JP2628019B2 - Manufacturing method of electrostatically driven microactuator and valve, and electrostatically driven pump - Google Patents

Manufacturing method of electrostatically driven microactuator and valve, and electrostatically driven pump

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JP2628019B2
JP2628019B2 JP6080307A JP8030794A JP2628019B2 JP 2628019 B2 JP2628019 B2 JP 2628019B2 JP 6080307 A JP6080307 A JP 6080307A JP 8030794 A JP8030794 A JP 8030794A JP 2628019 B2 JP2628019 B2 JP 2628019B2
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metal film
film
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electrostatically driven
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、基板表面上に薄膜を形
成する半導体薄膜製造装置において用いられる静電駆動
型マイクロアクチュエータとマイクロバルブの製作方
法、及び静電駆動型マイクロアクチュエータを用いた静
電駆動型マイクロバルブとポンプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an electrostatically driven microactuator and a microvalve used in a semiconductor thin film manufacturing apparatus for forming a thin film on a substrate surface, and to a method for manufacturing an electrostatically driven microactuator. The present invention relates to an electrically driven microvalve and a pump.

【0002】[0002]

【従来の技術】微小な流量を制御する目的で、弁体に相
当する一端が固定された薄板と、その薄板面の下流に配
置された流体用開口部を有する電極とからなる構造を持
ち、静電力によって薄板を変位させることにより、流体
用開口部を薄板で開閉する方式のマイクロバルブが、プ
ロシーディング・オブ・ジ・アイ・イー・イー・イー・
マイクロ・エレクトロメカニカル・システム(Proceedi
ngs of the IEEE MicroElectro Mechanical System)第
95−98頁、1990年に記載されている。
2. Description of the Related Art For the purpose of controlling a minute flow rate, a thin plate having one end fixed to a valve body and an electrode having a fluid opening disposed downstream of the thin plate surface are provided. A micro-valve that uses a thin plate to open and close the fluid opening by displacing the thin plate by electrostatic force is called Proceeding of the IEE.
Micro-electromechanical system (Proceedi
ngs of the IEEE MicroElectro Mechanical System), pp. 95-98, 1990.

【0003】この従来知られているマイクロバルブは、
シリコン基板上に配置され平板状の電極を含み流体が貫
流する開口部を有する誘電体と、流体が貫流する開口部
を開閉する平板状電極を含む誘電体の弁体で構成され、
前記電極間相互に生じる静電引力で薄板をなす前記弁体
をシリコン基板上に設けられた電極面に吸着させ、該電
極側の構造体の一部に開けられている前記開口部を閉じ
る構造になっている。
[0003] This conventionally known microvalve is:
It is composed of a dielectric material having an opening through which a fluid flows through including a flat electrode disposed on a silicon substrate, and a dielectric valve body including a flat electrode that opens and closes an opening through which the fluid flows,
A structure in which the valve body forming a thin plate is attracted to an electrode surface provided on a silicon substrate by an electrostatic attractive force generated between the electrodes, and the opening portion opened in a part of the electrode-side structure is closed. It has become.

【0004】上記のマイクロバルブでは、流体が貫流す
る開口部の開閉には、比較的長い時間を要する。これ
は、弁体である薄板のバネの復帰力の速さでバルブの応
答性が制限されてしまうためである。更に、前記弁体が
流体用開口部を閉じる際の静電引力は、薄板のバネの復
帰力より十分大きいことが必要である。しかし、静電引
力は電極間の距離の2乗に反比例するため、バネの復帰
力に打ち勝つのに十分な静電力を得るには、前記の従来
構造では、前記弁体薄板とシリコン基板上に設けられた
電極との間隙を例えば数十μm以内にする必要がある。
In the above-described microvalve, opening and closing the opening through which the fluid flows requires a relatively long time. This is because the response of the valve is limited by the speed of the return force of the thin plate spring as the valve element. Further, the electrostatic attraction when the valve element closes the fluid opening needs to be sufficiently larger than the return force of the thin plate spring. However, since the electrostatic attraction is inversely proportional to the square of the distance between the electrodes, in order to obtain an electrostatic force sufficient to overcome the return force of the spring, in the above-described conventional structure, the valve body thin plate and the silicon substrate are placed on the silicon substrate. It is necessary that the gap with the provided electrode is, for example, within several tens of μm.

【0005】従って、前記構造のマイクロバルブでは、
前記開口部が開いているときに流すことのできる流体の
流量は、前記間隙により制限されるため、少なくなる。
希薄なガスを扱う半導体薄膜製造装置に上記マイクロバ
ルブを用いた場合、2sccm以上の流量を得ることが
できないという問題がある。
Therefore, in the micro valve having the above structure,
The flow rate of the fluid that can flow when the opening is open is reduced because it is limited by the gap.
When the above-described microvalve is used in a semiconductor thin film manufacturing apparatus that handles a rare gas, there is a problem that a flow rate of 2 sccm or more cannot be obtained.

【0006】ガスバルブをマイクロ化する手段として、
犠牲層を利用して静電駆動型バルブの弁体を金属膜であ
るS字形状のフィルムとして製作する方法が、本発明者
らの先願である特願平4−136622号に記載されて
いる。該特願平4−136622号に記載された静電力
で駆動するフィルム型アクチュエータを利用した静電駆
動型ガスバルブは、弁体の役をなすフィルムを、該フィ
ルムの駆動源である電極が近接している部分から順次静
電力により引きつけて移動させるため、弁体の開閉スト
ロークに制限がなく、コンダクタンスを任意に設定する
ことができる。また、バルブの開閉は、静電力のみで行
い、フィルム自体のバネ力による復帰力は関与していな
いので、弁の高速な開閉が可能となる。
As means for micronizing a gas valve,
A method of manufacturing a valve body of an electrostatic drive type valve as an S-shaped film as a metal film using a sacrificial layer is described in Japanese Patent Application No. 4-136622, which is a prior application of the present inventors. I have. An electrostatically driven gas valve using a film type actuator driven by electrostatic force described in Japanese Patent Application No. 4-136622 discloses an electrostatically driven gas valve in which a film serving as a valve element is placed close to an electrode serving as a drive source of the film. Since it is sequentially moved by being attracted by electrostatic force from the portion where it is, the opening / closing stroke of the valve body is not limited, and the conductance can be set arbitrarily. Further, the opening and closing of the valve is performed only by electrostatic force, and the return force by the spring force of the film itself is not involved, so that the valve can be opened and closed at high speed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記特願平4−136
622号に記載された技術は、可動部であるS字形状フ
ィルムを製作するために、基板面に溝状の加工を行い、
その溝の内部に犠牲層を形成した後、その表面にフィル
ム材料を成膜し、その後犠牲層を除去してフィルムを可
動状態に解放している。また、フィルムのプロファイル
は基板の溝の内部の犠牲層の断面プロファイルを転写し
ている。この方法では犠牲層の断面プロファイルの制御
が難しく、一部に鋭いエッジ状のプロファイルが残る
と、成膜したS字形状フィルムがこの部分で切れてしま
うという問題があった。
SUMMARY OF THE INVENTION The aforementioned Japanese Patent Application No. 4-136 is disclosed.
The technology described in No. 622 performs a groove-like processing on a substrate surface in order to manufacture an S-shaped film as a movable portion,
After forming a sacrificial layer inside the groove, a film material is formed on the surface, and then the sacrificial layer is removed to release the film to a movable state. The profile of the film transfers the cross-sectional profile of the sacrificial layer inside the groove of the substrate. In this method, it is difficult to control the cross-sectional profile of the sacrificial layer, and if a sharp edge-shaped profile remains in a part, the formed S-shaped film is cut off at this part.

