JP4380264B2 - 接合基板及び基板の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は複数の基板で構成される接合基板及びその接合方法に関する。

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おこな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おこなうことができる。

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（１１）とガラス製のパイレックス（登録商標）基板（１７）とを互いに貼り合わせた状態で陽極接合し、２枚の基板のあいだの密閉領域にチャネル（１４）を形成している。「陽極接合」というのは、高温環境下で高電圧を印加して各基板間に静電引力を発生させ、２枚の基板間の界面で化学結合させる接合技術であるが、塗布剤を用いなくても基板の接合をおこなえることや大気中でも基板の接合をおこなえることなどから、基板の接合技術においては特に優れた技術となっている。
特開２００１−２２８１５９号公報（段落番号００１８〜００１９参照）

ところで、このようなマイクロリアクタの中には、リアクタ内の反応を促進させるためチャネルを加熱するための加熱手段を設けることがあった。例えば基板を介してチャネル部分に熱を伝導するため、パイレックス（登録商標）基板などの表面（シリコン基板との接合面の反対面）に、チャネルパターンに対応する発熱抵抗膜やその発熱抵抗膜に電力を供給する金属製の低抵抗膜などが成膜されることが考えられる。この場合に、発熱抵抗膜や低抵抗膜を成膜したパイレックス（登録商標）基板とシリコン基板とを陽極接合すると、パイレックス（登録商標）基板の表面の発熱抵抗膜や低抵抗膜などの近傍に、電界が集中してパイレックス（登録商標）基板中のＮａが局所的に析出してしまう。その結果、発熱抵抗膜内や発熱抵抗膜に電圧を印加するために発熱抵抗膜上に堆積された金属電極にＮａが入り込み、発熱抵抗膜や金属電極の膜内及び表面がこの不純物によって鬆ができたり、荒れてしまい、発熱抵抗膜や低抵抗膜がパイレックス（登録商標）基板から剥離したり、発熱抵抗膜から金属電極が剥離するという現象が起こる。

そこで本発明の目的は、パイレックス（登録商標）基板などのＮａを含有した基板と他の基板とを陽極接合するときにガラス基板中のＮａが局所的に析出するのを防止することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の接合基板は、
Ｎａを含有したガラス基板である第１基板と、
前記第１基板の一方の面に形成された高抵抗膜と、
前記高抵抗膜の一方の面に形成された前記高抵抗膜より低抵抗の発熱抵抗膜と、
前記発熱抵抗膜に接続された低抵抗膜と、
前記第１基板の他方の面に接合されたシリコン基板である第２基板と、
を備え、
前記第１基板及び第２基板は陽極接合により接合されていることを特徴としている。

前記第１基板及び第２基板の少なくとも一方には、溝が形成されていてもよい。前記第１基板及び第２基板は陽極接合により接合されている。

前記高抵抗膜はＴａ−Ｓｉ−Ｏ系材料から構成されていることが好適であり、前記発熱抵抗膜はＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系材料から構成されていることが好適である。

高抵抗膜は、抵抗体に集中する電界を緩和するために十分に高抵抗にすることが望ましく、発熱抵抗膜は、前記高抵抗膜より１／１０００以下のシート抵抗であることが望ましい。

また接合基板は、マイクロリアクタにも適用することが可能である。前記高抵抗膜は、前記発熱抵抗膜より広い面積を有しているのが好ましい。

そして、請求項９に記載の発明は、
Ｎａを含有したガラス基板である第１基板と、シリコン基板である第２基板とを接合する基板の接合方法において、
前記第１基板の所定面に成膜された高抵抗膜に所定パターンの発熱抵抗膜を成膜し、前記第１基板を前記高抵抗膜及び前記発熱抵抗膜の成膜された面の反対面で第２基板と当接させ、前記第１基板側が陰極となりかつ前記第２基板側が陽極となるように電圧を印加して、前記第１基板と前記第２基板とを陽極接合することを特徴としている。

請求項９に記載の発明では、第１基板の所定面に高抵抗膜が成膜された状態で第１基板と第２基板とを陽極接合するため、高抵抗膜が、陽極接合で移動したＮａを発熱抵抗膜に到達することを抑制することができる。特に高抵抗膜を発熱抵抗膜の所定パターンよりも幅広にすると、陽極と陰極とのあいだに電圧を印加したとき、陰極からの電界が高抵抗膜の膜内に広く分散し、陽極と陰極とのあいだで電界強度が均一となって電界分布に偏りがなくなる。

