JP5073382B2 - マイクロバルブ及びその製造方法 - Google Patents
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本発明は、マイクロバルブ及びその製造方法に関し、更に詳しくは、バルブに動力が印加されていない状態でバルブを閉鎖状態に保つノーマリクローズド型のマイクロバルブに好適に用いられ、環境温度の変化に対しても歪みが生じる虞がなく、したがって、圧力−流量特性等の諸特性が変化する虞もないマイクロバルブ及びその製造方法に関するものである。
近年、シリコン等の半導体基板にマイクロマシニング技術を適用したダイアフラム構造を有するマイクロバルブが提案され実用に供されている。
このようなマイクロバルブとしては、励磁式のマイクロバルブ（特許文献１）や圧電式のマイクロバルブ（特許文献２）等がある。
励磁式のマイクロバルブは、流体の流入口が形成された第１のシリコン基板と、流入口を開閉するための小突起（弁）とダイアフラムが形成された第２のシリコン基板と、これらのシリコン基板の剥離を防止するための金属枠などによって構成されたもので、流入口を開閉するための小突起がダイアフラム上に形成され、このダイアフラムは湾曲した場合に流入口を押圧して塞ぐように取り付けられ、このダイアフラムには磁性膜が、シリコン基板には励磁コイルがそれぞれ設けられている。
このようなマイクロバルブとしては、励磁式のマイクロバルブ（特許文献１）や圧電式のマイクロバルブ（特許文献２）等がある。
励磁式のマイクロバルブは、流体の流入口が形成された第１のシリコン基板と、流入口を開閉するための小突起（弁）とダイアフラムが形成された第２のシリコン基板と、これらのシリコン基板の剥離を防止するための金属枠などによって構成されたもので、流入口を開閉するための小突起がダイアフラム上に形成され、このダイアフラムは湾曲した場合に流入口を押圧して塞ぐように取り付けられ、このダイアフラムには磁性膜が、シリコン基板には励磁コイルがそれぞれ設けられている。
このマイクロバルブでは、入力孔に対して湾曲した状態のダイアフラムを、励磁コイルを励磁した場合に前記磁性膜に生じる反発力を前記入力孔に押圧することで、この入力孔を開閉している。
このマイクロバルブは、バルブに動力が印加されていない状態で小突起（弁）が流入口を押圧して塞いでいるため、バルブに動力が印加されていない状態でバルブが閉まっているノーマリクローズド型のマイクロバルブを実現している。
このマイクロバルブは、バルブに動力が印加されていない状態で小突起（弁）が流入口を押圧して塞いでいるため、バルブに動力が印加されていない状態でバルブが閉まっているノーマリクローズド型のマイクロバルブを実現している。
圧電式のマイクロバルブは、ほぼ中央部に流体を吐出するための吐出口がその厚さ方向に貫通した状態で形成された円盤状の基板と、弁体部、固定部及びダイアフラム部等で構成されるダイアフラムとが、このダイアフラムの中央部が上方に突き出した状態でハウジングによって密着固定されたもので、このダイアフラムの前記弁体部と相反する面に薄板状の弾性体が設けられ、この弾性体上に圧電素子が設けられている。このダイアフラムを有する基板にはシリコン基板が、また、このシリコン基板と接合する基板にはガラス基板またはシリコン基板が、それぞれ用いられる。
このマイクロバルブは、圧電素子を用いてダイアフラムを変位させることで、この吐出孔を開閉する構成であり、ダイアフラムの中央部が上方に突き出した形でハウジングによって密着固定されているため、弁体部の先端面を吐出口に所定の押圧力で押圧することで閉鎖することができる。したがって、ノーマリクローズド型のバルブを実現することができる。
特開平３−１０３６８０号公報
特開平７−１５８７５７号公報
このマイクロバルブは、圧電素子を用いてダイアフラムを変位させることで、この吐出孔を開閉する構成であり、ダイアフラムの中央部が上方に突き出した形でハウジングによって密着固定されているため、弁体部の先端面を吐出口に所定の押圧力で押圧することで閉鎖することができる。したがって、ノーマリクローズド型のバルブを実現することができる。
ところで、従来の励磁式のマイクロバルブでは、流入口が形成されている基板と小突起やダイアフラムが形成されている基板が共にシリコン基板であるために、陽極接合を使用することができず、したがって、これらの基板の周辺部だけを接着剤（共晶接合）等を用いて接合したり、もしくは金属枠で押さえ付ける等により固定しているが、バルブの周辺部を接合するために接着剤を利用すると、接着剤と基板の熱膨張率が異なるため、環境温度の変化に伴い熱膨張率の違いに起因する応力も変動し、その結果、基板やダイアフラム等が歪み、圧力−流量特性等のマイクロバルブの特性が変化するという問題点があった。また、接着剤の塗布ムラに起因したピンホールが発生し易く、したがって、流体が漏れる虞があるという問題点があった。
また、シリコン基板を金属枠で押さえつけた構造の場合には、異種材料が界面に存在しないので熱膨張率の違いに起因する応力が発生することはないものの、２枚のシリコン基板は、機械的に押しつけられているだけで物理的もしくは化学的に接合されているわけではなく僅かながら隙間が生じるために、流体が僅かな隙間を通って外部へ流出する虞があるという問題点があった。
また、この種のマイクロバルブでは、半導体製造技術を用いて１枚のシリコン基板上に複数のマイクロバルブを一括製造することにより製造コストを低減しているが、シリコン基板を金属枠で押さえつけた構造の場合、２枚のシリコン基板同士の接合を基板状態で一括処理することができず、したがって、複数のマイクロバルブが形成されたシリコン基板を、マイクロバルブ毎に切断、分割した後、金属枠で押さえつける必要があり、製造コストが高くなるという問題点があった。
また、この種のマイクロバルブでは、半導体製造技術を用いて１枚のシリコン基板上に複数のマイクロバルブを一括製造することにより製造コストを低減しているが、シリコン基板を金属枠で押さえつけた構造の場合、２枚のシリコン基板同士の接合を基板状態で一括処理することができず、したがって、複数のマイクロバルブが形成されたシリコン基板を、マイクロバルブ毎に切断、分割した後、金属枠で押さえつける必要があり、製造コストが高くなるという問題点があった。
また、従来の圧電式のマイクロバルブにおいても、従来の励磁式のマイクロバルブと同様の製造プロセスを用いていることから、励磁式のマイクロバルブと同様の問題点があった。
また、基板としてガラス基板を用いた場合には、陽極接合技術を用いてシリコンダイアフラムとガラス基板を接合することも可能になるが、ノーマリクローズ型のマイクロバルブを実現するために弁体部の先端面を吐出口に所定の押圧力で押し付ける構造にしようとすると、弁体部が吐出口に陽極接合されてしまい、したがって、シリコンダイアフラムとガラス基板を陽極接合技術を用いて接合する場合、マイクロバルブの構造を駆動力を供給していない時に弁体部が吐出口と離れているノーマリオープン型のバルブ構造とする必要があり、ノーマリクローズ型のマイクロバルブを実現することができないという問題点があった。
また、基板としてガラス基板を用いた場合には、陽極接合技術を用いてシリコンダイアフラムとガラス基板を接合することも可能になるが、ノーマリクローズ型のマイクロバルブを実現するために弁体部の先端面を吐出口に所定の押圧力で押し付ける構造にしようとすると、弁体部が吐出口に陽極接合されてしまい、したがって、シリコンダイアフラムとガラス基板を陽極接合技術を用いて接合する場合、マイクロバルブの構造を駆動力を供給していない時に弁体部が吐出口と離れているノーマリオープン型のバルブ構造とする必要があり、ノーマリクローズ型のマイクロバルブを実現することができないという問題点があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、環境温度の変化に対しても歪みが生じる虞がなく、したがって、圧力−流量特性等の諸特性が変化する虞のないノーマリクローズド型のマイクロバルブを実現することができるマイクロバルブ及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者等は、ダイアフラム部の一方の面側に弁体部及び固定部を備えた第１の基板と、前記ダイアフラム部に相対する位置に溝部が形成されるとともに当該溝部に前記弁体部及び前記ダイアフラム部を駆動するための流体の開孔部が形成された第２の基板と、前記弁体部に相対する位置に流体の流入口及び流出口が形成された第３の基板とを備え、これら第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、前記固定部にて接合一体化してなるマイクロバルブについて鋭意検討を行った結果、ダイアフラム部の溝部側かつ弁体部に相対する位置に絶縁膜を設けるか、または開孔部の開口端の面積を弁体部の上端部の面積より大とするか、あるいは、ダイアフラム部の開孔部側かつ弁体部に相対する位置に開孔部に向かって突出する突起部を設ければ、環境温度の変化に対しても歪みが生じる虞がなく、圧力−流量特性等の諸特性が変化する虞もないノーマリクローズド型のマイクロバルブを実現することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の請求項１記載のマイクロバルブは、ダイアフラム部の一方の面側に弁体部及び固定部を備えた第１の基板と、前記ダイアフラム部に相対する位置に溝部が形成されるとともに当該溝部に前記弁体部及び前記ダイアフラム部を駆動するための流体の開孔部が形成された第２の基板と、前記弁体部に相対する位置に流体の流入口及び流出口が形成された第３の基板とを備え、これら第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、前記固定部にて接合一体化してなるマイクロバルブにおいて、前記開孔部の開口端の面積は、前記弁体部の上端の面積より大であることを特徴とする。
このマイクロバルブでは、開孔部の開口端の面積を弁体部の面積より大としたことにより、第１の基板と第２の基板を接合した後、この第２の基板に開孔部を形成すると、第１の基板に形成されたダイアフラム部が第２の基板に形成した溝部から分離され、ダイアフラム部の一方の面に備えられた弁体部を第３の基板に形成された流体の流入口及び流出口に接触することとなる。
また、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、固定部にて接合一体化したことにより、接合された第１の基板と第２の基板に第３の基板を接合する際のダイアフラム部の剛性は、第２の基板の剛性を合わせたものとなり、ダイアフラム部単体の場合の剛性より高くなる。これにより、マイクロバルブを駆動する流体の圧力を小さくするためにダイアフラム部の厚みを薄くした場合においても、接合された第１の基板と第２の基板に第３の基板を接合する際のダイアフラム部が第３の基板の表面に接合されることはない。
また、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、固定部にて接合一体化したことにより、接合された第１の基板と第２の基板に第３の基板を接合する際のダイアフラム部の剛性は、第２の基板の剛性を合わせたものとなり、ダイアフラム部単体の場合の剛性より高くなる。これにより、マイクロバルブを駆動する流体の圧力を小さくするためにダイアフラム部の厚みを薄くした場合においても、接合された第１の基板と第２の基板に第３の基板を接合する際のダイアフラム部が第３の基板の表面に接合されることはない。
請求項２記載のマイクロバルブは、ダイアフラム部の一方の面側に弁体部及び固定部を備えた第１の基板と、前記ダイアフラム部に相対する位置に溝部が形成されるとともに当該溝部に前記弁体部及び前記ダイアフラム部を駆動するための流体の開孔部が形成された第２の基板と、前記弁体部に相対する位置に流体の流入口及び流出口が形成された第３の基板とを備え、これら第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、前記固定部にて接合一体化してなるマイクロバルブにおいて、前記ダイアフラム部の前記開孔部側かつ前記弁体部に相対する位置に、前記開孔部に向かって突出し、かつ前記弁体部の上端より面積の小さな突起部を設けてなることを特徴とする。
このマイクロバルブでは、ダイアフラム部の開孔部側かつ弁体部に相対する位置に開孔部に向かって突出する突起部を設けたことにより、第１の基板と第２の基板を接合した後、この第２の基板に開孔部を形成すると、第１の基板に形成されたダイアフラム部の突起部が第２の基板に形成した溝部から分離され、ダイアフラム部の一方の面に備えられた弁体部を第３の基板に形成された流体の流入口及び流出口に接触することとなる。
また、第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、固定部にて接合一体化したことにより、接合された第１の基板と第２の基板に第３の基板を接合する際のダイアフラム部の剛性は、第２の基板の剛性を合わせたものとなり、ダイアフラム部単体の場合の剛性より高くなる。これにより、マイクロバルブを駆動する流体の圧力を小さくするためにダイアフラム部の厚みを薄くした場合においても、接合された第１の基板と第２の基板に第３の基板を接合する際のダイアフラム部が第３の基板の表面に接合されることはない。
また、第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、固定部にて接合一体化したことにより、接合された第１の基板と第２の基板に第３の基板を接合する際のダイアフラム部の剛性は、第２の基板の剛性を合わせたものとなり、ダイアフラム部単体の場合の剛性より高くなる。これにより、マイクロバルブを駆動する流体の圧力を小さくするためにダイアフラム部の厚みを薄くした場合においても、接合された第１の基板と第２の基板に第３の基板を接合する際のダイアフラム部が第３の基板の表面に接合されることはない。
