JP2010048177A - マイクロバルブ、マイクロポンプ、及びマイクロバルブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極微細なマイクロポンプに適用することができるマイクロバルブを提供する。
【解決手段】絶縁層１ａ上に形成されたシリコン層１ｂと、シリコン層１ｂの一部分が除去されて形成された第１シリコン除去部７と、第１シリコン除去部７の底面とは間隔をもって第１シリコン除去部７を覆ってシリコン層１ｂ上に形成されたカバー膜５と、カバー膜５の第１シリコン除去部７と対向する部分の一部分に形成された第１開口５ａと、上方から見て第１開口５ａの少なくとも一部分を覆ってカバー膜５ａ上に形成された可動膜９を備えている。可動膜９は第１開口５ａ上に配置された可動膜９の可動部分９ａがカバー膜５の上面に対して略垂直方向で移動できるように片持ち状態にカバー膜５に固定されている。可動部分９ａが移動して可動膜９とカバー膜５との間の隙間の大きさが変化することによって第１半導体層除去部７とカバー膜５上の空間との間でバルブとして機能する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロバルブ、マイクロポンプ、及びマイクロバルブの製造方法に関するものである。

近年、基板内に反応室などの微細構造を設け、その微細構造中で物質の反応や合成、分析などの操作を行なえるように構成されたマイクロデバイスが製品化されている。このようなマイクロデバイスはラボ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−Ｃｈｉｐ）などと呼ばれている。また、携帯機器向け燃料電池の燃料を供給する流路などにもマイクロデバイスの応用が期待されている。

このようなマイクロデバイスには、液体や気体などの流体や微小液滴などを反応室に導くための微細流路が設けられる。また、流体の移送を制御するために微細流路の途中にマイクロバルブが設けられることもある。さらに、一部の流路の容積を変化させてポンプ室として機能させるダイヤフラム型のマイクロポンプが設けられたりすることもある。

ダイヤフラム型のマイクロポンプについての従来例を以下に示す。
例えば、特許文献１に、バイモルフ型圧電アクチュエータを設けたポンプ室と、ポンプ室の入り口及び出口にそれぞれ設けられた逆止弁とを備えたマイクロポンプが開示されている。
また、特許文献２には、ポンプ室の側面に互いに向き合って設けられた２つのユニモルフ型圧電アクチュエータと、ポンプ室の入り口及び出口にそれぞれ設けられた逆止弁とを備えたマイクロポンプが開示されている。

これらのマイクロポンプではポンプ室の入り口及び出口にそれぞれ逆止弁が設けられているので、ダイヤフラムの動きによりポンプ室の容積が変化しても流体が逆流することなく、効率よく流体を移送することが可能となる。

特開２００６−２２００５６号公報 特開２００４−２８５８８３号公報

従来のマイクロポンプでは、逆止弁を基板上に流路と一体となって作りこむような技術ではなく、微細化が強く求められているラボ・オン・チップや燃料電池の分野では使いづらいという問題があった。

そこで本発明は、極微細なマイクロポンプに適用することができるマイクロバルブ及びそれを用いたマイクロポンプ並びにマイクロバルブの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明にかかるマイクロバルブは、絶縁層上に形成された半導体層と、上記半導体層の一部分が除去されて形成された第１半導体層除去部と、上記第１半導体層除去部の底面とは間隔をもって上記第１半導体層除去部を覆って上記半導体層上に形成されたカバー膜と、上記カバー膜の上記第１半導体層除去部と対向する部分の一部分に形成された第１開口と、上方から見て上記第１開口の少なくとも一部分を覆って上記カバー膜上に形成された可動膜と、を備え、上記可動膜は上記第１開口上に配置された上記可動膜の可動部分が上記カバー膜の上面に対して略垂直方向で移動できるように片持ち状態に上記カバー膜に固定されており、上記可動膜の可動部分が上記カバー膜の上面に対して略垂直方向で移動して上記可動膜と上記カバー膜との間の隙間の大きさが変化することによって上記第１半導体層除去部と上記カバー膜上の空間との間でバルブとして機能するものである。
ここで、可動膜の可動部分がカバー膜の上面に対して略垂直方向に移動するとの意味は、片持ち状態にカバー膜に固定された可動膜の可動部分は移動可能になっているが、可動部の移動方向は、可動部分の先端が基端部を中心とする円弧上で移動すること、及び、可動部分自体の変形を考慮すると、カバー膜の上面に対して厳密には垂直方向ではないことを意味する。

本発明にかかるマイクロバルブの製造方法は、以下の工程（Ａ）〜（Ｅ）をその順に含む。
（Ａ）絶縁層上に形成された半導体層に第１半導体層除去部の形成領域を画定するための溝を上記絶縁層に到達させて形成し、その溝に絶縁膜を埋め込む第１半導体層除去部形成領域画定工程、
（Ｂ）上記半導体層上に、上記第１半導体層除去部の形成領域内に配置された第１開口及び上記第１開口とは異なる位置で上記第１半導体層除去部の形成領域内に配置された第２開口もつカバー膜を絶縁材料によって形成するカバー膜形成工程、
（Ｃ）上記半導体層上及び上記カバー膜上に絶縁材料からなる可動膜を形成する工程であって、上記可動膜を、上記第２開口を覆わず、かつ、上記可動膜の可動部分となる部分の端部が上記第１開口に位置する上記半導体層上に配置されるように形成する可動膜形成工程、
（Ｄ）半導体層と絶縁材料に対するエッチング選択比の高い薬液を用いた等方性エッチング技術によって上記第１半導体層除去部の形成領域の上記半導体層を除去して第１半導体層除去部を形成する第１半導体層除去部形成工程。

本発明のマイクロバルブの製造方法において、可動膜形成工程（Ｃ）で可動膜の可動部分となる部分の端部が第１開口に位置する半導体層上に配置されるように可動部を形成しているので、第１半導体層除去部形成工程（Ｄ）で第１半導体層除去部の形成領域の半導体層を除去することにより、可動膜は片持ち状態にカバー膜に固定された状態になる。そして可動膜はその可動部分がカバー膜の上面に対して略垂直方向で移動できるように形成される。

本発明のマイクロバルブ及びマイクロバルブの製造方法では、半導体装置製造技術を用いてマイクロバルブを形成することができるので、極微細なマイクロポンプに適用することができるマイクロバルブを製造することができる。

本発明のマイクロバルブにおいて、上記可動膜は上方から見て上記第１開口を完全に覆っている例を挙げることができる。ただし、可動膜は上方から見て上記第１開口を完全には覆っていなくてもよい。

本発明にかかるマイクロポンプの第１態様は、本発明のマイクロバルブと、上記カバー膜の上記第１半導体層除去部と対向する部分の一部分に上記第１開口とは異なる位置で形成され、上記可動膜で覆われていない第２開口と、上記カバー膜上に形成され、上記第１開口又は上記第２開口のいずれかに連通する空洞を形成するための第１隔壁と、上記第１隔壁の壁面を変形させるための圧電素子と、を備えている。

本発明にかかるマイクロポンプの第２態様は、本発明のマイクロバルブと、上記基板に上記第１半導体層除去部とは異なる位置で形成された第２半導体層除去部と、上記カバー膜が上記第２半導体層除去部の底面とは間隔をもって上記第２半導体層除去部上も覆っており、上記カバー膜の上記第２半導体層除去部と対向する部分の一部分に形成された第３開口と、上記カバー膜上に形成され、上記第１開口及び上記第３開口の両方に連通する空洞を形成するための第２隔壁と、上記第２隔壁の壁面を変形させるための圧電素子と、を備えている。