【0008】本発明の目的は、屈曲部が切断されにくい
金属膜を形成することにある。
An object of the present invention is to form a metal film in which a bent portion is not easily cut.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題は、第1の手段
として、中空部が形成され一方の面に前記中空部内で屈
曲可能な屈曲部を有す金属膜が設けられた第2の基板
と、それぞれ絶縁層で挟まれて電極をなす第1、第3の
基板とを製作し、次いで、前記第2の基板を挟んで前記
金属膜が設けられた面に前記第1基板を、前記面の裏面
に第3の基板を積層する手順を含んでなる静電駆動型マ
イクロアクチュエータの製作方法において、前記第2の
基板に前記金属膜を成膜する際に、前記第2の基板の一
方の面に溝部をエッチングにより形成し、該溝部を含む
前記面上に前記金属膜を成膜した後、前記中空部を前記
溝部が設けられている面の裏面の方向からエッチングに
より形成することで達成される。
The first object of the present invention is to provide, as a first means, a second substrate provided with a metal film having a hollow portion formed on one surface and having a bent portion which can be bent in the hollow portion. And first and third substrates each forming an electrode sandwiched by an insulating layer, and then the first substrate is placed on the surface provided with the metal film with the second substrate sandwiched therebetween. In the method of manufacturing an electrostatic drive type microactuator including a step of laminating a third substrate on a back surface of the surface, when forming the metal film on the second substrate, one of the second substrates is formed. By forming a groove on the surface of the groove by etching and forming the metal film on the surface including the groove, the hollow portion is formed by etching from the direction of the back surface of the surface on which the groove is provided. Achieved.

【0010】さらに、第2の手段として、中空部が形成
され一方の面に前記中空部内で屈曲可能な屈曲部を有す
金属膜が設けられた第2の基板と、それぞれ絶縁層で挟
まれて電極をなす第1、第3の基板とを製作し、次い
で、前記第2の基板を挟んで前記金属膜が設けられた面
に前記第1基板を、前記面の裏面に第3の基板を積層す
る手順を含んでなる静電駆動型マイクロバルブの製作方
法において、前記第1及び第3のそれぞれの基板に前記
中空部を介して開口された流体開口部をエッチングによ
り形成することで達成される。
Further, as a second means, a second substrate having a hollow portion formed thereon and a metal film having a bent portion which can be bent in the hollow portion provided on one surface thereof is sandwiched between insulating layers. First and third substrates forming electrodes are formed, and then the first substrate is provided on the surface provided with the metal film with the second substrate interposed therebetween, and the third substrate is provided on the back surface of the surface. In the method of manufacturing an electrostatically driven microvalve, comprising the steps of: laminating a fluid opening formed in the first and third substrates through the hollow portion by etching. Is done.

【0011】[0011]

【作用】第2の基板であるシリコン基板面に異方性エッ
チングで数十μmから数百μmの深さの溝部を形成す
る。次に、溝部が形成された前記シリコン基板上に弁体
の役をなす金属膜を形成する。金属膜を形成した後、水
酸化カリウム水溶液で金属膜下の前記シリコン基板を部
分的に溶解すると、金属膜はその両端部のみがシリコン
基板の平坦部に保持される構造となり、シリコン基板の
中空部に屈曲形状をなす金属膜が形成される。シリコン
基板上に形成された溝部に直に屈曲形状をなす金属膜の
屈曲部を形成することで、従来の犠牲層の断面プロファ
イルを転写するときに発生する鋭いエッジ状のプロファ
イルがなくなり、裏面からシリコン基板をエッチングし
た後でも、屈曲形状をなす金属膜の屈曲部が溝部上部で
切断されにくくなる。
A groove having a depth of several tens of μm to several hundreds of μm is formed by anisotropic etching on the surface of the silicon substrate as the second substrate. Next, a metal film serving as a valve is formed on the silicon substrate on which the groove is formed. After the metal film is formed, when the silicon substrate under the metal film is partially dissolved with an aqueous solution of potassium hydroxide, the metal film has a structure in which only both ends are held on the flat portion of the silicon substrate, and the hollow portion of the silicon substrate becomes hollow. A bent metal film is formed at the portion. By forming the bent portion of the metal film having a bent shape directly in the groove formed on the silicon substrate, the sharp edge-like profile that occurs when transferring the cross-sectional profile of the conventional sacrificial layer is eliminated, and from the back surface Even after etching the silicon substrate, the bent portion of the bent metal film is less likely to be cut above the groove.

【0012】また、上記マイクロバルブの製作方法は、
半導体微細加工技術を用いて製作することから、シリコ
ン基板上に複数のバルブを集積化することが可能となり
多機能でしかも安価なバルブを得ることができる。
Further, the method of manufacturing the micro valve is as follows.
Since the valve is manufactured by using the semiconductor fine processing technology, a plurality of valves can be integrated on a silicon substrate, and a multifunctional and inexpensive valve can be obtained.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の実施例を図1から図9を用いて説明
する。図1は静電駆動型マイクロアクチュエータ(以
下、アクチュエータという)の断面図、図2はアクチュ
エータを用いた静電駆動型マイクロバルブ(以下、バル
ブという)の断面図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view of an electrostatically driven microactuator (hereinafter, referred to as an actuator), and FIG. 2 is a sectional view of an electrostatically driven microvalve (hereinafter, referred to as a valve) using an actuator.

【0014】図1に示すアクチュエータは、一方の面に
金属膜である弁体をなすフィルム7が形成され前記面の
裏面に絶縁層4が形成された第2の基板2Aが中間層と
して配置され、前記基板2Aのフィルム7が形成された
面に対向して絶縁層4Aを介して配置された第1の基板
1Aと、前記基板2Aの絶縁層4が形成された面に対向
して絶縁層4Bを介して配置された第3の基板3Aとが
積層されて3階層をなしている。前記基板2Aには流体
を通過させる中空部をなすキャビティ13が形成され、
前記弁体をなすフィルム7は、前記基板1Aの前記キャ
ビティ13側に突起している凸部により前記基板2Aに
対向している基板3Aの面に接するまで1部屈曲された
屈曲部(以下、S字部という)をもつ形状(以下、S字
形状という)をし、その両端部のみが前記基板2Aの平
坦部に保持される構造となり、両端部以外の端部は固定
されていない。
In the actuator shown in FIG. 1, a second substrate 2A, on which a film 7 serving as a valve body made of a metal film is formed on one surface and an insulating layer 4 is formed on the back surface of the surface, is disposed as an intermediate layer. A first substrate 1A disposed on the surface of the substrate 2A on which the film 7 is formed with an insulating layer 4A interposed therebetween, and an insulating layer facing the surface of the substrate 2A on which the insulating layer 4 is formed. The third substrate 3A, which is arranged via the fourth substrate 4B, is stacked to form three layers. A cavity 13 is formed in the substrate 2A as a hollow portion through which a fluid passes,
The film 7 forming the valve body is bent by one part until it comes into contact with a surface of the substrate 3A facing the substrate 2A by a convex part protruding toward the cavity 13 of the substrate 1A (hereinafter, referred to as a bent part). (Hereinafter, referred to as an S-shaped portion), and only the two end portions are held on the flat portion of the substrate 2A, and the other end portions are not fixed.

