接合基板及び接合方法
【課題】陽極接合に用いる金属薄膜の耐酸化性を向上させ、剥離しにくい膜を作成する。
【解決手段】一面に金属薄膜が形成された第１のガラス基板と、金属薄膜によって陽極接合された第２のガラス基板と、を備える接合基板である。金属薄膜の陽極接合によって酸化されていない部分は前記金属薄膜の主組成の体心立方格子構造の微結晶を含み、前記微結晶の格子定数が前記主組成のバルクの格子定数より小さい。
【解決手段】一面に金属薄膜が形成された第１のガラス基板と、金属薄膜によって陽極接合された第２のガラス基板と、を備える接合基板である。金属薄膜の陽極接合によって酸化されていない部分は前記金属薄膜の主組成の体心立方格子構造の微結晶を含み、前記微結晶の格子定数が前記主組成のバルクの格子定数より小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極接合により複数のガラス基板を接合した接合基板及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、マイクロリアクタと呼ばれる小型反応器が開発・実用化されている。マイクロリアクタは、複数種類の原料や試薬、燃料などの反応物を互いに混合させながら反応させる小型反応器であって、マイクロ領域での化学反応実験、薬品の開発、人工臓器の開発、ゲノム・ＤＮＡ解析ツール、マイクロ流体工学の基礎解析ツールなどに利用されている。マイクロリアクタを用いる化学反応には、ビーカ、フラスコなどを用いた通常の化学反応にはない特徴がある。例えば、反応器全体が小さいため、熱交換率が極めて高く温度制御が効率良く行えるという利点がある。そのため、精密な温度制御を必要とする反応や急激な加熱又は冷却を必要とする反応でも容易に行うことができる。
【０００３】
具体的にマイクロリアクタには、反応物を流動させるチャネル（流路）や反応物同士を反応させるリアクタ（反応槽）などが形成されている。特許文献１では、所定パターンの溝を形成したシリコン基板と耐熱性のガラス基板とを互いに貼り合わせた状態で陽極接合し、２枚の基板の間の密閉領域にチャネルを形成している。
【０００４】
陽極接合とは、高温環境下（例えば、３００℃〜４００℃）でガラス基板とシリコン基板とを接触させた状態で、シリコン基板に陽極を、ガラス基板に陰極を接触させて高電圧を印加することで、シリコン基板側の正電荷を帯びたＳｉと、ガラス基板側のＳｉＯ2の負電荷を帯びた酸素原子とを界面で共有結合させる接合技術である。大気中でも基板の接合を行えることなどから、基板の接合技術においては特に優れた技術とされている。
【０００５】
また、ガラス基板同士を接合する場合には、一方のガラス基板に金属薄膜を設け、金属薄膜が設けられたガラス基板に陽極を、他方のガラス基板に陰極を接触させて高電圧を印加することで、金属薄膜側の正電荷を帯びた金属と、ガラス基板側のＳｉＯ2の負電荷を帯びた酸素原子とを界面で共有結合させ、接合を行うことができる（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２２８１５９号公報（段落番号００１８〜００１９参照）
【特許文献２】特開平８−２９３７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
陽極接合に用いる金属薄膜には、ＳｉＯ2の酸素原子と結合する金属を用いることができ、例えばＴａを含む金属薄膜を用いることができる。
一方、金属薄膜の表面の金属は、陽極接合するまで際に、界面のＳｉＯ2の酸素原子と結合するため、ガラス基板の製造工程で酸化されないように耐酸化性が高いことが好ましい。
【０００７】
本発明の課題は、陽極接合に用いる金属薄膜の耐酸化性を向上させ、剥離しにくい膜を作成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、一方の面に金属薄膜が形成された第１のガラス基板と、前記金属薄膜によって陽極接合された第２のガラス基板と、を備え、前記金属薄膜はＴａを主組成とした体心立方格子構造の微結晶を含み、前記微結晶の格子定数が前記主組成のバルクの格子定数より小さいことを特徴とする接合基板である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の接合基板において、前記主組成はＴａであり、前記主組成のバルクの体心立方格子の格子定数は３．３７Åであることを特徴とする接合基板である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の接合基板において、Ｔａ以外の不純物はＡｌであることを特徴とする接合基板である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合基板において、前記接合基板はマイクロリアクタの一部を構成することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、一方の面に金属薄膜が形成された第１のガラス基板と、第２のガラス基板とを互いに当接させ、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを陽極接合する接合方法において、前記金属薄膜を、Ｔａを主組成としＡｌを１ｍｏｌ％以下含有するターゲットを用いてスパッタリングにより形成することを特徴とする接合方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、陽極接合に用いる金属薄膜の耐酸化性を向上させ、剥離しにくい膜を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１５】
図１は、本発明が適用される反応装置１０が用いられる発電装置１００のブロック図である。この発電装置１００は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
【００１６】
発電装置１００は、燃料容器１０１と、改質燃料気化器１０２ａと、燃焼燃料気化器１０２ｂと、反応装置１０と、発電セル１０３と、を備える。燃料容器１０１は、メタノール、エタノール、ブタン等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留し、図示しないマイクロポンプにより燃料及び水の混合液を改質燃料気化器１０２ａ、燃焼燃料気化器１０２ｂ経由で、反応装置１０に供給する。なお、以下の説明では燃料としてメタノールを使用する場合について説明するが、エタノール、ブタン等の燃料についても同様である。
【００１７】
反応装置１０は、高温反応部１１と、低温反応部１２とを有し、図示しない断熱容器に収納される。高温反応部１１は改質器１３、燃焼器１５及び高温ヒーター１７を有し、低温反応部１２はＣＯ除去器１４、及び低温ヒーター１６を有する。
【００１８】
燃料容器１０１から供給された燃料と水は、改質燃料気化器１０２ａにより気化され、改質器１３に供給される。改質器１３は、改質燃料気化器１０２ａから供給された燃料と水の混合気を化学反応式（１）のように反応させ、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス（及び後述の副生成物である一酸化炭素を含む）の混合気体を生成する。ＣＯ除去器１４は、化学反応式（１）についで逐次的に起こる化学反応式（２）のような式によって微量に副生される一酸化炭素を化学反応式（３）のように酸化させることで混合気体から除去する。以下、この一酸化炭素を除去した混合気体を改質ガスという。改質ガスは発電セル１０３の燃料極側に供給される。
【００１９】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（３）
【００２０】
