WO2023017774A1 - 導波素子および導波素子の製造方法 - Google Patents

導波素子および導波素子の製造方法 Download PDF

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WO2023017774A1
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ground electrode
inorganic material
material substrate
waveguide element
substrate
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健太郎 谷
直剛 岡田
順悟 近藤
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日本碍子株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/003—Coplanar lines
    • H01P3/006—Conductor backed coplanar waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/001—Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
    • H01P11/003—Manufacturing lines with conductors on a substrate, e.g. strip lines, slot lines

Definitions

  • the present invention relates to a waveguide element and a method for manufacturing a waveguide element.
  • Waveguide devices are being developed. Waveguide devices are expected to be applied and developed in a wide range of fields such as optical waveguides, next-generation high-speed communication, sensors, laser processing, and photovoltaic power generation.
  • An example of such a waveguide element is a grounding device composed of a glass substrate having a thickness of 300 ⁇ m, a coplanar conductor provided on the glass substrate, and a ground electrode provided on the opposite side of the glass substrate to the coplanar conductor.
  • Patent Document 1 A technique using a coplanar waveguide has been proposed (Patent Document 1).
  • a main object of the present invention is to provide a waveguide element capable of sufficiently reducing propagation loss even when guiding high-frequency electromagnetic waves having a frequency of 30 GHz or higher, and a method of manufacturing the same.
  • a waveguide element can guide electromagnetic waves having a frequency of 30 GHz or more and 20 THz or less.
  • the waveguide element includes an inorganic material substrate; a conductor layer provided on the inorganic material substrate, a signal electrode extending in a predetermined direction, and a space between the signal wiring and the signal wiring in a direction intersecting the predetermined direction.
  • a first ground electrode spaced apart from a conductor layer; a support substrate located on the opposite side of the inorganic material substrate to the conductor layer; the inorganic material substrate and the support substrate; a second ground electrode located between; and a third ground electrode located on the opposite side of the support substrate from the second ground electrode.
  • the first ground electrode, the second ground electrode and the third ground electrode are electrically connected.
  • the thickness t of the inorganic material substrate satisfies the following formula (1). (Wherein, t represents the thickness of the inorganic material substrate. ⁇ represents the wavelength of the electromagnetic wave guided by the waveguide element. ⁇ represents the dielectric constant of the inorganic material substrate at 300 GHz. Represents a numerical value of 3 or more.)
  • the waveguide element described in [1] above may further include a first via. A first via electrically connects the first ground electrode and the third ground electrode, and is electrically connected to the second ground electrode.
  • the waveguide element described in [2] above may further include a first via hole. The first via is arranged in the first via hole.
  • a first via hole penetrates the inorganic material substrate, the second ground electrode, and the support substrate.
  • the first via hole has a circular shape when viewed from the surface (upper surface) direction of the inorganic material substrate, and decreases in diameter as it approaches the second ground electrode. It has a tapered shape.
  • the first via hole has a circular shape when viewed from the surface (upper surface) direction of the inorganic material substrate, and the diameter increases toward the second ground electrode. It may have a tapered shape.
  • the waveguide element according to any one of [2] to [5] above may further include a second via.
  • a second via electrically connects the first ground electrode and the second ground electrode.
  • the waveguide element may include a plurality of first vias. The second via is arranged between adjacent first vias among the plurality of first vias.
  • the waveguide element described in [6] above may further include a second via hole. The second via is arranged in the second via hole. The second via hole penetrates the inorganic material substrate and does not penetrate the support substrate.
  • the waveguide element described in [1] above may further include a second via and a third via.
  • a second via electrically connects the first ground electrode and the second ground electrode.
  • a third via electrically connects the second ground electrode and the third ground electrode.
  • a in the above formula (1) may represent a numerical value of 6 or more.
  • the relative dielectric constant ⁇ and dielectric loss tangent (dielectric loss) tan ⁇ at 300 GHz of the inorganic material substrate are each 3.5 or more and 12 It may be 0.0 or less, or 0.003 or less.
  • the inorganic material substrate may be a quartz glass substrate.
  • the conductor layer may be a coplanar electrode.
  • the conductor layer and the second ground electrode may be microstrip electrodes.
  • the inorganic material substrate may have a thickness of 10 ⁇ m or more. good.
  • a method for manufacturing a waveguide element according to another aspect of the present invention is a method for manufacturing the waveguide element according to any one of [2] to [5] above, comprising: preparing a laminate comprising two ground electrodes and the support substrate in this order, and having a first via hole penetrating the inorganic material substrate, the second ground electrode and the support substrate collectively; forming the first via in the first via hole, forming the third ground electrode under the support substrate, and forming the conductor layer over the inorganic material substrate.
  • a waveguide element can guide an electromagnetic wave having a frequency of 30 GHz or more and 20 THz or less.
  • the waveguide element includes an inorganic material substrate; a conductor layer provided on the inorganic material substrate, a signal electrode extending in a predetermined direction, and a space between the signal wiring and the signal wiring in a direction intersecting the predetermined direction.
  • a conductor layer including a first ground electrode arranged with a space therebetween; a support substrate located on the opposite side of the inorganic material substrate to the conductor layer; and the inorganic material substrate and the support substrate a second ground electrode located between; a third ground electrode located on the opposite side of the supporting substrate from the second ground electrode; and the first ground electrode and the third ground electrode.
  • the thickness t of the inorganic material substrate satisfies the above formula (1).
  • a waveguide element can guide electromagnetic waves having a frequency of 30 GHz or more and 20 THz or less.
  • the waveguide element includes an inorganic material substrate; a conductor layer provided on the inorganic material substrate, a signal electrode extending in a predetermined direction, and a space between the signal wiring and the signal wiring in a direction intersecting the predetermined direction.
  • the waveguide element includes a plurality of first vias, and the second vias are arranged between adjacent first vias among the plurality of first vias.
  • the thickness t of the inorganic material substrate satisfies the above formula (1).
  • the embodiments of the present invention it is possible to realize a waveguide element capable of sufficiently reducing propagation loss even when guiding high-frequency electromagnetic waves having a frequency of 30 GHz or more. Moreover, according to the embodiment according to another aspect of the present invention, the above-described waveguide element can be manufactured smoothly.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a waveguide element according to an embodiment of the invention
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the waveguide element of FIG. 1 taken along the line II-II'
  • FIG. 11 is a II-II' cross-sectional view of a waveguide element according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a IV-IV' cross-sectional view of a waveguide element according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a II-II' cross-sectional view of a waveguide element according to yet another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a II-II' cross-sectional view of a waveguide element according to yet another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is a II-II' cross-sectional view of a waveguide element according to yet another embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a waveguide element according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of a waveguide element according to yet another embodiment of the invention
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the waveguide element of FIG. 7 taken along line VIII-VIII'
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the waveguide element of FIG. 7 taken along line IX-IX'
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the waveguide element of FIG. 7 taken along the line XX'
  • FIG. 11 is an XX' cross-sectional view of a waveguide element according to yet another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is an XX' cross-sectional view of a waveguide element according to yet another embodiment of the present invention
  • Fig. 8 is a VIII-VIII' cross-sectional view of a waveguide element according to yet another embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is an XX' cross-sectional view of a waveguide element according to yet another embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a waveguide device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a II-II' sectional view of the waveguide device of FIG.
  • the waveguide element 100 in the illustrated example can guide electromagnetic waves having a frequency of 30 GHz or higher and 20 THz or lower, in other words, electromagnetic waves ranging from millimeter waves to terahertz waves.
  • millimeter waves are typically electromagnetic waves with a frequency of about 30 GHz to 300 GHz
  • terahertz waves are typically electromagnetic waves with a frequency of about 300 GHz to 20 THz.
  • the waveguide element 100 can guide an electromagnetic wave with a frequency of 30 GHz or more and 2 THz or less (especially an electromagnetic wave with a frequency of 30 GHz or more and 1 THz or less) with excellent propagation loss.
  • the waveguide element 100 includes: an inorganic material substrate 1; a conductor layer 2 including a signal electrode 2a and first ground electrodes 2b and 2c; a supporting substrate 7; a second ground electrode 3; 1 vias 5 and;
  • the conductor layer 2 is provided on the upper portion (more specifically, the upper surface) of the inorganic material substrate 1 .
  • the signal electrode 2a extends in a predetermined direction (guiding direction).
  • Each of the first ground electrodes 2b and 2c is spaced apart from the signal electrode 2a in a direction crossing the predetermined direction in which the signal electrode 2a extends.
  • the support substrate 7 is located on the side opposite to the conductor layer 2 with respect to the inorganic material substrate 1 .
  • the second ground electrode 3 is positioned between the inorganic material substrate 1 and the support substrate 7 .
  • the third ground electrode 4 is located on the opposite side of the support substrate 7 from the second ground electrode 3 .
  • the first via 5 electrically connects the first ground electrodes 2 b and 2 c and the third ground electrode 4 and is electrically connected to the second ground electrode 3 . Thereby, the first ground electrodes 2b and 2c, the second ground electrode 3 and the third ground electrode 4 are electrically connected.
  • the thickness t of the inorganic material substrate 1 satisfies the following formula (1).
  • t represents the thickness of the inorganic material substrate
  • ⁇ represents the wavelength of the electromagnetic wave guided by the waveguide element
  • ⁇ represents the dielectric constant of the inorganic material substrate at 300 GHz
  • a is 3 or more. represents a numerical value.
  • the second ground electrode is arranged between the inorganic material substrate and the support substrate, and the third ground electrode is arranged on the opposite side of the support substrate to the second ground electrode. Therefore, electromagnetic waves can be suppressed from leaking to the support substrate. Therefore, the induction of the slab mode and/or the occurrence of substrate resonance can be suppressed, and the leakage of electromagnetic waves to the support substrate can be suppressed.
