JP2003168685A - 配線電極構造及びその製造方法 - Google Patents
配線電極構造及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロリアクタ等を構成する微小基板上に
微細配線として形成した場合であっても、比較的抵抗率
が低く、かつ、周辺の絶縁膜との接合性や密着性に優れ
た配線電極構造及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ヒータ配線50は、金又はその合金材料
等の低抵抗特性を有する第2の導電性配線層52a、5
2bと、酸化物又は窒化物等からなる薄膜ヒータ(抵抗
体層)40又は絶縁性の保護膜60との間に、タングス
テン又はその合金材料等の高融点金属材料からなる第1
の導電性配線層51a、51b又は第3の導電性配線層
53a、53bが介挿された積層構造を有している。ま
た、第1の導電性配線層51bのパターン幅が、第2の
導電性配線層52b及び第3の導電性配線層53bのパ
ターン幅よりも広く構成された段差を備えた断面構造を
有している。
微細配線として形成した場合であっても、比較的抵抗率
が低く、かつ、周辺の絶縁膜との接合性や密着性に優れ
た配線電極構造及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ヒータ配線50は、金又はその合金材料
等の低抵抗特性を有する第2の導電性配線層52a、5
2bと、酸化物又は窒化物等からなる薄膜ヒータ(抵抗
体層)40又は絶縁性の保護膜60との間に、タングス
テン又はその合金材料等の高融点金属材料からなる第1
の導電性配線層51a、51b又は第3の導電性配線層
53a、53bが介挿された積層構造を有している。ま
た、第1の導電性配線層51bのパターン幅が、第2の
導電性配線層52b及び第3の導電性配線層53bのパ
ターン幅よりも広く構成された段差を備えた断面構造を
有している。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、配線電極構造及び
その製造方法に関し、特に、化学反応装置等の薄膜ヒー
タの配線や電極に適用して良好な配線電極構造及びその
製造方法に関する。
その製造方法に関し、特に、化学反応装置等の薄膜ヒー
タの配線や電極に適用して良好な配線電極構造及びその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、化学反応工学の分野においては、
流体化された混合物質を反応流路(チャネル)内に設け
られた触媒による化学反応(触媒反応)により、所望の
流体物質を生成する化学反応装置(流路反応器、又は、
チャネルリアクタともいう)が知られている。
流体化された混合物質を反応流路(チャネル)内に設け
られた触媒による化学反応(触媒反応)により、所望の
流体物質を生成する化学反応装置(流路反応器、又は、
チャネルリアクタともいう)が知られている。
【0003】近年、このような化学反応装置の技術分野
に、集積回路等の半導体デバイス製造技術で蓄積された
微細加工技術(マイクロテクノロジー)をはじめとす
る、いわゆる、マイクロマシン製造技術を適用して、例
えば、単一のシリコンチップ上の微小空間にミリメート
ルオーダー又はミクロンオーダーの混合器や反応流路、
分析器等の各種機能要素を集積化したマイクロリアクタ
(又は、マイクロチャネルリアクタともいう)の研究開
発が活発に行われている。
に、集積回路等の半導体デバイス製造技術で蓄積された
微細加工技術(マイクロテクノロジー)をはじめとす
る、いわゆる、マイクロマシン製造技術を適用して、例
えば、単一のシリコンチップ上の微小空間にミリメート
ルオーダー又はミクロンオーダーの混合器や反応流路、
分析器等の各種機能要素を集積化したマイクロリアクタ
(又は、マイクロチャネルリアクタともいう)の研究開
発が活発に行われている。
【0004】ここで、マイクロリアクタにおける主要な
構成である反応流路部について、図9を参照して簡単に
説明する。マイクロリアクタの反応流路部は、概略、図
9(a)、(b)、(c)に示すように、シリコン等の
微小な基板10pの一面側にフォトエッチング技術等を
用いて、例えば、ミクロンオーダーの幅及び深さを有す
る溝部からなる反応流路(マイクロチャネル)20pを
形成し、該反応流路20pの内壁面に所定の膜厚で触媒
21を付着形成した後、該基板10pの一面側に、上記
反応流路20pの開放部を閉止するようにガラス等の閉
止基板30pを接合した構成を有している。
構成である反応流路部について、図9を参照して簡単に
説明する。マイクロリアクタの反応流路部は、概略、図
9(a)、(b)、(c)に示すように、シリコン等の
微小な基板10pの一面側にフォトエッチング技術等を
用いて、例えば、ミクロンオーダーの幅及び深さを有す
る溝部からなる反応流路(マイクロチャネル)20pを
形成し、該反応流路20pの内壁面に所定の膜厚で触媒
21を付着形成した後、該基板10pの一面側に、上記
反応流路20pの開放部を閉止するようにガラス等の閉
止基板30pを接合した構成を有している。
【0005】特に、マイクロリアクタにおける化学反応
(触媒反応)が所定の熱条件による吸熱反応を伴う場合
には、化学反応時に反応流路20p(詳しくは、触媒2
1)に所定の熱エネルギーを供給するために、図9
(b)、(c)に示すように、基板10pの他面側に、
上記反応流路20pが形成された領域に対応して設けら
れた薄膜ヒータ40pと、該薄膜ヒータ40pに所定の
電気エネルギー(電圧)を供給するヒータ配線50p
と、を備えた構成が適用される。なお、図9(a)、
(c)においては、反応流路20p及び薄膜ヒータ40
pの形状を明確にするために、便宜的にハッチングを施
して示した。
(触媒反応)が所定の熱条件による吸熱反応を伴う場合
には、化学反応時に反応流路20p(詳しくは、触媒2
1)に所定の熱エネルギーを供給するために、図9
(b)、(c)に示すように、基板10pの他面側に、
上記反応流路20pが形成された領域に対応して設けら
れた薄膜ヒータ40pと、該薄膜ヒータ40pに所定の
電気エネルギー(電圧)を供給するヒータ配線50p
と、を備えた構成が適用される。なお、図9(a)、
(c)においては、反応流路20p及び薄膜ヒータ40
pの形状を明確にするために、便宜的にハッチングを施
して示した。
【0006】このような構成を有するマイクロリアクタ
において、例えば、メタノールと水からなる混合物質を
気化した流体物質(混合ガス)を上記反応流路の導入部
20a側から導入するとともに、図示を省略したヒータ
電源からヒータ配線50pを介して、薄膜ヒータ40p
に所定の電圧を印加して加熱し、反応流路20pが所定
の温度となるように所定の熱エネルギーを供給すること
により、反応流路20p内に付着形成された触媒21に
よる吸熱触媒反応が生じて、水素ガスと少量の二酸化炭
素等が生成される(メタノール水蒸気改質反応)。な
お、メタノール等のアルコール系原料から上述したよう
な水蒸気改質反応により水素ガスを生成する技術は、近
年、実用化に向けての研究開発が目覚ましい燃料改質型
の燃料電池における燃料(水素)供給装置にも適用され
る技術である。
において、例えば、メタノールと水からなる混合物質を
気化した流体物質(混合ガス)を上記反応流路の導入部
20a側から導入するとともに、図示を省略したヒータ
電源からヒータ配線50pを介して、薄膜ヒータ40p
に所定の電圧を印加して加熱し、反応流路20pが所定
の温度となるように所定の熱エネルギーを供給すること
により、反応流路20p内に付着形成された触媒21に
よる吸熱触媒反応が生じて、水素ガスと少量の二酸化炭
素等が生成される(メタノール水蒸気改質反応)。な
お、メタノール等のアルコール系原料から上述したよう
な水蒸気改質反応により水素ガスを生成する技術は、近
年、実用化に向けての研究開発が目覚ましい燃料改質型
の燃料電池における燃料(水素)供給装置にも適用され
る技術である。
【0007】そして、このようなマイクロリアクタにお
いては、反応流路の構成を微細化することにより、次に
示すような種々の特徴を有している。 (1)反応流路における反応容積が小さくなるので、反
応流路とヒータと間の表面積/反応流路の体積の比が高
く、触媒反応時の伝熱特性が向上して反応効率が改善す
るという利点がある。 (2)反応流路の径が小さいので、混合物質を構成する
反応分子の拡散混合時間が短くなるので、反応流路内に
おける触媒反応の進行速度(反応速度)が向上するとい
う利点がある。 (3)マイクロリアクタ自体が小型であるので、大型炉
を製造するときに行われるような、小型実験炉での検証
結果に合わせた段階的なスケールアップ(装置規模の大
型化や流体物質の生成能力の向上)に伴う煩雑な反応工
学的な検討が不要となるという利点がある。 なお、マイクロリアクタの具体的な構成例については、
後述する発明の実施の形態の記載において詳しく説明す
る。
いては、反応流路の構成を微細化することにより、次に
示すような種々の特徴を有している。 (1)反応流路における反応容積が小さくなるので、反
応流路とヒータと間の表面積/反応流路の体積の比が高
く、触媒反応時の伝熱特性が向上して反応効率が改善す
るという利点がある。 (2)反応流路の径が小さいので、混合物質を構成する
反応分子の拡散混合時間が短くなるので、反応流路内に
おける触媒反応の進行速度(反応速度)が向上するとい
う利点がある。 (3)マイクロリアクタ自体が小型であるので、大型炉
を製造するときに行われるような、小型実験炉での検証
結果に合わせた段階的なスケールアップ(装置規模の大
型化や流体物質の生成能力の向上)に伴う煩雑な反応工
学的な検討が不要となるという利点がある。 なお、マイクロリアクタの具体的な構成例については、
後述する発明の実施の形態の記載において詳しく説明す
る。
【0008】ところで、上述したようなマイクロリアク
タに適用される薄膜ヒータ40p及びヒータ配線50p
の具体的な断面構造は、例えば、図13に示すように、
シリコン等の基板10pの一面側(図9に示した構成で
は、他面側に相当)の所定の領域に、酸化物や窒化物等
の抵抗体材料からなる薄膜ヒータ40pが設けられ、該
薄膜ヒータ40pの所定の領域(図13においては、端
部に沿って)上に低抵抗の配線材料からなるヒータ配線
50pが積層され、さらに、少なくともヒータ配線50
p及び薄膜ヒータ40pを被覆(図13においては、基
板10p上も被覆)して保護する絶縁性の保護膜60p
が設けられた構成を有している。なお、反応流路が形成
される基板10pとして、シリコン等の半導体材料を適
用する場合にあっては、基板表面に、図示を省略した熱
酸化膜が形成されている。
タに適用される薄膜ヒータ40p及びヒータ配線50p
の具体的な断面構造は、例えば、図13に示すように、
シリコン等の基板10pの一面側(図9に示した構成で
は、他面側に相当)の所定の領域に、酸化物や窒化物等
の抵抗体材料からなる薄膜ヒータ40pが設けられ、該
薄膜ヒータ40pの所定の領域(図13においては、端
部に沿って)上に低抵抗の配線材料からなるヒータ配線
50pが積層され、さらに、少なくともヒータ配線50
p及び薄膜ヒータ40pを被覆(図13においては、基
板10p上も被覆)して保護する絶縁性の保護膜60p
が設けられた構成を有している。なお、反応流路が形成
される基板10pとして、シリコン等の半導体材料を適
用する場合にあっては、基板表面に、図示を省略した熱
酸化膜が形成されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなマイクロリアクタの場合に限らず、基板上に各
種機能要素や配線層を微細化して集積化する電子デバイ
スやマイクロマシン等の技術分野においては、後述する
表1に示すように、抵抗率が他の導電性材料に比較して
顕著に低いアルミニウムや銅等を配線層として適用する
場合、次のような問題を有していることが知られてい
る。
たようなマイクロリアクタの場合に限らず、基板上に各
種機能要素や配線層を微細化して集積化する電子デバイ
スやマイクロマシン等の技術分野においては、後述する
表1に示すように、抵抗率が他の導電性材料に比較して
顕著に低いアルミニウムや銅等を配線層として適用する
場合、次のような問題を有していることが知られてい
る。
【0010】すなわち、アルミニウム等を適用した配線
層に高い電流密度を有する電流を流すと、アルミニウム
原子等が粒界に沿って移動することにより、粒界にボイ
ドが成長して、配線が断線するエレクトロマイグレーシ
ョンが発生する問題を有している。また、エレクトロマ
イグレーションがほとんど発生しない銅等の金属材料を
配線層に適用した場合、重金属イオンである銅イオンが
酸化物や窒化物等からなる絶縁膜(上述した図13の構
成においては、薄膜ヒータ40pや保護膜60p)中に
拡散して、周辺の膜質や電気的な特性に影響を与える問
題を有している。
層に高い電流密度を有する電流を流すと、アルミニウム
原子等が粒界に沿って移動することにより、粒界にボイ
ドが成長して、配線が断線するエレクトロマイグレーシ
ョンが発生する問題を有している。また、エレクトロマ
イグレーションがほとんど発生しない銅等の金属材料を
配線層に適用した場合、重金属イオンである銅イオンが
酸化物や窒化物等からなる絶縁膜(上述した図13の構
成においては、薄膜ヒータ40pや保護膜60p)中に
拡散して、周辺の膜質や電気的な特性に影響を与える問
題を有している。
【0011】また、アルミニウムのヒータ配線50p上
に保護膜60を形成する際に数百度の高温に処理する場
合や、マイクロリアクタとして反応促進のために熱が加
えられた場合に、高温から室温に下がる過程で保護膜6
0とヒータ配線50pとの間の熱膨張係数の差により生
じる物理的応力によりアルミニウムがストレスマイグレ
ーションを起こして断線する恐れがある。また、金は良
導体であるが、基板表面に設けられた酸化物や窒化物か
らなる保護膜60pや、酸化物や窒化物等の抵抗体材料
からなる薄膜ヒータ40pとの密着性が悪く、基板から
剥離する恐れがあった。一方、金と同様に良導体である
銅は金ほど密着性が悪くないが、シリコン中に拡散して
しまいやすいという問題があった。
に保護膜60を形成する際に数百度の高温に処理する場
合や、マイクロリアクタとして反応促進のために熱が加
えられた場合に、高温から室温に下がる過程で保護膜6
0とヒータ配線50pとの間の熱膨張係数の差により生
じる物理的応力によりアルミニウムがストレスマイグレ
ーションを起こして断線する恐れがある。また、金は良
導体であるが、基板表面に設けられた酸化物や窒化物か
らなる保護膜60pや、酸化物や窒化物等の抵抗体材料
からなる薄膜ヒータ40pとの密着性が悪く、基板から
剥離する恐れがあった。一方、金と同様に良導体である
銅は金ほど密着性が悪くないが、シリコン中に拡散して
しまいやすいという問題があった。
【0012】そのため、比較的抵抗率が低く、上述した
ようなマイグレーションや重金属イオンの拡散を生じに
くい安定的な物性を有する導電性材料として、金等の配
線材料を適用することが考えられるが、このような導電
性は、薄膜ヒータや絶縁保護膜を構成する酸化物や窒化
物等との接合性や密着性が極めて悪く、加熱の繰り返し
により生じる応力等のための剥離や、マイクロリアクタ
に適用される細い配線の場合に局所的に高い電流密度の
ために変形してしまい、電気的特性の劣化等を生じやす
いため、配線材料としての信頼性に欠けるという問題を
有していた。
ようなマイグレーションや重金属イオンの拡散を生じに
くい安定的な物性を有する導電性材料として、金等の配
線材料を適用することが考えられるが、このような導電
性は、薄膜ヒータや絶縁保護膜を構成する酸化物や窒化
物等との接合性や密着性が極めて悪く、加熱の繰り返し
により生じる応力等のための剥離や、マイクロリアクタ
に適用される細い配線の場合に局所的に高い電流密度の
ために変形してしまい、電気的特性の劣化等を生じやす
いため、配線材料としての信頼性に欠けるという問題を
有していた。
【0013】そこで、本発明は、上述した問題点に鑑
み、マイクロリアクタ等を構成する微小基板上に微細配
線として形成した場合であっても、比較的抵抗率が低
く、かつ、周辺の絶縁膜との接合性や密着性に優れた配
線電極構造及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
み、マイクロリアクタ等を構成する微小基板上に微細配
線として形成した場合であっても、比較的抵抗率が低
く、かつ、周辺の絶縁膜との接合性や密着性に優れた配
線電極構造及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明に係る配線電極構
造は、基板の一面側に所定のパターン形状を有して設け
られた温度調整層と、前記温度調整層上に所定の配線パ
ターン形状を有して順次積層された、第1の導電性配線
層及び第2の導電性配線層を備えた積層配線と、を具備
し、前記第1の導電性配線層は、前記第2の導電性配線
層の前記導電性材料よりも線膨張率の低い材料を有し、
前記第2の導電性配線層は、前記第1の導電性配線層よ
り抵抗率の低い導電性材料を有することを特徴としてい
る。
造は、基板の一面側に所定のパターン形状を有して設け
られた温度調整層と、前記温度調整層上に所定の配線パ
ターン形状を有して順次積層された、第1の導電性配線
層及び第2の導電性配線層を備えた積層配線と、を具備
し、前記第1の導電性配線層は、前記第2の導電性配線
層の前記導電性材料よりも線膨張率の低い材料を有し、
前記第2の導電性配線層は、前記第1の導電性配線層よ
り抵抗率の低い導電性材料を有することを特徴としてい
る。
【0015】すなわち、薄膜の温度調整層上に配線とし
て形成される積層配線は、第1の導電性配線層より抵抗
率の低い導電性材料を有する第2の導電性配線層により
高い電圧を迅速に印加することができ、温度調整層が迅
速に所定の温度に達することができる。また、このよう
な良導体は、一般的に線膨張率が高く、温度調整層によ
り変化する温度による膨張あるいは収縮により生じる温
度調整層等との間での物理適応力の歪みにより剥離して
しまう恐れがあるが、第2の導電性配線層と温度調整層
との間に第2の導電性配線層よりも線膨張率の低い第1
の導電性配線層を設けたので、歪みを緩衝して剥がれを
抑制することができる。
て形成される積層配線は、第1の導電性配線層より抵抗
率の低い導電性材料を有する第2の導電性配線層により
高い電圧を迅速に印加することができ、温度調整層が迅
速に所定の温度に達することができる。また、このよう
な良導体は、一般的に線膨張率が高く、温度調整層によ
り変化する温度による膨張あるいは収縮により生じる温
度調整層等との間での物理適応力の歪みにより剥離して
しまう恐れがあるが、第2の導電性配線層と温度調整層
との間に第2の導電性配線層よりも線膨張率の低い第1
の導電性配線層を設けたので、歪みを緩衝して剥がれを
抑制することができる。
【0016】ここで、上記の各構成として、例えば、第
2の導電性配線層として、金又は金を含有する合金材料
を適用することが特に望ましいが、銅又は銅を含有する
合金材料を適用してもよい。抵抗体層として、酸化物又
は窒化物を適用し、また、保護膜として、絶縁性の酸化
物又は窒化物を適用するものであってもよい。さらに、
第1の導電性配線層及び第3の導電性配線層として、タ
ングステン又はタングステンを含有する合金材料を適用
するものであってもよい。
2の導電性配線層として、金又は金を含有する合金材料
を適用することが特に望ましいが、銅又は銅を含有する
合金材料を適用してもよい。抵抗体層として、酸化物又
は窒化物を適用し、また、保護膜として、絶縁性の酸化
物又は窒化物を適用するものであってもよい。さらに、
第1の導電性配線層及び第3の導電性配線層として、タ
ングステン又はタングステンを含有する合金材料を適用
するものであってもよい。
【0017】また、上記積層配線は、第1、第2及び第
3の導電性配線層が各々同一のパターン幅からなる所定
の配線パターン形状を有するように構成されているもの
であってもよいし、第1の導電性配線層のパターン幅
が、少なくとも、第3の導電性配線層のパターン幅より
も広く構成されているものであってもよい。後者の構成
によれば、積層配線の断面構造(形状)が、少なくと
も、第1の導電性配線層とそれ以外の導電性配線との間
で段差を有することになるので、積層配線の上面と抵抗
体層の上面又は基板上面との間の急峻な段差の変化を緩
