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】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-11
(45)【発行日】2024-12-19
(54)【発明の名称】導波素子および導波素子の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01P 3/00 20060101AFI20241212BHJP
H01P 3/08 20060101ALI20241212BHJP
H01P 11/00 20060101ALI20241212BHJP
【ＦＩ】
H01P3/00 101
H01P3/08 100
H01P11/00 102
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021206456
(22)【出願日】2021-12-20
(65)【公開番号】P2023026284
(43)【公開日】2023-02-24
【審査請求日】2023-07-20
(31)【優先権主張番号】P 2021131757
(32)【優先日】2021-08-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】100122471
【弁理士】
【氏名又は名称】籾井 孝文
(72)【発明者】
【氏名】谷 健太郎
(72)【発明者】
【氏名】岡田 直剛
(72)【発明者】
【氏名】近藤 順悟
【審査官】岸田 伸太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－０５１３３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２７７６６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０９４７５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０２３１９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２５３４５０（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｐ ３／００
Ｈ０１Ｐ ３／０８
Ｈ０１Ｐ １１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
周波数が３０ＧＨｚ以上２０ＴＨｚ以下である電磁波を導波可能な導波素子であって、無機材料基板と、
前記無機材料基板の上部に設けられている導体層であり、所定方向に延びている信号電極と、前記所定方向と交差する方向において前記信号電極と間隔を空けて配置されている第１接地電極とを含む導体層と、
前記無機材料基板に対して前記導体層と反対側に位置している支持基板と、
前記無機材料基板と前記支持基板との間に位置している第２接地電極と、
前記支持基板に対して前記第２接地電極と反対側に位置している第３接地電極と、
前記第１接地電極と前記第３接地電極とを電気的に接続し、かつ、前記第２接地電極と電気的に接続されているビアと、を備え、
前記無機材料基板の厚みｔは、下記式（１）を満たしている、導波素子；
【数1】
【請求項2】
前記式（１）において、ａが６以上の数値を表す、請求項１に記載の導波素子。
【請求項3】
前記無機材料基板の３００ＧＨｚにおける比誘電率εと誘電正接ｔａｎδは、それぞれ３．５以上１２．０以下、０．００３以下である、請求項１または２に記載の導波素子。
【請求項4】
前記無機材料基板は、石英ガラス基板である、請求項３に記載の導波素子。
【請求項5】
前記導体層は、コプレーナ型電極である、請求項１から４のいずれかに記載の導波素子。
【請求項6】
前記導体層と前記第２接地電極は、マイクロストリップ型電極である、請求項１から４のいずれかに記載の導波素子。
【請求項7】
前記導波素子を伝搬する電磁波の周波数が３０ＧＨｚ以上５ＴＨｚ以下において、前記無機材料基板の厚みは、１０μｍ以上である、請求項５または６に記載の導波素子。
【請求項8】
前記ビアが配置されるビアホールであって、前記無機材料基板、前記第２接地電極および前記支持基板を貫通しているビアホールを有する、請求項１～７のいずれかに記載の導波素子。
【請求項9】
前記ビアホールは、前記無機材料基板の表面（上面）方向から見て円形状を有し、前記第２接地電極に近づくにつれて小径となるテーパ形状を有している、請求項８に記載の導波素子。
【請求項10】
前記ビアホールは、前記無機材料基板の表面（上面）方向から見て円形状を有し、前記第２接地電極に近づくにつれて大径となるテーパ形状を有している、請求項８に記載の導波素子。
【請求項11】
請求項８～１０のいずれかに記載の導波素子の製造方法であって、前記無機材料基板、前記第２接地電極および前記支持基板をこの順に備え、それらを一括して貫通するビアホールを有する積層体を準備する工程と、
前記ビアホール内に前記ビアを形成し、前記支持基板の下部に前記第３接地電極を形成し、前記無機材料基板の上部に前記導体層を形成する工程と、を含む導波素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導波素子および導波素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ミリ波～テラヘルツ波を導波する素子の１つとして、導波素子の開発が進められている。導波素子は、光導波路、次世代高速通信、センサ、レーザー加工、太陽光発電等の幅広い分野への応用および展開が期待されている。このような導波素子の一例として、厚み３００μｍのガラス基板と、ガラス基板上に設けられるコプレーナ型導体と、ガラス基板におけるコプレーナ型導体と反対側の面に設けられる接地電極とから構成される接地コプレーナ導波路を用いた技術が提案されている（特許文献１）。
このような技術による導波素子を各種産業製品に採用する場合、導波素子を、ＩＣ基板やプリント基板などの支持基板に実装することが検討される。しかし、導波素子を支持基板に実装して、ミリ波～テラヘルツ波（とりわけ３００ＧＨｚ以上の電磁波）を導波すると、伝搬損失が顕著に増大するという問題がある。
このような技術による導波素子を各種産業製品に採用する場合、導波素子を、ＩＣ基板やプリント基板などの支持基板に実装することが検討される。しかし、導波素子を支持基板に実装して、ミリ波～テラヘルツ波（とりわけ３００ＧＨｚ以上の電磁波）を導波すると、伝搬損失が顕著に増大するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特表２０２１－５０９７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の主たる目的は、周波数が３０ＧＨｚ以上である高周波数の電磁波を導波する場合であっても伝搬損失を十分に低減できる導波素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の実施形態による導波素子は、周波数が３０ＧＨｚ以上２０ＴＨｚ以下である電磁波を導波可能である。該導波素子は、無機材料基板と；前記無機材料基板の上部に設けられている導体層であり、所定方向に延びている信号電極と、前記所定方向と交差する方向において前記信号配線と間隔を空けて配置されている第１接地電極とを含む導体層と；前記無機材料基板に対して前記導体層と反対側に位置している支持基板と；前記無機材料基板と前記支持基板との間に位置している第２接地電極と；前記支持基板に対して前記第２接地電極と反対側に位置している第３接地電極と；前記第１接地電極と前記第３接地電極とを電気的に接続し、かつ、前記第２接地電極と電気的に接続されているビアと；を備えている。前記無機材料基板の厚みｔは、下記式（１）を満たしている。
（式中、ｔは、無機材料基板の厚みを表す。λは、導波素子に導波される電磁波の波長を表す。εは、無機材料基板の比誘電率を表す。ａは、３以上の数値を表す。）
１つの実施形態においては、上記式（１）において、ａが６以上の数値を表す。
１つの実施形態においては、上記無機材料基板の３００ＧＨｚにおける比誘電率εと誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、それぞれ３．５以上１２．０以下、０．００３以下である。
１つの実施形態においては、上記無機材料基板は、石英ガラス基板である。
１つの実施形態においては、上記導体層は、コプレーナ型電極である。
１つの実施形態においては、上記導体層と上記第２接地電極は、マイクロストリップ型電極である。
１つの実施形態においては、上記導波素子を伝搬する電磁波の周波数が３０ＧＨｚ以上５ＴＨｚ以下において、上記無機材料基板の厚みは、１０μｍ以上である。
１つの実施形態においては、上記導波素子は、上記ビアが配置されるビアホールを有している。該ビアホールは、上記無機材料基板、上記第２接地電極および上記支持基板を貫通している。
１つの実施形態においては、上記ビアホールは、上記無機材料基板の表面（上面）方向から見て円形状を有し、上記第２接地電極に近づくにつれて小径となるテーパ形状を有している。
１つの実施形態においては、上記ビアホールは、上記無機材料基板の表面（上面）方向から見て円形状を有し、上記第２接地電極に近づくにつれて大径となるテーパ形状を有している。
本発明の別の局面による導波素子の製造方法は、上記した導波素子を製造する方法であって、上記無機材料基板、上記第２接地電極および上記支持基板をこの順に備え、それらを一括して貫通するビアホールを有する積層体を準備する工程と；上記ビアホール内に上記ビアを形成し、上記支持基板の下部に上記第３接地電極を形成し、上記無機材料基板の上部に上記導体層を形成する工程と；を含んでいる。
【数1】
１つの実施形態においては、上記式（１）において、ａが６以上の数値を表す。
１つの実施形態においては、上記無機材料基板の３００ＧＨｚにおける比誘電率εと誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、それぞれ３．５以上１２．０以下、０．００３以下である。
１つの実施形態においては、上記無機材料基板は、石英ガラス基板である。
１つの実施形態においては、上記導体層は、コプレーナ型電極である。
１つの実施形態においては、上記導体層と上記第２接地電極は、マイクロストリップ型電極である。
１つの実施形態においては、上記導波素子を伝搬する電磁波の周波数が３０ＧＨｚ以上５ＴＨｚ以下において、上記無機材料基板の厚みは、１０μｍ以上である。
１つの実施形態においては、上記導波素子は、上記ビアが配置されるビアホールを有している。該ビアホールは、上記無機材料基板、上記第２接地電極および上記支持基板を貫通している。
１つの実施形態においては、上記ビアホールは、上記無機材料基板の表面（上面）方向から見て円形状を有し、上記第２接地電極に近づくにつれて小径となるテーパ形状を有している。
１つの実施形態においては、上記ビアホールは、上記無機材料基板の表面（上面）方向から見て円形状を有し、上記第２接地電極に近づくにつれて大径となるテーパ形状を有している。
