇状に広がって形成されてもよい。そして、複数の中継線２の貫通孔１０側の端部は、上記複数の電極パッド１の配列ピッチと同じ配列ピッチで貫通孔１０の長軸に沿って形成されている。
【００２３】
この場合、図４において、左側から２列目の貫通孔１０は、１列目の隣接する貫通孔１０の間を補間するようにその並び方向にずれて形成されており、３列目の貫通孔１０は、該貫通孔１０に挿入された複数の光変調素子６が１列目の貫通孔１０に挿入されたデバイスチップ５の複数の光変調素子６の間を夫々補間するようにその並び方向にずれて形成され、４列目の貫通孔１０は、該貫通孔１０に挿入された複数の光変調素子６が２列目の貫通孔１０に挿入されたデバイスチップ５の複数の光変調素子６の間を夫々補間するようにその並び方向にずれて形成されている。
【００２４】
したがって、上記支持基板９の各列の貫通孔１０に夫々デバイスチップ５の複数の光変調素子６を挿入して形成された空間光変調装置を使用して露光装置を構成し、上記貫通孔１０の列に対して略直交する方向で、図４において左から右に向かって被露光体を搬送しながら、上記貫通孔１０の各列に挿入された複数の光変調素子６を列毎に、所定のタイミングで個別に駆動して被露光体を重ね露光するならば、緻密な露光パターンを形成することができる。
【００２５】
上記デバイスチップ５の複数の電極パッド１上には、接続部材３が設けられている。この接続部材３は、デバイスチップ５の各電極パッド１と支持基板９の各中継線２の一端部とを電気的にフリップチップ接続するものであり、半田バンプ（ボール）や金（Ａｕ）バンプ等である。以下の説明においては、接続部材３が半田ボールである場合について述べる。
【００２６】
上記中継線２の他端部に一端部を電気的に接続させて、回路基板１１に複数の引出線４が形成されている。この引出線４は、デバイスチップ５の各光変調素子６の電極７と外部の駆動回路とを電気的に接続するためのもので、図５に示すように、支持基板９に形成された複数の貫通孔１０に対応してデバイスチップ５の外形寸法よりも若干大きい大きさの複数の貫通孔１２を形成した回路基板１１に多層形成されており、各引出線４の貫通孔１２側の一端部は回路基板１１の表面に露出し、他端部は回路基板１１の縁部に設けられたコネクタ１３の複数のコンタクトピン１４に夫々接続されている。図６は、図５のＡ−Ａ線断面図である。この例においては、基板１５上に層間絶縁膜１６を介して引出線４が８層で形成されている。なお、同図において、符号１７は保護膜である。
【００２７】
次に、このような空間光変調装置の配線構造の作製について説明する。
先ず、平面視短冊状の電気光学結晶材料の一面を加工して、長軸方向に例えば１００μｍ以下のピッチで並べて角柱状の複数の光変調素子６を形成したデバイスチップ５を準備する。
【００２８】
このようなデバイスチップ５は、例えば、次のようにして形成することができる。即ち、平面視短冊状の電気光学結晶材料の一面に、その長軸上の所定幅を残してその両側部を所定深さだけ切除し、切除部８を形成する。次に、この切除部８の側面及び底面８ａに蒸着、スパッタリング等の公知の成膜技術を適用して金属膜を成膜する。続いて、上記長軸に交差させて所定幅の分離溝１８を例えば約１００μｍピッチで上記切除部８の深さよりも深く形成し、互いに電気的に分離されて長軸方向に約１００μｍピッチで並んだ複数の光変調素子６を形成する。その後、例えば、上記金属膜上にメッキにより金（Ａｕ）を形成する。これにより、複数の光変調素子６の並び方向に平行な対向面に夫々電極７が形成される。さらに、図３に示す電極パッド１の形状のうちからいずれか一つを選択し、切除部８の底面８ａに被着した例えば金（Ａｕ）を含む下地の金属膜を例えばレーザ加工してパッド部１ａ〜１ｄを形成する。この場合、デバイスチップ５は、裏面５ａにて各光変調素子６の端面に対応した領域１９の外側領域に高反射膜２０を被着させ、該領域１９内には反射防止膜を被着させるとよい。
【００２９】
また、デバイスチップ５の複数の光変調素子６に対応した大きさの平面視長方形状の複数の貫通孔１０を、平面視短冊状の透明基板の長軸方向に互い違いに四列形成すると共に、各貫通孔１０の長軸に平行な両縁部から透明基板の長軸に対して略直交する方向に延びて形成され、貫通孔１０側の端部が複数の電極パッド１の配列ピッチと同じ配列ピッチで貫通孔１０の長軸に沿って形成された複数の中継線２を設けた支持基板９を準備する。
【００３０】
さらに、支持基板９に形成された複数の貫通孔１０に対応して、デバイスチップ５の外形寸法よりも若干大きい大きさの複数の貫通孔１２を回路用基板に形成し、貫通孔１２側の一端部を表面に露出させ、他端部を回路用基板の縁部に設けられたコネクタ１３の複数のコンタクトピン１４に夫々接続させて多層形成された複数の引出線４を備えた回路基板１１を準備する。
【００３１】
次に、支持基板９の引出線４形成面を上側にして支持台の上に置く。また、複数の電極パッド１のパッド部１ａ〜１ｄ上に公知の技術により半田ボール３を付着させたデバイスチップ５をその複数の光変調素子６を支持基板９の貫通孔１０に挿入させた状態で支持基板９上に配置する。
【００３２】