  • the first via electrically connects the first ground electrode, the second ground electrode, and the third ground electrode
  • grounding can be strengthened, and stray capacitance due to surrounding lines and elements can be suppressed.
  • a heat dissipation function can be added to the substrate.
  • transmission in higher-order modes can be suppressed.
  • the first via electrically connects the first ground electrode, the second ground electrode, and the third ground electrode. and the portion located between the second ground electrode and the third ground electrode. Therefore, as compared with the case where the via connecting the first ground electrode and the second ground electrode and the via connecting the second ground electrode and the third ground electrode are provided separately (see FIG. 14), ripples can be suppressed.
  • the waveguide element guides high-frequency electromagnetic waves having a frequency of 30 GHz or more, the propagation loss can be sufficiently reduced.
  • waveguide elements are being developed for miniaturization, and it is expected that circuits will be integrated in the future.
  • the inorganic material substrate is made thinner, it is possible to meet the demand for miniaturization while ensuring excellent propagation loss performance.
  • a represents a numerical value of 6 or more in the above formula (1).
  • the thickness of the inorganic material substrate satisfies the formula (1) expressing a numerical value in which a is 6 or more, it is possible to stably reduce the propagation loss when guiding the above-described high-frequency electromagnetic wave.
  • the dielectric constant of the inorganic material substrate 1 at 100 GHz to 10 THz is, for example, 10.0 or less, preferably 3.7 or more and 10.0 or less, more preferably 3.8 or more and 9.0 or less.
  • the dielectric constant ⁇ of the inorganic material substrate 1 is typically 3.5 or more, typically 12.0 or less, preferably 10.0 or less, more preferably 5.0 or less. If the dielectric constant of the inorganic material substrate is within this range, it is possible to suppress the delay of propagating electromagnetic waves.
  • the dielectric loss tangent (tan ⁇ ) of the inorganic material substrate is preferably 0.01 or less, more preferably 0.008 or less, still more preferably 0.006 or less, and particularly preferably 0.004 at the frequency used. It is below.
  • the dielectric loss tangent tan ⁇ of the inorganic material substrate 1 is preferably 0.0030 or less, more preferably 0.0020 or less, and even more preferably 0.0015 or less. If the dielectric loss tangent is within this range, the propagation loss in the waveguide can be reduced. A smaller dielectric loss tangent is more preferable.
  • the dielectric loss tangent can be, for example, 0.001 or greater.
  • the propagation loss can be further reduced when guiding the above-described high-frequency electromagnetic waves (especially electromagnetic waves of 300 GHz or higher). It can be stably planned.
  • the dielectric constant ⁇ and dielectric loss tangent (dielectric loss) tan ⁇ can be measured by terahertz time domain spectroscopy.
  • the measurement frequency when there is no mention of the measurement frequency with respect to the dielectric constant and the dielectric loss tangent, it means the dielectric constant and the dielectric loss tangent at 300 GHz.
  • the thickness of the inorganic material substrate 1 that satisfies the above formula (1) is specifically 1 ⁇ m or more, preferably 2 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, still more preferably 20 ⁇ m or more, for example 1700 ⁇ m or less, preferably 500 ⁇ m or less, It is more preferably 200 ⁇ m or less, still more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the thickness of the inorganic material substrate 1 is preferably 10 ⁇ m or more.
  • the thickness of the inorganic material substrate 1 is less than the above lower limit, the thickness and width of the electrodes constituting the waveguide element are reduced to about several ⁇ m, and the propagation loss increases due to the skin effect. Performance tolerance is significantly reduced.
  • the thickness of the inorganic material substrate 1 is equal to or less than the above upper limit, the induction of slab mode and the occurrence of substrate resonance are suppressed, and a waveguide element with small propagation loss over a wide frequency range (that is, broadband) can be realized.
  • the waveguide element constitutes a coplanar line. That is, the conductor layers of the waveguide element are coplanar electrodes.
  • conductor layer 2 is a coplanar electrode. As shown in FIG. 2, when the conductor layer 2 is a coplanar electrode, the above-described high-frequency electromagnetic wave is coupled with the electric field generated between the signal electrode 2a and the first ground electrodes 2b and 2c to form an inorganic It propagates through the material substrate 1 .
  • the signal electrode 2a has a linear shape extending in a predetermined direction (waveguiding direction).
  • the first ground electrode 2b is arranged to form a predetermined space (gap) with the signal electrode 2a in a direction crossing (preferably orthogonal to) the longitudinal direction of the signal electrode 2a.
  • the first ground electrode 2c is located on the opposite side of the signal electrode 2a to the first ground electrode 2b in a direction intersecting (preferably perpendicular to) the longitudinal direction of the signal electrode 2a, and is positioned between the signal electrode 2a and the first ground electrode 2b. are arranged to form a gap of The void (gap) extends in the longitudinal direction of the signal electrode 2a.
  • the width (dimension in the direction perpendicular to the longitudinal direction) w of the signal electrode 2a of the coplanar electrode is, for example, 2 ⁇ m or more, preferably 20 ⁇ m or more, for example, 200 ⁇ m or less, preferably 150 ⁇ m or less.
  • the width (dimension in the direction intersecting the longitudinal direction) g of the void (gap) is, for example, 2 ⁇ m or more, preferably 5 ⁇ m or more, and for example, 100 ⁇ m or less, preferably 80 ⁇ m or less.
  • the waveguide element constitutes a microstrip line. That is, the conductor layer of the waveguide element and the second ground electrode are microstrip electrodes. In one embodiment, the conductor layer 2 and the second ground electrode 3 are microstrip type electrodes. As shown in FIG. 6, in the case of a microstrip electrode, the above-described high-frequency electromagnetic wave is coupled with the electric field generated between the signal electrode 2a and the second ground electrode 3, and travels through the inorganic material substrate 1. Propagate.
  • the conductor layer 2 is a microstrip electrode
  • the signal electrode 2a has a flat strip shape extending in a predetermined direction (waveguide direction).
  • the second ground electrode 3 is arranged to form a predetermined gap (thickness of the inorganic material substrate) with the signal electrode 2a in a direction crossing (preferably perpendicular to) the longitudinal direction of the signal electrode 2a. .
  • the gap extends in the longitudinal direction of the signal electrode 2a.
  • the first ground electrodes 2b and 2c can also be installed in the same manner as the coplanar electrodes, and the first ground electrodes 2b and 2c are arranged in a direction intersecting (preferably perpendicular to) the longitudinal direction of the signal electrode 2a. 2a, it is located farther than the width g of the space (gap) of the coplanar electrode.
  • the width (dimension in the direction orthogonal to the longitudinal direction) w of the signal electrode 2a of the microstrip electrode is, for example, 2 ⁇ m or more, preferably 100 ⁇ m or more, more preferably 300 ⁇ m or more, for example 800 ⁇ m or less, preferably 500 ⁇ m or less.
  • the signal electrode 2a extends over the entire waveguide element 100 regardless of whether the conductor layer 2 is a coplanar electrode or a microstrip electrode. can be any appropriate dimension as long as it is less than or equal to the dimension in the waveguiding direction of the waveguide element. Further, a plurality of signal electrodes may be provided in the waveguide element so as to be aligned in the waveguide direction.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of a waveguide device according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a VIII-VIII′ cross-sectional view of the waveguide device of FIG. 7
  • 9 is an IX-IX' cross-sectional view of the waveguide element of FIG. 7
  • FIG. 10 is an XX' cross-sectional view of the waveguide element of FIG.
  • the waveguide element 101 in the illustrated example can guide electromagnetic waves having a frequency of 30 GHz or more and 20 THz or less, in other words, electromagnetic waves of millimeter waves to terahertz waves.
  • the waveguide element 101 can guide an electromagnetic wave with a frequency of 30 GHz or more and 2 THz or less (especially an electromagnetic wave with a frequency of 30 GHz or more and 1 THz or less) with excellent propagation loss.
  • the waveguide element 101 includes: an inorganic material substrate 1; a conductor layer 2 including a signal electrode 2a and first ground electrodes 2b and 2c; a support substrate 7; a second ground electrode 3; a third ground electrode 4; a first via 5; a second via 6; That is, the waveguide element 101 has the same configuration as the waveguide element 100 except that the second via 6 is further provided.
  • the conductor layer 2 is provided on the upper portion (more specifically, the upper surface) of the inorganic material substrate 1 .
  • the signal electrode 2a extends in a predetermined direction (guiding direction).
  • Each of the first ground electrodes 2b and 2c is spaced apart from the signal electrode 2a in a direction crossing the predetermined direction in which the signal electrode 2a extends.
  • the support substrate 7 is located on the side opposite to the conductor layer 2 with respect to the inorganic material substrate 1 .
  • the second ground electrode 3 is positioned between the inorganic material substrate 1 and the support substrate 7 .
  • the third ground electrode 4 is located on the opposite side of the support substrate 7 from the second ground electrode 3 .
  • the first via 5 electrically connects the first ground electrodes 2 b and 2 c and the third ground electrode 4 and is electrically connected to the second ground electrode 3 .
  • the waveguide element 101 has a plurality of first vias 5 .
  • the second via 6 electrically connects the first ground electrodes 2 b and 2 c and the third ground electrode 3 . Thereby, the first ground electrodes 2b and 2c, the second ground electrode 3 and the third ground electrode 4 are electrically connected.
  • the second vias 6 are arranged between the first vias 5 adjacent to each other among the plurality of first vias 5 .
  • the thickness t of the inorganic material substrate 1 satisfies the above formula (1). According to the above configuration, since the second vias are arranged between the first vias adjacent to each other, the pitch of the first vias and the second vias in the inorganic material substrate is greater than the pitch of the first vias in the support substrate. can also be made smaller. Therefore, even if the inorganic material substrate is thinned as described above, the strength of the inorganic material substrate can be sufficiently secured.
