JPH05302684A - バルブ及びそれを用いた半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体薄膜を精密、高速に作るのに適した半導
体装置の製造装置用のガスバルブを実現する。 【構成】ガス供給開口１５、ガス出口開口１３、排気開
口１４、電極１２、１２’を含む容器内に、移動可能な
変曲面を一つ以上有する金属フィルム１を設け、電極１
２、１２’と金属フィルム１との間に上記変曲面を移動
する為の制御電圧をくわえ、複数の開口部１３、１４、
をフィルム１で開閉する。 【効果】容器、金属フィルム１等は半導体素子製造技術
を使用して、小型のバルブが構成され、半導体素子の薄
膜成長を正確かつ高速に行う半導体製造装置に適用でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバルブ及びそれを用いた
半導体製造装置、更に詳しくいえば、ガスの流量制御用
バルブの流路の開閉弁を動作させる構造、バルブの製造
方法及びバルブを用いて原料として異種のガスを切り替
えながら基板表面に半導体薄膜を形成する半導体製造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体の微量な流量を制御するバルブを実
現する目的で、弁体に相当する一端が固定された薄板
と、その薄板面の下側に配置された流路開口部を有する
電極とからなる構造を持ち、静電力によって薄板を変位
させることにより、流路開口部を薄板で開閉する方式の
マイクロバルブが、プロシーディング・オブ・ジ・アイ・イ
ー・イー・イー・マイクロエレクトロメカニカル・システム
第９５−９８頁１９９０年（Proceedings of the IEE
E Micro ElectroMechanical System， pp95−98、199
0）に記載されている。このアクチュエータはシリコン
基板上に平板状電極を含み、流路開口部をもつ誘電体
と、流路開口部を開閉する平板状電極を含む誘電体の弁
体で構成され、電極相互の間に生ずる静電引力で、弁体
に相当する薄板を電極面に吸着させ、電極側の構造体一
部に開けられている流路開口部を閉じる構造になってい
る。流路の開放は上記薄板のバネ力による復原力を利用
している。

【０００３】一方、半導体基板上に半導体薄膜を形成す
る技術は、ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置の製造における
重要な製造プロセスである。エピタキシアル成長におい
ては、多くの場合、複数種のガスの供給を切り替える必
要がある。半導体製造においては、ガスの供給の切り替
えは、図２３に示すように半導体薄膜が形成される基板
４８を内部に配置した真空チャンバ４９とは別に設置さ
れたガスボンベからのチューブ５１に設けたバルブ５０
によって行われている（例えば、特許公開公報、特開昭
６３−１３６６１６号公報）。また、エピタキシアル成
長室とガス導入容器との間に開閉装置を設け、これを閉
じているときにはガス導入容器を排気する方式の装置が
知られている（特許公開公報、特開昭６３−１３６６１
６号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近時、半導体デバイス
の微小化に伴い、エピタキシアル成長による薄膜の厚さ
も極めて薄くなり、層厚さが１ｎｍ以下の単原子オーダ
ーの精度の超格子の製造も必要となっている。図２３に
示す従来の技術では，バルブから真空チャンバに至るま
で長い管路があるので、バルブを切り替えたのち、真空
チャンバ内のガスの流れが切り替わるまでの時間には遅
れを生じると共に、ガス圧の変化は緩慢にならざるを得
なかった。このことは、異なるガス種を真空チャンバ内
に交互に導入して、基板上に超格子を形成する目的で
は、超格子の原子配列の制御が不十分でり、又、膜の成
長に長時間を要するという２点で大きな問題があった。

【０００５】上記エピタキシアル成長室とガス導入容器
との間に開閉装置を設け、これを閉じているときに、ガ
ス導入容器のガスを排気する方式の従来技術では、ガス
導入容器のガスを排気するために付随する制約が大き
く、例えばエピタキシ成長に最小限必要な反応ガスを基
板表面付近だけに放出することが難しかった。これは、
これまでに知られている開閉装置として、固体分子線源
ＭＢＥ装置に使われる遮蔽シャッタ程度のものしか無か
ったからであり、上記公開公報においても、開閉装置に
ついてはこれ以上の具体的形態が開示されていない。半
導体製造を高速度化するため、被加工基板の近くにガス
噴出のノズルを配置し、ガス噴出の開口部の大きさを機
械的に開閉制御する技術が提案されているがガス噴出の
開口部の大きさを機械的に開閉制御するため、ガスの流
路内においてガスの脈流を生じるなど、ガス流が乱れる
ので、上述の微細な超格子等の製造には到底使用できな
い。

【０００６】上記ガスバルブは、流路開口部の開閉に要
する時間は、比較的長い。特に、流路開口部の開閉に要
する時間は、弁体薄板のバネの復帰力による復帰の速さ
で制限されて高速化が難しい。また流路開口部を閉じる
際の静電引力は、薄板のバネの復帰力に抗して十分大き
い必要がある。静電引力は電極間距離の２乗に反比例す
る為、バネの復帰力に打ち勝つのに十分な静電引力を得
るには、上記の従来構造では、薄板と薄板下側の電極と
の距離を小さく、例えば数十μｍ以内の隙間にする必要
がある。従って、上記従来のバルブでは、ガスの流量は
薄板と薄板の下側の電極との距離により制限されるの
で、大流量を制御するが困難である。本発明の主な目的
は、半導体薄膜の成長に長時間を要せず、異なった種類
の半導体薄膜を精度良く生成できる半導体製造装置を実
現することである。本発明の他の目的は、上記半導体製
造装置に適した、大流量のガスを高速かつ高精度で切り
換え可能なバルブを実現することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体装置の製造装置に適した、流体を
高速かつ高精度で切り換え可能なバルブを実現するの
に、ガスなどの流体を入れる容器内に両端が保持され、
移動可能な変曲面を一つ以上有するフィルムと、上記容
器の壁に設けられた複数の開口部と、上記変曲面を移動
することによって上記複数の開口部を上記フィルムで開
閉するフィルム駆動手段とを有するバルブで構成した。
フィルムを保持する二つの支持手段と、上記フィルムの
展開長が上記二つの支持手段の支持部間の距離より長
く、かつ、フィルムが一つ以上の変曲面を有する形状に
なるように上記支持手段を固定する手段と、上記アクチ
ュエータを流体を入れる容器に設け、上記容器の壁に設
けられた複数の開口部と、上記変曲面を移動することに
よって上記複数の開口部を上記フィルムで開閉するフィ
ルム駆動手段と設けてを構成する。

【０００８】好ましい実施形態としては、上記フィルム
を導電性フィルム或は磁性材料フィルムで構成し、上記
容器の壁の上記フィルム面の上側及び下側に面する位置
にフィルム駆動手段としての電極あるいは電磁石を配置
し、上記電極あるいは電磁石に所定の電圧あるいは電流
を印加し、上記フィルムの変曲面を移動させ、上記フィ
ルム面が上記流路開口部を開閉する弁体の役を行い、流
体の流量を制御するバルブを構成する。さらに、本発明
のバルブの好ましい実施形態として、単一の構造体の中
に上記バルブ複数個を集積化する。さらに、単一の構造
体の中の複数個のバルブそれぞれのガス出口をマトリク
ス状に配置し、各バルブを、電気信号により独立に駆動
する。

【０００９】また、本発明の半導体装置の製造装置は、
真空チャンバ、即ち、半導体薄膜層を形成すべき試料基
板(ウエハ)が設けられる半導体薄膜成長室内に半導体薄
膜を成長すべき試料基板を設置し、上記チャンバ内にガ
スを供給することにより基板表面に半導体薄膜を形成す
る半導体製造装置において、ガスを供給する手段が、真
空チャンバ内にガスを導く第１の流路と、その流路先端
に設けられた上記本発明によるバルブと、バルブ内の不
用なガスを真空チャンバ外に導く第２の流路とを持ち、
上記ガスバルブは第１の流路よって供給されたガスのう
ち必要なガスを上記基板に向け放出する開口、不用なガ
スを第２の流路に放出する開口及び必要なガスと不用な
ガスとの割合を制御するガス量制御手段とをもって構成
した。又他の好ましい実施形態として、上記試料基板と
上記バルブは、排気口を持つ真空チャンバ内に配置さ
れ、上記ガスバルブは装置を小型化し、真空チャンバの
内部に設置することを可能にするため、ガス流入室及び
筐体はシリコン酸化膜のような化学的に安定な材料で被
覆されている。

【００１０】試料基板に向けガスを放出するバルブの出
口開口、即ち出口ポートを複数として、基板平面の近く
のガス分布を均一にする。更に、他の好ましい実施形態
として、真空チャンバを二重にし、内側の真空チャンバ
の壁面にガスバルブの出口開口が位置するように構成す
る。さらに他の好ましい実施形態として、バルブの取付
け、取外しを容易にするため、半導体薄膜成長室の隣に
バルブを導入するバルブ設置室を設けた構成とする。バ
ルブ設置室において、配管先端部に取り付けられたバル
ブは、成長室と同等の真空状態でベーキングされ、次
に、薄膜成長室内に導入される。なお、基板に形成する
薄膜が均一に形成されるようにするため、基板とバルブ
の位置を任意に設定できる構成する。

【００１１】さらに、また、本発明の極めて小さいマイ
クロバルブを製作する方法として、次のバルブの製造方
法も実現した。ホトリソグラフィー技術と、薄膜、基板
等へのパターニング技術と、エッチング技術及び溶液で
選択的に溶解可能な犠牲層を用いる技術とを利用し、バ
ルブの容器、フィルム及びフィルム駆動手段を製造す
る。第１の方法はシリコン等の第１の基板面に、異方性
エッチングで、容器の内部となる溝部を形成し、溝の底
部に電極パターン及び絶縁層、流体開口部を形成する。
次に、上記溝内に犠牲層を形成し、その犠牲層上に、フ
ィルムの両端部が溝部以外のシリコン基板に保持される
ように、弁体の役をなすフィルムを形成する。フィルム
を形成した後、溶液でフィルム下にある犠牲層を選択的
に溶解し、除去する。上記溝の上部に電極パターン及び
絶縁層、流体開口部を有するフィルムシリコン等の他の
基板を、バルブの容器を構成するように、第１の基板に
接合することにより、マイクロバルブを製作する。

【００１２】上記の製造方法は、二枚の基板で、マイク
ロバルブを製作する場合であるが、他の方法として、異
方性エッチング法もしくは放電加工法を用いて、ホール
を形成した第１の基板と、第１の犠牲層を表面に形成し
た第２の基板とを組み合わせ、組み合わせてできた溝の
底部に第２の犠牲層、弁体の役をなすフィルムとなる層
を順に形成する。次に上記犠牲層を表面に形成した第２
の基板を除去することによりフィルムの両端部が第１の
基板のホール周辺部に保持されたフィルム構造体を形成
する。上記フィルム構造体のホールの上下に、バルブの
容器を構成するように、流体開口部及び電極、絶縁層、
流体開口部を有する二枚の基板を接合する。

