知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024103136
(43)【公開日】2024-08-01
(54)【発明の名称】接合基板、及び接合基板の製造方法
(51)【国際特許分類】
H03H 9/25 20060101AFI20240725BHJP
H03H 3/08 20060101ALI20240725BHJP
H01L 21/02 20060101ALI20240725BHJP
【ＦＩ】
H03H9/25 C
H03H3/08
H01L21/02 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023007312
(22)【出願日】2023-01-20
(71)【出願人】
【識別番号】000004215
【氏名又は名称】株式会社日本製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】丸子 拓也
(72)【発明者】
【氏名】岩田 浩一
(72)【発明者】
【氏名】菊地 弘一
(72)【発明者】
【氏名】千葉 理樹
(72)【発明者】
【氏名】横田 裕章
【テーマコード（参考）】
5J097
【Ｆターム（参考）】
5J097AA24
5J097BB11
5J097EE08
5J097EE09
5J097FF05
5J097HA03
5J097HA04
5J097KK01
5J097KK09
5J097KK10
(57)【要約】
【課題】ボイドの発生を抑制しつつ、接合強度が高い接合基板を提供すること。
【解決手段】本開示の一態様にかかる接合基板１は、第１基板１０と第２基板２０とが接合面１５を介して接合された接合基板である。第１基板１０は水晶基板であり、第２基板２０は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。第１基板１０及び第２基板２０の少なくとも一方の接合面１５側には、酸化シリコンからなる中間層１１、２１が形成されている。第１基板の接合面１５側には第１改質層１２が形成されており、第２基板２０の接合面１５側には第２改質層２２が形成されており、第１改質層１２及び第２改質層２２のうち中間層１１、２１の上に形成されている改質層１２、２２の厚さが１．８ｎｍ以上である。
【選択図】図１
【解決手段】本開示の一態様にかかる接合基板１は、第１基板１０と第２基板２０とが接合面１５を介して接合された接合基板である。第１基板１０は水晶基板であり、第２基板２０は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。第１基板１０及び第２基板２０の少なくとも一方の接合面１５側には、酸化シリコンからなる中間層１１、２１が形成されている。第１基板の接合面１５側には第１改質層１２が形成されており、第２基板２０の接合面１５側には第２改質層２２が形成されており、第１改質層１２及び第２改質層２２のうち中間層１１、２１の上に形成されている改質層１２、２２の厚さが１．８ｎｍ以上である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１基板と第２基板とが接合面を介して接合された接合基板であって、
前記第１基板は水晶基板であり、
前記第２基板は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板であり、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方の前記接合面側には、酸化シリコンからなる中間層が形成されており、
前記第１基板の前記接合面側には第１改質層が形成されており、
前記第２基板の前記接合面側には第２改質層が形成されており、
前記第１改質層及び前記第２改質層のうち前記中間層の上に形成されている改質層の厚さが１．８ｎｍ以上である、
接合基板。
前記第１基板は水晶基板であり、
前記第２基板は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板であり、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方の前記接合面側には、酸化シリコンからなる中間層が形成されており、
前記第１基板の前記接合面側には第１改質層が形成されており、
前記第２基板の前記接合面側には第２改質層が形成されており、
前記第１改質層及び前記第２改質層のうち前記中間層の上に形成されている改質層の厚さが１．８ｎｍ以上である、
接合基板。
【請求項2】
前記第１基板及び前記第２基板の各々の前記接合面側には前記中間層として第１中間層及び第２中間層がそれぞれ形成されており、
前記第１改質層は前記第１基板に形成された前記第１中間層の前記接合面側の面に形成されており、
前記第２改質層は前記第２基板に形成された前記第２中間層の前記接合面側の面に形成されており、
前記第１中間層に形成された前記第１改質層の厚さが１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下であり、
前記第２中間層に形成された前記第２改質層の厚さが１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下である、
請求項１に記載の接合基板。
前記第１改質層は前記第１基板に形成された前記第１中間層の前記接合面側の面に形成されており、
前記第２改質層は前記第２基板に形成された前記第２中間層の前記接合面側の面に形成されており、
前記第１中間層に形成された前記第１改質層の厚さが１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下であり、
前記第２中間層に形成された前記第２改質層の厚さが１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下である、
