JPH06295210A - 集積圧力／流れ調節装置 - Google Patents
集積圧力／流れ調節装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、高精度の圧力調整を行うことので
きる集積圧力／流れ調節装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明では、ダイアフラム６７４が出力ポー
ト６４８の圧力変化にしたがって撓むのを利用しコンデ
ンサプレート６６６と６６８を圧力変化にしたがって互
いに引き寄せたり遠ざけたりすることにより圧力調整を
行うようにしている。
きる集積圧力／流れ調節装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明では、ダイアフラム６７４が出力ポー
ト６４８の圧力変化にしたがって撓むのを利用しコンデ
ンサプレート６６６と６６８を圧力変化にしたがって互
いに引き寄せたり遠ざけたりすることにより圧力調整を
行うようにしている。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の分野）本発明は流体の流量の電子コントロール
の分野，特にガスまたは液体の流量がある種の制御ロジ
ックからの電子信号によりコントロールされる集積化さ
れた電気−流体−変換マイクロミニチュア弁の分野に関
するものである。 （従来の技術およびその問題点）多くの工業機器および
工業用または製造用施設は空圧等の流体圧を原動力とし
ている。空圧動力は機械を極めて効率的に作動し，かつ
アセンブリーライン作業用のロボット機械にしばしば用
いられる。これらのタイプの機械はコンピューターまた
は他のロジック回路によりしばしばコントロールされ
る。ロジック回路は実施すべき動作のシーケンスを決め
かつ計画通りに動作を実行するための電気信号を発信す
る。動作のシーケンスが空圧により駆動される機械の部
分の物理的な動作を含む時には，コントロールロジック
からの電気制御信号を機械の部分を駆動するための空圧
コントロール信号に変換することのできる弁または変換
装置の必要性が生まれる。かかる機械はしばしば多数の
個別の空圧ラインによりコントロールされる多くの可動
部分を使用するから，かかる電気−流体−変換弁が多数
必要となることがしばしば起こる。かかる場合には電気
−流体−変換弁は廉価で，信頼性および作動効率が高
く，小型でしかも弁とコンピューターまたはコントロー
ルロジックとの間の電子インターフェイス回路に適合し
たものであることが要求される。極めて精度の高いロボ
ット動作の要求される用途または他の極めて精度の高い
動作が必要な用途では，空圧コントロールドライブパル
スの形を精密にコントロールすることが必要である。他
の用途，例えばガスクロマトグラフィではコラムに入る
流体パルスの形状はコラムから正確な分析データを得る
ために精密にコントロールされなければならない。これ
らの用途のいずれにおいても流体の流量のコントロール
に用いられる弁はデッドボリューム（ｄｅａｄ ｖｏｌ
ｕｍｅ）をほとんどまたは全く持たぬ精密弁でなければ
ならない。デッドボリュームとは弁が解放状態から閉鎮
状態に移行する時に弁の中に閉じ込められる大きさの知
り得ぬボリュームである。この閉じ込められた流体が流
れの中に混入した場合には流体パルスの形状は希望の形
状とは相違する。例えば典型的なガスクロマトグラフシ
ステムではデッドボリュームを持つ弁が使用される時に
は分離コラムに入る出力流体パルスの端部は（任意の時
点に流れるガス流のボリュームに関して）垂直でないま
たは明確な境界を示さぬことがある。同様に，精密ロボ
ット動作に対しては，動作に対する精密な位置制御を行
うためにロボットの指および腕を駆動するために用いら
れる空圧パルスに対し極めて精密なカットオフ機構を持
つことが必要となる。電気パルスを用いて流体の流量を
コントロールする１つの公知の方法はスタンフォード
（Ｓｔａｎｆｏｒｄ）大学のスティーブ テリー（Ｓｔ
ｅｖｅ Ｔｅｒｒｙ）により開発された電気−流体弁で
ある。この弁はその中に薄膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）が機
械加工されたシリコンのごとき基体をを使用している。
キャビティーが基体をほとんど貫通する穴をエッチング
することにより形成される。これは底に薄い壁体を残
し，かつこれが可撓性の薄膜の作用を持つ。薄膜がその
中に形成されている第１の基体の側面に取付けられる形
で第２の基体が設けられ，かつこれにはマニホールドタ
イプの室をその中にエッチングされ，かつマニホールド
室の壁の中にガスの出入りのための通路またはノズルが
形成されている。マニホールド室はまたその中に別のポ
ートを持つことによりマニホールドの中へのおよびノズ
ルから外へのまたはその逆の流体の通路を完成する。第
２の基体のマニホールド室は第１の基体の薄膜の上に位
置し，しかも第１の基体のマニホールドが撓んだ時にマ
ニホールド室のノズルの周りに形成されたシーリングリ
ングに接触し，かつこれによりノズルとマニホールドへ
の他のポートとの間の流体の通路を閉じる。第１の基体
の薄膜が撓まぬ時にはマニホールド室のノズルは閉じら
れることはなく，従って流体は自由に入口ポートおよび
マニホールド室に流れ込みかつノズルを通って流出しま
たはその逆も可能である。第１の基体の薄膜はピストン
によりその上に与えられる機械力により強制的に撓ませ
られる。このピストンはソレノイドまたは他のタイプの
電磁装置により駆動される。上記の弁の形態を持つ１つ
の短所はソレノイドが大容量の動力源を必要とし大きな
動力の流量装置であることである。さらにソレノイドま
たは他の電磁装置は大型で重量の大きいことである。第
１および第２の基体の室はソレノイドが大型でさえなけ
れば遥かに小型化されることができるであろう。第１お
よび第２の基体は従来の平面フォトリソグラフィ技法を
用いてエッチングされるシリコンウェハであるために電
気−流体弁はソレノイド用でさえなければサイズをさら
に小さくすることは可能であろう。このような従来の電
気−流体弁の構造はスペースを効率的に利用し得ない。
ソレノイドはソレノイドのピストンが第１の基体の薄膜
を押すごとく第１の基板に機械的に取付けられ，かつソ
レノイドがウェハのスペースの大部分を占める程に大き
いために１つのシリコンウェハには一般にかかる弁構造
をわずかに３個形成し得るに過ぎない。かかる構造の製
作費は比較的高くかつソレノイドとガラスとの接合は困
難である。一般にソレノイドは厚いパイレックスウェハ
にボルトとナットにより固定されている。この取付けの
方法は製作費が高く，また主たる故障の原因ともなる。
さらにかかる構造は動作部分を持ち，かつこれがもう１
つの故障の原因となる。しかし，かかる構造の主要な短
所は全構造が平面フォトリソグラフィ技術によりたやす
く量産することができないことである。これはソレノイ
ドがかかる技法では製作することができないことによ
る。インクジェットプリンティングの分野で過去に用い
られた別のシステムは液体およびガスが加熱された場合
に室の中に高温を生じる性質を利用した発明に用いられ
た原理を利用している。この原理を具現化した特定のシ
ステムはヒューレットパッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐ
ａｃｋａｒｄ）のインクジェットプリンタである。この
プリンタの構造ではプリントヘッドが基体の中または上
に小型室を備えている。基体はその上に抵抗素子を持
ち，かつ室は抵抗素子の上に位置する。室はその中に小
さいインクジェットノズルを持ち，それを通してインク
は室内のインクの圧力が大気圧を上回ると小さい液滴の
形で逃出することができる。使用に際しては，かかる構
造はインク滴を加熱パルスが抵抗素子に与えられる度に
放射される。抵抗素子からの熱は室の中のインクの温度
を高め，それによりその蒸気圧力を熱力学の法則に従っ
て高める。室内のインクの圧力が高まると，１つまたは
それ以上のインク滴は室壁の中のインクジェットポート
を通して室から強制的に排出される。かかる構造は本発
明に用いられている熱力学の原理の全く別の用法の一例
である。出願人が知る限り温度の上昇する閉じられた室
内の液体の膨張の原理のかかる用法は流体弁のコントロ
ールに未だ用いられた試しはない。このようにして従来
の平面リソグラフィ技法を用いて安価に量産することが
でき，大量のエネルギーを流量することはなく，小型で
ウェハのスペースを効果的に使用し，互いに干渉の可能
性を持つ作動部分を持たず，デッドボリュームをほとん
どまたは全く持たぬ精密カットオフ特性を持ちかつ電気
−流体弁がその中に形成される同じシリコンウェハ上に
インターフェイスまたはドライバー回路を形成すること
に適した電気−流体弁に対する需要が生じたのである。 （発明の梗概）この発明の教えによると，電気流体弁が
供給される。この弁は，固定容量の気体あるいは流体が
熱せられた時の圧力上昇と膨張の原理を利用して気体あ
るいは流体を含んでいる空洞または室の可撓性の壁また
は１個以上の壁を形成している薄膜を撓ませるものであ
る。薄膜の撓みは，入力ポートからのマニホールド室を
通り出力ノズルへぬけるか，またはその反対である流体
の通路を開閉するのに用いられる。弁はまた直線的に操
作され流体制御の直線性が得られる。すなわち，弁が制
御信号の大きさに適合して制御され，弁を通る流体の流
出入の率または速度が調節される。薄膜の撓みはまた，
温度変化あるいは測定すべき他の現象の度合を決定する
ためのセンサ表示としても使用される。本発明の電気流
体弁の構造には多数の変形がある。しかしながら，各設
計の主な要素は，室の１つの壁が薄く，可撓性のある薄
膜である基体内に形成される室を含んでいる。室は，所
定のモル数の気体または流体を封じこんでおり，室内の
流体の温度を上昇させて，流体の場合には蒸気圧力の上
昇を発生させ，気体の場合には膨張と圧力増加を発生さ
せるようにする方法または手段が設けられている。この
室内の物質の加熱は，いくつかの方法のうちの１つの方
法で果たすことができる。１つの方法は，室内の１つの
壁（分散抵抗の場合は，１つかそれ以上の壁）あるいは
室内のどこかに位置されている抵抗加熱素子を用いて，
抵抗素子に電流を流して熱を発生させ，室内に封じこま
れている流体を加熱することである。室内の流体の加熱
の他の可能な方法としては，室の外側に位置するエネル
ギー源より得た高周波エネルギーを室内へ送り込むこと
により行う室内の物質の高周波加熱あるいは伝導性の，
または対流性の，または輻射性の熱を通しての室内の物
質の加熱がある。さらに，光学加熱手段も用いられ光学
−流体変換が行われる。そのような構成では光は透明物
質でできた壁をもつ室内へ照射される。この光は室の壁
（１つまたはそれ以上の壁が光エネルギーを吸収する物
質でコーティングされていてもよい。）を加熱するか，
あるいはもし室内の物質が光を充分吸収できる程暗い流
体か気体であれば室内の物質を直接に加熱する。光エネ
ルギーは，輻射によるか，あるいは光バイプまたは光フ
ァイバガイドの助けにより，光源より伝達される。輻射
光あるいは光ファイバーバイプは電気的雑音をひろわな
いので，そのような光学−流体変換により，電気的雑音
のある雰囲気で信頼できる流体制御が提供される。他の
実施態様では，室内に封じこまれた流体を冷却すること
により，薄膜を１つの壁としている室（以下では，簿膜
室と称する。）内の流体の温度を変化させることが可能
である。これは，トンプソンあるいはペルチェ冷却器に
より行なえる。他の型の冷却機構もまた使用できる。例
えば，単純な冷却システムあるいは輻射，伝導または対
流冷却器である。本発明の教えによれば，薄膜室内の流
体の温度の制御方法のいずれもこの発明の実施の目的を
満足させるであろう。使用し得る各種の加熱構造の上述
の説明より推測できることであるが，本発明の教えによ
り構築された装置の構造は１つの応用から他の応用へ非
常な変化をするが，典型的な構造は薄膜室と加熱構造と
してシリコンパイレックスサンドイッチ構造を利用す
る。薄膜室は，シリコンウェハを殆ど貫通する程である
が薄膜室の薄膜の所望厚さと同等の部分をウェハの反対
側に残して停止するようにしてウェハに溝をエッチング
することによりシリコンウェハに形成される。例えば，
パワートランジスターあるいは多重入出力口を有する完
全（ｆｕｌｌ）フィードバックシステムのような他の信
号処理回路をウェハの残りの部分に従来の処理法により
予め設けていてもよい。この回路は，弁を形成している
薄膜室により形成されている電気流体弁と共に使用さ
れ，それにより，弁自体が適合した工程によっているの
で同じシリコンウェハ上の自分のインターフェイス回路
を有する弁または変換器が形成される。もちろん，薄膜
室が変換器として使用されるのであれば，このことはセ
ンサとしての応用にも同じことがいえる。そして，ウェ
ハ上のどこかに構築された信号処理あるいは他の回路
は，変換器の操作のために変換器からの出力信号の処
理，調整あるいはその他の目的に使用できる。薄膜をそ
の一部としているシリコン基体の表面は，その内部に入
力ポートおよびノズル（ノズルを入力ポートとし他のポ
ートを出力ポートとしてもよい）のあるマニホールドを
その内部にもった他方のウェハとサンドイッチ状態にさ
れる。流体マニホールドの位置は固定され，第２のウェ
ハが第１のウェハに取りつけられたとき，ノズルその周
囲のシーリングリングとが撓みによる簿膜の行程路内に
位置するようにされる。薄膜の撓みは，流体マニホール
ドの入力ポートと出力ポートとの間の流体連絡路の断面
積を変化させる。もし，撓みが充分大きければ，薄膜は
ノズル周辺のシーリングリングに完全に着座しノズルを
通る流出入を止める。この発明は転換型の弁あるいは変
換器として実施される。ここで使われている変換器とい
う用語は，変換器で測定されるあるパラメータの大きさ
を特性化する出力信号を供給する装置を意味すると解釈
されるべきである。測定されるパラメータは室内の流体
の温度か，あるいは室内の流体の温度に影響を与えるあ
る他のパラメータである。後者の例として，室内の抵抗
素子を通る電流の量，照射光の強度等がある。他の実施
例では，本発明の教えによるセンサの構成は，薄膜に加
えられた圧力を測定することにより圧力を測定すること
ができる。測定される圧力または他の影響をうけた薄膜
の撓みに応じた室内の流体の圧力変化は，熱力学の法則
に従って薄膜室内の流体の一時的な温度変化としておき
かえられる。これらの温度変化は熱電対あるいは測定さ
れる圧力または力を特性化する出力信号を発生する他の
温度感知装置により感知できる。本発明の教えによる
と，周囲温度の温度センサは，電気流体弁を製造するこ
とにより，薄膜室内の流体温度を外部的にも内部的にも
変化させる手段を用いずに，製造できる。そして，弁を
通る流量が薄膜室内の流体に影響を及ぼしている周囲温
度の関数として測定することができるように，流量メー
ターを弁薄膜により制御されている流出入連絡チャネル
へ設置することができる。すなわち，周囲温度の変化
は，薄膜室内の流体の温度変化を発生させる。これらの
温度変化は薄膜室の薄膜の撓みにおきかえられる。それ
により，弁の流出入連絡チャネルを通る流体量が変調さ
せられる。この流速の変化は，多段流体回路学の公知の
方法により増幅することができ，気圧または水圧により
駆動される制御システムに直接に使用することができ
る。ここではまた，集積圧力調節器と集積流量調節器と
が開示されている。集積圧力調節器は，弁の間に配置さ
れている出力ポートの圧力を制御する作用をもっている
ここで述べられている型の２つの集積弁を使用する。出
力ポートの圧力は容量性の変換器により感知される。そ
のような変換器では，コンデンサのプレートの１つは基
体に固定されており，他方のプレートは基体に形成され
ている真空化された室の壁のうちの１つを形成している
可撓性のダイアフラムの上に形成される。圧力変化によ
りダイアフラムが撓み，第２の容量プレートを第１のプ
レートの方へ近づけ，あるいはそれから遠ざける。この
容量変化は，出力ポートの圧力を決定し，誤差信号を発
生するのに使われる。誤差信号は，２つの弁を制御する
制御信号を発生するのに使われる。これらの弁は出力ポ
ートと容量性センサと共に同じダイの上に集積される。
弁の１つは，高圧力源を出力ポートへ結合し，他方の弁
は，出力ポートを低圧力流出だめへ結合する。集積流量
調節器は本発明の教えによる１つの集積弁と流出入チャ
ネルとを利用している。３つの抵抗素子が流出入チャネ
ルに沿って配置されている。中央の抵抗は，一定温度を
保つように供給される電流により駆動される。中央の抵
抗により発生した熱は，中央の抵抗の両側にある冷たい
抵抗温度センサに向かって拡散する。しかし，流出入チ
ャネルの物質の流れにより，一方の抵抗温度センサに達
するより少ない熱が他方には達し，そしてこれは温度差
を発生させる。この温度差の量は流量に関係しており，
抵抗温度センサに結合されている制御回路により感知さ
れる。決定された流量は，通常の回路により所望の流量
と比較され誤差信号が発せられる。この誤差信号は流量
が要求流量に改められるように弁を制御するために使用
される。 （実施例）第１図には，本発明の電気流体弁の好ましい
実施例の断面図が示されている。弁は本実施例では，
〔１００〕方向のシリコンの基体１２にエッチングされ
ている薄膜室１０を備えている。本発明の基本構造はい
くつもの異なった型の材料，例えば電気鋳造された鋼，
プラスチックなどにより実現できる。しかしながら，第
１図に示された好ましい実施例では，シリコンウェハ１
２，他のシリコンウェハ３０およびパイレックスウェハ
２２の３層のサンドイッチからなっている。ウェハ２２
はこの好ましい実施例ではパイレックス７７４０（Ｐｙ
ｒｅｘ ７７４０）より作られている。シリコンは他の
ウェハに使われている。それはシリコンが信号処理また
はインターフェイス用の電子回路を構成するための基体
として使用され得るからである。信号処理またはインタ
ーフェイス回路は他のチップに設けられ，また公知の技
術によって混成的に接続されることができる。しかしな
がら，他の電子回路を同じウェハ上に弁として構成する
ことも可能である。使用者がどちらの方法を使用するか
という決定は，回路を同一のウェハ上に弁としてまたは
センサーとして作るということによるよりも，他の基準
によることも可能である。薄膜室１０は６個の壁により
規制される。断面図に示されるとおり，その４個はシリ
コンの〔１１１〕面であり，他の２個は壁１４と壁１６
である。薄膜室１０は， 〔１１１〕方向のシリコン面
をエッチングしない ＫＯＨのエッチャントにより非等
方的にエッチングされるので壁１４，１６は蒲膜１８の
表面に対して５４．７３°の角度となる。薄膜室１０の
他の壁は，薄く可撓性の薄膜１８である。薄膜室１０の
容積は，薄膜１８が曲がらないかぎり一定である。一定
量の気体または液体が薄膜室１０に封じこめられる。こ
れは，パイレックスウェハ２２をウェハの上面に結合し
て薄膜室を封じる際に行うことができる。すなわち，ウ
ェハ１２の表面は最も正位なＺ座標にあり，Ｚ軸に対し
て垂直である。この好ましい実施例では，パイレックス
ウェハ上に抵抗パターン２０がフォトリソグラフィ法に
よりエッチングされて形成されており，薄膜室１０の中
の内容物を電気的に加熱することができる。パイレック
スがウェハ２２に使われているのは，それが光を通し，
薄膜室１０の中に封じこまれた物質を加熱するために，
パイレックスを通って薄膜室１０に入る光エネルギーを
供給できるからである。またパイレックスはシリコンと
共に比較的低温（３００℃）で密封状態を作る。このよ
うな光学−流体の実施例で特徴的なものは，光パイプ１
９である。これは光エネルギーを案内して薄膜室１０へ
導くものである。光パイプ１９はどんなものでも良い。
例えば光ファイバケーブルである。この構成は，いくつ
かの実施例で抵抗加熱器２０が不適当かまたは不都合な
時にも光学流体弁を構成することを可能にする。さら
に，この光パイプ１９は，加熱素子が取り得る型をただ
象徴づけているだけである。例えば，全く加熱素子を用
いず，周囲温度が，薄膜室内の物質の加熱・冷熱を行う
のに使われることもある。ウェハ２２を加熱してその熱
を薄膜室１０へ伝えることによって伝導加熱あるいは対
流加熱もまた使うことができる。伝導加熱は，ウェハ２
２と熱源が直接に接することによって，そして，対流加
熱はウェハ２２の上に熱い気体や液体を流すことにより
得ることができる。後者の環境では，ウェハ２２の材料
は，熱信号に対する応答を遅らせないような熱を良好に
伝導させることのできるものを選ぶべきである。第１図
に示された実施例では，パイレックスウェハ２２は薄膜
室の密封部材として，そして平面的なフォトリソグラフ
ィ法により抵抗加熱器が形成される基体として機能す
る。抵抗加熱器２０との接続は，通常の方法のいずれか
によりなされる。１つの方法は，ガラス中に穴を形成す
ることにより行われる。この好ましい実施例での抵抗加
熱器２０はアルミニウムでできている。しかし，クロム
や金または他の多くの材料のうちのいずれかから作った
加熱器も使うことができる。いくつかの実施例では，抵
抗加熱器２０は，その一部として外部の温度測定装置と
接続されている熱電対が形成されている。この方法で
は，抵抗素子の温度の測定が可能である。他の実施例で
は，温度の抵抗係数が抵抗素子の温度を監視するのに用
いられることがある。すなわち，抵抗素子２０の温度は
その中を流れている電流を測定することにより知ること
ができる。加熱素子２０の材料は，薄膜室１０の中に封
じこまれた物質と，低温時においても，またその物質が
加熱されている最中でも，反応してはいけない。この好
ましい実施例では，加熱される物質との反応を防止する
ために，薄い保護コーティング（不図示）が，加熱素子
上に施されている。この薄いコーティングは，抵抗素子
２０から実質的に加熱されている物質への熱伝導を滅少
させず，かつ，加熱素子を効果的に封じられる物質であ
れば，何でも良い。加熱素子と薄膜室に封じこまれた物
質との間に反応の危険性がない実施例では，コーティン
グは省略してもよい。抵抗素子のリードは，パイレック
スウェハの外側端にあるパッドに引き出される。薄膜室
１０は，規準に従って選択された流体または気体により
充填される。この規準は後で詳細に述べる。この充填
は，パイレックスウェハ２２が取りつけられている間に
またはその後に，薄膜室１０へ出入口を取り付け，薄膜
室を気体か流体で充填した後，この出入口を封じること
によって行われる。一般に，薄膜室１０に充填される物
質は弁が経験するであろう最も高い周囲温度で薄膜室の
中の流体または気体の圧力は，マニホールドやノズルの
中の流体の流れに支障をきたす原因になる薄膜１８の撓
みを起こすほど大きくならないように，基本的にはその
活性エネルギーにより決定される。また，選択された流
体は，圧力の増分と入力エネルギーの増分との比が最大
になるようにされる。これは，入力エネルギーの単位の
変化に対する圧力の変化が最大になるように流体が選択
されることを意味する。この比を最適化することは，い
くつかの応用分野では非常に重要なことである電力消費
の低減につながる。また，この流体は化学的に不活性で
なければならない。これは，弁の物質とそして接触の可
能性のある他の物質との間の有害な反応を起こさせない
ためである。もっと一般的には，薄膜の屈曲はマニホー
ルド室２４を通る流体の流れの断面を調節するのに使わ
れるということである。パイレックスウェハ２２には，
薄膜室の中の内容物を加熱するために流す電流が流れる
抵抗素子２０が形成されている。その中にマニホールド
室２４をもっている第２のウェハ３０は，第１のウェハ
１２に取り付けられている。そのマニホールドは入力ポ
ート（不図示）およびノズル３２が形成されている。ノ
ズル３２は，その周辺を囲んでいるシーリングリング２
８を有している。薄膜室１０の内容物が加熱され簿膜１
８が第１図に示される破線のように撓んだ時，薄膜１８
はシーリングリング２８上に位置し，ノズル３２を通る
気流を全て閉ざしてしまう。ここでいう気流とは，気体
