JP5402262B2 - マイクロバルブ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロバルブ及びその製造方法に関し、特に、主面に溝を有する主基板と、その主基板の主面に貼り合わされるカバー基板とを備え、主基板の溝がカバー基板で覆われて流路が形成されており、その流路内に弁体が配置されてなる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、基板内に反応室などの微細構造を設け、その微細構造中で物質の反応や合成、分析などの操作を行なえるように構成されたマイクロデバイスが製品化されている。このようなマイクロデバイスはラボ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−Ｃｈｉｐ）などと呼ばれている。また、携帯機器向け燃料電池の燃料を供給する流路などにもマイクロデバイスの応用が期待されている。

マイクロデバイスには、液体や気体などの流体や微小液滴などを反応室に導くための微細流路が設けられる。マイクロデバイスとして、主基板の一表面に溝を形成し、主基板にカバー基板を張り合わせて、主基板の溝とカバー基板とで囲まれた空間を微細流路や反応室とする構造が一般的によく使われる。このような構造のマイクロデバイスは例えば２枚の基板で形成できるので、構造や製造工程が比較的簡略である。これにより、安価な製品を提供できる。

また、流体の移送を制御するために微細流路の途中にマイクロバルブが設けられることもある。さらに、一部の流路の容積を変化させてポンプ室として機能させるダイヤフラム型のマイクロポンプが設けられたりすることもある。
マイクロバルブを備えたマイクロデバイスとして、例えば特許文献１〜４に開示されたものがある。

特許文献１，２には、弁の開閉を圧電素子の駆動によって開閉される弁を備えたマイクロバルブが開示されている。
特許文献３には、基板の上面に、流路及び弁を形成した第１層膜を貼り合わせ、第１層上面に、弁の直上に圧力室を形成した第２膜を貼り合わせ、圧力室を負圧にすることにより弁を持ち上げてバルブを開き、圧力室を正圧にすることによって弁を基板に押し付けてバルブを閉じる機能を備えたマイクロバルブが開示されている。
特許文献４のマイクロバルブでは、互いに対応する位置に貫通孔をもつ２枚の基板を貼り合わせ、一方の基板の貫通孔の開口に弁となる薄膜を基板と同一材料で形成しておくことにより、基板の接合面に対して略垂直な方向で弁が移動するマイクロバルブが開示されている。

従来例として挙げたマイクロバルブは、いずれも２枚又は３枚の基板を貼り合わせて製造された比較的構造が簡単なものではある。
しかし、特許文献１，２に開示されたマイクロバルブは、弁の開閉を圧電素子によって形成しているので、構造が複雑になっている。
特許文献３に開示されたマイクロバルブでは、弁の開閉を行なうために弁の直上に圧力室を設けているので、構造が複雑になっている。
特許文献４に開示されたマイクロバルブでは、バルブ自体は２枚の基板で形成することができるものの、バルブにつながる流路を形成するには、さらに１枚又は２枚の基板が必要になるので、構造が複雑になる。
また、上記のマイクロバルブは、いずれも製造工程が複雑で、２枚の基板を貼り合せるという単純さの中に、逆止弁構造を作りこむのが容易ではなかった。

そこで本発明は、極微細なマイクロポンプに適用することができる簡単な構造の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ものである。

本発明にかかるマイクロバルブは、主面に溝を有する主基板と、その主基板の主面に貼り合わされるカバー基板とを備え、主基板の溝がカバー基板で覆われて流路が形成されており、その流路内に弁体が配置されてなるマイクロバルブである。本発明のマイクロバルブにおいて、上記主基板は、主面側から順に第１主基板層、第２主基板層の積層構造をもち、上記主基板の溝は少なくとも上記第１主基板層が上記第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものである。上記弁体は、上記第１主基板層と同じ材料からなり、上記溝の第１側壁から突出し、上記第１側壁に対向する上記溝の第２側壁とは間隔をもって形成されており、上記流路内を流れる流体圧力で変形可能な膜厚をもつ。上記溝の底面と上記弁体との間に空隙があり、上記弁体の上流側の流体圧力が上記弁体の下流側の流体圧力よりも大きいときに上記弁体の自由端が上記第２側壁から離れる方向に移動し、上記弁体の下流側の流体圧力が上記弁体の上流側の流体圧力よりも大きいときに上記弁体の自由端が上記第２側壁に当接する方向に移動する。

本発明のマイクロバルブにおいて、上記溝の底面と上記弁体との間の空隙は、上記第２主基板層の表面側の一部分が除去されて形成されている例を挙げることができる。
また、上記主基板は上記第２主基板層の下層に第３主基板層をさらに備え、上記溝の底面と上記弁体との間の空隙は、上記弁体下の上記第２主基板層が除去されて形成されているようにしてもよい。

また、上記弁体と上記カバー基板との間に第２空隙が形成されている例を挙げることができる。
その構造の一例として、上記弁体の上面は、上記弁体形成位置の上記第１主基板層の上面側の一部分が除去されて上記主基板の上記主面よりも下方位置に配置されている構成を挙げることができる。

他の例として、上記主基板は、上記第１主基板層上に形成された第４主基板層と、その上に形成された第５主基板層をさらに備え、上記第５主基板層の上面が上記主基板の上記主面を構成し、上記主基板の溝は少なくとも上記第５主基板層、上記第４主基板層及び上記第１主基板層が上記第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、上記弁体上の上記第４主基板層が除去されている構成を挙げることができる。

さらに他の例として、上記主基板は、上記第１主基板層上に形成された第２空隙形成用主基板層をさらに備え、上記第２空隙形成用主基板層の上面が上記主基板の上記主面を構成し、上記主基板の溝は少なくとも上記第２空隙形成用主基板層及び上記第１主基板層が上記第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、上記弁体上を含む上記溝上の上記第２空隙形成用主基板層が除去されている構成を挙げることができる。

また、上記弁体は、上方から見て、上記溝の幅寸法よりも長い長さをもって上記前記弁体の自由端が基端部よりも下流側に位置するように傾斜して形成されている例を挙げることができる。
また、上記溝の上記第２側壁に、上記弁体の自由端の上流側への移動量を規制するための突起部を備えているようにしてもよい。ここで、突起部は第２側壁の一部分を構成する。

本発明にかかるマイクロバルブの製造方法は、本発明のマイクロバルブの製造方法であって、以下の工程（Ａ）〜（Ｄ）をその順に含む。
（Ａ）主面側から順に第１主基板層、第２主基板層の積層構造をもつ主基板の上に、写真製版技術により、溝形成予定位置に開口部をもち、弁体形成予定位置を覆うフォトレジストパターンを形成する写真製版工程、
（Ｂ）異方性エッチング技術により、上記フォトレジストパターンをマスクにして、上記第１主基板層を上記第２主基板層に到達する深さまでエッチングして、上記第１主基板層からなる弁体と、溝形成予定位置に第１主基板層除去部分を形成し、その後、上記フォトレジストパターンを除去する第１エッチング工程、
（Ｃ）等方性エッチング技術により、上記第１主基板層をマスクにして、上記第１主基板層をエッチングしない条件で上記第２主基板層をエッチングして、溝形成予定位置に第２主基板層除去部分を形成して上記第１主基板層除去部分及び上記第２主基板層除去部分からなる溝を形成するとともに、上記弁体下の第２主基板層を除去して上記溝の底面と上記弁体との間に空隙を形成する第２エッチング工程、
（Ｄ）上記主基板の上記主表面上にカバー基板を配置して上記溝を覆って流路を形成するカバー基板配置工程。

本発明のマイクロバルブの製造方法において、上記第１エッチング工程（Ｂ）で、上記第１主基板層のエッチングに連続して上記第２主基板層の一部分もエッチングするようにしてもよい。

また、上記主基板として上記第２主基板層の下層に第３主基板層をさらに備えたものを用い、上記第２エッチング工程（Ｃ）で、上記第２主基板層をエッチングする際に、上記第３主基板層を上記溝の深さ方向のエッチングストッパー層として用いるようにしてもよい。

また、本発明のマイクロバルブの製造方法において、上記写真製版工程（Ａ）で、上記フォトレジストパターンを形成する前に、写真製版技術及びエッチング技術によって少なくとも上記弁体形成予定位置の上記第１主基板層の表面を掘り下げる工程を含むようにしてもよい。

