特許 6660113 複合基板およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6660113

(24)【登録日】2020年2月12日

(45)【発行日】2020年3月4日

(54)【発明の名称】複合基板およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/35 20060101AFI20200220BHJP

   H03H 9/25 20060101ALI20200220BHJP

   H03H 3/08 20060101ALI20200220BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/35

   H03H9/25 C

   H03H3/08

【請求項の数】14

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-147027(P2015-147027)

(22)【出願日】2015年7月24日

(65)【公開番号】特開2017-26906(P2017-26906A)

(43)【公開日】2017年2月2日

【審査請求日】2018年7月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097490

【弁理士】

【氏名又は名称】細田 益稔

(74)【代理人】

【識別番号】100097504

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 純雄

(72)【発明者】

【氏名】山口 省一郎

(72)【発明者】

【氏名】浅井 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】江尻 哲也

(72)【発明者】

【氏名】近藤 順悟

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１２４７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２７３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３５５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１７３８６２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／００−１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１−７／００

Ｈ０３Ｈ ３／０８−３／１０

Ｈ０３Ｈ ９／１４５

Ｈ０３Ｈ ９／２５

Ｈ０３Ｈ ９／４２−９／４４

Ｈ０３Ｈ ９／６４

Ｈ０３Ｈ ９／６８

Ｈ０３Ｈ ９／７２

Ｈ０３Ｈ ９／７６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

支持基板および表面層を備えており、前記表面層が、線膨張係数に異方性を有する結晶からなり、かつ前記表面層が前記支持基板よりも薄い複合基板であって、
前記表面層の外周縁部に溝が設けられており、前記溝の全体が前記外周縁部内に設けられており、前記外周縁部が前記表面層の外周輪郭から幅１０ｍｍの領域であり、前記結晶の線膨張係数が最小の軸を前記表面層の表面に投影した投影方向と、前記溝の長手方向との角度が２０°以下であることを特徴とする、複合基板。

【請求項2】

前記結晶の線膨張係数が最小の前記軸と前記投影方向との角度が２０°以下であることを特徴とする、請求項１記載の複合基板。

【請求項3】

前記結晶の線膨張係数が最小の前記軸と前記投影方向とが平行であることを特徴とする、請求項２記載の複合基板。

【請求項4】

前記投影方向における前記結晶の線膨張係数と前記支持基板の線膨張係数との差が、前記表面層において前記投影方向に垂直な方向における前記結晶の線膨張係数と前記支持基板の線膨張係数との差よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。

【請求項5】

前記表面層を構成する前記結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。

【請求項6】

前記支持基板が、シリコン、サファイア、砒化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、水晶、石英、アルミナ、酸化亜鉛または炭化珪素からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。

【請求項7】

光学デバイスまたは表面弾性波デバイス用の複合基板であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。

【請求項8】

支持基板および表面層を備えており、前記表面層が、線膨張係数に異方性を有する結晶からなり、かつ前記表面層が前記支持基板よりも薄い複合基板を製造する方法であって、
前記結晶からなる基板材料を前記支持基板と接合する接合工程；
前記基板材料に溝を形成する溝形成工程；および
前記基板材料を研磨加工することによって前記表面層を形成する研磨工程
を有しており、前記表面層の外周縁部において溝を設けており、この際前記溝の全体を前記外周縁部内に設け、前記外周縁部が前記表面層の外周輪郭から幅１０ｍｍの領域であり、前記結晶の線膨張係数が最小の軸を前記表面層の表面に投影した投影方向と、前記溝の長手方向との角度が２０°以下であることを特徴とする、複合基板の製造方法。

【請求項9】

前記結晶の線膨張係数が最小の前記軸と前記投影方向との角度が２０°以下であることを特徴とする、請求項８記載の方法。

【請求項10】

前記結晶の線膨張係数が最小の前記軸と前記投影方向とが平行であることを特徴とする、請求項９記載の方法。

【請求項11】

前記投影方向における前記結晶の線膨張係数と前記支持基板の線膨張係数との差が、前記表面層において前記投影方向に垂直な方向における前記結晶の線膨張係数と前記支持基板の線膨張係数との差よりも小さいことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一つの請求項に記載の方法。

【請求項12】

前記表面層を構成する前記結晶が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウムからなることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか一つの請求項に記載の方法。