本発明のマイクロポンプは、本発明のマイクロバルブを用い、半導体装置製造技術を用いてマイクロポンプを形成することができるので、極微細なマイクロポンプを製造することができる。

本発明のマイクロバルブの製造方法において、上記可動膜形成工程（Ｃ）で、上記可動膜を、上記可動膜の可動部分が上記第１開口に位置する上記半導体層上に配置され、かつ上記可動膜の可動部分の端部の一部又は全部が上記カバー膜上に配置されるように形成し、上記第１半導体層除去部形成工程（Ｄ）の後、以下の工程（Ｅ）を含むようにしてもよい。
（Ｅ）等方性エッチング技術によって上記カバー膜及び上記可動膜の一部分を除去する工程であって、上記カバー膜と上記可動膜の上記可動部分との間に隙間を形成する程度に上記カバー膜及び上記可動膜の一部分を除去する可動部分形成工程。

上記可動部分形成工程（Ｅ）を含む場合、上記可動膜形成工程（Ｃ）で上記可動膜を上記半導体層及び上記カバー膜とはエッチング選択比が高い絶縁材料によって形成し、上記可動部分形成工程（Ｅ）で等方性エッチング技術によって上記カバー膜の一部分を除去することによって上記隙間を形成するようにしてもよい。

本発明のマイクロバルブの製造方法において、上記カバー膜形成工程（Ｂ）と上記可動膜形成工程（Ｃ）との間に、上記第１開口に位置する上記カバー膜と上記半導体層の境界の一部分又は全部を覆う隙間形成用半導体膜を上記カバー膜上及び上記半導体層上に形成する隙間形成用半導体膜形成工程（Ｂ１）を含み、上記可動膜形成工程（Ｃ）で、上記可動膜を、上記可動膜の可動部分の端部が上記隙間形成用半導体膜上に配置され、かつ上記隙間形成用半導体膜の一部分が露出するように上記カバー膜上及び上記隙間形成用半導体膜上に形成し、上記第１半導体層除去部形成工程（Ｄ）で上記半導体層を除去するのと同時に上記隙間形成用半導体膜を除去するようにしてもよい。

さらに、上記可動膜形成工程（Ｃ）で上記可動膜を上記半導体層及び上記カバー膜に対してエッチング選択比が高い材料によって形成する請求項８に記載のマイクロバルブの製造方法。

本発明のマイクロバルブの製造方法において、上記可動部分形成工程（Ｅ）又は上記隙間形成用半導体膜形成工程（Ｂ１）を含む場合、上記可動膜形成工程（Ｃ）で上記第１開口の全部を覆うように上記可動膜を形成する例を挙げることができる。ただし、可動膜は必ずしも第１開口の全部を覆っている必要はなく、可動膜の一部分が第１開口の少なくとも一部分を覆っていればよい。

本発明にかかるマイクロバルブでは、絶縁層上に形成された半導体層と、上記半導体層の一部分が除去されて形成された第１半導体層除去部と、上記第１半導体層除去部の底面とは間隔をもって上記第１半導体層除去部を覆って上記半導体層上に形成されたカバー膜と、上記カバー膜の上記第１半導体層除去部と対向する部分の一部分に形成された第１開口と、上方から見て上記第１開口の少なくとも一部分を覆って上記カバー膜上に形成された可動膜と、を備え、上記可動膜は上記第１開口上に配置された上記可動膜の可動部分が上記カバー膜の上面に対して略垂直方向で移動できるように片持ち状態に上記カバー膜に固定されており、上記可動膜の可動部分が上記カバー膜の上面に対して略垂直方向で移動して上記可動膜と上記カバー膜との間の隙間の大きさが変化することによって上記第１半導体層除去部と上記カバー膜上の空間との間でバルブとして機能するようにした。
本発明にかかるマイクロバルブの製造方法は、絶縁層上に形成された半導体層に第１半導体層除去部の形成領域を画定するための溝を上記絶縁層に到達させて形成し、その溝に絶縁膜を埋め込む第１半導体層除去部形成領域画定工程（Ａ）、上記半導体層上に、上記第１半導体層除去部の形成領域内に配置された第１開口及び上記第１開口とは異なる位置で上記第１半導体層除去部の形成領域内に配置された第２開口もつカバー膜を絶縁材料によって形成するカバー膜形成工程（Ｂ）、上記半導体層上及び上記カバー膜上に絶縁材料からなる可動膜を形成する工程であって、上記可動膜を、上記第２開口を覆わず、かつ、上記可動膜の可動部分となる部分の端部が上記第１開口に位置する上記半導体層上に配置されるように形成する可動膜形成工程（Ｃ）、半導体層と絶縁材料に対するエッチング選択比の高い薬液を用いた等方性エッチング技術によって上記第１半導体層除去部の形成領域の上記半導体層を除去して第１半導体層除去部を形成する第１半導体層除去部形成工程（Ｄ）をその順に含む。
本発明のマイクロバルブ及びマイクロバルブの製造方法では、半導体装置製造技術を用いてマイクロバルブを形成することができるので、極微細なマイクロポンプに適用することができるマイクロバルブを製造することができる。

本発明のマイクロバルブにおいて、上記可動膜は上方から見て上記第１開口を完全に覆っているようにすれば、第１半導体層除去部から第１開口を介してカバー膜の上方側へ移動した流体が第１半導体層除去部側へ逆流するのを低減できる。

本発明にかかるマイクロポンプの第１態様では、本発明のマイクロバルブと、上記カバー膜の上記第１半導体層除去部と対向する部分の一部分に上記第１開口とは異なる位置で形成され、上記可動膜で覆われていない第２開口と、上記カバー膜上に形成され、上記第１開口又は上記第２開口のいずれかに連通する空洞を形成するための第１隔壁と、上記第１隔壁の壁面を変形させるための圧電素子と、を備えているようにした。
本発明にかかるマイクロポンプの第２態様では、本発明のマイクロバルブと、上記基板に上記第１半導体層除去部とは異なる位置で形成された第２半導体層除去部と、上記カバー膜が上記第２半導体層除去部の底面とは間隔をもって上記第２半導体層除去部上も覆っており、上記カバー膜の上記第２半導体層除去部と対向する部分の一部分に形成された第３開口と、上記カバー膜上に形成され、上記第１開口及び上記第３開口の両方に連通する空洞を形成するための第２隔壁と、上記第２隔壁の壁面を変形させるための圧電素子と、を備えているようにした。
本発明のマイクロポンプによれば、本発明のマイクロバルブを用い、半導体装置製造技術を用いてマイクロポンプを形成することができるので、極微細なマイクロポンプを製造することができる。

本発明のマイクロバルブの製造方法において、可動膜形成工程（Ｃ）で、可動膜を、可動膜の可動部分が第１開口に位置する半導体層上に配置され、かつ可動膜の可動部分の端部の一部又は全部がカバー膜上に配置されるように形成し、第１半導体層除去部形成工程（Ｄ）の後、カバー膜と可動膜の可動部分との間に隙間を形成する程度にカバー膜及び上記可動膜の一部分を除去する等方性エッチング技術によって可動部分形成工程（Ｅ）を含むようにすれば、可動膜の可動部分の平面寸法を第１開口の平面寸法よりも大きく形成することができる。これにより、可動膜の可動部分が第１半導体層除去部内に移動するのを防止できるという効果もある。

