(57)【要約】【課題】  円形ウエハの使用を前提とする製造装置を使用することができるようにし、高価なＫＴＮ結晶の利用効率を向上する。【解決手段】  誘電体基板２（例えば、ＫＴａｘ’Ｎｂ1-ｘ’Ｏ３（０≦ｘ’≦１、ｘ’≠ｘ）など）上に形成された誘電体薄膜１（ＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１））からなる誘電体材料と、誘電体基板の材料と異なる材料（例えば、非結晶材料、半導体材料など）からなり、誘電体基板の外周形状（例えば四角形）と異なる外周形状（例えば円形）を有し、誘電体材料が組み込まれた基板４とを備えた。【選択図】  図２
2006267276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板上に形成された誘電体薄膜ＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１）からなる誘電体材料と、
前記誘電体基板の材料と異なる材料からなり、前記誘電体基板の外周形状と異なる外周形状を有し、前記誘電体材料が組み込まれた第１の基板と
を備えたことを特徴とする複合基板。
【請求項２】
前記誘電体材料の表面と前記第１の基板の表面とが同一平面内にあって平坦となるように組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の複合基板。
【請求項３】
前記誘電体材料の前記誘電体基板のみが、前記第１の基板に組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の複合基板。
【請求項４】
前記第１の基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＧａＮのいずれかの材料からなる半導体基板であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の複合基板。
【請求項５】
誘電体基板上に形成された誘電体薄膜ＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１）からなる誘電体材料を作製する工程と、
前記誘電体基板の材料と異なる材料からなり、前記誘電体基板の外周形状と異なる外周形状を有する第１の基板の上面に、前記誘電体材料を組み込むための掘り込みを形成する工程と、
前記掘り込みに前記誘電体材料を張り合わせる工程と
を備えたことを特徴とする複合基板の製造方法。
【請求項６】
前記掘り込みを形成する工程は、前記第１の基板の上面に複数の掘り込みを形成することを特徴とする請求項５に記載の複合基板の製造方法。
【請求項７】
誘電体基板上に形成された誘電体薄膜ＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１）からなる誘電体材料を作製する工程と、
前記誘電体基板の材料と異なる材料からなり、前記誘電体基板の外周形状と異なる外周形状を有する第２の基板に、前記誘電体材料を組み込むための、表裏に貫通した窓穴を形成する工程と、
前記誘電体基板の材料と異なる材料からなり、前記第２の基板の外周形状と同じ外周形状を有する第３の基板の上面に、前記窓穴に前記誘電体材料が組み込まれた前記第２の基板を張り合わせる工程と
を備えたことを特徴とする複合基板の製造方法。
【請求項８】
前記窓穴を形成する工程は、前記第２の基板に複数の窓穴を形成することを特徴とする請求項７に記載の複合基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合基板およびその製造方法に関し、より詳細には、光通信、光計測または電子回路に用いられる誘電体素子および光電子素子の基板であって、誘電体材料ＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１）と異種円形基板とを組み合わせた複合基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＫＴａｘＮｂ１−ｘＯ３（０≦ｘ≦１、以下ＫＴＮという）は、二次の非線形光学効果を有する誘電体材料として知られている。ＫＴＮの光学非線形定数は１２００〜８０００ｐｍ／Ｖであり、例えば、ＬｉＮｂ０３の有する光学非線形定数の３１ｐｍ／Ｖに比して著しく大きい。従って、ＫＴＮ結晶を用いた波長変換素子など、光デバイスへの応用が期待されている。
【０００３】
従来、ＫＴＮの薄膜を用いた誘電体素子は、誘電体素子となるＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１、以下組成ｘのＫＴＮという）薄膜を形成するための基板として、格子定数の整合性を有するＫＴａｘ’Ｎｂ1-ｘ’Ｏ３（０≦ｘ’≦１、以下組成ｘ’のＫＴＮという）基板を用いてきた。誘電体素子を形成する薄膜に光を挿入し、または駆動用の電気を印加するために、十分な結晶品質を保持させる必要がある。そこで、必要な結晶品質を得るために、薄膜材料と格子整合した基板を用い、その基板上に薄膜をエピタキシャル成長させている。