  • the waveguide element 101 may have third vias 10 instead of the first vias 5 .
  • the waveguide element 101 includes the inorganic material substrate 1; the conductor layer 2 including the signal electrode 2a and the first ground electrodes 2b and 2c; the support substrate 7; a second via 6; a third via 10; A third via 10 electrically connects the second ground electrode 3 and the third ground electrode 4 .
  • the second via connects the first ground electrode and the second ground electrode
  • the third via connects the second ground electrode and the third ground electrode.
  • the second ground electrode and the third ground electrode can be electrically connected. This also makes it possible to strengthen the ground and suppress the stray capacitance due to the surrounding lines and elements.
  • waveguide element includes both a wafer on which at least one waveguide element is formed (waveguide element wafer) and a chip obtained by cutting the waveguide element wafer.
  • waveguide element wafer a wafer on which at least one waveguide element is formed
  • chip obtained by cutting the waveguide element wafer The specific configuration of each component of the waveguide element will be described in sections B to I below. Also, the method of manufacturing the waveguide element will be described in Section J.
  • the inorganic material substrate 1 has an upper surface on which the conductor layer 2 is provided and a lower surface located within the composite substrate.
  • the inorganic material substrate 1 is made of an inorganic material. Any appropriate material can be used as the inorganic material as long as the effects of the embodiments of the present invention can be obtained.
  • Typical examples of such materials include single crystal quartz (dielectric constant 4.5, dielectric loss tangent 0.0013), amorphous quartz (quartz glass, dielectric constant 3.8, dielectric loss tangent 0.0010), Spinel (relative dielectric constant 8.3, dielectric loss tangent 0.0020), AlN (relative dielectric constant 8.5, dielectric loss tangent 0.0015), sapphire (relative dielectric constant 9.4, dielectric loss tangent 0.0030), SiC ( dielectric constant 9.8, dielectric loss tangent 0.0022), magnesium oxide (relative dielectric constant 10.0, dielectric loss tangent 0.0012), and silicon (relative dielectric constant 11.7, dielectric loss tangent 0.0016).
  • the inorganic material substrate 1 is preferably a quartz glass substrate made of amorphous quartz.
  • the inorganic material substrate is a quartz glass substrate, it is possible to more stably suppress an increase in propagation loss even when the above-described high-frequency electromagnetic wave is guided.
  • the dielectric constant is larger than that of a resin-based substrate, the size of the substrate can be reduced, and since the dielectric constant is relatively small among inorganic materials, it is advantageous in reducing the delay.
  • the resistivity of the inorganic material substrate 1 is, for example, 100 k ⁇ cm or more, preferably 300 k ⁇ cm or more, more preferably 500 k ⁇ cm or more, and still more preferably 700 k ⁇ cm or more. If the resistivity is within this range, electromagnetic waves can propagate through the material with low loss without affecting electronic conduction. Although this phenomenon is not clear in detail, it can be inferred that when the resistivity is small, electromagnetic waves are coupled with electrons and the energy of the electromagnetic waves is lost to electron conduction, resulting in loss. From this point of view, the higher the resistivity, the better.
  • the resistivity can be, for example, 3000 k ⁇ (3 M ⁇ ) cm or less.
  • the bending strength of the inorganic material substrate 1 is, for example, 50 MPa or more, preferably 60 MPa or more. If the bending strength is within this range, the substrate is less likely to be deformed, so the hole diameter and hole period are stable, and a waveguide element with little change in characteristics can be realized. The higher the bending strength, the better.
  • the flexural strength can be, for example, 700 MPa or less.
  • the bending strength can be measured according to JIS R1601.
  • the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of the inorganic material substrate 1 is, for example, 10 ⁇ 10 ⁇ 6 /K or less, preferably 8 ⁇ 10 ⁇ 6 /K or less. If the coefficient of thermal expansion is within this range, thermal deformation (typically, warpage) of the substrate can be well suppressed.
  • the coefficient of thermal expansion can be measured according to JIS R1618.
  • the dielectric loss tangent tan ⁇ of the inorganic material substrate 1 is preferably as small as possible.
  • a method for reducing the dielectric loss tangent (tan ⁇ ) of the inorganic material substrate 1 in the 300 GHz band includes reducing the concentration of OH groups contained in the inorganic material substrate.
  • the OH group concentration in the inorganic material substrate is, for example, 100 wtppm or less, preferably 15 wtppm or less, more preferably 10 wtppm or less.
  • the OH group concentration in the inorganic material substrate can typically be 0 wtppm or more.
  • the OH group concentration can be measured by FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy), Raman scattering spectroscopy, and Karl Fischer method.
  • the dielectric loss of the inorganic material substrate 1 can be evaluated by the FQ value.
  • the FQ value is calculated from the reciprocal of the dielectric loss tangent (tan ⁇ ) and the product of the frequency of the electromagnetic wave guided by the waveguide element.
  • the frequency of the electromagnetic wave is 150 GHz or more and less than 250 GHz
  • the FQ value is preferably 45000 GHz or more
  • the frequency of the electromagnetic wave is 250 GHz or more and less than 350 GHz.
  • the FQ value is preferably greater than or equal to 75000 GHz.
  • the FQ value is preferably 75000 GHz or more when the frequency of the electromagnetic wave is 150 GHz or more and less than 250 GHz, and the frequency of the electromagnetic wave is 250 GHz or more and less than 350 GHz. And the FQ value is preferably above 105000 GHz.
  • the FQ value is preferably 150000 GHz or more, typically 270000 GHz or less, and the frequency of the electromagnetic wave is is a frequency greater than or equal to 250 GHz and less than 350 GHz, the FQ value is preferably greater than or equal to 250,000 GHz and typically less than or equal to 390,000 GHz.
  • the porosity of the inorganic material substrate 1 is, for example, 0.5 ppm or more and 3000 ppm or less, preferably 0.5 ppm or more and 1000 ppm or less, more preferably 0.5 ppm or more and 100 ppm or less for pores with a pore size of 1 ⁇ m or more. If the porosity is within this range, densification is possible, and furthermore, due to the synergistic effect with the above-mentioned effect of setting the pore size within the predetermined range, stable from the viewpoint of both mechanical strength and long-term reliability. A waveguide device can be realized. Furthermore, since the particle size can be made small, there is an advantage that the shape of the via hole, which will be described later, can be made uniform without variation. If the porosity exceeds 3000 ppm, the propagation loss in the waveguide may increase. Achieving a porosity of less than 0.5 ppm is difficult with a technique that uses an inorganic material substrate.
  • the pore size is the diameter when the pore is approximately spherical, the diameter when viewed from above when the pore is approximately cylindrical, and the diameter of the circle inscribed in the pore when the pore is of another shape. diameter.
  • the presence or absence of pores can be confirmed by, for example, optical CT (Computed Tomography) or a transmittance measuring instrument. Pore size can be measured, for example, by scanning electron microscopy (SEM).
  • the conductor layer 2 is located on the opposite side of the inorganic material substrate 1 to the second ground electrode 3 and is provided on the surface of the inorganic material substrate 1 .
  • Conductive layer 2 is typically in direct contact with inorganic material substrate 1 .
  • the conductor layer 2 is typically made of metal. Examples of metals include chromium (Cr), nickel (Ni), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), and titanium (Ti). Metals can be used alone or in combination.
  • the conductor layer 2 may be a single layer, or may be formed by laminating two or more layers.
  • the conductor layer 2 is formed on the inorganic material substrate 1 by plating, sputtering, vapor deposition, or printing, for example.
  • the thickness of the conductor layer 2 is, for example, 1 ⁇ m or more, preferably 4 ⁇ m or more, and is, for example, 20 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or less.
  • the second ground electrode 3 is provided on the surface of the inorganic material substrate 1 opposite to the conductor layer 2 .
  • the second ground electrode 3 is spaced apart from the signal electrode 2a in the thickness direction of the inorganic material substrate 1 .
  • the second ground electrode 3 is typically in direct contact with the inorganic material substrate 1 .
  • the second ground electrode 3 can be made of the same metal as the conductor layer 2 . From the viewpoint of bonding the inorganic material substrate 1 and the support substrate 7, the second ground electrode 3 needs to ensure adhesion strength that facilitates planarization of the bonding surface. can be different from the metal of
  • the thickness range of the second ground electrode 3 is the same as the thickness range of the conductor layer 2 .
  • the second ground electrode 3 is typically formed on the inorganic material substrate 1 by sputtering or plating.
  • the supporting substrate 7 can impart good mechanical strength to the waveguide element. Thereby, the thickness t of the inorganic material substrate can be reduced so as to satisfy the above formula (1). Any appropriate configuration can be adopted as the support substrate 7 . Specific examples of materials constituting the support substrate 7 include indium phosphide (InP), silicon (Si), glass, sialon (Si 3 N 4 —Al 2 O 3 ), mullite (3Al 2 O 3.2SiO 2 , 2Al).
  • the supporting substrate 7 is preferably made of at least one selected from indium phosphide, silicon, aluminum nitride, silicon carbide or silicon nitride, and more preferably made of silicon.
  • the inorganic material substrate may be heated, degrading the characteristics of other active elements and mounted parts.
  • a material with high thermal conductivity can be used for the support substrate.
  • the thermal conductivity is preferably 150 W/Km or more, and from this point of view, the material constituting the support substrate 7 includes silicon (Si), aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), silicon carbide ( SiC) and silicon nitride ( Si3N4 ).
  • the coefficient of linear expansion of the material forming the support substrate 7 is closer to the coefficient of linear expansion of the material forming the inorganic material substrate 1 . With such a configuration, thermal deformation (typically, warpage) of the composite substrate can be suppressed.
  • the coefficient of linear expansion of the material forming the support substrate 7 is within the range of 50% to 150% of the coefficient of linear expansion of the material forming the inorganic material substrate 1 .