さらに、上記可動膜形成工程（Ｃ）で上記可動膜を上記半導体層及び上記カバー膜とはエッチング選択比が高い絶縁材料によって形成し、上記可動部分形成工程（Ｅ）で等方性エッチング技術によって上記カバー膜の一部分を除去することによって上記隙間を形成するようにすれば、可動膜とカバー膜を同じ材料で形成する場合に比べて可動膜の膜厚制御性を向上させることができる。

また、本発明のマイクロバルブの製造方法において、カバー膜形成工程（Ｂ）と可動膜形成工程（Ｃ）との間に、第１開口に位置するカバー膜と半導体層の境界の一部分又は全部を覆う隙間形成用半導体膜をカバー膜上及び半導体層上に形成する隙間形成用半導体膜形成工程（Ｂ１）を含み、可動膜形成工程（Ｃ）で、可動膜を、可動膜の可動部分の端部が隙間形成用半導体膜上に配置され、かつ隙間形成用半導体膜の一部分が露出するようにカバー膜上及び隙間形成用半導体膜上に形成し、第１半導体層除去部形成工程（Ｄ）で半導体層を除去するのと同時に隙間形成用半導体膜を除去するようにすれば、可動膜の可動部分の平面寸法を第１開口の平面寸法よりも大きく形成することができる。さらに、可動膜形成工程（Ｃ）よりも後の工程で、カバー膜及び可動膜に対するエッチング処理を行なわなくても可動膜の可動部分を形成することができ、カバー膜及び可動膜のエッチング処理による膜減りをなくすことによりカバー膜及び可動膜の寸法精度を向上させることができる。

さらに、可動膜形成工程（Ｃ）で可動膜を半導体層及びカバー膜に対してエッチング選択比が高い材料によって形成するようにすれば、可動膜形成工程（Ｃ）で可動膜をパターニング形成する際にカバー膜の膜減りを低減することができ、カバー膜の寸法精度を向上させることができる。

また、可動部分形成工程（Ｅ）又は隙間形成用半導体膜形成工程（Ｂ１）を含む場合、可動膜形成工程（Ｃ）で第１開口の全部を覆うように可動膜を形成すれば、形成したマイクロバルブにおいて、第１半導体層除去部から第１開口を介してカバー膜の上方側へ移動した流体が第１半導体層除去部側へ逆流するのを低減できる。

図１はマイクロバルブの一実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図である。
シリコン層（図示は省略）、絶縁層１ａ、シリコン層（半導体層）１ｂからなるＳＯＩ（silicon on insulator）基板１のシリコン層１ｂに枠状の埋込み酸化膜（絶縁膜）３が形成されている。シリコン層１ｂの厚みは特に限定されるものではないが、例えば１０ｎｍ（ナノメートル）〜１００μｍ（マイクロメートル）、ここでは５μｍである。ここで埋込み酸化膜３の材料として他の絶縁材料、例えばシリコン窒化膜を用いてもよい。

シリコン層１ｂ上及び埋込み酸化膜３上にカバー膜５が形成されている。カバー膜５は例えばＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）法によって形成されたシリコン酸化膜によって形成されている。カバー膜５の厚みは特に限定されるものではないが、例えば１０ｎｍ〜１００μｍ、ここでは１μｍである。

埋込み酸化膜３で囲まれた部分のシリコン層１ｂが除去されて第１シリコン除去部（第１半導体層除去部）７が形成されている。第１シリコン除去部７上のカバー膜５は第１シリコン除去部７の底面とは間隔をもって第１シリコン除去部７を覆っている。カバー膜５の第１シリコン除去部７と対向する部分に第１開口５ａと第２開口５ｂが互いに間隔をもって形成されている。第１開口５ａ、第２開口５ｂの平面寸法は例えば１μｍ×１μｍ〜１ｍｍ×１ｍｍ（ミリメートル）、ここでは２０μｍ×２０μｍである。

カバー膜５上に第１開口５ａを覆って可動膜９が形成されている。可動膜９は第１開口５ａ上に配置された可動膜９の可動部分９ａがカバー膜５の上面に対して略垂直方向で移動できるように片持ち状態にカバー膜５に固定されている。カバー膜５と可動部分９ａとの間に隙間１１が形成されている。可動膜９の厚みは例えば１０ｎｍ〜１００μｍ、ここでは５００ｎｍである。上方から見た可動膜９の可動部分９ａ部分の周縁部と第１開口部５ａの周縁部との間隔（寸法Ｌ）は例えば１ｎｍ〜１０μｍ、ここでは５０ｎｍである。また可動膜９の寸法Ｍは例えば１００ｎｍ〜１ｍｍ、ここでは５μｍである。

ここで、開口５ａ，５ｂ及び可動膜９の平面形状は長方形に限定されるものではなく、他の形状、例えば円形、楕円系、三角形など、様々な形状が可能である。

図２は図１に示したマイクロバルブの動作を説明するための断面図であり、（Ａ）はバルブが開いた状態、（Ｂ）はバルブが閉じた状態を示す。

（Ａ）に示すように、開口部５ｂにつながる仮想線で示す流路１３ｂ内及び第１シリコン除去部７内の圧力が、開口部５ａにつながる仮想線で示す流路１３ａ内の圧力よりも大きいとき、可動膜９の可動部分９ａは流体により押し上げられ、第１開口５ａの上方側へ移動し、隙間１１の間隔が大きくなる（白抜き矢印参照）。そして第１シリコン除去部７内の流体は第１開口５ａ及び隙間１１を介して流路１３ａに流入する（黒色矢印参照）。

（Ｂ）に示すように、流路１３ａ内の圧力が流路１３ｂ内及び第１シリコン除去部７内の圧力よりも小さいとき、可動膜９の可動部分９ａは元の位置に戻り、隙間１１の間隔が小さくなって、流路１３ａへ移動した流体が第１シリコン除去部７側へ逆流するのを防止する。また、流路１３ａ内の流体によって可動膜９の可動部分９ａがカバー膜５側へ押し付けられて、隙間１１が製造時のときよりも小さくなる。
このように、このマイクロバルブの実施例は、可動膜９の可動部分９ａが第１開口５ａの上方側へ移動又は元に戻ることにより、バルブとして機能する。

図３は図１に示したマイクロバルブを形成するための製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。図中のかっこ数字は以下に説明する製造工程に対応している。図１及び図３を参照してこの実施例を説明する。

（１）シリコン層（図示は省略）、絶縁層１ａ、シリコン層１ｂからなるＳＯＩ基板１を準備する。写真製版技術及びエッチング技術によって、ＳＯＩ基板１のシリコン層１ｂに第１シリコン除去部７（図１（Ｂ）参照）の形成領域を画定するためのトレンチ（溝）を形成する。そのトレンチに酸化膜を埋め込んで埋込み酸化膜３を形成する。

（２）ＬＯＣＯＳ法によってシリコン層１ｂ上にカバー膜５を形成する。カバー膜５には、上方から見て埋込み酸化膜３で囲まれた領域内に第１開口５ａと第２開口５ｂを形成する。

（３）ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法によってシリコン層１ｂ上及びカバー膜５上にシリコン窒化膜を形成する。そのシリコン窒化膜を写真製版技術及びエッチング技術によってパターニングして可動膜９を形成する（図１（Ｂ）も参照）。

（４）例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液を用いた等方性エッチング処理を施して、第１シリコン除去部７の形成領域のシリコン層１ｂを除去して第１シリコン除去部７を形成する。