本発明の別の局面による導波素子の製造方法は、上記した導波素子を製造する方法であって、上記無機材料基板、上記第２接地電極および上記支持基板をこの順に備え、それらを一括して貫通するビアホールを有する積層体を準備する工程と；上記ビアホール内に上記ビアを形成し、上記支持基板の下部に上記第３接地電極を形成し、上記無機材料基板の上部に上記導体層を形成する工程と；を含んでいる。
【発明の効果】
【0006】
本発明の実施形態によれば、周波数が３０ＧＨｚ以上である高周波数の電磁波を導波する場合であっても伝搬損失を十分に低減できる導波素子を実現することができる。また、本発明の別の局面による実施形態によれば、上記した導波素子を円滑に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の実施形態による導波素子の概略斜視図である。
【図3】本発明の別の実施形態による導波素子のＩＩ－ＩＩ´断面図である。
【図4】本発明の別の実施形態による導波素子のＩＶ－ＩＶ´断面図である。
【図5】本発明のさらに別の実施形態による導波素子のＩＩ－ＩＩ´断面図である。
【図6】本発明のさらに別の実施形態による導波素子のＩＩ－ＩＩ´断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
Ａ．導波素子の全体構成
図１は、本発明の１つの実施形態による導波素子の概略斜視図であり；図２は、図１の導波素子のＩＩ－ＩＩ´断面図である。
図示例の導波素子１００は、周波数が３０ＧＨｚ以上２０ＴＨｚ以下である電磁波、言い換えれば、ミリ波～テラヘルツ波の電磁波を導波可能である。なお、ミリ波とは、代表的には周波数が３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ程度の電磁波であり；テラヘルツ波とは、代表的には周波数が３００ＧＨｚ～２０ＴＨｚ程度の電磁波である。とりわけ、導波素子１００は、周波数が３０ＧＨｚ以上２ＴＨｚ以下である電磁波（特に周波数が３０ＧＨｚ以上１ＴＨｚ以下である電磁波）を優れた伝搬損失で導波できる。
Ａ．導波素子の全体構成
図１は、本発明の１つの実施形態による導波素子の概略斜視図であり；図２は、図１の導波素子のＩＩ－ＩＩ´断面図である。
図示例の導波素子１００は、周波数が３０ＧＨｚ以上２０ＴＨｚ以下である電磁波、言い換えれば、ミリ波～テラヘルツ波の電磁波を導波可能である。なお、ミリ波とは、代表的には周波数が３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ程度の電磁波であり；テラヘルツ波とは、代表的には周波数が３００ＧＨｚ～２０ＴＨｚ程度の電磁波である。とりわけ、導波素子１００は、周波数が３０ＧＨｚ以上２ＴＨｚ以下である電磁波（特に周波数が３０ＧＨｚ以上１ＴＨｚ以下である電磁波）を優れた伝搬損失で導波できる。
【0009】
導波素子１００は、無機材料基板１と；信号電極２ａおよび第１接地電極２ｂ，２ｃを含む導体層２と；支持基板７と；第２接地電極３と；第３接地電極４と；ビア５と；を備えている。
導体層２は、無機材料基板１の上部に設けられている。信号電極２ａは、所定方向（導波方向）に延びている。第１接地電極２ｂ，２ｃのそれぞれは、信号電極２ａの延びる所定方向と交差する方向において、信号電極２ａと間隔を空けて配置されている。支持基板７は、無機材料基板１に対して導体層２と反対側に位置している。第２接地電極３は、無機材料基板１と支持基板７との間に位置している。第３接地電極４は、支持基板７に対して第２接地電極３と反対側に位置している。ビア５は、第１接地電極２ｂ，２ｃと第３接地電極４とを電気的に接続し、かつ、第２接地電極３と電気的に接続されている。無機材料基板１の厚みｔは、下記式（１）を満たしている。
（式中、ｔは無機材料基板の厚みを表す。λは導波素子に導波される電磁波の波長を表す。εは無機材料基板の比誘電率を表す。ａは３以上の数値を表す。）
上記した信号電極を含む導体層を備える導波素子では、導波素子に入力される高周波数の電磁波は、無機材料基板中を伝搬する。
上記の構成によれば、無機材料基板の厚みが上記式（１）を満足するので、導波素子が高周波数の電磁波を導波する場合であっても、スラブモードの誘起および／または基板共振の発生を抑制できる。しかし、無機材料基板の厚みが上記式（１）を満足すると、伝搬する電磁波が無機材料基板から支持基板に漏洩し、支持基板の誘電体損失による伝搬損失が大きくなるという新たな問題が生じ得る。
これに対して、上記の構成では、第２接地電極が無機材料基板と支持基板との間に配置され、第３接地電極が支持基板に対して第２接地電極と反対側に配置されているので、電磁波が支持基板に漏洩することを抑制することができる。そのため、スラブモードの誘起および／または基板共振の発生を抑制できつつ、電磁波の支持基板への漏洩を抑制できる。
また、ビアが第１接地電極と第２接地電極と第３接地電極とを電気的に接続しているので、グランドを強化でき、周囲の線路や素子による浮遊容量を抑制できる。また、基板に放熱機能を付加することができる。さらに、高次モードでの伝送を抑制することができる。
この点、第１接地電極と第２接地電極とを接続するビアと、第２接地電極と第３接地電極とを接続するビアとを別々に設けて、第１接地電極と第２接地電極と第３接地電極とを電気的に接続することも想定され得る。しかし、そのような構成では、第１接地電極および第２接地電極を接続するビアと、第２接地電極および第３接地電極を接続するビアとの相対的な位置精度を確保することが難しく、位置ずれが大きいと周波数特性においてリップルが顕著に発生する場合がある。さらに、そのような構成を有する導波素子の製造は、非常に煩雑である。
これに対して、上記の構成では、ビアが第１接地電極と第２接地電極と第３接地電極とを電気的に接続しているので、ビアにおいて、第１接地電極と第２接地電極との間に位置する部分と、第２接地電極と第３接地電極との間に位置する部分との相対的な位置精度を簡便に確保することができ、リップルの発生を抑制することができる。
これらの結果、導波素子において、周波数が３０ＧＨｚ以上である高周波数の電磁波を導波する場合であっても、伝搬損失を十分に低減できる。
なお、導波素子は小型化の開発が進められており、将来的には回路の集積化が見込まれる。上記の導波素子では、無機材料基板の薄板化が図られているので、優れた伝搬損失性能を確保しながら、小型化の要望にも対応することができる。
導体層２は、無機材料基板１の上部に設けられている。信号電極２ａは、所定方向（導波方向）に延びている。第１接地電極２ｂ，２ｃのそれぞれは、信号電極２ａの延びる所定方向と交差する方向において、信号電極２ａと間隔を空けて配置されている。支持基板７は、無機材料基板１に対して導体層２と反対側に位置している。第２接地電極３は、無機材料基板１と支持基板７との間に位置している。第３接地電極４は、支持基板７に対して第２接地電極３と反対側に位置している。ビア５は、第１接地電極２ｂ，２ｃと第３接地電極４とを電気的に接続し、かつ、第２接地電極３と電気的に接続されている。無機材料基板１の厚みｔは、下記式（１）を満たしている。
【数1】
上記した信号電極を含む導体層を備える導波素子では、導波素子に入力される高周波数の電磁波は、無機材料基板中を伝搬する。
上記の構成によれば、無機材料基板の厚みが上記式（１）を満足するので、導波素子が高周波数の電磁波を導波する場合であっても、スラブモードの誘起および／または基板共振の発生を抑制できる。しかし、無機材料基板の厚みが上記式（１）を満足すると、伝搬する電磁波が無機材料基板から支持基板に漏洩し、支持基板の誘電体損失による伝搬損失が大きくなるという新たな問題が生じ得る。
これに対して、上記の構成では、第２接地電極が無機材料基板と支持基板との間に配置され、第３接地電極が支持基板に対して第２接地電極と反対側に配置されているので、電磁波が支持基板に漏洩することを抑制することができる。そのため、スラブモードの誘起および／または基板共振の発生を抑制できつつ、電磁波の支持基板への漏洩を抑制できる。
また、ビアが第１接地電極と第２接地電極と第３接地電極とを電気的に接続しているので、グランドを強化でき、周囲の線路や素子による浮遊容量を抑制できる。また、基板に放熱機能を付加することができる。さらに、高次モードでの伝送を抑制することができる。
この点、第１接地電極と第２接地電極とを接続するビアと、第２接地電極と第３接地電極とを接続するビアとを別々に設けて、第１接地電極と第２接地電極と第３接地電極とを電気的に接続することも想定され得る。しかし、そのような構成では、第１接地電極および第２接地電極を接続するビアと、第２接地電極および第３接地電極を接続するビアとの相対的な位置精度を確保することが難しく、位置ずれが大きいと周波数特性においてリップルが顕著に発生する場合がある。さらに、そのような構成を有する導波素子の製造は、非常に煩雑である。
これに対して、上記の構成では、ビアが第１接地電極と第２接地電極と第３接地電極とを電気的に接続しているので、ビアにおいて、第１接地電極と第２接地電極との間に位置する部分と、第２接地電極と第３接地電極との間に位置する部分との相対的な位置精度を簡便に確保することができ、リップルの発生を抑制することができる。
これらの結果、導波素子において、周波数が３０ＧＨｚ以上である高周波数の電磁波を導波する場合であっても、伝搬損失を十分に低減できる。
なお、導波素子は小型化の開発が進められており、将来的には回路の集積化が見込まれる。上記の導波素子では、無機材料基板の薄板化が図られているので、優れた伝搬損失性能を確保しながら、小型化の要望にも対応することができる。
【0010】
１つの実施形態において、上記式（１）において、ａは６以上の数値を表す。
無機材料基板の厚みが、ａが６以上の数値を表す式（１）を満足すると、上記した高周波数の電磁波を導波する場合の伝搬損失の低減を安定して図ることができる。
無機材料基板の厚みが、ａが６以上の数値を表す式（１）を満足すると、上記した高周波数の電磁波を導波する場合の伝搬損失の低減を安定して図ることができる。
【0011】
無機材料基板１の１００ＧＨｚ～１０ＴＨｚにおける誘電率は、例えば１０．０以下であり、好ましくは３．７以上１０．０以下であり、より好ましくは３．８以上９．０以下である。使用する周波数が３００ＧＨｚである場合、無機材料基板１の比誘電率εは、代表的には３．５以上であり、代表的には１２．０以下、好ましくは１０．０以下、より好ましくは５．０以下である。無機材料基板の誘電率がこのような範囲であれば、伝搬する電磁波の遅延を抑制できる。
無機材料基板の誘電正接（ｔａｎδ）は、使用する周波数において好ましくは０．０１以下であり、より好ましくは０．００８以下であり、さらに好ましくは０．００６以下であり、特に好ましくは０．００４以下である。使用する周波数が３００ＧＨｚである場合、無機材料基板１における誘電正接ｔａｎδは、好ましくは０．００３０以下、より好ましくは０．００２０以下、さらに好ましくは０．００１５以下である。
誘電正接がこのような範囲であれば、導波路における伝搬損失を小さくすることができる。誘電正接は小さいほど好ましい。誘電正接は、例えば０．００１以上であり得る。