  • the dielectric loss tangent of the material forming the support substrate 7 is small.
  • the dielectric loss tangent of the support substrate 7 is preferably 0.07 or less.
  • the thickness of the support substrate 7 is, for example, 50 ⁇ m or more, preferably 100 ⁇ m or more, more preferably 150 ⁇ m or more, and is, for example, 3000 ⁇ m or less, preferably 2000 ⁇ m or less, more preferably 300 ⁇ m or less. Also, in one embodiment, the thickness of the support substrate 7 is greater than the thickness of the inorganic material substrate. More specifically, the thickness of the support substrate 7 is, for example, 1.1 times or more, preferably 1.5 times or more, for example, 30 times or less, preferably 10 times or less, and more preferably, the thickness of the inorganic material substrate. is five times or less.
  • the thickness of the support substrate is equal to or more than the above lower limit, the mechanical strength of the waveguide element can be stably improved. If the thickness of the support substrate is equal to or less than the above upper limit, it is possible to suppress slab mode propagation, reduce the thickness of the waveguide element (maintain the mechanical strength of the waveguide element), and suppress substrate resonance.
  • a support substrate 7 supports the conductor layer 2 , the inorganic material substrate 1 and the second ground electrode 3 . More specifically, the support substrate 7 may be directly bonded to the inorganic material substrate 1 via only the second ground electrode 3, or may be directly bonded to the inorganic material substrate 1 via the second ground electrode 3 and a bonding portion (not shown). 1 may be directly connected.
  • "direct bonding" means that two layers or substrates are bonded without an intervening adhesive (typically an organic adhesive). The form of direct bonding can be appropriately set according to the configuration of the layers or substrates to be bonded together.
  • the joint portion is provided between the second ground electrode 3 and the support substrate 7 .
  • the joint portion may be one layer, or two or more layers may be laminated.
  • the junction includes, for example, a SiO2 layer, an amorphous silicon layer, and a tantalum oxide layer. From the viewpoint of securing adhesion strength and preventing migration, metal films of Ti, Cr, Ni, Pt, and Pd are used as intermediate layers between the inorganic material substrate and the second ground electrode and between the supporting substrate and the second ground electrode. can be formed to The thickness of the joint portion is, for example, 0.01 ⁇ m or more and 3 ⁇ m or less.
  • the third ground electrode 4 is provided on the surface of the support substrate 7 opposite to the second ground electrode 3 .
  • the third ground electrode 4 is spaced apart from the second ground electrode 3 in the thickness direction of the inorganic material substrate 1 .
  • the third ground electrode 4 is typically in direct contact with the support substrate 7 .
  • the third ground electrode 4 is made of the same metal as the conductor layer 2 , and the thickness range of the third ground electrode 4 is the same as the thickness range of the conductor layer 2 .
  • the third ground electrode 4 is formed on the support substrate 7 by sputtering or plating, for example.
  • the third ground electrode 4 does not necessarily have to be formed on the entire surface of the support substrate 7 opposite to the second ground electrode.
  • the first vias 5 are provided on both sides of the signal electrode 2a in a direction crossing (preferably orthogonal to) the longitudinal direction of the signal electrode 2a.
  • the first via electrically connecting the first ground electrode 2b and the third ground electrode 4 is referred to as the first via 5a
  • the first via electrically connecting the first ground electrode 2c and the third ground electrode 4 is referred to as the first via 5a.
  • One via may be distinguished from each other as a first via 5b.
  • the first via 5a is in contact with the first ground electrode 2b and the third ground electrode 4, and extends continuously between the first ground electrode 2b and the third ground electrode 4.
  • the first via 5 b is in contact with the first ground electrode 2 c and the third ground electrode 4 and extends continuously between the first ground electrode 2 c and the third ground electrode 4 .
  • Each of the first vias 5 a and 5 b penetrates the second ground electrode 3 and is in contact with the second ground electrode 3 .
  • the waveguide element may have only one of the first vias 5a and 5b.
  • the first via 5 is typically a conductive film.
  • the first via 5 is made of a conductor material, typically the same metal as the conductor layer 2 .
  • the shape of the first via 5 corresponds to the shape of the first via hole 8 in which it is arranged.
  • the waveguide element 100 has a plurality of first via holes 8 corresponding to the plurality of first via holes 5 .
  • the first via hole in which the first via 5a is arranged is called the first via hole 8a
  • the first via hole in which the first via 5b is arranged is called the first via hole 8b.
  • the first via hole 8 penetrates the inorganic material substrate 1 , the second ground electrode 3 and the support substrate 7 .
  • the first via hole 8 typically has a circular shape when viewed from the surface (upper surface) direction (above) of the inorganic material substrate 1 .
  • the inner diameter of the first via hole is, for example, 10 ⁇ m or more, preferably 20 ⁇ m or more, and is, for example, 200 ⁇ m or less, preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 80 ⁇ m or less.
  • the first via hole 8 has a circular shape when viewed from the surface (upper surface) direction (above) of the inorganic material substrate 1, and extends along the surface (upper surface) direction (thickness direction) of the inorganic material substrate 1.
  • the first via 5 has a columnar or cylindrical shape extending along the surface (upper surface) direction (thickness direction) of the inorganic material substrate 1 .
  • the range of the outer diameter of the first via 5 is the same as the range of the inner diameter of the first via hole.
  • the first via hole 8 has a circular shape when viewed from the surface (upper surface) direction (above) of the inorganic material substrate 1 , and has a tapered shape with a smaller diameter as it approaches the second ground electrode 3 .
  • the first via hole 8 has a circular shape when viewed from the surface (upper surface) direction (above) of the inorganic material substrate 1, and has a tapered shape that increases in diameter as it approaches the second ground electrode 3.
  • the first via hole has a tapered shape, it is possible to easily form a conductor layer in the first via and to ensure the strength of the substrate.
  • the first via may be formed such that the conductive material is embedded in the first via hole.
  • the structure of the first via 5 is not particularly limited. It preferably has an hourglass shape that increases in diameter with increasing distance. In other words, the first via 5 preferably has a shape in which the vertices of two cones are connected. In this case, the maximum outer diameter of the first via 5 is within the above range. In one embodiment, the outer diameter of one end of the first via 5 that contacts the first ground electrodes 2b and 2c is smaller than the outer diameter of the other end of the first via 5 that contacts the third ground electrode 4. . In the first via 5, the taper angle on the conductor layer 2 side with respect to the second ground electrode is smaller than the taper angle on the third ground electrode side with respect to the second ground electrode.
  • each of the first ground electrode and the third ground electrode is formed so as to block the first via hole, but the configuration of each of the first ground electrode and the third ground electrode is not limited to this.
  • Each of the first ground electrode and the third ground electrode may be electrically connected to the first via, and may be open without blocking the first via hole.
  • a plurality of first vias 5a are arranged at intervals in the longitudinal direction of the signal electrode 2a.
  • the direction in which the plurality of first vias 5a are arranged is not limited to the longitudinal direction of the signal electrodes 2a.
  • the plurality of first vias 5a may be arranged at intervals in a direction crossing (preferably orthogonal to) the longitudinal direction of the signal electrode 2a. That is, the waveguide element may have a plurality of rows of first vias 5a arranged in the longitudinal direction of the signal electrode 2a in a direction crossing (perpendicular to) the longitudinal direction of the signal electrode 2a.
  • the pitch P1 of the plurality of first vias 5a (the distance between the centers of the first vias 5a adjacent to each other) is, for example, 40 ⁇ m or more, preferably 60 ⁇ m or more, and is, for example, 600 ⁇ m or less, preferably 400 ⁇ m or less, more preferably 200 ⁇ m or less. is. Further, the waveguide element 100 may have a plurality of first vias 5b, like the first vias 5a.
  • the second vias 6 are provided on both sides of the signal electrode 2a in a direction crossing (preferably orthogonal to) the longitudinal direction of the signal electrode 2a. ing.
  • a second via electrically connecting the first ground electrode 2b and the second ground electrode 3 is referred to as a second via 6a
  • a second via electrically connecting the first ground electrode 2c and the third ground electrode 4 is referred to as a second via 6a.
  • Two vias may be distinguished from each other as a second via 6b.
  • the second via 6 a is in contact with the first ground electrode 2 b and the second ground electrode 3 and is not in contact with the third ground electrode 4 .
  • the second via 6b is in contact with the first ground electrode 2c and the second ground electrode 3 and is not in contact with the third ground electrode 4.
  • the waveguide element may have only one of the second vias 6a and 6b.
  • the second via 6 is typically a conductive film.
  • the second via 6 is made of a conductive material, typically the same metal as the first via 5 .
  • the shape of the second via 6 corresponds to the shape of the second via hole 9 in which it is arranged. That is, waveguide element 101 has second via hole 9 corresponding to second via 6 .
  • the second via hole in which the second via 6a is arranged is called the second via hole 9a
  • the second via hole in which the second via 6b is arranged is called the second via hole 9b.
  • the second via hole 9 penetrates at least the inorganic material substrate 1 and does not penetrate the support substrate 7 .
  • the second via hole 9 typically has a circular shape when viewed from the surface (upper surface) direction (above) of the inorganic material substrate 1 .
  • the range of the inner diameter of the second via hole is, for example, the same as the range of the inner diameter of the first via hole.
  • the second via hole 9 has a circular shape when viewed from the surface (upper surface) direction (above) of the inorganic material substrate 1, and extends along the surface (upper surface) direction (thickness direction) of the inorganic material substrate 1. , and penetrates the inorganic material substrate 1 linearly.
  • a second via hole 9 shown in FIGS. 9 and 10 does not penetrate the second ground electrode 3 .
  • second via 6 When second via hole 9 is circular and linear, second via 6 has a columnar or cylindrical shape extending along the thickness direction of inorganic material substrate 1 . In this case, the range of the outer diameter of the second via 6 is the same as the range of the inner diameter of the second via hole.
