JP3905623B2 - 光学式エンコーダ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガラス基板に回路素子と配線を集積形成してなる集積化デバイスを用いた光学式エンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】
光学式エンコーダは、メインスケールと、これに対して所定ギャップをもって対向配置されるインデックススケールと、メインスケールに光を照射する光源、及びインデックススケールの透過光を受光する受光素子とを備えて構成される。メインスケールとインデックススケールとは所定ギャップをもって相対移動可能に配置され、光源と受光素子はインデックススケールと一体にメインスケールに対して相対移動する。
【0003】
この様な光学式エンコーダにおいて、小型化、高性能化等のため、受光素子とインデックススケールを一つのガラス基板等に集積化デバイスとして一体形成することが行われる。このとき、ガラス基板に配設される受光素子の出力信号を取り出す信号配線には、LSIやLCD等の他の集積化デバイスと同様に、アルミニウム(Al)が一般に用いられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した光学式エンコーダにおいて、ガラス基板上にAl配線を微細パターンで長く形成すると、配線抵抗による電圧降下が無視できず、受光素子の微小な出力信号電流をS/Nよく検出することが難しくなる。従って、光学式エンコーダの高性能化のためには、配線抵抗を更に下げることが望まれている。
同様の問題は、光学式エンコーダに限らず、LCDや静電容量式エンコーダ等、ガラス等の絶縁性基板に回路素子を搭載する各種の集積化デバイスにおいても生じる。
【0005】
この発明は、上記事情を考慮してなされたもので、絶縁性基板上の配線の低抵抗化と高信頼性化を図った集積化デバイスを用いたエンコーダを提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明は、光学格子が形成されたスケールと、このスケールに対して光を照射する光源と、前記スケールに対して所定ギャップをもって前記光源と共にスケールに対して相対移動可能に配置されてスケールからの透過光又は反射光を変調して受光する受光集積化デバイスとを備えた光学式エンコーダにおいて、前記受光集積化デバイスは、ガラス基板と、このガラス基板に形成されたチタンシリサイド膜及びこの上に形成された金膜の積層膜をパターニングしてなる配線と、フェースダウンボンディング方式で前記ガラス基板に搭載されて前記配線に端子が接続された受光ICと、前記ガラス基板に回転塗布されて前記配線を保護する塗 布型絶縁膜とを有し、前記塗布型絶縁膜は前記受光ICとガラス基板との間の間隙部を封止することを特徴とする。
【0008】
この発明による光学式エンコーダが備える集積化デバイスよれば、チタンシリサイド(TiSi2)膜と金(Au)膜の積層膜を配線材料として用いることにより、シート抵抗が0.1Ω/□以下の低抵抗配線が得られる。特に、Au膜の下地にTiSi2膜を介在させることにより、ガラス等の絶縁性基板に対して優れた密着性をもってAu膜を形成することができ、信頼性の高い配線が得られる。また、配線上は回転塗布による塗布型絶縁膜で封止することにより、電蝕耐性の低いAuを用いた配線の電蝕保護が図られる。特に塗布型絶縁膜として低温キュアタイプのSOG膜を用いることにより、積層配線構造を形成した後の工程での劣化を確実に防止することが可能となる。
また、この発明による光学式エンコーダによれば、低抵抗の信号配線により、微小信号を確実に取り出して、S/Nの高い信号処理を行うことが可能になり、従って小型で高性能のエンコーダが得られる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。
図1は、この発明を透過型の光学式エンコーダに適用した実施例の分解斜視図である。この光学式エンコーダは、スケール1と、このスケール1に光を照射する光源2と、スケール1の透過光を変調して受光する受光集積化デバイス3とから構成されている。
スケール1は例えばガラス基板10に所定ピッチの光学格子11を形成してなる透過型スケールである。光学格子11は、Cr等の光遮蔽膜を所定ピッチでパターン形成して作られている。
【0010】