【００１３】

【作用】本発明のバルブは、フィルムと電極或は電磁石
とが近接した部分から、順次、静電力又は電磁引力によ
り、フィルムの変曲面を移動させるため、上記フィルム
の支持構造体の高さが高くても、すなわち、上下の電極
又は磁極間距離を拡大しても、上記フィルムを駆動する
ことが可能である。従って、フィルムの上下側に配置さ
れる電極或は電磁石の間の距離を任意に設定でき、流路
開口部と弁体の間隔を拡大できるので、大流量の流体を
制御することができる。また、バルブの開閉には、フィ
ルム自体による復帰力は関与していないので、静電引力
あるいは磁力による弁体の高速な流路開口部の開閉操作
が可能となる。

【００１４】本発明のバルブは半導体基板、電極、絶縁
層、フィルムからバルブが構成されているため、半導体
微細加工技術を利用して、１０ｍｍサイズ以下の微小な
マイクロバルブを製作することが可能である。さらに電
磁バルブ、空圧バルブ等と異なり、外形が小さい、摩擦
運動部分がない、表面からガスの放出が少なく耐熱性の
ある材料で構成できる性質をもっているので、直接、半
導体薄膜を形成する真空チャンバの中にいれて、作動さ
せることができる。この結果、バルブを真空チャンバ内
の試料基板の直近に置くことができるので、必要最小限
の空間に反応ガスを放出することができる。これによっ
て、試料基板表面におけるガス圧の制御性が格段に向上
するので、成長する超格子の原子配列を精密に制御する
ことが可能になり、膜の成長に要する時間も短縮され
る。

【００１５】本発明による半導体装置の製造装置は、バ
ルブが試料台の近くに配置され、ガス流量の制御が管路
を介すること無く、試料台近くで行われることになり、
ノズルで吹き付けるように、高速で半導体薄膜の成長を
行うことができる。更に、バルブが一定の流量で供給さ
れるガスを、半導体薄膜成長に必要なガス流と、不要な
ガス流に分配する処理を行うため、ガスの脈流を生じる
ことなく安定した流量を供給することができ、半導体薄
膜の厚さ、材質の構成精度を高めることができる。特
に、試料基板に面して、ガスバルブのガス流出開口を配
置する場合、ガス流出開口を複数個、同一平面に形成し
た場合、試料台近くのガスの分布が均一となり、精度の
高い半導体薄膜を得ることができる。また、複数のマイ
クロバルブを一枚の基板上にマトリクス上に配置した集
積化マイクロバルブにおいて、各マイクロバルブを電気
信号により独立に開閉することにより、薄膜成長室内に
導入するガスを数種類のガスの中から選択する機能と、
選択したガスを複数個ある出力ポートの内のある特定の
出力ポートからのみ薄膜成長室に導入する機能とを付加
させることが可能となり、基板上の特定の領域のみに特
定の薄膜を形成することが可能となる。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。図
１及び図2は、それぞれ本発明によるバルブの要部であ
るアクチュエータの一実施例の構成を示す部分断面を含
む斜視図及び側断面図である。本実施例は導電性のリボ
ン状のフィルム１とその両端を保持する二つのフィルム
支持構造体２−１及び２−２と、支持構造体２−１及び
２−２に保持されたフィルム１を駆動する上側駆動部３
−１及び下側駆動部３−２から構成されている。フィル
ム１は、フィルム１内にＳ字形の変曲部分１−Ｓが形成
されるように支持される。そのため、フィルム１の長さ
は、フィルム支持構造体２−１及び２−２（例えば高さ
３ｍｍ）の間隔Ｌより長く設定される。支持構造体２−
１及び２−２並び上側駆動部３−１及び下側駆動部３−
２はガスを入れる容器の壁でもある。

【００１７】駆動部３−１、３−２によるフィルム１の
駆動は、曲面部分（変曲点）１−Ｓが移動するように駆
動する。駆動部３−１及び３−２はそれぞれフィルム１
の上面及び下面と面する部分が平面となる構造体で、例
えば、駆動部３−１とフィルム１との間に電圧を印加す
ると、フィルム１の上面は、駆動源３−１の下面に、支
持部構造体２−１側から２−２側方向に、順次、近接接
触し、それと同時に、下側の駆動部３−２の上面と接し
ているフィルム１の下面は、支持構造体２−１側から２
−２側方向に、順次、駆動部３−２の上面から離れる様
にして、曲面１−Ｓが支持部構造体２−２側に移動す
る。

【００１８】導電性フィルム１の上側に、厚さ２μｍ以
下の絶縁層４を介して配置した電極を持つ駆動部３−１
と、導電性フィルム面の下側に、厚さ２μｍ以下の絶縁
層５を介して配置した電極を持つ駆動部３−２とで構成
されている。スイッチング制御回路６により印加する電
圧を駆動部３−１の電極と導電性フィルム１との間、も
しくは駆動部３−２の電極と導電性フィルム１との間の
電圧を切り替えることにより、フィルム支持構造体２−
１、２−２で支持されたフィルム４の変曲面であるＳ字
形状部１−ｓが静電力により左右に移動する構造になっ
ている。電極に従来知られているＩＴＯ(インジウムス
ズ酸化物）等の透光性の透明電極を用いれば、電圧印加
によるＳ字形状部の移動の様子を容易に測定できるの
で、保守が容易である。

【００１９】支持構造体２の高さは、フィルム１の厚さ
や、曲面の曲率半径や、流体を流す場合の損失抵抗等か
ら決定される。一般的には、フィルム１の厚さが薄いほ
ど、フィルム１の弾性定数が小さいほど、曲面１−Ｓの
曲率半径が大きいほど上記高さを小さくすることができ
る。また、絶縁層４、５の膜厚は、フィルム１を駆動す
るために導電性フィルム１と電極間に電圧を印加した
際、絶縁破壊が生じない程度の厚さが必要である。絶縁
層４、５の形成方法は、絶縁材料を蒸着したり、化学反
応で成長させたり、絶縁シートを挾さんだり、絶縁剤を
塗布するなどの公知の技術が採用できる。またこれらの
絶縁材料は駆動部３−１、３−２の電極に施す以外にフ
ィルム１の表面に施しても良い。なお、静電力による駆
動力を効率良く得るには、絶縁破壊が生じない程度に、
絶縁層４、５の厚さを薄くする、比誘電率の高い絶縁体
を用いる。 導電性のフィルム１の材料としては、アル
ミニウム、金、白金、クロム、鉄、ニッケル、パーマロ
イ、モリブデンなどの金属薄膜、あるいはステンレスの
ような合金材からなる金属箔、または、ポリイミド、ポ
リエステル、シリコン、窒化シリコン、シリコン酸化
膜、ＰＢＮ（パイロティック ボロン ナイトライド）
などのフィルムに上記の導電性材料を付着させた複合材
が適当である。

【００１９】図３は、本発明によるバルブの要部である
アクチュエータの第２の実施例の構成を示す部分断面図
を含む斜視図である。本実施例はフィルム１の曲面の形
状が緩やかな斜面を成す２つのインテグラル記号形状の
変曲面１−１ｉ及び１−２ｉがある場合を示す。他の部
分の構成は図１のものと同様である。インテグラル記号
形状の２つの変曲面１−１ｉ及び１−２ｉは、フィルム
の変曲面部分の構造がＳ字形状に比べて曲率がゆるやか
で単純であることから、製作が容易であり、また曲率半
径を大きくできるので、フィルム１の存在する間隙量を
小さくでき、バルブの小型化に適している。

【００２０】また、フィルム１の曲面の形状がＳ字形状
の場合には、その屈曲部がフィルム上側及び下側にある
駆動部の表面に押しつけられているので、駆動部による
フィルムの吸引力が作用しないとき、フィルムが自重で
たわむという現象を低減する効果がある。従って、イン
テグラル記号形状の場合に比べて、二つの支持構造体間
の間隔を２倍程度拡大できる利点がある。フィルムの曲
面形状がインテグラル記号形状であるかＳ字形状である
かは、使用目的によって決定される。

【００２１】図４は、本発明によるバルブの要部である
アクチュエータの第３の実施例の構成を示す断面図であ
る。本実施例はフィルム駆動手段に電磁力を用いてフィ
ルムの変曲面部を駆動させるものである。動作原理は図
１に示したものと同じである。フィルム７は、磁性を有
する厚さ５μｍのパーマロイの金属箔を用いた。駆動部
は磁性フィルム７の上側に配置した電磁石８−１と、下
側に配置した電磁石８−２とで構成されている。スイッ
チング制御回路９で、電磁石に流す電流を電磁石８−１
又は電磁石８−２とに切り換えることにより、磁性フィ
ルム面のＳ字形状部８−Ｓが電磁力により左右に移動す
る構造になっている。

【００２２】なお、磁性フィルム７としては、鉄やニッ
ケル、パーマロイ、あるいはこれらの合金材からなる磁
性金属薄膜や、これらの粉末を混合して、ポリイミド、
ポロエステル、シリコン、窒化シリコン、シリコン酸化
膜に塗布したり、蒸着したりして製作した複合材があ
る。なお、磁性材として、超伝導材料を用いることも可
能である。また、フィルム駆動部８として、超伝導磁石
を用いフィルム面上下に形成したコイルパターンに電流
を流してフィルムを駆動する構成としてもよい。また、
フィルム７の材料として形状記憶合金を用いることもで
きる。予め平坦状態を記憶させた形状記憶合金材からな
るフィルムを低温下で、Ｓ字形状に塑性変形させ、次
に、このＳ字形状をしたフィルムの両端を支持固定し、
アクチュエータを組立た後、上記フィルムをマルテンサ
イト変態点以上の温度に加熱する。この方法を用いる
と、フィルムをＳ字形状に変形させながらアクチュエー
タを組むことができるので、製造工程を容易にすること
ができる。

【００２３】図５は、本発明によるにバルブの１実施例
の構造を示す部分断面を持つ斜視図である。同図におい
て、バルブは、弁体の役目をする屈曲可能な導電性フィ
ルム１と、フィルム１の両端を保持するフィルム支持構
造体２と、バルブの側壁１１（前側は取外した状態を示
す）と、フィルム１に面する表面に絶縁被膜を形成した
一対の上側平板電極１２及び下側平板電極１２’とから
なり、平板電極１２及び１２’の一部にはガスの出口ポ
−ト１３と排気トポ−ト１４がそれぞれ設けてある。こ
の平板電極１２及び１２’を用いて、フィルム１のイン
テグラル形状部を左右に移動させることにより、ポ−ト
１３、１４をフィルム１によって開閉することができ
る。すなわち、フィルム１の一部が開口部１３、１４を
開閉する弁体の役をする。ガスの供給はガス供給チュー
ブ１０及び支持構造体２に設けられた供給ポ−ト１５か
ら電極板を封じたガス流入室へ供給される。ポ−ト１
３、１４をガスの出口、排気口につなげば、このガスを
ポート１３、から送気したり、１４から排気したりする
ことができる。