続いて、支持基板９及びデバイスチップ５の双方に、例えば赤外線ランプを使用して赤外線を照射して半田ボール３を溶融させる。これにより、溶融した半田ボール３の表面張力作用により、デバイスチップ５の自己センタリング（セルファライメント）が行われ、各デバイスチップ５は支持基板９の所定位置に適切に配置される。同時に、支持基板９の中継線２とデバイスチップ５の電極パッド１とが半田ボール３を介して電気的に接続される。
【００３３】
引き続いて、支持基板９に形成された中継線２の貫通孔１０側端部とは反対側の端部上に、例えば異方性導電フィルムや異方性導電ペースト等の異方性導電部材２１を被着する。そして、回路基板１１の貫通孔１２を支持基板９上のデバイスチップ５に位置合わせした後、回路基板１１を支持基板９に圧接し、同時に異方性導電部材２１の被着部分を加熱して両基板９，１１を熱圧着する。これにより、回路基板１１の引出線４と支持基板９の中継線２とが異方性導電部材２１を介して電気的に接続されると共に、両基板９，１１が接合される。
【００３４】
このようにして、回路基板１１の引出線４、支持基板９の中継線２、及びデバイスチップ５の電極パッド１が互いに電気的に接続された空間光変調装置の配線構造が出来上がる。その結果、外部の駆動回路から複数の光変調素子６の各電極７に個別に駆動電圧を供給することが可能となる。
【００３５】
図７はデバイスチップ５の他の形態を示す正面図である。このデバイスチップ５は、複数の光変調素子６の並び方向に平行な両端縁部を複数の光変調素子６の高さよりも高く形成し、該各縁部の上面に光変調素子６の一対の電極７に電気的に接続する電極パッド１を形成したものである。
【００３６】
このようなデバイスチップ５は、次のようにして形成することができる。即ち、平面視短冊状の電気光学結晶材料の一面に、その長軸上の所定幅及び長軸に平行な両端縁部の所定幅を残して長軸に平行に所定深さの切除部８を形成する。次に、二つの切除部８に挟まれた少なくとも上記長軸上の凸部２２を遮蔽して電気光学結晶材料の上記一面側からＳｉＯ２等の無機物２３をスパッタリング等により被着し、上記両端縁部の凸部２４を上記長軸上の凸部２２よりも高さを高く形成する。続いて、上記長軸上の凸部２２の上面を遮蔽して上記二つの切除部８の側面及び底面並びに両端縁部の凸部２４上に蒸着、スパッタリング等の公知の成膜技術を適用して金属膜を成膜する。さらに、上記長軸に交差させて所定幅の分離溝１８（図２参照）を所定ピッチで上記切除部８の深さよりも深く形成し、互いに電気的に分離され長軸方向に所定ピッチで並んだ複数の光変調素子６を形成する。その後、例えば、上記金属膜上にメッキにより金（Ａｕ）を形成する。これにより、複数の光変調素子６の並び方向に平行な対向面には夫々電極７が形成され、両端縁部の凸部２４上には一端部を電極７に電気的に接続して電極パッド１が形成される。
【００３７】
このようなデバイスチップ５は、図８に示すように、貫通孔１０を形成していない平坦な透明基板からなる支持基板９上に配置することができ、空間光変調装置の製造が容易になる。また、この場合、光変調素子６の端面６ａは、支持基板９の面９ａから離隔しているので、光変調素子６に対して外部応力が作用せず、複屈折異常が発生することがない。したがって、光変調素子６のオン・オフ駆動における射出光のコントラストが高く、Ｓ／Ｎの良いスイッチング特性を得ることができる。
【００３８】
図９はデバイスチップ５の更に他の形態を示す図であり、平坦な支持基板９上に配置した状態を示す断面図である。同図に示すように、デバイスチップ５は、光変調素子６を形成した面とは反対側の面（裏面５ａ）に電極パッド１を光変調素子６の電極７に一端部を電気的に接続させて形成している。これにより、貫通孔１０を形成していない平坦な透明基板からなる支持基板９上にデバイスチップ５を配置して、デバイスチップ５の電極パッド１と支持基板９の中継線２とを半田ボール３を介して電気的に接続することができる。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、複数のデバイスチップ５が四列に並んでいる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、多数の光変調素子６を一直線状に並べて有する細長状の一個のデバイスチップ５であってもよく、又は複数のデバイスチップ５を一直線状に並べたものでもよく、複数のデバイスチップ５を二列に並べたものであってもよい。
【００４０】
また、上記実施形態においては、支持基板９が透明基板からなる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、デバイスチップ５の各光変調素子６に対応して貫通孔１０を形成するならば、支持基板９は透明基板でなくてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…電極パッド
２…中継線
３…半田ボール（接続部材）
４…引出線
５…デバイスチップ
６…光変調素子
７…電極
９…支持基板
１０…貫通孔
１１…回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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