【請求項13】

前記支持基板が、シリコン、サファイア、砒化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、水晶、石英、アルミナ、酸化亜鉛または炭化珪素からなることを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか一つの請求項に記載の方法。

【請求項14】

前記複合基板が、光学デバイスまたは表面弾性波デバイス用の複合基板であることを特徴とする、請求項８〜１３のいずれか一つの請求項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長変換素子や光変調器などの光学デバイスや表面弾性波デバイスなどに使用する複合基板およびその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

変換効率の高い波長変換素子や、温度依存性の小さな表面弾性波デバイスを製造する際には、支持基板の上に薄い光導波路層や圧電体層を形成する必要がある。例えば、圧電基板と支持基板とを有機接着剤によって貼り合わせて複合基板とした後、圧電基板側を研削、研磨して薄くすることによって、薄い圧電層を得ることができる。しかし、複合基板の外周縁部には、圧電基板と支持基板との接着状態が不均一な箇所が存在することがあり、接着力の不均一性により、研磨時にその箇所を起点としてクラックが発生することがあった。

【0003】

この問題点を解決するため、特許文献１では、圧電基板の外周縁に沿って、全周にわたって溝を形成することが記載されている。また、特許文献２には、圧電基板の外周縁に沿って、全周にわたって段差を形成することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５３９９２２９号

【特許文献2】特開２００１−０６０８４６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、こうした複合基板において、熱履歴によって表面層側にクラックが生ずることがあった。例えば、支持基板に対して、表面層を構成する結晶からなる基板材料を有機接着剤によって接着する場合には、支持基板と基板材料との接合強度を高めるために、接着体を例えば２００℃まで加熱し、熱処理を行うことがある。

【0006】

ところが、こうした熱処理後に、表面層にクラックが生ずることがあった。こうしたクラックを図８の写真に示す。図８は、熱処理後の表面層を示す写真であり、図９にその模式図を示す。表面層３１の材質はニオブ酸リチウムのｙカット基板とし、支持基板には石英基板を使用した。本例においては、ニオブ酸リチウム結晶のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を、図９の座標軸ｐ、ｑ、ｒと整合するように接合した。ニオブ酸リチウムのｙカット基板では、結晶のｚ軸の線膨張係数が最も小さく、ｘ軸とｙ軸は同じ線膨張係数を有する。従って、図９において座標軸ｒが、ニオブ酸リチウムの線膨張係数の小さいｚ軸と一致している。この場合、熱処理後に、図９に３０で示すようにクラックが入ることがあった。

【0007】

こうした表面層のクラックによる歩留り低下を抑制するために、いったん低温（例えば１００℃）で有機接着剤を硬化させた後、１５０℃に昇温して硬化させ、段階的な昇温を行った。しかし、この方法でも、表面層３１にクラック３０が生ずることがあった。

【0008】

本発明の課題は、支持基板および表面層を備えており、表面層が、線膨張係数に異方性を有する結晶からなり、かつ表面層が支持基板よりも薄い複合基板において、複合基板を熱処理するときのクラックの発生を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、支持基板および表面層を備えており、前記表面層が、線膨張係数に異方性を有する結晶からなり、かつ前記表面層が前記支持基板よりも薄い複合基板であって、
表面層の外周縁部に溝が設けられており、前記溝の全体が前記外周縁部内に設けられており、前記外周縁部が前記表面層の外周輪郭から幅１０ｍｍの領域であり、前記結晶のうち線膨張係数が最小の軸を表面層に投影した投影方向と、溝の長手方向との角度が２０°以下であることを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、支持基板および表面層を備えており、前記表面層が、線膨張係数に異方性を有する結晶からなり、かつ前記表面層が前記支持基板よりも薄い複合基板を製造する方法であって、
前記結晶からなる基板材料を支持基板と接合する接合工程；
基板材料に溝を形成する溝形成工程；および
基板材料を研磨加工することによって表面層を形成する研磨工程
を有しており、表面層の外周縁部において溝を設けており、この際前記溝の全体を前記外周縁部内に設け、前記外周縁部が前記表面層の外周輪郭から幅１０ｍｍの領域であり、結晶の線膨張係数が最小の軸を表面層に投影した投影方向と、溝の長手方向との角度が２０°以下であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明者は、複合基板の熱処理後に表面層にクラックが生ずる原因について検討し、以下の知見を得た。