和して、保護膜のステップカバレッジ(段差被覆性)を
改善して、良好な絶縁保護特性を実現することができ
る。
3の導電性配線層が各々同一のパターン幅からなる所定
の配線パターン形状を有するように構成されているもの
であってもよいし、第1の導電性配線層のパターン幅
が、少なくとも、第3の導電性配線層のパターン幅より
も広く構成されているものであってもよい。後者の構成
によれば、積層配線の断面構造(形状)が、少なくと
も、第1の導電性配線層とそれ以外の導電性配線との間
で段差を有することになるので、積層配線の上面と抵抗
体層の上面又は基板上面との間の急峻な段差の変化を緩
和して、保護膜のステップカバレッジ(段差被覆性)を
改善して、良好な絶縁保護特性を実現することができ
る。
【0018】また、上記配線電極構造は、少なくとも他
面側に、所定の流路を有する反応流路が設けられた化学
反応装置の全部又は一部が微細化されて形成された微小
基板に適用することができ、薄膜ヒータとなる抵抗体層
に対して、該積層配線を介して所定の電気エネルギーを
供給して所定の熱エネルギーを発生させることにより、
反応流路内で吸熱を伴う化学反応を生じさせて、所望の
物質を生成することができる。ここで、抵抗体層は、反
応流路内で生じる化学反応の進行に寄与する所定の熱エ
ネルギーを発生するように発熱特性が設定されている。
これによれば、各種機能要素が微小空間に集積化された
化学反応装置(マイクロリアクタ)を良好に実現するこ
とができるとともに、比較的高いエネルギー利用効率で
所定の化学反応を生じさせて所望の物質を生成すること
ができる。
面側に、所定の流路を有する反応流路が設けられた化学
反応装置の全部又は一部が微細化されて形成された微小
基板に適用することができ、薄膜ヒータとなる抵抗体層
に対して、該積層配線を介して所定の電気エネルギーを
供給して所定の熱エネルギーを発生させることにより、
反応流路内で吸熱を伴う化学反応を生じさせて、所望の
物質を生成することができる。ここで、抵抗体層は、反
応流路内で生じる化学反応の進行に寄与する所定の熱エ
ネルギーを発生するように発熱特性が設定されている。
これによれば、各種機能要素が微小空間に集積化された
化学反応装置(マイクロリアクタ)を良好に実現するこ
とができるとともに、比較的高いエネルギー利用効率で
所定の化学反応を生じさせて所望の物質を生成すること
ができる。
【0019】本発明に係る他の配線電極構造は、基板の
一面側に所定のパターン形状を有して設けられた温度調
整層と、前記温度調整層上に形成された積層配線と、前
記積層配線を被覆する保護膜と、が設けられ、前記積層
配線は、所定の配線パターン形状を有する第1の導電性
配線層と、前記第1の導電性配線層と前記保護膜との間
に形成され、前記第1の導電性配線層よりも高い線膨張
率材料で形成された第2の導電性配線層と、を有するこ
とを特徴としている。
一面側に所定のパターン形状を有して設けられた温度調
整層と、前記温度調整層上に形成された積層配線と、前
記積層配線を被覆する保護膜と、が設けられ、前記積層
配線は、所定の配線パターン形状を有する第1の導電性
配線層と、前記第1の導電性配線層と前記保護膜との間
に形成され、前記第1の導電性配線層よりも高い線膨張
率材料で形成された第2の導電性配線層と、を有するこ
とを特徴としている。
【0020】すなわち、第1の導電性配線層よりも高い
線膨張率の第2の導電性配線層を保護膜に接するように
配置したので、保護膜が酸化物や窒化物であっても密着
性に優れているので保護膜が剥離することを防止するこ
とができる。このような第1の導電性配線層及び第2の
導電性配線層をそれぞれ金を含む金属元素のみの材料及
びタングステンを主成分とする材料で構成すると、互い
に接合性に優れ低抵抗かつ常温及び急峻な温度変化に対
する剥離強度の高い配線を得ることができる。
線膨張率の第2の導電性配線層を保護膜に接するように
配置したので、保護膜が酸化物や窒化物であっても密着
性に優れているので保護膜が剥離することを防止するこ
とができる。このような第1の導電性配線層及び第2の
導電性配線層をそれぞれ金を含む金属元素のみの材料及
びタングステンを主成分とする材料で構成すると、互い
に接合性に優れ低抵抗かつ常温及び急峻な温度変化に対
する剥離強度の高い配線を得ることができる。
【0021】本発明に係る他の配線電極構造は、少なく
とも表面の一部に酸化膜又は窒化膜からなる基板上に設
けられた酸化物又は窒化物からなる温度調整層と、前記
温度調整層及び前記の前記一部の少なくとも何れか一方
の上に、タングステンを含む第1の導電性配線層、前記
第1の導電性配線層上に金を含む第2の導電性配線層、
及び前記第2の導電性配線層上にタングステンを含む第
3の導電性配線層を有する積層配線と、前記積層配線を
覆う酸化膜又は窒化膜からなる保護膜を有することを特
徴としている。
とも表面の一部に酸化膜又は窒化膜からなる基板上に設
けられた酸化物又は窒化物からなる温度調整層と、前記
温度調整層及び前記の前記一部の少なくとも何れか一方
の上に、タングステンを含む第1の導電性配線層、前記
第1の導電性配線層上に金を含む第2の導電性配線層、
及び前記第2の導電性配線層上にタングステンを含む第
3の導電性配線層を有する積層配線と、前記積層配線を
覆う酸化膜又は窒化膜からなる保護膜を有することを特
徴としている。
【0022】すなわち、薄膜の温度調整層上に配線とし
て形成される積層配線は、第1の導電性配線層より抵抗
率の低い導電性材料である金を有する第2の導電性配線
層により高い電圧を迅速に印加することができ、温度調
整層が迅速に所定の温度に達することができる。そし
て、このような良導体は、一般的に線膨張率が高く、温
度調整層により変化する温度による膨張あるいは収縮に
より生じる温度調整層や保護膜との間での物理適応力の
歪みにより剥離してしまう恐れがあるが、第2の導電タ
ングステンを含む性配線層と温度調整層との間に第2の
導電性配線層よりも線膨張率の低いタングステンを含む
第1の導電性配線層を設け、第2の導電性配線層と保護
層との間に第2の導電性配線層よりも線膨張率の低い第
3の導電性配線層を設けたので、第2導電性配線層が基
板や保護膜から剥離することを防止できる。
て形成される積層配線は、第1の導電性配線層より抵抗
率の低い導電性材料である金を有する第2の導電性配線
層により高い電圧を迅速に印加することができ、温度調
整層が迅速に所定の温度に達することができる。そし
て、このような良導体は、一般的に線膨張率が高く、温
度調整層により変化する温度による膨張あるいは収縮に
より生じる温度調整層や保護膜との間での物理適応力の
歪みにより剥離してしまう恐れがあるが、第2の導電タ
ングステンを含む性配線層と温度調整層との間に第2の
導電性配線層よりも線膨張率の低いタングステンを含む
第1の導電性配線層を設け、第2の導電性配線層と保護
層との間に第2の導電性配線層よりも線膨張率の低い第
3の導電性配線層を設けたので、第2導電性配線層が基
板や保護膜から剥離することを防止できる。
【0023】そして、上述した配線電極構造のうち、断
面構造に段差を備えた配線電極構造の製造方法は、基板
の一面側に、例えば、酸化物又は窒化物からなり、所定
の発熱特性を有する抵抗膜を形成する工程と、前記抵抗
膜上に、例えば、タングステン又はタングステンを含有
する合金材料等の高融点導電性材料からなる第1の導電
性膜と、例えば、金又は金を含有する合金材料等の低抵
抗特性を有する導電性材料からなる第2の導電性膜と、
例えば、タングステン又はタングステンを含有する合金
材料等の高融点導電性材料からなる第3の導電性膜を、
順次積層する工程と、前記第3の導電性膜上に、第1の
パターン形状を有する第1のレジスト膜を形成し、該第
1のレジスト膜を用いて、前記第3の導電性膜及び前記
第2の導電性膜を順次エッチングすることにより、前記
第1のパターン形状を有する第3の導電性配線層及び第
2の導電性配線層を形成する工程と、前記第1のパター
ンに対応し、該第1のパターンよりもパターン幅が広く
設定された第2のパターン形状を有し、少なくとも、前
記第3の導電性配線層及び第2の導電性配線層の上面及
び側面を被覆する第2のレジスト膜を形成し、該第2の
レジスト膜を用いて、前記第1の導電性膜をエッチング
することにより、前記第2のパターン形状を有する第1
の導電性配線層を形成する工程と、を含むことを特徴と
している。
面構造に段差を備えた配線電極構造の製造方法は、基板
の一面側に、例えば、酸化物又は窒化物からなり、所定
の発熱特性を有する抵抗膜を形成する工程と、前記抵抗
膜上に、例えば、タングステン又はタングステンを含有
する合金材料等の高融点導電性材料からなる第1の導電
性膜と、例えば、金又は金を含有する合金材料等の低抵
抗特性を有する導電性材料からなる第2の導電性膜と、
例えば、タングステン又はタングステンを含有する合金
材料等の高融点導電性材料からなる第3の導電性膜を、
順次積層する工程と、前記第3の導電性膜上に、第1の
パターン形状を有する第1のレジスト膜を形成し、該第
1のレジスト膜を用いて、前記第3の導電性膜及び前記
第2の導電性膜を順次エッチングすることにより、前記
第1のパターン形状を有する第3の導電性配線層及び第
2の導電性配線層を形成する工程と、前記第1のパター
ンに対応し、該第1のパターンよりもパターン幅が広く
設定された第2のパターン形状を有し、少なくとも、前
記第3の導電性配線層及び第2の導電性配線層の上面及
び側面を被覆する第2のレジスト膜を形成し、該第2の
レジスト膜を用いて、前記第1の導電性膜をエッチング
することにより、前記第2のパターン形状を有する第1
の導電性配線層を形成する工程と、を含むことを特徴と
している。
【0024】すなわち、積層配線を構成する第1乃至第
3の導電性配線層のうち、第2及び第3の導電性配線層
を構成する導電性膜(第2及び第3の導電性膜)を単一
のレジスト膜(第1のレジスト膜)を用いて、所定のパ
ターン幅でエッチングする第1のエッチング工程の後、
第1の導電性配線層を構成する導電性膜(第1の導電性
膜)をさらに別のレジスト膜(第2のレジスト膜)を用
いて、上記パターン幅よりも広いパターン幅でエッチン
グする第2のエッチング工程を含んでいる。ここで、第
2のエッチング工程においては、第1のエッチング工程
においてすでにパターニングされた第2及び第3の導電
性配線層の上面及び側面を被覆するようにレジスト膜が
形成される。
3の導電性配線層のうち、第2及び第3の導電性配線層
を構成する導電性膜(第2及び第3の導電性膜)を単一
のレジスト膜(第1のレジスト膜)を用いて、所定のパ
ターン幅でエッチングする第1のエッチング工程の後、
第1の導電性配線層を構成する導電性膜(第1の導電性
膜)をさらに別のレジスト膜(第2のレジスト膜)を用
いて、上記パターン幅よりも広いパターン幅でエッチン
グする第2のエッチング工程を含んでいる。ここで、第
2のエッチング工程においては、第1のエッチング工程
においてすでにパターニングされた第2及び第3の導電
性配線層の上面及び側面を被覆するようにレジスト膜が
形成される。
【0025】このような工程を有する製造方法によれ
ば、第2のエッチング工程の際に、少なくとも第3の導
電性配線層の側面が露出することがないので、第1及び
第3の導電性配線層を同一の導電性材料、例えば、タン
グステン又はタングステンを含有する合金材料等の高融
点導電性材料により構成する場合であっても、先の工程
においてパターニングされた第3の導電性配線層側面の
オーバーエッチング(サイドエッチング)を防止して、
パターン幅の減少や、それに伴う第2の導電性配線層と
保護膜との接触面積の増加を抑制することができ、金又
は金を含有する合金材料と、酸化物又は窒化物との接触
特有の接合性や密着性の劣化を抑制することができる。
ば、第2のエッチング工程の際に、少なくとも第3の導
電性配線層の側面が露出することがないので、第1及び
第3の導電性配線層を同一の導電性材料、例えば、タン
グステン又はタングステンを含有する合金材料等の高融
点導電性材料により構成する場合であっても、先の工程
においてパターニングされた第3の導電性配線層側面の
オーバーエッチング(サイドエッチング)を防止して、
パターン幅の減少や、それに伴う第2の導電性配線層と
保護膜との接触面積の増加を抑制することができ、金又
は金を含有する合金材料と、酸化物又は窒化物との接触
特有の接合性や密着性の劣化を抑制することができる。
【0026】また、第1及び第2のエッチング工程にお
いて、異なるレジスト膜を用いて各導電性配線層を構成
する導電性膜をエッチングしているので、エッチングの
諸条件によりエッチング耐性が低いレジスト膜を使用し
なければならない場合であっても、レジスト膜のエッチ
ング耐性を良好に保持しつつ、各導電性配線層を良好に
パターニングすることができる。さらに、第2及び第3
の導電性配線層のパターン幅に比較して、第1の導電性
配線層のパターン幅が広く設定されているので、第1の
エッチング工程における第2及び第3の導電性配線層の
位置精度を緩和することができ、当該導電性配線層のパ
ターン位置を規定するフォトマスクの位置合わせを比較
的容易に行うことができる。
いて、異なるレジスト膜を用いて各導電性配線層を構成
する導電性膜をエッチングしているので、エッチングの
諸条件によりエッチング耐性が低いレジスト膜を使用し
なければならない場合であっても、レジスト膜のエッチ
ング耐性を良好に保持しつつ、各導電性配線層を良好に
パターニングすることができる。さらに、第2及び第3
の導電性配線層のパターン幅に比較して、第1の導電性
配線層のパターン幅が広く設定されているので、第1の
エッチング工程における第2及び第3の導電性配線層の
位置精度を緩和することができ、当該導電性配線層のパ
ターン位置を規定するフォトマスクの位置合わせを比較
的容易に行うことができる。
【0027】また、第1の導電性配線層を形成する工程
の後に、少なくとも、前記第1、第2及び第3の導電性
配線層からなる積層配線の上面及び側面を被覆する第3
のパターン形状を有する第3のレジスト膜を形成し、該
第3のレジスト膜を用いて、前記抵抗膜をエッチングす
ることにより、前記第3のパターン形状を有する抵抗体
層を形成する工程を加えてもよく、あるいは、第1の導
電性膜を積層する工程の前に、予め抵抗膜上に所定のレ
ジスト膜を用いてパターニングすることで抵抗体層を形
成する工程を加えてもよい。そして、少なくとも、前記
抵抗体層及び前記積層配線を被覆し、例えば、絶縁性の
酸化物又は窒化物からなる保護膜を形成する工程を最終
的に追加してもよい。
の後に、少なくとも、前記第1、第2及び第3の導電性
配線層からなる積層配線の上面及び側面を被覆する第3
のパターン形状を有する第3のレジスト膜を形成し、該
第3のレジスト膜を用いて、前記抵抗膜をエッチングす
ることにより、前記第3のパターン形状を有する抵抗体
層を形成する工程を加えてもよく、あるいは、第1の導
電性膜を積層する工程の前に、予め抵抗膜上に所定のレ
ジスト膜を用いてパターニングすることで抵抗体層を形
成する工程を加えてもよい。そして、少なくとも、前記
抵抗体層及び前記積層配線を被覆し、例えば、絶縁性の
酸化物又は窒化物からなる保護膜を形成する工程を最終
的に追加してもよい。
【0028】なお、上記配線電極構造の製造方法は、少
なくとも他面側に、所定の流路を有する反応流路が設け
られた化学反応装置の全部又は一部が微細化されて形成
された微小基板に適用することができる。これによれ
ば、各種機能要素が微小空間に集積化された化学反応装
置(マイクロリアクタ)において、断線や剥離、電気的
特性の劣化等が抑制された信頼性の高いヒータ配線を良
好に実現することができる。
なくとも他面側に、所定の流路を有する反応流路が設け
られた化学反応装置の全部又は一部が微細化されて形成
された微小基板に適用することができる。これによれ
ば、各種機能要素が微小空間に集積化された化学反応装
置(マイクロリアクタ)において、断線や剥離、電気的
特性の劣化等が抑制された信頼性の高いヒータ配線を良
好に実現することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る配線電極構造
及びその製造方法について、実施の形態を示して詳しく
説明する。 <配線電極構造>図1は、本発明に係る配線電極構造を
適用した化学反応装置の一実施形態を示す概略構成図で
あり、図2は、本実施形態に係る化学反応装置に適用さ
れる配線電極構造を示す断面構造図である。ここでは、
化学反応装置として、各種機能要素のうち、吸熱触媒反
応を生じる反応流路部の構成のみを示して説明する。
及びその製造方法について、実施の形態を示して詳しく
説明する。 <配線電極構造>図1は、本発明に係る配線電極構造を
適用した化学反応装置の一実施形態を示す概略構成図で
あり、図2は、本実施形態に係る化学反応装置に適用さ
れる配線電極構造を示す断面構造図である。ここでは、
化学反応装置として、各種機能要素のうち、吸熱触媒反
応を生じる反応流路部の構成のみを示して説明する。
【0030】図1(a)〜(c)に示すように、本実施
形態に係る化学反応装置は、概略、少なくとも後述する
薄膜ヒータ40側の面に熱酸化処理により生成された酸
化シリコンからなる熱酸化膜11が形成されたシリコン
等の微小基板10と、微小基板10の一面側に所定の溝
形状を有して形成された反応流路20と、該反応流路2
0の内壁面のうち、少なくとも一面(本実施形態におい
ては、反応流路20の底面)に付着形成された触媒21
と、反応流路20の開放端側を閉止するように微小基板
10の一面側に対向して接合されたガラス基板等の閉止
基板30と、微小基板10の他面側に所定の形状でパタ
ーニング形成された薄膜ヒータ40と、該薄膜ヒータ4
0の両端部に沿って所定の形状でパターニング形成され
たヒータ配線50と、を備えて構成されている。なお、
図中、54は、図示を省略したヒータ電源と電気的に接
続するための電極パッドであって、例えば、ヒータ配線
50の端部等の所定の位置に設けられる。
形態に係る化学反応装置は、概略、少なくとも後述する
薄膜ヒータ40側の面に熱酸化処理により生成された酸
化シリコンからなる熱酸化膜11が形成されたシリコン
等の微小基板10と、微小基板10の一面側に所定の溝
形状を有して形成された反応流路20と、該反応流路2
0の内壁面のうち、少なくとも一面(本実施形態におい
ては、反応流路20の底面)に付着形成された触媒21
と、反応流路20の開放端側を閉止するように微小基板
10の一面側に対向して接合されたガラス基板等の閉止
基板30と、微小基板10の他面側に所定の形状でパタ
ーニング形成された薄膜ヒータ40と、該薄膜ヒータ4
0の両端部に沿って所定の形状でパターニング形成され
たヒータ配線50と、を備えて構成されている。なお、
図中、54は、図示を省略したヒータ電源と電気的に接
続するための電極パッドであって、例えば、ヒータ配線
50の端部等の所定の位置に設けられる。
【0031】このような構成に適用されるヒータ配線
(配線電極構造)50を含む断面構造の第1の例は、図
2(a)に示すように、微小基板10上に、所定の発熱
特性を有する薄膜ヒータ(抵抗体層)40と、高融点導
電性材料からなる第1の導電性配線層51aと、低抵抗
特性を有する第2の導電性配線層52aと、第1の導電
性配線層と同様に、高融点導電性材料からなる第3の導
電性配線層53aと、少なくとも、上記薄膜ヒータ40
及び第3の導電性配線層53aの上面の所定の領域を被
覆するように設けられた絶縁性の保護膜60と、が順次
積層された構成を有している。ここで、第1、第2及び
第3の導電性配線層51a、52a、53aが所定の配
線パターン形状を有して順次積層された積層構造の配線
は、本発明における積層配線を構成し、図2(a)に示
した配線電極構造においては、積層配線を構成する各導
電性配線層51a、52a、53aがいずれも同一のパ
ターン幅を有する同一の配線パターン形状に設定された
断面構造を有している。
(配線電極構造)50を含む断面構造の第1の例は、図
2(a)に示すように、微小基板10上に、所定の発熱
特性を有する薄膜ヒータ(抵抗体層)40と、高融点導
電性材料からなる第1の導電性配線層51aと、低抵抗
特性を有する第2の導電性配線層52aと、第1の導電
性配線層と同様に、高融点導電性材料からなる第3の導
電性配線層53aと、少なくとも、上記薄膜ヒータ40
及び第3の導電性配線層53aの上面の所定の領域を被
覆するように設けられた絶縁性の保護膜60と、が順次
積層された構成を有している。ここで、第1、第2及び
