JP2708395B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置および半導
体装置の製造方法に係わり、特に流体の流量の電子コン
トロール、特にガスまたは液体の流量がある種の制御ロ
ジックから電子信号によりコントロールされるように構
成された、電気−流体−変換マイクロミニチュア弁に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】多くの工業機器および工業用または製造
用施設は空気等の流体圧を原動力としている。空圧動力
は機械を極めて効率的に作動し、かつアセンブリーライ
ン作業用のロボット機械にしばしば用いられる。これら
のタイプの機械はコンピューターまたは他のロジック回
路によりしばしばコントロールされる。ロジック回路は
実施すべき動作のシーケスンを決めかつ計画通りに動作
を実行するための電気信号を発信する。動作のシーケン
スが空圧により駆動される機械の部分の物理的な動作を
含む時には、コントロールロジックからの電気制御信号
を機械の部分を駆動するための空圧コントロール信号に
変換することのできる弁または変換装置の必要性が生ま
れる。 【０００３】かかる機械はしばしば多数の個別の空圧ラ
インによりコントロールされる多くの可動部分を使用す
るから、かかる電気−流体−変換弁が多数必要となるこ
とがしばしば起こる。かかる場合には電気−流体−変換
弁は廉価で、信頼性および作動効率が高く、小型でしか
も弁とコンピューターまたはコントロールロジックとの
間の電子インターフェイス回路に適合したものであるこ
とが要求される。 【０００４】極めて精度の高いロボット動作の要求され
る用途または他の極めて精度の高い動作が必要な用途で
は、空圧コントロールドライブパルスの形を精密にコン
トロールすることが必要である。他の用途、例えばガス
クロマトグラフィではコラムに入る流体パルスの形状は
コラムから正確な分析データを得るために精密にコント
ロールされなければならない。これらの用途のいずれに
おいても流体の流量のコントロールに用いられる弁はデ
ッドボリューム（dead volme）をほとんどまたは全く持
たぬ精密弁でなければならない。デッドボリュームとは
弁が解放状態から閉鎖状態に移行する時に弁の中に閉じ
込められる大きさの知り得ぬボリュームである。この閉
じ込められた流体が流れの中に混入した場合には流体パ
ルスの形状は希望の形状とは相違する。例えば典型的な
ガスクロマトグラフシステムではデッドボリュームを持
つ弁が使用される時には分離コラムに入る出力流体パル
スの端部は（任意の時点に流れるガス流のボリュームに
関して）垂直でないまたは明確な境界を示さぬことがあ
る。同様に、精密ロボット動作に対しては、動作に対す
る精密な位置制御を行うためにロボットの指および腕を
駆動するために用いられる空圧パルスに対し極めて精密
なカットオフ機構を持つことが必要である。 【０００５】電気パルスを用いて流体の流量をコントロ
ールする１つの公知の方法はスタンフォード（Stanfor
d）大学のスティーブ テリー（Steve Terry ）により
開発された電気−流体弁である。この弁はその中に薄膜
（membrane）が機械加工されたシリコンのごとき基体を
使用している。キャビティーが基体をほとんど貫通する
穴をエッチングすることにより形成される。これは底に
薄い壁体を残し、かつこれが可撓性の薄膜の作用を持
つ。薄膜がその中に形成されている第１の基体の側面に
取付けられる形で第２の基体が設けられ、かつこれには
マニホールドタイプの室をその中にエッチングされ、か
つマニホールド室の壁の中にガスの出入りのための通路
またはノズルが形成されている。マニホールド室はまた
その中に別のポートを持つことによりマニホールドの中
へのおよびノズルから外へのまたはその逆の流体の通路
を完成する。第２の基体のマニホールド室は第１の基体
の薄膜の上に位置し、しかも第１の基体のマニホールド
が撓んだ時にマニホールド室のノズルの周りに形成され
たシーリングリングに接触し、かつこれによりノズルと
マニホールドへの他のポートとの間の流体の通路を閉じ
る。第１の基体の薄膜が撓まぬ時にはマニホールド室の
ノズルは閉じられることはなく、従って流体は自由に入
口ポートおよびマニホールド室に流れ込みかつノズルを
通って流出しまたはその逆も可能である。第１の基体の
薄膜はピストンによりその上に与えられる機械力により
強制的に撓ませられる。このピストンはソレノイドまた
は他のタイプの電磁装置により駆動される。 【０００６】上記の弁の形態を持つ１つの短所はソレノ
イドが大容量の動力源を必要とし大きな動力の流量装置
であることである。さらにソレノイドまたは他の電磁装
置は大型で重量の大きいことである。第１および第２の
基体の室はソレノイドが大型でさえなければ遥かに小型
化されることができるであろう。第１および第２の基体
は従来の平面フォトリソグラフィ技法を用いてエッチン
グされるシリコンウェハであるために電気−流体弁はソ
レノイド用でさえなければサイズをさらに小さくするこ
とは可能であろう。このような従来の電気−流体弁の構
造はスペースを効率的に利用し得ない。ソレノイドはソ
レノイドのピストンが第１の基体の薄膜を押すごとく第
１の基板に機械的に取付けられ、かつソレノイドがウェ
ハのスペースの大部分を占める程に大きいために１つの
シリコンウェハには一般にかかる弁構造をわずかに３個
形成し得るに過ぎない。かかる構造の製作費は比較的高
くかつソレノイドとガラスとの接合は困難である。一般
にソレノイドは厚いパイレックスウェハにボルトとナッ
トにより固定されている。この取付けの方法は製作費が
高く、また主たる故障の原因ともなる。さらにかかる構
造は動作部分を持ち、かつこれがもう１つの故障の原因
となる。しかし、かかる構造の主要な短所は全構造が平
面フォトリソグラフィ技術によりたやすく量産すること
ができないことである。これはソレノイドがかかる技法
では製作することができないことによる。 【０００７】インクジェットプリンティングの分野で過
去に用いられた別のシステムは液体およびガスが加熱さ
れた場合に室の中に高温を生じる性質を利用した発明に
用いられた原理を利用している。この原理を具現化した
特定のシステムはヒューレットパッカード（Hewlett Pa
ckard ）のインクジェットプリンタである。このプリン
タの構造ではプリントヘッドが基体の中または上に小型
室を備えている。基体はその上に抵抗素子を持ち、かつ
室は抵抗素子の上に位置する。室はその中に小さいイン
クジェットノズルを持ち、それを通してインクは室内の
インクの圧力が大気圧を上回ると小さい液滴の形で逃出
することができる。使用に際しては、かかる構造はイン
ク滴を加熱パルスが抵抗素子に与えられる度に放射され
る。抵抗素子からの熱は室の中のインクの温度を高め、
それによりその蒸気圧力を熱力学の法則に従って高め
る。室内のインクの圧力が高まると、１つまたはそれ以
上のインク滴は室壁の中のインクジェットポートを通し
て室から強制的に排出される。かかる構造は本発明に用
いられている熱力学の原理の全く別の用法の一例であ
る。出願人が知る限り温度の上昇する閉じられた室内の
液体の膨張の原理のかかる用法は流体弁のコントロール
に未だ用いられた試しはない。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】このようにして平面リ
ソグラフィ技法など半導体製造工程において使用されて
いる技術を用いて安価に量産することができ、大量のエ
ネルギーを使用することはなく、小型でウェハのスペー
スを効果的に使用し、互いに干渉の可能性を持つ作動部
分を持たず、デッドボリュームをほとんどまたは全く持
たぬ精密カットオフ特性を持ち、かつ電気−流体弁がそ
の中に形成されるの同じ基板、例えばシリコンウェハ上
にインターフェイスまたはドライバー回路を形成するこ
とに適した電気−流体弁を提供することを目的とする。 【０００９】すなわち、本発明は、製造が容易で、小型
かつ高速制御が可能な信頼性の高い電気−流体弁を提供
することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決する手段】本発明では、上記目的を達成す
ることのできる流体を制御する電気流体弁を供給するも
のである。この弁は、固定容量の気体あるいは流体が熱
せられた時の圧力上昇と膨張の原理を利用して、気体あ
るいは流体を含んでいる空洞または室の可撓性の壁（薄
膜）または１個以上の壁を形成している薄膜を撓ませる
ものである。壁の撓みは、入力ポートからマニホールド
室を通り出力ノズルへぬけるか、またはその反対である
流体の通路を開閉するのに用いられる。弁はまた直線的
に操作され流体制御の直線性が得られる。すなわち、弁
が制御信号の大きさに適合して制御され、弁を通る流体
の流出入の率または速度が調節される。壁の撓みはま
た、温度変化あるいは測定すべき他の現象の度合を決定
するためのセンサ表示としても使用される。 【００１１】すなわち本発明によれば、ある量の物質
と、該物質を収納する凹部を形成した第１の半導体基板
であって、該凹部が少なくとも１個の可撓性の半導体基
板の壁（薄膜）を有し、該第１の半導体基板に接続さ
れ、前記凹部をハーメチックされた前記物質を捕獲する
容器とし、さらに前記凹部と交差する表面の位置近傍内
の位置に設けられた加熱手段を有する第２の基板と、前
記第１の半導体基板に接続する第３の半導体基板内に形
成され、前記可撓性の壁に隣接し、制御される流体が貫
流するように構成された穴であって該可撓性の壁と第３
の半導体基板に形成されたシーリング面との間の空間に
よって規定される穴を内部に有する流体流路手段とを有
し、前記可撓性の壁が前記シーリング面と協動して前記
流体を制御するように構成したことを特徴とする。 【００１２】かかる構成によれば、３枚の半導体基板で
構成され、第２の半導体基板にもうけられた加熱手段に
よってある物質を加熱または冷却することにより可撓性
の壁の撓み量を制御し、第２の半導体基板の可撓性の壁
と該第３の半導体基板に形成されたシーリング面との間
の空間によって規定される穴を制御して流体を制御する
ようにしているため、すべてフォトリソグラフィ工程で
容易かつ高精度に小型の装置を得ることができる。 【００１３】本発明の電気流体弁の構造には多数の変形
がある。しかしながら、各設計の主な要素は、室の１つ
の壁が薄く、可撓性のある薄膜である基体内に形成され
る室を含んでいる。室は、所定のモル数の気体または流
体を封じこんでおり、室内の流体の温度を上昇させて、
流体の場合には蒸気圧力の上昇を発生させ、気体の場合
には膨張と圧力増加を発生させるようにする方法または
手段が設けられている。この室内の物質の加熱は、いく
つかの方法のうちの１つの方法で果たすことができる。
１つの方法は、室内の１つの壁（分散抵抗の場合は、１
つかそれ以上の壁）あるいは室内のどこかに位置されて
いる抵抗熱内素子を用いて、抵抗素子に電流を流して熱
を発生させ、室内に封じこまれている流体を加熱するこ
とである。室内の流体の加熱の他の可能な方法として
は、室の外側に位置するエネルギー源より得た高周波エ
ネルギーを室内へ送り込むことにより行う室内の物質の
高周波加熱あるいは伝導性の、または対流性の、または
輻射性の熱を通しての室内の物質の加熱がある。さら
に、光学加熱手段も用いられ光学−流体変換が行われ
る。そのような構成では光は透明物質でできた壁をもつ
室内へ照射される。この光は室の壁（１つまたはそれ以
上の壁が光エネルギーを吸収する物質でコーティングさ
れていてもよい。）を加熱するか、あるいはもし室内の
物質が光を充分吸収できる程暗い流体か気体であれば室
内の物質を直接に加熱する。光エネルギーは、輻射によ
るか、あるいは光パイプまたは光ファイバガイドの助け
により、光源より伝達される。輻射光あるいは光ファイ
バーパイプは電気的雑音をひろわないので、そのような
光学−流体変換により、電気的雑音のある雰囲気で信頼
できる流体制御が提供される。 【００１４】他の実施態様では、室内に封じこまれた流
体を冷却することにより、薄膜を１つの壁としている室
（以下では、薄膜室と称する。）内の流体の温度を変化
させることが可能である。これは、トンプソンあるいは
ペルチェ冷却器により行なえる。他の型の冷却機構もま
た使用できる。例えば、単純な冷却システムあるいは輻
射、伝導または対流冷却器である。本発明の教えによれ
ば、薄膜室内の流体の温度の制御方法のいずれもこの発
明の実施の目的を満足させるであろう。 【００１５】また本発明によれば、捕獲された物質を加
熱するための手段を外部ソースから得るようにしている
ため、上記効果に加え装置自体の大きさを低減すること
が可能となる。 【００１６】本発明によれば、金属めっきいによって空
洞のまわりをシールするようにしているため、製造が容
易でかつ信頼性の高いものとなる。 【００１７】本発明によれば、すべてリソグラフィ工程
によって形成することができるため、製造が容易でかつ
高精度の寸法制御が可能である。 【００１８】本発明によれば、該空洞に、予期される最
高の周囲温度より高い沸点を有する物質を捕獲せしめ、
該ダイアフラムを動かすために該捕獲されている物質の
温度を該沸点まで上昇させるようにしているため、気体
状態で圧力変化により制御しているため、高速制御が可
能である。 【００１９】使用し得る各種の加熱構造の上述の説明よ
り推測できることであるが、本発明の教えにより構築さ
れた装置の構造は１つの応用から他の応用へ非常な変化
をするが、典型的な構造は薄膜室と加熱構造としてシリ
コンパイレックスサンドイッチ構造を利用する。薄膜室
は、シリコンウェハを殆ど貫通する程であるが薄膜室の
薄膜の所望厚さと同等の部分をウェハの反対側に残して
停止するようにしてウェハに溝をエッチングすることに
よりシリコンウェハに形成される。例えば、パラートラ
ンジスターあるいは多重入出力口を有する完全（full）
フィールドバックシステムのような他の信号処理回路を
ウェハの残りの部分に従来の処理法により予め設けてい
てもよい。この回路は、弁を形成している薄膜室により
形成されている電気流体弁と共に使用され、それによ
り、弁自体が適合した工程によっているので同じシリコ
ンウェハ上の自分のインターフェイス回路を有する弁ま
たは変換器が形成される。もちろん、薄膜室が変換器と
して使用されるのであれば、このことはセンサとしての
応用にも同じことがいえる。そして、ウェハ上のどこか
に構築された信号処理あるいは他の回路は、変換器の操
作のために変換器からの出力信号の処理、調整あるいは
その他の目的に使用できる。 【００２０】薄膜をその一部としているシリコン基体の
表面は、その内部に入力ポートおよびノズル（ノズルを
入力ポートとし他のポートを出力ポートとしてもよい）
のあるマニホールドをその内部にもった他方のウェハと
サンドイッチ状態にされる。流体マニホールドの位置は
固定され、第２のウェハが第１のウェハに取りつけられ
たとき、ノズルその周囲のシーリングリングとが撓みに
よる薄膜の行程路内に位置するようにされる。薄膜の撓
みは、流体マニホールドの入力ポートと出力ポートとの
間の流体連絡路の断面積を変化させる。もし、撓みが充
分大きければ、薄膜はノズル周辺のシーリングリングに
完全に着座しノズルを通る流出入を止める。 【００２１】この発明は転換型の弁あるいは変換器とし
て実施される。ここで使われている変換器という用語
は、変換器で測定されるあるパラメータの大きさを特性
化する出力信号を供給する装置を意味すると解釈される
べきである。測定されるパラメータは室内の流体の温度
か、あるいは室内の流体の温度に影響を与えるある他の
パラメータであ。後者の例として、室内の抵抗素子を通
る電流の量、照射光の強度等がある。他の実施例では、
本発明の教えによるセンサの構成は、薄膜に加えられた
圧力を測定することにより圧力を測定することができ
る。測定される圧力または他の影響をうけた薄膜の撓み
に応じた室内の流体の圧力変化は、熱力学の法則に従っ
て薄膜室内の流体の一時的な温度変化としておきかえら
れる。これらの温度変化は熱電対あるいは測定される圧
力または力を特性化する出力信号を発生する他の温度感
知装置により感知できる。 【００２２】本発明の教えによると、周囲温度の温度セ
ンサは、電気流体弁を製造することにより、薄膜室内の
流体温度を外部的にも内部的にも変化させる手段を用い
ずに、製造できる。そして、弁を通る流量が薄膜室内の
流体に影響を及ぼしている周囲温度の関数として測定す
ることができるように、流量メーターを弁薄膜により制
御されている流出入連絡チャネルへ設置することができ
る。すなわち、周囲温度の変化は、薄膜室内の流体の温
度変化を発生させる。これらの温度変化は薄膜室の薄膜
の撓みにおきかえられる。それにより、弁の流出入連絡
チャネルを通る流体量が室調させられる。この流速の変
化は、多段流体回路学の公知の方法により増幅すること
ができ、気圧または水圧により駆動される制御システム
に直接に使用することができる。 【００２３】ここではまた、集積圧力調節器と集積流量
調節器とが開示されている。集積圧力調節器は、弁の間
に配置されている出力ポートの圧力を制御する作用をも
っているここで述べられている型の２つの集積弁を使用
する。出力ポートの圧力は容量性の変換器により感知さ
れる。そのような変換器では、コンデンサのプレートの
１つは基体に固定されており、他方のプレートは基体に
形成されている真空化された室の壁のうちの１つを形成
している可撓性のダイアフラムの上に形成される。圧力
変化によりダイアフラムが撓み、第２の容量プレートを
第１のプレートの方へ近づけ、あるいはそれから遠ざけ
る。この容量変化は、出力ポートの圧力を決定し、誤差
信号を発生するのに使われる。誤差信号は、２つの弁を
制御する制御信号を発生するのに使われる。これらの弁
は出力ポートと容量性センサと共に同じダイの上に集積
される。弁の１つは、高圧力源を出力ポートへ結合し、
他方の弁は、出力ポートを低圧力流出だめへ結合する。 【００２４】集積流量調節器は本発明の教えによる１つ
の集積弁と流出入チャネルとを利用している。３つの抵
抗素子が流出入チャネルに沿って配置されている。中央
の抵抗は、一定温度を保つように供給される電流により
駆動される。中央の抵抗により発生した熱は、中央の抵
抗の両側にある冷たい抵抗温度センサに向かって拡散す
る。しかし、流出入チャネルの物質の流れにより、一方
の抵抗温度センサに達するより少ない熱が他方には達
し、そしてこれは温度差を発生させる。この温度差の量
は流量に関係しており、抵抗温度センサに結合されてい
る制御回路により感知される。決定された流量は、通常
の回路により所望の流量と比較され誤差信号が発せられ
る。この誤差信号は流量が要求流量に改められるように
弁を制御するために使用される。 【００２５】 【実施例】第１図には、本発明の電気流体弁の好ましい
実施例の断面図が示されている。弁は本実施例では、
〔１００〕方向のシリコンの基体１２にエッチングされ
ている薄膜室１０を備えている。本発明の基本構造はい
くつもの異なった型の材料、例えば電気鋳造された鋼、
プラスチックなどにより実現できる。しかしながら、第
１図に示された好ましい実施例では、シリコンウェハ１
２、他のシリコンウェハ３０およびパイレックスウェハ
２２の３層のサイドイッチからなっている。ウェハ２２
はこの好ましい実施例ではパイレックス７７４０（Ｐｙ
ｒｅｘ ７７４０）より作られている。シリコンは他の
ウェハに使われている。それはシリコンが信号処理また
はインターフェイス用の電子回路を構成するための基体
として使用され得るからである。信号処理またはインタ
ーフェイス回路は他のチップに設けられ、また公知の技
術によって混成的に接続されることができる。しかしな
がら、他の電子回路を同じウェハ上に弁として構成する
ことも可能である。使用者がどちらの方法を使用するか
という決定は、回路を同一のウェハ上に弁としてまたは
センサーとして作るということによるよりも、他の基準
によることも可能である。 【００２６】薄膜室１０は６個の壁により規制される。
断面図に示されるとおり、その４個はシリコンの〔１１
１〕面であり、他の２個は壁１４と壁１６である。薄膜
室１０は、〔１１１〕方向のシリコン面をエッチングし
ないＫＯＨのエッチャントにより非等方的にエッチング
されるので壁１４，１６は薄膜１８の表面に対して５
４．７３°の角度となる。薄膜室１０の他の壁は、薄く
可撓性の薄膜１８である。 【００２７】薄膜室１０の容積は、薄膜１８が曲がらな
いかぎり一定である。一定量の気体または液体が薄膜室
１０に封じこめられる。これは、パイレックスウェハ２
２をウェハの上面に結合して薄膜室を封じる際に行うこ
とができる。すなわち、ウェハ１２の表面は最も正位な
Ｚ座標にあり、Ｚ軸に対して垂直である。この好ましい
実施例では、パイレックスウェハ上に抵抗パターン２０
がフォトリソグラフィ法によりエッチングされて形成さ
れており、薄膜室１０の中の内容物を電気的に加熱する
ことができる。パイレックスがウェハ２２に使われてい
るのは、それが光を通し、薄膜室１０の中に封じこまれ
た物質を加熱するために、パイレックスを通って薄膜室
１０に入る光エネルギーを供給できるからである。また
パイレックスはシリコンと共に比較的低温（３００℃）
で密封状態を作る。このような光学−流体の実施例で特
徴的なものは、光パイプ１９である。これは光エネルギ
ーを案内して薄膜室１０へ導くものである。光パイプ１
９はどんなものでも良い。例えば光ファイバケーブルで
ある。この構成は、いくつかの実施例で抵抗加熱器２０
が不適当かまたは不都合な時にも光学流体弁を構成する
ことを可能にする。 【００２８】さらに、この光パイプ１９は、加熱素子が
取り得る型をただ象徴づけているだけである。例えば、
全く加熱素子を用いず、周囲温度が、薄膜室内の物質の
加熱・冷熱を行うのに使われることもある。ウェハ２２
を加熱してその熱を薄膜室１０へ伝えることによって伝
導加熱あるいは対流加熱もまた使うことができる。伝導
加熱は、ウェハ２２と熱源が直接に接することによっ
て、そして、対流加熱はウェハ２２の上に熱い気体や液
体を流すことにより得ることができる。後者の環境で
は、ウェハ２２の材料は、熱信号に対する応答を遅らせ
ないような熱を良好に伝導させることのできるものを選
ぶべきである。第１図に示された実施例では、パイレッ
クスウェハ２２は薄膜室の密封部材として、そして平面
的なフォトリソグラフィ法により抵抗加熱器が形成され
る基体として機能する。抵抗加熱器２０との接続は、通
常の方法のいずれかによりなされる。１つの方法は、ガ
ラス中に穴を形成することにより行われる。この好まし
い実施例での抵抗加熱器２０はアルミニウムでできてい
る。しかし、クロムや金または他の多くの材料のうちの
いずれかから作って加熱器も使うことができる。いくつ
かの実施例では、抵抗加熱器２０は、その一部として外
部の温度測定装置と接続されている熱電対が形成されて
いる。この方法では、抵抗素子の温度の測定が可能であ
る。 【００２９】他の実施例では、温度の抵抗係数が抵抗素
子の温度を監視するのに用いられることがある。すなわ
ち、抵抗素子２０の温度はその中を流れている電流を測
定することにより知ることができる。 【００３０】加熱素子２０の材料は、薄膜室１０の中に
封じこまれた物質と、低温時においても、またその物質
が加熱されている最中でも、反応してはいけない。この
好ましい実施例では、加熱される物質との反応を防止す
るために、薄い保護コーティング（不図示）が、加熱素
子上に施されている。この薄いコーティングは、抵抗素
子２０から実質的に加熱されている物質への熱伝導を減
少させず、かつ、加熱素子を効果的に封じられる物質で
あれば、何でも良い。加熱素子と薄膜室に封じこまれた
物質との間に反応の危険性がない実施例では、コーティ
ングは省略してもよい。抵抗素子のリードは、パイレッ
クスウェハの外側端にあるパッドに引き出される。 【００３１】薄膜室１０は、規準に従って選択された流
体または気体により充填される。この規準は後で詳細に
述べる。この充填は、パイレックスウェハ２２が取りつ
けられている間にまたはその後に、薄膜室１０へ出入口
を取り付け、薄膜室を気体か流体で充填した後、この出
入口を封じることによって行われる。一般に、薄膜室１
０に充填される物質は弁が経験するであろう最も高い周
囲温度で薄膜室の中の流体または気体の圧力は、マニホ
ールドやノズルの中の流体の流れに支障をきたす原因に
なる薄膜１８の撓みを起こすほど大きくならないよう
に、基本的にはその活性エネルギーにより決定される。
また、選択された流体は、圧力の増分と入力エネルギー
の増分との比が最大になるようにされる。これは、入力
エネルギーの単位の変化に対する圧力の変化が最大にな
るように流体が選択されることを意味する。この比を最
適化することは、いくつかの応用分野では非常に重要な
ことである電力消費の低減につながる。また、この流体
は化学的に不活性でなければならない。これは、弁の物
質とそして接触の可能性のある他の物質との間の有害な
反応を起こさせないためである。もっと一般的には、薄
膜の屈曲はマニホールド室２４を通る流体の流れの断面
を調節するのに使われるということである。 【００３２】パイレックスウェハ２２には、薄膜室の中
の内容物を加熱するために流す電流が流れる抵抗素子２
０が形成されている。その中にマニホールド室２４をも
っている第２のウェハ３０は、第１のウェハ１２に取り
付けられている。そのマニホールドは入力ポート（不図
示）およびノズル３２が形成されている。ノズル３２
は、その周辺を囲んでいるシーリングリング２８を有し
ている。薄膜室１０の内容物が加熱され薄膜１８が第１
図に示される破線のように撓んだ時、薄膜１８はシーリ
ングリング２８上に位置し、ノズル３２を通る気体を全
て閉ざしてしまう。ここでいう気流とは、気体流または
液体流を指す。薄膜室１０の中に封じこまれた物質が冷
えると、それは収縮し、薄膜室１０の中の圧力を減少さ
せ、そして薄膜１８をノズルのまわりのシーリングリン
グ２８から遠ざけるようにする。 【００３３】ノズル３２またはマニホールド室２４に過
圧がかかれば、薄膜１８を薄膜室１０の方向へ逆に屈曲
させることができる。これを過圧状態というものとす
る。もし、この状態が起こり、撓みがはげしくなれば薄
膜は破壊されるだろう。１つの方法は薄膜室の深さ（第
１図のｄで示されている）を充分小さくすることであ
る。そうすることによって、過圧がかかった時、薄膜室
の表面２１が薄膜１８の撓みを破壊点に達するまでに、
または弾性限度を越えるまでに止める。薄膜１８の破壊
を防ぐ第２の方法は、薄膜室を液体で充填することであ
る。液体には圧縮できないという性質があるため、過圧
がかかり薄膜１８の逆方向への屈曲が起き薄膜室１０の
容積が減少した時、薄膜室内の圧力は急激に上昇する。
この圧力の上昇は屈曲を防げ、破壊点以上に薄膜が屈曲
するのを防止する。 【００３４】薄膜室１０を作るための異方性エッチング
の工程は、第１図に示されている薄膜の寸法Ａが正確に
制御されるように選択される。薄膜室の各寸法と壁１
４，１６の横方向の位置とを正確に制御することは重要
である。これは、同一の電気流体弁をシリコンウェハ上
に大量生産しなければならないことと、弁の製作コスト
を少なくするため単一のウェハ上の弁構造の密度をでき
るだけ高くする必要があるからである。寸法Ａは酸化物
マスク層（不図示）の寸法Ｂを制御することにより制御
される。この酸化物マスク層は、薄膜室１０の位置とサ
イズを決定するためのエッチングマスクとして使用され
る。寸法Ｂは比較的正確に制御され得るので、また異方
性エッチングにより特性的に壁１４，１６を正確な公知
の角度で構成できるので、寸法Ａを正確に制御すること
が可能である。薄膜１８の表面と壁１４，１６がなす角
度がわかっているため、薄膜室１０の側面の広がりが、
公知のウェハの厚さとして知ることができる。 【００３５】単一ウェハ上に弁を高密度に配することが
重要な規準にならない場合には、等方性エッチングによ
り薄膜室１０を作ることができるであろう。そのような
方法では、Ｚ軸方向のエッチングと同時にＸ軸に沿う横
方向のエッチングが行われるであろう。薄膜１８の厚さ
はＺ軸方向のエッチングを制御することにより制御され
る。等方性エッチングが行われる際には、Ｘ軸方向にお
ける壁１４，１６の正確な位置がつかめないであろう。
それは、等方性エッチングの横方向エッチング速度が比
較的に事前に予知できないものであるからである。さら
に、壁１４，１６は直線的にはならず、湾曲するであろ
う。薄膜室１０の容積が固定されている限り、等方性エ
ッチングにより製造された場合でも弁は作動するが、パ
ッキング密度は、たくさんの弁が同じダイ上で製作され
るであろうことを考慮すると、異方性エッチングが行わ
れた場合ほど高くはならないであろう。 【００３６】等方性エッチングの横方向エッチング速度
が予知できないため、ダイNo．１上に作られた１つ目の
弁の薄膜室１０の容積は、ダイNo．２上に作られた２つ
目の弁のそれとは異なるかもしれない。薄膜の厚さも異
なっているかもしれない。さらに、ウェハ全体でもエッ
チング特性が異なるので同一ウェハ上の弁も物理的に異
なる寸法をしているかもしれない。このように同一また
は異なるウェハ上の弁室の容積が異なる可能性もある。
薄膜室１０に封じこめられた流体または気体の容積が異
なるため、弁が異なれば特性も違うであろうことから、
様々な製造ロットでの弁の特性をもっと予知できるもの
にするため、薄膜室１０を異方性エッチングにより作る
ことが好ましい。 【００３７】基体１２は薄膜１８を作るため平面フォト
リソグラフィ法により化学的に加工できる物質であれば
何でも良い。さらに、基体１２の物資としては、高い熱
伝導係数をもっているものが好ましい。電気流体弁の応
答時間は、薄膜室１０に封じこまれた流体または気体が
加熱された後の冷却度で決まる。基体１２の熱伝導係数
が高いということは、薄膜室１０に封じこまれた気体ま
たは流体の冷却が早いという事と、応答時間が早いとい
う事とを意味する。薄膜室内の流体または気体の加熱速
度は、パイレックスウェハ２２上にある抵抗素子２０を
流れる電流の大きさを制御することにより制御すること
ができる。好ましい実施例では、支持ウェハ２２はパイ
レックスガラスである。そして、抵抗素子２０は薄膜室
１０内に位置し蛇行状にフォトリソグラフィ法によりエ
ッチングされたアルミニウムである。 【００３８】途切れていないアルミニウムのパターン２
０を電流が流れる時、アルミニウムの抵抗はＩ2 Ｒのア
ルミニウム線の熱を発生する。この熱は薄膜室１０に封
じこまれている気体または流体へ伝導され、その温度を
上昇させる。この温度の上昇は、薄膜室１０に封じこま
れている気体の圧力の指数的な上昇を引き起こす。増加
した薄膜室１０内の圧力は、マニホールド室２４内の気
体の等しく反対方向の圧力に打ち勝つ、これにより、薄
膜１８はＺ方向の負方向であるシーリングリング２８の
シーリング面２６の方へ屈曲する。このシーリングリン
グ２８は、第２のウェハ３０の中にフォトリソグラフィ
法により作られたものである。 【００３９】この好ましい実施例では、第２のウェハ３
０もまた〔１００〕方向のシリコンであるが、他の実施
例では、ウェハ３０は、半導体工業で一般に使用されて
いるフォトリソグラフィ法によるウェットまたはドライ
の化学的加工ができる物質であればどのような物質でも
良い。第２のシリコンウェハ３０には、化学的にエッチ
ングされたマニホールド２４とノズル３２がありシーリ
ングリング２８を連合している。ノズル３２はシーリン
グリング２８の中にエッチングされ、第１図の弁の気体
側の気体の通路の一部を成している。この弁の外気側の
完全な気体通路は、入力または出力用のポート３４（第
１図では断面で示されており第２図から第４図までに説
明されている）、ガスマニホールド２４、そして、ノズ
ル穴３２が含まれており、気体はノズル３２とマニホー
ルド２４を通って、第１図に示されている弁の外部にあ
る気体源または気体だめへ通じる事ができるようにされ
ている。第１図で、薄膜１８が実線により表されている
位置にある時は、弁が開放されていることを示す。薄膜
１８が破線により表されている位置にある時は、弁が完
全に閉じていることを示す。 【００４０】薄膜室１０内の液体と気体の温度と、その
液体と気体の圧力の関係は、下に示す式（１）により、
概算的に求められる。この式はキッテル（Kittel）とク
レーマー（Kloemer ）による「Thermal Physics 」の２
８２ページに定義してある（これは、分解が無視される
ほとんどの液体−気体システムに対する良い概算法であ
る理想的な２相システムを仮定している）。 【００４１】 式（１） Ｐ（Ｔ）＝Ｐｏｅｘｐ（＝Ｌｏ／ＲＴ） ここでＰは薄膜室内の圧力、Ｐｏは定数、Ｌｏは薄膜室
１０に封じこまれた物質の蒸発潜熱、Ｒは気体定数、Ｔ
はケルビン温度。 【００４２】薄膜１８の撓みはティモスレンコ（Timosl
enko）他の「Theory of Plates andShells 」の式
（２）より求められる。 【００４３】式（２） ＷMAX ＝ＱＡ4 ／６４ｄ×１／
｛１＋０．４８８（Ｗ2 ／ｈ2 ）｝ ここでｄ＝Ｅｈ3 ／１２（１−Ｖ2 ） Ｅは薄膜物質の弾性係数、Ｖはポアソン数、Ａは第１図
に示されている薄膜の幅の半分の長さ、Ｑは薄膜両側の
圧力差、Ｗは薄膜の撓み、ＷMAX は薄膜の最大撓み、ｈ
は薄膜の厚さ。 【００４４】式（２）より明らかなように、薄膜の厚さ
ｈと薄膜の幅Ａと薄膜の弾性係数Ｅはいずれも複雑に関
係している。使用者は薄膜の厚さおよび幅のためのパラ
メーターを設定し、さらに、適当なシーリングを引き起
こすために必要な最大の撓みが薄膜室内で期待される温
度および圧力のもとで得られるように弾性係数のある材
料を選ぶべきである。さらに、シーリング面２６と最大
の負方向のＺ座標を有する薄膜１８の表面との間の距離
は、式（２）で定義される最大撓みを超えるべきではな
い。 【００４５】パイレックスウェハ２２とシリコンウェハ