  • second via hole 9 may have a conical shape that tapers away from conductor layer 2 .
  • the second via hole 9 shown in FIG. 11 penetrates the inorganic material substrate 1 and the second ground electrode 3 and reaches the support substrate 7 at its tip.
  • the structure of the second via 6 is not particularly limited, but the second via 6 preferably has the same conical shape as the second via hole 9 .
  • the maximum outer diameter of the second via 6 is within the range of the inner diameter of the second via hole.
  • the vertex of the second via 6 (the end of the second via 6 opposite to the conductor layer 2 ) may reach the support substrate 7 .
  • the first ground electrode is formed so as to close the second via hole, but the configuration of the first ground electrode is not limited to this.
  • the first ground electrode may be electrically connected to the second via, and may be open without closing the second via hole.
  • the second vias 6 are arranged between adjacent first vias 5 among a plurality of first vias 5 arranged in a predetermined direction.
  • the second vias 6 are typically located in the center of the spacing between the adjacent first vias 5 .
  • the waveguide element 101 in the illustrated example has a plurality of second vias 6 (a plurality of second vias 6a and a plurality of second vias 6b).
  • the second vias 6 are adjacent to each other among the plurality of first vias 5 (first vias 5a or first vias 5b) arranged in the longitudinal direction of the signal electrode 2a. It is arranged between the first vias 5 .
  • the second vias 6 are composed of a plurality of first vias 5 (first vias 5a or first vias 5b) arranged in a direction crossing (preferably orthogonal to) the longitudinal direction of the signal electrode 2a. Among them, it is arranged between the first vias 5 adjacent to each other. Also, the second vias 6 can be arranged at any appropriate position between the first vias 5 adjacent to each other. The second via 6 may be arranged every n first vias 5 in the direction in which the plurality of first vias are arranged. n is, for example, 1 or more and 5 or less, preferably 1 or 2. More preferably, the first vias 5 and the second vias 6 are alternately arranged.
  • all of the plurality of second vias 6 may be arranged between adjacent first vias 5, and at least one of the plurality of second vias 6 may Second vias 6 that are not arranged between first vias 5 may be included as long as they are arranged between adjacent first vias 5 .
  • the pitch P2 between the first vias 5 and the second vias 6 adjacent to each other is substantially equal to the pitch P1 (the first vias adjacent to each other).
  • 5a for example, 25 ⁇ m or more, preferably 60 ⁇ m or more, and for example, 600 ⁇ m or less, preferably 400 ⁇ m or less, more preferably 200 ⁇ m or less.
  • the pitch P2 between the first vias 5 and the second vias 6 in the inorganic material substrate 1 is equal to that of the first vias in the supporting substrate 7 .
  • 5 can be smaller than the pitch P1.
  • the strength of the inorganic material substrate can be sufficiently secured.
  • the first via hole 8 has a tapered shape that increases in diameter with increasing distance from the second ground electrode 3 and the thickness of the support substrate 7 is greater than that of the inorganic material substrate 1, the The outer diameter of the other end of the first via 5 contacting the third ground electrode 4 may be larger than the outer diameter of one end of the first via 5 contacting the first ground electrodes 2b and 2c.
  • the pitch of the plurality of first vias 5 is narrowed to the above-described pitch P2 without providing the second vias 6, the other end portions of the first vias 5 may interfere with each other.
  • the waveguide element 101 since the second vias 6 are arranged between the first vias 5 adjacent to each other, interference between the first vias 5 can be suppressed.
  • the waveguide element 101 may include a plurality of third vias 10 instead of the plurality of first vias 5 .
  • the third via 10 is in contact with the second ground electrode 3 and the third ground electrode 4 and is not in contact with the first ground electrodes 2b and 2c.
  • the third via 10 is typically a conductive film.
  • the third via 10 is made of a conductive material, typically the same metal as the first via 5 .
  • the shape of the third via 10 corresponds to the shape of the substrate via hole 71 in which it is placed. That is, the waveguide element 101 may have the substrate via hole 71 corresponding to the third via 10 .
  • the substrate via hole 71 penetrates at least the support substrate 7 .
  • the method of manufacturing the waveguide element 100 includes the inorganic material substrate 1, the second ground electrode 3, and the support substrate 7 in this order, and the inorganic material substrate 1, the second ground electrode 3, and the support substrate 7 are collectively forming a conductor layer 2 on an inorganic material substrate 1, forming a first via 5 in the first via hole 8, forming a support substrate 7; and forming a third ground electrode 4 on the bottom of the .
  • the inorganic material substrate 1 and the support substrate 7 are directly bonded.
  • the metal constituting the second ground electrode 3 is sputtered onto the surface of the inorganic material substrate 1, A first metal thin film is formed as a first junction.
  • the metal constituting the second ground electrode 3 is sputtered on the surface of the support substrate 7 to form a second metal thin film as a second joint.
  • a metal film of Ti, Cr, Ni, Pt, or Pd may be formed as an intermediate layer from the viewpoint of securing adhesion strength and preventing migration.
  • each bonding surface of the components (layers or substrates) to be bonded is irradiated with a neutralizing beam. Thereby, each joint surface is activated.
  • the activated bonding surfaces are brought into contact with each other and bonded at room temperature.
  • the load during this joining may be, for example, 100N to 20000N.
  • an inert gas is introduced into the chamber, and a high voltage is applied from a DC power supply to the electrodes arranged in the chamber.
  • the atomic species that make up the beam are preferably inert gas elements (eg, argon (Ar), nitrogen (N)).
  • the voltage during activation by beam irradiation is, for example, 0.5 kV to 2.0 kV, and the current is, for example, 50 mA to 200 mA.
  • the direct bonding method is not limited to this, and FAB (Fast Atom Beam), a surface activation method using an ion gun, an atomic diffusion method, a plasma bonding method, or the like can also be applied.
  • FAB Fast Atom Beam
  • a surface activation method using an ion gun an atomic diffusion method
  • a plasma bonding method or the like.
  • the first metal thin film as the first joint portion and the second metal thin film as the second joint portion are directly joined to be integrated to form the second ground electrode 3 .
  • a laminate 11 having a configuration of inorganic material substrate 1/second ground electrode 3/support substrate 7 is obtained.
  • the inorganic material substrate 1 and the support substrate 7 are bonded via the second ground electrode 3 and the bonding portion, in order to prepare such a laminate 11, the surface of the inorganic material substrate 1 is sputtered. to form the second ground electrode 3 described above.
  • the above-described bonding portion is formed on the second ground electrode 3 (more specifically, a Cr thin film with a thickness of 0.02 ⁇ m and an amorphous silicon layer with a thickness of 0.1 ⁇ m are formed in this order).
  • planarization is performed by, for example, CMP polishing.
  • a joint portion is formed on the support substrate in the same manner as described above.
  • the inorganic material substrate and the supporting substrate are directly bonded in the same manner as described above. As a result, a laminate 11 having a configuration of inorganic material substrate 1/second ground electrode 3/joint portion/support substrate 7 is obtained.
  • the first via holes 8a and 8b penetrating the inorganic material substrate 1, the second ground electrode 3, and the support substrate 7 collectively are formed.
  • an underlying metal thin film is formed (more specifically, the thickness)
  • a surface metal thin film for example, a 1.5 ⁇ m thick copper thin film
  • the conductor layer 2 (coplanar electrode or microstrip electrode) is formed by, for example, wet etching (more specifically, ferric chloride water).
  • wet etching more specifically, ferric chloride water
  • the conductor layer 2 is formed by etching after the first via 5 and the third ground electrode 4 are formed, but the present invention is not limited to this.
  • the first via 5, the third ground electrode 4 and the conductor layer 2 can also be formed at the same time.
  • a method for manufacturing a waveguide element 101 is a laminate 12 having an inorganic material substrate 1, a second ground electrode 3 and a support substrate 7 in this order, wherein the inorganic material substrate 1, the second ground electrode 3 and a step of preparing a laminate 12 having a first via hole 8 penetrating the support substrate 7 collectively and a second via hole 9 penetrating the inorganic material substrate 1 and not penetrating the support substrate 7;
  • a first via 5 is formed in the second via hole 9
  • a second via 6 is formed in the second via hole 9
  • a third ground electrode 4 is formed under the support substrate 7
  • a conductor layer 2 is formed over the inorganic material substrate 1 .
  • the laminate 12 is prepared by directly bonding an inorganic material substrate and a support substrate. After that, for example, by laser processing (more specifically, laser processing with a wavelength of 515 nm and a pulse width of 10 ps), the first via hole 8 penetrating the inorganic material substrate 1, the second ground electrode 3, and the support substrate 7 collectively, and the inorganic and a second via hole 9 that penetrates the material substrate 1 but does not penetrate the support substrate 7 . Next, on the side wall portions in the first via hole 8 and the second via hole 9, the surface of the inorganic material substrate 1, and the back surface of the support substrate 7, an underlying metal thin film is formed (in more detail) by, for example, an ICP (inductively coupled plasma) sputtering apparatus.
  • ICP inductively coupled plasma
  • the metal thin film on the surface of the inorganic material substrate 1 is masked and etched in the same manner as described above to form the conductor layer 2 (coplanar electrode or microstrip electrode).
  • a conductor layer is formed on the upper portion of the inorganic material substrate 1, a first via 5 is formed in the first via hole 8, a second via 6 is formed in the second via hole 9, and a A third ground electrode 4 is formed.
  • the waveguide element can be manufactured smoothly compared to the case where the conductor layer, the first via, the second via and the third ground electrode are separately formed. After that, the resist is removed.
  • the conductor layer 2 is formed by etching after the formation of the first via 5, the second via 6 and the third ground electrode 4, but the present invention is not limited to this.
  • the first via 5, the second via 6, the third ground electrode 4 and the conductor layer 2 can be formed at the same time.