第3の導電性配線層51a、52a、53aが所定の配
線パターン形状を有して順次積層された積層構造の配線
は、本発明における積層配線を構成し、図2(a)に示
した配線電極構造においては、積層配線を構成する各導
電性配線層51a、52a、53aがいずれも同一のパ
ターン幅を有する同一の配線パターン形状に設定された
断面構造を有している。
【0032】また、ヒータ配線(配線電極構造)50を
含む断面構造の第2の例は、図2(b)に示すように、
上述した第1の例と同様に、微小基板10上に、薄膜ヒ
ータ40と、第1の導電性配線層51bと、第2の導電
性配線層52bと、第3の導電性配線層53bと、保護
膜60と、が順次積層され、特に、第1の導電性配線層
51bのパターン幅が、少なくとも、第3の導電性配線
層53b(図では、第2及び第3の導電性配線層52
b、53b)のパターン幅よりも広くなるように配線パ
ターン形状が設定された、段差を備えた断面構造を有し
ている。ここで、ヒータ配線50を構成する第2の導電
性配線層52a、52bは、少なくとも所定の低抵抗特
性を有し、上述した化学反応装置におけるヒータ配線と
して、高い電気伝導効率で薄膜ヒータ40に電気エネル
ギーを供給することができる導電性材料、例えば、金
(Au)又はその合金材料により構成されている。
含む断面構造の第2の例は、図2(b)に示すように、
上述した第1の例と同様に、微小基板10上に、薄膜ヒ
ータ40と、第1の導電性配線層51bと、第2の導電
性配線層52bと、第3の導電性配線層53bと、保護
膜60と、が順次積層され、特に、第1の導電性配線層
51bのパターン幅が、少なくとも、第3の導電性配線
層53b(図では、第2及び第3の導電性配線層52
b、53b)のパターン幅よりも広くなるように配線パ
ターン形状が設定された、段差を備えた断面構造を有し
ている。ここで、ヒータ配線50を構成する第2の導電
性配線層52a、52bは、少なくとも所定の低抵抗特
性を有し、上述した化学反応装置におけるヒータ配線と
して、高い電気伝導効率で薄膜ヒータ40に電気エネル
ギーを供給することができる導電性材料、例えば、金
(Au)又はその合金材料により構成されている。
【0033】また、第2の導電性配線層52a、52b
は、例えば、金のように低抵抗率の材料で構成され、第
1の導電性配線層51a、51bは、薄膜ヒータ40上
及び基板10の表面の熱酸化膜11上に配置しており、
薄膜ヒータ40及び熱酸化膜11に対して剥離や電気的
特性の劣化等を生じにくく、かつ、接合性又は密着性の
高い特性を有する導電性材料であるとともに、第2の導
電性配線層52a、52bとの間の接合性に優れている
材料であり、第3の導電性配線層53a、53bは、第
2の導電性配線層52a、52b、及び、保護膜60の
双方との直接的な接合に対して、剥離や電気的特性の劣
化等を生じにくく、かつ、接合性又は密着性の高い特性
を有する導電性材料であり、第1の導電性配線層51
a、51b並びに第3の導電性配線層53a、53b
は、例えば、タングステン(W)又はその合金材料等の
高融点導電性により構成されている。具体的には、金又
はその合金材料等(第2の導電性配線層52a、52
b)、及び、酸化物又は窒化物等(薄膜ヒータ40、保
護膜60)に対して密着性の向上を図ることができる成
分、例えば、タングステンに、チタン(Ti)、アルミ
ニウム(Al)、シリコン(Si)、モリブデン(M
o)、タンタル(Ta)から選択された材料を適当な比
率(Atomic比)で含有するように生成された導電性材料
を良好に適用することができる。なお、本願発明者が各
種比率で検討した結果、タングステンに対して、チタン
(Ti)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)等
から任意に選択された成分を、概ね10atomic%以下、
より望ましくは、4atomic%程度で含有した導電性材料
を良好に適用できることが確認された。ここで、第1の
導電性配線層51a、51b及び第3の導電性配線層5
3a、53bに適用される材料、並びに第2の導電性配
線層52a、52bに適用される材料を表1に示す。
は、例えば、金のように低抵抗率の材料で構成され、第
1の導電性配線層51a、51bは、薄膜ヒータ40上
及び基板10の表面の熱酸化膜11上に配置しており、
薄膜ヒータ40及び熱酸化膜11に対して剥離や電気的
特性の劣化等を生じにくく、かつ、接合性又は密着性の
高い特性を有する導電性材料であるとともに、第2の導
電性配線層52a、52bとの間の接合性に優れている
材料であり、第3の導電性配線層53a、53bは、第
2の導電性配線層52a、52b、及び、保護膜60の
双方との直接的な接合に対して、剥離や電気的特性の劣
化等を生じにくく、かつ、接合性又は密着性の高い特性
を有する導電性材料であり、第1の導電性配線層51
a、51b並びに第3の導電性配線層53a、53b
は、例えば、タングステン(W)又はその合金材料等の
高融点導電性により構成されている。具体的には、金又
はその合金材料等(第2の導電性配線層52a、52
b)、及び、酸化物又は窒化物等(薄膜ヒータ40、保
護膜60)に対して密着性の向上を図ることができる成
分、例えば、タングステンに、チタン(Ti)、アルミ
ニウム(Al)、シリコン(Si)、モリブデン(M
o)、タンタル(Ta)から選択された材料を適当な比
率(Atomic比)で含有するように生成された導電性材料
を良好に適用することができる。なお、本願発明者が各
種比率で検討した結果、タングステンに対して、チタン
(Ti)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)等
から任意に選択された成分を、概ね10atomic%以下、
より望ましくは、4atomic%程度で含有した導電性材料
を良好に適用できることが確認された。ここで、第1の
導電性配線層51a、51b及び第3の導電性配線層5
3a、53bに適用される材料、並びに第2の導電性配
線層52a、52bに適用される材料を表1に示す。
【0034】
【表1】
【0035】ヒータ配線50pに適用される第2の導電
性配線層52a、52bは、低抵抗層として機能する
が、この配線材料は抵抗率が低い材料であることが望ま
しく、表1に示すような各種導電性材料のうち、特に金
(Au)のような比較的抵抗率が低く、酸化されにく
く、基板中に拡散しにくい材料が望ましい。また、金よ
りも酸化されやすく、また、基板中に拡散しやすいが、
銅を適用することも可能である。さらには、金を含有す
る合金や銅を含有する合金を適用してもよい。第1の導
電性配線層51a、51b並びに第3の導電性配線層5
3a、53bに適用されるタングステンは、基板表面の
酸化膜により容易に接触面を酸化されやすく、窒化物や
同じ酸化物に対し密着性に優れ、また金のような低抵抗
導電性材料との密着性にも優れている。
性配線層52a、52bは、低抵抗層として機能する
が、この配線材料は抵抗率が低い材料であることが望ま
しく、表1に示すような各種導電性材料のうち、特に金
(Au)のような比較的抵抗率が低く、酸化されにく
く、基板中に拡散しにくい材料が望ましい。また、金よ
りも酸化されやすく、また、基板中に拡散しやすいが、
銅を適用することも可能である。さらには、金を含有す
る合金や銅を含有する合金を適用してもよい。第1の導
電性配線層51a、51b並びに第3の導電性配線層5
3a、53bに適用されるタングステンは、基板表面の
酸化膜により容易に接触面を酸化されやすく、窒化物や
同じ酸化物に対し密着性に優れ、また金のような低抵抗
導電性材料との密着性にも優れている。
【0036】このような材料からなる第1の導電性配線
層51a、51bは、接触することにより基板10の表
面の熱酸化膜11の酸素と結合して薄い酸化膜を形成す
ることができるので、熱酸化膜11との密着性に優れ、
また主成分となるタングステンの線膨張率が1.0×1
0−5/K未満なので、基板10の表面との線膨張率の
差が小さく、第2の導電性配線層52a、52bと薄膜
ヒータ40との間における、薄膜ヒータ40での温度変
化による熱膨張や収縮による歪みを緩衝することができ
る。さらに、第1の導電性配線層51a、51b自体は
金属元素のみで構成されているので、第2の導電性配線
層52a、52bの金属元素との密着性にも極めて優れ
ている。
層51a、51bは、接触することにより基板10の表
面の熱酸化膜11の酸素と結合して薄い酸化膜を形成す
ることができるので、熱酸化膜11との密着性に優れ、
また主成分となるタングステンの線膨張率が1.0×1
0−5/K未満なので、基板10の表面との線膨張率の
差が小さく、第2の導電性配線層52a、52bと薄膜
ヒータ40との間における、薄膜ヒータ40での温度変
化による熱膨張や収縮による歪みを緩衝することができ
る。さらに、第1の導電性配線層51a、51b自体は
金属元素のみで構成されているので、第2の導電性配線
層52a、52bの金属元素との密着性にも極めて優れ
ている。
【0037】そして、このような材料からなる第2の導
電性配線層52a、52bは、延性、展性に富み、さら
には、抵抗率が3.0×10−6Ω・cm未満と低抵抗
なので、全体の配線抵抗を下げることができ、特に後述
するようなマイクロリアクタに用いられるような微細な
配線であって、かつ、迅速に高温に達するような電圧を
供給することができる。第3の導電性配線層53a、5
3bは、絶縁性の酸化物又は窒化物からなる保護膜60
との密着性に優れており、加えて、金属元素のみで構成
されているので第2の導電性配線層52a、52bの金
属元素との密着性にも極めて優れている。
電性配線層52a、52bは、延性、展性に富み、さら
には、抵抗率が3.0×10−6Ω・cm未満と低抵抗
なので、全体の配線抵抗を下げることができ、特に後述
するようなマイクロリアクタに用いられるような微細な
配線であって、かつ、迅速に高温に達するような電圧を
供給することができる。第3の導電性配線層53a、5
3bは、絶縁性の酸化物又は窒化物からなる保護膜60
との密着性に優れており、加えて、金属元素のみで構成
されているので第2の導電性配線層52a、52bの金
属元素との密着性にも極めて優れている。
【0038】また、薄膜ヒータ40は、酸化物や窒化物
を含み、所定の発熱特性を有する抵抗体層であって、図
1(c)に示すように、上述した化学反応装置の反応流
路20の形成領域に対応した所定のパターン形状を有し
て設けられている。ここで、薄膜ヒータ40の発熱特性
は、上記ヒータ配線50を介して供給される電気エネル
ギー(電圧)により、微小基板10の他面側に形成され
た反応流路20内を流れる流体を加熱して所望の物質を
生成するための吸熱触媒反応の進行に寄与する所定の熱
エネルギーを発生するように設定されている。
を含み、所定の発熱特性を有する抵抗体層であって、図
1(c)に示すように、上述した化学反応装置の反応流
路20の形成領域に対応した所定のパターン形状を有し
て設けられている。ここで、薄膜ヒータ40の発熱特性
は、上記ヒータ配線50を介して供給される電気エネル
ギー(電圧)により、微小基板10の他面側に形成され
た反応流路20内を流れる流体を加熱して所望の物質を
生成するための吸熱触媒反応の進行に寄与する所定の熱
エネルギーを発生するように設定されている。
【0039】また、保護膜60は、シリコン酸化膜(S
iO2)や窒化シリコン(Si3N 4)等からなる絶縁
膜であって、例えば、図1(c)における微小基板10
及び薄膜ヒータ40と、該薄膜ヒータ40上に積層され
たヒータ配線50の所定の領域を被覆保護するように設
けられている。なお、ヒータ配線50の端部に設けられ
た電極パッド54は、図示を省略したヒータ電源との電
気的な接続を確保するため、保護膜60に開口部が設け
られ、露出するように構成されている。
iO2)や窒化シリコン(Si3N 4)等からなる絶縁
膜であって、例えば、図1(c)における微小基板10
及び薄膜ヒータ40と、該薄膜ヒータ40上に積層され
たヒータ配線50の所定の領域を被覆保護するように設
けられている。なお、ヒータ配線50の端部に設けられ
た電極パッド54は、図示を省略したヒータ電源との電
気的な接続を確保するため、保護膜60に開口部が設け
られ、露出するように構成されている。
【0040】このような構成を有するヒータ配線50に
よれば、金やその合金材料元素等からなる金属元素のみ
で構成される低抵抗特性を有する第2の導電性配線層5
2a、52bと、酸化物又は窒化物等からなる薄膜ヒー
タ(抵抗体層)40又は絶縁性の保護膜60との間に、
相互の材料に対して密着性の高い、タングステン又はそ
の合金材料等の高融点導電性材料を含む第1の導電性配
線層51a、51b又は第3の導電性配線層53a、5
3bが介挿されて、間接的に接合された積層構造を有し
ているので、薄膜ヒータ40又は保護膜60との剥離や
電気的特性の劣化等を抑制し、接合性や密着性を向上さ
せた信頼性の高いヒータ配線を実現することができる。
よれば、金やその合金材料元素等からなる金属元素のみ
で構成される低抵抗特性を有する第2の導電性配線層5
2a、52bと、酸化物又は窒化物等からなる薄膜ヒー
タ(抵抗体層)40又は絶縁性の保護膜60との間に、
相互の材料に対して密着性の高い、タングステン又はそ
の合金材料等の高融点導電性材料を含む第1の導電性配
線層51a、51b又は第3の導電性配線層53a、5
3bが介挿されて、間接的に接合された積層構造を有し
ているので、薄膜ヒータ40又は保護膜60との剥離や
電気的特性の劣化等を抑制し、接合性や密着性を向上さ
せた信頼性の高いヒータ配線を実現することができる。
【0041】また、図2(b)に示したヒータ配線50
によれば、第1の導電性配線層51bのパターン幅が、
第2の導電性配線層52b及び第3の導電性配線層53
bのパターン幅よりも広く構成された段差を備えた断面
構造を有しているので、ヒータ配線50(第3の導電性
配線層53b)の上面と薄膜ヒータ40上面又は微小基
板10上面との間の急峻な段差の変化(図2(a)参
照)を、パターン幅が広く形成された第1の導電性配線
層51bにより緩和することができ、保護膜60のステ
ップカバレッジ(段差被覆性)を改善して、良好な絶縁
保護特性を実現することができる。
によれば、第1の導電性配線層51bのパターン幅が、
第2の導電性配線層52b及び第3の導電性配線層53
bのパターン幅よりも広く構成された段差を備えた断面
構造を有しているので、ヒータ配線50(第3の導電性
配線層53b)の上面と薄膜ヒータ40上面又は微小基
板10上面との間の急峻な段差の変化(図2(a)参
照)を、パターン幅が広く形成された第1の導電性配線
層51bにより緩和することができ、保護膜60のステ
ップカバレッジ(段差被覆性)を改善して、良好な絶縁
保護特性を実現することができる。
【0042】さらに、このような断面構造を有するヒー
タ配線50によれば、実質的に、薄膜ヒータ40への電
気エネルギーの伝達に寄与する低抵抗特性を有する第2
の導電性配線層52a、52bとして、金又はその合金
材料を適用することができるので、図示を省略したヒー
タ電源から薄膜ヒータ40への電気エネルギーの伝達に
際して、エネルギー損失を抑制して高いエネルギー利用
効率を実現することができる。
タ配線50によれば、実質的に、薄膜ヒータ40への電
気エネルギーの伝達に寄与する低抵抗特性を有する第2
の導電性配線層52a、52bとして、金又はその合金
材料を適用することができるので、図示を省略したヒー
タ電源から薄膜ヒータ40への電気エネルギーの伝達に
際して、エネルギー損失を抑制して高いエネルギー利用
効率を実現することができる。
【0043】<配線電極構造の製造方法>次に、上述し
たような構成を有する配線電極構造の製造方法につい
て、図面を参照して説明する。ここでは、上述した配線
電極構造のうち、図2(b)に示した断面構造を有する
ヒータ配線の製造方法について説明する。なお、上述し
た配線電極構造と同等の構成については、同一の符号を
付して説明する。図3乃至図5は、本発明に係る配線電
極構造が適用されるヒータ配線の製造方法の一例を示す
プロセス断面図である。また、図6は、断面構造に段差
を有していない積層配線の製造方法における問題点を示
すプロセス断面図である。
たような構成を有する配線電極構造の製造方法につい
て、図面を参照して説明する。ここでは、上述した配線
電極構造のうち、図2(b)に示した断面構造を有する
ヒータ配線の製造方法について説明する。なお、上述し
た配線電極構造と同等の構成については、同一の符号を
付して説明する。図3乃至図5は、本発明に係る配線電
極構造が適用されるヒータ配線の製造方法の一例を示す
プロセス断面図である。また、図6は、断面構造に段差
を有していない積層配線の製造方法における問題点を示
すプロセス断面図である。
【0044】本実施形態に係るヒータ配線の製造方法
は、大別して、抵抗膜上に順次積層形成された第1乃至
第3の導電性膜に対して、第1のレジスト膜を用いて、
第3の導電性膜及び第2の導電性膜を順次エッチングす
るエッチング工程(便宜的に、「第1のエッチング工
程」と記す)と、第2のレジスト膜を用いて、第1の導
電性膜をエッチングするエッチング工程(便宜的に、
「第2のエッチング工程」と記す)と、第3のレジスト
膜を用いて、抵抗膜をエッチングするエッチング工程
(便宜的に、「第3のエッチング工程」と記す)と、を
含んでいる。
は、大別して、抵抗膜上に順次積層形成された第1乃至
第3の導電性膜に対して、第1のレジスト膜を用いて、
第3の導電性膜及び第2の導電性膜を順次エッチングす
るエッチング工程(便宜的に、「第1のエッチング工
程」と記す)と、第2のレジスト膜を用いて、第1の導
電性膜をエッチングするエッチング工程(便宜的に、
「第2のエッチング工程」と記す)と、第3のレジスト
膜を用いて、抵抗膜をエッチングするエッチング工程
(便宜的に、「第3のエッチング工程」と記す)と、を
含んでいる。
【0045】以下具体的に説明すると、まず、図3
(a)に示すように、表面にシリコン等からなる微小基
板10に設けられた熱酸化膜11が形成された上に、酸
素ガス(O2)と窒素(N2)ガスが混合されたAr雰
囲気でタンタル(Ta)、シリコン(Si)のストライ
プターゲットを用いたスパッタリング法等を用いて、T
a、Si、O、N元素で組成されたTa−Si−O−N
系薄膜からなる抵抗膜40xを形成する。Ta−Si−
O−N系薄膜では、Ta元素とSi元素のモル比Si/
Taが下記の式 0.35<Si/Ta<0.6 を満たしており、より望ましくは、 0.35<Si/Ta<0.45 を満たしていればよい。そして、Ta−Si−O−N系
薄膜中のO元素のmol%M1が、 25mol%≦M1≦45mol% に設定され、薄膜中のN元素のmol%M2が、 5mol%≦M2≦15mol% に設定されている。
(a)に示すように、表面にシリコン等からなる微小基
板10に設けられた熱酸化膜11が形成された上に、酸
素ガス(O2)と窒素(N2)ガスが混合されたAr雰
囲気でタンタル(Ta)、シリコン(Si)のストライ
プターゲットを用いたスパッタリング法等を用いて、T
a、Si、O、N元素で組成されたTa−Si−O−N
系薄膜からなる抵抗膜40xを形成する。Ta−Si−
O−N系薄膜では、Ta元素とSi元素のモル比Si/
Taが下記の式 0.35<Si/Ta<0.6 を満たしており、より望ましくは、 0.35<Si/Ta<0.45 を満たしていればよい。そして、Ta−Si−O−N系
薄膜中のO元素のmol%M1が、 25mol%≦M1≦45mol% に設定され、薄膜中のN元素のmol%M2が、 5mol%≦M2≦15mol% に設定されている。
【0046】この抵抗膜40xは、アモルファス構造で
あり、X線分校分析において発現するピーク角が37.
5度以下でかつ抵抗率が4mΩ・cm以上であり、また
0.5eV〜1.0eVでの光の吸収係数が70000
/cm未満である。次いで、該抵抗膜40x上に、スパ
ッタリング法等を用いて、タングステンに対して概ね4
Atomic%のチタンが含有されたタングステン・チタン合
金(W−Ti)からなる第1の導電性膜51xを積層形
成する。次いで、第1の導電性膜51x上に、蒸着法や
メッキ法等を用いて、金(Au)からなる第2の導電性
膜52xを形成し、さらに、スパッタリング法等によ
り、第1の導電性膜51xと同様の材料を用いてタング
ステン・チタン合金(W−Ti)からなる第3の導電性
膜53xを積層形成する。
あり、X線分校分析において発現するピーク角が37.