無機材料基板の比誘電率εおよび誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδが上記の範囲であると、上記した高周波数の電磁波（特に３００ＧＨｚ以上の電磁波）を導波する場合の伝搬損失の低減をより安定して図り得る。なお、比誘電率εおよび誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、テラヘルツ時間領域分光法によって測定できる。また、本明細書において、比誘電率および誘電正接に関して測定周波数の言及がない場合、３００ＧＨｚにおける比誘電率および誘電正接を意味する。
無機材料基板の誘電正接（ｔａｎδ）は、使用する周波数において好ましくは０．０１以下であり、より好ましくは０．００８以下であり、さらに好ましくは０．００６以下であり、特に好ましくは０．００４以下である。使用する周波数が３００ＧＨｚである場合、無機材料基板１における誘電正接ｔａｎδは、好ましくは０．００３０以下、より好ましくは０．００２０以下、さらに好ましくは０．００１５以下である。
誘電正接がこのような範囲であれば、導波路における伝搬損失を小さくすることができる。誘電正接は小さいほど好ましい。誘電正接は、例えば０．００１以上であり得る。
無機材料基板の比誘電率εおよび誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδが上記の範囲であると、上記した高周波数の電磁波（特に３００ＧＨｚ以上の電磁波）を導波する場合の伝搬損失の低減をより安定して図り得る。なお、比誘電率εおよび誘電正接（誘電体損失）ｔａｎδは、テラヘルツ時間領域分光法によって測定できる。また、本明細書において、比誘電率および誘電正接に関して測定周波数の言及がない場合、３００ＧＨｚにおける比誘電率および誘電正接を意味する。
【0012】
上記式（１）を満たす無機材料基板１の厚みは、具体的には１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは２０μｍ以上であり、例えば１７００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下である。また、導波素子を伝搬する電磁波の周波数が３０ＧＨｚ以上５ＴＨｚ以下である場合、無機材料基板１の厚みは、好ましくは１０μｍ以上である。
無機材料基板１の厚みが上記下限を下回ると、導波素子を構成する電極の厚みや幅が数μｍ程度まで小さくなり、表皮効果による影響で伝搬損失が大きくなることに加え、製造ばらつきによる線路性能のトレランスが著しく低下する。
無機材料基板１の厚みが上記上限以下であると、スラブモードの誘起や基板共振の発生が抑制され、広い周波数範囲にわたって伝搬損失が小さい（すなわち、広帯域の）導波素子を実現できる。
無機材料基板１の厚みが上記下限を下回ると、導波素子を構成する電極の厚みや幅が数μｍ程度まで小さくなり、表皮効果による影響で伝搬損失が大きくなることに加え、製造ばらつきによる線路性能のトレランスが著しく低下する。
無機材料基板１の厚みが上記上限以下であると、スラブモードの誘起や基板共振の発生が抑制され、広い周波数範囲にわたって伝搬損失が小さい（すなわち、広帯域の）導波素子を実現できる。
【0013】
１つの実施形態において、導波素子は、コプレーナ線路を構成する。すなわち、導波素子の導体層は、コプレーナ型電極である。
１つの実施形態において、導体層２は、コプレーナ型電極である。図２に示すように、導体層２がコプレーナ型電極である場合、上記した高周波数の電磁波は、信号電極２ａと第１接地電極２ｂ、２ｃとの間に生じた電界と結合して、無機材料基板１中を伝搬する。
導体層２がコプレーナ型電極である場合、信号電極２ａは、所定方向（導波方向）に延びる線形状を有している。第１接地電極２ｂは、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向において、信号電極２ａとの間に所定の空隙部（ギャップ）を形成するように配置されている。第１接地電極２ｃは、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向において、信号電極２ａに対して第１接地電極２ｂの反対側に位置し、信号電極２ａとの間に所定の空隙部（ギャップ）を形成するように配置されている。空隙部（ギャップ）は、信号電極２ａの長手方向に延びている。
コプレーナ型電極の信号電極２ａの幅（長手方向と直交する方向の寸法）ｗは、例えば２μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、例えば２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下である。
上記空隙部（ギャップ）の幅（長手方向と交差する方向の寸法）ｇは、例えば２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、例えば１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下である。
１つの実施形態において、導体層２は、コプレーナ型電極である。図２に示すように、導体層２がコプレーナ型電極である場合、上記した高周波数の電磁波は、信号電極２ａと第１接地電極２ｂ、２ｃとの間に生じた電界と結合して、無機材料基板１中を伝搬する。
導体層２がコプレーナ型電極である場合、信号電極２ａは、所定方向（導波方向）に延びる線形状を有している。第１接地電極２ｂは、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向において、信号電極２ａとの間に所定の空隙部（ギャップ）を形成するように配置されている。第１接地電極２ｃは、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向において、信号電極２ａに対して第１接地電極２ｂの反対側に位置し、信号電極２ａとの間に所定の空隙部（ギャップ）を形成するように配置されている。空隙部（ギャップ）は、信号電極２ａの長手方向に延びている。
コプレーナ型電極の信号電極２ａの幅（長手方向と直交する方向の寸法）ｗは、例えば２μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、例えば２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下である。
上記空隙部（ギャップ）の幅（長手方向と交差する方向の寸法）ｇは、例えば２μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、例えば１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下である。
【0014】
１つの実施形態において、導波素子は、マイクロストリップ線路を構成する。すなわち、導波素子の導体層と第２接地電極は、マイクロストリップ型電極である。
１つの実施形態において、導体層２と第２接地電極３とは、マイクロストリップ型電極である。図６に示すように、マイクロストリップ型電極である場合、上記した高周波数の電磁波は、信号電極２ａと第２接地電極３との間に生じた電界と結合して、無機材料基板１中を伝搬する。
導体層２がマイクロストリップ型電極である場合、信号電極２ａは、所定方向（導波方向）に延びる平帯形状を有している。第２接地電極３は、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向において、信号電極２ａとの間に所定のギャップ（無機材料基板の厚み）を形成するように配置されている。ギャップは、信号電極２ａの長手方向に延びている。一方、コプレーナ型電極と同様に第１接地電極２ｂ，２ｃを設置することもでき、第１接地電極２ｂ，２ｃは、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向において、信号電極２ａに対して、上記したコプレーナ型電極の空隙部（ギャップ）の幅ｇよりも離れて位置している。
マイクロストリップ型電極の信号電極２ａの幅（長手方向と直交する方向の寸法）ｗは、例えば１００μｍ以上、好ましくは３００μｍ以上、例えば８００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下である。
１つの実施形態において、導体層２と第２接地電極３とは、マイクロストリップ型電極である。図６に示すように、マイクロストリップ型電極である場合、上記した高周波数の電磁波は、信号電極２ａと第２接地電極３との間に生じた電界と結合して、無機材料基板１中を伝搬する。
導体層２がマイクロストリップ型電極である場合、信号電極２ａは、所定方向（導波方向）に延びる平帯形状を有している。第２接地電極３は、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向において、信号電極２ａとの間に所定のギャップ（無機材料基板の厚み）を形成するように配置されている。ギャップは、信号電極２ａの長手方向に延びている。一方、コプレーナ型電極と同様に第１接地電極２ｂ，２ｃを設置することもでき、第１接地電極２ｂ，２ｃは、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向において、信号電極２ａに対して、上記したコプレーナ型電極の空隙部（ギャップ）の幅ｇよりも離れて位置している。
マイクロストリップ型電極の信号電極２ａの幅（長手方向と直交する方向の寸法）ｗは、例えば１００μｍ以上、好ましくは３００μｍ以上、例えば８００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下である。
【0015】
なお、図示例では、導体層２がコプレーナ型電極およびマイクロストリップ型電極のいずれの場合であっても、信号電極２ａは、導波素子１００の全体にわたって延びているが、信号電極２ａの長手方向の寸法は、導波素子の導波方向の寸法以下であれば任意の適切な寸法とすることができる。また、信号電極は、導波素子において、導波方向に並ぶように複数設けられていてもよい。
【0016】
本明細書において「導波素子」は、少なくとも１つの導波素子が形成されたウエハー（導波素子ウエハー）および当該導波素子ウエハーを切断して得られるチップの両方を包含する。
以下、導波素子の各構成要素の具体的な構成についてＢ項～Ｇ項で説明する。また、導波素子の製造方法については、Ｈ項で説明する。
以下、導波素子の各構成要素の具体的な構成についてＢ項～Ｇ項で説明する。また、導波素子の製造方法については、Ｈ項で説明する。
【0017】
Ｂ．無機材料基板
図１および図２に示すように、無機材料基板１は、導体層２が設けられる上面と、複合基板内に位置する下面と、を有する。
無機材料基板１は、無機材料で構成されている。無機材料として、本発明の実施形態による効果が得られる限りにおいて任意の適切な材料が用いられ得る。そのような材料としては、代表的には、単結晶石英（比誘電率４．５、誘電正接０．００１３）、アモルファス石英（石英ガラス、比誘電率３．８、誘電正接０．００１０）、スピネル（比誘電率８．３、誘電正接０．００２０）、ＡｌＮ（比誘電率８．５、誘電正接０．００１５）、サファイア（比誘電率９．４、誘電正接０．００３０）、ＳｉＣ（比誘電率９．８、誘電正接０．００２２）、酸化マグネシウム（比誘電率１０．０、誘電正接０．００１２）、および、シリコン（比誘電率１１．７、誘電正接０．００１６）が挙げられる。無機材料基板１は、好ましくはアモルファス石英から構成される石英ガラス基板である。