請求項１に記載の接合基板。
【請求項3】
前記第２基板には前記中間層として第２中間層が形成されており、
前記第１改質層は前記第１基板の前記接合面側の面に形成されており、
前記第２改質層は前記第２基板に形成された前記第２中間層の前記接合面側の面に形成されており、
前記第１基板の前記接合面側に形成された前記第１改質層の厚さが２．７ｎｍ以上３．２ｎｍ以下であり、
前記第２中間層に形成された前記第２改質層の厚さが１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下である、
請求項１に記載の接合基板。
前記第１改質層は前記第１基板の前記接合面側の面に形成されており、
前記第２改質層は前記第２基板に形成された前記第２中間層の前記接合面側の面に形成されており、
前記第１基板の前記接合面側に形成された前記第１改質層の厚さが２．７ｎｍ以上３．２ｎｍ以下であり、
前記第２中間層に形成された前記第２改質層の厚さが１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下である、
請求項１に記載の接合基板。
【請求項4】
前記第１基板には前記中間層として第１中間層が形成されており、
前記第１改質層は前記第１基板に形成された前記第１中間層の前記接合面側の面に形成されており、
前記第２改質層は前記第２基板の前記接合面側の面に形成されており、
前記第１中間層に形成された前記第１改質層の厚さが１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下であり、
前記第２基板の前記接合面側に形成された前記第２改質層の厚さが２．２ｎｍ以上２．７ｎｍ以下である、
請求項１に記載の接合基板。
前記第１改質層は前記第１基板に形成された前記第１中間層の前記接合面側の面に形成されており、
前記第２改質層は前記第２基板の前記接合面側の面に形成されており、
前記第１中間層に形成された前記第１改質層の厚さが１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下であり、
前記第２基板の前記接合面側に形成された前記第２改質層の厚さが２．２ｎｍ以上２．７ｎｍ以下である、
請求項１に記載の接合基板。
【請求項5】
前記中間層の厚さが５０ｎｍ以上１０μｍ以下である、請求項１に記載の接合基板。
【請求項6】
前記第１基板の厚さが１００μｍ以上１０００μｍ以下であり、
前記第２基板の厚さが１０μｍ以上１０００μｍ以下である、
請求項１に記載の接合基板。
前記第２基板の厚さが１０μｍ以上１０００μｍ以下である、
請求項１に記載の接合基板。
【請求項7】
第１基板である水晶基板と第２基板であるタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板とが接合面を介して接合された接合基板の製造方法であって、
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方の前記接合面側に酸化シリコンからなる中間層を形成する第１工程と、
前記第１基板の前記接合面側の面をプラズマ処理して第１改質層を形成する第２工程と、
前記第２基板の前記接合面側の面をプラズマ処理して第２改質層を形成する第３工程と、
前記第１改質層と前記第２改質層とを対向させた状態で、前記第１基板と前記第２基板とを仮接合する第４工程と、
前記仮接合後の基板をアニール処理して前記第１基板と前記第２基板とを接合する第５工程と、を備え、
前記第１改質層及び前記第２改質層のうち前記中間層の上に形成されている改質層の厚さを１．８ｎｍ以上とする、
接合基板の製造方法。
前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方の前記接合面側に酸化シリコンからなる中間層を形成する第１工程と、
前記第１基板の前記接合面側の面をプラズマ処理して第１改質層を形成する第２工程と、
前記第２基板の前記接合面側の面をプラズマ処理して第２改質層を形成する第３工程と、
前記第１改質層と前記第２改質層とを対向させた状態で、前記第１基板と前記第２基板とを仮接合する第４工程と、
前記仮接合後の基板をアニール処理して前記第１基板と前記第２基板とを接合する第５工程と、を備え、
前記第１改質層及び前記第２改質層のうち前記中間層の上に形成されている改質層の厚さを１．８ｎｍ以上とする、
接合基板の製造方法。
【請求項8】
前記第１工程において、前記第１基板及び前記第２基板の各々の前記接合面側に酸化シリコンからなる第１中間層及び第２中間層をそれぞれ形成し、
前記第２工程において、前記第１基板に形成された前記第１中間層の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第１改質層を形成し、
前記第３工程において、前記第２基板に形成された前記第２中間層の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第２改質層を形成し、
前記第１中間層に形成された前記第１改質層の厚さを１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とし、
前記第２中間層に形成された前記第２改質層の厚さを１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とする、
請求項７に記載の接合基板の製造方法。
前記第２工程において、前記第１基板に形成された前記第１中間層の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第１改質層を形成し、
前記第３工程において、前記第２基板に形成された前記第２中間層の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第２改質層を形成し、