発電セル１０３の燃料極側にはＣＯ除去器１４から改質ガスが供給される。改質ガスのうちの水素ガスは電気化学反応式（４）に示すように、燃料極に設けられた触媒により水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは電解質膜を通過して酸素極側へ移動し、電子は外部回路を経て酸素極に移動する。酸素極側では、電気化学反応式（５）に示すように、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を経て酸素極から供給される電子と、外気から供給される酸素ガスとの化学反応により水を生成する。この燃料極と酸素極の電極電位の差から電気エネルギーを取り出すことができる。
【００２１】
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（４）
２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ …（５）
【００２２】
なお、上記電気化学反応をせずに残った水素ガス（以下、オフガスという）を、燃焼器１５に供給してもよい。
【００２３】
燃焼器１５は、燃料容器１０１から供給された燃料、または、オフガスに、酸素を混在させて燃焼し高温反応部１１を２５０℃以上、例えば約２５０〜４００℃に加熱する。高温ヒーター１７は起動時に燃焼器１５の代わりに高温反応部１１を加熱する。
低温ヒーター１６は、起動時に低温反応部１２を２００℃未満、例えば約１１０〜１９０℃に加熱する。
【００２４】
次に、反応装置１０の構造について説明する。図２は反応装置１０の平面図であり、図３は図２のIII−III矢視断面図である。反応装置１０には、高温反応部１１と低温反応部１２との間に熱伝導を妨げるためのスリット５０が設けられている。また、反応装置１０の外周部には、改質燃料気化器１０２ａから改質器１３に燃料と水の混合気を供給する供給管５１、燃料容器１０１から燃焼燃料気化器１０２ｂ経由で燃焼器１５に燃料を供給する供給管５２、燃焼器１５から燃焼ガスを排出する排出管５３、ＣＯ除去器１４に酸素を供給する供給管５４、ＣＯ除去器から改質ガスを排出する排出管５５が設けられている。
【００２５】
反応装置１０は例えば図３に示すように、３枚のガラス基板２０、３０、４０を貼り合わせて形成された接合基板である。上部ガラス基板２０と中央ガラス基板３０の対向する面には、それぞれ対向配置されて改質器１３を形成する溝２１，３１、対向配置されてＣＯ除去器１４を形成する溝２２，３２が形成されている。
溝２１，３１内には、化学反応式（１）、（２）の改質反応を促進させる改質触媒２３，３３が設けられている。また、溝２２，３２内には、化学反応式（３）のＣＯ選択酸化反応を促進させるＣＯ選択酸化触媒２４，３４が設けられている。
【００２６】
また、中央ガラス基板３０には、溝３１の裏側に高温ヒーター１７が、溝３２の裏側に低温ヒーター１６が設けられている。また、高温ヒーター１７は絶縁保護膜１８により被覆されている。絶縁保護膜１８は、例えばＳｉＯ2からなる。このような絶縁保護膜１８は、スピンオンガラス（ＳＯＧ）を高温ヒーター１７に塗布し、中央ガラス基板３０全体を４００〜５００℃で焼成することで形成される。ＳＯＧには、例えばメチルシロキサン等のＳｉ，Ｏを含む有機化合物が含まれており、塗布したＳＯＧを焼成することによりＳｉＯ2層が形成される。
なお、高温ヒーター１７は後述するように燃焼器１５内に配置されることになるが、絶縁保護膜１８により被覆されているので、オフガスに含まれる水素の影響を受けることはない。
【００２７】
高温ヒーター１７は、発熱抵抗層１７ａと、密着層兼拡散防止層１７ｂ，１７ｃとからなり、低温ヒーター１６は、発熱抵抗層１６ａと、密着層兼拡散防止層１６ｂとからなる。
発熱抵抗層１７ａ，１６ａは、抵抗率が低くかつ温度係数が大きい材料、例えばＡｕからなり、高温ヒーター１７、低温ヒーター１６の導電性を向上させる。
密着層兼拡散防止層１７ｂ，１６ｂは発熱抵抗層１７ａ，１６ａとガラス基板３０との間の密着性を向上させる密着性に優れた材料、例えば、Ｗ等からなる。なお、密着層兼拡散防止層１７ｂ，１６ｂは、ガラス基板３０に形成した、後述する陽極接合用の金属薄膜３６の上に設けてもよい。
密着層兼拡散防止層１７ｃは、発熱抵抗層１７ａと絶縁保護膜１８との間の密着性を向上させる密着性に優れた材料、例えば、Ｗ等からなる。（なお、高温ヒーター１７、低温ヒーター１６は温度計としても利用することができる。）
【００２８】
下部ガラス基板４０には、中央ガラス基板３０と対向する面に、燃焼器１５となる溝４１、低温ヒーター１６を収納する溝４２が設けられている。中央ガラス基板３０と下部ガラス基板４０を重ね合わせることで高温ヒーター１７は溝４１内に配置され、低温ヒーター１６は溝４２内に配置される。
溝４１内には燃料を燃焼させる燃焼用触媒４３が設けられている。この溝４１内が中央ガラス基板３０に蓋をされることで燃焼器１５となる。
なお、低温反応部１２側にも燃焼器を設けてもよい。
【００２９】
上記溝２１，２２、３１，３２，４１，４２は、ガラス基板２０，３０，４０をサンドブラスト等により切削することで形成される。
【００３０】
また、中央ガラス基板３０には、上部ガラス基板２０との当接部に、陽極接合用の金属薄膜３５が形成されている。同様に、下部ガラス基板４０との当接部に、陽極接合用の金属薄膜３６が形成されている。
【００３１】
金属薄膜３５，３６に用いる金属としては、酸素と結合する金属を用いることができ、例えばＴａを含む金属薄膜を用いることができる。
一方、金属薄膜３５，３６の表面の金属は、上部ガラス基板２０、下部ガラス基板４０と陽極接合する際に、界面のＳｉＯ2の酸素原子と結合するため、金属薄膜３５，３６は中央ガラス基板３０の製造工程で酸化されないように耐酸化性が高いことが好ましい。
【００３２】
ここで、中央ガラス基板３０の製造工程について説明する。まず、ガラス基板の一方の面に、金属薄膜３６となるＴａ含有層、密着層兼拡散防止層１７ｂ，１６ｂとなるＷ層、発熱抵抗層１７ａ，１６ａとなるＡｕ層、密着層兼拡散防止層１７ｃとなるＷ層を順に積層し、Ｔａ／Ｗ／Ａｕ／Ｗの積層構造を形成する。また、ガラス基板の他方の面に、金属薄膜３６となる金属薄膜を形成する。次に、Ｔａ／Ｗ／Ａｕ／Ｗの積層構造をパターニングし、金属薄膜３５，３６，高温ヒーター１７、低温ヒーター１６を形成する。
【００３３】
次に、ガラス基板の金属薄膜３６，高温ヒーター１７、低温ヒーター１６を形成した面に、ＳＯＧを塗布し、４００〜５００℃で焼成し、ＳｉＯ2層を形成する。このとき、発熱抵抗層１７ａ，１６ａのアニールが同時に行われる。
次に、ＳＯＧを焼成したＳｉＯ2層をパターニングし、絶縁保護膜１８を形成する。その後、サンドブラストにより溝３１，３２を形成し、切断（ダイシング）することで中央ガラス基板３０が製造される。
【００３４】
上記製造工程において、４００〜５００℃で焼成して絶縁保護膜１８を形成するときに酸化が進み、中央ガラス基板３０を切断（ダイシング）する時に、金属薄膜３５，３６の剥離が生じるおそれがある。そこで、金属薄膜３５，３６は陽極接合時まで酸化されないようにし、剥離が発生しにくいように、以下に示す構造であることが重要である。
【００３５】
すなわち、このＴａを含む金属薄膜は、後述する実施例に示すように、表面が体心立方格子の微結晶構造であり、その微結晶の格子定数がＴａのバルクの体心立方格子の格子定数（３．３７Å）以下であることが重要である。このような微結晶構造を表面に有する金属薄膜では、４００〜５００℃の高温にしてもＴａの酸化が生じにくく、剥離が発生しにくい。
【００３６】
上記構造の金属薄膜は、Ｔａを主組成としＡｌを１ｍｏｌ％含有させたターゲット材料を用いてスパッタリングを行うことにより形成することができる。このようにして形成した金属薄膜は表面が体心立方格子の微結晶構造となり、その微結晶の格子定数がＴａのバルクの体心立方格子の格子定数（３．３７Å）以下となる。
【００３７】
次に、上部ガラス基板２０と中央ガラス基板３０、中央ガラス基板３０、下部ガラス基板４０を陽極接合により貼り合わせる手順について説明する。
まず、上部ガラス基板２０及び中央ガラス基板３０を高温雰囲気に曝露することによりこれらを加熱する。そして金属薄膜３５と上部ガラス基板２０とを接触させた状態で、金属薄膜３５側に陽極を接触させるとともに上部ガラス基板２０の上面（中央ガラス基板３０との接合面と反対側の面）に陰極を接触させ、金属薄膜３５と上部ガラス基板２０との間に高電圧を印加する。すると、金属薄膜３５側の正電荷を帯びた金属元素と、上部ガラス基板２０側のＳｉＯ2の負電荷を帯びた酸素原子とが共有結合する。以上により、上部ガラス基板２０と中央ガラス基板３０とが接合される。