また、上記主基板として、上記第１主基板層上に形成された第４主基板層と、その上に形成された第５主基板層をさらに備えたものを用い、
上記写真製版工程（Ａ）で、上記第５主基板層上に上記フォトレジストパターンを形成し、
上記第１エッチング工程（Ｂ）で、上記フォトレジストパターンをマスクにして、異方性エッチング技術によって上記第５主基板層及び上記第４主基板層をエッチングして溝形成予定位置に第５主基板層除去部分及び第４主基板層除去部分を形成した後に連続して上記第１主基板層をエッチングして上記弁体及び上記第１主基板層除去部分を形成し、
上記第２エッチング工程（Ｃ）で、上記第１主基板層及び上記第５主基板層をマスクにして、上記第１主基板層及び上記第５主基板層をエッチングしない条件で上記第２主基板層をエッチングするのと同時に上記弁体上の上記第４主基板層もエッチングするようにしてもよい。
また、上記第１エッチング工程（Ｂ）の後、上記カバー基板配置工程（Ｄ）を行ない、その後、上記第２エッチング工程（Ｃ）を行なってもよい。

また、上記主基板として、上方から見た上記弁体の厚みの半分よりも厚い膜厚で上記第１主基板層上に形成された第２空隙形成用主基板層をさらに備えたものを用い、上記第１エッチング工程（Ｂ）で、異方性エッチング技術により、上記フォトレジストパターンをマスクにして、上記第２空隙形成用主基板層及び上記第１主基板層をエッチングして、溝形成予定位置に第２空隙形成用主基板層除去部分及び上記第１主基板層除去部分を形成し、かつ上記弁体を形成し、上記第２エッチング工程（Ｃ）で、上記溝の外の上記第２空隙形成用主基板層が残存し、上記弁体上の上記第２空隙形成用主基板層及び上記弁体下の上記第２主基板層が除去される条件で、上記第２主基板層及び上記第２空隙形成用主基板層に対して同時に上記等方性エッチングを行なうようにしてもよい。

本発明のマイクロバルブは、主面に溝を有する主基板と、その主基板の主面に貼り合わされるカバー基板とを備えている。主基板は主面側から順に第１主基板層、第２主基板層の積層構造をもつ。弁体は、第１主基板層と同じ材料からなり、主基板の溝の第１側壁から突出し、第１側壁に対向する溝の第２側壁とは間隔をもって形成されており、流路内を流れる流体圧力で変形可能な膜厚をもつ。溝の底面と弁体との間に空隙があり、弁体の上流側の流体圧力が弁体の下流側の流体圧力よりも大きいときに弁体の自由端が第２側壁から離れる方向に移動し、弁体の下流側の流体圧力が弁体の上流側の流体圧力よりも大きいときに弁体の自由端が第２側壁に当接する方向に移動する。
これにより、主基板及びカバー基板の２枚の基板のみでマイクロバルブを形成できる。さらに、弁体を外力により動かすための圧電素子等の素子がなくてもバルブを形成することができるので、構造が簡単になる。

本発明のマイクロバルブにおいて、溝の底面と弁体との間の空隙は、第２主基板層の表面側の一部分が除去されて形成されているようにすれば、当該空隙を第２主基板層の表面に対する等方性エッチングにより形成できるので、当該空隙を簡単に形成することができる。

また、主基板は第２主基板層の下層に第３主基板層をさらに備え、溝の底面と弁体との間の空隙は、弁体下の第２主基板層が除去されて形成されているようにすれば、当該空隙を、第３主基板層をエッチングストップ層として第２主基板層に対する等方性エッチングにより弁体下の第２主基板層を除去することによって形成できるので、当該空隙を寸法精度よく簡単に形成できる。

また、弁体とカバー基板との間に第２空隙が形成されているようにすれば、弁体の移動距離を大きくすることができる。
その構造の一例として、弁体の上面は、弁体形成位置の第１主基板層の上面側の一部分が除去されて主基板の主面よりも下方位置に配置されているようにすれば、この構造は、エッチング処理によって弁体を形成する前に、写真製版技術及びエッチング技術によって第１主基板層の所定位置を掘り下げることによって形成できるので、簡単な構造で実現できる。

また、他の例として、主基板は、第１主基板層上に形成された第４主基板層と、その上に形成された第５主基板層をさらに備え、第５主基板層の上面が主基板の主面を構成し、主基板の溝は少なくとも第５主基板層、第４主基板層及び第１主基板層が第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、弁体上の第４主基板層が除去されているようにすれば、当該空隙の寸法を第４主基板層の厚みによって決定できるので、当該空隙を寸法精度よく簡単に形成できる。

さらに他の例として、主基板は、第１主基板層上に形成された第２空隙形成用主基板層をさらに備え、第２空隙形成用主基板層の上面が主基板の主面を構成し、主基板の溝は少なくとも第２空隙形成用主基板層及び第１主基板層が第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、弁体上を含む溝上の第２空隙形成用主基板層が除去されているようにすれば、当該空隙を簡単に形成できる。

また、弁体は、上方から見て、溝の幅寸法よりも長い長さをもって弁体の自由端が基端部よりも下流側に位置するように傾斜して形成されているようにすれば、弁体の上流側の流体圧力が弁体の下流側の流体圧力よりも大きいときに、弁体の自由端が第２側壁から離れる方向に移動して流路の幅を広げる機能を発揮し、流体を上流から下流へと輸送することができる。また、弁体の下流側の流体圧力が弁体の上流側の流体圧力よりも大きいときに、弁体の自由端が第２側壁に当接する方向に移動して流路の幅を狭める機能を発揮し、流体が下流から上流へと逆流することを防止することができる。これにより、流体を効率よく上流から下流へと輸送することができる。
また、溝の第２側壁に、弁体の自由端の上流側への移動量を規制するための突起部を備えているようにすれば、弁体の下流側の流体圧力が弁体の上流側の流体圧力よりも大きいときに、弁体の自由端が第２側壁から突出する突起部に当接する方向に移動して流路の幅を狭める機能を発揮するので、流体が下流から上流へと逆流することを防止することができる。

本発明のマイクロバルブの製造方法では、主面側から順に第１主基板層、第２主基板層の積層構造をもつ主基板の上に、写真製版技術により、溝形成予定位置に開口部をもち、弁体形成予定位置を覆うフォトレジストパターンを形成する写真製版工程（Ａ）、異方性エッチング技術により、フォトレジストパターンをマスクにして、第２主基板層に到達する深さまで第１主基板層をエッチングして、第１主基板層からなる弁体と、溝形成予定位置に第１主基板層除去部分を形成し、その後、フォトレジストパターンを除去する第１エッチング工程（Ｂ）、等方性エッチング技術により、第１主基板層をマスクにして、第１主基板層をエッチングしない条件で第２主基板層をエッチングして、溝形成予定位置に第２主基板層除去部分を形成して第１主基板層除去部分及び第２主基板層除去部分からなる溝を形成するとともに、弁体下の第２主基板層を除去して溝の底面と弁体との間に空隙を形成する第２エッチング工程（Ｃ）、及び、主基板の主表面上にカバー基板を配置して溝を覆って流路を形成するカバー基板配置工程（Ｄ）をその順に含むようにしたので、本発明のマイクロバルブを簡単な工程で形成することができる。

本発明のマイクロバルブの製造方法において、第１エッチング工程（Ｂ）で第１主基板層のエッチングに連続して第２主基板層の一部分もエッチングするようにすれば、第２エッチング工程（Ｃ）で、上方から見た弁体の厚みの分だけで第２主基板層をエッチングすることにより空隙を形成できる。これにより、第２主基板層の厚みが上方から見た弁体の厚みよりも大きい場合に、第２エッチング工程（Ｃ）でのエッチング時間を短縮できる。

また、主基板として第２主基板層の下層に第３主基板層をさらに備えたものを用い、第２エッチング工程（Ｃ）で、第２主基板層をエッチングする際に、第３主基板層を溝の深さ方向のエッチングストッパー層として用いるようにすれば、弁体下の空隙の寸法を第２主基板層の厚みによって決定できるので、当該空隙を寸法精度よく簡単に形成できる。