（５）例えばフッ酸溶液を用いた等方性エッチング処理を施してシリコン酸化膜からなるカバー膜５の一部分を除去する。このときのカバー膜５のエッチング量は、上方から見た可動膜９の可動部分９ａ部分の周縁部と第１開口部５ａの周縁部との間隔（寸法Ｌ）に相当する酸化膜がエッチングされるだけの量以上である。ここで、シリコン窒化膜からなるカバー膜９とシリコン酸化膜からなるカバー膜５の界面ではカバー膜５の他の面よりもエッチングが速く進む。このエッチング処理により、可動膜９の可動部分９ａとカバー膜５との間に隙間１１を形成する。また、このエッチング処理により、絶縁層１ａ及び埋込み酸化膜３の一部分も除去される。

このように、本発明のマイクロバルブ及びマイクロバルブの製造方法では、半導体装置製造技術を用いてマイクロバルブを形成することができるので、極微細なマイクロポンプに適用することができるマイクロバルブを製造することができる。

図４はマイクロバルブの他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図である。図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。

この実施例では、図１に示した実施例と比べて、隙間１１を形成する際のシリコン酸化膜に対する等方性エッチング処理が行なわれておらず、絶縁膜１ａ及びカバー膜５に段差が形成されていない。また、可動膜９には、後述する隙間形成用シリコン膜に起因して段差が形成されている。

図５は図４に示したマイクロバルブを形成するための製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。図中のかっこ数字は以下に説明する製造工程に対応している。図６は隙間形成用シリコン膜の形成領域を説明するための平面図である。図４及び図５を参照してこの実施例を説明する。

（１）図３（１），（２）を参照して説明した上記工程（１），（２）と同じ工程により、シリコン層（図示は省略）、絶縁層１ａ、シリコン層１ｂからなるＳＯＩ基板１のシリコン層１ｂに埋込み酸化膜３を形成し、さらに第１開口５ａ及び第２開口５ｂをもつカバー膜５を形成する。ＣＶＤ法により、第１開口５ａに隣接するカバー膜５部分の一部分上又は全部分上に隙間形成用シリコン膜１５を形成する。この実施例では、第１開口５ａの３辺に隣接するカバー膜５部分を覆うように隙間形成用シリコン膜１５を形成した。図６に示すように、隙間形成用シリコン膜１５は、上方から見て、後工程で形成される可動膜９の形成領域からはみ出して配置される。隙間形成用シリコン膜１５の厚みは例えば１ｎｍ〜１０μｍ、ここでは１００ｎｍである。

（２）ＣＶＤ法により、シリコン層１ｂ上、カバー膜５上及び隙間形成用シリコン膜１５上にシリコン窒化膜を形成する。そのシリコン窒化膜を写真製版技術及びエッチング技術によってパターニングして可動膜９を形成する。可動膜９は、図６に示すように、隙間形成用シリコン膜１５の一部分が露出するようにしてカバー膜５上及び隙間形成用シリコン膜１５上に形成される。カバー膜５には隙間形成用シリコン膜１５に起因して段差が形成される。

（３）例えばＴＭＡＨ溶液を用いた等方性エッチング処理を施して、第１シリコン除去部７の形成領域のシリコン層１ｂを除去して第１シリコン除去部７を形成する。このとき、隙間形成用シリコン膜１５も同時に除去され、可動膜９とカバー膜５の間に隙間１１が形成される。これにより、可動膜９に可動部分９ａが形成される。

この実施例では、可動膜９を形成した後に、カバー膜５に対するエッチング処理を行なわなくても可動膜９の可動部分９ａを形成することができるので、カバー膜９のエッチング処理による膜減りをなくすことによりカバー膜９の寸法精度、ひいては開口５ａ，５ｂの寸法精度を向上させることができる。
さらに、隙間１１の寸法は、エッチング時間で決定されるのではなく、隙間形成用シリコン膜１５の厚みによって決定されるので、隙間１１の寸法精度を向上させることができる。
また、可動膜９の材料として、カバー膜５の材料とエッチング選択比が低い材料やカバー膜５と同じ材料を用いることもできる。可動膜９は単層膜であってもよいし、積層膜であってもよい。

図７はマイクロポンプの一実施例を示す断面図である。この実施例では図４に示したマイクロバルブを用いた。
シリコン層（図示は省略）、絶縁層１ａ、シリコン層１ｂからなるＳＯＩ基板１に、埋込み酸化膜３、開口部５ａ，５ｂをもつカバー膜５、第１シリコン除去部７及び、可動膜９が形成されてマイクロバルブ１７が形成されている。可動膜９の可動部分９ａ部分とカバー膜５の間には隙間１１が形成されている。

カバー膜５上にシリコン酸化膜１９，２１の積層膜からなる隔壁２３ａと２３ｂが形成されている。
隔壁２３ａ（第１隔壁）は第１開口５ａに連通する空洞２５ａを形成している。隔壁２３ａには貫通孔からなる吐出口２７ａが形成されている。また、隔壁２３ａの上面には圧電素子２９が形成されている。
隔壁２３ｂは第２開口５ｂに連通する空洞２５ｂを形成している。隔壁２３ｂには貫通孔からなる吸入口２７ｂが形成されている。

図８は図７に示したマイクロポンプの動作を説明するための断面図であり、（Ａ）は吸引動作の状態、（Ｂ）は吐出動作の状態を示す。

マイクロポンプの吐出口２７ａには仮想線で示す流路３１ａが接続され、吸入口２７ｂには仮想線で示す流路３１ｂが接続されている。流路３１ａには逆止弁が設けられている。

（Ａ）に示すように、圧電素子２９を上側に凸の状態に変形させると、隔壁２３ａの上面が上側に凸の状態に変形され、空洞２５ａの容積が増加する。これにより、第１シリコン除去部７内の流体が第１開口５ａを介して空洞２５ａ内に流入する。このとき、可動膜９の可動部分９ａは流体により押し上げられ、第１開口５ａの上方側へ移動し、隙間１１の間隔が大きくなる（白抜き矢印参照）。また、第１シリコン除去部７内の流体が空洞２５ａ側へ移動することにより、流路３１ｂ内の流体が吸入口２７ｂを介して空洞２５ｂ内に流入し、空洞２５ｂ内の流体が第２開口５ｂを介して第１シリコン除去部７内に流入する（黒色矢印参照）。

（Ｂ）に示すように、圧電素子２９を下側に凸の状態に変形させると、隔壁２３ａの上面が下側に凸の状態に変形され、空洞２５ａの容積が（Ａ）の状態に比べて減少する。これにより、空洞２５ａ内の流体が吐出口２７ａを介して流路３１ａに流入する（黒色矢印参照）。このとき、可動膜９の可動部分９ａは元の位置に戻り、さらに可動膜９の可動部分９ａがカバー膜５側に押し付けられ、隙間１１の間隔が小さくなって、流体が第１シリコン除去部７側へ逆流するのを防止する（白抜き矢印参照）。

このように、本発明のマイクロポンプによれば、本発明のマイクロバルブを用い、半導体装置製造技術を用いてマイクロポンプを形成することができるので、極微細なマイクロポンプを製造することができる。

図９は図８に示したマイクロバルブを形成するための製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。図中のかっこ数字は以下に説明する製造工程に対応している。図８を参照してこの実施例を説明する。

（１）図５（１）を参照して説明した上記工程（１）と同じ工程により、シリコン層（図示は省略）、絶縁層１ａ、シリコン層１ｂからなるＳＯＩ基板１に埋込み酸化膜３、第１開口５ａ及び第２開口５ｂをもつカバー膜５、隙間形成用シリコン膜１５及び可動膜９を形成する。