【０００４】
ＴＳＳＧ（Top-Seeded Solution-Growth）法により育成したＫＴＮ結晶は、四角柱状を呈しており、ＫＴＮ結晶から切り出され、研磨加工されたＫＴＮ基板は、四角形を呈している（例えば、非特許文献１参照）。そのため、誘電体薄膜を用いた誘電体素子の作製に際して、汎用の円形基板用の製造装置を用いた場合、基板ホルダや基板搬送機構は、インチ単位の円形基板に対応した構造となっているため、四角形の基板を取り付けることができない。
【０００５】
【非特許文献１】藤浦他、「高効率電気光学結晶ＫＴＮを用いた光デバイスの開発」、ＮＴＴ技術ジャーナル、第１６巻、第１号、２００４年１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳｉやＧａＡｓ結晶の｛１００｝面の基板形状が円形であるのに対して、組成ｘ’のＫＴＮ結晶の｛１００｝面の基板形状は、四角形である。ＴＳＳＧ（Top-Seeded Solution-Growth）法により組成ｘ’のＫＴＮ結晶を成長させると、＜１００＞方位の単結晶成長では｛１００｝面で構成された強い四回対称のファセット成長となる。このため、組成ｘ’のＫＴＮの結晶形状は、四角柱状に成長し、円柱状の結晶を成長させることができない。
【０００７】
誘電体素子の作製プロセスは、半導体素子の作製プロセスと多くの類似プロセスがある。しかしながら、半導体素子の製造装置の多くが、円形ウエハの使用を前提に設計されているので、四角形の基板を用いた誘電体素子の作製プロセスは、半導体素子の製造装置を利用できないという欠点があった。誘電体素子と半導体素子とを組み合わせた光電子素子を作製する場合には、それぞれ個別の製造装置を用いて素子を作製した後に組み合わせることになり、製造工程が非効率で、高コストになるという問題があった。
【０００８】
円形の組成ｘ’のＫＴＮ基板を得るためには、四角形基板から円形基板に加工する方法、四角柱状の組成ｘ’のＫＴＮ結晶を外周研削により円柱状に加工する方法などが考えられる。しかしながら、組成ｘ’のＫＴＮ結晶の利用効率を下げることになり経済的ではないという問題もあった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、四角形の基板であっても、円形ウエハの使用を前提とする製造装置で使用できるようにすること、すなわちＫＴＮ基板の外周形状と製造装置で使用する基板の外周形状とが異なる場合であっても、ＫＴＮ基板を使用することができ、ＫＴＮ結晶の利用効率を向上する複合基板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】
【００１０】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、誘電体基板上に形成された誘電体薄膜ＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１）からなる誘電体材料と、前記誘電体基板の材料と異なる材料からなり、前記誘電体基板の外周形状と異なる外周形状を有し、前記誘電体材料が組み込まれた第１の基板とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複合基板において、前記誘電体材料の表面と前記第１の基板の表面とが同一平面内にあって平坦となるように組み込まれていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の複合基板において、前記誘電体材料の前記誘電体基板のみが、前記第１の基板に組み込まれていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の前記第１の基板は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＧａＮのいずれかの材料からなる半導体基板であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、誘電体基板上に形成された誘電体薄膜ＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１）からなる誘電体材料を作製する工程と、前記誘電体基板の材料と異なる材料からなり、前記誘電体基板の外周形状と異なる外周形状を有する第１の基板の上面に、前記誘電体材料を組み込むための掘り込みを形成する工程と、前記掘り込みに前記誘電体材料を張り合わせる工程とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の前記掘り込みを形成する工程は、前記第１の基板の上面に複数の掘り込みを