JP2001116159A - マイクロアクチュエータおよびマイクロアクチュエータを使用したマイクロ電気機械式バルブ並びにそのバルブの製造方法 - Google Patents

マイクロアクチュエータおよびマイクロアクチュエータを使用したマイクロ電気機械式バルブ並びにそのバルブの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作エネルギの効率がよく小型のマイクロ電
気機械式バルブを提供する。 【解決手段】 基板５０上に間隔を介して対の支持体２
２を配置する。支持体２２間には単結晶アーチ梁２４を
掛け渡す。アーチ梁２４にはアクチュエータ部材２６を
連結し、このアクチュエータ部材２６にバルブ板３０を
結合する。支持体２２間に電位差を与えてアーチ梁２４
に電流を流すことで、アーチ梁２４を通電加熱してアー
チ梁２４を湾曲変位し、アクチュエータ部材２６を介し
てバルブ板３０をその湾曲変位方向に移動する。アーチ
梁２４の通電加熱と通電加熱停止によって、バルブ板３
０の腕３０ａを基板５０に設けたバルブ開口４０の閉鎖
位置と開放位置間に移動し、バルブ開口４０の開閉を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ電気機械式
装置および関連する製造方法に関し、特に、単結晶コン
ポーネントを有する、マイクロアクチュエータ、マイク
ロ電気機械式バルブおよびそれらの関連する製造方法に
関する。
【０００２】
【発明の背景】マイクロ電気機械式構造体（ＭＥＭＳ：
ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔ
ｒｕｃｔｕｒｅ）および他のマイクロ工学装置は現在、
これらの装置により提供されるサイズ、コスト、および
信頼性といった利点の観点から、広く多様な用途に関し
て開発されつつある。マイクロギア、マイクロモータ、
また、運動や力の印加が可能な他のマイクロ機械加工さ
れた装置を含め、多数の多様なＭＥＭＳ装置が製作され
てきた。これらのＭＥＭＳ装置は、ＭＥＭＳポンプやバ
ルブが利用される水圧応用用途、ＭＥＭＳ光バルブやシ
ャッターを含む光学用途、およびＭＥＭＳリレーを含む
電気用途、を含む多様な用途に利用され得る。
【０００３】ＭＥＭＳ装置は、これらのマイクロ構造内
で所望の運動を起こすために必要な力を供給するための
様々な技術に依存してきた。例えばアクチュエータや他
のＭＥＭＳコンポーネントの制御熱膨張が、ＭＥＭＳ装
置を駆動するために利用されてきた。例えば、本発明の
出願人でもあるＭＣＮＣにより出願された米国特許第
５，９０９，０７８号および米国特許申請通算番号第０
８／９３６，５９８号および第０８／９６５，２７７号
を参照されたい。これらには熱的駆動のマイクロアクチ
ュエータを備えたＭＥＭＳ装置が記載されており、これ
らの内容は参照により本明細書に包含される。
【０００４】ＭＥＭＳ装置用の熱的駆動のマイクロアク
チュエータの例には、間隔を開けた１対の支持体の間に
伸長する一以上のアーチ梁がある。マイクロアクチュエ
ータの熱的駆動がアーチ梁をさらに湾曲させ、利用可能
な機械的力および変位を発生させる。アーチ梁は一般的
に高アスペクト比リソグラフィー技術を用いてニッケル
から形成されるが、これによりアスペクト比が５：１ま
でのアーチ梁が製作される。高アスペクト比リソグラフ
ィーにより形成されるとはいえ、実際のニッケル製アー
チ梁はかなり控えめなアスペクト比を有しており、した
がって面外方向剛性が小さくなることがあり、いくつか
の場合に、必要とされるより、強度が劣る。
【０００５】さらに、ニッケル製アーチ梁を形成するた
めに使用されるリソグラフィー技術は、アーチ梁をかな
り離れた状態で形成することがあり、このため、隣接す
るアーチ梁が相互を加熱する量を制約することにより、
アーチ梁を加熱するに必要なパワーを増加させる。さら
に、アーチ梁の間隔の結果として、得られたマイクロア
クチュエータは望まれるより大きな足型プリントを有す
ることがある。
【０００６】このように、ＭＥＭＳ装置用のマイクロア
クチュエータの面外方向剛性および強度を高めるため
の、より高いアスペクト比を有するアーチ梁に対する必
要性が存在する。さらに、より効率的な加熱とより小さ
なサイズとを可能にするために、より接近したスペース
のアーチ梁を有するマイクロアクチュエータへの要求が
存在する。
【０００７】ニッケル製マイクロアクチュエータは典型
的には、アクチュエータに隣接し下部に配されたポリシ
リコンヒーターを経由するなどして、間接加熱される。
というのは、ニッケルの抵抗率が低いために、ニッケル
構造体の直接加熱（それに通電するなどによる）が非効
率的だからである。しかしながら、ＭＥＭＳ装置のマイ
クロアクチュエータの間接加熱は非効率性を生ずる。と
いうのはマイクロアクチュエータとヒーターとの間には
必要な間隔があるためにヒーターにより発生した熱が周
囲に失われ、全ての熱がマイクロアクチュエータに伝達
されないからである。
【０００８】ニッケルは、アーチ梁の膨張の元となる比
較的高い熱膨張係数を有する。しかしその密度のため
に、ニッケル製アーチ梁に所望の湾曲を発生させるため
に必要な熱を発生させるためには未だ相当量のエネルギ
を供給しなければならない。このように、ニッケル製ア
ーチ梁を有するマイクロアクチュエータを備えたＭＥＭ
Ｓ装置は従来の駆動技術に比して著しい利点を提供する
にもかかわらず、必要な投入パワー要求を制約するため
により効率的な方法で熱的駆動を行なうことのできるマ
イクロアクチュエータを備えたＭＥＭＳ装置を開発する
ことが未だ望まれる。
【０００９】ニッケル製アーチ梁アクチュエータを備え
た熱的駆動されるＭＥＭＳバルブ構造体もまた典型的に
はニッケル製のバルブ板を備える。ニッケルで得られる
アスペクト比の制約から面外方向剛性および強度で同様
な制約を受ける構造が生ずるために、バルブが受容可能
な密封状態で動作するためには、ニッケル製バルブ板を
有するＭＥＭＳバルブは一般的に低圧の流体システムに
限定される。
【００１０】バルブ板に対する面外方向止め具がＭＥＭ
Ｓバルブの圧力性能を増大させる助けとなるかもしれな
いが、ニッケル製バルブ板を有するＭＥＭＳバルブに対
して従来の半導体処理技術を用いて止め具を形成するこ
とは一般的には困難である。このように、より強い面外
方向剛性を有するバルブ板を備えてより高圧力の流体シ
ステムに適用できるより強度の高いＭＥＭＳバルブへの
要求がさらに存在する。さらに、バルブ板の安定性と密
封性能とに寄与する面外方向止め具を形成することが従
来の半導体処理技術を用いて可能となるバルブ構造が望
まれる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題を解
決するためになされたものであり、その目的は、装置を
構成するアーチ梁の高アスペクト比を達成して面外方向
剛性を高め、装置の小型化と駆動エネルギの高効率化を