無機材料基板が石英ガラス基板であると、上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、伝搬損失が増大することをより一層安定して抑制できる。さらに樹脂系の基板と比較して誘電率が大きいので基板サイズが小さくできる、また無機材料の中で比較的に誘電率が小さいので低遅延化で有利である。
図１および図２に示すように、無機材料基板１は、導体層２が設けられる上面と、複合基板内に位置する下面と、を有する。
無機材料基板１は、無機材料で構成されている。無機材料として、本発明の実施形態による効果が得られる限りにおいて任意の適切な材料が用いられ得る。そのような材料としては、代表的には、単結晶石英（比誘電率４．５、誘電正接０．００１３）、アモルファス石英（石英ガラス、比誘電率３．８、誘電正接０．００１０）、スピネル（比誘電率８．３、誘電正接０．００２０）、ＡｌＮ（比誘電率８．５、誘電正接０．００１５）、サファイア（比誘電率９．４、誘電正接０．００３０）、ＳｉＣ（比誘電率９．８、誘電正接０．００２２）、酸化マグネシウム（比誘電率１０．０、誘電正接０．００１２）、および、シリコン（比誘電率１１．７、誘電正接０．００１６）が挙げられる。無機材料基板１は、好ましくはアモルファス石英から構成される石英ガラス基板である。
無機材料基板が石英ガラス基板であると、上記した高周波数の電磁波を導波する場合であっても、伝搬損失が増大することをより一層安定して抑制できる。さらに樹脂系の基板と比較して誘電率が大きいので基板サイズが小さくできる、また無機材料の中で比較的に誘電率が小さいので低遅延化で有利である。
【0018】
無機材料基板１の抵抗率は、例えば１００ｋΩ・ｃｍ以上であり、好ましくは３００ｋΩ・ｃｍ以上であり、より好ましくは５００ｋΩ・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは７００ｋΩ・ｃｍ以上である。抵抗率がこのような範囲であれば、電磁波が電子伝導に影響を与えることなく、材料中を低損失で伝搬することができる。この現象は、詳細には明らかではないが、抵抗率が小さいと電磁波が電子と結合し電磁波のエネルギーが電子伝導に奪われるために損失となると推察され得る。この観点から、抵抗率は大きいほど好ましい。抵抗率は、例えば３０００ｋΩ（３ＭΩ）・ｃｍ以下であり得る。
【0019】
無機材料基板１の曲げ強度は、例えば５０ＭＰａ以上であり、好ましくは６０ＭＰａ以上である。曲げ強度がこのような範囲であれば、基板が変形しにくいので空孔径、空孔周期が安定となり、特性変化の小さい導波素子を実現することができる。曲げ強度は大きいほど好ましい。曲げ強度は、例えば７００ＭＰａ以下であり得る。なお、曲げ強度は、ＪＩＳ規格Ｒ１６０１に準拠して測定することができる。
【0020】
無機材料基板１の熱膨張係数（線膨張係数）は、例えば１０×１０－６／Ｋ以下であり、好ましくは８×１０－６／Ｋ以下である。熱膨張係数がこのような範囲であれば、基板の熱変形（代表的には、反り）を良好に抑制することができる。なお、熱膨張係数はＪＩＳ規格Ｒ１６１８に準拠して測定することができる。
【0021】
また、上記したように、無機材料基板１における誘電正接ｔａｎδは、小さいほど好ましい。３００ＧＨｚ帯における無機材料基板１の誘電正接（ｔａｎδ）を低減する方法として、無機材料基板中に含有するＯＨ基濃度を低減することが挙げられる。導波素子１００が周波数２５０ＧＨｚ～３５０ＧＨｚの電磁波を導波する場合、無機材料基板におけるＯＨ基濃度は、例えば１００ｗｔｐｐｍ以下、好ましくは１５ｗｔｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｗｔｐｐｍ以下である。なお、無機材料基板におけるＯＨ基濃度は、代表的には０ｗｔｐｐｍ以上であり得る。ＯＨ基濃度は、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外線分光法）、ラマン散乱分光、カールフィーッシャー法によって測定することができる。
【0022】
また、無機材料基板１の誘電損失は、ＦＱ値によって評価し得る。ＦＱ値は、誘電正接（ｔａｎδ）の逆数と、導波素子１００に導波される電磁波の周波数の積とによって算出される。
無機材料基板１のＯＨ基濃度が１００ｗｔｐｐｍ以下である場合、電磁波の周波数が１５０ＧＨｚ以上２５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは４５０００ＧＨｚ以上であり、電磁波の周波数が周波数２５０ＧＨｚ以上３５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは７５０００ＧＨｚ以上である。
また、無機材料基板１のＯＨ基濃度が１５ｗｔｐｐｍ下である場合、電磁波の周波数が１５０ＧＨｚ以上２５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは７５０００ＧＨｚ以上であり、電磁波の周波数が２５０ＧＨｚ以上３５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは１０５０００ＧＨｚ以上である。
さらに、無機材料基板１のＯＨ基濃度が１０ｗｔｐｐｍ下である場合、電磁波の周波数が１５０ＧＨｚ以上２５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは１５００００ＧＨｚ以上、代表的には２７００００ＧＨｚ以下であり、電磁波の周波数が周波数２５０ＧＨｚ以上３５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは２５００００ＧＨｚ以上、代表的には３９００００ＧＨｚ以下である。
無機材料基板１のＯＨ基濃度が１００ｗｔｐｐｍ以下である場合、電磁波の周波数が１５０ＧＨｚ以上２５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは４５０００ＧＨｚ以上であり、電磁波の周波数が周波数２５０ＧＨｚ以上３５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは７５０００ＧＨｚ以上である。
また、無機材料基板１のＯＨ基濃度が１５ｗｔｐｐｍ下である場合、電磁波の周波数が１５０ＧＨｚ以上２５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは７５０００ＧＨｚ以上であり、電磁波の周波数が２５０ＧＨｚ以上３５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは１０５０００ＧＨｚ以上である。
さらに、無機材料基板１のＯＨ基濃度が１０ｗｔｐｐｍ下である場合、電磁波の周波数が１５０ＧＨｚ以上２５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは１５００００ＧＨｚ以上、代表的には２７００００ＧＨｚ以下であり、電磁波の周波数が周波数２５０ＧＨｚ以上３５０ＧＨｚ未満であると、ＦＱ値は、好ましくは２５００００ＧＨｚ以上、代表的には３９００００ＧＨｚ以下である。
【0023】
無機材料基板１の気孔率は、気孔サイズ１μｍ以上の気孔が、例えば０．５ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下であり、好ましくは０．５ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは０．５ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下である。気孔率がこのような範囲であれば緻密化が可能であり、さらに、上記の空孔サイズを所定範囲とする効果との相乗効果により、機械強度および長期信頼性のいずれの観点からも安定な導波素子を実現できる。さらに、粒径も小さくできることから、後述するビアホールの形状がばらつくことなく均一化することができるという利点がある。なお、気孔率が３０００ｐｐｍを超えると、導波路における伝搬損失が大きくなる場合がある。気孔率を０．５ｐｐｍ未満とすることは、無機材料基板を用いる技術では困難である。
【0024】
気孔のサイズとは、気孔が略球状である場合には直径であり、略円柱状である場合には平面視した場合の直径であり、その他の形状である場合には気孔に内接する円の直径である。気孔の有無は、例えば、光ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｏｈｙ）または透過率測定器により確認することができる。気孔のサイズは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定することができる。
【0025】
Ｃ．導体層
導体層２は、無機材料基板１に対して第２接地電極３と反対側に位置し、無機材料基板１の表面に設けられている。導体層２は、代表的には無機材料基板１と直接接触している。
導体層２は、代表的には金属で構成される。金属として、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）が挙げられる。金属は、単独でまたは組み合わせて使用できる。導体層２は、単一層であってもよく、２層以上が積層されて形成されてもよい。導体層２は、例えばめっき、スパッタリング、蒸着、印刷によって、無機材料基板１上に形成される。
導体層２の厚みは、例えば１μｍ以上、好ましくは４μｍ以上であり、例えば２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下である。
導体層２は、無機材料基板１に対して第２接地電極３と反対側に位置し、無機材料基板１の表面に設けられている。導体層２は、代表的には無機材料基板１と直接接触している。
導体層２は、代表的には金属で構成される。金属として、例えば、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）が挙げられる。金属は、単独でまたは組み合わせて使用できる。導体層２は、単一層であってもよく、２層以上が積層されて形成されてもよい。導体層２は、例えばめっき、スパッタリング、蒸着、印刷によって、無機材料基板１上に形成される。
導体層２の厚みは、例えば１μｍ以上、好ましくは４μｍ以上であり、例えば２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下である。
【0026】
Ｄ．第２接地電極
１つの実施形態において、第２接地電極３は、無機材料基板１における導体層２と反対側の表面に設けられている。第２接地電極３は、無機材料基板１の厚み方向において、信号電極２ａに対して間隔を空けて配置されている。第２接地電極３は、代表的には無機材料基板１と直接接触している。第２接地電極３は、導体層２と同様の金属で構成可能である。第２接地電極３は、無機材料基板１と支持基板７とを接合するという観点で、接合面を平坦化しやすい密着強度を確保する必要があり、第２接地電極３の金属は、導体層２の金属と異なっていてよい。第２接地電極３の厚みの範囲は、導体層２の厚みの範囲と同様である。
第２接地電極３は、代表的には、スパッタリングやめっきにより、無機材料基板１に形成される。