【００２４】本実施例においては、金属フィルム１の材
質はステンレス鋼で、厚さが５ミクロンである。平板電
極１２、１２’の材質は不純物をド−プした単結晶シリ
コンウェハであり、金属フィルム１と接触する表面は厚
さ約１．５ミクロンの熱酸化膜で絶縁されている。バル
ブの開閉はフィルム１と上部又は下部の電極１２、１
２’との間に数十ボルトの直流電圧もしくは交流電圧を
印加することで、ガスの流出は出口ポート１３又は排気
ポート１４に切り替えられる。流体制御用のバルブとし
て、必要とする流量、使用圧力、流体の種類等から諸寸
法や材料を決定することは当然のことである。流路にお
ける圧力損失やコンダクタンスを支配するのは、ポート
の断面積と変曲面をもつフィルムを駆動する二つの駆動
部間の間隙量である。本実施例のバルブでは、これらの
パラメータを任意に設計できる特徴がある。また、バル
ブの開閉に要する時間は数十ｍｓ程度である。なお、フ
ィルム１の材料は、使用する流体条件から選定すること
が好ましい。また、フィルム１の膜厚は、ポートをフィ
ルム１が閉じたときに、圧力差により生じるフィルム面
への負荷の大きさと、フィルム面の許容できる変形量と
から決定することが好ましい。なお、ポートの数や組合
せを変えることなどの構造上の変形や、機能は容易に変
更できる。

【００２５】図６（ａ）及び（ｂ）は図５のバルブの動
作説明のためのバルブの簡略断面図である。図６（ａ）
は下部電極１２’側に電源１６の電圧を印加した状態で
ガスが出口ポート１３から流出している状態を示し、図
６（ｂ）は上部電極１２側に電源１７の電圧を印加した
状態でガスが排気ポート１４に流出している状態を示し
ている。なお、排気側の流路を真空排気することは必要
に応じて実施できる。以上に述べたガスバルブに使われ
た材料は、いずれもその表面が化学的に安定であり、真
空チャンバ内の真空度を高めるための、３００℃程度の
焼出し温度にも十分に耐え得る。

【００２６】図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明
による集積化ガスバルブの１実施例の斜視図及び断面図
である。複数のガスを半導体層成長室に導入するため、
それぞれのガス種に応じて複数のバルブをマトリクス状
に設けているが、図面の煩雑さを防ぐため、図には３つ
のバルブを単一の構造体に直線上に集積化した場合を示
した。同図において、同一の動作原理で動作する３つの
バルブ301、302、303が集積化されている。各バルブに
は、ガスを供給する配管311、312、313と排気用の配管32
1、322、323がそれぞれ設けられている。

【００２７】バルブ３０１は、バルブの弁体の役をなす
屈曲可能な金属フィルム３３１、表面に絶縁被膜３４０
を形成した一対の平板電極３４１、３４４からなる。一
対の平板電極３４１、３４４の一部には、ガスの出口ポ
ート３５１と排気ポート３５６が設けてある。ガスの供
給は、供給ポート３６１から行なわれる。本実施例にお
いて、金属フィルム３３１は厚さ５μｍのモリブデンを
用いた。平板電極３４１の材質は、不純物をドープして
抵抗率を低くした単結晶シリコンウェハもしくは単結晶
シリコンウエハ上に形成した金属薄膜である。金属フィ
ルムと平板電極とを絶縁するために、金属フィルム３３
１と接する平板電極の表面には、厚さ０．５〜２．５μ
ｍの酸化膜が形成されている。なお、上記の絶縁層３４
０の代わりに、ＳｉＣプレートを用いてもよい。フィル
ム３３１と上部又は下部の電極との間に印加する５０〜
３００Ｖの電圧を切り替えることにより、ガスを出口ポ
ート３５１又は排気ポート３５６に切り替えることがで
きる。

【００２８】バルブ３０２及び３０３もバルブ３０１と
同一の材質で構成されており、それぞれ金属フィルム３
３２と３３３；出口ポート３５２と３５３；排気ポート
３５７と３５８が設けてある。排気ポート３５６，３５
７と３５８にはそれぞれ排気チューブ３２１，３２１と
３２３が接続され，供給ポート３６１，３６２と３６３
にはガス供給チューブ３１１，３１２と３１３が接続さ
れている。図７（ｂ）は、バルブ３０２に供給されたガ
ス３７２のみが、薄膜成長室内に導入され、それ以外の
ガス３７１、３７３は排気されている。バルブ３０２は
下部電極３４５とフィルム３３２間に電圧を印加した場
合で、ガスは出口ポート３５２に流出している。バルブ
３０３は、上部電極３４３とフィルム３３３間に電圧を
印加した場合で、ガスは排気側３５８に流出している。

【００２９】集積化バルブにおいて、各バルブの上部電
極、下部電極、金属フィルムは互いに絶縁されている。
集積化バルブは、各バルブ３０１、３０２、３０３に印
加する電圧を制御することにより、薄膜成長室に導入す
るガスを選択することができる。 本実施例の集積化バ
ルブを用いることにより、複数のガスの切り替えを小さ
な容積のバルブで行なうことが可能となり、その結果、
半導体薄膜成長室の壁面もしくは室内に複数のバルブを
設置することができる。上記実施例では、各バルブの供
給ポート３６１、３６２、３６３に異なるガスを導入
し、半導体薄膜成長室内に入るガスを選択したが、各バ
ルブに同一のガスを供給した場合、ガスを異なる出口ポ
ートから成長室内に導入するようにすることができる。

【００３０】図８は、本発明による集積化ガスバルブの
第２の実施例の断面図である。本実施例は、図７に示し
た集積化バルブを多段に積層することにより、半導体層
成長室内に導入するガスを数種類のガス３７１、３７
２、３７３の中から選択する機能と、選択したガスを複
数個ある出力ポート４１１、４１２、４１３の特定の出
力ポートのみから半導体薄膜成長室に導入する機能とを
設けた積層型集積化バルブである。積層型集積化バルブ
は、２つの集積化バルブ４３１、４３３と、２つの集積
化バルブ間を連結するガスチャネル構造体４３２とから
なる。

【００３１】集積化バルブ４３３は、３つのバルブ４４
１、４４２、４４３からなり、各バルブ４４１、４４
２、４４３に印加する電圧を制御することにより、半導
体層成長室内に導入するガスを３種類のガス３７１、３
７２、３７３の中から選択する。図面は、バルブ４４１
に供給されたガス３７１のみが、ガスチャネル構造体４
３２に導入され、それ以外のガス３７２、３７３は排気
されている場合を示す。バルブ４３１と４３３の構成は
図７に示した集積化バルブと実質的に同じで、詳細な説
明を省く。ガスチャネル構造体４３２は、集積化バルブ
４３３の複数の出口ポートからのガスを集積化バルブ４
３１の複数の供給ポート４５１、４５２、４５３に分配
する第１ガスチャネルと、集積化バルブ４３１の複数の
排気ポートからのガス４７１をまとめて排気する第２ガ
スチャネル４７０とをもつ。ガスチャネル構造体４３２
に形成された第１ガスチャネルと第２チャネル４７０は
独立している。

【００３２】集積化バルブ４３１は、集積化バルブ４３
３によって選択されたガス３７１をガスチャネル構造体
４３２の第１チャネル、集積化バルブ４３１の複数の供
給ポート４５１、４５２、４５３を介して、集積化バル
ブ４３１の各バルブ４４６、４４７、４４８に導入す
る。導入されたガス３７１を複数の出力ポート４１１、
４１２、４１３の内のある特定の出力ポートからのみ半
導体層成長室に導入する役目を負う部分である。上側の
集積化バルブ４３１も下側の集積化バルブ４３３と同様
に、各バルブ４４６、４４７、４４８に印加する電圧を
制御することにより、各バルブを切り替えることがで
き、その結果、成長室に導入するガスの出力ポートを選
択することができる。図８では、バルブ４４６、４４８
が開で、バルブ４４７が閉であり、選択されたガス３７
１は、出力ポート４１１、４１３から成長室内に導入さ
れる場合を示す。バルブ４４７において、成長室内に導
入されなかったガスは、ガスチャネル構造体４３２に形
成された排気用チャネル４７０を通って排気される。

【００３３】積層型集積化ガスバルブを用いることによ
り、種々のガスの内から薄膜成長室に導入するガスを選
択することができると共に、選択したガスを複数個ある
出力ポートの内の特定のポートから、ガスを成長室内に
導入することができ、試料基板上の特定の領域のみに薄
膜を形成することも可能となる。本実施例において、積
層型集積化バルブの出力ポートの開口径は１０μｍ、出
力ポートのピッチは１ｍｍとした。この場合、薄膜成長
室内に導入するガス切り替えを積層型集積化バルブを用
いて行ったところ、基板上に１ｍｍピッチで、約５０×
５０μｍ²の薄膜を選択的に形成することができた。な
お、出力ポートから導入されたガスの平均自由行程は、
出力ポート−基板間の距離に比べて十分長い。図７と図
８は、図面を簡単にするため、各バルブが１列に配置さ
れた図であるが、実際には、複数のバルブの出口ポート
は平面方向にマトリクス状に配置される。

【００３４】図９は、本発明によるバルブの製作方法の
第１の一実施例の製造工程を示す。以下この製作方法の
詳細述べる。 （１）シリコン基板上の溝部の形成（図９、ａ〜ｂ） 厚さ３９０μｍのシリコン基板１１０−１に異方性エッ
チングで横幅５ｍｍ、長さ１０ｍｍ、深さ約５０〜１０
０μｍの溝部（バルブ容器の内部）１２０−１を形成す
る。異方性エッチングに用いたエッチャントは４０％水
酸化カリウムであり、その溶液の温度は７０℃である。
基板面の結晶の面方位が（１００）のシリコン基板を用
いた場合、溝部側壁の面方位は（１１１）となる。

【００３５】（２）電極パターン及び流体用開口部の作
成（図９、ｂ） （１）で形成した溝部１２０−１の底部に、開口部１２
５と、アルミニウム電極パターン１２１をホトリソグラ
フとエッチング法、ＣＶＤ及びスパッタ法により作成
し、電極パターン１２１上に、厚さ数μｍのシリコン酸
化膜、もしくはシリコン窒化膜の絶縁層１２２をスパッ
タ法やＣＶＤ法で形成する。開口部１２５はエッチング
以外の方法、例えば、放電加工によっても作成できる。

【００３６】（３）犠牲層の作成（図９、ｃ） （２）で製作した約５０〜１００μｍの深さの溝部１２
０−１に電極パターン１２１と絶縁層１２２を形成した
シリコン基板１１０−１上に、ホトレジスト１３０−１
をスピン塗布する。ホトレジストの粘度とスピンナーの
回転数は、溝部１２０−１の壁の斜面にレジストが滑ら
かに塗布されるような条件下で行う。次に、ホトレジス
ト１３０−１をシリコン基板上に塗布した後、ホトレジ
ストの露光と現像を行い、ホトレジスト１３０−１をパ
ターニングする。この作業により、溝部１２０−１にの
み、ホトレジスト１３０−１を残す。このホトレジスト
１３０−１が犠牲層の役をする。

【００３７】（４）屈曲面をもつフィルムの作成（図
９、ｄ〜ｅ） （３）で製作したホトレジストパターニング後のシリコ
ン基板１１０−１上に、厚さ約数μｍのアルミニウム、
ニッケル等の金属薄膜１４０を蒸着、スパッタ、ＣＶＤ
等の方法で形成する。その後、金属薄膜１４０をパター
ニングする。次に、シリコン基板１１０−１をホトレジ
スト剥離溶液中に浸すと、金属薄膜下のホトレジスト１
３０−１のみが選択的にエッチングされ、金属薄膜１４
０は、両端部１７０のみがシリコン基板１１０−１に保
持されたブリッジ状の構造になる。