図ることができるとともに、半導体処理技術を用い、製
造が容易な（面外方向止め具を形成する場合もその形成
が容易な）、マイクロアクチュエータおよびマイクロア
クチュエータを使用したマイクロ電気機械式バルブ並び
にそのバルブの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のような構成をもって課題を解決する手
段としている。すなわち、本発明は、少なくもひとつの
貫通開口（バルブ開口）を規定するマイクロ電子基板
と、その上に形成されシリコンのような単結晶材料から
構成される熱的駆動のマイクロアクチュエータと、単結
晶材料から構成され少なくもひとつの弁座を有する少な
くもひとつのバルブ板と、を備えるマイクロ電気機械式
（ＭＥＭＳ）バルブを提供する。
【００１３】上記構成の本発明により上記課題が解決さ
れ、および他の必要性が満たされる。バルブ板は動作可
能な状態でマイクロアクチュエータと結合（連結）さ
れ、マイクロ電子基板に在る対応する開口に対し結合さ
れない開放位置と結合された閉鎖位置との間で弁座を移
動させるべく取付けられてある。より詳しくはマイクロ
アクチュエータの熱的駆動が、バルブ板とマイクロアク
チュエータとの間の動作可能な接触（連係）の結果とし
て、弁座を基板にある開口と結合されたおよび／または
結合されない状態とさせるのである。
【００１４】マイクロアクチュエータは好ましくは、基
板上に間隔を開けて配置された１対の支持体と、この間
（支持体間）に伸長する少なくもひとつのアーチ梁とを
備える。マイクロアクチュエータがまた、少なくもひと
つのアーチ梁と動作可能な状態で結合されこれから外側
に伸長するアクチュエータ部材を備えても良い。マイク
ロアクチュエータはさらに、少なくもひとつのアーチ梁
を加熱して湾曲させアクチュエータ部材がバルブ板を基
板に在る開口に対して閉鎖位置と開放位置との間で移動
させるようにするための加熱手段を備える。
【００１５】閉鎖位置ではバルブ板はその弁座ととも
に、マイクロ電子基板にある開口に隣接し、弁座が開口
と結合密封するように位置決めされる。開放位置では弁
座は少なくも部分的に開口に結合せず、開口は密封され
ない。したがって本発明のＭＥＭＳバルブは、ノーマル
クローズあるいはノーマルオープンの配置を備えて良
い。
【００１６】さらにＭＥＭＳバルブは、バルブ板に隣接
して配置され基板に対してバルブ板に面外方向の制約を
与えさらにこれを整列させるための少なくもひとつの機
械的止め具を備えても良い。さらにＭＥＭＳバルブは、
基板上に配置されマイクロアクチュエータの熱的駆動に
より予め定められる設定の変位に引き続いて、バルブ板
と相互作用できてマイクロアクチュエータの継続的駆動
を必要とせずに開口に対する設定の位置でバルブ板が制
止される少なくもひとつのラッチを備えても良い。いく
つかの例ではラッチは例えば熱的駆動されあるいは静電
的駆動される。
【００１７】明らかなように、マイクロアクチュエータ
の各アーチ梁は半導体材料で構成され、それぞれの支持
体に隣接対向する末端部分と、末端部分の間に伸展する
中央部分とを備える。好適な一例によれば、アーチ梁の
末端部分上に金属層が形成（沈着）され、アーチ梁の中
央部分は実質的に金属のない状態のままにされる。した
がって支持体の間を流れる電流がアーチ梁の中央部分を
好適に加熱しそのさらなる湾曲を引き起こす。
【００１８】本発明の他の観点は、単結晶コンポーネン
トを有するマイクロ電気機械式バルブの製造方法を構成
する。好適な一例によれば、少なくもひとつの貫通開口
を規定してバルブ開口を備えるマイクロ電子基板が最初
に形成される。次に、単結晶材料により構成される第１
のウエハが、同一の単結晶材料あるいは他の適切な材料
から形成された少なくもひとつの弁座を有し、弁座が基
板に隣接するように第１のウエハが基板の表面上に接着
される。その後、第１のウエハは所望の厚さに研磨され
る。
【００１９】その後少なくもひとつの機械的止め具がバ
ルブ板に隣接して形成され、面外方向にバルブ板に制約
を与えまた基板に対してこれを整列させる。その後少な
くもひとつの熱的駆動マイクロアクチュエータと少なく
もひとつのバルブ板とが、マイクロアクチュエータとバ
ルブ板との部分がマイクロ電子基板に対して移動可能で
あり、マイクロアクチュエータが動作可能な状態でバル
ブ板と結合（連結）するように第１のウエハから形成さ
れる。
【００２０】いくつかの例では、第１のウエハが基板に
接着される前にマイクロアクチュエータとバルブ板が少
なくも部分的に第１のウエハから形成されて良い。した
がって、マイクロアクチュエータの熱的駆動によりマイ
クロアクチュエータがバルブ板にしたがって弁座を、マ
イクロ電子基板により規定される開口に対して開放位置
と閉鎖位置との間で移動させ、これによりバルブを形成
する。さらに、マイクロアクチュエータの熱的駆動によ
り予め定められた所定の変位に引き続いてバルブ板と相
互作用できて開口に対する設定の位置でバルブ板が制止
される少なくもひとつのラッチが基板上に形成されても
良い。
【００２１】このように、単結晶シリコンで形成された
アーチ梁とバルブ板とを有するＭＥＭＳバルブが本発明
により形成できる。単結晶シリコンで形成するアーチ梁
とバルブ板との製造では、特に深反応性イオンエッチン
グ処理を利用することにより、少なくも１０：１までの
アスペクト比でこれらのコンポーネントを形成すること
が可能となる。アーチ梁とバルブ板との高いアスペクト
比によりこれらの面外方向剛性が増大し、より大きな強
度と剛性とを有するより丈夫な装置が製作される。
【００２２】したがって例えば高アスペクト比のバルブ
板によりＭＥＭＳバルブがより高圧力の流体システムで
動作することが可能となるだろう。また本発明の製造技
術によりアーチ梁と他のコンポーネントとをより密に配
置することが可能となる。隣接するシリコン製アーチ梁
の間の間隔が密になることで例えば、隣接するアーチ梁
の間での熱伝達がより効果的になる。
【００２３】さらに単結晶シリコン製マイクロアクチュ
エータは、これに通電するなどにより直接加熱できる。
明らかであろうがマイクロアクチュエータの直接加熱は
一般的に間接加熱より効率的である。さらに、シリコン
の熱膨張係数はニッケルのような金属のものより小さい
のではあるが、シリコンはニッケルより著しく密度が小
さく、所与のエネルギ量当たりでシリコン製アーチ梁は
対応のニッケル製アーチ梁より一般的により多く加熱さ
れ、したがってより多く湾曲する。したがって本発明の
ＭＥＭＳバルブはより大きな面外方向剛性を有すること
ができ、より丈夫であり得て、この熱的駆動マイクロア
クチュエータは、金属製アーチ梁を有する従来のＭＥＭ
Ｓマイクロアクチュエータより効率的かつ制御性良く加
熱することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
例を添付図面を参照しながらより詳細に説明する。しか