【0015】前記基板1A、及び3Aは、前記絶縁層4
A、及び4Bで囲まれ前記S字形状フィルム7の前記S
字部を駆動させる電極5A、5Bがそれぞれ形成されて
いる。また、前記基板1Aには、前記電極5Aと図示し
ない外部からのリード線を接続する電気的コンタクトエ
リア9Bが前記絶縁層4Aの1部を除去して配置されて
おり、さらに、前記電極5Aを貫通して前記フィルム7
と図示しない外部からのリード線を接続する電気的コン
タクトエリア9Aに至る孔が配置されている。また、前
記基板3Aには、前記電極5Bと図示しない外部からの
リード線を接続する電気的コンタクトエリア9Cが前記
絶縁層4Bの1部を除去して配置されている。フィルム
7のS字部の傾斜面は、前記電極5A、及び5Bに印加
する電圧を制御することで、前記キャビティ13内を左
右に移動される。
The substrates 1A and 3A are provided on the insulating layer 4
A of the S-shaped film 7 surrounded by A and 4B.
Electrodes 5A and 5B for driving the character portion are formed respectively. Further, on the substrate 1A, an electrical contact area 9B for connecting the electrode 5A and an external lead wire (not shown) is arranged by removing a part of the insulating layer 4A. Through the film 7
And a hole reaching an electrical contact area 9A for connecting an external lead wire (not shown). Further, on the substrate 3A, an electrical contact area 9C for connecting the electrode 5B and a lead wire from the outside (not shown) is arranged by removing a part of the insulating layer 4B. The slope of the S-shaped portion of the film 7 is moved left and right in the cavity 13 by controlling the voltage applied to the electrodes 5A and 5B.

【0016】図2は、前記アクチュエータを利用したバ
ルブの断面を示している。該バルブは、前記アクチュエ
ータの一部に流体が出入する流体用開口部であるポート
を加えた構成である。ポート11Aは、前記基板1Aを
貫通して前記基板2Aのキャビティ13に開口され、ポ
ート11Bは、前記基板3Aを貫通して前記基板2Aの
キャビティ13に前記ポート11Aと対向して開口され
ている。前記基板2Aのキャビティ13内の流体をフィ
ルム7のS字形状部分の位置に応じてポート11Aもし
くはポート11Bのどちらか一方から排出する構造にな
っている。キャビティ13内への流体の導入は前記基板
1Aもしくは基板3Aに形成した図示していない入口ポ
ートから行う。
FIG. 2 shows a cross section of a valve using the actuator. The valve has a configuration in which a port that is a fluid opening through which fluid flows in and out of a part of the actuator is added. The port 11A is opened to the cavity 13 of the substrate 2A through the substrate 1A, and the port 11B is opened to the cavity 13 of the substrate 2A through the substrate 3A so as to face the port 11A. . The fluid in the cavity 13 of the substrate 2A is discharged from either the port 11A or the port 11B according to the position of the S-shaped portion of the film 7. The fluid is introduced into the cavity 13 from an inlet port (not shown) formed in the substrate 1A or 3A.

【0017】図3は静電駆動型マイクロアクチュエータ
の第1の製作手順を示すプロセス図である。以下にマイ
クロアクチュエータの製作方法の詳細を述べる。
FIG. 3 is a process diagram showing a first manufacturing procedure of the electrostatic drive type microactuator. Hereinafter, a method of manufacturing the microactuator will be described in detail.

【0018】(1)図3の(a)〜(b)に示すプロセ
スの前記基板2Aの溝部形成。第2の基板である厚さ2
20μmのシリコンウエハ14Aの上面にシリコンのエ
ッチング用マスクパターン20Aを形成する。該マスク
には熱酸化で形成したシリコン酸化膜を用いた。シリコ
ンウエハ14Aに異方性エッチングで幅500μm、長
さ2〜3mm、深さ約100〜150μmの溝部28を
形成する。なお、異方性エッチングに用いたエッチャン
トは40%水酸化カリウムであり、溶液の温度は68℃
である。基板面の結晶の面方位が(100)のシリコン
ウエハを用いた場合、溝部28側壁の面方位は(11
1)となる。
(1) Forming a groove in the substrate 2A in the process shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). Thickness 2 which is the second substrate
A silicon etching mask pattern 20A is formed on the upper surface of a 20 μm silicon wafer 14A. As the mask, a silicon oxide film formed by thermal oxidation was used. A groove 28 having a width of 500 μm, a length of 2 to 3 mm, and a depth of about 100 to 150 μm is formed on the silicon wafer 14A by anisotropic etching. The etchant used for the anisotropic etching was 40% potassium hydroxide, and the temperature of the solution was 68 ° C.
It is. When a silicon wafer whose crystal orientation on the substrate surface is (100) is used, the plane orientation of the side wall of the groove 28 is (11).
1).

【0019】(2)図3の(c)に示すプロセスによる
エッチング用マスクパターンの形成。シリコンウエハ1
4Aの裏面にシリコンのエッチング用マスクパターン2
0Bを形成する。マスクには熱酸化で形成したシリコン
酸化膜を用いた。
(2) Forming an etching mask pattern by the process shown in FIG. Silicon wafer 1
4A silicon etching mask pattern 2 on back surface
OB is formed. A silicon oxide film formed by thermal oxidation was used as a mask.

【0020】(3)図3の(d)に示すプロセスによる
金属フィルムのパターニング.溝部28を有するシリコ
ンウエハ14A面にリフトオフを用いて金属フィルム8
をパターニングする。リフトオフによる金属フィルムの
パターニング手順を以下に示す。
(3) Patterning of the metal film by the process shown in FIG. The metal film 8 is formed on the surface of the silicon wafer 14A having the groove 28 by lift-off.
Is patterned. The procedure for patterning a metal film by lift-off is described below.

【0021】(a)シリコンウエハ14A上にホトレジ
ストをスピン塗布する。この時、溝の内外にホトレジス
トが十分な厚さを持つように、ホトレジストの粘度とス
ピンナの回転数を選ぶ必要がある。例えば、ホトレジス
トの粘度は35cp、スピンナの回転数は1500rp
mである。
(A) A photoresist is spin-coated on the silicon wafer 14A. At this time, it is necessary to select the viscosity of the photoresist and the rotation speed of the spinner so that the photoresist has a sufficient thickness inside and outside the groove. For example, the viscosity of the photoresist is 35 cp, and the rotation speed of the spinner is 1500 rpm.
m.

【0022】(b)ホトレジストの露光と現像を行い、
ホトレジストをパターニングする。この作業により所望
の金属フィルムパターンと反転関係にあるレジストのパ
ターンが形成される。
(B) exposing and developing the photoresist,
Pattern the photoresist. By this operation, a resist pattern having a reversal relationship with a desired metal film pattern is formed.

【0023】(c)金属フィルム8をシリコンウエハ1
4A上に形成する。
(C) The metal film 8 is applied to the silicon wafer 1
4A.

【0024】金属フィルムの形成方法及びそれに伴うパ
ターニング方法は以下のように分けられる。 1.スパッタ:膜厚2〜3μm以下の比較的薄い膜を形
成する場合のみに用いる。スパッタの場合、薄膜形成時
のガス圧、加速電圧等のパラメータを操作することで金
属薄膜の内部応力を圧縮、引張りの何れにも使用するこ
とができる。なお、膜の内部応力を10Gdyn/cm
2(ガス圧0.13Pa、スパッタレイト10Å/s)
以下にすることも可能である。スパッタで金属膜を形成
した後、金属膜下のレジストを除去することでシリコン
ウエハ上に金属膜のパターンが形成される。
The method of forming the metal film and the patterning method involved are classified as follows. 1. Sputtering: Used only when a relatively thin film having a thickness of 2 to 3 μm or less is formed. In the case of sputtering, the internal stress of the metal thin film can be used for both compression and tension by manipulating parameters such as gas pressure and acceleration voltage when forming the thin film. Note that the internal stress of the film is 10 Gdyn / cm.
2 (Gas pressure 0.13Pa, sputter rate 10 ° / s)
It is also possible to: After forming the metal film by sputtering, the resist under the metal film is removed to form a pattern of the metal film on the silicon wafer.