１２は、層３６に象徴されるように陽極結合されてい
る。他の結合方法もまた使用され得る。どんな結合方法
が使われていようとも、その結合は弁が操作される環境
に適合していなければならず、そして薄膜室１０に封じ
こまれた気体または流体により期待される最高値の圧力
のもとでウェハ２２をウェハ１２へ固定するだけに充分
な結合力を持っていなければならない。またその結合は
室に対し密封状態を与するものでなければならない。 【００４６】変換器の実施例 第１図の構成が感知器として使用されている（いずれか
の加熱器の態様を有する）実施例では、温度はポート３
４、穴３２、流体の流れるマニホールド２４およびそこ
に連結されている出入口を含む流体の流れるチャネルを
通る流体の流量を感知することで検知できる。上述の式
によって温度を薄膜室の可撓性の壁の撓みと直接的に関
係づけてもよい。この撓みは流体の流れるチャネルの断
面積を調節しており、従って流体の流量により封じこま
れた物質の温度を示すものである。もし周囲からの熱伝
導が加熱手段として使われるならば、流体の流量は周囲
温度に変換されるであろう。 【００４７】この発明の教えに従い、製造される他の構
成をした感知器は、ウェハ３０のシーリング面２６の代
わりにコンデンサプレートが使われることを除けば第１
図の構成と似ている。すなわち、Ｚ座標の最大の負値を
もつ可撓性の壁１８の表面は、例えば化学蒸着のような
既知の方法で、金属かまたは他の導体によりコーティン
グされる。そして、使用者がアクセス可能な接続点を設
けるために導体がフォトリソグラフィ法によりエッチン
グされる。そこでウェハNo．２は、異なる処理を受けて
ノズル口３２とノズル出入口３４は作られない。その代
わりにウェハ１２と３０が結合されている時に隔壁１８
と隣接するようにまたは「下方に」位置するようにウェ
ハ３０の表面に凹所または穴が形成される。「床」すな
わち薄膜１８に平行な凹所の表面は、金属または他の導
体で既知の方法によりコーティングされる。そして、使
用者がアクセス可能な接続点を設けるためにその金属と
または他の導体と連結している導体がエッチングされ
る。そして、ウェハ１２と３０は、薄膜１８の金属部の
下部と凹部の金属面とが構成される平行プレートの真空
誘電コンデンサを形成するように真空状態のもとで密封
結合される。その後、液体または他の物質がここで述べ
られているいずれかの方法により、薄膜室１０の中にカ
プセル化される。カプセル化された物質の温度の変化
は、薄膜１８の屈曲に変換され、２個の導体プレートの
間隔を変化させる。これらの間隔の変化は、これらの２
個の金属プレートに接続されている端子に平行プレート
コンデンサのコンデンサ容量の変化として反映される。
このように、温度は減少されるであろう。 【００４８】アルミニウム金属を用いたシリコンウェハ
どうしの結合工程 シリコンウェハ１２はシリコンウェハ３０へ、アルミニ
ウムとアルミニウム原子移動障壁を用いた新しい方法に
より結合されている。この処理の第１段階は、ウェハ３
０へ結合するために、ウェハ１２の表面上に二酸化シリ
コン層３８を形成することである。この二酸化シリコン
層３８は、アルミニウム原子移動障壁の働きをする。例
えばタングステンのように、この処理の残りの部分、お
よび操作環境に適合しており、アルミニウム原子移動障
壁の働きをする物質であればいずれも、この二酸化シリ
コン層の代用になるであろう。原子移動障壁が形成され
た後、アルミニウム層４０が原子移動障壁の上に付着さ
れる。そして、２つのウェハ１２と３０は固着され、高
温にされる。ウェハ１２と３０のシリコンはアルミニウ
ムに対し非常に強い親和力をもち、そちらの方へ原子移
動する傾向がある。しかしながら、原子移動障壁２８は
アルミニウムがウェハ１２へ拡散するのを妨げる。ウェ
ハ３０に向かいあったアルミニウム層４０の表面に自然
にできる酸化アルミニウム（アルミニウム層４０の表面
は最も負のＺ座標をもつ）もまたアルミニウム原子移動
障壁である。しかし、層４０内のアルミニウムがウェハ
３０へ拡散するのを妨げるのに足る障壁ではない。それ
により結合が形成される。 【００４９】他の金属、例えば金は、結合を形成するた
めに高温下でシリコンへ拡散するためのシリコンに対す
る充分な親和力がある限り、層４０のアルミニウムの代
用となるであろう。もし、このような特性をもった貴金
属であれば、それらを使用することが好ましい。貴金属
は酸化しないし、層４０内の金属のウェハ３０への拡散
の障害がないであろうからである。他の金属も、酸化物
により障壁よりもシリコンに対する親和力が大きけれ
ば、たとえそれらの金属が酸化物を形成するとしても同
じように作用することができる。 【００５０】他のウェハの結合方法もまた使用可能であ
る。エポキシ、ポリイミド、ガラスフリット、熱により
成長した酸化物および他の共融合金がこれに相当する。 【００５１】ウェハ３０内に形成された楔４２はウェハ
内に形成された溝４４と対になっており、ウェハ１２と
３０の結合処理時の相対的な位置を示している。 【００５２】第２図から第４図は、マニホールド２４と
ノズル３２に結合されたポートの他の配置例を示す。第
２図は、Ｚ軸に平行なダイの表面へ貫通している入力と
出力の両方のポートの様子を示したものである。典型的
な３インチのウェハには約１００個の弁を製作すること
ができ、そしてそれぞれの弁は第２図から第４図に示さ
れるようなポートを必要とする。いずれか一方のポート
は入力ポートとして使われ、他方は出力ポートとして使
われる。また、この逆にも使用される。いくつかの実施
例では、ポート４７のような３つ目の通気ポートが使わ
れることもある。 【００５３】第３図Ａは他の出入口の配置方法を示すも
ので、もう一つのポート４８がダイ３０の端のＹ軸に平
行な平面に形成される一方で、ポート４６がＺ軸に平行
なダイの表面にあることを示す。３つ目のポート４７も
また第３図Ａの実施例に設けられているが、他のポート
構成の実施例にも使用できる。通気構造の実施例の目的
は、弁が閉状態にある時に、マニホールド室２４へ新鮮
なガスを送り込むことである。可撓性薄膜、他の２つの
ポートおよびシーリング面と通気ポートとの間の関係は
第３図Ｂに示されている。ここでも、１つの弁について
のポート構成のみが示されている。当業者であれば同一
ウェハ上に多数の弁を収容するためになされたこのポー
ト構成を評価するであろう。この後者の表面はダイの厚
さを示す１個の寸法（Ｚ軸にそっている）をもつ。 【００５４】第４図はもう１つのポート配置を示したも
ので、入力および出力のポート４６と４８は両方共ダイ
の端にあるダイ３０のＹ軸に平行な表面に位置する。 【００５５】電気流体弁の製造工程 第５図では、薄膜室を形成するための異方性エッチング
が行われている第１図で示された弁の製造工程の初期段
階が示されている。この実施例では、〔１００〕方向の
シリコンウェハが選ばれている。他の型の物質も化学的
にエッチングが可能で充分な熱伝導が得られるものであ
れば使用可能である。しかしながら、シリコンの使用が
好ましい。それは、シリコンの化学処理の工程がよく理
解されており、他の電子回路が標準の平面フォトリソグ
ラフィ法により同一のウェハ上に集積され得るからであ
る。この他の電子回路はインターフェイス回路として用
いることができる。それは、電気流体弁と、その弁の開
閉の制御を行う電子制御信号を供給する制御ロジックと
の接続に必要なものである。さらに、集積化圧力調節器
を作るように集積流れ制御弁の制御回路と同一のダイ上
に圧力センサを集積してもよい。 【００５６】薄膜室１０のエッチングの準備として二酸
化シリコン層５２が、熱的酸化のような通常の方法で形
成される。酸化物５２はエッチングマスクとして用いら
れるため、薄膜室１０の位置とサイズを決定する開口が
フォトリソグラフィ法によりかたちどられる。この好ま
しい実施例では、異方性エッチングが使用されており、
その異方性エッチングは〔１１１〕方向面を顕著にエッ
チングしないため、このホールの寸法Ｂは、薄膜室の正
確な容積を決定する。酸化物層５４は層５２の形成と同
時に形成される。 【００５７】この２つの層が形成された後、ウェハ１２
は酸化物５２によりマスクされたシリコンを取り除くた
め、異方性エッチングを受ける。このエッチングの目的
は、薄膜室１０の薄膜１８を形成するためのものである
ため、薄膜に対する所望の厚さｈに達した時点でエッチ
ングが終了するように制御されなければならない。この
ことは、エッチングの時間を適正に制御し、厚さの判っ
ているウェハ１２を用い、Ｚ軸方向への既知のエッチン
グ速度のエッチングを使用することで行なえる。エッチ
ングを制御する他の方法としては、Ｐ+ ドープ埋込層を
使うことが挙げられる。これは、ウェハ１２の表面５６
への１立方ｃｍ当り最小１０19個の原子の投入量と任意
のエネルギーレベルのもとで、Ｐ+ 不純物を打ち込むこ
とで達せられる。この打込は、もし酸化物層５４が充分
に薄ければ、酸化物層５４が形成される前かまたは後の
いずれかで行なえる。打込の後、面５６上の酸化物はは
ぎとられ、エピタキシャルシリコン層が面５６の上で、
Ｚ軸の負方向に成長する。このエピタキシャルシリコン
の成長率と成長時間は薄膜１８の所望の厚さを得るため
に制御される。そこでＰ+ の打込は、エッチングを終了
させるために用いられる。例えば、エッチングがＰ+ ド
ープ領域へ達した時、エッチング率は遅くなりそして止
まる。これは、薄膜１８の厚さｈの制御を確実なものに
する。 【００５８】第６図では、薄膜室１０を形成するための
異方性エッチング工程の後のウェハ１２の断面が示され
ている。ここで、壁１４と１６はＸ軸に対して５４．７
°の角度をもっている。壁１４と１６はそれぞれウェハ
１２の〔１１１〕面を規定する。この特徴は、Ｘ−Ｙ面
での弁の高密度パッキングに役立つ。それは、壁１４と
１６の正確な位置が知られており、酸化物層５２の開口
の位置とサイズにより定義されているからである。 【００５９】第７図は、アルミニウム層５６が酸化物層
５４上に付着し、フォトリソグラフィ法によりパターン
化された後の断面を示すものである。アルミニウム５６
は、結合材として酸化物層５４の上におかれている。酸
化物層５４は、シリコンのアルミニウムに対する親和力
のために起こるアルミニウムのシリコンウェハ１２への
原子移動を妨げる原子移動障壁として作用する。アルミ
ニウム層５６と酸化物層５４は、５８と６０で示された
部分でエッチング除去される。５８の穴は、薄膜１８の
下部を露出させる。一方、穴６０は、ウェハ３０上に形
成される突起部と一致させるための溝の役目を果たす。
これは後述されているように、結合過程での２つのウェ
ハを適正に整列させるためと、結合準備中の２つのウェ
ハの整合を確実にする目的がある。薄膜のエッチング
が、薄膜１８の厚さを減少させるためにこの時点で行わ
れてもよい。この工程は、アルミニウム層５６と酸化物
層５４をエッチングマスクとして用い、異方性プラズマ
エッチングにより行うことができる。薄膜１８を薄くし
た結果は、第７図の破線５９で示されている。 【００６０】工程のこの時点では、ウェハ３０に対する
マニホールド室、ノズルそして各ポートの化学的加工を
開始する。これは薄膜室の化学的加工が実質的に終わっ
ているからである。第８図では、２個の二酸化シリコン
層６２と６４が形成された後のウェハ３０の断面図が示
されている。ウェハ３０もまた〔１００〕方向をもった
シリコンが好ましいが、化学的にエッチングができ、標
準的なフォトリソグラフィ法により処理できる他の物質
も使用できる。ウェハ１２の場合では、二酸化シリコン
以外の他のエッチングマスク物質も層６２と６４として
使用され得る。しかしこれは、これらの物質がフォトリ
ソグラフィ的に規定されるエッチングマスクとして作用
する能力があり、でなければこの工程の適合するもので
なければならない。窒化シリコンまたは金の下のクロム
がこれらの物質の例としてあげられる。 【００６１】エッチングマスク６４には、穴６５があ
り、この穴はエッチングの後、ノズルと流体的に結ばれ
たポートになる正確な位置とサイズを提供する。 【００６２】第９図は、穴６５により露出されたウェハ
の部分からシリコンを取り除くための異方性エッチング
が行われた後のウェハ３０の断面図を示す。このエッチ
ングはポート室６８を形成し、この室は後にマニホール
ド室へのノズル（両者共、この時点では形成されていな
い）とウェハ３０の表面との間の流体の連絡通路を供給
する。このポートのサイズは、意図した流速に基づき、
設計者により設定される。 【００６３】第１０図は酸化物層６２がシーリングリン
グと楔を定義するためのエッチングマスクの形にフォト
リソグラフィ法によりエッチングされた後のウェハ３０
の断面を示す。薄膜１８がノズル口に向かって撓み、接
触するノズル口のまわりにシーリングリングを設けるこ
とは、充分なシーリングを弁にもたせる上で必要なこと
である。したがって、エッチングマスク層６２は、ノズ
ル口を形成するためにエッチングされる表面６８の部分
の周囲に酸化物または他のエッチングマスク物質の円形
リング６６を残すためのフォトリソグラフィ的に規定さ
れる。第１０図が断面図のため、このリング６６は２つ
の酸化物のブロックのように見えるが、実際には、ノズ
ル口がエッチングされるリングの中央にある表面６８の
小さな部分を露出しているリングである。 【００６４】酸化物ブロック７２は、ウェハ１２の凹所
６０（第７図）と正しく一致させる目的の楔のためのエ
ッチングマスクである。 【００６５】第１１図は、面６８のレベルをさげ、シー
リングリングのエッチングマスク６６と楔のエッチング
マスク７２の下のシリコンの隆起を定義するためのエッ
チングが行われた後のウェハ３０の断面図である。いく
つかの実施例では、シーリングリングのエッチングマス
ク６６の楔のエッチングマスク７２は、そのままにされ
ているため、シリコンの隆起は形成される必要がない。
これらの実施例では酸化物面７０は、シーリングリング
の働きをし、そして第１１図のエッチング工程は必要な
い。好ましい実施例では、シーリングリングのエッチン
グマスク６６は、シーリングリングとしてその下にシリ
コン隆起を残すため取り除かれる。 【００６６】第１２図は付加酸化物層が形成されパター
ン化され、酸化物７４，７６そして７８が残された後の
ウェハ３０の断面図である。これらの酸化部分は、マニ
ホールド室を定義するためのエッチングのエッチングマ
スクとして用いられる。このエッチングは第１２図で進
行中の異方性プラズマエッチングとして示されている。
第１３図はマニホールド室２４を形成するための異方性
エッチングの後のウェハ３０を示している。ここで、マ
ニホールド室２４を形成する同じエッチング工程でノズ
ル口３２もまた形成されることに注意されたい。このエ
ッチング工程の後、酸化物部分６６，７２，７４，７
６，７８は、ウェハ３０をウェハ１２へ結合させる準備
として取り除かれる。 【００６７】いくつかの実施例では、横方向のエッチン
グがシーリングリングの幅に悪影響を及ぼさないかぎ
り、異方性エッチングが使用される。マニホールド室２
４へのもう一つのポートは、ウェハの側面に通じる出口
を有するシーリングリングを囲んでいる酸化物面として
酸化物部分７４と７６を形成することにより形成され
る。これは、マニホールド室を形成したエッチングが前
記の室を形成した時、ポートを形成することになる。そ
れは、ウェハの表面にある「溝」がマニホールド室の深
さに形成されるからである。この溝は、第３図または第
４図のいずれかの方法で出入口が形成されれば、ウェハ
の側面への通路を形成することになる。 【００６８】第１４図の結合工程が終了した後、薄膜室
は弁の製造を終了するために、充填され封じられる。こ
れは先ず、第１図に示されたようにパイレックスウェハ
の表面に加熱素子を形成し、そして薄膜室内に封じられ
るべき物質がその中におさめられた後パイレックスウェ
ハとウェハ１２を結合することにより実現される。パイ
レックスウェハ２２の表面上に加熱素子２０を形成させ
る方法はパイレックスウェハの表面上に付着しているス
パッタされたまたはメッキされたアルミニウムのフィル
ムを通常のフォトリソグラフィ法でエッチングすること
により達成できる。他の金属も抵抗素子として使用可能
である。例えば、チタン／タングステン、銅、チタン／
タングステンのサンドイッチ状態が使用される。アルミ
ニウムはほとんどの充填法に適合する。もし、薄膜室の
内容物を加熱または冷却する他の方法が使われる場合に
は、パイレックスウェハの表面上に加熱素子を形成する
工程は省略可能である。 【００６９】薄膜室１０に物質を封じこめるには少なく
とも２つの方法がある。最良の封じこめ法は、パイレッ
クスウェハ２２とウェハ１２の結合時に封じこまれるべ
き液体または気体をカプセル化する方法である。これ
は、気体を使う場合、その気体の中でパイレックスウェ
ハ２２とウェハ１２を結合することにより行なえる。殆
どの液体の場合は、圧力容器の中で結合を行うべきであ
る。液体を使用する場合、既知の液体量が薄膜室へ配置
され、パイレックスウェハ２２がウェハ１２の一番上に
位置され、そこに結合される。結合工程は、ここで述べ
られている工程と物質、そして操作環境に適合していれ
ばどのようなものでも良い。１つの使える方法として陽
極結合がある。他の方法はウェハ１２の表面の一番上に
ポリイミドの層を形成し、そしてウェハ１２とパイレッ
クスウェハ２２を接合状態におくことである。その後、
熱処理を行ってポリイミド液をプラスチックに変換して
その２つのウェハを結合する。 【００７０】ウェハ３０とウェハ１２の結合は、「シリ
コンウェハとシリコンウェハの結合工程」という表題
で、上記に説明された方法により行われる。基本的に
は、シーリングリング２８が薄膜１８の中心の下部にあ
るように２つのウェハは整列され、この組合せはアルミ
ニウムをウェハ３０へ拡散させるために熱処理される。
しかし、ウェハ１２に拡散させるためではない。それ
は、原子移動障壁が酸化層５４により形成されているた
めである。そこで弁の構造は、ウェハ３０上に信号処理
回路を形成する必要がなければ、完成したことになる。 【００７１】ポリイミド薄膜の実施例およびその製造 第１５図は、ポリイミド薄膜と２つのパイレックスウェ
ハおよびシリコンウェハを用いた実施例を示している。
第１のパイレックスウェハ８０は、抵抗素子８２の基体
として、そして薄膜室８４の封じこめ部材として働く。
薄膜室８４は、ポリイミドの壁８６と８８、パイレック
スウェハ８０とポリイミド薄膜９０により規定される。
入力ポート９２は、パイレックスウェハ８０と第２のパ
イレックスウェハ９４との間に形成される。この入力ポ
ートは、流体チャネル９６と流体的に連絡している。ウ
ェハ９４の表面に形成され、流体チャネル９６の横断域
に位置しているシーリングリング９８は、薄膜室８４内
の圧力上昇によりＺ軸の負方向に薄膜９０が撓んだ時
に、その薄膜９０がシーリングブロック９８の上に乗
り、シーリング面としての役割りを果たす。流体チャネ
ル９６は、出力ポート１００と流体連絡をとるために、
シーリングブロックの通過を続ける。平面図（不図示）
的にみると、ウェハ８０と９４はどんな形状でもよく、
流体通路９６と入力ポートと出力ポートは、サンドイッ
チ状態になったウェハの間を通る通路を形成している。
ウェハ８０と９４の物理的な分離はシリコンウェハ１０
２により行われている。このウェハは２つの平行した面
をもっており、１つはウェハ８０に結合しており、他方
はウェハ９４に結合している。流体通路９６と入力ポー
トと出力ポートはウェハ１０２の一部を貫通して形成さ
れている。 【００７２】第１５図の弁の製作工程は以下に記すとお
りである。第１６図には、初期の３段階の処理が行われ
た後のシリコンウェハ１０２の断面図が示されている。
ウェハ１０２の両面はみがかれているべきである。第一
段階は、シリコンウェハ１０２上の二酸化シリコンの５
０００オングストロームの層１０４の熱成長である。次
に、９００オングストロームの厚さの窒化シリコン（不
図示）が、７００℃において低圧化学蒸着を用いて酸化
層１０４の上に蒸着させられる。ウェハ１０２の両側上
の酸化層１０４をＡ面、Ｂ面とする。第１６図に示され
ているＡ面上の酸化物を残すようにマスクして、Ａ面は
正のフォトレジストとフォトリソグラフィ法およびドラ
イまたはウェットのいずれかのエッチングを用いて、パ
ターン化されエッチングされる。Ａ面の酸化／窒化エッ
チングマスクのパターンは、薄膜室、入力ポートと出力
ポートそして薄膜を定義する。 【００７３】第１７図では、パターン化されたＡ面の酸
化／窒化物をエッチングマスクとしてエッチングした後
のシリコンウェハ１０２の断面図が示されている。この
エッチングの目的は、室の部分を形成し薄膜の位置を決
定し、入力および出力の毛管９６の高さを決定すること
である。室１０６はエッチャントとしてＫＯＨを用いて
３４０μｍの深さにエッチングする。入力および出力の
毛管あるいは流体チャネル９６の所望の高さによって
は、異なった深さになってもよい。窒化物は、エッチン
グの後ウェハ１０２の両側面からはぎとられる。 【００７４】第１８図は、Ｂ面上に整合マークが形成さ
れた後のシリコンウェハ１０２の断面図が示されてい
る。Ｂ面上の整合マーク１０８と１１０は、負のフォト
レジストと第２のマスクを用いてＢ面の酸化物の中にエ
ッチングされる。この工程は赤外線整合システムにより
行われる必要がある。その後、Ｂ面上の酸化物ウェハ１
０２よりはぎとられる。 【００７５】第１９図は、金属層１１２が表面に付着さ
れた後のウェハ１０２の断面図を示す。この金属層１１
２の目的は、スペーサーの役割を果たし、そしてポリイ
ミド（不図示）が形成され処理されている間、それを支
える役目をする。このアルミニウムのスペーサーは、後
に薄膜をシリコンより解放するために溶解させられる。
好ましい実施例では、このアルミニウム層１１２は５μ
ｍの厚さである。 【００７６】次の段階では、１０μｍの厚さのポリイミ
ド層をつくることである。この工程は第２０図に示され
ている。ポリイミド層１１４はもし必要であればくり返
しつくられ、そしてウェハのＡ面上だけにつくられる。
ポリイミドは、多層コーティングを使用するのであれば
９０℃で１時間、コーティング間で焼かれる。１０μｍ
のポリイミドが形成された後、ポリイミドフィルムが１
３０℃で２時間半焼かれている時に部分的なキュア処理
がなされる。 【００７７】第２１図に示されている様に、部分キュア
が済んだ後、負のフォトレジスト層１１６が付着され、
９０℃で焼かれそして第３のマスクを通して露光され、
第２１図の１１６で示されるパターンが現像される。フ
ォトレジストが現像された後、強化のために１２０℃で
焼かれる。 【００７８】第２２図は、ポリイミドがエッチングされ
た後の次の工程を示している。１１６に示される様にフ
ォトレジストが現像された後、ポリイミドフィルム１１
４はＡ面上のフォトレジストエッチングマスク１１６の
下の部分を除いて、全ての点がエッチング除去される。
このエッチングは日立より市販されているエッチャント
III により、３５℃で１５分から３０分の間で行われ
る。その後、焼き工程が行われ、ポリイミドフィルム１
１４の新しく露出された部分の部分的なキャア処理がな
される。この焼き工程は２２０℃で１時間行うことによ
り達成される。 【００７９】次に、露出したアルミニウムフィルム１１
２を、公知のアルミニウムエッチャントＩ（ＫＴＬ Ｐ
ａｒｔ No．７０−０３）または他の標準的なアルミニ
ウムエッチャントではぎとる。そして、負のフォトレジ
ストを標準のＪ１００溶液ではぎとり、ウェハをＴＣＥ
で洗浄し、アセトンで洗浄した後、最後にメタノールで
洗浄する。第２２図にこの状態が示されている。最後
に、ポリイミドフィルム１１４が３５０℃で１時間キュ
ア処理される。 【００８０】第２３図は、初めの２段階の工程が終了し
た後の第１のパイレックスウェハの断面図を示す。最初
の工程は、アルミニウム、クロム／金またはチタン／タ
ングステン−銅−チタン／タングステンまたは他の抵抗
素子８２を形成できる導体フィルムの層を付着させるこ
とである。好ましい実施例では、フィルムは０．３μｍ
の厚さである。 【００８１】その後、抵抗素子８２は、第４のマスクと
正のフォトレジストおよびアルミニウムエッチングによ
りらせん状のパターン状態に形成される。最後にレーザ
を用いて、抵抗パターンの中心部にパイレックスウェハ
８０をつらぬいて穴をあける。この穴は、第２４図の１
１８によって示されている。カプセル化される物質がこ
こで述べられているカプセル化方法により室８４に置か
れた後、充填穴は密封される。このカプセル化される物
質は、温度変化と共に変化する蒸気圧をもった物質であ
れば、何でもよい。この封止は１１７で示されており、
エポキシ、高性能接着剤、溶けたパイレックス、金属
（パイレックスウェハ８０の側面が金属化され、プラグ
１１７が金属化された面に電気メッキされ得る）、また
はその穴の上でウェハ８０の上に結合されているもう一
つのウェハである。 【００８２】装置の組み立て工程として、パイレックス
ウェハ８０とシリコンウェハ１０２の陽極結合（anodic
ally bonding）から始められる。結合構成は第２５図に
示してある。結合は、抵抗素子８２が薄膜室８４の中に
整列された後に行われる。これは、ポリイミド薄膜９０
を室の内部にとじこめることになる。 【００８３】第２６図は、ウェハ１０２のＢ面がエッチ
ングされた後のサンドイッチ構造を示す。これを果たす
ために、得られたサンドイッチ構造を第５のマスクと、
シリコンウェハ１０２をアルミニウム層１１２までエッ
チング除去する準備のための負のフォトレジストにより
パターン化される。第５のマスクを用いて現像された写
真抵抗の層は１２２で示されており、可撓性の壁９０の
中央に位置している。このエッチング工程は、プラズマ
エッチングまたはウェットＫＯＨまたはＨＮＡエッチャ
ントにより行うことができる。プラズマエッチングが好
ましい。エッチングの結果は、シリコン９８、酸化物１
０４がフォトレジスト１２２の積層構造である。このサ
ンドイッチ構造はシリコンウェハ１０２の幅にわたって
広がっているが、アルミニウム層１１２と可撓性壁９０
はウェハ１０２の一部分までにしか広がっていない。こ
れはアルミニウム層１１２が後にエッチング除去された
後、シリコンウェハ１０２がシリコン９８を支持するこ
とを可能せしめる。 【００８４】第２７図は、アルミニウム層１１２の一部
がエッチング除去された後のサンドイッチ構造を示した
ものである。第２７図に示される工程に達するために、
酸化物層１２２は６：１ＨＦの希釈溶液によりはぎとら
れる。このはぎとり工程はまた、ウェハ８０の一部もは
ぎとる。よって、もし必要であればこのウェハもまたフ
ォトレジストにより保護される。このはぎとり工程はア
ルミニウム層１１２の一部もはぎとるが、もしＨＦが適
度に十分にアルミニウムをはぎとるものでなければ、こ
の目的のためには別の工程が行われる。 【００８５】シリコンブロック９８と可撓性の壁９０と
の間に通路を形成するため、可撓性の壁９０とシリコン
ブロック９８との間に横たわるアルミニウム層１１２の
部分をとり去る必要がある。この通路の横断面積は薄膜
９０の撓みにより制御される。薄膜９０の下のアルミニ
ウムの除去もまた、Ｚ軸負方向の撓みを自由にさせるこ
とができる。このアルミニウムのエッチングは、ポリイ
ミド上のアルミニウムだけをとりさる標準的なアルミニ
ウムエッチャントか、あるいはＨＣｌ：ＨＮＯ3 ：Ｈ2
Ｏを５０℃で１０：１：９の割合にした混合物により達
成できる。後者の混合物は１分間に２５から５０μｍの
割合でエッチングする。もし後者の混合物を使用する場
合は、エッチングし過ぎないように注意が必要である。
この結果は第２７図に示されている。 【００８６】最後に、もう１度第１５図に戻って、第２
のパイレックスウェハ９４はシリコンブロック９８の表
面１２６を介してシリコンウェハ１０２に陽極的に結合
されている。第２８Ａ図と第２８Ｂ図は、第１５図に示
された最終的なダイの構造の縮小された平面図を示す。
これはチャネルの横方向の広がりに対して異なった薄膜
のサイズを示したものである。これらの図はウェハ上の
たった１つの弁を示すものであるが、当業者であれば、
単一の３インチのウェハ上に約１００個の弁を形成する
ことができることを理解するであろう。ここで、シリコ
ンブロック９８がどのようにチャネル壁１３６と１３４
の一方の側から他方の１３０，１３２の方へ延伸してい
るかを注意すること。薄膜９０とシリコンブロック９８
の間の通路は、薄膜室８４の下部にのみ存在する。ここ
で、第２８Ａ図は、薄膜がＹ軸方向においてブロック９
８よりも狭くなっいることを示し、他方第２８Ｂ図は、
薄膜がブロック９８より広くなっていることを示す。シ
リコンブロック９８とチャネル９６の壁とにそった他の
点で、シリコンウェハ１０２は連続的にブロック９８の
表面１２６の全方向に向かって延伸されており、第２の
パイレックスウェハ９４を適当に機械的に支持すること
ができる。第２７図の断面は第２８Ａ図、第２８Ｂの線
２７−２７′に沿うものである。 【００８７】もう１度第１５図に戻り、第２のパイレッ
クスウェハ９４が結合された後、薄膜室８４は、そこを
充填するために用いられる物質の沸騰溶液中にサンドイ
ッチ構造を浸すことにより充填される。そこでレーザに
よりあけられた穴１１８を、高性能接着剤あるいは他の
適合可能な接着剤により封じるか、または、ウェットな
表面を得るためにパイレックスウェハ８０のＡ面上に金
属面をメッキするか、スパッタした後、はんだにより穴
自身をとかして閉じてしまう。穴１１８を封じるもう１
つの方法は、パイレックスウェハ８０に他のシリコンか
あるいはパイレックスウェハを結合させることであ
る。。適当な接着剤あるいはポリイミドの使用が、結合
と封じこめを行うのに可能である。 【００８８】ここで、ウェハのダイシングと線の接続が
可能な状態になる。抵抗素子８２への線は、もしアルミ
ニウムの接続パッドが使用されていれば、導電性エポキ
シにより接続される。もし、クロム／金またはチタン／
タングステン−銅の接続パッドであれば、はんだを用い
る。 【００８９】ポリイミド薄膜の第２の実施例 第２９図から第３９図においては、工程中の異なる段階
での種々のウェハの一連の断面図により第２のポリイミ
ド薄膜の実施例の工程が示されている。最初の２段階は
第２９図に示されている。まず最初に、二酸化シリコン
層が、シリコンウェハ１６４のみがかれた面Ａ，Ｂの上
に成長する。これらの層は１６０と１６２により表され
ている。そして、第２９図にみられるように、酸化層１
６０はＡ面上にエッチングマスクをパターン化させる。 【００９０】次に第３０図では、酸化物１６０をエッチ
ングマスクとしてウェハ１６４のＡ面に凹所１６６がエ
ッチングされている。凹所１６６のｆＸ軸方向の幅は任
意である。そしてＺ軸方向の深さは２０から１００μｍ
の間である。深さは重大ではない。Ａ面は第３１図でみ
られるように、酸化物によりもう１度おおわれる。そし
て、第３２図で示されるように、凹所域の中心に形成さ
れる酸化物打込マスクによりもう１度パターン化され、
その両側のシリコンを露出する。その後、露出シリコン
は導電領域１７０を形成するために拡散により打込また
はドープされる。他の酸化シリコン層１７２が、第３３
図のようにＡ面上に成長または付着され、第３４図のよ
うにパターン化される。パターン化の後に残った酸化層
は１７２として示されている。酸化層１７２は、後に形
成されるポリイミド層の下方でスペーサの役目を果た
す。他の実施例では、スペーサ１７２はフォトレジスト
である。 【００９１】次に、第３４図に示される様にＢ面上に酸
化物がパターン化される。これは整合マーク１７４と１
７６をＢ面に写し、酸化層１６２内に、流体制御チャネ
ルのためにエッチングされるノズル口を通す開口１７８
を形成するために行われる。 【００９２】アルミニウムあるいはニッケルの層１８０
が、第３５図のように、１．５μｍの厚さで付着され、
パターン化される。これは、拡散抵抗１７０とウェハ１
６４の端にある接続パッドを電気的に接続する導体を形
成するためである。導体１８０が形成された後、第３６
図の１８２で示されるように、ポリイミド層が付着さ
れ、位置とサイズが定義される。ポリイミドがパターン
化された後、３５０℃までの温度の上昇を含む加熱工程
により４時間のキュア処理が行われる。もしスペーサ１
７２がフォトレジストであれば、窒素あるいはアルゴン
のような不活性の雰囲気でキュア処理されるべきであ
る。これは、ポリイミド薄膜を破壊するスペーサの酸化
と蒸発を防止するためである。 【００９３】次の段階は、パイレックスウェハ１８４に
ある決まったパターンをエッチングすることである。こ
のウェハ１８４とエッチング後の最終形状を第３７図に
示す。エッチングマスク（不図示）は薄膜室１８６の位
置と、その室を充填するためのポート（不図示）の位置
と、接続パッド上の開口１８８の位置とを定義する。こ
のエッチングは、６：１の緩衝酸化エッチャントを用い
て、あるいは直接ＨＦ（ふっ化水素酸）プラズマエッチ
ング法、あるいは他の適したエッチング法で行う。室は
４０μｍの深さにエッチングされる。 【００９４】パイレックスウェハ１８４はエッチングの
後、第３７図に示されるようにシリコンウェハ１６４と
整列し、陽極的にシリコンウェハに結合される。陽極結
合工程は、薄膜室１８６の周囲の１８８と１９０で密封
状態を形成し、そしてウェハ１８４と１６４をサンドイ
ッチ状態にし、パイレックス／シリコンの接合の両側に
５００Ｖの電位差を約３００℃の高温度で加えることに
より行われる。薄膜室１８６に封じこまれる流体または
気体はこの陽極結合工程の間に封じこめることができ
る。他の実施例では、薄膜室１８６は充填穴を通して充
填され、充填穴はその後、接着剤、はんだ、あるいは充
填穴を平らなプレートで密封結合することにより封じら
れる。 【００９５】陽極結合の後、第３８図で示されているよ
うに、Ｂ面の酸化物１６２の中の開口１７８は、ノズル
チャネル１９４を形成する際のエッチング段階でエッチ
ングマスクとして用いる。このエッチング工程は、ＫＯ