１つの実施形態において、第２接地電極３は、無機材料基板１における導体層２と反対側の表面に設けられている。第２接地電極３は、無機材料基板１の厚み方向において、信号電極２ａに対して間隔を空けて配置されている。第２接地電極３は、代表的には無機材料基板１と直接接触している。第２接地電極３は、導体層２と同様の金属で構成可能である。第２接地電極３は、無機材料基板１と支持基板７とを接合するという観点で、接合面を平坦化しやすい密着強度を確保する必要があり、第２接地電極３の金属は、導体層２の金属と異なっていてよい。第２接地電極３の厚みの範囲は、導体層２の厚みの範囲と同様である。
第２接地電極３は、代表的には、スパッタリングやめっきにより、無機材料基板１に形成される。
【0027】
Ｅ．支持基板
支持基板７は、導波素子に優れた機械的強度を付与し得る。これにより、無機材料基板の厚みｔを、上記式（１）を満たすように薄くすることができる。支持基板７としては、任意の適切な構成が採用され得る。支持基板７を構成する材料の具体例としては、インジウムリン（ＩｎＰ）、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４－Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２，２Ａｌ２Ｏ３・３ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、サファイア、石英、水晶、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）が挙げられる。
支持基板７は、好ましくはインジウムリン、シリコン、窒化アルミニウム、シリコンカーバイドまたはシリコンナイトライドから選択される少なくとも１種から構成され、より好ましくはシリコンから構成される。
導波素子１００に発振器や受信器等の能動素子を実装する場合、無機材料基板が加熱し、その他の能動素子や実装部品の特性が劣化してしまう恐れがある。これを防ぐために、支持基板には熱伝導率の高い材料を使用することができる。この場合、熱伝導率は１５０Ｗ／Ｋｍ以上であることが好ましく、この観点における支持基板７を構成する材料としては、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）が挙げられる。
支持基板７は、導波素子に優れた機械的強度を付与し得る。これにより、無機材料基板の厚みｔを、上記式（１）を満たすように薄くすることができる。支持基板７としては、任意の適切な構成が採用され得る。支持基板７を構成する材料の具体例としては、インジウムリン（ＩｎＰ）、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、サイアロン（Ｓｉ３Ｎ４－Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２，２Ａｌ２Ｏ３・３ＳｉＯ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、サファイア、石英、水晶、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）が挙げられる。
支持基板７は、好ましくはインジウムリン、シリコン、窒化アルミニウム、シリコンカーバイドまたはシリコンナイトライドから選択される少なくとも１種から構成され、より好ましくはシリコンから構成される。
導波素子１００に発振器や受信器等の能動素子を実装する場合、無機材料基板が加熱し、その他の能動素子や実装部品の特性が劣化してしまう恐れがある。これを防ぐために、支持基板には熱伝導率の高い材料を使用することができる。この場合、熱伝導率は１５０Ｗ／Ｋｍ以上であることが好ましく、この観点における支持基板７を構成する材料としては、シリコン（Ｓｉ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）が挙げられる。
【0028】
なお、支持基板７を構成する材料の線膨張係数は、無機材料基板１を構成する材料の線膨張係数に近いほど好ましい。このような構成であれば、複合基板の熱変形（代表的には、反り）を抑制することができる。好ましくは、支持基板７を構成する材料の線膨張係数は、無機材料基板１を構成する材料の線膨張係数に対して５０％～１５０％の範囲内である。
また、支持基板７を構成する材料の誘電正接は小さいほうが好ましい。コプレーナ線路の場合、導波素子の厚みが小さくなると、伝搬する電磁波が支持基板に染み出すことがあり、誘電正接を小さくすることで伝搬損失を抑制することができる。この観点で、支持基板７の誘電正接は０．０７以下であることが好ましい。
また、支持基板７を構成する材料の誘電正接は小さいほうが好ましい。コプレーナ線路の場合、導波素子の厚みが小さくなると、伝搬する電磁波が支持基板に染み出すことがあり、誘電正接を小さくすることで伝搬損失を抑制することができる。この観点で、支持基板７の誘電正接は０．０７以下であることが好ましい。
【0029】
支持基板７の厚みは、例えば５０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上、より好ましくは１５０μｍ以上であり、例えば３０００μｍ以下、好ましくは２０００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下である。また、１つの実施形態において、支持基板７の厚みは、無機材料基板の厚みよりも大きい。支持基板の厚みが上記下限以上であれば、導波素子の機械強度の向上を安定して図ることができる。支持基板の厚みが上記上限以下であれば、スラブモード伝搬の抑制、導波素子の薄型化（導波素子の機械強度保持）、および基板共振の抑制を図ることができる。
【0030】
支持基板７は、導体層２、無機材料基板１および第２接地電極３を支持している。より詳しくは、支持基板７は、第２接地電極３のみを介して無機材料基板１と直接接合されていてもよく、第２接地電極３および接合部（図示せず）を介して無機材料基板１と直接接合されていてもよい。
本明細書において「直接接合」とは、接着剤を介在させることなく２つの層または基板が接合していることを意味する。直接接合の形態は、互いに接合される層または基板の構成に応じて適切に設定され得る。
直接接合によりそれらを一体化することで、導波素子における剥離を良好に抑制することができ、結果として、このような剥離に起因する無機材料基板の損傷（例えば、クラック）を良好に抑制することができる。なお、直接接合の詳細については、後述するＨ項において説明する。
支持基板７が第２接地電極３のみを介して無機材料基板１と接合されている場合、第２接地電極３は、無機材料基板１と支持基板７とを接合する接合部として機能し、支持基板７は、第２接地電極３と直接接触している。
支持基板７が第２接地電極３および接合部を介して無機材料基板１と接合されている場合、接合部は、第２接地電極３と支持基板７との間に設けられる。接合部は、１層であってもよく、２層以上が積層されていてもよい。接合部として、例えば、ＳｉＯ２層、アモルファスシリコン層、酸化タンタル層が挙げられる。また、密着強度確保とマイグレーションの防止という観点で、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄの金属膜を中間層として、無機材料基板と第２接地電極の間や支持基板と第２接地電極の間に形成してもよい。接合部の厚みは、例えば０．０１μｍ以上３μｍ以下である。
本明細書において「直接接合」とは、接着剤を介在させることなく２つの層または基板が接合していることを意味する。直接接合の形態は、互いに接合される層または基板の構成に応じて適切に設定され得る。
直接接合によりそれらを一体化することで、導波素子における剥離を良好に抑制することができ、結果として、このような剥離に起因する無機材料基板の損傷（例えば、クラック）を良好に抑制することができる。なお、直接接合の詳細については、後述するＨ項において説明する。
支持基板７が第２接地電極３のみを介して無機材料基板１と接合されている場合、第２接地電極３は、無機材料基板１と支持基板７とを接合する接合部として機能し、支持基板７は、第２接地電極３と直接接触している。
支持基板７が第２接地電極３および接合部を介して無機材料基板１と接合されている場合、接合部は、第２接地電極３と支持基板７との間に設けられる。接合部は、１層であってもよく、２層以上が積層されていてもよい。接合部として、例えば、ＳｉＯ２層、アモルファスシリコン層、酸化タンタル層が挙げられる。また、密着強度確保とマイグレーションの防止という観点で、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄの金属膜を中間層として、無機材料基板と第２接地電極の間や支持基板と第２接地電極の間に形成してもよい。接合部の厚みは、例えば０．０１μｍ以上３μｍ以下である。
【0031】
Ｆ．第３接地電極
１つの実施形態において、第３接地電極４は、支持基板７における第２接地電極３と反対側の表面に設けられている。第３接地電極４は、無機材料基板１の厚み方向において、第２接地電極３に対して間隔を空けて配置されている。第３接地電極４は、代表的には支持基板７と直接接触している。第３接地電極４は、導体層２と同様の金属で構成され、第３接地電極４の厚みの範囲は、導体層２の厚みの範囲と同様である。第３接地電極４は、例えばスパッタリングもしくはめっきによって支持基板７上に形成される。第３接地電極４は必ずしも支持基板７における第２接地電極と反対側の表面全体に形成されなくてもよい。
１つの実施形態において、第３接地電極４は、支持基板７における第２接地電極３と反対側の表面に設けられている。第３接地電極４は、無機材料基板１の厚み方向において、第２接地電極３に対して間隔を空けて配置されている。第３接地電極４は、代表的には支持基板７と直接接触している。第３接地電極４は、導体層２と同様の金属で構成され、第３接地電極４の厚みの範囲は、導体層２の厚みの範囲と同様である。第３接地電極４は、例えばスパッタリングもしくはめっきによって支持基板７上に形成される。第３接地電極４は必ずしも支持基板７における第２接地電極と反対側の表面全体に形成されなくてもよい。
【0032】
Ｇ．ビア
導波素子１００において、ビア５は、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向において、信号電極２ａの両側に設けられている。以下では、第１接地電極２ｂと第３接地電極４とを電気的に接続するビアをビア５ａとし、第１接地電極２ｃと第３接地電極４とを電気的に接続するビアをビア５ｂとして互いに区別する場合がある。ビア５ａは、第１接地電極２ｂおよび第３接地電極４と接触しており、第１接地電極２ｂと第３接地電極４との間を連続的に延びている。ビア５ｂは、第１接地電極２ｃおよび第３接地電極４と接触しており、第１接地電極２ｃと第３接地電極４との間を連続的に延びている。ビア５ａ，５ｂのそれぞれは、第２接地電極３を貫通しており、第２接地電極３と接触している。なお、導波素子は、ビア５ａ，５ｂのうちいずれか一方のみを備えていてもよい。