前記第１中間層に形成された前記第１改質層の厚さを１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とし、
前記第２中間層に形成された前記第２改質層の厚さを１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とする、
請求項７に記載の接合基板の製造方法。
【請求項9】
前記第１工程において、前記第２基板の前記接合面側に酸化シリコンからなる第２中間層を形成し、
前記第２工程において、前記第１基板の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第１改質層を形成し、
前記第３工程において、前記第２基板に形成された前記第２中間層の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第２改質層を形成し、
前記第１基板の前記接合面側に形成された前記第１改質層の厚さを２．７ｎｍ以上３．２ｎｍ以下とし、
前記第２中間層に形成された前記第２改質層の厚さを１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とする、
請求項７に記載の接合基板の製造方法。
前記第２工程において、前記第１基板の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第１改質層を形成し、
前記第３工程において、前記第２基板に形成された前記第２中間層の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第２改質層を形成し、
前記第１基板の前記接合面側に形成された前記第１改質層の厚さを２．７ｎｍ以上３．２ｎｍ以下とし、
前記第２中間層に形成された前記第２改質層の厚さを１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とする、
請求項７に記載の接合基板の製造方法。
【請求項10】
前記第１工程において、前記第１基板の前記接合面側に酸化シリコンからなる第１中間層を形成し、
前記第２工程において、前記第１基板に形成された前記第１中間層の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第１改質層を形成し、
前記第３工程において、前記第２基板の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第２改質層を形成し、
前記第１中間層に形成された前記第１改質層の厚さを１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とし、
前記第２基板の前記接合面側に形成された前記第２改質層の厚さを２．２ｎｍ以上２．７ｎｍ以下とする、
請求項７に記載の接合基板の製造方法。
前記第２工程において、前記第１基板に形成された前記第１中間層の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第１改質層を形成し、
前記第３工程において、前記第２基板の前記接合面側の面をプラズマ処理して前記第２改質層を形成し、
前記第１中間層に形成された前記第１改質層の厚さを１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とし、
前記第２基板の前記接合面側に形成された前記第２改質層の厚さを２．２ｎｍ以上２．７ｎｍ以下とする、
請求項７に記載の接合基板の製造方法。
【請求項11】
前記アニール処理の温度が５０℃以上３００℃以下である、請求項７に記載の接合基板の製造方法。
【請求項12】
前記第１基板の厚さが１００μｍ以上１０００μｍ以下であり、
前記第２基板の厚さが１０μｍ以上１０００μｍ以下である、
請求項７に記載の接合基板の製造方法。
前記第２基板の厚さが１０μｍ以上１０００μｍ以下である、
請求項７に記載の接合基板の製造方法。
【請求項13】
前記第１基板と前記第２基板とを接合した後、前記第２基板の前記第２改質層が形成された側と反対側の面を研磨する工程を更に備える、請求項７に記載の接合基板の製造方法。
【請求項14】
前記第２基板の厚さが１０μｍ以下となるように研磨する、請求項１３に記載の接合基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、接合基板、及び接合基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
携帯電話などの移動体通信機器の進化に伴い弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）フィルタについても高性能化が要求されている。ＳＡＷフィルタを構成する弾性表面波素子には、例えば、電気機械結合係数の向上による広帯域化や周波数温度係数（ＴＣＦ：Temperature Coefficient of Frequency）の絶対値の低減等が求められている。特許文献１には、弾性表面波素子に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１５８６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、弾性表面波素子を作製する際は、水晶基板からなる第１基板と、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板からなる第２基板と、を接合した接合基板が用いられる。しかしながら、これらの基板の接合条件によっては、第１基板と第２基板との接合面にボイドが発生したり、これらの基板の接合強度が低くなったりする場合がある。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様にかかる接合基板は、第１基板と第２基板とが接合面を介して接合された接合基板である。前記第１基板は水晶基板であり、前記第２基板は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方の前記接合面側には、酸化シリコンからなる中間層が形成されており、前記第１基板の前記接合面側には第１改質層が形成されており、前記第２基板の前記接合面側には第２改質層が形成されており、前記第１改質層及び前記第２改質層のうち前記中間層の上に形成されている改質層の厚さが１．８ｎｍ以上である。