【0025】2.めっき:数μm以下の薄膜から数百μ
m以上の厚膜まで形成することが出来る。膜の成長速度
がスパッタに比べて早く生産性の高い薄膜形成方法であ
る。また、膜の内部応力もスパッタに比べると小さい。
めっきの場合、レジストパターン下に金属膜の下地が形
成されていればその下地上にめっき膜が成長していく。
すなわち、レジストパターンどおりにめっき膜が形成さ
れる。スパッタとめっきを併用した方法もある。先ず、
スパッタ方法でシリコンウエハ上に金属膜をパターニン
グする。次に、電解めっきもしくは無電解めっきで金属
膜パターン上にのみ金属膜を形成する。
2. Plating: From thin film of several μm or less to several hundred μ
m or more. This is a thin film forming method in which the film growth rate is faster than sputtering and high in productivity. Further, the internal stress of the film is smaller than that of sputtering.
In the case of plating, if an underlayer of a metal film is formed under the resist pattern, the plating film grows on the underlayer.
That is, a plating film is formed according to the resist pattern. There is also a method using both sputtering and plating. First,
A metal film is patterned on a silicon wafer by a sputtering method. Next, a metal film is formed only on the metal film pattern by electrolytic plating or electroless plating.

【0026】上記ではリフトオフ法に基づいた金属薄膜
のパターニング方法を示した。この他にも先ず金属薄膜
をシリコンウエハ上に形成した後、ホトリソグラフィー
で金属膜をパターニングする方法や、イオンビームで金
属膜をパターニングする方法などもある。何れの方法を
用いるかは薄膜の耐エッチング性、膜厚などから決定さ
れることが望ましい。本実施例では金属薄膜として、シ
リコンのエッチャントである水酸化カリウム水溶液に十
分耐えることが可能なニッケル、もしくはパーマロイ
(鉄ニッケル合金)を用いた。
In the above, a method of patterning a metal thin film based on the lift-off method has been described. In addition, there are a method of first forming a metal thin film on a silicon wafer and then patterning the metal film by photolithography, and a method of patterning the metal film by an ion beam. Which method is used is desirably determined from the etching resistance, the film thickness, and the like of the thin film. In this embodiment, nickel or permalloy (iron-nickel alloy) that can sufficiently withstand an aqueous solution of potassium hydroxide, which is a silicon etchant, is used as the metal thin film.

【0027】(4)図3の(e)に示すプロセスによる
S字形状フィルムの作成。シリコンウエハ14Aを
(2)で形成したウエハ裏面のマスクパターン20Bを
もとに水酸化カリウム水溶液中でエッチングすると、金
属フィルムは両端部のみがシリコンウエハに保持され
る。金属フィルムは一部に折り返しを有するS字形状を
なしている。
(4) Preparation of an S-shaped film by the process shown in FIG. When the silicon wafer 14A is etched in an aqueous potassium hydroxide solution based on the mask pattern 20B on the back surface of the wafer formed in (2), only the both ends of the metal film are held by the silicon wafer. The metal film has an S-shape with a turn in part.

【0028】(5)図3の(f)〜(l)に示すプロセ
スによるアクチュエータの組立て。(4)で製作したシ
リコンウエハ14Aと、電極5Aと絶縁層4Aと凸部2
6を有する第1の基板1Aであるシリコンウエハ14B
と、電極5Bと絶縁層4Bを有する第3の基板3Aであ
るシリコンウエハ14Cの3枚を接合することにより静
電駆動型マイクロアクチュエータができる。
(5) Actuator assembly by the process shown in FIGS. The silicon wafer 14A manufactured in (4), the electrode 5A, the insulating layer 4A, and the projection 2
Wafer 14B as a first substrate 1A having a silicon wafer 14B
And three silicon wafers 14C as the third substrate 3A having the electrode 5B and the insulating layer 4B, thereby forming an electrostatically driven microactuator.

【0029】接合には、100〜300℃の高温下でも
接着性を有する感光性ポリイミド樹脂、もしくは、30
0〜400℃の温度で接合することが可能である鉛ガラ
スを用いる。また、金属の共晶を用いて接合することも
可能である。
For bonding, a photosensitive polyimide resin having adhesiveness even at a high temperature of 100 to 300 ° C. or 30
Lead glass that can be joined at a temperature of 0 to 400 ° C. is used. It is also possible to join using a eutectic of a metal.

【0030】図4はアクチュエータの第2の製作方法の
フローを示す図であり、アクチュエータの金属フィルム
の面方向のストロークを任意に設定できるアクチュエー
タの製作方法のプロセスを示している。図3に示したア
クチュエータの第1の製作方法では、前記ストロークは
第2の基板2Aであるシリコンウエハ14Aの厚さに相
当することから、使用するシリコンウエハの厚さにより
アクチュエータのストロークは一義的に決定してしまう
という不便さがある。図4に示すアクチュエータの製作
方法は、図3に示した製作方法に数回のパターニング、
エッチング等のプロセスを加えて、アクチュエータのス
トロークを任意に設定できるようにしたものである。以
下に製作方法の詳細を述べる。
FIG. 4 is a flow chart of a second method of manufacturing an actuator, and shows a process of a method of manufacturing an actuator capable of arbitrarily setting a stroke in a plane direction of a metal film of the actuator. In the first manufacturing method of the actuator shown in FIG. 3, since the stroke corresponds to the thickness of the silicon wafer 14A as the second substrate 2A, the stroke of the actuator depends on the thickness of the silicon wafer to be used. There is the inconvenience of deciding. The manufacturing method of the actuator shown in FIG. 4 is different from the manufacturing method shown in FIG.
By adding processes such as etching, the stroke of the actuator can be arbitrarily set. The details of the manufacturing method will be described below.

【0031】(1A)図4の(a)、(b)に示すプロ
セスによるシリコンウエハの溝部形成。第2の基板2A
である厚さ200μmのシリコンウエハ15Aの両面に
シリコンエッチング用のマスクパターン21A、21B
を形成する。マスクパターン21Bは部分的に厚さが異
なるようになっている。両面のマスクパターンをもとに
シリコンウエハを水酸化カリウム水溶液中でエッチング
すると、先ず、マスクで保護されていない上面側に溝2
8が形成されていく。溝部28をある程度エッチングし
た後、下側のマスクパターン21Bの薄い部分のみをエ
ッチングして除去する。再び、両面の厚い部分のマスク
をもとに水酸化カリウム水溶液中でシリコンをエッチン
グすると、深さの異なる溝28、29が形成される。以
上のように、部分的に厚さの異なるマスクパターンを用
いることにより深さの異なる溝部を形成することができ
る。なお、溝部28と溝部29の深さの比は、マスクパ
ターン21Bの厚い部分と薄い部分の厚さを調整するこ
とで変えることができる。
(1A) Formation of a groove in a silicon wafer by the process shown in FIGS. 4A and 4B. Second substrate 2A
Mask patterns 21A and 21B for silicon etching on both surfaces of a 200 μm thick silicon wafer 15A.
To form The thickness of the mask pattern 21B is partially different. When the silicon wafer is etched in an aqueous potassium hydroxide solution based on the mask patterns on both sides, first, grooves 2 are formed on the upper surface side not protected by the mask.
8 are formed. After etching the groove 28 to some extent, only the thin portion of the lower mask pattern 21B is etched away. When the silicon is etched again in an aqueous potassium hydroxide solution using the masks of the thick portions on both sides, grooves 28 and 29 having different depths are formed. As described above, by using the mask patterns partially different in thickness, the groove portions having different depths can be formed. The ratio of the depth of the groove 28 to the depth of the groove 29 can be changed by adjusting the thickness of the thick portion and the thin portion of the mask pattern 21B.