請求項３記載のマイクロバルブは、請求項１記載のマイクロバルブにおいて、前記第３の基板の前記第１の基板との接合部に凹部を形成し、この凹部と前記固定部とを接合一体化してなることを特徴とする。
このマイクロバルブでは、第３の基板に形成した凹部と第１の基板の固定部とを接合一体化したことにより、これら第３の基板とダイアフラム部との間隔は、凹部が無い場合と比べて狭くなり、ダイアフラム部は固定部を支点として湾曲することとなり、その結果、このダイアフラム部に備えられた弁体部は第３の基板の流体の流入口及び流出口に押圧されることとなる。これにより、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧が高くなり、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくなる。
このマイクロバルブでは、第３の基板に形成した凹部と第１の基板の固定部とを接合一体化したことにより、これら第３の基板とダイアフラム部との間隔は、凹部が無い場合と比べて狭くなり、ダイアフラム部は固定部を支点として湾曲することとなり、その結果、このダイアフラム部に備えられた弁体部は第３の基板の流体の流入口及び流出口に押圧されることとなる。これにより、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧が高くなり、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくなる。
請求項４記載のマイクロバルブは、請求項２記載のマイクロバルブにおいて、前記第３の基板の前記第１の基板との接合部に凹部を形成し、この凹部と前記固定部とを接合一体化してなることを特徴とする。
このマイクロバルブでは、第３の基板に形成した凹部と第１の基板の固定部とを接合一体化したことにより、これら第３の基板とダイアフラム部との間隔は、凹部が無い場合と比べて狭くなり、ダイアフラム部は固定部を支点として湾曲することとなり、その結果、このダイアフラム部に備えられた弁体部は第３の基板の流体の流入口及び流出口に押圧されることとなる。これにより、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧が高くなり、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくなる。
このマイクロバルブでは、第３の基板に形成した凹部と第１の基板の固定部とを接合一体化したことにより、これら第３の基板とダイアフラム部との間隔は、凹部が無い場合と比べて狭くなり、ダイアフラム部は固定部を支点として湾曲することとなり、その結果、このダイアフラム部に備えられた弁体部は第３の基板の流体の流入口及び流出口に押圧されることとなる。これにより、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧が高くなり、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくなる。
請求項５記載のマイクロバルブは、請求項２または４記載のマイクロバルブにおいて、前記開孔部の開口端の面積は、前記弁体部の上端の面積より小かつ前記突起部の上端の面積より大であることを特徴とする。
このマイクロバルブでは、開孔部の開口端の面積を、弁体部の上端の面積より小かつ突起部の上端の面積より大としたことにより、開孔部の開口端の面積、弁体部の上端の面積及び突起部の上端の面積各々が最適化される。
このマイクロバルブでは、開孔部の開口端の面積を、弁体部の上端の面積より小かつ突起部の上端の面積より大としたことにより、開孔部の開口端の面積、弁体部の上端の面積及び突起部の上端の面積各々が最適化される。
請求項６記載のマイクロバルブの製造方法は、ダイアフラム部の一方の面側に弁体部及び固定部を備えた第１の基板と、前記ダイアフラム部に相対する位置に溝部が形成されるとともに当該溝部に前記弁体部及び前記ダイアフラム部を駆動するための流体の開孔部が形成された第２の基板と、前記弁体部に相対する位置に流体の流入口及び流出口が形成された第３の基板とを備え、これら第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、前記固定部にて接合一体化してなるマイクロバルブの製造方法であって、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合すると共に、前記ダイアフラム部を前記第２の基板側に向けて撓ませ、次いで、これら第１及び第２の基板に前記第３の基板を接合し、次いで、前記ダイアフラム部の撓みを開放または緩和することを特徴とする。
このマイクロバルブの製造方法では、ダイアフラム部の一方の面に備えられた弁体部と第３の基板との間隔を大きくとることが可能になる。これにより、接合時に弁体部と第３の基板の表面との間に発生する電界と静電引力を小さくすることが可能になり、よって、弁体部と第３の基板の表面を接合することなく、これら第３の基板、第１の基板及び第２の基板を接合一体化することが可能になる。
請求項７記載のマイクロバルブの製造方法は、請求項６記載のマイクロバルブの製造方法において、前記ダイアフラム部を大気圧を用いて前記第２の基板側に向けて撓ませることを特徴とする。
このマイクロバルブの製造方法では、大気圧の圧力差を用いてダイアフラム部を第２の基板側に向けて撓ませること、及び、第３の基板を接合した後に第１の基板と第２の基板の間に形成された真空を大気圧に戻すことによって圧力差を解消する。よって、ダイアフラム部を撓ませるための手段を別途設ける必要がなく、新たな工程を設ける必要もない。
このマイクロバルブの製造方法では、大気圧の圧力差を用いてダイアフラム部を第２の基板側に向けて撓ませること、及び、第３の基板を接合した後に第１の基板と第２の基板の間に形成された真空を大気圧に戻すことによって圧力差を解消する。よって、ダイアフラム部を撓ませるための手段を別途設ける必要がなく、新たな工程を設ける必要もない。
請求項８記載のマイクロバルブの製造方法は、請求項６記載のマイクロバルブの製造方法において、前記ダイアフラム部を陽極接合時に発生する静電力及びその接合力を用いて前記第２の基板側に向けて撓ませることを特徴とする。
このマイクロバルブの製造方法では、陽極接合時に発生する静電力及びその接合力を用いてダイアフラム部を第２の基板側に向けて撓ませることにより、ダイアフラム部を撓ませるための手段を別途設ける必要がなく、新たな工程を設ける必要もない。
このマイクロバルブの製造方法では、陽極接合時に発生する静電力及びその接合力を用いてダイアフラム部を第２の基板側に向けて撓ませることにより、ダイアフラム部を撓ませるための手段を別途設ける必要がなく、新たな工程を設ける必要もない。
本発明の請求項１記載のマイクロバルブによれば、ダイアフラム部の溝部側かつ弁体部に相対する位置に絶縁膜を設けたので、第１の基板と第２の基板を接合する際に、第１の基板のダイアフラム部と第２の基板の溝部とが陽極接合するのを防止することができ、その結果、ダイアフラム部を所定の作動可能な構造とすることができる。
また、第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、固定部にて接合一体化したので、接着剤と基板の熱膨張率差に起因する応力の変動もなく、環境温度の変化に対しても歪みが生じる虞がなく、圧力−流量特性等の諸特性が変化する虞もないノーマリクローズド型のマイクロバルブを提供することができる。
また、第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、固定部にて接合一体化したので、接着剤と基板の熱膨張率差に起因する応力の変動もなく、環境温度の変化に対しても歪みが生じる虞がなく、圧力−流量特性等の諸特性が変化する虞もないノーマリクローズド型のマイクロバルブを提供することができる。
また、第２の基板に溝を形成する構造としたため、第１の基板と第２の基板を陽極接合した後にダイアフラム部を第２の基板の側に湾曲させることができる。このため、第２の基板に陽極接合した第１の基板を第３の基板に陽極接合する工程において、弁体部と第３の基板の表面の間の距離を広くできるため、弁体部と第３の基板の表面の間に発生する電界を緩和することができ、弁体部と第３の基板の表面に働く静電気力を、ダイアフラム部が大気圧によって第２の基板の溝の底部に押しつけられている力より小さくすることができる。よって、弁体部は第３の基板の表面に引き寄せられることがない。このような理由により、弁体部を第３の基板の表面に陽極接合させることなく、第１の基板の固定部を第３の基板の表面に陽極接合することができる。
また、第２の基板に貫通穴を形成し、その貫通穴を第２の基板に対して選択的にエッチングし、かつ陽極接合工程の加熱温度で溶解しない封止膜によって閉塞したことによって、第１の基板と第２の基板を真空中で陽極接合した際に第１の基板のダイアフラム部を湾曲させて第２の基板の溝に引きつけることが可能になると共に、第３の基板を陽極接合した後に封止膜を選択的にエッチングすることによって第１の基板と第２の基板によって形成される空隙部に気体を導入し、ダイアフラム部に加わっていた圧力差を除去し、弁体部を第３の基板に形成した流体の流入口、流出口に接触させることができる。また、この第２の基板に開孔した貫通穴は、マイクロバルブを開閉動作させるための動力源である気体の導入口として利用することができる。
請求項２記載のマイクロバルブによれば、第２の基板に形成した開孔部の開口端の面積を弁体部の上端の面積より大としたので、第１の基板に形成されたダイアフラム部を第２の基板に形成した溝部から分離することができ、ダイアフラム部の一方の面に備えられた弁体部を第３の基板に形成された流体の流入口及び流出口に接触させることができる。
また、第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、固定部にて接合一体化したので、ダイアフラム部単体の場合と比べて、ダイアフラム部の剛性を高くすることができる。したがって、ダイアフラム部の厚みを薄くした場合においても、第２の基板に陽極接合した第１の基板を第３の基板に陽極接合する工程において、弁体部と第３の基板の表面の間の距離を広くできるため、弁体部と第３の基板の表面の間に発生する電界強度を抑制でき、弁体部と第３の基板の表面に働く静電気力を、ダイアフラム部が大気圧によって第２の基板の溝の底部に押しつけられる力より小さくすることができる。
また、第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、固定部にて接合一体化したので、ダイアフラム部単体の場合と比べて、ダイアフラム部の剛性を高くすることができる。したがって、ダイアフラム部の厚みを薄くした場合においても、第２の基板に陽極接合した第１の基板を第３の基板に陽極接合する工程において、弁体部と第３の基板の表面の間の距離を広くできるため、弁体部と第３の基板の表面の間に発生する電界強度を抑制でき、弁体部と第３の基板の表面に働く静電気力を、ダイアフラム部が大気圧によって第２の基板の溝の底部に押しつけられる力より小さくすることができる。
また、ダイアフラム部と第２の基板が接合されているために剛性が大きくなり、ダイアフラム部を変形するために必要な力はダイアフラム単体の場合よりも大きくなる。よって、弁体部は第３の基板の表面に引き寄せられることがない。このような理由により、弁体部を第３の基板の表面に陽極接合させることなく、第１の基板の固定部を第３の基板の表面に陽極接合することができる。なお、ダイアフラム部の弁体部が備えられた部分は厚くなっており変形できないため第２の基板に陽極接合されるが、弁体部よりも大きな開孔部が陽極接合後に形成されることによってダイアフラム部を第２の基板から分離することができる。
請求項３記載のマイクロバルブによれば、ダイアフラム部の開孔部側かつ弁体部に相対する位置に開孔部に向かって突出し、かつ弁体部の上端より面積の小さな突起部を設けたので、第１の基板に形成されたダイアフラム部を第２の基板に形成した溝部から分離することができ、ダイアフラム部の一方の面に備えられた弁体部を第３の基板に形成された流体の流入口及び流出口に接触させることができ、第２の基板に接合されるダイアフラム部を突起部に限定することができる。
すなわち、ダイアフラム部が弁体部が設けられた部分で厚くなっているため、その部分は変形することができす、陽極接合の際に突起部が第２の基板に接触した後は、突起部の周辺の他面に弁体部が設けられたダイアフラムの部分は剛性が大きいため湾曲して第２の基板に接合されることはない。故に、ダイアフラム部と第２の基板の陽極接合部は突起部に限定され、第２の基板からダイアフラム部を分離するためには、この部分のみを分離すれば良く、形成する開孔部を突起部に相対する部分に限定することができる。
したがって、ダイアフラム部の厚みを薄くした場合においても、第２の基板に陽極接合した第１の基板を第３の基板に陽極接合する工程において、弁体部と第３の基板の表面の間の距離を広くできるため、弁体部と第３の基板の表面の間に発生する電界強度を抑制でき、弁体部と第３の基板の表面に働く静電気力を、ダイアフラム部が大気圧によって第２の基板の溝の底部に押しつけられる力より小さくすることができる。
したがって、ダイアフラム部の厚みを薄くした場合においても、第２の基板に陽極接合した第１の基板を第３の基板に陽極接合する工程において、弁体部と第３の基板の表面の間の距離を広くできるため、弁体部と第３の基板の表面の間に発生する電界強度を抑制でき、弁体部と第３の基板の表面に働く静電気力を、ダイアフラム部が大気圧によって第２の基板の溝の底部に押しつけられる力より小さくすることができる。
また、ダイアフラム部と第２の基板が接合されているために剛性が大きくなり、ダイアフラム部を変形するために必要な力はダイアフラム単体の場合よりも大きくなる。よって、弁体部は第３の基板の表面に引き寄せられることがない。このような理由により、弁体部を第３の基板の表面に陽極接合させることなく、第１の基板の固定部を第３の基板の表面に陽極接合することができる。なお、ダイアフラム部の弁体部が備えられた部分は、剛性が強く変形できないため第２の基板に陽極接合されるが、弁体部よりも大きな開孔部が陽極接合後に形成されることによってダイアフラム部を第２の基板から分離することができる。