【0006】
本開示の一態様にかかる接合基板の製造方法は、第１基板である水晶基板と第２基板であるタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板とが接合面を介して接合された接合基板の製造方法であって、前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一方の前記接合面側に酸化シリコンからなる中間層を形成する第１工程と、前記第１基板の前記接合面側の面をプラズマ処理して第１改質層を形成する第２工程と、前記第２基板の前記接合面側の面をプラズマ処理して第２改質層を形成する第３工程と、前記第１改質層と前記第２改質層とを対向させた状態で、前記第１基板と前記第２基板とを仮接合する第４工程と、前記仮接合後の基板をアニール処理して前記第１基板と前記第２基板とを接合する第５工程と、を備え、前記第１改質層及び前記第２改質層のうち前記中間層の上に形成されている改質層の厚さを１．８ｎｍ以上とする。
【発明の効果】
【0007】
本開示により、ボイドの発生を抑制しつつ、接合強度が高い接合基板、及び接合基板の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態にかかる接合基板の構成例１を示す断面図である。
【図2】実施の形態にかかる接合基板の構成例２を示す断面図である。
【図3】実施の形態にかかる接合基板の構成例３を示す断面図である。
【図4】実施の形態にかかる接合基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図5】実施の形態にかかる接合基板の製造方法を説明するための模式図である。
【図6】実施の形態にかかる接合基板の製造方法を説明するための模式図である。
【図7】中間層（酸化シリコン）の膜種と改質層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図8】中間層（酸化シリコン）の膜種と接合強度との関係を示すグラフである。
【図9】改質層の厚さと接合強度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態にかかる接合基板の構成例１を示す断面図である。図１において上図は接合前の基板を示し、下図は接合後の接合基板を示している。図１に示すように、本実施の形態にかかる接合基板１は、第１基板１０と第２基板２０とが接合面１５を介して接合された接合基板である。ここで、第１基板１０は支持基板として機能し、第２基板２０は圧電素子として機能する。
図１は、実施の形態にかかる接合基板の構成例１を示す断面図である。図１において上図は接合前の基板を示し、下図は接合後の接合基板を示している。図１に示すように、本実施の形態にかかる接合基板１は、第１基板１０と第２基板２０とが接合面１５を介して接合された接合基板である。ここで、第１基板１０は支持基板として機能し、第２基板２０は圧電素子として機能する。
【0010】
本実施の形態において第１基板１０は水晶基板である。また、第２基板２０は、タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板である。第１基板１０（支持基板）として水晶基板を用いることで、弾性表面波素子の周波数の温度特性を改善できる。また、第２基板２０であるタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板は、弾性波の伝搬速度が速く、電気機械結合係数が大きい。よって、第２基板２０（圧電素子）としてタンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板を用いることで、弾性表面波素子の広帯域化を実現できる。
【0011】
第１基板１０及び第２基板２０の各々の接合面１５側には中間層として第１中間層１１及び第２中間層２１がそれぞれ形成されている。第１中間層１１及び第２中間層２１はそれぞれ、酸化シリコンからなる中間層である。第１中間層１１及び第２中間層２１は、例えば、熱酸化法、スパッタ法、物理蒸着法、ＣＶＤ法等を用いて形成できる。特に、緻密な膜が得られる成膜方法で、酸化シリコンからなる第１中間層１１及び第２中間層２１を形成することが好ましい。第１中間層１１及び第２中間層２１の厚さは、５０ｎｍ以上１０μｍ以下とすることができる。なお、本明細書では第１中間層１１及び第２中間層２１を総称して、中間層１１、２１とも記載する。
【0012】
また、第１基板１０は接合面１５側に第１改質層１２を備える。第２基板２０は接合面１５側に第２改質層２２を備える。すなわち、第１改質層１２は、第１基板１０に形成された第１中間層１１の接合面１５側の面に形成されている。第２改質層１２は、第２基板２０に形成された第２中間層２１の接合面１５側の面に形成されている。なお、本明細書では第１改質層１２及び第２改質層２２を総称して、改質層１２、２２とも記載する。
【0013】
そして本実施の形態では、第１改質層１２及び第２改質層２２の厚さを１．８ｎｍ以上、好ましくは１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下としている。本実施の形態において第１改質層１２及び第２改質層２２は、基板表面が改質されて生成された非晶質層であり、プラズマ処理やイオン照射等によって形成できる。つまり、第１改質層１２及び第２改質層２２は、第１中間層１１及び第２中間層２１を構成する酸化シリコンを主成分とする非晶質層である。換言すると、第１改質層１２及び第２改質層２２は、非晶質酸化シリコンからなる層である。