【００３８】
同様に、接合した上部ガラス基板２０及び中央ガラス基板３０と、下部ガラス基板４０とを高温雰囲気に曝露することによりこれらを加熱する。そして金属薄膜３６と下部ガラス基板４０とを接触させた状態で、金属薄膜３６側に陽極を接触させるとともに下部ガラス基板４０の下面（中央ガラス基板３０との接合面と反対側の面）に陰極を接触させ、金属薄膜３６と下部ガラス基板４０との間に高電圧を印加することで、中央ガラス基板３０と下部ガラス基板４０とが接合される。
なお、中央ガラス基板３０と下部ガラス基板４０との接合を先に行い、その後、中央ガラス基板３０と上部ガラス基板２０との接合を行ってもよい。
【実施例１】
【００３９】
Ｔａ単体またはＴａを含む様々な組成のターゲットを用いてスパッタリングを行い、ガラス基板上にＴａを含む金属薄膜を作成した。その後、結晶構造の確認、耐酸化性の調査、剥離の有無の調査を行った。
【００４０】
〔１〕ターゲット
以下に示す組成のターゲットを用いてそれぞれ金属薄膜を形成した。
（１）（0）Ｔａ単体
（２）Ｔａ−Ｓｉ系
（i）ＴａとＳｉとをモル比５０：５０のストライプ組成にしたもの（Ｓｉ：５０ｍｏｌ％）
（ii）ＴａとＳｉとをモル比７０：３０のストライプ組成にしたもの（Ｓｉ：３０ｍｏｌ％）
（iii）ＴａとＳｉとをモル比９０：１０のストライプ組成にしたもの（Ｓｉ：１０ｍｏｌ％）
（iv）ＴａとＳｉとをモル比９５：５のストライプ組成にしたもの（Ｓｉ：５ｍｏｌ％）
（v）ＴａにＳｉを３ｍｏｌ%混合したもの（Ｓｉ：３ｍｏｌ％）
（vi）ＴａにＳｉを１ｍｏｌ%混合したもの（Ｓｉ：１ｍｏｌ％）
（３）Ｔａ−Ｇｅ系
（vii）ＴａにＧｅを３ｍｏｌ%混合したもの（Ｇｅ：３ｍｏｌ％）
（viii）ＴａにＧｅを１ｍｏｌ%混合したもの（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）
（４）Ｔａ−Ａｌ系
（ix）ＴａにＡｌを３ｍｏｌ%混合したもの（Ａｌ：３ｍｏｌ％）
（x）ＴａにＡｌを１ｍｏｌ%混合したもの（Ａｌ：１ｍｏｌ％）
【００４１】
ここで、（２）のストライプ組成とは、例えば、円板状のターゲットを角度方向に分割して配置し、面積比率を調整したものである。
例えば、（i）モル比５０：５０のストライプ組成は、円板状のターゲットの中心を通る線でターゲットを偶数個に分割し、Ｔａ領域とＳｉ領域とを交互に配置することで実現する。
同様に、（ii）モル比７０：３０のストライプ組成、（iii）モル比９０：１０のストライプ組成、（iv）モル比９５：５のストライプ組成は、例えば円板状のターゲットの中心を通る線でターゲットを９°毎に分割し、それぞれ（ii）７個（６３°）のＴａ領域と３個（２７°）のＳｉ領域とを交互に配置、（iii）９個（８１°）のＴａ領域と１個（９°）のＳｉ領域とを交互に配置、（iv）１９個（１７１°）のＴａ領域と１個（９°）のＳｉ領域とを交互に配置することで実現する。
また、混合とは、面積比率を調整するのではなく、固溶元素として、所望のモル比で混合したものをターゲットとして一様に配置することで実現する。
【００４２】
〔２〕スパッタリング条件
到達真空度を５×１０-4Ｐａ、スパッタリング圧力を０．７Ｐａとし、１５ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度で２００ｎｍの金属薄膜を作成した。
【００４３】
〔３〕結晶構造の確認
Ｘ線回折により金属薄膜表面の結晶構造を解析した。
〔４〕耐酸化性の調査
金属薄膜を形成したガラス基板を４００℃で３０分加熱した後、ラザフォード後方散乱分析（ＲＢＳ分析）により金属薄膜の組成・密度を分析し、酸素の侵入程度により耐酸化性を調査した。
〔５〕剥離の有無の調査
金属薄膜を形成したガラス基板に対し、サンドブラストにて溝を形成した後、ダイシングした。その後の金属薄膜のガラス基板からの剥離があるかどうかを観察した。
【００４４】
〔６〕結果
表１に結果を示す。この表は、ターゲットの組成（括弧内は実際に作成されたものを実測した組成）の差によって、構造、特性等がどのように変わるかを示している。
【表１】
【００４５】
（１）Ｔａ単体
Ｔａ単体をターゲットに用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図４に、４００℃に加熱後のＲＢＳ分析の結果を図５に示す。金属薄膜表面は多結晶であり、結晶系は正方晶（tetragonal）であった。バルクの結晶系が立方晶（cubic）であるのに対し、異なる結晶系となった。また、ＲＢＳ分析により酸化の程度を調査したところ、酸素は７３ｎｍ程度まで侵入していた（図５）。
正方晶（tetragonal）であることは、膜が準安定状態にあることを示し、立方晶（cubic）に比べて酸化しやすいと考えられる。
【００４６】
Ｔａ単体の金属薄膜を形成したガラス基板に対して、加熱前にサンドブラスト、ダイシングを施した後の金属薄膜の剥離は生じなかった。
しかし、加熱後にサンドブラスト、ダイシングを施す過程で金属薄膜の剥離が生じた。また、目視でも表面の色に変化が認められた。
【００４７】
（２）Ｔａ―Ｓｉ系
（i）〜（v）（Ｓｉ：５０〜３ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の結晶構造は、アモルファスと判断された。その例として、（ii）（Ｓｉ：３０ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図６に示す。また、ＲＢＳ分析により金属薄膜の組成を分析すると（v）（Ｓｉ：３ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の組成はＳｉが２．４ｍｏｌ％になっていることが確認された。
【００４８】
一方、（vi）（Ｓｉ：１ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜では、微結晶構造となっていると判断された。その金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図７に示す。図６と比較してピークが鋭くなっているだけでなく、ピークに対して（１１０）と（２１１）のミラー指数が指数付けされた。この指数は体心立方格子（body-centered cubic lattice）の結晶格子面が形成されていることを示す。すなわち、結晶系は立方晶（cubic）となっていることがわかる。同様に、ＲＢＳ分析により金属薄膜の組成を分析すると、この金属薄膜の組成はＳｉが検出限界の１ｍｏｌ％以下になっていることが確認された。
【００４９】
これらのＴａ―Ｓｉ系の金属薄膜について、ＲＢＳ分析により加熱後の酸化の程度を調査したところ、酸素の侵入は、いずれも２０ｎｍ〜３０ｎｍまでであった。したがって、Ｔａ単体の金属薄膜と比較して耐酸化性が改善されていた。
【００５０】
Ｔａ―Ｓｉ系の金属薄膜を形成したガラス基板に対して、加熱前にサンドブラスト、ダイシングを施したところ、金属薄膜の剥離が生じた。耐酸化性は改善されてはいるが、堅くて脆い膜になっていると思われる。
【００５１】
（３）Ｔａ−Ｇｅ系
（vii）（Ｇｅ：３ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の結晶構造は、アモルファスと判断された。
一方、（viii）（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の結晶構造は、微結晶構造になっていると判断された。その金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図９に示す。ピークに対して（１１０）と（２１１）のミラー指数が指数付けされ、結晶系が立方晶（cubic）となっていることがわかる。また、ＲＢＳ分析により金属薄膜の組成を分析すると、この金属薄膜の組成はＧｅが０．５ｍｏｌ％になっていることが確認された。