【0032】(2A)図4の(c)〜(e)に示すプロ
セスによるS字形状フィルムの作成。上面側のマスクパ
ターン21Aのみエッチングで除去する。図4の(c)
に示す下面側のマスクパターン21Bは金属フィルムを
パターニングした後のシリコンエッチングのマスクパタ
ーンとして用いる。次に、図3の時と同様のプロセスで
金属フィルムのパターニングを行う。表面の金属フィル
ムパターン8と裏面のマスクパターン21Bをもとに4
0%水酸化カリウム水溶液中でシリコンウエハをエッチ
ングして、両端部のみがシリコンウエハに保持された金
属フィルム8を形成する。なお、フィルムの一部にはS
字部が形成されている。
(2A) Preparation of an S-shaped film by the processes shown in FIGS. Only the mask pattern 21A on the upper surface is removed by etching. FIG. 4 (c)
Is used as a mask pattern for silicon etching after patterning the metal film. Next, patterning of the metal film is performed in the same process as in FIG. 4 based on the metal film pattern 8 on the front surface and the mask pattern 21B on the back surface.
The silicon wafer is etched in a 0% aqueous solution of potassium hydroxide to form a metal film 8 having both ends held by the silicon wafer. Note that a part of the film has S
A character portion is formed.

【0033】(3A)図4の(f)〜(j)に示すプロ
セスによる凸部ウエハの作成。エッチング用マスクパタ
ーン21C及び21Dをもとに、第1の基板1Aである
シリコンウエハ15Bと第3の基板3Aであるシリコン
ウエハ15Cを、それぞれ水酸化カリウム水溶液中でエ
ッチングして、それぞれ前記シリコンウエハ15A側に
向いた凸部26と27を形成する。二つの凸部26、2
7の高さを合わせた大きさが基板2Aであるシリコンウ
エハ15Aの厚さと等しくなるようにシリコンウエハ1
5Bと15Cをエッチングする。
(3A) Producing a convex wafer by the processes shown in FIGS. Based on the etching mask patterns 21C and 21D, the silicon wafer 15B as the first substrate 1A and the silicon wafer 15C as the third substrate 3A are respectively etched in a potassium hydroxide aqueous solution, and the silicon wafers are respectively etched. The projections 26 and 27 facing the 15A side are formed. Two convex portions 26, 2
7 so that the height of the silicon wafer 1 is equal to the thickness of the silicon wafer 15A as the substrate 2A.
Etch 5B and 15C.

【0034】凸部を有しているシリコンウエハ15B及
び15Cの表面にそれぞれ絶縁層4A、4Bと電気的コ
ンタクトエリア9B、9Cを形成する。前記絶縁層4
A、4Bにはシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を
用いた。電極5A、5Bにはバルクのシリコンウエハ1
5B、15Cをそれぞれ利用した。
The insulating layers 4A and 4B and the electrical contact areas 9B and 9C are formed on the surfaces of the silicon wafers 15B and 15C having the convex portions, respectively. The insulating layer 4
A and 4B used a silicon oxide film or a silicon nitride film. Bulk silicon wafer 1 is applied to electrodes 5A and 5B.
5B and 15C were used, respectively.

【0035】(4A)図4の(k)〜(l)に示すプロ
セスによるアクチュエータの組立て。シリコンウエハ1
5Aと、電極5Aと絶縁層4Aと凸部26を有するシリ
コンウエハ15Bと、電極5Bと絶縁層4Bと凸部27
を有するシリコンウエハ15Cとの3枚の基板を図3の
時と同様に接合することにより金属フィルムのストロー
クを任意に設定できる静電駆動型マイクロアクチュエー
タができる。
(4A) Actuator assembly by the process shown in FIGS. 4 (k) to (l). Silicon wafer 1
5A, an electrode 5A, an insulating layer 4A, and a silicon wafer 15B having a convex portion 26; an electrode 5B, an insulating layer 4B, and a convex portion 27;
By bonding the three substrates with the silicon wafer 15C having the same as in the case of FIG. 3, an electrostatically driven microactuator capable of arbitrarily setting the stroke of the metal film can be obtained.

【0036】上記製作方法の場合、アクチュエータのス
トロークは凸部26の高さに相当する。凸部27の高さ
は溝部29の深さとほぼ等しくなるようにする。また、
組み立てるときフィルムをS字形状にする凸部26の高
さはシリコンウエハ15Aの厚さから凸部27の高さを
引いた値にする。例えば、シリコンウエハ15Aの厚さ
を200μm、溝部29の深さを100μm、凸部2
6、27の高さをそれぞれ100μm、100μmにす
ればフィルムの面方向のストロークは100μmにな
る。
In the case of the above manufacturing method, the stroke of the actuator corresponds to the height of the convex portion 26. The height of the projection 27 is set to be substantially equal to the depth of the groove 29. Also,
When assembling, the height of the convex portion 26 for making the film into an S-shape is a value obtained by subtracting the height of the convex portion 27 from the thickness of the silicon wafer 15A. For example, the thickness of the silicon wafer 15A is 200 μm, the depth of the groove 29 is 100 μm,
If the heights of 6, 27 are 100 μm and 100 μm, respectively, the stroke in the plane direction of the film becomes 100 μm.

【0037】以上のことから、溝部28の深さ、溝部2
9の深さ、凸部26の高さ、および凸部27の高さ、を
変えることにより任意のストロークを有するアクチュエ
ータを製作することができる。
From the above, the depth of the groove 28, the groove 2
By changing the depth 9, the height of the projection 26, and the height of the projection 27, an actuator having an arbitrary stroke can be manufactured.

【0038】図5はアクチュエータの第1の基板である
上部電極の第1の製作方法のフローを示す図であり、凸
部26が形成された第1の基板のシリコンウエハ16A
の製作手順を示すプロセス図である。図3及び図4の実
施例ではアクチュエータの全体的なプロセス、特に金属
フィルムの作成を主に述べ、シリコンウエハへの凸部の
形成の詳細については触れなかった。ここでは図5を用
いて凸部シリコンウエハ製作方法の詳細を述べる。
FIG. 5 is a diagram showing a flow of a first manufacturing method of the upper electrode, which is the first substrate of the actuator, and shows the first substrate silicon wafer 16A on which the convex portions 26 are formed.
FIG. 4 is a process diagram showing a manufacturing procedure of the first embodiment. The embodiments of FIGS. 3 and 4 mainly describe the overall process of the actuator, particularly the preparation of a metal film, and did not mention the details of the formation of the protrusions on the silicon wafer. Here, the details of the method of manufacturing the convex silicon wafer will be described with reference to FIG.