また、本発明のマイクロバルブの製造方法において、写真製版工程（Ａ）で、フォトレジストパターンを形成する前に、写真製版技術及びエッチング技術によって少なくとも弁体形成予定位置の第１主基板層の表面を掘り下げる工程を含むようにすれば、弁体とカバー基板との間に第２空隙を形成することができる。

また、主基板として、第１主基板層上に形成された第４主基板層と、その上に形成された第５主基板層をさらに備えたものを用い、写真製版工程（Ａ）で、第５主基板層上にフォトレジストパターンを形成し、第１エッチング工程（Ｂ）で、フォトレジストパターンをマスクにして、異方性エッチング技術によって第５主基板層及び第４主基板層をエッチングして溝形成予定位置に第５主基板層除去部分及び第４主基板層除去部分を形成した後に連続して第１主基板層をエッチングして弁体及び第１主基板層除去部分を形成し、第２エッチング工程（Ｃ）で、第１主基板層及び第５主基板層をマスクにして、第１主基板層及び第５主基板層をエッチングしない条件で第２主基板層をエッチングするのと同時に弁体上の第４主基板層もエッチングするようにすれば、弁体上の第４主基板層を除去することにより、弁体とカバー基板との間に第２空隙を形成することができる。

また、主基板として、上方から見た弁体の厚みの半分よりも厚い膜厚で第１主基板層上に形成された第２空隙形成用主基板層をさらに備えたものを用い、第１エッチング工程（Ｂ）で、異方性エッチング技術により、フォトレジストパターンをマスクにして、第２空隙形成用主基板層及び第１主基板層をエッチングして、溝形成予定位置に第２空隙形成用主基板層除去部分及び第１主基板層除去部分を形成し、かつ弁体を形成し、第２エッチング工程（Ｃ）で、溝の外の第２空隙形成用主基板層が残存し、弁体上の第２空隙形成用主基板層及び弁体下の第２主基板層が除去される条件で、第２主基板層及び第２空隙形成用主基板層に対して同時に等方性エッチングを行なうようにすれば、弁体とカバー基板との間に空隙を形成することができる。

マイクロバルブの一実施例を説明するための概略な分解斜視図である。 同実施例の概略的な平面図である。 図２のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。 同実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。 図１〜３を参照して説明したマイクロバルブを製造するための製造方法の実施例を説明するための工程断面図である。 マイクロバルブの他の実施例を説明するための概略な分解斜視図である。 同実施例の概略的な平面図である。 図７のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。 同実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。 図６〜８を参照して説明したマイクロバルブを製造するための製造方法の実施例を説明するための工程断面図である。 マイクロバルブのさらに他の実施例を説明するための概略な分解斜視図である。 同実施例の概略的な平面図である。 図１２のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。 同実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。 図１１〜１３を参照して説明したマイクロバルブを製造するための製造方法の実施例を説明するための工程断面図である。 マイクロバルブのさらに他の実施例を説明するための概略な分解斜視図である。 同実施例の概略的な平面図である。 図１７のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。 同実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。 図１６〜１８を参照して説明したマイクロバルブを製造するための製造方法の実施例を説明するための工程断面図である。 マイクロバルブのさらに他の実施例を説明するための概略な分解斜視図である。 同実施例の概略的な平面図である。 図２２のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。 同実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。 図２１〜２３を参照して説明したマイクロバルブを製造するための製造方法の実施例を説明するための工程断面図である。 マイクロバルブのさらに他の実施例を説明するための概略な分解斜視図である。 同実施例の概略的な平面図である。 図２７のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。 同実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。 本発明のマイクロバルブを用いたマイクロポンプの一例を説明するための概略的な分解斜視図である。 同マイクロポンプの概略的な平面図である。 同マイクロポンプを製造するための製造方法の一例を説明するための工程分解斜視図である。

図１は、マイクロバルブの一実施例を説明するための概略な分解斜視図である。図２はこの実施例の概略的な平面図である。図３は図２のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。

主基板１は、第１主基板層１ａ、第２主基板層及び第３主基板層１ｃを備えている。下層側から、第３主基板層１ｃ、第２主基板層１ｂ、第１主基板層１ａの順に積層されている。第２主基板層１ｂ及び第１主基板層１ａの一部領域は除去されており、第３主基板層１ｃが露出して溝３が形成されている。溝３は流路となる空間である。

溝３の内部には第１主基板層１ａと同一材料からなる弁体５が形成されている。弁体５は、上方から見て、溝３の第１側壁３ａから略垂直方向に突出して形成されている。弁体５の先端は、溝３の第１側壁３ａに対向する第２側壁３ｂとは間隔をもつ位置に配置されており、自由端になっている。
溝３の底面３ｃ（露出している第３主基板層１ｃの表面）と、弁体５との間には空隙７が形成されている。空隙７の寸法は第２主基板層１ｂの厚みと同じである。

溝３の内部には第１主基板層１ａと同一材料からなる突起部９も形成されている。突起部９は、上方から見て、溝３の第２側壁３ｂから突出して形成されている。突起部９は、弁体５の自由端の一側面に対向して、弁体５の自由端が接触しうる位置に配置されている。突起部９は、弁体５の自由端の上流側への移動量を規制するためのものである。上方から見た、突起部９の突出方向の長さ寸法は、弁体５の自由端と溝３の第２側壁３ｂとの間隔よりも長い。突起部９は第２側壁３ｂの一部分を構成している。

溝３において、第２主基板層１ｂにおける幅寸法は第１主基板層１ａにおける幅寸法よりも大きく形成されている。これにより、第１側壁１ａ及び第２側壁３ｂに段差部１１が形成されている。
主基板１の主表面、すなわち第１主基板層１ａの上面にカバー基板１３が貼り付けられている。図１では、わかりやすいようにカバー基板１３を主基板１とは離して描いている。

各部分の材料及び寸法例について説明する。
第３主基板層１ｃとしては例えばシリコンなどが挙げられる。その厚みは、例えば４００μｍ（マイクロメートル）〜３ｍｍ（ミリメートル）で、ここでは７００μｍである。

カバー基板１３としては例えばガラスなどが挙げられる。その厚みは、例えば１００〜５００μｍで、ここでは２００μｍである。ガラスの材料としては一般的なガラスでもよいが、耐熱ガラス、例えばパイレックス（コーニング社（米国）の登録商標）や、テンパックス（ショットガラス社（ドイツ国）の登録商標）、ボロフロートなどがより適している。

第２主基板層１ｂとしては例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）やシリコン窒化膜が挙げられる。その膜厚は、例えば１００ｎｍ（ナノメートル）〜５０μｍで、ここでは１０μｍである。
第１主基板層１ａとしては例えばポリシリコン膜やシリコン窒化膜、シリコン酸化膜が挙げられる。その膜厚は、例えば１０μｍ〜１０００μｍで、ここでは１００μｍである。

溝３の深さ寸法は、第２主基板層１ｂ及び第１主基板層１ａの膜厚の合計となり、それが流路の深さを規定する。また、溝３の幅寸法（第１主基板１ａにおける幅寸法）は、例えば１μｍ〜５ｍｍで、ここでは１００μｍであり、それが溝の幅を規定する。

弁体５の高さは第１主基板層１ａの膜厚と同じである。上方から見た弁体５の厚みは、例えば０.５μｍ〜５０μｍで、第１主基板層１ａがポリシリコン膜の場合、例えば５μｍ程度である。上方から見た、弁体５の自由端（先端）と溝３の第２側壁３ｂとの間隔は、例えば１μｍ程度である。この間隔は、弁体５の上流側の流体圧力が弁体５の下流側の流体圧力よりも大きいときに弁体５の自由端が第２側壁３ｂから離れる方向に移動でき、弁体５の下流側の流体圧力が弁体５の上流側の流体圧力よりも大きいときに弁体５の自由端が第２側壁３ｂの突起部９部分に当接する方向に移動できる寸法であれば、特に制限はない。
溝３の段差部１１の寸法（第２主基板層１ｂの側面から第１主基板層１ａの側面までの長さ）は、例えば０.３μｍ〜３０μｍで、ここでは３μｍである。