し本発明は多数の異なる態様で実施しても良く、本明細
書に示す実施形態例に制限することは意図されていな
い。これらの実施形態例は、関連技術の熟練者に対しこ
の開示が充分で完備であり本発明の範囲を完全に伝える
べく提供されるものである。全体を通じ、同じ番号は同
じ要素を示す。
【００２５】図１は、符号１０によって全体が指示され
るＭＥＭＳ装置、詳しくはバルブ（マイクロ電気機械式
バルブ）の実施形態例を開示しており、これが本発明の
特徴を備える。バルブ（マイクロ電気機械式バルブ）１
０は一般的に少なくもひとつのマイクロアクチュエータ
２０と、隣接するマイクロ電子基板５０によって規定さ
れ、対応するバルブ開口４０に結合（バルブ動作上での
結合）するための少なくもひとつのバルブ板３０とを有
する。マイクロ電子基板５０は様々な材料から形成され
得るが、基板５０は好ましくは単結晶シリコンのような
マイクロ電子材料のウエハにより構成される。
【００２６】マイクロアクチュエータ２０は多様な形態
を有し得るが、好適な一例のマイクロアクチュエータ２
０は、基板５０に固定され間隔を開けた（介した）１対
の支持体２２と、間隔を開けた支持体２２の間に伸長す
る少なくもひとつの、より好ましくは多数の、アーチ梁
２４とを備える。本発明によれば支持体２２、アーチ梁
２４、および少なくもひとつのバルブ板３０が、好まし
くは単結晶シリコンのような単結晶材料で形成され、よ
り好ましくは、同一の単結晶シリコンウエハから一体構
造体として形成される。
【００２７】本発明のひとつの有利な観点によればアー
チ梁２４は、ニッケルの約１／５という比較的低い熱膨
張係数２．５×１０−６／°Ｋを有する単結晶シリコン
により構成される。しかし驚くべきことに、シリコン製
アーチ梁は一般的に、同一のサイズと形状のニッケル製
アーチ梁と比較して、同一温度に加熱するために必要な
エネルギが少ない。シリコン製アーチ梁を加熱するに必
要なエネルギが小さいことは、部分的には、シリコンの
密度が２．３３ｇ／ｃｍ３でありニッケルの約１／４に
過ぎないことに起因する。さらにシリコン製アーチ梁は
直接加熱することができ、ニッケル製アーチ梁に対して
典型的に利用される間接加熱より効率的な加熱が行なえ
る。
【００２８】シリコン製アーチ梁２４の他の利点は、高
アスペクト比リソグラフィー技術（現時点ではニッケル
製アーチ梁のアスペクト比を５：１までに制限してい
る）を必要としないことである。これに替わりシリコン
製アーチ梁の形成には深反応性イオンエッチング処理が
用いられ、このエッチング処理では定常的に１０：１の
アスペクト比が達成できる。シリコン製アーチ梁の高い
アスペクト比によりアーチ梁の面外方向剛性が増大し、
例えば比較的高圧力で動作できるバルブのようなより丈
夫な装置が可能となる。
【００２９】さらに深反応性イオンエッチング処理によ
りアーチ梁をニッケル製アーチ梁より密に配置できるよ
うになり、隣接するシリコン製アーチ梁の間の熱伝達が
改善することでマイクロアクチュエータ２０のエネルギ
効率が高まる。例えばアスペクト比１０：１を有する本
発明のＭＥＭＳバルブ１０のシリコン製アーチ梁は、中
心間の間隔１０μmおよび隣接アーチ梁間の空隙５μmを
有することができる。
【００３０】上述の理由によりシリコン製アーチ梁を有
するマイクロアクチュエータは、ニッケル製アーチ梁を
有する従来のマイクロアクチュエータよりずっと効率的
に加熱される。というのは梁が隣の梁のより近くに配置
され得るからである。例えば一例では、アスペクト比１
０：１を有するシリコン製アーチ梁の構成を、中心間の
間隔２２μmで隣接アーチ梁間の空隙１２μmのものから
中心間の間隔１０μmで隣接アーチ梁間の空隙５μmに縮
小することにより、シリコン製アーチ梁を加熱するに必
要なエネルギが４０％低減された。
【００３１】マイクロアクチュエータ２０はまた、アー
チ梁２４を加熱する手段を備える。本発明の一実施形態
例ではマイクロアクチュエータ２０は、アーチ梁２４の
直接加熱により熱的駆動される。例えば間隔を開けた支
持体２２上に形成された電極間に電位差を印加すること
ができ、これによりアーチ梁２４を通して電流が流れ
る。アーチ梁２４の抵抗が、電流によりアーチ梁２４で
熱を発生させ、これにより必要な熱的駆動が得られる。
【００３２】あるいはまたアーチ梁２４が、マイクロア
クチュエータ２０の熱的駆動を発生させるために間接加
熱されることも可能であるが、その方法は例えば、アー
チ梁２４の周囲の温度を変化させることによるか、ある
いはこれに隣接して（アーチ梁に隣接して）外部ポリシ
リコンヒーターが配設されるものである。図１に示した
ところではアーチ梁２４は、好ましくは基板５０と平行
に伸長する方向で、マイクロアクチュエータ２０の所望
のあるいは予め定めた設定の運動方向に湾曲する。した
がってアーチ梁２４の加熱が所定方向での湾曲をさらに
発生させ、利用可能な変位と機械的力とを発生させる。
【００３３】マイクロアクチュエータ２０はまた、アー
チ梁２４と結合しこれから表面上で長手方向（縦方向）
に伸長するアクチュエータ部材２６を備えても良い。ア
クチュエータ部材２６は図１に示したように、間隔を開
けた支持体２２の間の複数のアーチ梁２４を機械的に結
合（連結）するためのカプラーとして機能する。このよ
うにして、アーチ梁２４の設定方向でのさらなる湾曲が
アクチュエータ部材２６の同じ設定方向での変位を発生
させる。多数のアーチ梁２４をアクチュエータ部材２６
で機械的に結合することにより得られるマイクロアクチ
ュエータ２０は、単一のアーチ梁のものに比べ変位およ
び力の高度な制御性を有する。
【００３４】図１にさらに示すように、本発明の少なく
もひとつのマイクロアクチュエータ２０は好ましくは、
少なくもひとつのバルブ板３０が、例えばアクチュエー
タ部材２６を介して、動作可能な状態で少なくもひとつ
のマイクロアクチュエータ２０と結合され、これにより
駆動されるように設計される。
【００３５】さらに示したように、少なくもひとつのマ
イクロアクチュエータ２０が例えば２つのマイクロアク
チュエータ２８および２９を含むことができ、ここにお
いて、ひとつのマイクロアクチュエータ２８がバルブ板
３０の一方側の面上に配置され予め定めた設定の方向で
バルブ板３０から離れる向きに伸長し（「引く」配置
で）、また、他方のマイクロアクチュエータ２９がバル
ブ板３０の反対側の面上に配置され同じ設定方向にバル
ブ板３０に近づく向きに伸長する（「押す」配置で）と
いうこともできる。
【００３６】これによりマイクロアクチュエータ２８お
よび２９の双方がバルブ板３０の変位を協同して制御す
る。バルブ板３０は別の態様、配置、および形態で形成
することもできるが、図示した実施形態例のバルブ板３
０は、隣接する引き延ばされたバルブ開口４０に対応し
これを覆うべくアクチュエータ部材２６から垂直に伸長
する腕３０ａを有する。支持体２２は基板５０に取付け