【００３８】（５）バルブの組立て（図９、ｅ〜ｋ） （４）で製作したシリコン基板１１０−１（溝部に金属
薄膜がブリッジ状に形成されている）に、開口部１２５
と、電極パターン１２１上に絶縁層１２２を有する他の
シリコン基板１１０−２を接合することにより、屈曲面
をもつフィルム型静電バルブができる（図９、ｉ〜
ｋ）。シリコン基板１１０−２は、（４）で製作したシ
ルコン基板の溝部１２０−１の深さと等しい高さの凸部
１８０−１を形成しておく（図９、ｇ）。接合には、１
００〜３００℃の高温下でも接着性を有するポリイミド
樹脂、もしくは、比較的低温（３００〜４００℃）で接
合することが可能である鉛ガラスを用いる。

【００３９】図９、ｋには、バルブのポートを上下の電
極プレートに設けた三方弁構造を示した。なお、ガスの
入口ポートは、上下プレートもしくはバルブの側壁に設
けられている。一方、流体用ポートを上下の各プレート
に二つ以上設けた場合は、フィルムの移動に伴い流量を
離散的に可変できるバルブを構成できる。また、上述の
バルブをシリコン基板に複数個、マトリクス状に配置す
ることにより、集積型の流体制御素子を製作することが
可能である。

【００４０】図１０は、本発明によるバルブの製作方法
の第２の実施例の製造工程を示す。図９に示す実施例で
は、シリコン基板１１０−１に形成した溝部１２０−１
に、Ｓ字形状フィルムを製作している。この場合、シリ
コン基板にエッチングにより形成した溝部１２０−１を
利用しているため、以下のような問題がある。 溝部１２０−１の深さ（シリコン基板を接合して製作
した後のバルブにおいて、溝部の深さがバルブのストロ
ークになる）がシリコン基板１１０−１の厚さにより制
限され、その結果、バルブのストロークを１００μｍ以
上にすることが困難である。 フィルム１４０下にある犠牲層を溶解した後、フィル
ムを有する基板を乾燥するとき、溶液の表面張力が影響
するため、フィルムをシリコン基板に密着しないように
することが困難である。

【００４１】上記の課題を解決するため、図１０に示す
製作方法では、２枚のシリコン基板と２層の犠牲層を用
いて、第１の実施例に述べた溝構造と類似のマイクロバ
ルブを形成する。 （１）シリコン基板の溝部の形成 基板の面方位（１００）、厚さ２２０μｍと薄い厚さの
第１のシリコン基板１１０−３に、異方性エッチングも
しくは放電加工を用いて開口１５０−１を形成する（図
１０、ａ，ｂ）。なお、異方性エッチングに用いるエッ
チャントは４０％水酸化カリウムであり、その溶液の温
度は７０℃である。次に、第２のシリコン基板１１０−
４面上に第１の犠牲層であるホトレジスト１３１−１を
スピン塗布し（図１０、ｉ）、ホトレジスト１３１−１
上に、開口１５０−１を有するシリコン基板１１０−３
をのせ、二枚のシリコン基板１１０−３、１１０−４を
アライメントして、仮接着する（図１０、ｃ）。このよ
うに二枚のシリコン基板１１０−３と１１０−４とを用
いることにより、図９に示した実施例１の図９のｂと同
様な構造体ｃをえる。なお、シリコン基板１１０−３の
厚さ２２０μｍが、バルブのストロークに相当するの
で、大きなストロークを有するバルブが構成できる。

【００４２】（２）犠牲層の作成 （１）で製作した深さ２２０μｍの溝部を有する構造体
ｃ上に、ホトレジスト１３０−２をスピン塗布する（図
１０、ｄ）。ホトレジスト１３０−２の粘度とスピンナ
ーの回転数は、溝部の壁斜面にレジストが滑らかに塗布
されるような条件下で行う。次に、露光、現像を行い、
ホトレジストのパターニングを行う。この作業により、
シリコン基板の溝部にのみ、ホトレジスト１３０−２が
残る。このホトレジストが第２の犠牲層となる（図１
０、ｄ）。

【００４３】（３）屈曲面をもつフィルムの作成 （２）で製作したホトレジストパターニング後の２枚の
シリコン基板上に、厚さ約数μｍのアルミニウム、ニッ
ケル等の金属薄膜１４０を蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の
方法で形成する。その後、ホトリソグラフを用いて、金
属薄膜１４０をパターニングする（図１０、ｅ）。

【００４４】次に、２枚のシリコン基板１１０−３、１
１０−４をホトレジスト剥離溶液中に浸すと、金属薄膜
下のホトレジスト１３０−２と、シリコン基板１１０−
３とシリコン基板１１０−４の間にあるホトレジスト１
３１−１のみが選択的にエッチングされ、２枚のシリコ
ン基板は分離し、金属薄膜１４０は両端部のみがシリコ
ン基板１１０−３に保持されたようなブリッジ構造とな
る（図１０、ｆ）。なお、シリコン基板１１０−４に犠
牲層を溶かす溶液が容易に侵入できるような図示してい
ないチャネルを形成しておくと、犠牲層を均一に、しか
も早く溶解させることができる。

【００４５】（４）バルブの組立て （３）で製作したシリコン基板１１０−３（ホール部に
金属薄膜がブリッジ状に形成されている）に、開口部１
２５と、電極パターン１２１上に絶縁層１２２を有する
２つのシリコン基板１１０−５と１１０−６をアライメ
ントして接合することにより、屈曲面を持つフィルムを
もつバルブができる（図１０、ｇ，ｊ，ｋ，ｈ）。シリ
コン基板１１０−６は、ホールの深さ（シリコン基板１
１０−３の厚さ）１５０−１と等しい高さ２２０μｍの
凸部１８０−２を有する。

【００４６】図１１は、本発明によるバルブの製作方法
の第３の実施例の製造工程を示す。図１１に示したマイ
クロバルブの製作方法は、図１０の実施例と同様に、２
枚のシリコン基板を用いてＳ字形状フィルムを製作して
いるが、開口１５０−１を有するシリコン基板１１０−
３と、犠牲層であるホトレジストを表面に有するシリコ
ン基板１１０−４とを一時的に、接着する際、シリコン
基板１１０−３の面が、図１１、ｂに示すように、図１
０、ｂとは逆になるようにして、バルブを製作する。こ
の方法は、第２の実施例に比べ、２枚のシリコン基板を
接着した後、犠牲層であるホトレジスト１３０−３を溝
部に形成するプロセスに工夫を要するが（図１１、
ｄ）、溝部に形成したフィルム１４０下のホトレジスト
を剥離した後、フィルム両端部のみがシリコン基板に保
持されたシリコン基板を溶液から取り出す際に、フィル
ム１４０がホール斜面に密着しにくいという効果があ
り、フィルム両端部のみがシリコン基板に保持された構
造（図１１、ｆ）を容易に製作することが可能である。

【００４７】図１２は、本発明によるバルブの製作方法
の第３の実施例の製造工程を示す。第２及び第３の実施
例で述べたマイクロバルブ製作方法では、バルブのスト
ロークは、開口１５０−１を有するシリコン基板１１０
−３の厚さに相当することから、使用するシリコン基板
１１０−３の厚さにより、バルブのストロークは一義的
に決定してしまうという不便さがある。図１２に示すバ
ルブの製作方法は、第２及び第３の実施例で示したプロ
セスに数回のパターニング、エッチング等のプロセスを
加えて、マイクロバルブのストロークを任意に設定でき
るようにしたものである。以下にこの製作方法の詳細を
述べる。

【００４８】（１）シリコン基板の溝部の形成 厚さ３９０μｍのシリコン基板１１０−７の裏面に、異
方性エッチング法で、数十μｍの段差部１２０−２を形
成する（図１２、ｂ）。次に、再度、異方性エッチング
もしくは放電加工等を用いて、段差部の一部に開口１５
０−２を形成する（図１２、ｃ）。異方性エッチングに
用いたエッチャントは４０％水酸化カリウムであり、そ
の溶液の温度は７０℃である。シリコン基板１１０−７
面の面方位は（１００）であり、ホール斜面の面方位は
（１１１）である。

【００４９】次に、シリコン基板１１０−７の裏面の段
差量１２０−２と等しい高さ凸部１９０を有するシリコ
ン基板１１０−８の表面に、第１の犠牲層の役を担うホ
トレジスト１３１−２をスピン塗布し（図１２、ｉ）、
ホトレジスト１３１−２上に、開口を有するシリコン基
板１１０−７をのせ、２枚のシリコン基板をアライメン
トして、仮接着する（図１２、ｃ）。このように２枚の
シリコン基板１１０−７、１１０−８を用いることによ
り、製造方法実施例１の製造方法（図９）の時と同様な
溝部を形成する。この場合、バルブのストロークは、シ
リコン基板１１０−７の厚さから最初に行なった裏面の
段差量１２０−２を差し引いた値になる。従って、裏面
のエッチング量を任意にコントロールすることにより、
バルブのストロークを任意に設定することができる。例
えば、段差量を９０μｍにすれば、ストロークは３００
μｍに、段差量を１４０μｍにすれば、ストロークは２
５０μｍになる。

【００５０】（２）犠牲層の作成 （１）で製作した深さ３００μｍの溝部１５０−２を有
する２枚のシリコン基板１１０−７、１１０−８上に、
ホトレジスト１３０−３（第２の犠牲層）をスピン塗布
する（図１２、ｄ）。ホトレジストの粘度とスピンナー
の回転数は、溝部の斜面にレジストが滑らかに塗布され
るような条件下で行う。次に、露光、現像を行い、ホト
レジストのパターニングをする。この作業により、シリ
コン基板の溝部にのみ、ホトレジスト１３０−３が残
る。このホトレジストが犠牲層の役目をする。

【００５１】（３）屈曲面をもつフィルムの作成 （２）で製作したホトレジストパターニング後の２枚の
シリコン基板１１０−７、１１０−８上に、厚さ約数μ
ｍのアルミニウム、ニッケル等の金属薄膜１４０を蒸
着、スパッタ、ＣＶＤ等の方法で形成する。その後、ホ
トリソグラフを用いて、金属薄膜１４０をパターニング
する（図１２、ｅ）。次に、２枚のシリコン基板１１０
−７、１１０−８をホトレジスト剥離溶液中に浸すと、
金属薄膜１４０下のホトレジスト１３０−３と、シリコ
ン基板１１０−７とシリコン基板１１０−８の間にある
ホトレジスト１３１−２のみが選択的にエッチングさ
れ、２枚のシリコン基板は分離し、金属薄膜は両端部の
みがシリコン基板１１０−７に保持されたようなブリッ
ジ構造となる（図１２、ｆ）。なお、シリコン基板１１
０−８に犠牲層を溶かす溶液が容易に侵入できるような
図示していない複数のチャネルを形成しておくと、犠牲
層を均一に、しかも短時間で溶解させることができる。