受光集積化デバイス3は、絶縁性基板としてガラス基板4を用い、この上に受光ICチップ5を搭載して構成されて、インデックススケールを兼ねる。即ち受光ICチップ5は、フォトダイオードが所定ピッチで配列形成されてインデックススケールとなるフォトダイオードアレイ51を有する。ガラス基板4上には、受光ICチップ5から得られる出力を取り出す信号配線6が予め形成されている。配線6は、後述するように、TiSi2膜とAu膜の積層膜をパターニングして形成されたシート抵抗が0.1Ω/□以下の低抵抗配線である。受光ICチップ5はフリップチップ実装方式(フェースダウンボンディング方式)でガラス基板4に搭載されて、端子が配線6に接続されている。
【0011】
図2は、受光集積化デバイス3の要部を拡大して示す平面図とそのA−A′断面図である。図2(b)に示すように、受光ICチップ5はその表面に形成された端子パッド52を配線6が形成されたガラス基板4に半田バンプ又は金バンプを介して搭載されている。受光ICチップ5が搭載された基板上は、回転塗布による塗布型絶縁膜、即ちスピンオングラス膜(以下、SOG膜)7により覆われている。SOG膜7は、配線6を覆うと同時に、受光ICチップ5とガラス基板4との間の間隙部をも封止する。配線6のボンディング端子部では、SOG膜7に開口71が開けられている。
【0012】
図3は、TiSi2膜61とAu膜62の積層膜による配線6の形成工程を示している。図3(a)に示すように、ガラス基板4に、約200nmのTiSi2膜61をスパツタにより形成し、続いて約600nmのAu膜62をスパッタにより形成する。このとき好ましくは、TiSi2膜61の成膜後、Au膜62の成膜前に、TiSi2膜61の表面を逆スパッタする。
【0013】
Au膜62を直接ガラス基板4上に形成した場合、十分な密着力が得られないが、ガラス基板4に対して密着性の高いTiSi2膜61を介在させることによって、配線として優れた密着性が得られる。また、TiSi2膜61を逆スパッタすることにより、Au膜62とTiSi2膜61との密着性も高いものとなる。
【0014】
次に、図3(b)に示すように、フォトレジスト63をマスクとして、Au膜62とTiSi2膜61の積層膜をエッチングして配線6をパターン形成する。Au膜62のエッチングには、例えばI2+KI+H2O溶液を用いたウェットエッチング、或いはArイオンビームやCCl2F2ガスプラズマを用いたドライエッチングが用いられる。また、TiSi2膜61のエッチングには、Au膜62をマスクとしたドライエッチングが用いられる。ドライエッチングガスプラズマを用いた場合には、フォトレジスト63をマスクとして、Au膜62とTiSi2膜61の連続的なエッチングも可能である。
【0015】
上述のように配線6が形成され、受光ICチップ5が搭載された後、次に図3(c)に示すように、SOG膜7を形成して、ボンディングパッド部には開口71を開ける。SOG膜7は、回転塗布後300℃以下、好ましくは260℃程度のアニールで固められる低温キュアタイプのSOG膜とする。これにより、Au膜62やガラス基板4の溶融や劣化が防止される。
SOG膜7は、この実施例の場合感光性SOG膜である。感光性SOG膜7を用いることにより、フォトレジストを用いることなく直接露光して、開口71を形成することができる。
【0016】
以上のようにこの実施例の配線形成工程では、成膜にはスパッタと回転塗布が用いられ、大型のCVD装置等を必要としない。また、SOG膜7を低温キュアタイプとすることにより、トータルのプロセス温度が最高でも260℃程度となり、積層配線形成後の劣化を防止して信頼性の高い配線を得ることができる。更に、SOG膜7として感光性のものを用いることにより、レジスト工程を省略することができる。
そしてこの実施例によると、ガラス基板上の配線を従来にない低抵抗配線として、受光ICチップの微小電流をS/Nよく検出することを可能とした、受光集積化デバイスを得ることができ、これを用いて小型で高性能の光学式エンコーダを得ることができる。
【0017】
図4(a)(b)は、この発明の別の実施例による受光集積化デバイス3の平面図とそのB−B′断面図を示している。上記実施例では、回路素子として受光ICチップ5を用いてフリップチップ実装したのに対し、この実施例では、ガラス基板4上に直接アモルファスシリコンによるフォトダイオード8をアレイ配列して受光ICを形成している。フォトダイオード8は、スケール1に対して、90°ずつ位相がずれた4相の出力を出すように、所定ピッチで配列形成されて、これがインデックススケールを兼ねる。
【0018】
配線6はこの実施例においても、先の実施例と同様に、TiSi2膜とAu膜の積層膜により形成される。製造工程としては、まずフォトダイオード8をガラス基板4に形成した後、配線6を先の実施例と同様の工程で形成すればよい。具体的に配線6は、この実施例の場合、各フォトダイオード8からの引き出し配線6aと、これらの引き出し配線6aを複数本ずつ接続する配線6bとから構成されるが、これらは多層配線構造とされる。この場合層間絶縁膜としてSOG膜を用いることが好ましい。