5度以下でかつ抵抗率が4mΩ・cm以上であり、また
0.5eV〜1.0eVでの光の吸収係数が70000
/cm未満である。次いで、該抵抗膜40x上に、スパ
ッタリング法等を用いて、タングステンに対して概ね4
Atomic%のチタンが含有されたタングステン・チタン合
金(W−Ti)からなる第1の導電性膜51xを積層形
成する。次いで、第1の導電性膜51x上に、蒸着法や
メッキ法等を用いて、金(Au)からなる第2の導電性
膜52xを形成し、さらに、スパッタリング法等によ
り、第1の導電性膜51xと同様の材料を用いてタング
ステン・チタン合金(W−Ti)からなる第3の導電性
膜53xを積層形成する。
【0047】次いで、図3(b)に示すように、第3の
導電性膜53x上の所定の位置に、フォトリソグラフィ
技術を用いて、ヒータ配線50のパターン形状(第1の
パターン形状)を有する第1のレジスト膜71を形成し
た後、図3(c)に示すように、第1のレジスト膜71
をマスクとして、反応性イオンエッチング(RIE)法
等を用いて、第1のレジスト膜71に被覆されていない
第3の導電性膜(Ti−W)53x及び第2の導電性膜
(Au)52xを連続的にエッチングする(第1のエッ
チング工程)。そして、第1のレジスト膜71を除去す
ることにより、図3(d)に示すように、第1のパター
ン形状を有する第3の導電性配線層53b及び第2の導
電性配線層52bが形成される。
導電性膜53x上の所定の位置に、フォトリソグラフィ
技術を用いて、ヒータ配線50のパターン形状(第1の
パターン形状)を有する第1のレジスト膜71を形成し
た後、図3(c)に示すように、第1のレジスト膜71
をマスクとして、反応性イオンエッチング(RIE)法
等を用いて、第1のレジスト膜71に被覆されていない
第3の導電性膜(Ti−W)53x及び第2の導電性膜
(Au)52xを連続的にエッチングする(第1のエッ
チング工程)。そして、第1のレジスト膜71を除去す
ることにより、図3(d)に示すように、第1のパター
ン形状を有する第3の導電性配線層53b及び第2の導
電性配線層52bが形成される。
【0048】次いで、フォトリソグラフィ技術を用い
て、図4(a)に示すように、第3の導電性配線層53
b及び第2の導電性配線層52bの形成領域(第1のパ
ターン形状)を含み、かつ、第3の導電性配線層53b
及び第2の導電性配線層52bの配線幅よりもパターン
幅が広く設定された第2のパターン形状を有し、さら
に、第3の導電性配線層53b及び第2の導電性配線層
52bの上面及び側面を被覆する第2のレジスト膜72
を形成した後、図4(b)に示すように、第2のレジス
ト膜72をマスクとして、反応性イオンエッチング法等
を用いて、第2のレジスト膜72に被覆されていない第
1の導電性膜(Ti−W)51xをエッチングする(第
2のエッチング工程)。そして、第2のレジスト膜72
を除去することにより、図4(c)に示すように、ヒー
タ配線50のパターン形状に対応し、パターン幅のみが
広く設定された第2のパターン形状を有する第1の導電
性配線層51b上に、ヒータ配線50のパターン形状を
有する第3の導電性配線層53b及び第2の導電性配線
層52bが形成された積層配線が得られる。
て、図4(a)に示すように、第3の導電性配線層53
b及び第2の導電性配線層52bの形成領域(第1のパ
ターン形状)を含み、かつ、第3の導電性配線層53b
及び第2の導電性配線層52bの配線幅よりもパターン
幅が広く設定された第2のパターン形状を有し、さら
に、第3の導電性配線層53b及び第2の導電性配線層
52bの上面及び側面を被覆する第2のレジスト膜72
を形成した後、図4(b)に示すように、第2のレジス
ト膜72をマスクとして、反応性イオンエッチング法等
を用いて、第2のレジスト膜72に被覆されていない第
1の導電性膜(Ti−W)51xをエッチングする(第
2のエッチング工程)。そして、第2のレジスト膜72
を除去することにより、図4(c)に示すように、ヒー
タ配線50のパターン形状に対応し、パターン幅のみが
広く設定された第2のパターン形状を有する第1の導電
性配線層51b上に、ヒータ配線50のパターン形状を
有する第3の導電性配線層53b及び第2の導電性配線
層52bが形成された積層配線が得られる。
【0049】次いで、フォトリソグラフィ技術を用い
て、図5(a)に示すように、第1、第2及び第3の導
電性配線層51b、52b、53bの形成領域(第1の
パターン形状、第2のパターン形状)を含む薄膜ヒータ
40の所定の形成領域に設定された第3のパターン形状
を有し、さらに、第1、第2及び第3の導電性配線層5
1b、52b、53bの側面を被覆する第3のレジスト
膜73を形成した後、図5(b)に示すように、第3の
レジスト膜73をマスクとして、ドライエッチング法等
を用いて、第3のレジスト膜73に被覆されていない抵
抗膜(Ta−Si−O−N)40xをエッチングする
(第3のエッチング工程)。そして、第3のレジスト膜
73を除去することにより、図5(c)に示すように、
所定の形状にパターニングされた薄膜ヒータ40(抵抗
体層)上に、ヒータ配線50のパターン形状を有する積
層配線が形成された構成が得られる。
て、図5(a)に示すように、第1、第2及び第3の導
電性配線層51b、52b、53bの形成領域(第1の
パターン形状、第2のパターン形状)を含む薄膜ヒータ
40の所定の形成領域に設定された第3のパターン形状
を有し、さらに、第1、第2及び第3の導電性配線層5
1b、52b、53bの側面を被覆する第3のレジスト
膜73を形成した後、図5(b)に示すように、第3の
レジスト膜73をマスクとして、ドライエッチング法等
を用いて、第3のレジスト膜73に被覆されていない抵
抗膜(Ta−Si−O−N)40xをエッチングする
(第3のエッチング工程)。そして、第3のレジスト膜
73を除去することにより、図5(c)に示すように、
所定の形状にパターニングされた薄膜ヒータ40(抵抗
体層)上に、ヒータ配線50のパターン形状を有する積
層配線が形成された構成が得られる。
【0050】その後、図2(b)に示すように、スパッ
タリング法等を用いて、タンタル(Ta)、シリコン
(Si)、酸素(O)元素を含むTa−Si−O系薄膜
からなる絶縁性の保護膜60を形成する。ここで、例え
ば、図1(c)に示したように、ヒータ配線50の端部
に電極パッド54が設けられている場合には、フォトリ
ソグラフィ技術を用いて、当該電極パッド54上の保護
膜60をエッチングすることにより、電極パッド54部
分が露出する開口部を形成する。
タリング法等を用いて、タンタル(Ta)、シリコン
(Si)、酸素(O)元素を含むTa−Si−O系薄膜
からなる絶縁性の保護膜60を形成する。ここで、例え
ば、図1(c)に示したように、ヒータ配線50の端部
に電極パッド54が設けられている場合には、フォトリ
ソグラフィ技術を用いて、当該電極パッド54上の保護
膜60をエッチングすることにより、電極パッド54部
分が露出する開口部を形成する。
【0051】このような工程を有する製造方法によれ
ば、第1のエッチング工程により単一のレジスト膜(第
1のレジスト膜71)を用いて、積層配線を構成する第
1、第2及び第3の導電性配線層51b、52b、53
bのうち、第2及び第3の導電性配線層52b、53b
がパターニングされ、次いで、第2のエッチング工程の
際に、第2及び第3の導電性配線層52b、53bの上
面及び側面を被覆するように形成されたレジスト膜(第
2のレジスト膜72)を用いて、第1の導電性配線層5
1bがパターニングされるので、第1及び第3の導電性
配線層51b、53bを、例えば、タングステンを含有
する同等の合金材料により形成する場合であっても、第
2のエッチング工程の際にすでに形成された第3の導電
性配線層53bのオーバーエッチングを防止することが
できる。
ば、第1のエッチング工程により単一のレジスト膜(第
1のレジスト膜71)を用いて、積層配線を構成する第
1、第2及び第3の導電性配線層51b、52b、53
bのうち、第2及び第3の導電性配線層52b、53b
がパターニングされ、次いで、第2のエッチング工程の
際に、第2及び第3の導電性配線層52b、53bの上
面及び側面を被覆するように形成されたレジスト膜(第
2のレジスト膜72)を用いて、第1の導電性配線層5
1bがパターニングされるので、第1及び第3の導電性
配線層51b、53bを、例えば、タングステンを含有
する同等の合金材料により形成する場合であっても、第
2のエッチング工程の際にすでに形成された第3の導電
性配線層53bのオーバーエッチングを防止することが
できる。
【0052】すなわち、第1、第2及び第3の導電性配
線層が同一のパターン幅を有する断面構造を有する積層
配線であって、かつ、図6(a)〜(d)に示すよう
に、単一のレジスト膜74を用いて、第3、第2及び第
1の導電性膜53x、52x、51xを順次エッチング
する製造方法を有する場合にあっては、該エッチング工
程の初期の段階でパターニングされた第3の導電性配線
層53bは、後続の第1の導電性膜51xをエッチング
する期間中、その側面部分が常時露出した状態となり、
第1及び第3の導電性配線層51b、53bが同等の導
電性材料で構成されている場合には、エッチング条件が
同等となるため、第3の導電性配線層53bの側面部分
がオーバーエッチング(図中、破線矢印参照)される問
題が生じる。
線層が同一のパターン幅を有する断面構造を有する積層
配線であって、かつ、図6(a)〜(d)に示すよう
に、単一のレジスト膜74を用いて、第3、第2及び第
1の導電性膜53x、52x、51xを順次エッチング
する製造方法を有する場合にあっては、該エッチング工
程の初期の段階でパターニングされた第3の導電性配線
層53bは、後続の第1の導電性膜51xをエッチング
する期間中、その側面部分が常時露出した状態となり、
第1及び第3の導電性配線層51b、53bが同等の導
電性材料で構成されている場合には、エッチング条件が
同等となるため、第3の導電性配線層53bの側面部分
がオーバーエッチング(図中、破線矢印参照)される問
題が生じる。
【0053】これに対して、本実施形態に係る製造方法
おいては、第1の導電性膜51xをエッチングする工程
において、先行するエッチング工程においてパターニン
グされた第2及び第3の導電性配線層52b、53bの
上面及び側面をレジスト膜(第2のレジスト膜72)に
より被覆して、上記オーバーエッチングの発生を防止し
ているので、第3の導電性配線層53bのパターン幅の
減少に伴う金又は金を含有する合金材料(第2の導電性
配線層52b)と酸化物又は窒化物(保護膜60)との
接触面積の増加を抑制することができ、積層配線の接合
性や密着性の劣化を抑制することができる。
おいては、第1の導電性膜51xをエッチングする工程
において、先行するエッチング工程においてパターニン
グされた第2及び第3の導電性配線層52b、53bの
上面及び側面をレジスト膜(第2のレジスト膜72)に
より被覆して、上記オーバーエッチングの発生を防止し
ているので、第3の導電性配線層53bのパターン幅の
減少に伴う金又は金を含有する合金材料(第2の導電性
配線層52b)と酸化物又は窒化物(保護膜60)との
接触面積の増加を抑制することができ、積層配線の接合
性や密着性の劣化を抑制することができる。
【0054】また、第1及び第2のエッチング工程にお
いて、異なるレジスト膜を用いて各導電性配線層をエッ
チングすることができるので、該レジスト膜のエッチン
グ耐性が低い場合であっても、各導電性配線層を良好に
パターニングすることができる。さらに、積層配線の最
下層となる第1の導電性配線層のパターン幅が、上層と
なる第2及び第3の導電性配線層よりも広く設定されて
いるので、第1のエッチング工程における第2及び第3
の導電性配線層のフォトマスクの位置合わせを比較的容
易に行うことができる。
いて、異なるレジスト膜を用いて各導電性配線層をエッ
チングすることができるので、該レジスト膜のエッチン
グ耐性が低い場合であっても、各導電性配線層を良好に
パターニングすることができる。さらに、積層配線の最
下層となる第1の導電性配線層のパターン幅が、上層と
なる第2及び第3の導電性配線層よりも広く設定されて
いるので、第1のエッチング工程における第2及び第3
の導電性配線層のフォトマスクの位置合わせを比較的容
易に行うことができる。
【0055】そして、以上説明したような配線電極構造
及びその製造方法により、剥離や断線、電気特性の劣化
等が抑制されたヒータ配線は、各種機能要素が微小空間
に集積化された化学反応装置(マイクロリアクタ)に良
好に適用することができるので、化学物質や薬品等の生
成装置、あるいは、近年、実用化のための研究開発が著
しい燃料電池における改質器等として良好に適用するこ
とができる。
及びその製造方法により、剥離や断線、電気特性の劣化
等が抑制されたヒータ配線は、各種機能要素が微小空間
に集積化された化学反応装置(マイクロリアクタ)に良
好に適用することができるので、化学物質や薬品等の生
成装置、あるいは、近年、実用化のための研究開発が著
しい燃料電池における改質器等として良好に適用するこ
とができる。
【0056】なお、上記各実施形態では、ヒータ配線5
0のパターニング後に薄膜ヒータ40をパターニングし
たが、予め薄膜ヒータ40をパターニングしてからヒー
タ配線50の各層を堆積後にパターニングして、ヒータ
配線50を形成してもよい。この場合、ヒータ配線50
は、薄膜ヒータ40上のみならず、基板10(熱酸化膜
11)上にも設けることができるので、配線の引き回し
設計を容易にすることができる。また、ヒータ配線50
は、下層にタングステン又はタングステン合金を含む第
1の導電性配線層51a、51bを有して構成されてい
ることにより、基板10の表面に熱酸化膜11あるいは
窒化膜が形成されても親和性に優れているので、容易に
剥がれることはない。
0のパターニング後に薄膜ヒータ40をパターニングし
たが、予め薄膜ヒータ40をパターニングしてからヒー
タ配線50の各層を堆積後にパターニングして、ヒータ
配線50を形成してもよい。この場合、ヒータ配線50
は、薄膜ヒータ40上のみならず、基板10(熱酸化膜
11)上にも設けることができるので、配線の引き回し
設計を容易にすることができる。また、ヒータ配線50
は、下層にタングステン又はタングステン合金を含む第
1の導電性配線層51a、51bを有して構成されてい
ることにより、基板10の表面に熱酸化膜11あるいは
窒化膜が形成されても親和性に優れているので、容易に
剥がれることはない。
【0057】以下に、本発明に係る配線電極構造を備え
た化学反応装置を、燃料電池システムの改質器として適
用した場合について説明する。図7は、本発明に係る配
線電極構造を備えた化学反応装置の適用が可能な燃料電
池システム300の要部構成及び燃料電池システム30
0より駆動されるデバイスDVCを示すブロック図であ
り、図8は、本発明に係る配線電極構造を備えた改質部
の具体構成例を示す概略構成図である。なお、ここで
は、燃料電池の例として、燃料改質方式を採用した固体
高分子型の燃料電池に適用した場合について説明する。
た化学反応装置を、燃料電池システムの改質器として適
用した場合について説明する。図7は、本発明に係る配
線電極構造を備えた化学反応装置の適用が可能な燃料電
池システム300の要部構成及び燃料電池システム30
0より駆動されるデバイスDVCを示すブロック図であ
り、図8は、本発明に係る配線電極構造を備えた改質部
の具体構成例を示す概略構成図である。なお、ここで
は、燃料電池の例として、燃料改質方式を採用した固体
高分子型の燃料電池に適用した場合について説明する。
【0058】図7に示すように、本発明に係る配線電極
構造を備えた化学反応装置の適用が可能な発電モジュー
ル100は、大別して、燃料改質方式の固体高分子型燃
料電池の構成を有する発電部(燃料電池本体)110
と、燃料パック210の燃料封入部190に貯蔵、封入
された発電用燃料(例えば、水素を含む液体燃料、液化
燃料及び気体燃料や水)FLの発電部110への供給量
を制御する燃料制御部120と、発電部110への空気
(酸素)の供給量を制御する空気制御部130と、燃料
制御部120により供給された発電用燃料を改質して、
発電用燃料に含有される水素をガス化して発電部110
に供給する改質部140と、発電部110及び改質部1
40を必要に応じて加熱するための温度制御部150
と、発電部110により生成された電力の一部若しくは
全部を受けて充電するコンデンサを有する充電部160
と、発電モジュール100内の発電動作、充電動作、後
述する動作制御部180が充電部160の蓄電状態を検
知する動作等、に必要な電力を出力する副電源部170
と、発電モジュール100内の駆動動作を演算処理する
動作制御部180と、を有して構成されている。
構造を備えた化学反応装置の適用が可能な発電モジュー
ル100は、大別して、燃料改質方式の固体高分子型燃
料電池の構成を有する発電部(燃料電池本体)110
と、燃料パック210の燃料封入部190に貯蔵、封入
された発電用燃料(例えば、水素を含む液体燃料、液化
燃料及び気体燃料や水)FLの発電部110への供給量
を制御する燃料制御部120と、発電部110への空気
(酸素)の供給量を制御する空気制御部130と、燃料
制御部120により供給された発電用燃料を改質して、
発電用燃料に含有される水素をガス化して発電部110
に供給する改質部140と、発電部110及び改質部1
40を必要に応じて加熱するための温度制御部150
と、発電部110により生成された電力の一部若しくは
全部を受けて充電するコンデンサを有する充電部160
と、発電モジュール100内の発電動作、充電動作、後
述する動作制御部180が充電部160の蓄電状態を検
知する動作等、に必要な電力を出力する副電源部170
と、発電モジュール100内の駆動動作を演算処理する
動作制御部180と、を有して構成されている。
【0059】燃料制御部120は、燃料封入部190か
ら毛細管現象等の物理的手段により送出された燃料を、
動作制御部180からの指令信号にしたがって、改質部
140に所定量供給するように設定されている。空気制
御部130は、燃料電池システム300外の空気を取込
み、発電部110に酸素(O)又は空気を供給するよう
に設定されている。
ら毛細管現象等の物理的手段により送出された燃料を、
動作制御部180からの指令信号にしたがって、改質部
140に所定量供給するように設定されている。空気制
御部130は、燃料電池システム300外の空気を取込
み、発電部110に酸素(O)又は空気を供給するよう
に設定されている。
【0060】改質部140は、燃料パック210内のア
ルコール(ALCOHOL)及び水(H2O)から構成される燃
料を燃料制御部120から受け、水素(H2)と副生成
物の二酸化炭素(CO2)、さらに、微量の一酸化炭素
(CO)を生成する水蒸気改質反応部140aと、次に
示す一酸化炭素改質部と、を有する。一酸化炭素改質部
は、水蒸気改質反応部140aから供給された一酸化炭
素(CO)を燃料制御部120及び/又は発電部110
から供給された水(H2O)と反応させ、二酸化炭素
(CO2)及び水素(H2)を生成する水性シフト反応
部140bと、水性シフト反応部140bで反応しきれ
なかった一酸化炭素(CO)を酸素(O)と反応させて
二酸化炭素(CO2)を生成する選択酸化反応部140
cのうち、少なくとも一方を備えた構成を有している。
ルコール(ALCOHOL)及び水(H2O)から構成される燃
料を燃料制御部120から受け、水素(H2)と副生成
物の二酸化炭素(CO2)、さらに、微量の一酸化炭素
(CO)を生成する水蒸気改質反応部140aと、次に
示す一酸化炭素改質部と、を有する。一酸化炭素改質部
は、水蒸気改質反応部140aから供給された一酸化炭
素(CO)を燃料制御部120及び/又は発電部110
から供給された水(H2O)と反応させ、二酸化炭素
(CO2)及び水素(H2)を生成する水性シフト反応
部140bと、水性シフト反応部140bで反応しきれ
なかった一酸化炭素(CO)を酸素(O)と反応させて
二酸化炭素(CO2)を生成する選択酸化反応部140
cのうち、少なくとも一方を備えた構成を有している。
【0061】温度制御部150は、動作制御部180か
らの指令信号により、水蒸気改質反応部140a、水性
シフト反応部140b、選択酸化反応部140cにそれ
ぞれ設けられたヒータ薄膜40に、上述した構成を有す
るヒータ配線50を介して電力を供給することで加熱さ
せるように設定されている。また、発電部110にもヒ
ータ薄膜40が設けられている場合にあっては、上述し
た構成を有するヒータ配線50を介して電力を供給する
ように設定されている。
らの指令信号により、水蒸気改質反応部140a、水性
シフト反応部140b、選択酸化反応部140cにそれ
ぞれ設けられたヒータ薄膜40に、上述した構成を有す
るヒータ配線50を介して電力を供給することで加熱さ
せるように設定されている。また、発電部110にもヒ
ータ薄膜40が設けられている場合にあっては、上述し
た構成を有するヒータ配線50を介して電力を供給する
ように設定されている。
【0062】発電部110は、改質部140から供給さ
れた水素(H2)及び空気制御部130から供給された
酸素(O)により発電するように設定され、充電部16
0は、発電部110で発電された電力により充電される
ように設定され、発電部110及び充電部160の少な
くとも一方は、デバイスDVCの負荷LDに電力を供給
するように設定されている。副電源部170は、動作制
御部180からの指令信号に応じて、充電部160で蓄
電された電力により燃料制御部120、温度制御部15
0、後述する動作制御部180、そして、必要に応じて
発電部110に、電力を供給するように設定されてい
る。
れた水素(H2)及び空気制御部130から供給された
酸素(O)により発電するように設定され、充電部16
0は、発電部110で発電された電力により充電される
ように設定され、発電部110及び充電部160の少な
くとも一方は、デバイスDVCの負荷LDに電力を供給
するように設定されている。副電源部170は、動作制
御部180からの指令信号に応じて、充電部160で蓄
電された電力により燃料制御部120、温度制御部15