請求項９に記載の基板の接合方法において、
前記発熱抵抗膜の成膜工程では前記発熱抵抗膜を葛折り状にパターニングし、当該発熱抵抗膜に関して各長手部の幅をＡ、各長手部の長さをＢ、隣り合う長手部同士の間隔をＣ、１つの長手部の分のシート抵抗をＳｈとし、さらに２つの長手部のあいだから露出する前記高抵抗膜のシート抵抗をＳｆとした場合に、Ｓｈ×（Ｂ／Ａ）×２×１００＜Ｓｆ×（Ｃ／Ｂ）の関係を満たしてもよい。

２つの長手部の分の抵抗がＳｈ×（Ｂ／Ａ）×２で表され、２つの長手部のあいだから露出する高抵抗膜分の抵抗がＳｆ×（Ｃ／Ｂ）で表され、これら２つの抵抗のあいだでＳｈ×（Ｂ／Ａ）×２×１００＜Ｓｆ×（Ｃ／Ｂ）の関係が満たされる。そのため、２つの長手部のあいだから露出する高抵抗膜分の抵抗が２つの長手部の分の抵抗より非常に大きく、発熱抵抗膜の両端部に電圧を印加すると、電流は高抵抗膜中を流れにくく発熱抵抗膜中を流れやすい。

請求項１１に記載の発明は、
Ｎａを含有したガラス基板である第１基板と、シリコン基板である第２基板とを接合する基板の接合方法において、
前記第１基板の所定面に成膜された高抵抗膜に発熱抵抗膜を成膜し、前記発熱抵抗膜に電力を供給する所定パターンの低抵抗膜を前記発熱抵抗膜に成膜し、前記第１基板を前記高抵抗膜、前記発熱抵抗膜及び前記低抵抗膜の成膜された面の反対面で第２基板と当接させ、前記第１基板側が陰極となりかつ前記第２基板側が陽極となるように電圧を印加して、前記第１基板と前記第２基板とを陽極接合することを特徴としている。

請求項１１に記載の発明では、請求項９に記載の発明と同様に、第１基板の所定面に高抵抗膜が成膜された状態で第１基板と第２基板とを陽極接合するため、高抵抗膜が、陽極接合で移動したＮａを発熱抵抗膜及び低抵抗膜に到達することを抑制することができる。特に高抵抗膜を発熱抵抗膜の所定パターンよりも幅広にすると、陽極と陰極とのあいだに電圧を印加したとき、陰極からの電界が高抵抗膜の膜内に広く分散し、陽極と陰極とのあいだで電界強度が均一となって電界分布に偏りがなくなり、Ｎａが局在化しなくなるために、発熱抵抗膜及び低抵抗膜が局所的に劣化することがない。

請求項１に記載の発明によれば、第１基板の所定面に成膜された高抵抗膜が、陽極接合で移動したＮａを抵抗体に到達することを抑制することができる。特に高抵抗膜を抵抗体より幅広にすることで陽極接合による電界が分散されて、Ｎａが抵抗体近傍に集中して移動することを避けることができ、Ｎａによる抵抗体の劣化を抑えることができる。

請求項９に記載の発明によれば、陽極と陰極とのあいだで電界分布に偏りがなくなるため、第１基板中のＮａが第１基板と高抵抗膜との界面に局所的に析出するのを防止することができ、ひいては所定パターンに成膜された発熱抵抗膜が第１基板から剥離するのを防止することができる。

請求項１０に記載の発明によれば、発熱抵抗膜の両端部に電圧を印加したときに電流が高抵抗膜中を流れにくく発熱抵抗膜中を流れやすいため、発熱抵抗膜を効率よく発熱させることができる。

請求項１１に記載の発明によれば、陽極と陰極とのあいだで電界分布に偏りがなくなるため、第１基板中のＮａが第１基板と高抵抗膜との界面に局所的に析出するのを防止することができ、ひいては所定パターンに成膜された電力供給用の低抵抗膜が第１基板から剥離するのを防止することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。