流または液体流を指す。薄膜室１０の中に封じこまれた
物質が冷えると，それは収縮し，薄膜室１０の中の圧力
を減少させ，そして薄膜１８をノズルのまわりのシーリ
ングリング２８から遠ざけるようにする。ノズル３２ま
たはマニホールド室２４に過圧がかかれば，薄膜１８を
薄膜室１０の方向へ逆に屈曲させることができる。これ
を過圧状態というものとする。もし，この状態が起こ
り，撓みがはげしくなれば薄膜は破壊されるだろう。１
つの方法は薄膜室の深さ（第１図のｄで示されている）
を充分小さくすることである。そうすることによって，
過圧がかかった時，薄膜室の表面２１が薄膜１８の撓み
を破壊点に達するまでに，または弾性限度を越えるまで
に止める。薄膜１８の破壊を防ぐ第２の方法は，薄膜室
を液体で充填することである。液体には圧縮できないと
いう性質があるため，過圧がかかり薄膜１８の逆方向へ
の屈曲が起き薄膜室１０の容積が減少した時，薄膜室内
の圧力は急激に上昇する。この圧力の上昇は屈曲を妨
げ，破壊点以上に薄膜が屈曲するのを防止する。薄膜室
１０を作るための異方性エッチングの工程は，第１図に
示されている薄膜の寸法Ａが正確に制御されるように選
択される。薄膜室の各寸法と壁１４，１６の横方向の位
置とを正確に制御することは重要である。これは，同一
の電気流体弁をシリコンウェハ上に大量生産しなければ
ならないことと，弁の製作コストを少なくするため単一
のウェハ上の弁構造の密度をできるだけ高くする必要が
あるからである。寸法Ａは酸化物マスク層（不図示）の
寸法Ｂを制御することにより制御される。この酸化物マ
スク層は，薄膜室１０の位置とサイズを決定するための
エッチングマスクとして使用される。寸法Ｂは比較的正
確に制御され得るので，また異方性エッチングにより特
性的に壁１４，１６を正確な公知の角度で構成できるの
で，寸法Ａを正確に制御することが可能である。薄膜１
８の表面と壁１４，１６がなす角度がわかっているた
め，薄膜室１０の側面の広がりが，公知のウェハの厚さ
として知ることができる。単一ウェハ上に弁を高密度に
配することが重要な規準にならない場合には，等方性エ
ッチングにより薄膜室１０を作ることができるであろ
う。そのような方法では，Ｚ軸方向のエッチングと同時
にＸ軸に沿う横方向のエッチングが行われるであろう。
薄膜１８の厚さはＺ軸方向のエッチングを制御すること
により制御される。等方性エッチングが行われる際に
は，Ｘ軸方向における壁１４，１６の正確な位置がつか
めないであろう。それは，等方性エッチングの横方向エ
ッチング速度が比較的に事前に予知できないものである
からである。さらに，壁１４，１６は直線的にはなら
ず，湾曲するであろう。薄膜室１０の容積が固定されて
いる限り，等方性エッチングにより製造された場合でも
弁は作動するが，パッキング密度は，たくさんの弁が同
じダイ上で製作されるであろうことを考慮すると，異方
性エッチングが行われた場合ほど高くはならないであろ
う。等方性エッチングの横方向エッチング速度が予知で
きないため，ダイＮｏ．１上に作られた１つ目の弁の薄
膜室１０の容積は，ダイＮｏ．２上に作られた２つ目の
弁のそれとは異なるかもしれない。薄膜の厚さも異なっ
ているかもしれない。さらに，ウェハ全体でもエッチン
グ特性が異なるので同一ウェハ上の弁も物理的に異なる
寸法をしているかもしれない。このように同一または異
なるウェハ上の弁室の容積が異なる可能性もある。薄膜
室１０に封じこめられた流体または気体の容積が異なる
ため，弁が異なれば特性も違うであろうことから，様々
な製造ロットでの弁の特性をもっと予知できるものにす
るため，薄膜室１０を異方性エッチングにより作ること
が好ましい。基体１２は薄膜１８を作るため平面フォト
リソグラフィ法により化学的に加工できる物質であれば
何でも良い。さらに，基体１２の物資としては，高い熱
伝導係数をもっているものが好ましい。電気流体弁の応
答時間は，薄膜室１０に封じこまれた流体または気体が
加熱された後の冷却度で決まる。基体１２の熱伝導係数
が高いということは，薄膜室１０に封じこまれた気体ま
たは流体の冷却が早いという事と，応答時間が早いとい
う事とを意味する。薄膜室内の流体または気体の加熱速
度は，パイレックスウェハ２２上にある抵抗素子２０を
流れる電流の大きさを制御することにより制御すること
ができる。好ましい実施例では，支持ウェハ２２はパイ
レックスガラスである。そして，抵抗素子２０は薄膜室
１０内に位置し蛇行状にフォトリソグラフィ法によりエ
ッチングされたアルミニウムである。途切れていないア
ルミニウムのパターン２０を電流が流れる時，アルミニ
ウムの抵抗はＩ２Ｒのアルミニウム線の熱を発生する。
この熱は薄膜室１０に封じこまれている気体または流体
へ伝導され，その温度を上昇させる。この温度の上昇
は，薄膜室１０に封じこまれている気体の圧力の指数的
な上昇を引き起こす。増加した薄膜室１０内の圧力は，
マニホールド室２４内の気体の等しく反対方向の圧力に
打ち勝つ。これにより，薄膜１８はＺ方向の負方向であ
るシーリングリング２８のシーリング面２６の方へ屈曲
する。このシーリングリング２８は，第２のウェハ３０
の中にフォトリソグラフィ法により作られたものであ
る。この好ましい実施例では，第２のウェハ３０もまた
〔１００〕方向のシリコンであるが，他の実施例では，
ウェハ３０は，半導体工業で一般に使用されているフォ
トリソグラフィ法によるウェットまたはドライの化学的
加工ができる物質であればどのような物質でも良い。第
２のシリコンウェハ３０には，化学的にエッチングされ
たマニホールド２４とノズル３２がありシーリングリン
グ２８を連合している。ノズル３２はシーリングリング
２８の中にエッチングされ，第１図の弁の気体側の気体
の通路の一部を成している。この弁の外気側の完全な気
体通路は，入力または出力用のポート３４（第１図では
断面で示されており第２図から第４図までに説明されて
いる），ガスマニホールド２４，そしてノズル穴３２が
含まれており，気体はノズル３２とマニホールド２４を
通って，第１図に示されている弁の外部にある気体源ま
たは気体だめへ通じる事ができるようにされている。第
１図で，薄膜１８が実線により表されている位置にある
時は，弁が開放されていることを示す。薄膜１８が破線
により表されている位置にある時は，弁が完全に閉じて
いることを示す。薄膜室１０内の液体と気体の温度と，
その液体と気体の圧力の関係は，下に示す式（１）によ
り，概算的に求められる。この式はキッテル（Ｋｉｔｔ
ｅｌ）とクレーマー（Ｋｌｏｅｍｅｒ）による「Ｔｈｅ
ｒｍａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ」の２８２ページに定義して
ある（これは，分解が無視されるほとんどの液体−気体
システムに対する良い概算法である理想的な２相システ
ムを仮定している）。 式（１） Ｐ（Ｔ）＝Ｐｏｅｘｐ（−Ｌｏ／ＲＴ） ここでＰは薄膜室内の圧力，Ｐｏは定数，Ｌｏは薄膜室
１０に封じこまれた物質の蒸発潜熱，Ｒは気体定数，Ｔ
はケルビン温度。 薄膜１８の撓みはティモスレンコ（Ｔｉｍｏｓｌｅｎｋ
ｏ）他の「Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｐｌａｔｅｓ ａｎｄ
Ｓｈｅｌｌｓ」の式（２）より求められる。 Ｅは薄膜物質の弾性係数，Ｖはボアソン数，Ａは第１図
に示されている薄膜の幅の半分の長さ，Ｑは薄膜両側の
圧力差，Ｗは薄膜の撓み，ＷＭＡＸは薄膜の最大撓み，
ｈは薄膜の厚さ。 式（２）より明らかなように，薄膜の厚さｈと薄膜の幅
Ａと簿膜の弾性係数Ｅはいずれも複雑に関係している。
使用者は薄膜の厚さおよび幅のためのパラメーターを設
定し，さらに，適当なシーリングを引き起こすために必
要な最大の撓みが薄膜室内で期待される温度および圧力
のもとで得られるように弾性係数のある材料を選ぶべき
である。さらに，シーリング面２６と最大の負方向のＺ
座標を有する薄膜１８の表面との間の距離は，式（２）
で定義される最大撓みを超えるべきではない。パイレッ
クスウェハ２２とシリコンウェハ１２は，層３６に象徴
されるように陽極結合されている。他の結合方法もまた
使用され得る。どんな結合方法が使われていようとも，
その結合は弁が操作される環境に適合していなければな
らず，そして薄膜室１０に封じこまれた気体または流体
により期待される最高値の圧力のもとでウェハ２２をウ
ェハ１２へ固定するだけに充分な結合力を持っていなけ
ればならない。またその結合は室に対し密封状態を与え
るものでなければならない。 変換器の実施例 第１図の構成が感知器として使用されている（いずれか
の加熱器の態様を有する）実施例では，温度はポート３
４，穴３２，流体の流れるマニホールド２４およびそこ
に連結されている出入口を含む流体の流れるチャネルを
通る流体の流量を感知することで感知できる。上述の式
によって温度を薄膜室の可撓性の壁の撓みと直接的に関
係づけてもよい。この撓みは流体の流れるチャネルの断
面積を調節しており，従って流体の流量により封じこま
れた物質の温度を示すものである。もし周囲からの熱伝
導が加熱手段として使われるならば，流体の流量は周囲
温度に変換されるであろう。この発明の教えに従い，製
造される他の構成をした感知器は，ウェハ３０のシーリ
ング面２６の代わりにコンデンサプレートが使われるこ
とを除けば第１図の構成と似ている。すなわち，Ｚ座標
の最大の負値をもつ可撓性の壁１８の表面は，例えば化
学蒸着のような既知の方法で，金属かまたは他の導体に
よりコーティングされる。そして，使用者がアクセス可
能な接続点を設けるために導体がフォトリソグラフィ法
によりエッチングされる。そこでウェハＮｏ．２は，異
なる処理を受けてノズル口３２とノズル出入口３４は作
られない。その代わりにウェハ１２と３０が結合されて
いる時に隔壁１８と隣接するようにまたは「下方に」位
置するようにウェハ３０の表面に凹所または穴が形成さ
れる。「床」すなわち薄膜１８に平行な凹所の表面は，
金属または他の導体で既知の方法によりコーティングさ
れる。そして，使用者がアクセス可能な接続点を設ける
ためにその金属とまたは他の導体と連結している導体が
エッチングされる。そして，ウェハ１２と３０は，薄膜
１８の金属部の下部と凹所の金属面とが構成される平行
プレートの真空誘電コンデンサを形成するように真空状
態のもとで密封結合される。その後，液体または他の物
質がここで述べられているいずれかの方法により，薄膜
室１０の中にカプセル化される。カプセル化された物質
の温度の変化は，薄膜１８の屈曲に変換され，２個の導
体プレートの間隔を変化させる。これらの間隔の変化
は，これらの２個の金属プレートに接続されている端子
に平行プレートコンデンサのコンデンサ容量の変化とし
て反映される。このように，温度は減少されるであろ
う。 アルミニウム金属を用いたシリコンウェハどうしの結合
工程 シリコンウェハ１２はシリコンウェハ３０へ，アルミニ
ウムとアルミニウム原子移動障壁を用いた新しい方法に
より結合されている。この処理の第１段階は，ウェハ３
０へ結合するために，ウェハ１２の表面上に二酸化シリ
コン層３８を形成することである。この二酸化シリコン
層３８は，アルミニウム原子移動障壁の働きをする。例
えばタングステンのように，この処理の残りの部分，お
よび操作環境に適合しており，アルミニウム原子移動障
壁の働きをする物質であればいずれも，この二酸化シリ
コン層の代用になるであろう。原子移動障壁が形成され
た後，アルミニウム層４０が原子移動障壁の上に付着さ
れる。そして，２つのウェハ１２と３０は固着され，高
温にされる。ウェハ１２と３０のシリコンはアルミニウ
ムに対し非常に強い親和力をもち，そちらの方へ原子移
動する傾向がある。しかしながら，原子移動障壁３８は
アルミニウムがウェハ１２へ拡散するのを妨げる。ウェ
ハ３０に向かいあったアルミニウム層４０の表面に自然
にできる酸化アルミニウム（アルミニウム層４０の表面
は最も負のＺ座標をもつ）もまたアルミニウム原子移動
障壁である。しかし，層４０内のアルミニウムがウェハ
３０へ拡散するのを妨げるのに足る障壁ではない。それ
により結合が形成される。他の金属，例えば金は，結合
を形成するために高温下でシリコンへ拡散するためのシ
リコンに対する充分な親和力がある限り，層４０のアル
ミニウムの代用となるであろう。もし，このような特性
をもった貴金属であれば，それらを使用することが好ま
しい。貴金属は酸化しないし，層４０内の金属のウェハ
３０への拡散の障害がないであろうからである。他の金
属も，酸化物による障壁よりもシリコンに対する親和力
が大きければ，たとえそれらの金属が酸化物を形成する
としても同じように作用することができる。他のウェハ
の結合方法もまた使用可能である。エポキシ，ポリイミ
ド，ガラスフリット，熱により成長した酸化物および他
の共融合金がこれに相当する。ウェハ３０内に形成され
た楔４２はウェハ１２内に形成された溝４４と対になっ
ており，ウェハ１２と３０の結合処理時の相対的な位置
を示している。第２図から第４図は，マニホールド２４
とノズル３２に結合されるポートの他の配置例を示す。
第２図は，Ｚ軸に平行なダイの表面へ貫通している入力
と出力の両方のポートの様子を示したものである。典型
的な３インチのウェハには約１００個の弁を製作するこ
とができ，そしてそれぞれの弁は第２図から第４図に示
されるようなポートを必要とする。いずれか一方のポー
トは入力ポートとして使われ，他方は出力ポートとして
使われる。またこの逆にも使用できる。いくつかの実施
例では，ポート４７のような３つ目の通気ポートが使わ
れることもある。第３図Ａは他の出入口の配置方法を示
すもので，もう１つのボート４８がダイ３０の端のＹ軸
に平行な平面に形成される一方で，ポート４６がＺ軸に
平行なダイの表面にあることを示す。３つ目のポート４
７もまた第３図Ａの実施例に設けられているが，他のポ
ート構成の実施例にも使用できる。通気構造の実施例の
目的は，弁が閉状態にある時に，マニホールド室２４へ
新鮮なガスを送り込むことである。可撓性薄膜，他の２
つのポートおよびシーリング面と通気ポートとの間の関
係は第３図Ｂに示されている。ここでも，１つの弁につ
いてのポート構成のみが示されている。当業者であれば
同一ウェハ上に多数の弁を収容するためになされたこの
ポート構成を評価するであろう。この後者の表面はダイ
の厚さを示す１個の寸法（Ｚ軸にそっている）をもつ。
第４図はもう１つのポート配置を示したもので，入力お
よび出力のポート４６と４８は両方共ダイの端にあるダ
イ３０のＹ軸に平行な表面に位置する。 電気流体弁の製造工程 第５図では，薄膜室を形成するための異方性エッチング
が行われている第１図で示された弁の製造工程の初期段
階が示されている。この実施例では，〔１００〕方向の
シリコンウェハが選ばれている。他の型の物質も化学的
にエッチングが可能で充分な熱伝導が得られるものであ
れば使用可能である。しかしながら，シリコンの使用が
好ましい。それは，シリコンの化学処理の工程がよく理
解されており，他の電子回路が標準の平面フォトリソグ
ラフィ法により同一のウェハ上に集積され得るからであ
る。この他の電子回路はインターフェイス回路として用
いることができる。それは，電気流体弁と，その弁の開
閉の制御を行う電子制御信号を供給する制御ロジックと
の接続に必要なものである。さらに，集積化圧力調節器
を作るように集積流れ制御弁の制御回路と同一のダイ上
に圧力センサを集積してもよい。薄膜室１０のエッチン
グの準備として二酸化シリコン層５２が，熱的酸化のよ
うな通常の方法で形成される。酸化物５２はエッチング
マスクとして用いられるため，薄膜室１０の位置とサイ
ズを決定する開口がフォトリソグラフィ法によりかたち
どられる。この好ましい実施例では，異方性エッチング
が使用されており，その異方性エッチングは〔１１１〕
方向面を顕著にエッチングしないため，このホールの寸
法Ｂは，薄膜室の正確な容積を決定する。酸化物層５４
は層５２の形成と同時に形成される。この２つの層が形
成された後，ウェハ１２は酸化物５２によりマスクされ
たシリコンを取り除くため，異方性エッチングを受け
る。このエッチングの目的は，薄膜室１０の薄膜１８を
形成するためのものであるため，薄膜に対する所望の厚
さｈに達した時点でエッチングが終了するように制御さ
れなければならない。このことは，エッチングの時間を
適正に制御し，厚さの判っているウェハ１２を用い，Ｚ
軸方向への既知のエッチング速度のエッチングを使用す
ることで行なえる。エッチングを制御する他の方法とし
ては，Ｐ＋ドープ埋込層を使うことが挙げられる。これ
は，ウェハ１２の表面５６への１立方ｃｍ当り最小１０
１９個の原子の投入量と任意のエネルギーレベルのもと
で，Ｐ＋不純物を打ち込むことで達せられる。この打込
は，もし酸化物屠５４が充分に薄ければ，酸化物層５４
が形成される前かまたは後のいずれかで行なえる。打込
の後，面５６上の酸化物ははぎとられ，エピタキシャル
シリコン層が面５６の上で，Ｚ軸の負方向に成長する。
このエピタキシャルシリコンの成長率と成長時間は薄膜
１８の所望の厚さを得るために制御される。そこでＰ＋
の打込は，エッチングを終了させるために用いられる。
例えば，エッチングがＰ＋ドープ領域へ達した時，エッ
チング率は遅くなりそして止まる。これは，薄膜１８の
厚さｈの制御を確実なものにする。第６図では，薄膜室
１０を形成するための異方性エッチング工程の後のウェ
ハ１２の断面が示されている。ここで，壁１４と１６は
Ｘ軸に対して５４．７°の角度をもっている。壁１４と
１６はそれぞれウェハ１２の〔１１１〕面を規定する。
この特徴は，Ｘ−Ｙ面での弁の高密度パッキングに役立
つ。それは，壁１４と１６の正確な位置が知られてお
り，酸化物層５２の開口の位置とサイズにより定義され
ているからである。第７図は，アルミニウム層５６が酸
化物層５４上に付着し，フォトリソグラフィ法によりパ
ターン化された後の断面を示すものである。アルミニウ
ム５６は，結合材として酸化物層５４の上におかれてい
る。酸化物層５４は，シリコンのアルミニウムに対する
親和力のために起こるアルミニウムのシリコンウェハ１
２への原子移動を妨げる原子移動障壁として作用する。
アルミニウム層５６と酸化物層５４は，５８と６０で示
された部分でエッチング除去される。５８の穴は，薄膜
１８の下部を露出させる。一方，穴６０は，ウェハ３０
上に形成される突起部と一致させるための溝の役目をは
たす。これは後述されているように，結合過程での２つ
のウェハを適正に整列させるためと，結合準備中の２つ
のウェハの整合を確実にする目的がある。薄膜のエッチ
ングが，薄膜１８の厚さを減少させるためにこの時点で
行われてもよい。この工程は，アルミニウム層５６と酸
化物層５４をエッチングマスクとして用い，異方性プラ
ズマエッチングにより行うことができる。薄膜１８を薄
くした結果は，第７図の破線５９で示されている。工程
のこの時点では，ウェハ３０に対するマニホールド室，
ノズルそして各ポートの化学的加工を開始する。これは
薄膜室の化学的加工が実質的に終わっているからであ
る。第８図では，２個の二酸化シリコン層６２と６４が
形成された後のウェハ３０の断面図が示されている。ウ
ェハ３０もまた〔１００〕方向をもったシリコンが好ま
しいが，化学的にエッチングができ，標準的なフォトリ
ソグラフィ法により処理できる他の物質も使用できる。
ウェハ１２の場合では，二酸化シリコン以外の他のエッ
チングマスク物質も層６２と６４として使用され得る。
しかしこれは，これらの物質がフォトリソグラフィ的に
規定されるエッチングマスクとして作用する能力があ
り，でなければこの工程に適合するものでなければなら
ない。窒化シリコンまたは金の下のクロムがこれらの物
質の例としてあげられる。エッチングマスク６４には，
穴６５があり，この穴はエッチングの後，ノズルと流体
的に結ばれたポートになる正確な位置とサイズを提供す
る。第９図は，穴６５により露出されたウェハの部分か
らシリコンを取り除くための異方性エッチングが行われ
た後のウェハ３０の断面図を示す。このエッチングはポ
ート室６８を形成し，この室は後にマニホールド室への
ノズル（両者共，この時点では形成されていない）とウ
ェハ３０の表面との間の流体の連絡通路を供給する。こ
のポートのサイズは，意図した流速に基づき，設計者に
より設定される。第１０図は酸化物層６２がシーリング
リングと楔を定義するためのエッチングマスクの形にフ
ォトリソグラフィ法によりエッチングされた後のウェハ
３０の断面を示す。薄膜１８がノズル口に向かって撓
み，接触するノズル口のまわりにシーリングリングを設
けることは，充分なシーリングを弁にもたせる上で必要
なことである。したがって，エッチングマスク層６２
は，ノズル口を形成するためにエッチングされる表面６
８の部分の周囲に酸化物または他のエッチングマスク物
質の円形リング６６を残すためにフォトリソグラフィ的
に規定される。第１０図が断面図のため，このリング６
６は２つの酸化物のブロックのように見えるが，実際に
は，ノズル口がエッチングされるリングの中央にある表
面６８の小さな部分を露出しているリングである。酸化
物ブロック７２は，ウェハ１２の凹所６０（第７図）と
正しく一致させる目的の楔のためのエッチングマスクで
ある。第１１図は，面６８のレベルをさげ，シーリング
リングのエッチングマスク６６と楔のエッチングマスク
７２の下のシリコンの隆起を定義するためのエッチング
が行われた後のウェハ３０の断面図である。いくつかの
実施例では，シーリングリングのエッチングマスク６６
と楔のエッチングマスク７２は，そのままにされている
ため，シリコンの隆起は形成される必要がない。これら
の実施例では酸化物面７０は，シーリングリングの働き
をし，そして第１１図のエッチング工程は必要ない。好
ましい実施例では，シーリングリングのエッチングマス
ク６６は，シーリングリングとしてその下にシリコン隆
起を残すため取り除かれる。第１２図は付加酸化物層が
形成されパターン化され，酸化物７４．７６そして７８
が残された後のウェハ３０の断面図である。これらの酸
化部分は，マニホールド室を定義するためのエッチング
のエッチングマスクとして用いられる。このエッチング
は第１２図で進行中の異方性プラズマエッチングとして
示されている。第１３図はマニホールド室２４を形成す
るための異方性エッチングの後のウェハ３０を示してい
る。ここで，マニホールド室２４を形成する同じエッチ
ング工程でノズル口３２もまた形成されることに注意さ
れたい。このエッチング工程の後，酸化物部分６６，７
２，７４，７６，７８は，ウェハ３０をウェハ１２へ結
合させる準備として取り除かれる。いくつかの実施例で
は，横方向のエッチングがシーリングリングの幅に悪影
響を及ぼさないかぎり，異方性エッチングが使用され
る。マニホールド室２４へのもう１つのポートは，ウェ
ハの側面に通じる出口を有するシーリングリングを囲ん
でいる酸化物面として酸化物部分７４と７６を形成する
ことにより形成される。これは，マニホールド室を形成
したエッチングが前記の室を形成した時，ポートを形成
することになる。それは，ウェハの表面にある「溝」が
マニホールド室の深さに形成されるからである。この溝
は，第３図または第４図のいずれかの方法で出入口が形
成されれば，ウェハの側面への通路を形成することにな
る。第１４図の結合工程が終了した後，薄膜室は弁の製
造を終了するために，充填され封じられる。これは先
ず，第１図に示されたようにパイレックスウェハの表面
に加熱素子を形成し，そして薄膜室内に封じられるべき
物質がその中におさめられた後パイレックスウェハとウ
ェハ１２を結合することにより実現される。パイレック
スウェハ２２の表面上に加熱素子２０を形成させる方法
はパイレックスウェハの表面上に付着しているスパッタ
されたまたはメッキされたアルミニウムのフィルムを通
常のフォトリソグラフィ法でエッチングすることにより
達成できる。他の金属も抵抗素子として使用可能であ
る。例えば，チタン／タングステン，銅，チタン／タン
グステンのサンドイッチ状態が使用される。アルミニウ
ムはほとんどの充填法に適合する。もし，薄膜室の内容
物を加熱または冷却する他の方法が使われる場合には，