0、後述する動作制御部180、そして、必要に応じて
発電部110に、電力を供給するように設定されてい
る。
【0063】動作制御部180は、充電部160で蓄電
されたチャージが所定値まで小さくなることを検知する
ために常時駆動し、充電部160で蓄電されたチャージ
が所定値まで小さくなったことを検知すると、燃料制御
部120、温度制御部150、必要に応じて発電部11
0に電力を供給するように指令信号を副電源部170に
出力するとともに、燃料制御部120が必要量の燃料を
供給し、かつ、温度制御部150が改質部140の反応
炉を所定の時間、必要温度に達するように指令信号を出
力する。
されたチャージが所定値まで小さくなることを検知する
ために常時駆動し、充電部160で蓄電されたチャージ
が所定値まで小さくなったことを検知すると、燃料制御
部120、温度制御部150、必要に応じて発電部11
0に電力を供給するように指令信号を副電源部170に
出力するとともに、燃料制御部120が必要量の燃料を
供給し、かつ、温度制御部150が改質部140の反応
炉を所定の時間、必要温度に達するように指令信号を出
力する。
【0064】そして、発電モジュール100と着脱自在
の燃料パック210は、燃料が封入された燃料封入部1
90と、発電部110により生成された副生成物を回収
する副生成物回収部200と、を有する。発電モジュー
ル100及び燃料パック210で構成された燃料電池シ
ステム300は、デバイスDVCの負荷LDに駆動電力
を供給することにより、コントローラCNTの制御にし
たがって正常に駆動させることができる。
の燃料パック210は、燃料が封入された燃料封入部1
90と、発電部110により生成された副生成物を回収
する副生成物回収部200と、を有する。発電モジュー
ル100及び燃料パック210で構成された燃料電池シ
ステム300は、デバイスDVCの負荷LDに駆動電力
を供給することにより、コントローラCNTの制御にし
たがって正常に駆動させることができる。
【0065】ここで、発電部110は、周知の固体高分
子型の燃料電池本体の構成を有し、概略、白金や白金・
ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる
燃料極(カソード)と、白金等の触媒微粒子が付着した
炭素電極からなる空気極(アノード)と、該燃料極と空
気極の間に介装されたフィルム状のイオン導電膜(交換
膜)と、を有して構成されている。そして、このような
構成を有する発電部110の燃料極に、改質部140を
介して抽出された水素ガス(H2)が供給されることに
より、次の化学反応式(1)に示すように、上記触媒に
より電子(e−)が分離した水素イオン(プロトン;H
+)が発生し、イオン導電膜を介して空気極側に通過す
るとともに、燃料極を構成する炭素電極により電子(e
−)が取り出されて負荷に供給される。 3H2 → 6H++6e− ・・・(1)
子型の燃料電池本体の構成を有し、概略、白金や白金・
ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる
燃料極(カソード)と、白金等の触媒微粒子が付着した
炭素電極からなる空気極(アノード)と、該燃料極と空
気極の間に介装されたフィルム状のイオン導電膜(交換
膜)と、を有して構成されている。そして、このような
構成を有する発電部110の燃料極に、改質部140を
介して抽出された水素ガス(H2)が供給されることに
より、次の化学反応式(1)に示すように、上記触媒に
より電子(e−)が分離した水素イオン(プロトン;H
+)が発生し、イオン導電膜を介して空気極側に通過す
るとともに、燃料極を構成する炭素電極により電子(e
−)が取り出されて負荷に供給される。 3H2 → 6H++6e− ・・・(1)
【0066】一方、空気極に空気制御部130を介して
大気中の酸素ガス(O2)が供給されることにより、次
の化学反応式(2)に示すように、上記触媒により負荷
を経由した電子(e−)とイオン導電膜を通過した水素
イオン(H+)と空気中の酸素ガス(O2)が反応して
水(H2O)が生成される。 6H++(3/2)O2+6e− → 3H2O ・・・(2) すなわち、このような一連の電気化学反応((1)式及
び(2)式)は、概ね室温〜80℃の比較的低温の環境
下で進行し、電力以外の副生成物は、基本的に水(H2
O)のみとなる。なお、上述したような電気化学反応に
より負荷に供給される電力(電圧・電流)は、上記化学
反応式(1)及び(2)に示したように、発電部110
の燃料極に供給される水素ガス(H2)の量に依存す
る。
大気中の酸素ガス(O2)が供給されることにより、次
の化学反応式(2)に示すように、上記触媒により負荷
を経由した電子(e−)とイオン導電膜を通過した水素
イオン(H+)と空気中の酸素ガス(O2)が反応して
水(H2O)が生成される。 6H++(3/2)O2+6e− → 3H2O ・・・(2) すなわち、このような一連の電気化学反応((1)式及
び(2)式)は、概ね室温〜80℃の比較的低温の環境
下で進行し、電力以外の副生成物は、基本的に水(H2
O)のみとなる。なお、上述したような電気化学反応に
より負荷に供給される電力(電圧・電流)は、上記化学
反応式(1)及び(2)に示したように、発電部110
の燃料極に供給される水素ガス(H2)の量に依存す
る。
【0067】したがって、燃料制御部120は、発電部
110において、所定の電力を生成、出力するために必
要な量の水素ガス(H2)となる分の燃料や水等を取り
込んで、後述する改質部140により水素ガスに改質し
て、発電部110の燃料極に供給する制御を行う。な
お、空気制御部130は、発電部110の空気極に供給
する酸素ガス(O2)の量を制御する機能を有している
が、発電部110における単位時間あたりの酸素の最大
消費量に相当する空気を供給可能であれば、発電部11
0の空気極に供給する酸素ガスの量を制御することな
く、発電部110の駆動時に常時酸素ガスを供給するも
のであってもよく、また、別の構成として、発電部11
0における電気化学反応の進行状態を、燃料制御部12
0において調整される水素ガスの供給量のみで制御し、
空気制御部130の代わりに通気孔を設け、発電部11
0における電気化学反応に用いられる上記最大消費量以
上の空気(大気)が通気孔を介して供給されるように構
成されているものであってもよい。
110において、所定の電力を生成、出力するために必
要な量の水素ガス(H2)となる分の燃料や水等を取り
込んで、後述する改質部140により水素ガスに改質し
て、発電部110の燃料極に供給する制御を行う。な
お、空気制御部130は、発電部110の空気極に供給
する酸素ガス(O2)の量を制御する機能を有している
が、発電部110における単位時間あたりの酸素の最大
消費量に相当する空気を供給可能であれば、発電部11
0の空気極に供給する酸素ガスの量を制御することな
く、発電部110の駆動時に常時酸素ガスを供給するも
のであってもよく、また、別の構成として、発電部11
0における電気化学反応の進行状態を、燃料制御部12
0において調整される水素ガスの供給量のみで制御し、
空気制御部130の代わりに通気孔を設け、発電部11
0における電気化学反応に用いられる上記最大消費量以
上の空気(大気)が通気孔を介して供給されるように構
成されているものであってもよい。
【0068】また、改質部140は、燃料制御部120
により所定の供給量で供給される発電用燃料に対して、
所定の吸熱触媒反応(水蒸気改質反応)を利用して発電
用燃料に含まれる水素成分を抽出して上記発電部110
に供給する機能を有するものであって、上述した実施形
態に示した配線電極構造を備えた化学反応装置(図1参
照)の構成を良好に適用することができる。具体的に
は、メタノール等の水素を含む液体燃料(アルコール
類)から、吸熱触媒反応である水蒸気改質反応を利用し
て、水素ガス(H2)を生成する。ここで、現在、研究
開発が行われている燃料改質方式の燃料電池に適用され
ている発電用燃料としては、上記発電部110により、
比較的高いエネルギー変換効率で電気エネルギーを生成
することができる燃料であって、例えば、メタノール、
エタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料
や、ジメチルエーテル、イソブタン、天然ガス(CN
G)等の液化ガス等の常温常圧で気化される炭化水素か
らなる液化燃料、あるいは、水素ガス等の気体燃料等の
流体物質を良好に適用することができる。
により所定の供給量で供給される発電用燃料に対して、
所定の吸熱触媒反応(水蒸気改質反応)を利用して発電
用燃料に含まれる水素成分を抽出して上記発電部110
に供給する機能を有するものであって、上述した実施形
態に示した配線電極構造を備えた化学反応装置(図1参
照)の構成を良好に適用することができる。具体的に
は、メタノール等の水素を含む液体燃料(アルコール
類)から、吸熱触媒反応である水蒸気改質反応を利用し
て、水素ガス(H2)を生成する。ここで、現在、研究
開発が行われている燃料改質方式の燃料電池に適用され
ている発電用燃料としては、上記発電部110により、
比較的高いエネルギー変換効率で電気エネルギーを生成
することができる燃料であって、例えば、メタノール、
エタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料
や、ジメチルエーテル、イソブタン、天然ガス(CN
G)等の液化ガス等の常温常圧で気化される炭化水素か
らなる液化燃料、あるいは、水素ガス等の気体燃料等の
流体物質を良好に適用することができる。
【0069】ここで、改質部140における水素ガスの
生成に利用される吸熱触媒反応の例としては、液体燃料
の一例であるメタノールを適用した場合には、次の化学
反応式(3)に示すような水蒸気改質反応が生じ、ま
た、常温常圧で気体となる液化燃料の一例であるジメチ
ルエーテルを適用した場合には、次の化学反応式(4)
に示すような水蒸気改質反応が生じる。 CH3OH+H2O → 3H2+CO2 ・・・(3) CH3OCH3+3H2O → 6H2+2CO2 ・・・(4)
生成に利用される吸熱触媒反応の例としては、液体燃料
の一例であるメタノールを適用した場合には、次の化学
反応式(3)に示すような水蒸気改質反応が生じ、ま
た、常温常圧で気体となる液化燃料の一例であるジメチ
ルエーテルを適用した場合には、次の化学反応式(4)
に示すような水蒸気改質反応が生じる。 CH3OH+H2O → 3H2+CO2 ・・・(3) CH3OCH3+3H2O → 6H2+2CO2 ・・・(4)
【0070】なお、いずれの水蒸気改質反応において
も、概ね300℃の熱条件の下で当該反応が良好に進行
する。また、この改質反応により生成される水素以外の
微量の生成物(主に、CO2)は、大気中に排出され
る。したがって、上述した実施形態に示したような化学
反応装置(図1参照)を改質部に適用することにより、
ヒータ電源からヒータ配線を介して、基板の他面側に設
けられた薄膜ヒータに所定の電気エネルギーを供給して
加熱し、基板の一面側に形成された反応流路(触媒)に
対して、上記各化学反応式(3)、(4)に示した吸熱
を伴う水蒸気改質反応の進行に寄与する所定の熱エネル
ギーを供給することができ、水素ガスを良好に生成する
ことができる。
も、概ね300℃の熱条件の下で当該反応が良好に進行
する。また、この改質反応により生成される水素以外の
微量の生成物(主に、CO2)は、大気中に排出され
る。したがって、上述した実施形態に示したような化学
反応装置(図1参照)を改質部に適用することにより、
ヒータ電源からヒータ配線を介して、基板の他面側に設
けられた薄膜ヒータに所定の電気エネルギーを供給して
加熱し、基板の一面側に形成された反応流路(触媒)に
対して、上記各化学反応式(3)、(4)に示した吸熱
を伴う水蒸気改質反応の進行に寄与する所定の熱エネル
ギーを供給することができ、水素ガスを良好に生成する
ことができる。
【0071】ここで、改質部140に適用される具体的
な構成例は、例えば、図8(a)に示すように、シリコ
ン等の微小基板141の一面側に、半導体製造技術等の
微細加工技術を用いて、所定の溝形状及び所定の平面パ
ターンを有するように設けられた燃料吐出部142a、
水吐出部142b、燃料気化部143a、水気化部14
3b、混合部143c、改質反応流路144、水素ガス
排気部145と、上記改質反応流路144の形成領域に
対応する領域であって、微小基板141の他面側に設け
られた薄膜ヒータ146(上述した薄膜ヒータ40に相
当)及びヒータ配線(図示を省略)と、を備えて構成さ
れている。
な構成例は、例えば、図8(a)に示すように、シリコ
ン等の微小基板141の一面側に、半導体製造技術等の
微細加工技術を用いて、所定の溝形状及び所定の平面パ
ターンを有するように設けられた燃料吐出部142a、
水吐出部142b、燃料気化部143a、水気化部14
3b、混合部143c、改質反応流路144、水素ガス
排気部145と、上記改質反応流路144の形成領域に
対応する領域であって、微小基板141の他面側に設け
られた薄膜ヒータ146(上述した薄膜ヒータ40に相
当)及びヒータ配線(図示を省略)と、を備えて構成さ
れている。
【0072】燃料吐出部142a及び水吐出部142b
は、上述したような水蒸気改質反応における原料物質と
なる発電用燃料及び水を、例えば、所定の単位量ごとに
液状粒として流路内に吐出する流体吐出機構を有してい
る。したがって、燃料吐出部142a及び水吐出部14
2bにおける発電用燃料又は水の吐出量に基づいて、例
えば、上記化学反応式(3)式に示した水蒸気改質反応
の進行状態が制御されることになるため(詳しくは、薄
膜ヒータ146から供給される熱エネルギーも密接に関
連する)、燃料吐出部142a及び水吐出部142b
は、燃料供給量の調整機能を担う構成を有している。
は、上述したような水蒸気改質反応における原料物質と
なる発電用燃料及び水を、例えば、所定の単位量ごとに
液状粒として流路内に吐出する流体吐出機構を有してい
る。したがって、燃料吐出部142a及び水吐出部14
2bにおける発電用燃料又は水の吐出量に基づいて、例
えば、上記化学反応式(3)式に示した水蒸気改質反応
の進行状態が制御されることになるため(詳しくは、薄
膜ヒータ146から供給される熱エネルギーも密接に関
連する)、燃料吐出部142a及び水吐出部142b
は、燃料供給量の調整機能を担う構成を有している。
【0073】燃料気化部143a及び水気化部143b
は、それぞれ発電用燃料及び水の沸点等の揮発条件に応
じて加熱されるヒータであって、燃料吐出部142a及
び水吐出部142bから液状粒として吐出された発電用
燃料又は水を、加熱処理あるいは減圧処理等することに
より気化し、混合部143cにおいて、燃料ガスと水蒸
気の混合ガスを生成する。
は、それぞれ発電用燃料及び水の沸点等の揮発条件に応
じて加熱されるヒータであって、燃料吐出部142a及
び水吐出部142bから液状粒として吐出された発電用
燃料又は水を、加熱処理あるいは減圧処理等することに
より気化し、混合部143cにおいて、燃料ガスと水蒸
気の混合ガスを生成する。
【0074】改質反応流路144及び薄膜ヒータ146
は、上述した各実施形態に示した反応流路部に相当し、
上記混合部143cにおいて生成された混合ガスを改質
反応流路144に導入し、改質反応流路144の内壁面
に付着形成された銅-亜鉛(Cu-Zn)系の触媒(図示
を省略)、及び、改質反応流路144の形成領域に対応
して設けられた薄膜ヒータ146から、改質反応流路1
44に供給される所定の熱エネルギーに基づいて、上記
化学反応式(3)、(4)に示した水蒸気改質反応を生
じさせて、水素ガス(H2)を生成する。
は、上述した各実施形態に示した反応流路部に相当し、
上記混合部143cにおいて生成された混合ガスを改質
反応流路144に導入し、改質反応流路144の内壁面
に付着形成された銅-亜鉛(Cu-Zn)系の触媒(図示
を省略)、及び、改質反応流路144の形成領域に対応
して設けられた薄膜ヒータ146から、改質反応流路1
44に供給される所定の熱エネルギーに基づいて、上記
化学反応式(3)、(4)に示した水蒸気改質反応を生
じさせて、水素ガス(H2)を生成する。
【0075】水素ガス排気部145は、改質反応流路1
44において生成された水素ガスを排出して、上述した
発電部110を構成する燃料電池の燃料極に供給する。
これにより、発電部110において、上記化学反応式
(1)及び(2)に基づく一連の電気化学反応が生じ
て、所定の電力が生成される。温度制御部150は、改
質部140及び発電部110での各反応に必要なそれぞ
れの熱量を供給するために、改質部140及び発電部1
10の各薄膜ヒータ146に電力を供給する。
44において生成された水素ガスを排出して、上述した
発電部110を構成する燃料電池の燃料極に供給する。
これにより、発電部110において、上記化学反応式
(1)及び(2)に基づく一連の電気化学反応が生じ
て、所定の電力が生成される。温度制御部150は、改
質部140及び発電部110での各反応に必要なそれぞ
れの熱量を供給するために、改質部140及び発電部1
10の各薄膜ヒータ146に電力を供給する。
【0076】そして、このような構成を有する改質部1
40において、微小基板に形成された反応流路等の形成
領域に対応して、上述した実施形態に示した薄膜ヒータ
40やヒータ配線50が、微細加工技術を用いて形成さ
れた構成を適用することができる。これにより、化学反
応装置の構成の全体又は一部を微小空間に集積化するこ
とができ、例えば、日本工業規格(JIS)に則った汎
用の乾電池の1つと略同一の外形形状及び外形寸法を有
するように小型化することができ、既存の乾電池市場に
おいて互換可能なポータブル電源を実現することができ
る。
40において、微小基板に形成された反応流路等の形成
領域に対応して、上述した実施形態に示した薄膜ヒータ
40やヒータ配線50が、微細加工技術を用いて形成さ
れた構成を適用することができる。これにより、化学反
応装置の構成の全体又は一部を微小空間に集積化するこ
とができ、例えば、日本工業規格(JIS)に則った汎
用の乾電池の1つと略同一の外形形状及び外形寸法を有
するように小型化することができ、既存の乾電池市場に
おいて互換可能なポータブル電源を実現することができ
る。
【0077】なお、上述した実施形態に示した薄膜ヒー
タ40及びヒータ配線50が適用される化学反応装置に
おける第1の流体物質から第2の流体物質への変換(化
学反応)は、上述したメタノール水蒸気改質反応に限定
されるものではなく、少なくとも、所定の熱条件の下で
生じる化学反応(吸熱反応)であれば、良好に適用する
ことができる。また、上述した化学反応装置が適用され
る電源システムについても、化学反応装置により生成さ
れる所定の流体物質を発電用燃料として用いて、発電を
行うことができるものであれば、上記燃料電池に限定さ
れるものではない。したがって、化学反応装置により生
成された流体物質の燃焼反応に伴う熱エネルギーによる
もの(温度差発電)や、燃焼反応等に伴う圧力エネルギ
ーを用いて発電器を回転させて電力を発生する力学的な
エネルギー変換作用等によるもの(ガス燃焼タービンや
ロータリーエンジン、スターリングエンジン等の内燃、
外燃機関発電)、また、発電用燃料FLの流体エネルギ
ーや熱エネルギーを電磁誘導の原理等を利用して電力に
変換するもの(電磁流体力学発電、熱音響効果発電等)
等、種々の形態を有する発電装置に適用することができ
る。
タ40及びヒータ配線50が適用される化学反応装置に
おける第1の流体物質から第2の流体物質への変換(化
学反応)は、上述したメタノール水蒸気改質反応に限定
されるものではなく、少なくとも、所定の熱条件の下で
生じる化学反応(吸熱反応)であれば、良好に適用する
ことができる。また、上述した化学反応装置が適用され
る電源システムについても、化学反応装置により生成さ
れる所定の流体物質を発電用燃料として用いて、発電を
行うことができるものであれば、上記燃料電池に限定さ
れるものではない。したがって、化学反応装置により生
成された流体物質の燃焼反応に伴う熱エネルギーによる
もの(温度差発電)や、燃焼反応等に伴う圧力エネルギ
ーを用いて発電器を回転させて電力を発生する力学的な
エネルギー変換作用等によるもの(ガス燃焼タービンや
ロータリーエンジン、スターリングエンジン等の内燃、
外燃機関発電)、また、発電用燃料FLの流体エネルギ
ーや熱エネルギーを電磁誘導の原理等を利用して電力に
変換するもの(電磁流体力学発電、熱音響効果発電等)
等、種々の形態を有する発電装置に適用することができ
る。
【0078】また、図8(a)に示した構成において
は、上記化学反応式(3)において、発電用燃料として
メタノール等と水を、別個の吐出部142a、142b
及び供給経路を介して供給、気化して混合する構成を備
えた化学反応装置を示したが、予めメタノール等に水が
混合された発電用燃料を直接化学反応装置に供給して、
水素ガスを生成する水蒸気改質反応を実行するものであ
ってもよい。このような場合にあっては、例えば、図8
(b)に示すように、改質部140の構成として、微小
基板141の一面側に、単一の燃料吐出部142c及び
燃料気化部143cと、上述した改質反応流路144、
水素ガス排気部145からなる単一の流路を備えた構成
を適用することができる。
は、上記化学反応式(3)において、発電用燃料として
メタノール等と水を、別個の吐出部142a、142b
及び供給経路を介して供給、気化して混合する構成を備
えた化学反応装置を示したが、予めメタノール等に水が
混合された発電用燃料を直接化学反応装置に供給して、
水素ガスを生成する水蒸気改質反応を実行するものであ
ってもよい。このような場合にあっては、例えば、図8
(b)に示すように、改質部140の構成として、微小
基板141の一面側に、単一の燃料吐出部142c及び
燃料気化部143cと、上述した改質反応流路144、
水素ガス排気部145からなる単一の流路を備えた構成
を適用することができる。
【0079】ここで、改質部140では、上記化学反応
式(3)や(4)での反応以外に極微量の一酸化炭素
(CO)を生成する恐れがあるが、図7に示すように、