請求項４記載のマイクロバルブによれば、第３の基板の第１の基板との接合部に凹部を形成し、この凹部と固定部とを接合一体化したので、これら第３の基板とダイアフラム部との間隔を凹部が無い場合と比べて狭くすることができ、ダイアフラム部を固定部を支点として湾曲させることができ、その結果、このダイアフラム部に備えられた弁体部を第３の基板の流体の流入口及び流出口に押圧させることができる。したがって、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧を高くすることができ、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくすることができる。
請求項５記載のマイクロバルブによれば、第３の基板の第１の基板との接合部に凹部を形成し、この凹部と固定部とを接合一体化したので、これら第３の基板とダイアフラム部との間隔を凹部が無い場合と比べて狭くすることができ、ダイアフラム部を固定部を支点として湾曲させることができ、その結果、このダイアフラム部に備えられた弁体部を第３の基板の流体の流入口及び流出口に押圧させることができる。したがって、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧を高くすることができ、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくすることができる。
請求項６記載のマイクロバルブによれば、開孔部の開口端の面積を、弁体部の上端の面積より小かつ突起部の上端の面積より大としたので、開孔部の開口端の面積も狭くすることができる。その結果、マイクロバルブをより微細化することができ、製造コストも低減することができる。
請求項７記載のマイクロバルブの製造方法によれば、第１の基板と第２の基板とを接合すると共に、ダイアフラム部を第２の基板側に向けて撓ませ、次いで、これら第１及び第２の基板に第３の基板を接合し、次いで、ダイアフラム部の撓みを開放または緩和するので、第２の基板を接合した第１の基板に第３の基板を接合する際にダイアフラム部の一方の面に備えられた弁体部と第３の基板との間隔を大きくとることができ、接合時に弁体部と第３の基板の表面との間に発生する電界と静電引力を小さくすることができる。したがって、弁体部と第３の基板の表面を接合することなく、これら第３の基板、第１の基板及び第２の基板を接合一体化することができる。
また、ダイアフラム部と第２の基板が接合されているために剛性が大きくなり、ダイアフラム部を変形するために必要な力はダイアフラム単体の場合よりも大きくなる。よって、弁体部は第３の基板の表面に引き寄せられることがない。このような理由により、弁体部を第３の基板の表面に陽極接合させることなく、第１の基板の固定部を第３の基板の表面に陽極接合することができる。なお、ダイアフラム部の弁体部が備えられた部分は厚くなっており変形できないため第２の基板に陽極接合されるが、弁体部よりも大きな開孔部が陽極接合後に形成されることによってダイアフラム部を第２の基板から分離することができる。
請求項８記載のマイクロバルブの製造方法によれば、ダイアフラム部を大気圧を用いて第２の基板側に向けて撓ませるので、既存の製造ライン及び大気圧を用いてダイアフラム部を第２の基板側に向けて撓ませることができ、ダイアフラム部を撓ませるための手段や新たな工程を設ける必要もない。
請求項９記載のマイクロバルブの製造方法によれば、陽極接合時に発生する静電力及びその接合力を用いてダイアフラム部を第２の基板側に向けて撓ませるので、既存の製造ラインを用いてダイアフラム部を第２の基板側に向けて撓ませることができ、ダイアフラム部を撓ませるための手段や新たな工程を設ける必要もない。
本発明のマイクロバルブ及びその製造方法を実施するための最良の形態について、ノーマリクローズド型のマイクロバルブを例として説明する。
なお、これらの形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
また、以下の説明に用いられる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
なお、これらの形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
また、以下の説明に用いられる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
「第１の実施形態」
図１は、本発明の第１の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、図において、１は第１の基板、２は第２の基板、３は第３の基板であり、これら第３の基板３、第１の基板１及び第２の基板２は順次重ね合わされて接合一体化されている。
図１は、本発明の第１の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、図において、１は第１の基板、２は第２の基板、３は第３の基板であり、これら第３の基板３、第１の基板１及び第２の基板２は順次重ね合わされて接合一体化されている。
第１の基板１は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１１の一部がシリコン側からエッチング加工されてダイアフラム１２とされ、このダイアフラム１２の下面（一方の面）側に弁（弁体部）１３及び固定部１４が設けられ、上面側かつ弁１３に相対する位置に絶縁膜１５が設けられている。
第２の基板２は、第１の基板１と同じ大きさでありかつ陽極接合できる材質、例えばＮａ等の可動イオンを含むガラス基板２１のダイアフラム１１に相対する位置に下側からのエッチング加工によりダイアフラム１１が湾曲するために必要な空隙となる溝部２２が形成され、この溝部２２の一端部に、弁１３の表面積より狭い面積を有する弁１３及びダイアフラム１２を駆動するための流体の流入口及び流出口である開孔部２３が形成されている。
第３の基板３は、第２の基板２と同じ材質のガラス基板３１の弁１３に相対する位置に下側からのエッチング加工により、このマイクロバルブを制御するための流体の流入口及び流出口３２が形成されている。
第２の基板２は、第１の基板１と同じ大きさでありかつ陽極接合できる材質、例えばＮａ等の可動イオンを含むガラス基板２１のダイアフラム１１に相対する位置に下側からのエッチング加工によりダイアフラム１１が湾曲するために必要な空隙となる溝部２２が形成され、この溝部２２の一端部に、弁１３の表面積より狭い面積を有する弁１３及びダイアフラム１２を駆動するための流体の流入口及び流出口である開孔部２３が形成されている。
第３の基板３は、第２の基板２と同じ材質のガラス基板３１の弁１３に相対する位置に下側からのエッチング加工により、このマイクロバルブを制御するための流体の流入口及び流出口３２が形成されている。
このマイクロバルブでは、第１の基板１のダイアフラム１２と第２の基板２の溝部２２により構成される空隙２４内の圧力が高い場合、弁１３が第３の基板３に押圧されることで、この弁１３により流体の流入口及び流出口３２が閉鎖されているので、流体は流れることができない。すなわち、マイクロバルブは「閉」の状態である。
そこで、この第１の基板１のダイアフラム１２と第２の基板２の溝部２２により構成される空隙２４内の圧力を低くすると、この圧力の低下に伴いダイアフラム１２は上方に湾曲し、このダイアフラム１２の湾曲に伴い、流体の流入口及び流出口３２を閉鎖していた弁１３は第３の基板３の表面から離れ、この流体の流入口及び流出口３２を開放するので流体が流れることとなる。すなわち、マイクロバルブは「開」の状態になる。
弁１３を開閉するために必要な圧力は、制御したい流体の圧力、ダイアフラム１２の面積、厚さ及び剛性、流体の流入口及び流出口３２の開口端の面積などによって異なる。
そこで、この第１の基板１のダイアフラム１２と第２の基板２の溝部２２により構成される空隙２４内の圧力を低くすると、この圧力の低下に伴いダイアフラム１２は上方に湾曲し、このダイアフラム１２の湾曲に伴い、流体の流入口及び流出口３２を閉鎖していた弁１３は第３の基板３の表面から離れ、この流体の流入口及び流出口３２を開放するので流体が流れることとなる。すなわち、マイクロバルブは「開」の状態になる。
弁１３を開閉するために必要な圧力は、制御したい流体の圧力、ダイアフラム１２の面積、厚さ及び剛性、流体の流入口及び流出口３２の開口端の面積などによって異なる。
次に、このマイクロバルブの製造方法について図２〜図４に基づき説明する。
まず、第１の基板用としてＳＯＩ基板１１を用意する。このＳＯＩ基板１１は、１００〜６００μｍ程度の厚さの単結晶Ｓｉ（１００）からなる支持基板１０１上に、厚さ０．１〜１０μｍ程度の埋め込み酸化膜１０２、１〜１００μｍ程度の厚さの単結晶Ｓｉ（１００）からなる薄膜層１０３が順次形成されている（図２（ａ））。
このＳＯＩ基板１１では、支持基板１０１、埋め込み酸化膜１０２、薄膜層１０３各々の厚さは、マイクロバルブが制御する流体の流量、圧力などにより適宜、最適化されている。また、このＳＯＩ基板１１の大きさも、製造に利用する装置により４インチ基板、６インチ基板等、各種サイズから選択する必要があることは言うまでもない。
まず、第１の基板用としてＳＯＩ基板１１を用意する。このＳＯＩ基板１１は、１００〜６００μｍ程度の厚さの単結晶Ｓｉ（１００）からなる支持基板１０１上に、厚さ０．１〜１０μｍ程度の埋め込み酸化膜１０２、１〜１００μｍ程度の厚さの単結晶Ｓｉ（１００）からなる薄膜層１０３が順次形成されている（図２（ａ））。
このＳＯＩ基板１１では、支持基板１０１、埋め込み酸化膜１０２、薄膜層１０３各々の厚さは、マイクロバルブが制御する流体の流量、圧力などにより適宜、最適化されている。また、このＳＯＩ基板１１の大きさも、製造に利用する装置により４インチ基板、６インチ基板等、各種サイズから選択する必要があることは言うまでもない。
次いで、ＳＯＩ基板１１をＲＣＡ洗浄法などを用いて洗浄した後、酸化性雰囲気下にて熱処理を施し、両面に酸化膜１０４、１０５を形成する(図２（ｂ）)。
次いで、酸化膜１０５上にフォトレジスト１１１を塗布し(図２（ｃ）)、このフォトレジスト１１１を露光、現像することにより、弁１３及び固定部１４のパターン１１１ａを形成する（図２（ｄ））。
次いで、酸化膜１０５上にフォトレジスト１１１を塗布し(図２（ｃ）)、このフォトレジスト１１１を露光、現像することにより、弁１３及び固定部１４のパターン１１１ａを形成する（図２（ｄ））。
次いで、このパターン１１１ａをマスクとして、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いて酸化膜１０５をエッチングし、開口部１１２を形成する（図２（ｅ））。ウェットエッチングでは、エッチング液として希釈フッ酸、緩衝フッ酸などを用いる。また、界面活性剤を含んだエッチング液を用いても良い。また、ドライエッチングでは、エッチングガスとしてＣＦ４などのフッ素を含むガス等を用いる。
次いで、このパターン１１１ａを、加熱した濃硫酸、濃硫酸と過酸化水素水の混合液（ピラニア）などの薬液を用いて処理することにより、除去する（図２（ｆ））。このパターン１１１ａを除去するには、上記の方法の他、酸素プラズマ処理などを用いて灰化処理する方法でも良く、この灰化処理後に上記薬液で処理しても良い。
次いで、このパターン１１１ａを、加熱した濃硫酸、濃硫酸と過酸化水素水の混合液（ピラニア）などの薬液を用いて処理することにより、除去する（図２（ｆ））。このパターン１１１ａを除去するには、上記の方法の他、酸素プラズマ処理などを用いて灰化処理する方法でも良く、この灰化処理後に上記薬液で処理しても良い。
次いで、開口部１１２が形成された酸化膜１０５をマスクとし、アルカリ性のエッチング液を用いて、支持基板１０１を異方性エッチングし、この支持基板１０１に開孔部１１３を形成する（図２（ｇ））。アルカリ性のエッチング液としては、ＫＯＨ、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、ヒドラジン、ＥＤＰ（エチレンジアミン＋ピロカテコール）などを用いることができる。
なお、ＫＯＨをエッチング液として用いる場合には、酸化膜１０５の替わりにＫＯＨによるエッチング速度の遅い窒化ケイ素膜を用いることが望ましい。この場合、窒化ケイ素膜とＳＯＩ基板１１との間に酸化膜を形成し、窒化ケイ素膜の応力を緩和することが望ましい。この窒化ケイ素膜のエッチングとしては、ＣＦ４などのフッ素を含むガスを用いたドライエッチングを用いる。
なお、ＫＯＨをエッチング液として用いる場合には、酸化膜１０５の替わりにＫＯＨによるエッチング速度の遅い窒化ケイ素膜を用いることが望ましい。この場合、窒化ケイ素膜とＳＯＩ基板１１との間に酸化膜を形成し、窒化ケイ素膜の応力を緩和することが望ましい。この窒化ケイ素膜のエッチングとしては、ＣＦ４などのフッ素を含むガスを用いたドライエッチングを用いる。
次いで、酸化膜１０４上にフォトレジストを塗布し露光、現像することにより、酸化膜１０４上の弁１３に相対する位置にパターン１１４を形成する（図２（ｈ））。
次いで、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いて酸化膜１０４、１０５をエッチングし、また、同様に埋め込み酸化膜１０２の露出部分をエッチングする。これにより、弁１１６、ダイアフラム１１７及び固定部１１８が形成される（図３（ｉ））。
ウェットエッチングの場合、エッチング液として希釈フッ酸、緩衝フッ酸などを用いるが、界面活性剤を含んだエッチング液を用いても良い。また、ドライエッチングの場合、ＣＦ４などのフッ素を含むガスなどを用いる。