【００５２】（４）バルブの組立て （３）で製作したシリコン基板１１０−７（開口部に金
属薄膜がブリッジ状に形成されている）に、開口部と、
凸部１９０表面部に絶縁層で覆われた電極パターンを有
するシリコン基板１１０−９と、開口部と、絶縁層で覆
われた電極パターンと凸部１８０−４とを有するシリコ
ン基板１１０−１０とを接合することにより、屈曲面を
持つフィルムをもつバルブができる（図１２、ｆ，ｊ，
ｇ，ｈ，ｋ）。なお、シリコン基板１１０−１０の凸部
１８０−４の高さはバルブのストロークと等しい。図で
は、簡単のため絶縁層で覆われた電極パターン及び開口
部は省いている。

【００５３】図１３は、本発明によるバルブの製作方法
の第５の実施例の製造工程を示す。 （１）シリコン基板の溝部の形成 厚さ３９０μｍのシリコン基板１１０−１１に異方性エ
ッチングで数十μｍ程度の溝部１２０−３を形成する。
なお、異方性エッチングに用いたエッチャントは４０％
水酸化カリウムであり、その溶液の温度は７０℃であ
る。

【００５４】（２）電極パターン及び流体用開口部の作
成 （１）で形成した溝部１２０−３に、開口部１２５と、
アルミニウム電極パターン１２１をホトリソグラフ、エ
ッチング法等により作成し、電極パターン１２１上に、
厚さ数μｍ以下のシリコン酸化膜、もしくはシリコン窒
化膜の絶縁層１２２をスパッタ、ＣＶＤ等で形成する
（図１３、ｂ）。

【００５５】（３）犠牲層の作成 （２）で製作した数十μｍ程度の溝部に電極パターン１
２１と絶縁層１２２を有するシリコン基板１１０−１１
上に、第１の犠牲層１６０−１としてアルミニウムを形
成する。第２の犠牲層１６１−１として、ポリシリコン
などをアルミニウム（第１の犠牲層）上に形成し、基板
を平坦化する（図１３、ｃ）。基板上にレジストを塗布
し、ホトリソグラフィーを用いてレジスト１６２のパタ
ーニングを行なう（図１３、ｄ）。ドライエッチングも
しくはイオンミリング加工（イオンビーム加工）を用い
て第２の犠牲層１６１−１を加工する（図１３、ｅ）。
この場合、基板上の加工方向は、基板とイオンビームと
の角度を変えることにより、任意の角度にすることがで
きる。なお、第２の犠牲層１６１−１と第１の犠牲層１
６０−１との加工速度の選択比が大きいため、加工は第
２の犠牲層１６１−１が加工し終わった時点で停止する
（図１３、ｅ）。次に、基板表面上のレジストを除去す
る。なお、レジストがこの後の工程で作製する金属フィ
ルム１４０の機械的及び電気的特性に影響を与えない場
合には、除去しなくてもよい。

【００５６】（４）屈曲面を持つフィルムの作成 （３）で製作した犠牲層加工後のシリコン基板１１０−
１１上に、厚さ約数μｍのニッケル等の金属薄膜１４０
を蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の方法で形成する。なお、
ＣＶＤで薄膜を形成した場合は、犠牲層の段差部にも金
属膜を均一に形成することができる。その後、ホトリソ
グラフを用いて、金属薄膜１４０をパターニングする
（図１３、ｆ）。

【００５７】次に、シリコン基板１１０−１１を、犠牲
層を選択的に溶解する溶液中に浸すと、金属薄膜下の犠
牲層１６０−１及び犠牲層１６１−１のみが選択的にエ
ッチングされ、金属薄膜１４０は、両端部のみがシリコ
ン基板に保持されたようなブリッジ状構造となる（図１
３、ｇ）。

【００５８】（５）バルブの組立て （４）で製作したシリコン基板１１０−１１（溝部に金
属薄膜がブリッジ状に形成されている）に、開口部１２
５と、電極パターン１２１上に絶縁層１２２を有する他
のシリコン基板１１０−１２をアライメントして接合す
ることにより、Ｓ字形状のフィルム型静電バルブができ
る（図１３、ｈ，ｉ，ｊ）。この方法は、接合すると
き、金属膜の段差形状部をシリコン基板１１０−１２の
凸部１８０−５で押しつけることにより、金属薄膜１４
０の平坦を有する部分のみを用いて、フィルムの可動部
を形成している。従って、この方法で製作したバルブの
フィルムの可動部分の内部応力は均一であり、図９〜図
１２で示した実施例に比べてフィルム１４０がスムーズ
に移動する利点がある。

【００５９】シリコン基板１１０−１２は、（４）で製
作したシルコン基板の溝部１２０−３の深さと等しい高
さの凸部１８０−５を有する。接合には、１００〜３０
０℃の高温下でも接着性を有するポリイミド樹脂、もし
くは、比較的低温（３００〜４００℃）で接合すること
が可能な鉛ガラスを用いる。図１３の製造方法では、１
枚のシリコン基板内に溝部を形成し、その溝部を利用し
てフィルム構造体を形成したが、図１３の方法の場合で
も、バルブのストロークを変えたい時及び基板へのフィ
ルム付着が問題になるときなどには、図１０から図１２
に示した第２〜４の実施例を適用すればよい。

【００６０】図１４は、本発明によるバルブの製作方法
の第６の実施例の製造工程を示す。本実施例は、製造方
法の第２の実施例と第５の実施例を組み合わせた方法で
あり、第２の実施例と第５の実施例と同一構成部分には
同一の番号をつけて詳細な説明を省く。なお、図１４に
は犠牲層を溶解し易いようにする複数のチャネル１００
が設けられている。

【００６１】以上述べたように本実施例では、犠牲層と
してホトレジストを用い、この犠牲層をシリコン基板の
溝部に塗布することによりフィルム構造の原形を得た。
なお、犠牲層は、選択的にエッチングされればよいこと
から、上述のホトレジスト、アルミニウム、ポリシリコ
ン以外に、バルブ構造物に対して選択的にエッチングさ
れる物を用いることができる。また、フィルム構造体を
形成するために、シリコン基板の溝部とドライエッチン
グ及びイオンビーム加工（イオンミリング）の２つを組
み合わせてもフィルム構造体を形成することが可能であ
る。

【００６２】図１５は、上記バルブを使用した本発明に
よる半導体装置の製造装置の１実施例の構成を示す断面
図である。試料基板２０に超格子（厚さが原子層オーダ
の厚さの膜を積層した人工的に制御された構造の結晶材
料）を成長させるため、真空チャンバ（即ち半導体薄膜
成長室）１８の内部に２つのガスバルブ２１−１及び２
１−２が設置されている。また真空チャンバ１８の内部
には試料台１９上に、超格子を生成すべき料基板（ウエ
ハ）２０が設置されている。本実施例では、複数のガス
種を交互にチャンバ１８内に導入して基板２０上に超格
子を成長させるので、それぞれのガス種に対応して複数
のガスバルブが設置されているが、図面の煩雑さを防ぐ
ため、図には二つのガスバルブ２１−１及び２１−２の
み示しいる。

【００６３】ガスバルブ２１−１及び２１−２に外部か
ら連結されているのものはガスの供給チュ−ブ２２−
１、２２−２、エグゾ−ストガスの排出用チュ−ブ２３
−１、２３−２、バルブ開閉のための電圧を加える３本
の導線（図には示さず）、バルブ全体を加熱して反応ガ
スの析出を防ぐためのヒ−タ２４−１、２４−２に連結
した導線（図には示さず）等である。これらは、いずれ
も真空チャンバ１８の壁面に脱着可能なフランジ２７−
１、２７−２を介してチャンバ１８内に導入される。

【００６４】本実施例の半導体装置の製造装置によれ
ば、真空チャンバ１８内に複数のバルブ２１を導入でき
たので、従来のガスバルブと真空チャンバの間を長大な
管路で接続している装置に比べて、試料基板２０上での
エピタキシ成長に寄与しない余分なガスの真空チャンバ
１８内への放出が低減され、ガスの敏速な切り替えが実
現される。特に、ガス供給時における、流路のガス流は
一定であり、ガスバルブ２１−１及び２１−２内の金属
フィルム１によってガスバルブの出口ポート１３と排気
ポート１４の切り替え制御が行われるため、ガス流の乱
れが起こり難く、かつ速やかなガスの切り替えが行われ
る。この結果、超格子の様な極めて薄い層の原子配列を
精密に制御することが可能になり、半導体薄膜の成長に
要する時間も短縮される。

【００６５】図１６は、２つのガス種ＡとＢを交互に供
給してエピタキシアル成長を行う場合に、図２３に示す
ような従来の装置で制御した試料基板２７表面付近のガ
ス種Ａ及びＢの圧力の時間的な変化を示した。又図１７
が図１５に示す本発明の本実施例によるエピタキシアル
装置で制御した試料基板２０表面付近のガス種Ａ及びＢ
のガス圧力の時間的な変化を示した。図１６及び図１７
との比較から明らかなように本実施例によれば、ガスＡ
及びＢそれぞれのガスの切り替えに伴う過渡的な圧力変
化に要する時間が短縮され、基板表面におけるガス圧の
制御性が格段に向上する。

【００６６】本実施例に使用するガスバルブ２１−１及
び２１−２は、原理上、ガスの出口ポートを一つのガス
バルブに多数個配列することができる。このことは、次
にのべる二つの効果がある。その第一は、エピタキシ成
長を行う試料基板２０と近接して設置したガスバルブ２
１から、試料基板２０の表面に均一にガス分子を供給す
ることができることである。単一の開口からガスを噴出
して基板表面に均一にガスを供給する場合には、開口と
基板との距離を十分にとる必要がある。その場合は、真
空チャンバ内に成長に寄与しない余分なガスを放出する
ことになるから制御性の低下は逃れられない。本実施例
では、成長に寄与しない余分なガスの放出を低減し、ガ
スの急峻な切り替え特性を実現した。第２の効果は、一
つのガスバルブ２１で、ガスの流量を可変することがで
きる点である。

【００６７】図１８は、本発明によるガスバルブの他の
実施例の断面図を示す。本実施例はガスバルブで、ガス
の流量を可変するものである。上部電極板３７−１及び
下部電極板３７−２をそれぞれ複数の電極に分割し、そ
の一部、または全部に電源３８からの電圧を選択的に加
えることによって、バルブの開閉を一部、または全部に
限定することができる。図１８では、図面の煩雑さを防
ぐため、下部電極３７−２の配線形態のみを示した。電
源３８からの電圧は分割された下部電極３７−２に対応
して設けられたスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３……Ｓ７を介
して各電極に加えられる。上部電極３７−１について
も、下部と同様の配線が行われる。これによって、上部
及び下部電極のそれぞれ限定した領域に静電力を働かせ
ることができるから、複数の出口ポ−ト３３の一部だけ
を選択してガス３５の流量を可変とすることができる。
本実施例は、複数個のポートを順次、開閉することによ
り、流量を離散的に制御する。また、この出口ポートを
マトリクス状に配置した構造にすることにより、取り扱
う流量の調整範囲を拡大することができる。なお、バル
ブの使用条件により、フィルム１の曲面形状は決定され
る。この際、曲面の形状の違い以外は、機構や材料、駆
動、制御方法等に関して共通に応用できる。