  • the waveguide element 101 can be manufactured by the above. In the above description, the step of forming the first via hole and the second via hole after forming the laminate and preparing the laminate having the first via hole and the second via hole has been described in detail. is not limited to this.
  • holes are formed in the inorganic material substrate, the second ground electrode and the support substrate, respectively, and the inorganic material is applied so that the holes communicate with each other to form the first via holes. It is also possible to bond the substrate, the second ground electrode and the support substrate.
  • ⁇ Reference example 1> 1-1 Fabrication of waveguide element (coplanar line) A quartz glass wafer (quartz glass substrate, inorganic material substrate) having a thickness of 0.5 mm was prepared, and an amorphous silicon film having a thickness of 0.2 ⁇ m was formed on the quartz glass wafer by sputtering. . After the film formation, the amorphous silicon film was polished and planarized. Here, using an atomic force microscope, the arithmetic mean roughness of the surface of the amorphous silicon film of 10 ⁇ m square (10 ⁇ m square area; hereinafter the same) was measured to be 0.2 nm.
  • a silicon wafer (support substrate) with a thickness of 525 ⁇ m was also prepared. Using an atomic force microscope, the arithmetic mean roughness of the surface of the silicon wafer with a square of 10 ⁇ m was measured and found to be 0.2 nm.
  • the amorphous silicon surface of the quartz glass wafer and the silicon wafer were directly bonded as follows. First, a quartz glass wafer and a silicon wafer are placed in a vacuum chamber, and a high-speed Ar neutral atom beam is applied to both bonding surfaces (amorphous silicon surface of the quartz glass wafer and the surface of the silicon wafer) in a vacuum of the order of 10 ⁇ 6 Pa. (accelerating voltage of 1 kV, Ar flow rate of 60 sccm) was applied for 70 seconds. After the irradiation, the quartz glass wafer and the silicon wafer were allowed to stand for 10 minutes to cool. The quartz glass wafer and the silicon wafer were bonded by pressing for 2 minutes. After bonding, the quartz glass wafer was polished to a thickness of 150 ⁇ m to form a composite wafer. In the resulting quartz glass/silicon composite substrate, no defect such as peeling was observed at the bonding interface.
  • a resist was applied to the surface (polished surface) of the quartz glass wafer on the side opposite to the silicon wafer, and patterning was performed by photolithography so as to expose the portion where the coplanar electrode pattern was to be formed. Thereafter, a Cr film of 50 nm thickness and a Ni film of 100 nm thickness were formed by sputtering on the upper surface of the quartz glass wafer exposed from the resist to form a base electrode. Furthermore, a coplanar electrode pattern was formed by depositing a copper film on the base electrode by electroplating. The length of the signal electrode in the waveguide direction was 10 mm. As described above, a waveguide device including coplanar electrodes, an inorganic material substrate, and a support substrate was obtained.
  • Propagation loss (dB/cm) was calculated from the measurement results of three waveguide elements having different signal electrode lengths and evaluated according to the following criteria. Table 1 shows the results. ⁇ (excellent): less than 0.5 dB/cm ⁇ (good): 0.5 dB/cm or more and less than 1 dB/cm ⁇ (acceptable): 1 dB/cm or more and less than 2 dB/cm ⁇ (improper): 2 dB/cm or more
  • ⁇ Reference example 2> 2-1 Fabrication of waveguide element (coplanar line with ground)
  • a quartz glass wafer (quartz glass substrate, inorganic material substrate) with a thickness of 0.5 mm was prepared, and a Cr film with a thickness of 50 nm and a Ni film with a thickness of 100 nm were formed on the quartz glass wafer by sputtering.
  • a thick film was formed to form a base electrode.
  • a film of copper was formed on the base electrode by electroplating to form a second ground electrode.
  • an amorphous silicon film of 0.2 ⁇ m was formed on the second ground electrode by sputtering.
  • the amorphous silicon film was polished and planarized. Using an atomic force microscope, the arithmetic mean roughness of the surface of the amorphous silicon film of square 10 ⁇ m was measured to be 0.2 nm.
  • a silicon wafer (support substrate) with a thickness of 525 ⁇ m was also prepared. Using an atomic force microscope, the arithmetic mean roughness of the surface of the silicon wafer with a square of 10 ⁇ m was measured and found to be 0.2 nm.
  • the amorphous silicon surface formed on the ground electrode was directly bonded to the silicon wafer.
  • Direct bonding was performed in the same manner as in Reference Example 1.
  • the quartz glass wafer was then polished to a thickness of 150 ⁇ m.
  • a coplanar electrode pattern was formed on the surface (polished surface) of the quartz glass wafer opposite to the silicon wafer.
  • the length of the signal electrode in the waveguide direction was 10 mm.
  • a waveguide element including a coplanar electrode, an inorganic material substrate, a second ground electrode, and a support substrate was obtained.
  • ⁇ Reference example 3> 3-1 Fabrication of waveguide element (microstrip line)
  • a quartz glass/second ground electrode/silicon composite substrate was obtained.
  • a resist was applied to the surface (polished surface) of the quartz glass wafer on the side opposite to the silicon wafer, and patterning was performed by photolithography so as to expose the portions where the microstrip electrodes were to be formed.
  • a Cr film of 50 nm thickness and a Ni film of 100 nm thickness were formed by sputtering on the upper surface of the quartz glass wafer exposed from the resist to form a base electrode.
  • a copper film was formed on the base electrode by electroplating to form a microstrip electrode.
  • the length of the microstrip electrodes in the waveguide direction was 10 mm.
  • a waveguide element was fabricated in the same manner as in Reference Example 3, except that a quartz glass wafer (quartz glass plate, inorganic material substrate) having a thickness of 2100 ⁇ m was prepared and the thickness of the polished quartz glass wafer was changed to 2000 ⁇ m. made.
  • the propagation loss of the obtained waveguide element was calculated and evaluated in the same manner as in Reference Example 1. Table 1 shows the results.
  • the waveguide device can be used in a wide range of fields such as waveguides, next-generation high-speed communications, sensors, laser processing, and solar power generation, and is particularly suitable for use as waveguides for millimeter waves to terahertz waves.
  • waveguide elements can be used, for example, in antennas, bandpass filters, couplers, delay lines (phase shifters), or isolators.

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Abstract

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が提供される。本発明の実施形態による導波素子は、無機材料基板と；信号電極および第１接地電極を含む導体層と；無機材料基板に対して導体層と反対側に位置する支持基板と；無機材料基板と支持基板との間に位置する第２接地電極と；支持基板に対して第２接地電極と反対側に位置する第３接地電極と；を備えている。第１接地電極と第２接地電極と第３接地電極とは電気的に接続されている。無機材料基板の厚みｔは、下記式（１）を満たしている。

Description

導波素子および導波素子の製造方法
　本発明は、導波素子および導波素子の製造方法に関する。
　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。
特表２０２１－５０９７６７号公報
　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。
［１］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、を備える導体層と；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；を備えている。第１接地電極と第２接地電極と第３接地電極とは電気的に接続されている。上記無機材料基板の厚みｔは、下記式（１）を満たしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 （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、３００ＧＨｚにおける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。）
［２］上記［１］に記載の導波素子は、第１ビアをさらに備えていてもよい。第１ビアは、上記第１接地電極と上記第３接地電極とを電気的に接続し、かつ、上記第２接地電極と電気的に接続されている。
［３］上記［２］に記載の導波素子は、第１ビアホールをさらに備えていてもよい。第１ビアホールには、上記第１ビアが配置される。第１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。
［４］上記［３］に記載の導波素子において、上記第１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。
［５］上記［３］に記載の導波素子において、上記第１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てもよい。
［６］上記［２］から［５］のいずれかに記載の導波素子は、第２ビアをさらに備えていてもよい。第２ビアは、上記第１接地電極と上記第２接地電極とを電気的に接続している。上記導波素子は、上記第１ビアを複数備えていてもよい。第２ビアは、複数の第１ビアのうち互いに隣り合う第１ビアの間に配置されている。
［７］上記［６］に記載の導波素子は、第２ビアホールをさらに備えていてもよい。第２ビアホールには、上記第２ビアが配置される。第２ビアホールは、上記無機材料基板を貫通し、かつ、上記支持基板を貫通しない。
［８］上記［１］に記載の導波素子は、第２ビアと、第３ビアとをさらに備えていてもよい。第２ビアは、上記第１接地電極と上記第２接地電極とを電気的に接続する。第３ビアは、上記第２接地電極と上記第３接地電極とを電気的に接続する。
［９］上記［１］から［８］のいずれかに記載の導波素子において、上記式（１）におけるａが６以上の数値を表していてもよい。
［１０］上記［１］から［９］のいずれかに記載の導波素子において、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以下であってもよい。