ＨまたはＥＤＰまたは他の公知の液体で異方性エッチン
グ法により行う。 【００９６】最後に、スペーサ酸化物１７２は６：１の
緩衝酸化エッチャント、あるいは直接ＨＦ法、あるいは
他の適当なエッチャント、ウェハを浸すことによりエッ
チング除去される。このエッチャントはノズルチャネル
１９４を介して作用しスペーサ酸化物をとり去る。それ
により、ポリイミド薄膜１８２がＺ軸の正方向、負方向
のいずれかの方向へ自由に撓むことができるようにな
る。超音波浴がエッチング作用を助けることができる。
また、アルミニウムやスペーサの物質の周囲にあるポリ
イミドやシリコンを侵すことなくスペーサを選択的に除
去することのできる異なったエッチャントが使える他の
金属等も、スペーサ１７２の物質として使用することが
できる。 【００９７】第３９図に、弁の最終的な形状を示す。第
３９図に示されている実施例の利点は、薄膜１８２の面
２００とシリコンウェハ１６４の面２０２との間の広く
なった流体の流出入チャネルである。この流体流出入チ
ャネルは、ノズルチャネル１９４へ過大な圧力をかける
ことにより、もっと広くすることができる。これにより
薄膜２００をＺ軸の正方向に撓ませることができ、流出
入チャネルの横断面積を増加させ、その流入容積を増や
すことができる。ポリイミド薄膜はこわれにくく、シリ
コンを越えて撓んでも破壊されない。他のフィルムも、
要求される装置の寿命にみあった蒸発障壁を作ることが
できるのであれば、使用可能である。いくつかの実施例
では、密封度を高めるため、コーティングされたポリイ
ミド薄膜が使われている。ポリイミドの２つの等しい層
の間にはさまれた金はこの目的に適している。薄膜の疲
労要素も装置の要求される寿命に対応して考えられなけ
ればならない。すなわち、薄膜は多い（あるいは少な
い）回数の屈曲サイクルの後簡単に破壊してはならな
い。 【００９８】ポリイミド薄膜の他の実施例 第４０図から第４８図、波状薄膜、すなわちその中に段
がついた薄膜をもったもう１つのポリイミド薄膜の実施
例を作製するための各工程を示したものである。この型
をした構造の利点は、薄膜自体を伸展させることなく、
薄膜に広範囲の撓み性を持たせることができることにあ
る。すなわち、この撓みは薄膜の物質自体を屈曲させる
ことよりはむしろ、アコーディオンのふいごのような開
く動作を意味する。このように、広範囲の直線性が得ら
れ、弾性限度に達する以前に大きな撓みを発生させられ
る。 【００９９】この実施例を実現させるために、シリコン
ウェハ２１０はＡ面、Ｂ面上で成長した二酸化シリコン
フィルムをもつ。Ａ面上のフィルムは第４０図のように
パターン化され、溝２１２がウェハ２１０にエッチング
され、第４１図に示されているように、その周囲は酸化
エッチングマスク２１４で定義されている。そして窒化
物質２１６は第４２図で示されているように、付着さ
れ、パターン化される。そしてもう１つのエッチングが
溝２１８を形成させるために行われる。これは第４３図
にみられるように２段の溝を形成する。 【０１００】その後、新しく露出したシリコンが、第４
４図のように二酸化シリコン層２２０を形成させるため
に酸化される。第４５図にみられるように、ポリイミド
層２２２が付着され部分的にキュア処理される。さら
に、フォトレジスト層２２４がポリイミド層２２２をお
おうために付着されパターン化される。そして、ポリイ
ミド層をエッチャントIII をエッチャントして用い、ま
たフォトレジストをマスクとしてパターン化する。そし
てフォトレジストがとりのぞかれ、ポリイミドがキュア
処理される。 【０１０１】次に第４６図のように、Ｂ面の酸化物／窒
化物のサンドイッチ状態２２６がノズル流体流出入チャ
ネルのためのエッチングマスクを形成するためにエッチ
ングされる。第４７図のパイレックスウェハ２２８は、
アルミニウム層かあるいは抵抗加熱器として適した他の
金属によりおおわれる。そして、その金属層は、パイレ
ックスウェハ２２８の表面に沿いパイレックスウェハ２
２８の端にある接続パッドへ向かう導体を有する抵抗加
熱器２３０としてパターン化される。そして、パイレッ
クスウェハ２２８は、第４７図のように、シリコンウェ
ハ２１０と整列し、第４７図の構造を形成するために、
そこへ陽極結合される。薄膜室へ封じこまれる物質は、
好ましい実施例では陽極結合の間に封じこまれ、あるい
は、下記に述べられる方法では、後で封じこまれる。 【０１０２】最後に、酸化／窒化エッチングマスク２２
６が抵抗加熱素子のための接合パッド２３０に通じるノ
ズル流体流出入チャネル２３４と通路２３６のエッチン
グを助けるために使用される。そして、酸化層２２０の
選択エッチングがこの構造を完成させるために、ノズル
流体流出入チャネル２３４を通して行われる。 【０１０３】他の封じこめ技術 以下の封じこめ技術は、第１５図から第２７図で示され
た工程と共に使用できるが、同じように他の実施例にも
適用できる。この方法は、シリコンとパイレックスの２
つのウェハにより囲まれた室へ液体を封じこめるのに、
最も適している。基本的に、この方法では、液体の真空
／高圧技術により室へ強制的に注入し、電気メッキによ
り室を閉じることを含んでいる。 【０１０４】この方法を使用するにあたり、第１５図か
ら第２７図の工程に次の変更を加える必要がある。第１
５図のパイレックスウェハ８０の工程で、０．７μｍの
アルミニウムの付着の代わりに、３００オングストロー
ムのチタン／タングステンを付着し、その次に３０００
オングストロームの銅層を、その次に３００オングスト
ロームの厚さのチタン／タングステン層をつくる。そし
て第４のマスクと正のフォトレジストが、Ｈ2 Ｏによる
チタン／タングステンのパターン化のために使用され、
そして銅が塩化第二鉄あるいは希釈ＨＮＯ3 をエッチャ
ントとして用いて加熱素子８２へパターン化される。そ
して、チタン／タングステン層がＨ2 Ｏ2 によりパター
ン化される。それぞれの抵抗パターンの中心にレーザ穴
をあける工程は、ここで述べられている方法がこの段階
の必要性を削除しているので、削除することができる。 【０１０５】密封形成のための、パイレックスウェハ８
０とシリコンウェハ１０２の陽極結合の工程は、導体２
４２を横切ってパイレックスウェハ８０とシリコンウェ
ハ１０２とも陽極結合して第４９図に示されている導体
２４２と２４３の側面に沿って薄膜室へ漏れ通路を残す
ことによって代えることができる。第４９図では、抵抗
素子８２と２つの接続パッド２４０と２４１の平面図が
示されている。第５０図には、抵抗８２から接続パッド
２４０へ通じる金属線を横切った断面図が示されてい
る。ここでパイレックスウェハ８０とシリコンウェハ１
０２の陽極結合の後、金属導体２４２の両側にできるす
き間２４４と２４６に注目されたい。これらのすき間は
第１５図の薄膜室８４の密封を妨げる。これは第５１図
を見るとよくわかる。第５１図には第４９図の５１−５
１′の分割線に沿った第１５図、第４９図のサンドイッ
チ構造の断面図が示されている。ここで、シリコンウェ
ハ１０２の中にできる２つの室２４６と２４８に注目さ
れたい。これらの室は第１５図には示されていないが、
薄膜室のエッチャントの際に同時に形成される。 【０１０６】第１５図に示されている沸騰溶液にウェハ
を浸し、充填穴１１８を封じる方法で薄膜室８４を充填
する工程は削除する。そのかわりに、ウェハに標準のウ
ェハ鋸でＢ面側から刻みをつける。これらの刻み目は、
第５２図の２５０と２５２で示される。これらの刻み目
は、抵抗素子８２のための接続パッドの位置でシリコン
ウェハ１０２中にあらかじめエッチングされた室２４６
と２４８を横切る位置にある。これは接続パッドを露出
することになるので、抵抗素子との電気的接続が行なえ
る。 【０１０７】次に、サンドイッチ構造のウェハが真空室
へ置かれ、そしてその真空室はサンドイッチ構造内の室
を真空にするため真空にされる。そして、室は漏れ通路
を通って薄膜室８４を充填し始める要求された液体によ
り充填される。漏れ通路の横断面積が小さいため充填速
度は遅い。充填速度を上げるために、好ましい実施例で
は室は６０p.s.i まで圧力が上げられるが、他の実施例
ではこの工程は省略できる。そして、薄膜室８４が完全
に充填されるまで、ウェハ構造は室の中に残る。そし
て、室は通気され、ウェハ構造もとり除かれる。 【０１０８】最後に、電気メッキセル内の接続パッドを
陰極として接続した後にウェハ構造を「ハイスロー（hi
gh throw）」の硫酸銅塩または他のメッキ溶液に浸し
て、接続パッド２５４と２５６へ２５μｍの銅層をメッ
キする。 【０１０９】メッキ溶液は、漏れ通路による流体流出入
への抵抗が高いため、薄膜室へ漏れることはない。いく
つかの実施例では、室内の液体の電気メッキ溶液とは混
和しないようにできるので、混合は起こらない。しかし
ながら、メッキ溶液は漏れ通路へいくらかは侵入するの
で漏れ通路内がメッキされてしまう。このメッキは漏れ
通路を塞いでしまい密封してしまう。そこで、ウェハは
ダイシングされて、各々の弁が分離されられる。 【０１１０】薄膜室８４内への容積が固定された物質の
封じこめの他の方法は以下のようである。固体の封じこ
めは、固体の封じこめを行うためのパイレックスウェハ
とシリコンウェハの陽極結合により、周囲圧力下で行な
える。その後、固体は室の中に気体を造るために電気補
助拡散により、ガス種に解離する。酢酸ナトリウムがこ
の固体として使われる。 【０１１１】液体はもしそれが高沸騰点をもっていれ
ば、封じこめることができる。融点が３００℃であるグ
リセロールが、陽極結合工程で使うのに適している。 【０１１２】液体および／または気体は、高圧のもとで
封じこめることができる。陽極結合は、圧力と温度が制
御されている封じられた室の中で行うことができる。こ
れは、物質を高温下で液体でいることを可能にする。例
えば、陽極結合は２１気圧のように高圧のもとで行うこ
とができる。これはこの工程での腔かあるいは室からの
液体の漏れを防止することができる。 【０１１３】第２の一般的な薄膜室の充填方法は、充填
穴を使うことである。薄膜室が形成される前に、または
後で、またはその間に、薄膜室と外界をつなぐ穴が形成
される。そして薄膜室は真空技術により充填され、穴は
公知の方法により封じられる。例えば、もし穴がパイレ
ックスプレートに対し垂直であれば、例えばエポキシの
ような接着剤を用いて平板をパイレックスに対して固着
することによって封じることができる。この方法には、
接着剤の低温キュア処理を可能にし、その扱いを簡単に
する利点がある。この方法は１つの問題点は、密封状態
を得ることが難しい点にある。 【０１１４】もう１つの充填穴を封じる方法は、はんだ
合金を使うことである。充填穴は直接に金属液により塞
がれるか、あるいはもしはんだ付け可能な表面が、充填
穴の付近のパイレックスウェハ上に形成されるのであれ
ば、板を充填穴の上にはんだ付けすることができる。こ
の工程の間は周囲圧力は室内の圧力と同じに保たれなけ
ればならない。これは、圧力の相違による、充填穴上の
はんだ合金がまだやわらかい間に起こる室内の流体の漏
れを防止する。圧力の制御された封じられた室が好まし
い実施例で使われる。 【０１１５】最後に、充填穴を封じるのにガラス融解を
用いることもできる。この工程ではパイレックスウェハ
の充填穴はレーザにより堀られる。そして、レーザは流
体が薄膜室内におかれた後、穴の周囲のパイレックスを
再度溶かすのに使われる。この方法は実際に行われたが
好ましくない方法である。ガラスからの熱伝導を高める
ため、始めガラスは低温であることが重要である。 【０１１６】固体熱ポンプの実施例 第５３図は、固体の熱ポンプ技術を用いた実施例を示し
てある。ペルチェ固体熱ポンプのような熱ポンプ２６０
は、いくつかの製造者により市販されている。熱ポンプ
２６０はまた従来型の熱ポンプとしてもよい。この熱ポ
ンプ２６０は熱伝導ブロック２６２と熱的に結合されて
いる。この熱伝導ブロック２６２はウェハ２６６の薄膜
室２６４を封じる役目を果たす。ブロック２６２の目的
は、薄膜室２６４を密封することと、薄膜室２６４の迅
速な熱の出し入れを導くことである。薄膜室２６４は上
記に開示された方法のいずれによっても形成できる。そ
して、ウェハ２６６は示されているようにシリコンであ
る必要はない。同様に、ブロック２６２はアルミニウム
以外の良好な熱伝導性を有するものでもよい。構造内の
弁部はブロック２６８により形成される。このブロック
２６８は流体通路２７０をもち、その中にシーリング面
２７２が形成される。弁の動作は、上記に述べられた他
の実施例の場合と同様である。 【０１１７】位置的作用の実施例 他の実施例では，薄膜の位置が，薄膜室に封じこめられ
た物質の温度変化の最終結果として使われる。このよう
な実施例は，微少な位置決定や，遠隔操作のロボット工
学における触覚フィードバック変換器や他のそのような
応用に使用できる。 【０１１８】直径２mmのシリコン薄膜を有する実施例で
は薄膜の全偏位は約35μm である。ポリイミド薄膜での
薄膜全偏位は約 400μm である。移動される対象物，例
えば集積回路のプローブに薄膜を取りつけることによっ
て，その対象物は薄膜室内の温度に従い移動する。第54
図にそのような実施例が示されている。第54図に示され
ている実施例は，応用例中の典型的な１種類である。し
かしながら，微少の位置決定への応用の一般概念を説明
している。第54図において、微少位置決定変換器300 は
加熱素子と共に形成された薄膜室のあるウェハよりなっ
ており，その薄膜室はウェハの中に形成されたものであ
る。またこの加熱素子は薄膜室内へ，室内の温度が変化
した時室内の蒸気圧を変化させる物質と一緒に密封され
たものである。抵抗素子ドライバ302 は使用者より制御
入力を受けそしてそれを電線304と306 へ制御信号に変
換して送り込む。この信号は，室内の温度を変えるため
に加熱素子を発熱させる。もちろんここで述べられてい
る他の室の温度制御の方法も使用でき，また当業者であ
れば，使用者の制御入力を室内の温度を制御するために
適した制御信号へ変換する上で必要な使用者インターフ
ェイスとして評価するであろう。使用者308 は試料310
を像拡大システムを通して見ることにより制御信号を供
給する。そして要求される位置に対するプローブ312 の
位置を確認する。そして，使用者は薄膜室の温度を変え
ることにより，機械的に変換器の薄膜と結合しているプ
ローブの位置を調節することができる。この実施例で
は，対象物に大きな力がかかるかもしれない。 【０１１９】もし薄膜の最大偏位よりも大きい動作が必
要な場合，変換器を直列に接続することにより行える。
そのような実施例では，スタックの下側の変換器の薄膜
の動きが，スタックの上部にある全ての変換器を動か
す。同様に，２番目に低い位置にある変換器の薄膜の動
きがスタック中のその上の変換器を動かす。この工程は
全ての変換器で繰り返され，スタック内の全ての変換器
の薄膜変位の合計が総薄膜変位量となる。 【０１２０】第５５図は本発明の教示による弁の好まし
い実施例の最終構造の断面図を示したものである。この
実施例では、２つのパイレックスウェハ６００と６０２
がシリコンウェハ６０４へ陽極結合されている。シリコ
ンウェハ６０４はその中にエッチングされた室６０６を
持つ。室の壁のうちの１つ６０８は可撓性のダイアフラ
ムであり、この好ましい実施例では約３５μｍの厚さで
ある。室６０６は、この好ましい実施例では周囲温度に
関して高い沸騰点を持った液体により約５０％充填され
ている。本実施例での典型的な室内の液体はハロメタン
またはハロエタンまたは他のフッ化炭素である。本実施
例では、室はフレオンＦＣ７１により充填されている。
弁の閉速度を最適化するため、弁を閉じさせるために沸
騰点まで加熱される物質量ができるだけ少なくなるよう
に、室６０６ではできるだけ少量の液体により充填され
るべきである。もし、非常に高い圧力で操作したいので
あれば、薄膜を破壊する可撓性のある薄膜が室に対して
遠ざけすぎるように湾曲することを防止するために室は
いっぱいに充填されるべきである。 【０１２１】パイレックスウェハ６０２は、シリコンウ
ェハ６０４に結合されているパイレックスウェハの表面
６４４上に付着している抵抗パターン６１０をもってい
る。抵抗パターン６１０は装置の周辺の接続パッドへ導
く導体リード（不図示）を除いて室６０６の周辺で囲ま
れているパイレックスウェハ６０２の表面６４４の一部
に限定されている。典型的には、抵抗パターン６１０は
表面６４４上にスパッタされた金属より形成される。こ
の層（不図示）は抵抗パターンを定義するためにフォト
リソグラフィ法によりエッチングされている。典型的に
は、抵抗パターンの特質はアルミニウム、チタン、タン
グステン、ニクロム、金あるいはその他の物質である。
使用される金属あるいは他の物質は、封じこまれた液体
をその沸騰点まで上昇させるために電流が抵抗パターン
を流れた時に十分な熱を発生できる十分な抵抗をもつべ
きである。室６０６内の液体の沸騰は室６０６内の気圧
を上昇させ、それによりダイアフラム壁６０８はＹ軸の
負方向に変形する。 【０１２２】典型的に、抵抗パターン６１０は、らせん
状の型に形成され、パイレックスウェハ６０２の表面６
４４を横切ってダイ（以下では、「ダイ」は第８１図の
サンドイッチ構造を表す）の周辺に位置する接続パッド
（不図示）に達する経路をたどるリード線をもってい
る。これらの接続通路は、抵抗パターン６１０を介して
電流を駆動できるような、電線により外界と電気的に接
触することのできる十分なサイズをもったものである。 【０１２３】パイレックスウェハ６０２はまたその中に
形成されている小さな充填穴６１２をもつ。この穴は典
型的にはレーザドリルにより開けられ、いくつかの実施
例では室６０６内に注入される流体を通す作用もある。
所望の量の流体が室内に注入された後、穴６１２はプラ
グ６１４により封じられる。この好ましい実施例では、
プラグ６１４はエポキシである。しかしながら、穴６１
２が非常に小さいため他の物質もまた同様に簡単に穴を
封じるために使用できる。 【０１２４】パイレックスウェハ６００はその中にエッ
チングされた入力チャネル６１６と出力チャネル６１８
をもつ。メサ６２０はパイレックスウェハ６００の表面
上に立つ、障壁６０８に対向しており弁座となる。この
メサの上面は薄いクロム層６２２でおおわれている。こ
のクロム層の目的は、弁構造の組立工程中のパイレック
スウェハ６００のシリコンウェハ６０４への結合工程に
おいてメサ６２０が障壁６０８に結合しないようにする
ためである。メサ６２０の一実施例での正確な形状は第
５６図に示されている。 【０１２５】第５６図は、ダイアフラム６０８のすぐ下
にあるパイレックスウェハ６００の表面６２４の一部の
平面図である。第５６図で、第５５図において断面図で
示された構造が、平面図において簡単に認識できるよう
に、それと同じ参照符号が伏されている。入力チャネル
６１６は３個の突出したチャネル指状部６２８，６３
０，６３２と共に斜線により示されている。本質的に、
これらの突出した指状部６２８，６３０，６３２は入力
ポート６１６６に流れる流体がダイアフラム６０８の下
を通るパイレックスメサ６２０に形成された溝である。 【０１２６】同様に、６１８で示される出力ポートは２
個の溝６２４と６２６を備えている。これらの３つの溝
はダイアフラム６０８の下を通っており、メサ６２０の
蛇行した形状のために溝６２８，６３０，６３２から分
離されている。クロムでおおわれているメサの部分は符
号６２０／６２２により示されている。クロムにおおわ
れていないメサの部分６２０で示されている。３つの溝
６２８，６３０と６３２は２つの溝６２４，６２６とイ
ンターディジィトに組み合わさっている。第５６図は異
寸であり溝６２４と６２６はもっと広くしてもよい。さ
らに、溝６２８，６３０と６３２と溝６２４と６２６と
の間の重なり度は、第５６図に示されているよりも小さ
いかまたは大きくしてもよい。 【０１２７】第５６図で、溝の領域を示している長い斜
線が施されていない全ての部分、例えば６３６と６３４
にて示された領域は、Ｘ−Ｚ面に平行であり、クロム層
６２２の上面のレベルに実質的にあるＹ軸座標の平面中
に横たわっている。第５６図で６２０で示されているパ
イレックスメサの部分と６３４と６３６で示されている
パイレックスウェハ６００の表面の部分とはシリコンウ
ェハ６０４の下側に陽極接合されている。 【０１２８】陽極結合の処理は当業者には周知である。
ここでの完結として、処理は、パイレックスの表面と結
合されるシリコンウェハとを配置し、電極が形成される
ように接合の両側を接続することが行われる。そして高
電圧がこれらの２個の電極に印加され、そして電流が約
５００℃で接合に電流を流し、これによりこの２個のウ
ェハを互いに結合させる。 【０１２９】もう１度第８１図に戻って、そこに示され
ている弁構造の種々の部分の目的とその構造を述べる。
以下のパラグラフのほとんどのコメントは第１図と第１
５図の弁構造と、ここに示された他の弁構造に適用する
ものである。いくつかのコメントはここで他の構造に適
用する。簡潔のために第１図、第１５図と第５１図に示
された構造以外への個々の適応性は明記されていない。 【０１３０】上記のパイレックスプレート６０２の目的
は、元来、室６０６の中に液体を封じることにある。従
って、いくつかの実施例では、上のプレート６０２は所
望の液体が室６０６内に注入された後、シリコンウェハ
６０４に封じられる。すなわち、室６０６は液体により
充填され、そしてパイレックスウェハ６０２はシリコン
ウェハ６０４上に置かれ、適当に整列される。その後、
パイレックスウェハ６０２とシリコンウェハ６０４は陽
極的にまたは他の方法によって結合される。そのような
実施例では、穴６１２は必ずしも必要ではない。 【０１３１】この好ましい実施例では、パイレックスウ
ェハ６０２は室６０６が液体で充填される前に、シリコ
ンウェハ６０４へ結合される。その後、穴６１２がレー
ザドリル法、化学ドリル法、超音波ドリル法または他の
方法によりパイレックスウェハ６０２に開けられる。機
械的に穴を開けること、あるいはパイレックスウェハを
シリコンに結合する前にパイレックスが形成される時に
適当の位置に鋳造することも可能である。典型的には、
室６０６はＸ軸方向に２０００μｍの幅をもっているの
で、穴６１２は大変小さなものになる。従って、そのよ
うな小さな穴をあけるある方法が必要である、そのよう
な小さな穴を開ける通常の方法は、本発明の実施の際に
用いられるであろう。 【０１３２】上のパイレックスウェハ６０２は加熱抵抗
６１０と連結されている導電リードと抵抗パターンと電
気的に結合している接続パッドを支持する作用もする。
上のウェハ６０２はまた室６０６と上のウェハ６０２に
結合することのできるヒートシンクまたは熱源との間の
熱伝導の主要通路としての作用もある。従って、上のウ
ェハ６０２は良質の熱伝動性をもつ事が好ましい。ウェ
ハ６０２，６０４と６００としてニッケルそして可能な
他の金属材料も同様に使用できる。そのような実施例で
は、抵抗パターン６１０がもし使われていれば、それは
ウェハ６０２の下部の面６４４に付着している絶縁層の
上に形成されねばならない。他の実施例では、光学変換
が室６０６の流体を加熱するために使用される。これら
の実施例では可視光、赤外、あるいは他の波長の光の輻
射エネルギーが室６０６内の流体を加熱するために上の
ウェハ６０２から室６０６へ通して照射される。そのよ
うな実施例では、抵抗パターン６１０は存在せず、上の
ウェハ６０２は使用される輻射波長に対して透明でなけ
ればならない。これらの実施例では、上のウェハ６０２
としてパイレックスが好ましい。しかしながら、他のガ
ラスまたはシリコンもウェハ６０２として使用可能であ
る。パイレックスのシリコンへの結合が簡単であるの
で、パイレックスが抵抗の実施例における上のウェハ６
０２として好ましい。 【０１３３】シリコンである上のウェハ６０２はパイレ
ックスより良い熱伝達特性をもつが、シリコンとシリコ
ンとの結合は行き違い。上のウェハ６０２としての他の
可能な物質は、セラミックス、アルミニウム、銅あるい
はプラスチックである。もし金属ウェハ６０２が使用さ
れるならば、その金属ウェハと抵抗パターン６１０の間
の好ましい絶縁物質はポリイミドである。抵抗パターン
６１０を金属ウェハから絶縁するために窒化物のような
他の絶縁物質の使用も可能である。しかし、抵抗パター
ン、分離層および上のウェハ６０２の間の熱膨脹係数の
釣り合いが適当になるように注意して、熱膨脹率の違い
からくるストレスが装置の操作をそこなうような絶縁層
あるいは抵抗物質あるいはパレックスのひびまたは故障
を起こさないようにしなければならない。ポリイミド
は、それが可撓性でありその弾力によりストレスをやわ
らげるので、絶縁物質として好ましい。 【０１３４】どんな物質が上のウェハ６０２として使用
されようとも、それは安定したものでなければならず、
周囲環境の中の室６０６内の液体と接触することによっ
て腐蝕するものであってはならない。さらに、ウェハ６
０２の物質は弁構造が経験するであろう操作温度条件を
処理できるものであるべきである。典型的に、室６０６
内の液体は、その沸騰温度のちょうど手前までシステム
作動時には加熱されているであろう。この温度では、室
内の蒸気圧が、ダイアフラム６０８をＹ軸の正方向に押
す作用をしている力に打ち勝つには不十分である。この
力は入力ポート６１６内の圧力により発生したもので弁
を開けさせるものである。弁が閉じられるべき時には、
室６０６内の流体の操作温度を沸騰点以上の温度にする
ため、十分な電流ガ抵抗パターン６１０に流される。こ
れは、ダイアフラム６０８をＹ軸の負方向に押す傾向に
あるダイアフラム上に作用する力を発生させるに十分な
蒸気圧を発生させる。この力が、ダイアフラムをＹ軸の
正方向に押す作用をしている力に打ち勝つために十分で
ある時、ダイアフラム６０８はメサ６２０の上のクロム
層６２２に接触する。これが封を形成し弁を閉じる。 【０１３５】最後に、上のウェハ６０２の物質は抵抗６
１０を形成するために抵抗リソグラフィと付着処理に適
合し、接続パッドにリードを取り付けることができるも
のでなければならない。 【０１３６】抵抗パターン６１０のためのオプションが
いくつかある。最も簡単なオプションはパイレックスウ
ェハ６０２の表面上に抵抗パターンを形成することであ
る。他の構造は絶縁物質のらせん状のメサの上に抵抗パ
ターンを形成して、そして抵抗物質が上のウェハ６０２
と折々の絶縁物質の柱とにより支えられるオートブリッ
ジ（ａｕｔｏ ｂｒｉｄｇｅ）型の構造を形成するよう
に、抵抗パターンの下のメサの穴をエッチングする。こ
のぶら下がった状態の抵抗構造は液体に対する熱伝達に
対して良い特性をもつ。下記に詳細が説明されているさ
らに他の構造は片持ち梁の形状をしている。 【０１３７】抵抗パターンの物質として要求されるもの
は、製紙中あるいは動作中に液体と腐蝕しないまたは反
応しないような、室６０６内の液体の存在に対して安定
したものであるべきである。さらに、抵抗物質は作動中
に室６０６内に存在するであろう高温を処理できるもの
でなければならない。抵抗パターンは、液体、上のウェ
ハ６０２および中央のウェハ６０４から保護されるため
のコーティングをすることができる。 【０１３８】シリコンウェハ６０４は下記の要求にある
物質であれば何でもよい。まず最初に、物質は、深さ方
向５μｍ、横方向２０μｍの設計規準のフェトリソグラ
フのような微少製造技術が適用可能なものでなければな
らない。その物資は、ダイアフラム６０８が繰り返し湾
曲されても疲労による損傷がないように十分な可撓性と
弾力性をもっていなければならない。さらに、その物質
は堅牢で熱に対しての良い導体であるべきである。ウェ
ハ６０４の物質が室６０６内の物質の液体または気相の
周辺へのもれを防止することができ、この物質によって
腐蝕の影響をうけないということは大切なことである。
ウェハ６０４の物質はまた、ウェハ６０２と６００とし
て選択された物質と良好な結合処理ができるものである
べきである。ウェハ６０４はまた、その中に室６０６が
形成でき、みがかれることができ、その後のなめらかさ
を保つことのできるものであるべきである。最後に、ウ
ェハ６０４の物質は弁が操作される温度の周辺環境で、
あるいは入力チャネル６１６で制御できる物質との接触
によって腐蝕やダメージを受けるべくではない。 【０１３９】室６０６の寸法と薄膜６０８の厚さは弁の
動作特性な影響を及ぼす。室６０６が小さいことは、加
熱すべき物質が室内に少ししかないことを意味する。こ
れは、室内の温度を沸騰点より上に上昇させるために、
電流が急速に供給されたあるいは増加された時から弁が
閉じられるまでの時間が短くてすむことになる。より熱
い薄膜６０８はダイアフラムをＹ軸の正方向に強制する
撓ませることにより弁を開けるための入力チャネル６１
６では高い圧力を要求することになる。同様に弁を閉じ
るためのダイアフラム６０８にＹ軸の負方向に強制的な
力を与えるためには室６０６の内側で高い圧力が生じな
ければならない。弁構造とその他のここに現れている構
造の操作に対しての長所は、室内の圧力変化の加熱処理
のための室内の液体への入力エネルギーの変化に対する
割合である。この長所は室６０６の容積に反比例してい
る。しかしながら、薄膜６０８はできるだけ広くすべき
である。すなわち、第５５図の寸法Ａは、最大の撓みを
持つためにできるだけ大きくすべきである。典型的に、
寸法Ａは２０００μｍである。この好ましい実施例で
は、室の深さを定義する寸法Ｂは３５０μｍであり、ウ
ェハ６０４の厚さを定義する寸法Ｃは３８５μｍであ
る。薄膜６０８ができるだけ広くなるべきであるので、
室の容積は主に、ダイアフラムの厚さを約３０から３５
μｍに保つために寸法Ｃの減少に対応した寸法Ｂの減少
により減少される。 【０１４０】メサ６２０の上面と良好な封止を形成する
ためにダイアフラムの下部の表面６３８がみがかれるよ
うな、ウェハ６０４としての物質が選択されることが好
ましい。あるいは、もしウェハ６０４が良好なシーリン
グ特性を得るための適当なみがきをかけることができな
い場合には表面６３８はポリイミドあるいは他の可撓性
の物質によりコーティングすることができる。しかしな
がら、ウェハ６０４に対する上記に述べられた他の要求
は達成されなければならず、特にウェハ６０４が熱を室
６０６からたやすく導き出し、そして薄膜の繰り返しの
屈曲による疲労や故障に強である事が大切である。 【０１４１】シリコンウェハ６０４とパイレックスウェ
ハ６０２との間の結合は室６０６内の物質が逃げられな
いような密封状態を供給できなければならない。さら
に、結合は室６０６内の液体との接触を通してあるいは
周辺の化学物質との接触を通してあるいはダイをとりま
くパッキング物質との接触を通して腐蝕されてはならな
い。この結合はまた、抵抗リードどうしの短絡がないよ
うに抵抗パターン６１０から接続パッドへ抵抗リードを
通すことができねばならない。最後に、その結合は操作
温度の範囲内で安定していなければならない。典型的な
操作温度は、２００℃から３００℃の範囲にあり、いく
つかの応用例では７００℃まで上昇するであろう。陽極
結合は劣化することなしに簡単にこれらの温度に耐える
であろう。ウェハ６００に要求されることは、室６０６
内の物質の冷却を助けるために良好な熱伝導を供給する
ことである。ウェハ６００はまた、蛇行したメサ６２０
を定義した入力ポート６１６と６１８を形成する小さな
チャネルを加工するために使用される処理と適合しなけ
ればならない。ウェハ６００はまたメサ６２０の上面が
良質のシーリング接合を得るためにみがかれるようにみ
がきをかけることができなければならない。あるいはウ
ェハは良質のシーシリング状態を供給するためにメサ６
２０の上面の平面状の不足を補うことのできるポリイミ
ドあるいは他の可撓性の物質でコーティングされること
のできるものでなければならない。さらに、その物質
は、入力と出力のチャネル６１６と６１８それぞれを通
って流れるいずれの気体あるいは流体によっても腐蝕さ
れてはならない。最後に、選択された物質は、操作温度
に耐え得るものであり、チャネル６１６と６１８を流れ
る物質と化学的に反応あるいは腐蝕されない結合による
ウェハ６０４として選択された物質がどのようなもので
あれ、それと結合することができなければならない。 【０１４２】過剰な圧力のストレスが生じるのを防止す
るために熱膨脹係数が十分に適合するように３個の全て
のウェハ６０２，６０４と６００の物質を選ぶことが大
切である。すなわち、第１図の構造は操作温度の範囲に
わたって加熱され、冷却されるので、もし熱膨脹係数が
十分に適したものでなければ、この３個のウェハは異な
る割合で膨脹または縮小し、それにより構造内に機械的
ストレスをもたらす。熱膨脹係数は、これらの機械的ス
トレスが操作をそこなうであろうひびや他のダメージを
構造に与えるまで増大しないように十分に調和したもの
でなければならない。 【０１４３】薄膜６０８はそのシーリング能力を改善す
るために、あるいは化学腐蝕の影響または室６０６内ま
たは入力チャネル６１６内の物質からの侵食を減少させ
るために可撓性の物質によりコーティングすることがで
きる。また、コーティングは薄膜６０８の耐久性を改善
するためにも使用できる。薄膜６０８は、抵抗６１０が
薄膜６０８とメサ６２０とをシーリング状態にするため
に駆動または通電されていない時には、適度の圧力のも
のでの入力チャネル６１６から出力チャネル６１８への
流出を可能にするだけの十分に撓み性をもたねばならな
い。弁の正確な動作のためには、薄膜はメサ６２０に貼
り付いてはならない。 【０１４４】メサ６２０と入力と出力チャネル６１６と
６１８は２個の相補機能の作用をする。始めに、メサ６
２０は薄膜が封を行うために十分遠くまで撓むことがで
きるように薄膜６０８よりあまり離れていないシーリン
グ表面を供給する。チャネル６１６と６１８は、もしそ
れらが非常に深い場合、大量に流れるように抵抗を減少
させる作用がある。第５６図では、チャネルと蛇行した
メサ６２０／６２２の形状が示されている。この蛇行の