図４は、この実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。

（Ａ）に示すように、弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態では、弁体５の自由端の下部（空隙７側の端部）は右側へ開き、流体は図中矢印のように紙面左側から右側へと流れる。
（Ｂ）に示すように、弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態では、弁体５の自由端の下部が紙面左側へ移動するが、その移動量は、突起部９によって規制される。これにより、弁体５の開き具合は（Ａ）の状態よりも小さくなり、流体が紙面右側から左側へ逆流するのを抑制する。
このように、弁体５及び突起部９は、流路を流れる流体を一方向にのみ流す逆止弁の機能を有する。

図５は、図１〜３を参照して説明したマイクロバルブを製造するための製造方法の実施例を説明するための工程断面図である。図５の断面図は図２のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置に対応している。図５中のかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。

（１）例えばシリコン基板からなる第３主基板層１ｃの表面にシリコン酸化膜を形成して第２主基板層１ｂを形成し、さらにその上にポリシリコン膜を形成して第１主基板層１ａを形成する。これにより主基板１を形成する。

（２）写真製版技術により、第１主基板層１ａ上に、図１〜３に示した溝３、弁体５及び突起部９の形成位置を画定するためのフォトレジストパターン１５を形成する。

（３）ドライエッチング技術により、フォトレジストパターン１５をマスクにして第１主基板層１ａ及び第２主基板層１ｂをエッチングし、第３主基板層１ｃを露出させる。これにより溝３、弁体５及び突起部９が形成される。

（４）既知の方法にてフォトレジストパターン１５を除去する。主基板１をフッ酸溶液に浸漬して第２主基板層１ｂを等方的にエッチングする。第２主基板層１ｂのエッチング量は、弁体５の厚みの半分以上であればよい。これにより、弁体５の下に位置する第２主基板層１ｂはすべて除去され、空隙７が形成される。また、溝３内壁に露出している第２主基板層１ｂの側面がエッチングされて後退し、段差部１１を形成する。

（５）第１主基板層１ａの上にガラス基板１３を陽極接合にて接合する。接合条件は、例えば第１主基板層１ａとガラス基板１３を密着させた状態で４００℃、５００Ｖを印加して接合する。

この実施例では、工程（１）において、第３主基板層１ｃに第２主基板層１ｂ及び第１主基板層１ａを順次形成する方法を説明したが、これに限らず、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いてもよい。
また（４）の工程と（５）の工程の順序を入れ替えても構わない。

図６は、マイクロバルブの他の実施例を説明するための概略な分解斜視図である。図７はこの実施例の概略的な平面図である。図８は図７のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。

この実施例では、弁体５及び突起部９を含む流路３の形成位置の第１主基板層１ａの上面側の一部分が除去されて掘下げ部１７が形成されている。掘下げ部１７により、弁体５の上面は、第１主基板層１ａの上面（主基板１の主面）よりも下方位置に配置されている。これにより、弁体５の上面とカバー基板１３との間に第２空隙１９が形成されている（図８参照）。掘下げ部１７の掘下げ深さ、すなわち第２空隙１９の寸法は、例えば１００ｎｍ〜５０μｍで、ここでは５μｍである。

図９は、この実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。

（Ａ）に示すように、弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態では、弁体５の自由端は右側へ開き、流体は図中矢印のように紙面左側から右側へと流れる。
（Ｂ）に示すように、弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態では、弁体５の自由端が紙面左側へ移動するが、その移動量は、突起部９によって規制される。これにより、弁体５の開き具合は（Ａ）の状態よりも小さくなり、流体が紙面右側から左側へ逆流するのを抑制する。
このように、弁体５及び突起部９は、流路を流れる流体を一方向にのみ流す逆止弁の機能を有する。
この実施例では、弁体５の上面とカバー基板１３との間に第２空隙１９が形成されているので、図１に示した実施例に比べて弁体５の開き具合が大きくなり、バルブが開いた状態でより多くの流体を流すことができる。

図１０は、図６〜９を参照して説明したマイクロバルブを製造するための製造方法の実施例を説明するための工程断面図である。図１０の断面図は図８のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置に対応している。図１０中のかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。

（１）下層側から第３主基板層１ｃ、第２主基板層１ｂ、第１主基板層１ａが積層されてなる主基板１を形成する。写真製版技術により、第１主基板層１ａ上に、図６〜９に示した掘下げ部１７の形成位置に開口をもつフォトレジストパターン２１を形成する。ドライエッチング技術により、フォトレジストパターン２１をマスクにして、第１主基板層１ａの表面側の一部分を除去して掘下げ部１７を形成する。

（２）既知の方法にてフォトレジストパターン２１を除去する。写真製版技術により、第１主基板層１ａ上に、図６〜９に示した溝３及び弁体５の形成位置を画定するためのフォトレジストパターン１５を形成する。

（３）ドライエッチング技術により、フォトレジストパターン１５をマスクにして第１主基板層１ａ及び第２主基板層１ｂをエッチングし、第３主基板層１ｃを露出させる。これにより溝３、弁体５及び突起部９が形成される。既知の方法にてフォトレジストパターン１５を除去する。

（４）主基板１をフッ酸溶液に浸漬して第２主基板層１ｂを等方的にエッチングする。第２主基板層１ｂのエッチング量は、弁体５の厚みの半分以上であればよい。これにより、弁体５の下に位置する第２主基板層１ｂはすべて除去され、空隙７が形成される。また、溝３内壁に露出している第２主基板層１ｂの側面がエッチングされて後退し、段差部１１を形成する。

（５）第１主基板層１ａの上にガラス基板１３を陽極接合にて接合する。接合条件は、例えば第１主基板層１ａとガラス基板１３を密着させた状態で４００℃、５００Ｖを印加して接合する。

この実施例では、工程（１）において、第３主基板層１ｃに第２主基板層１ｂ及び第１主基板層１ａを順次形成する方法を説明したが、これに限らず、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いてもよい。
また（４）の工程と（５）の工程の順序を入れ替えても構わない。

図１１は、マイクロバルブのさらに他の実施例を説明するための概略な分解斜視図である。図１２はこの実施例の概略的な平面図である。図１３は図１２のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。

この実施例では、主基板１は、下層側から順に、第３主基板層１ｃ、第２主基板層１ｂ、第１主基板層１ａ、第４主基板層１ｄ、第５主基板層１ｅが積層されて形成されている。第４主基板層１ｄは第２主基板層１ｂと同じ材料で形成されている。第５主基板層１ｅは例えばポリシリコン膜によって形成されている。第５主基板層１ｅの厚みは例えば１００ｎｍ〜５０μｍで、ここでは５μｍである。溝３は、第５主基板層１ｅ、第４主基板層１ｄ、第１主基板層１ａ及び第２主基板層１ｂの一部領域が除去されて形成されている。

溝３の内部には、弁体５及び突起部９のほか、第５主基板層１ｅと同一材料からなる第２突起部２３及び第３突起部２５も形成されている。第２突起部２３は弁体５上に弁体５と同じ平面位置に同じ平面パターンで形成されている。第３突起部２５は突起部９の上に突起部９と同じ平面位置に同じ平面パターンで形成されている。

溝３において、第４主基板層１ｄにおける幅寸法は第２主基板層１ｂにおける幅寸法と同じであり、第１主基板層１ａ及び第５主基板層１ｅにおける幅寸法よりも大きく形成されている。これにより、第４主基板層１ｄにおける第１側壁１ａ及び第２側壁３ｂに段差部２７が形成されている。
弁体５と突起部２３との間には第２空隙２９が形成されている。第２空隙２９の寸法は第４主基板層１ｄの厚みと同じである。
主基板１の主表面、すなわち第５主基板層１ｅの上面にカバー基板１３が貼り付けられている。

図１４は、この実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。

（Ａ）に示すように、弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態では、弁体５の自由端は右側へ開き、流体は図中矢印のように紙面左側から右側へと流れる。
（Ｂ）に示すように、弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態では、弁体５の自由端が紙面左側へ移動するが、その移動量は、突起部９（図１１〜１３も参照）によって規制される。これにより、弁体５の開き具合は（Ａ）の状態よりも小さくなり、流体が紙面右側から左側へ逆流するのを抑制する。
このように、弁体５及び突起部９は、流路を流れる流体を一方向にのみ流す逆止弁の機能を有する。
この実施例では、弁体５の上面とカバー基板１３との間に第２空隙２９（図１１〜１３参照）が形成されているので、図１に示した実施例に比べて弁体５の開き具合が大きくなり、バルブが開いた状態でより多くの流体を流すことができる。