【0039】(1B)図5の(a)に示すプロセスによ
るエッチング用マスクパターンの形成。第1の基板1A
である厚さ400μmのシリコンウエハ16Aの両面に
熱酸化(温度1100℃)でエッチング用マスクパター
ンであるシリコン酸化膜22A、22Bおよび22Cを
それぞれ形成する。シリコン酸化膜22Aを図5の
(a)に示すようにホトリソグラフィーでパターニング
する。ウエハ表面のシリコン酸化膜22Aには基板2A
の電気的コンタクトエリア9Aに至る孔30を形成する
ためのパターンが形成されている。ウエハ裏面のシリコ
ン酸化膜には、厚い部分22Bと薄い部分22Cのよう
に部分的に厚さを異ならしてパターニングされている。
(1B) Formation of an etching mask pattern by the process shown in FIG. First substrate 1A
Silicon oxide films 22A, 22B and 22C as etching mask patterns are formed on both surfaces of a 400 μm thick silicon wafer 16A by thermal oxidation (temperature 1100 ° C.). The silicon oxide film 22A is patterned by photolithography as shown in FIG. The substrate 2A is formed on the silicon oxide film 22A on the wafer surface.
A pattern for forming a hole 30 reaching the electrical contact area 9A is formed. The silicon oxide film on the back surface of the wafer is patterned so as to have partially different thicknesses like a thick portion 22B and a thin portion 22C.

【0040】(2B)図5の(b)〜(c)に示すプロ
セスによる電気的コンタクトエリアに至る孔及び凸部の
形成。上記両面のマスクパターンであるシリコン酸化膜
22Aとシリコン酸化膜22Bとシリコン酸化膜22C
それぞれをもとにシリコンウエハ16Aを40%水酸化
カリウム水溶液中(温度68℃)で異方性エッチングす
ると、先ず、電気的コンタクトエリアに至る孔30部分
のみがエッチングされる。次に、下側のマスクパターン
22Cをエッチングして膜厚が薄い部分のみを除去す
る。再度、シリコンウエハ16Aを水酸化カリウム水溶
液中でエッチングして電気的コンタクトエリアに至る孔
と凸部26を形成する。その後、エッチング用マスクパ
ターンであるシリコン酸化膜22A、及びシリコン酸化
膜22Bを除去する。
(2B) Formation of holes and projections reaching the electrical contact area by the processes shown in FIGS. 5B to 5C. The silicon oxide film 22A, the silicon oxide film 22B, and the silicon oxide film 22C which are the mask patterns on the both surfaces.
When the silicon wafer 16A is anisotropically etched in a 40% aqueous potassium hydroxide solution (at a temperature of 68 ° C.) based on each of them, first, only the holes 30 reaching the electrical contact area are etched. Next, the lower mask pattern 22C is etched to remove only a thin portion. Again, the silicon wafer 16A is etched in an aqueous potassium hydroxide solution to form a hole reaching the electrical contact area and the projection 26. After that, the silicon oxide film 22A and the silicon oxide film 22B which are the etching mask patterns are removed.

【0041】(3B)図5の(d)に示すプロセスによ
る絶縁層と電気コンタクトエリアの作成。シリコンウエ
ハ16Aの表面に熱酸化でシリコン酸化膜4Aを形成す
る。シリコン酸化膜4Aが凸部26と図示しないS字形
状フィルムとを電気的に絶縁する。S字形状フィルムを
駆動する電極5Aにはシリコンウエハ16Aを利用す
る。なお、絶縁層4Aの一部には前記電極と図示しない
外部アクチュエータ駆動用電気回路を電気的に接続する
ための電気コンタクトエリア9Bが形成されている。
(3B) Creation of an insulating layer and an electric contact area by the process shown in FIG. A silicon oxide film 4A is formed on the surface of the silicon wafer 16A by thermal oxidation. The silicon oxide film 4A electrically insulates the protrusion 26 from an S-shaped film (not shown). The silicon wafer 16A is used for the electrode 5A for driving the S-shaped film. An electric contact area 9B for electrically connecting the electrodes to an electric circuit for driving an external actuator (not shown) is formed in a part of the insulating layer 4A.

【0042】図6はアクチュエータの第1の基板である
上部電極の第2の製作方法のフローを示す図であり、凸
部が形成された第1の基板であるシリコンウエハ17A
の他の製作手順を示すプロセス図である。実際には、図
1〜5に示したアクチュエータは、シリコンウエハにバ
ッチ処理で製作するため、3枚のシリコンウエハを接合
した後、ダイシングソーで個々のアクチュエータに分割
されている。
FIG. 6 is a diagram showing a flow of a second method of manufacturing the upper electrode, which is the first substrate of the actuator, and shows the silicon wafer 17A, which is the first substrate on which the projections are formed.
FIG. 7 is a process diagram showing another manufacturing procedure. Actually, since the actuators shown in FIGS. 1 to 5 are manufactured by batch processing on silicon wafers, three silicon wafers are joined and then divided into individual actuators by a dicing saw.

【0043】図5に示した実施例では凸部を有するシリ
コンウエハ16Aの下側端部はシリコンウエハが剥き出
しになってしまい、S字形状フィルムパターン7と上部
電極5Aとがアクチュエータの端部において近接してい
る。このため、S字形状フィルムを高速駆動させるため
に高電圧を電極5Aに印加すると、端部での電界強度が
大きくなり絶縁破壊が生じやすくなる。上記問題を解決
するために、図6の実施例では凸部を有するシリコンウ
エハ17Aのフィルム7側の面の両端部にテーパ構造を
設けている。テーパを設けることで分割したアクチュエ
ータ端部での絶縁耐圧を高くすることが可能となり高電
圧印加によるフィルムの高速移動が可能になる。
In the embodiment shown in FIG. 5, the silicon wafer is exposed at the lower end of the silicon wafer 16A having the convex portion, and the S-shaped film pattern 7 and the upper electrode 5A are connected at the end of the actuator. Close. Therefore, when a high voltage is applied to the electrode 5A in order to drive the S-shaped film at a high speed, the electric field strength at the end becomes large and dielectric breakdown easily occurs. In order to solve the above problem, in the embodiment of FIG. 6, tapered structures are provided at both ends of the surface on the film 7 side of the silicon wafer 17A having a convex portion. By providing the taper, it is possible to increase the withstand voltage at the divided actuator ends, and the film can be moved at high speed by applying a high voltage.

【0044】なお、シリコンウエハ内に形成したアクチ
ュエータを分割すること無く、すべてのアクチュエータ
をシリコンウエハ内で同位相で同時に動作させるときに
はテーパ構造は必要ではない。
When all the actuators are simultaneously operated in the same phase in the silicon wafer without dividing the actuators formed in the silicon wafer, the tapered structure is not necessary.

【0045】図2に示した静電駆動型マイクロバルブ
は、図1、及び図3〜図6に示したマイクロアクチュエ
ータの上下電極に流体が入出するポートを付加したもの
である。従って、マイクロアクチュエータの製作方法と
異なる点は上下電極の製作方法である。
The electrostatically actuated microvalve shown in FIG. 2 has a structure in which ports for allowing fluid to flow in and out of the upper and lower electrodes of the microactuator shown in FIGS. 1 and 3 to 6 are added. Therefore, the difference from the method of manufacturing the microactuator is the method of manufacturing the upper and lower electrodes.