次いで、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いて酸化膜１０４、１０５をエッチングし、また、同様に埋め込み酸化膜１０２の露出部分をエッチングする。これにより、弁１１６、ダイアフラム１１７及び固定部１１８が形成される（図３（ｉ））。
ウェットエッチングの場合、エッチング液として希釈フッ酸、緩衝フッ酸などを用いるが、界面活性剤を含んだエッチング液を用いても良い。また、ドライエッチングの場合、ＣＦ４などのフッ素を含むガスなどを用いる。
次いで、このパターン１１４を、加熱した濃硫酸、濃硫酸と過酸化水素水の混合液（ピラニア）などの薬液を用いて処理することにより、除去する（図３（ｊ））。このパターン１１４を除去するには、上記の方法の他、酸素プラズマ処理などを用いて灰化処理する方法でも良く、この灰化処理後に上記薬液で処理しても良い。
このようにして第１の基板１１９が得られる。
このようにして第１の基板１１９が得られる。
次に、第２の基板用としてナトリウムなどの可動イオンを含みシリコン基板と陽極接合が可能なガラス基板１２１を用意し、このガラス基板１２１の裏面（第１の基板１と陽極接合により接合される面）側にスパッタリング法、蒸着法などを用いてＣｒ膜などのエッチングマスク膜１２２を形成する（図３（ｋ））。
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、エッチングマスク膜１２２に開孔部１２３を形成する（図３（ｌ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、エッチングマスク膜１２２に開孔部１２３を形成する（図３（ｌ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、この開孔部１２３が形成されたエッチングマスク膜１２２を用いて、ガラス基板１２１をフッ酸系のエッチング液でウェットエッチングし、ガラス基板１２１のダイアフラムに相対する位置に溝部１２４を形成する。なお、ドライエッチングを用いて溝部１２４を形成しても良い（図３（ｍ））。
次いで、このエッチングマスク膜１２２をウェットエッチングなどを用いて除去し、このガラス基板１２１の表面（第１の基板１と陽極接合により接合される面の反対側の面）側にドライフィルムからなるレジスト膜１２５を貼り付け、露光、現像することにより開孔部１２６を形成する（図３（ｎ））。
次いで、このエッチングマスク膜１２２をウェットエッチングなどを用いて除去し、このガラス基板１２１の表面（第１の基板１と陽極接合により接合される面の反対側の面）側にドライフィルムからなるレジスト膜１２５を貼り付け、露光、現像することにより開孔部１２６を形成する（図３（ｎ））。
次いで、ブラスト加工法等を用いてガラス基板１２１に厚み方向に貫通する開孔部１２７を形成し（図３（ｏ））、次いで、レジスト膜１２５を除去する（図３（ｐ））。
次いで、開孔部１２７に、ガラス基板１２１を構成するガラスに対して選択的にエッチングすることができ、かつ陽極接合の加熱温度では溶解しない材質、例えばアルミニウムなどの金属１２８を埋め込み、開孔部１２７を閉鎖し、第２の基板１２９とする（図４（ｑ））。
次いで、開孔部１２７に、ガラス基板１２１を構成するガラスに対して選択的にエッチングすることができ、かつ陽極接合の加熱温度では溶解しない材質、例えばアルミニウムなどの金属１２８を埋め込み、開孔部１２７を閉鎖し、第２の基板１２９とする（図４（ｑ））。
次いで、これら第１の基板１１９と第２の基板１２９を真空中で陽極接合する。
陽極接合後、これら第１の基板１１９と第２の基板１２９を大気中に取り出すと、第２の基板１２９に形成された溝部１２４と第１の基板１１９のダイアフラム１１７で囲まれる空隙が真空になっているので、ダイアフラム１１７が変形し、弁１１６が第２の基板１２９に引きつけられる。
このとき、弁１１６上のダイアフラム部１１７には酸化膜１０４が形成されており、ダイアフラム部１１７は酸化膜１０４を挟んで第２の基板１２９と接触している。陽極接合法では、酸化膜１０４とガラス基板１２１は接合しないので、ダイアフラム１０７は第２の基板１２９に酸化膜１０４を介して接触するだけで、接合されない（図４（ｒ））。
陽極接合後、これら第１の基板１１９と第２の基板１２９を大気中に取り出すと、第２の基板１２９に形成された溝部１２４と第１の基板１１９のダイアフラム１１７で囲まれる空隙が真空になっているので、ダイアフラム１１７が変形し、弁１１６が第２の基板１２９に引きつけられる。
このとき、弁１１６上のダイアフラム部１１７には酸化膜１０４が形成されており、ダイアフラム部１１７は酸化膜１０４を挟んで第２の基板１２９と接触している。陽極接合法では、酸化膜１０４とガラス基板１２１は接合しないので、ダイアフラム１０７は第２の基板１２９に酸化膜１０４を介して接触するだけで、接合されない（図４（ｒ））。
次に、第３の基板用としてガラス基板１４１を用意し、このガラス基板１４１にドライフィルムからなるレジスト膜１４２を貼り付け、露光、現像することにより、流体の流入口及び流出口に相対する位置に開口部１４３を形成する（図４（ｓ））。
次いで、この開口部１４３が形成されたレジスト膜１４２をマスクとして、サンドブラスト法等によりガラス基板１４１に厚さ方向に貫通する流体の流入口及び流出口１４４を形成する（図４（ｔ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板１４５とする（図４（ｕ））。
次いで、この開口部１４３が形成されたレジスト膜１４２をマスクとして、サンドブラスト法等によりガラス基板１４１に厚さ方向に貫通する流体の流入口及び流出口１４４を形成する（図４（ｔ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板１４５とする（図４（ｕ））。
次いで、陽極接合した第１の基板１１９及び第２の基板１２９と、第３の基板１４５とを真空中で陽極接合する。
このとき、第１の基板１１９の弁１１６は第２の基板１２９に引きつけられているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、弁１１６を第３の基板１４５から十分離すことができる。したがって、弁１１６は、第１の基板１１９と第３の基板１４５を陽極接合する際に、これらの基板１１９、１４５に印加される電圧により発生する静電気力によって第２の基板１２９に引きつけられ、陽極接合されることはない（図４（ｖ））。
このとき、第１の基板１１９の弁１１６は第２の基板１２９に引きつけられているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、弁１１６を第３の基板１４５から十分離すことができる。したがって、弁１１６は、第１の基板１１９と第３の基板１４５を陽極接合する際に、これらの基板１１９、１４５に印加される電圧により発生する静電気力によって第２の基板１２９に引きつけられ、陽極接合されることはない（図４（ｖ））。
次いで、第２の基板１２９の貫通穴１２７に埋め込まれたアルミニウムなどの金属１２８を、ウェットエッチングまたはドライエッチングなどを用いて除去し、第２の基板１２９の溝部１２４と第１の基板１１９のダイアフラム１１７で囲まれる空隙の圧力を大気圧にする。
この空隙が大気圧になると、ダイアフラム１１７を変形させていた圧力差が無くなり、ダイアフラム１１７はそれ自体が有する弾性力により元の形に戻り、弁１１６を第３の基板１４５に押圧する。したがって、弁１１６は第３の基板１４５に接触し流体の流入口及び流出口１４４を閉鎖する（図４（ｗ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
この空隙が大気圧になると、ダイアフラム１１７を変形させていた圧力差が無くなり、ダイアフラム１１７はそれ自体が有する弾性力により元の形に戻り、弁１１６を第３の基板１４５に押圧する。したがって、弁１１６は第３の基板１４５に接触し流体の流入口及び流出口１４４を閉鎖する（図４（ｗ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
以上説明したように、本実施形態のマイクロバルブによれば、ダイアフラム１２の上面側、すなわち溝部２２側かつ弁１３に相対する位置にガラス基板には陽極接合されない絶縁膜１５を設けたので、第１の基板１と第２の基板２を接合した際に、第１の基板１のダイアフラム１２と第２の基板２の溝部２２とが接合するのを防止することができ、その結果、ダイアフラム１２を所定の作動可能な構造とすることができる。
絶縁膜１５が、ダイアフラム１２を挟んで弁１３に相対する位置に形成されているので、第１の基板１と第２の基板２を陽極接合する際に、第１の基板１と第２の基板２との間に印加される電圧によって発生する静電気力によりダイアフラム１２が溝部２２の底部に引き寄せられ接触しても、これらの間に絶縁膜１５があるために、ダイアフラム１２は溝部２２の底部に陽極接合されることはない。
第２の基板２に溝部２２を形成したので、第１の基板１と第２の基板２を真空中で陽極接合した後に、ダイアフラム１２を溝部２２内に湾曲させることができる。このため、陽極接合した第１の基板１と第２の基板２を、第３の基板３と陽極接合する際においても、弁１３と第３の基板３のシリコン基板３１の表面との間の間隔が他の部分より広くなり、よって、弁１３と第３の基板３の表面との間に発生する電界を緩和することができ、弁１３と第３の基板３１の表面との間に働く静電気力を小さくすることができる。また、ダイアフラム１２は大気圧によって第２の基板２の溝部２２の底部に押しつけられているので、弁１３を第３の基板３の表面に陽極接合すること無く、第１の基板１の固定部１４を第３の基板３の表面に陽極接合することができる。
本実施形態のマイクロバルブの製造方法によれば、第１の基板１１９と第２の基板１２９とを接合し、次いで、ダイアフラム１１７を第２の基板１２９側に向けて撓ませ、次いで、これら第１及び第２の基板１１９、１２９に第３の基板１４５を接合し、次いで、ダイアフラム１１７の撓みを開放または緩和するので、ダイアフラム１１７に設けられた弁１１６と第３の基板１４５との間隔を大きくとることができ、接合時に弁１１６と第３の基板１４５の表面との間に発生する電界と静電引力を小さくすることができる。したがって、弁１１６と第３の基板１４５の表面を接合することなく、これら第３の基板１４５、第１の基板１１９及び第２の基板１２９を接合一体化することができる。
ガラス基板１２１に開孔部１２７を形成し、この開孔部１２７にアルミニウムなどの金属１２８を埋め込んだので、第１の基板１１９と第２の基板１２９を真空中で陽極接合した際に、第１の基板１１９のダイアフラム１１７を湾曲させて第２の基板１２９の溝部１２４に引きつけることが可能になると共に、第３の基板１４５を陽極接合した後に金属１２８を選択的にエッチングすることにより、第１の基板１１９と第２の基板１２９との間に形成される空隙に気体を導入し、ダイアフラム１１７に加わっていた大気圧を除去し、弁１１６を第３の基板１４５に形成した流体の流入口及び流出口１４４に接触させることができる。
また、この第２の基板１２９に形成した開孔部１２７は、このマイクロバルブを開閉動作させるための動力源である気体の導入口として利用することができる。
また、この第２の基板１２９に形成した開孔部１２７は、このマイクロバルブを開閉動作させるための動力源である気体の導入口として利用することができる。
「第２の実施形態」
図５は、本発明の第２の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第１の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、ダイアフラム１２の上面側に絶縁膜が設けられていない第１の基板２０１と、ガラス基板２１の溝部２２の中央部に、弁１３の表面積より広い面積の開口端２１１を有しかつ弁１３及びダイアフラム１２を駆動するための開孔部２１２を形成した第２の基板２１３を用い、これらを接合一体化した点である。
図５は、本発明の第２の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第１の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、ダイアフラム１２の上面側に絶縁膜が設けられていない第１の基板２０１と、ガラス基板２１の溝部２２の中央部に、弁１３の表面積より広い面積の開口端２１１を有しかつ弁１３及びダイアフラム１２を駆動するための開孔部２１２を形成した第２の基板２１３を用い、これらを接合一体化した点である。
次に、このマイクロバルブの製造方法について図６及び図７に基づき説明する。なお、図６及び図７において、図２〜図４と同一の構成要素については同一の符号を付してある。
また、ＳＯＩ基板１１を用意する工程から支持基板１０１に開孔部１１３を形成する工程までは、図２中の（ａ）から（ｇ）までの工程と同一であるから、ここでは、説明を省略し、支持基板１０１に開孔部１１３を形成した以降の工程について説明する。
また、ＳＯＩ基板１１を用意する工程から支持基板１０１に開孔部１１３を形成する工程までは、図２中の（ａ）から（ｇ）までの工程と同一であるから、ここでは、説明を省略し、支持基板１０１に開孔部１１３を形成した以降の工程について説明する。
異方性エッチングにより開孔部１１３が形成された支持基板１０１の酸化膜１０４、１０５をウェットエッチングにより除去する。このとき、埋め込み酸化膜１０２のうち、支持基板１０１の開孔部１１３により露出した部分もエッチングされる（図６（ａ））。
このようにして第１の基板２０１が得られる。
このようにして第１の基板２０１が得られる。
次に、第２の基板用としてナトリウムなどの可動イオンを含みシリコン基板と陽極接合が可能なガラス基板１２１を用意し、このガラス基板１２１の裏面（第１の基板２０１と陽極接合により接合される面）側にスパッタリング法、蒸着法などを用いてＣｒ膜などのエッチングマスク膜１２２を形成する（図６（ｂ））。