られているが、バルブ板３０はアクチュエータ部材２６
およびアーチ梁２４と一体形成され、基板５０に対して
相対的に運動（変位移動）することができる。したがっ
てバルブ板３０もまた単結晶シリコンのような単結晶材
料で形成される。
【００３７】動作においては、マイクロアクチュエータ
２８および２９の熱的駆動が設定方向（各アーチ梁２４
の湾曲方向）にアクチュエータ部材２６を変位させ、こ
れによりバルブ板３０をもまた変位させる。したがって
ノーマルオープンのバルブ１０に関しては、マイクロア
クチュエータ２８および２９が駆動されないすなわち周
囲温度状態にある際には、バルブ板３０はマイクロ電子
基板５０内の対応するバルブ開口４０から離れて位置す
るか、又は不完全に覆うことになる。
【００３８】しかしアーチ梁２４の直接加熱などによる
マイクロアクチュエータ２８および２９の熱的駆動の際
には、バルブ板３０は好適に押し付けられマイクロ電子
基板５０内の対応するバルブ開口４０と結合する（閉鎖
結合する）。バルブ１０による適切な密封のためには、
好ましくはバルブ穴４０に隣接するバルブ板３０の面
が、バルブ板３０がそれを覆って配置される際にバルブ
穴４０を密封するための弁座（図１には示されていな
い）を備える。
【００３９】このようにして本実施形態例のＭＥＭＳ装
置は、バルブ１０の本体を形成するマイクロ電子基板５
０を貫通するバルブ開口４０を制御可能な状態で開放、
閉鎖するバルブ１０として機能することができる。バル
ブ１０を流体システムに適切に接続すれば、マイクロア
クチュエータ２８および２９を選択的に熱的駆動するこ
とによりそこでの流体の流れを制御できる。さらに本発
明によるバルブ１０は例えばノーマルオープン・バル
ブ、ノーマルクローズ・バルブ、あるいはこの組合わせ
といった多数の異なる配置形態で形成することができる
が、この最後のもの（組み合わせのもの）は、マイクロ
アクチュエータ２８および２９の熱的駆動によりバルブ
穴４０のいくつかが開放されると共に他のバルブ穴４０
がこれにより閉鎖されるというものである。
【００４０】ノーマルクローズ・バルブについては、周
囲温度にあるバルブが、バルブ板３０をバルブ穴４０と
結合させこれを密封することになる。マイクロアクチュ
エータ２８および２９の熱的駆動に際してはバルブが駆
動状態となり、アーチ梁２４が湾曲しバルブ板３０を変
位させて腕３０ａがバルブ穴４０から結合をはずし、こ
れによりバルブ穴４０を開放する。
【００４１】以下に説明するようにマイクロアクチュエ
ータ２８および２９およびバルブ板３０は典型的には、
シリコン、ガラス、あるいは水晶などの多様な材料によ
り構成される基板５０上に形成される。本発明の実施に
必須ではないがマイクロアクチュエータ２８および２９
およびバルブ板３０は好ましくは、ウエハの形状で供給
されるシリコンのような単結晶材料から一体構造体とし
て形成される。マイクロアクチュエータ２８および２９
およびバルブ板３０は典型的には、基板５０上に堆積さ
れた酸化層および／または中間層（図示しない）により
基板５０から隔離される。中間酸化層は典型的には選択
的に除去され、一部分が例えば支持体２２の下で残留す
るが、アーチ梁２４あるいはアクチュエータ部材２６あ
るいはバルブ板３０の下では残留せず、基板５０に対し
てこれらコンポーネントの運動を可能とする。
【００４２】基板５０と、マイクロアクチュエータ２８
および２９／バルブ板３０構造体との間に配置された分
離層でバルブ板３０とバルブ穴４０との間には空隙が存
在し得る。というのは支持体２２が中間層により基板５
０から隔離されるからである。したがってバルブ１０
は、バルブ板３０がバルブ穴４０と密封的に結合するよ
うに配置されねばならない。
【００４３】例えばバルブ穴４０周囲の基板５０表面上
に中間層の一部分のような追加の表面構造が、穴４０と
バルブ板３０との間を適切に密封するために必要となり
得る。また本発明の特に好適な実施形態例によれば、基
板５０に隣接するバルブ板３０側がバルブ穴４０の周囲
でバルブ板３０と基板５０との間を有効に密封する少な
くもひとつの弁座（図示しない）を備えても良い。弁座
は、例えばバルブ板３０と同一の単結晶シリコンから構
成されても良く、あるいは例えば窒化シリコンやポリシ
リコンのような別個の構造体として形成されても良い。
【００４４】本発明によるＭＥＭＳバルブ１０のバルブ
板３０は基板５０に対して運動可能（相対移動可能）で
なければならないので、基板５０へのその唯一の接続部
は例えばアーチ梁２４を基板５０に固定する間隔を介し
て配置された支持体２２である。したがってこのような
マイクロアクチュエータ２８および２９およびバルブ板
３０の一般的な構造の特質が通常ＭＥＭＳバルブ１０の
動作可能圧力を制限し得る。しかし例えば深反応性イオ
ンエッチングで形成される単結晶シリコンコンポーネン
トの使用により達成される、より高いアスペクト比の構
造がコンポーネントの面外方向剛性を高め、ＭＥＭＳバ
ルブ１０が比較的高圧力で動作することを可能にする。
【００４５】さらに、本発明の好適な実施形態例による
ＭＥＭＳバルブ１０はバルブ板３０に隣接して配置され
動作可能な状態で基板５０に結合された一連の面外方向
の機械的止め具４５をさらに備えても良い。好ましくは
止め具４５は、バルブ板の少なくも一部分と重なるひれ
（タブ）を備えるように構成され、バルブ板３０の面外
方向の屈曲（撓み）を抑制すると共に基板５０に対する
その整列を可能とする。このようにして止め具４５はさ
らにＭＥＭＳバルブ１０の動作圧力限度を増加させるだ
ろう。
【００４６】本発明によれば、単結晶コンポーネントを
有するバルブ１０のようなＭＥＭＳ装置を製作するため
に、いくつもの関連する方法が利用されて良い。図２
（ａ）に示されるように、また、有効な一方法によれ
ば、マイクロアクチュエータ２０のアーチ梁２４の熱的
分離のためにウェットエッチングあるいはドライエッチ
ングによる少なくもひとつの溝（トレンチ）５２と、少
なくもひとつの部分的バルブ開口４２とがマイクロ電子
基板５０に最初に加工される。
【００４７】その後、図２（ｂ）に示したような分離酸
化層５４がその上に形成されるように基板５０を酸化す
る。その後、図２（ｃ）に示したように酸化層５４が例
えばウェットエッチングにより選択的に除去され、バル
ブ開口４０を形成するために基板５０がさらにエッチン
グされる。
【００４８】図２（ｄ）に示すところでは、シリコンの
ような単結晶材料から成る第１のウエハ３１がその後、
マイクロ電子基板５０内にあるバルブ開口４０に対応す
る少なくもひとつの弁座３６を規定するようにパターン
形成される。この時点で第１のウエハ３１がパターン形
成され少なくも部分的にエッチングされて少なくもひと
つのマイクロアクチュエータ２０とバルブ板３０の構造
が規定されても良いのであるが、最終的なマイクロアク
チュエータ２０とバルブ板３０の構造は一般的には第１
のウエハ３１が基板５０に接着された後に形成される。