【0046】図7及び図8はそれぞれ図2に示した静電
駆動型マイクロバルブの第1の基板1Bである上部電極
5Aと第3の基板3Bである下部電極5Bの製作方法を
示すプロセス図である。図7の凸部シリコンウエハ18
Aの製作方法は基本的には図5及び図6に示したシリコ
ンウエハの製作方法と同一である。異なる点は、流体が
出入する流体開口部であるポート11Aを電気的コンタ
クトホール9Aに至る孔と一緒に形成することである。
図8のシリコンウエハ19Aは異方性エッチングで流体
が出入する流体開口部であるポート11Bを加えたのも
である。
FIGS. 7 and 8 are process diagrams showing a method of manufacturing the upper electrode 5A as the first substrate 1B and the lower electrode 5B as the third substrate 3B of the electrostatically driven microvalve shown in FIG. It is. The convex silicon wafer 18 of FIG.
The method of manufacturing A is basically the same as the method of manufacturing the silicon wafer shown in FIGS. The difference is that the port 11A, which is a fluid opening through which fluid enters and exits, is formed together with the hole leading to the electrical contact hole 9A.
The silicon wafer 19A shown in FIG. 8 has a port 11B which is a fluid opening through which a fluid flows in and out by anisotropic etching.

【0047】図9は静電駆動型マイクロバルブの他の実
施例を示している。図1から図8に示した実施例では上
下の電極にシリコンウエハを利用している。従って、シ
リコンウエハ上にマイクロアクチュエータもしくはマイ
クロバルブをバッチ処理で製作した場合、シリコンウエ
ハ上の各アクチュエータを電気的に独立駆動することが
できない。図9は電気的に独立駆動することが可能な静
電駆動型マイクロバルブを製作するための3枚のシリコ
ン基板(a)、(b)、及び(c)を示している。な
お、図9のシリコン基板はシリコンウエハ内のバルブの
1部分を示している。
FIG. 9 shows another embodiment of the electrostatically driven microvalve. In the embodiment shown in FIGS. 1 to 8, silicon wafers are used for upper and lower electrodes. Therefore, when a microactuator or microvalve is manufactured on a silicon wafer by batch processing, each actuator on the silicon wafer cannot be electrically driven independently. FIG. 9 shows three silicon substrates (a), (b), and (c) for manufacturing an electrostatically driven microvalve that can be electrically driven independently. The silicon substrate in FIG. 9 shows a part of the valve in the silicon wafer.

【0048】図9の(a)、(b)、及び(c)はそれ
ぞれ順に、第1の基板である上部電極用ウエハ、第2の
基板であるS字形状フィルムウエハ、第3の基板である
下部電極用ウエハの平面図を示している。各3枚のウエ
ハを(a)(b)(c)の順で接合することにより、図
1から図8に示したような構成のマイクロバルブを製作
することができる。なお、図9(a)rと図9(c)r
はそれぞれ図9(a)と図9(c)に示した基板の裏面
を示している。
FIGS. 9A, 9B, and 9C show an upper electrode wafer as a first substrate, an S-shaped film wafer as a second substrate, and a third substrate, respectively. FIG. 2 shows a plan view of a certain lower electrode wafer. By bonding each of the three wafers in the order of (a), (b), and (c), a microvalve having a configuration as shown in FIGS. 1 to 8 can be manufactured. 9 (a) r and 9 (c) r
Indicates the back surface of the substrate shown in FIGS. 9A and 9C, respectively.

【0049】図9(a)の上部電極用ウエハは、流体開
口部12Aと、電極取り出し用スルーホール10A、1
0B、及び10Cと、上部電極パターン6Aと、凸部2
6と、電極パターン上に形成した図示していない絶縁層
からなる。電極取り出し用スルーホール10A、10
B、10Cはそれぞれ、S字形状フィルムと外部駆動回
路、下部電極パターンと外部駆動回路、上部電極パター
ンと外部回路とを接続するためのものである。図9
(b)のS字形状フィルムウエハは、両端部のみがシリ
コンウエハに保持されたフィルム8からなる。図9
(c)の下部電極用ウエハは、流体貫流用の開口部12
B、12Cと下部電極パターン6Bと、電極パターン上
に形成した図示していない絶縁層とからなる。
The upper electrode wafer shown in FIG. 9A has a fluid opening 12A and through-holes 10A for extracting electrodes.
0B and 10C, the upper electrode pattern 6A, and the projection 2
6 and an insulating layer (not shown) formed on the electrode pattern. Electrode extraction through holes 10A, 10
B and C are for connecting the S-shaped film and the external drive circuit, the lower electrode pattern and the external drive circuit, and the upper electrode pattern and the external circuit, respectively. FIG.
The S-shaped film wafer of (b) consists of the film 8 held at both ends only by the silicon wafer. FIG.
The lower electrode wafer (c) has an opening 12 for fluid flow through.
B, 12C, a lower electrode pattern 6B, and an insulating layer (not shown) formed on the electrode pattern.

【0050】図9には流体貫流用の開口部12Cから導
入した流体を開口部12Aもしくは12Bのどちらか一
方から排出する切り替え弁を示している。上部電極用ウ
エハ及び下部電極用ウエハに形成する流体開口部の形状
及び数を変えることにより、オンオフバルブや、流量を
離散的に変えるバルブなどを実現出来る。シリコンウエ
ハ上に形成した各バルブにはそれぞれ駆動用電極パター
ンが形成されているので、複数のバルブを独立に駆動さ
せることが出来る。
FIG. 9 shows a switching valve for discharging the fluid introduced from the opening 12C for fluid flow through one of the openings 12A and 12B. By changing the shape and number of the fluid openings formed in the upper electrode wafer and the lower electrode wafer, it is possible to realize an on / off valve, a valve for discretely changing the flow rate, and the like. Since a drive electrode pattern is formed on each of the valves formed on the silicon wafer, a plurality of valves can be driven independently.