【0012】

すなわち、図８、図９に示すように、クラック３０は、表面層において線膨張係数の小さいｒ軸に対してほぼ垂直な方向へと向かって伸びていることがわかった。表面層のクラックの原因がもしも支持基板と表面層との間の熱膨張差によるものであるとすると、これは意外な結果であった。なぜなら、ｒ軸方向に見ると支持基板と表面層との線膨張係数差は少なく、ｐ軸方向に見ると支持基板と表面層との線膨張係数差が比較的に大きかったからである。もしこの線膨張係数差がクラックの原因であると仮定すると、ｒ軸方向の伸縮は小さく、ｐ軸方向の伸縮が大きいのであるから、ｒ軸の方向にクラックが延びるはずである。

【0013】

本発明者は、このクラック３０について詳細に検討したところ、クラック３０の多くについて、その端部３０ａが表面層３１の外周縁部２６にあることに着目した。これは、表面層３１の外周縁部を起点としてクラック３０が進展していることを意味する。この理由は、熱処理直後の冷却時に、線膨張係数の大きいｐ軸方向に向かって応力が表面層に加わるが、このとき外周縁部に亀裂が最初に発生し、そのままｐ軸方向に進展しているものと考えられる。

【0014】

本発明者は、この仮説に立脚し、例えば図３（ｂ）に示すように、表面層５に、線膨張係数が最小の軸ｒを表面５ａに投影した投影方向ｒｔに向かって延びる溝４Ａ、８Ａを、複合基板６（９）の表面層５に形成することを想到した。この結果、複合基板の熱処理後においてクラックが抑制されることを見いだし、本発明に到達した。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、複合基板６の製造プロセスを示す模式図である。

【図2】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、複合基板９の製造プロセスを示す模式図である。

【図3】（ａ）は、基板材料２に対する溝形成パターンを示す模式図であり、（ｂ）は、溝の形成された表面層を示す模式図であり、（ｃ）は、投影方向ｒｔと溝の長手方向との角度を示す模式図である。

【図4】溝の形成された表面層を示す光学顕微鏡写真である。

【図5】図４の複合基板を熱処理した後の表面層を示す光学顕微鏡写真である。

【図6】他の実施形態に係る複合基板の表面層に溝を形成した状態を示す模式図である。

【図7】複合基板２０の表面層５の外周縁部に全周にわたって段差が形成された状態を示す模式図である。

【図8】複合基板の表面層にクラックが発生した状態を示す光学顕微鏡写真である。

【図9】図９の写真におけるクラックを示す模式である。

【図10】ｒ軸が表面層の表面に対して傾斜している例を示す。

【発明の実施の形態】

【0016】

図１、図２は、それぞれ、各実施形態の複合基板の製造プロセスを説明するものである。
まず、図１（ａ）に示すように、支持基板１の表面１ａ上に有機接着剤層３を介して基板材料２を接合する。ここで、基板材料２の線膨張係数には異方性があり、ｒ軸方向で線膨張係数が最小となるものとする。ｐ軸はｒ軸に垂直な軸とし、ｑ軸はｐ軸およびｒ軸に垂直な軸とする。

【0017】

次いで、図１（ｂ）に示すように、基板材料２の表面２ａ側から溝４を形成する。この際、溝４は支持基板１の底面まで貫通しないようにする必要がある。また、本例では、溝４は、基板材料２および有機接着剤層３を貫通し、支持基板１の表面１ａから支持基板内部まで伸びている。また、本例では溝４の横断面を見ると、溝に面する壁面４ａが垂直方向から見て斜めに傾斜している。

【0018】

次いで、図１（ｃ）に示すように、基板材料２の表面２ａを研磨加工することによって、より厚さの小さくなった表面層５を形成し、複合基板６を得る。５ａは研磨面である。４Ａは溝である。

【0019】

図２は支持基板と表面層とを直接接合した例である。
まず、図２（ａ）に示すように、支持基板１の表面１ａ上に基板材料２を直接接合する。次いで、図２（ｂ）に示すように、基板材料２の表面２ａ側から溝８を形成する。この際、溝８は支持基板１の底面まで貫通しないようにする必要がある。また、本例では、溝８は、基板材料２を貫通し、支持基板１の表面１ａから支持基板内部まで伸びている。また、本例では溝８の横断面を見ると、溝に面する壁面８ａが垂直方向から見て斜めに傾斜している。