【0014】
ここで、第１改質層１２及び第２改質層２２の厚さは、改質層を形成する際のプラズマ処理等の条件を同一とした場合であっても、下地である第１中間層１１及び第２中間層２１の成膜方法（換言すると、第１中間層１１及び第２中間層２１の膜質）が異なると、異なる場合がある。このため本実施の形態では、第１中間層１１及び第２中間層２１の成膜方法（換言すると、第１中間層１１及び第２中間層２１の膜質）に応じて、第１改質層１２及び第２改質層２２を形成する際のプラズマ処理等の条件をそれぞれ変更して最適化している。これにより、第１改質層１２及び第２改質層２２の厚さを１．８ｎｍ以上、好ましくは１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とすることができる。したがって、ボイドの発生を抑制しつつ、接合強度が高い接合基板を形成することができる。
【0015】
次に、本実施の形態にかかる接合基板の構成例２について説明する。図２は、実施の形態にかかる接合基板の構成例２を示す断面図である。図２に示す構成例２にかかる接合基板２は、図１で説明した構成例１にかかる接合基板１と比較して、第１基板１０が第１中間層１１を備えない点が異なる。これ以外の構成については、図１で説明した構成例１にかかる接合基板１と同様である。
【0016】
図２に示すように、構成例２にかかる接合基板２は、第１基板１０と第２基板２０とが接合面１５を介して接合された接合基板である。第２基板２０には第２中間層２１が形成されている。第１改質層１２は、第１基板１０の接合面１５側の面に形成されている。第２改質層２２は、第２基板２０に形成された第２中間層２１の接合面１５側の面に形成されている。
【0017】
そして構成例２にかかる接合基板２では、第１基板１０の接合面１５側に形成された第１改質層１２の厚さを２．７ｎｍ以上３．２ｎｍ以下としている。また、第２中間層２１に形成された第２改質層２２の厚さを１．８ｎｍ以上、好ましくは１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下としている。
【0018】
本実施の形態においても、第２中間層２１の成膜方法（換言すると、第２中間層２１の膜質）に応じて、第２改質層２２を形成する際のプラズマ処理等の条件をそれぞれ変更して最適化している。これにより、第２改質層２２の厚さを１．８ｎｍ以上、好ましくは１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とすることができる。また、第１基板１０の接合面１５側に第１改質層１２を形成する際、プラズマ処理等の条件を最適化することで、第１改質層１２の厚さを２．７ｎｍ以上３．２ｎｍ以下としている。したがって、ボイドの発生を抑制しつつ、接合強度が高い接合基板を形成することができる。
【0019】
次に、本実施の形態にかかる接合基板の構成例３について説明する。図３は、実施の形態にかかる接合基板の構成例３を示す断面図である。図３に示す構成例３にかかる接合基板３は、図１で説明した構成例１にかかる接合基板１と比較して、第２基板２０が第２中間層２１を備えない点が異なる。これ以外の構成については、図１で説明した構成例１にかかる接合基板１と同様である。
【0020】
図３に示すように、構成例３にかかる接合基板３は、第１基板１０と第２基板２０とが接合面１５を介して接合された接合基板である。第１基板１０には第１中間層１１が形成されている。第１改質層１２は、第１基板１０に形成された第１中間層１１の接合面１５側の面に形成されている。第２改質層２２は、第２基板２０の接合面１５側の面に形成されている。
【0021】
そして構成例３にかかる接合基板３では、第１中間層１１に形成された第１改質層１２の厚さを１．８ｎｍ以上、好ましくは１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下としている。また、第２基板２０の接合面１５側に形成された第２改質層２２の厚さを２．２ｎｍ以上２．７ｎｍ以下としている。
【0022】
本実施の形態においても、第１中間層１１の成膜方法（換言すると、第１中間層１１の膜質）に応じて、第１改質層１２を形成する際のプラズマ処理等の条件をそれぞれ変更して最適化している。これにより、第１改質層１２の厚さを１．８ｎｍ以上、好ましくは１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とすることができる。また、第２基板２０の接合面１５側に第２改質層２２を形成する際、プラズマ処理等の条件を最適化することで、第２改質層２２の厚さを２．２ｎｍ以上２．７ｎｍ以下としている。したがって、ボイドの発生を抑制しつつ、接合強度が高い接合基板を形成することができる。
【0023】
上述した構成例１～３にかかる接合基板１～３において、第１基板１０の厚さは１００μｍ以上１０００μｍ以下であり、第２基板の厚さは１０μｍ以上１０００μｍ以下である。また、第１基板１０と第２基板２０とを接合した後、第２基板２０の面を研磨してもよい。例えば、第２基板２０の厚さが１０μｍ以下となるように研磨してもよい。
【0024】
次に、本実施の形態にかかる接合基板の製造方法について説明する。図４は、本実施の形態にかかる接合基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。図５、図６は、本実施の形態にかかる接合基板の製造方法を説明するための模式図である。以下では一例として、構成例１かかる接合基板１（つまり、第１基板１０及び第２基板２０の両方が中間層１１、２１を備える構成）の製造方法について説明するが、構成例２かかる接合基板２、及び構成例３かかる接合基板３についても同様の製造方法を用いて製造することができる。
【0025】