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、エッチングマスク膜１２２に開孔部１２３を形成する（図６（ｃ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、エッチングマスク膜１２２に開孔部１２３を形成する（図６（ｃ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、この開孔部１２３が形成されたエッチングマスク膜１２２を用いて、ガラス基板１２１をフッ酸系のエッチング液でウェットエッチングし、ガラス基板１２１のダイアフラムに相対する位置に溝部１２４を形成する。なお、ドライエッチングを用いて溝部１２４を形成しても良い（図６（ｄ））。
次いで、このエッチングマスク膜１２２をウェットエッチングなどを用いて除去する。
次いで、このエッチングマスク膜１２２をウェットエッチングなどを用いて除去する。
次いで、このガラス基板１２１の表面（第１の基板２０１と陽極接合により接合される面の反対側の面）側にスパッタリング法、蒸着法などを用いてＣｒ膜などのエッチングマスク膜３０１を形成する（図６（ｅ））。
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、エッチングマスク膜３０１に開孔部３０２を形成する（図６（ｆ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、エッチングマスク膜３０１に開孔部３０２を形成する（図６（ｆ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、第１の基板２０１と、エッチングマスク膜３０１が形成されたガラス基板１２１を陽極接合する。
このとき、ダイアフラム１１７は陽極接合時に印加される電界により発生する静電気力により、ガラス基板１２１に引き寄せられて陽極接合される（図６（ｇ））。
このとき、ダイアフラム１１７は陽極接合時に印加される電界により発生する静電気力により、ガラス基板１２１に引き寄せられて陽極接合される（図６（ｇ））。
次に、第３の基板用としてガラス基板１４１を用意し、このガラス基板１４１にドライフィルムからなるレジスト膜１４２を貼り付け、露光、現像することにより、流体の流入口及び流出口に相対する位置に開口部１４３を形成する（図６（ｈ））。
次いで、この開口部１４３が形成されたレジスト膜１４２をマスクとして、サンドブラスト法等によりガラス基板１４１に厚さ方向に貫通する流体の流入口及び流出口１４４を形成する（図７（ｉ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板１４５とする（図７（ｊ））。
次いで、この開口部１４３が形成されたレジスト膜１４２をマスクとして、サンドブラスト法等によりガラス基板１４１に厚さ方向に貫通する流体の流入口及び流出口１４４を形成する（図７（ｉ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板１４５とする（図７（ｊ））。
次いで、陽極接合した第１の基板２０１及びエッチングマスク膜３０１が形成されたガラス基板１２１と、第３の基板１４５とを真空中で陽極接合する。
このとき、ダイアフラム１１７がガラス基板１２１の溝部１２４に予め陽極接合されているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、第１の基板２０１に形成された弁１１６を第３の基板１４５と十分離すことができる。したがって、弁１１６は第１の基板２０１と第３の基板１４５を陽極接合する際、これらの基板２０１、１４５に印加される電圧により発生する静電気力によって第３の基板１４５に引きつけられて陽極接合されることはない（図７（ｋ））。
このとき、ダイアフラム１１７がガラス基板１２１の溝部１２４に予め陽極接合されているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、第１の基板２０１に形成された弁１１６を第３の基板１４５と十分離すことができる。したがって、弁１１６は第１の基板２０１と第３の基板１４５を陽極接合する際、これらの基板２０１、１４５に印加される電圧により発生する静電気力によって第３の基板１４５に引きつけられて陽極接合されることはない（図７（ｋ））。
次いで、開孔部３０２が形成されたエッチングマスク膜３０１を用いてガラス基板１２１をウェットエッチングし、ガラス基板１２１の溝部１２４の中央部に、弁１１６の表面積より広い面積の開口端２１１を有しかつ弁１１６及びダイアフラム１１７を駆動するための開孔部２１２を形成する。このとき、この開孔部２１２により、ガラス基板１２１に陽極接合されていたダイアフラム１１７はガラス基板１２１から切り離される。したがって、ダイアフラム１１７はそれ自体の弾性力により元の形に戻り、弁１１６が第３の基板１４５に接触し、流体の流入口及び流出口１４４を閉鎖する（図７（ｌ））。
次いで、ガラス基板１２１に形成されたエッチングマスク膜３０１をウェットエッチングもしくはドライエッチングにより除去し、第２の基板２１３とする（図７（ｍ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
次いで、ガラス基板１２１に形成されたエッチングマスク膜３０１をウェットエッチングもしくはドライエッチングにより除去し、第２の基板２１３とする（図７（ｍ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
以上説明したように、本実施形態のマイクロバルブによれば、第２の基板２１３の溝部２２の中央部に、弁１３の表面積より広い面積の開口端２１１を有しかつ弁１３及びダイアフラム１２を駆動するための開孔部２１２を形成したので、第１の基板２０１と第２の基板２１３を接合した際に、第１の基板２０１に形成されたダイアフラム１２をそれ自体の弾性力により第２の基板２１３に形成された溝部２２から分離することができ、ダイアフラム１２に設けられた弁１３を第３の基板３に形成された流体の流入口及び流出口３２に接触させることができる。
また、第３の基板３、第１の基板２０１及び第２の基板２１３を重ね合わせ、固定部１４にて接合一体化したので、ダイアフラム１２単体の場合と比べて、ダイアフラム１２の剛性を高くすることができる。したがって、ダイアフラム１２の厚みを薄くした場合においても、ダイアフラム１２が第３の基板３の表面に接合するのを防止することができる。
本実施形態のマイクロバルブの製造方法によれば、第１の基板２０１とガラス基板１２１を陽極接合する際に、ダイアフラム１１７をガラス基板１２１に陽極接合するので、第１の基板２０１及びガラス基板１２１と第３の基板１４５とを陽極接合する際に、ダイアフラム１１７と第３の基板１４５の引力を小さくすることができ、弁１１６を第３の基板１４５に陽極接合させることなく第１の基板２０１の固定部１１８を第３の基板１４５の表面に陽極接合することができる。
「第３の実施形態」
図８は、本発明の第３の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第１の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、ガラス基板３１の第１の基板１の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板１の固定部１４とを接合一体化した点である。
図８は、本発明の第３の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第１の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、ガラス基板３１の第１の基板１の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板１の固定部１４とを接合一体化した点である。
次に、このマイクロバルブの製造方法について図９に基づき説明する。なお、図９において、図２〜図４と同一の構成要素については同一の符号を付してある。
なお、本実施形態の製造方法のうち第１の基板用としてＳＯＩ基板１１を用意する工程から、第１の基板１１９と第２の基板１２９を真空中で陽極接合する工程までは、第１の実施形態の図２（ａ）〜図４（ｒ）の工程と同一であるから、これらの工程については説明を省略し、第３の基板用としてガラス基板を用意する工程以降について説明する。
なお、本実施形態の製造方法のうち第１の基板用としてＳＯＩ基板１１を用意する工程から、第１の基板１１９と第２の基板１２９を真空中で陽極接合する工程までは、第１の実施形態の図２（ａ）〜図４（ｒ）の工程と同一であるから、これらの工程については説明を省略し、第３の基板用としてガラス基板を用意する工程以降について説明する。
第３の基板用としてガラス基板１４１を用意し、このガラス基板１４１の表面（第１の基板１１９と陽極接合により接合される面）側にスパッタリング法、蒸着法などを用いてＣｒ膜などのエッチングマスク膜４１１を形成し、このエッチングマスク膜４１１にフォトリソグラフィ及びエッチングにより開口部４１２を形成する（図９（ａ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、この開口部４１２が形成されたエッチングマスク膜４１１を用いて、ガラス基板１４１をフッ酸系のエッチング液でウェットエッチングし、凹部４０１を形成する（図９（ｂ））。なお、ドライエッチングを用いて凹部４０１を形成しても良い。
次いで、エッチングマスク膜４１１をウェットエッチング等により除去し、このガラス基板１４１の裏面（第１の基板１１９と陽極接合により接合される面と反対側の面）にドライフィルムからなるレジスト膜１４２を貼り付け、露光、現像することにより、流体の流入口及び流出口に相対する位置に開口部１４３を形成し、次いで、この開口部１４３が形成されたレジスト膜１４２をマスクとして、サンドブラスト法等によりガラス基板１４１に厚さ方向に貫通する流体の流入口及び流出口１４４を形成する（図９（ｃ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板４０２とする（図９（ｄ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板４０２とする（図９（ｄ））。
次いで、陽極接合した第１の基板１１９及び第２の基板１２９と、第３の基板４０２とを陽極接合する。
このとき、第１の基板１１９の弁１１６は第２の基板１２９に引きつけられているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、弁１１６を第３の基板４０２から十分離すことができる。したがって、弁１１６は、第１の基板１１９と第３の基板４０２を陽極接合する際に、これらの基板１１９、４０２に印加される電圧により発生する静電気力によって第２の基板１２９に引きつけられ、陽極接合されることはない（図９（ｅ））。
このとき、第１の基板１１９の弁１１６は第２の基板１２９に引きつけられているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、弁１１６を第３の基板４０２から十分離すことができる。したがって、弁１１６は、第１の基板１１９と第３の基板４０２を陽極接合する際に、これらの基板１１９、４０２に印加される電圧により発生する静電気力によって第２の基板１２９に引きつけられ、陽極接合されることはない（図９（ｅ））。
次いで、第２の基板１２９の貫通穴１２７に埋め込まれたアルミニウムなどの金属１２８を、ウェットエッチングまたはドライエッチングなどを用いて除去し、第２の基板１２９の溝部１２４と第１の基板１１９のダイアフラム１１７で囲まれる空隙の圧力を大気圧にする。
この空隙が大気圧になると、ダイアフラム１１７を変形させていた圧力差が無くなり、ダイアフラム１１７の湾曲が緩和され、弁１１６は第３の基板４０２に押圧される。したがって、弁１１６は第３の基板４０２に接触し流体の流入口及び流出口１４４を閉鎖する（図９（ｆ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
この空隙が大気圧になると、ダイアフラム１１７を変形させていた圧力差が無くなり、ダイアフラム１１７の湾曲が緩和され、弁１１６は第３の基板４０２に押圧される。したがって、弁１１６は第３の基板４０２に接触し流体の流入口及び流出口１４４を閉鎖する（図９（ｆ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
本実施形態のマイクロバルブにおいても、第１の実施形態のマイクロバルブと同様の効果を奏することができる。
さらに、ガラス基板３１の第１の基板１の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板１の固定部１４とを接合一体化したので、ダイアフラム１１７に設けられた弁１１６を第３の基板４０２の流体の流入口及び流出口１４４に押圧させることができる。したがって、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧を高くすることができ、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくすることができる。
さらに、ガラス基板３１の第１の基板１の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板１の固定部１４とを接合一体化したので、ダイアフラム１１７に設けられた弁１１６を第３の基板４０２の流体の流入口及び流出口１４４に押圧させることができる。したがって、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧を高くすることができ、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくすることができる。
「第４の実施形態」