【0020】

次いで、図２（ｃ）に示すように、基板材料２の表面２ａを研磨加工することによって、より厚さの小さくなった表面層５を形成し、複合基板９を得る。５ａは研磨面であり、８Ａは溝である。

【0021】

図３は、溝の平面的形状を示すものである。
本例では、図３（ａ）に示すように、溝形成部材をＡ、Ｂに示すように基板材料２の表面に接触させ、溝を形成する。これによって、複合基板の表面層５には、図３（ｂ）に示すように、溝４Ａ（８Ａ）と溝１０とが形成されることになる。ここで、本例では、ｒ軸は表面層５の表面５ａに対して平行であるので、ｒ軸を表面５ａに投影した方向ｒｔは、ｒ軸と同じになる。図３（ｂ）の例では、溝４Ａ（８Ａ）は投影方向ｒｔに対して平行に伸びており、溝１０は投影方向ｒｔに対して垂直に伸びている。また、各溝はまっすぐに伸びている。

【0022】

ここで、本発明では、表面層の外周縁部に溝４Ａ（８Ａ）が設けられており、溝の長手方向と投影方向ｒｔとがなす角度θ（図３（ｃ）参照）を２０°以下とする。

【0023】

このような溝４Ａ（８Ａ）を設けることによって、熱処理直後の冷却時に、外周縁部を起点として投影方向ｒｔに対して垂直な方向へと進展するクラックを抑制できることを見いだした。
すなわち、図４に示すように、複合基板の表面層に溝４Ａ（８Ａ）を形成した後、これを熱処理に供しても、図５に示すように表面層に特に変化は見られず、クラックは発生しなかった。

【0024】

図６の例でも、線膨張係数が最小であるｒ軸は表面層の表面５ａに対して平行であり、ｒ軸を表面５ａに投影した方向ｒｔはｒ軸と同じになる。そして、複合基板の表面層５に溝４Ａ、８Ａが形成されており、溝の長手方向が投影方向ｒｔに対して平行である。溝の長手方向は、投影方向ｒｔに対して２０°以下の角度で傾斜させることもできる。ただし、本例では、ｒ軸に対して垂直なｐ軸方向に延びる溝は形成されていない。この場合にも、やはり熱処理後の冷却時におけるクラックの進展を抑制する効果がある。

【0025】

上の各例では、線膨張係数が最小であるｒ軸が表面層の表面に平行に延びている。しかし、ｒ軸が、表面層の表面に対して所定角度をなして交差していてもよい。図１０は、この実施形態に係るものである。

【0026】

本例では、複合基板の表面層５ａには、溝４Ａ（８Ａ）が形成されている。ここで、線膨張係数が最小であるｒ軸は、表面層５の表面５ａに対して所定角度αをなしている。このため、ｒ軸を表面層５の表面５ａに投影した方向ｒｔは、ｒ軸に対して角度αをなして交差することになる。その上で、溝４Ａ（８Ａ）は投影方向ｒｔに対して平行に伸びており、またまっすぐに伸びている。

【0027】

ここで、本例のように、ｒ軸が表面５ａに対して平行ではない場合にも、表面層の外周縁部の溝４Ａ（８Ａ）の長手方向と投影方向ｒｔとがなす角度θ（図３（ｃ）参照）を２０°以下とする。

【0028】

以下、本発明を更に具体的に説明していく。
本発明の複合基板の用途は限定されないが、波長変換素子や表面弾性波デバイス用途が特に好ましい。

【0029】

支持基板の材質は、特に限定されないが、シリコン、サファイア、砒化ガリウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、水晶、石英、アルミナ、酸化亜鉛、炭化珪素が好ましい。また、支持基板の平面的寸法（特に直径）は表面層の平面的寸法（特に直径）と同じであることが好ましい。支持基板の厚さＴ（図１（ｃ）、図２（ｃ）参照）は、表面層の厚さよりも大きくするものとし、特に、基板を搬送する等の作業性の観点から、例えば、１５０μｍ以上が好ましく、２００μｍ以上が更に好ましい。