形状は、流れるための非常に低い「オン（ｏｎ）」抵抗
を供給する。その理由はメサと極めて深い指状のチャネ
ルとの組み合わせは、気体あるいは液体が入力チャネル
６１６から出力チャネル６１８へ流れるであろうメサ障
壁を横ぎるより大きな横断面積を供給する。すなわち、
入力チャネル６１６の気体または液体は第５６図に示さ
れる曲線の矢印の通路に沿ってメサ障壁を横ぎって流れ
る。ここで多くの通路があり、従ってメサの上面と薄膜
６０８の底（不図示）との間の断面積が、メサが第５６
図に示されている程長くない場合よりも大きくなること
に注意する。他のメサ構造が第８３図に示されており、
ここではメサは短くなっている。第５６図の実施例での
メサの長さにより、流れのオフ（ｏｆｆ）の抵抗は第５
７図での実施例では第８２図のそれほど高くない。第５
７図は、入力チャネル６１６の幅を直線的に横ぎる蛇行
していないメサを示したものである。第５７図のメサの
形状は、流れに対しもっと高い「オフ」抵抗を供給する
が、また流れに対しより高い「オン」抵抗も同様に伴
う。一般に、もし高い「オフ」抵抗が要求される場合
は、メサ６２０／６２２の突出長さはＺ軸方向に短く、
幅はｘ軸方向に広くあるべきである。 【０１４５】流れの抵抗を最小にするため、入力チャネ
ル６１６と出力チャネル６１８は非常に深くあるべきで
ある。すなわち、第５５図の寸法Ｄは受け入れ可能な低
いレベルの流れ抵抗を供給するに十分な深さであるべき
である。 【０１４６】入力と出力チャネルはＸ−Ｙ面に沿ってい
ずれの方向へ、あるいはそれに平行ないずれかの面を進
み、そしてダイの周辺に沿ったいずれのポイントからで
もダイから出ることができる。さらに、入力と出力チャ
ネルはまた、上面６４２からあるいはダイの底面６４４
から出るためにＹ軸方向に進むが、ダイアフラム下では
Ｘ−Ｚ平面内を横方向に進出するように形成されていて
もよい。 【０１４７】室６０６に要求されることは、その中の液
体が周辺環境へ逃げないような、周辺条件からの密封状
態をつくることができることである。 【０１４８】室６０６内の物質は加熱された時に蒸気圧
を上昇させることができるのであれば、固体、液体また
は気体またはこれらのいずれかの混合物であり得る。最
良の操作のためには、平均周囲温度より十分上の沸騰点
をもっている液体が好ましい、室６０６は５０％の液体
で充填されることが好ましい。これは蒸気圧を、実質的
な流体静力学的圧力変化を起すことなく変化させること
を可能にする。さらに、室６０６内の物質は室６０６の
壁、抵抗素子６１０、ウェハ６０２、の物質、あるいは
ウェハ６０２とウェハ６０４の間の結合と反応してはな
らない。また、室６０６内の物質は通常操作のもとで分
解してはならない。最良の操作のためには、この物質
は、物質を加熱するための入力であるエネルギーの単位
変化に対する蒸気圧の変化の割合が高いものであるべき
である。室６０６を充填するために選択された物質の分
解温度を知ることと、装置が経験するであろう操作温度
を知ることが大切である。物質の分解は危険な不安定に
導く可能性がある。 【０１４９】充填ポート６１２に要求されることは、室
６０６と周辺環境を結合する小さな穴であることであ
る。この穴は一般に第５５図に示されているようにＹ軸
に沿うものかあるいは、ダイの周辺のポート６４６に通
じているウェハ６０２の表面６４４にエッチングされた
溝とすることができる。この溝の実施例では、この溝は
通常のフォトリソグラフィ法とエッチング処理によりエ
ッチングすることができる。充填ポート６１２はデット
ボリュームを最小限にするためにできるだけ小さくされ
るべきである。典型的に、第５５図の断面図の多重構造
のウェハ６００，６０２そして６０４のサンドイッチ状
から成るウェハに製造される。そして全ての充填ポート
６１２は同時にあるいは順次に形成される。充填ポート
の形成方法は抵抗パターン６１０を破壊するようなもの
であるべきではない。 【０１５０】シーリング物質６１４は、室６１６がその
中に注入された物質により充填された後、シーリング穴
６１２を密封する作用をする。室６０６に物質を注入す
る方法は下記に述べられる。プラグ６１４のための物質
は、シーリングプラグ６１４のキュア処理中あるいは弁
構造の使用中のいずれにおいても、室６０６内のいずれ
の液体あるいは他の物質と反応すべきではない。充填プ
ラグの物質の高い熱伝導係数をもつことが好ましく、予
想される操作温度で熱的に安定したものであるべきであ
る。他の充填ポート６１２の封じこめ方法はレーザによ
る再融解であり、そこで穴に封じるために充填ポート６
１２をかこむウェハ６０２のガラスの一部が融かされ
る。この好ましい実施例ではエポキシプラグが使用され
ている。他の可能な方法は、通常の方法で充填ポート６
１２の壁を金属化させ、そして穴６１２をはんだ付けす
るか、電気メッキを施すことである。 【０１５１】第５５図の弁の組み立て工程が第１図と第
１５図に示されている弁の組み立て工程と非常に似通っ
ているので、工程を示す図はここでは特に示されていな
い。しかしながら、第５５図の弁構造の製造工程を以下
に論じる。図に用いて論じられるべき個々の製造工程に
ついては関連した図が示されている。 【０１５２】第１図の構造の製造工程の第１段階は、約
３８０μｍの厚さのシリコンウェハを選び、その全表面
を二酸化シリコンにより約１．２μｍの厚さに酸化させ
ることである。次に、室６０６（または、単一ウェハ上
に形成されている多重弁がある場合は複数の室）が位置
する場所の酸化物をエッチング除去する。そして室が８
０℃で３０重量％の濃縮ＫＯＨでウェットエッチングに
より形成される。このＫＯＨエッチングは１分間に１．
２μｍの割合でエッチングを行う。エッチング時間は薄
膜６０８の所望の厚さが得られるものとする。 【０１５３】室６０６が形成された後、シリコンウェハ
６０４の表面から残りの二酸化シリコンが除去される。
その後、抵抗パターン６１０が形成される。典型的に、
これは表面６４４上へのニクロム、アルミニウムあるい
はチタン、タングステンと銅の組合せのスパッタリング
あるいは蒸着により行われる。他の物質の使用も可能で
ある。そして接続パッドと接続パッドから抵抗素子への
リードを含む蛇行した抵抗パターンを定義するため基準
のフォトリソグラフィ法が使用される。フォトレジスト
を用いてこれらの構造がフォトリソグラフィ法的に定義
された後、抵抗パターン６１０を残すための金属層のエ
ッチングが施される。その後、残りのフォトレジストが
除去される。 【０１５４】そして、パイレックスウェハ６００の処理
へ移る。第１段階は、ウェハ６００の全表面６２４へク
ロム層を付着させることである。クロムは、入力と出力
のチャネル６１６と６１８が各々エッチングされる前に
実際に配される。このように、チャネル６１６と６１８
の底部はクロムによりおおわれることはない。このクム
ロ層はスパッタリングあるいは蒸着により付着させるこ
とができる。 【０１５５】次に、フォトリソグラフィ法により入力ポ
ート６１６と出力ポート６１８のチャネルと蛇行したメ
サ６２０／６２２が定義される。第５６図では、このフ
ォトリソグラフィ法では基本的に、パイレックスウェハ
６００の６２０または６２０／６２２で示されている全
ての領域と同様に６３４と６３６で示されている領域を
マスクする。これは入力と出力のポート６１６と６１８
を形成するためにエッチングされるパイレックスウェハ
６００の表面だけを露出させる。そしてチャネル６１６
と６１８をエッチングするために、そしてダイアフラム
６０８と合わさる領域のメサ６２０／６２２を残すため
に純粋なＨＦとＨＮＯ3 によるエッチング処理が施され
る。 【０１５６】パイレックスウェハ６００のチャネル６１
６と６１８の形成には異方性エッチングを使用すること
が好ましい。しかしながら、シリコンにおける異方性エ
ッチングと同じ特性をもったパイレックスにおける異方
性エッチングは存在しない。しかしながら、もしウェハ
６００にシリコンを選択する場合はチャネル６１６と６
１８を形成するためには異方性エッチングが好ましい。
このようなエッチングは垂直な側壁を残すからであり、
それにより縦横比を改善し「オン」流れ抵抗を減少させ
る。他のパイレックスエッチングの可能なものとして、
サンドブラスティングあるいはＫＯＨエッチングがあ
る。 【０１５７】次に、残ったフォトレジストが除去され、
第５６図で斑点で印された６２０／６２２の領域上にフ
ォトレジストを配するために、新しいマスク処理が施さ
れる。それは、メサの上面とダイアフラム６０８の下部
の表面６３８との間の結合を妨げるためのメサ６２０の
上面にクロムが残される領域である。このフォトレジス
トが現象された後、フォトレジストにより保護されてい
ないメサ上面の領域から全てのクロムをエッチング除去
するためと、そして第８２図と６３４と６３６で示され
た領域のクロムを除去するためにクロムエッチング処理
が施される。他の可能な方法としては、パイレックスよ
りクロムを除去し、弁が閉じた時にメサがダイアフラム
６０８と接触する領域を囲むであろう正方形あるいは長
方形のパターン状にシリコンウェハ６０４の下部表面６
３８上にポリイミドを付着することである。 【０１５８】これでパイレックスウェハ６００をシリコ
ンウェハ６０４に結合する条件がそろった。この好まし
い実施例では、これは、ウェハ６０２と６００を整合関
係に置き、ウェハ６０４とウェハ６００の間に電流を流
すために８００Ｖの電圧を加えながら、３０分間温度を
３５０℃にあげることにより陽極的に行われる。 【０１５９】次に、室６０６内に含まれるように適当な
抵抗パターン６１０を整合した後、パイレックスウェハ
６０２がウェハ６０４に結合される。この結合はまた、
好ましい実施例においても陽極的に施される。いくつか
の実施例では、ウェハ６０２とウェハ６０４の間の結合
の実施に先立って、室６０６はその中に封じこまれる液
体により充填される。この好ましい実施例では、ウェハ
６０２は室６０６が空の状態でウェハ６０４に陽極的に
結合される。これらの実施例では、次の段階は２０Ｗの
電力レベルあるいは、ウェハ６０２の中を室６０６まで
貫通するようにパイレックスを蒸発させる十分な電力レ
ベルでパルス化されたＣＯ2 レーザを使用することによ
り充填穴６１２をレーザにより開けることである。化学
的に充填穴６１２を開けることは可能であるが、充填穴
の直径を小さく保ちながらそうすることは非常に困難で
ある。これはＹ軸に沿った垂直のエッチング速度がＸと
Ｚ軸に沿った水平のエッチング速度と結合してしまうか
らである。パイレックスを３８５μｍまでエッチングす
る必要性があるためＸ−Ｙ平面の直径で穴は非常に大き
くなる。充填穴６１２の機械的な穴開けもまた所望の大
きさにより大きな穴を作る傾向がある。 【０１６０】次に、液体を室６０６内に注入する。これ
を行うための好ましい方法は、第５５図に示されている
全構造を小室に置きそして全構造を真空にすることであ
る。これにより室６０６が真空にされる。所望の真空レ
ベルまでシステムを排気した後、真空ポンプを停止し、
室６０６内に注入されるべき所望の液体を第５５図に示
される全構造をおおうまで圧力容器へ注入する。そして
システムは外気と連絡され、５０ｐｓｉの正の圧力をか
けられる。これにより液体は充填穴６１２を通って室６
０６へと導かれる。これにより室６０６は完全に充填さ
れる。そして、いくらかの液体が室６０６から取り除か
れることが必要な実施例では、所定の時間の間、所定の
温度まで全構造を加熱することによりなされる。これが
実施される時点での時間と温度と圧力のレベルは実験的
に決定されるべきである。その結果として生じた時間
は、室６０６内の液体の種類、充填穴６１２の直径、そ
して蒸発処理終了後に、室６０６内に残るべき液体の量
に基づく。いくつかの応用例では、室６０６は完全に液
体で充填される。これらの応用例のため、充填ポート６
１２を封じる前の室６０６からのいくらかの液体をとり
除く蒸発処理工程は省略されている。 【０１６１】室６０６を所望レベルまでに充填する他の
保証された方法では、スチロフォーム（Ｓｔｙｒｏｆｏ
ａｍ）あるいは金属ボールベアリングのような中空のあ
るいは中実の軽量の球を、ウェハ６０２をウェハ６０４
に結合する前に、室６０６へ配される。室６０６内に置
かれた球の数と大きさは、室が真空にされ液体が充填穴
６１２を通ってその中に注入された後、室を所望の液体
の量で充填するように計算されている。 【０１６２】最後に、充填ポート６１２はエポキシのプ
ラグ６１４により封じられる。 【０１６３】第５８図に、抵抗Ｒ１、Ｒ２とＲ３がそれ
ぞれ流出チャネル６９８の中に、上のウェハ７１３と中
央のウェハ７０５による流出チャネル６９８の境界で支
えられている窒化物の梁によりサスペンドされている例
を示す。これは抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１とＲ３との間の直接
的な熱伝導を減少させる。その理由は、これらの抵抗チ
ャネル６９８内を流れる物質によって完全に取り囲まれ
ているからである。従って、熱の大部分が流れる物質を
通って流れ、抵抗を支えている構造物を通るものが少な
くなる。 【０１６４】第５８図のサスペンド抵抗素子は、ここで
述べられているいずれの弁あるいは他の構造の加熱素子
として使用することができる。これらのつるされている
抵抗構造の製造方法は以下に述べるとおりである。第５
９図には、サスペンド抵抗構造の初期段階における第５
８図の流出入調節器の流出入室６９８のＸ軸に対して垂
直な断面図が示されている。第６０図は抵抗Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３を含んでいる窒化物の梁７１１の平面図を示
し、第５８図と第５９図の断面図の位置を示している。
第５９図は、７００と７０２で示される２個の窒化物層
に挿入されている抵抗素子の製造途中と流出入チャネル
６９８がエッチングされた後の抵抗Ｒ１だけを示してい
る。第５９図の技法は、ここで述べられている実施例の
いずれにおいての抵抗加熱素子の形成に同等に適用でき
る。 【０１６５】第５９図に示されている工程段階は、溝６
９８（または封じこまれた液体の室６０６）が形成され
る前に上のシリコンウェハ７１３上の第一の窒化物層７
００を付着させることにより達成される。層７００の厚
さは第５８図の寸法Ａと等しくすべきである。 【０１６６】窒化物層７００が付着された後、金属の層
７０７あるいは抵抗パターンを形成できる型の他の抵抗
物質による層がおおわれる。その後、抵抗パターンを形
成するためエッチングの後に残るべき抵抗物質の領域を
保護するためのフォトレジスト層を形成するために通常
のフォトリソグラフィが施される。第６０図は抵抗Ｒ
１、Ｒ２とＲ３の蛇行した抵抗パターンの平面図を示
す。フォトレジストパターンは、エッチング後第６０図
のパターンを形成するために金属を保護すべきである。
第５９図は第６０図の蛇行パターンの第６０図における
分割線８７−８７′に沿った断面図である。 【０１６７】抵抗パターンの形成に続いて、第２の窒化
物層１０２が、抵抗パターンを完全に包みこむために第
１の窒化物層７００と抵抗パターンの上に付着される。
そして、抵抗パターンの梁支柱が形成される位置の２個
の窒化物層の部分をおおうために、フォトレジスト層７
０８が付着される。フォトレジスト層７０８は現象さ
れ、窒化物層を通る穴７０１と７０３が形成される所の
窒化物が露出される。穴７０１と７０３は抵抗物質が存
在しない所の窒化物全体に広がっており、流れ調節器内
の溝６９８（あるいは、ここで示された他の実施例での
室）を形成するためウェハ７０５との間にはさまれてい
る。そして、それぞれの抵抗パターンの部分７２０と７
２２が接続パッドへ延長され、それにより抵抗パターン
への接続が形成される。 【０１６８】第６１図には、ヒステリシスによりダイア
フラムを二重に安定させる２個の物質を備えたダイアフ
ラムを有する弁の構造が示されている。第６１図で、第
５５図の弁とのただ１つの違いは、双安定性を与える薄
膜６０８に付加された物質のもう１つの層７３０が存在
していることである。この構造の他の全ての部材は第５
５図に示されている実施例と同じであり、同じ参照番号
が与えられている。第６１図の実施例では、もう１つの
クロム層７３０がダイアフラム６０８の内側（室６０６
内）の表面Ｓ１に付加されている。このクロム層７３０
は、ダイアフラム６０８をこの２個の二重安定の第１の
状態に向かって撓ませるような緊張状態にある。この第
１の状態とは、薄膜６０８が室６０６に向かって、撓ん
でいる状態をいう（薄膜の中心がウェハ６０２に向かっ
てＹ軸の正方向に引っ張られている）。これは入力ポー
ト６１６に圧力がかけられていない状態でも弁を開けさ
せる作用をする。入力ポートに供給されるいずれの圧力
でも弁をさらに開ける作用をする。弁を閉じるには、弁
座６２０／６２２を封を構成するためにＹ軸の負方向に
撓まされ得るようにクロム層７３０による力および入力
ポートに供給された圧力により生じた力に打ち勝つため
に蒸気圧を十分に上昇させるために、充分な熱が室６０
６内に封じこまれた液体に結合されねばならない。 【０１６９】第６１図に描かれている構造は、第５５図
の弁あるいはこに示された他の弁よりも速い開時間をも
っている。室内の蒸気圧が、クロム層７３０の影響をう
けた力と入力ポート６１６に供給された圧力とから生じ
た力に打ち勝つために必要なレベルより下に下がり、室
６０８内の液体が充分に冷えることができる時、弁が開
く。これが起こる時、ダイアフラムはメサの弁座６２０
／６２２と封を構成することなくダイアフラムの第１の
二重安定状態に急に戻る。 【０１７０】第６２図には双安定ダイアフラムの弁構造
の他の実施例が示されている。第６２図の構造は第５５
図の構造と略同様であり同じ参照番号により参照されて
いるが、余分に物質の層７３２がダイアフラム６０８の
下部の面Ｓ２に付加されており、これは２個の安定撓み
位置をもつ二重の安定性をダイアフラムに与えるために
あり、これはバイアスされている。実施例では層７３２
にはクロムの代わりにポリイミドが使用されている。そ
れは、ポリイミドが、弁座６２０／６２２と接触する時
に良好なシーリング特性をもつからである。ポリイミド
層７３２は、それが表面に配される時には緊張状態にあ
る。これは、ダイアフラムをＹ軸の負方向に撓ませ、面
Ｓ２を弁座上に位置させる二重安定状態をもつ傾向にあ
る。他の二重安定状態はダイアフラムがＹ軸の正方向に
撓んでいる状態である。 【０１７１】もしダイアフラムがＹ軸の正方向に撓んで
いる状態の第２の二重安定状態へダイアフラムを撓ませ
るために入力ポート６１６へ供給される圧力が不充分な
場合は、第６２図の弁は閉の状態のままである。もし通
常の操作圧力が入力ポート６１６へ供給され、そしてポ
リイミド層７３２により生じているバイアス力が入力ポ
ートに供給される圧力により生じた力から減じられた後
に残った残余の力に打ち勝つための蒸気圧を発生させる
ために充分な熱が室６０６内の液体に供給される場合も
また、弁は閉状態のままである。ポリイミド層により生
じているバイアス力に打ち勝つために充分な圧力が入力
ポートへ供給され、そして室が液体の沸騰点より下の通
常の操作温度にある時、弁は開く。液体を沸騰点より上
の温度まで上昇させる熱が室に連結され蒸気圧が充分に
高いレベルまで上昇した時、ダイアフラムは第１の二重
安定状態に急に閉じる。 【０１７２】 【発明の効果】本発明のアクチュエータは、空洞に捕獲
された物質の加熱により生ずる蒸気圧の変化により拡張
しまたは接触する薄い膜部分を除いて実質的に運動する
部分を有しないので高い信頼性を有する。また、捕獲さ
れた物質を加熱するために加熱素子に電気信号を供給す
ることによりバルブを電気的に開閉できるので、極めて
少量の電流でアクチュエータを動作させることができ
る。既知の集積回路製造技術を利用して極めて小さく製
造することができるので、安価に製造可能であり、さら
に、極めて端部が鋭いカットオフとターンオンを有する
気体または液体の制御パルスを生成できる。そして、通
常使用される半導体材料を用いて製造できるので、処
理、駆動、または接続回路をアクチュエータ・ウエハそ
れ自身の上に形成することができ、システムを簡素化す
ることができる。本発明はここで説明された実施例によ
り述べられたが、当業者はこの発明の精神と範囲からは
ずれることなく他の変更を加えることができることを理
解するであろう。そのような全ての変更はここに添付さ
れた特許請求の範囲内に含まれる。
体装置の製造方法に係わり、特に流体の流量の電子コン
トロール、特にガスまたは液体の流量がある種の制御ロ
ジックから電子信号によりコントロールされるように構
成された、電気−流体−変換マイクロミニチュア弁に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】多くの工業機器および工業用または製造
用施設は空気等の流体圧を原動力としている。空圧動力
は機械を極めて効率的に作動し、かつアセンブリーライ
ン作業用のロボット機械にしばしば用いられる。これら
のタイプの機械はコンピューターまたは他のロジック回
路によりしばしばコントロールされる。ロジック回路は
実施すべき動作のシーケスンを決めかつ計画通りに動作
を実行するための電気信号を発信する。動作のシーケン
スが空圧により駆動される機械の部分の物理的な動作を
含む時には、コントロールロジックからの電気制御信号
を機械の部分を駆動するための空圧コントロール信号に
変換することのできる弁または変換装置の必要性が生ま
れる。 【０００３】かかる機械はしばしば多数の個別の空圧ラ
インによりコントロールされる多くの可動部分を使用す
るから、かかる電気−流体−変換弁が多数必要となるこ
とがしばしば起こる。かかる場合には電気−流体−変換
弁は廉価で、信頼性および作動効率が高く、小型でしか
も弁とコンピューターまたはコントロールロジックとの
間の電子インターフェイス回路に適合したものであるこ
とが要求される。 【０００４】極めて精度の高いロボット動作の要求され
る用途または他の極めて精度の高い動作が必要な用途で
は、空圧コントロールドライブパルスの形を精密にコン
トロールすることが必要である。他の用途、例えばガス
クロマトグラフィではコラムに入る流体パルスの形状は
コラムから正確な分析データを得るために精密にコント
ロールされなければならない。これらの用途のいずれに
おいても流体の流量のコントロールに用いられる弁はデ
ッドボリューム（dead volme）をほとんどまたは全く持
たぬ精密弁でなければならない。デッドボリュームとは
弁が解放状態から閉鎖状態に移行する時に弁の中に閉じ
込められる大きさの知り得ぬボリュームである。この閉
じ込められた流体が流れの中に混入した場合には流体パ
ルスの形状は希望の形状とは相違する。例えば典型的な
ガスクロマトグラフシステムではデッドボリュームを持
つ弁が使用される時には分離コラムに入る出力流体パル
スの端部は（任意の時点に流れるガス流のボリュームに
関して）垂直でないまたは明確な境界を示さぬことがあ
る。同様に、精密ロボット動作に対しては、動作に対す
る精密な位置制御を行うためにロボットの指および腕を
駆動するために用いられる空圧パルスに対し極めて精密
なカットオフ機構を持つことが必要である。 【０００５】電気パルスを用いて流体の流量をコントロ
ールする１つの公知の方法はスタンフォード（Stanfor
d）大学のスティーブ テリー（Steve Terry ）により
開発された電気−流体弁である。この弁はその中に薄膜
（membrane）が機械加工されたシリコンのごとき基体を
使用している。キャビティーが基体をほとんど貫通する
穴をエッチングすることにより形成される。これは底に
薄い壁体を残し、かつこれが可撓性の薄膜の作用を持
つ。薄膜がその中に形成されている第１の基体の側面に
取付けられる形で第２の基体が設けられ、かつこれには
マニホールドタイプの室をその中にエッチングされ、か
つマニホールド室の壁の中にガスの出入りのための通路
またはノズルが形成されている。マニホールド室はまた
その中に別のポートを持つことによりマニホールドの中
へのおよびノズルから外へのまたはその逆の流体の通路
を完成する。第２の基体のマニホールド室は第１の基体
の薄膜の上に位置し、しかも第１の基体のマニホールド
が撓んだ時にマニホールド室のノズルの周りに形成され
たシーリングリングに接触し、かつこれによりノズルと
マニホールドへの他のポートとの間の流体の通路を閉じ
る。第１の基体の薄膜が撓まぬ時にはマニホールド室の
ノズルは閉じられることはなく、従って流体は自由に入
口ポートおよびマニホールド室に流れ込みかつノズルを
通って流出しまたはその逆も可能である。第１の基体の
薄膜はピストンによりその上に与えられる機械力により
強制的に撓ませられる。このピストンはソレノイドまた
は他のタイプの電磁装置により駆動される。 【０００６】上記の弁の形態を持つ１つの短所はソレノ
イドが大容量の動力源を必要とし大きな動力の流量装置
であることである。さらにソレノイドまたは他の電磁装
置は大型で重量の大きいことである。第１および第２の
基体の室はソレノイドが大型でさえなければ遥かに小型
化されることができるであろう。第１および第２の基体
は従来の平面フォトリソグラフィ技法を用いてエッチン
グされるシリコンウェハであるために電気−流体弁はソ
レノイド用でさえなければサイズをさらに小さくするこ
とは可能であろう。このような従来の電気−流体弁の構
造はスペースを効率的に利用し得ない。ソレノイドはソ
レノイドのピストンが第１の基体の薄膜を押すごとく第
１の基板に機械的に取付けられ、かつソレノイドがウェ
ハのスペースの大部分を占める程に大きいために１つの
シリコンウェハには一般にかかる弁構造をわずかに３個
形成し得るに過ぎない。かかる構造の製作費は比較的高
くかつソレノイドとガラスとの接合は困難である。一般
にソレノイドは厚いパイレックスウェハにボルトとナッ
トにより固定されている。この取付けの方法は製作費が
高く、また主たる故障の原因ともなる。さらにかかる構
造は動作部分を持ち、かつこれがもう１つの故障の原因
となる。しかし、かかる構造の主要な短所は全構造が平
面フォトリソグラフィ技術によりたやすく量産すること
ができないことである。これはソレノイドがかかる技法
では製作することができないことによる。 【０００７】インクジェットプリンティングの分野で過
去に用いられた別のシステムは液体およびガスが加熱さ
れた場合に室の中に高温を生じる性質を利用した発明に
用いられた原理を利用している。この原理を具現化した
特定のシステムはヒューレットパッカード（Hewlett Pa
ckard ）のインクジェットプリンタである。このプリン
タの構造ではプリントヘッドが基体の中または上に小型
室を備えている。基体はその上に抵抗素子を持ち、かつ
室は抵抗素子の上に位置する。室はその中に小さいイン
クジェットノズルを持ち、それを通してインクは室内の
インクの圧力が大気圧を上回ると小さい液滴の形で逃出
することができる。使用に際しては、かかる構造はイン
ク滴を加熱パルスが抵抗素子に与えられる度に放射され
る。抵抗素子からの熱は室の中のインクの温度を高め、
それによりその蒸気圧力を熱力学の法則に従って高め
る。室内のインクの圧力が高まると、１つまたはそれ以
上のインク滴は室壁の中のインクジェットポートを通し
て室から強制的に排出される。かかる構造は本発明に用
いられている熱力学の原理の全く別の用法の一例であ
る。出願人が知る限り温度の上昇する閉じられた室内の
液体の膨張の原理のかかる用法は流体弁のコントロール
に未だ用いられた試しはない。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】このようにして平面リ
ソグラフィ技法など半導体製造工程において使用されて
いる技術を用いて安価に量産することができ、大量のエ
ネルギーを使用することはなく、小型でウェハのスペー
スを効果的に使用し、互いに干渉の可能性を持つ作動部
分を持たず、デッドボリュームをほとんどまたは全く持
たぬ精密カットオフ特性を持ち、かつ電気−流体弁がそ
の中に形成されるの同じ基板、例えばシリコンウェハ上
にインターフェイスまたはドライバー回路を形成するこ
とに適した電気−流体弁を提供することを目的とする。 【０００９】すなわち、本発明は、製造が容易で、小型
かつ高速制御が可能な信頼性の高い電気−流体弁を提供
することを目的とする。 【００１０】 【課題を解決する手段】本発明では、上記目的を達成す
ることのできる流体を制御する電気流体弁を供給するも
のである。この弁は、固定容量の気体あるいは流体が熱
せられた時の圧力上昇と膨張の原理を利用して、気体あ
るいは流体を含んでいる空洞または室の可撓性の壁（薄
膜）または１個以上の壁を形成している薄膜を撓ませる
ものである。壁の撓みは、入力ポートからマニホールド
室を通り出力ノズルへぬけるか、またはその反対である
流体の通路を開閉するのに用いられる。弁はまた直線的
に操作され流体制御の直線性が得られる。すなわち、弁
が制御信号の大きさに適合して制御され、弁を通る流体
の流出入の率または速度が調節される。壁の撓みはま
た、温度変化あるいは測定すべき他の現象の度合を決定
するためのセンサ表示としても使用される。 【００１１】すなわち本発明によれば、ある量の物質
と、該物質を収納する凹部を形成した第１の半導体基板
であって、該凹部が少なくとも１個の可撓性の半導体基
板の壁（薄膜）を有し、該第１の半導体基板に接続さ
れ、前記凹部をハーメチックされた前記物質を捕獲する
容器とし、さらに前記凹部と交差する表面の位置近傍内
の位置に設けられた加熱手段を有する第２の基板と、前
記第１の半導体基板に接続する第３の半導体基板内に形
成され、前記可撓性の壁に隣接し、制御される流体が貫
流するように構成された穴であって該可撓性の壁と第３
の半導体基板に形成されたシーリング面との間の空間に
よって規定される穴を内部に有する流体流路手段とを有
し、前記可撓性の壁が前記シーリング面と協動して前記
流体を制御するように構成したことを特徴とする。 【００１２】かかる構成によれば、３枚の半導体基板で
構成され、第２の半導体基板にもうけられた加熱手段に
よってある物質を加熱または冷却することにより可撓性
の壁の撓み量を制御し、第２の半導体基板の可撓性の壁
と該第３の半導体基板に形成されたシーリング面との間
の空間によって規定される穴を制御して流体を制御する
ようにしているため、すべてフォトリソグラフィ工程で
容易かつ高精度に小型の装置を得ることができる。 【００１３】本発明の電気流体弁の構造には多数の変形
がある。しかしながら、各設計の主な要素は、室の１つ
の壁が薄く、可撓性のある薄膜である基体内に形成され
る室を含んでいる。室は、所定のモル数の気体または流
体を封じこんでおり、室内の流体の温度を上昇させて、
流体の場合には蒸気圧力の上昇を発生させ、気体の場合
には膨張と圧力増加を発生させるようにする方法または
手段が設けられている。この室内の物質の加熱は、いく
つかの方法のうちの１つの方法で果たすことができる。
１つの方法は、室内の１つの壁（分散抵抗の場合は、１
つかそれ以上の壁）あるいは室内のどこかに位置されて
いる抵抗熱内素子を用いて、抵抗素子に電流を流して熱
を発生させ、室内に封じこまれている流体を加熱するこ
とである。室内の流体の加熱の他の可能な方法として
は、室の外側に位置するエネルギー源より得た高周波エ
ネルギーを室内へ送り込むことにより行う室内の物質の
高周波加熱あるいは伝導性の、または対流性の、または
輻射性の熱を通しての室内の物質の加熱がある。さら
に、光学加熱手段も用いられ光学−流体変換が行われ
る。そのような構成では光は透明物質でできた壁をもつ
室内へ照射される。この光は室の壁（１つまたはそれ以
上の壁が光エネルギーを吸収する物質でコーティングさ
れていてもよい。）を加熱するか、あるいはもし室内の
物質が光を充分吸収できる程暗い流体か気体であれば室
内の物質を直接に加熱する。光エネルギーは、輻射によ
るか、あるいは光パイプまたは光ファイバガイドの助け
により、光源より伝達される。輻射光あるいは光ファイ
バーパイプは電気的雑音をひろわないので、そのような
光学−流体変換により、電気的雑音のある雰囲気で信頼
できる流体制御が提供される。 【００１４】他の実施態様では、室内に封じこまれた流
体を冷却することにより、薄膜を１つの壁としている室
（以下では、薄膜室と称する。）内の流体の温度を変化
させることが可能である。これは、トンプソンあるいは
ペルチェ冷却器により行なえる。他の型の冷却機構もま
た使用できる。例えば、単純な冷却システムあるいは輻
射、伝導または対流冷却器である。本発明の教えによれ
ば、薄膜室内の流体の温度の制御方法のいずれもこの発
明の実施の目的を満足させるであろう。 【００１５】また本発明によれば、捕獲された物質を加
熱するための手段を外部ソースから得るようにしている
ため、上記効果に加え装置自体の大きさを低減すること
が可能となる。 【００１６】本発明によれば、金属めっきいによって空
洞のまわりをシールするようにしているため、製造が容
易でかつ信頼性の高いものとなる。 【００１７】本発明によれば、すべてリソグラフィ工程
によって形成することができるため、製造が容易でかつ
高精度の寸法制御が可能である。 【００１８】本発明によれば、該空洞に、予期される最
高の周囲温度より高い沸点を有する物質を捕獲せしめ、
該ダイアフラムを動かすために該捕獲されている物質の
温度を該沸点まで上昇させるようにしているため、気体
状態で圧力変化により制御しているため、高速制御が可
能である。 【００１９】使用し得る各種の加熱構造の上述の説明よ
り推測できることであるが、本発明の教えにより構築さ
れた装置の構造は１つの応用から他の応用へ非常な変化
をするが、典型的な構造は薄膜室と加熱構造としてシリ
コンパイレックスサンドイッチ構造を利用する。薄膜室
は、シリコンウェハを殆ど貫通する程であるが薄膜室の
薄膜の所望厚さと同等の部分をウェハの反対側に残して
停止するようにしてウェハに溝をエッチングすることに