［実施形態１］
始めに、図１〜図４を参照しながら本発明に係る基板の接合方法の実施形態１を説明する。
図１は、基板の接合方法の一部の工程を説明するための図面であって、詳細にはシリコン基板４に溝５を形成する工程を経時的に示した図面である。

始めに、図１（ａ）に示す通り、第２基板としてのシリコン基板４を準備する。シリコン基板４は、所定の厚みを有しかつ四角形状を呈した基板であって、上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されている。シリコン基板４はアモルファスシリコンからなるシリコン基板であってもよいし、単結晶シリコン、多結晶シリコンといった結晶性シリコンからなる基板であってもよい。

シリコン基板４を準備したら、図１（ｂ），（ｃ）に示す通り、シリコン基板４の下部に葛折り状の溝５を形成する。ただし、図１（ｂ）は溝５を形成したシリコン基板４の断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）のシリコン基板４を下側からみた平面図である。溝５の形成方法としては、シリコン基板４の下面に対し、周知のフォトリソグラフィー，エッチング等を適宜施すことによっておこなう。

図２は上記シリコン基板４と接合するガラス基板１を示す図面であって、詳細にはガラス基板１に抵抗体を成膜する工程を経時的に示した図面である。
上記のようにシリコン基板４に溝５を形成する工程とは別に、まず、図２（ａ）に示す通り、第１基板としてのガラス基板１を準備する。ガラス基板１はシリコン基板４と同様に上下両面が平坦でかつ互いに平行となるように形成されており、シリコン基板４と当接させたときにシリコン基板４とほぼ合致するサイズを有している。具体的に、ガラス基板１はパイレックス（登録商標）基板などであって、Ｎａを含有したイオン伝導性のガラス基板である。

ガラス基板１を準備したら、図２（ｂ）に示す通り、ガラス基板１の下面のほぼ全域を覆うようにガラス基板１の下面に高抵抗膜２を成膜する。高抵抗膜２は、後述する発熱抵抗膜３より高いシート抵抗の材料、例えばＴａとＳｉとＯとを成分元素とする化合物材料（以下「Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料」という。）から構成し、シート抵抗（表面抵抗率）を１ＭΩ／□〜１０００ＭΩ／□とする。

高抵抗膜２の成膜方法としては、ガラス基板１を被膜対象物としてスパッタリング装置にセッティングし、その後、Ｔａで形成された板にＳｉを埋め込んだもの（Ｔａ：Ｓｉ＝３：１）をターゲットとしてＡｒガスとＯ₂ガスからなる雰囲気下でスパッタリングをおこなう。スパッタリング工程では、上記ターゲットにイオンが衝突することによって当該ターゲットから二次イオンが放出され、放出された二次イオンがガラス基板１の下面に衝突し、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料の高抵抗膜２がガラス基板１の下面に成膜される。

高抵抗膜２を成膜したら、図２（ｃ），（ｄ）に示す通り、高抵抗膜２の下面に、電流が流れたり電圧が印加されたりすることで発熱する葛折り状の発熱抵抗膜３を成膜する。ただし、図２（ｃ）は高抵抗膜２に発熱抵抗膜３を成膜したガラス基板１の断面図であり、図２（ｄ）は図２（ｃ）のガラス基板１を下側からみた平面図である。抵抗体としての発熱抵抗膜３は、所定の電圧を印加されると加熱する抵抗体であり、例えばＴａとＳｉとＯとＮとを成分元素とする、シート抵抗が１００Ω／□〜１０００Ω／□程度の化合物材料（以下「Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系材料」という。）から構成する。発熱抵抗膜３は高抵抗膜２より低いシート抵抗で成膜されるが、高抵抗膜２より１／１０００以下のシート抵抗がより好ましい。

発熱抵抗膜３の成膜方法としては、高抵抗膜２を成膜したときとほぼ同様に、Ｔａで形成された板にＳｉを埋め込んだもの（Ｔａ：Ｓｉ＝３：１）をターゲットとして準備し、高抵抗膜２を被膜対象物としてガラス基板１をスパッタリング装置にセッティングし、葛折り状に切り抜かれたマスクで高抵抗膜２を覆いながらスパッタリングをおこなう。ただし、この場合にはＡｒガスとＯ₂ガスとＮ₂ガスとからなる雰囲気下でスパッタリングをおこなう。