【００５２】
これらのＴａ―Ｇｅ系の金属薄膜について、ＲＢＳ分析により加熱後の酸化の程度を調査したところ、酸素の侵入は、いずれも２０ｎｍ〜３０ｎｍまでであった。したがって、Ｔａ単体の金属薄膜と比較して耐酸化性が改善されていた。
【００５３】
Ｔａ―Ｇｅ系の金属薄膜を形成したガラス基板に対して、加熱前にサンドブラスト、ダイシングを施したところ、金属薄膜の剥離が生じた。
（４）Ｔａ−Ａｌ系
（ix）（Ａｌ：３ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の結晶構造は、アモルファスと判断された。そのターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図１０に示す。また、ＲＢＳ分析により金属薄膜の組成を分析すると、この金属薄膜の組成はＡｌが１．３ｍｏｌ％になっていることが確認された。
一方、（x）（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の結晶構造は、微結晶構造になっていると判断された。その金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図１１に示す。ピークに対して（１１０）と（２１１）のミラー指数が指数付けされ、結晶系が立方晶（cubic）となっていることがわかる。そして、微結晶の結晶子サイズは回折ピークの半値幅から計算され、１２０〜１５０Åになっていることがわかる。
【００５４】
これらのＴａ―Ａｌ系の金属薄膜について、ＲＢＳ分析により４００℃に加熱後の酸化の程度を調査したところ、酸素の侵入は、いずれも２０ｎｍ〜３０ｎｍまでであった。その例として、（x）（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＲＢＳ分析の結果を図１２に示す。（ＡｌはＲＢＳ分析によっても、１ｍｏｌ％の検出限界以下で、ＥＳＣＡ（光電子分光法）によっても、０．１ｍｏｌ％の検出限界以下となり、検出できなかった。）
したがって、Ｔａ単体の金属薄膜と比較して耐酸化性が改善されていた。
【００５５】
Ｔａ―Ａｌ系の金属薄膜を形成したガラス基板に対して、加熱前にサンドブラスト、ダイシングを施したところ、（ix）（Ａｌ：３ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜では、剥離が生じた。一方、（x）（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜では、耐酸化性が高く、剥離もなく、良好な密着性が得られた。
【００５６】
〔７〕格子定数の算出
（vi）（Ｓｉ：１ｍｏｌ％）、（viii）（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）、（x）（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のいずれについても、結晶構造はともに微結晶であるにもかかわらず、金属薄膜の剥離が見られなかったのは（x）（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のみであった。そこで、これらの金属薄膜の差の原因を探るために格子定数の計算をした。
結晶構造が微結晶であり、また、配向性もあることから、（２１１）の結晶格子面から格子定数の計算をした。
【００５７】
以下に計算した格子定数を記載する。
（vi）Ｔａ−Ｓｉ（Ｓｉ：１ｍｏｌ％）：３．３９Å
（viii）Ｔａ−Ｇｅ（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）：３．３７Å
（x）Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：１ｍｏｌ％）：３．３６Å
【００５８】
（vi）Ｔａ−Ｓｉ（Ｓｉ：１ｍｏｌ％）、（viii）Ｔａ−Ｇｅ（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）の格子定数は、Ｔａのバルクの体心立方格子の格子定数（３．３７Å）以上であった。一方、（x）Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：１ｍｏｌ％）の格子定数は、バルクのＴａの格子定数（３．３７Å）よりも小さかった。Ｔａのバルクの体心立方格子の格子定数以上であった（vi）Ｔａ−Ｓｉ（Ｓｉ：１ｍｏｌ％）、（viii）Ｔａ−Ｇｅ（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）について剥離が発生したことを考慮すると、不純物を入れて結晶系を立方晶（ｃｕｂｉｃ）である微結晶にする場合、少なくともＴａのバルクの体心立方格子の格子定数より小さくすることが重要であると判断される。
【００５９】
〔８〕反応装置の作成
（x）Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて陽極接合用の金属薄膜をガラス基板に作成し、その後ＳＯＧの塗布、焼成、サンドブラスト、ダイシングのプロセスを経て所望の性能を満たす反応装置を作成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る反応装置１０が用いられる発電装置１００のブロック図である。
【図２】反応装置１０の平面図である。
【図３】図２のIII−III矢視断面図である。
【図４】Ｔａ単体をターゲットに用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図５】Ｔａ単体をターゲットに用いて作成した金属薄膜のＲＢＳ分析の結果である。
【図６】Ｔａ−Ｓｉ（Ｓｉ：３０ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図７】Ｔａ−Ｓｉ（Ｓｉ：１ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図８】Ｔａ−Ｇｅ（Ｇｅ：３ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図９】Ｔａ−Ｇｅ（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図１０】Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：３ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図１１】Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図１２】Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＲＢＳ分析の結果である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 反応装置（接合基板）
２０，３０，４０ ガラス基板
３５，３６ 金属薄膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極接合により複数のガラス基板を接合した接合基板及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、マイクロリアクタと呼ばれる小型反応器が開発・実用化されている。マイクロリアクタは、複数種類の原料や試薬、燃料などの反応物を互いに混合させながら反応させる小型反応器であって、マイクロ領域での化学反応実験、薬品の開発、人工臓器の開発、ゲノム・ＤＮＡ解析ツール、マイクロ流体工学の基礎解析ツールなどに利用されている。マイクロリアクタを用いる化学反応には、ビーカ、フラスコなどを用いた通常の化学反応にはない特徴がある。例えば、反応器全体が小さいため、熱交換率が極めて高く温度制御が効率良く行えるという利点がある。そのため、精密な温度制御を必要とする反応や急激な加熱又は冷却を必要とする反応でも容易に行うことができる。