（２）ＣＶＤ法により、カバー膜５上、可動膜９上及び隙間形成用シリコン膜１５上にポリシリコン膜を例えば２００ｎｍの膜厚に形成する。そのポリシリコン膜を写真製版技術及びエッチング技術を用いてパターニングしてポリシリコン膜３３ａ，３３ｂを形成する。ポリシリコン膜３３ａ，３３ｂは後工程で形成する空洞２５ａ，２５ｂに対応するものである。ＣＶＤ法により、カバー膜５上及びポリシリコン膜３３ａ，３３ｂの表面にシリコン酸化膜１９を例えば１００ｎｍの膜厚に形成する。ポリシリコン膜３３ａ，３３ｂの表面に形成するシリコン酸化膜１９は熱酸化膜によって形成してもよい。写真製版技術及びエッチング技術により、ポリシリコン膜３３ａ，３３ｂ上のシリコン酸化膜１９にシリコンエッチング用開口１９ａを形成する。開口１９ａの平面寸法は例えば２μｍである。図面では、ポリシリコン膜３３ａ，３３ｂに対してそれぞれ１箇所のシリコンエッチング用開口１９ａを形成しているが、ポリシリコン膜３３ａ，３３ｂに対して設けるシリコンエッチング用開口１９ａの個数は複数個であってもよい。

（３）例えばＴＭＡＨ溶液を用いた等方性エッチング処理を施して、シリコンエッチング用開口１９ａを介してポリシリコン膜３３ａ，３３ｂ、隙間形成用シリコン膜１５、シリコン層１ｂを除去して、空洞２５ａ，２５ｂ、隙間１１及び第１シリコン除去部７を形成する。水洗処理を施した後、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を用いて乾燥処理を施す。

（４）ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜２１を例えば１０μｍの膜厚に形成し、シリコン酸化膜１９，２１からなる隔壁２３ａ，２３ｂを形成する。このとき、シリコン酸化膜２１により、シリコンエッチング用開口１９ａが埋められる。

（５）隔壁２３ａ上に圧電素子２９を形成する。写真製版技術及びエッチング技術を用いて、隔壁２３ａに吐出口２７ａを形成し、隔壁２３ｂに吸入口２７ｂを形成する。

この製造方法の実施例では、隙間形成用シリコン膜１５を用いて隙間１１を形成しているが、図３を用いて説明した実施例と同様にしてカバー膜５に対する等方性エッチング処理によって隙間１１を形成するようにしてもよい。
また、隔壁２３ａ，２３ｂをシリコン酸化膜１９，２１の積層膜によって形成しているが、隔壁の材料及び構造はこれに限定されるものではなく、他の絶縁膜によって形成してもよい。例えば、隔壁をシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の単層膜によって形成してもよいし、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜、２層以上のシリコン窒化膜などによって形成してもよい。
また、圧電素子２９はシリコン酸化膜１９と２１の間に形成してもよい。

図７に示した実施例では、圧電素子２９が隔壁２３ａに設けられているが、図１０に示すように圧電素子２９は隔壁２３ｂに設けられていてもよい。この場合、隔壁２３ｂが本発明のマイクロバルブの第１隔壁を構成する。また、隔壁２３ｂに設けられた吸入口２７ｂに接続される流路には逆止弁が設けられる。

図１１はマイクロポンプのさらに他の実施例を示す断面図である。この実施例では図４に示したマイクロバルブと同じ構造をもつマイクロバルブを２つ設けた。図８に示した実施例と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。この実施例は図９を参照して説明した実施例と同様の製造工程によって形成することができる。

シリコン層（図示は省略）、絶縁層１ａ、シリコン層１ｂからなるＳＯＩ基板１に、埋込み酸化膜３、開口部５ａ，５ｂをもつカバー膜５、第１シリコン除去部７、及び可動膜９が形成されてマイクロバルブ１７が形成されている。可動膜９の可動部分９ａ部分とカバー膜５の間には隙間１１が形成されている。

マイクロバルブ１７の形成位置とは異なる位置で、シリコン層１ｂに枠状の埋込み酸化膜３５が形成されている。埋込み酸化膜３５で囲まれた部分のシリコン層１ｂが除去されて第２シリコン除去部（第２半導体層除去部）３７が形成されている。第２シリコン除去部３７上のカバー膜５は第２シリコン除去部３７の底面とは間隔をもって第２シリコン除去部３７を覆っている。カバー膜５の第２シリコン除去部３７と対向する部分に第３開口５ｃと第４開口５ｄが互いに間隔をもって形成されている。

カバー膜５上に第４開口５ｄを覆って可動膜３９が形成されている。可動膜３９の一部分は第４開口５ｄ上に配置された可動部分３９ａ部分が第４開口５ｄの上方側へ移動できるようにカバー膜５には固定されていない。カバー膜５と可動部分３９ａとの間に隙間１１が形成されている。

埋込み酸化膜３３、開口部５ｃ，５ｄをもつカバー膜５、第２シリコン除去部３７及び可動膜３９によって第２マイクロバルブ４１が形成されている。第２マイクロバルブ４１は第１マイクロバルブ１７と同様の構造をもっている。

カバー膜５上にシリコン酸化膜１９，２１の積層膜からなる隔壁２３ａ，２３ｂ，２３ｃが形成されている。
隔壁２３ａ（第２隔壁）は第１開口５ａ及び第３開口５ｃの両方に連通する空洞２５ａを形成している。隔壁２３ａの上面には圧電素子２９が形成されている。
隔壁２３ｂは第２開口５ｂに連通する空洞２５ｂを形成している。隔壁２３ｂには貫通孔からなる吸入口２７ｂが形成されている。
隔壁２３ｃは第４開口５ｄに連通する空洞２５ｃを形成している。隔壁２３ｃには貫通孔からなる吐出口２７ａが形成されている。

図１２は図１１に示したマイクロポンプの動作を説明するための断面図であり、（Ａ）は吸引動作の状態、（Ｂ）は吐出動作の状態を示す。

（Ａ）に示すように、圧電素子２９を上側に凸の状態に変形させると、隔壁２３ａの上面が上側に凸の状態に変形され、空洞２５ａの容積が増加する。これにより、第１シリコン除去部７内の流体が第１開口５ａを介して空洞２５ａ内に流入する（黒色矢印参照）。このとき、マイクロバルブ１７の可動膜９の可動部分９ａは流体により押し上げられ、第１開口５ａの上方側へ移動する（白抜き矢印参照）。これにより、マイクロバルブ１７の隙間１１の間隔が大きくなる。また、マイクロバルブ４１の可動膜９の可動部分９ａはカバー膜５側へ押し付けられる（白抜き矢印参照）。これにより、マイクロバルブ４１の隙間１１は小さくなる（白抜き矢印参照）。また、第１シリコン除去部７内の流体が空洞２５ａ側へ移動することにより、図示しない流路から流体が吸入口２７ｂを介して空洞２５ｂ内に流入し、空洞２５ｂ内の流体が第２開口５ｂを介して第１シリコン除去部７内に流入する（黒色矢印参照）。