なお、発熱抵抗膜３の成膜工程では、周知のフォトリソグラフィー技術により、高抵抗膜２の下面に発熱抵抗膜３を成膜して当該発熱抵抗膜３を葛折り状にパターニングしてもよい。

発熱抵抗膜３を成膜する場合には、図２（ｄ）に示すように、葛折り状の溝５を形成したシリコン基板４とガラス基板１とを貼り合せて透視したときに、発熱抵抗膜３が溝５に沿って且つ溝５より幅広の葛折り状にパターニングされてもよく、また溝５を覆うように成膜されれば、矩形でもその他の形状であってもよい。溝５は、ガラス基板１とシリコン基板４とを接合したときに１種類又は２種類以上の流体を流動させるチャネルとして機能させることができるが、発熱抵抗膜３を溝５に合わせて葛折り状にすると、溝５のチャネル内を均一的かつ効率的に加熱することができる。

発熱抵抗膜３の成膜工程を経ることで、図２（ｄ）に示す通り、発熱抵抗膜３は、所定の長さ・幅を有する５つの長手部３ａ，３ａ，…を端部同士で短手部３ｂにより繋げ合わせ、全体として蛇行した形状（葛折り状）にパターニングされる。

ここで、各長手部３ａの長さ方向の抵抗をＳｈ、各長手部３ａの幅をＡ、各長手部３ａの長さをＢ、隣り合う長手部３ａ同士の間隔をＣ、２つの長手部３ａのあいだから露出する高抵抗膜２のシート抵抗をＳｆで表すと、図２（ｄ）に示す点Ｘ₁、Ｘ₂間の発熱抵抗膜３の抵抗は、おおよそＳｈ×（Ｂ／Ａ）×２で表され、点Ｘ₁、Ｘ₂間の高抵抗膜２の抵抗は、Ｓｆ×（Ｃ／Ｂ）で表される。

そして本実施形態１では、隣接する２つの長手部３ａ，３ａ分の長さ方向の抵抗と、それら２つの長手部３ａ，３ａのあいだから露出する高抵抗膜２分の抵抗とのあいだで、下記式（１）を満たすように、高抵抗膜２及び発熱抵抗膜３をそれぞれガラス基板１に成膜するのがよい。
Ｓｈ×（Ｂ／Ａ）×２×１００＜Ｓｆ×（Ｃ／Ｂ） … （１）
上記式（１）に基づき点Ｘ₁、Ｘ₂間の発熱抵抗膜３の抵抗が点Ｘ₁、Ｘ₂間の高抵抗膜２の抵抗の１／１００未満となるように、高抵抗膜２及び発熱抵抗膜３をそれぞれガラス基板１に成膜すれば、発熱抵抗膜３の両端部３ｃ，３ｄ間に電圧を印加したとき、点Ｘ₁、Ｘ₂間の最短距離が発熱抵抗膜３より短い高抵抗膜２に電流が流れるのを十分抑制することができるとともに発熱抵抗膜３に電流が十分流すことができるので、発熱抵抗膜３を効率よく発熱させることができる。

続いて、溝５を形成したシリコン基板４と、高抵抗膜２及び発熱抵抗膜３をそれぞれ成膜したガラス基板１とを準備したら、図３に示す通り、シリコン基板４の下面（溝５を形成した面）とガラス基板１の上面（高抵抗膜２及び発熱抵抗膜３が成膜された面の反対面）とを当接させ、これらシリコン基板４及びガラス基板１を陽極接合装置にセッティングして陽極接合をおこなう。詳しくは、ガラス基板１及びシリコン基板４を高温雰囲気に曝露することによりこれらを加熱し、さらに高抵抗膜２及び発熱抵抗膜３を介在させた状態でガラス基板１の下面に陰極を接触させかつシリコン基板４の上面に陽極を接触させて、シリコン基板４とガラス基板１とのあいだに高電圧を印加する。このとき陰極は、ガラス基板１との間の接触面積をできるだけ広くするため、発熱抵抗膜３の長手部３ａ、短手部３ｂ全体と接触している。これにより、シリコン基板４の下面とガラス基板１の上面との界面で化学結合が起こり、シリコン基板４とガラス基板１とが接合する。引き続き、発熱抵抗膜３の両端部３ｃ、３ｄにそれぞれ電極配線を配設する。この電極配線はＷ−Ｔｉ／Ａｕ／Ｗ−Ｔｉの３層構造になっている。