【０００３】
具体的にマイクロリアクタには、反応物を流動させるチャネル（流路）や反応物同士を反応させるリアクタ（反応槽）などが形成されている。特許文献１では、所定パターンの溝を形成したシリコン基板と耐熱性のガラス基板とを互いに貼り合わせた状態で陽極接合し、２枚の基板の間の密閉領域にチャネルを形成している。
【０００４】
陽極接合とは、高温環境下（例えば、３００℃〜４００℃）でガラス基板とシリコン基板とを接触させた状態で、シリコン基板に陽極を、ガラス基板に陰極を接触させて高電圧を印加することで、シリコン基板側の正電荷を帯びたＳｉと、ガラス基板側のＳｉＯ2の負電荷を帯びた酸素原子とを界面で共有結合させる接合技術である。大気中でも基板の接合を行えることなどから、基板の接合技術においては特に優れた技術とされている。
【０００５】
また、ガラス基板同士を接合する場合には、一方のガラス基板に金属薄膜を設け、金属薄膜が設けられたガラス基板に陽極を、他方のガラス基板に陰極を接触させて高電圧を印加することで、金属薄膜側の正電荷を帯びた金属と、ガラス基板側のＳｉＯ2の負電荷を帯びた酸素原子とを界面で共有結合させ、接合を行うことができる（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２２８１５９号公報（段落番号００１８〜００１９参照）
【特許文献２】特開平８−２９３７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
陽極接合に用いる金属薄膜には、ＳｉＯ2の酸素原子と結合する金属を用いることができ、例えばＴａを含む金属薄膜を用いることができる。
一方、金属薄膜の表面の金属は、陽極接合するまで際に、界面のＳｉＯ2の酸素原子と結合するため、ガラス基板の製造工程で酸化されないように耐酸化性が高いことが好ましい。
【０００７】
本発明の課題は、陽極接合に用いる金属薄膜の耐酸化性を向上させ、剥離しにくい膜を作成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、一方の面に金属薄膜が形成された第１のガラス基板と、前記金属薄膜によって陽極接合された第２のガラス基板と、を備え、前記金属薄膜はＴａを主組成とした体心立方格子構造の微結晶を含み、前記微結晶の格子定数が前記主組成のバルクの格子定数より小さいことを特徴とする接合基板である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の接合基板において、前記主組成はＴａであり、前記主組成のバルクの体心立方格子の格子定数は３．３７Åであることを特徴とする接合基板である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の接合基板において、Ｔａ以外の不純物はＡｌであることを特徴とする接合基板である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合基板において、前記接合基板はマイクロリアクタの一部を構成することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、一方の面に金属薄膜が形成された第１のガラス基板と、第２のガラス基板とを互いに当接させ、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを陽極接合する接合方法において、前記金属薄膜を、Ｔａを主組成としＡｌを１ｍｏｌ％以下含有するターゲットを用いてスパッタリングにより形成することを特徴とする接合方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、陽極接合に用いる金属薄膜の耐酸化性を向上させ、剥離しにくい膜を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１５】
図１は、本発明が適用される反応装置１０が用いられる発電装置１００のブロック図である。この発電装置１００は、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
【００１６】
発電装置１００は、燃料容器１０１と、改質燃料気化器１０２ａと、燃焼燃料気化器１０２ｂと、反応装置１０と、発電セル１０３と、を備える。燃料容器１０１は、メタノール、エタノール、ブタン等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留し、図示しないマイクロポンプにより燃料及び水の混合液を改質燃料気化器１０２ａ、燃焼燃料気化器１０２ｂ経由で、反応装置１０に供給する。なお、以下の説明では燃料としてメタノールを使用する場合について説明するが、エタノール、ブタン等の燃料についても同様である。
【００１７】
反応装置１０は、高温反応部１１と、低温反応部１２とを有し、図示しない断熱容器に収納される。高温反応部１１は改質器１３、燃焼器１５及び高温ヒーター１７を有し、低温反応部１２はＣＯ除去器１４、及び低温ヒーター１６を有する。
【００１８】
燃料容器１０１から供給された燃料と水は、改質燃料気化器１０２ａにより気化され、改質器１３に供給される。改質器１３は、改質燃料気化器１０２ａから供給された燃料と水の混合気を化学反応式（１）のように反応させ、主生成物である水素ガス、二酸化炭素ガス（及び後述の副生成物である一酸化炭素を含む）の混合気体を生成する。ＣＯ除去器１４は、化学反応式（１）についで逐次的に起こる化学反応式（２）のような式によって微量に副生される一酸化炭素を化学反応式（３）のように酸化させることで混合気体から除去する。以下、この一酸化炭素を除去した混合気体を改質ガスという。改質ガスは発電セル１０３の燃料極側に供給される。
【００１９】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（３）
【００２０】
発電セル１０３の燃料極側にはＣＯ除去器１４から改質ガスが供給される。改質ガスのうちの水素ガスは電気化学反応式（４）に示すように、燃料極に設けられた触媒により水素イオンと電子とに分離される。水素イオンは電解質膜を通過して酸素極側へ移動し、電子は外部回路を経て酸素極に移動する。酸素極側では、電気化学反応式（５）に示すように、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を経て酸素極から供給される電子と、外気から供給される酸素ガスとの化学反応により水を生成する。この燃料極と酸素極の電極電位の差から電気エネルギーを取り出すことができる。
【００２１】
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（４）
２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ …（５）
【００２２】
なお、上記電気化学反応をせずに残った水素ガス（以下、オフガスという）を、燃焼器１５に供給してもよい。
【００２３】
燃焼器１５は、燃料容器１０１から供給された燃料、または、オフガスに、酸素を混在させて燃焼し高温反応部１１を２５０℃以上、例えば約２５０〜４００℃に加熱する。高温ヒーター１７は起動時に燃焼器１５の代わりに高温反応部１１を加熱する。
低温ヒーター１６は、起動時に低温反応部１２を２００℃未満、例えば約１１０〜１９０℃に加熱する。
【００２４】
次に、反応装置１０の構造について説明する。図２は反応装置１０の平面図であり、図３は図２のIII−III矢視断面図である。反応装置１０には、高温反応部１１と低温反応部１２との間に熱伝導を妨げるためのスリット５０が設けられている。また、反応装置１０の外周部には、改質燃料気化器１０２ａから改質器１３に燃料と水の混合気を供給する供給管５１、燃料容器１０１から燃焼燃料気化器１０２ｂ経由で燃焼器１５に燃料を供給する供給管５２、燃焼器１５から燃焼ガスを排出する排出管５３、ＣＯ除去器１４に酸素を供給する供給管５４、ＣＯ除去器から改質ガスを排出する排出管５５が設けられている。
【００２５】