よりシリコンウェハに形成される。例えば、パラートラ
ンジスターあるいは多重入出力口を有する完全（full）
フィールドバックシステムのような他の信号処理回路を
ウェハの残りの部分に従来の処理法により予め設けてい
てもよい。この回路は、弁を形成している薄膜室により
形成されている電気流体弁と共に使用され、それによ
り、弁自体が適合した工程によっているので同じシリコ
ンウェハ上の自分のインターフェイス回路を有する弁ま
たは変換器が形成される。もちろん、薄膜室が変換器と
して使用されるのであれば、このことはセンサとしての
応用にも同じことがいえる。そして、ウェハ上のどこか
に構築された信号処理あるいは他の回路は、変換器の操
作のために変換器からの出力信号の処理、調整あるいは
その他の目的に使用できる。 【００２０】薄膜をその一部としているシリコン基体の
表面は、その内部に入力ポートおよびノズル（ノズルを
入力ポートとし他のポートを出力ポートとしてもよい）
のあるマニホールドをその内部にもった他方のウェハと
サンドイッチ状態にされる。流体マニホールドの位置は
固定され、第２のウェハが第１のウェハに取りつけられ
たとき、ノズルその周囲のシーリングリングとが撓みに
よる薄膜の行程路内に位置するようにされる。薄膜の撓
みは、流体マニホールドの入力ポートと出力ポートとの
間の流体連絡路の断面積を変化させる。もし、撓みが充
分大きければ、薄膜はノズル周辺のシーリングリングに
完全に着座しノズルを通る流出入を止める。 【００２１】この発明は転換型の弁あるいは変換器とし
て実施される。ここで使われている変換器という用語
は、変換器で測定されるあるパラメータの大きさを特性
化する出力信号を供給する装置を意味すると解釈される
べきである。測定されるパラメータは室内の流体の温度
か、あるいは室内の流体の温度に影響を与えるある他の
パラメータであ。後者の例として、室内の抵抗素子を通
る電流の量、照射光の強度等がある。他の実施例では、
本発明の教えによるセンサの構成は、薄膜に加えられた
圧力を測定することにより圧力を測定することができ
る。測定される圧力または他の影響をうけた薄膜の撓み
に応じた室内の流体の圧力変化は、熱力学の法則に従っ
て薄膜室内の流体の一時的な温度変化としておきかえら
れる。これらの温度変化は熱電対あるいは測定される圧
力または力を特性化する出力信号を発生する他の温度感
知装置により感知できる。 【００２２】本発明の教えによると、周囲温度の温度セ
ンサは、電気流体弁を製造することにより、薄膜室内の
流体温度を外部的にも内部的にも変化させる手段を用い
ずに、製造できる。そして、弁を通る流量が薄膜室内の
流体に影響を及ぼしている周囲温度の関数として測定す
ることができるように、流量メーターを弁薄膜により制
御されている流出入連絡チャネルへ設置することができ
る。すなわち、周囲温度の変化は、薄膜室内の流体の温
度変化を発生させる。これらの温度変化は薄膜室の薄膜
の撓みにおきかえられる。それにより、弁の流出入連絡
チャネルを通る流体量が室調させられる。この流速の変
化は、多段流体回路学の公知の方法により増幅すること
ができ、気圧または水圧により駆動される制御システム
に直接に使用することができる。 【００２３】ここではまた、集積圧力調節器と集積流量
調節器とが開示されている。集積圧力調節器は、弁の間
に配置されている出力ポートの圧力を制御する作用をも
っているここで述べられている型の２つの集積弁を使用
する。出力ポートの圧力は容量性の変換器により感知さ
れる。そのような変換器では、コンデンサのプレートの
１つは基体に固定されており、他方のプレートは基体に
形成されている真空化された室の壁のうちの１つを形成
している可撓性のダイアフラムの上に形成される。圧力
変化によりダイアフラムが撓み、第２の容量プレートを
第１のプレートの方へ近づけ、あるいはそれから遠ざけ
る。この容量変化は、出力ポートの圧力を決定し、誤差
信号を発生するのに使われる。誤差信号は、２つの弁を
制御する制御信号を発生するのに使われる。これらの弁
は出力ポートと容量性センサと共に同じダイの上に集積
される。弁の１つは、高圧力源を出力ポートへ結合し、
他方の弁は、出力ポートを低圧力流出だめへ結合する。 【００２４】集積流量調節器は本発明の教えによる１つ
の集積弁と流出入チャネルとを利用している。３つの抵
抗素子が流出入チャネルに沿って配置されている。中央
の抵抗は、一定温度を保つように供給される電流により
駆動される。中央の抵抗により発生した熱は、中央の抵
抗の両側にある冷たい抵抗温度センサに向かって拡散す
る。しかし、流出入チャネルの物質の流れにより、一方
の抵抗温度センサに達するより少ない熱が他方には達
し、そしてこれは温度差を発生させる。この温度差の量
は流量に関係しており、抵抗温度センサに結合されてい
る制御回路により感知される。決定された流量は、通常
の回路により所望の流量と比較され誤差信号が発せられ
る。この誤差信号は流量が要求流量に改められるように
弁を制御するために使用される。 【００２５】 【実施例】第１図には、本発明の電気流体弁の好ましい
実施例の断面図が示されている。弁は本実施例では、
〔１００〕方向のシリコンの基体１２にエッチングされ
ている薄膜室１０を備えている。本発明の基本構造はい
くつもの異なった型の材料、例えば電気鋳造された鋼、
プラスチックなどにより実現できる。しかしながら、第
１図に示された好ましい実施例では、シリコンウェハ１
２、他のシリコンウェハ３０およびパイレックスウェハ
２２の３層のサイドイッチからなっている。ウェハ２２
はこの好ましい実施例ではパイレックス７７４０（Ｐｙ
ｒｅｘ ７７４０）より作られている。シリコンは他の
ウェハに使われている。それはシリコンが信号処理また
はインターフェイス用の電子回路を構成するための基体
として使用され得るからである。信号処理またはインタ
ーフェイス回路は他のチップに設けられ、また公知の技
術によって混成的に接続されることができる。しかしな
がら、他の電子回路を同じウェハ上に弁として構成する
ことも可能である。使用者がどちらの方法を使用するか
という決定は、回路を同一のウェハ上に弁としてまたは
センサーとして作るということによるよりも、他の基準
によることも可能である。 【００２６】薄膜室１０は６個の壁により規制される。
断面図に示されるとおり、その４個はシリコンの〔１１
１〕面であり、他の２個は壁１４と壁１６である。薄膜
室１０は、〔１１１〕方向のシリコン面をエッチングし
ないＫＯＨのエッチャントにより非等方的にエッチング
されるので壁１４，１６は薄膜１８の表面に対して５
４．７３°の角度となる。薄膜室１０の他の壁は、薄く
可撓性の薄膜１８である。 【００２７】薄膜室１０の容積は、薄膜１８が曲がらな
いかぎり一定である。一定量の気体または液体が薄膜室
１０に封じこめられる。これは、パイレックスウェハ２
２をウェハの上面に結合して薄膜室を封じる際に行うこ
とができる。すなわち、ウェハ１２の表面は最も正位な
Ｚ座標にあり、Ｚ軸に対して垂直である。この好ましい
実施例では、パイレックスウェハ上に抵抗パターン２０
がフォトリソグラフィ法によりエッチングされて形成さ
れており、薄膜室１０の中の内容物を電気的に加熱する
ことができる。パイレックスがウェハ２２に使われてい
るのは、それが光を通し、薄膜室１０の中に封じこまれ
た物質を加熱するために、パイレックスを通って薄膜室
１０に入る光エネルギーを供給できるからである。また
パイレックスはシリコンと共に比較的低温（３００℃）
で密封状態を作る。このような光学−流体の実施例で特
徴的なものは、光パイプ１９である。これは光エネルギ
ーを案内して薄膜室１０へ導くものである。光パイプ１
９はどんなものでも良い。例えば光ファイバケーブルで
ある。この構成は、いくつかの実施例で抵抗加熱器２０
が不適当かまたは不都合な時にも光学流体弁を構成する
ことを可能にする。 【００２８】さらに、この光パイプ１９は、加熱素子が
取り得る型をただ象徴づけているだけである。例えば、
全く加熱素子を用いず、周囲温度が、薄膜室内の物質の
加熱・冷熱を行うのに使われることもある。ウェハ２２
を加熱してその熱を薄膜室１０へ伝えることによって伝
導加熱あるいは対流加熱もまた使うことができる。伝導
加熱は、ウェハ２２と熱源が直接に接することによっ
て、そして、対流加熱はウェハ２２の上に熱い気体や液
体を流すことにより得ることができる。後者の環境で
は、ウェハ２２の材料は、熱信号に対する応答を遅らせ
ないような熱を良好に伝導させることのできるものを選
ぶべきである。第１図に示された実施例では、パイレッ
クスウェハ２２は薄膜室の密封部材として、そして平面
的なフォトリソグラフィ法により抵抗加熱器が形成され
る基体として機能する。抵抗加熱器２０との接続は、通
常の方法のいずれかによりなされる。１つの方法は、ガ
ラス中に穴を形成することにより行われる。この好まし
い実施例での抵抗加熱器２０はアルミニウムでできてい
る。しかし、クロムや金または他の多くの材料のうちの
いずれかから作って加熱器も使うことができる。いくつ
かの実施例では、抵抗加熱器２０は、その一部として外
部の温度測定装置と接続されている熱電対が形成されて
いる。この方法では、抵抗素子の温度の測定が可能であ
る。 【００２９】他の実施例では、温度の抵抗係数が抵抗素
子の温度を監視するのに用いられることがある。すなわ
ち、抵抗素子２０の温度はその中を流れている電流を測
定することにより知ることができる。 【００３０】加熱素子２０の材料は、薄膜室１０の中に
封じこまれた物質と、低温時においても、またその物質
が加熱されている最中でも、反応してはいけない。この
好ましい実施例では、加熱される物質との反応を防止す
るために、薄い保護コーティング（不図示）が、加熱素
子上に施されている。この薄いコーティングは、抵抗素
子２０から実質的に加熱されている物質への熱伝導を減
少させず、かつ、加熱素子を効果的に封じられる物質で
あれば、何でも良い。加熱素子と薄膜室に封じこまれた
物質との間に反応の危険性がない実施例では、コーティ
ングは省略してもよい。抵抗素子のリードは、パイレッ
クスウェハの外側端にあるパッドに引き出される。 【００３１】薄膜室１０は、規準に従って選択された流
体または気体により充填される。この規準は後で詳細に
述べる。この充填は、パイレックスウェハ２２が取りつ
けられている間にまたはその後に、薄膜室１０へ出入口
を取り付け、薄膜室を気体か流体で充填した後、この出
入口を封じることによって行われる。一般に、薄膜室１
０に充填される物質は弁が経験するであろう最も高い周
囲温度で薄膜室の中の流体または気体の圧力は、マニホ
ールドやノズルの中の流体の流れに支障をきたす原因に
なる薄膜１８の撓みを起こすほど大きくならないよう
に、基本的にはその活性エネルギーにより決定される。
また、選択された流体は、圧力の増分と入力エネルギー
の増分との比が最大になるようにされる。これは、入力
エネルギーの単位の変化に対する圧力の変化が最大にな
るように流体が選択されることを意味する。この比を最
適化することは、いくつかの応用分野では非常に重要な
ことである電力消費の低減につながる。また、この流体
は化学的に不活性でなければならない。これは、弁の物
質とそして接触の可能性のある他の物質との間の有害な
反応を起こさせないためである。もっと一般的には、薄
膜の屈曲はマニホールド室２４を通る流体の流れの断面
を調節するのに使われるということである。 【００３２】パイレックスウェハ２２には、薄膜室の中
の内容物を加熱するために流す電流が流れる抵抗素子２
０が形成されている。その中にマニホールド室２４をも
っている第２のウェハ３０は、第１のウェハ１２に取り
付けられている。そのマニホールドは入力ポート（不図
示）およびノズル３２が形成されている。ノズル３２
は、その周辺を囲んでいるシーリングリング２８を有し
ている。薄膜室１０の内容物が加熱され薄膜１８が第１
図に示される破線のように撓んだ時、薄膜１８はシーリ
ングリング２８上に位置し、ノズル３２を通る気体を全
て閉ざしてしまう。ここでいう気流とは、気体流または
液体流を指す。薄膜室１０の中に封じこまれた物質が冷
えると、それは収縮し、薄膜室１０の中の圧力を減少さ
せ、そして薄膜１８をノズルのまわりのシーリングリン
グ２８から遠ざけるようにする。 【００３３】ノズル３２またはマニホールド室２４に過
圧がかかれば、薄膜１８を薄膜室１０の方向へ逆に屈曲
させることができる。これを過圧状態というものとす
る。もし、この状態が起こり、撓みがはげしくなれば薄
膜は破壊されるだろう。１つの方法は薄膜室の深さ（第
１図のｄで示されている）を充分小さくすることであ
る。そうすることによって、過圧がかかった時、薄膜室
の表面２１が薄膜１８の撓みを破壊点に達するまでに、
または弾性限度を越えるまでに止める。薄膜１８の破壊
を防ぐ第２の方法は、薄膜室を液体で充填することであ
る。液体には圧縮できないという性質があるため、過圧
がかかり薄膜１８の逆方向への屈曲が起き薄膜室１０の
容積が減少した時、薄膜室内の圧力は急激に上昇する。
この圧力の上昇は屈曲を防げ、破壊点以上に薄膜が屈曲
するのを防止する。 【００３４】薄膜室１０を作るための異方性エッチング
の工程は、第１図に示されている薄膜の寸法Ａが正確に
制御されるように選択される。薄膜室の各寸法と壁１
４，１６の横方向の位置とを正確に制御することは重要
である。これは、同一の電気流体弁をシリコンウェハ上
に大量生産しなければならないことと、弁の製作コスト
を少なくするため単一のウェハ上の弁構造の密度をでき
るだけ高くする必要があるからである。寸法Ａは酸化物
マスク層（不図示）の寸法Ｂを制御することにより制御
される。この酸化物マスク層は、薄膜室１０の位置とサ
イズを決定するためのエッチングマスクとして使用され
る。寸法Ｂは比較的正確に制御され得るので、また異方
性エッチングにより特性的に壁１４，１６を正確な公知
の角度で構成できるので、寸法Ａを正確に制御すること
が可能である。薄膜１８の表面と壁１４，１６がなす角
度がわかっているため、薄膜室１０の側面の広がりが、
公知のウェハの厚さとして知ることができる。 【００３５】単一ウェハ上に弁を高密度に配することが
重要な規準にならない場合には、等方性エッチングによ
り薄膜室１０を作ることができるであろう。そのような
方法では、Ｚ軸方向のエッチングと同時にＸ軸に沿う横
方向のエッチングが行われるであろう。薄膜１８の厚さ
はＺ軸方向のエッチングを制御することにより制御され
る。等方性エッチングが行われる際には、Ｘ軸方向にお
ける壁１４，１６の正確な位置がつかめないであろう。
それは、等方性エッチングの横方向エッチング速度が比
較的に事前に予知できないものであるからである。さら
に、壁１４，１６は直線的にはならず、湾曲するであろ
う。薄膜室１０の容積が固定されている限り、等方性エ
ッチングにより製造された場合でも弁は作動するが、パ
ッキング密度は、たくさんの弁が同じダイ上で製作され
るであろうことを考慮すると、異方性エッチングが行わ
れた場合ほど高くはならないであろう。 【００３６】等方性エッチングの横方向エッチング速度
が予知できないため、ダイNo．１上に作られた１つ目の
弁の薄膜室１０の容積は、ダイNo．２上に作られた２つ
目の弁のそれとは異なるかもしれない。薄膜の厚さも異
なっているかもしれない。さらに、ウェハ全体でもエッ
チング特性が異なるので同一ウェハ上の弁も物理的に異
なる寸法をしているかもしれない。このように同一また
は異なるウェハ上の弁室の容積が異なる可能性もある。
薄膜室１０に封じこめられた流体または気体の容積が異
なるため、弁が異なれば特性も違うであろうことから、
様々な製造ロットでの弁の特性をもっと予知できるもの
にするため、薄膜室１０を異方性エッチングにより作る
ことが好ましい。 【００３７】基体１２は薄膜１８を作るため平面フォト
リソグラフィ法により化学的に加工できる物質であれば
何でも良い。さらに、基体１２の物資としては、高い熱
伝導係数をもっているものが好ましい。電気流体弁の応
答時間は、薄膜室１０に封じこまれた流体または気体が
加熱された後の冷却度で決まる。基体１２の熱伝導係数
が高いということは、薄膜室１０に封じこまれた気体ま
たは流体の冷却が早いという事と、応答時間が早いとい
う事とを意味する。薄膜室内の流体または気体の加熱速
度は、パイレックスウェハ２２上にある抵抗素子２０を
流れる電流の大きさを制御することにより制御すること
ができる。好ましい実施例では、支持ウェハ２２はパイ
レックスガラスである。そして、抵抗素子２０は薄膜室
１０内に位置し蛇行状にフォトリソグラフィ法によりエ
ッチングされたアルミニウムである。 【００３８】途切れていないアルミニウムのパターン２
０を電流が流れる時、アルミニウムの抵抗はＩ2 Ｒのア
ルミニウム線の熱を発生する。この熱は薄膜室１０に封
じこまれている気体または流体へ伝導され、その温度を
上昇させる。この温度の上昇は、薄膜室１０に封じこま
れている気体の圧力の指数的な上昇を引き起こす。増加
した薄膜室１０内の圧力は、マニホールド室２４内の気
体の等しく反対方向の圧力に打ち勝つ、これにより、薄
膜１８はＺ方向の負方向であるシーリングリング２８の
シーリング面２６の方へ屈曲する。このシーリングリン
グ２８は、第２のウェハ３０の中にフォトリソグラフィ
法により作られたものである。 【００３９】この好ましい実施例では、第２のウェハ３
０もまた〔１００〕方向のシリコンであるが、他の実施
例では、ウェハ３０は、半導体工業で一般に使用されて
いるフォトリソグラフィ法によるウェットまたはドライ
の化学的加工ができる物質であればどのような物質でも
良い。第２のシリコンウェハ３０には、化学的にエッチ
ングされたマニホールド２４とノズル３２がありシーリ
ングリング２８を連合している。ノズル３２はシーリン
グリング２８の中にエッチングされ、第１図の弁の気体
側の気体の通路の一部を成している。この弁の外気側の
完全な気体通路は、入力または出力用のポート３４（第
１図では断面で示されており第２図から第４図までに説
明されている）、ガスマニホールド２４、そして、ノズ
ル穴３２が含まれており、気体はノズル３２とマニホー
ルド２４を通って、第１図に示されている弁の外部にあ
る気体源または気体だめへ通じる事ができるようにされ
ている。第１図で、薄膜１８が実線により表されている
位置にある時は、弁が開放されていることを示す。薄膜
１８が破線により表されている位置にある時は、弁が完
全に閉じていることを示す。 【００４０】薄膜室１０内の液体と気体の温度と、その
液体と気体の圧力の関係は、下に示す式（１）により、
概算的に求められる。この式はキッテル（Kittel）とク
レーマー（Kloemer ）による「Thermal Physics 」の２
８２ページに定義してある（これは、分解が無視される
ほとんどの液体−気体システムに対する良い概算法であ
る理想的な２相システムを仮定している）。 【００４１】 式（１） Ｐ（Ｔ）＝Ｐｏｅｘｐ（＝Ｌｏ／ＲＴ） ここでＰは薄膜室内の圧力、Ｐｏは定数、Ｌｏは薄膜室
１０に封じこまれた物質の蒸発潜熱、Ｒは気体定数、Ｔ
はケルビン温度。 【００４２】薄膜１８の撓みはティモスレンコ（Timosl
enko）他の「Theory of Plates andShells 」の式
（２）より求められる。 【００４３】式（２） ＷMAX ＝ＱＡ4 ／６４ｄ×１／
｛１＋０．４８８（Ｗ2 ／ｈ2 ）｝ ここでｄ＝Ｅｈ3 ／１２（１−Ｖ2 ） Ｅは薄膜物質の弾性係数、Ｖはポアソン数、Ａは第１図
に示されている薄膜の幅の半分の長さ、Ｑは薄膜両側の
圧力差、Ｗは薄膜の撓み、ＷMAX は薄膜の最大撓み、ｈ
は薄膜の厚さ。 【００４４】式（２）より明らかなように、薄膜の厚さ
ｈと薄膜の幅Ａと薄膜の弾性係数Ｅはいずれも複雑に関
係している。使用者は薄膜の厚さおよび幅のためのパラ
メーターを設定し、さらに、適当なシーリングを引き起
こすために必要な最大の撓みが薄膜室内で期待される温
度および圧力のもとで得られるように弾性係数のある材
料を選ぶべきである。さらに、シーリング面２６と最大
の負方向のＺ座標を有する薄膜１８の表面との間の距離
は、式（２）で定義される最大撓みを超えるべきではな
い。 【００４５】パイレックスウェハ２２とシリコンウェハ
１２は、層３６に象徴されるように陽極結合されてい
る。他の結合方法もまた使用され得る。どんな結合方法
が使われていようとも、その結合は弁が操作される環境
に適合していなければならず、そして薄膜室１０に封じ
こまれた気体または流体により期待される最高値の圧力
のもとでウェハ２２をウェハ１２へ固定するだけに充分
な結合力を持っていなければならない。またその結合は
室に対し密封状態を与するものでなければならない。 【００４６】変換器の実施例 第１図の構成が感知器として使用されている（いずれか
の加熱器の態様を有する）実施例では、温度はポート３
４、穴３２、流体の流れるマニホールド２４およびそこ
に連結されている出入口を含む流体の流れるチャネルを
通る流体の流量を感知することで検知できる。上述の式
によって温度を薄膜室の可撓性の壁の撓みと直接的に関
係づけてもよい。この撓みは流体の流れるチャネルの断
面積を調節しており、従って流体の流量により封じこま
れた物質の温度を示すものである。もし周囲からの熱伝
導が加熱手段として使われるならば、流体の流量は周囲
温度に変換されるであろう。 【００４７】この発明の教えに従い、製造される他の構
成をした感知器は、ウェハ３０のシーリング面２６の代
わりにコンデンサプレートが使われることを除けば第１
図の構成と似ている。すなわち、Ｚ座標の最大の負値を
もつ可撓性の壁１８の表面は、例えば化学蒸着のような
既知の方法で、金属かまたは他の導体によりコーティン
グされる。そして、使用者がアクセス可能な接続点を設
けるために導体がフォトリソグラフィ法によりエッチン
グされる。そこでウェハNo．２は、異なる処理を受けて
ノズル口３２とノズル出入口３４は作られない。その代
わりにウェハ１２と３０が結合されている時に隔壁１８
と隣接するようにまたは「下方に」位置するようにウェ
ハ３０の表面に凹所または穴が形成される。「床」すな
わち薄膜１８に平行な凹所の表面は、金属または他の導
体で既知の方法によりコーティングされる。そして、使
用者がアクセス可能な接続点を設けるためにその金属と
または他の導体と連結している導体がエッチングされ
る。そして、ウェハ１２と３０は、薄膜１８の金属部の
下部と凹部の金属面とが構成される平行プレートの真空
誘電コンデンサを形成するように真空状態のもとで密封
結合される。その後、液体または他の物質がここで述べ
られているいずれかの方法により、薄膜室１０の中にカ
プセル化される。カプセル化された物質の温度の変化
は、薄膜１８の屈曲に変換され、２個の導体プレートの
間隔を変化させる。これらの間隔の変化は、これらの２
個の金属プレートに接続されている端子に平行プレート
コンデンサのコンデンサ容量の変化として反映される。
このように、温度は減少されるであろう。 【００４８】アルミニウム金属を用いたシリコンウェハ
どうしの結合工程 シリコンウェハ１２はシリコンウェハ３０へ、アルミニ
ウムとアルミニウム原子移動障壁を用いた新しい方法に
より結合されている。この処理の第１段階は、ウェハ３
０へ結合するために、ウェハ１２の表面上に二酸化シリ
コン層３８を形成することである。この二酸化シリコン
層３８は、アルミニウム原子移動障壁の働きをする。例
えばタングステンのように、この処理の残りの部分、お
よび操作環境に適合しており、アルミニウム原子移動障
壁の働きをする物質であればいずれも、この二酸化シリ
コン層の代用になるであろう。原子移動障壁が形成され
た後、アルミニウム層４０が原子移動障壁の上に付着さ
れる。そして、２つのウェハ１２と３０は固着され、高
温にされる。ウェハ１２と３０のシリコンはアルミニウ
ムに対し非常に強い親和力をもち、そちらの方へ原子移
動する傾向がある。しかしながら、原子移動障壁２８は
アルミニウムがウェハ１２へ拡散するのを妨げる。ウェ
ハ３０に向かいあったアルミニウム層４０の表面に自然
にできる酸化アルミニウム（アルミニウム層４０の表面
は最も負のＺ座標をもつ）もまたアルミニウム原子移動
障壁である。しかし、層４０内のアルミニウムがウェハ
３０へ拡散するのを妨げるのに足る障壁ではない。それ
により結合が形成される。 【００４９】他の金属、例えば金は、結合を形成するた
めに高温下でシリコンへ拡散するためのシリコンに対す
る充分な親和力がある限り、層４０のアルミニウムの代
用となるであろう。もし、このような特性をもった貴金
属であれば、それらを使用することが好ましい。貴金属
は酸化しないし、層４０内の金属のウェハ３０への拡散
の障害がないであろうからである。他の金属も、酸化物
により障壁よりもシリコンに対する親和力が大きけれ
ば、たとえそれらの金属が酸化物を形成するとしても同
じように作用することができる。 【００５０】他のウェハの結合方法もまた使用可能であ
る。エポキシ、ポリイミド、ガラスフリット、熱により
成長した酸化物および他の共融合金がこれに相当する。 【００５１】ウェハ３０内に形成された楔４２はウェハ
内に形成された溝４４と対になっており、ウェハ１２と
３０の結合処理時の相対的な位置を示している。 【００５２】第２図から第４図は、マニホールド２４と
ノズル３２に結合されたポートの他の配置例を示す。第
２図は、Ｚ軸に平行なダイの表面へ貫通している入力と
出力の両方のポートの様子を示したものである。典型的
な３インチのウェハには約１００個の弁を製作すること
ができ、そしてそれぞれの弁は第２図から第４図に示さ
れるようなポートを必要とする。いずれか一方のポート
は入力ポートとして使われ、他方は出力ポートとして使
われる。また、この逆にも使用される。いくつかの実施
例では、ポート４７のような３つ目の通気ポートが使わ
れることもある。 【００５３】第３図Ａは他の出入口の配置方法を示すも
ので、もう一つのポート４８がダイ３０の端のＹ軸に平
行な平面に形成される一方で、ポート４６がＺ軸に平行
なダイの表面にあることを示す。３つ目のポート４７も
また第３図Ａの実施例に設けられているが、他のポート
構成の実施例にも使用できる。通気構造の実施例の目的
は、弁が閉状態にある時に、マニホールド室２４へ新鮮
なガスを送り込むことである。可撓性薄膜、他の２つの
ポートおよびシーリング面と通気ポートとの間の関係は
第３図Ｂに示されている。ここでも、１つの弁について
のポート構成のみが示されている。当業者であれば同一
ウェハ上に多数の弁を収容するためになされたこのポー
ト構成を評価するであろう。この後者の表面はダイの厚
さを示す１個の寸法（Ｚ軸にそっている）をもつ。 【００５４】第４図はもう１つのポート配置を示したも
ので、入力および出力のポート４６と４８は両方共ダイ
の端にあるダイ３０のＹ軸に平行な表面に位置する。 【００５５】電気流体弁の製造工程 第５図では、薄膜室を形成するための異方性エッチング
が行われている第１図で示された弁の製造工程の初期段
階が示されている。この実施例では、〔１００〕方向の
シリコンウェハが選ばれている。他の型の物質も化学的
にエッチングが可能で充分な熱伝導が得られるものであ
れば使用可能である。しかしながら、シリコンの使用が
好ましい。それは、シリコンの化学処理の工程がよく理
解されており、他の電子回路が標準の平面フォトリソグ
ラフィ法により同一のウェハ上に集積され得るからであ
る。この他の電子回路はインターフェイス回路として用
いることができる。それは、電気流体弁と、その弁の開
閉の制御を行う電子制御信号を供給する制御ロジックと
の接続に必要なものである。さらに、集積化圧力調節器
を作るように集積流れ制御弁の制御回路と同一のダイ上
に圧力センサを集積してもよい。 【００５６】薄膜室１０のエッチングの準備として二酸
化シリコン層５２が、熱的酸化のような通常の方法で形
成される。酸化物５２はエッチングマスクとして用いら
れるため、薄膜室１０の位置とサイズを決定する開口が
フォトリソグラフィ法によりかたちどられる。この好ま
しい実施例では、異方性エッチングが使用されており、
その異方性エッチングは〔１１１〕方向面を顕著にエッ
チングしないため、このホールの寸法Ｂは、薄膜室の正
確な容積を決定する。酸化物層５４は層５２の形成と同
時に形成される。 【００５７】この２つの層が形成された後、ウェハ１２
は酸化物５２によりマスクされたシリコンを取り除くた
め、異方性エッチングを受ける。このエッチングの目的
は、薄膜室１０の薄膜１８を形成するためのものである
ため、薄膜に対する所望の厚さｈに達した時点でエッチ
ングが終了するように制御されなければならない。この
ことは、エッチングの時間を適正に制御し、厚さの判っ
ているウェハ１２を用い、Ｚ軸方向への既知のエッチン
グ速度のエッチングを使用することで行なえる。エッチ
ングを制御する他の方法としては、Ｐ+ ドープ埋込層を
使うことが挙げられる。これは、ウェハ１２の表面５６
への１立方ｃｍ当り最小１０19個の原子の投入量と任意
のエネルギーレベルのもとで、Ｐ+ 不純物を打ち込むこ
とで達せられる。この打込は、もし酸化物層５４が充分
に薄ければ、酸化物層５４が形成される前かまたは後の
いずれかで行なえる。打込の後、面５６上の酸化物はは
ぎとられ、エピタキシャルシリコン層が面５６の上で、
Ｚ軸の負方向に成長する。このエピタキシャルシリコン
の成長率と成長時間は薄膜１８の所望の厚さを得るため
に制御される。そこでＰ+ の打込は、エッチングを終了
させるために用いられる。例えば、エッチングがＰ+ ド
ープ領域へ達した時、エッチング率は遅くなりそして止
まる。これは、薄膜１８の厚さｈの制御を確実なものに
する。 【００５８】第６図では、薄膜室１０を形成するための
異方性エッチング工程の後のウェハ１２の断面が示され
ている。ここで、壁１４と１６はＸ軸に対して５４．７
°の角度をもっている。壁１４と１６はそれぞれウェハ
１２の〔１１１〕面を規定する。この特徴は、Ｘ−Ｙ面
での弁の高密度パッキングに役立つ。それは、壁１４と
１６の正確な位置が知られており、酸化物層５２の開口
の位置とサイズにより定義されているからである。 【００５９】第７図は、アルミニウム層５６が酸化物層
５４上に付着し、フォトリソグラフィ法によりパターン
化された後の断面を示すものである。アルミニウム５６
は、結合材として酸化物層５４の上におかれている。酸
化物層５４は、シリコンのアルミニウムに対する親和力
のために起こるアルミニウムのシリコンウェハ１２への
原子移動を妨げる原子移動障壁として作用する。アルミ
ニウム層５６と酸化物層５４は、５８と６０で示された
部分でエッチング除去される。５８の穴は、薄膜１８の
下部を露出させる。一方、穴６０は、ウェハ３０上に形
成される突起部と一致させるための溝の役目を果たす。
これは後述されているように、結合過程での２つのウェ
ハを適正に整列させるためと、結合準備中の２つのウェ
ハの整合を確実にする目的がある。薄膜のエッチング
が、薄膜１８の厚さを減少させるためにこの時点で行わ
れてもよい。この工程は、アルミニウム層５６と酸化物
層５４をエッチングマスクとして用い、異方性プラズマ
エッチングにより行うことができる。薄膜１８を薄くし
た結果は、第７図の破線５９で示されている。 【００６０】工程のこの時点では、ウェハ３０に対する
マニホールド室、ノズルそして各ポートの化学的加工を
開始する。これは薄膜室の化学的加工が実質的に終わっ
ているからである。第８図では、２個の二酸化シリコン
層６２と６４が形成された後のウェハ３０の断面図が示
されている。ウェハ３０もまた〔１００〕方向をもった
シリコンが好ましいが、化学的にエッチングができ、標
準的なフォトリソグラフィ法により処理できる他の物質
も使用できる。ウェハ１２の場合では、二酸化シリコン
以外の他のエッチングマスク物質も層６２と６４として
使用され得る。しかしこれは、これらの物質がフォトリ
ソグラフィ的に規定されるエッチングマスクとして作用
する能力があり、でなければこの工程の適合するもので
なければならない。窒化シリコンまたは金の下のクロム
がこれらの物質の例としてあげられる。 【００６１】エッチングマスク６４には、穴６５があ
り、この穴はエッチングの後、ノズルと流体的に結ばれ
たポートになる正確な位置とサイズを提供する。 【００６２】第９図は、穴６５により露出されたウェハ
の部分からシリコンを取り除くための異方性エッチング
が行われた後のウェハ３０の断面図を示す。このエッチ
ングはポート室６８を形成し、この室は後にマニホール
ド室へのノズル（両者共、この時点では形成されていな
い）とウェハ３０の表面との間の流体の連絡通路を供給
する。このポートのサイズは、意図した流速に基づき、
設計者により設定される。 【００６３】第１０図は酸化物層６２がシーリングリン
グと楔を定義するためのエッチングマスクの形にフォト
リソグラフィ法によりエッチングされた後のウェハ３０
の断面を示す。薄膜１８がノズル口に向かって撓み、接
触するノズル口のまわりにシーリングリングを設けるこ
とは、充分なシーリングを弁にもたせる上で必要なこと
である。したがって、エッチングマスク層６２は、ノズ
ル口を形成するためにエッチングされる表面６８の部分
の周囲に酸化物または他のエッチングマスク物質の円形
リング６６を残すためのフォトリソグラフィ的に規定さ
れる。第１０図が断面図のため、このリング６６は２つ
の酸化物のブロックのように見えるが、実際には、ノズ
ル口がエッチングされるリングの中央にある表面６８の
小さな部分を露出しているリングである。 【００６４】酸化物ブロック７２は、ウェハ１２の凹所
６０（第７図）と正しく一致させる目的の楔のためのエ
ッチングマスクである。 【００６５】第１１図は、面６８のレベルをさげ、シー
リングリングのエッチングマスク６６と楔のエッチング
マスク７２の下のシリコンの隆起を定義するためのエッ
チングが行われた後のウェハ３０の断面図である。いく
つかの実施例では、シーリングリングのエッチングマス
ク６６の楔のエッチングマスク７２は、そのままにされ
ているため、シリコンの隆起は形成される必要がない。