図１５は、図１１〜１３を参照して説明したマイクロバルブを製造するための製造方法の実施例を説明するための工程断面図である。図１５の断面図は図１２のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置に対応している。図１５中のかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。下記工程（６）は図１１及び図１３を参照して説明する。

（１）例えば、シリコン基板からなる第３主基板層１ｃの上に、シリコン酸化膜からなる第２主基板層１ｂ、ポリシリコン膜からなる第１主基板層１ａ、シリコン酸化膜から第４主基板層１ｄ、ポリシリコン膜からなる第５主基板層１ｅを順次形成して主基板１を形成する。

（２）写真製版技術により、第５主基板１ｅ上に、図１１〜１３に示した溝３及び弁体５の形成位置を画定するためのフォトレジストパターン１５を形成する。

（３）ドライエッチング技術により、フォトレジストパターン１５をマスクにして第５主基板層１ｅ、第４主基板層１ｄ、第１主基板層１ａ及び第２主基板層１ｂをエッチングし、第３主基板層１ｃを露出させる。これにより溝３、弁体５、突起部９、第２突起部２３及び第３突起部２５が形成される。

（４）既知の方法にてフォトレジストパターン１５を除去する。
（５）主基板１をフッ酸溶液に浸漬して第２主基板層１ｂ及び第４主基板層１ｄを等方的にエッチングする。第２主基板層１ｂ及び第４主基板層１ｄのエッチング量は、弁体５の厚みの半分以上であればよい。これにより、弁体５の下に位置する第２主基板層１ｂ、及び弁体５と第２突起部２３の間の第４主基板層１ｄはすべて除去され、空隙７，２９が形成される。また、溝３内壁に露出している第２主基板層１ｂ及び第４主基板層１ｄの側面がエッチングされて後退し、段差部１１，２７を形成する。

（６）図１１及び図１３を参照して説明する。第３主基板層１ｃの上にガラス基板１３を陽極接合にて接合する。接合条件は、例えば第１主基板層１ａとガラス基板１３を密着させた状態で４００℃、５００Ｖを印加して接合する。

この実施例では、工程（１）において、第３主基板層１ｃに第２主基板層１ｂ及び第１主基板層１ａを順次形成する方法を説明したが、これに限らず、例えばＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用い、その上に第４主基板層及び第５主基板層を形成してもよい。
また工程（５）と工程（６）の順序を入れ替えても構わない。

図１６は、マイクロバルブのさらに他の実施例を説明するための概略な分解斜視図である。図１７はこの実施例の概略的な平面図である。図１８は図１７のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。

この実施例では、主基板３１は第１主基板層３１ａと第２主基板層３１ｂが積層されて形成されている。溝３は、第１主基板層３１ａと、第２主基板層３１ｂの表面側の一部分が除去されて形成されている。弁体５及び突起部９は第１主基板層３１ａによって形成されている。第２主基板層３１ｂの表面側の一部分が除去されていることにより、弁体５の下に空隙７が形成され、また、段差部１１が形成されている。
主基板３１の主表面、すなわち第１主基板層３１ａの上面にカバー基板１３が貼り付けられている

第１主基板層３１ａとしては、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸化膜が挙げられる。その膜厚は例えば１０μｍ〜１０００μｍで、ここでは１００μｍである。第２主基板層３１ｂとしては、例えばシリコンなどが挙げられる。その厚みは例えば４００μｍ〜３ｍｍで、ここでは７００μｍである。

溝３の深さ寸法は、第１主基板層３１ａの膜厚と第２主基板層３１ｂの掘下げ分の合計となり、それが流路の深さを規定する。また、溝３の幅寸法（第１主基板３１ａにおける幅寸法）は、例えば１μｍ〜５ｍｍで、ここでは１００μｍであり、それが溝の幅を規定する。

弁体５の高さは第１主基板層３１ａの膜厚と同じである。上方から見た弁体５の厚みは、例えば０.５μｍ〜５０μｍで、第１主基板層３１ａがポリシリコン膜の場合、例えば５μｍ程度である。上方から見た、弁体５の自由端（先端）と溝３の第２側壁３ｂとの間隔は、例えば１μｍ程度である。この間隔は、弁体５の上流側の流体圧力が弁体５の下流側の流体圧力よりも大きいときに弁体５の自由端が第２側壁３ｂから離れる方向に移動でき、弁体５の下流側の流体圧力が弁体５の上流側の流体圧力よりも大きいときに弁体５の自由端が第２側壁３ｂに当接する方向に移動できる寸法であれば、特に制限はない。
溝３の段差部１１の寸法（第２主基板層３１ｂの側面から第１主基板層３１ａの側面までの長さ）は、例えば０.３μｍ〜３０μｍで、ここでは３μｍである。

図１９は、この実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。

この実施例の動作は図４と同じである。
（Ａ）に示すように、弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態では、弁体５が開き、流体は図中矢印のように紙面左側から右側へと流れる。（Ｂ）に示すように、弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態では、弁体５の開き具合は（Ａ）の状態よりも小さくなり、流体が紙面右側から左側へ逆流するのを抑制する。
このように、弁体５及び突起部９は、流路を流れる流体を一方向にのみ流す逆止弁の機能を有する。

図２０は、図１６〜１８を参照して説明したマイクロバルブを製造するための製造方法の実施例を説明するための工程断面図である。図２０の断面図は図１７のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置に対応している。図２０中のかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。

（１）例えばシリコン基板からなる第２主基板層３１ｂの表面にシリコン酸化膜を形成して第１主基板層３１ａを形成する。これにより主基板３１を形成する。
（２）写真製版技術により、第１主基板層３１ａ上に、図１６〜１８に示した溝３及び弁体５の形成位置を画定するためのフォトレジストパターン１５を形成する。

（３）ドライエッチング技術により、フォトレジストパターン１５をマスクにして第１主基板層３１ａをエッチングし、第２主基板層３１ｂを露出させる。これにより、弁体５及び突起部９が形成される。
（４）既知の方法にてフォトレジストパターン１５を除去する。主基板３１を４−メチル水酸化アンモニウム水溶液（ＴＭＡＨ）に浸漬して、第２主基板層３１ｂを等方的にエッチングする。第２主基板層３１ｂのエッチング量は、弁体５の厚みの半分以上であればよい。これにより、溝３が形成されるとともに、弁体５の下に位置する第２主基板層３１ｂはすべて除去され、空隙７が形成される。また、第１主基板層３１ａの側面下に段差部１１が形成される。

（５）第１主基板層３１ａの上にガラス基板１３を陽極接合にて接合する。接合条件は、例えば第１主基板層３１ａとガラス基板１３を密着させた状態で４００℃、５００Ｖを印加して接合する。

この製造工程において、工程（４）でフォトレジストパターン１５を除去した後、第２主基板層３１ｂに対して等方性エッチング処理を施す前に、第１主基板層３１ａをマスクにしてドライエッチング処理により第２主基板層３１ｂを掘り下げる工程を追加してもよい。

また、工程（４）において、第２主基板層３１ｂに対する等方性エッチング処理で用いる溶液は、ＴＭＡＨに限らず、シリコンをエッチングする溶液を用いることが可能である。例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ水溶液や、フッ酸、硝酸、酢酸の混合溶液、エチレンジアミンピロカテコール水溶液（ＥＤＰ）などが挙げられる。

図２１は、マイクロバルブのさらに他の実施例を説明するための概略な分解斜視図である。図２２はこの実施例の概略的な平面図である。図２３は図２２のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。図１６と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。

この実施例では、主基板３１は、第１主基板層３１ａ、第２主基板層３１ｂと、第１主基板層３１ａ上に形成された第２空隙形成用主基板層３１ｃを備えている。第２空隙形成用主基板層３１ｃは、溝３の外の第１主基板層３１ａ上に形成されている。第２空隙形成用主基板層３１ｃとしては、第２主基板層３１ｂと同じ材料、例えばポリシリコン膜が挙げられる。その膜厚は例えば１００ｎｍ〜５０μｍで、ここでは２０μｍである。