［１１］上記［１０］に記載の導波素子において、上記無機材料基板は、石英ガラス基板であってもよい。
［１２］上記［１］から［１１］のいずれかに記載の導波素子において、上記導体層は、コプレーナ型電極であってもよい。
［１３］上記［１］から［１１］のいずれかに記載の導波素子において、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ってもよい。
［１４］上記［１２］または［１３］に記載の導波素子では、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以上であってもよい。
［１５］本発明の別の局面による導波素子の製造方法は、上記［２］から［５］のいずれかに記載の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る積層体であり、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一括して貫通する第１ビアホールを有する積層体を準備する工程と；上記第１ビアホール内に上記第１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。
［１６］本発明の別の局面による導波素子の製造方法は、上記［６］に記載の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る積層体であり、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一括して貫通する第１ビアホールと、上記無機材料基板を貫通し上記支持基板を貫通しない（上記無機材料基板のみ貫通する）第２ビアホールとを有する積層体を準備する工程と；上記第１ビアホール内に上記第１ビアを形成し、上記第２ビアホール内に上記第２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。
［１７］本発明の別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、上記式（１）を満たしている。
［１８］本発明のさらに別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、を備える導体層と；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第１ビアと；前記第１接地電極と前記第２接地電極とを電気的に接続する第２ビアと；を備えている。該導波素子は、上記第１ビアを複数備えており、上記第２ビアは、複数の第１ビアのうち互いに隣り合う第１ビアの間に配置されている。上記無機材料基板の厚みｔは、上記式（１）を満たしている。
　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。
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１の導波素子のＩＩ－ＩＩ´断面図である。 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。 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。 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。 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。 本発明のさらに別の実施形態による導波素子の概略斜視図である。 図７の導波素子のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ´断面図である。 図７の導波素子のＩＸ－ＩＸ´断面図である。 図７の導波素子のＸ－Ｘ´断面図である。 本発明のさらに別の実施形態による導波素子のＸ－Ｘ´断面図である。 本発明のさらに別の実施形態による導波素子のＸ－Ｘ´断面図である。 本発明のさらに別の実施形態による導波素子のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ´断面図である。 本発明のさらに別の実施形態による導波素子のＸ－Ｘ´断面図である。
　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
Ａ－１．導波素子１００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。
　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；第１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（より具体的には上面）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。第１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。これによって、第１接地電極２ｂ，２ｃと第２接地電極３と第３接地電極４とは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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 （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、３００ＧＨｚにおける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、第１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。
　さらに、上記の構成では、第１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、第１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る。そのため、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が別々に設けられる場合（図１４参照）と比較して、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。
　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。
　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。
　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２μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上、より好ましくは３００μｍ以上、例えば８００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下である。
　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。
Ａ－２．導波素子１０１の全体構成
　図７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８は、図７の導波素子のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ´断面図であり；図９は、図７の導波素子のＩＸ－ＩＸ´断面図であり；図１０は、図７の導波素子のＸ－Ｘ´断面図である。
　図示例の導波素子１０１は、周波数が３０ＧＨｚ以上２０ＴＨｚ以下である電磁波、言い換えれば、上記したミリ波～テラヘルツ波の電磁波を導波可能である。とりわけ、導波素子１０１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。
　導波素子１０１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を備える導体層２と；支持基板７と；第２接地電極３と；第３接地電極４と；第１ビア５と；第２ビア６と；を備えている。つまり、導波素子１０１は、第２ビア６をさらに備えること以外は、導波素子１００と同様の構成を有している。
　導体層２は、無機材料基板１の上部（より具体的には上面）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。第１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。導波素子１０１は、上記第１ビア５を複数備えている。第２ビア６は、第１接地電極２ｂ，２ｃと第３接地電極３とを電気的に接続している。これによって、第１接地電極２ｂ，２ｃと第２接地電極３と第３接地電極４とは電気的に接続されている。第２ビア６は、複数の第１ビア５のうち互いに隣り合う第１ビア５の間に配置されている。無機材料基板１の厚みｔは、上記式（１）を満たしている。
　上記の構成によれば、第２ビアが互いに隣り合う第１ビアの間に配置されているので、無機材料基板における第１ビアおよび第２ビアのピッチを、支持基板における第１ビアのピッチよりも小さくすることができる。そのため、無機材料基板が上記のように薄厚化されていても、無機材料基板の強度を十分に確保することができる。
　また、図１４に示すように、導波素子１０１は、第１ビア５に代えて、第３ビア１０を備えていてもよい。言い換えれば、導波素子１０１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を備える導体層２と；支持基板７と；第２接地電極３と；第３接地電極４と；第２ビア６と；第３ビア１０と；を備えている。第３ビア１０は、第２接地電極３と第３接地電極４とを電気的に接続している。
　このような構成によれば、第２ビアが第１接地電極と第２接地電極とを接続し、第３ビアが第２接地電極と第３接地電極とを接続するので、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できる。これによっても、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。
　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～Ｉ項で説明する。また、導波素子の製造方法については、Ｊ項で説明する。
Ｂ．無機材料基板
　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（（）内の比誘電率と誘電正接は周波数３００ＧＨｚでの数値を示す。）。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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。
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。
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。
　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。
　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。より詳しくは、支持基板７の厚みは、無機材料基板の厚みに対して、例えば１．１倍以上、好ましくは１．５倍以上であり、例えば３０倍以下、好ましくは１０倍以下、さらに好ましくは５倍以下である。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。
　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（代表的には有機系接着剤）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Ｊ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。
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。
Ｇ．第１ビア
　図１に示すように、導波素子１００において、第１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第１ビアを第１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第１ビアを第１ビア５ｂとして互いに区別する場合がある。
　図２に示すように、第１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。第１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。第１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、第１ビア５ａ，５ｂのうちいずれか一方のみを備えていてもよい。
　第１ビア５は、代表的には導電膜である。第１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。第１ビア５の形状は、それが配置される第１ビアホール８の形状に対応する。つまり、導波素子１００は、複数の第１ビア５に対応して、複数の第１ビアホール８を有している。図示例では、第１ビア５ａが配置される第１ビアホールを第１ビアホール８ａとし、第１ビア５ｂが配置される第１ビアホールを第１ビアホール８ｂとして互いに区別する場合がある。第１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。第１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（上方）から見て円形状を有する。第１ビアホールが円形状を有する場合、第１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、第１ビアホール８は、無機材料基板１の表面（上面）方向（上方）から見て円形状を有し、かつ、無機材料基板１の表面（上面）方向（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。第１ビアホールが円形かつ直線的である場合、第１ビア５は、無機材料基板１の表面（上面）方向（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、第１ビア５の外径の範囲は、上記第１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、第１ビアホール８は、無機材料基板１の表面（上面）方向（上方）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、第１ビアホール８は、無機材料基板１の表面（上面）方向（上方）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。
　第１ビアホールがテーパ形状であると、第１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、第１ビアは、導体材料が第１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。
　第１ビアホールが円形かつテーパ形状である場合、第１ビア５の構造は特に限定はされないが、第１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、第１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、第１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と接触する第１ビア５の一端部の外径は、第３接地電極４と接触する第１ビア５の他端部の外径よりも小さい。第１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、第１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、第１ビアと導通されていればよく、第１ビアホールを塞ぐことなく開放していてもよい。
　また、図４に示すように、導波素子１００では、複数の第１ビア５ａが、信号電極２ａの長手方向に互いに間隔を空けて並んでいる。なお、複数の第１ビア５ａが並ぶ方向は、信号電極２ａの長手方向に限定されない。図５に示すように、複数の第１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、導波素子は、信号電極２ａの長手方向に並ぶ第１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。
　複数の第１ビア５ａのピッチＰ１（互いに隣り合う第１ビア５ａの中心間の距離）は、例えば４０μｍ以上、好ましくは６０μｍ以上であり、例えば６００μｍ以下、好ましくは４００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下である。
　また、導波素子１００は、第１ビア５ａと同様に、複数の第１ビア５ｂを備えていてもよい。
Ｈ．第２ビア
　図７から図９に示すように、導波素子１０１において、第２ビア６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２接地電極３とを電気的に接続する第２ビアを第２ビア６ａ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第２ビアを第２ビア６ｂとして互いに区別する場合がある。第２ビア６ａは、第１接地電極２ｂおよび第２接地電極３と接触しており、かつ、第３接地電極４と接触していない。第２ビア６ｂは、第１接地電極２ｃおよび第２接地電極３と接触しており、かつ、第３接地電極４と接触していない。なお、導波素子は、第２ビア６ａ，６ｂのうちいずれか一方のみを備えていてもよい。
　第２ビア６は、代表的には導電膜である。第２ビア６は、導体材料から構成され、代表的には第１ビア５と同様の金属で構成される。第２ビア６の形状は、それが配置される第２ビアホール９の形状に対応する。つまり、導波素子１０１は、第２ビア６に対応する第２ビアホール９を有している。図示例では、第２ビア６ａが配置される第２ビアホールを第２ビアホール９ａとし、第２ビア６ｂが配置される第２ビアホールを第２ビアホール９ｂとして互いに区別する場合がある。
　第２ビアホール９は、少なくとも無機材料基板１を貫通し、かつ、支持基板７を貫通しない。第２ビアホール９は、代表的には、無機材料基板１の表面（上面）方向（上方）から見て円形状を有する。第２ビアホールが円形状を有する場合、第２ビアホールの内径の範囲は、例えば、上記した第１ビアホールの内径の範囲と同様である。
　図９では、第２ビアホール９は、無機材料基板１の表面（上面）方向（上方）から見て円形状を有し、かつ、無機材料基板１の表面（上面）方向（厚み方向）に沿って直線的に無機材料基板１を貫通している。図９および図１０で示される第２ビアホール９は、第２接地電極３を貫通していない。第２ビアホール９が円形状かつ直線的である場合、第２ビア６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、第２ビア６の外径の範囲は、上記第２ビアホールの内径の範囲と同様である。