これらの実施例では酸化物面７０は、シーリングリング
の働きをし、そして第１１図のエッチング工程は必要な
い。好ましい実施例では、シーリングリングのエッチン
グマスク６６は、シーリングリングとしてその下にシリ
コン隆起を残すため取り除かれる。 【００６６】第１２図は付加酸化物層が形成されパター
ン化され、酸化物７４，７６そして７８が残された後の
ウェハ３０の断面図である。これらの酸化部分は、マニ
ホールド室を定義するためのエッチングのエッチングマ
スクとして用いられる。このエッチングは第１２図で進
行中の異方性プラズマエッチングとして示されている。
第１３図はマニホールド室２４を形成するための異方性
エッチングの後のウェハ３０を示している。ここで、マ
ニホールド室２４を形成する同じエッチング工程でノズ
ル口３２もまた形成されることに注意されたい。このエ
ッチング工程の後、酸化物部分６６，７２，７４，７
６，７８は、ウェハ３０をウェハ１２へ結合させる準備
として取り除かれる。 【００６７】いくつかの実施例では、横方向のエッチン
グがシーリングリングの幅に悪影響を及ぼさないかぎ
り、異方性エッチングが使用される。マニホールド室２
４へのもう一つのポートは、ウェハの側面に通じる出口
を有するシーリングリングを囲んでいる酸化物面として
酸化物部分７４と７６を形成することにより形成され
る。これは、マニホールド室を形成したエッチングが前
記の室を形成した時、ポートを形成することになる。そ
れは、ウェハの表面にある「溝」がマニホールド室の深
さに形成されるからである。この溝は、第３図または第
４図のいずれかの方法で出入口が形成されれば、ウェハ
の側面への通路を形成することになる。 【００６８】第１４図の結合工程が終了した後、薄膜室
は弁の製造を終了するために、充填され封じられる。こ
れは先ず、第１図に示されたようにパイレックスウェハ
の表面に加熱素子を形成し、そして薄膜室内に封じられ
るべき物質がその中におさめられた後パイレックスウェ
ハとウェハ１２を結合することにより実現される。パイ
レックスウェハ２２の表面上に加熱素子２０を形成させ
る方法はパイレックスウェハの表面上に付着しているス
パッタされたまたはメッキされたアルミニウムのフィル
ムを通常のフォトリソグラフィ法でエッチングすること
により達成できる。他の金属も抵抗素子として使用可能
である。例えば、チタン／タングステン、銅、チタン／
タングステンのサンドイッチ状態が使用される。アルミ
ニウムはほとんどの充填法に適合する。もし、薄膜室の
内容物を加熱または冷却する他の方法が使われる場合に
は、パイレックスウェハの表面上に加熱素子を形成する
工程は省略可能である。 【００６９】薄膜室１０に物質を封じこめるには少なく
とも２つの方法がある。最良の封じこめ法は、パイレッ
クスウェハ２２とウェハ１２の結合時に封じこまれるべ
き液体または気体をカプセル化する方法である。これ
は、気体を使う場合、その気体の中でパイレックスウェ
ハ２２とウェハ１２を結合することにより行なえる。殆
どの液体の場合は、圧力容器の中で結合を行うべきであ
る。液体を使用する場合、既知の液体量が薄膜室へ配置
され、パイレックスウェハ２２がウェハ１２の一番上に
位置され、そこに結合される。結合工程は、ここで述べ
られている工程と物質、そして操作環境に適合していれ
ばどのようなものでも良い。１つの使える方法として陽
極結合がある。他の方法はウェハ１２の表面の一番上に
ポリイミドの層を形成し、そしてウェハ１２とパイレッ
クスウェハ２２を接合状態におくことである。その後、
熱処理を行ってポリイミド液をプラスチックに変換して
その２つのウェハを結合する。 【００７０】ウェハ３０とウェハ１２の結合は、「シリ
コンウェハとシリコンウェハの結合工程」という表題
で、上記に説明された方法により行われる。基本的に
は、シーリングリング２８が薄膜１８の中心の下部にあ
るように２つのウェハは整列され、この組合せはアルミ
ニウムをウェハ３０へ拡散させるために熱処理される。
しかし、ウェハ１２に拡散させるためではない。それ
は、原子移動障壁が酸化層５４により形成されているた
めである。そこで弁の構造は、ウェハ３０上に信号処理
回路を形成する必要がなければ、完成したことになる。 【００７１】ポリイミド薄膜の実施例およびその製造 第１５図は、ポリイミド薄膜と２つのパイレックスウェ
ハおよびシリコンウェハを用いた実施例を示している。
第１のパイレックスウェハ８０は、抵抗素子８２の基体
として、そして薄膜室８４の封じこめ部材として働く。
薄膜室８４は、ポリイミドの壁８６と８８、パイレック
スウェハ８０とポリイミド薄膜９０により規定される。
入力ポート９２は、パイレックスウェハ８０と第２のパ
イレックスウェハ９４との間に形成される。この入力ポ
ートは、流体チャネル９６と流体的に連絡している。ウ
ェハ９４の表面に形成され、流体チャネル９６の横断域
に位置しているシーリングリング９８は、薄膜室８４内
の圧力上昇によりＺ軸の負方向に薄膜９０が撓んだ時
に、その薄膜９０がシーリングブロック９８の上に乗
り、シーリング面としての役割りを果たす。流体チャネ
ル９６は、出力ポート１００と流体連絡をとるために、
シーリングブロックの通過を続ける。平面図（不図示）
的にみると、ウェハ８０と９４はどんな形状でもよく、
流体通路９６と入力ポートと出力ポートは、サンドイッ
チ状態になったウェハの間を通る通路を形成している。
ウェハ８０と９４の物理的な分離はシリコンウェハ１０
２により行われている。このウェハは２つの平行した面
をもっており、１つはウェハ８０に結合しており、他方
はウェハ９４に結合している。流体通路９６と入力ポー
トと出力ポートはウェハ１０２の一部を貫通して形成さ
れている。 【００７２】第１５図の弁の製作工程は以下に記すとお
りである。第１６図には、初期の３段階の処理が行われ
た後のシリコンウェハ１０２の断面図が示されている。
ウェハ１０２の両面はみがかれているべきである。第一
段階は、シリコンウェハ１０２上の二酸化シリコンの５
０００オングストロームの層１０４の熱成長である。次
に、９００オングストロームの厚さの窒化シリコン（不
図示）が、７００℃において低圧化学蒸着を用いて酸化
層１０４の上に蒸着させられる。ウェハ１０２の両側上
の酸化層１０４をＡ面、Ｂ面とする。第１６図に示され
ているＡ面上の酸化物を残すようにマスクして、Ａ面は
正のフォトレジストとフォトリソグラフィ法およびドラ
イまたはウェットのいずれかのエッチングを用いて、パ
ターン化されエッチングされる。Ａ面の酸化／窒化エッ
チングマスクのパターンは、薄膜室、入力ポートと出力
ポートそして薄膜を定義する。 【００７３】第１７図では、パターン化されたＡ面の酸
化／窒化物をエッチングマスクとしてエッチングした後
のシリコンウェハ１０２の断面図が示されている。この
エッチングの目的は、室の部分を形成し薄膜の位置を決
定し、入力および出力の毛管９６の高さを決定すること
である。室１０６はエッチャントとしてＫＯＨを用いて
３４０μｍの深さにエッチングする。入力および出力の
毛管あるいは流体チャネル９６の所望の高さによって
は、異なった深さになってもよい。窒化物は、エッチン
グの後ウェハ１０２の両側面からはぎとられる。 【００７４】第１８図は、Ｂ面上に整合マークが形成さ
れた後のシリコンウェハ１０２の断面図が示されてい
る。Ｂ面上の整合マーク１０８と１１０は、負のフォト
レジストと第２のマスクを用いてＢ面の酸化物の中にエ
ッチングされる。この工程は赤外線整合システムにより
行われる必要がある。その後、Ｂ面上の酸化物ウェハ１
０２よりはぎとられる。 【００７５】第１９図は、金属層１１２が表面に付着さ
れた後のウェハ１０２の断面図を示す。この金属層１１
２の目的は、スペーサーの役割を果たし、そしてポリイ
ミド（不図示）が形成され処理されている間、それを支
える役目をする。このアルミニウムのスペーサーは、後
に薄膜をシリコンより解放するために溶解させられる。
好ましい実施例では、このアルミニウム層１１２は５μ
ｍの厚さである。 【００７６】次の段階では、１０μｍの厚さのポリイミ
ド層をつくることである。この工程は第２０図に示され
ている。ポリイミド層１１４はもし必要であればくり返
しつくられ、そしてウェハのＡ面上だけにつくられる。
ポリイミドは、多層コーティングを使用するのであれば
９０℃で１時間、コーティング間で焼かれる。１０μｍ
のポリイミドが形成された後、ポリイミドフィルムが１
３０℃で２時間半焼かれている時に部分的なキュア処理
がなされる。 【００７７】第２１図に示されている様に、部分キュア
が済んだ後、負のフォトレジスト層１１６が付着され、
９０℃で焼かれそして第３のマスクを通して露光され、
第２１図の１１６で示されるパターンが現像される。フ
ォトレジストが現像された後、強化のために１２０℃で
焼かれる。 【００７８】第２２図は、ポリイミドがエッチングされ
た後の次の工程を示している。１１６に示される様にフ
ォトレジストが現像された後、ポリイミドフィルム１１
４はＡ面上のフォトレジストエッチングマスク１１６の
下の部分を除いて、全ての点がエッチング除去される。
このエッチングは日立より市販されているエッチャント
III により、３５℃で１５分から３０分の間で行われ
る。その後、焼き工程が行われ、ポリイミドフィルム１
１４の新しく露出された部分の部分的なキャア処理がな
される。この焼き工程は２２０℃で１時間行うことによ
り達成される。 【００７９】次に、露出したアルミニウムフィルム１１
２を、公知のアルミニウムエッチャントＩ（ＫＴＬ Ｐ
ａｒｔ No．７０−０３）または他の標準的なアルミニ
ウムエッチャントではぎとる。そして、負のフォトレジ
ストを標準のＪ１００溶液ではぎとり、ウェハをＴＣＥ
で洗浄し、アセトンで洗浄した後、最後にメタノールで
洗浄する。第２２図にこの状態が示されている。最後
に、ポリイミドフィルム１１４が３５０℃で１時間キュ
ア処理される。 【００８０】第２３図は、初めの２段階の工程が終了し
た後の第１のパイレックスウェハの断面図を示す。最初
の工程は、アルミニウム、クロム／金またはチタン／タ
ングステン−銅−チタン／タングステンまたは他の抵抗
素子８２を形成できる導体フィルムの層を付着させるこ
とである。好ましい実施例では、フィルムは０．３μｍ
の厚さである。 【００８１】その後、抵抗素子８２は、第４のマスクと
正のフォトレジストおよびアルミニウムエッチングによ
りらせん状のパターン状態に形成される。最後にレーザ
を用いて、抵抗パターンの中心部にパイレックスウェハ
８０をつらぬいて穴をあける。この穴は、第２４図の１
１８によって示されている。カプセル化される物質がこ
こで述べられているカプセル化方法により室８４に置か
れた後、充填穴は密封される。このカプセル化される物
質は、温度変化と共に変化する蒸気圧をもった物質であ
れば、何でもよい。この封止は１１７で示されており、
エポキシ、高性能接着剤、溶けたパイレックス、金属
（パイレックスウェハ８０の側面が金属化され、プラグ
１１７が金属化された面に電気メッキされ得る）、また
はその穴の上でウェハ８０の上に結合されているもう一
つのウェハである。 【００８２】装置の組み立て工程として、パイレックス
ウェハ８０とシリコンウェハ１０２の陽極結合（anodic
ally bonding）から始められる。結合構成は第２５図に
示してある。結合は、抵抗素子８２が薄膜室８４の中に
整列された後に行われる。これは、ポリイミド薄膜９０
を室の内部にとじこめることになる。 【００８３】第２６図は、ウェハ１０２のＢ面がエッチ
ングされた後のサンドイッチ構造を示す。これを果たす
ために、得られたサンドイッチ構造を第５のマスクと、
シリコンウェハ１０２をアルミニウム層１１２までエッ
チング除去する準備のための負のフォトレジストにより
パターン化される。第５のマスクを用いて現像された写
真抵抗の層は１２２で示されており、可撓性の壁９０の
中央に位置している。このエッチング工程は、プラズマ
エッチングまたはウェットＫＯＨまたはＨＮＡエッチャ
ントにより行うことができる。プラズマエッチングが好
ましい。エッチングの結果は、シリコン９８、酸化物１
０４がフォトレジスト１２２の積層構造である。このサ
ンドイッチ構造はシリコンウェハ１０２の幅にわたって
広がっているが、アルミニウム層１１２と可撓性壁９０
はウェハ１０２の一部分までにしか広がっていない。こ
れはアルミニウム層１１２が後にエッチング除去された
後、シリコンウェハ１０２がシリコン９８を支持するこ
とを可能せしめる。 【００８４】第２７図は、アルミニウム層１１２の一部
がエッチング除去された後のサンドイッチ構造を示した
ものである。第２７図に示される工程に達するために、
酸化物層１２２は６：１ＨＦの希釈溶液によりはぎとら
れる。このはぎとり工程はまた、ウェハ８０の一部もは
ぎとる。よって、もし必要であればこのウェハもまたフ
ォトレジストにより保護される。このはぎとり工程はア
ルミニウム層１１２の一部もはぎとるが、もしＨＦが適
度に十分にアルミニウムをはぎとるものでなければ、こ
の目的のためには別の工程が行われる。 【００８５】シリコンブロック９８と可撓性の壁９０と
の間に通路を形成するため、可撓性の壁９０とシリコン
ブロック９８との間に横たわるアルミニウム層１１２の
部分をとり去る必要がある。この通路の横断面積は薄膜
９０の撓みにより制御される。薄膜９０の下のアルミニ
ウムの除去もまた、Ｚ軸負方向の撓みを自由にさせるこ
とができる。このアルミニウムのエッチングは、ポリイ
ミド上のアルミニウムだけをとりさる標準的なアルミニ
ウムエッチャントか、あるいはＨＣｌ：ＨＮＯ3 ：Ｈ2
Ｏを５０℃で１０：１：９の割合にした混合物により達
成できる。後者の混合物は１分間に２５から５０μｍの
割合でエッチングする。もし後者の混合物を使用する場
合は、エッチングし過ぎないように注意が必要である。
この結果は第２７図に示されている。 【００８６】最後に、もう１度第１５図に戻って、第２
のパイレックスウェハ９４はシリコンブロック９８の表
面１２６を介してシリコンウェハ１０２に陽極的に結合
されている。第２８Ａ図と第２８Ｂ図は、第１５図に示
された最終的なダイの構造の縮小された平面図を示す。
これはチャネルの横方向の広がりに対して異なった薄膜
のサイズを示したものである。これらの図はウェハ上の
たった１つの弁を示すものであるが、当業者であれば、
単一の３インチのウェハ上に約１００個の弁を形成する
ことができることを理解するであろう。ここで、シリコ
ンブロック９８がどのようにチャネル壁１３６と１３４
の一方の側から他方の１３０，１３２の方へ延伸してい
るかを注意すること。薄膜９０とシリコンブロック９８
の間の通路は、薄膜室８４の下部にのみ存在する。ここ
で、第２８Ａ図は、薄膜がＹ軸方向においてブロック９
８よりも狭くなっいることを示し、他方第２８Ｂ図は、
薄膜がブロック９８より広くなっていることを示す。シ
リコンブロック９８とチャネル９６の壁とにそった他の
点で、シリコンウェハ１０２は連続的にブロック９８の
表面１２６の全方向に向かって延伸されており、第２の
パイレックスウェハ９４を適当に機械的に支持すること
ができる。第２７図の断面は第２８Ａ図、第２８Ｂの線
２７−２７′に沿うものである。 【００８７】もう１度第１５図に戻り、第２のパイレッ
クスウェハ９４が結合された後、薄膜室８４は、そこを
充填するために用いられる物質の沸騰溶液中にサンドイ
ッチ構造を浸すことにより充填される。そこでレーザに
よりあけられた穴１１８を、高性能接着剤あるいは他の
適合可能な接着剤により封じるか、または、ウェットな
表面を得るためにパイレックスウェハ８０のＡ面上に金
属面をメッキするか、スパッタした後、はんだにより穴
自身をとかして閉じてしまう。穴１１８を封じるもう１
つの方法は、パイレックスウェハ８０に他のシリコンか
あるいはパイレックスウェハを結合させることであ
る。。適当な接着剤あるいはポリイミドの使用が、結合
と封じこめを行うのに可能である。 【００８８】ここで、ウェハのダイシングと線の接続が
可能な状態になる。抵抗素子８２への線は、もしアルミ
ニウムの接続パッドが使用されていれば、導電性エポキ
シにより接続される。もし、クロム／金またはチタン／
タングステン−銅の接続パッドであれば、はんだを用い
る。 【００８９】ポリイミド薄膜の第２の実施例 第２９図から第３９図においては、工程中の異なる段階
での種々のウェハの一連の断面図により第２のポリイミ
ド薄膜の実施例の工程が示されている。最初の２段階は
第２９図に示されている。まず最初に、二酸化シリコン
層が、シリコンウェハ１６４のみがかれた面Ａ，Ｂの上
に成長する。これらの層は１６０と１６２により表され
ている。そして、第２９図にみられるように、酸化層１
６０はＡ面上にエッチングマスクをパターン化させる。 【００９０】次に第３０図では、酸化物１６０をエッチ
ングマスクとしてウェハ１６４のＡ面に凹所１６６がエ
ッチングされている。凹所１６６のｆＸ軸方向の幅は任
意である。そしてＺ軸方向の深さは２０から１００μｍ
の間である。深さは重大ではない。Ａ面は第３１図でみ
られるように、酸化物によりもう１度おおわれる。そし
て、第３２図で示されるように、凹所域の中心に形成さ
れる酸化物打込マスクによりもう１度パターン化され、
その両側のシリコンを露出する。その後、露出シリコン
は導電領域１７０を形成するために拡散により打込また
はドープされる。他の酸化シリコン層１７２が、第３３
図のようにＡ面上に成長または付着され、第３４図のよ
うにパターン化される。パターン化の後に残った酸化層
は１７２として示されている。酸化層１７２は、後に形
成されるポリイミド層の下方でスペーサの役目を果た
す。他の実施例では、スペーサ１７２はフォトレジスト
である。 【００９１】次に、第３４図に示される様にＢ面上に酸
化物がパターン化される。これは整合マーク１７４と１
７６をＢ面に写し、酸化層１６２内に、流体制御チャネ
ルのためにエッチングされるノズル口を通す開口１７８
を形成するために行われる。 【００９２】アルミニウムあるいはニッケルの層１８０
が、第３５図のように、１．５μｍの厚さで付着され、
パターン化される。これは、拡散抵抗１７０とウェハ１
６４の端にある接続パッドを電気的に接続する導体を形
成するためである。導体１８０が形成された後、第３６
図の１８２で示されるように、ポリイミド層が付着さ
れ、位置とサイズが定義される。ポリイミドがパターン
化された後、３５０℃までの温度の上昇を含む加熱工程
により４時間のキュア処理が行われる。もしスペーサ１
７２がフォトレジストであれば、窒素あるいはアルゴン
のような不活性の雰囲気でキュア処理されるべきであ
る。これは、ポリイミド薄膜を破壊するスペーサの酸化
と蒸発を防止するためである。 【００９３】次の段階は、パイレックスウェハ１８４に
ある決まったパターンをエッチングすることである。こ
のウェハ１８４とエッチング後の最終形状を第３７図に
示す。エッチングマスク（不図示）は薄膜室１８６の位
置と、その室を充填するためのポート（不図示）の位置
と、接続パッド上の開口１８８の位置とを定義する。こ
のエッチングは、６：１の緩衝酸化エッチャントを用い
て、あるいは直接ＨＦ（ふっ化水素酸）プラズマエッチ
ング法、あるいは他の適したエッチング法で行う。室は
４０μｍの深さにエッチングされる。 【００９４】パイレックスウェハ１８４はエッチングの
後、第３７図に示されるようにシリコンウェハ１６４と
整列し、陽極的にシリコンウェハに結合される。陽極結
合工程は、薄膜室１８６の周囲の１８８と１９０で密封
状態を形成し、そしてウェハ１８４と１６４をサンドイ
ッチ状態にし、パイレックス／シリコンの接合の両側に
５００Ｖの電位差を約３００℃の高温度で加えることに
より行われる。薄膜室１８６に封じこまれる流体または
気体はこの陽極結合工程の間に封じこめることができ
る。他の実施例では、薄膜室１８６は充填穴を通して充
填され、充填穴はその後、接着剤、はんだ、あるいは充
填穴を平らなプレートで密封結合することにより封じら
れる。 【００９５】陽極結合の後、第３８図で示されているよ
うに、Ｂ面の酸化物１６２の中の開口１７８は、ノズル
チャネル１９４を形成する際のエッチング段階でエッチ
ングマスクとして用いる。このエッチング工程は、ＫＯ
ＨまたはＥＤＰまたは他の公知の液体で異方性エッチン
グ法により行う。 【００９６】最後に、スペーサ酸化物１７２は６：１の
緩衝酸化エッチャント、あるいは直接ＨＦ法、あるいは
他の適当なエッチャント、ウェハを浸すことによりエッ
チング除去される。このエッチャントはノズルチャネル
１９４を介して作用しスペーサ酸化物をとり去る。それ
により、ポリイミド薄膜１８２がＺ軸の正方向、負方向
のいずれかの方向へ自由に撓むことができるようにな
る。超音波浴がエッチング作用を助けることができる。
また、アルミニウムやスペーサの物質の周囲にあるポリ
イミドやシリコンを侵すことなくスペーサを選択的に除
去することのできる異なったエッチャントが使える他の
金属等も、スペーサ１７２の物質として使用することが
できる。 【００９７】第３９図に、弁の最終的な形状を示す。第
３９図に示されている実施例の利点は、薄膜１８２の面
２００とシリコンウェハ１６４の面２０２との間の広く
なった流体の流出入チャネルである。この流体流出入チ
ャネルは、ノズルチャネル１９４へ過大な圧力をかける
ことにより、もっと広くすることができる。これにより
薄膜２００をＺ軸の正方向に撓ませることができ、流出
入チャネルの横断面積を増加させ、その流入容積を増や
すことができる。ポリイミド薄膜はこわれにくく、シリ
コンを越えて撓んでも破壊されない。他のフィルムも、
要求される装置の寿命にみあった蒸発障壁を作ることが
できるのであれば、使用可能である。いくつかの実施例
では、密封度を高めるため、コーティングされたポリイ
ミド薄膜が使われている。ポリイミドの２つの等しい層
の間にはさまれた金はこの目的に適している。薄膜の疲
労要素も装置の要求される寿命に対応して考えられなけ
ればならない。すなわち、薄膜は多い（あるいは少な
い）回数の屈曲サイクルの後簡単に破壊してはならな
い。 【００９８】ポリイミド薄膜の他の実施例 第４０図から第４８図、波状薄膜、すなわちその中に段
がついた薄膜をもったもう１つのポリイミド薄膜の実施
例を作製するための各工程を示したものである。この型
をした構造の利点は、薄膜自体を伸展させることなく、
薄膜に広範囲の撓み性を持たせることができることにあ
る。すなわち、この撓みは薄膜の物質自体を屈曲させる
ことよりはむしろ、アコーディオンのふいごのような開
く動作を意味する。このように、広範囲の直線性が得ら
れ、弾性限度に達する以前に大きな撓みを発生させられ
る。 【００９９】この実施例を実現させるために、シリコン
ウェハ２１０はＡ面、Ｂ面上で成長した二酸化シリコン
フィルムをもつ。Ａ面上のフィルムは第４０図のように
パターン化され、溝２１２がウェハ２１０にエッチング
され、第４１図に示されているように、その周囲は酸化
エッチングマスク２１４で定義されている。そして窒化
物質２１６は第４２図で示されているように、付着さ
れ、パターン化される。そしてもう１つのエッチングが
溝２１８を形成させるために行われる。これは第４３図
にみられるように２段の溝を形成する。 【０１００】その後、新しく露出したシリコンが、第４
４図のように二酸化シリコン層２２０を形成させるため
に酸化される。第４５図にみられるように、ポリイミド
層２２２が付着され部分的にキュア処理される。さら
に、フォトレジスト層２２４がポリイミド層２２２をお
おうために付着されパターン化される。そして、ポリイ
ミド層をエッチャントIII をエッチャントして用い、ま
たフォトレジストをマスクとしてパターン化する。そし
てフォトレジストがとりのぞかれ、ポリイミドがキュア
処理される。 【０１０１】次に第４６図のように、Ｂ面の酸化物／窒
化物のサンドイッチ状態２２６がノズル流体流出入チャ
ネルのためのエッチングマスクを形成するためにエッチ
ングされる。第４７図のパイレックスウェハ２２８は、
アルミニウム層かあるいは抵抗加熱器として適した他の
金属によりおおわれる。そして、その金属層は、パイレ
ックスウェハ２２８の表面に沿いパイレックスウェハ２
２８の端にある接続パッドへ向かう導体を有する抵抗加
熱器２３０としてパターン化される。そして、パイレッ
クスウェハ２２８は、第４７図のように、シリコンウェ
ハ２１０と整列し、第４７図の構造を形成するために、
そこへ陽極結合される。薄膜室へ封じこまれる物質は、
好ましい実施例では陽極結合の間に封じこまれ、あるい
は、下記に述べられる方法では、後で封じこまれる。 【０１０２】最後に、酸化／窒化エッチングマスク２２
６が抵抗加熱素子のための接合パッド２３０に通じるノ
ズル流体流出入チャネル２３４と通路２３６のエッチン
グを助けるために使用される。そして、酸化層２２０の
選択エッチングがこの構造を完成させるために、ノズル
流体流出入チャネル２３４を通して行われる。 【０１０３】他の封じこめ技術 以下の封じこめ技術は、第１５図から第２７図で示され
た工程と共に使用できるが、同じように他の実施例にも
適用できる。この方法は、シリコンとパイレックスの２
つのウェハにより囲まれた室へ液体を封じこめるのに、
最も適している。基本的に、この方法では、液体の真空
／高圧技術により室へ強制的に注入し、電気メッキによ
り室を閉じることを含んでいる。 【０１０４】この方法を使用するにあたり、第１５図か
ら第２７図の工程に次の変更を加える必要がある。第１
５図のパイレックスウェハ８０の工程で、０．７μｍの
アルミニウムの付着の代わりに、３００オングストロー
ムのチタン／タングステンを付着し、その次に３０００
オングストロームの銅層を、その次に３００オングスト
ロームの厚さのチタン／タングステン層をつくる。そし
て第４のマスクと正のフォトレジストが、Ｈ2 Ｏによる
チタン／タングステンのパターン化のために使用され、
そして銅が塩化第二鉄あるいは希釈ＨＮＯ3 をエッチャ
ントとして用いて加熱素子８２へパターン化される。そ
して、チタン／タングステン層がＨ2 Ｏ2 によりパター
ン化される。それぞれの抵抗パターンの中心にレーザ穴
をあける工程は、ここで述べられている方法がこの段階
の必要性を削除しているので、削除することができる。 【０１０５】密封形成のための、パイレックスウェハ８
０とシリコンウェハ１０２の陽極結合の工程は、導体２
４２を横切ってパイレックスウェハ８０とシリコンウェ
ハ１０２とも陽極結合して第４９図に示されている導体
２４２と２４３の側面に沿って薄膜室へ漏れ通路を残す
ことによって代えることができる。第４９図では、抵抗
素子８２と２つの接続パッド２４０と２４１の平面図が
示されている。第５０図には、抵抗８２から接続パッド
２４０へ通じる金属線を横切った断面図が示されてい
る。ここでパイレックスウェハ８０とシリコンウェハ１
０２の陽極結合の後、金属導体２４２の両側にできるす
き間２４４と２４６に注目されたい。これらのすき間は
第１５図の薄膜室８４の密封を妨げる。これは第５１図
を見るとよくわかる。第５１図には第４９図の５１−５
１′の分割線に沿った第１５図、第４９図のサンドイッ
チ構造の断面図が示されている。ここで、シリコンウェ
ハ１０２の中にできる２つの室２４６と２４８に注目さ
れたい。これらの室は第１５図には示されていないが、
薄膜室のエッチャントの際に同時に形成される。 【０１０６】第１５図に示されている沸騰溶液にウェハ
を浸し、充填穴１１８を封じる方法で薄膜室８４を充填
する工程は削除する。そのかわりに、ウェハに標準のウ
ェハ鋸でＢ面側から刻みをつける。これらの刻み目は、
第５２図の２５０と２５２で示される。これらの刻み目
は、抵抗素子８２のための接続パッドの位置でシリコン
ウェハ１０２中にあらかじめエッチングされた室２４６
と２４８を横切る位置にある。これは接続パッドを露出
することになるので、抵抗素子との電気的接続が行なえ
る。 【０１０７】次に、サンドイッチ構造のウェハが真空室
へ置かれ、そしてその真空室はサンドイッチ構造内の室
を真空にするため真空にされる。そして、室は漏れ通路
を通って薄膜室８４を充填し始める要求された液体によ
り充填される。漏れ通路の横断面積が小さいため充填速
度は遅い。充填速度を上げるために、好ましい実施例で
は室は６０p.s.i まで圧力が上げられるが、他の実施例
ではこの工程は省略できる。そして、薄膜室８４が完全
に充填されるまで、ウェハ構造は室の中に残る。そし
て、室は通気され、ウェハ構造もとり除かれる。 【０１０８】最後に、電気メッキセル内の接続パッドを
陰極として接続した後にウェハ構造を「ハイスロー（hi
gh throw）」の硫酸銅塩または他のメッキ溶液に浸し
て、接続パッド２５４と２５６へ２５μｍの銅層をメッ
キする。 【０１０９】メッキ溶液は、漏れ通路による流体流出入
への抵抗が高いため、薄膜室へ漏れることはない。いく
つかの実施例では、室内の液体の電気メッキ溶液とは混
和しないようにできるので、混合は起こらない。しかし
ながら、メッキ溶液は漏れ通路へいくらかは侵入するの
で漏れ通路内がメッキされてしまう。このメッキは漏れ
通路を塞いでしまい密封してしまう。そこで、ウェハは
ダイシングされて、各々の弁が分離されられる。 【０１１０】薄膜室８４内への容積が固定された物質の
封じこめの他の方法は以下のようである。固体の封じこ
めは、固体の封じこめを行うためのパイレックスウェハ
とシリコンウェハの陽極結合により、周囲圧力下で行な
える。その後、固体は室の中に気体を造るために電気補
助拡散により、ガス種に解離する。酢酸ナトリウムがこ
の固体として使われる。 【０１１１】液体はもしそれが高沸騰点をもっていれ
ば、封じこめることができる。融点が３００℃であるグ
リセロールが、陽極結合工程で使うのに適している。 【０１１２】液体および／または気体は、高圧のもとで
封じこめることができる。陽極結合は、圧力と温度が制
御されている封じられた室の中で行うことができる。こ
れは、物質を高温下で液体でいることを可能にする。例
えば、陽極結合は２１気圧のように高圧のもとで行うこ
とができる。これはこの工程での腔かあるいは室からの
液体の漏れを防止することができる。 【０１１３】第２の一般的な薄膜室の充填方法は、充填
穴を使うことである。薄膜室が形成される前に、または
後で、またはその間に、薄膜室と外界をつなぐ穴が形成
される。そして薄膜室は真空技術により充填され、穴は
公知の方法により封じられる。例えば、もし穴がパイレ
ックスプレートに対し垂直であれば、例えばエポキシの
ような接着剤を用いて平板をパイレックスに対して固着
することによって封じることができる。この方法には、
接着剤の低温キュア処理を可能にし、その扱いを簡単に
する利点がある。この方法は１つの問題点は、密封状態
を得ることが難しい点にある。 【０１１４】もう１つの充填穴を封じる方法は、はんだ
合金を使うことである。充填穴は直接に金属液により塞
がれるか、あるいはもしはんだ付け可能な表面が、充填
穴の付近のパイレックスウェハ上に形成されるのであれ
ば、板を充填穴の上にはんだ付けすることができる。こ
の工程の間は周囲圧力は室内の圧力と同じに保たれなけ
ればならない。これは、圧力の相違による、充填穴上の
はんだ合金がまだやわらかい間に起こる室内の流体の漏
れを防止する。圧力の制御された封じられた室が好まし
い実施例で使われる。 【０１１５】最後に、充填穴を封じるのにガラス融解を
用いることもできる。この工程ではパイレックスウェハ
の充填穴はレーザにより堀られる。そして、レーザは流
体が薄膜室内におかれた後、穴の周囲のパイレックスを
再度溶かすのに使われる。この方法は実際に行われたが
好ましくない方法である。ガラスからの熱伝導を高める
ため、始めガラスは低温であることが重要である。 【０１１６】固体熱ポンプの実施例 第５３図は、固体の熱ポンプ技術を用いた実施例を示し
てある。ペルチェ固体熱ポンプのような熱ポンプ２６０
は、いくつかの製造者により市販されている。熱ポンプ
２６０はまた従来型の熱ポンプとしてもよい。この熱ポ
ンプ２６０は熱伝導ブロック２６２と熱的に結合されて
いる。この熱伝導ブロック２６２はウェハ２６６の薄膜
室２６４を封じる役目を果たす。ブロック２６２の目的
は、薄膜室２６４を密封することと、薄膜室２６４の迅
速な熱の出し入れを導くことである。薄膜室２６４は上
記に開示された方法のいずれによっても形成できる。そ
して、ウェハ２６６は示されているようにシリコンであ
る必要はない。同様に、ブロック２６２はアルミニウム
以外の良好な熱伝導性を有するものでもよい。構造内の
弁部はブロック２６８により形成される。このブロック
２６８は流体通路２７０をもち、その中にシーリング面
２７２が形成される。弁の動作は、上記に述べられた他
の実施例の場合と同様である。 【０１１７】位置的作用の実施例 他の実施例では，薄膜の位置が，薄膜室に封じこめられ
た物質の温度変化の最終結果として使われる。このよう
な実施例は，微少な位置決定や，遠隔操作のロボット工
学における触覚フィードバック変換器や他のそのような
応用に使用できる。 【０１１８】直径２mmのシリコン薄膜を有する実施例で
は薄膜の全偏位は約35μm である。ポリイミド薄膜での
薄膜全偏位は約 400μm である。移動される対象物，例
えば集積回路のプローブに薄膜を取りつけることによっ
て，その対象物は薄膜室内の温度に従い移動する。第54
図にそのような実施例が示されている。第54図に示され
ている実施例は，応用例中の典型的な１種類である。し
かしながら，微少の位置決定への応用の一般概念を説明
している。第54図において、微少位置決定変換器300 は
加熱素子と共に形成された薄膜室のあるウェハよりなっ
ており，その薄膜室はウェハの中に形成されたものであ
る。またこの加熱素子は薄膜室内へ，室内の温度が変化
した時室内の蒸気圧を変化させる物質と一緒に密封され
たものである。抵抗素子ドライバ302 は使用者より制御
入力を受けそしてそれを電線304と306 へ制御信号に変
換して送り込む。この信号は，室内の温度を変えるため