カバー基板１３は第２空隙形成用主基板層３１ｃ上に接合されている。これにより、弁体５の上面とカバー基板１３との間に第２空隙１９が形成されている（図２３参照）。第２空隙形成用主基板層３１ｃの厚み、すなわち第２空隙１９の寸法は、例えば１００ｎｍ〜５０μｍで、ここでは２０μｍである。

図２４は、この実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。

この実施例の動作は図９と同じである。
（Ａ）に示すように、弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態では、流体は図中矢印のように紙面左側から右側へと流れる。（Ｂ）に示すように、弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態では、弁体５の自由端が紙面左側へ移動するが、弁体５の開き具合は（Ａ）の状態よりも小さくなり、流体が紙面右側から左側へ逆流するのを抑制する。
このように、弁体５及び突起部９は、流路を流れる流体を一方向にのみ流す逆止弁の機能を有する。

図２５は、図２１〜２３を参照して説明したマイクロバルブを製造するための製造方法の実施例を説明するための工程断面図である。図２５の断面図は図２２のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置に対応している。図２５中のかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。

（１）例えばシリコン基板からなる第２主基板層３１ｃの表面にシリコン酸化膜を形成して第１主基板層３１ａを形成し、さらにその上にポリシリコン膜を形成して第２空隙形成用主基板層３１ｃを形成する。これにより主基板３１を形成する。第２空隙形成用主基板層３１ｃの膜厚は、上方から見た弁体５（図２１〜２３参照）の厚みの半分よりも少なくとも大きく、後工程（４）でのシリコンエッチング量よりも大きい。

（２）写真製版技術により、第１主基板層３１ａ上に、図２１〜２３に示した溝３、弁体５及び突起部９の形成位置を画定するためのフォトレジストパターン１５を形成する。

（３）ドライエッチング技術により、フォトレジストパターン１５をマスクにして第２空隙形成用主基板層３１ｃ及び第１主基板層３１ａをエッチングし、第２主基板層３１ｂを露出させる。これにより溝３、弁体５及び突起部９が形成される。

（４）既知の方法にてフォトレジストパターン１５を除去する。主基板３１をＴＭＡＨ液に浸漬して、第１主基板層３１ａをマスクにして第２主基板層３１ｂをエッチングする。ここでのエッチング量は、上方から見た弁体５の厚みの少なくとも半分以上であればよい。溝３の底面３ｃに露出している部分の第２主基板層３１ｂと、第２空隙形成用主基板層３１ｃが等方的にエッチングされる。弁体５の下に位置する第２主基板層３１ｂは除去され、空隙７が形成される。溝３内壁に露出している第２主基板層３１ｂが横方向にもエッチングされて、第１主基板層３１ａの下に段差部１１を形成する。第２空隙形成用主基板層３１ｃは厚みが減少するとともに、溝３から横方向にもエッチングされて形成位置が後退する。弁体５の上に位置する第２空隙形成用主基板層３１ｃは除去される。シリコンに対するエッチング量によっては、突起部９上に空隙用主基板層３１ｃが残存することもある。

（５）第１主基板層３１ａの上にガラス基板１３を陽極接合にて接合する。接合条件は、例えば第１主基板層３１ａとガラス基板１３を密着させた状態で４００℃、５００Ｖを印加して接合する。

この製造工程において、工程（４）でフォトレジストパターン１５を除去した後、第２主基板層３１ｂに対して等方性エッチング処理を施す前に、第１主基板層３１ａをマスクにしてドライエッチング処理により第２主基板層３１ｂを掘り下げる工程を追加してもよい。

また、工程（４）において、第２主基板層３１ｂに対する等方性エッチング処理で用いる溶液は、ＴＭＡＨに限らず、シリコンをエッチングする溶液を用いることが可能である。例えば、ＫＯＨ水溶液などのアルカリ水溶液や、フッ酸、硝酸、酢酸の混合溶液、ＥＤＰ液などが挙げられる。

上記では、いずれの実施例でも、弁体５は、上方から見て溝３の側壁３ａ，３ｂに対して垂直な方向に延伸して形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明のマイクロバルブにおいて、弁体は、上方から見て溝の側壁に対して傾斜して形成されていてもよい。

弁体が上方から見て溝の側壁に対して傾斜して形成されている場合、弁体の移動範囲を規制するための突起部は設けられていなくてもよい。
その実施例の一例を以下に説明する。

図２６は、マイクロバルブのさらに他の実施例を説明するための概略な分解斜視図である。図２７はこの実施例の概略的な平面図である。図２８は図２７のＡ−Ａ’位置、Ｂ−Ｂ’位置、Ｃ−Ｃ’位置の概略的な断面図である。図６と同じ機能を果たす部分には同じ符号を付す。

この実施例は、図６〜８を参照して説明した実施例に対して、弁体５を溝３の側壁３ａ，３ｂに対して弁体５の自由端が基端部よりも下流側に位置するように傾斜して設けたものである。弁体５の平面長さは溝３の幅寸法より大きい。突起部９は形成されていない。ただし、図６〜８を参照して説明した実施例と同様に突起部９が形成されていてもよい。

弁体５の平面長さ、弁体５と側壁３ａがなす角度、弁体５と側壁３ｂとの隙間の寸法は任意である。ただし、弁体５の平面長さは、弁体５の自由端の移動により、弁体５の自由端が側壁３ｂに接触する長さである。
この実施例は、図１０を参照して説明した製造工程において、溝３及び弁体５の形成位置を画定するためのフォトレジストパターン１５（工程（２））のパターンを変更することにより、同製造工程と同様にして形成できる。

図２９は、この実施例のマイクロバルブの動作を説明するための平面図である。（Ａ）は弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態、（Ｂ）は弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態を示す。

（Ａ）に示すように、弁体５に対して紙面左側の流路内の圧力が紙面右側に比べて高い状態では、弁体５の自由端は右側へ開き、流体は図中矢印のように紙面左側から右側へと流れる。
（Ｂ）に示すように、弁体５に対して紙面右側の流路内の圧力が紙面左側に比べて高い状態では、弁体５の自由端が紙面左側へ移動するが、その移動量は、側壁３ｂによって規制される。これにより、弁体５の開き具合は（Ａ）の状態よりも小さくなり、流体が紙面右側から左側へ逆流するのを抑制する。
このように、弁体５及び突起部９は、流路を流れる流体を一方向にのみ流す逆止弁の機能を有する。

図２６〜２８に示した実施例のように、弁体５が、上方から見て、溝３の幅寸法よりも長い長さをもって、溝３の側壁３ａ，３ｂに対して弁体５の自由端が基端部よりも下流側に位置するように傾斜して設けた構成は、図１、図１１、図１６、図２１を参照して説明した各実施例にも適用できる。

図３０，３１は、本発明のマイクロバルブを用いたマイクロポンプの一例を説明するための図である。図３０は概略的な分解斜視図、図３１は概略的な平面図である。このマイクロポンプでは、図２６〜２８を参照して説明したマイクロバルブを用いた。

主基板１に、溝３と、溝３の途中に設けられたポンプ室３３が形成されている。例えば、溝３及びポンプ室３３の深さは１００μｍである。溝３の幅寸法は３００μである。ポンプ室３３の長さ寸法（流体が流れる方向の長さ）は３ｍｍ、幅寸法は１ｍｍである。

ポンプ室３３の上流側の溝３にマイクロバルブ３５が設けられている。ポンプ室３３の下流側の溝３にマイクロバルブ３７が設けられている。マイクロバルブ３５，３７は図２６〜２８を参照して説明したものであり、溝３の側壁に対して傾斜して形成された弁体５を備えている。マイクロバルブ３５，３７の形成位置の第１主基板層１ａに掘下げ部１７が形成されている。
例えば、弁体５は溝３の側壁に対して４５°の角度で延伸している。弁の厚みは５μｍ、長さは４００μｍ、幅寸法は８０μｍである。掘下げ部１７の深さは第１主基板層１ａの表面から１０μｍである。