【0030】

表面層の厚さｔは、所望とする光学デバイスの光学特性、表面弾性波デバイスの圧電特性により決定される。光学デバイスである波長変換素子において、例えば変換効率を高めるという観点からは、５０μｍ以下が好ましく、更に１０μｍ以下が好ましい。但し、外部からの光を効率よく結合させる必要があり、２μｍ以上、さらには３μｍ以上が好ましい。表面弾性波の場合は、表面層と支持基板との厚さの比により温度改善効果が変わり、温度改善効果を高める観点から、表面層の厚さと支持基板の厚さとの比率（表面層の厚さ／支持基板の厚さ）は、１／５以下であることが好ましく、１／１０以下であることが更に好ましい。

【0031】

例えば波長変換素子や弾性デバイスに使用される材料は、結晶軸に対して線膨張係数に違いがあることが多い。波長変換素子や弾性デバイスによく使用されるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）においては、結晶のｃ軸（ｚ軸）の線膨張係数が小さく、ａ軸（ｘ軸）、ｂ軸（ｙ軸）の線膨張係数は、ｃ軸の線膨張係数の２〜３倍大きいという特徴がある。しかし、結晶の線膨張係数に違いがある場合にも、結晶のｚ軸が必ずしも線膨張係数が最も小さい軸ｒになるとは限らない。例えば酸化亜鉛の場合には、線膨張係数が最も小さい軸ｒは 結晶のｘあるいはｙ軸であり、結晶のｚ軸は線膨張係数が最も大きい軸となる。

【0032】

他にもニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体単結晶、水晶、ホウ酸リチウム、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、ランガサイト（ＬＧＳ）、ランガテイト（ＬＧＴ）などを使用することができ、これら材料においても、結晶軸に対して線膨張係数が異なっており、線膨張係数が最も小さい軸が存在する。

【0033】

表面層の直径は特に限定するものではないが、例えば、直径１インチ〜６インチとすることができる。また、表面層の支持基板側の底面には、厚さが０．１〜５μｍの金属層や二酸化ケイ素層が設けられていてもよい。

【0034】

本発明においては、表面層の外周縁部に溝が設けられている。ここで、表面層の外周縁部とは、表面層の外周輪郭から幅Ｗ（図３（ｂ）、図１０参照）が１０ｍｍの領域のことを意味するものとする。また、溝の全体が外周縁部に入っている。

【0035】

本発明において、前記溝が真っ直ぐに延びている。ただし、この溝に加えて、この溝とは別方向に延びる溝や、湾曲している溝を更に加えることもできる。

【0036】

本発明では、溝の長手方向と投影方向ｒｔとがなす角度θ（図３（ｃ）参照）を２０°以下とする。この角度θは、１０°以下が好ましく、５°以下が更に好ましい。溝の長手方向と投影方向ｒｔとが平行（すなわちθが０°）であることが最も好ましい。

【0037】

ｒ軸と投影方向ｒｔとが角度αで交差した、いわゆるオフカット基板を使用することによって、オフカット無しの基板よりも分極反転部の厚みを増やし、変換効率の高い波長変換素子を得ることができる。この観点からは、角度αは３°以上が好ましい。ただし、ｒ軸と投影方向ｒｔとがなす角度αが小さいほど、本発明によるクラック抑制効果が大きい。この観点からは、角度αは、２０°以下が好ましく、１０°以下が更に好ましい。

【0038】

表面層の表面５ａにおける溝の幅は、クラックを抑制するという観点からは、２０μｍ以上が好ましい。一方、表面層の表面５ａにおける溝の幅は、強度向上という観点からは、２００μｍ以下が好ましい。

【0039】

好適な実施形態においては、前記溝が、表面層５を貫通し、その下の支持基板１まで延びている。これによって、表面層の外周縁部を起点とするクラックを効果的に抑制できる。ここで、支持基板１の表面１ａからの溝の深さｄ（図１（ｃ）、図２（ｃ）参照）は、本発明の観点からは、５μｍ以上が好ましい。また、溝深さｄは、支持基板の強度の観点からは、１００μｍ以下が好ましい。

【0040】

好適な実施形態においては、ｒ軸の投影方向ｒｔにおける表面層の結晶の線熱膨張係数と支持基板の線熱膨張係数との差が、投影方向ｒｔと垂直な方向における前記結晶の線熱膨張係数と支持基板の線熱膨張係数との差よりも小さい。こうした場合に、表面層の外周縁部を起点とするクラックが特に生じやすいので、本発明が特に有用である。