パイレックスウェハの表面上に加熱素子を形成する工程
は省略可能である。薄膜室１０に物質を封じこめるには
少なくとも２つの方法がある。最良の封じこめ法は，パ
イレックスウェハ２２とウェハ１２の結合時に封じこま
れるべき液体または気体をカプセル化する方法である。
これは，気体を使う場合，その気体の中でパイレックス
ウェハ２２とウェハ１２を結合することにより行なえ
る。殆どの液体の場合は，圧力容器の中で結合を行うべ
きである。液体を使用する場合，既知の液体量が薄膜室
へ配置され，パイレックスウェハ２２がウェハ１２の一
番上に位置され，そこに結合される。結合工程は，ここ
で述べられている工程と物質，そして操作環境に適合し
ていればどのようなものでも良い。１つの使える方法と
して陽極結合がある。他の方法はウェハ１２の表面の一
番上にポリイミドの層を形成し，そしてウェハ１２とパ
イレックスウェハ２２を接合状態におくことである。そ
の後，熱処理を行ってポリイミド液をプラスチックに変
換してその２つのウェハを結合する。ウェハ３０とウェ
ハ１２の結合は，「シリコンウェハとシリコンウェハの
結合工程」という表題で，上記に説明された方法により
行われる。基本的には，シーリングリング２８が薄膜１
８の中心の下部にあるように２つのウェハは整列され，
この組合せはアルミニウムをウェハ３０へ拡散させるた
めに熱処理される。しかし，ウェハ１２に拡散させるた
めではない。それは，原子移動障壁が酸化層５４により
形成されているためである。そこで弁の構造は，ウェハ
３０上に信号処理回路を形成する必要がなければ，完成
したことになる。 ポリイミド薄膜の実施例およびその製造 第１５図は，ポリイミド薄膜と２つのパイレックスウェ
ハおよびシリコンウェハを用いた実施例を示している。
第１のパイレックスウェハ８０は，抵抗素子８２の基体
として，そして薄膜室８４の封じこめ部材として働く。
薄膜室８４は，ポリイミドの壁８６と８８，シーリング
ウェハ８０とポリイミド薄膜９０により規定される。入
力ポート９２は，パイレックスウェハ８０と第２のパイ
レックスウェハ９４との間に形成される。この入力ポー
トは，流体チャネル９６と流体的に連絡している。ウェ
ハ９４の表面に形成され，流体チャネル９６の横断域に
位置しているシーリングブロック９８は，薄膜室８４内
の圧力上昇によりＺ軸の負方向に薄膜９０が撓んだ時
に，その薄膜９０がシーリングブロック９８の上に乗
り，シーリング面としての役割りを果たす。流体チャネ
ル９６は，出力ポート１００と流体連絡をとるために，
シーリングブロックの通過を続ける。平面図（不図示）
的にみると，ウェハ８０と９４はどんな形状でもよく，
流体通路９６と入力ポートと出力ポートは，サンドイッ
チ状態になったウェハの間を通る通路を形成している。
ウェハ８０と９４の物理的な分離はシリコンウェハ１０
２により行われている。このウェハは２つの平行した面
をもっており，１つはウェハ８０に結合しており，他方
はウェハ９４に結合している。流体通路９６と入力ポー
トと出力ポートはウェハ１０２の一部を貫通して形成さ
れている。第１５図の弁の製作工程は以下に記すとおり
である。第１６図には，初期の３段階の処理が行われた
後のシリコンウェハ１０２の断面図が示されている。ウ
ェハ１０２の両面はみがかれているべきである。第一段
階は，シリコンウェハ１０２上の二酸化シリコンの５０
００オングストロームの層１０４の熱成長である。次
に，９００オングストロームの厚さの窒化シリコン（不
図示）が，７００℃において低圧化学蒸着を用いて酸化
層１０４の上に蒸着させられる。ウェハ１０２の両側上
の酸化層１０４をＡ面，Ｂ面とする。第１６図に示され
ているＡ面上の酸化物を残すようにマスクして，Ａ面は
正のフォトレジストとフォトソングラフィ法およびドラ
イまたはウェットのいずれかのエッチングを用いて，パ
ターン化されエッチングされる。Ａ面の酸化／窒化エッ
チングマスクのパターンは，薄膜室，入力ポートと出力
ポートそして薄膜を定義する。第１７図では，パターン
化されたＡ面の酸化／窒化物をエッチングマスクとして
エッチングした後のシリコンウェハ１０２の断面図が示
されている。このエッチングの目的は，室の部分を形成
し，薄膜の位置を決定し，入力および出力の毛管９６の
高さを決定することである。室１０６はエッチャントと
してＫＯＨを用いて３４０μｍの深さにエッチングす
る。入力および出力の毛管あるいは流体チャネル９６の
所望の高さによっては，異なった深さになってもよい。
窒化物は，エッチングの後ウェハ１０２の両側面からは
ぎとられる。第１８図は，Ｂ面上に整合マークが形成さ
れた後のシリコンウェハ１０２の断面図が示されてい
る。Ｂ面上の整合マーク１０８と１１０は，負のフォト
レジストと第２のマスクを用いてＢ面の酸化物の中にエ
ッチングされる。この工程は赤外線整合システムにより
行われる必要がある。その後，Ｂ面上の酸化物ウェハ１
０２よりはぎとられる。第１９図は，金属層１１２が表
面に付着された後のウェハ１０２の断面図を示す。この
金属層１１２の目的は，スペーサーの役割を果たし，そ
してポリイミド（不図示）が形成され処理されている
間，それを支える役目をする。このアルミニウムのスペ
ーサーは，後に薄膜をシリコンより解放するために溶解
させられる。好ましい実施例では，このアルミニウム層
１１２は５μｍの厚さである。次の段階では，１０μｍ
の厚さのポリイミド層をつくることである。この工程は
第２０図に示されている。ポリイミド層１１４はもし必
要であればくり返しつくられ，そしてウェハのＡ面上だ
けにつくられる。ポリイミドは，多重コーティングを使
用するのであれば９０℃で１時間，コーティング間で焼
かれる。１０μｍのポリイミドが形成された後，ポリイ
ミドフィルムが１３０℃で２時間半焼かれている時に部
分的なキュア処理がなされる。第２１図に示されている
様に，部分キュアが済んだ後，負のフォトレジスト層１
１６が付着され，９０℃で焼かれそして第３のマスクを
通して露光され，第２１図の１１６で示されるパターン
が現像されるフォトレジストが現像された後，強化のた
めに１２０℃で焼かれる。第２２図は，ポリイミドがエ
ッチングされた後の次の工程を示している。１１６に示
される様にフォトレジストが現像された後，ポリイミド
フィルム１１４はＡ面上のフォトレジストエッチングマ
スク１１６の下の部分を除いて，全ての点がエッチング
除去される。このエッチングは日立より市販されている
エッチャントＩＩＩにより，３５℃で１５分から３０分
の間で行われる。その後，焼き工程が行われ，ポリイミ
ドフィルム１１４の新しく露出された部分の部分的なキ
ュア処理がなされる。この焼き工程は２２０℃で１時間
行うことにより達成される。次に，露出したアルミニウ
ムフィルム１１２を，公知のアルミニウムエッチャント
Ｉ（ＫＴＬ ＰａｒｔＮｏ．７０−０３）または他の標
準的なアルミニウムエッチャントではぎとる。そして，
負のフォトレジストを標準のＪ１００溶液ではぎとり，
ウェハをＴＣＥで洗浄し，アセトンで洗浄した後，最後
にメタノールで洗浄する。第２２図にこの状態が示され
ている。最後に，ポリイミドフィルム１１４が３５０℃
で１時間キュア処理される。第２３図は，初めの２段階
の工程が終了した後の第１のパイレックスウェハの断面
図を示す。最初の工程は，アルミニウム，クロム／金ま
たはチタン／タングステン−銅−チタン／タングステン
または他の抵抗素子８２を形成できる導体フィルムの層
を付着させることである。好ましい実施例では，フィル
ムは０．３μｍの厚さである。その後，抵抗素子８２
は，第４のマスクと正のフォトレジストおよびアルミニ
ウムエッチングによりらせん状のパターン状態に形成さ
れる。最後にレーザを用いて，抵抗パターンの中心部に
パイレックスウェハ８０をつらぬいて穴をあける。この
穴は，第２４図の１１８によって示されている。カプセ
ル化される物質がここで述べられているカプセル化方法
により室８４に置かれた後，充填穴は密封される。この
カプセル化される物質は，温度変化と共に変化する蒸気
圧をもった物質であれば，何でもよい。この封止は１１
７で示されており，エポキシ，高性能接着剤，溶けたパ
イレックス，金属（パイレックスウェハ８０の側面が金
属化され，プラグ１１７が金属化された面に電気メッキ
され得る），またその穴の上でウェハ８０の上に結合さ
れているもう１つのウェハである。装置の組み立て工程
として，パイレックスウェハ８０とシリコンウェハ１０
２の陽極結合（ａｎｏｄｉｃａｌｌｙｂｏｎｄｉｎｇ）
から始められる。結合構成は第２５図に示してある。結
合は，抵抗素子８２が薄膜室８４の中に整列された後に
行われる。これは，ポリイミド薄膜９０を室の内部にと
じこめることになる。第２６図は，ウェハ１０２のＢ面
がエッチングされた後のサンドイッチ構造を示す。これ
を果たすために，得られたサンドイッチ構造を第５のマ
スクと，シリコンウェハ１０２をアルミニウム層１１２
までエッチング除去する準備のための負のフォトレジス
トによりパターン化される。第５のマスクを用いて現像
された写真抵抗の層は１２２で示されており，可撓性の
壁９０の中央に位置している。このエッチング工程は，
プラズマエッチングまたはウェットＫＯＨまたはＨＮＡ
エッチャントにより行うことができる。プラズマエッチ
ングが好ましい。エッチングの結果は，シリコン９８，
酸化物１０４がフォトレジスト１２２の積層構造であ
る。このサンドイッチ構造はシリコンウェハ１０２の幅
にわたって広がっているが，アルミニウム層１１２と可
撓性壁９０はウェハ１０２の一部分までにしか広がって
いない。これはアルミニウム層１１２が後にエッチング
除去された後，シリコンウェハ１０２がシリコン９８を
支持することを可能せしめる。第２７図は，アルミニウ
ム層１１２の一部がエッチング除去された後のサンドイ
ッチ構造を示したものである。第２７図に示される工程
に達するために，酸化物層１２２は６：１ＨＦの希釈溶
液によりはぎとられる。このはぎとり工程はまた，ウェ
ハ８０の一部もはぎとる。よって，もし必要であればこ
のウェハもまたフォトレジストにより保護される。この
はぎとり工程はアルミニウム層１１２の一部もはぎとる
が，もしＨＦが適度に十分にアルミニウムをはぎとるも
のでなければ，この目的のためには別の工程が行われ
る。シリコンブロック９８と可撓性の壁９０との間に通
路を形成するため，可撓性の壁９０とシリコンブロック
９８との間に横たわるアルミニウム層１１２の部分をと
り去る必要がある。この通路の横断面積は薄膜９０の撓
みにより制御される。薄膜９０の下のアルミニウムの除
去もまた，Ｚ軸負方向の撓みを自由にさせることができ
る。このアルミニウムのエッチングは，ポリイミド上の
アルミニウムだけをとりさる標準的なアルミニウムエッ
チャントか，あるいはＨＣｌ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏを５０
℃で１０：１：９の割合にした混合物により達成でき
る。後者の混合物は１分間に２５から５０μｍの割合で
エッチングする。もし後者の混合物を使用する場合は，
エッチングし過ぎないように注意が必要である。この結
果は第２７図に示されている。最後に，もう１度第１５
図に戻って，第２のパイレックスウェハ９４はシリコン
ブロック９８の表面１２６を介してシリコンウェハ１０
２に陽極的に結合されている。第２８Ａ図と第２８Ｂ図
は，第１５図に示された最終的なダイの構造の縮小され
た平面図を示す。これはチャネルの横方向の広がりに対
して異なった薄膜のサイズを示したものである。これら
の図はウェハ上のたった１つの弁を示すものであるが，
当業者であれば，単一の３インチのウェハ上に約１００
個の弁を形成することができることを理解するであろ
う。ここで，シリコンブロック９８がどのようにチャネ
ル壁１３６と１３４の一方の側から他方の１３０，１３
２の方へ延伸しているかを注意すること。薄膜９０とシ
リコンブロック９８の間の通路は，薄膜室８４の下部に
のみ存在する。ここで，第２８Ａ図は，薄膜がＹ軸方向
においてブロック９８よりも狭くなっていることを示
し，他方第２８Ｂ図は，薄膜がブロック９８より広くな
っていることを示す。シリコンブロック９８とチャネル
９６の壁とにそった他の点で，シリコンウェハ１０２は
連続的にブロック９８の表面１２６の全方向に向かって
延伸されており，第２のパイレックスウェハ９４を適当
に機械的に支持することができる。第２７図の断面は第
２８Ａ図，第２８Ｂ図の線２７−２７’に沿うものであ
る。もう１度第１５図に戻り，第２のパイレックスウェ
ハ９４が結合された後，薄膜室８４は，そこを充填する
ために用いられる物質の沸騰溶液中にサンドイッチ構造
を浸すことにより充填される。そこでレーザによりあけ
られた穴１１８を，高性能接着剤あるいは他の適合可能
な接着剤により封じるか，または，ウェットな表面を得
るためにパイレックスウェハ８０のＡ面上に金属面をメ
ッキするか，スパッタした後，はんだにより穴自身をと
かして閉じてしまう。穴１１８を封じるもう１つの方法
は，パイレックスウェハ８０に他のシリコンかあるいは
パイレックスウェハを結合させることである。適当な接
着剤あるいはポリイミドの使用が，結合と封じこめを行
うのに可能である。ここで，ウェハのダイシングと線の
接続が可能な状態になる。抵抗素子８２への線は，もし
アルミニウムの接続パッドが使用されていれば，導電性
エポキシにより接続される。もし，クロム／金またはチ
タン／タングステン−銅の接続パッドであれば，はんだ
を用いる。 ポリイミド薄膜の第２の実施例 第２９図から第３９図においては，工程中の異なる段階
での種々のウェハの一連の断面図により第２のポリイミ
ド薄膜の実施例の工程が示されている。最初の２段階は
第２９図に示されている。まず最初に，二酸化シリコン
層が，シリコンウェハ１６４のみがかれた面Ａ，Ｂの上
に成長する。これらの層は１６０と１６２により表され
ている。そして，第２９図にみられるように，酸化層１
６０はＡ面上にエッチングマスクをパターン化させる。
次に第３０図では，酸化物１６０をエッチングマスクと
してウェハ１６４のＡ面に凹所１６６がエッチングされ
ている。凹所１６６のｆＸ軸方向の幅は任意である。そ
してＺ軸方向の深さは２０から１００μｍの間である。
深さは重大ではない。Ａ面は第３１図でみられるよう
に，酸化物によりもう１度おおわれる。そして，第３２
図で示されるように，凹所域の中心に形成される酸化物
打込マスクによりもう１度パターン化され，その両側の
シリコンを露出する。その後，露出シリコンは導電領域
１７０を形成するために拡散により打込またはドープさ
れる。他の酸化シリコン層１７２が，第３３図のように
Ａ面上に成長または付着され，第３４図のようにパター
ン化される。パターン化の後に残った酸化層は１７２と
して示されている。酸化層１７２は，後に形成されるポ
リイミド層の下方でスペーサの役目を果たす。他の実施
例では，スペーサ１７２はフォトレジストある。次に，
第３４図に示される様にＢ面上に酸化物がパターン化さ
れる。これは整合マーク１７４と１７６をＢ面に写し，
酸化層１６２内に，流体制御チャネルのためにエッチン
グされるノズル口を通す開口１７８を形成するために行
われる。アルミニウムあるいはニッケルの層１８０が，
第３５図のように，１．５μｍの厚さで付着され，パタ
ーン化される。これは，拡散抵抗１７０とウェハ１６４
の端にある接続パッドを電気的に接続する導体を形成す
るためである。導体１８０が形成された後，第３６図の
１８２で示されるように，ポリイミド層が付着され，位
置とサイズが定義される。ポリイミドがパターン化され
た後，３５０℃までの温度の上昇を含む加熱工程により
４時間のキュア処理が行われる。もしスペーサ１７２が
フォトレジストであれば，窒素あるいはアルゴンのよう
な不活性の雰囲気でキュア処理されるべきである。これ
は，ポリイミド薄膜を破壊するスペーサの酸化と蒸発を
防止するためである。次の段階は，パイレックスウェハ
１８４にある決まったパターンをエッチングすることで
ある。このウェハ１８４とエッチング後の最終形状を第
３７図に示す。エッチングマスク（不図示）は薄膜室１
８６の位置と，その室を充填するためのポート（不図
示）の位置と，接続パッド上の開口１８８の位置とを定
義する。このエッチングは，６：１の緩衝酸化エッチャ
ントを用いて，あるいは直接ＨＦ（ふっ化水素酸）プラ
ズマエッチング法，あるいは他の適したエッチング法で
行う。室は４０μｍの深さにエッチングされる。パイレ
ックスウェハ１８４はエッチングの後，第３７図に示さ
れるようにシリコンウェハ１６４と整列し，陽極的にシ
リコンウェハに結合される。陽極結合工程は，薄膜室１
８６の周囲の１８８と１９０で密封状態を形成し，そし
てウェハ１８４と１６４をサンドイッチ状態にし，パイ
レックス／シリコンの接合の両側に５００Ｖの電位差を
約３００℃の高温度で加えることにより行われる。薄膜
室１８６に封じこまれる流体または気体はこの陽極結合
工程の間に封じこめることができる。他の実施例では，
薄膜室１８６は充填穴を通して充填され，充填穴はその
後，接着剤，はんだ，あるいは充填穴を平らなプレート
で密封結合することにより封じられる。陽極結合の後，
第３８図で示されているように，Ｂ面の酸化物１６２の
中の開口１７８は，ノズルチャネル１９４を形成する際
のエッチング段階でエッチングマスクとして用いる。こ
のエッチング工程は，ＫＯＨまたはＥＤＰまたは他の公
知の液体で異方性エッチング法により行う。最後に，ス
ぺーサ酸化物１７２は６：１の緩衝酸化エッチャント，
あるいは直接ＨＦ法，あるいは他の適当なエッチャン
ト，ウェハを浸すことによりエッチング除去される。こ
のエッチャントはノズルチャネル１９４を介して作用し
スペーサ酸化物をとり去る。それにより，ポリイミド薄
膜１８２がＺ軸の正方向，負方向のいずれかの方向へ自
由に撓むことができるようになる。超音波浴がエッチン
グ作用を助けることができる。また，アルミニウムやス
ペーサの物質の周囲にあるポリイミドやシリコンを侵す
ことなくスペーサを選択的に除去することのできる異な
ったエッチャントが使える他の金属等も，スペーサ１７
２の物質として使用することができる。第３９図に，弁
の最終的な形状を示す。第３９図に示されている実施例
の利点は，薄膜１８２の面２００とシリコンウェハ１６
４の面２０２との間の広くなった流体の流出入チャネル
である。この流体流出入チャネルは，ノズルチャネル１
９４へ過大な圧力をかけることにより，もっと広くする
ことができる。これにより薄膜２００をＺ軸の正方向に
撓ませることができ，流出入チャネルの横断面積を増加
させ，その流入容積を増やすことができる。ポリイミド
薄膜はこわれにくく，シリコンを越えて撓んでも破壊さ
れない。他のフィルムも，要求される装置の寿命にみあ
った蒸発障壁を作ることができるのであれば，使用可能
である。いくつかの実施例では，密封度を高めるため，
コーティングされたポリイミド薄膜が使われている。ポ
リイミドの２つの等しい層の間にはさまれた金はこの目
的に適している。薄膜の疲労要素も装置の要求される寿
命に対応して考えられなければならない。すなわち，薄
膜は多い（あるいは少ない）回数の屈曲サイクルの後簡
単に破壊してはならない。 ポリイミド薄膜の他の実施例 第４０図から第４８図は，波状薄膜，すなわちその中に
段がついた薄膜をもったもう１つのポリイミド薄膜の実
施例を作製するための各工程を示したものである。この
型をした構造の利点は，薄膜自体を伸展させることな
く，薄膜に広範囲の撓み性を持たせることができること
にある。すなわち，この撓みは薄膜の物質自体を屈曲さ
せることよりはむしろ，アコーディオンのふいごのよう
な開く動作を意味する。このように，広範囲の直線性が
得られ，弾性限度に達する以前に大きな撓みを発生させ
られる。この実施例を実現させるために，シリコンウェ
ハ２１０はＡ面，Ｂ面上で成長した二酸化シリコンフィ
ルムをもつ。Ａ面上のフィルムは第４０図のようにパタ
ーン化され，溝２１２がウェハ２１０にエッチングさ
れ，第４１図に示されているように，その周囲は酸化エ
ッチングマスク２１４で定義されている。そして窒化物
層２１６は第４２図で示されているように，付着され，
パターン化される。そしてもう１つのエッチングが溝２
１８を形成させるために行われる。これは第４３図にみ
られるように２段の溝を形成する。その後，新しく露出
したシリコンが，第４４図のように二酸化シリコン層２
２０を形成させるために酸化される。第４５図にみられ
るように，ポリイミド層２２２が付着され部分的にキュ
ア処理される。さらに，フォトレジスト層２２４がポリ
イミド層２２２をおおうために付着されパターン化され
る。そして，ポリイミド層をエッチャントＩＩＩをエッ
チャントとして用い，またフォトレジストをマスクとし
てパターン化する。そしてフォトレジストがとりのぞか
れ，ポリイミドがキュア処理される。次に第４６図のよ
うに，Ｂ面の酸化物／窒化物のサンドイッチ状態２２６
がノズル流体流出入チャネルのためのエッチングマスク
を形成するためにエッチングされる。第４７図のパイレ
ックスウェハ２２８は，アルミニウム層かあるいは抵抗
加熱器として適した他の金属によりおおわれる。そし
て，その金属層は，パイレックスウェハ２２８の表面に
沿いパイレックスウェハ２２８の端にある接続パッドへ
向かう導体を有する抵抗加熱器２３０としてパターン化
される。そして，パイレックスウェハ２２８は，第４７
図のように，シリコンウェハ２１０と整列し，第４７図
の構造を形成するために，そこへ陽極結合される。薄膜
室へ封じこまれる物質は，好ましい実施例では陽極結合
の間に封じこまれ，あるいは，下記に述べられる方法で
は，後で封じこまれる。最後に，酸化／窒化エッチング
マスク２２６が抵抗加熱素子のための接合パッド２３０
に通じるノズル流体流出入チャネル２３４と通路２３６
のエッチングを助けるために使用される。そして，酸化
層２２０の選択エッチングがこの構造を完成させるため
に，ノズル流体流出入チャネル２３４を通して行われ
る。 他の封じこめ技術 以下の封じこめ技術は，第１５図から第２７図で示され
た工程と共に使用できるが，同じように他の実施例にも
適用できる。この方法は，シリコンとパイレックスの２
つのウェハにより囲まれた室へ液体を封じこめるのに，
最も適している。基本的に，この方法では，液体を真空
／高圧技術により室へ強制的に注入し，電気メッキによ
り室を閉じることを含んでいる。この方法を使用するに
あたり，第１５図から第２７図の工程に次の変更を加え
る必要がある。第１５図のパイレックスウェハ８０の工
程で，０．７μｍのアルミニウムの付着の代わりに，３
００オングストロームのチタン／タングステンを付着
し，その次に３０００オングストロームの銅層を，その
次に３００オングストロームの厚さのチタン／タングス
テン層をつくる。そして第４のマスクと正のフォトレジ
ストが，Ｈ２Ｏによるチタン／タングステンのパターン
化のために使用され，そして銅が塩化第二鉄あるいは希
釈ＨＮＯ３をエッチャントとして用いて加熱素子８２へ
パターン化される。そして，チタン／タングステン層が
Ｈ２Ｏ２によりパターン化される。それぞれの抵抗パタ
ーンの中心にレーザ穴をあける工程は，ここで述べられ
ている方法がこの段階の必要性を削除しているので，削
除することができる。密封形成のための，パイレックス
ウェハ８０とシリコンウェハ１０２の陽極結合の工程
は，導体２４２を横切ってパイレックスウェハ８０とシ
リコンウェハ１０２とも陽極結合して第４９図に示され
ている導体２４２と２４３の側面に沿って薄膜室へ漏れ
通路を残すことによって代えることができる。第４９図
では，抵抗素子８２と２つの接続パッド２４０と２４１
の平面図が示されている。第５０図には，抵抗８２から
接続パッド２４０へ通じる金属線を横切った断面図が示
されている。ここでパイレックスウェハ８０とシリコン
ウェハ１０２の陽極結合の後，金属導体２４２の両側に
できるすき間２４４と２４６に注目されたい。これらの
すき間は第１５図の薄膜室８４の密封を妨げる。これは
第５１図を見るとよくわかる。第５１図には第４９図の
５１−５１’の分割線に沿った第１５図，第４９図のサ