【００６８】図１９は、本発明による半導体装置の製造
装置の他の実施例の構造を示す断面図である。本実施例
では、異種のガスの切り替えを一層高速に行うため、第
一の真空チャンバ４１の中に第二の真空チャンバ４２を
形成し、真空チャンバ４２にエキタキシャル層を成長す
べき試料基板４８を設置する。バルブ４３及び４４は第
二の真空チャンバ４２の壁面に設置されており、これら
を通じてガスが交互に導入され、真空チャンバ４２内の
ガスは排気管４５から直接装置外に排気される。ガスが
一方のバルブ４３から放出されている間は第二のチャン
バ４２内は、例えばガス圧が１０のマイナス３乗ｔｏｒ
ｒとなるが、第一のチャンバ４１内の圧力は終始１０の
マイナス９乗ｔｏｒｒ以下の超高真空に保たれるよう主
排気装置４６が働いている。ガス種を切り替える際に
は、フィルム型バルブ４３が閉じるとともに、第一と第
二のチャンバ４１、４２を連結するフィルム型バルブ４
７が大きく開口して第二のチャンバ４２内のガスを急速
に排出する。その後、直ちにバルブ４７を閉じてバルブ
４４を開ければ、新しいガスが第二のチャンバ４２内に
充満して、更に次のエピタキシアル層が基板４８上に成
長する。この操作を繰り返すことによって、基板面上付
近での高速な給気、排気が可能になる。なお、バルブ４
３及び４４内の不要なガスはそれぞれの排気ポートに接
続された排気チューブ４９及び５０で排気される。

【００６９】図２０（ａ）及び（ｂ）は、半導体装置の
製造装置の更に他の実施例の主要構成図である。本装置
の主要部は、薄膜成長室２０１と、バルブ設置室２０４
と、試料基板２４０と、マイクロバルブ２０３からな
る。薄膜成長室２０１とバルブ設置室２０４が、ゲート
弁２１０で仕切られている。薄膜成長室２０１に導入す
るガスを切り替えるマイクロバルブ２０３は、まずバル
ブ設置室２０４内で配管の先端部に取り付けられ、成長
室２０１と同程度の真空状態でベークされる（図２０
（ａ））。その後、成長室２０１と設置室２０４を隔離
しているゲート弁２１０を開き、マイクロバルブ２０３
を、薄膜成長室２０１内に搬送する（図２０（ｂ））。
本実施例は、室２０１と独立なバルブ設置室２０４内で
バルブ２０３を取付け若しくは取外すので、室２０１を
超高真空に保持した状態でバルブ２０３の取付け、取外
しができる。本実施例の半導体製造装置も、前記実施例
の発明と同様に、試料基板２４０に近接した所で、ガス
の切り替えを行なうために、従来、問題となっていた配
管部でのデッドスペースを大幅に減少することができ、
この結果、成長室２０１内に導入するガスの供給及び遮
断を急速に行うことが可能となり、半導体薄膜の結晶性
を精密に制御することができる。更に、ガスを遮断した
後、１秒以内に、薄膜成長室内の圧力を排気２２１で超
高真空状態に戻すことができる。

【００７０】また、図１５及び図１９の実施例では、バ
ルブが成長室壁に設置されていることから、バルブを取
付け、取り外す時には、一度、成長室の真空を破り、そ
の後再び、成長室内を高真空にする必要があり、このた
め、バルブの保守、交換に、２、３日、要した。これに
対し、図２０の実施例はバルブ設置室２０４を設置した
ことにより、バルブの取付けが容易であり、それに要す
る時間は著しく減少する。本構造の半導体装置の製造装
置は、マイクロバルブの搬送棒を用いることにより、マ
イクロバルブ２０３と基板２４０との距離を任意に設定
することができる。これにより異なるガス種、成長室内
の圧力に応じて、マイクロバルブ２０３と試料基板２４
０との距離を制御することが可能になり、常に、均一な
薄膜を基板に形成することが可能になる。なお、図１
５、１９及び２０のいずれの実施例においても、真空チ
ャンバに導入するガスの種類によっては、原料を室温よ
り加熱してガスの分圧を高めて真空チャンバの中に導入
することが行われる。このような場合管路の一部分が低
温になっていると、その部分にガスの固体化により析出
物が生じて、装置の動作に支障を来すことがある。これ
を防ぐため、ガスバルブの機構全体を加熱する目的で、
バルブの一部にヒ−タを設置している。これは、外部か
らの通電によって、加熱される。この機構により微細な
ノズルの孔が詰ったり、フィルムの表面に付着物が生成
することがなくなる。

【００７１】上記バルブの実施例では、電極板にシリコ
ン単結晶もしくは金属薄膜を用いたが、他の材料例えば
誘電率の高い誘電体、例えば、ＳｉＣ等のセラミクスを
使うことができる。この場合には、フィルムと接触する
表面に絶縁処理を施す必要がないが、一方で、フィルム
と電極との間に電流が流れてジュ−ル熱による発熱があ
る。この熱を使ってバルブ構造体全体を加熱し、反応ガ
スの流路への析出を防ぐこともできる。

【００７２】図２１及び図２２は、それぞれ本発明の駆
動機構であるバルブを使用したをマイクロポンプの構成
図及びその動作を説明する動作原理を示す図である。図
２１に示したポンプは、同一の動作原理で駆動するバル
ブ５０１とポンプ駆動部５０２を積層した構造である。
なお、バルブとポンプ駆動部は電気信号により独立に動
作する。バルブ５０１は、流体を供給する配管と排気用
の配管が設けられた三方弁である。ただし、図面の煩雑
さを防ぐために、配管は図示していない。

【００７３】バルブ５０１はバルブの弁体の役をなす屈
曲可能な金属フィルム５０３−１、表面に絶縁膜５０４
を形成した一対の平板電極５０５−１、５０５−２から
構成される。一対の平板電極５０５−１、５０５−２の
一部には、流体の出口ポート５０６−２と、排気側のポ
ート５０６−１がそれぞれ設けてある。流体の供給は排
気ポート５０６−１がある平板電極の一部に形成された
図示していない供給ポートから行なわれる。本実施例に
おいて、金属フィルム５０３−１は、厚さ５μｍのステ
ンレスを用いた。平板電極５０５の材質は、不純物をド
ープして抵抗率を低くした単結晶シリコンウェハもしく
は単結晶シリコンウエハ上に形成した金属薄膜である。
金属フィルム５０３−１と平板電極５０５−１、５０５
−２とを絶縁するために、金属フィルム５０３と接する
平板電極の表面には、厚さ０．５〜２．５μｍのシリコ
ン酸化膜が形成されている。なお、上記の絶縁層プレー
トの代わりに、ＳｉＣプレートを用いてもよい。

【００７４】バルブ５０１は、フィルム５０３と上部又
は下部の電極５０５との間に印加する５０〜３００Ｖの
電圧を切り替えることにより、ガスを出口５０６−２側
または排気５０６−１側に切り替えることができる。バ
ルブを交流電圧で駆動すると、弁体の役目をするフィル
ム５０３−１が上下に振動する。上記のバルブ５０１を
用いて、バルブ５０１上に積層してあるポンプ駆動部５
０２内に流体を導入する。なお、流体をポンプ駆動部５
０２内に導入する必要がない場合は、このバルブ５０１
を切り替えることにより、流体を排気する。上記のバル
ブ５０１に積層してあるポンプ駆動部５０２は、バルブ
５０１と同様に静電力で駆動する。ポンプ駆動部の構造
は、上記のバルブと以下の事柄が異なっている。

【００７５】フィルム５０３−２の幅 ポンプ駆動部５０２の場合、フィルム５０３−２の移動
で流体を排出するため、フィルム５０３−２は、フィル
ムの側面が駆動部構造体の側壁に近接する程度の幅を有
している。なお、フィルムとポンプ駆動部の側壁面との
隙間１００μｍは、フィルムの幅１０ｍｍに対して十分
小さいため、フィルムが移動するときに、この隙間を通
る流体の量はほとんど無視できる。 フィルム５０３−２の形状 図２１に示したポンプ駆動部５０２は、フィルム５０３
−２の一部に形成したホール５０７−１より流体を導入
している。このホール部分５０７−１のフィルムは、フ
ィルム下にある絶縁層５０４に固定されており、静電力
によるフィルムの移動はホールの左側のみで行なわれ
る。

【００７６】次に、図２２を用いてポンプの動作を説明
する。図２２は、静電駆動型のポンプ駆動部５０２の上
下に、流体が逆流するのを防ぐ一方向弁５０８と、ポン
プ駆動部５０２に流体を導入する切り替え弁５０１とを
積層した構造である。なお、図２２には、静電駆動型ポ
ンプ駆動部５０２の下側（流体をポンプに供給する側）
に、ポンプ駆動部と同様の動作原理で駆動する静電駆動
型バルブ５０１を用い、ポンプ駆動部５０２の上側（流
体がポンプから排出される側）に、一方向弁５０８を用
いた場合を示した。以下に、ポンプの動作手順を示す。

【００７７】（１）ポンプ駆動部への流体の導入 バルブ５０１の下部電極５０５−２とフィルム５０３−
１との間に電圧を印加して、フィルム５０３−１のＳ字
形状部を左方向に移動させる。これによりバルブ５０１
の出口ポート５０６−２は開かれ、排気側のポート５０
６−１は閉じられる。従って、バルブ５０１に供給され
ている流体は、出口側のポート５０６−２を通り、ポン
プ駆動部５０２内の部屋５０９−１に導入される。バル
ブ５０１に流体を供給するポートは、図面の煩雑さを防
ぐために図示されていない。ポンプ駆動部５０２内への
流体の導入は、ポンプ駆動部に設けられた供給用ポート
５０６−４とフィルム５０３−２の一部に形成したホー
ル５０７を用いて行われる。この時、ポンプ駆動部５０
２のフィルム５０３−２は出口ポート５０６−３を塞い
でいる（図２２−ａ）。次に、ポンプ駆動部５０２の下
部電極５０５−４とフィルム５０３−２との間に電圧を
印加して、フィルム５０３−２を左方向に移動させる
（図２２−ｂ）。

【００７８】（２）ポンプ駆動部からの流体の排出 バルブ５０１の上部電極５０５−１とフィルム５０３−
１との間に電圧を印加して、フィルム５０３−１を右方
向に移動させる。これにより、バルブ５０１の出口側の
ポート５０６−２は閉じられ、排気側のポート５０６−
１は開かれる。従って、バルブ５０１に供給されている
流体は、排気側のポート５０６−１へ流れる（図２２−
ｃ）。次に、ポンプ駆動部５０２の上部電極５０５−３
とフィルム５０３−２との間に電圧を印加して、フィル
ム５０３−２を右方向に移動させる。これにより、ポン
プ駆動部内の部屋５０９−１に満たされた流体は上部の
一方向弁５０８を通して排出される（図２２−ｄ）。