【0051】図7から図9を用いて静電駆動型バルブを
示した。上記静電駆動型アクチュエータと静電駆動型バ
ルブを組み合わせることによりポンプを製作することが
できる。例えば、二つの静電駆動型バルブと一つの静電
駆動型アクチュエータをシリコン基板に形成したチャネ
ルで接続することにより静電駆動型のポンプになる。ア
クチュエータは二つのバルブの中央部に形成され流体を
ポンピングする。二つのバルブは流体を一方向に流すた
めの逆止弁の役をなしている。
FIGS. 7 to 9 show the electrostatically driven valve. A pump can be manufactured by combining the electrostatic drive type actuator and the electrostatic drive type valve. For example, an electrostatically driven pump is obtained by connecting two electrostatically driven valves and one electrostatically driven actuator via a channel formed in a silicon substrate. An actuator is formed at the center of the two valves to pump fluid. The two valves act as check valves to allow fluid to flow in one direction.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、弁体をなすフィルムの
屈曲部が切断されにくくなり、また、シリコン基板上に
複数のバルブを集積化することが可能であり、高機能
で、安価なバルブを得ることができる。
According to the present invention, the bent portion of the film forming the valve body is hard to be cut, and a plurality of valves can be integrated on a silicon substrate. You can get a valve.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の静電駆動型マイクロアクチュ
エータの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an electrostatic drive type microactuator according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例の静電駆動型マイクロバルブの
断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of an electrostatic drive type microvalve according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例の静電駆動型アクチュエータの
第1の製作方法のフローを示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a flow of a first manufacturing method of the electrostatic drive type actuator according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例の静電駆動型アクチュエータの
第2の製作方法のフローを示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a flow of a second method of manufacturing the electrostatic drive type actuator according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例の静電駆動型アクチュエータの
上部電極の第1の製作方法のフローを示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a flow of a first method of manufacturing an upper electrode of the electrostatic drive type actuator according to the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例の静電駆動型アクチュエータの
上部電極の第2の製作方法のフローを示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a flow of a second method of manufacturing the upper electrode of the electrostatic drive type actuator according to the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例の静電駆動型マイクロバルブの
上部電極の製作方法のフローを示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a flow of a method of manufacturing an upper electrode of the electrostatically driven microvalve according to the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例の静電駆動型マイクロバルブの
下部電極製作方法のフローを示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a flow of a method of manufacturing a lower electrode of the electrostatically driven microvalve according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例の静電駆動型マイクロバルブの
他の例の各プレートを示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing each plate of another example of the electrostatically driven microvalve according to the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A,1B 第1の基板 2A,2B 第2の基板 3A,3B 第3の基板 4,4A,4B 絶縁層 5,5A,5B 電極 6A,6B 電極 7 フィルム 8 フィルム 9A,9B,9C 電気的コンタクトエリア 10A,10B,10C 電気的コンタクトエリア 11A,11B 流体開口部 12A,12B,12C 流体開口部 13 バルブキャビティ 14A,14B,14C シリコンウエハ 15A,15B,15C シリコンウエハ 16A シリコンウエハ 17A シリコンウエハ 18A シリコンウエハ 19A シリコンウエハ 20A,20B エッチング用マスクパターン 21,21A,21B,21C,21D エッチング用
マスクパターン 22A,22B,22C エッチング用マスクパターン 23A,23B エッチング用マスクパターン 24A,24B エッチング用マスクパターン 25A,25B エッチング用マスクパターン 26 凸部 27 凸部 28 溝部 29 溝部 30 電気的コンタクトエリアに至る孔
1A, 1B First substrate 2A, 2B Second substrate 3A, 3B Third substrate 4, 4A, 4B Insulating layer 5, 5A, 5B Electrode 6A, 6B Electrode 7 Film 8 Film 9A, 9B, 9C Electrical contact Area 10A, 10B, 10C Electrical contact area 11A, 11B Fluid opening 12A, 12B, 12C Fluid opening 13 Valve cavity 14A, 14B, 14C Silicon wafer 15A, 15B, 15C Silicon wafer 16A Silicon wafer 17A Silicon wafer 18A Silicon wafer 19A Silicon wafer 20A, 20B Etching mask pattern 21, 21A, 21B, 21C, 21D Etching mask pattern 22A, 22B, 22C Etching mask pattern 23A, 23B Etching mask pattern 24 A, 24B Etching mask pattern 25A, 25B Etching mask pattern 26 Convex part 27 Convex part 28 Groove part 29 Groove part 30 Hole reaching electrical contact area

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 中空部が形成され一方の面に前記中空部
内で屈曲可能な屈曲部を有す金属膜が設けられた第2の
基板と、それぞれ絶縁層で挟まれて電極をなす第1、第
3の基板とを製作し、次いで、前記第2の基板を挟んで
前記金属膜が設けられた面に前記第1基板を、前記面の
裏面に第3の基板を積層する手順を含んでなる静電駆動
型マイクロアクチュエータの製作方法において、前記第
2の基板に前記金属膜を成膜する際に、前記第2の基板
の一方の面に溝部をエッチングにより形成し、該溝部を
含む前記面上に前記金属膜を成膜した後、前記中空部を
前記溝部が設けられている面の裏面の方向から前記溝部
を含む領域に対応する領域をエッチングして形成するこ
とと、前記第1の基板に、前記第2の基板に面する側に
突出する凸部を形成し、第2の基板に第1の基板を積層
する際に、この凸部により前記金属膜を第3の基板側に
押しつけて変形させること、を特徴とする静電駆動型マ
イクロアクチュエータの製作方法。
A second substrate provided with a metal film having a hollow portion formed on one surface and having a bendable portion in the hollow portion, and a first substrate interposed between insulating layers to form an electrode. , A third substrate, and then laminating the first substrate on the surface provided with the metal film with the second substrate interposed therebetween, and laminating the third substrate on the back surface of the surface. And forming a groove on one surface of the second substrate by etching when forming the metal film on the second substrate. after forming the metal film on the surface, the groove of the hollow portion in the direction of the rear surface of the surface on which the groove is provided
The region corresponding to the region containing
And on the side facing the first substrate, the side facing the second substrate
Forming protruding projections, laminating the first substrate on the second substrate
When the metal film is formed on the third substrate side,
A method for manufacturing an electrostatically driven microactuator , comprising pressing and deforming .
【請求項2】 前記金属膜の屈曲部の折り返しを少なく
とも一個所形成することを特徴とする請求項1に記載の
静電駆動型マイクロバルブの製作方法。
2. The method according to claim 1, wherein at least one turn of the bent portion of the metal film is formed.
【請求項3】 中空部が形成され一方の面に前記中空部
内で屈曲可能な屈曲部を有す金属膜が設けられた第2の
基板と、それぞれ絶縁層で挟まれて電極をなす第1、第
3の基板とを製作し、次いで、前記第2の基板を挟んで
前記金属膜が設けられた面に前記第1基板を、前記面の
裏面に第3の基板を積層する手順を含んでなる静電駆動
型マイクロバルブの製作方法において、前記第2の基板
に前記金属膜を成膜する際に、前記第2の基板の一方の
面に溝部をエッチングにより形成し、該溝部を含む前記
面上に前記金属膜を成膜した後、前記中空部を前記溝部
が設けられている面の裏面の方向から前記溝部を含む領
域に対応する領域をエッチングして形成し、前記第1及
び第3のそれぞれの基板に前記中空部を介して開口され
た流体開口部をエッチングにより形成することを特徴と
する静電駆動型マイクロバルブの製作方法。
3. A second substrate in which a hollow portion is formed and a metal film having a bent portion which is bendable in the hollow portion is provided on one surface, and a first substrate which is sandwiched between insulating layers to form an electrode. , A third substrate, and then laminating the first substrate on the surface provided with the metal film with the second substrate interposed therebetween, and laminating the third substrate on the back surface of the surface. The method of manufacturing an electrostatically driven microvalve comprising:
When forming the metal film on one side of the second substrate,
Forming a groove on the surface by etching, and including the groove
After forming the metal film on the surface, the hollow portion is formed into the groove portion.
From the direction of the back surface of the surface provided with
Forming a region corresponding to the region by etching, and forming a fluid opening portion opened through the hollow portion on each of the first and third substrates by etching. How to make a valve.
【請求項4】 静電駆動型アクチュエータを用いる静電
駆動型マイクロバルブにおいて、静電駆動型アクチュエ
ータが請求項1または2のうち、いずれか1項に記載の
方法で製作された静電駆動型アクチュエータであること
を特徴とする静電駆動型マイクロバルブ。
4. An electrostatic drive type microvalve using an electrostatic drive type actuator, wherein the electrostatic drive type actuator is manufactured by the method according to claim 1 or 2. An electrostatically driven microvalve characterized by being an actuator.
【請求項5】 静電駆動型マイクロバルブを用いる静電
駆動型ポンプにおいて、静電駆動型マイクロバルブが少
なくとも2つ組み合わされた請求項4に記載の静電駆動
型マイクロバルブであることを特徴とする静電駆動型ポ
ンプ。
5. An electrostatically driven microvalve using an electrostatically driven microvalve, wherein the electrostatically driven microvalve according to claim 4, wherein at least two electrostatically driven microvalves are combined. Electrostatic drive pump.
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