反応装置１０は例えば図３に示すように、３枚のガラス基板２０、３０、４０を貼り合わせて形成された接合基板である。上部ガラス基板２０と中央ガラス基板３０の対向する面には、それぞれ対向配置されて改質器１３を形成する溝２１，３１、対向配置されてＣＯ除去器１４を形成する溝２２，３２が形成されている。
溝２１，３１内には、化学反応式（１）、（２）の改質反応を促進させる改質触媒２３，３３が設けられている。また、溝２２，３２内には、化学反応式（３）のＣＯ選択酸化反応を促進させるＣＯ選択酸化触媒２４，３４が設けられている。
【００２６】
また、中央ガラス基板３０には、溝３１の裏側に高温ヒーター１７が、溝３２の裏側に低温ヒーター１６が設けられている。また、高温ヒーター１７は絶縁保護膜１８により被覆されている。絶縁保護膜１８は、例えばＳｉＯ2からなる。このような絶縁保護膜１８は、スピンオンガラス（ＳＯＧ）を高温ヒーター１７に塗布し、中央ガラス基板３０全体を４００〜５００℃で焼成することで形成される。ＳＯＧには、例えばメチルシロキサン等のＳｉ，Ｏを含む有機化合物が含まれており、塗布したＳＯＧを焼成することによりＳｉＯ2層が形成される。
なお、高温ヒーター１７は後述するように燃焼器１５内に配置されることになるが、絶縁保護膜１８により被覆されているので、オフガスに含まれる水素の影響を受けることはない。
【００２７】
高温ヒーター１７は、発熱抵抗層１７ａと、密着層兼拡散防止層１７ｂ，１７ｃとからなり、低温ヒーター１６は、発熱抵抗層１６ａと、密着層兼拡散防止層１６ｂとからなる。
発熱抵抗層１７ａ，１６ａは、抵抗率が低くかつ温度係数が大きい材料、例えばＡｕからなり、高温ヒーター１７、低温ヒーター１６の導電性を向上させる。
密着層兼拡散防止層１７ｂ，１６ｂは発熱抵抗層１７ａ，１６ａとガラス基板３０との間の密着性を向上させる密着性に優れた材料、例えば、Ｗ等からなる。なお、密着層兼拡散防止層１７ｂ，１６ｂは、ガラス基板３０に形成した、後述する陽極接合用の金属薄膜３６の上に設けてもよい。
密着層兼拡散防止層１７ｃは、発熱抵抗層１７ａと絶縁保護膜１８との間の密着性を向上させる密着性に優れた材料、例えば、Ｗ等からなる。（なお、高温ヒーター１７、低温ヒーター１６は温度計としても利用することができる。）
【００２８】
下部ガラス基板４０には、中央ガラス基板３０と対向する面に、燃焼器１５となる溝４１、低温ヒーター１６を収納する溝４２が設けられている。中央ガラス基板３０と下部ガラス基板４０を重ね合わせることで高温ヒーター１７は溝４１内に配置され、低温ヒーター１６は溝４２内に配置される。
溝４１内には燃料を燃焼させる燃焼用触媒４３が設けられている。この溝４１内が中央ガラス基板３０に蓋をされることで燃焼器１５となる。
なお、低温反応部１２側にも燃焼器を設けてもよい。
【００２９】
上記溝２１，２２、３１，３２，４１，４２は、ガラス基板２０，３０，４０をサンドブラスト等により切削することで形成される。
【００３０】
また、中央ガラス基板３０には、上部ガラス基板２０との当接部に、陽極接合用の金属薄膜３５が形成されている。同様に、下部ガラス基板４０との当接部に、陽極接合用の金属薄膜３６が形成されている。
【００３１】
金属薄膜３５，３６に用いる金属としては、酸素と結合する金属を用いることができ、例えばＴａを含む金属薄膜を用いることができる。
一方、金属薄膜３５，３６の表面の金属は、上部ガラス基板２０、下部ガラス基板４０と陽極接合する際に、界面のＳｉＯ2の酸素原子と結合するため、金属薄膜３５，３６は中央ガラス基板３０の製造工程で酸化されないように耐酸化性が高いことが好ましい。
【００３２】
ここで、中央ガラス基板３０の製造工程について説明する。まず、ガラス基板の一方の面に、金属薄膜３６となるＴａ含有層、密着層兼拡散防止層１７ｂ，１６ｂとなるＷ層、発熱抵抗層１７ａ，１６ａとなるＡｕ層、密着層兼拡散防止層１７ｃとなるＷ層を順に積層し、Ｔａ／Ｗ／Ａｕ／Ｗの積層構造を形成する。また、ガラス基板の他方の面に、金属薄膜３６となる金属薄膜を形成する。次に、Ｔａ／Ｗ／Ａｕ／Ｗの積層構造をパターニングし、金属薄膜３５，３６，高温ヒーター１７、低温ヒーター１６を形成する。
【００３３】
次に、ガラス基板の金属薄膜３６，高温ヒーター１７、低温ヒーター１６を形成した面に、ＳＯＧを塗布し、４００〜５００℃で焼成し、ＳｉＯ2層を形成する。このとき、発熱抵抗層１７ａ，１６ａのアニールが同時に行われる。
次に、ＳＯＧを焼成したＳｉＯ2層をパターニングし、絶縁保護膜１８を形成する。その後、サンドブラストにより溝３１，３２を形成し、切断（ダイシング）することで中央ガラス基板３０が製造される。
【００３４】
上記製造工程において、４００〜５００℃で焼成して絶縁保護膜１８を形成するときに酸化が進み、中央ガラス基板３０を切断（ダイシング）する時に、金属薄膜３５，３６の剥離が生じるおそれがある。そこで、金属薄膜３５，３６は陽極接合時まで酸化されないようにし、剥離が発生しにくいように、以下に示す構造であることが重要である。
【００３５】
すなわち、このＴａを含む金属薄膜は、後述する実施例に示すように、表面が体心立方格子の微結晶構造であり、その微結晶の格子定数がＴａのバルクの体心立方格子の格子定数（３．３７Å）以下であることが重要である。このような微結晶構造を表面に有する金属薄膜では、４００〜５００℃の高温にしてもＴａの酸化が生じにくく、剥離が発生しにくい。
【００３６】
上記構造の金属薄膜は、Ｔａを主組成としＡｌを１ｍｏｌ％含有させたターゲット材料を用いてスパッタリングを行うことにより形成することができる。このようにして形成した金属薄膜は表面が体心立方格子の微結晶構造となり、その微結晶の格子定数がＴａのバルクの体心立方格子の格子定数（３．３７Å）以下となる。
【００３７】
次に、上部ガラス基板２０と中央ガラス基板３０、中央ガラス基板３０、下部ガラス基板４０を陽極接合により貼り合わせる手順について説明する。
まず、上部ガラス基板２０及び中央ガラス基板３０を高温雰囲気に曝露することによりこれらを加熱する。そして金属薄膜３５と上部ガラス基板２０とを接触させた状態で、金属薄膜３５側に陽極を接触させるとともに上部ガラス基板２０の上面（中央ガラス基板３０との接合面と反対側の面）に陰極を接触させ、金属薄膜３５と上部ガラス基板２０との間に高電圧を印加する。すると、金属薄膜３５側の正電荷を帯びた金属元素と、上部ガラス基板２０側のＳｉＯ2の負電荷を帯びた酸素原子とが共有結合する。以上により、上部ガラス基板２０と中央ガラス基板３０とが接合される。
【００３８】
同様に、接合した上部ガラス基板２０及び中央ガラス基板３０と、下部ガラス基板４０とを高温雰囲気に曝露することによりこれらを加熱する。そして金属薄膜３６と下部ガラス基板４０とを接触させた状態で、金属薄膜３６側に陽極を接触させるとともに下部ガラス基板４０の下面（中央ガラス基板３０との接合面と反対側の面）に陰極を接触させ、金属薄膜３６と下部ガラス基板４０との間に高電圧を印加することで、中央ガラス基板３０と下部ガラス基板４０とが接合される。
なお、中央ガラス基板３０と下部ガラス基板４０との接合を先に行い、その後、中央ガラス基板３０と上部ガラス基板２０との接合を行ってもよい。
【実施例１】
【００３９】
Ｔａ単体またはＴａを含む様々な組成のターゲットを用いてスパッタリングを行い、ガラス基板上にＴａを含む金属薄膜を作成した。その後、結晶構造の確認、耐酸化性の調査、剥離の有無の調査を行った。
【００４０】
〔１〕ターゲット
以下に示す組成のターゲットを用いてそれぞれ金属薄膜を形成した。
（１）（0）Ｔａ単体
（２）Ｔａ−Ｓｉ系
（i）ＴａとＳｉとをモル比５０：５０のストライプ組成にしたもの（Ｓｉ：５０ｍｏｌ％）
（ii）ＴａとＳｉとをモル比７０：３０のストライプ組成にしたもの（Ｓｉ：３０ｍｏｌ％）
（iii）ＴａとＳｉとをモル比９０：１０のストライプ組成にしたもの（Ｓｉ：１０ｍｏｌ％）
（iv）ＴａとＳｉとをモル比９５：５のストライプ組成にしたもの（Ｓｉ：５ｍｏｌ％）
（v）ＴａにＳｉを３ｍｏｌ%混合したもの（Ｓｉ：３ｍｏｌ％）
（vi）ＴａにＳｉを１ｍｏｌ%混合したもの（Ｓｉ：１ｍｏｌ％）
（３）Ｔａ−Ｇｅ系