このようにガラス基板１の下面のほぼ全域を高抵抗膜２で成膜してガラス基板１とシリコン基板４とを陽極接合すると、陽極接合装置の陰極からの電界が発熱抵抗膜３を通過して高抵抗膜２の膜内に広く分散する。すなわち、ガラス基板１とシリコン基板４との陽極接合の様子を近似的にみると、高抵抗膜２が成膜されていない場合には、陽極接合装置の陰極に接触した発熱抵抗膜３の近傍で電界強度が高く（等電位面の幅が狭く）なり（図４（ａ）参照）、ガラス基板１中のＮａが発熱抵抗膜３とガラス基板１との界面に局所的に析出しやすくなり、Ｎａによる劣化が著しいが、本実施形態１のように、ガラス基板１と発熱抵抗膜３との間において発熱抵抗膜３より幅広に高抵抗膜２を成膜すると、陽極接合装置の陽極と陰極とのあいだで電界強度の偏りが緩和される（図４（ｂ）参照）。そのため、本実施形態１では、ガラス基板１に含まれるＮａがガラス基板１の下面に局所的に析出するのを防止することができ、また、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料が緻密な膜であるため、高抵抗膜２自体がＮａの移動の障壁となってＮａの発熱抵抗膜３への到達を緩和させ、ひいては葛折り状に成膜された発熱抵抗膜３がガラス基板１から剥離するのを防止することができる。

なお、本実施形態１では、陰極を発熱抵抗膜３にのみ接触させて陽極接合をおこなったが、これに限らず、発熱抵抗膜３及び露出している高抵抗膜２の両方に陰極を接触させて陽極接合をおこなってもよい。

［実施形態２］
続いて、図５を参照しながら本発明に係る基板の接合方法の実施形態２を説明する。ただし、本実施形態２では、上記実施形態１で説明したものと同様のものには上記と同様の符号を付してそのものの詳細な説明を省略している。
図５は、上記実施形態１で説明したシリコン基板４と接合するガラス基板１を示す図面であって、詳細にはガラス基板１に抵抗体を成膜する工程を経時的に示した図面である。

シリコン基板４に溝５を形成する工程とは別に、まず、図５（ａ），（ｂ）に示す通り、ガラス基板１を準備し、上記実施形態１で説明した通りのスパッタリングにより、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系材料から構成した発熱抵抗膜３をガラス基板１の下面に成膜する。ただし、ここでの成膜工程では、発熱抵抗膜３を葛折り状にパターニングするのではなく、ガラス基板１の下面のほぼ全域にわたるように（詳しくはガラス基板１の下面の８０％以上の領域を覆えばよい。）発熱抵抗膜３を成膜する。発熱抵抗膜３のシート抵抗に関しては１００Ω／□以上とする。

発熱抵抗膜３を成膜したら、図５（ｃ），（ｄ）に示す通り、発熱抵抗膜３の下面に低抵抗膜６を成膜する。ただし、図５（ｃ）は発熱抵抗膜３を成膜したガラス基板１の断面図であり、図５（ｄ）は図５（ｃ）のガラス基板１を下側からみた平面図である。低抵抗膜６は、発熱抵抗膜３に電力を供給するための電極配線として機能するものであってＷ−Ｔｉ／Ａｕ／Ｗ−Ｔｉなどの３層の金属から構成する。Ｗ−ＴｉはＴａ−Ｓｉ−Ｏ系、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系等の金属酸化物やＡｕ等の金属のいずれに対しても接合性に優れている。Ａｕは低抵抗材料であり、金属酸化物に対しては接合性に優れていないが、Ｗ−Ｔｉに対する接合性に優れている。低抵抗膜６は発熱抵抗膜３より抵抗が低く、望ましくは発熱抵抗体膜３の１／１００以下の抵抗であって、発熱抵抗膜３に電力を供給する電極の主要部として機能する。