　図１１に示すように、第２ビアホール９は、導体層２から離れるにつれて先細りとなる円錐形状を有していてもよい。図１１で示される第２ビアホール９は、無機材料基板１および第２接地電極３を貫通し、その先端が支持基板７に到達している。第２ビアホール９が円錐形状である場合、第２ビア６の構造は特に限定はされないが、第２ビア６は、第２ビアホール９と同様の円錐形状であることが好ましい。この場合、第２ビア６の最大外径が、上記第２ビアホールの内径の範囲内となる。また、第２ビア６の頂点部（第２ビア６における導体層２と反対側の端部）は、支持基板７に到達していてもよい。
　なお、図示例では、第１接地電極が、第２ビアホールを塞ぐように形成されているが、第１接地電極の構成はこれに限定されない。第１接地電極は、第２ビアと導通されていればよく、第２ビアホールを塞ぐことなく開放していてもよい。
　図１０～図１３に示すように、第２ビア６は、所定方向に並ぶ複数の第１ビア５のうち、互いに隣り合う第１ビア５の間に配置されている。第２ビア６は、代表的には、互いに隣り合う第１ビア５の間の間隔の中央に位置している。
　図示例の導波素子１０１は、複数の第２ビア６（複数の第２ビア６ａ、および、複数の第２ビア６ｂ）を有している。図１０～図１２に示す導波素子１０１では、第２ビア６は、信号電極２ａの長手方向に並ぶ複数の第１ビア５（第１ビア５ａまたは第１ビア５ｂ）のうち、互いに隣り合う第１ビア５の間に配置されている。図１３に示す導波素子１０１では、第２ビア６は、信号電極２ａの長手方向と交差（好ましくは直交）する方向に並ぶ複数の第１ビア５（第１ビア５ａまたは第１ビア５ｂ）のうち、互いに隣り合う第１ビア５の間に配置されている。
　また、第２ビア６は、互いに隣り合う第１ビア５の間であれば、任意の適切な位置に配置できる。第２ビア６は、複数の第１ビアが並ぶ方向において、ｎ個の第１ビア５毎に配置されてもよい。ｎは、例えば１以上５以下であり、好ましくは１または２である。より好ましくは、第１ビア５と第２ビア６とは交互に配置される。また、複数の第２ビア６は、図１０および図１１に示すように、そのすべてが互いに隣り合う第１ビア５の間に配置されてもよく、図１２に示すように、少なくとも１つが互いに隣り合う第１ビア５の間に配置されていれば、第１ビア５の間に配置されていない第２ビア６を含んでいてもよい。
　互いに隣り合う第１ビア５と第２ビア６とのピッチＰ２（互いに隣り合う第１ビア５ａと第２ビア６ａとの中心間の距離）は、実質的にピッチＰ１（互いに隣り合う第１ビア５ａの中心間の距離）の１／２であって、例えば２５μｍ以上、好ましくは６０μｍ以上であり、例えば６００μｍ以下、好ましくは４００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下である。
　このように、第２ビア６を互いに隣り合う第１ビア５の間に配置することで、無機材料基板１における第１ビア５および第２ビア６のピッチＰ２を、支持基板７における第１ビア５のピッチＰ１よりも小さくすることができる。そのため、無機材料基板を上記のように薄厚化しても、無機材料基板の強度を十分に確保できる。
　また、図１１に示すように、第１ビアホール８が第２接地電極３から離れるにつれて大径となるテーパ形状を有し、かつ、支持基板７の厚みが無機材料基板１よりも大きいと、第１接地電極２ｂ，２ｃと接触する第１ビア５の一端部の外径よりも、第３接地電極４と接触する第１ビア５の他端部の外径が大きくなる場合がある。この場合、第２ビア６を設けずに複数の第１ビア５のピッチを上記したピッチＰ２のように狭くすると、第１ビア５の他端部同士が干渉するおそれがある。これに対して、導波素子１０１では、第２ビア６が互いに隣り合う第１ビア５の間に配置されているので、第１ビア５同士の干渉を抑制することができる。
Ｉ．第３ビア
　図１４に示すように、導波素子１０１は、複数の第１ビア５に代えて、複数の第３ビア１０を備えていてもよい。第３ビア１０は、第２接地電極３および第３接地電極４と接触しており、かつ、第１接地電極２ｂ，２ｃと接触していない。第３ビア１０は、代表的には導電膜である。第３ビア１０は、導体材料から構成され、代表的には第１ビア５と同様の金属で構成される。第３ビア１０の形状は、それが配置される基板ビアホール７１の形状に対応する。つまり、導波素子１０１は、第３ビア１０に対応する基板ビアホール７１を有していてもよい。基板ビアホール７１は、少なくとも支持基板７を貫通している。
Ｊ．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第１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、第１ビアホール８内に第１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。
　積層体１１を準備するには、例えば、無機材料基板１と支持基板７とを直接接合する。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、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。
　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。
　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第１ビアホール８ａ，８ｂを形成する。
　次いで、第１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の表面上の金属薄膜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、第１ビアホール８内に第１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、第１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、第１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。第１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。
　次に、図７～図９を参照して、導波素子１０１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１０１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をこの順に備える積層体１２であって、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第１ビアホール８と、無機材料基板１を貫通し支持基板７を貫通しない第２ビアホール９とを有する積層体１２を準備する工程と；第１ビアホール８内に第１ビア５を形成し、第２ビアホール９内に第２ビア６を形成し、支持基板７の下部に第３接地電極４を形成し、無機材料基板１の上部に導体層２を形成する工程と；を含んでいる。
　積層体１２は、積層体１１と同様に、無機材料基板と支持基板とを直接接合することにより準備される。
　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第１ビアホール８と、無機材料基板１を貫通し支持基板７を貫通しない第２ビアホール９と、を形成する。
　次いで、第１ビアホール８および第２ビアホール９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、上記と同様に、無機材料基板１の表面上の金属薄膜をマスクおよびエッチングして、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、第１ビアホール８内に第１ビア５が形成され、第２ビアホール９内に第２ビア６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、第１ビア、第２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、第１ビア５、第２ビア６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。第１ビア５と第２ビア６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１０１を製造し得る。
　なお、上記では、積層体を形成した後に第１ビアホールおよび第２ビアホールを形成して、第１ビアホールおよび第２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。無機材料基板に予め第２ビアホールを形成した後、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、それらの穴が連通して第１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。
　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。
＜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（１０μｍ四方の領域；以下同様）の算術平均粗さを測定したところ、０．２ｎｍであった。
　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。
　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。
　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。
　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。
　◎（優）：０．５ｄＢ／ｃｍ未満
　〇（良）：０．５ｄＢ／ｃｍ以上１ｄＢ／ｃｍ未満
　△（可）：１ｄＢ／ｃｍ以上２ｄＢ／ｃｍ未満
　×（不可）：２ｄＢ／ｃｍ以上
＜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。
　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。
　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、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。
　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。
＜参考例３＞
　３－１．導波素子（マイクロストリップ線路）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。
　３－２．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。
＜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。
＜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。
＜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。
＜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。
＜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。
＜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。
＜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。
＜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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　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。
　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。
　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　　　　　第１ビア
　６　　　　　第２ビア
　８　　　　　ビアホール
　１１　　　　積層体
　１２　　　　積層体

 

Claims (16)

  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配線と間隔を空けて配置されている第１接地電極と、を備える導体層と、
    　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、を備え、
    　前記第１接地電極と前記第２接地電極と前記第３接地電極とは電気的に接続されており、
    　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；
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     （式中、ｔは無機材料基板の厚みを表し；λは導波素子に導波される電磁波の波長を表し；εは、３００ＧＨｚにおける無機材料基板の比誘電率を表し；ａは３以上の数値を表す）。
  2. 　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第１ビアをさらに備える、請求項１に記載の導波素子。
  3. 　前記第１ビアが配置される第１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第１ビアホールをさらに備える、請求項２に記載の導波素子。
  4. 　前記第１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３に記載の導波素子。
  5. 　前記第１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３に記載の導波素子。
  6. 　前記第１接地電極と前記第２接地電極とを電気的に接続する第２ビアをさらに備え、
    　前記導波素子は、前記第１ビアを複数備え、
    　前記第２ビアは、複数の前記第１ビアのうち互いに隣り合う第１ビアの間に配置される、請求項２から５のいずれか一項に記載の導波素子。
  7. 　前記第２ビアが配置される第２ビアホールであって、前記無機材料基板を貫通し、かつ、前記支持基板を貫通していない第２ビアホールを有する、請求項６に記載の導波素子。
  8. 　前記第１接地電極と前記第２接地電極とを電気的に接続する第２ビアと、
    　前記第２接地電極と前記第３接地電極とを電気的に接続する第３ビアと、
    をさらに備えている、請求項１に記載の導波素子。
  9. 　前記式（１）において、ａが６以上の数値を表す、請求項１から８のいずれか一項に記載の導波素子。
  10. 　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から９のいずれか一項に記載の導波素子。
  11. 　前記無機材料基板は、石英ガラス基板である、請求項１０に記載の導波素子。
  12. 　前記導体層は、コプレーナ型電極である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の導波素子。
  13. 　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１１のいずれか一項に記載の導波素子。
  14. 　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１２または１３に記載の導波素子。
  15. 　請求項２から５のいずれか一項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第１ビアホールを有する積層体を準備する工程と、
    　前記第１ビアホール内に前記第１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。
  16. 　請求項６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る積層体であって、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一括して貫通する第１ビアホールと、前記無機材料基板を貫通し前記支持基板を貫通しない第２ビアホールとを有する積層体を準備する工程と、
    　前記第１ビアホール内に前記第１ビアを形成し、前記第２ビアホール内に前記第２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。

     
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000277661A (ja) * 1999-03-23 2000-10-06 Nec Corp 多層基板
JP2004023192A (ja) * 2002-06-12 2004-01-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マイクロ波伝送線路
JP2005051330A (ja) * 2003-07-29 2005-02-24 Kyocera Corp 誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造およびそれを用いた高周波回路基板ならびに高周波素子搭載用パッケージ
US20100253450A1 (en) * 2006-11-17 2010-10-07 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for transitioning millimeter wave between dielectric waveguide and transmission line

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000277661A (ja) * 1999-03-23 2000-10-06 Nec Corp 多層基板
JP2004023192A (ja) * 2002-06-12 2004-01-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> マイクロ波伝送線路
JP2005051330A (ja) * 2003-07-29 2005-02-24 Kyocera Corp 誘電体導波管線路と高周波伝送線路との接続構造およびそれを用いた高周波回路基板ならびに高周波素子搭載用パッケージ
US20100253450A1 (en) * 2006-11-17 2010-10-07 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus for transitioning millimeter wave between dielectric waveguide and transmission line

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