【００７９】上記のポンプの動作手順において、ポンプ
駆動部５０２の部屋５０９−２が密閉されている場合、
ポンプ駆動部のフィルム５０３−２の移動に伴い、ポン
プ駆動部内の部屋５０９−２の圧力が変化するため、フ
ィルムには静電力の他に部屋５０９−１と部屋５０９−
２との圧力差による負荷が働く。従って、静電力でフィ
ルム５０３−２を端から端まで移動させるには、静電力
がこの圧力差により生じる負荷より大きい必要がある。
このポンプで大量の流体を扱うとき、ポンプ駆動部内の
部屋５０９−２の圧力変化が大きくなるため、部屋５０
９−１と部屋５０９−２との圧力差が大きくなり、その
結果、静電力でフィルム５０３−２を駆動することが困
難になる。

【００８０】この問題は、ポンプ内の部屋５０９−１と
部屋５０９−２とで圧力差が生じないように、ポンプ駆
動部内の部屋５０９−２と、バルブ供給ポートに接続さ
れている図示していないガス源とを連結するチャネルを
ポンプ内を設けることにより解決できる。チャネルを設
けることにより、ポンプ駆動部５０２のフィルム５０３
−２が移動した場合でも、ポンプ内の部屋５０９−２の
圧力は、常に、ガス源のガス圧（ポンプ内の部屋５０９
−１の圧力）と同一になるため、フィルム５０３−２を
静電力で容易に移動させることができる。

【００８１】図２１に示した構造では、ポンプ駆動部５
０２から排出される流体を必要に応じて、ポンプ駆動部
下にあるバルブ５０１の切り替え動作によって、ポンプ
駆動部５０２内に導入し、ポンプ駆動部５０２から排出
している。この構造では、ポンプ駆動部５０２から排出
される流体の切り替えが、ポンプ駆動部下に積層された
バルブ５０１により行なわれているため、デッドスペー
スが小さく、ポンプから流体を高速に排出することがで
きる。更に、このような構造を集積化した場合（集積化
ポンプ駆動部と集積化バルブの積層構造）、集積化バル
ブに様々な流体を供給する配管が接合されており、電気
的に独立に集積化バルブを駆動することで、集積化ポン
プ駆動部内に導入する流体を選択し、かつ、電気的に独
立に各ポンプ駆動部を動作させることで、各ポンプ駆動
部出力ポートの任意の位置から流体を排出することがで
きる。

【００８２】図２１ではポンプ駆動部の上下に設ける流
体の逆流を防ぐ弁として静電駆動バルブと、一方向弁を
積層した場合を示したが、ポンプ駆動部と同一の動作原
理で動作する静電駆動バルブをポンプ駆動部の上下に配
置することも可能である。また、上記と同一構造のバル
ブ及びポンプ駆動部を、更に、積層することにより流体
を、逐次、送ることができる。なお、上記の構造のバル
ブ、ポンプを半導体微細加工技術を用いて、大きさ数ｍ
ｍ立方以下にし、それを多段に積層することにより、電
気信号により微小な流量を送ることができる。なお、上
記のバルブ５０１とポンプ駆動部５０２はほぼ同一の構
造であることから、同一基板上に、集積することもでき
る。この場合、一つの基板にバルブ、ポンプ駆動部等の
流体素子を集積した集積化流体制御システムになる。

【００８３】

【発明の効果】本発明による静電力を用いたバルブ或は
電磁力を用いたバルブを用いれば、フィルム支持構造体
の高さを変えるだけで、弁体の役をするフィルムの上側
および下側に形成した駆動源にはさまれた流路の間隔を
任意に設定することができるので、所望の流量に適した
バルブの提供が可能である。特に圧力の低い状態で用い
る希薄気体の流量制御用のバルブに適している。また、
バルブの開閉には、フィルム自体による復帰力は関与し
ていないので、静電引力もしくは、電磁力による弁体の
高速な開閉操作が可能となる。また、フィルム状の弁体
はミクロンオーダの大きさの粒子等を覆い隠す機能があ
るので、弁体と弁座との間に塵埃等が存在しても流路開
口部を封じる効果が損なわれず、流体の漏れを極めて小
さくしたバルブとしても効果がある。また、構造上小型
化が容易であるので、小さい面積内にマトリクス状に流
路開口部を配置して、希薄流体を一様に拡散するように
制御するバルブや、離散的に流量を制御するバルブがで
きる。

【００８４】上記バルブを真空チャンバ内に設けた本発
明のエピタキシ装置では、真空チャンバ内において、ガ
ス流の乱れを起こすこと無く、異種のガスの急峻な切り
替え特性が実現した結果、成長する超格子の原子配列を
精密に制御することが可能になる。また異種のガスを真
空チャンバ内に交互に導入する際の、過渡的な切り替え
時間が短縮されて、半導体膜の成長に要する時間が短縮
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバルブ要部のアクチュエータの一
実施例の構成を示す斜視図である。