本実施の形態にかかる接合基板１を製造する際は、まず、図４、図５に示すように、第１基板１０（水晶基板）を準備する（ステップＳ１）。一例を挙げると、第１基板１０（水晶基板）の厚さは１００μｍ以上１０００μｍ以下である。次に、第１基板１０の表面に第１中間層１１である酸化シリコン（ＳｉＯ２）層を成膜する（ステップＳ２）。第１中間層１１は、例えば、熱酸化法、スパッタ法、物理蒸着法、ＣＶＤ法等を用いて形成できる。特に、緻密な膜が得られる成膜方法で第１中間層１１を形成することが好ましい。第１中間層１１の厚さは、５０ｎｍ以上１０μｍ以下とすることができる。その後、成膜した第１中間層１１を研磨する（ステップＳ３）。このように、第１中間層１１の表面を研磨することで、第１中間層１１の表面を平坦にすることができる。
【0026】
次に、研磨後の第１基板１０を洗浄する（ステップＳ４）。例えば、研磨後の第１基板１０をＡＰＭ(Ammonia hydrogen Peroxide Mixture)やＳＰＭ(sulfuric acid-hydrogen peroxide mixture)などの薬液を用いて洗浄する。次に、第１基板１０の第１中間層１１側の面をプラズマ処理する（ステップＳ５）。第１基板１０の第１中間層１１側の面をプラズマ処理することで、第１基板１０（第１中間層１１）の表面に第１改質層１２を形成できる。第１基板１０（第１中間層１１）の表面に形成する第１改質層１２の厚さは、１．８ｎｍ以上、好ましくは１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とする。
【0027】
なお、本実施の形態では、プラズマ発光が安定している条件（プラズマ発光のばらつきが小さい条件）で第１基板１０をプラズマ処理することで、第１基板１０（第１中間層１１）の表面に形成される第１改質層１２の面内膜厚のばらつきを小さくできる。なお、プラズマ発光のばらつきは、プラズマ処理装置のチャンバー内の圧力とプラズマ出力（ＲＦ出力）を調整することで小さくできる。
【0028】
次に、第２基板２０（タンタル酸リチウム基板またはニオブ酸リチウム基板）を準備する（ステップＳ６）。一例を挙げると、第２基板２０の厚さは１００μｍ以上１０００μｍ以下である。次に、第２基板２０の表面に第２中間層２１である酸化シリコン（ＳｉＯ２）層を成膜する（ステップＳ７）。第２中間層２１は、例えば、熱酸化法、スパッタ法、物理蒸着法、ＣＶＤ法等を用いて形成できる。特に、緻密な膜が得られる成膜方法で第２中間層２１を形成することが好ましい。第２中間層２１の厚さは、５０ｎｍ以上１０μｍ以下とすることができる。その後、成膜した第２中間層２１を研磨する（ステップＳ８）。このように、第２中間層２１の表面を研磨することで、第２中間層２１の表面を平坦にすることができる。
【0029】
次に、研磨後の第２基板２０を洗浄する（ステップＳ９）。例えば、研磨後の第２基板２０をＡＰＭやＳＰＭなどの薬液を用いて洗浄する。次に、第２基板２０の第２中間層２１側の面をプラズマ処理する（ステップＳ１０）。第２基板２０の第２中間層２１側の面をプラズマ処理することで、第２基板２０（第２中間層２１）の表面に第２改質層２２を形成できる。第２基板２０（第２中間層２１）の表面に形成する第２改質層２２の厚さは、１．８ｎｍ以上、好ましくは１．８ｎｍ以上２．２ｎｍ以下とする。
【0030】
なお、本実施の形態では、プラズマ発光が安定している条件（プラズマ発光のばらつきが小さい条件）で第２基板２０をプラズマ処理することで、第２基板２０（第２中間層２１）の表面に形成される第２改質層２２の面内膜厚のばらつきを小さくできる。なお、プラズマ発光のばらつきは、プラズマ処理装置のチャンバー内の圧力とプラズマ出力（ＲＦ出力）を調整することで小さくできる。
【0031】
なお、ステップＳ１～Ｓ５の処理とステップＳ６～Ｓ１０の処理の順番は逆であってもよい。つまり、ステップＳ６～Ｓ１０の処理を実施した後に、ステップＳ１～Ｓ５の処理を実施してもよい。また、ステップＳ１～Ｓ５の処理とステップＳ６～Ｓ１０の処理は、並行して（同時に）実施してもよい。
【0032】
次に、第１基板１０の第１改質層１２と第２基板２０の第２改質層２２とを対向させた状態で、第１基板１０と第２基板２０とを仮接合する（ステップＳ１１）。例えば、第１基板１０と第２基板２０の面内方向の位置（水平方向の位置）を調整した後、第１基板１０と第２基板２０とを垂直方向に移動させて、第１基板１０と第２基板２０とを仮接合する。
【0033】
その後、図４、図６に示すように、仮接合後の基板をアニール処理して第１基板１０と第２基板２０とを接合する（ステップＳ１２）。アニール処理することで、第１基板１０の第１改質層１２と第２基板２０の第２改質層２２との接合を強固にでき、第１基板１０と第２基板２０とを強固に接合できる。例えば、アニール処理の温度は５０℃以上３００℃以下である。アニール処理は、例えば、仮接合後の基板を電気炉に入れて加熱することで実施できる。
【0034】
本実施の形態では、第１基板１０と第２基板２０とを接合した後、第２基板２０の表面を研磨する工程（ステップＳ１３）を更に備えていてもよい。研磨工程は例えば、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を用いて実施できる。例えば、第２基板２０の厚さが１０μｍ以下となるように研磨する。
【0035】
以上で説明した製造方法（基板接合方法）を用いることで、本実施の形態にかかる接合基板を製造することができる。
【0036】
なお、本実施の形態では、第１基板１０の第１改質層１２の厚さ、及び第２基板２０の第２改質層２２の厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を用いて測定できる。
【0037】
例えば、透過型電子顕微鏡を用いて第１改質層１２、第２改質層２２の厚さを測定し、測定した第１改質層１２、第２改質層２２の厚さに応じてプラズマ処理の条件を変更することで、上記範囲の厚さを有する第１改質層１２、第２改質層２２を形成できる。