低抵抗膜６の成膜方法としては、周知のフォトリソグラフィー、エッチング、スパッタリングなどによりおこなう。低抵抗膜６を成膜する場合には、図５（ｄ）に示す通り、ガラス基板１とシリコン基板４とを接合したときに発熱抵抗膜３で溝５の全体を過不足無く加熱できるように、低抵抗膜６を、互いに対向しながら離間する左右それぞれの位置に線状にパターニングする。これにより、各低抵抗膜６間に電圧を印加したときに、一方の低抵抗膜６と他方の低抵抗膜６とのあいだで発熱抵抗膜３を効率よく発熱させることができる。

そして発熱抵抗膜３及び低抵抗膜６をそれぞれ成膜したガラス基板１と、図２に示すシリコン基板４とを準備したら、上記実施形態１で説明したように、ガラス基板１を発熱抵抗膜３及び低抵抗膜６の成膜された面の反対面でシリコン基板４と当接させて陽極接合をおこない、ガラス基板１とシリコン基板４とを接合する。このとき、陰極を、発熱抵抗膜３における低抵抗膜６が設けられていない部位の表面に接触させる。

このようにガラス基板１の下面のほぼ全域を発熱抵抗膜３で成膜してガラス基板１とシリコン基板４とを陽極接合すると、陽極接合装置の陰極からの電界が発熱抵抗膜３の膜内に広く分散し、上記実施形態１の場合と同じように、陽極接合装置の陽極と陰極とのあいだで局所的に電界集中することが避けられるので電界強度が均一となって電界分布に偏りがなくなる。そのため、本実施形態２でも、ガラス基板１中のＮａが局所的に析出するのを防止することができ、ひいては線状に成膜した電力供給用の低抵抗膜６がガラス基板１から剥離するのを防止することができる。

なお、本実施形態２では、発熱抵抗膜３における低抵抗膜６が設けられていない部位の表面にのみ陰極を接触させて陽極接合をおこなったが、これに限らず、発熱抵抗膜３及び低抵抗膜６の両方に陰極を接触させて陽極接合をおこなってもよい。

［実施形態３］
続いて、図６を参照しながら本発明に係る基板の接合方法の実施形態３を説明する。ただし、本実施形態３では、上記実施形態１，２で説明したものと同様のものには上記と同様の符号を付してそのものの詳細な説明を省略している。
図６は、上記実施形態１で説明したシリコン基板４と接合するガラス基板１を示す図面であって、詳細にはガラス基板１に抵抗体を成膜する工程を経時的に示した図面である。

シリコン基板４に溝５を形成する工程とは別に、まず、図６（ａ），（ｂ）に示す通り、ガラス基板１を準備し、上記実施形態１で説明したように、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏ系材料から構成した高抵抗膜２をガラス基板１の下面に成膜する。

高抵抗膜２を成膜したら、図６（ｃ）に示す通り、上記実施形態２で説明したようにＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系材料から構成した発熱抵抗膜３を高抵抗膜２の下面に成膜し、その後、図６（ｄ），（ｅ）に示す通り、上記実施形態２で説明したようにＡｕなどから構成した低抵抗膜６を発熱抵抗膜３の下面に成膜する。低抵抗膜６は高抵抗膜２及び発熱抵抗膜３より抵抗が低い。なお、図６（ｄ）は発熱抵抗膜３に低抵抗膜６を成膜したガラス基板１の断面図であり、図６（ｅ）は図６（ｄ）のガラス基板１を下側からみた平面図である。

そして高抵抗膜２、発熱抵抗膜３及び低抵抗膜６をそれぞれ成膜したガラス基板１と、図２に示すシリコン基板４とを準備したら、上記実施形態１で説明したように、ガラス基板１を各抵抗膜２，３，６の成膜された面の反対面でシリコン基板４と当接させて陽極接合をおこない、ガラス基板１とシリコン基板４とを接合する。この場合、陰極を、発熱抵抗膜３における低抵抗膜６が設けられていない部位の表面に当接させるが、陰極は、発熱抵抗膜３における低抵抗膜６が設けられていない部位の表面に当接しているために、陰極と発熱抵抗膜３との間の接触面積が広い。