導波素子１００において、ビア５は、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向において、信号電極２ａの両側に設けられている。以下では、第１接地電極２ｂと第３接地電極４とを電気的に接続するビアをビア５ａとし、第１接地電極２ｃと第３接地電極４とを電気的に接続するビアをビア５ｂとして互いに区別する場合がある。ビア５ａは、第１接地電極２ｂおよび第３接地電極４と接触しており、第１接地電極２ｂと第３接地電極４との間を連続的に延びている。ビア５ｂは、第１接地電極２ｃおよび第３接地電極４と接触しており、第１接地電極２ｃと第３接地電極４との間を連続的に延びている。ビア５ａ，５ｂのそれぞれは、第２接地電極３を貫通しており、第２接地電極３と接触している。なお、導波素子は、ビア５ａ，５ｂのうちいずれか一方のみを備えていてもよい。
【0033】
ビア５は、代表的には導電膜である。ビア５は、導体材料から構成され、代表的には導体層２と同様の金属で構成される。ビア５の形状は、それが配置されるビアホール８の形状に対応する。つまり、導波素子１００は、ビアホール８を有している。図示例では、ビア５ａが配置されるビアホールをビアホール８ａとし、ビア５ｂが配置されるビアホールをビアホール８ｂとして互いに区別する場合がある。ビアホール８は、無機材料基板１、第２接地電極３および支持基板７を貫通している。ビアホール８は、代表的には、無機材料基板１の表面（上面）方向から見て円形状を有する。ビアホールが円形状を有する場合、ビアホールの内径は、例えば１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であり、例えば２００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは８０μｍ以下である。
図２では、ビアホール８は、無機材料基板１の表面（上面）方向から見て円形状を有し、かつ、無機材料基板１の厚み方向に沿って直線的に、無機材料基板１、第２接地電極３および支持基板７を貫通している。ビアホールが円形かつ直線的である場合、ビア５は、無機材料基板１の厚み方向に沿って延びる円柱形状または円筒形状を有する。この場合、ビア５の外径の範囲は、上記ビアホールの内径の範囲と同様である。
図３に示すように、ビアホール８は、無機材料基板１の表面（上）方向から見て円形状を有し、かつ、第２接地電極３に近づくにつれて小径となるテーパ形状を有していてもよい。また、図示しないが、ビアホール８は、無機材料基板１の表面（上）方向から見て円形状を有し、かつ、第２接地電極３に近づくにつれて大径となるテーパ形状を有していてもよい。
ビアホールがテーパ形状であると、ビア内の導体層を形成しやすくなる、基板の強度が確保しやすくなる、という特徴を持たすことができる。また、ビアは、導体材料がビアホールに埋め込まれるように形成されていてもよい。
ビアホールが円形かつテーパ形状である場合、ビア５の構造は特に限定はされないが、ビア５は、第２接地電極３との接触部分が小径となり、第２接地電極３から離れるにつれて大径となる砂時計形状を有することが好ましい。言い換えれば、ビア５は、好ましくは、２つの円錐の頂点同士が連結された形状を有する。この場合、ビア５の最大外径が、上記の範囲内となる。１つの実施形態において、第１接地電極２ｂ，２ｃと接触するビア５の一端部の外径は、第３接地電極４と接触するビア５の他端部の外径よりも小さい。ビア５において、第２接地電極に対して導体層２側のテーパ角は、第２接地電極に対して第３接地電極側のテーパ角よりも小さい。
なお、図示例では、第１接地電極および第３接地電極のそれぞれが、ビアホールを塞ぐように形成されているが、第１接地電極および第３接地電極のそれぞれの構成はこれに限定されない。第１接地電極および第３接地電極のそれぞれは、ビアと導通されていればよく、ビアホールを塞ぐことなく開放していてもよい。
図２では、ビアホール８は、無機材料基板１の表面（上面）方向から見て円形状を有し、かつ、無機材料基板１の厚み方向に沿って直線的に、無機材料基板１、第２接地電極３および支持基板７を貫通している。ビアホールが円形かつ直線的である場合、ビア５は、無機材料基板１の厚み方向に沿って延びる円柱形状または円筒形状を有する。この場合、ビア５の外径の範囲は、上記ビアホールの内径の範囲と同様である。
図３に示すように、ビアホール８は、無機材料基板１の表面（上）方向から見て円形状を有し、かつ、第２接地電極３に近づくにつれて小径となるテーパ形状を有していてもよい。また、図示しないが、ビアホール８は、無機材料基板１の表面（上）方向から見て円形状を有し、かつ、第２接地電極３に近づくにつれて大径となるテーパ形状を有していてもよい。
ビアホールがテーパ形状であると、ビア内の導体層を形成しやすくなる、基板の強度が確保しやすくなる、という特徴を持たすことができる。また、ビアは、導体材料がビアホールに埋め込まれるように形成されていてもよい。
ビアホールが円形かつテーパ形状である場合、ビア５の構造は特に限定はされないが、ビア５は、第２接地電極３との接触部分が小径となり、第２接地電極３から離れるにつれて大径となる砂時計形状を有することが好ましい。言い換えれば、ビア５は、好ましくは、２つの円錐の頂点同士が連結された形状を有する。この場合、ビア５の最大外径が、上記の範囲内となる。１つの実施形態において、第１接地電極２ｂ，２ｃと接触するビア５の一端部の外径は、第３接地電極４と接触するビア５の他端部の外径よりも小さい。ビア５において、第２接地電極に対して導体層２側のテーパ角は、第２接地電極に対して第３接地電極側のテーパ角よりも小さい。
なお、図示例では、第１接地電極および第３接地電極のそれぞれが、ビアホールを塞ぐように形成されているが、第１接地電極および第３接地電極のそれぞれの構成はこれに限定されない。第１接地電極および第３接地電極のそれぞれは、ビアと導通されていればよく、ビアホールを塞ぐことなく開放していてもよい。
【0034】
また、図１、図４および図５に示すように、導波素子１００は、好ましくは、複数のビア５ａを備えている。図１および図４に示すように、複数のビア５ａは、信号電極２ａの長手方向に互いに間隔を空けて並んでいてもよい。また、図５に示すように、複数のビア５ａは、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向に互いに間隔を空けて並んでいてもよい。つまり、導波素子１００は、信号電極２ａの長手方向に並ぶビア５ａの列を、信号電極２ａの長手方向と交差（直交）する方向に複数有してもよい。
複数のビア５ａのピッチＰ（互いに隣り合うビア５ａの中心間の距離）は、例えば２０μｍ以上、好ましくは３０μｍ以上であり、例えば３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。
また、導波素子１００は、ビア５ａと同様に、複数のビア５ｂを備えていてもよい。
複数のビア５ａのピッチＰ（互いに隣り合うビア５ａの中心間の距離）は、例えば２０μｍ以上、好ましくは３０μｍ以上であり、例えば３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。
また、導波素子１００は、ビア５ａと同様に、複数のビア５ｂを備えていてもよい。
【0035】
Ｈ．導波素子の製造方法
次に、図１および図２を参照して、導波素子１００の製造方法について説明する。１つの実施形態において、導波素子１００の製造方法は、無機材料基板１、第２接地電極３および支持基板７をこの順に備え、無機材料基板１、第２接地電極３および支持基板７を一括して貫通するビアホール８を有する積層体１１を準備する工程と；無機材料基板１の上部に導体層２を形成し、ビアホール８内にビア５を形成し、支持基板７の下部に第３接地電極４を形成する工程と；を含んでいる。
次に、図１および図２を参照して、導波素子１００の製造方法について説明する。１つの実施形態において、導波素子１００の製造方法は、無機材料基板１、第２接地電極３および支持基板７をこの順に備え、無機材料基板１、第２接地電極３および支持基板７を一括して貫通するビアホール８を有する積層体１１を準備する工程と；無機材料基板１の上部に導体層２を形成し、ビアホール８内にビア５を形成し、支持基板７の下部に第３接地電極４を形成する工程と；を含んでいる。
【0036】
無機材料基板１および支持基板７が第２接地電極３を介して接合される場合、そのような積層体１１を準備するには、まず、上記した無機材料基板１の表面に、上記した第２接地電極３を構成する金属をスパッタリングして、第１接合部としての第１金属薄膜を形成する。さらに、上記した支持基板７の表面に、上記した第２接地電極３を構成する金属をスパッタリングして、第２接合部としての第２金属薄膜を形成する。なお、第１金属薄膜および第２金属薄膜の成膜については、密着強度の確保とマイグレーションの防止という観点でＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄの金属膜を中間層として形成してもよい。
次いで、高真空チャンバー内（例えば、１×１０－６Ｐａ程度）において、接合される構成要素（層または基板）のそれぞれの接合面に中性化ビームを照射する。これより、各接合面が活性化される。次いで、真空雰囲気で、活性化された接合面同士を接触させ、常温で接合する。この接合時の荷重は、例えば１００Ｎ～２００００Ｎであり得る。１つの実施形態においては、中性化ビームによる表面活性化を行う際には、チャンバーに不活性ガスを導入し、チャンバー内に配置した電極へ直流電源から高電圧を印加する。このような構成であれば、電極（正極）とチャンバー（負極）との間に生じる電界により電子が運動して、不活性ガスによる原子とイオンのビームが生成される。グリッドに達したビームのうち、イオンビームはグリッドで中和されるので、中性原子のビームが高速原子ビーム源から出射される。ビームを構成する原子種は、好ましくは不活性ガス元素（例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ））である。ビーム照射による活性化時の電圧は例えば０．５ｋＶ～２．０ｋＶであり、電流は例えば５０ｍＡ～２００ｍＡである。なお、直接接合の方法は、これに限定されることはなく、ＦＡＢ（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ）やイオンガンによる表面活性化法、原子拡散法、プラズマ接合法等も適用できる。
このように、第１接合部としての第１金属薄膜と第２接合部としての第２金属薄膜とが直接接合されることにより一体化して、第２接地電極３を形成する。これによって、無機材料基板１／第２接地電極３／支持基板７の構成を有する積層体１１が得られる。
次いで、高真空チャンバー内（例えば、１×１０－６Ｐａ程度）において、接合される構成要素（層または基板）のそれぞれの接合面に中性化ビームを照射する。これより、各接合面が活性化される。次いで、真空雰囲気で、活性化された接合面同士を接触させ、常温で接合する。この接合時の荷重は、例えば１００Ｎ～２００００Ｎであり得る。１つの実施形態においては、中性化ビームによる表面活性化を行う際には、チャンバーに不活性ガスを導入し、チャンバー内に配置した電極へ直流電源から高電圧を印加する。このような構成であれば、電極（正極）とチャンバー（負極）との間に生じる電界により電子が運動して、不活性ガスによる原子とイオンのビームが生成される。グリッドに達したビームのうち、イオンビームはグリッドで中和されるので、中性原子のビームが高速原子ビーム源から出射される。ビームを構成する原子種は、好ましくは不活性ガス元素（例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ））である。ビーム照射による活性化時の電圧は例えば０．５ｋＶ～２．０ｋＶであり、電流は例えば５０ｍＡ～２００ｍＡである。なお、直接接合の方法は、これに限定されることはなく、ＦＡＢ（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｅａｍ）やイオンガンによる表面活性化法、原子拡散法、プラズマ接合法等も適用できる。