ンドイッチ構造の断面図が示されている。ここで，シリ
コンウェハ１０２の中にできる２つの室２４６と２４８
に注目されたい。これらの室は第１５図には示されてい
ないが，薄膜室のエッチャントの際に同時に形成され
る。第１５図に示されている沸騰溶液にウェハを浸し，
充填穴１１８を封じる方法で薄膜室８４を充填する工程
は削除する。そのかわりに，ウェハに標準のウェハ鋸で
Ｂ面側から刻みをつける。これらの刻み目は，第５２図
の２５０と２５２で示される。これらの刻み目は，抵抗
素子８２のための接続パッドの位置でシリコンウェハ１
０２中にあらかじめエッチングされた室２４６と２４８
を横切る位置にある。これは接続パッドを露出すること
になるので，抵抗素子との電気的接続が行なえる。次
に，サンドイッチ構造のウェハが真空室へ置かれ，そし
てその真空室はサンドイッチ構造内の室を真空にするた
め真空にされる。そして，室は漏れ通路を通って薄膜室
８４を充填し始める要求された液体により充填される。
漏れ通路の横断面積が小さいため充填速度は遅い。充填
速度を上げるために，好ましい実施例では室は６０ｐ．
ｓ．ｉまで圧力が上げられるが，他の実施例ではこの工
程は省略できる。そして，薄膜室８４が完全に充填され
るまで，ウェハ構造は室の中に残る。そして，室は通気
され，ウェハ構造もとり除かれる。最後に，電気メッキ
セル内の接続パッドを陰極として接続した後にウェハ構
造を「ハイスロー（ｈｉｇｈ ｔｈｒｏｗ）」の硫酸銅
塩または他のメッキ溶液に浸して，接続パッド２５４と
２５６へ２５μｍの銅層をメッキする。メッキ溶液は，
漏れ通路による流体流出入への抵抗が高いため，薄膜室
へもれることはない。いくつかの実施例では，室内の液
体は電気メッキ溶液とは混和しないようにできるので，
混合は起こらない。しかしながら，メッキ溶液は漏れ通
路へいくらかは侵入するので漏れ通路内がメッキされて
しまう。このメッキは漏れ通路を塞いでしまい密封して
しまう。そこで，ウェハはダイシングされて，各々の弁
が分離させられる。薄膜室８４内への容積が固定された
物質の封じこめの他の方法は以下のようである。固体の
封じこめは，固体の封じこめを行うためのパイレックス
ウェハとシリコンウェハの陽極結合により，周囲圧力下
で行なえる。その後，固体は室の中に気体を造るために
電気補助拡散により，ガス種に解離する。酢酸ナトリウ
ムがこの固体として使われる。液体はもしそれが高沸騰
点をもっていれば，封じこめることができる。融点が３
００℃であるグリセロールが，陽極結合工程で使うのに
適している。液体および／または気体は，高圧のもとで
封じこめることができる。陽極結合は，圧力と温度が制
御されている封じられた室の中で行うことができる。こ
れは，物質を高温下で液体でいることを可能にする。例
えば，陽極結合は２１気圧のように高圧のもとで行うこ
とができる。これはこの工程での腔かあるいは室からの
液体の漏れを防止することができる。第２の一般的な薄
膜室の充填方法は，充填穴を使うことである。薄膜室が
形成される前に，または後で，またはその間に，薄膜室
と外界をつなぐ穴が形成される。そして薄膜室は真空技
術により充填され，穴は公知の方法により封じられる。
例えば，もし穴がパイレックスプレートに対し垂直であ
れば，例えばエポキシのような接着剤を用いて平板をパ
イレックスに対して固着することによって封じることが
できる。この方法には，接着剤の低温キュア処理を可能
にし，その扱いを簡単にする利点がある。この方法の１
つの問題点は，密封状態を得ることが難しい点にある。
もう１つの充填穴を封じる方法は，はんだ合金を使うこ
とである。充填穴は直接に金属液により塞がれるか，あ
るいはもしはんだ付け可能な表面が，充填穴の付近のパ
イレックスウェハ上に形成されるのであれば，板を充填
穴の上にはんだ付けすることができる。この工程の間は
周囲圧力は室内の圧力と同じに保たれなければならな
い。これは，圧力の相違による，充填穴上のはんだ合金
がまだやわらかい間に起こる室内の流体の漏れを防止す
る。圧力の制御された封じられた室が好ましい実施例で
使われる。最後に，充填穴を封じるのにガラス融解を用
いることもできる。この工程ではパイレックスウェハの
充填穴はレーザにより掘られる。そして，レーザは流体
が薄膜室内におかれた後，穴の周囲のパイレックスを再
度溶かすのに使われる。この方法は実際に行われたが好
ましくない方法である。ガラスからの熱伝導を高めるた
め，始めガラスは低温であることが重要である。 固体熱ポンプの実施例 第５３図は，固体の熱ポンプ技術を用いた実施例を示し
てある。ペルチェ固体熱ポンプのような熱ポンプ２６０
は，いくつかの製造者により市販されている。熱ポンプ
２６０はまた従来型の熱ポンプとしてもよい。この熱ポ
ンプ２６０は熱伝導ブロック２６２と熱的に結合されて
いる。この熱伝導ブロック２６２はウェハ２６６の薄膜
室２６４を封じる役目を果たす。ブロック２６２の目的
は，薄膜室２６４を密封することと，薄膜室２６４の迅
速な熱の出し入れを導くことである。薄膜室２６４は上
記に開示された方法のいずれによっても形成できる。そ
して，ウェハ２６６は示されているようにシリコンであ
る必要はない。同様に，ブロック２６２はアルミニウム
以外の良好な熱伝導性を有するものでもよい。構造内の
弁部はブロック２６８により形成される。このブロック
２６８は流体通路２７０をもち，その中にシーリング面
２７２が形成される。弁の動作は，上記に述べられた他
の実施例の場合と同様である。 位置的作用の実施例 他の実施例では，薄膜の位置が，薄膜室に封じこめられ
た物質の温度変化の最終結果として使われる。このよう
な実施例は，微少な位置決定や，遠隔操作のロボット工
学における触覚フィードバック変換器や他のそのような
応用に使用できる。直径２ｍｍのシリコン薄膜を有する
実施例では薄膜の全偏位は約３５μｍである。ポリイミ
ド薄膜での薄膜全偏位は約４００μｍである。移動され
る対象物，例えば集積回路のプローブに薄膜を取りつけ
ることによって，その対象物は薄膜室内の温度に従い移
動する。第５４図にそのような実施例が示されている。
第５４図に示されている実施例は，応用例中の典型的な
１種類である。しかしながら，微少の位置決定への応用
の一般概念を説明している。第５４図において，微少位
置決定変換器３００は加熱素子と共に形成された薄膜室
のあるウェハよりなっており，その薄膜室はウェハの中
に形成されたものである。またこの加熱素子は薄膜室内
へ，室内の温度が変化した時室内の蒸気圧を変化させる
物質と一緒に密封されたものである。抵抗素子ドライバ
３０２は使用者より制御入力を受けそしてそれを電線３
０４と３０６へ制御信号に変換して送り込む。この信号
は，室内の温度を変えるために加熱素子を発熱させる。
もちろんここで述べられている他の室の温度制御の方法
も使用でき，また当業者であれば，使用者の制御入力を
室内の温度を制御するために適した制御信号へ変換する
上で必要な使用者インターフェイスとして評価するであ
ろう。使用者３０８は試料３１０を像拡大システムを通
して見ることにより制御信号を供給する。そして要求さ
れる位置に対するプローブ３１２の位置を確認する。そ
して，使用者は薄膜室の温度を変えることにより，機械
的に変換器の薄膜と結合しているプローブの位置を調節
することができる。この実施例では，対象物に大きな力
がかかるかもしれない。もし薄膜の最大偏位よりも大き
い動作が必要な場合，変換器を直列に接続することによ
り行なえる。そのような実施例では，スタックの下側の
変換器の薄膜の動きが，スタックの上部にある全ての変
換器を動かす。同様に，２番目に低い位置にある変換器
の薄膜の動きがスタック中のその上の変換器を動かす。
この工程は全ての変換器で繰り返され，スタック内の全
ての変換器の薄膜変位の合計が総薄膜変位量となる。 触覚フィードバックの実施例 この発明の教示に従って，ここに開示されている装置は
また，操作者に触覚フィードバックを供給する実施例に
使用できる。この応用例は，ロボットの遠隔操作，すな
わちテレビカメラ等を使用した遠隔操作によるロボット
手の操作を含んでいる。ロボットを遠隔的に制御する上
での間題点は，保持されている対象上におかれているロ
ボットの手の圧力量を制御パーティに示す触覚の感覚の
不足にある。この発明は，第５５図に示される態様で，
その不足した感覚を与えることができる。そこではロボ
ット手３２０が軽い電球あるいは他の物３２２をつかん
でいる。ロボット手のそれぞれの「指」の先（少なくと
も向かいあった指）には，圧力変換器が整列して取りつ
けられている。これらの圧力変換器は，遠隔制御チャネ
ル３２６を通って，遠隔に位置している制御台３３０へ
圧力信号を送り返す。テレビカメラあるいは他の撮像シ
ステム３３２はその現場の映像をとり，制御台３３０
へ，そのテレビスクリーン３３４に表示するために画像
情報が送り返される。制御台もまた，使用者が触覚フィ
ードバックを得られるような機構をもっている。ここに
示されている実施例ではロボット手の制御手段はレバー
３３６と３３８により示されている。これらは互いに近
づけたり遠ざけたりすることができ，ロボット手の指を
レバーの相対位置に従って近づけたり遠ざけたりするこ
とができる。各レバーは，触覚フィードバック変換器３
４０と３４２が整列されている。これらの変換器には，
使用者がレバー３３６と３３８の制御を行うとき，使用
者の指先が触れる。触覚フィードバック変換器は，薄膜
が使用者の指先と接触できるように取りつけられてい
る。これらは圧力フィードバック信号に接続されてい
る。これは，ロボット手３２０の指に及ぼす圧力が増加
した時には，薄膜が圧力フィードバック信号の大きさの
割合により，使用者の指先に対して外向きに移動するよ
うに薄膜室内の温度が増加するようにされている。他の
実施例では，レバー３３６と３３８はグラブの指が変換
器と結合される場合には，グラブで代用できる。変換器
は，指の位置と動作を制御するために使われる信号をつ
くり出すものである。グラブの指先の内側には，圧力フ
ィードバック信号と結合している触覚フィードバック変
換器列が取りつけられている。上記に述べられた触覚フ
ィードバック変換器の操作は，レバー３３６と３３８に
より説明したのと同様であり，使用者の指で対象物をつ
まみあげた時に感じられるのと同じような圧力感覚が使
用者の指先を押すことにより使用者に与えられる。触覚
フィードバック変換器の製作工程は，第５６図から第６
４図に描かれている。以下に述べる工程はシリコンウェ
ハを対象としているが，他のウェハあるいは他の物質の
使用も可能であることが当業者には理解されるであろ
う。 １．１面または２面がみがかれているシリコンウェハ３
５４上に５０００オングストロームの酸化物３５２を成
長させる。 ２．７００℃における低圧ＣＶＤにより，ウェハの両面
に９００オングストロームのＳｉ３Ｎ４層３５６を蒸着
させる。 ３．第５６図の３５０で示されるように，室と薄膜を定
義するためのマスク１をみがかれていない方の面あるい
はＡ面にパターン化する。 ４．ＫＯＨにより凹部３５８を３５０μｍの深さまでエ
ッチングする。この深さは変更可能であり，膨張した作
動器の所望の高さによるであろう。エッチング後の構造
を第５７図に示す。 ５．ウェハの裏面に整合マークを写し，Ｂ面上の窒化／
酸化層へマスク１を使って凹部パターン３６０を決定す
る。その構造は第５８図に示してある。 ６．Ａ面にエッチングされた凹部の中へスペーサ金属３
６２を付着させる。マスク１を使用して金属をパターン
化し，凹部内をその金属だけにする。次に付着されるポ
リイミドは形成されキュア処理中にこのスペーサ金属に
接着する。その後に，このスペーサはポリイミド薄膜を
シリコンから解放するため溶解される。この工程終了後
の構造を第５９図に示す。 ７．Ａ面へ１０μｍのポリイミド３６４をスピンオン
（ｓｐｉｎ ｏｎ）する。必要であれば反復処理にて行
う。この工程終了後の構造は第６０図に示されているよ
うになる。 ８．ポリイミドを３５０℃までの上昇を含む４時間のキ
ュア処理を行う。ポリイミドに必要な弾力性と強度を持
たせるキュア処理であればどのような処理でもよい。 ９．異方性エッチャントにより，３６０℃で示されるシ
リコン薄膜をエッチング除去する。例えば，ＨＦ，ＨＮ
Ｏ３，ＣＨ３ＣＯＯＨあるいは反応性イオンエッチング
法を用いる。このエッチング後の構造は第６１図のよう
である。 １０．Ｂ面より窒化物３５６と酸化物３５２をはぎと
る。そして，第６２図に示されている構造のように，Ｂ
面より金属層３６２をはぎとる。 １１．パイレックスウェハ３６６上に，１μｍのアルミ
ニウムあるいはクロム／金を付着させる。 １２．パイレックスウェハの表面にマスク６を使用して
適当なエッチャントにより金属層をエッチングすること
により，加熱素子３６８をパターン化する。 １３．パイレックスウェハにレーザドリルにより穴３７
０をあける。 １４．次に，パイレックスウェハ３６６をシリコンウェ
ハ３５４へ陽極結合する。薄膜室３７２とこの構造を第
６３図に示す。 １５．そして室内に封じこまれる物質の沸騰溶液にウェ
ハを浸すことにより，薄膜室３７２を充填する。 １６．そして，室３７２は以下のいずれかの方法で封じ
られる。高性能接着剤により穴３７０を封じる。また
は，穴３７０を内面を金属化した後はんだで閉じる。ま
たは第６４図のようにパイレックスウェハ３６６上にも
う１つのウェハ３７４を結合させることにより行う。 １７．抵抗素子と電気的に接続するための電線を接続す
る。 第６５図は，膨張状態の触覚作動器を示したものであ
る。ここで室３７２の温度は十分に加熱素子により上昇
されており，薄膜３７８を膨張させるのに必要な十分な
ように圧力が上昇させられている。第６６図は，触覚作
動器が行列配置システムにより整列された配列を示して
おり，これは上記に述べられたロボットの応用に役立た
せることができるであろう。触覚作動器の他の形成工程
が第６７図から第７７図に示されている。工程は以下の
とおりである。 （１）２面がみがかれたシリコンまたは他の半導体のウ
ェハ３９８上に５０００オングストロームの酸化物を成
長させる。 （２）７００℃において低圧ＣＶＤにより，９００オン
グストロームの窒化物を付着させる。酸化物と窒化物の
結合物はＡ面とＢ面上に１個の層４００としてー括して
示されている。 （３）ウェハのＡ面をマスク１と正のフォトレジストに
よりパターン化する。このパターンは４０２によって示
されている室の位置を決定づける。 （４）ＫＯＨを用いてウェハのＡ面に深さ３５０μｍの
室４０４をエッチングする。室４０４の深さは，歩留り
を考慮して所望値に変更可能である。 （５）露出した窒化物をプラズマまたは他のエッチャン
トによりＡ面とＢ面よりエッチング除去する。第６８図
にその様子を示す。 （６）室４０４の壁を含むウェハのＡ面にスペーサ金属
４０６を付着させる。第６９図にその構造を示す。 （７）１０μｍのポリイミド層４０８をスピンオンし，
もし必要であれば反復処理する。そして，それぞれの処
理でＡ面をおおうために９０℃において１時間焼く。 （８）膜４０８を１３０℃で２時間半焼くことにより，
おおう。 （９）負のフォトレジストを付着させ，９０℃で焼き，
そしてマスク１により露出し，現像し，１２０℃で十分
な時間焼くことにより残りの抵抗を硬化して第７１図の
マスクとする。 （１０）ポリイミドフィルム４０８をエッチャントＩＩ
Ｉにより，３５℃で１５分から３０分の間エッチングす
る。 （１１）ポリイミドフィルムを２２０℃で１時間焼くこ
とにより部分キュア処理する。 （１２）露出したアルミニウムをアルミニウムエッチャ
ントＩによりエッチング除去する。 （１３）露出した酸化物を６：１ＨＦによりエッチング
除去する。第７２図にその構造を示す。 （１４）Ｊ１００により負のフォトレジストをはぎと
り，ＴＣＥ，アセトンとメタノールにより構造物を洗浄
する。 （１５）ポリイミドを３５０℃で１時間キュア処理す
る。 （１６）次に，パイレックスウェハ４１０上に，３５０
０オングストロームのアルミニウム，クロム／金または
チタン／タングステン−銅−チタン／タングステンを付
着させる。使用される薄膜室の液体の封じこめ方法いか
んにより使用する金属が決定される。ここで述べられた
いずれの方法もこの封じこめ工程に利用可能である。 （１７）マスク３により金属層に抵抗加熱素子４１２を
パターン化する。その構成を第７３図に示す。 （１８）穴４１４をパイレックスウェハの抵抗加熱器パ
ターンの中央にレーザドリル法のような方法で形成す
る。この構造を第７４図に示す。 （１９）陽極的にシリコンウェハをパイレックスウェハ
に結合して，抵抗加熱パターンとパイレックスウェハの
穴とを室４０４によりカプセル化し，室内のポリイミド
薄膜を封じる。ここに述べられているパイレックスウェ
ハを半導体ウェハに形成する方法のいずれもここで述べ
られているように使用できる。 （２０）ＨＮＡ（１分間に２５から５０μｍエッチング
するＨＣｌ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ，１０：１：
９）を用いて，半導体ウェハのＢ面を，アルミニウム層
を過ぎて１０μｍエッチングする。プラズマエッチング
も使用可能である。この構造を第７６図に示す。 （２１）スペーサ金属４０６を，アルミニウムエッチャ
ント（これは薄膜から金属だけをとり除く）かＨＮＡの
いずれかを用いてエッチングする。もしＨＮＡを使用す
る場合は，エッチングし過ぎないように注意する。別の
方法として，他のマスクとＫＯＨを使用する。この構造
を第７７図に示す。 （２２）室内に封じこまれる物質の沸騰溶液にこの構造
を浸して薄膜室４０４を充填する。 （２３）穴４１４を以下のいずれかの方法で封じる。高
性能接着剤で接着する。または，穴４１４の壁を金属化
した後はんだで封じる。または，他の公知の方法のいず
れかで行う。例えば，ポリイミドあるいはフォトレジス
トを穴の周囲の「Ｏ」型シーリングとして用い，もう１
つのウェハを穴のあるパイレックスウェハに陽極結合さ
せる方法である。電気メッキも可能である。第７７図に
は接着剤が示されている。 （２４）電線を，抵抗加熱素子と結合されている結合パ
ッドに下記のいずれかの方法で接続する。はんだあるい
は導電性エポキシを使用する。あるいは，接続パッドに
使用されている金属フィルムの型に適合する他の公知の
電線接続法による。これで最終構造が得られる。装置の
使用法はここに述べられた他の実施例のために説明され
たものと同じである。上記に述べられた触覚作動器はい
ずれも，薄膜室に封じこめられた物質の温度を変えると
いう，ここに述べられたいずれの手段によっても作製で
きる。また，室と流体の室への出入口である穴の封じこ
めも，いずれかの方法が使用可能であり，それは触覚作
動器の製作のための他の手段に適合する。また，触覚作
動器整列のための行列配置技術も２段金属化技術（ｔｗ
ｏ ｌｅｖｅｌ ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈ
ｅｍｅ）により果たすことができる。このような多段金
属化技術は半導体製造技術の分野で知られている。最後
に，流体の薄膜室への出入口のためのレーザドリル法で
あけられた穴だけが，室を充填する手段ではない。ここ
で述べられた流体の室への出入口を供給する方法やその
封じ方法のいずれの手段でも満足できる。 可変焦点レンズ 第７８図に，可変焦点距離レンズの断面を模式的に示
す。この実施例では，パイレックスウェハ４２０の抵抗
加熱器のパターンは，光路のじゃまにならないように一
部スペーサが開けられてある。光路は，パイレックスウ
ェハ４２０をぬけ，薄膜室４２２に封じこまれている物
質を通りぬけ（その物質は光を通す能力がなければなら
ない），そして薄膜４２４を通りぬける。第７８図の実
施例では，薄膜４２４は窒化シリコンでできているが，
他の透明または半透明の物質もまた使用可能である。も
ちろん，薄膜の光伝達能力は目的に適したものでなけれ
ばならない。パイレックス，膜室４２２に封じこまれた
物質および薄膜４２４の物質は全て屈折率をもち，そし
て異なる屈折率をもった物質との境界で種々の屈折度を
発生させる。このように，各物質はいくらかの屈折を発
生する。レンズの焦点距離は，レンズの曲率を変えるこ
とにより変更できる。これは薄膜室４２２内に封じこま
れている物質の温度を上昇または下降させて，窒化シリ
コン薄膜４２４の曲率を変えることにより達成される。
第７８図では，レンズの２つの異なる焦点距離が示され
ている。実線で描かれている第１の焦点距離は，薄膜４
２４が実線で表される状態にあるときのものを示す。第
７８図で破線で描かれている第２の焦点距離は，薄膜が
破線で示された状態にあるときのものを示す。第７８図
のレンズは，室の加熱手段は，光路内に位置してはなら
ず，破線４２６で示されている室への流体連絡路も光路
をふさいではならないことを除いて，ここで述べられた
方法により製造できる。また，シリコン窒化物あるいは
他の透明物質も薄膜に取り替えられねばならない。１．
５μｍの厚さの窒化シリコンフィルムはたいていの応用
に使用できる。可変焦点距離レンズはまた，光ガイドへ
光を導入する変調器としても使用できる。第７８図で
は，光ファイバガイド４２６が光路の軸に沿って位置し
ている事が示されている・光ファイバガイドは，入力光
を捕らえるための受け角度をもっている。すなわち，光
線が受け角度内でファイバ端に入射しないと，光線がフ
ァイバ被覆とつくる角度はファイバの臨界角度を越え，
光線はフィアバコアに屈折帰還しない。そのような光線
は被覆を通りぬけてしまい光線をガイドするという光が
ガイドの能力を無にしてしまう。２つの光線４２８と４
３０が臨界角度内（不図示）でファイバに入射している
様子が示されておりファイバコア／クラッド界面の４３
２と４３４においてそれぞれ屈折帰還する様子が示され
ている。破線で示されている２つの光線４３６と４３８
はファイバの臨界角度内にないためにファイバに捕われ
ていない様子が示されている。光線４３６と４３８は，
それらがレンズを通過するとき，可変焦点距離レンズが
光線の屈折角度を変えている動作のため，そのような角
度をもつ。さらに，破線で示されている形状のレンズで
も，いくらかの光線は光ファイバガイドの受付角度内の
角度で屈折される。であるから，その屈折光の一部は，
ファイバ内に入射し，捕らえられる。いくつかの焦点距
離では，ファイバの受付角度内に入る角度を全くもたな
い光線もある。このように，可変焦点距離レンズは，単
に薄膜室４２２に封じこまれた物質の温度を制御するこ
とにより光ファイバガイドへ入射する光量を変調させる
ことができる。このような装置は，光ファイバ通信網や
光コンピューターに有用である。第７８図のレンズは，
単独にあるいは整列して使用できる。このようなレンズ
の整列したものは，プログラム可能な光フィルターの役
割を果たすのに用いられ平行処理に応用できる。第８７
図の構成のもつ１つの応用は，センサである。外側温度
の関数であある室内の物質の圧力は，光ファイバガイド
に入る光量を制御することができる。この応用は，高温
に耐え得る圧力センサかあるいは，温度センサとして利
用できる。温度センサとしての使用には，封じこまれて
いる物質の周囲温度と圧力／温度の特性を知る必要があ
る。他のセンサに同等する構成は，光が薄膜を通って入
射し，パイレックスウェハの表面４４０で反射され，薄
膜をもう１度通って外に出る構成である。ここでこのパ
イレックスウェハは反射性の金属コーティングがされて
いる。この構成は２重の凸レンズの作用をする。温度が
上昇し，室内の圧力が上昇して焦点距離が減少すると，
レンズの凸度はもっと強くなる。焦点距離の変更は，フ
ァイバに結合される光量を変化させ，この変化は光セン
サからの出力信号の度合の変化として測定できる。焦点
距離の変化は，他の方法においても感知できる。例えば
異なる屈折率と異なる周波数の光を用いたり，干渉方法
を用いたりする。 異なる型の半導体ウェハの共融結合 前述のシリコンウェハとシリコンウェハとの共融（ｅｕ
ｔｅｃｔｉｃ）結合法の変形を用いて，ある半導体型の
ウェハを他の半導体型のウェハに結合させることも可能
である。例えば，優秀な信号処理回路形成の性質をもっ