（Ｂ）に示すように、圧電素子２９を下側に凸の状態に変形させると、隔壁２３ａの上面が下側に凸の状態に変形され、空洞２５ａの容積が（Ａ）の状態に比べて減少する。これにより、空洞２５ａ内の流体が第３開口５ｃを介して第２シリコン除去部３７に流入し、第２シリコン除去部３７内の流体が第４開口５ｄを介して空洞２５ｃ内に流入し、空洞２５ｃ内の流体は吐出口２７ａから図示しない流路へ吐出される（黒色矢印参照）。このとき、マイクロバルブ４１の可動膜３９の可動部分３９ａは流体により押し上げられ、第４開口５ｄの上方側へ移動する（白抜き矢印参照）。これにより、マイクロバルブ４１の隙間１１の間隔が大きくなる。また、マイクロバルブ１７の可動膜９の可動部分９ａは元の位置に戻り、さらに可動膜９の可動部分９ａがカバー膜５側に押し付けられ、隙間１１の間隔が小さくなって、流体が第１シリコン除去部７側へ逆流するのを防止する（白抜き矢印参照）。

このように、本発明のマイクロポンプによれば、本発明のマイクロバルブを用い、半導体装置製造技術を用いてマイクロポンプを形成することができるので、外部に逆止弁を設けることなく極微細なマイクロポンプを製造することができる。

図１１に示した実施例では、容積が変化する空洞２５ａ内にマイクロバルブ１７の可動膜９が配置されているが、図１３に示すように、マイクロバルブ１７の可動膜９を、隔壁２３ｄによって形成された容積が変化する空洞２５ｄとは別途設けられた空洞２３ａ内に配置してもよい。

また、図１４に示すように、図１３に示した実施例に対して、容積が変化する空洞２５ｄに可動部分４３ａをもつ可動膜４３を備え、隔壁２３ａにも圧電素子２９を設けるようにしてもよい。この実施例において、隔壁２３ａ，２３ｄを互いに逆方向に変形させるように２つの圧電素子２９，２９を動作させるように制御すれば、図１１、図１３に示した実施例に比べて流体を送る能力が増す。

また、上記の実施例では、可動膜９，３９は上方から見て開口５ａ，５ｄの全部を覆っているが、可動膜９，３９は少なくとも５ａ，５ｄの一部分を覆っていればよい。

図１５は、マイクロバルブのさらに他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図である。
この実施例では、上方から見て可動膜９の可動部分９ａの先端が第１開口５ａ上に配置されており、可動膜９は開口５ａの全部を覆っていない。

この実施例では、可動膜９は開口５ａの全部を覆っていないが、可動部分９ａが上方側へ移動して第１シリコン除去部７から第１開口５ａを介してカバー膜５の上方側へ移動する流体量に比べて、可動部分９ａが元に戻ったときにカバー膜５の上方側から第１開口５ａを介して第１シリコン除去部７へ移動する流体量が少なくなるのでマイクロバルブとして機能する。

図１６は、マイクロバルブのさらに他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図である。
この実施例では、上方から見て可動膜９の可動部分９ａの両側面が第１開口５ａ上に配置されており、可動膜９は開口５ａの全部を覆っていない。この実施例においても図１５に示した実施例と同様にマイクロバルブとして機能する。
図１５、図１６に示した実施例の構造は、図４に示した実施例と同様の構造にも適用できる。

図１７は、マイクロバルブのさらに他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図である。
この実施例では、可動膜９の可動部分９ａの端部が第１開口５ａ上に配置されている。

図１８は図１７に示したマイクロバルブの動作を説明するための断面図であり、（Ａ）はバルブが開いた状態、（Ｂ）はバルブが閉じた状態を示す。

（Ａ）に示すように、開口部５ｂにつながる仮想線で示す流路１３ｂ内及び第１シリコン除去部７内の圧力が、開口部５ａにつながる仮想線で示す流路１３ａ内の圧力よりも大きいとき、可動膜９の可動部分９ａは流体により押し上げられ、第１開口５ａの上方側へ移動し、隙間１１の間隔が大きくなる（白抜き矢印参照）。そして第１シリコン除去部７内の流体は第１開口５ａ及び隙間１１を介して流路１３ａに流入する（黒色矢印参照）。

（Ｂ）に示すように、流路１３ａ内の圧力が流路１３ｂ内及び第１シリコン除去部７内の圧力よりも小さいとき、可動膜９の可動部分９ａは流体により押し下げられ、第１シリコン除去部７側へ移動し、隙間１１の間隔が小さくなって、流路１３ａへ移動した流体が第１シリコン除去部７側へ逆流するのを低減する。
このように、このマイクロバルブの実施例は、可動膜９の可動部分９ａが第１開口５ａの上方側へ移動又は第１シリコン除去部７側へ移動することにより、バルブとして機能する。

図１９は図１７に示したマイクロバルブを形成するための製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。図中のかっこ数字は以下に説明する製造工程に対応している。図１７及び図１９を参照してこの実施例を説明する。

（１）シリコン層（図示は省略）、絶縁層１ａ、シリコン層１ｂからなるＳＯＩ基板１を準備する。写真製版技術及びエッチング技術によって、ＳＯＩ基板１のシリコン層１ｂに第１シリコン除去部７（図１（Ｂ）参照）の形成領域を画定するためのトレンチ（溝）を形成する。そのトレンチに酸化膜を埋め込んで埋込み酸化膜３を形成する。

（２）ＬＯＣＯＳ法によってシリコン層１ｂ上にカバー膜５を形成する。カバー膜５には、上方から見て埋込み酸化膜３で囲まれた領域内に第１開口５ａと第２開口５ｂを形成する。

（３）ＣＶＤ法によってシリコン層１ｂ上及びカバー膜５上にシリコン窒化膜を形成する。そのシリコン窒化膜を写真製版技術及びエッチング技術によってパターニングして可動膜９を形成する（図１７（Ｂ）も参照）。可動膜９の可動部分となる部分はシリコン層１ｂ上に形成されている。

（４）例えばＴＭＡＨ溶液を用いた等方性エッチング処理を施して、第１シリコン除去部７の形成領域のシリコン層１ｂを除去して第１シリコン除去部７を形成する。これにより、可動膜９は肩持ち状態にカバー膜５に固定された状態になり、可動膜９の可動部分９ａが形成される。

図１８及び図１９を参照して説明した実施例では、可動膜９の材料としてシリコン酸化膜からなるカバー膜５とはエッチング選択比が高いシリコン窒化膜を用いているが、可動膜９の材料としてシリコン酸化膜を用いてもよいし、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層膜を用いてもよい。

上記の実施例では、カバー膜としてＬＯＣＯＳ法によって形成された酸化膜を用いているが、カバー膜はこれに限定されるものではない。例えば、シリコン層上にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜からなる絶縁膜を形成し、その絶縁膜を写真製版技術及びエッチング技術を用いて開口を形成したものをカバー膜として用いてもよい。ここで、エッチング方法はウエットエッチングであってもよいし、ドライエッチングであってもよい。図２０を参照してＬＯＣＯＳ法によって形成された酸化膜以外の絶縁膜によってカバー膜を形成する方法の一例を説明する。

図２０は製造方法の実施例の一部分であって他のカバー膜形成工程を説明するための工程断面図である。図中のかっこ数字は以下に説明する製造工程に対応している。

（１）シリコン層（図示は省略）、絶縁層１ａ、シリコン層１ｂからなるＳＯＩ基板１のシリコン層１ｂに第１シリコン除去部７の形成領域を画定するための埋込み酸化膜３を形成する。シリコン層１ｂ上及び埋込み酸化膜３上にシリコン酸化膜４５ｃを形成する。シリコン酸化膜４５ｃの膜厚は例えば１０ｎｍ〜１００μｍ、ここでは１μｍである。