形成することを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、誘電体基板上に形成された誘電体薄膜ＫＴａｘＮｂ1-ｘＯ３（０≦ｘ≦１）からなる誘電体材料を作製する工程と、前記誘電体基板の材料と異なる材料からなり、前記誘電体基板の外周形状と異なる外周形状を有する第２の基板に、前記誘電体材料を組み込むための、表裏に貫通した窓穴を形成する工程と、前記誘電体基板の材料と異なる材料からなり、前記第２の基板の外周形状と同じ外周形状を有する第３の基板の上面に、前記窓穴に前記誘電体材料が組み込まれた前記第２の基板を張り合わせる工程とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の前記窓穴を形成する工程は、前記第２の円形基板に複数の窓穴を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、ＫＴＮ誘電体材料を、これと異なる材料からなり、これと異なる外周形状を有する基板に埋め込み、張りあわせて複合基板を作製することにより、例えば、四角形のＫＴＮ基板を、円形基板の使用を前提とする製造装置で使用することができ、経済的に誘電体素子を製造することが可能となる。
【００１９】
また、本発明によれば、ＫＴＮ誘電体材料の厚さを、従来の１／５〜１／６程度に薄くできるため、ＫＴＮ結晶の利用効率を向上して、誘電体素子の低価格化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態においては、四角形状の｛１００｝面を有する組成ｘ’のＫＴＮ基板（誘電体基板）を用いて、組成ｘのＫＴＮ薄膜を形成したＫＴＮ誘電体材料を作製し、ＫＴＮ誘電体材料と異種材料の円形基板（第１の基板）とを組み合わせて複合基板を作製する場合について説明する。ここで、ＫＴＮ基板の外周形状は四角形であり、製造装置で使用する基板の外周形状は円形である。しかしながら、結晶から得られる基板の外周形状が多角形など、どのような形状であっても、本実施形態を適用することは容易である。また、製造装置で使用する基板の外周形状も、円形のみならず、多角形であってもよいし、オリエンテーション・フラットなどを有する形状であってもよい。
【００２１】
本実施形態においては、異種材料の円形基板は、ＳｉＯ２のような非結晶材料であってもよいし、結晶材料であってもよい。また、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＧａＮ等の半導体材料であってもよい。
【００２２】
最初に、円形基板上に四角形の掘り込み加工を行い、ここにＫＴＮ誘電体材料を組み込む。組み込み方法は、真空圧着法、ポリイミドなどを用いた接着法など、既存の技術、装置を用いる。円形基板上に加工された浅い掘り込みに、薄いＫＴＮ誘電体材料を組み込むことにより、高価な組成ｘ’のＫＴＮ結晶基板の使用量を少なく出来る。円形基板への掘り込み加工を一箇所ではなく、必要な面積に応じて複数箇所で行い、そこにＫＴＮ誘電体材料を組み込むこともできる。
【００２３】
ここで、ＫＴＮ誘電体材料の表面と円形基板の表面とが同一平面内にあって平坦となるように、ＫＴＮ誘電体材料を組み込んでもよいし、例えば、ＫＴＮ誘電体材料のＫＴＮ基板のみが、円形基板に組み込まれるようにしてもよい。
【００２４】
本実施形態によれば、ＫＴＮ誘電体材料の厚みを、従来の１／２程度に薄くすることができるため、組成ｘ’のＫＴＮ基板を有効に利用でき、経済的効果が大きい。さらに半導体基板との組み合わせが簡単なので、光電子複合素子を容易に作製することができる。
【００２５】
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。なお、本実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更または改良を行えることは言うまでもない。
【実施例１】
【００２６】
図１に、ＴＳＳＧ法で作製したＫＴＮ誘電体材料を示す。ＫＴＮ誘電体材料は、四角形状の｛１００｝面を有する組成ｘ’のＫＴＮ基板２の上に、組成ｘのＫＴＮ薄膜１をエピタキシャル成長させた構造を有する。図２に、本発明の実施例１にかかる複合基板を示す。図１に示したＫＴＮ誘電体材料は、Ｓｉ基板４に形成された掘り込み３に、真空圧着により埋め込まれる。
【００２７】
図３に、ＫＴＮ誘電体材料をＳｉ基板に埋め込む方法を示す。Ｓｉ基板４は、４インチ径の｛１００｝面ウエハを使用する（図３（ａ））。次に、Ｓｉ基板４に、機械加工研磨技術により５０ｍｍ×５０ｍｍ、深さ２００μｍの掘り込み３を形成する（図３（ｂ））。一方、５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＫＴＮ誘電体材料を作製し、掘り込み３に設置する（図３（ｃ））。従来の真空圧着による基板張り合わせ技術により、ＫＴＮ誘電体材料とＳｉ基板４とを張り合わせて、複合基板５が完成する（図３（ｄ））。