主基板１の上面、すなわち第１主基板層１ａの上面に溝３及びポンプ室３３を覆ってガラス基板１３が接合されている。ガラス基板１３の厚みは例えば２００μｍである。
ガラス基板１３の上面のポンプ室３３に対応する位置に圧電素子３９が設けられている。圧電素子３９の大きさはポンプ室３３とほぼ同じである。圧電素子３９は、ポンプ室３３上のガラス基板１３を上方側に凸の状態に変形させ、もしくは、ポンプ室３３上のガラス基板１３を下方側に凸の状態に変形させ、又はその両方の方向に変形させる機能を有する。

図３２は、図３０，３１を参照して説明したマイクロポンプを製造するための製造方法の一例を説明するための工程分解斜視図である。図３２中のかっこ数字は以下に説明する工程に対応している。この製造工程は、図１０を参照して説明した製造工程とほぼ同じである。

（１）第３主基板層１ｃ上に、第２主基板層１ｂ、第１主基板層１ａを順に形成する。例えば、第２主基板層１ｂは厚み１０μｍのシリコン酸化膜、第１主基板層１ａは厚み９０μｍのポリシリコン膜である。既知の写真製版技術及びエッチング技術により、第１主基板層１ａの表面に掘下げ部１７を形成する。ここでは、掘下げ部１７は、２つのマイクロバルブの形成位置に対応して２箇所形成される。ただし、掘下げ部１７の形成位置はこれに限定されるものではない。例えば、溝３及びポンプ室３３の形成位置の全体に対応して形成してもよい。

（２）既知の写真製版技術及びエッチング技術により、第１主基板層１ａ及び第２主基板層１ｂの一部領域をエッチングして、溝３、弁体５及びポンプ室３３を形成する。ここで、第２主基板層１ｂは必ずしもエッチングされてなくてもよい。

（３）フッ酸溶液に浸漬して第２主基板層１ｂを等方エッチングする。ここでのエッチング量は例えば７μｍである。第３主基板層１ｃはエッチングストップ層として機能する。第２主基板層１ｂは水平方向にエッチングされる。これにより、弁体５下の第２主基板層１ｂが除去されて、弁体５と第３主基板層１ｃの間に空隙７が形成される。また、溝３及びポンプ室３３に露出している第２主基板層１ｂの側面が後退し、段差部１１が形成される。

（４）図３０を参照して説明する。第１主基板層１ａの上面にガラス基板１３を陽極接合にて接合する。接合条件は例えば第１主基板層１ａとガラス基板１３を密着させた状態で４００℃、５００Ｖを印加して接合する。ガラス基板１３の上面にポンプ室３３の上方に位置するように圧電素子３９を形成する。

このマイクロポンプでは、圧電素子３９に電圧を印加することでガラス基板１３に圧縮応力又は引張り応力が発生し、ポンプ室３３の容積が変化する。これにより溝３とポンプ室３３との間に圧力差が発生する。その圧力差により、２つのマイクロバルブ３５，３７の弁体５をそれぞれ開閉する。これにより、このマイクロポンプは、流体を図３０の紙面手前から奥へと輸送する。

このマイクロポンプでは、図２６〜２８を参照して説明したマイクロバルブを用いたが、他の本発明のマイクロバルブを用いることもできる。

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

本発明は、基板内に反応室などの微細構造を設け、その微細構造中で物質の反応や合成、分析などの操作を行なえるように構成されたマイクロデバイスに適用できる。また、携帯機器向け燃料電池の燃料を供給する流路におけるバルブや、いわゆるインクジェット記録方式のようにインクを水滴状にして記録紙上に噴出させ文字や絵を記録する技術などにも応用できる。

１ 主基板
１ａ 第１主基板層
１ｂ 第２主基板層
１ｃ 第３主基板層
１ｄ 第４主基板層
１ｅ 第５主基板層
３ 溝
３ａ 溝の第１側壁
３ｂ 溝の第２側壁
３ｃ 溝の底面
５ 弁体
７ 空隙
９ 突起部
１１ 段差部
１３ カバー基板
１５ フォトレジストパターン
１７ 掘下げ部
１９ 第２空隙
２９ 第２空隙
３１ 主基板
３１ａ 第１主基板層
３１ｂ 第２主基板層
３１ｃ 第２空隙形成用主基板層

特許第３２０２６４３号公報 特開平６−１９８８７２号公報 特開２００５−３３７４１５号公報 特開２００３−２２５８９８号公報

Claims (15)