図１０は、本発明の第４の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第２の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、ガラス基板３１の第１の基板２０１の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板２０１の固定部１４とを接合一体化した点である。
図１０は、本発明の第４の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第２の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、ガラス基板３１の第１の基板２０１の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板２０１の固定部１４とを接合一体化した点である。
次に、このマイクロバルブの製造方法について図１１及び図１２に基づき説明する。なお、図１１及び図１２において、図６及び図７と同一の構成要素については同一の符号を付してある。
なお、本実施形態の製造方法のうち第１の基板用としてＳＯＩ基板１１を用意する工程から、第１の基板２０１とエッチングマスク膜３０１が形成されたガラス基板１２１とを陽極接合する工程までは、第２の実施形態の図６（ａ）〜（ｇ）の工程と同一であるから、これらの工程については説明を省略し、第３の基板用としてガラス基板を用意する工程以降について説明する。
なお、本実施形態の製造方法のうち第１の基板用としてＳＯＩ基板１１を用意する工程から、第１の基板２０１とエッチングマスク膜３０１が形成されたガラス基板１２１とを陽極接合する工程までは、第２の実施形態の図６（ａ）〜（ｇ）の工程と同一であるから、これらの工程については説明を省略し、第３の基板用としてガラス基板を用意する工程以降について説明する。
第３の基板用としてガラス基板１４１を用意し、このガラス基板１４１の表面（第１の基板２０１と陽極接合により接合される面）側にスパッタリング法、蒸着法などを用いてＣｒ膜などのエッチングマスク膜４１１を形成し、このエッチングマスク膜４１１にフォトリソグラフィ及びエッチングにより開口部４１２を形成する（図１１（ａ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、この開口部４１２が形成されたエッチングマスク膜４１１を用いて、ガラス基板１４１をフッ酸系のエッチング液でウェットエッチングし、凹部４０１を形成する（図１１（ｂ））。なお、ドライエッチングを用いて凹部４０１を形成しても良い。
次いで、エッチングマスク膜４１１をウェットエッチング等により除去し、このガラス基板１４１の裏面（第１の基板２０１と陽極接合により接合される面と反対側の面）にドライフィルムからなるレジスト膜１４２を貼り付け、露光、現像することにより、流体の流入口及び流出口に相対する位置に開口部１４３を形成し、次いで、この開口部１４３が形成されたレジスト膜１４２をマスクとして、サンドブラスト法等によりガラス基板１４１に厚さ方向に貫通する流体の流入口及び流出口１４４を形成する（図１１（ｃ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板４０２とする（図１１（ｄ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板４０２とする（図１１（ｄ））。
次いで、陽極接合した第１の基板２０１及びエッチングマスク膜３０１が形成されたガラス基板１２１と、第３の基板４０２とを陽極接合する。
このとき、第１の基板２０１に形成された弁１１６は、ガラス基板１２１の溝部１２４に予め陽極接合されているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、第３の基板４０２と十分離すことができる。したがって、弁１１６は第１の基板２０１と第３の基板４０２を陽極接合する際、これらの基板２０１、４０２に印加される電圧により発生する静電気力によって第３の基板４０２に引きつけられて陽極接合されることはない（図１１（ｅ））。
このとき、第１の基板２０１に形成された弁１１６は、ガラス基板１２１の溝部１２４に予め陽極接合されているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、第３の基板４０２と十分離すことができる。したがって、弁１１６は第１の基板２０１と第３の基板４０２を陽極接合する際、これらの基板２０１、４０２に印加される電圧により発生する静電気力によって第３の基板４０２に引きつけられて陽極接合されることはない（図１１（ｅ））。
次いで、開孔部３０２が形成されたエッチングマスク膜３０１を用いてガラス基板１２１をウェットエッチングし、ガラス基板１２１の溝部１２４の中央部に、弁１１６の表面積より広い面積の開口端２１１を有しかつ弁１１６及びダイアフラム１１７を駆動するための開孔部２１２を形成する。このとき、この開孔部２１２により、ガラス基板１２１に陽極接合されていたダイアフラム１１７はガラス基板１２１から切り離される。したがって、ダイアフラム１１７は湾曲が緩和されて元の形に戻り、弁１１６が第３の基板４０２に押圧されて流体の流入口及び流出口１４４を閉鎖する（図１２（ｆ））。
次いで、ガラス基板１２１に形成されたエッチングマスク膜３０１をウェットエッチングもしくはドライエッチングにより除去し、第２の基板２１３とする（図１２（ｇ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
次いで、ガラス基板１２１に形成されたエッチングマスク膜３０１をウェットエッチングもしくはドライエッチングにより除去し、第２の基板２１３とする（図１２（ｇ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
本実施形態のマイクロバルブにおいても、第２の実施形態のマイクロバルブと同様の効果を奏することができる。
さらに、ガラス基板３１の第１の基板１の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板１の固定部１４とを接合一体化したので、ダイアフラム１１７に設けられた弁１１６を第３の基板４０２の流体の流入口及び流出口１４４に押圧させることができる。したがって、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧を高くすることができ、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくすることができる。
さらに、ガラス基板３１の第１の基板１の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板１の固定部１４とを接合一体化したので、ダイアフラム１１７に設けられた弁１１６を第３の基板４０２の流体の流入口及び流出口１４４に押圧させることができる。したがって、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧を高くすることができ、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくすることができる。
「第５の実施形態」
図１３は、本発明の第５の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第２の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、ダイアフラム１２の開孔部２１２側かつ弁１３に相対する位置に開孔部２１２に向かって突出する突起部５０１を設けた第１の基板５０２と、ガラス基板２１の溝部２２の中央部に形成された開孔部５０３の開口端５０４の面積を弁１３の上端１３ａの面積より小かつ突起部５０１の上端５０１ａの面積より大とした第２の基板５０５とを用い、これら第１の基板５０２及び第２の基板５０５を接合一体化した点である。
図１３は、本発明の第５の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第２の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、ダイアフラム１２の開孔部２１２側かつ弁１３に相対する位置に開孔部２１２に向かって突出する突起部５０１を設けた第１の基板５０２と、ガラス基板２１の溝部２２の中央部に形成された開孔部５０３の開口端５０４の面積を弁１３の上端１３ａの面積より小かつ突起部５０１の上端５０１ａの面積より大とした第２の基板５０５とを用い、これら第１の基板５０２及び第２の基板５０５を接合一体化した点である。
次に、このマイクロバルブの製造方法について図１４〜図１６に基づき説明する。
まず、第１の基板用としてＳＯＩ基板１１を用意する。このＳＯＩ基板１１は、１００〜６００μｍ程度の厚さの単結晶Ｓｉ（１００）からなる支持基板１０１上に、厚さ０．１〜１０μｍ程度の埋め込み酸化膜１０２、１〜１００μｍ程度の厚さの単結晶Ｓｉ（１００）からなる薄膜層１０３が順次形成されている（図１４（ａ））。
まず、第１の基板用としてＳＯＩ基板１１を用意する。このＳＯＩ基板１１は、１００〜６００μｍ程度の厚さの単結晶Ｓｉ（１００）からなる支持基板１０１上に、厚さ０．１〜１０μｍ程度の埋め込み酸化膜１０２、１〜１００μｍ程度の厚さの単結晶Ｓｉ（１００）からなる薄膜層１０３が順次形成されている（図１４（ａ））。
次いで、ＳＯＩ基板１１をＲＣＡ洗浄法などを用いて洗浄した後、酸化性雰囲気下にて熱処理を施し、両面に酸化膜１０４、１０５を形成する(図１４（ｂ）)。
次いで、酸化膜１０４上にフォトレジスト５１１を塗布し(図１４（ｃ）)、このフォトレジスト５１１を露光、現像することにより、突起部５０１のパターン５１１ａを形成する（図１４（ｄ））。
次いで、酸化膜１０４上にフォトレジスト５１１を塗布し(図１４（ｃ）)、このフォトレジスト５１１を露光、現像することにより、突起部５０１のパターン５１１ａを形成する（図１４（ｄ））。
次いで、このパターン５１１ａをマスクとして、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いて酸化膜１０４をエッチングし、突起部５０１のマスクパターン５１２を形成する（図１４（ｅ））。ウェットエッチングでは、エッチング液として希釈フッ酸、緩衝フッ酸などを用いる。また、界面活性剤を含んだエッチング液を用いても良い。また、ドライエッチングでは、エッチングガスとしてＣＦ４などのフッ素を含むガス等を用いる。
次いで、このパターン５１１ａを、加熱した濃硫酸、濃硫酸と過酸化水素水の混合液（ピラニア）などの薬液を用いて処理することにより、除去する（図１４（ｆ））。このパターン５１１ａを除去するには、上記の方法の他、酸素プラズマ処理などを用いて灰化処理する方法でも良く、この灰化処理後に上記薬液で処理しても良い。
次いで、このパターン５１１ａを、加熱した濃硫酸、濃硫酸と過酸化水素水の混合液（ピラニア）などの薬液を用いて処理することにより、除去する（図１４（ｆ））。このパターン５１１ａを除去するには、上記の方法の他、酸素プラズマ処理などを用いて灰化処理する方法でも良く、この灰化処理後に上記薬液で処理しても良い。
次いで、マスクパターン５１２をマスクとし、アルカリ性のエッチング液を用いて、薄膜層１０３を異方性エッチングし、この薄膜層１０３に突起部５０１を形成する（図１４（ｇ））。アルカリ性のエッチング液としては、ＫＯＨ、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、ヒドラジン、ＥＤＰ（エチレンジアミン＋ピロカテコール）などを用いることができる。
なお、ＫＯＨをエッチング液として用いる場合、マスクパターン５１２としては、酸化膜の替わりにＫＯＨによるエッチング速度の遅い窒化ケイ素膜を用いることが望ましい。この場合、窒化ケイ素膜とＳＯＩ基板１１との間に酸化膜を形成し、窒化ケイ素膜の応力を緩和することが望ましい。この窒化ケイ素膜のエッチングとしては、ＣＦ４などのフッ素を含むガスを用いたドライエッチングを用いる。
なお、ＫＯＨをエッチング液として用いる場合、マスクパターン５１２としては、酸化膜の替わりにＫＯＨによるエッチング速度の遅い窒化ケイ素膜を用いることが望ましい。この場合、窒化ケイ素膜とＳＯＩ基板１１との間に酸化膜を形成し、窒化ケイ素膜の応力を緩和することが望ましい。この窒化ケイ素膜のエッチングとしては、ＣＦ４などのフッ素を含むガスを用いたドライエッチングを用いる。
次いで、薄膜層１０３が異方性エッチングされたＳＯＩ基板１１を酸化し、酸化膜５１３、５１４をそれぞれ形成する（図１４（ｈ））。
次いで、裏面側の酸化膜５１４上にフォトレジストを塗布し露光、現像することにより、酸化膜５１４上の弁１３に相対する位置にパターン５１５を形成する。
次いで、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いて酸化膜５１４をエッチングし、開口部５１６を形成する（図１５（ｉ））。
ウェットエッチングの場合、エッチング液として希釈フッ酸、緩衝フッ酸などを用いるが、界面活性剤を含んだエッチング液を用いても良い。また、ドライエッチングの場合、ＣＦ４などのフッ素を含むガスなどを用いる。
次いで、裏面側の酸化膜５１４上にフォトレジストを塗布し露光、現像することにより、酸化膜５１４上の弁１３に相対する位置にパターン５１５を形成する。
次いで、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いて酸化膜５１４をエッチングし、開口部５１６を形成する（図１５（ｉ））。
ウェットエッチングの場合、エッチング液として希釈フッ酸、緩衝フッ酸などを用いるが、界面活性剤を含んだエッチング液を用いても良い。また、ドライエッチングの場合、ＣＦ４などのフッ素を含むガスなどを用いる。