（vii）ＴａにＧｅを３ｍｏｌ%混合したもの（Ｇｅ：３ｍｏｌ％）
（viii）ＴａにＧｅを１ｍｏｌ%混合したもの（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）
（４）Ｔａ−Ａｌ系
（ix）ＴａにＡｌを３ｍｏｌ%混合したもの（Ａｌ：３ｍｏｌ％）
（x）ＴａにＡｌを１ｍｏｌ%混合したもの（Ａｌ：１ｍｏｌ％）
【００４１】
ここで、（２）のストライプ組成とは、例えば、円板状のターゲットを角度方向に分割して配置し、面積比率を調整したものである。
例えば、（i）モル比５０：５０のストライプ組成は、円板状のターゲットの中心を通る線でターゲットを偶数個に分割し、Ｔａ領域とＳｉ領域とを交互に配置することで実現する。
同様に、（ii）モル比７０：３０のストライプ組成、（iii）モル比９０：１０のストライプ組成、（iv）モル比９５：５のストライプ組成は、例えば円板状のターゲットの中心を通る線でターゲットを９°毎に分割し、それぞれ（ii）７個（６３°）のＴａ領域と３個（２７°）のＳｉ領域とを交互に配置、（iii）９個（８１°）のＴａ領域と１個（９°）のＳｉ領域とを交互に配置、（iv）１９個（１７１°）のＴａ領域と１個（９°）のＳｉ領域とを交互に配置することで実現する。
また、混合とは、面積比率を調整するのではなく、固溶元素として、所望のモル比で混合したものをターゲットとして一様に配置することで実現する。
【００４２】
〔２〕スパッタリング条件
到達真空度を５×１０-4Ｐａ、スパッタリング圧力を０．７Ｐａとし、１５ｎｍ／ｍｉｎの成膜速度で２００ｎｍの金属薄膜を作成した。
【００４３】
〔３〕結晶構造の確認
Ｘ線回折により金属薄膜表面の結晶構造を解析した。
〔４〕耐酸化性の調査
金属薄膜を形成したガラス基板を４００℃で３０分加熱した後、ラザフォード後方散乱分析（ＲＢＳ分析）により金属薄膜の組成・密度を分析し、酸素の侵入程度により耐酸化性を調査した。
〔５〕剥離の有無の調査
金属薄膜を形成したガラス基板に対し、サンドブラストにて溝を形成した後、ダイシングした。その後の金属薄膜のガラス基板からの剥離があるかどうかを観察した。
【００４４】
〔６〕結果
表１に結果を示す。この表は、ターゲットの組成（括弧内は実際に作成されたものを実測した組成）の差によって、構造、特性等がどのように変わるかを示している。
【表１】
【００４５】
（１）Ｔａ単体
Ｔａ単体をターゲットに用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図４に、４００℃に加熱後のＲＢＳ分析の結果を図５に示す。金属薄膜表面は多結晶であり、結晶系は正方晶（tetragonal）であった。バルクの結晶系が立方晶（cubic）であるのに対し、異なる結晶系となった。また、ＲＢＳ分析により酸化の程度を調査したところ、酸素は７３ｎｍ程度まで侵入していた（図５）。
正方晶（tetragonal）であることは、膜が準安定状態にあることを示し、立方晶（cubic）に比べて酸化しやすいと考えられる。
【００４６】
Ｔａ単体の金属薄膜を形成したガラス基板に対して、加熱前にサンドブラスト、ダイシングを施した後の金属薄膜の剥離は生じなかった。
しかし、加熱後にサンドブラスト、ダイシングを施す過程で金属薄膜の剥離が生じた。また、目視でも表面の色に変化が認められた。
【００４７】
（２）Ｔａ―Ｓｉ系
（i）〜（v）（Ｓｉ：５０〜３ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の結晶構造は、アモルファスと判断された。その例として、（ii）（Ｓｉ：３０ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図６に示す。また、ＲＢＳ分析により金属薄膜の組成を分析すると（v）（Ｓｉ：３ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の組成はＳｉが２．４ｍｏｌ％になっていることが確認された。
【００４８】
一方、（vi）（Ｓｉ：１ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜では、微結晶構造となっていると判断された。その金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図７に示す。図６と比較してピークが鋭くなっているだけでなく、ピークに対して（１１０）と（２１１）のミラー指数が指数付けされた。この指数は体心立方格子（body-centered cubic lattice）の結晶格子面が形成されていることを示す。すなわち、結晶系は立方晶（cubic）となっていることがわかる。同様に、ＲＢＳ分析により金属薄膜の組成を分析すると、この金属薄膜の組成はＳｉが検出限界の１ｍｏｌ％以下になっていることが確認された。
【００４９】
これらのＴａ―Ｓｉ系の金属薄膜について、ＲＢＳ分析により加熱後の酸化の程度を調査したところ、酸素の侵入は、いずれも２０ｎｍ〜３０ｎｍまでであった。したがって、Ｔａ単体の金属薄膜と比較して耐酸化性が改善されていた。
【００５０】
Ｔａ―Ｓｉ系の金属薄膜を形成したガラス基板に対して、加熱前にサンドブラスト、ダイシングを施したところ、金属薄膜の剥離が生じた。耐酸化性は改善されてはいるが、堅くて脆い膜になっていると思われる。
【００５１】
（３）Ｔａ−Ｇｅ系
（vii）（Ｇｅ：３ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の結晶構造は、アモルファスと判断された。
一方、（viii）（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の結晶構造は、微結晶構造になっていると判断された。その金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図９に示す。ピークに対して（１１０）と（２１１）のミラー指数が指数付けされ、結晶系が立方晶（cubic）となっていることがわかる。また、ＲＢＳ分析により金属薄膜の組成を分析すると、この金属薄膜の組成はＧｅが０．５ｍｏｌ％になっていることが確認された。
【００５２】
これらのＴａ―Ｇｅ系の金属薄膜について、ＲＢＳ分析により加熱後の酸化の程度を調査したところ、酸素の侵入は、いずれも２０ｎｍ〜３０ｎｍまでであった。したがって、Ｔａ単体の金属薄膜と比較して耐酸化性が改善されていた。
【００５３】
Ｔａ―Ｇｅ系の金属薄膜を形成したガラス基板に対して、加熱前にサンドブラスト、ダイシングを施したところ、金属薄膜の剥離が生じた。
（４）Ｔａ−Ａｌ系
（ix）（Ａｌ：３ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の結晶構造は、アモルファスと判断された。そのターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図１０に示す。また、ＲＢＳ分析により金属薄膜の組成を分析すると、この金属薄膜の組成はＡｌが１．３ｍｏｌ％になっていることが確認された。
一方、（x）（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜の結晶構造は、微結晶構造になっていると判断された。その金属薄膜のＸ線回折スペクトルを図１１に示す。ピークに対して（１１０）と（２１１）のミラー指数が指数付けされ、結晶系が立方晶（cubic）となっていることがわかる。そして、微結晶の結晶子サイズは回折ピークの半値幅から計算され、１２０〜１５０Åになっていることがわかる。
【００５４】
これらのＴａ―Ａｌ系の金属薄膜について、ＲＢＳ分析により４００℃に加熱後の酸化の程度を調査したところ、酸素の侵入は、いずれも２０ｎｍ〜３０ｎｍまでであった。その例として、（x）（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＲＢＳ分析の結果を図１２に示す。（ＡｌはＲＢＳ分析によっても、１ｍｏｌ％の検出限界以下で、ＥＳＣＡ（光電子分光法）によっても、０．１ｍｏｌ％の検出限界以下となり、検出できなかった。）