に加熱素子を発熱させる。もちろんここで述べられてい
る他の室の温度制御の方法も使用でき，また当業者であ
れば，使用者の制御入力を室内の温度を制御するために
適した制御信号へ変換する上で必要な使用者インターフ
ェイスとして評価するであろう。使用者308 は試料310
を像拡大システムを通して見ることにより制御信号を供
給する。そして要求される位置に対するプローブ312 の
位置を確認する。そして，使用者は薄膜室の温度を変え
ることにより，機械的に変換器の薄膜と結合しているプ
ローブの位置を調節することができる。この実施例で
は，対象物に大きな力がかかるかもしれない。 【０１１９】もし薄膜の最大偏位よりも大きい動作が必
要な場合，変換器を直列に接続することにより行える。
そのような実施例では，スタックの下側の変換器の薄膜
の動きが，スタックの上部にある全ての変換器を動か
す。同様に，２番目に低い位置にある変換器の薄膜の動
きがスタック中のその上の変換器を動かす。この工程は
全ての変換器で繰り返され，スタック内の全ての変換器
の薄膜変位の合計が総薄膜変位量となる。 【０１２０】第５５図は本発明の教示による弁の好まし
い実施例の最終構造の断面図を示したものである。この
実施例では、２つのパイレックスウェハ６００と６０２
がシリコンウェハ６０４へ陽極結合されている。シリコ
ンウェハ６０４はその中にエッチングされた室６０６を
持つ。室の壁のうちの１つ６０８は可撓性のダイアフラ
ムであり、この好ましい実施例では約３５μｍの厚さで
ある。室６０６は、この好ましい実施例では周囲温度に
関して高い沸騰点を持った液体により約５０％充填され
ている。本実施例での典型的な室内の液体はハロメタン
またはハロエタンまたは他のフッ化炭素である。本実施
例では、室はフレオンＦＣ７１により充填されている。
弁の閉速度を最適化するため、弁を閉じさせるために沸
騰点まで加熱される物質量ができるだけ少なくなるよう
に、室６０６ではできるだけ少量の液体により充填され
るべきである。もし、非常に高い圧力で操作したいので
あれば、薄膜を破壊する可撓性のある薄膜が室に対して
遠ざけすぎるように湾曲することを防止するために室は
いっぱいに充填されるべきである。 【０１２１】パイレックスウェハ６０２は、シリコンウ
ェハ６０４に結合されているパイレックスウェハの表面
６４４上に付着している抵抗パターン６１０をもってい
る。抵抗パターン６１０は装置の周辺の接続パッドへ導
く導体リード（不図示）を除いて室６０６の周辺で囲ま
れているパイレックスウェハ６０２の表面６４４の一部
に限定されている。典型的には、抵抗パターン６１０は
表面６４４上にスパッタされた金属より形成される。こ
の層（不図示）は抵抗パターンを定義するためにフォト
リソグラフィ法によりエッチングされている。典型的に
は、抵抗パターンの特質はアルミニウム、チタン、タン
グステン、ニクロム、金あるいはその他の物質である。
使用される金属あるいは他の物質は、封じこまれた液体
をその沸騰点まで上昇させるために電流が抵抗パターン
を流れた時に十分な熱を発生できる十分な抵抗をもつべ
きである。室６０６内の液体の沸騰は室６０６内の気圧
を上昇させ、それによりダイアフラム壁６０８はＹ軸の
負方向に変形する。 【０１２２】典型的に、抵抗パターン６１０は、らせん
状の型に形成され、パイレックスウェハ６０２の表面６
４４を横切ってダイ（以下では、「ダイ」は第８１図の
サンドイッチ構造を表す）の周辺に位置する接続パッド
（不図示）に達する経路をたどるリード線をもってい
る。これらの接続通路は、抵抗パターン６１０を介して
電流を駆動できるような、電線により外界と電気的に接
触することのできる十分なサイズをもったものである。 【０１２３】パイレックスウェハ６０２はまたその中に
形成されている小さな充填穴６１２をもつ。この穴は典
型的にはレーザドリルにより開けられ、いくつかの実施
例では室６０６内に注入される流体を通す作用もある。
所望の量の流体が室内に注入された後、穴６１２はプラ
グ６１４により封じられる。この好ましい実施例では、
プラグ６１４はエポキシである。しかしながら、穴６１
２が非常に小さいため他の物質もまた同様に簡単に穴を
封じるために使用できる。 【０１２４】パイレックスウェハ６００はその中にエッ
チングされた入力チャネル６１６と出力チャネル６１８
をもつ。メサ６２０はパイレックスウェハ６００の表面
上に立つ、障壁６０８に対向しており弁座となる。この
メサの上面は薄いクロム層６２２でおおわれている。こ
のクロム層の目的は、弁構造の組立工程中のパイレック
スウェハ６００のシリコンウェハ６０４への結合工程に
おいてメサ６２０が障壁６０８に結合しないようにする
ためである。メサ６２０の一実施例での正確な形状は第
５６図に示されている。 【０１２５】第５６図は、ダイアフラム６０８のすぐ下
にあるパイレックスウェハ６００の表面６２４の一部の
平面図である。第５６図で、第５５図において断面図で
示された構造が、平面図において簡単に認識できるよう
に、それと同じ参照符号が伏されている。入力チャネル
６１６は３個の突出したチャネル指状部６２８，６３
０，６３２と共に斜線により示されている。本質的に、
これらの突出した指状部６２８，６３０，６３２は入力
ポート６１６６に流れる流体がダイアフラム６０８の下
を通るパイレックスメサ６２０に形成された溝である。 【０１２６】同様に、６１８で示される出力ポートは２
個の溝６２４と６２６を備えている。これらの３つの溝
はダイアフラム６０８の下を通っており、メサ６２０の
蛇行した形状のために溝６２８，６３０，６３２から分
離されている。クロムでおおわれているメサの部分は符
号６２０／６２２により示されている。クロムにおおわ
れていないメサの部分６２０で示されている。３つの溝
６２８，６３０と６３２は２つの溝６２４，６２６とイ
ンターディジィトに組み合わさっている。第５６図は異
寸であり溝６２４と６２６はもっと広くしてもよい。さ
らに、溝６２８，６３０と６３２と溝６２４と６２６と
の間の重なり度は、第５６図に示されているよりも小さ
いかまたは大きくしてもよい。 【０１２７】第５６図で、溝の領域を示している長い斜
線が施されていない全ての部分、例えば６３６と６３４
にて示された領域は、Ｘ−Ｚ面に平行であり、クロム層
６２２の上面のレベルに実質的にあるＹ軸座標の平面中
に横たわっている。第５６図で６２０で示されているパ
イレックスメサの部分と６３４と６３６で示されている
パイレックスウェハ６００の表面の部分とはシリコンウ
ェハ６０４の下側に陽極接合されている。 【０１２８】陽極結合の処理は当業者には周知である。
ここでの完結として、処理は、パイレックスの表面と結
合されるシリコンウェハとを配置し、電極が形成される
ように接合の両側を接続することが行われる。そして高
電圧がこれらの２個の電極に印加され、そして電流が約
５００℃で接合に電流を流し、これによりこの２個のウ
ェハを互いに結合させる。 【０１２９】もう１度第８１図に戻って、そこに示され
ている弁構造の種々の部分の目的とその構造を述べる。
以下のパラグラフのほとんどのコメントは第１図と第１
５図の弁構造と、ここに示された他の弁構造に適用する
ものである。いくつかのコメントはここで他の構造に適
用する。簡潔のために第１図、第１５図と第５１図に示
された構造以外への個々の適応性は明記されていない。 【０１３０】上記のパイレックスプレート６０２の目的
は、元来、室６０６の中に液体を封じることにある。従
って、いくつかの実施例では、上のプレート６０２は所
望の液体が室６０６内に注入された後、シリコンウェハ
６０４に封じられる。すなわち、室６０６は液体により
充填され、そしてパイレックスウェハ６０２はシリコン
ウェハ６０４上に置かれ、適当に整列される。その後、
パイレックスウェハ６０２とシリコンウェハ６０４は陽
極的にまたは他の方法によって結合される。そのような
実施例では、穴６１２は必ずしも必要ではない。 【０１３１】この好ましい実施例では、パイレックスウ
ェハ６０２は室６０６が液体で充填される前に、シリコ
ンウェハ６０４へ結合される。その後、穴６１２がレー
ザドリル法、化学ドリル法、超音波ドリル法または他の
方法によりパイレックスウェハ６０２に開けられる。機
械的に穴を開けること、あるいはパイレックスウェハを
シリコンに結合する前にパイレックスが形成される時に
適当の位置に鋳造することも可能である。典型的には、
室６０６はＸ軸方向に２０００μｍの幅をもっているの
で、穴６１２は大変小さなものになる。従って、そのよ
うな小さな穴をあけるある方法が必要である、そのよう
な小さな穴を開ける通常の方法は、本発明の実施の際に
用いられるであろう。 【０１３２】上のパイレックスウェハ６０２は加熱抵抗
６１０と連結されている導電リードと抵抗パターンと電
気的に結合している接続パッドを支持する作用もする。
上のウェハ６０２はまた室６０６と上のウェハ６０２に
結合することのできるヒートシンクまたは熱源との間の
熱伝導の主要通路としての作用もある。従って、上のウ
ェハ６０２は良質の熱伝動性をもつ事が好ましい。ウェ
ハ６０２，６０４と６００としてニッケルそして可能な
他の金属材料も同様に使用できる。そのような実施例で
は、抵抗パターン６１０がもし使われていれば、それは
ウェハ６０２の下部の面６４４に付着している絶縁層の
上に形成されねばならない。他の実施例では、光学変換
が室６０６の流体を加熱するために使用される。これら
の実施例では可視光、赤外、あるいは他の波長の光の輻
射エネルギーが室６０６内の流体を加熱するために上の
ウェハ６０２から室６０６へ通して照射される。そのよ
うな実施例では、抵抗パターン６１０は存在せず、上の
ウェハ６０２は使用される輻射波長に対して透明でなけ
ればならない。これらの実施例では、上のウェハ６０２
としてパイレックスが好ましい。しかしながら、他のガ
ラスまたはシリコンもウェハ６０２として使用可能であ
る。パイレックスのシリコンへの結合が簡単であるの
で、パイレックスが抵抗の実施例における上のウェハ６
０２として好ましい。 【０１３３】シリコンである上のウェハ６０２はパイレ
ックスより良い熱伝達特性をもつが、シリコンとシリコ
ンとの結合は行き違い。上のウェハ６０２としての他の
可能な物質は、セラミックス、アルミニウム、銅あるい
はプラスチックである。もし金属ウェハ６０２が使用さ
れるならば、その金属ウェハと抵抗パターン６１０の間
の好ましい絶縁物質はポリイミドである。抵抗パターン
６１０を金属ウェハから絶縁するために窒化物のような
他の絶縁物質の使用も可能である。しかし、抵抗パター
ン、分離層および上のウェハ６０２の間の熱膨脹係数の
釣り合いが適当になるように注意して、熱膨脹率の違い
からくるストレスが装置の操作をそこなうような絶縁層
あるいは抵抗物質あるいはパレックスのひびまたは故障
を起こさないようにしなければならない。ポリイミド
は、それが可撓性でありその弾力によりストレスをやわ
らげるので、絶縁物質として好ましい。 【０１３４】どんな物質が上のウェハ６０２として使用
されようとも、それは安定したものでなければならず、
周囲環境の中の室６０６内の液体と接触することによっ
て腐蝕するものであってはならない。さらに、ウェハ６
０２の物質は弁構造が経験するであろう操作温度条件を
処理できるものであるべきである。典型的に、室６０６
内の液体は、その沸騰温度のちょうど手前までシステム
作動時には加熱されているであろう。この温度では、室
内の蒸気圧が、ダイアフラム６０８をＹ軸の正方向に押
す作用をしている力に打ち勝つには不十分である。この
力は入力ポート６１６内の圧力により発生したもので弁
を開けさせるものである。弁が閉じられるべき時には、
室６０６内の流体の操作温度を沸騰点以上の温度にする
ため、十分な電流ガ抵抗パターン６１０に流される。こ
れは、ダイアフラム６０８をＹ軸の負方向に押す傾向に
あるダイアフラム上に作用する力を発生させるに十分な
蒸気圧を発生させる。この力が、ダイアフラムをＹ軸の
正方向に押す作用をしている力に打ち勝つために十分で
ある時、ダイアフラム６０８はメサ６２０の上のクロム
層６２２に接触する。これが封を形成し弁を閉じる。 【０１３５】最後に、上のウェハ６０２の物質は抵抗６
１０を形成するために抵抗リソグラフィと付着処理に適
合し、接続パッドにリードを取り付けることができるも
のでなければならない。 【０１３６】抵抗パターン６１０のためのオプションが
いくつかある。最も簡単なオプションはパイレックスウ
ェハ６０２の表面上に抵抗パターンを形成することであ
る。他の構造は絶縁物質のらせん状のメサの上に抵抗パ
ターンを形成して、そして抵抗物質が上のウェハ６０２
と折々の絶縁物質の柱とにより支えられるオートブリッ
ジ（ａｕｔｏ ｂｒｉｄｇｅ）型の構造を形成するよう
に、抵抗パターンの下のメサの穴をエッチングする。こ
のぶら下がった状態の抵抗構造は液体に対する熱伝達に
対して良い特性をもつ。下記に詳細が説明されているさ
らに他の構造は片持ち梁の形状をしている。 【０１３７】抵抗パターンの物質として要求されるもの
は、製紙中あるいは動作中に液体と腐蝕しないまたは反
応しないような、室６０６内の液体の存在に対して安定
したものであるべきである。さらに、抵抗物質は作動中
に室６０６内に存在するであろう高温を処理できるもの
でなければならない。抵抗パターンは、液体、上のウェ
ハ６０２および中央のウェハ６０４から保護されるため
のコーティングをすることができる。 【０１３８】シリコンウェハ６０４は下記の要求にある
物質であれば何でもよい。まず最初に、物質は、深さ方
向５μｍ、横方向２０μｍの設計規準のフェトリソグラ
フのような微少製造技術が適用可能なものでなければな
らない。その物資は、ダイアフラム６０８が繰り返し湾
曲されても疲労による損傷がないように十分な可撓性と
弾力性をもっていなければならない。さらに、その物質
は堅牢で熱に対しての良い導体であるべきである。ウェ
ハ６０４の物質が室６０６内の物質の液体または気相の
周辺へのもれを防止することができ、この物質によって
腐蝕の影響をうけないということは大切なことである。
ウェハ６０４の物質はまた、ウェハ６０２と６００とし
て選択された物質と良好な結合処理ができるものである
べきである。ウェハ６０４はまた、その中に室６０６が
形成でき、みがかれることができ、その後のなめらかさ
を保つことのできるものであるべきである。最後に、ウ
ェハ６０４の物質は弁が操作される温度の周辺環境で、
あるいは入力チャネル６１６で制御できる物質との接触
によって腐蝕やダメージを受けるべくではない。 【０１３９】室６０６の寸法と薄膜６０８の厚さは弁の
動作特性な影響を及ぼす。室６０６が小さいことは、加
熱すべき物質が室内に少ししかないことを意味する。こ
れは、室内の温度を沸騰点より上に上昇させるために、
電流が急速に供給されたあるいは増加された時から弁が
閉じられるまでの時間が短くてすむことになる。より熱
い薄膜６０８はダイアフラムをＹ軸の正方向に強制する
撓ませることにより弁を開けるための入力チャネル６１
６では高い圧力を要求することになる。同様に弁を閉じ
るためのダイアフラム６０８にＹ軸の負方向に強制的な
力を与えるためには室６０６の内側で高い圧力が生じな
ければならない。弁構造とその他のここに現れている構
造の操作に対しての長所は、室内の圧力変化の加熱処理
のための室内の液体への入力エネルギーの変化に対する
割合である。この長所は室６０６の容積に反比例してい
る。しかしながら、薄膜６０８はできるだけ広くすべき
である。すなわち、第５５図の寸法Ａは、最大の撓みを
持つためにできるだけ大きくすべきである。典型的に、
寸法Ａは２０００μｍである。この好ましい実施例で
は、室の深さを定義する寸法Ｂは３５０μｍであり、ウ
ェハ６０４の厚さを定義する寸法Ｃは３８５μｍであ
る。薄膜６０８ができるだけ広くなるべきであるので、
室の容積は主に、ダイアフラムの厚さを約３０から３５
μｍに保つために寸法Ｃの減少に対応した寸法Ｂの減少
により減少される。 【０１４０】メサ６２０の上面と良好な封止を形成する
ためにダイアフラムの下部の表面６３８がみがかれるよ
うな、ウェハ６０４としての物質が選択されることが好
ましい。あるいは、もしウェハ６０４が良好なシーリン
グ特性を得るための適当なみがきをかけることができな
い場合には表面６３８はポリイミドあるいは他の可撓性
の物質によりコーティングすることができる。しかしな
がら、ウェハ６０４に対する上記に述べられた他の要求
は達成されなければならず、特にウェハ６０４が熱を室
６０６からたやすく導き出し、そして薄膜の繰り返しの
屈曲による疲労や故障に強である事が大切である。 【０１４１】シリコンウェハ６０４とパイレックスウェ
ハ６０２との間の結合は室６０６内の物質が逃げられな
いような密封状態を供給できなければならない。さら
に、結合は室６０６内の液体との接触を通してあるいは
周辺の化学物質との接触を通してあるいはダイをとりま
くパッキング物質との接触を通して腐蝕されてはならな
い。この結合はまた、抵抗リードどうしの短絡がないよ
うに抵抗パターン６１０から接続パッドへ抵抗リードを
通すことができねばならない。最後に、その結合は操作
温度の範囲内で安定していなければならない。典型的な
操作温度は、２００℃から３００℃の範囲にあり、いく
つかの応用例では７００℃まで上昇するであろう。陽極
結合は劣化することなしに簡単にこれらの温度に耐える
であろう。ウェハ６００に要求されることは、室６０６
内の物質の冷却を助けるために良好な熱伝導を供給する
ことである。ウェハ６００はまた、蛇行したメサ６２０
を定義した入力ポート６１６と６１８を形成する小さな
チャネルを加工するために使用される処理と適合しなけ
ればならない。ウェハ６００はまたメサ６２０の上面が
良質のシーリング接合を得るためにみがかれるようにみ
がきをかけることができなければならない。あるいはウ
ェハは良質のシーシリング状態を供給するためにメサ６
２０の上面の平面状の不足を補うことのできるポリイミ
ドあるいは他の可撓性の物質でコーティングされること
のできるものでなければならない。さらに、その物質
は、入力と出力のチャネル６１６と６１８それぞれを通
って流れるいずれの気体あるいは流体によっても腐蝕さ
れてはならない。最後に、選択された物質は、操作温度
に耐え得るものであり、チャネル６１６と６１８を流れ
る物質と化学的に反応あるいは腐蝕されない結合による
ウェハ６０４として選択された物質がどのようなもので
あれ、それと結合することができなければならない。 【０１４２】過剰な圧力のストレスが生じるのを防止す
るために熱膨脹係数が十分に適合するように３個の全て
のウェハ６０２，６０４と６００の物質を選ぶことが大
切である。すなわち、第１図の構造は操作温度の範囲に
わたって加熱され、冷却されるので、もし熱膨脹係数が
十分に適したものでなければ、この３個のウェハは異な
る割合で膨脹または縮小し、それにより構造内に機械的
ストレスをもたらす。熱膨脹係数は、これらの機械的ス
トレスが操作をそこなうであろうひびや他のダメージを
構造に与えるまで増大しないように十分に調和したもの
でなければならない。 【０１４３】薄膜６０８はそのシーリング能力を改善す
るために、あるいは化学腐蝕の影響または室６０６内ま
たは入力チャネル６１６内の物質からの侵食を減少させ
るために可撓性の物質によりコーティングすることがで
きる。また、コーティングは薄膜６０８の耐久性を改善
するためにも使用できる。薄膜６０８は、抵抗６１０が
薄膜６０８とメサ６２０とをシーリング状態にするため
に駆動または通電されていない時には、適度の圧力のも
のでの入力チャネル６１６から出力チャネル６１８への
流出を可能にするだけの十分に撓み性をもたねばならな
い。弁の正確な動作のためには、薄膜はメサ６２０に貼
り付いてはならない。 【０１４４】メサ６２０と入力と出力チャネル６１６と
６１８は２個の相補機能の作用をする。始めに、メサ６
２０は薄膜が封を行うために十分遠くまで撓むことがで
きるように薄膜６０８よりあまり離れていないシーリン
グ表面を供給する。チャネル６１６と６１８は、もしそ
れらが非常に深い場合、大量に流れるように抵抗を減少
させる作用がある。第５６図では、チャネルと蛇行した
メサ６２０／６２２の形状が示されている。この蛇行の
形状は、流れるための非常に低い「オン（ｏｎ）」抵抗
を供給する。その理由はメサと極めて深い指状のチャネ
ルとの組み合わせは、気体あるいは液体が入力チャネル
６１６から出力チャネル６１８へ流れるであろうメサ障
壁を横ぎるより大きな横断面積を供給する。すなわち、
入力チャネル６１６の気体または液体は第５６図に示さ
れる曲線の矢印の通路に沿ってメサ障壁を横ぎって流れ
る。ここで多くの通路があり、従ってメサの上面と薄膜
６０８の底（不図示）との間の断面積が、メサが第５６
図に示されている程長くない場合よりも大きくなること
に注意する。他のメサ構造が第８３図に示されており、
ここではメサは短くなっている。第５６図の実施例での
メサの長さにより、流れのオフ（ｏｆｆ）の抵抗は第５
７図での実施例では第８２図のそれほど高くない。第５
７図は、入力チャネル６１６の幅を直線的に横ぎる蛇行
していないメサを示したものである。第５７図のメサの
形状は、流れに対しもっと高い「オフ」抵抗を供給する
が、また流れに対しより高い「オン」抵抗も同様に伴
う。一般に、もし高い「オフ」抵抗が要求される場合
は、メサ６２０／６２２の突出長さはＺ軸方向に短く、
幅はｘ軸方向に広くあるべきである。 【０１４５】流れの抵抗を最小にするため、入力チャネ
ル６１６と出力チャネル６１８は非常に深くあるべきで
ある。すなわち、第５５図の寸法Ｄは受け入れ可能な低
いレベルの流れ抵抗を供給するに十分な深さであるべき
である。 【０１４６】入力と出力チャネルはＸ−Ｙ面に沿ってい
ずれの方向へ、あるいはそれに平行ないずれかの面を進
み、そしてダイの周辺に沿ったいずれのポイントからで
もダイから出ることができる。さらに、入力と出力チャ
ネルはまた、上面６４２からあるいはダイの底面６４４
から出るためにＹ軸方向に進むが、ダイアフラム下では
Ｘ−Ｚ平面内を横方向に進出するように形成されていて
もよい。 【０１４７】室６０６に要求されることは、その中の液
体が周辺環境へ逃げないような、周辺条件からの密封状
態をつくることができることである。 【０１４８】室６０６内の物質は加熱された時に蒸気圧
を上昇させることができるのであれば、固体、液体また
は気体またはこれらのいずれかの混合物であり得る。最
良の操作のためには、平均周囲温度より十分上の沸騰点
をもっている液体が好ましい、室６０６は５０％の液体
で充填されることが好ましい。これは蒸気圧を、実質的
な流体静力学的圧力変化を起すことなく変化させること
を可能にする。さらに、室６０６内の物質は室６０６の
壁、抵抗素子６１０、ウェハ６０２、の物質、あるいは
ウェハ６０２とウェハ６０４の間の結合と反応してはな
らない。また、室６０６内の物質は通常操作のもとで分
解してはならない。最良の操作のためには、この物質
は、物質を加熱するための入力であるエネルギーの単位
変化に対する蒸気圧の変化の割合が高いものであるべき
である。室６０６を充填するために選択された物質の分
解温度を知ることと、装置が経験するであろう操作温度
を知ることが大切である。物質の分解は危険な不安定に
導く可能性がある。 【０１４９】充填ポート６１２に要求されることは、室
６０６と周辺環境を結合する小さな穴であることであ
る。この穴は一般に第５５図に示されているようにＹ軸
に沿うものかあるいは、ダイの周辺のポート６４６に通
じているウェハ６０２の表面６４４にエッチングされた
溝とすることができる。この溝の実施例では、この溝は
通常のフォトリソグラフィ法とエッチング処理によりエ
ッチングすることができる。充填ポート６１２はデット
ボリュームを最小限にするためにできるだけ小さくされ
るべきである。典型的に、第５５図の断面図の多重構造
のウェハ６００，６０２そして６０４のサンドイッチ状
から成るウェハに製造される。そして全ての充填ポート
６１２は同時にあるいは順次に形成される。充填ポート
の形成方法は抵抗パターン６１０を破壊するようなもの
であるべきではない。 【０１５０】シーリング物質６１４は、室６１６がその
中に注入された物質により充填された後、シーリング穴
６１２を密封する作用をする。室６０６に物質を注入す
る方法は下記に述べられる。プラグ６１４のための物質
は、シーリングプラグ６１４のキュア処理中あるいは弁
構造の使用中のいずれにおいても、室６０６内のいずれ
の液体あるいは他の物質と反応すべきではない。充填プ
ラグの物質の高い熱伝導係数をもつことが好ましく、予
想される操作温度で熱的に安定したものであるべきであ
る。他の充填ポート６１２の封じこめ方法はレーザによ
る再融解であり、そこで穴に封じるために充填ポート６
１２をかこむウェハ６０２のガラスの一部が融かされ
る。この好ましい実施例ではエポキシプラグが使用され
ている。他の可能な方法は、通常の方法で充填ポート６
１２の壁を金属化させ、そして穴６１２をはんだ付けす
るか、電気メッキを施すことである。 【０１５１】第５５図の弁の組み立て工程が第１図と第
１５図に示されている弁の組み立て工程と非常に似通っ
ているので、工程を示す図はここでは特に示されていな
い。しかしながら、第５５図の弁構造の製造工程を以下
に論じる。図に用いて論じられるべき個々の製造工程に
ついては関連した図が示されている。 【０１５２】第１図の構造の製造工程の第１段階は、約
３８０μｍの厚さのシリコンウェハを選び、その全表面
を二酸化シリコンにより約１．２μｍの厚さに酸化させ
ることである。次に、室６０６（または、単一ウェハ上
に形成されている多重弁がある場合は複数の室）が位置
する場所の酸化物をエッチング除去する。そして室が８
０℃で３０重量％の濃縮ＫＯＨでウェットエッチングに
より形成される。このＫＯＨエッチングは１分間に１．
２μｍの割合でエッチングを行う。エッチング時間は薄
膜６０８の所望の厚さが得られるものとする。 【０１５３】室６０６が形成された後、シリコンウェハ
６０４の表面から残りの二酸化シリコンが除去される。
その後、抵抗パターン６１０が形成される。典型的に、
これは表面６４４上へのニクロム、アルミニウムあるい
はチタン、タングステンと銅の組合せのスパッタリング
あるいは蒸着により行われる。他の物質の使用も可能で
ある。そして接続パッドと接続パッドから抵抗素子への
リードを含む蛇行した抵抗パターンを定義するため基準
のフォトリソグラフィ法が使用される。フォトレジスト
を用いてこれらの構造がフォトリソグラフィ法的に定義
された後、抵抗パターン６１０を残すための金属層のエ
ッチングが施される。その後、残りのフォトレジストが
除去される。 【０１５４】そして、パイレックスウェハ６００の処理
へ移る。第１段階は、ウェハ６００の全表面６２４へク
ロム層を付着させることである。クロムは、入力と出力
のチャネル６１６と６１８が各々エッチングされる前に
実際に配される。このように、チャネル６１６と６１８
の底部はクロムによりおおわれることはない。このクム
ロ層はスパッタリングあるいは蒸着により付着させるこ
とができる。 【０１５５】次に、フォトリソグラフィ法により入力ポ
ート６１６と出力ポート６１８のチャネルと蛇行したメ
サ６２０／６２２が定義される。第５６図では、このフ
ォトリソグラフィ法では基本的に、パイレックスウェハ
６００の６２０または６２０／６２２で示されている全
ての領域と同様に６３４と６３６で示されている領域を
マスクする。これは入力と出力のポート６１６と６１８
を形成するためにエッチングされるパイレックスウェハ
６００の表面だけを露出させる。そしてチャネル６１６
と６１８をエッチングするために、そしてダイアフラム
６０８と合わさる領域のメサ６２０／６２２を残すため
に純粋なＨＦとＨＮＯ3 によるエッチング処理が施され
る。 【０１５６】パイレックスウェハ６００のチャネル６１
６と６１８の形成には異方性エッチングを使用すること
が好ましい。しかしながら、シリコンにおける異方性エ
ッチングと同じ特性をもったパイレックスにおける異方
性エッチングは存在しない。しかしながら、もしウェハ
６００にシリコンを選択する場合はチャネル６１６と６
１８を形成するためには異方性エッチングが好ましい。
このようなエッチングは垂直な側壁を残すからであり、
それにより縦横比を改善し「オン」流れ抵抗を減少させ
る。他のパイレックスエッチングの可能なものとして、
サンドブラスティングあるいはＫＯＨエッチングがあ
る。 【０１５７】次に、残ったフォトレジストが除去され、
第５６図で斑点で印された６２０／６２２の領域上にフ
ォトレジストを配するために、新しいマスク処理が施さ
れる。それは、メサの上面とダイアフラム６０８の下部
の表面６３８との間の結合を妨げるためのメサ６２０の
上面にクロムが残される領域である。このフォトレジス
トが現象された後、フォトレジストにより保護されてい
ないメサ上面の領域から全てのクロムをエッチング除去
するためと、そして第８２図と６３４と６３６で示され
た領域のクロムを除去するためにクロムエッチング処理
が施される。他の可能な方法としては、パイレックスよ
りクロムを除去し、弁が閉じた時にメサがダイアフラム
６０８と接触する領域を囲むであろう正方形あるいは長
方形のパターン状にシリコンウェハ６０４の下部表面６
３８上にポリイミドを付着することである。 【０１５８】これでパイレックスウェハ６００をシリコ
ンウェハ６０４に結合する条件がそろった。この好まし
い実施例では、これは、ウェハ６０２と６００を整合関
係に置き、ウェハ６０４とウェハ６００の間に電流を流
すために８００Ｖの電圧を加えながら、３０分間温度を
３５０℃にあげることにより陽極的に行われる。 【０１５９】次に、室６０６内に含まれるように適当な
抵抗パターン６１０を整合した後、パイレックスウェハ
６０２がウェハ６０４に結合される。この結合はまた、
好ましい実施例においても陽極的に施される。いくつか
の実施例では、ウェハ６０２とウェハ６０４の間の結合
の実施に先立って、室６０６はその中に封じこまれる液
体により充填される。この好ましい実施例では、ウェハ
６０２は室６０６が空の状態でウェハ６０４に陽極的に
結合される。これらの実施例では、次の段階は２０Ｗの
電力レベルあるいは、ウェハ６０２の中を室６０６まで
貫通するようにパイレックスを蒸発させる十分な電力レ
ベルでパルス化されたＣＯ2 レーザを使用することによ
り充填穴６１２をレーザにより開けることである。化学
的に充填穴６１２を開けることは可能であるが、充填穴
の直径を小さく保ちながらそうすることは非常に困難で
ある。これはＹ軸に沿った垂直のエッチング速度がＸと
Ｚ軸に沿った水平のエッチング速度と結合してしまうか
らである。パイレックスを３８５μｍまでエッチングす
る必要性があるためＸ−Ｙ平面の直径で穴は非常に大き
くなる。充填穴６１２の機械的な穴開けもまた所望の大
きさにより大きな穴を作る傾向がある。 【０１６０】次に、液体を室６０６内に注入する。これ
を行うための好ましい方法は、第５５図に示されている
全構造を小室に置きそして全構造を真空にすることであ
る。これにより室６０６が真空にされる。所望の真空レ
ベルまでシステムを排気した後、真空ポンプを停止し、
室６０６内に注入されるべき所望の液体を第５５図に示
される全構造をおおうまで圧力容器へ注入する。そして
システムは外気と連絡され、５０ｐｓｉの正の圧力をか
けられる。これにより液体は充填穴６１２を通って室６
０６へと導かれる。これにより室６０６は完全に充填さ
れる。そして、いくらかの液体が室６０６から取り除か
れることが必要な実施例では、所定の時間の間、所定の
温度まで全構造を加熱することによりなされる。これが
実施される時点での時間と温度と圧力のレベルは実験的
に決定されるべきである。その結果として生じた時間
は、室６０６内の液体の種類、充填穴６１２の直径、そ
して蒸発処理終了後に、室６０６内に残るべき液体の量
に基づく。いくつかの応用例では、室６０６は完全に液
体で充填される。これらの応用例のため、充填ポート６
１２を封じる前の室６０６からのいくらかの液体をとり
除く蒸発処理工程は省略されている。 【０１６１】室６０６を所望レベルまでに充填する他の
保証された方法では、スチロフォーム（Ｓｔｙｒｏｆｏ
ａｍ）あるいは金属ボールベアリングのような中空のあ
るいは中実の軽量の球を、ウェハ６０２をウェハ６０４
に結合する前に、室６０６へ配される。室６０６内に置
かれた球の数と大きさは、室が真空にされ液体が充填穴
６１２を通ってその中に注入された後、室を所望の液体
の量で充填するように計算されている。 【０１６２】最後に、充填ポート６１２はエポキシのプ
ラグ６１４により封じられる。 【０１６３】第５８図に、抵抗Ｒ１、Ｒ２とＲ３がそれ
ぞれ流出チャネル６９８の中に、上のウェハ７１３と中
央のウェハ７０５による流出チャネル６９８の境界で支
えられている窒化物の梁によりサスペンドされている例
を示す。これは抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１とＲ３との間の直接
的な熱伝導を減少させる。その理由は、これらの抵抗チ
ャネル６９８内を流れる物質によって完全に取り囲まれ
ているからである。従って、熱の大部分が流れる物質を
通って流れ、抵抗を支えている構造物を通るものが少な
くなる。 【０１６４】第５８図のサスペンド抵抗素子は、ここで
述べられているいずれの弁あるいは他の構造の加熱素子
として使用することができる。これらのつるされている
抵抗構造の製造方法は以下に述べるとおりである。第５
９図には、サスペンド抵抗構造の初期段階における第５
８図の流出入調節器の流出入室６９８のＸ軸に対して垂
直な断面図が示されている。第６０図は抵抗Ｒ１、Ｒ
２、Ｒ３を含んでいる窒化物の梁７１１の平面図を示
し、第５８図と第５９図の断面図の位置を示している。
第５９図は、７００と７０２で示される２個の窒化物層
に挿入されている抵抗素子の製造途中と流出入チャネル
６９８がエッチングされた後の抵抗Ｒ１だけを示してい
る。第５９図の技法は、ここで述べられている実施例の