このように、第１接合部としての第１金属薄膜と第２接合部としての第２金属薄膜とが直接接合されることにより一体化して、第２接地電極３を形成する。これによって、無機材料基板１／第２接地電極３／支持基板７の構成を有する積層体１１が得られる。
【0037】
また、無機材料基板１および支持基板７が第２接地電極３および接合部を介して接合される場合、そのような積層体１１を準備するには、上記した無機材料基板１の表面に、スパッタリングによって上記した第２接地電極３を形成する。次に、第２接地電極３上に上記した接合部を成膜（より詳しくは、厚み０．０２μｍのＣｒ薄膜、および、厚み０．１μｍのアモルファスシリコン層を順に成膜）する。成膜後、例えばＣＭＰ研磨により平坦化処理する。また、必要に応じて、支持基板にも上記と同様に接合部を形成する。
次いで、上記と同様にして無機材料基板と支持基板とを直接接合する。これによって、無機材料基板１／第２接地電極３／接合部／支持基板７の構成を有する積層体１１が得られる。
次いで、上記と同様にして無機材料基板と支持基板とを直接接合する。これによって、無機材料基板１／第２接地電極３／接合部／支持基板７の構成を有する積層体１１が得られる。
【0038】
その後、例えばレーザー加工（より詳しくは、波長５１５ｎｍ、パルス幅１０ｐｓのレーザーによる加工）によって、無機材料基板１、第２接地電極３および支持基板７を一括して貫通するビアホール８ａ，８ｂを形成する。
次いで、ビアホール８ａ，８ｂ内の側壁部と無機材料基板１の表面と支持基板７の裏面に、例えばＩＣＰ（誘導結合プラズマ）スパッタ装置によって、下地金属薄膜を成膜（より詳しくは、厚み０．１５μｍのＴｉ薄膜、および、厚み０．０４μｍのパラジウム薄膜を順に成膜）した後、例えばめっき（より詳しくは電界めっき）によって、表面金属薄膜（例えば、厚み１．５μｍの銅薄膜）を形成する。
その後、無機材料基板１の表面にレジストを塗布して、フォトリソグラフィーによって、導体層２のギャップを形成する部分を露出し、かつ、それ以外の部分をマスクするように、レジストをパターニングする。その後、例えばウェットエッチング（より詳しくは塩化第二鉄水）によって、導体層２（コプレーナ型電極またはマイクロストリップ型電極）を形成する。
これによって、無機材料基板１の上部に導体層が形成され、ビアホール８内にビア５が形成され、支持基板７の下部に第３接地電極４が形成される。そのため、導体層、ビアおよび第３接地電極を別々に形成する場合と比較して、導波素子を円滑に製造可能である。その後、レジストを除去する。なお、上記実施形態では、ビア５および第３接地電極４が形成された後、エッチングによって導体層２が形成されるが、本発明はこれに限定されない。ビア５と第３接地電極４と導体層２とは、同時に形成することもできる。
以上によって、導波素子１００を製造し得る。
なお、上記では、積層体を形成した後にビアホールを形成して、ビアホールを有する積層体を準備する工程について詳述したが、積層体を準備する工程は、これに限定されない。無機材料基板、第２接地電極および支持基板のそれぞれに穴を形成した後、それらの穴が連通してビアホールを形成するように、無機材料基板、第２接地電極および支持基板を接合することもできる。
次いで、ビアホール８ａ，８ｂ内の側壁部と無機材料基板１の表面と支持基板７の裏面に、例えばＩＣＰ（誘導結合プラズマ）スパッタ装置によって、下地金属薄膜を成膜（より詳しくは、厚み０．１５μｍのＴｉ薄膜、および、厚み０．０４μｍのパラジウム薄膜を順に成膜）した後、例えばめっき（より詳しくは電界めっき）によって、表面金属薄膜（例えば、厚み１．５μｍの銅薄膜）を形成する。
その後、無機材料基板１の表面にレジストを塗布して、フォトリソグラフィーによって、導体層２のギャップを形成する部分を露出し、かつ、それ以外の部分をマスクするように、レジストをパターニングする。その後、例えばウェットエッチング（より詳しくは塩化第二鉄水）によって、導体層２（コプレーナ型電極またはマイクロストリップ型電極）を形成する。
これによって、無機材料基板１の上部に導体層が形成され、ビアホール８内にビア５が形成され、支持基板７の下部に第３接地電極４が形成される。そのため、導体層、ビアおよび第３接地電極を別々に形成する場合と比較して、導波素子を円滑に製造可能である。その後、レジストを除去する。なお、上記実施形態では、ビア５および第３接地電極４が形成された後、エッチングによって導体層２が形成されるが、本発明はこれに限定されない。ビア５と第３接地電極４と導体層２とは、同時に形成することもできる。
以上によって、導波素子１００を製造し得る。
なお、上記では、積層体を形成した後にビアホールを形成して、ビアホールを有する積層体を準備する工程について詳述したが、積層体を準備する工程は、これに限定されない。無機材料基板、第２接地電極および支持基板のそれぞれに穴を形成した後、それらの穴が連通してビアホールを形成するように、無機材料基板、第２接地電極および支持基板を接合することもできる。
【実施例】
【0039】
以下、参考例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら参考例によって限定されるものではない。
【0040】
＜参考例１＞
１－１．導波素子（コプレーナ線路）の作製
０．５ｍｍ厚みの石英ガラスウエハー（石英ガラス基板、無機材料基板）を用意して、石英ガラスウエハー上に、０．２μｍのアモルファスシリコン膜をスパッタリングにて形成した。成膜後、アモルファスシリコン膜を研磨して、平坦化処理をした。ここで、原子間力顕微鏡を用いて、アモルファスシリコン膜の表面の□１０μｍの算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
１－１．導波素子（コプレーナ線路）の作製
０．５ｍｍ厚みの石英ガラスウエハー（石英ガラス基板、無機材料基板）を用意して、石英ガラスウエハー上に、０．２μｍのアモルファスシリコン膜をスパッタリングにて形成した。成膜後、アモルファスシリコン膜を研磨して、平坦化処理をした。ここで、原子間力顕微鏡を用いて、アモルファスシリコン膜の表面の□１０μｍの算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
【0041】
また、厚み５２５μｍのシリコンウエハー（支持基板）を用意した。原子間力顕微鏡を用いて、シリコンウエハーの表面の□１０μｍの表面の算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
【0042】
石英ガラスウエハーのアモルファスシリコン面とシリコンウエハーとを、以下のように直接接合した。まず石英ガラスウエハーとシリコンウエハーとを真空チャンバーに投入し、１０－６Ｐａ台の真空中で、双方の接合面（石英ガラスウエハーのアモルファスシリコン面とシリコンウエハーの表面）に高速Ａｒ中性原子ビーム（加速電圧１ｋＶ、Ａｒ流量６０ｓｃｃｍ）を７０秒間照射した。照射後、１０分間放置して石英ガラスウエハーおよびシリコンウエハーを放冷したのち、石英ガラスウエハーとシリコンウエハーの接合面（石英ガラスウエハーとシリコンウエハーの表面ビーム照射面）を接触させ、４．９０ｋＮで２分間加圧して石英ガラスウエハーとシリコンウエハーとを接合した。接合後、石英ガラスウエハーの厚みが１５０μｍになるまで研磨加工し複合ウエハーを形成した。得られた石英ガラス／シリコン複合基板においては、接合界面にはがれ等の不良は観察されなかった。
【0043】
次いで、石英ガラスウエハーにおけるシリコンウエハーと反対側の表面（研磨面）にレジストを塗布して、フォトリソグラフィーによって、コプレーナ型電極パターンを形成する部分を露出するようにパターニングした。その後、レジストから露出する石英ガラスウエハーの上面に、スパッタによって、Ｃｒ膜５０ｎｍ厚、Ｎｉ膜１００ｎｍ厚を成膜して下地電極を形成した。さらに、下地電極上に電界メッキによって銅を成膜して、コプレーナ型電極パターンを形成した。信号電極の導波方向の長さは、１０ｍｍであった。
以上によって、コプレーナ型電極と、無機材料基板と、支持基板とを備える導波素子を得た。
以上によって、コプレーナ型電極と、無機材料基板と、支持基板とを備える導波素子を得た。
【0044】
１－２．伝搬損失の算出
導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、信号電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つ導波素子を作製した。
次いで、導波素子の入力側にプローブにてＲＦ信号発生機を結合し、導波素子の出力側にプローブに設置してＲＦ信号受信機に電磁波を結合した。
次いで、ＲＦ信号発生機に電圧を印加して、ＲＦ信号発生機に、表１に示す周波数の電磁波を送信させた。これによって、電磁波が、コプレーナ線路（導波素子）に伝搬された。ＲＦ信号受信機は、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。信号電極の長さが異なる３つの導波素子の測定結果から、伝搬損失（ｄＢ／ｃｍ）を算出して、下記の基準で評価した。その結果を表１に示す。
◎：０．５ｄＢ／ｃｍ未満
〇：０．５ｄＢ／ｃｍ以上１ｄＢ／ｃｍ未満
△：１ｄＢ／ｃｍ以上２ｄＢ／ｃｍ未満
×：２ｄＢ／ｃｍ以上
導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、信号電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つ導波素子を作製した。
次いで、導波素子の入力側にプローブにてＲＦ信号発生機を結合し、導波素子の出力側にプローブに設置してＲＦ信号受信機に電磁波を結合した。
次いで、ＲＦ信号発生機に電圧を印加して、ＲＦ信号発生機に、表１に示す周波数の電磁波を送信させた。これによって、電磁波が、コプレーナ線路（導波素子）に伝搬された。ＲＦ信号受信機は、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。信号電極の長さが異なる３つの導波素子の測定結果から、伝搬損失（ｄＢ／ｃｍ）を算出して、下記の基準で評価した。その結果を表１に示す。
◎：０．５ｄＢ／ｃｍ未満
〇：０．５ｄＢ／ｃｍ以上１ｄＢ／ｃｍ未満
△：１ｄＢ／ｃｍ以上２ｄＢ／ｃｍ未満
×：２ｄＢ／ｃｍ以上
【0045】
＜参考例２＞
２－１．導波素子（グランド付きコプレーナ線路）の作製