たシリコンウェハと，優秀な光電気的性質をもったゲル
マニウムウェハとを結合させ，新規なセンサを創った
り，光ファイバと電気回路のインターフェイスとしての
作用をさせることができる。さらに，シリコンをベース
にした回路は，ヒ化ガリウムをべースにした回路とまた
はヒ化ガリウムをベースにした半導体レーザと集積する
ことができる。共融結合の工程は第７９図と第８０図に
示してある。これらは，結合処理がそれぞれに行われた
後の２つの異なる最終構成を示している。工程は以下の
ようである。 １．ここで選ばれた半導体の型に使用できる公知の処理
方法のいずれかにより，シリコンではないウェハ４９８
を拡散障壁物質５００でコーティングする。使用可能な
いくつかの処理例として，スピンオン法，低圧ＣＶＤ
法，あるいはスパッタリングがある。二酸化シリコンま
たはセラミックが拡散障壁として使用され，タングステ
ンや他の金属も使用可能である。 ２．シリコンに対して高親和力を有するアルミニウムあ
るいは他の金属を拡散障壁の端部に付着させる。 ３．シリコンウェハ５０４から結合される領域にある酸
化物をはぎとる。シリコンウェハ上に回路を形成させる
全ての処理工程は工程のこの段階ですんでおり，回路層
は不動態化されている。ゲルマニウムあるいはガリウム
のヒ化物のウェハがシリコンへ結合される地点でメサが
エッチングされる。 ４．２のウェハを締めつけ，シリコン−アルミニウム共
融温度をちょうど越える点まで熱する。さらに，処理工
程はゲルマニウムウェハの一部の化学的エッチング除去
と２つの異なるウェハの上面を接合するための金属線を
構築するために付加的な金属処理とを含む。 第８１図は本発明の教示による弁の好ましい実施例の最
終構造の断面図を示したものである。この実施例では，
２つのパイレックスウェハ６００と６０２がシリコンウ
ェハ６０４へ陽極結合されている。シリコンウェハ６０
４はその中にエッチングされた室６０６を持つ。室の壁
のうちの１つ６０８は可撓性のダイアフラムであり，こ
の好ましい実施例では約３５μｍの厚さである。室６０
６は，この好ましい実施例では周囲温度に関して高い沸
騰点を持った液体により約５０％充填されている。本実
施例での典型的な室内の液体はハロメタンまたはハロエ
タンまたは他のフッ化炭素である。本実施例では，室は
フレオンＦＣ７１により充填されている。弁の閉速度を
最適化するため，弁を閉じさせるために沸騰点まで加熱
される物質量ができるだけ少なくなるように，室６０６
はできるだけ少量の液体により充填されるべきである。
もし，非常に高い圧力で操作したいのであれば，薄膜を
破壊する可能性のある薄膜が室に対して遠ざけすぎるよ
うに湾曲することを防止するために室はいっぱいに充填
されるべきである。パイレックスウェハ６０２は，シリ
コンウェハ６０４に結合されているパイレックスウェハ
の表面６４４上に付着している抵抗パターン６１０をも
っている。抵抗パターン６１０は装置の周辺の接続パッ
ドへ導く導体リード（不図示）を除いて室６０６の周辺
で囲まれているパイレックスウェハ６０２の表面６４４
の一部に限定されている。典型的には，抵抗パターン６
１０は表面６４４上にスパッタされた金属より形成され
る。この層（不図示）は抵抗パターンを定義するために
フォトリソグラフィ法によりエッチングされている。典
型的には，抵抗パターンの特質はアルミニウム，チタ
ン，タングステン，ニクロム，金あるいはその他の物質
である。使用される金属あるいは他の物質は，封じこま
れた液体をその沸騰点まで上昇させるために電流が抵抗
パターンを流れた時に十分な熱を発生できる十分な抵抗
をもつべきである。室６０６内の液体の沸騰は室６０６
内の気圧を上昇させ，それによりダイアフラム壁６０８
はＹ軸の負方向に変形する。典型的に，抵抗パターン６
１０は，らせん状の型に形成され，パイレックスウェハ
６０２の表面６４４を横切ってダイ（以下では，「ダ
イ」は第８１図のサンドイッチ構造を表す）の周辺に位
置する接続パッド（不図示）に達する経路をたどるリー
ド線をもっている。これらの接続通路は，抵抗パターン
６１０を介して電流を駆動できるような，電線により外
界と電気的に接触することのできる十分なサイズをもっ
たものである。パイレックスウェハ６０２はまたその中
に形成されている小さな充填穴６１２をもつ。この穴は
典型的にはレーザドリルにより開けられ，いくつかの実
施例では室６０６内に注入される流体を通す作用もあ
る。所望の量の流体が室内に注入された後，穴６１２は
プラグ６１４により封じられる。この好ましい実施例で
は，プラグ６１４はエポキシである。しかしながら，穴
６１２が非常に小さいため他の物質もまた同様に簡単に
穴を封じるために使用できる。パイレックスウェハ６０
０はその中にエッチングされた入力チャネル６１６と出
力チャネル６１８をもつ。メサ６２０はパイレックスウ
ェハ６００の表面上に立ち，障壁６０８に対向しており
弁座となる。このメサの上面は薄いクロム層６２２でお
おわれている。このクロム層の目的は，弁構造の組立工
程中のパイレックスウェハ６００のシリコンウェハ６０
４への結合工程においてメサ６２０が障壁６０８に結合
しないよにするためである。メサ６２０の一実施例での
正確な形状は第８２図に示されている。第８２図は，ダ
イアフラム６０８のすぐ下にあるパイレックスウェハ６
００の表面６２４の一部の平面図である。第８２図で，
第８１図において断面図で示された構造が，平面図にお
いて簡単に認識できるように，それと同じ参照符号が付
されている。入力チャネル６１６は３個の突出したチャ
ネル指状部６２８，６３０，６３２と共に斜線により示
されている。本質的に，これらの突出した指状部６２
８，６３０と６３２は入力ポート６１６に流れる流体が
ダイアフラム６０８の下を通るパイレックスメサ６２０
に形成された溝である。同様に，６１８で示される出力
ポートは２個の溝６２４と６２６を備えている。これら
の３つの溝はダイアフラム６０８の下を通っており，メ
サ６２０の蛇行した形状のために溝６２８，６３０，６
３２から分離されている。クロムでおおわれているメサ
の部分は符号６２０／６２２により示されている。クロ
ムにおおわれていないメサ部分は６２０で示されてい
る。３つの溝６２８，６３０と６３２は２つの溝６２
４，６２６とインターディジィトに組み合わさってい
る。第８２図は異寸であり溝６２４と６２６はもっと広
くしてもよい。さらに，溝６２８，６３０，６３２と溝
６２４，６２６との間の重なり度は，第８２図に示され
ているよりも小さいかまたは大きくしてもよい。第８２
図で，溝の領域を示している長い斜線が施されていない
全ての部分，例えば，６３６と６３４にて示された領域
は，Ｘ−Ｚ面に平行であり，クロム層６２２の上面のレ
ベルに実質的にあるＹ軸座標の平画中に横たわってい
る。第８２図で６２０で示されているパイレックスメサ
の部分と６３４と６３６で示されているパイレックスウ
ェハ６００の表面の部分とはシリコンウェハ６０４の下
側に陽極接合されている。陽極結合の処理は当業者には
周知である。ここでの完結として，処理は，パイレック
スの表面と結合されるシリコンウェハとを配置し，電極
が形成されるように接合の両側を接続することが行われ
る。そして高電圧がこれらの２個の電極に印加され，そ
して電流が約５００℃で接合に電流を流し，これにより
この２個のウェハを互いに結合させる。もう１度第８１
図に戻って，そこに示されている弁構造の種々の部分の
目的とその構造を述べる。以下のパラグラフのほどんど
のコメントは第１図と第１５図の弁構造と，ここに示さ
れた他の弁構造に適用するものである。いくつかのコメ
ントはここでの他の構造に適用する。簡潔のために第１
図，第１５図と第８１図に示された構造以外への個々の
適応性は明記されていない。上部のパイレックスプレー
ト６０２の目的は，元来，室６０６の中に液体を封じる
ことにある。従って，いくつかの実施例では，上のプレ
ート６０２は所望の液体が室６０６内に注入された後，
シリコンウェハ６０４に封じられる。すなわち，室６０
６は液体により充填され，そしてパイレックスウェハ６
０２はシリコンウェハ６０４上に置かれ，適当に整列さ
れる。その後，パイレックスウェハ６０２とシリコンウ
ェハ６０４は陽極的にまたは他の方法によって結合され
る。そのような実施例では，穴６１２は必ずしも必要で
はない。この好ましい実施例では，パイレックスウェハ
６０２は室６０６が液体で充填される前に，シリコンウ
ェハ６０４へ結合される。その後，穴６１２がレーザド
リル法，化学ドリル法，超音波ドリル法または他の方法
によりパイレックスウェハ６０２に開けられる。機械的
に穴を開けること，あるいはパイレックスウェハをシリ
コンに結合する前にパイレックスが形成される時に適当
の位置に鋳造することも可能である。典型的には，室６
０６はＸ軸方向に２０００μｍの幅をもっているので，
穴６１２は大変小さなものになる。従って，そのような
小さな穴をあけるある方法が必要である。そのような小
さな穴を開ける通常の方法は，本発明の実施の際に用い
られるであろう。上のパイレックスウェハ６０２は加熱
抵抗６１０と連結されている導電リードと抵抗パターン
と電気的に結合している接続パッドを支持する作用もす
る。上のウェハ６０２はまた室６０６と上のウェハ６０
２に結合することのできるヒートシンクまたは熱源との
間の熱伝導の主要通路としての作用もある。従って，上
のウェハ６０２は良質の熱伝導性をもつ事が好ましい。
ウェハ６０２，６０４と６００としてニッケルそして可
能な他の金属材料も同様に使用できる。そのような実施
例では，抵抗パターン６１０がもし使われていれば，そ
れはウェハ６０２の下部の面６４４に付着している絶縁
層の上に形成されねばならない。他の実施例では，光学
変換が室６０６の流体を加熱するために使用される。こ
れらの実施例では可視光，赤外，あるいは他の波長の光
の輻射エネルギーが室６０６内の流体を加熱するために
上のウェハ６０２から室６０６へ通して照射される。そ
のような実施例では，抵抗パターン６１０は存在せず，
上のウェハ６０２は使用される輻射波長に対して透明で
なければならない。これらの実施例では，上のウェハ６
０２としてパイレックスが好ましい。しかしながら，他
のガラスまたはシリコンもウェハ６０２として使用可能
である。パイレックスのシリコンへの結合が簡単である
ので，パイレックスが抵抗の実施例における上のウェハ
６０２として好ましい。シリコンである上のウェハ６０
２はパイレックスより良い熱伝達特性をもつが，シリコ
ンとシリコンとの結合は行い難い。上のウェハ６０２と
しての他の可能な物質は，セラミック，アルミニウム，
銅あるいはプラスチックである。もし金属ウェハ６０２
が使用されるならば，その金属ウェハと抵抗パターン６
１０の間の好ましい絶縁物質はポリイミドである。抵抗
パターン６１０を金属ウェハから絶縁するために窒化物
のような他の絶縁物質の使用も可能である。しかし，抵
抗パターン，分離層および上のウェハ６０２の間の熱膨
張係数の釣り合いが適当になるように注意して，熱膨張
率の違いからくるストレスが装置の操作をそこなうよう
な絶縁層あるいは抵抗物質あるいはパイレックスのひび
または故障を起こさないようにしなければならない。ポ
リイミドは，それが可撓性でありその弾力によりストレ
スをやわらげるので，絶縁物質として好ましい。どんな
物質が上のウェハ６０２として使用されようとも，それ
は安定したものでなければならず，周囲環境の中や室６
０６内の液体と接触することによって腐食するものであ
ってはならない。さらに，ウェハ６０２の物質は弁構造
が経験するであろう操作温度条件を処理できるものであ
るべきである。典型的に，室６０６内の液体は，その沸
騰温度のちょうど手前までシステム作動時には加熱され
ているであろう。この温度では，室内の蒸気圧が，ダイ
アフラム６０８をＹ軸の正方向に押す作用をしている力
に打ち勝つには不十分である。この力は入力ポート６１
６内の圧力により発生したもので弁を開けさせるもので
ある。弁が閉じられるべき時には，室６０６内の流体の
操作温度を沸騰点以上の温度にするため，十分な電流が
抵抗パターン６１０に流される。これは，ダイアフラム
６０８をＹ軸の負方向に押す傾向にあるダイアフラム上
に作用する力を発生させるに十分な蒸気圧を発生させ
る。この力が，ダイアフラムをＹ軸の正方向に押す作用
をしている力に打ち勝つために十分である時，ダイアフ
ラム６０８はメサ６２０の上のクロム層６２２に接触す
る。これが封を形成し弁を閉じる。最後に，上のウェハ
６０２の物質は抵抗６１０を形成するために抵抗リソグ
ラフィと付着処理に適合し，接続パッドにリードを取り
つけることができるものでなければならない。抵抗パタ
ーン６１０のためのオプションがいくつかある。最も簡
単なオプションはパイレックスウェハ６０２の表面上に
抵抗パターンを形成することである。他の構造は絶縁物
質のらせん状のメサの上に抵抗パターンを形成して，そ
して抵抗物質が上のウェハ６０２と折々の絶縁物質の柱
とにより支えられるオートブリッジ（ａｕｔｏ ｂｒｉ
ｄｇｅ）型の構造を形成するように，抵抗パターンの下
のメサに穴をエッチングする。このぶら下がった状態の
抵抗構造は液体に対する熱伝達に対して良い特性をも
つ。下記に詳細が説明されているさらに他の構造は片持
ち梁の形状をしている。抵抗パターンの物質として要求
されるものは，静止中あるいは作動中に液体と腐食しな
いまたは反応しないような，室６０６内の液体の存在に
対して安定したものであるべきである。さらに，抵抗物
質は作動中に室６０６内に存在するであろう高温を処理
できるものでなければならない。抵抗パターンは，液
体，上のウェハ６０２および中央のウェハ６０４から保
護されるためのコーティングをすることができる。シリ
コンウェハ６０４は下記の要求にある物質であれば何で
もよい。まず最初に，物質は，深さ方向５μｍ，横方向
２０μｍの設計規準のフォトリソグラフのような微小製
造技術が適用可能なものでなければならない。さらに，
その物質は，ダイアフラム６０８が繰り返し湾曲されて
も疲労による損傷がないように十分な可撓性と弾力性を
もっていなければならない。さらに，その物質は堅牢で
熱に対しての良い導体であるべきである。ウェハ６０４
の物質が室６０６内の物質の液体または気相の周辺への
もれを防止することができ，この物質によって腐食の影
響をうけないということは大切なことである。ウェハ６
０４の物質はまた，ウェハ６０２と６００として選択さ
れた物質と良好な結合処理ができるものであるべきであ
る。ウェハ６０４はまた，その中に室６０６が形成で
き，みがかれることができ，その後のなめらかさを保つ
ことのできるものであるべきである。最後に，ウェハ６
０４の物質は弁が操作される温度の周辺環境で，あるい
は入力チャネル６１６で制御される物質との接触によっ
て腐食やダメージを受けるべきではない。室６０６の寸
法と薄膜６０８の厚さは弁の動作特性に影響を及ぼす。
室６０６が小さいことは，加熱すべき物質が室内に少し
しかないことを意味する。これは，室内の温度を沸騰点
より上に上昇させるために，電流が急速に供給されたあ
るいは増加された時から弁が閉じられるまでの時間が短
くてすむことになる。より厚い薄膜６０８はダイアフラ
ムをＹ軸の正方向に強制する撓ませることにより弁を開
けるための入力チャネル６１６では高い圧力を要求する
ことになる。同様に弁を閉じるためのダイアフラム６０
８にＹ軸の負方向に強制的な力を与えるためには室６０
６の内側で高い圧力が生じなければならない。弁構造と
その他のここに現れている構造の操作に対しての長所
は，室内の圧力変化の加熱処理のための室内の液体への
入力エネルギーの変化に対する割合である。この長所は
室６０６の容積に反比例している。しかしながら，薄膜
６０８はできるだけ広くするべきである。すなわち，第
８１図の寸法Ａは，最大の撓みを持つためにできるだけ
大きくすべきである。典型的に，寸法Ａは２０００μｍ
である。この好ましい実施例では，室の深さを定義する
寸法Ｂは３５０μｍであり，ウェハ６０４の厚さを定義
する寸法Ｃは３８５μｍである。薄膜６０８ができるだ
け広くなるべきであるので，室の容積は主に，ダイアフ
ラムの厚さを約３０から３５μｍに保つために寸法Ｃの
減少に対応した寸法Ｂの減少により減少される。メサ６
２０の上面と良好な封止を形成するためにダイアフラム
の下部の表面６３８がみがかれるような，ウェハ６０４
としての物質が選択されることが好ましい。あるいは，
もしウェハ６０４が良好なシーリング特性を得るための
適当なみがきをかけることができない場合には表面６３
８はポリイミドあるいは他の可撓性の物質によりコーテ
ィングすることができる。しかしながら，ウェハ６０４
に対する上記に述べられた他の要求は達成されなければ
ならず，特にウェハ６０４が熱を室６０６からたやすく
導き出し，そして薄膜の繰り返しの屈曲による疲労や故
障に強靱である事が大切である。シリコンウェハ６０４
とパイレックスウェハ６０２との間の結合は室６０６内
の物質が逃げられないような密封状態を供給できなけれ
ばならない。さらに，結合は室６０６内の液体との接触
を通してあるいは周辺の化学物質との接触を通してある
いはダイをとりまくパッキング物質との接触を通して腐
食されてはならない。この結合はまた，抵抗リードどう
しの短絡がないように抵抗パターン６１０から接続パッ
ドへ抵抗リードを通すことができねばならない。最後
に，その結合は操作温度の範囲内で安定していなけばな
らない。典型的な操作温度は，２００℃から３００℃の
範囲にあり，いくつかの応用例では７００℃まで上昇す
るであろう。陽極結合は劣化することなしに簡単にこれ
らの温度に耐えるであろう。ウェハ６００に要求される
ことは，室６０６内の物質の冷却を助けるために良好な
熱伝導を供給することである。ウェハ６００はまた，蛇
行したメサ６２０を定義し入力ポート６１６と６１８を
形成する小さなチャネルを加工するために使用される処
理と適合しなければならない。ウェハ６００はまたメサ
６２０の上面が良質のシーリング接合を得るためにみが
かれるようにみがきをかけることができなければならな
い。あるいはウェハは良質のシーリング状態を供給する
ためにメサ６２０の上面の平面性の不足を捕うことので
きるポリイミドあるいは他の可撓性の物質でコーティン
グされることのできるものでなければならない。さら
に，その物質は，入力と出力のチャネル６１６と６１８
それぞれを通って流れるいずれの気体あるいは流体によ
っても腐食されてはならない。最後に，選択された物質
は，操作温度に耐え得るものであり，チャネル６１６と
６１８を流れる物質と化学的に反応あるいは腐食されな
い結合によるウェハ６０４として選択された物質がどの
ようなものであれ，それと結合することができなければ
ならない。過剰な圧力のストレスが生じるのを防止する
ために熱膨張係数が十分に適合するように３個の全ての
ウェハ６０２，６０４と６００の物質を選ぶことが大切
である。すなわち，第１図の構造は操作温度の範囲にわ
たって加熱され，冷却されるので，もし熱膨張係数が十
分に適したものでなければ，この３個のウェハは異なる
割合で膨張または縮小し，それにより構造内に機械的ス
トレスをもたらす。熱膨張係数は，これらの機械的スト
レスが操作をそこなうであろうひびや他のダメージを構
造に与えるまで増大しないように十分に調和したもので
なければならない。薄膜６０８はそのシーリング能力を
改善するために，あるいは化学腐食の影響または室６０
６内または入力チャネル６１６内の物質からの侵食を減
少させるために可撓性の物質によりコーティングするこ
とができる。また，コーティングは薄膜６０８の耐久性
を改善するためにも使用できる。薄膜６０８は，抵抗６
１０が薄膜６０８とメサ６２０とをシーリング状態にす
るために駆動または通電されていない時には，適度の圧
力のものでの入力チャネル６１６から出力チャネル６１
８への流出を可能にするだけの十分な撓み性をもたねば
ならない。弁の正確な動作のためには，薄膜はメサ６２
０に貼り付いてはならない。メサ６２０と入力と出力チ
ャネル６１６と６１８は２個の相補機能の作用をする。
始めに，メサ６２０は薄膜が封を行うために十分遠くま
で撓むことができるように薄膜６０８よりあまり離れて
いないシーリング表面を供給する。チャネル６１６と６
１８は，もしそれらが非常に深い場合，大量に流れるよ
うに抵抗を減少させる作用がある。第８２図では，チャ
ネルと蛇行したメサ６２０／６２２の形状が示されてい
る。この蛇行の形状は，流れるための非常に低い「オン
（ｏｎ）」抵抗を供給する。その理由はメサと極めて深
い指状のチャネルとの組み合わせは，気体あるいは液体
が入力チャネル６１６から出力チャネル６１８へ流れる
であろうメサ障壁を横ぎるより大きな横断面積を供給す
る。すなわち，入力チャネル６１６の気体または液体は
第８２図に示される曲線の矢印の通路に沿ってメサ障壁
を横ぎって流れる。ここで多くの通路があり，従ってメ
サの上面と薄膜６０８の底（不図示）との間の断面積
が，メサが第８２図に示されている程長くない場合より
も大きくなることに注意する。他のメサ構造が第８３図
に示されており，ここではメサは短くなっている。第８
２図の実施例でのメサの長さにより，流れのオフ（ｏｆ
ｆ）の抵抗は第８３図での実施例では第８２図のそれほ
ど高くない。第８３図は，入力チャネル６１６の幅を直
線的に横ぎる蛇行していないメサを示したものである。
第８３図のメサの形状は，流れに対しもっと高い「オ
フ」抵抗を供給するが，また流れに対しより高い「オ
ン」抵抗も同様に伴う。一般に，もし高い「オフ」抵抗
が要求される場合は，メサ６２０／６２２の突出長さは
Ｚ軸方向に短く，幅はＸ軸方向に広くあるべきである。
流れの抵抗を最小にするため，入力チャネル６１６と出
力チャネル６１８は非常に深くあるべきである。すなわ
ち，第８１図の寸法Ｄは受け入れ可能な低いレベルの流
れ抵抗を供給するに十分な深さであるべきである。入力
と出力チャネルはＸ−Ｙ面に沿っていずれの方向へ，あ
るいはそれに平行ないずれかの面を進み，そしてダイの
周辺に沿ったいずれのポイントからでもダイから出るこ
とができる。さらに，入力と出力チャネルはまた，上面
６４２からあるいはダイの底面６４４から出るためにＹ
軸方向に進むが，ダイアフラム下ではＸ−Ｚ平面内を横
方向に進出するように形成されていてもよい。室６０６
に要求されることは，その中の液体が周辺環境へ逃げな
いような，周辺条件からの密封状態をつくることができ
ることである。室６０６内の物質は加熱された時に蒸気
圧を上昇させることができるのであれば，固体，液体ま
たは気体またはこれらのいずれかの混合物であり得る。
最良の操作のためには，平均周囲温度より十分上の沸騰
点をもっている液体が好ましい。室６０６は５０％の液
体で充填されることが好ましい。これは蒸気圧を，実質
的な流体静力学的圧力変化を起こすことなく変化させる
ことを可能にする。さらに，室６０６内の物質は室６０
６の壁，抵抗素子６１０，ウェハ６０２の物質，あるい
はウェハ６０２とウェハ６０４の間の結合と反応しては
ならない。また，室６０６内の物質は通常操作のもとで
分解してはならない。最良の操作のためには，この物質
は，物質を加熱するための入力であるエネルギーの単位
変化に対する蒸気圧の変化の割合が高いものであるべき
である。室６０６を充填するために選択された物質の分
解温度を知ることと，装置が経験するであろう操作温度
を知ることが大切である。物質の分解は危険な不安定に
導く可能性がある。充填ポート６１２に要求されること
は，室６０６と周辺環境を結合する小さな穴であること
である。この穴は一般に第８１図に示されているように
Ｙ軸に沿うものかあるいは，ダイの周辺のポート６４６
に通じているウェハ６０２の表面６４４にエッチングさ
れた溝とすることができる。この溝の実施例では，この
溝は通常のフォトリソグラフィ法とエッチング処理によ
りエッチングすることができる。充填ポート６１２はデ
ッドボリュームを最小限にするためにできるだけ小さく
されるべきである。典型的に，第８１図の断面図の多重
構造はウェハ６００，６０２そして６０４のサンドイッ
チ状から成るウェハに製造される。そして全ての充填ポ
ート６１２は同時にあるいは順次に形成される。充填ポ