生成された一酸化炭素を無害化するような反応部を設け
てもよい。すなわち、発電モジュール100の改質部1
40は、上述したように、燃料パック210内のアルコ
ール及び水から構成される燃料を燃料制御部120から
供給され、水素(H2)と副生成物の二酸化炭素(CO
2)、さらに、微量の一酸化炭素(CO)を生成する水
蒸気改質反応部140aに加えて、水蒸気改質反応部1
40aから供給された一酸化炭素(CO)を燃料制御部
120及び/又は発電部110から供給された水(H2
O)と反応させ、二酸化炭素(CO2)及び水素
(H2)を生成する水性シフト反応部140b、及び、
水性シフト反応部140bで反応しきれなかった一酸化
炭素(CO)を酸素(O)と反応させて二酸化炭素(C
O2)を生成する選択酸化反応部140cのうちの少な
くとも一方からなる一酸化炭素改質部を備えた構成を有
し、燃料パック210に封入された燃料を、改質して得
られる水素(H2)を発電部110に供給するととも
に、微量に生じる一酸化炭素(CO)を無毒化するもの
である。下記に示す実施形態では、一酸化炭素改質部が
水性シフト反応部140b及び選択酸化反応部140c
の両方を有する構成になっている。
式(3)や(4)での反応以外に極微量の一酸化炭素
(CO)を生成する恐れがあるが、図7に示すように、
生成された一酸化炭素を無害化するような反応部を設け
てもよい。すなわち、発電モジュール100の改質部1
40は、上述したように、燃料パック210内のアルコ
ール及び水から構成される燃料を燃料制御部120から
供給され、水素(H2)と副生成物の二酸化炭素(CO
2)、さらに、微量の一酸化炭素(CO)を生成する水
蒸気改質反応部140aに加えて、水蒸気改質反応部1
40aから供給された一酸化炭素(CO)を燃料制御部
120及び/又は発電部110から供給された水(H2
O)と反応させ、二酸化炭素(CO2)及び水素
(H2)を生成する水性シフト反応部140b、及び、
水性シフト反応部140bで反応しきれなかった一酸化
炭素(CO)を酸素(O)と反応させて二酸化炭素(C
O2)を生成する選択酸化反応部140cのうちの少な
くとも一方からなる一酸化炭素改質部を備えた構成を有
し、燃料パック210に封入された燃料を、改質して得
られる水素(H2)を発電部110に供給するととも
に、微量に生じる一酸化炭素(CO)を無毒化するもの
である。下記に示す実施形態では、一酸化炭素改質部が
水性シフト反応部140b及び選択酸化反応部140c
の両方を有する構成になっている。
【0080】以下、改質部140の各構成と図8に示し
た構成との関係について説明する。改質部140の水蒸
気改質反応部140aは、図8(a)に示す構造と概略
同一であり、燃料気化部143a及び水気化部143b
は、薄膜ヒータ146同様に上述の三層配線及びTa−
Si−O−N系薄膜からなる抵抗膜を備えている。ここ
で、温度制御部150により制御された電力により配線
を介して上記抵抗膜が所定温度に加熱され、メタノール
(CH3OH)及び水(H2O)を気化させる。
た構成との関係について説明する。改質部140の水蒸
気改質反応部140aは、図8(a)に示す構造と概略
同一であり、燃料気化部143a及び水気化部143b
は、薄膜ヒータ146同様に上述の三層配線及びTa−
Si−O−N系薄膜からなる抵抗膜を備えている。ここ
で、温度制御部150により制御された電力により配線
を介して上記抵抗膜が所定温度に加熱され、メタノール
(CH3OH)及び水(H2O)を気化させる。
【0081】そして、水蒸気改質反応過程においては、
上記気化したメタノール(CH3OH)及び水(H
2O)に対して、薄膜ヒータ146で概ね300℃の温
度条件の雰囲気を設定することにより、49.4kJ/mol
程度の熱エネルギーを吸熱して、上述した化学反応式
(3)に示すように、水素(H2)と微量の二酸化炭素
(CO2)が生成される。この二酸化炭素(CO2)
は、選択的に発電モジュール100の外側に排出され
る。なお、この水蒸気改質反応においては、水素
(H2)と二酸化炭素(CO2)以外に副生成物として
微量の一酸化炭素(CO)が生成される場合がある。
上記気化したメタノール(CH3OH)及び水(H
2O)に対して、薄膜ヒータ146で概ね300℃の温
度条件の雰囲気を設定することにより、49.4kJ/mol
程度の熱エネルギーを吸熱して、上述した化学反応式
(3)に示すように、水素(H2)と微量の二酸化炭素
(CO2)が生成される。この二酸化炭素(CO2)
は、選択的に発電モジュール100の外側に排出され
る。なお、この水蒸気改質反応においては、水素
(H2)と二酸化炭素(CO2)以外に副生成物として
微量の一酸化炭素(CO)が生成される場合がある。
【0082】ここで、水蒸気改質反応において、副生成
物として生成される一酸化炭素(CO)を除去するため
の水性シフト反応部140b及び選択酸化反応部140
cを水蒸気改質反応部140aの後段に付設して、水性
シフト反応及び選択酸化反応からなる各過程を介して、
一酸化炭素(CO)を二酸化炭素(CO2)及び水素
(H2)に変換して、有害物質の排出を抑止するように
構成されている。具体的には、水性シフト反応部140
bは、図8(a)に示す構造と概略同一であるが、燃料
吐出部142aの代わりに水蒸気改質反応部140aで
改質後の残存する一酸化炭素(CO)を微量に含む水素
ガス(H2)を吐出する吐出部が設けられ、かつ、薄膜
ヒータ146と同様に上述した三層配線及びTa−Si
−O−N系薄膜からなる抵抗膜を備えている。
物として生成される一酸化炭素(CO)を除去するため
の水性シフト反応部140b及び選択酸化反応部140
cを水蒸気改質反応部140aの後段に付設して、水性
シフト反応及び選択酸化反応からなる各過程を介して、
一酸化炭素(CO)を二酸化炭素(CO2)及び水素
(H2)に変換して、有害物質の排出を抑止するように
構成されている。具体的には、水性シフト反応部140
bは、図8(a)に示す構造と概略同一であるが、燃料
吐出部142aの代わりに水蒸気改質反応部140aで
改質後の残存する一酸化炭素(CO)を微量に含む水素
ガス(H2)を吐出する吐出部が設けられ、かつ、薄膜
ヒータ146と同様に上述した三層配線及びTa−Si
−O−N系薄膜からなる抵抗膜を備えている。
【0083】水性シフト反応部140bでの水性シフト
反応過程において、一酸化炭素(CO)に対して水(水
蒸気;H2O)を反応させることにより40.2kJ/mol
程度の熱エネルギーを発熱して、次の化学反応式(5)
に示すように、二酸化炭素(CO2)と水素(H2)が
生成される。 CO+H2O →CO2+H2 ・・・(5) このとき発生される二酸化炭素(CO2)は、発電モジ
ュール100の外側に選択的に排出される。
反応過程において、一酸化炭素(CO)に対して水(水
蒸気;H2O)を反応させることにより40.2kJ/mol
程度の熱エネルギーを発熱して、次の化学反応式(5)
に示すように、二酸化炭素(CO2)と水素(H2)が
生成される。 CO+H2O →CO2+H2 ・・・(5) このとき発生される二酸化炭素(CO2)は、発電モジ
ュール100の外側に選択的に排出される。
【0084】水性シフト反応部140bの少なくとも一
方の後段に付設された選択酸化反応部140cは、水性
シフト反応部140bで未反応の一酸化炭素(CO)を
二酸化炭素(CO2)に改質するものであり、概略図8
(a)から燃料気化部143a、水気化部143bを省
略し、燃料吐出部142a、水吐出部142bの代わり
に、それぞれ水性シフト反応部140bからの気体を吐
出する吐出部と、発電モジュール100の外側から取り
込んだ空気あるいは酸素(O)を吐出する吐出部と、が
設けられ、かつ、薄膜ヒータ146と同様に上述した三
層配線及びTa−Si−O−N系薄膜からなる抵抗膜を
備えている。
方の後段に付設された選択酸化反応部140cは、水性
シフト反応部140bで未反応の一酸化炭素(CO)を
二酸化炭素(CO2)に改質するものであり、概略図8
(a)から燃料気化部143a、水気化部143bを省
略し、燃料吐出部142a、水吐出部142bの代わり
に、それぞれ水性シフト反応部140bからの気体を吐
出する吐出部と、発電モジュール100の外側から取り
込んだ空気あるいは酸素(O)を吐出する吐出部と、が
設けられ、かつ、薄膜ヒータ146と同様に上述した三
層配線及びTa−Si−O−N系薄膜からなる抵抗膜を
備えている。
【0085】選択酸化反応過程において、水性シフト反
応により二酸化炭素(CO2)と水素(H2)に変換さ
れなかった一酸化炭素(CO)に対して酸素(O2)を
反応させることにより283.5kJ/mol程度の熱エネル
ギーを発熱して、次の化学反応式(6)に示すように、
二酸化炭素(CO2)が生成される。 CO+(1/2)O2 →CO2 ・・・(6) なお、選択酸化反応部140cは、水蒸気改質反応部1
40aと水性シフト反応部140bとの間に設けてもよ
い。
応により二酸化炭素(CO2)と水素(H2)に変換さ
れなかった一酸化炭素(CO)に対して酸素(O2)を
反応させることにより283.5kJ/mol程度の熱エネル
ギーを発熱して、次の化学反応式(6)に示すように、
二酸化炭素(CO2)が生成される。 CO+(1/2)O2 →CO2 ・・・(6) なお、選択酸化反応部140cは、水蒸気改質反応部1
40aと水性シフト反応部140bとの間に設けてもよ
い。
【0086】上記一連の燃料改質反応により生成される
水素(H2)以外の微量の生成物(主に、二酸化炭素
(CO2))は、発電モジュール100に設けられた排
出孔を介して、外気に排出される。上記各実施形態にお
いては、第1の導電性配線層51及び第3の導電性配線
層53は、いずれもに同じ材料で構成されたものを示し
たが、それぞれタングステン(W)に混入される材料を
チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、シリコン(S
i)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)の中から
選択された材料であってかつ互いに異なるものとしても
よい。また、上記各実施形態においては、微小基板10
としてシリコンを用いたが、酸化珪素(SiO2)で構
成されるガラス基板を適用してもよい。ガラス基板は、
熱を吸収しにくい材質なので、効率よくヒータを加熱す
ることができる。
水素(H2)以外の微量の生成物(主に、二酸化炭素
(CO2))は、発電モジュール100に設けられた排
出孔を介して、外気に排出される。上記各実施形態にお
いては、第1の導電性配線層51及び第3の導電性配線
層53は、いずれもに同じ材料で構成されたものを示し
たが、それぞれタングステン(W)に混入される材料を
チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、シリコン(S
i)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)の中から
選択された材料であってかつ互いに異なるものとしても
よい。また、上記各実施形態においては、微小基板10
としてシリコンを用いたが、酸化珪素(SiO2)で構
成されるガラス基板を適用してもよい。ガラス基板は、
熱を吸収しにくい材質なので、効率よくヒータを加熱す
ることができる。
【0087】次いで、本発明に係る電源システムに上述
した各電池形状を適用した場合の発電モジュール100
及び燃料パック210の装着自在及び取り外し自在構造
と、電極構造との関係について、図面を参照して詳しく
説明する。 (装着自在及び取り外し自在構造の一実施例)図10
(a)〜図10(d)及び図10(e)〜図10(h)
は、それぞれ本発明の一実施例に係る電源システムの燃
料パック及びホルダー部を上方向、前方向、横方向、後
方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図11
は、本実施例に係る電源システムにおける発電モジュー
ル及び燃料パックの装着自在及び取り外し自在構造を示
す概略図である。ここで、上述した各実施形態と同等の
構成については、その説明を簡略化又は省略する。
した各電池形状を適用した場合の発電モジュール100
及び燃料パック210の装着自在及び取り外し自在構造
と、電極構造との関係について、図面を参照して詳しく
説明する。 (装着自在及び取り外し自在構造の一実施例)図10
(a)〜図10(d)及び図10(e)〜図10(h)
は、それぞれ本発明の一実施例に係る電源システムの燃
料パック及びホルダー部を上方向、前方向、横方向、後
方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図11
は、本実施例に係る電源システムにおける発電モジュー
ル及び燃料パックの装着自在及び取り外し自在構造を示
す概略図である。ここで、上述した各実施形態と同等の
構成については、その説明を簡略化又は省略する。
【0088】図10(a)〜図10(d)及び図10
(e)〜図10(h)に示すように、本実施例に係る電
源システムは、発電用燃料が所定の条件で封入された燃
料パック210と、前記燃料パック210が装着自在及
び取り外し自在に構成された発電モジュール100を収
容したホルダー部220と、を備えて構成されている。
ここで、燃料パック210は、燃料FLを封入する透明
の分解性高分子ケースであって、未使用の場合、バクテ
リア等の分解要因から保護するパッケージ211でケー
スの周囲を覆われている。そして、燃料パック210の
装着時には、後述するように、燃料パック210からパ
ッケージ211を剥がせばよい。また、燃料パック21
0を透明なケースで構成するとともに、図10(a)に
示すように、その側面の適当な位置に指標210cを設
けた構成を適用することにより、燃料パック210内に
残存する発電用燃料の量(残量)を視覚的に確認するこ
とができる。
(e)〜図10(h)に示すように、本実施例に係る電
源システムは、発電用燃料が所定の条件で封入された燃
料パック210と、前記燃料パック210が装着自在及
び取り外し自在に構成された発電モジュール100を収
容したホルダー部220と、を備えて構成されている。
ここで、燃料パック210は、燃料FLを封入する透明
の分解性高分子ケースであって、未使用の場合、バクテ
リア等の分解要因から保護するパッケージ211でケー
スの周囲を覆われている。そして、燃料パック210の
装着時には、後述するように、燃料パック210からパ
ッケージ211を剥がせばよい。また、燃料パック21
0を透明なケースで構成するとともに、図10(a)に
示すように、その側面の適当な位置に指標210cを設
けた構成を適用することにより、燃料パック210内に
残存する発電用燃料の量(残量)を視覚的に確認するこ
とができる。
【0089】ホルダー部220は、大別して、上述した
実施形態と同等の構成を有する発電モジュール100が
収納され、正極端子EL(+)が設けられた発電部22
0aと、負極端子EL(−)が設けられた対向部220
bと、発電部220aと対向部220bを連結するとと
もに、発電部220aと負極端子EL(−)を電気的に
接続する連結部220cと、を有して構成されている。
ここで、発電部220a、対向部220b及び連結部2
20cにより囲まれた貫通した空間SP1が、上記燃料
パック210を結合した際の収納位置となる。
実施形態と同等の構成を有する発電モジュール100が
収納され、正極端子EL(+)が設けられた発電部22
0aと、負極端子EL(−)が設けられた対向部220
bと、発電部220aと対向部220bを連結するとと
もに、発電部220aと負極端子EL(−)を電気的に
接続する連結部220cと、を有して構成されている。
ここで、発電部220a、対向部220b及び連結部2
20cにより囲まれた貫通した空間SP1が、上記燃料
パック210を結合した際の収納位置となる。
【0090】さらに、ホルダー部220は、対向部22
0bの当接部分の周囲にバネ材等の弾性を有し、中央に
孔を有する凸部220dと、凸部220dの孔及び発電
モジュール100の副生成物供給経路104を連結する
副生成物回収経路220eと、を備えている。なお、ホ
ルダー部220の連結部220cには、図10(e)に
示すように、図10(a)に示した燃料パック210の
指標210cに代えて、又は、指標210cと併設し
て、指標220hが刻まれた構成を適用することができ
る。これにより、ホルダー部220に燃料パック210
を結合した際に、発電用燃料の残量がどれだけあるかを
簡易かつ正確に確認することができる。この場合、連結
部220cは、不透明である方が指標220hを視認し
やすい。
0bの当接部分の周囲にバネ材等の弾性を有し、中央に
孔を有する凸部220dと、凸部220dの孔及び発電
モジュール100の副生成物供給経路104を連結する
副生成物回収経路220eと、を備えている。なお、ホ
ルダー部220の連結部220cには、図10(e)に
示すように、図10(a)に示した燃料パック210の
指標210cに代えて、又は、指標210cと併設し
て、指標220hが刻まれた構成を適用することができ
る。これにより、ホルダー部220に燃料パック210
を結合した際に、発電用燃料の残量がどれだけあるかを
簡易かつ正確に確認することができる。この場合、連結
部220cは、不透明である方が指標220hを視認し
やすい。
【0091】このような構成を有する電源システムにお
いて、図11(a)に示すように、指FN1及び指FN
2でパッケージ211を剥がした燃料パック210を支
えながら、発電部220a、対向部220b及び連結部
220cにより構成される空間SP1に対して、燃料パ
ック210の燃料供給弁210d(後述する図12参
照)が設けられた燃料送出口(一端側)210aをホル
ダー部220に当接させて支点とし、燃料パック210
の他端側210bを旋回させて押し込むことにより(図
中、矢印P9)、図11(b)に示すように、前記燃料
パック210の底部(他端側)210bが対向部220
bに当接して、燃料パック210が空間SP1に収納さ
れる。
いて、図11(a)に示すように、指FN1及び指FN
2でパッケージ211を剥がした燃料パック210を支
えながら、発電部220a、対向部220b及び連結部
220cにより構成される空間SP1に対して、燃料パ
ック210の燃料供給弁210d(後述する図12参
照)が設けられた燃料送出口(一端側)210aをホル
ダー部220に当接させて支点とし、燃料パック210
の他端側210bを旋回させて押し込むことにより(図
中、矢印P9)、図11(b)に示すように、前記燃料
パック210の底部(他端側)210bが対向部220
bに当接して、燃料パック210が空間SP1に収納さ
れる。
【0092】このとき、燃料送出経路となる燃料送出管
220f(後述する図12参照)が、バネで姿勢が固定
されている燃料供給弁210dを押し下げて、燃料パッ
ク210の漏出防止機能が解除されて、燃料パック21
0に封入された発電用燃料FLが、毛細管210f内及
び燃料送出管220f内での表面張力により自動的に搬
送されて発電モジュール100に供給される。
220f(後述する図12参照)が、バネで姿勢が固定
されている燃料供給弁210dを押し下げて、燃料パッ
ク210の漏出防止機能が解除されて、燃料パック21
0に封入された発電用燃料FLが、毛細管210f内及
び燃料送出管220f内での表面張力により自動的に搬
送されて発電モジュール100に供給される。
【0093】なお、図11(c)に示すように、燃料パ
ック210をホルダー部220にセットした未使用の電
源システムの周囲をバクテリア等の分解要因から保護す
るパッケージ230でケースの周囲全体を覆った状態で
市場に流通させるようにしてもよい。この場合、デバイ
ス等の電源として利用する際には、パッケージ230を
剥がして装着すればよい。ここで、充電部160で蓄電
されたチャージが所定値まで低下したことを検知するた
めに常時駆動している動作制御部180に電力を供給す
るために副電源部170が出力する電力を、発電部11
0で生成して充電部160を介して供給しているが、こ
のとき、発電部110から生成される二酸化炭素(CO
2)を電源システム300の外部に放出するための孔2
30aがパッケージ230に設けられている。
ック210をホルダー部220にセットした未使用の電
源システムの周囲をバクテリア等の分解要因から保護す
るパッケージ230でケースの周囲全体を覆った状態で
市場に流通させるようにしてもよい。この場合、デバイ
ス等の電源として利用する際には、パッケージ230を
剥がして装着すればよい。ここで、充電部160で蓄電
されたチャージが所定値まで低下したことを検知するた
めに常時駆動している動作制御部180に電力を供給す
るために副電源部170が出力する電力を、発電部11
0で生成して充電部160を介して供給しているが、こ
のとき、発電部110から生成される二酸化炭素(CO
2)を電源システム300の外部に放出するための孔2
30aがパッケージ230に設けられている。
【0094】ここで、電源システムは、燃料パック21
0が空間SP1に収納され、ホルダー部220に結合さ
れた状態において、例えば、上述した円柱形状の汎用の
化学電池と略同等の外形形状及び寸法を有するように構
成されている。また、このとき、燃料パック210が空
間SP1に正常に収納された状態で、燃料パック210
の燃料送出口210aが、発電部220a側の燃料送出
経路に良好に当接して接続するように、燃料パック21
0の他端側210bを適当な力で押圧するとともに、燃
料パック210がホルダー部220から不用意に脱落す
ることを防止するために、燃料パック210の他端側2
10bと対向部220bの当接部分が、適当な押圧力で
係合するように構成されていることが望ましい。
0が空間SP1に収納され、ホルダー部220に結合さ
れた状態において、例えば、上述した円柱形状の汎用の
化学電池と略同等の外形形状及び寸法を有するように構
成されている。また、このとき、燃料パック210が空
間SP1に正常に収納された状態で、燃料パック210
の燃料送出口210aが、発電部220a側の燃料送出
経路に良好に当接して接続するように、燃料パック21