０．５ｍｍ厚みの石英ガラスウエハー（石英ガラス基板、無機材料基板）を用意して、石英ガラスウエハー上に、スパッタによって、Ｃｒ膜５０ｎｍ厚、Ｎｉ膜１００ｎｍ厚を成膜して下地電極を形成した。さらに、下地電極上に電界メッキによって銅を成膜して、第２接地電極を形成した。次いで、第２接地電極上に０．２μｍのアモルファスシリコン膜をスパッタにて形成した。成膜後、アモルファスシリコン膜を研磨して、平坦化処理をした。ここで、原子間力顕微鏡を用いて、アモルファスシリコン膜の表面の□１０μｍの算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
２－１．導波素子（グランド付きコプレーナ線路）の作製
０．５ｍｍ厚みの石英ガラスウエハー（石英ガラス基板、無機材料基板）を用意して、石英ガラスウエハー上に、スパッタによって、Ｃｒ膜５０ｎｍ厚、Ｎｉ膜１００ｎｍ厚を成膜して下地電極を形成した。さらに、下地電極上に電界メッキによって銅を成膜して、第２接地電極を形成した。次いで、第２接地電極上に０．２μｍのアモルファスシリコン膜をスパッタにて形成した。成膜後、アモルファスシリコン膜を研磨して、平坦化処理をした。ここで、原子間力顕微鏡を用いて、アモルファスシリコン膜の表面の□１０μｍの算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
【0046】
また、厚み５２５μｍのシリコンウエハー（支持基板）を用意した。原子間力顕微鏡を用いて、シリコンウエハーの表面の□１０μｍの表面の算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
【0047】
その後、接地電極上に形成されたアモルファスシリコン面とシリコンウエハーとを直接接合した。直接接合は、参考例１と同様に実施した。得られた石英ガラス／第２接地電極／シリコン複合基板においては、接合界面にはがれ等の不良は観察されなかった。
次いで、石英ガラスウエハーを研磨して、厚みを１５０μｍとした。
次いで、石英ガラスウエハーを研磨して、厚みを１５０μｍとした。
【0048】
次いで、参考例１と同様にて、石英ガラスウエハーにおけるシリコンウエハーと反対側の表面（研磨面）に、コプレーナ型電極パターンを形成した。信号電極の導波方向の長さは、１０ｍｍであった。
以上によって、コプレーナ型電極と、無機材料基板と、第２接地電極と、支持基板とを備える導波素子を得た。
以上によって、コプレーナ型電極と、無機材料基板と、第２接地電極と、支持基板とを備える導波素子を得た。
【0049】
２－２．伝搬損失の算出
また、導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、信号電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つの導波素子を作製した。次いで、参考例１と同様に、ＲＦ信号受信機によって、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。参考例２の導波素子の伝搬損失を、参考例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。
また、導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、信号電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つの導波素子を作製した。次いで、参考例１と同様に、ＲＦ信号受信機によって、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。参考例２の導波素子の伝搬損失を、参考例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。
【0050】
＜参考例３＞
３－１．導波素子（マイロストリップ線路）の作製
参考例２と同様にして、石英ガラス／第２接地電極／シリコン複合基板を得た。
次いで、石英ガラスウエハーにおけるシリコンウエハーと反対側の表面（研磨面）にレジストを塗布して、フォトリソグラフィーによって、マイクロストリップ型電極を形成する部分を露出するようにパターニングした。その後、レジストから露出する石英ガラスウエハーの上面に、スパッタによって、Ｃｒ膜５０ｎｍ厚、Ｎｉ膜１００ｎｍ厚を成膜して下地電極を形成した。さらに、下地電極上に電界メッキによって銅を成膜して、マイクロストリップ型電極を形成した。マイクロストリップ型電極の導波方向の長さは、１０ｍｍであった。
以上によって、マイクロストリップ型電極と、無機材料基板と、支持基板とを備える導波素子を得た。
３－１．導波素子（マイロストリップ線路）の作製
参考例２と同様にして、石英ガラス／第２接地電極／シリコン複合基板を得た。
次いで、石英ガラスウエハーにおけるシリコンウエハーと反対側の表面（研磨面）にレジストを塗布して、フォトリソグラフィーによって、マイクロストリップ型電極を形成する部分を露出するようにパターニングした。その後、レジストから露出する石英ガラスウエハーの上面に、スパッタによって、Ｃｒ膜５０ｎｍ厚、Ｎｉ膜１００ｎｍ厚を成膜して下地電極を形成した。さらに、下地電極上に電界メッキによって銅を成膜して、マイクロストリップ型電極を形成した。マイクロストリップ型電極の導波方向の長さは、１０ｍｍであった。
以上によって、マイクロストリップ型電極と、無機材料基板と、支持基板とを備える導波素子を得た。
【0051】
３－２．伝搬損失の算出
また、導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、マイクロストリップ型電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つの導波素子を作製した。次いで、参考例１と同様に、ＲＦ信号受信機によって、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。参考例３の導波素子の伝搬損失を、参考例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。
また、導波素子の伝搬損失を測定するために、上記と同様にして、マイクロストリップ型電極の長さが３０ｍｍ、４０ｍｍ、および５０ｍｍの３つの導波素子を作製した。次いで、参考例１と同様に、ＲＦ信号受信機によって、コプレーナ線路から出力される電磁波のＲＦパワーを測定した。参考例３の導波素子の伝搬損失を、参考例１と同様に評価した。その結果を表１に示す。
【0052】
＜参考例４～６＞
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例１～３のそれぞれと同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例１～３のそれぞれと同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
【0053】
＜参考例７＞
無機材料基板としての石英ガラスウエハーを単結晶シリコンウエハーに変更したこと、および、研磨後のシリコンウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
無機材料基板としての石英ガラスウエハーを単結晶シリコンウエハーに変更したこと、および、研磨後のシリコンウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
【0054】
＜参考例８＞
無機材料基板としての石英ガラスウエハーをサファイアウエハーに変更したこと、および、研磨後のサファイアウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
無機材料基板としての石英ガラスウエハーをサファイアウエハーに変更したこと、および、研磨後のサファイアウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
【0055】
＜参考例９＞
無機材料基板としての石英ガラスウエハーを多結晶ＡｌＮウエハーに変更したこと、および、研磨後のＡｌＮウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
無機材料基板としての石英ガラスウエハーを多結晶ＡｌＮウエハーに変更したこと、および、研磨後のＡｌＮウエハーの厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
【0056】
＜参考例１０＞
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例１と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
【0057】
＜参考例１１～１４＞
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例３と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
研磨後の石英ガラスウエハー（無機材料基板）の厚みを表１に示す値に変更したこと以外は、参考例３と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
【0058】
＜参考例１５＞
研磨後の石英ガラスウエハーの厚みを３００μｍに変更したこと以外は、参考例２と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
研磨後の石英ガラスウエハーの厚みを３００μｍに変更したこと以外は、参考例２と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
【0059】
＜参考例１６＞
厚さ２１００μｍの石英ガラスウエハー（石英ガラス板、無機材料基板）を用意して、研磨後の石英ガラスウエハーの厚みを２０００μｍに変更したこと以外は、参考例３と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
厚さ２１００μｍの石英ガラスウエハー（石英ガラス板、無機材料基板）を用意して、研磨後の石英ガラスウエハーの厚みを２０００μｍに変更したこと以外は、参考例３と同様にして、導波素子を作製した。
得られた導波素子について、参考例１と同様にして伝搬損失を算出および評価した。その結果を表１に示す。
【0060】
【表1】
【0061】
表１から明らかなように、無機材料基板の厚みが上記式（１）を満たす場合、３０ＧＨｚを超える高周波数の電磁波を導波したときの伝搬損失が比較的小さいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【0062】
本発明の実施形態による導波素子は、導波路、次世代高速通信、センサ、レーザー加工、太陽光発電等の幅広い分野に用いられ得、特に、ミリ波～テラヘルツ波の導波路として好適に用いられ得る。このような導波素子は、例えば、アンテナ、バンドパスフィルタ、カプラ、遅延線（位相器）、またはアイソレータに用いられ得る。
【符号の説明】
【0063】
１ 無機材料基板
２ 導体層
２ａ 信号電極
２ｂ，２ｃ 第１接地電極
３ 第２接地電極
４ 第３接地電極
５ ビア
８ ビアホール
１１ 積層体
２ 導体層
２ａ 信号電極
２ｂ，２ｃ 第１接地電極
３ 第２接地電極
４ 第３接地電極
５ ビア
８ ビアホール
１１ 積層体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】