【００４９】さらに第１のウエハ３１がこの時点で、例
えばアーチ梁２４の周囲で所望の伝導特性を生ずるよう
に選択的にドープされることもある。マイクロ電子基板
５０および第１のウエハ３１が準備された後に２つのウ
エハが図３（ａ）に示すように例えば融着により共に接
着される。２つのウエハは、ノーマルオープンあるいは
ノーマルクローズの所望の条件で少なくもひとつのバル
ブ板３０が弁座３６を介してバルブ開口４０と結合する
（閉鎖結合する）ことができるようにして共に接着され
る。接着工程に続いて第１のウエハ３１は図３（ｂ）に
示すように所望の厚さに研磨される。
【００５０】図３（ｃ）に示すようにその後、止め具４
５の位置に対応してそこに穴４５ａを形成した後、第１
のウエハ３１が酸化され酸化層３８がその上に形成され
ても良い。止め具４５用の穴４５ａの形成とその後の酸
化工程は図５（ａ）により詳しく示す、というのは止め
具４５は典型的には図３（ｃ）に示す断面に垂直に配置
されるからである。その結果として、さらに図５（ｂ）
に示すように酸化層３８の一部分がエッチングにより除
去され、止め具４５用の固定部位４７が形成される。そ
の後、図３（ｄ）および図５（ｃ）に示すように多結晶
シリコン層（ポリシリコン層）４９が例えば酸化層３８
上に堆積（沈着）され、その後これから止め具４５が形
成される。
【００５１】図４（ａ）および図５（ｄ）にはさらに、
多結晶シリコン層４９の堆積に引き続き多結晶シリコン
層４９がパターン形成されエッチングされて、酸化層３
８がウェットエッチングで除去される前に止め具４５が
形成されることを示す。止め具４５はこのようにして固
定部位４７で第１のウエハ３１に固定され、バルブ板３
０を形成するために引き続き処理される第１のウエハ３
１のその形成部分の縁を覆って伸長する。
【００５２】図４（ｂ）に示すように、マイクロアクチ
ュエータ２８および２９およびバルブ板３０がその後、
支持体２２、アーチ梁２４、アクチュエータ部材２６、
および腕３０ａなどのコンポーネントをエッチングする
ことにより単結晶シリコンの第１のウエハ３１から形成
されても良い。示されるように、ＭＥＭＳバルブ１０は
さらに、少なくもひとつのマイクロアクチュエータ２０
および少なくもひとつのバルブ板３０が形成される前あ
るいは後に金属層形成（金属膜形成）とエッチング処理
とによって形成される金属パッド３９を備えても良く、
金属パッド３９はマイクロアクチュエータ２８および２
９への電気的接触を行なうものである。いくつかの実施
形態例では金属パッド３９が、バルブ板３０をバルブ開
口４０に対して所定の位置に押える方法としてバルブ板
３０の静電的クランプ動作を行なっても良い。
【００５３】より詳細には少なくもひとつのマイクロア
クチュエータ２０と少なくもひとつのバルブ板３０が、
単結晶シリコンの第１のウエハ３１の上に最初にマスク
層を形成することにより単結晶シリコンウエハから形成
されても良い。本明細書で層や要素が他の層や要素の
「上に」あると記述される場合には、それが天、底、あ
るいは側面の領域で層の上に直接形成されても良く、あ
るいは一以上の中間層が層の間にあっても良いというこ
とが関連技術に熟達した者には理解されるであろう。
【００５４】マスク層は典型的にはフォトレジストある
いは感光性高分子材料である。ウエハ３１上に形成され
た後には、ウエハ３１上に残留するフォトレジストがマ
イクロアクチュエータ２８および２９（一般的には各々
が、１対の間隔を開けた（介した）支持体２２、少なく
もひとつのアーチ梁２４、およびアクチュエータ部材２
６を構成する）およびバルブ板３０を規定するようにマ
スク層がパターン形成される。フォトレジストがパター
ン形成された後にはウエハ３１がエッチングされ、マイ
クロアクチュエータ２８および２９およびバルブ板３０
の構造体が形成される。
【００５５】好ましくはウエハ３１は、ウエハ３１から
１０：１オーダーのアスペクト比を有する薄いシリコン
構造体を形成することのできる深反応性イオンエッチン
グによりエッチングされる。シリコン製アーチ梁２４お
よびバルブ板３０に対する高いアスペクト比がこれらの
構造体の面外方向剛性を増加させ、より丈夫な装置へと
寄与する。
【００５６】さらに本発明の製造技術は構造物および／
またはコンポーネントをより密に配置することを可能に
する。例えば隣接するシリコン製アーチ梁２４の間のよ
り密な配置は隣接する梁２４の間の熱伝達を増加させる
ので、アーチ梁２４が加熱される効率を高める。ウエハ
３１がエッチングされた後にはフォトレジストが除去さ
れる。この時点で第１のウエハ３１が、選択的にあるい
は全面処理（ブランケットプロセス）によりさらにドー
プされても良い。選択的ドープは例えば導通領域を非導
通領域から分離するために利用される。
【００５７】より詳細には、選択的ドープは例えば加熱
されるおよび加熱されないアーチ梁２４が交互するも
の、あるいはこの部分を形成するために利用することが
できる。その伝導を増加させる／禁止するためにアーチ
梁２４に交互にドープすることにより、交互の（１つ置
きの）アーチ梁２４だけが、これを通して通電するなど
による直接加熱により加熱され駆動される。非導通で加
熱されないアーチ梁２４は、隣接する加熱されたアーチ
梁２４により発生されるその周囲の温度によって副次的
に駆動されてもよい。したがって更なる効率の改善とエ
ネルギ消費の低減が認識されるであろう。というのは所
望の駆動の程度を得るために、より少数のアーチ梁２４
だけが電流により加熱されれば良いからである。
【００５８】図６、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すよう
に、また、本発明の好適な一実施形態例によれば、ひと
つのマイクロアクチュエータ４２０と２つのバルブ板４
３０とを有する代替構成で示したＭＥＭＳバルブ４１０
が、これに接着された第２のウエハ４６０を備えて提供
されても良い。第２のウエハ４６０の重要な構造として
は例えば、マイクロアクチュエータ４２０を覆って配置
され保護カバーを形成する適切にエッチングされた空洞
４６２を備えても良い。図７（ａ）にさらに示すように
空洞４６２がアクチュエータ４２０を覆って伸展し、ア
ーチ梁４２４とアクチュエータ部材４２６の部分とをカ
バーする。
【００５９】また図７（ｂ）に示すように第２のウエハ
４６０がさらに、空洞４６２の端で適切にエッチングさ
れた通路４６４を備えても良く、第２のウエハ４６０が
マイクロアクチュエータ４２０のアクチュエータ部材４
２６から間隔を開けて配置されて、その運動と操作とが
可能となる（マイクロアクチュエータ４２０の運動と操
作とが可能となる）。図７（ａ）はまた第２のウエハ４
６０がさらに、バルブ４１０のバルブ部分に対応して適
切な間隔で配置されると共にバルブ４１０により制御さ
れる流体の流れのために適切な導管（溝）となるバイア
（穴）４６６を備えるように構成されても良いことを示