【0038】
また、本実施の形態では、透過型電子顕微鏡を用いることで、接合後の接合基板１の第１改質層１２および第２改質層２２の厚さを測定することができる。本実施の形態では、第１基板１０と第２基板２０とを接合する前後において、第１改質層１２および第２改質層２２の厚さの関係は変わらないと考えられる。
【0039】
なお、構成例２かかる接合基板２（つまり、第２基板２０のみが中間層２１を備える構成）を製造する場合は、図４、図５に示すステップＳ２、Ｓ３を省略する。また、構成例３かかる接合基板３（つまり、第１基板１０のみが中間層１１を備える構成）を製造する場合は、図４、図５に示すステップＳ７、Ｓ８を省略する。これ以外の製造工程については、構成例１にかかる接合基板１の製造工程と同様である。
【0040】
ところで、本願発明者らは、第１基板１０及び第２基板２０の表面にそれぞれ形成された第１中間層１１及び第２中間層２１の膜種に応じて、第１改質層１２及び第２改質層２２の厚さが異なることを見出した。つまり、同一条件でプラズマ処理をしても、第１中間層１１及び第２中間層２１の膜種に応じて、第１改質層１２及び第２改質層２２の厚さが異なることを見出した。
【0041】
図７は、中間層（酸化シリコン）の膜種と改質層の厚さとの関係を示すグラフである。図７に示す膜種Ａ～膜種Ｄはそれぞれ異なる気相法を用いて形成した。そして、膜種Ａ～膜種Ｄの中間層（酸化シリコン）を同一条件でプラズマ処理して、改質層を形成し、改質層の膜厚を測定した。その結果、同一条件でプラズマ処理しても、中間層（酸化シリコン）の膜種に応じて、改質層の厚さが異なる結果となった。具体的には、膜種Ｄにおいて改質層の厚さが最も厚くなった。膜種Ａ及び膜種Ｂでは改質層の厚さは同程度の厚さとなった。膜種Ｃでは改質層の厚さが最も薄くなった。膜種Ｄと膜種Ｃとでは改質層の厚さの差が約１．４ｎｍ程度と大きな差があった。
【0042】
図８は、中間層（酸化シリコン）の膜種と接合強度との関係を示すグラフである。図８では、中間層（酸化シリコン）がない場合の接合強度、膜種Ｂの中間層（酸化シリコン）の場合の接合強度、膜種Ｃの中間層（酸化シリコン）の場合の接合強度、及び膜種Ｄの中間層（酸化シリコン）の場合の接合強度を示している。図８に示すように、中間層（酸化シリコン）がない場合、及び膜種Ｂ～Ｄの中間層（酸化シリコン）の場合の各々において、接合強度が異なる結果となった。
【0043】
図９は、改質層の厚さと接合強度との関係を示すグラフである。図９では、膜種Ｂ～Ｄの中間層に形成された改質層の厚さと接合強度との関係を示している。図９に示すように、改質層の厚さと接合強度は正の相間があった。図９に示すように、０．５０よりも大きい接合強度を得るためには、改質層の厚さを１．８ｎｍ以上とする必要があることがわかった。
【0044】
本実施の形態にかかる接合基板では、中間層（酸化シリコン）の表面に形成される改質層の厚さを１．８ｎｍ以上とすることで、ボイドの発生を抑制しつつ、接合強度が高い接合基板を得ることができる。また、接合基板の接合強度を高めることで、研磨工程において接合基板が剥離することを抑制できる。
【0045】
具体的には、図１に示した構成例１にかかる接合基板１では、第１基板１０及び第２基板２０の両方にそれぞれ第１中間層１１及び第２中間層２１を設けている。よって、第１中間層１１及び第２中間層２１の表面に形成される第１改質層１２及び第２改質層２２の厚さをそれぞれ、１．８ｎｍ以上とすることで、ボイドの発生を抑制しつつ、接合基板の接合強度を高くすることができる。つまり、図１に示した構成例１にかかる接合基板１では、第１基板１０及び第２基板２０の両方に中間層（酸化シリコン）１１、２１が形成されているので、中間層（酸化シリコン）１１、２１の表面に形成される改質層１２、２２の膜厚を１．８ｎｍ以上としている。
【0046】
また、図２に示した構成例２にかかる接合基板２では、第２基板２０に第２中間層２１を設けている。よって、第２中間層２１の表面に形成される第２改質層２２の厚さを１．８ｎｍ以上とすることで、ボイドの発生を抑制しつつ、接合基板の接合強度を高くすることができる。つまり、図２に示した構成例２にかかる接合基板２では、第２基板２０のみに中間層（酸化シリコン）２１を形成しているので、第２基板２０の中間層（酸化シリコン）２１の表面に形成される改質層２２の膜厚を１．８ｎｍ以上としている。このとき、第１基板１０の接合面１５側に形成された第１改質層１２の厚さは、２．７ｎｍ以上３．２ｎｍ以下とする。
【0047】
また、図３に示した構成例３にかかる接合基板３では、第１基板１０に第１中間層１１を設けている。よって、第１中間層１１の表面に形成される第１改質層１２の厚さを１．８ｎｍ以上とすることで、ボイドの発生を抑制しつつ、接合基板の接合強度を高くすることができる。つまり、図３に示した構成例３にかかる接合基板３では、第１基板１０のみに中間層（酸化シリコン）１１を形成しているので、第１基板１０の中間層（酸化シリコン）１１の表面に形成される改質層１２の膜厚を１．８ｎｍ以上としている。このとき、第２基板２０の接合面１５側に形成された第２改質層２２の厚さは、２．２ｎｍ以上２．７ｎｍ以下とする。
【0048】
なお、改質層１２、２２の膜厚は、中間層１１、２１の膜種に応じてプラズマ処理等の条件をそれぞれ変更することで調整することができる。
【0049】
また、本実施の形態では、第１基板１０及び第２基板２０の少なくとも一方の表面に中間層１１、２１を形成することで、第１基板１０及び第２基板２０の影響、つまり、改質層１２、２２への第１基板１０及び第２基板２０の影響をキャンセルすることができる。よって、第１基板１０及び第２基板２０の選択肢を広げることができる。また、中間層１１、２１の膜種に応じてプラズマ処理等の条件をそれぞれ変更することで、改質層１２、２２の膜厚を調整することができるので、所望の改質層１２、２２を得るための条件出しを容易にすることができる。