【0041】

こうした観点からは、投影方向ｒｔにおける表面層の結晶の線熱膨張係数と支持基板の線熱膨張係数との差は、投影方向ｒｔと垂直な方向における前記結晶の線熱膨張係数と支持基板の線熱膨張係数との差よりも、８ｐｐｍ以上小さいことが好ましい。また、投影方向ｒｔにおける表面層の結晶の線熱膨張係数と支持基板の線熱膨張係数との差は、５ｐｐｍ以下であることが好ましい。

【0042】

また、表面層においてｒ軸の投影方向ｒｔと垂直な方向における前記結晶の線熱膨張係数と支持基板の線熱膨張係数との差は、４ｐｐｍ以上であることが好ましい。ただし、これが大きくなりすぎると、投影方向ｒｔに延びるクラックが発生し易くなるので、この観点からは、表面層において投影方向ｒｔと垂直な方向における前記結晶の線熱膨張係数と支持基板の線熱膨張係数との差は、１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。

【0043】

本発明では、支持基板と表面層とが直接接合または有機接着剤層を介して接合されている。
直接接合法は、支持基板と、表面層として使用する結晶基板材料とを、接着剤を使用せずに直接的に接合させる方法である。具体的には、両基板の接合面に、真空中でAr中性原子ビームを照射し、照射面同士を接触させ、加圧するという工程を辿る。Ar中性原子ビームを照射すると、基板は高温に加温され、基板の反りが大きくなる傾向がある。このため、室温付近まで冷却してから接合した方が、基板の反りが小さな複合基板を得ることができる。直接接合法では、接着剤を使用しないので、半田実装などの高温雰囲気で、接合不良が生じず、信頼性の高いデバイスを実現することができる。したがって、直接接合法は、高い信頼性が要求される弾性デバイスに適する。

【0044】

有機接着剤層の材料としては、支持基板と表面層とを接着可能なものであれば特に限定されないが、例えば、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤が挙げられる。また、有機接着剤層の厚さは、０．０５〜３．０μｍとするのが好ましく、０．１〜１．０μｍとするのが特に好ましい。

【0045】

有機接着剤層を形成するためには、支持基板の表面や基板材料の底面に有機接着剤を均一に塗布し、両者を重ね合わせた状態で有機接着剤を固化させる。有機接着剤を塗布する方法としては、例えば、スピンコートや印刷が挙げられる。

【0046】

溝は、ダイシングによって形成できる。加工の際に、砥石の突き出し量を調整して、表面層の基板を完全に切り込むように加工することによって、支持基板表面まで溝を到達させることができる。また、溝の幅は、砥石の幅で決定されるが、結晶基板材料の厚みに応じて、適切な幅の砥石を使用する。例えば表面層を構成するための結晶基板材料の厚さが５００μｍであれば、幅５０μｍの砥石を使用することによって、比較的長時間加工しても、砥石が破損することなく安定に加工することができる。

【0047】

本発明の複合基板を得た後、加熱処理に供するとき、本発明の観点からは、加熱処理の温度が１２０〜２００℃であることが好ましい。こうした加熱処理としては、有機接着剤層のキュアの他、接着剤と接合した結晶材料との接合面を馴染ませる効果があり、基板の反りを小さくする効果が挙げられる。

【0048】

また、必要なフォトリソグラフィーなどの前工程を終え、最終的なチップ切断前に前記溝を形成することによって、複合基板の有効範囲を効率よく利用することが可能である。

【0049】

本複合基板の用途としては、波長変換素子（紫外光発生素子、可視光発生素子、赤外光発生素子、テラヘルツ波発生素子などを含む）や、表面弾性波デバイスを例示できる。

【実施例】

【0050】

（比較例１）
図１、図３および図６を参照しつつ説明したようにして、複合基板を作製した。ただし、溝４Ａ、１０は設けなかった。
具体的には、直径φ３インチ、厚さ０．５ｍｍの石英からなる支持基板１と、直径φ３インチ、厚さ０．５ｍｍのニオブ酸リチウムからなるｙカットの基板材料２とを、樹脂接着剤層３を介して接合した。この樹脂は通常は紫外光および熱処理の併用により接合させるものであるが、１００℃以上の温度で熱処理を行うと、厚い基板材料が割れるので、接合後は紫外光照射後のみを実施した。樹脂接着剤層３の厚さは０．４μｍ程度とした。