このようにガラス基板１の下面のほぼ全域を高抵抗膜２で成膜してガラス基板１とシリコン基板４とを陽極接合すると、陽極接合装置の陰極からの電界が低抵抗膜６及び発熱抵抗膜３を通過して高抵抗膜２の膜内に広く分散し、上記実施形態１，２の場合と同じように、陽極接合装置の陽極と陰極とのあいだで電界強度が均一となって電界分布に偏りがなくなる。そのため、本実施形態３でも、ガラス基板１中のＮａが局所的に析出するのを防止することができ、ひいては線状に成膜した電力供給用の低抵抗膜６がガラス基板１から剥離するのを防止することができる。また本実施形態３では、ガラス基板１の下面のほぼ全域を、緻密なＴａ−Ｓｉ−Ｏ系材料からなる高抵抗膜２がＮａの移動の障壁となってＮａの発熱抵抗膜３への到達を緩和するので、陽極接合装置の陰極の劣化を抑制することができる。

なお、本実施形態３では、陰極を、発熱抵抗膜３における低抵抗膜６が設けられていない部位の表面にのみ接触させて陽極接合をおこなったが、これに限らず、発熱抵抗膜３及び低抵抗膜６の両方に陰極を接触させて陽極接合をおこなってもよい。

上記各実施形態１〜３では、シリコン基板４にのみ溝５を形成して流路を設けたが、これに限らず、ガラス基板１のみに溝を設けてもよいし、ガラス基板１及びシリコン基板４にそれぞれ溝を設けてもよい。

また上記各実施形態１〜３の接合基板（上記各実施形態１〜３の接合方法で作製した、ガラス基板１とシリコン基板４との接合体（高抵抗膜２，発熱抵抗膜３，低抵抗膜６を含む。））は、マイクロリアクタと呼ばれる微小の反応炉として利用することができる。つまり、原料系の流体を溝５で構成された流路内に流し、この流路を発熱抵抗膜３で加熱することにより流路内で化学反応を引き起こすことができる。この接合基板は、例えばジエチルエーテルやメタノール等の炭化水素物を改質して水素を抽出するマイクロリアクタとして応用することができ、特に、液体又は固体状の炭化水素物を気化する気化用マイクロリアクタ、炭化水素物を水素に改質する水素改質用マイクロリアクタ、一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去用マイクロリアクタとして用いるのに有効であり、水素を化学反応させて発電する燃料電池の小型化に寄与することができる。

上記実施形態１において、高抵抗膜２の成膜工程では、９９vol％Ａｒガス＋１vol％Ｏ₂ガス雰囲気中でかつ１０Ｔｏｒｒの圧力下でスパッタリングをおこない、シート抵抗（Ｓｈ）が１０００ｋΩ／□の高抵抗膜２を成膜した。
発熱抵抗膜３の成膜工程では、各長手部３ａの幅（Ａ）が１００μｍで、各長手部３ａの長さ（Ｂ）が４０００μｍで、隣り合う長手部３ａ同士の間隔（Ｃ）が１００μｍで、各長手部３ａのシート抵抗（Ｓｈ）が０．５Ω／□の葛折り状の発熱抵抗膜３を成膜した。

この場合、１つの長手部３ａ分の抵抗が、Ｓｈ×（Ｂ／Ａ）から０．５Ω／□×４０００μｍ／１００μｍ＝２０Ωとなり、各長手部３ａのあいだから露出する高抵抗膜２分の抵抗は、Ｓｆ×（Ｃ／Ｂ）から１０００ｋΩ／□×１００μｍ／４０００μｍ＝２５ｋΩとなる。

したがって、２つの長手部３ａ，３ａの発熱抵抗膜３の抵抗（２０×２＝４０Ω：正確には隣り合う２つの長手部３ａ，３ａを繋ぐ１つの短手部３ｂ分の抵抗が加算される。）と、それら２つの長手部３ａ，３ａのあいだから露出する高抵抗膜２の抵抗（２５ｋΩ）とのあいだでは、高抵抗膜２の抵抗が発熱抵抗膜３の抵抗より非常に大きくなり、上記式（１）の関係も満たす。

この状態において、発熱抵抗膜３の両端部３ｃ，３ｄ間に電圧を印加したら、電流が高抵抗膜２に極端に流れることはなく、葛折り状にパターニングされた発熱抵抗膜３を効率よく発熱させることができた。