1. 主面に溝を有する主基板と、その主基板の主面に貼り合わされるカバー基板とを備え、主基板の溝がカバー基板で覆われて流路が形成されており、その流路内に弁体が配置されてなるマイクロバルブにおいて、
   前記主基板は、主面側から順に第１主基板層、第２主基板層の積層構造をもち、
   前記主基板の溝は少なくとも前記第１主基板層が前記第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、
   前記弁体は、前記第１主基板層と同じ材料からなり、前記溝の第１側壁から突出し、前記第１側壁に対向する前記溝の第２側壁とは間隔をもって形成されており、
   前記弁体は前記流路内を流れる流体圧力で変形可能な膜厚をもち、
   前記溝の底面と前記弁体との間に空隙があり、
   前記溝の底面と前記弁体との間の空隙は、前記第２主基板層の表面側の一部分が除去されて形成されており、
   前記弁体の上流側の流体圧力が前記弁体の下流側の流体圧力よりも大きいときに前記弁体の自由端が前記第２側壁から離れる方向に移動し、
   前記弁体の下流側の流体圧力が前記弁体の上流側の流体圧力よりも大きいときに前記弁体の自由端が前記第２側壁に当接する方向に移動することを特徴とするマイクロバルブ。
2. 主面に溝を有する主基板と、その主基板の主面に貼り合わされるカバー基板とを備え、主基板の溝がカバー基板で覆われて流路が形成されており、その流路内に弁体が配置されてなるマイクロバルブにおいて、
   前記主基板は、主面側から順に第１主基板層、第２主基板層の積層構造をもち、
   前記主基板の溝は少なくとも前記第１主基板層が前記第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、
   前記弁体は、前記第１主基板層と同じ材料からなり、前記溝の第１側壁から突出し、前記第１側壁に対向する前記溝の第２側壁とは間隔をもって形成されており、
   前記弁体は前記流路内を流れる流体圧力で変形可能な膜厚をもち、
   前記溝の底面と前記弁体との間に空隙があり、
   前記主基板は前記第２主基板層の下層に第３主基板層をさらに備え、
   前記溝の底面と前記弁体との間の空隙は、前記弁体下の前記第２主基板層が除去されて形成されており、
   前記弁体の上流側の流体圧力が前記弁体の下流側の流体圧力よりも大きいときに前記弁体の自由端が前記第２側壁から離れる方向に移動し、
   前記弁体の下流側の流体圧力が前記弁体の上流側の流体圧力よりも大きいときに前記弁体の自由端が前記第２側壁に当接する方向に移動することを特徴とするマイクロバルブ。
3. 前記弁体と前記カバー基板との間に第２空隙が形成されている請求項１又は２に記載のマイクロバルブ。
4. 主面に溝を有する主基板と、その主基板の主面に貼り合わされるカバー基板とを備え、主基板の溝がカバー基板で覆われて流路が形成されており、その流路内に弁体が配置されてなるマイクロバルブにおいて、
   前記主基板は、主面側から順に第１主基板層、第２主基板層の積層構造をもち、
   前記主基板の溝は少なくとも前記第１主基板層が前記第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、
   前記弁体は、前記第１主基板層と同じ材料からなり、前記溝の第１側壁から突出し、前記第１側壁に対向する前記溝の第２側壁とは間隔をもって形成されており、
   前記弁体は前記流路内を流れる流体圧力で変形可能な膜厚をもち、
   前記溝の底面と前記弁体との間に空隙があり、
   前記弁体と前記カバー基板との間に第２空隙が形成されており、
   前記弁体の上面は、前記弁体形成位置の前記第１主基板層の上面側の一部分が除去されて前記主基板の前記主面よりも下方位置に配置されており、
   前記弁体の上流側の流体圧力が前記弁体の下流側の流体圧力よりも大きいときに前記弁体の自由端が前記第２側壁から離れる方向に移動し、
   前記弁体の下流側の流体圧力が前記弁体の上流側の流体圧力よりも大きいときに前記弁体の自由端が前記第２側壁に当接する方向に移動することを特徴とするマイクロバルブ。
5. 主面に溝を有する主基板と、その主基板の主面に貼り合わされるカバー基板とを備え、主基板の溝がカバー基板で覆われて流路が形成されており、その流路内に弁体が配置されてなるマイクロバルブにおいて、
   前記主基板は、主面側から順に第１主基板層、第２主基板層の積層構造をもち、
   前記主基板の溝は少なくとも前記第１主基板層が前記第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、
   前記弁体は、前記第１主基板層と同じ材料からなり、前記溝の第１側壁から突出し、前記第１側壁に対向する前記溝の第２側壁とは間隔をもって形成されており、
   前記弁体は前記流路内を流れる流体圧力で変形可能な膜厚をもち、
   前記溝の底面と前記弁体との間に空隙があり、
   前記弁体と前記カバー基板との間に第２空隙が形成されており、
   前記主基板は、前記第１主基板層上に形成された第４主基板層と、その上に形成された第５主基板層をさらに備え、
   前記第５主基板層の上面が前記主基板の前記主面を構成し、
   前記主基板の溝は少なくとも前記第５主基板層、前記第４主基板層及び前記第１主基板層が前記第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、
   前記弁体上の前記第４主基板層が除去されており、
   前記弁体の上流側の流体圧力が前記弁体の下流側の流体圧力よりも大きいときに前記弁体の自由端が前記第２側壁から離れる方向に移動し、
   前記弁体の下流側の流体圧力が前記弁体の上流側の流体圧力よりも大きいときに前記弁体の自由端が前記第２側壁に当接する方向に移動することを特徴とするマイクロバルブ。
6. 主面に溝を有する主基板と、その主基板の主面に貼り合わされるカバー基板とを備え、主基板の溝がカバー基板で覆われて流路が形成されており、その流路内に弁体が配置されてなるマイクロバルブにおいて、
   前記主基板は、主面側から順に第１主基板層、第２主基板層の積層構造をもち、
   前記主基板の溝は少なくとも前記第１主基板層が前記第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、
   前記弁体は、前記第１主基板層と同じ材料からなり、前記溝の第１側壁から突出し、前記第１側壁に対向する前記溝の第２側壁とは間隔をもって形成されており、
   前記弁体は前記流路内を流れる流体圧力で変形可能な膜厚をもち、
   前記溝の底面と前記弁体との間に空隙があり、
   前記弁体と前記カバー基板との間に第２空隙が形成されており、
   前記主基板は、前記第１主基板層上に形成された第２空隙形成用主基板層をさらに備え、
   前記第２空隙形成用主基板層の上面が前記主基板の前記主面を構成し、
   前記主基板の溝は少なくとも前記第２空隙形成用主基板層及び前記第１主基板層が前記第２主基板層に到達する深さで除去されて形成されたものであり、
   前記弁体上を含む前記溝上の前記第２空隙形成用主基板層が除去されており、
   前記弁体の上流側の流体圧力が前記弁体の下流側の流体圧力よりも大きいときに前記弁体の自由端が前記第２側壁から離れる方向に移動し、
   前記弁体の下流側の流体圧力が前記弁体の上流側の流体圧力よりも大きいときに前記弁体の自由端が前記第２側壁に当接する方向に移動することを特徴とするマイクロバルブ。
7. 前記弁体は、上方から見て、前記溝の幅寸法よりも長い長さをもって前記弁体の自由端が基端部よりも下流側に位置するように傾斜して形成されている請求項１から６のいずれか一項に記載のマイクロバルブ。
8. 前記溝の前記第２側壁に、前記弁体の自由端の上流側への移動量を規制するための突起部を備えている請求項１から６のいずれか一項に記載のマイクロバルブ。
9. 請求項１に記載のマイクロバルブの製造方法であって、以下の工程（Ａ）〜（Ｄ）をその順に含むマイクロバルブの製造方法。
   （Ａ）主面側から順に第１主基板層、第２主基板層の積層構造をもつ主基板の上に、写真製版技術により、溝形成予定位置に開口部をもち、弁体形成予定位置を覆うフォトレジストパターンを形成する写真製版工程、
   （Ｂ）異方性エッチング技術により、前記フォトレジストパターンをマスクにして、前記第１主基板層を前記第２主基板層に到達する深さまでエッチングして、前記第１主基板層からなる弁体と、溝形成予定位置に第１主基板層除去部分を形成し、その後、前記フォトレジストパターンを除去する第１エッチング工程、
   （Ｃ）等方性エッチング技術により、前記第１主基板層をマスクにして、前記第１主基板層をエッチングしない条件で前記第２主基板層をエッチングして、溝形成予定位置に第２主基板層除去部分を形成して前記第１主基板層除去部分及び前記第２主基板層除去部分からなる溝を形成するとともに、前記弁体下の第２主基板層を除去して前記溝の底面と前記弁体との間に空隙を形成する第２エッチング工程、
   （Ｄ）前記主基板の前記主表面上にカバー基板を配置して前記溝を覆って流路を形成するカバー基板配置工程。
10. 前記第１エッチング工程（Ｂ）で、前記第１主基板層のエッチングに連続して前記第２主基板層の一部分もエッチングする、請求項９に記載のマイクロバルブの製造方法。
11. 前記主基板として前記第２主基板層の下層に第３主基板層をさらに備えたものを用い、
    前記第２エッチング工程（Ｃ）で、前記第２主基板層をエッチングする際に、前記第３主基板層を前記溝の深さ方向のエッチングストッパー層として用いる、請求項９又は１０に記載のマイクロバルブの製造方法。
12. 前記写真製版工程（Ａ）で、前記フォトレジストパターンを形成する前に、写真製版技術及びエッチング技術によって少なくとも前記弁体形成予定位置の前記第１主基板層の表面を掘り下げる工程を含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載のマイクロバルブの製造方法。
13. 前記主基板として、前記第１主基板層上に形成された第４主基板層と、その上に形成された第５主基板層をさらに備えたものを用い、
    前記写真製版工程（Ａ）で、前記第５主基板層上に前記フォトレジストパターンを形成し、
    前記第１エッチング工程（Ｂ）で、前記フォトレジストパターンをマスクにして、異方性エッチング技術によって前記第５主基板層及び前記第４主基板層をエッチングして溝形成予定位置に第５主基板層除去部分及び第４主基板層除去部分を形成した後に連続して前記第１主基板層をエッチングして前記弁体及び前記第１主基板層除去部分を形成し、
    前記第２エッチング工程（Ｃ）で、前記第１主基板層及び前記第５主基板層をマスクにして、前記第１主基板層及び前記第５主基板層をエッチングしない条件で前記第２主基板層をエッチングするのと同時に前記弁体上の前記第４主基板層もエッチングする、請求項９から１１のいずれか一項に記載のマイクロバルブの製造方法。
14. 前記第１エッチング工程（Ｂ）の後、前記第２エッチング工程（Ｃ）を行なわずに前記カバー基板配置工程（Ｄ）を行ない、その後、前記第２エッチング工程（Ｃ）を行なう請求項９〜１３のいずれか一項に記載のマイクロバルブの製造方法。
15. 前記主基板として、上方から見た前記弁体の厚みの半分よりも厚い膜厚で前記第１主基板層上に形成された第２空隙形成用主基板層をさらに備えたものを用い、前記第１エッチング工程（Ｂ）で、異方性エッチング技術により、前記フォトレジストパターンをマスクにして、前記第２空隙形成用主基板層及び前記第１主基板層をエッチングして、溝形成予定位置に第２空隙形成用主基板層除去部分及び前記第１主基板層除去部分を形成し、かつ前記弁体を形成し、
    前記第２エッチング工程（Ｃ）で、前記溝の外の前記第２空隙形成用主基板層が残存し、前記弁体上の前記第２空隙形成用主基板層及び前記弁体下の前記第２主基板層が除去される条件で、前記第２主基板層及び前記第２空隙形成用主基板層に対して同時に前記等方性エッチングを行なう、請求項９又は１０に記載のマイクロバルブの製造方法。

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