（２）写真製版技術によってシリコン酸化膜４５上にフォトレジスト４７を形成する。フォトレジスト４５には、上方から見て埋込み酸化膜３で囲まれた領域内に第１開口用開口４７ａと第２開口用開口４７ｂを形成する。

（３）例えばウエットエッチング技術により、フォトレジスト４７をマスクにしてシリコン酸化膜４５ｃの一部分をエッチング除去する。これにより、上方から見て埋込み酸化膜３で囲まれた領域内に第１開口４５ａと第２開口４５ｂが形成される。これによりシリコン酸化膜４５ｃからカバー膜４５を形成する。

（４）フォトレジスト４７を除去する。
その後、上記実施例と同様にして可動膜の形成工程以降の工程を行なうことにより、マイクロバルブを形成することができる。
ここではカバー膜４５の材料としてシリコン酸化膜を用いたが、他の絶縁材料、例えばシリコン酸化膜を用いてもよい。

上記の実施例では、本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプをＳＯＩ基板に形成しているが、本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプが形成される基板はこれに限定されるものではなく、絶縁層上に半導体層が形成された基板であれば本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプを形成することができる。例えば、シリコン基板に絶縁層を形成し、その上に多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜を形成したものや、ガラス基板上などの絶縁基板上に多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜を形成したものなどを挙げることができる。

また、上記の実施例では、半導体層としてシリコン層を用いているが、シリコン層はシリコン単結晶膜、多結晶シリコン膜、アモルファスシリコン膜のいずれであってもよい。また、他の半導体材料、例えばＩＩ−ＶＩ族半導体膜（ＺｅＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＯなど）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体膜（ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮなど）、ＩＶ族化合物半導体（ＳｉＣ、ＳｉＧｅなど）からなる半導体層を用いてもよい。

また、上記の実施例では、シリコン材料をエッチングするための薬液としてＴＭＡＨ溶液を用いているが、シリコン材料をエッチングするための他の薬液、例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）なども利用できる。

また、上記の実施例では、可動膜９の材料としてシリコン窒化膜を用いているが、可動膜９の材料は、これに限定されるものではなく、シリコン層をエッチングするための薬液、例えばＴＭＡＨ溶液やＫＯＨ溶液に対して耐エッチング性があればいずれの材料でもよい。例えば可動膜９の材料としてシリコン酸化膜や、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜などを挙げることができる。

図２１はマイクロポンプのさらに他の実施例を示す図であり、平面図とその平面図のＡ−Ａ位置での断面を示している。この実施例では、図１１に示した実施例と同様に図４に示したマイクロバルブと同じ構造をもつマイクロバルブを２つ設けた。図１１に示した実施例と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。この実施例において、マイクロバルブ１７，４１の構造は図１１に示した実施例と同様である。

マイクロバルブ１７において可動膜９と第１開口５ａの組が２組設けられている。上方から見て埋込み酸化膜３の内側に位置するカバー膜５に４つの第２開口５ｂが設けられている。埋込み酸化膜３の内側に位置するカバー膜５には開口５ａ，５ｂとは異なる位置でエッチング用開口５ｅも形成されている。

マイクロバルブ４１において可動膜３９と第４開口５ｄの組が２組設けられている。上方から見て埋込み酸化膜３３の内側に位置するカバー膜５に４つの第３開口５ｃが設けられている。埋込み酸化膜３３の内側に位置するカバー膜５には開口５ｃ，５ｄとは異なる位置でエッチング用開口５ｅも形成されている。

上方から見て埋込み酸化膜３，３３の内側に位置するカバー膜５に設けられたエッチング用開口５ｅは、シリコン除去部７，３７を形成するためのシリコンエッチング処理の際に、カバー膜５に設けられた開口に露出されるシリコン層１ｂの面積を大きくするためのものである。これにより、図３（５）を参照して説明した上記工程（５）や、図５（３）を参照して説明した上記工程（３）と同様の工程によってシリコンエッチング処理を行なう際にシリコン層１ｂを除去しやすくなる。

カバー膜５の上に空洞２５ａ，２５ｂ，２５ｃを形成するためのカバー基板４９が貼り付けられている。図２１の平面図ではカバー基板４９を図示していない。カバー基板４９の下面（カバー膜５側の面）に、空洞２５ａを形成するための凹部４９ａ、空洞２５ｂを形成するための凹部４９ｂ、及び、空洞２５ｃを形成するための凹部４９ｃが形成されている。カバー基板４９は本発明のマイクロポンプの隔壁を構成する。図２１の平面図では凹部４９ａ，４９ｂ，４９ｃは仮想線で示されている。

凹部４９ａは開口５ａ，５ｃ上に位置している。凹部４９ｂは第２開口５ｂ上に位置している。凹部４９ｃは第４開口５ｄ上に位置している。
カバー基板４９は、吐出口２７ａを形成するために凹部４９ｃの底部に設けられた貫通孔と、吸入口２７ｂを形成するために凹部４９ｂの底部に設けられた貫通孔を備えている。図２１の平面図では吐出口２７ａ及び吸入口２７ｂは仮想線で示されている。

エッチング用開口５ｅはカバー基板４９の下面によって覆われている。したがって、シリコン除去部７，３７及び空洞２５ａ，２５ｂ，２５ｃに導入された流体がエッチング用開口５ｅを介して外部に漏れることはない。

カバー基板４９の上面（カバー膜５とは反対側の面）に凹部４９ａの底部のカバー基板４９部分を変形させて空洞２５ａの容積を変化させるための圧電素子２９が設けられている。

カバー基板４９は例えばガラス基板によって形成されている。ここでカバー基板４９の材料は、圧電素子によって基板の一部分を変形させることができる材料であればどのような材料であってもよく、例えば半導体基板であってもよい。

この実施例のマイクロポンプの動作は、図１２を参照して説明した動作と同様である。
この実施例のマイクロポンプは、予め加工形成されたカバー基板４９をカバー膜５上に貼り付けることによって形成することができるので、隔壁に関して、複雑な半導体装置製造工程を用いることなく、マイクロポンプを製造することができる。
さらに、エッチング用開口５ｅを備えていることにより、シリコンエッチング処理を行なう際にシリコン層１ｂを除去しやすくなる。

この実施例よりも前に説明した上記実施例において、上方から見て枠状の埋込み酸化膜の内側にエッチング用開口部を形成することや、マイクロポンプの隔壁を形成するためにカバー基板を用いることを適用できること適用することができる。

また、図２１に示したエッチング用開口５ｅの配置や個数は一例であり、設計に応じて種々の変更が可能である。
また、シリコン除去部７，３７の平面形状は四角形に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。例えば、シリコン除去部を上方から見て１回又は複数回屈曲させて流体を所定の位置に導く流路として用いることも可能である。

また、空洞２５ｂは吸入口２７ｂに接続され、空洞２５ｃは吐出口２７ａに接続されているが、空洞２５ｂ，２５ｃをＳＯＩ基板１に設けられた他の構造部、例えばシリコン層１ｂの一部分が除去されて形成された容器に接続することもできる。