ートの形成方法は抵抗パターン６１０を破壊するような
ものであるべきではない。シーリング物質６１４は，室
６０６がその中に注入された物質により充填された後，
シーリング穴６１２を密封する作用をする。室６０６に
物質を注入する方法は下記に述べられる。プラグ６１４
のための物質は，シーリングプラグ６１４のキュア処理
中あるいは弁構造の使用中のいずれにおいても，室６０
６内のいずれの液体あるいは他の物質と反応すべきでは
ない。充填プラグの物質は高い熱伝導係数をもつことが
好ましく，予想される操作温度で熱的に安定したもので
あるべきである。他の充填ポート６１２の封じこめ方法
はレーザによる再融解であり，そこでは穴を封じるため
に充填ポート６１２をかこむウェハ６０２のガラスの一
部が融かされる。この好ましい実施例ではエポキシプラ
グが使用されている。他の可能な方法は，通常の方法で
充填ポート６１２の壁を金属化させ，そして穴６１２を
はんだ付けするか，電気メッキを施すことである。第８
１図の弁の組み立て工程が第１図と第１５図に示されて
いる弁の組み立て工程と非常に似通っているので，工程
を示す図はここでは特に示されていない。しかしなが
ら，第８１図の弁構造の製造工程を以下に論じる。図を
用いて論じられるべき個々の製造工程については関連し
た図が示されている。第１図の構造の製造工程の第１段
階は，約３８０μｍの厚さのシリコンウェハを選び，そ
の全表面を二酸化シリコンにより約１．２μｍの厚さに
酸化させることである。次に，室６０６（または，単一
ウェハ上に形成されている多重弁がある場合は複数の
室）が位置する場所の酸化物をエッチング除去する。そ
して室が８０℃で３０重量％の濃縮ＫＯＨでウェットエ
ッチングにより形成される。このＫＯＨエッチングは１
分間に１．２μｍの割合でエッチングを行う。エッチン
グ時間は薄膜６０８の所望の厚さが得られるものとす
る。室６０６が形成された後，シリコンウェハ６０４の
表面から残りの二酸化シリコンが除去される。その後，
抵抗パターン６１０が形成される。典型的に，これは表
面６４４上へのニクロム，アルミニウムあるいはチタ
ン，タングステンと銅の組合せのスパッタリングあるい
は蒸着により行われる。他の物質の使用も可能である。
そして接続パッドと接続パッドから抵抗素子へのリード
を含む蛇行した抵抗パターンを定義するため規準のフォ
トリソグラフィ法が使用される。フォトレジストを用い
てこれらの構造がフォトリソグラフィ法的に定義された
後，抵抗パターン６１０を残すための金属層のエッチン
グが施される。その後，残りのフォトレジストが除去さ
れる。そして，パイレックスウェハ６００の処理へ移
る。第１段階は，ウェハ６００の全表面６２４へクロム
層を付着させることである。クロムは，入力と出力のチ
ャネル６１６と６１８が各々エッチングされる前に実際
に配される。このように，チャネル６１６と６１８の底
部はクロムによりおおわれることはない。このクロム層
はスパッタリングあるいは蒸着により付着させることが
できる。次に，フォトリソグラフィ法により入力ポート
６１６と出力ポート６１８のチャネルと蛇行したメサ６
２０／６２２が定義される。第８２図では，このフォト
リソグラフィ法では基本的に，パイレックスウェハ６０
０の６２０または６２０／６２２で示されている全ての
領域と同様に６３４と６３６で示されている領域をマス
クする。これは入力と出力のポート６１６と６１８を形
成するためにエッチングされるパイレックスウェハ６０
０の表面だけを露出させる。そしてチャネル６１６と６
１８をエッチングするために，そしてダイアフラム６０
８と合わさる領域のメサ６２０／６２２を残すために純
粋なＨＦとＨＮＯ３によるエッチング処理が施される。
パイレックスウェハ６００のチャネル６１６と６１８の
形成には異方性エッチングを使用することが好ましい。
しかしながら，シリコンにおける異方性エッチングと同
じ特性をもったパイレックスにおける異方性エッチング
は存在しない。しかしながら，もしウェハ６００にシリ
コンを選択する場合はチャネル６１６と６１８を形成す
るためには異方性エッチングが好ましい。このようなエ
ッチングは垂直な側壁を残すからであり，それにより縦
横比を改善し「オン」流れ抵抗を減少させる。他のパイ
レックスエッチングの可能なものとして，サンドブラス
ティングあるいはＫＯＨエッチングがある。次に，残っ
たフォトレジストが除去され，第８２図で斑点で印され
た６２０／６２２の領域上にフォトレジストを配するた
めに，新しいマスク処理が施される。それは，メサの上
面とグイアフラム６０８の下部の表面６３８との間の結
合を妨げるためのメサ６２０の上面にクロムが残される
領域である。このフォトレジストが現像された後，フォ
トレジストにより保護されていないメサ上面の領域から
全てのクロムをエッチング除去するためと，そして第８
２図の６３４と６３６で示された領域のクロムを除去す
るためにクロムエッチング処理が施される。他の可能な
方法としては，パイレックスよりクロムを除去し，弁が
閉じた時にメサがダイアフラム６０８と接触する領域を
囲むであろう正方形あるいは長方形のパターン状にシリ
コンウェハ６０４の下部表面６３８上にポリイミドを付
着することである。これでパイレックスウェハ６００を
シリコンウェハ６０４に結合する条件がそろった。この
好ましい実施例では，これは，ウェハ６０２と６００を
整合関係に置き，ウェハ６０４とウェハ６００の間に電
流を流すために８００Ｖの電圧を加えながら，３０分間
温度を３５０℃にあげることにより陽極的に行われる。
次に，室６０６内に含まれるように適当に抵抗パターン
６１０を整合した後，パイレックスウェハ６０２がウェ
ハ６０４に結合される。この結合はまた，好ましい実施
例においても陽極的に施される。いくつかの実施例で
は，ウェハ６０２とウェハ６０４の間の結合の実施に先
立って，室６０６はその中に封じこまれる液体により充
填される。この好ましい実施例では，ウェハ６０２は室
６０６が空の状態でウェハ６０４に陽極的に結合され
る。これらの実施例では，次の段階は２０Ｗの電力レベ
ルあるいは，ウェハ６０２の中を室６０６まで貫通する
ようにパイレックスを蒸発させるに十分な電力レベルで
パルス化されたＣＯ２レーザを使用することにより充填
穴６１２をレーザにより開けることである。化学的に充
填穴６１２を開けることは可能であるが，充填穴の直径
を小さく保ちながらそうすることは非常に困難である。
これはＹ軸に沿った垂直のエッチング速度がＸとＺ軸に
沿った水平のエッチング速度と結合してしまうからであ
る。パイレックスを３８５μｍまでエッチングする必要
性があるためＸ−Ｚ平面の直径で穴は非常に大きくな
る。充填穴６１２の機械的な穴開けもまた所望の大きさ
より大きな穴を作る傾向がある。次に，液体を室６０６
内へ注入する。これを行うための好ましい方法は，第８
１図に示されている全構造を小室に置きそして全構造を
真空にすることである。これにより室６０６が真空にさ
れる。所望の真空レベルまでシステムを排気した後，真
空ポンプを停止し，室６０６内に注入されるべき所望の
液体を第８１図に示される全構造をおおうまで圧力容器
へ注入する。そしてシステムは外気と連絡され，５０ｐ
ｓｉの正の圧力をかけられる。これにより液体は充填穴
６１２を通って室６０６へと導かれる。これにより室６
０６は完全に充填される。そして，いくらかの液体が室
６０６から取り除かれることが必要な実施例では，所定
の時間の間，所定の温度まで全構造を加熱することによ
りなされる。これが実施される時点での時間と温度と圧
力レベルは実験的に決定されるべきである。その結果と
して生じた時間は，室６０６内の液体の種類，充填穴６
１２の直径，そして蒸発処理終了後に，室６０６内に残
るべき液体の量に基づく。いくつかの応用例では，室６
０６は完全に液体で充填される。これらの応用例のため
の，充填ポート６１２を封じる前の室６０６からのいく
らかの液体をとり除く蒸発処理工程は省略されている。
室６０６を所望レベルまでに充填する他の保証された方
法では，スチロフォーム（Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ）あるい
は金属ボールベアリングのような中空のあるいは中実の
軽量の球を，ウェハ６０２をウェハ６０４に結合する前
に，室６０６へ配される。室６０６内に置かれた球の数
と大きさは，室が真空にされ液体が充填穴６１２を通っ
てその中に注入された後，室を所望の液体の量で充填す
るように計算されている。最後に，充填ポート６１２は
エポキシのプラグ６１４により封じられる。第８４図
は，第８１図に示されている形状をした弁を用いた集積
圧力調節器の断面の模式図である。この圧力調節器の目
的は出力ポート６４８内の圧力を使用者が設定したレベ
ルに維持するために制御することにある。出力ポート６
４８の圧力は，「Ｖ１」と「Ｖ２」で印されている２個
の弁の作動により維持される。弁１は高圧源（不図示）
に接続されている入力ポート６５０をもつ。この高圧源
は，入力チャネル６５０から弁１のメサ（６５４で示さ
れている）の他の面上のチャネル６５２を経て出力ポー
ト６４８へ接続されている。弁２は，出力ポート６４８
からチャネル６５６を経て弁２のメサ６６０の他の面上
の低圧流出（ｅｆｆｌｕｅｎｔ）チャネル６５８へ接続
されている。出力ポート６４８の圧力は，弁１と弁２を
適当に開いたり閉じたりすることにより出力ポートを高
圧源あるいは低圧流出（ｅｆｆｌｕｅｎｔ）へ接続して
出力ポート６４８の圧力変化を正すことにより調節され
る。出力ポートの圧力が下がった場合，弁Ｖ２を開くた
めに弁Ｖ２の室へエネルギーが入力される。これは高圧
源をチャネル６５０と６５２を経て出力ポート６４８へ
接続することになる。出力ポート６４８の圧力が上がり
すぎた場合，弁Ｖ１がその室へエネルギーを入力するこ
とにより開かれ，それは低圧流出だめ（不図示）をチャ
ネル６５８と６５６を経て出力ポート６４８へ接続させ
ることになる。出力ポート６４８の圧力は，コンデンサ
圧力センサ６６２により感知される。このコンデンサ圧
力センサは，真空室６６４とそれぞれ６６６と６６８と
して示されている室の真空によって分離されている２個
の導電フィルムを含んでいる。室６６４は，弁１と弁２
の上のウェハの作用をしているパイレックスウェハ６７
２の下部の表面６７０と，２個の集積弁の中間のウェハ
を有するシリコンウェハ６７６に形成されているダイア
フラム６７４との間に形成される。ダイアフラム６７４
は，室６６４になる表面凹部を形成するためにシリコン
ウェハの表面６７８をエッチングし，そして室６８２が
形成されるまで表面６７８に向かってシリコンウェハ６
７６の表面６８０を反対方向へエッチングすることによ
り形成される。室６８２はダイアフラム６７４により室
６６４と分離されている。ダイアフラム６７４はその厚
さが３０μｍの程度であるため，ダイは室６８２と室６
６４との間の圧力差に従って撓む。室６８２が出力ポー
ト６４８と流体連絡の状態にあるので，ダイアフラム６
７４は出力ポート６４８の圧力変化に従って撓む。これ
はコンデンサプレート６６６と６６８を圧力変化に従っ
て互いに引き寄せたり，互いから遠ざけたりさせること
になる。コンデンサプレート間の動きは，コンデンサ容
量を変え，そしてこれらの変化は外部回路（不図示）に
より探知することができる。通常の外部制御回路（不図
示）のいずれもが使用できる。典型的に制御回路はコン
デンサのプレート６６６と６６８に接続されており，コ
ンデンサ容量の変化を感知する。これらの変化は出力ポ
ート６４８に存在する圧力を示す。この引き出された圧
力は，使用者の入力により設定された所望の圧力と比較
され，誤差信号（不図示）が発せられる。弁駆動回路は
この誤差信号を受け取り，そして抵抗素子あるいは，弁
１，２に結合されて他のエネルギー供給手段を適当に駆
動して，出力ポート６４８内の圧力を，所望の圧力へ調
節するのに必要な方向に変化させるための適した弁を開
ける。弁１と２を制御するためと出力ポート６４８の圧
力を感知するための回路はこの発明では重要ではない。
そして，そのような働きをする通常の回路のいずれもが
この発明を実施するのに使用され得るであろう。出力ポ
ート６４８は，弁１と２の両者のために第８１図に示さ
れるパイレックスウェハ６００の目的を果たす下部パイ
レックスウェハ６８４にレーザドリルで大きな穴をあけ
ることにより形成される。第８５図には，集積流れ調節
器の断面の模式図が示されている。この構造では，上の
ウェハ６８６と下のパイレックスウェハ６８８の間にシ
リコンウェハ６９０がはさまっている。この３個のウェ
ハの重なりでは，第８１図に示された弁と同じ方法で製
造された同じ構造をもつ弁Ｖ１と印された電気流体弁が
示されている。この弁は入力ポート６９２と出力ポート
６９４の間で流れる流量を制御する。この入力ポート６
９２は，使用者からの制御信号に従い流速が制御される
流れている物質の流れに結合している。出力チャネル６
９４は，流速センサを有する流出入チャネル６９８に結
合されている。上のパイレックスウェハ６８６の下部の
表面６９５上には，流速センサとして作用する３個の抵
抗パターンが形成されている。これらの抵抗パターンは
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と印されている。抵抗Ｒ２は，抵抗を
一定の温度のもとで維持するため電流により駆動され
る。抵抗Ｒ１とＲ３は電流にの抵抗を感知し，この情報
をこの２個の抵抗間に存在する温度差に変換する。この
機能を果たす通常の回路のいずれもがこの発明の実施の
目的を満足させるであろう。そして，チャネル６９８を
流れる特有の型の物質のために，実験的に決定された値
が示されている表を参照することにより，この温度差は
チャネル６９８を流れる物質の流速にマッピングされ
る。そして，そのようにして得られた流速は所望の流速
と比較され，誤差信号が発生する。そして，この誤差信
号は，誤差信号を弁Ｖ１の室内に封じこまれている物質
に入力されている電力レベルの変化に変換する通常の弁
駆動回路へ供給される。もしチャネル６９８内の流速が
高すぎる場合，弁Ｖ１の室内に封じこまれている物質へ
もっと多量のエネルギーが入力される。これは，室内の
蒸気圧を上昇させ，弁のダイアフラムをＹ軸の負方向に
撓ませる。これはダイアフラムとメサとの間を狭くし，
それによりチャネル６９２とチャネル６９４の間の流速
を低下させ，チャネル６９８の流量を減少させる。もし
流速が低すぎる場合，弁Ｖ１よって能動的には作動しな
い。その代わりに，抵抗Ｒ１とＲ３は，抵抗Ｒ１におけ
る温度と抵抗Ｒ３における温度との間の温度差を感知す
るのに使われる。この温度差は以下に述べる方法で，流
速につれて変化する。抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１とＲ３より熱
いために，温度差が存在する。これは抵抗Ｒ２から抵抗
Ｒ１とＲ３へ向かう熱伝導を発生させる。もし，流出チ
ャネル６９８に何も流れていなければ，最終的には抵抗
Ｒ１とＲ３は両方共に同じ温度に達するであろう。抵抗
Ｒ１とＲ３は温度によって抵抗を変える物質により作ら
れる。従って，抵抗Ｒ１とＲ３の物質の温度はその抵抗
を測定することにより測定することができる。物質がチ
ャネル６９８を左から右へ流れる時，抵抗Ｒ２からチャ
ネル６９８内を流れる物質を通って抵抗Ｒ１へ向かう熱
伝導は阻まれ，他方，抵抗Ｒ２からチャネル内の物質を
通って抵抗Ｒ３へ向かう熱伝導は高められる。このよう
に抵抗Ｒ１は抵抗Ｒ３よりも冷たい。従って抵抗Ｒ１と
抵抗Ｒ３との間の温度差はチャネル６９８を流れる物質
の流速に従っている。通常の設計の外部回路（不図示）
は抵抗Ｒ１とＲ３に封じこまれた物質へのエネルギーの
供給は減少され，それにより，ダイアフラムがＹ軸の正
方向へ動くことを可能にし，チャネル内の流量を増加さ
せる。第８６図には，他の集積流れ調節器の他の実施例
が示されている。この実施例は第８５図で使用された同
じ原理を利用することにより働く。第８５図との原理的
な構造の違いは抵抗Ｒ１，Ｒ２とＲ３がそれぞれ流出チ
ャネル６９８の中に，上のウェハ７１３と中央のウェハ
７０５による流出入チャネル６９８の境界で支えられて
いる窒化物の梁によりサスペンドされていることであ
る。これは抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１とＲ３との間の直接的な
熱伝導を減少させる。その理由は，これらの抵抗はチャ
ネル６９８内を流れる物質によって完全に取り囲まれて
いるからである。従って，熱の大部分が流れる物質を通
って流れ，抵抗を支えている構造物を通るものが少なく
なる。第８６図のサスペンド抵抗素子は，ここで述べら
れているいずれの弁あるいは他の構造の加熱素子として
使用することができる。これらのつるされている抵抗構
造の製造方法は以下に述べるとおりである。第８７図に
は，サスペンド抵抗製造の初期段階における第８６図の
流出入調節器の流出入室６９８のＸ軸に対して垂直な断
面図が示されている。第８８図は抵抗Ｒ１，Ｒ２とＲ３
を含んでいる窒化物の梁７１１の平面図を示し，第８６
図と第８７図の断面図の位置を示している。第８７図
は，７００と７０２で示される２個の窒化物層に挿入さ
れている抵抗素子の製造途中と流出入チャネル６９８が
エッチングされた後の抵抗Ｒ１だけを示している。第８
７図の技法は，ここで述べられている実施例のいずれに
おいての抵抗加熱素子の形成に同等に適用できる。第８
７図に示されている工程段階は，溝６９８（または封じ
こまれた液体の室６０６）が形成される前に上のシリコ
ンウェハ７１３上の第一の窒化物層７００を付着させる
ことにより達成される。層７００の厚さは第８６図の寸
法Ａと等しくすべきである。窒化物層７００が付着され
た後，金属の層７０７あるいは抵抗パターンを形成でき
る型の他の抵抗物質による層がおおわれる。その後，抵
抗パターンを形成するためエッチングの後に残るべき抵
抗物質の領域を保護するためのフォトレジスト層を形成
するために通常のフォトリソグラフィが施される。第８
８図は抵抗Ｒ１，Ｒ２とＲ３の蛇行した抵抗パターンの
平面図を示す。フォトレジストパターンは，エッチング
後第８８図のパターンを形成するために金属を保護すべ
きである。第８７図は第８８図の蛇行パターンの第８８
図における分割線８７−８７’に沿った断面図である。
抵抗パターンの形成に続いて，第２の窒化物層７０２
が，抵抗パターンを完全に包みこむために第１の窒化物
層７００と抵抗パターンの上に付着される。そして，抵
抗パターンの梁支柱が形成される位置の２個の窒化物層
の部分をおおうために，フォトレジスト層７０８が付着
される。フォトレジスト層７０８は現像され，窒化物層
を通る穴７０１と７０３が形成される所の窒化物が露出
される。穴７０１と７０３は抵抗物質が存在しない所の
窒化物全体に広がっており，流れ調節器内の溝６９８
（あるいは，ここで示された他の実施例での室）を形成
するためのエッチングを可能にする。第８８図は〔１０
０〕方向に４５°の角度で整列されるべき穴を示し，た
だ１つの典型的な上記の穴のグループを示す。その後，
全構造は，窒化物梁７１１の穴７０１と７０３を残すた
めのフォトレジスト層７０８によっておおわれていない
すべての窒化物をエッチング除去する窒化物エッチング
処理を受ける。全構造は，上のウェハ７１３のシリコン
を穴７０１と７０３を通してのエッチングによって溝６
９８（あるいは弁の実施例では液体の封じこまれる室）
を形成するために，他のＫＯＨエッチングを受ける。こ
れは，第８８図に示されるようにそれぞれの抵抗を窒化
物梁の中に包みこませることになる。この梁は流出チャ
ネル６９８を横切って（あるいは封じこまれた液体を含
む室を横切って）サスペンドされる。それぞれの梁は，
中央のウェハ７０５と交差する点で上のウェハ７１３に
取りつけられている２個の支点７１２と７１４により支
えられている。これらの支点７１２と７１４は本質的に
は窒化物層７００と７０２に包まれている梁の抵抗物質
であり，上のウェハ７１３と中央のウェハ７０５との間
にはさまれている。そして，それぞれの抵抗パターンの
部分７２０と７２２が接続パッドへ延長され，それによ
り抵抗パターンへの接続が形成される。第８９図には，
ヒステリシスによりダイアフラムを二重に安定させる２
個の物質を備えたダイアフラムを有する弁の構造が示さ
れている。第８９図で，第８１図の弁とのただ１つの違
いは，双安定性を与える薄膜６０８に付加された物質の
もう１つの層７３０が存在していることである。この構
造の他の全ての部材は第８１図に示されている実施例と
同じであり，同じ参照番号が与えられている。第８９図
の実施例では，もう１つのクロム層７３０がダイアフラ
ム６０８の内側（室６０６内）の表面Ｓ１に付加されて
いる。このクロム層７３０は，ダイアフラム６０８をこ
の２個の二重安定の第１の状態に向かって撓ませるよう
な緊張状態にある。この第１の状態とは，薄膜６０８が
室６０６に向かって，撓んでいる状態をいう（薄膜の中
心がウェハ６０２に向かってＹ軸の正方向に引っ張られ
ている）。これは入力ポート６１６に圧力がかけられて
いない状態でも弁を開けさせる作用をする。入力ポート
に供給されるいずれの圧力でも弁をさらに開ける作用を
する。弁を閉じるには，弁座６２０／６２２と封を構成
するためにＹ軸の負方向に撓まされ得るようにクロム層
７３０による力および入力ポートに供給された圧力によ
り生じた力に打ち勝つための蒸気圧を充分に上昇させる
ために，充分な熱が室６０６内に封じこまれた液体に結
合されねばならない。第８９図に描かれている構造は，
第８１図の弁あるいはここに示された他の弁よりも速い
開時間をもっている。室内の蒸気圧が，クロム層７３０
の影響をうけた力と入力ポート６１６に供給された圧力
とから生じた力に打ち勝つために必要なレベルより下に
下がり，室６０６内の液体が充分に冷えることができる
時，弁が開く。これが起こる時，ダイアフラムはメサの
弁座６２０／６２２と封を構成することなくダイアフラ
ムの第１の二重安定状態に急に戻る。第９０図には双安
定ダイアフラムの弁構造の他の実施例が示されてる。第
９０図の構造は第８１の構造と略同様であり同じ参照番
号により参照されているが，余分に物質の層７３２がダ
イアフラム６０８の下部の面Ｓ２に付加されており，こ
れは２個の安定撓み位置をもつ二重の安定性をダイアフ
ラムに与えるためにあり，これはバイアスされている。
実施例では層７３２にはクロムの代わりにポリイミドが
使用されている。それは，ポリイミドが，弁座６２０／
６２２と接触する時に良好なシーリング特性をもつから
である。ポリイミド層７３２は，それが表面に配される
時には緊張状態にある。これは，ダイアフラムをＹ軸の
負方向に撓ませ，面Ｓ２を弁座上に位置させる二重安定
状態をもつ傾向にある。他の二重安定状態はダイアフラ
ムがＹ軸の正方向に撓んでいる状態である。もしダイア
フラムがＹ軸の正方向に撓んでいる状態の第２の二重安
定状態へダイアフラムを撓ませるために入力ポート６１
６へ供給される圧力が不充分な場合は，第９０図の弁は
閉の状態のままである。もし通常の操作圧力が入力ポー
ト６１６へ供給され，そしてポリイミド層７３２により
生じているバイアス力が入力ポートに供給される圧力に
より生じた力から減じられた後に残った残余の力に打ち
勝つための蒸気圧を発生させるために充分な熱が室６０
６内の液体に供給される場合もまた，弁は閉状態のまま
である。ボリイミド層により生じているバイアス力に打
ち勝つために充分な圧力が入力ポートへ供給され，そし
て室が液体の沸騰点より下の通常の操作温度にある時，
弁は聞く。液体を沸謄点より上の温度まで上昇させる熱
が室に連結され蒸気圧が充分に高いレベルまで上昇した
時，ダイアフラムは第１の二重安定状態に急に閉じる。
本発明はここで説明された実施例により述べられたが，
当業者はこの発明の精神と範囲からはずれることなく他
の変更を加えることができることを理解するであろう。
そのような全ての変更はここに添付された特許請求の範
囲内に含まれる。
の分野，特にガスまたは液体の流量がある種の制御ロジ