したがって、Ｔａ単体の金属薄膜と比較して耐酸化性が改善されていた。
【００５５】
Ｔａ―Ａｌ系の金属薄膜を形成したガラス基板に対して、加熱前にサンドブラスト、ダイシングを施したところ、（ix）（Ａｌ：３ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜では、剥離が生じた。一方、（x）（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜では、耐酸化性が高く、剥離もなく、良好な密着性が得られた。
【００５６】
〔７〕格子定数の算出
（vi）（Ｓｉ：１ｍｏｌ％）、（viii）（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）、（x）（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のいずれについても、結晶構造はともに微結晶であるにもかかわらず、金属薄膜の剥離が見られなかったのは（x）（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のみであった。そこで、これらの金属薄膜の差の原因を探るために格子定数の計算をした。
結晶構造が微結晶であり、また、配向性もあることから、（２１１）の結晶格子面から格子定数の計算をした。
【００５７】
以下に計算した格子定数を記載する。
（vi）Ｔａ−Ｓｉ（Ｓｉ：１ｍｏｌ％）：３．３９Å
（viii）Ｔａ−Ｇｅ（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）：３．３７Å
（x）Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：１ｍｏｌ％）：３．３６Å
【００５８】
（vi）Ｔａ−Ｓｉ（Ｓｉ：１ｍｏｌ％）、（viii）Ｔａ−Ｇｅ（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）の格子定数は、Ｔａのバルクの体心立方格子の格子定数（３．３７Å）以上であった。一方、（x）Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：１ｍｏｌ％）の格子定数は、バルクのＴａの格子定数（３．３７Å）よりも小さかった。Ｔａのバルクの体心立方格子の格子定数以上であった（vi）Ｔａ−Ｓｉ（Ｓｉ：１ｍｏｌ％）、（viii）Ｔａ−Ｇｅ（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）について剥離が発生したことを考慮すると、不純物を入れて結晶系を立方晶（ｃｕｂｉｃ）である微結晶にする場合、少なくともＴａのバルクの体心立方格子の格子定数より小さくすることが重要であると判断される。
【００５９】
〔８〕反応装置の作成
（x）Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて陽極接合用の金属薄膜をガラス基板に作成し、その後ＳＯＧの塗布、焼成、サンドブラスト、ダイシングのプロセスを経て所望の性能を満たす反応装置を作成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る反応装置１０が用いられる発電装置１００のブロック図である。
【図２】反応装置１０の平面図である。
【図３】図２のIII−III矢視断面図である。
【図４】Ｔａ単体をターゲットに用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図５】Ｔａ単体をターゲットに用いて作成した金属薄膜のＲＢＳ分析の結果である。
【図６】Ｔａ−Ｓｉ（Ｓｉ：３０ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図７】Ｔａ−Ｓｉ（Ｓｉ：１ｍｏｌ%）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図８】Ｔａ−Ｇｅ（Ｇｅ：３ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図９】Ｔａ−Ｇｅ（Ｇｅ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図１０】Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：３ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図１１】Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＸ線回折スペクトルである。
【図１２】Ｔａ−Ａｌ（Ａｌ：１ｍｏｌ％）のターゲットを用いて作成した金属薄膜のＲＢＳ分析の結果である。
【符号の説明】
【００６１】
１０ 反応装置（接合基板）
２０，３０，４０ ガラス基板
３５，３６ 金属薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に金属薄膜が形成された第１のガラス基板と、
前記金属薄膜によって陽極接合された第２のガラス基板と、を備え、
前記金属薄膜の陽極接合によって酸化されていない部分は、前記金属薄膜の主組成の体心立方格子構造の微結晶を含み、前記微結晶の格子定数が前記主組成のバルクの格子定数より小さいことを特徴とする接合基板。
【請求項２】
前記主組成はＴａであり、前記主組成のバルクの体心立方格子の格子定数は３．３７Åであることを特徴とする請求項１に記載の接合基板。
【請求項３】
Ｔａ以外の前記不純物はＡｌであることを特徴とする請求項２に記載の接合基板。
【請求項４】
前記接合基板はマイクロリアクタの一部を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合基板。
【請求項５】
一方の面に金属薄膜が形成された第１のガラス基板と、第２のガラス基板とを互いに当接させ、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを陽極接合する接合方法において、
前記金属薄膜を、Ｔａを主組成としＡｌを１ｍｏｌ％以下含有するターゲットを用いてスパッタリングにより形成することを特徴とする接合方法。
【請求項１】
一方の面に金属薄膜が形成された第１のガラス基板と、
前記金属薄膜によって陽極接合された第２のガラス基板と、を備え、
前記金属薄膜の陽極接合によって酸化されていない部分は、前記金属薄膜の主組成の体心立方格子構造の微結晶を含み、前記微結晶の格子定数が前記主組成のバルクの格子定数より小さいことを特徴とする接合基板。
【請求項２】
前記主組成はＴａであり、前記主組成のバルクの体心立方格子の格子定数は３．３７Åであることを特徴とする請求項１に記載の接合基板。
【請求項３】
Ｔａ以外の前記不純物はＡｌであることを特徴とする請求項２に記載の接合基板。
【請求項４】
前記接合基板はマイクロリアクタの一部を構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合基板。
【請求項５】
一方の面に金属薄膜が形成された第１のガラス基板と、第２のガラス基板とを互いに当接させ、前記第１のガラス基板と前記第２のガラス基板とを陽極接合する接合方法において、
前記金属薄膜を、Ｔａを主組成としＡｌを１ｍｏｌ％以下含有するターゲットを用いてスパッタリングにより形成することを特徴とする接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２３８３７９（Ｐ２００７−２３８３７９Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６３７３５（Ｐ２００６−６３７３５）
【出願日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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