【0051】

なお、ニオブ酸リチウム基板は、光学部品として使用する場合は０．５〜１００μｍの厚さに薄くすることがあるが、本例では１０μｍまで薄くする例について述べる。

【0052】

樹脂接着剤層に紫外光を照射した後、研削装置によりニオブ酸リチウム基板を研削し、厚さ１００μｍとした。次いで、基板間の接合強度を上げるために、１００℃で１時間の熱処理を実施した。なお、１００℃での熱処理を行うのに際しては、２５℃／時間の温度勾配をかけて、ゆっくり温度上昇させた。１００℃で１時間の熱処理後、恒温槽にて自然徐冷させた。
ここで熱処理を行ったのは、樹脂接着剤層を紫外線のみで硬化させた場合よりも接着力が高くなり、ニオブ酸リチウム層を薄くすることが可能となるためである。

【0053】

次いで、ニオブ酸リチウム基板を更に研磨加工することによって、厚さ１０μｍの表面層を形成した。この状態で、１５０℃で１時間の熱処理を行った。この結果、１０枚のサンプルのうち５枚において、表面層に、図８、図９に示すようなクラック３０が発生した。

【0054】

更に、クラックが発生しなかった５枚のサンプルについて、反射防止膜を形成する工程を実施した。この結果、全ての基板で、表面層に図８、図９に示すようなクラックが発生した。反射防止膜を形成する工程においては、温度は最大１２０℃までしか上がらなかったが、成膜開始から最初の５分で１００℃近くまで急速に温度が上昇したことが要因と思われる。

【0055】

（実施例１）
図１および図３を参照しつつ説明したようにして、複合基板を作製した。
具体的には、直径φ３インチ、厚さ０．５ｍｍの石英からなる支持基板１と、直径φ３インチ、厚さ０．５ｍｍのニオブ酸リチウムからなるｙカットの基板材料２とを、樹脂接着剤層３を介して接合した。接合後は紫外光照射のみを実施した。樹脂接着剤層３の厚さは０．４μｍ程度とした。

【0056】

樹脂接着剤層に紫外光を照射した後、研削装置によりニオブ酸リチウム基板を研削し、厚さ１００μｍとした。次いで、比較例１と同様にして１００℃で１時間の熱処理を実施した。

【0057】

次いで、ダイシングによって、表面層２に溝４Ａ、１０を形成した。溝の底は、図１（ｂ）に示すように支持基板１の表面に到達しており、かつ支持基板表面１ａから、ｄ＝１０μｍの深さまで切り込まれている。また、溝４Ａの長手方向はｒ軸および投影方向ｒｔに平行であり、溝１０の長手方向はｒ軸に垂直である。ダイシングは以下のようにして行った。すなわち、直径５４ｍｍ、幅０．２μｍの砥石を使用して、加工送り速度０．３ｍｍ／ｓｅｃ、砥石回転数１５０００回転／分で加工した。

【0058】

次いで、ニオブ酸リチウム基板２を更に研磨加工することによって、厚さ１０μｍの表面層５を形成した。この状態で、１５０℃で１時間の熱処理を行った。図４に熱処理前の表面層の写真を示し、図５に熱処理後の表面層の写真を示す。熱処理後においても特にクラックは観察されない。このように、１０枚のサンプルにおいて、いずれもクラックは観察されなかった。

【0059】

更に、１０枚のサンプルについて、比較例１と同様にして反射防止膜を形成する工程を実施した。この結果、いずれも表面層にクラックは観察されなかった。

【0060】

（比較例２）
図１および図７を参照しつつ説明したようにして、複合基板を作製した。ただし、溝４Ａ、１０は設けず、その代りに、図７に示すように、複合基板の表面層２０の外周縁部に全周にわたって段差２１を形成した。