ックからの電子信号によりコントロールされる集積化さ
れた電気−流体−変換マイクロミニチュア弁の分野に関
するものである。 （従来の技術およびその問題点）多くの工業機器および
工業用または製造用施設は空圧等の流体圧を原動力とし
ている。空圧動力は機械を極めて効率的に作動し，かつ
アセンブリーライン作業用のロボット機械にしばしば用
いられる。これらのタイプの機械はコンピューターまた
は他のロジック回路によりしばしばコントロールされ
る。ロジック回路は実施すべき動作のシーケンスを決め
かつ計画通りに動作を実行するための電気信号を発信す
る。動作のシーケンスが空圧により駆動される機械の部
分の物理的な動作を含む時には，コントロールロジック
からの電気制御信号を機械の部分を駆動するための空圧
コントロール信号に変換することのできる弁または変換
装置の必要性が生まれる。かかる機械はしばしば多数の
個別の空圧ラインによりコントロールされる多くの可動
部分を使用するから，かかる電気−流体−変換弁が多数
必要となることがしばしば起こる。かかる場合には電気
−流体−変換弁は廉価で，信頼性および作動効率が高
く，小型でしかも弁とコンピューターまたはコントロー
ルロジックとの間の電子インターフェイス回路に適合し
たものであることが要求される。極めて精度の高いロボ
ット動作の要求される用途または他の極めて精度の高い
動作が必要な用途では，空圧コントロールドライブパル
スの形を精密にコントロールすることが必要である。他
の用途，例えばガスクロマトグラフィではコラムに入る
流体パルスの形状はコラムから正確な分析データを得る
ために精密にコントロールされなければならない。これ
らの用途のいずれにおいても流体の流量のコントロール
に用いられる弁はデッドボリューム（ｄｅａｄ ｖｏｌ
ｕｍｅ）をほとんどまたは全く持たぬ精密弁でなければ
ならない。デッドボリュームとは弁が解放状態から閉鎮
状態に移行する時に弁の中に閉じ込められる大きさの知
り得ぬボリュームである。この閉じ込められた流体が流
れの中に混入した場合には流体パルスの形状は希望の形
状とは相違する。例えば典型的なガスクロマトグラフシ
ステムではデッドボリュームを持つ弁が使用される時に
は分離コラムに入る出力流体パルスの端部は（任意の時
点に流れるガス流のボリュームに関して）垂直でないま
たは明確な境界を示さぬことがある。同様に，精密ロボ
ット動作に対しては，動作に対する精密な位置制御を行
うためにロボットの指および腕を駆動するために用いら
れる空圧パルスに対し極めて精密なカットオフ機構を持
つことが必要となる。電気パルスを用いて流体の流量を
コントロールする１つの公知の方法はスタンフォード
（Ｓｔａｎｆｏｒｄ）大学のスティーブ テリー（Ｓｔ
ｅｖｅ Ｔｅｒｒｙ）により開発された電気−流体弁で
ある。この弁はその中に薄膜（ｍｅｍｂｒａｎｅ）が機
械加工されたシリコンのごとき基体をを使用している。
キャビティーが基体をほとんど貫通する穴をエッチング
することにより形成される。これは底に薄い壁体を残
し，かつこれが可撓性の薄膜の作用を持つ。薄膜がその
中に形成されている第１の基体の側面に取付けられる形
で第２の基体が設けられ，かつこれにはマニホールドタ
イプの室をその中にエッチングされ，かつマニホールド
室の壁の中にガスの出入りのための通路またはノズルが
形成されている。マニホールド室はまたその中に別のポ
ートを持つことによりマニホールドの中へのおよびノズ
ルから外へのまたはその逆の流体の通路を完成する。第
２の基体のマニホールド室は第１の基体の薄膜の上に位
置し，しかも第１の基体のマニホールドが撓んだ時にマ
ニホールド室のノズルの周りに形成されたシーリングリ
ングに接触し，かつこれによりノズルとマニホールドへ
の他のポートとの間の流体の通路を閉じる。第１の基体
の薄膜が撓まぬ時にはマニホールド室のノズルは閉じら
れることはなく，従って流体は自由に入口ポートおよび
マニホールド室に流れ込みかつノズルを通って流出しま
たはその逆も可能である。第１の基体の薄膜はピストン
によりその上に与えられる機械力により強制的に撓ませ
られる。このピストンはソレノイドまたは他のタイプの
電磁装置により駆動される。上記の弁の形態を持つ１つ
の短所はソレノイドが大容量の動力源を必要とし大きな
動力の流量装置であることである。さらにソレノイドま
たは他の電磁装置は大型で重量の大きいことである。第
１および第２の基体の室はソレノイドが大型でさえなけ
れば遥かに小型化されることができるであろう。第１お
よび第２の基体は従来の平面フォトリソグラフィ技法を
用いてエッチングされるシリコンウェハであるために電
気−流体弁はソレノイド用でさえなければサイズをさら
に小さくすることは可能であろう。このような従来の電
気−流体弁の構造はスペースを効率的に利用し得ない。
ソレノイドはソレノイドのピストンが第１の基体の薄膜
を押すごとく第１の基板に機械的に取付けられ，かつソ
レノイドがウェハのスペースの大部分を占める程に大き
いために１つのシリコンウェハには一般にかかる弁構造
をわずかに３個形成し得るに過ぎない。かかる構造の製
作費は比較的高くかつソレノイドとガラスとの接合は困
難である。一般にソレノイドは厚いパイレックスウェハ
にボルトとナットにより固定されている。この取付けの
方法は製作費が高く，また主たる故障の原因ともなる。
さらにかかる構造は動作部分を持ち，かつこれがもう１
つの故障の原因となる。しかし，かかる構造の主要な短
所は全構造が平面フォトリソグラフィ技術によりたやす
く量産することができないことである。これはソレノイ
ドがかかる技法では製作することができないことによ
る。インクジェットプリンティングの分野で過去に用い
られた別のシステムは液体およびガスが加熱された場合
に室の中に高温を生じる性質を利用した発明に用いられ
た原理を利用している。この原理を具現化した特定のシ
ステムはヒューレットパッカード（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐ
ａｃｋａｒｄ）のインクジェットプリンタである。この
プリンタの構造ではプリントヘッドが基体の中または上
に小型室を備えている。基体はその上に抵抗素子を持
ち，かつ室は抵抗素子の上に位置する。室はその中に小
さいインクジェットノズルを持ち，それを通してインク
は室内のインクの圧力が大気圧を上回ると小さい液滴の
形で逃出することができる。使用に際しては，かかる構
造はインク滴を加熱パルスが抵抗素子に与えられる度に
放射される。抵抗素子からの熱は室の中のインクの温度
を高め，それによりその蒸気圧力を熱力学の法則に従っ
て高める。室内のインクの圧力が高まると，１つまたは
それ以上のインク滴は室壁の中のインクジェットポート
を通して室から強制的に排出される。かかる構造は本発
明に用いられている熱力学の原理の全く別の用法の一例
である。出願人が知る限り温度の上昇する閉じられた室
内の液体の膨張の原理のかかる用法は流体弁のコントロ
ールに未だ用いられた試しはない。このようにして従来
の平面リソグラフィ技法を用いて安価に量産することが
でき，大量のエネルギーを流量することはなく，小型で
ウェハのスペースを効果的に使用し，互いに干渉の可能
性を持つ作動部分を持たず，デッドボリュームをほとん
どまたは全く持たぬ精密カットオフ特性を持ちかつ電気
−流体弁がその中に形成される同じシリコンウェハ上に
インターフェイスまたはドライバー回路を形成すること
に適した電気−流体弁に対する需要が生じたのである。 （発明の梗概）この発明の教えによると，電気流体弁が
供給される。この弁は，固定容量の気体あるいは流体が
熱せられた時の圧力上昇と膨張の原理を利用して気体あ
るいは流体を含んでいる空洞または室の可撓性の壁また
は１個以上の壁を形成している薄膜を撓ませるものであ
る。薄膜の撓みは，入力ポートからのマニホールド室を
通り出力ノズルへぬけるか，またはその反対である流体
の通路を開閉するのに用いられる。弁はまた直線的に操
作され流体制御の直線性が得られる。すなわち，弁が制
御信号の大きさに適合して制御され，弁を通る流体の流
出入の率または速度が調節される。薄膜の撓みはまた，
温度変化あるいは測定すべき他の現象の度合を決定する
ためのセンサ表示としても使用される。本発明の電気流
体弁の構造には多数の変形がある。しかしながら，各設
計の主な要素は，室の１つの壁が薄く，可撓性のある薄
膜である基体内に形成される室を含んでいる。室は，所
定のモル数の気体または流体を封じこんでおり，室内の
流体の温度を上昇させて，流体の場合には蒸気圧力の上
昇を発生させ，気体の場合には膨張と圧力増加を発生さ
せるようにする方法または手段が設けられている。この
室内の物質の加熱は，いくつかの方法のうちの１つの方
法で果たすことができる。１つの方法は，室内の１つの
壁（分散抵抗の場合は，１つかそれ以上の壁）あるいは
室内のどこかに位置されている抵抗加熱素子を用いて，
抵抗素子に電流を流して熱を発生させ，室内に封じこま
れている流体を加熱することである。室内の流体の加熱
の他の可能な方法としては，室の外側に位置するエネル
ギー源より得た高周波エネルギーを室内へ送り込むこと
により行う室内の物質の高周波加熱あるいは伝導性の，
または対流性の，または輻射性の熱を通しての室内の物
質の加熱がある。さらに，光学加熱手段も用いられ光学
−流体変換が行われる。そのような構成では光は透明物
質でできた壁をもつ室内へ照射される。この光は室の壁
（１つまたはそれ以上の壁が光エネルギーを吸収する物
質でコーティングされていてもよい。）を加熱するか，
あるいはもし室内の物質が光を充分吸収できる程暗い流
体か気体であれば室内の物質を直接に加熱する。光エネ
ルギーは，輻射によるか，あるいは光バイプまたは光フ
ァイバガイドの助けにより，光源より伝達される。輻射
光あるいは光ファイバーバイプは電気的雑音をひろわな
いので，そのような光学−流体変換により，電気的雑音
のある雰囲気で信頼できる流体制御が提供される。他の
実施態様では，室内に封じこまれた流体を冷却すること
により，薄膜を１つの壁としている室（以下では，簿膜
室と称する。）内の流体の温度を変化させることが可能
である。これは，トンプソンあるいはペルチェ冷却器に
より行なえる。他の型の冷却機構もまた使用できる。例
えば，単純な冷却システムあるいは輻射，伝導または対
流冷却器である。本発明の教えによれば，薄膜室内の流
体の温度の制御方法のいずれもこの発明の実施の目的を
満足させるであろう。使用し得る各種の加熱構造の上述
の説明より推測できることであるが，本発明の教えによ
り構築された装置の構造は１つの応用から他の応用へ非
常な変化をするが，典型的な構造は薄膜室と加熱構造と
してシリコンパイレックスサンドイッチ構造を利用す
る。薄膜室は，シリコンウェハを殆ど貫通する程である
が薄膜室の薄膜の所望厚さと同等の部分をウェハの反対
側に残して停止するようにしてウェハに溝をエッチング
することによりシリコンウェハに形成される。例えば，
パワートランジスターあるいは多重入出力口を有する完
全（ｆｕｌｌ）フィードバックシステムのような他の信
号処理回路をウェハの残りの部分に従来の処理法により
予め設けていてもよい。この回路は，弁を形成している
薄膜室により形成されている電気流体弁と共に使用さ
れ，それにより，弁自体が適合した工程によっているの
で同じシリコンウェハ上の自分のインターフェイス回路
を有する弁または変換器が形成される。もちろん，薄膜
室が変換器として使用されるのであれば，このことはセ
ンサとしての応用にも同じことがいえる。そして，ウェ
ハ上のどこかに構築された信号処理あるいは他の回路
は，変換器の操作のために変換器からの出力信号の処
理，調整あるいはその他の目的に使用できる。薄膜をそ
の一部としているシリコン基体の表面は，その内部に入
力ポートおよびノズル（ノズルを入力ポートとし他のポ
ートを出力ポートとしてもよい）のあるマニホールドを
その内部にもった他方のウェハとサンドイッチ状態にさ
れる。流体マニホールドの位置は固定され，第２のウェ
ハが第１のウェハに取りつけられたとき，ノズルその周
囲のシーリングリングとが撓みによる簿膜の行程路内に
位置するようにされる。薄膜の撓みは，流体マニホール
ドの入力ポートと出力ポートとの間の流体連絡路の断面
積を変化させる。もし，撓みが充分大きければ，薄膜は
ノズル周辺のシーリングリングに完全に着座しノズルを
通る流出入を止める。この発明は転換型の弁あるいは変
換器として実施される。ここで使われている変換器とい
う用語は，変換器で測定されるあるパラメータの大きさ
を特性化する出力信号を供給する装置を意味すると解釈
されるべきである。測定されるパラメータは室内の流体
の温度か，あるいは室内の流体の温度に影響を与えるあ
る他のパラメータである。後者の例として，室内の抵抗
素子を通る電流の量，照射光の強度等がある。他の実施
例では，本発明の教えによるセンサの構成は，薄膜に加
えられた圧力を測定することにより圧力を測定すること
ができる。測定される圧力または他の影響をうけた薄膜
の撓みに応じた室内の流体の圧力変化は，熱力学の法則
に従って薄膜室内の流体の一時的な温度変化としておき
かえられる。これらの温度変化は熱電対あるいは測定さ
れる圧力または力を特性化する出力信号を発生する他の
温度感知装置により感知できる。本発明の教えによる
と，周囲温度の温度センサは，電気流体弁を製造するこ
とにより，薄膜室内の流体温度を外部的にも内部的にも
変化させる手段を用いずに，製造できる。そして，弁を
通る流量が薄膜室内の流体に影響を及ぼしている周囲温
度の関数として測定することができるように，流量メー
ターを弁薄膜により制御されている流出入連絡チャネル
へ設置することができる。すなわち，周囲温度の変化
は，薄膜室内の流体の温度変化を発生させる。これらの
温度変化は薄膜室の薄膜の撓みにおきかえられる。それ
により，弁の流出入連絡チャネルを通る流体量が変調さ
せられる。この流速の変化は，多段流体回路学の公知の
方法により増幅することができ，気圧または水圧により
駆動される制御システムに直接に使用することができ
る。ここではまた，集積圧力調節器と集積流量調節器と
が開示されている。集積圧力調節器は，弁の間に配置さ
れている出力ポートの圧力を制御する作用をもっている
ここで述べられている型の２つの集積弁を使用する。出
力ポートの圧力は容量性の変換器により感知される。そ
のような変換器では，コンデンサのプレートの１つは基
体に固定されており，他方のプレートは基体に形成され
ている真空化された室の壁のうちの１つを形成している
可撓性のダイアフラムの上に形成される。圧力変化によ
りダイアフラムが撓み，第２の容量プレートを第１のプ
レートの方へ近づけ，あるいはそれから遠ざける。この
容量変化は，出力ポートの圧力を決定し，誤差信号を発
生するのに使われる。誤差信号は，２つの弁を制御する
制御信号を発生するのに使われる。これらの弁は出力ポ
ートと容量性センサと共に同じダイの上に集積される。
弁の１つは，高圧力源を出力ポートへ結合し，他方の弁
は，出力ポートを低圧力流出だめへ結合する。集積流量
調節器は本発明の教えによる１つの集積弁と流出入チャ
ネルとを利用している。３つの抵抗素子が流出入チャネ
ルに沿って配置されている。中央の抵抗は，一定温度を
保つように供給される電流により駆動される。中央の抵
抗により発生した熱は，中央の抵抗の両側にある冷たい
抵抗温度センサに向かって拡散する。しかし，流出入チ
ャネルの物質の流れにより，一方の抵抗温度センサに達
するより少ない熱が他方には達し，そしてこれは温度差
を発生させる。この温度差の量は流量に関係しており，
抵抗温度センサに結合されている制御回路により感知さ
れる。決定された流量は，通常の回路により所望の流量
と比較され誤差信号が発せられる。この誤差信号は流量
が要求流量に改められるように弁を制御するために使用
される。 （実施例）第１図には，本発明の電気流体弁の好ましい
実施例の断面図が示されている。弁は本実施例では，
〔１００〕方向のシリコンの基体１２にエッチングされ
ている薄膜室１０を備えている。本発明の基本構造はい
くつもの異なった型の材料，例えば電気鋳造された鋼，
プラスチックなどにより実現できる。しかしながら，第
１図に示された好ましい実施例では，シリコンウェハ１
２，他のシリコンウェハ３０およびパイレックスウェハ
２２の３層のサンドイッチからなっている。ウェハ２２
はこの好ましい実施例ではパイレックス７７４０（Ｐｙ
ｒｅｘ ７７４０）より作られている。シリコンは他の
ウェハに使われている。それはシリコンが信号処理また
はインターフェイス用の電子回路を構成するための基体
として使用され得るからである。信号処理またはインタ
ーフェイス回路は他のチップに設けられ，また公知の技
術によって混成的に接続されることができる。しかしな
がら，他の電子回路を同じウェハ上に弁として構成する
ことも可能である。使用者がどちらの方法を使用するか
という決定は，回路を同一のウェハ上に弁としてまたは
センサーとして作るということによるよりも，他の基準
によることも可能である。薄膜室１０は６個の壁により
規制される。断面図に示されるとおり，その４個はシリ
コンの〔１１１〕面であり，他の２個は壁１４と壁１６
である。薄膜室１０は， 〔１１１〕方向のシリコン面
をエッチングしない ＫＯＨのエッチャントにより非等
方的にエッチングされるので壁１４，１６は蒲膜１８の
表面に対して５４．７３°の角度となる。薄膜室１０の
他の壁は，薄く可撓性の薄膜１８である。薄膜室１０の
容積は，薄膜１８が曲がらないかぎり一定である。一定
量の気体または液体が薄膜室１０に封じこめられる。こ
れは，パイレックスウェハ２２をウェハの上面に結合し
て薄膜室を封じる際に行うことができる。すなわち，ウ
ェハ１２の表面は最も正位なＺ座標にあり，Ｚ軸に対し
て垂直である。この好ましい実施例では，パイレックス
ウェハ上に抵抗パターン２０がフォトリソグラフィ法に
よりエッチングされて形成されており，薄膜室１０の中
の内容物を電気的に加熱することができる。パイレック
スがウェハ２２に使われているのは，それが光を通し，
薄膜室１０の中に封じこまれた物質を加熱するために，
パイレックスを通って薄膜室１０に入る光エネルギーを
供給できるからである。またパイレックスはシリコンと
共に比較的低温（３００℃）で密封状態を作る。このよ
うな光学−流体の実施例で特徴的なものは，光パイプ１
９である。これは光エネルギーを案内して薄膜室１０へ
導くものである。光パイプ１９はどんなものでも良い。
例えば光ファイバケーブルである。この構成は，いくつ
かの実施例で抵抗加熱器２０が不適当かまたは不都合な
時にも光学流体弁を構成することを可能にする。さら
に，この光パイプ１９は，加熱素子が取り得る型をただ
象徴づけているだけである。例えば，全く加熱素子を用
いず，周囲温度が，薄膜室内の物質の加熱・冷熱を行う
のに使われることもある。ウェハ２２を加熱してその熱
を薄膜室１０へ伝えることによって伝導加熱あるいは対
流加熱もまた使うことができる。伝導加熱は，ウェハ２
２と熱源が直接に接することによって，そして，対流加
熱はウェハ２２の上に熱い気体や液体を流すことにより
得ることができる。後者の環境では，ウェハ２２の材料
は，熱信号に対する応答を遅らせないような熱を良好に
伝導させることのできるものを選ぶべきである。第１図
に示された実施例では，パイレックスウェハ２２は薄膜
室の密封部材として，そして平面的なフォトリソグラフ
ィ法により抵抗加熱器が形成される基体として機能す
る。抵抗加熱器２０との接続は，通常の方法のいずれか
によりなされる。１つの方法は，ガラス中に穴を形成す
ることにより行われる。この好ましい実施例での抵抗加
熱器２０はアルミニウムでできている。しかし，クロム
や金または他の多くの材料のうちのいずれかから作った
加熱器も使うことができる。いくつかの実施例では，抵
抗加熱器２０は，その一部として外部の温度測定装置と
接続されている熱電対が形成されている。この方法で
は，抵抗素子の温度の測定が可能である。他の実施例で
は，温度の抵抗係数が抵抗素子の温度を監視するのに用
いられることがある。すなわち，抵抗素子２０の温度は
その中を流れている電流を測定することにより知ること
ができる。加熱素子２０の材料は，薄膜室１０の中に封
じこまれた物質と，低温時においても，またその物質が
加熱されている最中でも，反応してはいけない。この好
ましい実施例では，加熱される物質との反応を防止する
ために，薄い保護コーティング（不図示）が，加熱素子
上に施されている。この薄いコーティングは，抵抗素子
２０から実質的に加熱されている物質への熱伝導を滅少
させず，かつ，加熱素子を効果的に封じられる物質であ
れば，何でも良い。加熱素子と薄膜室に封じこまれた物
質との間に反応の危険性がない実施例では，コーティン
グは省略してもよい。抵抗素子のリードは，パイレック
スウェハの外側端にあるパッドに引き出される。薄膜室
１０は，規準に従って選択された流体または気体により
充填される。この規準は後で詳細に述べる。この充填
は，パイレックスウェハ２２が取りつけられている間に
またはその後に，薄膜室１０へ出入口を取り付け，薄膜
室を気体か流体で充填した後，この出入口を封じること
によって行われる。一般に，薄膜室１０に充填される物
質は弁が経験するであろう最も高い周囲温度で薄膜室の
中の流体または気体の圧力は，マニホールドやノズルの
中の流体の流れに支障をきたす原因になる薄膜１８の撓
みを起こすほど大きくならないように，基本的にはその
活性エネルギーにより決定される。また，選択された流
体は，圧力の増分と入力エネルギーの増分との比が最大
になるようにされる。これは，入力エネルギーの単位の
変化に対する圧力の変化が最大になるように流体が選択
されることを意味する。この比を最適化することは，い
くつかの応用分野では非常に重要なことである電力消費
の低減につながる。また，この流体は化学的に不活性で
なければならない。これは，弁の物質とそして接触の可
能性のある他の物質との間の有害な反応を起こさせない
ためである。もっと一般的には，薄膜の屈曲はマニホー
ルド室２４を通る流体の流れの断面を調節するのに使わ
れるということである。パイレックスウェハ２２には，
薄膜室の中の内容物を加熱するために流す電流が流れる
抵抗素子２０が形成されている。その中にマニホールド
室２４をもっている第２のウェハ３０は，第１のウェハ
１２に取り付けられている。そのマニホールドは入力ポ
ート（不図示）およびノズル３２が形成されている。ノ
ズル３２は，その周辺を囲んでいるシーリングリング２
８を有している。薄膜室１０の内容物が加熱され簿膜１
８が第１図に示される破線のように撓んだ時，薄膜１８
はシーリングリング２８上に位置し，ノズル３２を通る
気流を全て閉ざしてしまう。ここでいう気流とは，気体
流または液体流を指す。薄膜室１０の中に封じこまれた
物質が冷えると，それは収縮し，薄膜室１０の中の圧力
を減少させ，そして薄膜１８をノズルのまわりのシーリ
ングリング２８から遠ざけるようにする。ノズル３２ま
たはマニホールド室２４に過圧がかかれば，薄膜１８を
薄膜室１０の方向へ逆に屈曲させることができる。これ
を過圧状態というものとする。もし，この状態が起こ
り，撓みがはげしくなれば薄膜は破壊されるだろう。１
つの方法は薄膜室の深さ（第１図のｄで示されている）
を充分小さくすることである。そうすることによって，
過圧がかかった時，薄膜室の表面２１が薄膜１８の撓み
を破壊点に達するまでに，または弾性限度を越えるまで
に止める。薄膜１８の破壊を防ぐ第２の方法は，薄膜室
を液体で充填することである。液体には圧縮できないと
いう性質があるため，過圧がかかり薄膜１８の逆方向へ
の屈曲が起き薄膜室１０の容積が減少した時，薄膜室内
の圧力は急激に上昇する。この圧力の上昇は屈曲を妨
げ，破壊点以上に薄膜が屈曲するのを防止する。薄膜室
１０を作るための異方性エッチングの工程は，第１図に
示されている薄膜の寸法Ａが正確に制御されるように選
択される。薄膜室の各寸法と壁１４，１６の横方向の位
置とを正確に制御することは重要である。これは，同一
の電気流体弁をシリコンウェハ上に大量生産しなければ
ならないことと，弁の製作コストを少なくするため単一