【図２】本発明によるバルブ要部のアクチュエータの一
実施例の構成を示す断面図である。

【図３】本発明によるバルブ要部のアクチュエータの他
の実施例の構成を示す斜視図である。

【図４】本発明によるバルブ要部のアクチュエータの更
に他の実施例の構成を示す断面図である。

【図５】本発明によるにバルブの一実施例の構造を示す
斜視図である。

【図６】図５のバルブ の動作説明のためのバルブの簡
略断面図である。

【図７】本発明によるバルブを集積化した集積化マイク
ロバルブの実施例の構成を示す部分断面を持つ斜視図及
び断面図である。

【図８】本発明による集積化マイクロバルブを積層した
積層型集積化マイクロバルブの実施例の構成を示す断面
図である。

【図９】本発明によるマイクロバルブ製作方法の第１の
実施例を示すプロセス図である。

【図１０】本発明によるマイクロバルブ製作方法の第２
の実施例を示すプロセス図である。

【図１１】本発明によるマイクロバルブ製作方法の第３
の実施例を示すプロセス図である。

【図１２】本発明によるマイクロバルブ製作方法の第４
の実施例をを示すプロセス図である。

【図１３】本発明によるマイクロバルブ製作方法の第５
の実施例を示すプロセス図である。

【図１４】本発明によるマイクロバルブ製作方法の第６
の実施例をを示すプロセス図である。

【図１５】本発明による半導体製造装置の１実施例の構
成を示す断面図である。

【図１６】従来の半導体装置の製造装置の動作説明のた
めのガス圧と時間の関係を示す図である。

【図１７】本発明による半導体装置の製造装置の実施例
の動作説明のためのガス圧と時間の関係を示す図であ
る。

【図１８】本発明によるバルブの他の実施例の断面図を
である。

【図１９】本発明による半導体装置の製造装置の他の実
施例を構成を示す断面図である。

【図２０】本発明による半導体装置の製造装置の第３の
実施例を構成する断面図である。

【図２１】本発明によるアクチュエータを利用したマイ
クロポンプの実施例の構成を示す斜視図である。

【図２２】本発明によるマイクロポンプの動作説明のた
めの簡略断面図である。

【図２３】従来の半導体装置の製造装置の構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１：フィルム ２：フィルム支持構
造体 ３：フィルム駆動源 ４、５：絶縁層 ７：フィルム ８：フィルム支持構
造体 ９：制御回路 １０：チューブ １１：側壁 １２、１２’：平板
電極 １３、１４：ポート １８：真空チャンバ １９：試料台 ２０：試料基板 ２１：バルブ ２４：ヒータ ２７：フランジ ３４、３５、３６：
ポート ３７：電極 ３８：電源 ４１、４２：真空チャンバ ４３、４４：バルブ ４８：試料基板 ４９：真空チャンバ ５１：配管 １１０：基板 １２０、１２１、１２２１２５、１３０、１４０、１３
０、１３１、１５０、１６０、１６１、１６２、１７０
、１８０、１９０、３０１。３０２、３０３：３１
１、３１２、３１３：バルブ ３２１、３２２、３２３：灰機チューブ、 ３３２、３３３：フィルム、 ３４２、３４３、３４４、３４５、３４６：電極３５
１、 ３５２、３５３：ポート ３５６、３５７、３５８：排気ポート ４１１、４１２、４１３：出口ポート ４３１、４３２、４３３：集積バルブ ４４８、４４１、４４２、４４３、４４６、４４７、４
４８：バルブ ４５１、４５２、４５３：供給ポート ４７０：ガスチャネル ５０１：バルブ ５０５：電極 ５０３：金属フィルム ５０４：絶縁膜 ５０５：電極 ５０６：ポート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 伸司 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 小出 晃 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 堀内 保明 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 宮田 敏光 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 藤崎 芳久 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を入れる容器と、上記容器内に両端
   が保持され、移動可能な変曲面を一つ以上有するフィル
   ムと、上記容器の壁に設けられた複数の開口部と、上記
   変曲面を移動することによって上記複数の開口部を上記
   フィルムで開閉するフィルム駆動手段とを有するバル
   ブ。
2. 【請求項２】 請求項１記載によるバルブであって、上
   記フィルムの材料の少なくとも一部が導電性を持ち、上
   記フィルム駆動手段が上記フィルム面の上側および下側
   の少なくとも一方の上記容器の壁に設置された１つ以上
   の電極と、上記電極と上記フィルム間に電圧を印加する
   手段と、上記電圧を制御する制御回路とからなることを
   特徴とするバルブ。
3. 【請求項３】 請求項２記載によるバルブであって、上
   記フィルムと電極のいずれか一方が絶縁体で被覆されて
   いることを特徴とするバルブ。
4. 【請求項４】 請求項２記載によるバルブであって、上
   記電極が、透光性を有する構造の電極であることを特徴
   とするバルブ。
5. 【請求項５】 請求項１記載によるバルブであって、上
   記フィルムの材料の少なくとも一部が磁性体であって、
   上記フィルム駆動手段が上記フィルム面の上側および下
   側の少なくとも一方の上記容器の壁に設置された１つ以
   上の電磁石と、上記電磁石に電流を印加する手段と、上
   記電流を制御する制御回路とからなることを特徴とする
   バルブ。
6. 【請求項６】 請求項１又は２記載によるバルブであっ
   て、更にガスバルブの温度を制御する温度制御手段を有
   することを特徴とするバルブ。
7. 【請求項７】 チャンバの中に半導体薄膜層を成長すべ
   きウエハを設置された試料台と、上記チャンバ内に反応
   ガスを一つないし複数のガス供給手段によって供給する
   ことにより上記ウエハ表面に半導体薄膜を形成する半導
   体製造装置において、上記ガス供給手段が、上記チャン
   バ内にガスを導く第１の流路と、上記流路先端に設けら
   れたガスバルブと、上記ガスバルブ内の不用なガスを上
   記真空チャンバ外に導く第２の流路とを持ち、上記ガス
   バルブは上記第１の流路よって供給されたガスのうち必
   要なガスを上記基板に向け放出する出口開口、上記不用
   なガスを上記第２の流路に放出する排気開口及び上記必
   要なガスと上記不用なガスとの割合を制御するガス量制
   御手段とをもつことを特徴とする半導体製造装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の半導体製造装置におい
   て、上記ガスバルブが流体を入れる容器と、上記容器内
   に移動可能な変曲面を一つ以上有するリボン状フィルム
   と、上記容器の壁に設けられたガスの流入又は流出ポー
   トとなる複数の開口部と、上記変曲面を移動することに
   よって上記複数の開口部を上記フィルムで開閉するフィ
   ルム駆動手段とを有することを特徴とする半導体製造装
   置。
9. 【請求項９】 請求項７又は８記載の半導体製造装置に
   おいて、上記ガスバルブが更にガスバルブの温度を制御
   する温度制御手段を有して構成されていることを特徴と
   する半導体製造装置。
10. 【請求項１０】 請求項８記載の半導体製造装置におい
    て、上記フィルムの材料の少なくとも一部が導電性を持
    ち、上記フィルム駆動手段が上記フィルム面の上側およ
    び下側の少なくとも一方の上記容器の壁に設置された１
    つ以上の電極と、上記電極と上記フィルム間に電圧を印
    加する手段と、上記電圧を制御する制御回路とからなる
    ことを特徴とする半導体製造装置。
11. 【請求項１１】 請求項８記載の半導体製造装置におい
    て、上記フィルムが磁性材料からなり、上記フィルム駆
    動手段が上記磁性フィルム面の上側および下側に配置し
    た磁気力発生手段とからなることを特徴とする半導体製
    造装置。
12. 【請求項１２】 請求項８記載の半導体製造装置におい
    て、上記ガスバルブが複数の出口開口が上記ウエハ表面
    に面するように配置されていることを特徴とする半導体
    製造装置。
13. 【請求項１３】 請求項８記載の半導体製造装置におい
    て、上記ガスバルブが上記真空チャンバの中にある半導
    体薄膜成長室の壁面に取り付けられていることを特徴と
    する半導体製造装置。
14. 【請求項１４】 第１のチャンバ内に配設された第２の
    チャンバと、第２のチャンバの中に半導体薄膜層を成長
    すべき基板を設置する試料台と、上記第２のチャンバ内
    に反応ガスを一つないし複数のガス供給手段によって供
    給することにより上記基板表面に半導体薄膜層を形成す
    る半導体製造装置で、上記ガス供給手段のそれぞれが上
    記第２のチャンバ内にガスを導く第１の流路と、上記流
    路先端に設けられたガスバルブと、上記ガスバルブ内の
    不用なガスを上記第２のチャンバ外に導く第２の流路と
    を持ち、上記ガスバルブは上記第１の流路よって供給さ
    れたガスのうち必要なガスを上記基板に向け放出する出
    口開口、不用なガスを上記第２の流路に放出する排気開
    口及び上記必要なガスと上記不用なガスとの割合を制御
    するガス量制御手段とをもち、上記第２のチャンバに、
    第１のチャンバと第２のチャンバの間のガスの流通を制
    御するバルブと、上記第２のチャンバ内のガスを上記第
    １のチャンバの外部に導くパイプを付加して構成された
    ことを特徴とする半導体製造装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の半導体製造装置であ
    って、上記ガスバルブが流体を入れる容器と、上記容器
    内に移動可能な変曲面を一つ以上有するリボン状フィル
    ムと、上記容器の壁に設けられたガスの流入又は流出ポ
    ートとなる複数の開口部と、上記変曲面を移動すること
    によって上記複数の開口部を上記フィルムで開閉するフ
    ィルム駆動手段とを有することを特徴とする半導体製造
    装置。
16. 【請求項１６】 複数のバルブが単一の構造体で構成さ
    れた集積化バルブであって、各々のバルブはガスを入れ
    る容器と、上記容器内に移動可能な変曲面を一つ以上有
    するフィルムと、上記容器の壁に設けられたガスの流入
    又は流出ポートとなる複数の開口部と、上記複数の開口
    部の１つに接続されたガス供給用チューブと、上記変曲
    面を電気信号によって移動し、上記複数の開口部を上記
    フィルムで開閉するフィルム駆動手段とを有することを
    特徴とする集積化バルブ。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の集積化バルブにおい
    て、上記各々のバルブの複数のフィルム駆動手段が独立
    的に選択されることを特徴とする集積化バルブ。
18. 【請求項１８】 請求項１６記載の集積化バルブにおい
    て、上記各々のバルブの複数の開口部の少なくとも１つ
    は出口側ポートであり、上記各々のバルブの出口側ポー
    トが上記構造体にマトリクス状に配置されていることを
    特徴とする集積化バルブ。
19. 【請求項１９】 請求項１６、１７又は１８記載の集積
    化バルブにおいて、上記フィルムが金属薄膜で、上記フ
    ィルム駆動手段が上記容器の壁内に設けられた電極及び
    上記フィルム間に制御電圧を加える電源を有して構成さ
    れたことを特徴とする集積化バルブ。
20. 【請求項２０】 請求項１９記載の集積化バルブにおい
    て、上記電極が上記容器を構成するシリコン基板上に形
    成された金属薄膜で構成され、上記金属薄膜上に絶縁膜
    が構成されたことを特徴とする集積化バルブ。
21. 【請求項２１】ａ．ガスを入れる容器と、上記容器内に
    移動可能な変曲面を一つ以上有するフィルムと、上記容
    器の壁に設けられた出口ポートと、ガス供給ポートと、
    排気ポートと、上記変曲面を電気信号によって移動し、
    上記複数の開口部を上記フィルムで開閉するフィルム駆
    動手段とをもつ複数のバルブが単一の構造体で構成され
    た第１の集積化バルブと、 ｂ．ガスを入れる容器と、上記容器内に移動可能な変曲
    面を一つ以上有するフィルムと、上記容器の壁に設けら
    れた出口ポートと、ガス供給ポートと、排気ポートと、
    上記変曲面を電気信号によって移動し、上記複数の開口
    部を上記フィルムで開閉するフィルム駆動手段とをもつ
    複数のバルブが単一の構造体で構成された第２の集積化
    バルブと、 ｃ．上記第１の集積化バルブの複数の出口ポートの少な
    くとも１つのからのガスを上記第２の集積化バルブの複
    数のガス供給ポートに導く第１のチャネルと、上記第２
    の集積化バルブの排気ポートからのガスをまとめて外部
    に排出する第２のチャネルとを持つ上記第１の集積化バ
    ルブ及び上記第２の集積化バルブを連結するガスチャネ
    ル構造体で構成されたことを特徴とする集積化バルブ。
22. 【請求項２２】 半導体薄膜成長室と、上記半導体薄膜
    成長室内に設けられた請求項１８ないし２１のいずれか
    に記載の集積化バルブと、上記集積化バルブのガスを供
    給する配管と、上記集積化バルブ内の不要なガスを排気
    する配管とを有して構成されたことを特徴とする半導体
    製造装置。
23. 【請求項２３】 請求項２２記載の半導体製造装置にお
    いて、上記半導体薄膜成長室が、独立に真空状態にする
    ことが出来、上記集積バルブが設置される第１の室と、
    半導体薄膜が成長される試料基板が設置される第２の室
    で構成され、上記第１の室と第２の室との間に、半導体
    薄膜成長が行われるとき、上記集積バルブの複数のガス
    出口ポートが上記第２の室に移動する手段を持つことを
    特徴とする半導体製造装置。
24. 【請求項２４】 容器の壁面に複数の開口部をもち、上
    記容器内に移動可能な変曲面を一つ以上有するフィルム
    を保持し、上記フィルムの変曲面を移動することによっ
    て上記複数の開口部を上記フィルムで開閉する電極を有
    するマイクロバルブの製作方法であって、 ａ．底に少なくとも１つの開口部及び上記電極を有し、
    かつ溝を有する第１の基板をつくる第１ステップ、 ｂ．上記溝の底部に可溶性の犠牲層を形成する第２ステ
    ップ、 ｃ．上記犠牲層上に導電性材料を積層した後、上記犠牲
    層を除去し、上記導電性材料の両端部が上記溝周辺の基
    板に保持され、上記導電性材料の支持間部分が上記溝の
    底部から分離された導電性のフィルム部材を形成する第
    ３ステップ、及び ｄ．上記フィルム部材に対して上記溝の底部と反対側
    に、絶縁層と電極及び上記開口部を有する第２の基板を
    上記第１の基板とともに容器を形成するようにアライメ
    ントし接合する第４ステップとをもつことを特徴とする
    バルブの製作方法。
25. 【請求項２５】 請求項２４記載のバルブの製作方法に
    おいて、上記第２ステップが、上記溝の底部の上記第１
    の犠牲層上に第２の犠牲層を形成するステップと、上記
    第２の犠牲層上にレジストを塗布し、上記レジストのパ
    ターニングを行うステップと、パターニングされたレジ
    ストを用い、上記第２の犠牲層の形状を加工した後、レ
    ジストを除くステップとをもつことを特徴とするマイク
    ロバルブの製作方法。
26. 【請求項２６】 請求項２４又は２５記載のバルブの製
    作方法において、上記第１、第２基板がシリコンである
    ことを特徴とするマイクロバルブの製作方法。
27. 【請求項２７】 容器の壁面に複数の開口部をもち、上
    記容器内に移動可能な変曲面を一つ以上有するフィルム
    を保持し、上記フィルムの変曲面を移動することによっ
    て上記複数の開口部を上記フィルムで開閉する電極を有
    するバルブの製作方法であって、 ａ．上記容器の内部となる開口を第１の基板につくる第
    １ステップ、 ｂ．第２の基板に第１の犠牲層を形成し、上記第１の犠
    牲層上に上記第１の基板をアラインする第２ステップ、 ｃ．第２ステップで得られた上記第１の犠牲層を底とす
    る溝の底部に第２の犠牲層を形成する第３ステップ、 ｄ．上記第２の犠牲層上に導電性材料を積層した後、上
    記第１及び第２犠牲層、上記第２の基板を除去し、上記
    導電性材料の両端部が上記ホール周辺の基板に保持され
    た、導電性のフィルムをもつ部材を形成する第４ステッ
    プ、 ｅ．上記電極及び少なくとも１つの開口部をもつ第３及
    び第４の基板を作る第５ステップ、 ｆ．上記第３及び第４の基板を上記導電性のフィルムを
    もつ部材の両側に固着する第６ステップとを有すること
    を特徴とするバルブの製作方法。
28. 【請求項２８】 請求項２７記載のバルブの製作方法に
    おいて、上記第２の基板の上下面間に複数の穴が形成さ
    れ、第１ステップで作る開口が上部の開口より下部の開
    口が大きく、第１の基板の厚さ方向に段差を持つように
    作り、第２ステップにおいて、上記第２の基板の表面が
    周辺部より高い部分を持ち、上記高い部分の形状は上記
    第１の基板の上部の開口より広く下部の開口より狭くす
    ることを特徴とするバルブの製作方法。
29. 【請求項２９】 請求項２７記載のバルブの製作方法に
    おいて、第２ステップにおいて上記第２の基板の上下面
    間に犠牲層の溶解液を通すための複数の穴が形成するこ
    とを特徴とするバルブの製作方法。
30. 【請求項３０】 請求項２７記載のバルブの製作方法に
    おいて、上記第１、第２、第３及び第４基板がシリコン
    であることを特徴とするバルブの製作方法。