【実施例0050】
次に、実施例について説明する。
【0051】
＜サンプルの作製＞
図４～図６で説明した方法を用いて各サンプルを作製した。具体的には、図２に示した構成例２かかる接合基板２（つまり、第２基板２０のみが中間層２１を備える構成）を作製した。なお、構成例２にかかる接合基板２を作製する際は、図４、図５に示すステップＳ２、Ｓ３を省略した。
図４～図６で説明した方法を用いて各サンプルを作製した。具体的には、図２に示した構成例２かかる接合基板２（つまり、第２基板２０のみが中間層２１を備える構成）を作製した。なお、構成例２にかかる接合基板２を作製する際は、図４、図５に示すステップＳ２、Ｓ３を省略した。
【0052】
まず、第１基板１０として厚さ４００μｍの水晶基板を準備した。次に、ＡＰＭ溶液に浸漬して１０分間洗浄をすることで水晶基板を洗浄した。
【0053】
次に、水晶基板をプラズマ処理して、水晶基板の表面に厚さ３．０ｎｍの改質層を形成した。プラズマ処理は減圧雰囲気下で容量結合プラズマを生成することで行った。プラズマ処理の条件はＲＦ出力を１００Ｗとし、改質層膜厚が３．０ｎｍとなるよう処理時間を調整した。
【0054】
また、第２基板２０として厚さ２００μｍのタンタル酸リチウム基板（ＬＴ基板）を準備した。次に、タンタル酸リチウム基板の表面に中間層（第２中間層）である酸化シリコン（ＳｉＯ２）層を成膜した。中間層は、４種類の膜種の中間層をそれぞれ形成した。膜種Ａ～膜種Ｄはそれぞれ異なる気相法を用いて形成した。膜種が異なる各々のサンプルを以降、サンプルＡ～Ｄと記載する。なお、各々の中間層の厚さは、８００ｎｍとした。その後、成膜した中間層を研磨した。
【0055】
次に、研磨後のタンタル酸リチウム基板をＡＰＭ溶液に浸漬して１０分間洗浄をすることで洗浄した。次に、タンタル酸リチウム基板をプラズマ処理して、タンタル酸リチウム基板の中間層の表面に改質層を形成した。プラズマ処理は減圧雰囲気下で容量結合プラズマを生成することで行った。プラズマ処理の条件はＲＦ出力を１００Ｗとした。また、サンプルＡ～Ｄで、プラズマ処理の条件は同一条件とした。
【0056】
次に、水晶基板の改質層とタンタル酸リチウム基板の改質層とを対向させた状態で、水晶基板とタンタル酸リチウム基板とを接触させることで仮接合した。その後、仮接合後の基板を１５０℃でアニール処理して水晶基板とタンタル酸リチウム基板とを接合し、接合基板を形成した。
【0057】
また、タンタル酸リチウム基板の表面に中間層を形成しないサンプル（中間層なし）を別途作製した。
【0058】
＜サンプルの評価＞
タンタル酸リチウム基板の中間層の表面に改質層を形成した後、サンプルＡ～Ｄの改質層の膜厚をそれぞれ測定した。改質層の膜厚は、透過型電子顕微鏡を用いて測定した。図７は、中間層（酸化シリコン）の膜種Ａ～Ｄと改質層の厚さとの関係を示すグラフである。図７に示すように、同一条件でプラズマ処理しても、中間層（酸化シリコン）の膜種Ａ～Ｄに応じて、改質層の厚さが異なる結果となった。具体的には、膜種Ｄにおいて改質層の厚さが最も厚くなった。膜種Ａ及び膜種Ｂでは改質層の厚さは同程度の厚さとなった。膜種Ｃでは改質層の厚さが最も薄くなった。膜種Ｄと膜種Ｃとでは改質層の厚さの差が約１．４ｎｍ程度と大きな差があった。
タンタル酸リチウム基板の中間層の表面に改質層を形成した後、サンプルＡ～Ｄの改質層の膜厚をそれぞれ測定した。改質層の膜厚は、透過型電子顕微鏡を用いて測定した。図７は、中間層（酸化シリコン）の膜種Ａ～Ｄと改質層の厚さとの関係を示すグラフである。図７に示すように、同一条件でプラズマ処理しても、中間層（酸化シリコン）の膜種Ａ～Ｄに応じて、改質層の厚さが異なる結果となった。具体的には、膜種Ｄにおいて改質層の厚さが最も厚くなった。膜種Ａ及び膜種Ｂでは改質層の厚さは同程度の厚さとなった。膜種Ｃでは改質層の厚さが最も薄くなった。膜種Ｄと膜種Ｃとでは改質層の厚さの差が約１．４ｎｍ程度と大きな差があった。
【0059】
また、上述のようにして作製したサンプルＡ～Ｄ、及び中間層（ＳｉＯ２膜）なしのサンプルについて、接合強度を調べた。接合強度は、ブレード法を用いて測定した。ブレード法の評価方法は、参考文献（Materials Science and Engineering R25 (1999) p. 1-88）に記載の方法と同様の方法を用いた。
【0060】
図８に、中間層（ＳｉＯ２膜）なしのサンプルの接合強度、及びサンプルＢ～Ｄの接合強度を示す。図８に示すように、中間層（ＳｉＯ２膜）なしのサンプル、及びサンプルＢ～Ｄの各々において、接合強度が異なる結果となった。
【0061】
図９は、サンプルＢ～Ｄの改質層の厚さと接合強度との関係を示すグラフである。図９に示すように、改質層の厚さと接合強度は正の相間があった。図９に示すように、０．５０よりも大きい接合強度を得るためには、改質層の厚さを１．８ｎｍ以上とする必要があることがわかった。
【0062】
また、上述のようにして作製したサンプルＡ～Ｄについて、ボイドの発生の有無を調べた。ボイドの有無は微分干渉光学顕微鏡を用いて調査した。その結果、サンプルＡ～Ｄにおいてボイドの発生が基準値以下となり、ボイドの発生を抑制できた。
【0063】
上記結果から、改質層の厚さが１．８ｎｍ以上であるサンプルＤにおいて、ボイドの発生を抑制しつつ、接合強度を基準値以上とすることができた。
【0064】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0065】
１、２、３ 接合基板
１０ 第１基板
１１ 第１中間層
１２ 第１改質層
１５ 接合面
２０ 第２基板
２１ 第２中間層
２２ 第２改質層
１０ 第１基板
１１ 第１中間層
１２ 第１改質層
１５ 接合面
２０ 第２基板
２１ 第２中間層
２２ 第２改質層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