【００２８】
この複合基板５を、半導体素子の製造装置の基板自動搬送系に設置する。搬送テストによって、問題なく搬送系の行程を通すことができる。この方法によれば、これまで厚さが１．２ｍｍ必要であったＫＴＮ誘電体材料の厚さを、１／６程度の厚さに減少させることができ、ＫＴＮ結晶の利用効率を向上することができる。
【００２９】
実施例１では、基板加工は機械加工を示したが、化学的な加工またはイオン・プラズマ加工を適用してもよし。また、貼り合せは、真空圧着を示したが、ポリイミド、ＳｉＯ２等の接着材料を用いることもできる。
【実施例２】
【００３０】
図４に、実施例２にかかる複合基板の作製方法を示す。厚さ２００μｍの異種材料の円形基板であるＳｉウエハ６を、誘電体保持用のウエハとして用いる（図４（ａ））。Ｓｉウエハ６には、加工研磨技術によりウエハ表裏に貫通した５０ｍｍ×５０ｍｍの窓穴７を形成する（図４（ｂ））。次に、４インチ径の｛１００｝面ウエハであるＳｉ基板８と、５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＫＴＮ誘電体材料（図１に示した）とを用意する。
【００３１】
Ｓｉ基板８上に、Ｓｉウエハ６とＳｉウエハ６の窓穴７に挿入されたＫＴＮ誘電体材料とを組み合わせる（図４（ｃ））。実施例１と同じく、従来の真空圧着による基板張り合わせ技術により、Ｓｉ基板８とＳｉウエハ６とＫＴＮ誘電体材料とを張り合わせて、複合基板９が完成する（図４（ｄ））。
【００３２】
この複合基板９を、半導体素子の製造装置の基板自動搬送系に設置する。搬送テストによって、問題なく搬送系の行程を通すことができる。この方法によれば、これまで厚さが１．２ｍｍ必要であったＫＴＮ誘電体材料の厚さを、１／６程度の厚さに減少させることができ、高価なＫＴＮ結晶の利用効率を向上することができる。
【００３３】
実施例２では、基板加工は機械加工を示したが、化学的な加工またはイオン・プラズマ加工を適用してもよし。また、貼り合せは、真空圧着を示したが、ポリイミド、ＳｉＯ２等の接着材料を用いることもできる。
【実施例３】
【００３４】
図５に、実施例３にかかる複合基板の作製方法を示す。Ｓｉ基板１０に複数の掘り込み１１を作成して、複合基板１２を作製する。Ｓｉ基板１０は、４インチ｛１００｝面ウエハを使用し、オリエンテーション・フラット１３を有する形状である。次に、Ｓｉ基板１０に、機械加工研磨技術により１０ｍｍ×１０ｍｍ、深さ１００μｍの掘り込み１１を１６個形成する（図５（ａ））。一方、１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ１００μｍのＫＴＮ誘電体材料を作製し、掘り込み１１に設置する。従来の真空圧着による基板張り合わせ技術により、ＫＴＮ誘電体材料とＳｉ基板１０とを張り合わせて、複合基板１２が完成する（図５（ｂ））。
【００３５】
この複合基板１２を、半導体素子の製造装置の基板自動搬送系に設置する。搬送テストによって、問題なく搬送系の行程を通すことができる。この方法によれば、これまで厚さが０．５ｍｍ必要であったＫＴＮ誘電体材料の厚さを、１／５程度の厚さに減少させることができ、高価なＫＴＮ結晶の利用効率を向上することができる。
【００３６】
この複合基板１２を用いて、半導体基板へのＴｉＰｔＡｕ配線作製プロセスと誘電体材料へのＴｉＰｔＡｕ配線作製プロセスとを、汎用の４インチウエハ用製造装置を使用して同時に作製することができる。
【００３７】
実施例３では、基板加工は機械加工を示したが、化学的な加工またはイオン・プラズマ加工を適用してもよし。また、貼り合せは、真空圧着を示したが、ポリイミド、ＳｉＯ２等の接着材料を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ＴＳＳＧ法で作製したＫＴＮ誘電体材料を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例１にかかる複合基板を示す斜視図である。
【図３】ＫＴＮ誘電体材料をＳｉ基板に埋め込む方法を示す図である。
【図４】実施例２にかかる複合基板の作製方法を示す図である。
【図５】実施例３にかかる複合基板の作製方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  組成ｘのＫＴＮ薄膜
２  組成ｘ’のＫＴＮ基板
３，１１  掘り込み
４，８，１０  Ｓｉ基板
５，９，１２  複合基板
６  Ｓｉウエハ
７  窓穴
１３  オリエンテーション・フラット
【図１】
2006267276.tif 000003
【図２】
2006267276.tif 000004
【図３】
2006267276.tif 000005
【図４】
2006267276.tif 000006
【図５】
2006267276.tif 000007