いずれにおいての抵抗加熱素子の形成に同等に適用でき
る。 【０１６５】第５９図に示されている工程段階は、溝６
９８（または封じこまれた液体の室６０６）が形成され
る前に上のシリコンウェハ７１３上の第一の窒化物層７
００を付着させることにより達成される。層７００の厚
さは第５８図の寸法Ａと等しくすべきである。 【０１６６】窒化物層７００が付着された後、金属の層
７０７あるいは抵抗パターンを形成できる型の他の抵抗
物質による層がおおわれる。その後、抵抗パターンを形
成するためエッチングの後に残るべき抵抗物質の領域を
保護するためのフォトレジスト層を形成するために通常
のフォトリソグラフィが施される。第６０図は抵抗Ｒ
１、Ｒ２とＲ３の蛇行した抵抗パターンの平面図を示
す。フォトレジストパターンは、エッチング後第６０図
のパターンを形成するために金属を保護すべきである。
第５９図は第６０図の蛇行パターンの第６０図における
分割線８７−８７′に沿った断面図である。 【０１６７】抵抗パターンの形成に続いて、第２の窒化
物層１０２が、抵抗パターンを完全に包みこむために第
１の窒化物層７００と抵抗パターンの上に付着される。
そして、抵抗パターンの梁支柱が形成される位置の２個
の窒化物層の部分をおおうために、フォトレジスト層７
０８が付着される。フォトレジスト層７０８は現象さ
れ、窒化物層を通る穴７０１と７０３が形成される所の
窒化物が露出される。穴７０１と７０３は抵抗物質が存
在しない所の窒化物全体に広がっており、流れ調節器内
の溝６９８（あるいは、ここで示された他の実施例での
室）を形成するためウェハ７０５との間にはさまれてい
る。そして、それぞれの抵抗パターンの部分７２０と７
２２が接続パッドへ延長され、それにより抵抗パターン
への接続が形成される。 【０１６８】第６１図には、ヒステリシスによりダイア
フラムを二重に安定させる２個の物質を備えたダイアフ
ラムを有する弁の構造が示されている。第６１図で、第
５５図の弁とのただ１つの違いは、双安定性を与える薄
膜６０８に付加された物質のもう１つの層７３０が存在
していることである。この構造の他の全ての部材は第５
５図に示されている実施例と同じであり、同じ参照番号
が与えられている。第６１図の実施例では、もう１つの
クロム層７３０がダイアフラム６０８の内側（室６０６
内）の表面Ｓ１に付加されている。このクロム層７３０
は、ダイアフラム６０８をこの２個の二重安定の第１の
状態に向かって撓ませるような緊張状態にある。この第
１の状態とは、薄膜６０８が室６０６に向かって、撓ん
でいる状態をいう（薄膜の中心がウェハ６０２に向かっ
てＹ軸の正方向に引っ張られている）。これは入力ポー
ト６１６に圧力がかけられていない状態でも弁を開けさ
せる作用をする。入力ポートに供給されるいずれの圧力
でも弁をさらに開ける作用をする。弁を閉じるには、弁
座６２０／６２２を封を構成するためにＹ軸の負方向に
撓まされ得るようにクロム層７３０による力および入力
ポートに供給された圧力により生じた力に打ち勝つため
に蒸気圧を十分に上昇させるために、充分な熱が室６０
６内に封じこまれた液体に結合されねばならない。 【０１６９】第６１図に描かれている構造は、第５５図
の弁あるいはこに示された他の弁よりも速い開時間をも
っている。室内の蒸気圧が、クロム層７３０の影響をう
けた力と入力ポート６１６に供給された圧力とから生じ
た力に打ち勝つために必要なレベルより下に下がり、室
６０８内の液体が充分に冷えることができる時、弁が開
く。これが起こる時、ダイアフラムはメサの弁座６２０
／６２２と封を構成することなくダイアフラムの第１の
二重安定状態に急に戻る。 【０１７０】第６２図には双安定ダイアフラムの弁構造
の他の実施例が示されている。第６２図の構造は第５５
図の構造と略同様であり同じ参照番号により参照されて
いるが、余分に物質の層７３２がダイアフラム６０８の
下部の面Ｓ２に付加されており、これは２個の安定撓み
位置をもつ二重の安定性をダイアフラムに与えるために
あり、これはバイアスされている。実施例では層７３２
にはクロムの代わりにポリイミドが使用されている。そ
れは、ポリイミドが、弁座６２０／６２２と接触する時
に良好なシーリング特性をもつからである。ポリイミド
層７３２は、それが表面に配される時には緊張状態にあ
る。これは、ダイアフラムをＹ軸の負方向に撓ませ、面
Ｓ２を弁座上に位置させる二重安定状態をもつ傾向にあ
る。他の二重安定状態はダイアフラムがＹ軸の正方向に
撓んでいる状態である。 【０１７１】もしダイアフラムがＹ軸の正方向に撓んで
いる状態の第２の二重安定状態へダイアフラムを撓ませ
るために入力ポート６１６へ供給される圧力が不充分な
場合は、第６２図の弁は閉の状態のままである。もし通
常の操作圧力が入力ポート６１６へ供給され、そしてポ
リイミド層７３２により生じているバイアス力が入力ポ
ートに供給される圧力により生じた力から減じられた後
に残った残余の力に打ち勝つための蒸気圧を発生させる
ために充分な熱が室６０６内の液体に供給される場合も
また、弁は閉状態のままである。ポリイミド層により生
じているバイアス力に打ち勝つために充分な圧力が入力
ポートへ供給され、そして室が液体の沸騰点より下の通
常の操作温度にある時、弁は開く。液体を沸騰点より上
の温度まで上昇させる熱が室に連結され蒸気圧が充分に
高いレベルまで上昇した時、ダイアフラムは第１の二重
安定状態に急に閉じる。 【０１７２】 【発明の効果】本発明のアクチュエータは、空洞に捕獲
された物質の加熱により生ずる蒸気圧の変化により拡張
しまたは接触する薄い膜部分を除いて実質的に運動する
部分を有しないので高い信頼性を有する。また、捕獲さ
れた物質を加熱するために加熱素子に電気信号を供給す
ることによりバルブを電気的に開閉できるので、極めて
少量の電流でアクチュエータを動作させることができ
る。既知の集積回路製造技術を利用して極めて小さく製
造することができるので、安価に製造可能であり、さら
に、極めて端部が鋭いカットオフとターンオンを有する
気体または液体の制御パルスを生成できる。そして、通
常使用される半導体材料を用いて製造できるので、処
理、駆動、または接続回路をアクチュエータ・ウエハそ
れ自身の上に形成することができ、システムを簡素化す
ることができる。本発明はここで説明された実施例によ
り述べられたが、当業者はこの発明の精神と範囲からは
ずれることなく他の変更を加えることができることを理
解するであろう。そのような全ての変更はここに添付さ
れた特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気流体弁の１実施例の断面図であ
る。 【図２】本発明の弁と共に使用できる１ポート配置を示
した模式図である。 【図３】使用可能な他のポート配置法を示す模式図であ
る。図３Ａは，その断面図である。 【図４】使用可能なさらに他のポートの配置法を示す模
式図である。 【図５】図１の弁を作るために使用される連続行程の各
行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図６】図１の弁を作るために使用される連続行程の各
行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図７】図１の弁を作るために使用される連続行程の各
行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図８】図１の弁を作るために使用される連続行程の各
行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図９】図１の弁を作るために使用される連続行程の各
行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１０】図１の弁を作るために使用される連続行程の
各行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１１】図１の弁を作るために使用される連続行程の
各行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１２】図１の弁を作るために使用される連続行程の
各行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１３】図１の弁を作るために使用される連続行程の
各行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１４】図１の弁を作るために使用される連続行程の
各行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１５】ポリイミド薄膜弁の構成の他の実施例の断面
図である。 【図１６】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図１７】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図１８】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図１９】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２０】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２１】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２２】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２３】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２４】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２５】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２６】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２７】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２８】図28Ａから図28Ｂは，チャネルサイズに関係
する薄膜構成の他の配置例を示している図15のポリイミ
ド薄膜弁の異なった２個の形状をそれぞれ示す平面図で
ある。 【図２９】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３０】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３１】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３２】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３３】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３４】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３５】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３６】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３７】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３８】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３９】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図４０】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４１】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４２】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４３】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４４】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４５】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４６】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４７】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４８】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４９】抵抗素子の１例を説明する平面図である。 【図５０】図49の線50−50′に沿う断面図である。 【図５１】図49の線51−51′に沿う断面図である。 【図５２】各実施例の製造工程の１例を示す断面図であ
る。 【図５３】固体熱ポンプ弁の実施例の断面図である。 【図５４】薄膜の動きが対象の位置を決定するのに使わ
れている本発明の微小位置決定の実施例の説明図であ
る。 【図５５】本発明の教えに従った弁の好ましい実施例の
断面図である。 【図５６】図５５に示された弁の下側のウェハに形成さ
れているメサとチャネル様式を説明する平面図である。 【図５７】図５６の構成よりも高いオフ抵抗を持った他
のメサ構造例を示す平面図である。 【図５８】サスペンド抵抗素子の実施例を示す断面図で
ある。 【図５９】図５９はここで述べられたいずれの実施例に
用いることのできる抵抗素子を窒化ビームよりおおって
いる状態を説明するための断面図である。 【図６０】図５８の各抵抗の平面図である。 【図６１】図５５の弁または他のいずれかの実施例の弁
を双安定型とした実施例の断面図である。 【図６２】図５５の弁または他のいずれかの実施例の弁
を双安定型とした他の実施例の断面図である。 【符号の説明】 10…薄膜室，12…シリコンウェハ，18…可撓性の薄膜，
20…抵抗素子，22…パイレックスウェハ，24…マニホー
ルド室，28…シールリング，30…シリコンウェハ，32…
ノズル。
る。 【図２】本発明の弁と共に使用できる１ポート配置を示
した模式図である。 【図３】使用可能な他のポート配置法を示す模式図であ
る。図３Ａは，その断面図である。 【図４】使用可能なさらに他のポートの配置法を示す模
式図である。 【図５】図１の弁を作るために使用される連続行程の各
行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図６】図１の弁を作るために使用される連続行程の各
行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図７】図１の弁を作るために使用される連続行程の各
行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図８】図１の弁を作るために使用される連続行程の各
行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図９】図１の弁を作るために使用される連続行程の各
行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１０】図１の弁を作るために使用される連続行程の
各行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１１】図１の弁を作るために使用される連続行程の
各行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１２】図１の弁を作るために使用される連続行程の
各行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１３】図１の弁を作るために使用される連続行程の
各行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１４】図１の弁を作るために使用される連続行程の
各行程におけるウェハ１と２の断面図である。 【図１５】ポリイミド薄膜弁の構成の他の実施例の断面
図である。 【図１６】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図１７】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図１８】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図１９】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２０】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２１】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２２】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２３】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２４】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２５】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２６】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２７】図15のポリイミド薄膜弁を形成するのに必要
な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。 【図２８】図28Ａから図28Ｂは，チャネルサイズに関係
する薄膜構成の他の配置例を示している図15のポリイミ
ド薄膜弁の異なった２個の形状をそれぞれ示す平面図で
ある。 【図２９】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３０】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３１】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３２】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３３】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３４】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３５】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３６】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３７】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３８】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図３９】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程をそれぞれ示す模式図である。 【図４０】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４１】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４２】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４３】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４４】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４５】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４６】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４７】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４８】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の実施例を製作するための各工程をそれぞれ
示す模式図である。 【図４９】抵抗素子の１例を説明する平面図である。 【図５０】図49の線50−50′に沿う断面図である。 【図５１】図49の線51−51′に沿う断面図である。 【図５２】各実施例の製造工程の１例を示す断面図であ
る。 【図５３】固体熱ポンプ弁の実施例の断面図である。 【図５４】薄膜の動きが対象の位置を決定するのに使わ
れている本発明の微小位置決定の実施例の説明図であ
る。 【図５５】本発明の教えに従った弁の好ましい実施例の
断面図である。 【図５６】図５５に示された弁の下側のウェハに形成さ
れているメサとチャネル様式を説明する平面図である。 【図５７】図５６の構成よりも高いオフ抵抗を持った他
のメサ構造例を示す平面図である。 【図５８】サスペンド抵抗素子の実施例を示す断面図で
ある。 【図５９】図５９はここで述べられたいずれの実施例に
用いることのできる抵抗素子を窒化ビームよりおおって
いる状態を説明するための断面図である。 【図６０】図５８の各抵抗の平面図である。 【図６１】図５５の弁または他のいずれかの実施例の弁
を双安定型とした実施例の断面図である。 【図６２】図５５の弁または他のいずれかの実施例の弁
を双安定型とした他の実施例の断面図である。 【符号の説明】 10…薄膜室，12…シリコンウェハ，18…可撓性の薄膜，
20…抵抗素子，22…パイレックスウェハ，24…マニホー
ルド室，28…シールリング，30…シリコンウェハ，32…
ノズル。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．加熱された場合に膨脹するかまたはその蒸気圧が上
昇可能な予め定められた量の物質Ｍと、半導体製造プロセスを使用して形成される構造を有する
ことが可能で 、その内部に少なくとも１つの可撓性薄膜
１８、９０、６０８を形成するためにホトリソグラフィ
によりエッチングされた空洞１０、８４、６０６を有す
る第１の基板１２、１０２、６０４と、半導体製造プロセスを使用して形成される構造を有する
ことが可能で、気密封止された薄膜空洞１０を形成する
ため、前記空洞を覆い前記第１の基板の前記空洞に予め
定められた量の物質Ｍを捕獲するために第１の基板に取
付けられる第２の基板２２、８０、６０２と、 外部ソースから供給されるエネルギを使用して前記捕獲
された物質Ｍを加熱するために前記物質Ｍに熱的に結合
された加熱装置２０、１９、８２、６１０とを具備し、
前記捕獲された物質の前記加熱により可撓性薄膜を撓ま
せることを特徴とする流体制御装置。 ２．第１のパイレックス基板８０と、 第１のパイレックス基板８０の表面上に付着された導電
層をフォトリソグラフィによりエッチングすることによ
って形成された抵抗パターン８２と、 前記抵抗パターン８２に電気的に結合され、第１のパイ
レックス基板８０の表面上の電導性のボンディングパッ
ドへ伸る導体と、 ここで前記抵抗パターン８２には抵抗パターンを通る電
流が付勢されることにより熱が生成され、 エッチングによって形成された薄膜チャンバ８４を有す
る単結晶シリコンからなる第２の半導体基板１０２と、
ここでチャンバ８４が所定の角度で傾斜している壁と第
２の半導体基板の厚さに関連する予め定められた深さを
有し、さらに前記薄膜チャンバの１つの壁としての可撓
性薄膜９０を有し、抵抗パターン８２が薄膜チャンバの
境界内に含まれるように、また実質的なハーメチックシ
ールがボンディングパッドへ伸びる導体の端の漏出路を
除いて薄膜チャンバのまわりに形成されるように第１の
パイレックス基板８０に取付けられている第２の半導体
基板１０２と、前記抵抗パターンに熱的に結合されるように 薄膜チャン
バ８４の中に収容され、温度変化に伴って容積または蒸
気圧が変化し、加熱又は冷却されたときの蒸気圧の変化
により前記可撓性薄膜の撓みを生じさせる予め定められ
た量の物質と、 薄膜チャンバ８４の漏出路を塞いで前記物質を前記薄膜
チャンバ内に完全に捕獲するハーメチックシールを形成
するための、抵抗パタ−ン８２に通じる導電体上の封止
物質と、ここで、大きな撓みを生ずるために前記可撓性
薄膜９０はステップ部分を有し、 を備えたことを特徴とする半導体装置。 ３．第１の基板１０２の第１の面に凹部１０６をエッチ
ングによって形成する工程と、 前記凹部内にスペーサ層１１２を付着させる工程と、 前記スペーサ層上にポリイミド１１４の層を付着させる
工程と、 前記第１の基板の前記第１の面の前記凹部の周囲外の面
上に付着しているポリイミドをエッチングによって除去
する工程と、 前記第１の基板１０２の前記第１の面に平行な第２の面
をエッチングする工程と、ここで前記第２の面の前記エ
ッチングは前記第１の基板の第１の面をエッチングする
ことにより形成された前記凹部の底部において前記スペ
ーサ層１１２が露出するまで続けられ、 前記第１の基板の第１の面にエッチングされた凹部の底
部を封止するポリイミド薄膜９０を形成するように前記
ポリイミド層を露出するために 前記スペーサ層１１２の
少なくとも幾らかをエッチングによって除去する工程
と、前記第２の基板８０により形成される蓋により、前記第
１の基板の前記第１の面にエッチングされた 前記凹部１
０６を含む空洞８４内の温度上昇により膨脹しまたは沸
騰する予め定められた量の物質を封入する工程とを含
み、ここで前記蓋が前記凹部を気密封止することにより前記
空洞８４を形成するために前記凹部を覆って前記第１の
基板に取付けられ、その後前記空洞が加熱されると膨脹
または沸騰する前記物質が配置される、 半導体プロセス製造法を用いた薄い可撓性の壁を有する
封止された空洞 装置の製造方法。 ４．前記第１の面の前記凹部が側壁に少なくとも１個の
段または不連続を有し、前記凹部の壁を型として形成さ
れたポリイミドの薄膜がじゃばらの折り返し様の段部を
有することを特徴とする請求項３に記載の製造方法。 ５．前記封入工程が、前記蓋を形成するために前記第２
の基板８０の表面上に付着された導電性物質の層に抵抗
パターン８２をフォトリソグラフィによるエッチングに
より形成する工程と、封入すべき物質の存在において前
記抵抗パターンが前記凹部、前記第１の基板および前記
第２の基板によって形成される空洞８４内に位置するよ
うに前記第２の基板を前記第１の基板１０２に陽極結合
する工程とを含むことを特徴とする請求項３に記載の製
造方法。 ６．前記封入工程が、 前記第２の基板８０の表面上に付着させられた導電性物
質の層に抵抗パターン８２と前記抵抗パターンから使用
者によって定められた距離に位置するボンディングパッ
ド２４０、２４１へ延びる金属リード２４２、２４３と
をフォトリソグラフィによるエッチングによって形成
し、前記抵抗パターンが前記凹部および前記第２の基板
によって形成される空洞８４内に位置付けられ、前記空
洞が排気され前記金属リードのわきの小さい漏出路を除
いて実質的に密閉が行われるように前記第２の基板を真
空中で前記第１の基板２１０に結合する工程と、 第１および第２の基板からなる構造物を封入すべき物質
に浸し使用者によって定められた量の物質が前記空洞に
はいり込むまでシステムを与圧する工程と、 電気メッキ槽内に前記金属リードを陰極として接続し、
前記金属リード上に十分な量の金属をメッキして前記漏
出路を封鎖することによって前記空洞を密閉する工程と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。 ７．前記封入工程が、前記 第２の基板８０の表面上に付着された導電性物質の
層に抵抗パターン８２をフォトリソグラフィによるエッ
チングにより形成する工程と、 封入すべき物質の存在において前記抵抗パターンが前記
凹部および前記第２の基板８０によって形成される空洞
８４内に位置するように前記第２の基板を前記第１の基
板１０２に陽極結合する工程とを含むことを特徴とする
請求項３に記載の製造方法。 ８．前記封入工程が、 第２の基板８０の表面上に付着させられた導電性物質の
層８２に抵抗パターンと前記抵抗パターンから使用者に
よって定められた距離に位置するボンディングパッドへ
延びる金属リードとをフォトリソグラフィによるエッチ
ングによって形成し、前記抵抗パターンが前記凹部およ
び前記第２の基板によって形成される空洞内に位置付け
られ、前記空洞が排気され前記金属リードのわきの小さ
い漏出路を除いて実質的に密閉が行われるように前記第
２の基板を真空中で前記第１の基板に結合する工程と、 第１および第２の基板からなる構造物を封入すべき物質
に浸し使用者によって定められた量の物質が前記空洞に
はいり込むまでシステムを与圧する工程と、 電気メッキ槽内に前記金属リードを陰極として接続し、
前記金属リード上に十分な量の金属をメッキして前記漏
出路を封鎖することによて前記空洞を密閉する工程とを
含むことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。 ９．前記封入工程が、 前記凹部を密閉するように第２の基板８０を前記第１の
基板１０２上に結合することによって空洞８４を形成す
る工程と、 前記空洞への流体の通路を設けるために前記第２の基板
８０に充填穴１１８を形成する工程と、 前記充填穴１１８を用いて前記空洞８４を満たす工程
と、プラグ１１７により 前記充填穴１１８を密閉する工程と
を含むことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。 １０．前記充填穴１１８がレーザによって穿たれ、 前記空洞を満たす工程が前記空洞を排気する工程と前記
空洞が少なくとも部分的に満たされるまで第１および第
２の基板からなる構造物を封入すべき物質に浸す工程と
を含むことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。 １１．第１の基板８０と、半導体製造プロセスを使用して形成される構造を有する
ことが可能であり、 第１の面と第２の面を有し、そして
第１の面に第２の半導体基板を完全に貫通するように十
分に深くエッチングされた凹部１０６を有する第２の半
導体基板１０２と、そして半導体製造プロセスを使用し
て支持材１１２により前記凹部の壁に取付けられた薄い
可撓性のポリイミド８６、８８膜と、ここで、前記ポリ
イミド膜は前記第２の基板または前記第１の基板により
支えられずそして前記支持材にも接触しない可撓性ダイ
アフラム９０を形成するように前記凹部の開口部を横切
って延在し、前記第２の半導体基板１０２は前記第１の
基板８０に取付けられ前記凹部は１つの壁を形成する前
記ポリイミド可撓性薄膜９０を有する密封された空洞８
４を定め、 予期される最高の周囲温度より高い沸点を有し、加熱さ
れたとき空洞内で膨脹しまたは蒸気圧が上昇する前記空
洞に捕獲された物質と、 前記可撓性ダイアフラムを外側に動かすために前記捕獲
された物質の温度を前記沸点まで上昇させるための前記
空洞に捕獲された前記物質に熱的に結合された加熱装置
８２とを具備したことを特徴とする流体制御装置。 １２．前記第１の基板がパイレックスからなり、 前記第２の半導体基板がシリコンからなり、 第１および第２の面を有する第２のパイレックス基板９
４を備え、前記第１の面にエッチングによって入力チャ
ネル９２と出力チャネル９６とが形成され、前記入力チ
ャネルと前記出力チャネルとを分離する壁の形状を有す
る弁座９８によって前記入力チャネルと前記出力チャネ
ルとが分離され、前記第２の半導体基板１０２の前記第
２の面が前記弁座を囲む所定の領域を除く実質的にすべ
ての点で前記第２のパイレックス基板の第１の面に取付
けられており、前記可撓性ダイアフラム９０の膨脹によ
り前記ダイアフラムを前記弁座９８に接触するように到
達させそれによって前記入力チャネル９２から前記出力
チャネル９６への流れを妨げることにより弁を閉じるこ
とを特徴とする請求項１１に記載の装置。 １３．前記入力チャネルおよび出力チャネルがそれぞれ
複数の突出した指状部６２８、６３０、６３２、６２
４、６２６を有し、前記指状部が指を組むように組み合
わせており、前記弁座が前記入力チャネルの指状部と前
記出力チャネルの指状部とを分離する蛇行したメサ６２
０の形状をなしていることを特徴とする請求項１２に記
載の装置。 １４．捕獲された物質の温度を上昇させるための前記加
熱装置８２が、前記第１のパイレックス基板８０の表面
にフォトリソグラフィにより形成された抵抗性物質であ
り、前記密封された空洞が形成された後に前記密封され
た空洞８４の境界内に含まれるように前記抵抗性物質は
前記第１のパイレックス基板上に配置され、前記抵抗性
物質は外部端子への導電性リードに結合され前記抵抗性
物質に外部電源からの電流が流されて前記空洞内の物質
が加熱されるように構成されていることを特徴とする請
求項１３に記載の装置。 １５．前記ダイアフラムに接触する前記弁座の面がクロ
ムの層で被覆されていることを特徴とする請求項１３に
記載の装置。 １６．前記第１および前記第２のパイレックス基板８
０、９４が前記第２の半導体基板１０２に陽極結合され
ていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
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