す。そこで、第２のウエハ４６０は融着や陽極接着処理
などにより第１のウエハ４３１と接着され、説明したバ
ルブ４１０の動作が可能となる。第１のウエハ４３１に
接着されることで第２のウエハ４６０がまた、マイクロ
アクチュエータ４２０用の面外方向の機械的止め具とし
て機能しても良い。
【００６０】本明細書に説明する本発明の更なる観点
は、ＭＥＭＳバルブ１０の周囲の相互接続と接触パッド
とを定めるために利用される金属化ステップ（金属膜形
成ステップ）を包含する。図８に示すように、金属化処
理はアーチ梁２４の加熱特性をより特定的に規定し制御
するために利用されて良い。典型的なアーチ梁２４は半
導体材料から成り、それぞれが支持体２２のそれぞれに
隣接して配置される末端２３と、末端２３の間に伸展す
る中央部分２５とを備える。
【００６１】したがって金属層すなわち痕跡７０が支持
体２２上に蒸着され、この間に動作可能な状態で接続さ
れる電流源（図示しない）用の接続パッドとして機能す
る。支持体２２の間およびアーチ梁２４を渡る電流の印
加が、アーチ梁２４を熱的駆動するに必要な熱をアーチ
梁２４の抵抗により内部で発生させる。蒸着は典型的に
は、ニッケル、銅、あるいは金のような金属を所望の表
面上に堆積（沈着）させることを包含する。
【００６２】その後、金属の一部分が例えばウェットエ
ッチ処理により除去され、マイクロアクチュエータ２０
構造体上に所望形態の金属配置を形成する。あるいはま
た、蒸着金属の配置形態を決めるために引き剥がし処理
を利用しても良く、この場合、マイクロアクチュエータ
２０構造体にフォトレジストを塗布し、金属を必要とし
ないマイクロアクチュエータ２０の部分上にフォトレジ
ストを残してパターン形成する。金属蒸着処理に引き続
いてフォトレジストを除去すれば必要のない金属もまた
除去され、マイクロアクチュエータ２０構造体上に所望
の金属配置形態が形成される（残される）。
【００６３】驚くべきことに、蒸着金属層７０を支持体
２２からアーチ梁２４の末端部分２３上に伸長させるこ
とでアーチ梁２４の加熱される領域がその中央部分２５
に集中することが解った。アーチ梁２４の末端部分２３
上に伸長する金属痕跡７２は電流に低抵抗値の通路を提
供する。その後、痕跡７２の端では電流が、より高い抵
抗値のシリコン製アーチ梁２４の中央部分２５を通して
流れるよう強制される。このようにしてアーチ梁２４の
中央部分２５がその末端部分２３より大きな電流加熱効
果を受け、アーチ梁２４の中央部分２５でずっと大きな
熱的駆動が達成され、マイクロアクチュエータ２０の所
望の変位が発生される。アーチ梁２４の加熱領域の縮小
はさらに、所望の変位を達成するためにアーチ梁２４を
加熱するに必要なエネルギのこれに対応した低減をもた
らす。
【００６４】図９は、図１に示した実施形態例と同様で
あるが、しかしバルブ板６３０に動作可能な状態で接続
される少なくもひとつの対応するはめ合い部材６８２と
相互作用するべく配置された少なくもひとつのラッチ６
８０をさらに備える本発明のさらに他の好適な実施形態
例を示す。本発明の一実施形態例によればＭＥＭＳバル
ブ６１０は、ラッチ６８０と、バルブ板６３０の両側に
配置された対応するはめ合い部材６８２とを備えても良
い。ラッチ６８０はさらに熱的動作用に構成されても良
い。
【００６５】すなわち例えばラッチ６８０の各側が２本
のシリコンの細帯６８４および６８６を備えても良く、
細帯の１本が他方より狭いものとする。ラッチ６８０を
通した電流の印加は、シリコン細帯（細片）６８４およ
び６８６の抵抗によるラッチ６８０の加熱を生ずる。一
般的には狭い方の細帯６８６が小さな断面積のためによ
り高い抵抗値を有するので、広い方の細帯６８４より大
きな程度で加熱される。
【００６６】したがって図９に示すように、狭い方の細
帯６８６が広い方の細帯６８４より多く膨張しラッチ６
８０の側部を開かせる。引き続くマイクロアクチュエー
タ６２８および６２９の駆動がバルブ板６３０に作用
し、したがってはめ合い部材６８２をラッチ６８０に向
かって変位させる。いったんはめ合い部材６８２が各ラ
ッチ６８０の側部の間の位置にまで変位するとラッチ６
８０を通した電流の通電を休止することができ、これに
よりラッチ６８０の側が冷却されその本来の配置に閉じ
対応するはめ合い部材６８２をその間（内）に捕捉す
る。
【００６７】その後バルブ板６３０はラッチ６８０によ
り所望の位置に保持されるようにバルブ６１０は非駆動
状態にされても良く、これによりマイクロアクチュエー
タ６２８および６２９用の電気的駆動源に依存すること
なしにバルブ６１０が「駆動」位置に維持される。引き
続きバルブ６１０は、前記詳述したステップを逆転する
ことによりその「非駆動」位置に戻る。このようにして
熱的ラッチ６８０は、マイクロアクチュエータ６２８お
よび６２９あるいは熱的ラッチ６８０への継続的なエネ
ルギ投入を必要とせずに駆動位置に維持され得るバルブ
を提供することにより、ＭＥＭＳバルブ６１０に対して
さらなるエネルギ節約を可能にする。
【００６８】このようにして、単結晶シリコンから一体
構造体として形成されたアーチ梁２４と少なくもひとつ
のバルブ板３０を有するバルブ１０のようなＭＥＭＳ装
置を本発明によって形成することができる。アーチ梁２
４とバルブ板３０を単結晶シリコンから製造することで
アーチ梁２４とバルブ板３０を精密に形成することが可
能となる。より詳しくはアーチ梁２４とバルブ板３０は
少なくも１０：１までのアスペクト比で、より詳しくは
深反応性イオンエッチング処理を利用することにより形
成されても良い。
【００６９】これらのコンポーネントのより高いアスペ
クト比がその面外方向剛性を高め、より丈夫な装置を製
作させる。本発明の製造技術はまた、バルブ１０のコン
ポーネントがより密に配置されることを可能とする。例
えば隣接するシリコン製アーチ梁２４の間の間隔をより
密にすることで、隣接するアーチ梁２４間のより効率的
な熱伝達が生じる。さらに単結晶シリコン製マイクロア
クチュエータ２０はこれを通しての通電などにより直接
加熱が可能であり、これは一般的に間接加熱より効率的
である。
【００７０】さらに、シリコンの熱膨張係数はニッケル
のような金属のものより小さいが、シリコンはニッケル
より著しく密度が小さく、所与のパワー量に対して、シ
リコン製アーチ梁は対応するニッケル製アーチ梁より一
般的に多く加熱され得る。この加熱効果はさらに、シリ
コン製アーチ梁上に金属層痕跡を伸長させてシリコン製
アーチ梁の熱的駆動部分の寸法を制御可能な状態で制限
することにより増強しても良い。熱的ラッチを備えるこ
とで、マイクロアクチュエータあるいは熱的ラッチへの
継続的なエネルギ投入を必要とせずにバルブ板が駆動位
置に維持され得るようになり、ＭＥＭＳバルブの効率を
さらに高めることができる。上記構成の故に本発明のＭ
ＥＭＳバルブは金属製アーチ梁を有する従来のＭＥＭＳ
装置に比較して、より高い面外方向剛性を有することが