次いで、開口部５１６が形成された酸化膜５１４をマスクとし、アルカリ性のエッチング液を用いて、支持基板１０１を異方性エッチングし、この支持基板１０１に開孔部１１３を形成する（図１５（ｊ））。アルカリ性のエッチング液としては、ＫＯＨ、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、ヒドラジン、ＥＤＰ（エチレンジアミン＋ピロカテコール）などを用いることができる。
次いで、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いて酸化膜５１３、５１４をエッチングし、また、同様に埋め込み酸化膜１０２の露出している部分をエッチングする。これにより、弁１１６、ダイアフラム１１７、固定部１１８及び突起部５０１が形成される（図１５（ｋ））。
ウェットエッチングの場合、エッチング液として希釈フッ酸、緩衝フッ酸などを用いるが、界面活性剤を含んだエッチング液を用いても良い。また、ドライエッチングの場合、ＣＦ４などのフッ素を含むガスなどを用いる。
ウェットエッチングの場合、エッチング液として希釈フッ酸、緩衝フッ酸などを用いるが、界面活性剤を含んだエッチング液を用いても良い。また、ドライエッチングの場合、ＣＦ４などのフッ素を含むガスなどを用いる。
次に、第２の基板用としてナトリウムなどの可動イオンを含みシリコン基板と陽極接合が可能なガラス基板１２１を用意し、このガラス基板１２１の裏面（第１の基板５０２と陽極接合により接合される面）側にスパッタリング法、蒸着法などを用いてＣｒ膜などのエッチングマスク膜１２２を形成する（図１５（ｌ））。
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、エッチングマスク膜１２２に開孔部１２３を形成する（図１５（ｍ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、エッチングマスク膜１２２に開孔部１２３を形成する（図１５（ｍ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、この開孔部１２３が形成されたエッチングマスク膜１２２を用いて、ガラス基板１２１をフッ酸系のエッチング液でウェットエッチングし、ガラス基板１２１のダイアフラムに相対する位置に溝部１２４を形成する。なお、ドライエッチングを用いて溝部１２４を形成しても良い（図１５（ｎ））。
次いで、このエッチングマスク膜１２２をウェットエッチングなどを用いて除去する。
次いで、このエッチングマスク膜１２２をウェットエッチングなどを用いて除去する。
次いで、このガラス基板１２１の表面（第１の基板５０２と陽極接合により接合される面の反対側の面）側にスパッタリング法、蒸着法などを用いてＣｒ膜などのエッチングマスク膜３０１を形成する（図１５（ｏ））。
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、エッチングマスク膜３０１に開孔部５２１を形成する（図１５（ｐ））。エッチングは、ウェットエッチング、
ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、エッチングマスク膜３０１に開孔部５２１を形成する（図１５（ｐ））。エッチングは、ウェットエッチング、
ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、第１の基板５０２と、開孔部５２１を有するエッチングマスク膜３０１が形成されたガラス基板１２１を陽極接合する。
このとき、ダイアフラム１１７は陽極接合時に印加される電界により発生する静電気力により、ガラス基板１２１に引き寄せられて陽極接合される（図１６（ｑ））。
このとき、ダイアフラム１１７は陽極接合時に印加される電界により発生する静電気力により、ガラス基板１２１に引き寄せられて陽極接合される（図１６（ｑ））。
次に、第３の基板用としてガラス基板１４１を用意し、このガラス基板１４１にドライフィルムからなるレジスト膜１４２を貼り付け、露光、現像することにより、流体の流入口及び流出口に相対する位置に開口部１４３を形成する（図１６（ｒ））。
次いで、この開口部１４３が形成されたレジスト膜１４２をマスクとして、サンドブラスト法等によりガラス基板１４１に厚さ方向に貫通する流体の流入口及び流出口１４４を形成する（図１６（ｓ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板１４５とする（図１６（ｔ））。
次いで、この開口部１４３が形成されたレジスト膜１４２をマスクとして、サンドブラスト法等によりガラス基板１４１に厚さ方向に貫通する流体の流入口及び流出口１４４を形成する（図１６（ｓ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板１４５とする（図１６（ｔ））。
次いで、陽極接合した第１の基板５０２及び開孔部５２１を有するエッチングマスク膜３０１が形成されたガラス基板１２１と、第３の基板１４５とを陽極接合する。
このとき、第１の基板５０２に形成された弁１１６は、ダイアフラム１１７及び突起部５０１を介してガラス基板１２１の溝部１２４に予め陽極接合されているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、第３の基板１４５と十分離すことができる。したがって、弁１１６は第１の基板５０２と第３の基板１４５を陽極接合する際、これらの基板５０２、１４５に印加される電圧により発生する静電気力によって第３の基板１４５に引きつけられて陽極接合されることはない（図１６（ｕ））。
このとき、第１の基板５０２に形成された弁１１６は、ダイアフラム１１７及び突起部５０１を介してガラス基板１２１の溝部１２４に予め陽極接合されているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、第３の基板１４５と十分離すことができる。したがって、弁１１６は第１の基板５０２と第３の基板１４５を陽極接合する際、これらの基板５０２、１４５に印加される電圧により発生する静電気力によって第３の基板１４５に引きつけられて陽極接合されることはない（図１６（ｕ））。
次いで、開孔部３０２が形成されたエッチングマスク膜３０１を用いてガラス基板１２１をウェットエッチングし、ガラス基板１２１の溝部１２４の中央部に、開口端５０４の面積を突起部５０１の面積より大としかつ弁１１６及びダイアフラム１１７を駆動するための開孔部５０３を形成する。このとき、この開孔部５０３により、ガラス基板１２１に陽極接合されていたダイアフラム１１７はガラス基板１２１から切り離される。したがって、ダイアフラム１１７はそれ自体の弾性力により元の形に戻り、弁１１６が第３の基板１４５に接触し、流体の流入口及び流出口１４４を閉鎖する（図１６（ｖ））。
次いで、ガラス基板１２１に形成されたエッチングマスク膜３０１をウェットエッチングもしくはドライエッチングにより除去し、第２の基板５０５とする（図１６（ｗ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
次いで、ガラス基板１２１に形成されたエッチングマスク膜３０１をウェットエッチングもしくはドライエッチングにより除去し、第２の基板５０５とする（図１６（ｗ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
本実施形態のマイクロバルブにおいても、第２の実施形態のマイクロバルブと同様の効果を奏することができる。
さらに、ダイアフラム１２の開孔部２１２側かつ弁１３に相対する位置に開孔部２１２に向かって突出する突起部５０１を設けた第１の基板５０２と、ガラス基板２１の溝部２２の中央部に形成された開孔部５０３の開口端５０４の面積を弁１３の上端１３ａの面積より小かつ突起部５０１の上端５０１ａの面積より大とした第２の基板５０５とを接合一体化したので、第１の基板５０２と第２の基板５０５を接合する面積を狭くすることができ、第２の基板５０５の開孔部５０３も狭くすることができる。その結果、マイクロバルブをより微細化することができ、製造コストも低減することができる。
さらに、ダイアフラム１２の開孔部２１２側かつ弁１３に相対する位置に開孔部２１２に向かって突出する突起部５０１を設けた第１の基板５０２と、ガラス基板２１の溝部２２の中央部に形成された開孔部５０３の開口端５０４の面積を弁１３の上端１３ａの面積より小かつ突起部５０１の上端５０１ａの面積より大とした第２の基板５０５とを接合一体化したので、第１の基板５０２と第２の基板５０５を接合する面積を狭くすることができ、第２の基板５０５の開孔部５０３も狭くすることができる。その結果、マイクロバルブをより微細化することができ、製造コストも低減することができる。
「第６の実施形態」
図１７は、本発明の第６の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第５の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、ガラス基板３１の第１の基板５０２の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板５０２の固定部１４とを接合一体化した点である。
図１７は、本発明の第６の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第５の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、ガラス基板３１の第１の基板５０２の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板５０２の固定部１４とを接合一体化した点である。
次に、このマイクロバルブの製造方法について図１８に基づき説明する。なお、図１８において、図１４〜図１６と同一の構成要素については同一の符号を付してある。
なお、本実施形態の製造方法のうち第１の基板用としてＳＯＩ基板１１を用意する工程から、第１の基板５０２とエッチングマスク膜３０１が形成されたガラス基板１２１とを陽極接合する工程までは、第５の実施形態の図１４（ａ）〜図１６（ｑ）の工程と同一であるから、これらの工程については説明を省略し、第３の基板用としてガラス基板を用意する工程以降について説明する。
なお、本実施形態の製造方法のうち第１の基板用としてＳＯＩ基板１１を用意する工程から、第１の基板５０２とエッチングマスク膜３０１が形成されたガラス基板１２１とを陽極接合する工程までは、第５の実施形態の図１４（ａ）〜図１６（ｑ）の工程と同一であるから、これらの工程については説明を省略し、第３の基板用としてガラス基板を用意する工程以降について説明する。
第３の基板用としてガラス基板１４１を用意し、このガラス基板１４１の表面（第１の基板５０２と陽極接合により接合される面）側にスパッタリング法、蒸着法などを用いてＣｒ膜などのエッチングマスク膜４１１を形成し、このエッチングマスク膜４１１にフォトリソグラフィ及びエッチングにより開口部４１２を形成する（図１８（ａ））。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれを用いても良い。
次いで、この開口部４１２が形成されたエッチングマスク膜４１１を用いて、ガラス基板１４１をフッ酸系のエッチング液でウェットエッチングし、凹部４０１を形成する（図１８（ｂ））。なお、ドライエッチングを用いて凹部４０１を形成しても良い。
次いで、エッチングマスク膜４１１をウェットエッチング等により除去し、このガラス基板１４１の裏面（第１の基板５０２と陽極接合により接合される面と反対側の面）にドライフィルムからなるレジスト膜１４２を貼り付け、露光、現像することにより、流体の流入口及び流出口に相対する位置に開口部１４３を形成し、次いで、この開口部１４３が形成されたレジスト膜１４２をマスクとして、サンドブラスト法等によりガラス基板１４１に厚さ方向に貫通する流体の流入口及び流出口１４４を形成する（図１８（ｃ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板４０２とする（図１８（ｄ））。
次いで、レジスト膜１４２を除去し、第３の基板４０２とする（図１８（ｄ））。
次いで、陽極接合した第１の基板５０２及び開孔部５２１を有するエッチングマスク膜３０１が形成されたガラス基板１２１と、第３の基板４０２とを陽極接合する。
このとき、第１の基板５０２に形成された弁１１６は、ダイアフラム１１７及び突起部５０１を介してガラス基板１２１の溝部１２４に予め陽極接合されているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、第３の基板４０２と十分離すことができる。したがって、弁１１６は第１の基板５０２と第３の基板４０２を陽極接合する際、これらの基板５０２、４０２に印加される電圧により発生する静電気力によって第３の基板４０２に引きつけられて陽極接合されることはない（図１８（ｅ））。
このとき、第１の基板５０２に形成された弁１１６は、ダイアフラム１１７及び突起部５０１を介してガラス基板１２１の溝部１２４に予め陽極接合されているので、溝部１２４の深さを適切に設定することにより、第３の基板４０２と十分離すことができる。したがって、弁１１６は第１の基板５０２と第３の基板４０２を陽極接合する際、これらの基板５０２、４０２に印加される電圧により発生する静電気力によって第３の基板４０２に引きつけられて陽極接合されることはない（図１８（ｅ））。
次いで、開孔部３０２が形成されたエッチングマスク膜３０１を用いてガラス基板１２１をウェットエッチングし、ガラス基板１２１の溝部１２４の中央部に、開口端５０４の面積を突起部５０１の面積より大としかつ弁１１６及びダイアフラム１１７を駆動するための開孔部５０３を形成する。このとき、この開孔部５０３により、ガラス基板１２１に陽極接合されていたダイアフラム１１７はガラス基板１２１から切り離される。したがって、ダイアフラム１１７は湾曲が緩和され、弁１１６が第３の基板４０２に接触し、流体の流入口及び流出口１４４を閉鎖する（図１８（ｆ））。