【0061】

具体的には、比較例１と同様にして、石英からなる支持基板１とニオブ酸リチウム基板材料とを接合し、紫外光で樹脂を硬化させ、ニオブ酸リチウム基板材料を研磨して厚さ１００μｍまで薄くし、１００℃で１時間熱処理を実施した。この後、図７に示すように、基板材料の外周縁部をベベリング（beveling）処理し、段差２１を全周にわたって形成した。段差の幅は３ｍｍとし、また段差は接着剤層を貫通し、支持基板の表面から深さ３μｍまで届くようにした。次いで、ニオブ酸リチウム基板を研磨加工し、厚さ１０μｍの表面層を形成し、複合基板を得た。

【0062】

この状態で、複合基板を１５０℃で１時間の熱処理に供した。この結果、１０枚のサンプルのうち、1枚において、表面層にクラックが生じた。すなわち、ベベリング処理でも、クラック防止に効果はあったが、しかし効果に限界があった。

【0063】

（実施例２）
実施例１と同様にして複合基板を作製した。ただし、本例では、図６に示すように、ｒ軸および投影方向ｒｔに平行な溝４Ａを形成し、図３（ｂ）に示す溝１０は形成しなかった。

【0064】

次いで、実施例１と同様に複合基板を１５０℃で１時間の熱処理に供した。この結果、１０枚のサンプルにおいて、いずれもクラックは観察されなかった。また、１０枚のサンプルについて、比較例１と同様にして反射防止膜を形成する工程を実施した。この結果、いずれも表面層にクラックは観察されなかった。

【0065】

（実施例３）
実施例１と同様にして複合基板を作製した。ただし、本例では、基板材料と支持基板とを直接接合した。直接接合は以下のように行った。すなわち、支持基板と表面層側の結晶基板材料とを十分に洗浄し、真空中層内で、Ａｒ中性原子ビームを接合面に照射して、照射後、約３０℃になるまで基板を冷却した後、両基板を接触させ加圧接合させた。

【0066】

次いで、実施例１と同様に複合基板を１５０℃で１時間の熱処理に供した。この結果、１０枚のサンプルにおいて、いずれもクラックは観察されなかった。また、１０枚のサンプルについて、比較例１と同様にして反射防止膜を形成する工程を実施した。この結果、いずれも表面層にクラックは観察されなかった。

【0067】

（実施例４）
図１、図１０を参照しつつ説明したようにして複合基板を作製した。
具体的には、直径４インチ、厚さ０．５ｍｍのＳｉ支持基板１と、直径４インチ、厚さ０．３ｍｍの５度オフｙカットのＭｇＯ添加のニオブ酸リチウム基板材料２とを用意し、樹脂接着剤層３を介して両基板を接合した。ここで、光学デバイス用に本接合基板（複合基板）を使用する場合には、ニオブ酸リチウム基板の接合面側に酸化珪素（SiO2）を形成したものを用いてもよい。この場合、酸化珪素の厚みを０．４μｍ以上とすれば、ニオブ酸リチウム層を伝搬する光が、接合に使用した樹脂に漏れることなく、特に低損失な光学部品を作製することができる。

【0068】

接合後は、実施例１と同様の処理を行い、複合基板を得た。従って、本例では角度αは５°であり、溝４Ａと投影方向ｒｔとは平行である（θ＝０°）。

【0069】

なお、波長変換素子の場合、偏光依存性があるので、特に好適なオフカット角がある。オフカット角が５°である場合は、深さ５μｍの分極反転が容易に形成でき、可視光から光通信帯の波長変換素子を形成することができる。この状態で、複合基板を１５０℃で１時間の熱処理に供した。１０枚のサンプルにおいて、熱処理前後において、いずれもクラックは観察されなかった。

【0070】

更に、１０枚のサンプルについて、比較例１と同様にして反射防止膜を形成する工程を実施した。この結果、いずれも表面層にクラックは観察されなかった。

【0071】

（実施例５）
ダイシングの切断角度は、軸ｒに対して傾いても良く、２０度傾斜していたときでも効果があった。
すなわち、実施例１とほぼ同様な工程で複合基板を作製した。ただし、実施例１とは異なり、溝４Ａの長手方向と、線膨張係数が最小の軸ｒを表面層に投影した投影方向ｒｔとの角度θを２０°とした。

【0072】

この結果、１０枚のサンプルにおいて、熱処理前後において、いずれもクラックは観察されなかった。
更に、１０枚のサンプルについて、比較例１と同様にして反射防止膜を形成する工程を実施した。この結果、いずれも表面層にクラックは観察されなかった。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】