でき、より丈夫となり得て、より制御可能かつ効率的に
加熱かつ駆動され得る。
【００７１】上述の説明と関連図面に表現された教育効
果のために、本発明の関連技術に熟達する者には、本発
明の多数の改変や他の実施例が思い浮かぶであろう。し
たがって本発明は開示された特定の実施例に制限され
ず、改変や他の実施例が添付の請求範囲内に含まれるべ
きことを認識すべきである。本明細書では特定の用語が
使用されたが、これらは一般的かつ叙述的意味で使用さ
れるのであり制限の目的ではない。
【図面の簡単な説明】
本発明のいくつかの利点を述べてきたが、他のものは添
付図面と関連づけて考察すれは説明が進行するにしたが
って明らかとなろう、なお、添付図面は必ずしも縮尺が
正しくないが、以下の通りである。
【図１】本発明の一実施形態例による代表的ＭＥＭＳバ
ルブの平面図である。
【図２】図１の線２ー２に沿った断面において示した、
本発明の一実施形態例によるＭＥＭＳバルブの製造工程
の説明図である。
【図３】図１の線２ー２に沿った断面において示した、
本発明の一実施形態例によるＭＥＭＳバルブの図２に続
く製造工程の説明図である。
【図４】図１の線２ー２に沿った断面において示した、
本発明の一実施形態例によるＭＥＭＳバルブの図３に続
く製造工程の説明図である。
【図５】図１の線３ー３に沿った断面において示した、
本発明の一実施形態例によるＭＥＭＳバルブの製造工程
の説明図である。
【図６】本発明の別の実施形態例の、ＭＥＭＳアクチュ
エータ上に保護カバーを取り付けたＭＥＭＳバルブを示
す平面図である。
【図７】図６の装置の断面図で、（ａ）は図６の線４ｂ
ー４ｂに沿った断面図であり、（ｂ）は（ａ）の図中の
線４ｃー４ｃに沿った断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態例によるＭＥＭＳ
アクチュエータの平面図である。
【図９】本発明による熱的ラッチを備える、ＭＥＭＳバ
ルブの好適な他の実施形態例の平面説明図である。
【符号の説明】
１０ マイクロ電気機械式バルブ（ＭＥＭＳバルブ） ２０ マイクロアクチュエータ ２２ 支持体 ２４ アーチ梁 ２６ アクチュエータ部材 ３０ バルブ板 ４０ 開口（バルブ開口） ５０ 基板（マイクロ電子基板）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500003660 570 Ｗｅｓｔ Ｈｕｎｔ Ｃｌｕｂ Ｒ ｏａｄ， Ｎｅｐｅａｎ， Ｏｎｔａｒｉ ｏ， Ｃａｎａｄａ Ｋ２Ｇ５Ｗ８ (72)発明者 マーク ディビッド ウォルターズ アメリカ合衆国 ノースキャロライナ州 27707 ダラム クリケットグランド 103

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくもひとつの貫通開口を規定するマ
    イクロ電子基板と；単結晶材料から構成され前記基板上
    に配置されて熱的駆動を行うマイクロアクチュエータ
    と；単結晶材料から構成され少なくもひとつの弁座を備
    えた少なくもひとつのバルブ板と；を有し、前記バルブ
    板がマイクロアクチュエータに駆動されて移動動作が可
    能な状態で結合されると共に、前記弁座はバルブ板に対
    し、マイクロアクチュエータの熱的駆動により前記開口
    に結合されない開放位置と結合される閉鎖位置との間を
    移動する位置に設けられているマイクロ電気機械式バル
    ブ。
  2. 【請求項２】 マイクロアクチュエータは、基板上に間
    隔を開けて配置された支持体と；間隔を開けた支持体間
    に伸長形成され少なくもひとつのバルブ板と動作可能な
    状態で結合される少なくもひとつのアーチ梁；とを備え
    た請求項１記載のマイクロ電気機械式バルブ。
  3. 【請求項３】 マイクロアクチュエータがさらに、少な
    くもひとつのアーチ梁を加熱してそのアーチ梁の湾曲を
    発生させる手段を備え、以て、弁座が少なくもひとつの
    開口と結合されてバルブを閉鎖する第１の位置と、弁座
    が開口とは結合されずにバルブを開放する第２の位置と
    の間で弁座が移動するものである請求項２記載のマイク
    ロ電気機械式バルブ。
  4. 【請求項４】 マイクロアクチュエータがさらに、複数
    のアーチ梁を共に連結結合するためのアクチュエータ部
    材を備える請求項２記載のマイクロ電気機械式バルブ。
  5. 【請求項５】 バルブ板が開口に対してノーマルクロー
    ズ位置に配置され、以て、マイクロアクチュエータの熱
    的駆動がバルブ板を変位させ、弁座を結合解除させて開
    口を開放するものである請求項１記載のマイクロ電気機
    械式バルブ。
  6. 【請求項６】 バルブ板が開口に対してノーマルオープ
    ン位置に配置され、以て、マイクロアクチュエータの熱
    的駆動がバルブ板を変位させ、弁座を開口に結合して開
    口を閉鎖させるものである請求項１記載のマイクロ電気
    機械式バルブ。
  7. 【請求項７】 マイクロアクチュエータはその内部加熱
    により熱的駆動されるものである請求項１記載のマイク
    ロ電気機械式バルブ。
  8. 【請求項８】 マイクロアクチュエータは外部加熱によ
    り熱的駆動されるものである請求項１記載のマイクロ電
    気機械式バルブ。
  9. 【請求項９】 マイクロアクチュエータが単結晶シリコ
    ンにより構成されている請求項１記載のマイクロ電気機
    械式バルブ。
  10. 【請求項１０】 少なくもひとつのバルブ板が単結晶シ
    リコンにより構成されている請求項１記載のマイクロ電
    気機械式バルブ。
  11. 【請求項１１】 バルブ板に隣接配置され、基板に対し
    てバルブ板に面外方向の制約を与えるための少なくもひ
    とつの機械的止め具がさらに備えられた請求項１記載の
    マイクロ電気機械式バルブ。
  12. 【請求項１２】 少なくもひとつの弁座が、単結晶シリ
    コン、窒化シリコン、および多結晶シリコンの少なくも
    ひとつから構成されている請求項１記載のマイクロ電気
    機械式バルブ。
  13. 【請求項１３】 基板上に配置され、マイクロアクチュ
    エータの熱的駆動によるその所定の変位に引き続いてバ
    ルブ板と相互作用可能であり、以て、バルブ板が開口に
    対して設定の位置で保持され得る少なくもひとつのラッ
    チをさらに備えた請求項１記載のマイクロ電気機械式バ
    ルブ。
  14. 【請求項１４】 ラッチが、熱的駆動されるラッチと静
    電的駆動されるラッチの少なくもひとつである請求項１
    ３記載のマイクロ電気機械式バルブ。
  15. 【請求項１５】 少なくもひとつの貫通開口を規定する
    マイクロ電子基板を準備し、単結晶材料から成る第１の