0の他端側210bを適当な力で押圧するとともに、燃
料パック210がホルダー部220から不用意に脱落す
ることを防止するために、燃料パック210の他端側2
10bと対向部220bの当接部分が、適当な押圧力で
係合するように構成されていることが望ましい。
【0095】具体的には、図11(a)、(b)に示す
ように、例えば、副生成物である水等を回収するために
燃料パック210の他端側210bに形成された副生成
物取込弁210eが配置された凹部と、対向部220b
の当接部分の周囲にバネ材等の弾性を有する凸部220
dと、の間での係合機構を適用することができる。この
とき、凸部220dに押し上げられることにより、副生
成物取込弁210eが閉じた状態から開いた状態になる
とともに、副生成物回収経路220eと連結するため、
副生成物回収経路220eからの副生成物が、燃料パッ
ク210内に設けられた副生成物回収部200に回収可
能となる。
ように、例えば、副生成物である水等を回収するために
燃料パック210の他端側210bに形成された副生成
物取込弁210eが配置された凹部と、対向部220b
の当接部分の周囲にバネ材等の弾性を有する凸部220
dと、の間での係合機構を適用することができる。この
とき、凸部220dに押し上げられることにより、副生
成物取込弁210eが閉じた状態から開いた状態になる
とともに、副生成物回収経路220eと連結するため、
副生成物回収経路220eからの副生成物が、燃料パッ
ク210内に設けられた副生成物回収部200に回収可
能となる。
【0096】これにより、上述した全体動作において説
明したように、副電源部170から発電モジュール10
0内の動作制御部180に動作電力が供給される。ま
た、本実施形態に係る電源システムが所定のデバイスD
VCに装着されることにより、充電部160あるいは発
電部110から出力された電力の一部が正極端子EL
(+)及び対向部220bに設けられた負極端子EL
(−)を介して、デバイスDVCに内蔵されたコントロ
ーラCNTに駆動電力(コントローラ電力)として供給
される(初期動作)。
明したように、副電源部170から発電モジュール10
0内の動作制御部180に動作電力が供給される。ま
た、本実施形態に係る電源システムが所定のデバイスD
VCに装着されることにより、充電部160あるいは発
電部110から出力された電力の一部が正極端子EL
(+)及び対向部220bに設けられた負極端子EL
(−)を介して、デバイスDVCに内蔵されたコントロ
ーラCNTに駆動電力(コントローラ電力)として供給
される(初期動作)。
【0097】したがって、汎用の化学電池と同様に簡易
に取り扱うことができ、汎用の化学電池と同一又は同等
の外形形状及び寸法(ここでは、円柱形状)を有すると
ともに、同一又は同等の電気的特性を有する電力を供給
することができる完全互換の電源システムを実現するこ
とができるので、既存の携帯機器等のデバイスに対し
て、汎用の化学電池と全く同様に、動作電力として適用
することができる。
に取り扱うことができ、汎用の化学電池と同一又は同等
の外形形状及び寸法(ここでは、円柱形状)を有すると
ともに、同一又は同等の電気的特性を有する電力を供給
することができる完全互換の電源システムを実現するこ
とができるので、既存の携帯機器等のデバイスに対し
て、汎用の化学電池と全く同様に、動作電力として適用
することができる。
【0098】特に、本実施例に係る電源システムにおい
て、発電モジュールとして燃料電池を備えた構成を適用
し、かつ、発電部220a(発電モジュール100)に
対して装着自在及び取り外し自在に構成された燃料パッ
ク210として、上述した分解性プラスチック等の材料
を適用することにより、環境への影響(負担)を抑制し
つつ、高いエネルギー利用効率を実現することができる
ので、既存の化学電池の投棄や埋め立て処理による環境
問題やエネルギー利用効率の問題等を良好に解決するこ
とができる。
て、発電モジュールとして燃料電池を備えた構成を適用
し、かつ、発電部220a(発電モジュール100)に
対して装着自在及び取り外し自在に構成された燃料パッ
ク210として、上述した分解性プラスチック等の材料
を適用することにより、環境への影響(負担)を抑制し
つつ、高いエネルギー利用効率を実現することができる
ので、既存の化学電池の投棄や埋め立て処理による環境
問題やエネルギー利用効率の問題等を良好に解決するこ
とができる。
【0099】また、本実施例に係る電源システムによれ
ば、燃料パック210が収納されるホルダー部220側
の空間SP1が、2つの開口部を有する貫通形状を有し
ているので、指FN1及び指FN2で燃料パック210
の対向する側面部を把持しながらホルダー部220に容
易に装着することができ、また、2つの開口部の一方か
ら燃料パック210を押すことによって、2つの開口部
の他方から燃料パック210が押し出されるので、燃料
パック210の取り外しを簡易かつ確実に行うことがで
きる。
ば、燃料パック210が収納されるホルダー部220側
の空間SP1が、2つの開口部を有する貫通形状を有し
ているので、指FN1及び指FN2で燃料パック210
の対向する側面部を把持しながらホルダー部220に容
易に装着することができ、また、2つの開口部の一方か
ら燃料パック210を押すことによって、2つの開口部
の他方から燃料パック210が押し出されるので、燃料
パック210の取り外しを簡易かつ確実に行うことがで
きる。
【0100】(具体的構成例)次に、上述した各実施形
態(各構成例を含む)のいずれかを適用した電源システ
ム全体の具体構成例について、図面を参照して説明す
る。図12は、本発明に係る電源システム全体の具体構
成例を示す概略構成図である。ここでは、発電モジュー
ルに設けられる副電源部170が、充電部160で蓄電
されたチャージにより充電され、発電部110の燃料セ
ルとして燃料改質方式の燃料電池が適用されているもの
とする。また、上述した各実施形態及び各構成例を適宜
参照し、同等の構成については、同一の符号を付して、
その説明を簡略化する。
態(各構成例を含む)のいずれかを適用した電源システ
ム全体の具体構成例について、図面を参照して説明す
る。図12は、本発明に係る電源システム全体の具体構
成例を示す概略構成図である。ここでは、発電モジュー
ルに設けられる副電源部170が、充電部160で蓄電
されたチャージにより充電され、発電部110の燃料セ
ルとして燃料改質方式の燃料電池が適用されているもの
とする。また、上述した各実施形態及び各構成例を適宜
参照し、同等の構成については、同一の符号を付して、
その説明を簡略化する。
【0101】図12に示すように、本具体構成例に係る
電源システム300は、発電モジュール100と燃料パ
ック210が装着自在及び取り外し自在に構成され、全
体として円柱形状からなる外形形状を有している。ま
た、これらの構成(特に、発電モジュール100)が、
マイクロマシン製造技術等を用いて微小空間に構成さ
れ、汎用の化学電池と同等の外形寸法を有するように構
成されている。
電源システム300は、発電モジュール100と燃料パ
ック210が装着自在及び取り外し自在に構成され、全
体として円柱形状からなる外形形状を有している。ま
た、これらの構成(特に、発電モジュール100)が、
マイクロマシン製造技術等を用いて微小空間に構成さ
れ、汎用の化学電池と同等の外形寸法を有するように構
成されている。
【0102】発電モジュール100は、概略、円柱形状
の円周側面に沿って延在する発電部110と、円柱状の
発電モジュール100内部に、深さ及び幅がそれぞれ5
00μm以下の燃料流路及び流路内の空間を所定温度に
設定するヒータが形成された水蒸気改質反応部(水蒸気
改質反応炉)140aと、深さ及び幅がそれぞれ500
μm以下の燃料流路及び流路内の空間を所定温度に設定
するヒータが形成された水性シフト反応部(水性シフト
反応炉)140bと、深さ及び幅がそれぞれ500μm
以下の燃料流路及び流路内の空間を所定温度に設定する
ヒータが形成された選択酸化反応部(選択酸化反応炉)
140cと、発電モジュール100内部にマイクロチッ
プ化されて収納された動作制御部180と、発電モジュ
ール100の円柱側面から上記発電部110の空気極ま
で貫通し、外部の空気を取り入れる複数の通気孔(スリ
ット)130aと、上記空気極側において生成される副
生成物(水等)を液化(凝縮)して分離回収する分離回
収部102と、回収した副生成物の一部を水蒸気改質反
応部140aに供給する副生成物供給経路220eと、
円柱上面から上記発電部110の空気極まで貫通し、少
なくとも、発電部の燃料極側や水蒸気改質反応部140
a、水性シフト反応部140b、選択酸化反応部140
cにおいて生成され、非回収物質である副生成物(二酸
化炭素等)を発電モジュールの外部に排出する排出孔1
06と、記載はないが副電源部170と、を備えて構成
されている。
の円周側面に沿って延在する発電部110と、円柱状の
発電モジュール100内部に、深さ及び幅がそれぞれ5
00μm以下の燃料流路及び流路内の空間を所定温度に
設定するヒータが形成された水蒸気改質反応部(水蒸気
改質反応炉)140aと、深さ及び幅がそれぞれ500
μm以下の燃料流路及び流路内の空間を所定温度に設定
するヒータが形成された水性シフト反応部(水性シフト
反応炉)140bと、深さ及び幅がそれぞれ500μm
以下の燃料流路及び流路内の空間を所定温度に設定する
ヒータが形成された選択酸化反応部(選択酸化反応炉)
140cと、発電モジュール100内部にマイクロチッ
プ化されて収納された動作制御部180と、発電モジュ
ール100の円柱側面から上記発電部110の空気極ま
で貫通し、外部の空気を取り入れる複数の通気孔(スリ
ット)130aと、上記空気極側において生成される副
生成物(水等)を液化(凝縮)して分離回収する分離回
収部102と、回収した副生成物の一部を水蒸気改質反
応部140aに供給する副生成物供給経路220eと、
円柱上面から上記発電部110の空気極まで貫通し、少
なくとも、発電部の燃料極側や水蒸気改質反応部140
a、水性シフト反応部140b、選択酸化反応部140
cにおいて生成され、非回収物質である副生成物(二酸
化炭素等)を発電モジュールの外部に排出する排出孔1
06と、記載はないが副電源部170と、を備えて構成
されている。
【0103】水蒸気改質反応部140a及び水性シフト
反応部140bは、反応に必要な水として、副生成物供
給経路104を介して供給される発電部110で生成さ
れた水及び燃料パック210内の燃料FL内の水の少な
くとも一方を利用する。また水蒸気改質反応部140
a、水性シフト反応部140b及び選択酸化反応部14
0c内で各反応により生じた二酸化炭素は、排出孔10
6を介して発電モジュール100の外部に排出される。
反応部140bは、反応に必要な水として、副生成物供
給経路104を介して供給される発電部110で生成さ
れた水及び燃料パック210内の燃料FL内の水の少な
くとも一方を利用する。また水蒸気改質反応部140
a、水性シフト反応部140b及び選択酸化反応部14
0c内で各反応により生じた二酸化炭素は、排出孔10
6を介して発電モジュール100の外部に排出される。
【0104】燃料パック210は、発電部110に供給
される発電用燃料FLが充填、封入される燃料封入部1
90と、上記分離回収部102により回収された副生成
物(水)を固定的に保持する副生成物回収部200と、
発電モジュール100との境界にあって、発電用燃料F
Lの漏出を防止する燃料供給弁210d(燃料漏出防止
手段)と、回収保持された副生成物(回収物)の漏出を
防止する副生成物取込弁210e(回収物漏出防止手
段)と、を有して構成されている。ここで、燃料パック
210は、上述したような分解性プラスチックにより形
成されている。
される発電用燃料FLが充填、封入される燃料封入部1
90と、上記分離回収部102により回収された副生成
物(水)を固定的に保持する副生成物回収部200と、
発電モジュール100との境界にあって、発電用燃料F
Lの漏出を防止する燃料供給弁210d(燃料漏出防止
手段)と、回収保持された副生成物(回収物)の漏出を
防止する副生成物取込弁210e(回収物漏出防止手
段)と、を有して構成されている。ここで、燃料パック
210は、上述したような分解性プラスチックにより形
成されている。
【0105】このような構成を有する燃料パック210
を発電モジュール100と結合すると、燃料送出管22
0fがバネで姿勢が固定されている燃料供給弁210d
を押し下げて燃料パック210の漏出防止機能が解除さ
れ、燃料パック210に封入された発電用燃料FLが毛
細管210f内及び燃料送出管220f内での表面張力
により発電モジュール100まで自動的に搬送される。
また、燃料パック210を発電モジュール100から外
すと、燃料供給弁210dがバネの復元力で元の閉じた
状態になって、発電用燃料FLが漏れないようになる。
を発電モジュール100と結合すると、燃料送出管22
0fがバネで姿勢が固定されている燃料供給弁210d
を押し下げて燃料パック210の漏出防止機能が解除さ
れ、燃料パック210に封入された発電用燃料FLが毛
細管210f内及び燃料送出管220f内での表面張力
により発電モジュール100まで自動的に搬送される。
また、燃料パック210を発電モジュール100から外
すと、燃料供給弁210dがバネの復元力で元の閉じた
状態になって、発電用燃料FLが漏れないようになる。
【0106】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る配線
電極構造によれば、薄膜の温度調整層上に配線として形
成される積層配線は、第1の導電性配線層より抵抗率の
低い導電性材料を有する第2の導電性配線層により高い
電圧を迅速に印加することができ、温度調整層が迅速に
所定の温度に達することができる。また、このような良
導体は一般的に線膨張率が高く、温度調整層により変化
する温度による膨張あるいは収縮により生じる温度調整
層等との間での物理適応力の歪みにより剥離してしまう
恐れがあるが、第2の導電性配線層と温度調整層との間
に第2の導電性配線層よりも線膨張率の低い第1の導電
性配線層を設けたので、歪みを緩衝して剥がれを抑制す
ることができる。
電極構造によれば、薄膜の温度調整層上に配線として形
成される積層配線は、第1の導電性配線層より抵抗率の
低い導電性材料を有する第2の導電性配線層により高い
電圧を迅速に印加することができ、温度調整層が迅速に
所定の温度に達することができる。また、このような良
導体は一般的に線膨張率が高く、温度調整層により変化
する温度による膨張あるいは収縮により生じる温度調整
層等との間での物理適応力の歪みにより剥離してしまう
恐れがあるが、第2の導電性配線層と温度調整層との間
に第2の導電性配線層よりも線膨張率の低い第1の導電
性配線層を設けたので、歪みを緩衝して剥がれを抑制す
ることができる。
【0107】ここで、上記積層配線は、第1、第2及び
第3の導電性配線層が各々同一のパターン幅からなる所
定の配線パターン形状を有するように構成されているも
のであってもよいし、第1の導電性配線層のパターン幅
が、少なくとも、第3の導電性配線のパターン幅よりも
広く構成されているものであってもよい。後者の構成に
よれば、積層配線の断面構造(形状)が、少なくとも、
第1の導電性配線層とそれ以外の導電性配線との間で段
差を有することになるので、積層配線の上面と抵抗体層
の上面又は基板上面との間の急峻な段差の変化を緩和し
て、保護膜のステップカバレッジ(段差被覆性)を改善
して、良好な絶縁保護特性を実現することができる。
第3の導電性配線層が各々同一のパターン幅からなる所
定の配線パターン形状を有するように構成されているも
のであってもよいし、第1の導電性配線層のパターン幅
が、少なくとも、第3の導電性配線のパターン幅よりも
広く構成されているものであってもよい。後者の構成に
よれば、積層配線の断面構造(形状)が、少なくとも、
第1の導電性配線層とそれ以外の導電性配線との間で段
差を有することになるので、積層配線の上面と抵抗体層
の上面又は基板上面との間の急峻な段差の変化を緩和し
て、保護膜のステップカバレッジ(段差被覆性)を改善
して、良好な絶縁保護特性を実現することができる。
【0108】また、上記配線電極構造は、少なくとも他
面側に、所定の流路を有する反応流路が設けられた化学
反応装置の全部又は一部が微細化されて形成された微小
基板に適用することができ、薄膜ヒータとなる抵抗体層
に対して、該積層配線を介して所定の電気エネルギーを
供給して所定の熱エネルギーを発生させることにより、
反応流路内で吸熱を伴う化学反応を生じさせて、所望の
物質を生成することができる。ここで、抵抗体層は、反
応流路内で生じる化学反応の進行に寄与する所定の熱エ
ネルギーを発生するように発熱特性が設定されている。
これによれば、各種機能要素が微小空間に集積化された
化学反応装置(マイクロリアクタ)を良好に実現するこ
とができるとともに、比較的高いエネルギー利用効率で
所定の化学反応を生じさせて所望の物質を生成すること
ができる。
面側に、所定の流路を有する反応流路が設けられた化学
反応装置の全部又は一部が微細化されて形成された微小
基板に適用することができ、薄膜ヒータとなる抵抗体層
に対して、該積層配線を介して所定の電気エネルギーを
供給して所定の熱エネルギーを発生させることにより、
反応流路内で吸熱を伴う化学反応を生じさせて、所望の
物質を生成することができる。ここで、抵抗体層は、反
応流路内で生じる化学反応の進行に寄与する所定の熱エ
ネルギーを発生するように発熱特性が設定されている。
これによれば、各種機能要素が微小空間に集積化された
化学反応装置(マイクロリアクタ)を良好に実現するこ
とができるとともに、比較的高いエネルギー利用効率で
所定の化学反応を生じさせて所望の物質を生成すること
ができる。
【0109】本発明に係る他の配線電極構造によれば、
第1の導電性配線層よりも高い線膨張率の第2の導電性
配線層を保護膜に接するように配置したので、保護膜が
酸化物や窒化物であっても密着性に優れているので保護
膜が剥離することを防止することができる。このような
第1の導電性配線層及び第2の導電性配線層をそれぞれ
金を含む金属元素のみの材料及びタングステンを主成分
とする材料で構成すると、互いに接合性に優れ低抵抗か
つ常温及び急峻な温度変化に対する剥離強度の高い配線
を得ることができる。
第1の導電性配線層よりも高い線膨張率の第2の導電性
配線層を保護膜に接するように配置したので、保護膜が
酸化物や窒化物であっても密着性に優れているので保護
膜が剥離することを防止することができる。このような
第1の導電性配線層及び第2の導電性配線層をそれぞれ
金を含む金属元素のみの材料及びタングステンを主成分
とする材料で構成すると、互いに接合性に優れ低抵抗か
つ常温及び急峻な温度変化に対する剥離強度の高い配線
を得ることができる。
【0110】本発明に係るさらに他の配線電極構造によ
れば、薄膜の温度調整層上に配線として形成される積層
配線は、第1の導電性配線層より抵抗率の低い導電性材
料である金を有する第2の導電性配線層により高い電圧
を迅速に印加することができ、温度調整層が迅速に所定
の温度に達することができる。そして、このような良導
体は一般的に線膨張率が高く、温度調整層により変化す
る温度による膨張あるいは収縮により生じる温度調整層
や保護膜との間での物理適応力の歪みにより剥離してし
まう恐れがあるが、第2の導電タングステンを含む性配
線層と温度調整層との間に第2の導電性配線層よりも線
膨張率の低いタングステンを含む第1の導電性配線層を
設け、第2の導電性配線層と保護層との間に第2の導電
性配線層よりも線膨張率の低い第3の導電性配線層を設
けたので、第2導電性配線層が基板や保護膜から剥離す
ることを防止できる。
れば、薄膜の温度調整層上に配線として形成される積層
配線は、第1の導電性配線層より抵抗率の低い導電性材
料である金を有する第2の導電性配線層により高い電圧
を迅速に印加することができ、温度調整層が迅速に所定
の温度に達することができる。そして、このような良導
体は一般的に線膨張率が高く、温度調整層により変化す
る温度による膨張あるいは収縮により生じる温度調整層
や保護膜との間での物理適応力の歪みにより剥離してし
まう恐れがあるが、第2の導電タングステンを含む性配
線層と温度調整層との間に第2の導電性配線層よりも線
膨張率の低いタングステンを含む第1の導電性配線層を
設け、第2の導電性配線層と保護層との間に第2の導電
性配線層よりも線膨張率の低い第3の導電性配線層を設
けたので、第2導電性配線層が基板や保護膜から剥離す
ることを防止できる。
【0111】そして、上述した配線電極構造のうち、断
面構造に段差を備えた配線電極構造の製造方法では、積
層配線を構成する第1乃至第3の導電性配線層のうち、
第2及び第3の導電性配線層を構成する導電性膜(第2
及び第3の導電性膜)を単一のレジスト膜(第1のレジ
スト膜)を用いて、所定のパターン幅でエッチングする
第1のエッチング工程の後、第1の導電性配線層を構成
する導電性膜(第1の導電性膜)をさらに別のレジスト
膜(第2のレジスト膜)を用いて、上記パターン幅より
も広いパターン幅でエッチングする第2のエッチング工
程を含んでいる。ここで、第2のエッチング工程におい
ては、第1のエッチング工程においてすでにパターニン
グされた第2及び第3の導電性配線層の上面及び側面を
被覆するようにレジスト膜が形成される。
面構造に段差を備えた配線電極構造の製造方法では、積
層配線を構成する第1乃至第3の導電性配線層のうち、
第2及び第3の導電性配線層を構成する導電性膜(第2
及び第3の導電性膜)を単一のレジスト膜(第1のレジ
スト膜)を用いて、所定のパターン幅でエッチングする
第1のエッチング工程の後、第1の導電性配線層を構成
する導電性膜(第1の導電性膜)をさらに別のレジスト
膜(第2のレジスト膜)を用いて、上記パターン幅より
も広いパターン幅でエッチングする第2のエッチング工
程を含んでいる。ここで、第2のエッチング工程におい
ては、第1のエッチング工程においてすでにパターニン
グされた第2及び第3の導電性配線層の上面及び側面を
被覆するようにレジスト膜が形成される。
【0112】このような工程を有する製造方法によれ