シリコン基板に溝を形成する工程を説明するための図面である。 ガラス基板に抵抗体を成膜する工程を説明するための図面である。 ガラス基板とシリコン基板との陽極接合を説明するための図面である。 ガラス基板とシリコン基板との陽極接合工程において陽極と陰極とのあいだで発生する電界分布を示す概略的な図面である。 実施形態２においてガラス基板に抵抗体を成膜する工程を説明するための図面である。 実施形態３においてガラス基板に抵抗体を成膜する工程を説明するための図面である。

符号の説明

１ ガラス基板（第１基板）
２ 高抵抗膜
３ 発熱抵抗膜（抵抗体）
３ａ 長手部
３ｂ 短手部
４ シリコン基板（第２基板）
５ 溝
６ 低抵抗膜

Claims (13)

1. Ｎａを含有したガラス基板である第１基板と、
   前記第１基板の一方の面に形成された高抵抗膜と、
   前記高抵抗膜の一方の面に形成された前記高抵抗膜より低抵抗の発熱抵抗膜と、
   前記発熱抵抗膜に接続された低抵抗膜と、
   前記第１基板の他方の面に接合されたシリコン基板である第２基板と、
   を備え、
   前記第１基板及び第２基板は陽極接合により接合されていることを特徴とする接合基板。
2. 請求項１記載の接合基板において、
   前記第１基板及び第２基板の少なくとも一方には、溝が形成されていることを特徴とする接合基板。
3. 請求項１又は２に記載の接合基板において、
   前記発熱抵抗膜は、所定の電圧が印加されると加熱することを特徴とする接合基板。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の接合基板において、
   前記高抵抗膜はＴａ−Ｓｉ−Ｏ系材料から構成されていることを特徴とする接合基板。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の接合基板において、
   前記発熱抵抗膜はＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系材料から構成されていることを特徴とする接合基板。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の接合基板において、
   前記発熱抵抗膜は、前記高抵抗膜より１／１０００以下のシート抵抗であることを特徴とする接合基板。
7. 請求項１〜６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、マイクロリアクタであることを特徴とする接合基板。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の接合基板において、
   前記高抵抗膜は、前記発熱抵抗膜より広い面積を有していることを特徴とする接合基板。
9. Ｎａを含有したガラス基板である第１基板と、シリコン基板である第２基板とを接合する基板の接合方法において、
   前記第１基板の所定面に成膜された高抵抗膜に所定パターンの発熱抵抗膜を成膜し、前記第１基板を前記高抵抗膜及び前記発熱抵抗膜の成膜された面の反対面で第２基板と当接させ、前記第１基板側が陰極となりかつ前記第２基板側が陽極となるように電圧を印加して、前記第１基板と前記第２基板とを陽極接合することを特徴とする基板の接合方法。
10. 請求項９に記載の基板の接合方法において、
    前記発熱抵抗膜の成膜工程では前記発熱抵抗膜を葛折り状にパターニングし、当該発熱抵抗膜に関して各長手部の幅をＡ、各長手部の長さをＢ、隣り合う長手部同士の間隔をＣ、１つの長手部の分のシート抵抗をＳｈとし、さらに２つの長手部のあいだから露出する前記高抵抗膜のシート抵抗をＳｆとした場合に、Ｓｈ×（Ｂ／Ａ）×２×１００＜Ｓｆ×（Ｃ／Ｂ）の関係を満たすことを特徴とする基板の接合方法。
11. Ｎａを含有したガラス基板である第１基板と、シリコン基板である第２基板とを接合する基板の接合方法において、
    前記第１基板の所定面に成膜された高抵抗膜に発熱抵抗膜を成膜し、前記発熱抵抗膜に電力を供給する所定パターンの低抵抗膜を前記発熱抵抗膜に成膜し、前記第１基板を前記高抵抗膜、前記発熱抵抗膜及び前記低抵抗膜の成膜された面の反対面で第２基板と当接させ、前記第１基板側が陰極となりかつ前記第２基板側が陽極となるように電圧を印加して、前記第１基板と前記第２基板とを陽極接合することを特徴とする基板の接合方法。
12. 請求項９〜１１のいずれか一項に記載の基板の接合方法において、
    前記高抵抗膜はＴａ−Ｓｉ−Ｏ系材料から構成されていることを特徴とする基板の接合方法。
13. 請求項９〜１２のいずれか一項に記載の基板の接合方法において、
    前記発熱抵抗膜はＴａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系材料から構成されていることを特徴とする基板の接合方法。

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