    ウエハをマイクロ電子基板上に接着し、単結晶材料から
    成る第１のウエハから熱的駆動されるマイクロアクチュ
    エータと少なくもひとつのバルブ板とを、マイクロアク
    チュエータがバルブ板と動作可能な状態で結合されて、
    マイクロアクチュエータとバルブ板との部分がマイクロ
    電子基板に対し運動可能であるように形成し、バルブ板
    には、マイクロアクチュエータの熱的駆動に応答してマ
    イクロ電子基板により規定された少なくもひとつの開口
    に対して結合されない開放位置と結合される閉鎖位置と
    の間で移動可能な少なくもひとつの弁座を形成するマイ
    クロ電気機械式バルブの製造方法。
  16. 【請求項１６】 マイクロ電子基板を準備するステップ
    がさらに、マイクロ電子基板上にフォトレジスト層を形
    成するステップと、フォトレジスト層をパターン形成し
    マイクロ電子基板に少なくもひとつバルブ開口に対応す
    る少なくもひとつの窓を開けるステップと、フォトレジ
    スト層により規定される窓内でマイクロ電子基板を部分
    的にエッチングし以て部分的にバルブ開口を形成するス
    テップ、とを包含する請求項１５記載のマイクロ電気機
    械式バルブの製造方法。
  17. 【請求項１７】 マイクロ電子基板の部分的エッチング
    に引き続いてマイクロ電子基板を酸化しその上に熱酸化
    層を形成する酸化のステップをさらに包含する請求項１
    ６に記載のマイクロ電気機械式バルブの製造方法。
  18. 【請求項１８】 バルブ開口の形成を完結させるため
    に、部分的に形成されたバルブ開口の周囲で熱酸化層と
    マイクロ電子基板とをエッチングするステップをさらに
    包含する請求項１７記載のマイクロ電気機械式バルブの
    製造方法。
  19. 【請求項１９】 接着するステップに先立ち第１のウエ
    ハ上に少なくもひとつの弁座を形成するステップを包含
    する請求項１５記載のマイクロ電気機械式バルブの製造
    方法。
  20. 【請求項２０】 接着するステップに先立ち第１のウエ
    ハ上にマイクロアクチュエータと少なくもひとつのバル
    ブ板とを少なくも部分的に形成するステップを包含する
    請求項１５記載のマイクロ電気機械式バルブの製造方
    法。
  21. 【請求項２１】 接着するステップがさらに、少なくも
    ひとつの弁座がマイクロ電子基板に隣接するように第１
    のウエハをマイクロ電子基板に融着するステップを包含
    する請求項１９記載のマイクロ電気機械式バルブの製造
    方法。
  22. 【請求項２２】 接着するステップに引き続き第１のウ
    エハを望まれる厚さに研磨するステップをさらに包含す
    る請求項１５記載のマイクロ電気機械式バルブの製造方
    法。
  23. 【請求項２３】 接着するステップに引き続き、バルブ
    板に基板に対する面外方向の制約を与えるためにバルブ
    板に隣接して配置される少なくもひとつの機械的止め具
    を形成するステップをさらに包含する請求項１５記載の
    マイクロ電気機械式バルブの製造方法。
  24. 【請求項２４】 熱的駆動されるマイクロアクチュエー
    タとバルブ板を形成するステップがさらに、第１のウエ
    ハ上にフォトレジスト層を形成するステップと、残留す
    るフォトレジストがマイクロアクチュエータとこれに動
    作可能な状態ではめ合わされる少なくもひとつのバルブ
    板とを規定するようにフォトレジストをパターン形成す
    るステップと、第１のウエハをエッチングしてマイクロ
    アクチュエータと前記少なくもひとつのバルブ板とを形
    成するエッチングのステップ、とを包含する請求項１５
    記載のマイクロ電気機械式バルブの製造方法。
  25. 【請求項２５】 ラッチが、熱的駆動されるラッチと静
    電的駆動されるラッチの少なくもひとつであると共に、
    マイクロアクチュエータの熱的駆動による所定の変位に
    引き続いてバルブ板と相互作用することができ、開口に
    対して設定の位置でバルブ板を制約する、少なくともひ
    とつのラッチを、接着するステップに引き続き第１のウ
    エハから形成するステップをさらに包含する請求項１５
    記載のマイクロ電気機械式バルブの製造方法。
  26. 【請求項２６】 保護カバーがマイクロアクチュエータ
    をカバーし保護するように取付けられると共に、マイク
    ロアクチュエータの面外方向の機械的止め具を提供する
    ように第２のウエハから保護カバーを形成するステップ
    をさらに包含する請求項１５記載のマイクロ電気機械式
    バルブの製造方法。
  27. 【請求項２７】 マイクロアクチュエータを形成するス
    テップに引き続き、マイクロアクチュエータに少なくも
    部分的にかぶさるように第２のウエハを第１のウエハ上
    に接着するステップをさらに包含する請求項２６記載の
    マイクロ電気機械式バルブの製造方法。
  28. 【請求項２８】 マイクロアクチュエータを形成するス
    テップに先立ち、マイクロアクチュエータの定めた部分
    の伝導度を変化させるために第１のウエハを選択的にド
    ープするステップをさらに包含する請求項１５記載のマ
    イクロ電気機械式バルブの製造方法。
  29. 【請求項２９】 マイクロ電子基板と；前記マイクロ電
    子基板上に間隔を開けて配置された支持体と；半導体材
    料により構成され前記間隔を開けた支持体間に伸長する
    少なくもひとつのアーチ梁と；を備え、アーチ梁は、対
    向するそれぞれの支持体に近い末端部分と両末端部分の
    間に伸展する中央部分とを備えるものであり、前記アー
    チ梁の末端部分上に金属層が配置され、アーチ梁の中央
    部分が実質的に前記金属層を有さず、もって、前記支持
    体の間をアーチ梁を介して通る電流がアーチ梁の中央部
    分を加熱しアーチ梁に湾曲を発生させるもののであるマ
    イクロアクチュエータ。
  30. 【請求項３０】 少なくもひとつのアーチ梁に動作可能
    な状態で結合しこれから外側に伸長するアクチュエータ
    部材をさらに備える請求項２９記載のマイクロアクチュ
    エータ。
  31. 【請求項３１】 少なくもひとつのアーチ梁が単結晶シ
    リコンにより形成されている請求項２９記載のマイクロ
    アクチュエータ。
  32. 【請求項３２】 金属層の蒸着される金属がニッケル、
    金、およびプラチナの少なくもひとつから成る請求項２
    ９記載のマイクロアクチュエータ。
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