以上、本発明の実施例を説明したが、材料、形状、配置等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

マイクロバルブの一実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図である。 図１に示したマイクロバルブの動作を説明するための断面図であり、（Ａ）はバルブが開いた状態、（Ｂ）はバルブが閉じた状態を示す。 図１に示したマイクロバルブを形成するための製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。 マイクロバルブの他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図である。 図４に示したマイクロバルブを形成するための製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。 隙間形成用シリコン膜の形成領域を説明するための平面図である。 マイクロポンプの一実施例を示す断面図である。 図７に示したマイクロポンプの動作を説明するための断面図であり、（Ａ）は吸引動作の状態、（Ｂ）は吐出動作の状態を示す。 図８に示したマイクロバルブを形成するための製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。 マイクロポンプの他の実施例を示す断面図である。 マイクロポンプのさらに他の実施例を示す断面図である。 図１１に示したマイクロポンプの動作を説明するための断面図であり、（Ａ）は吸引動作の状態、（Ｂ）は吐出動作の状態を示す。 マイクロポンプのさらに他の実施例を示す断面図である。 マイクロポンプのさらに他の実施例を示す断面図である。 マイクロバルブのさらに他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図である。 マイクロバルブのさらに他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図である。 マイクロバルブのさらに他の実施例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図である。 図１７に示したマイクロバルブを形成するための製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。 図１７に示したマイクロバルブを形成するための製造方法の一実施例を説明するための工程断面図である。 製造方法の実施例の一部分であって他のカバー膜形成工程を説明するための工程断面図である。 マイクロポンプのさらに他の実施例を示す図であり、平面図とその平面図のＡ−Ａ位置での断面を示している。

符号の説明

１ ＳＯＩ基板
１ａ 絶縁層
１ｂ シリコン層
３，３５ 埋込み酸化膜
５，４５ カバー膜
５ａ，４５ａ 第１開口
５ｂ，４５ｂ 第２開口
５ｃ 第３開口
７ 第１シリコン除去部
９，３９，４３ 可動膜
９ａ，３９ａ，４３ａ 可動部分
１１ 隙間
１５ 隙間形成用シリコン膜
１７ マイクロバルブ
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２５ｄ 隔壁
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ 空洞
２９ 圧電素子
３７ 第２シリコン除去部
４１ 第２マイクロバルブ
４９ カバー基板（隔壁）

Claims (10)

1. 絶縁層上に形成された半導体層と、
   前記半導体層の一部分が除去されて形成された第１半導体層除去部と、
   前記第１半導体層除去部の底面とは間隔をもって前記第１半導体層除去部を覆って前記半導体層上に形成されたカバー膜と、
   前記カバー膜の前記第１半導体層除去部と対向する部分の一部分に形成された第１開口と、
   上方から見て前記第１開口の少なくとも一部分を覆って前記カバー膜上に形成された可動膜と、を備え、
   前記可動膜は前記第１開口上に配置された前記可動膜の可動部分が前記カバー膜の上面に対して略垂直方向で移動できるように片持ち状態に前記カバー膜に固定されており、
   前記可動膜の可動部分が前記カバー膜の上面に対して略垂直方向で移動して前記可動膜と前記カバー膜との間の隙間の大きさが変化することによって前記第１半導体層除去部と前記カバー膜上の空間との間でバルブとして機能するマイクロバルブ。
2. 前記可動膜は上方から見て前記第１開口を完全に覆っている請求項１に記載のマイクロバルブ。
3. 請求項１又は２に記載のマイクロバルブと、
   前記カバー膜の前記第１半導体層除去部と対向する部分の一部分に前記第１開口とは異なる位置で形成され、前記可動膜で覆われていない第２開口と、
   前記カバー膜上に形成され、前記第１開口又は前記第２開口のいずれかに連通する空洞を形成するための第１隔壁と、
   前記第１隔壁の壁面を変形させるための圧電素子と、を備えたマイクロポンプ。
4. 請求項１又は２に記載のマイクロバルブと、
   前記基板に前記第１半導体層除去部とは異なる位置で形成された第２半導体層除去部と、
   前記カバー膜が前記第２半導体層除去部の底面とは間隔をもって前記第２半導体層除去部上も覆っており、前記カバー膜の前記第２半導体層除去部と対向する部分の一部分に形成された第３開口と、
   前記カバー膜上に形成され、前記第１開口及び前記第３開口の両方に連通する空洞を形成するための第２隔壁と、
   前記第２隔壁の壁面を変形させるための圧電素子と、を備えたマイクロポンプ。
5. 以下の工程（Ａ）〜（Ｄ）をその順に含むマイクロバルブの製造方法。
   （Ａ）絶縁層上に形成された半導体層に第１半導体層除去部の形成領域を画定するための溝を前記絶縁層に到達させて形成し、その溝に絶縁膜を埋め込む第１半導体層除去部形成領域画定工程、
   （Ｂ）前記半導体層上に、前記第１半導体層除去部の形成領域内に配置された第１開口及び前記第１開口とは異なる位置で前記第１半導体層除去部の形成領域内に配置された第２開口もつカバー膜を絶縁材料によって形成するカバー膜形成工程、
   （Ｃ）前記半導体層上及び前記カバー膜上に絶縁材料からなる可動膜を形成する工程であって、前記可動膜を、前記第２開口を覆わず、かつ、前記可動膜の可動部分となる部分の端部が前記第１開口に位置する前記半導体層上に配置されるように形成する可動膜形成工程、
   （Ｄ）半導体層と絶縁材料に対するエッチング選択比の高い薬液を用いた等方性エッチング技術によって前記第１半導体層除去部の形成領域の前記半導体層を除去して第１半導体層除去部を形成する第１半導体層除去部形成工程。
6. 前記可動膜形成工程（Ｃ）で、前記可動膜を、前記可動膜の可動部分が前記第１開口に位置する前記半導体層上に配置され、かつ前記可動膜の可動部分の端部の一部又は全部が前記カバー膜上に配置されるように形成し、前記第１半導体層除去部形成工程（Ｄ）の後、以下の工程（Ｅ）を含む請求項５に記載のマイクロバルブの製造方法。
   （Ｅ）等方性エッチング技術によって前記カバー膜及び前記可動膜の一部分を除去する工程であって、前記カバー膜と前記可動膜の前記可動部分との間に隙間を形成する程度に前記カバー膜及び前記可動膜の一部分を除去する可動部分形成工程。
7. 前記可動膜形成工程（Ｃ）で前記可動膜を前記半導体層及び前記カバー膜とはエッチング選択比が高い絶縁材料によって形成し、
   前記可動部分形成工程（Ｅ）で等方性エッチング技術によって前記カバー膜の一部分を除去することによって前記隙間を形成する請求項６に記載のマイクロバルブの製造方法。
8. 前記カバー膜形成工程（Ｂ）と前記可動膜形成工程（Ｃ）との間に、前記第１開口に位置する前記カバー膜と前記半導体層の境界の一部分又は全部を覆う隙間形成用半導体膜を前記カバー膜上及び前記半導体層上に形成する隙間形成用半導体膜形成工程（Ｂ１）を含み、
   前記可動膜形成工程（Ｃ）で、前記可動膜を、前記可動膜の可動部分の端部が前記隙間形成用半導体膜上に配置され、かつ前記隙間形成用半導体膜の一部分が露出するように前記カバー膜上及び前記隙間形成用半導体膜上に形成し、
   前記第１半導体層除去部形成工程（Ｄ）で前記半導体層を除去するのと同時に前記隙間形成用半導体膜を除去する請求項５に記載のマイクロバルブの製造方法。
9. 前記可動膜形成工程（Ｃ）で前記可動膜を前記半導体層及び前記カバー膜に対してエッチング選択比が高い材料によって形成する請求項８に記載のマイクロバルブの製造方法。
10. 前記可動膜形成工程（Ｃ）で前記第１開口の全部を覆うように前記可動膜を形成する請求項６から９のいずれか一項に記載のマイクロバルブの製造方法。

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