配線6の上はこの実施例においても、図4(b)に示すように、SOG膜7により覆われる。この実施例の場合、SOG膜7は、フォトダイオード8のアレイをも覆って塗布されている。
【0019】
図5は、この発明を静電容量式エンコーダに適用した実施例の概略構成を示す。スケール100は例えばガラス等の絶縁性基板101に転送電極102を配列形成して作られる。スケール100に対して所定ギャップをもって相対移動可能に配置される送受信集積化デバイス110は、ガラス等の絶縁性基板120上に、スケール100側の転送電極102と容量結合する送信電極111及び受信電極112,113が形成され、送信電極111に接続されてこれに送信信号を送る送信用IC114、受信電極112,113に接続される受信用IC115が搭載される。
この様な静電容量式エンコーダにおいて、先の実施例と同様に、送受信集積化デバイス110の送信電極111及び受信電極112,113更にこれらに接続される配線に、TiSi2膜とAu膜の積層構造を用いる。送信電極111及び゛受信電極112,113の上はこの実施例においても、図4(b)に示すように、SOG膜により覆われる。これにより、高性能の静電容量式エンコーダが得られる。
【0020】
この発明は上記実施例に限られない。例えば実施例では、透過型の光学式エンコーダを例に挙げたが、反射型の光学式エンコーダにも同様にこの発明を適用することができる。また受光ICチップとは別にインデックス格子を持つ場合にも同様にこの発明は有効であり、この場合インデックス格子を配線と同様にTiSi2膜とAu膜の積層膜により形成することができる。またこの発明の集積化デバイス構造は、光学式エンコーダや静電容量式エンコーダに限らず、その他の各種測長器等に適用することができる。絶縁性基板としては、ガラス基板の他、セラミックや、シリコン酸化膜等の絶縁膜で覆われたシリコン基板等を用いた場合にもこの発明は有効である。
【0021】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明による光学式エンコーダが備える集積化デバイスによれば、TiSi2膜とAu膜の積層膜を配線材料として用いることにより、低抵抗配線が得られる。特に、Au膜の下地にTiSi2膜を介在させることにより、絶縁性基板に対して優れた密着性をもってAu膜を形成することができ、信頼性の高い配線が得られる。また、配線上は回転塗布による塗布型絶縁膜で覆うことにより、配線の電蝕保護が図られ、特に塗布型絶縁膜として低温キュアタイプのSOG膜を用いることにより、積層配線構造を形成した後の工程での劣化を確実に防止することが可能となる。
また、この発明による光学式エンコーダによれば、低抵抗の信号配線により、微小信号を取り出して、S/Nの高い信号処理を行うことが可能になり、従って高性能のエンコーダが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例による光学式エンコーダを示す分解斜視図である。
【図2】 同実施例の要部構造を示す平面図と断面図である。
【図3】 同実施例の配線形成工程を示す図である。
【図4】 この発明の他の実施例による受光集積化デバイスを示す平面図と断面図である。
【図5】 この発明の他の実施例による静電容量式エンコーダを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1…スケール、2…光源、3…受光集積化デバイス、4…ガラス基板、5…受光ICチップ、6…配線、61…TiSi2膜、62…Au膜、7…SOG膜。
Claims (1)
- 光学格子が形成されたスケールと、このスケールに対して光を照射する光源と、前記スケールに対して所定ギャップをもって前記光源と共にスケールに対して相対移動可能に配置されてスケールからの透過光又は反射光を変調して受光する受光集積化デバイスとを備えた光学式エンコーダにおいて、前記受光集積化デバイスは、
ガラス基板と、
このガラス基板に形成されたチタンシリサイド膜及びこの上に形成された金膜の積層膜をパターニングしてなる配線と、
フェースダウンボンディング方式で前記ガラス基板に搭載されて前記配線に端子が接続された受光ICと、
前記ガラス基板に回転塗布されて前記配線を保護する塗布型絶縁膜とを有し、
前記塗布型絶縁膜は前記受光ICとガラス基板との間の間隙部を封止していることを特徴とする光学式エンコーダ。
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