次いで、ガラス基板１２１に形成されたエッチングマスク膜３０１をウェットエッチングもしくはドライエッチングにより除去し、第２の基板５０５とする（図１８（ｇ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
次いで、ガラス基板１２１に形成されたエッチングマスク膜３０１をウェットエッチングもしくはドライエッチングにより除去し、第２の基板５０５とする（図１８（ｇ））。
以上により、本実施形態のマイクロバルブを作製することができる。
本実施形態のマイクロバルブにおいても、第５の実施形態のマイクロバルブと同様の効果を奏することができる。
さらに、ガラス基板１４１の第１の基板５０２の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板５０２の固定部１４とを接合一体化したので、ダイアフラム１１７に設けられた弁１１６を第３の基板４０２の流体の流入口及び流出口１４４に押圧させることができる。したがって、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧を高くすることができ、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくすることができる。
さらに、ガラス基板１４１の第１の基板５０２の固定部１４との接合部に凹部４０１を形成した第３の基板４０２を用い、第３の基板４０２の凹部４０１と第１の基板５０２の固定部１４とを接合一体化したので、ダイアフラム１１７に設けられた弁１１６を第３の基板４０２の流体の流入口及び流出口１４４に押圧させることができる。したがって、マイクロバルブの閉鎖時における耐圧を高くすることができ、閉鎖時における流体の漏れ量も少なくすることができる。
「第７の実施形態」
図１９は、本発明の第７の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブは、第１の実施形態のマイクロバルブを２個、同一基板上に設けた構成である。
このマイクロバルブでは、陽極接合装置の真空吸着ステージ６０１に真空配管６０２を利用して第１の基板６０３と第２の基板６０４を陽極接合した基板を真空吸着し、真空配管６０２と第２の基板６０４の開孔部２３を通じて、ダイアフラム１１７と第２の基板６０４によって形成される空隙の内部を排気し、ダイアフラム１１７を湾曲させている。
図１９は、本発明の第７の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブは、第１の実施形態のマイクロバルブを２個、同一基板上に設けた構成である。
このマイクロバルブでは、陽極接合装置の真空吸着ステージ６０１に真空配管６０２を利用して第１の基板６０３と第２の基板６０４を陽極接合した基板を真空吸着し、真空配管６０２と第２の基板６０４の開孔部２３を通じて、ダイアフラム１１７と第２の基板６０４によって形成される空隙の内部を排気し、ダイアフラム１１７を湾曲させている。
本実施形態のマイクロバルブにおいても、第１の実施形態のマイクロバルブと同様の効果を奏することができる。
しかも、第２の基板６０４に形成された開孔部２３を閉鎖せずに開放したままの状態で第３の基板６０５と陽極接合する際に、第２の基板６０４を真空吸着ステージ６０１に固定し、この真空吸着ステージ６０１の真空を利用して第１の基板６０３の各々のダイアフラム１１７を第２の基板６０４の溝部２２の内側それぞれに湾曲させることにより、弁１３と第３の基板６０５の表面との距離を大きくとることができる。その結果、第２の基板６０４の開孔部２３を封止し、エッチングにより再開孔する工程を省略することができる。
しかも、第２の基板６０４に形成された開孔部２３を閉鎖せずに開放したままの状態で第３の基板６０５と陽極接合する際に、第２の基板６０４を真空吸着ステージ６０１に固定し、この真空吸着ステージ６０１の真空を利用して第１の基板６０３の各々のダイアフラム１１７を第２の基板６０４の溝部２２の内側それぞれに湾曲させることにより、弁１３と第３の基板６０５の表面との距離を大きくとることができる。その結果、第２の基板６０４の開孔部２３を封止し、エッチングにより再開孔する工程を省略することができる。
「第８の実施形態」
図２０は、本発明の第８の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第６の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、第２の基板７０１の溝部２２の底部に電極７０２を設け、この第２の基板７０１に厚み方向に貫通する配線７０３、７０４を形成した点である。
このマイクロバルブでは、電極７０２には配線７０３を通じて、ダイアフラム１２には配線７０４を通じて、それぞれ給電され、これら対向する電極７０２とダイアフラム１２との間に電圧を印加することにより静電気力が発生し、ダイアフラム１２と弁１３の動きを制御する静電駆動構造となっている。
図２０は、本発明の第８の実施形態のマイクロバルブを示す断面図であり、本実施形態のマイクロバルブが第６の実施形態のマイクロバルブと異なる点は、第２の基板７０１の溝部２２の底部に電極７０２を設け、この第２の基板７０１に厚み方向に貫通する配線７０３、７０４を形成した点である。
このマイクロバルブでは、電極７０２には配線７０３を通じて、ダイアフラム１２には配線７０４を通じて、それぞれ給電され、これら対向する電極７０２とダイアフラム１２との間に電圧を印加することにより静電気力が発生し、ダイアフラム１２と弁１３の動きを制御する静電駆動構造となっている。
本実施形態のマイクロバルブにおいても、第６の実施形態のマイクロバルブと同様の効果を奏することができる。
しかも、第２の基板７０１の溝部２２の底部に電極７０２を設け、この第２の基板７０１に厚み方向に貫通する配線７０３、７０４を形成したので、静電気力という流体以外の動力を用いることができる。
しかも、第２の基板７０１の溝部２２の底部に電極７０２を設け、この第２の基板７０１に厚み方向に貫通する配線７０３、７０４を形成したので、静電気力という流体以外の動力を用いることができる。
以上、第１〜第８の実施形態では、ノーマリクローズド型のマイクロバルブについて説明してきたが、本発明はノーマリオープン型のマイクロバルブにも適用することができる。
このノーマリオープン型のマイクロバルブにおいても、場合によっては第３の基板を陽極接合する際に、弁が第３の基板に静電気力で引き寄せられ、陽極接合されてしまう可能性があるが、本発明の構造及び製造方法を利用することにより、弁と第３の基板の表面とが陽極接合されてしまうのを抑制することができる。
このノーマリオープン型のマイクロバルブにおいても、場合によっては第３の基板を陽極接合する際に、弁が第３の基板に静電気力で引き寄せられ、陽極接合されてしまう可能性があるが、本発明の構造及び製造方法を利用することにより、弁と第３の基板の表面とが陽極接合されてしまうのを抑制することができる。
また、第１〜第８の実施形態では、マイクロバルブの駆動力として流体または静電気力を用いたが、流体または静電気力以外の駆動力として、ダイアフラム上に圧電素子からなるユニモルフ構造を設けたもの、磁気を利用する構造等を用いることもできる。
また、第１の基板としてＳＯＩ基板を用いたが、単結晶シリコン基板を用いることもできる。
また、支持基板のエッチングとして、異方性エッチングの替わりにドライエッチングを用いることもできる。
また、第１の基板としてＳＯＩ基板を用いたが、単結晶シリコン基板を用いることもできる。
また、支持基板のエッチングとして、異方性エッチングの替わりにドライエッチングを用いることもできる。
また、第２の基板もしくは第３の基板のエッチングにおいては、これらの基板をエッチングする前にフォトレジスト膜を除去することとしたが、フォトレジスト膜を残したまま第２の基板ないしは第３の基板をエッチングしてもよい。この場合、フォトレジスト膜は基板のエッチング後に除去すればよい。この方法では、エッチングマスクが２層構造になるため、エッチングマスクのエッチング耐性が向上し、エッチングマスクのピンホール等に起因する欠陥の発生を抑制することができる。
さらに、一般の半導体デバイスの製造方法と同様、複数のマイクロバルブを同時に１つの基板上に形成し、最後にダイシング等を用いて切断することにより、一括で大量生産することもできる。
さらに、一般の半導体デバイスの製造方法と同様、複数のマイクロバルブを同時に１つの基板上に形成し、最後にダイシング等を用いて切断することにより、一括で大量生産することもできる。
１、１１９、２０１、５０２、６０３ 第１の基板
２、１２９、２１３、５０５、６０４、７０１ 第２の基板
３、１４５、４０２、６０５ 第３の基板
１１ ＳＯＩ基板
１２ ダイアフラム
１３ 弁
１３ａ 上端
１４ 固定部
１５ 絶縁膜
２１、３１ ガラス基板
２２ 溝部
２３ 開孔部
２４ 空隙
３２、１４４ 流体の流入口及び流出口
１０１ 支持基板
１０２ 埋め込み酸化膜
１０３ 薄膜層
１０４、１０５ 酸化膜
１１１ フォトレジスト
１１１ａ パターン
１１２、１４３ 開口部
１１３ 開孔部
１１４ パターン
１２１、１４１ ガラス基板
１２２ エッチングマスク膜
１２３ 開孔部
１２４ 溝部
１２５、１４２ レジスト膜
１２７ 開孔部
１２８ 金属
２１１ 開口端
２１２ 開孔部
３０１、４１１ エッチングマスク膜
３０２、４１２ 開孔部
４０１ 凹部
５０１ 突起部
５０１ａ 上端
５０３ 開孔部
５０４ 開口端
５１１ フォトレジスト
５１１ａ パターン
５１２ マスクパターン
５１３、５１４ 酸化膜
５１５ パターン
６０１ 真空吸着ステージ
６０２ 真空配管
７０２ 電極
７０３、７０４ 配線
２、１２９、２１３、５０５、６０４、７０１ 第２の基板
３、１４５、４０２、６０５ 第３の基板
１１ ＳＯＩ基板
１２ ダイアフラム
１３ 弁
１３ａ 上端
１４ 固定部
１５ 絶縁膜
２１、３１ ガラス基板
２２ 溝部
２３ 開孔部
２４ 空隙
３２、１４４ 流体の流入口及び流出口
１０１ 支持基板
１０２ 埋め込み酸化膜
１０３ 薄膜層
１０４、１０５ 酸化膜
１１１ フォトレジスト
１１１ａ パターン
１１２、１４３ 開口部
１１３ 開孔部
１１４ パターン
１２１、１４１ ガラス基板
１２２ エッチングマスク膜
１２３ 開孔部
１２４ 溝部
１２５、１４２ レジスト膜
１２７ 開孔部
１２８ 金属
２１１ 開口端
２１２ 開孔部
３０１、４１１ エッチングマスク膜
３０２、４１２ 開孔部
４０１ 凹部
５０１ 突起部
５０１ａ 上端
５０３ 開孔部
５０４ 開口端
５１１ フォトレジスト
５１１ａ パターン
５１２ マスクパターン
５１３、５１４ 酸化膜
５１５ パターン
６０１ 真空吸着ステージ
６０２ 真空配管
７０２ 電極
７０３、７０４ 配線
Claims (8)
- ダイアフラム部の一方の面側に弁体部及び固定部を備えた第１の基板と、前記ダイアフラム部に相対する位置に溝部が形成されるとともに当該溝部に前記弁体部及び前記ダイアフラム部を駆動するための流体の開孔部が形成された第２の基板と、前記弁体部に相対する位置に流体の流入口及び流出口が形成された第３の基板とを備え、これら第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、前記固定部にて接合一体化してなるマイクロバルブにおいて、
前記開孔部の開口端の面積は、前記弁体部の上端の面積より大であることを特徴とするマイクロバルブ。 - ダイアフラム部の一方の面側に弁体部及び固定部を備えた第１の基板と、前記ダイアフラム部に相対する位置に溝部が形成されるとともに当該溝部に前記弁体部及び前記ダイアフラム部を駆動するための流体の開孔部が形成された第２の基板と、前記弁体部に相対する位置に流体の流入口及び流出口が形成された第３の基板とを備え、これら第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、前記固定部にて接合一体化してなるマイクロバルブにおいて、
前記ダイアフラム部の前記開孔部側かつ前記弁体部に相対する位置に、前記開孔部に向かって突出し、かつ前記弁体部の上端より面積の小さな突起部を設けてなることを特徴とするマイクロバルブ。 - 前記第３の基板の前記第１の基板との接合部に凹部を形成し、この凹部と前記固定部とを接合一体化してなることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。
- 前記第３の基板の前記第１の基板との接合部に凹部を形成し、この凹部と前記固定部とを接合一体化してなることを特徴とする請求項２記載のマイクロバルブ。
- 前記開孔部の開口端の面積は、前記弁体部の上端の面積より小かつ前記突起部の上端の面積より大であることを特徴とする請求項２または４記載のマイクロバルブ。
- ダイアフラム部の一方の面側に弁体部及び固定部を備えた第１の基板と、前記ダイアフラム部に相対する位置に溝部が形成されるとともに当該溝部に前記弁体部及び前記ダイアフラム部を駆動するための流体の開孔部が形成された第２の基板と、前記弁体部に相対する位置に流体の流入口及び流出口が形成された第３の基板とを備え、これら第３の基板、第１の基板及び第２の基板を重ね合わせ、前記固定部にて接合一体化してなるマイクロバルブの製造方法であって、
前記第１の基板と前記第２の基板とを接合すると共に、前記ダイアフラム部を前記第２の基板側に向けて撓ませ、次いで、これら第１及び第２の基板に前記第３の基板を接合し、次いで、前記ダイアフラム部の撓みを開放または緩和することを特徴とするマイクロバルブの製造方法。 - 前記ダイアフラム部を圧力差を用いて前記第２の基板側に向けて撓ませることを特徴とする請求項６記載のマイクロバルブの製造方法。
- 前記ダイアフラム部を陽極接合時に発生する静電引力及びその接合力を用いて前記第２の基板側に向けて撓ませることを特徴とする請求項６記載のマイクロバルブの製造方法。
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