ば、第2のエッチング工程の際に、少なくとも第3の導
電性配線層の側面が露出することがないので、第1及び
第3の導電性配線層を同一の導電性材料、例えば、タン
グステン又はタングステンを含有する合金材料等の高融
点導電性材料により構成する場合であっても、先の工程
においてパターニングされた第3の導電性配線層側面の
オーバーエッチング(サイドエッチング)を防止して、
パターン幅の減少や、それに伴う第2の導電性配線層と
保護膜との接触面積の増加を抑制することができ、金又
は金を含有する合金材料と、酸化物又は窒化物との接触
特有の接合性や密着性の劣化を抑制することができる。
ば、第2のエッチング工程の際に、少なくとも第3の導
電性配線層の側面が露出することがないので、第1及び
第3の導電性配線層を同一の導電性材料、例えば、タン
グステン又はタングステンを含有する合金材料等の高融
点導電性材料により構成する場合であっても、先の工程
においてパターニングされた第3の導電性配線層側面の
オーバーエッチング(サイドエッチング)を防止して、
パターン幅の減少や、それに伴う第2の導電性配線層と
保護膜との接触面積の増加を抑制することができ、金又
は金を含有する合金材料と、酸化物又は窒化物との接触
特有の接合性や密着性の劣化を抑制することができる。
【0113】また、第1及び第2のエッチング工程にお
いて、異なるレジスト膜を用いて各導電性配線層を構成
する導電性膜をエッチングしているので、エッチングの
諸条件によりエッチング耐性が低いレジスト膜を使用し
なければならない場合であっても、レジスト膜のエッチ
ング耐性を良好に保持しつつ、各導電性配線層を良好に
パターニングすることができる。さらに、第2及び第3
の導電性配線層のパターン幅に比較して、第1の導電性
配線層のパターン幅が広く設定されているので、第1の
エッチング工程における第2及び第3の導電性配線層の
位置精度を緩和することができ、当該導電性配線層のパ
ターン位置を規定するフォトマスクの位置合わせを比較
的容易に行うことができる。
いて、異なるレジスト膜を用いて各導電性配線層を構成
する導電性膜をエッチングしているので、エッチングの
諸条件によりエッチング耐性が低いレジスト膜を使用し
なければならない場合であっても、レジスト膜のエッチ
ング耐性を良好に保持しつつ、各導電性配線層を良好に
パターニングすることができる。さらに、第2及び第3
の導電性配線層のパターン幅に比較して、第1の導電性
配線層のパターン幅が広く設定されているので、第1の
エッチング工程における第2及び第3の導電性配線層の
位置精度を緩和することができ、当該導電性配線層のパ
ターン位置を規定するフォトマスクの位置合わせを比較
的容易に行うことができる。
【0114】なお、上記配線電極構造の製造方法は、少
なくとも他面側に、所定の流路を有する反応流路が設け
られた化学反応装置の全部又は一部が微細化されて形成
された微小基板に適用することができる。これによれ
ば、各種機能要素が微小空間に集積化された化学反応装
置(マイクロリアクタ)において、断線や剥離、電気的
特性の劣化等が抑制された信頼性の高いヒータ配線を良
好に実現することができる。
なくとも他面側に、所定の流路を有する反応流路が設け
られた化学反応装置の全部又は一部が微細化されて形成
された微小基板に適用することができる。これによれ
ば、各種機能要素が微小空間に集積化された化学反応装
置(マイクロリアクタ)において、断線や剥離、電気的
特性の劣化等が抑制された信頼性の高いヒータ配線を良
好に実現することができる。
【図1】本発明に係る配線電極構造を適用した化学反応
装置の一実施形態を示す概略構成図である。
装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図2】本実施形態に係る化学反応装置に適用される配
線電極構造を示す断面構造図である。
線電極構造を示す断面構造図である。
【図3】本発明に係る配線電極構造が適用されるヒータ
配線の製造方法の一例(第1のエッチング工程)を示す
プロセス断面図である。
配線の製造方法の一例(第1のエッチング工程)を示す
プロセス断面図である。
【図4】本発明に係る配線電極構造が適用されるヒータ
配線の製造方法の一例(第2のエッチング工程)を示す
プロセス断面図である。
配線の製造方法の一例(第2のエッチング工程)を示す
プロセス断面図である。
【図5】本発明に係る配線電極構造が適用されるヒータ
配線の製造方法の一例(第3のエッチング工程)を示す
プロセス断面図である。
配線の製造方法の一例(第3のエッチング工程)を示す
プロセス断面図である。
【図6】断面構造に段差を有していない積層配線の製造
方法における問題点を示すプロセス断面図である。
方法における問題点を示すプロセス断面図である。
【図7】本発明に係る配線電極構造を備えた化学反応装
置の適用が可能な燃料電池の要部構成を示すブロック図
である。
置の適用が可能な燃料電池の要部構成を示すブロック図
である。
【図8】本発明に係る配線電極構造を備えた改質部の具
体構成例を示す概略構成図である。
体構成例を示す概略構成図である。
【図9】マイクロリアクタにおける反応流路部を示す概
略構成図である。
略構成図である。
【図10】本発明の電源システムの燃料パック及びホル
ダー部の外形形状を示す概略構成図である。
ダー部の外形形状を示す概略構成図である。
【図11】本実施例の発電モジュール及び燃料パックの
装着自在及び取り外し自在構造を示す概略図である。
装着自在及び取り外し自在構造を示す概略図である。
【図12】本発明に係る電源システム内部の具体構成例
を示す概略構成図である。
を示す概略構成図である。
【図13】マイクロリアクタに適用される薄膜ヒータ及
びヒータ配線の具体的な断面構造を示す図である。
びヒータ配線の具体的な断面構造を示す図である。
10 微小基板
40 薄膜ヒータ
50 ヒータ配線
40x 抵抗膜
51a、51b 第1の導電性配線層
52a、52b 第2の導電性配線層
53a、53b 第3の導電性配線層
54 電極パッド
60 保護膜
71〜74 レジスト膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
H01M 8/10 H01L 21/88 R
Claims (20)
- 【請求項1】 基板の一面側に所定のパターン形状を有
して設けられた温度調整層と、 前記温度調整層上に所定の配線パターン形状を有して順
次積層された、第1の導電性配線層及び第2の導電性配
線層を備えた積層配線と、を具備し、前記第1の導電性
配線層は、前記第2の導電性配線層の前記導電性材料よ
りも線膨張率の低い材料を有し、前記第2の導電性配線
層は、前記第1の導電性配線層より抵抗率の低い導電性
材料を有することを特徴とする配線電極構造。 - 【請求項2】 前記温度調整層は、酸化物あるいは窒化
物を含むことを特徴とする請求項1記載の配線電極構
造。 - 【請求項3】 前記基板は、シリコンで形成され、前記
基板の前記一面には、シリコン酸化膜あるいはシリコン
窒化膜が被膜されていることを特徴とする請求項1又は
2記載の配線電極構造。 - 【請求項4】 前記積層配線は、前記第2の導電性配線
層上に、前記第2の導電性配線層よりも高い線膨張率材
料で形成された第3の導電性配線層を備え、少なくと
も、前記積層配線を被覆する保護膜が設けられているこ
とを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の配線
電極構造。 - 【請求項5】 前記保護膜は、絶縁性の酸化物又は窒化
物からなることを特徴とする請求項4記載の配線電極構
造。 - 【請求項6】 前記積層配線は、前記第1の導電性配線
層のパターン幅が、少なくとも、前記第3の導電性配線
のパターン幅よりも広く設定されていることを特徴とす
る請求項4又は5記載の配線電極構造。 - 【請求項7】 前記積層配線は、前記第2の導電性配線
層のパターン幅が、前記第3の導電性配線のパターン幅
と同一に設定されていることを特徴とする請求項4乃至
6のいずれかに記載の配線電極構造。 - 【請求項8】 前記第1の導電性配線層及び第3の導電
性配線層は、タングステン、モリブデン、タンタル、タ
ングステンを含有する合金、モリブデンを含有する合
金、及びタンタルを含有する合金の中から選択された材
料からなることを特徴とする請求項4乃至7のいずれか
に記載の配線電極構造。 - 【請求項9】 前記第2の導電性配線層は、金、銅、金
を含有する合金、及び銅を含有する合金の中から選択さ
れた材料からなることを特徴とする請求項1乃至8のい
ずれかに記載の配線電極構造。 - 【請求項10】 前記基板は、少なくとも他面側に、所
定の流路を有する反応流路が設けられ、該反応流路内で
吸熱又は発熱を伴う化学反応を生じることにより、所望
の物質を生成する化学反応装置の全部又は一部が微細化
されて形成された微小基板であって、 前記温度調整層は、前記積層配線を介して供給される電
気エネルギーにより、前記反応流路内で生じる化学反応
に寄与する所定の熱エネルギーを発生する発熱特性又は
吸熱特性を有することを特徴とする請求項1乃至9のい
ずれかに記載の配線電極構造。 - 【請求項11】 基板の一面側に所定のパターン形状を
有して設けられた温度調整層と、 前記温度調整層上に形成された積層配線と、 前記積層配線を被覆する保護膜と、 が設けられ、前記積層配線は、所定の配線パターン形状
を有する第1の導電性配線層と、前記第1の導電性配線
層と前記保護膜との間に形成され、前記第1の導電性配
線層よりも高い線膨張率材料で形成された第2の導電性
配線層と、を有することを特徴とする配線電極構造。 - 【請求項12】 前記保護膜は、絶縁性の酸化物又は窒
化物からなることを特徴とする請求項11記載の配線電
極構造。 - 【請求項13】 前記第2の導電性配線層は、タングス
テン、モリブデン、タンタル、タングステンを含有する
合金、モリブデンを含有する合金、及びタンタルを含有
する合金の中から選択された材料からなることを特徴と
する請求項請求項11又は12記載の配線電極構造。 - 【請求項14】 前記第1の導電性配線層は、金、銅、
金を含有する合金、及び銅を含有する合金の中から選択
された材料からなることを特徴とする請求項11乃至1
3のいずれかに記載の配線電極構造。 - 【請求項15】 前記積層配線は、前記温度調整層と前
記第1の導電性配線層との間に、前記第1の導電性配線
層よりも高い線膨張率材料で形成された第3の導電性配
線層を有することを特徴とする請求項11乃至14のい
ずれかに記載の配線電極構造。 - 【請求項16】 少なくとも表面の一部に酸化膜又は窒
化膜からなる基板上に設けられた酸化物又は窒化物から
なる温度調整層と、 前記温度調整層及び前記の前記一部の少なくとも何れか
一方の上に、タングステンを含む第1の導電性配線層、
前記第1の導電性配線層上に金を含む第2の導電性配線
層、及び、前記第2の導電性配線層上にタングステンを
含む第3の導電性配線層を有する積層配線と、 前記積層配線を覆う酸化膜又は窒化膜からなる保護膜を
有することを特徴とする配線電極構造。 - 【請求項17】 基板の一面側に、所定の発熱特性を有
する抵抗膜を形成する工程と、 前記抵抗膜上に、第1の導電性膜と、前記第1の導電性
配線層の前記導電性材料よりも抵抗率が低く、前記第1
の導電性配線層の前記導電性材料よりも線膨張率の高い
材料で構成される第2の導電性膜と、前記第2の導電性
配線層の前記導電性材料よりも線膨張率の低い材料で構
成される第3の導電性膜を、順次積層する工程と、 前記第3の導電性膜上に、第1のパターン形状を有する
第1のレジスト膜を形成し、該第1のレジスト膜を用い
て、前記第3の導電性膜及び前記第2の導電性膜を順次
エッチングすることにより、前記第1のパターン形状を
有する第3の導電性配線層及び第2の導電性配線層を形
成する工程と、 前記第1のパターンに対応し、該第1のパターンよりも
パターン幅が広く設定された第2のパターン形状を有
し、少なくとも、前記第3の導電性配線層及び第2の導
電性配線層の上面及び側面を被覆する第2のレジスト膜
を形成し、該第2のレジスト膜を用いて、前記第1の導
電性膜をエッチングすることにより、前記第2のパター
ン形状を有する第1の導電性配線層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする配線電極構造の製造方法。 - 【請求項18】 前記第2の導電性配線層は、金、銅、
金を含有する合金、及び銅を含有する合金の中から選択
された材料からなり、前記抵抗膜は、酸化物又は窒化物
からなり、前記保護膜は、絶縁性の酸化物又は窒化物か
らなることを特徴とする請求項17記載の配線電極構造
の製造方法。 - 【請求項19】 前記第1の導電性膜及び第3の導電性
膜は、タングステン、モリブデン、タンタル、タングス
テンを含有する合金、モリブデンを含有する合金、及び
タンタルを含有する合金の中から選択された材料からな
ることを特徴とする請求項17又は18記載の配線電極
構造の製造方法。 - 【請求項20】 前記基板は、少なくとも他面側に、所
定の流路を有する反応流路が設けられ、該反応流路内で
吸熱又は発熱を伴う化学反応を生じることにより、所望
の物質を生成する化学反応装置の全部又は一部が微細化
されて形成された微小基板であることを特徴とする請求
項17乃至19のいずれかに記載の配線電極構造の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001366519A JP2003168685A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 配線電極構造及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001366519A JP2003168685A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 配線電極構造及びその製造方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008181732A Division JP4835657B2 (ja) | 2008-07-11 | 2008-07-11 | 配線電極構造の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003168685A true JP2003168685A (ja) | 2003-06-13 |
Family
ID=19176404
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001366519A Pending JP2003168685A (ja) | 2001-11-30 | 2001-11-30 | 配線電極構造及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003168685A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004241356A (ja) * | 2003-02-10 | 2004-08-26 | Casio Comput Co Ltd | 熱処理装置 |
JP2005108560A (ja) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Casio Comput Co Ltd | 電子機器及び発電装置 |
JP2005126315A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-05-19 | Hitachi Ltd | 水素貯蔵・供給装置とそのシステム及びそれを用いた分散電源並びに自動車 |
JP2005132712A (ja) * | 2003-10-07 | 2005-05-26 | Dainippon Printing Co Ltd | 水素製造用のマイクロリアクター |
WO2005082777A1 (ja) * | 2004-03-01 | 2005-09-09 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | マイクロリアクターおよびその製造方法 |
JP2006342053A (ja) * | 2005-06-09 | 2006-12-21 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 小型改質器およびその製造方法 |
US7172736B2 (en) | 2002-07-29 | 2007-02-06 | Casio Computer Co., Ltd. | Compact chemical reactor and compact chemical reactor system |
US7175817B2 (en) | 2002-08-07 | 2007-02-13 | Casio Computer Co., Ltd. | Compact chemical reactor and chemical reaction system |
KR100828489B1 (ko) * | 2004-03-01 | 2008-05-13 | 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 | 마이크로 리액터 및 그 제조 방법 |
US7431898B2 (en) | 2002-03-29 | 2008-10-07 | Casio Computer Co., Ltd. | Chemical reaction apparatus and power supply system |
-
2001
- 2001-11-30 JP JP2001366519A patent/JP2003168685A/ja active Pending
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7431898B2 (en) | 2002-03-29 | 2008-10-07 | Casio Computer Co., Ltd. | Chemical reaction apparatus and power supply system |
US7172736B2 (en) | 2002-07-29 | 2007-02-06 | Casio Computer Co., Ltd. | Compact chemical reactor and compact chemical reactor system |
US7175817B2 (en) | 2002-08-07 | 2007-02-13 | Casio Computer Co., Ltd. | Compact chemical reactor and chemical reaction system |
JP4524993B2 (ja) * | 2003-02-10 | 2010-08-18 | カシオ計算機株式会社 | 熱処理装置 |
JP2004241356A (ja) * | 2003-02-10 | 2004-08-26 | Casio Comput Co Ltd | 熱処理装置 |
JP2005108560A (ja) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Casio Comput Co Ltd | 電子機器及び発電装置 |
JP2005126315A (ja) * | 2003-09-30 | 2005-05-19 | Hitachi Ltd | 水素貯蔵・供給装置とそのシステム及びそれを用いた分散電源並びに自動車 |
JP4578867B2 (ja) * | 2003-09-30 | 2010-11-10 | 株式会社日立製作所 | 水素貯蔵・供給装置とそのシステム及びそれを用いた分散電源並びに自動車 |
JP2005132712A (ja) * | 2003-10-07 | 2005-05-26 | Dainippon Printing Co Ltd | 水素製造用のマイクロリアクター |
JP4504751B2 (ja) * | 2003-10-07 | 2010-07-14 | 大日本印刷株式会社 | 水素製造用のマイクロリアクター |
KR100828489B1 (ko) * | 2004-03-01 | 2008-05-13 | 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 | 마이크로 리액터 및 그 제조 방법 |
WO2005082777A1 (ja) * | 2004-03-01 | 2005-09-09 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | マイクロリアクターおよびその製造方法 |
JP2005246115A (ja) * | 2004-03-01 | 2005-09-15 | Dainippon Printing Co Ltd | マイクロリアクターおよびその製造方法 |
JP4580664B2 (ja) * | 2004-03-01 | 2010-11-17 | 大日本印刷株式会社 | マイクロリアクターおよびその製造方法 |
US7857874B2 (en) | 2004-03-01 | 2010-12-28 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Micro-reactor and method of manufacturing the same |
JP2006342053A (ja) * | 2005-06-09 | 2006-12-21 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 小型改質器およびその製造方法 |
JP4562691B2 (ja) * | 2005-06-09 | 2010-10-13 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. | 小型改質器およびその製造方法 |
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