のウェハ上の弁構造の密度をできるだけ高くする必要が
あるからである。寸法Ａは酸化物マスク層（不図示）の
寸法Ｂを制御することにより制御される。この酸化物マ
スク層は，薄膜室１０の位置とサイズを決定するための
エッチングマスクとして使用される。寸法Ｂは比較的正
確に制御され得るので，また異方性エッチングにより特
性的に壁１４，１６を正確な公知の角度で構成できるの
で，寸法Ａを正確に制御することが可能である。薄膜１
８の表面と壁１４，１６がなす角度がわかっているた
め，薄膜室１０の側面の広がりが，公知のウェハの厚さ
として知ることができる。単一ウェハ上に弁を高密度に
配することが重要な規準にならない場合には，等方性エ
ッチングにより薄膜室１０を作ることができるであろ
う。そのような方法では，Ｚ軸方向のエッチングと同時
にＸ軸に沿う横方向のエッチングが行われるであろう。
薄膜１８の厚さはＺ軸方向のエッチングを制御すること
により制御される。等方性エッチングが行われる際に
は，Ｘ軸方向における壁１４，１６の正確な位置がつか
めないであろう。それは，等方性エッチングの横方向エ
ッチング速度が比較的に事前に予知できないものである
からである。さらに，壁１４，１６は直線的にはなら
ず，湾曲するであろう。薄膜室１０の容積が固定されて
いる限り，等方性エッチングにより製造された場合でも
弁は作動するが，パッキング密度は，たくさんの弁が同
じダイ上で製作されるであろうことを考慮すると，異方
性エッチングが行われた場合ほど高くはならないであろ
う。等方性エッチングの横方向エッチング速度が予知で
きないため，ダイＮｏ．１上に作られた１つ目の弁の薄
膜室１０の容積は，ダイＮｏ．２上に作られた２つ目の
弁のそれとは異なるかもしれない。薄膜の厚さも異なっ
ているかもしれない。さらに，ウェハ全体でもエッチン
グ特性が異なるので同一ウェハ上の弁も物理的に異なる
寸法をしているかもしれない。このように同一または異
なるウェハ上の弁室の容積が異なる可能性もある。薄膜
室１０に封じこめられた流体または気体の容積が異なる
ため，弁が異なれば特性も違うであろうことから，様々
な製造ロットでの弁の特性をもっと予知できるものにす
るため，薄膜室１０を異方性エッチングにより作ること
が好ましい。基体１２は薄膜１８を作るため平面フォト
リソグラフィ法により化学的に加工できる物質であれば
何でも良い。さらに，基体１２の物資としては，高い熱
伝導係数をもっているものが好ましい。電気流体弁の応
答時間は，薄膜室１０に封じこまれた流体または気体が
加熱された後の冷却度で決まる。基体１２の熱伝導係数
が高いということは，薄膜室１０に封じこまれた気体ま
たは流体の冷却が早いという事と，応答時間が早いとい
う事とを意味する。薄膜室内の流体または気体の加熱速
度は，パイレックスウェハ２２上にある抵抗素子２０を
流れる電流の大きさを制御することにより制御すること
ができる。好ましい実施例では，支持ウェハ２２はパイ
レックスガラスである。そして，抵抗素子２０は薄膜室
１０内に位置し蛇行状にフォトリソグラフィ法によりエ
ッチングされたアルミニウムである。途切れていないア
ルミニウムのパターン２０を電流が流れる時，アルミニ
ウムの抵抗はＩ２Ｒのアルミニウム線の熱を発生する。
この熱は薄膜室１０に封じこまれている気体または流体
へ伝導され，その温度を上昇させる。この温度の上昇
は，薄膜室１０に封じこまれている気体の圧力の指数的
な上昇を引き起こす。増加した薄膜室１０内の圧力は，
マニホールド室２４内の気体の等しく反対方向の圧力に
打ち勝つ。これにより，薄膜１８はＺ方向の負方向であ
るシーリングリング２８のシーリング面２６の方へ屈曲
する。このシーリングリング２８は，第２のウェハ３０
の中にフォトリソグラフィ法により作られたものであ
る。この好ましい実施例では，第２のウェハ３０もまた
〔１００〕方向のシリコンであるが，他の実施例では，
ウェハ３０は，半導体工業で一般に使用されているフォ
トリソグラフィ法によるウェットまたはドライの化学的
加工ができる物質であればどのような物質でも良い。第
２のシリコンウェハ３０には，化学的にエッチングされ
たマニホールド２４とノズル３２がありシーリングリン
グ２８を連合している。ノズル３２はシーリングリング
２８の中にエッチングされ，第１図の弁の気体側の気体
の通路の一部を成している。この弁の外気側の完全な気
体通路は，入力または出力用のポート３４（第１図では
断面で示されており第２図から第４図までに説明されて
いる），ガスマニホールド２４，そしてノズル穴３２が
含まれており，気体はノズル３２とマニホールド２４を
通って，第１図に示されている弁の外部にある気体源ま
たは気体だめへ通じる事ができるようにされている。第
１図で，薄膜１８が実線により表されている位置にある
時は，弁が開放されていることを示す。薄膜１８が破線
により表されている位置にある時は，弁が完全に閉じて
いることを示す。薄膜室１０内の液体と気体の温度と，
その液体と気体の圧力の関係は，下に示す式（１）によ
り，概算的に求められる。この式はキッテル（Ｋｉｔｔ
ｅｌ）とクレーマー（Ｋｌｏｅｍｅｒ）による「Ｔｈｅ
ｒｍａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ」の２８２ページに定義して
ある（これは，分解が無視されるほとんどの液体−気体
システムに対する良い概算法である理想的な２相システ
ムを仮定している）。 式（１） Ｐ（Ｔ）＝Ｐｏｅｘｐ（−Ｌｏ／ＲＴ） ここでＰは薄膜室内の圧力，Ｐｏは定数，Ｌｏは薄膜室
１０に封じこまれた物質の蒸発潜熱，Ｒは気体定数，Ｔ
はケルビン温度。 薄膜１８の撓みはティモスレンコ（Ｔｉｍｏｓｌｅｎｋ
ｏ）他の「Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｐｌａｔｅｓ ａｎｄ
Ｓｈｅｌｌｓ」の式（２）より求められる。 Ｅは薄膜物質の弾性係数，Ｖはボアソン数，Ａは第１図
に示されている薄膜の幅の半分の長さ，Ｑは薄膜両側の
圧力差，Ｗは薄膜の撓み，ＷＭＡＸは薄膜の最大撓み，
ｈは薄膜の厚さ。 式（２）より明らかなように，薄膜の厚さｈと薄膜の幅
Ａと簿膜の弾性係数Ｅはいずれも複雑に関係している。
使用者は薄膜の厚さおよび幅のためのパラメーターを設
定し，さらに，適当なシーリングを引き起こすために必
要な最大の撓みが薄膜室内で期待される温度および圧力
のもとで得られるように弾性係数のある材料を選ぶべき
である。さらに，シーリング面２６と最大の負方向のＺ
座標を有する薄膜１８の表面との間の距離は，式（２）
で定義される最大撓みを超えるべきではない。パイレッ
クスウェハ２２とシリコンウェハ１２は，層３６に象徴
されるように陽極結合されている。他の結合方法もまた
使用され得る。どんな結合方法が使われていようとも，
その結合は弁が操作される環境に適合していなければな
らず，そして薄膜室１０に封じこまれた気体または流体
により期待される最高値の圧力のもとでウェハ２２をウ
ェハ１２へ固定するだけに充分な結合力を持っていなけ
ればならない。またその結合は室に対し密封状態を与え
るものでなければならない。 変換器の実施例 第１図の構成が感知器として使用されている（いずれか
の加熱器の態様を有する）実施例では，温度はポート３
４，穴３２，流体の流れるマニホールド２４およびそこ
に連結されている出入口を含む流体の流れるチャネルを
通る流体の流量を感知することで感知できる。上述の式
によって温度を薄膜室の可撓性の壁の撓みと直接的に関
係づけてもよい。この撓みは流体の流れるチャネルの断
面積を調節しており，従って流体の流量により封じこま
れた物質の温度を示すものである。もし周囲からの熱伝
導が加熱手段として使われるならば，流体の流量は周囲
温度に変換されるであろう。この発明の教えに従い，製
造される他の構成をした感知器は，ウェハ３０のシーリ
ング面２６の代わりにコンデンサプレートが使われるこ
とを除けば第１図の構成と似ている。すなわち，Ｚ座標
の最大の負値をもつ可撓性の壁１８の表面は，例えば化
学蒸着のような既知の方法で，金属かまたは他の導体に
よりコーティングされる。そして，使用者がアクセス可
能な接続点を設けるために導体がフォトリソグラフィ法
によりエッチングされる。そこでウェハＮｏ．２は，異
なる処理を受けてノズル口３２とノズル出入口３４は作
られない。その代わりにウェハ１２と３０が結合されて
いる時に隔壁１８と隣接するようにまたは「下方に」位
置するようにウェハ３０の表面に凹所または穴が形成さ
れる。「床」すなわち薄膜１８に平行な凹所の表面は，
金属または他の導体で既知の方法によりコーティングさ
れる。そして，使用者がアクセス可能な接続点を設ける
ためにその金属とまたは他の導体と連結している導体が
エッチングされる。そして，ウェハ１２と３０は，薄膜
１８の金属部の下部と凹所の金属面とが構成される平行
プレートの真空誘電コンデンサを形成するように真空状
態のもとで密封結合される。その後，液体または他の物
質がここで述べられているいずれかの方法により，薄膜
室１０の中にカプセル化される。カプセル化された物質
の温度の変化は，薄膜１８の屈曲に変換され，２個の導
体プレートの間隔を変化させる。これらの間隔の変化
は，これらの２個の金属プレートに接続されている端子
に平行プレートコンデンサのコンデンサ容量の変化とし
て反映される。このように，温度は減少されるであろ
う。 アルミニウム金属を用いたシリコンウェハどうしの結合
工程 シリコンウェハ１２はシリコンウェハ３０へ，アルミニ
ウムとアルミニウム原子移動障壁を用いた新しい方法に
より結合されている。この処理の第１段階は，ウェハ３
０へ結合するために，ウェハ１２の表面上に二酸化シリ
コン層３８を形成することである。この二酸化シリコン
層３８は，アルミニウム原子移動障壁の働きをする。例
えばタングステンのように，この処理の残りの部分，お
よび操作環境に適合しており，アルミニウム原子移動障
壁の働きをする物質であればいずれも，この二酸化シリ
コン層の代用になるであろう。原子移動障壁が形成され
た後，アルミニウム層４０が原子移動障壁の上に付着さ
れる。そして，２つのウェハ１２と３０は固着され，高
温にされる。ウェハ１２と３０のシリコンはアルミニウ
ムに対し非常に強い親和力をもち，そちらの方へ原子移
動する傾向がある。しかしながら，原子移動障壁３８は
アルミニウムがウェハ１２へ拡散するのを妨げる。ウェ
ハ３０に向かいあったアルミニウム層４０の表面に自然
にできる酸化アルミニウム（アルミニウム層４０の表面
は最も負のＺ座標をもつ）もまたアルミニウム原子移動
障壁である。しかし，層４０内のアルミニウムがウェハ
３０へ拡散するのを妨げるのに足る障壁ではない。それ
により結合が形成される。他の金属，例えば金は，結合
を形成するために高温下でシリコンへ拡散するためのシ
リコンに対する充分な親和力がある限り，層４０のアル
ミニウムの代用となるであろう。もし，このような特性
をもった貴金属であれば，それらを使用することが好ま
しい。貴金属は酸化しないし，層４０内の金属のウェハ
３０への拡散の障害がないであろうからである。他の金
属も，酸化物による障壁よりもシリコンに対する親和力
が大きければ，たとえそれらの金属が酸化物を形成する
としても同じように作用することができる。他のウェハ
の結合方法もまた使用可能である。エポキシ，ポリイミ
ド，ガラスフリット，熱により成長した酸化物および他
の共融合金がこれに相当する。ウェハ３０内に形成され
た楔４２はウェハ１２内に形成された溝４４と対になっ
ており，ウェハ１２と３０の結合処理時の相対的な位置
を示している。第２図から第４図は，マニホールド２４
とノズル３２に結合されるポートの他の配置例を示す。
第２図は，Ｚ軸に平行なダイの表面へ貫通している入力
と出力の両方のポートの様子を示したものである。典型
的な３インチのウェハには約１００個の弁を製作するこ
とができ，そしてそれぞれの弁は第２図から第４図に示
されるようなポートを必要とする。いずれか一方のポー
トは入力ポートとして使われ，他方は出力ポートとして
使われる。またこの逆にも使用できる。いくつかの実施
例では，ポート４７のような３つ目の通気ポートが使わ
れることもある。第３図Ａは他の出入口の配置方法を示
すもので，もう１つのボート４８がダイ３０の端のＹ軸
に平行な平面に形成される一方で，ポート４６がＺ軸に
平行なダイの表面にあることを示す。３つ目のポート４
７もまた第３図Ａの実施例に設けられているが，他のポ
ート構成の実施例にも使用できる。通気構造の実施例の
目的は，弁が閉状態にある時に，マニホールド室２４へ
新鮮なガスを送り込むことである。可撓性薄膜，他の２
つのポートおよびシーリング面と通気ポートとの間の関
係は第３図Ｂに示されている。ここでも，１つの弁につ
いてのポート構成のみが示されている。当業者であれば
同一ウェハ上に多数の弁を収容するためになされたこの
ポート構成を評価するであろう。この後者の表面はダイ
の厚さを示す１個の寸法（Ｚ軸にそっている）をもつ。
第４図はもう１つのポート配置を示したもので，入力お
よび出力のポート４６と４８は両方共ダイの端にあるダ
イ３０のＹ軸に平行な表面に位置する。 電気流体弁の製造工程 第５図では，薄膜室を形成するための異方性エッチング
が行われている第１図で示された弁の製造工程の初期段
階が示されている。この実施例では，〔１００〕方向の
シリコンウェハが選ばれている。他の型の物質も化学的
にエッチングが可能で充分な熱伝導が得られるものであ
れば使用可能である。しかしながら，シリコンの使用が
好ましい。それは，シリコンの化学処理の工程がよく理
解されており，他の電子回路が標準の平面フォトリソグ
ラフィ法により同一のウェハ上に集積され得るからであ
る。この他の電子回路はインターフェイス回路として用
いることができる。それは，電気流体弁と，その弁の開
閉の制御を行う電子制御信号を供給する制御ロジックと
の接続に必要なものである。さらに，集積化圧力調節器
を作るように集積流れ制御弁の制御回路と同一のダイ上
に圧力センサを集積してもよい。薄膜室１０のエッチン
グの準備として二酸化シリコン層５２が，熱的酸化のよ
うな通常の方法で形成される。酸化物５２はエッチング
マスクとして用いられるため，薄膜室１０の位置とサイ
ズを決定する開口がフォトリソグラフィ法によりかたち
どられる。この好ましい実施例では，異方性エッチング
が使用されており，その異方性エッチングは〔１１１〕
方向面を顕著にエッチングしないため，このホールの寸
法Ｂは，薄膜室の正確な容積を決定する。酸化物層５４
は層５２の形成と同時に形成される。この２つの層が形
成された後，ウェハ１２は酸化物５２によりマスクされ
たシリコンを取り除くため，異方性エッチングを受け
る。このエッチングの目的は，薄膜室１０の薄膜１８を
形成するためのものであるため，薄膜に対する所望の厚
さｈに達した時点でエッチングが終了するように制御さ
れなければならない。このことは，エッチングの時間を
適正に制御し，厚さの判っているウェハ１２を用い，Ｚ
軸方向への既知のエッチング速度のエッチングを使用す
ることで行なえる。エッチングを制御する他の方法とし
ては，Ｐ＋ドープ埋込層を使うことが挙げられる。これ
は，ウェハ１２の表面５６への１立方ｃｍ当り最小１０
１９個の原子の投入量と任意のエネルギーレベルのもと
で，Ｐ＋不純物を打ち込むことで達せられる。この打込
は，もし酸化物屠５４が充分に薄ければ，酸化物層５４
が形成される前かまたは後のいずれかで行なえる。打込
の後，面５６上の酸化物ははぎとられ，エピタキシャル
シリコン層が面５６の上で，Ｚ軸の負方向に成長する。
このエピタキシャルシリコンの成長率と成長時間は薄膜
１８の所望の厚さを得るために制御される。そこでＰ＋
の打込は，エッチングを終了させるために用いられる。
例えば，エッチングがＰ＋ドープ領域へ達した時，エッ
チング率は遅くなりそして止まる。これは，薄膜１８の
厚さｈの制御を確実なものにする。第６図では，薄膜室
１０を形成するための異方性エッチング工程の後のウェ
ハ１２の断面が示されている。ここで，壁１４と１６は
Ｘ軸に対して５４．７°の角度をもっている。壁１４と
１６はそれぞれウェハ１２の〔１１１〕面を規定する。
この特徴は，Ｘ−Ｙ面での弁の高密度パッキングに役立
つ。それは，壁１４と１６の正確な位置が知られてお
り，酸化物層５２の開口の位置とサイズにより定義され
ているからである。第７図は，アルミニウム層５６が酸
化物層５４上に付着し，フォトリソグラフィ法によりパ
ターン化された後の断面を示すものである。アルミニウ
ム５６は，結合材として酸化物層５４の上におかれてい
る。酸化物層５４は，シリコンのアルミニウムに対する
親和力のために起こるアルミニウムのシリコンウェハ１
２への原子移動を妨げる原子移動障壁として作用する。
アルミニウム層５６と酸化物層５４は，５８と６０で示
された部分でエッチング除去される。５８の穴は，薄膜
１８の下部を露出させる。一方，穴６０は，ウェハ３０
上に形成される突起部と一致させるための溝の役目をは
たす。これは後述されているように，結合過程での２つ
のウェハを適正に整列させるためと，結合準備中の２つ
のウェハの整合を確実にする目的がある。薄膜のエッチ
ングが，薄膜１８の厚さを減少させるためにこの時点で
行われてもよい。この工程は，アルミニウム層５６と酸
化物層５４をエッチングマスクとして用い，異方性プラ
ズマエッチングにより行うことができる。薄膜１８を薄
くした結果は，第７図の破線５９で示されている。工程
のこの時点では，ウェハ３０に対するマニホールド室，
ノズルそして各ポートの化学的加工を開始する。これは
薄膜室の化学的加工が実質的に終わっているからであ
る。第８図では，２個の二酸化シリコン層６２と６４が
形成された後のウェハ３０の断面図が示されている。ウ
ェハ３０もまた〔１００〕方向をもったシリコンが好ま
しいが，化学的にエッチングができ，標準的なフォトリ
ソグラフィ法により処理できる他の物質も使用できる。
ウェハ１２の場合では，二酸化シリコン以外の他のエッ
チングマスク物質も層６２と６４として使用され得る。
しかしこれは，これらの物質がフォトリソグラフィ的に
規定されるエッチングマスクとして作用する能力があ
り，でなければこの工程に適合するものでなければなら
ない。窒化シリコンまたは金の下のクロムがこれらの物
質の例としてあげられる。エッチングマスク６４には，
穴６５があり，この穴はエッチングの後，ノズルと流体
的に結ばれたポートになる正確な位置とサイズを提供す
る。第９図は，穴６５により露出されたウェハの部分か
らシリコンを取り除くための異方性エッチングが行われ
た後のウェハ３０の断面図を示す。このエッチングはポ
ート室６８を形成し，この室は後にマニホールド室への
ノズル（両者共，この時点では形成されていない）とウ
ェハ３０の表面との間の流体の連絡通路を供給する。こ
のポートのサイズは，意図した流速に基づき，設計者に
より設定される。第１０図は酸化物層６２がシーリング
リングと楔を定義するためのエッチングマスクの形にフ
ォトリソグラフィ法によりエッチングされた後のウェハ
３０の断面を示す。薄膜１８がノズル口に向かって撓
み，接触するノズル口のまわりにシーリングリングを設
けることは，充分なシーリングを弁にもたせる上で必要
なことである。したがって，エッチングマスク層６２
は，ノズル口を形成するためにエッチングされる表面６
８の部分の周囲に酸化物または他のエッチングマスク物
質の円形リング６６を残すためにフォトリソグラフィ的
に規定される。第１０図が断面図のため，このリング６
６は２つの酸化物のブロックのように見えるが，実際に
は，ノズル口がエッチングされるリングの中央にある表
面６８の小さな部分を露出しているリングである。酸化
物ブロック７２は，ウェハ１２の凹所６０（第７図）と
正しく一致させる目的の楔のためのエッチングマスクで
ある。第１１図は，面６８のレベルをさげ，シーリング
リングのエッチングマスク６６と楔のエッチングマスク
７２の下のシリコンの隆起を定義するためのエッチング
が行われた後のウェハ３０の断面図である。いくつかの
実施例では，シーリングリングのエッチングマスク６６
と楔のエッチングマスク７２は，そのままにされている
ため，シリコンの隆起は形成される必要がない。これら
の実施例では酸化物面７０は，シーリングリングの働き
をし，そして第１１図のエッチング工程は必要ない。好
ましい実施例では，シーリングリングのエッチングマス
ク６６は，シーリングリングとしてその下にシリコン隆
起を残すため取り除かれる。第１２図は付加酸化物層が
形成されパターン化され，酸化物７４．７６そして７８
が残された後のウェハ３０の断面図である。これらの酸
化部分は，マニホールド室を定義するためのエッチング
のエッチングマスクとして用いられる。このエッチング
は第１２図で進行中の異方性プラズマエッチングとして
示されている。第１３図はマニホールド室２４を形成す
るための異方性エッチングの後のウェハ３０を示してい
る。ここで，マニホールド室２４を形成する同じエッチ
ング工程でノズル口３２もまた形成されることに注意さ
れたい。このエッチング工程の後，酸化物部分６６，７
２，７４，７６，７８は，ウェハ３０をウェハ１２へ結
合させる準備として取り除かれる。いくつかの実施例で
は，横方向のエッチングがシーリングリングの幅に悪影
響を及ぼさないかぎり，異方性エッチングが使用され
る。マニホールド室２４へのもう１つのポートは，ウェ
ハの側面に通じる出口を有するシーリングリングを囲ん
でいる酸化物面として酸化物部分７４と７６を形成する
ことにより形成される。これは，マニホールド室を形成
したエッチングが前記の室を形成した時，ポートを形成
することになる。それは，ウェハの表面にある「溝」が
マニホールド室の深さに形成されるからである。この溝
は，第３図または第４図のいずれかの方法で出入口が形
成されれば，ウェハの側面への通路を形成することにな
る。第１４図の結合工程が終了した後，薄膜室は弁の製
造を終了するために，充填され封じられる。これは先
ず，第１図に示されたようにパイレックスウェハの表面
に加熱素子を形成し，そして薄膜室内に封じられるべき
物質がその中におさめられた後パイレックスウェハとウ
ェハ１２を結合することにより実現される。パイレック
スウェハ２２の表面上に加熱素子２０を形成させる方法
はパイレックスウェハの表面上に付着しているスパッタ
されたまたはメッキされたアルミニウムのフィルムを通
常のフォトリソグラフィ法でエッチングすることにより
達成できる。他の金属も抵抗素子として使用可能であ
る。例えば，チタン／タングステン，銅，チタン／タン
グステンのサンドイッチ状態が使用される。アルミニウ
ムはほとんどの充填法に適合する。もし，薄膜室の内容
物を加熱または冷却する他の方法が使われる場合には，
パイレックスウェハの表面上に加熱素子を形成する工程
は省略可能である。薄膜室１０に物質を封じこめるには
少なくとも２つの方法がある。最良の封じこめ法は，パ
イレックスウェハ２２とウェハ１２の結合時に封じこま
れるべき液体または気体をカプセル化する方法である。
これは，気体を使う場合，その気体の中でパイレックス
ウェハ２２とウェハ１２を結合することにより行なえ
る。殆どの液体の場合は，圧力容器の中で結合を行うべ
きである。液体を使用する場合，既知の液体量が薄膜室
へ配置され，パイレックスウェハ２２がウェハ１２の一
番上に位置され，そこに結合される。結合工程は，ここ
で述べられている工程と物質，そして操作環境に適合し
ていればどのようなものでも良い。１つの使える方法と
して陽極結合がある。他の方法はウェハ１２の表面の一
番上にポリイミドの層を形成し，そしてウェハ１２とパ
イレックスウェハ２２を接合状態におくことである。そ
の後，熱処理を行ってポリイミド液をプラスチックに変
換してその２つのウェハを結合する。ウェハ３０とウェ
ハ１２の結合は，「シリコンウェハとシリコンウェハの
結合工程」という表題で，上記に説明された方法により
行われる。基本的には，シーリングリング２８が薄膜１
８の中心の下部にあるように２つのウェハは整列され，
この組合せはアルミニウムをウェハ３０へ拡散させるた
めに熱処理される。しかし，ウェハ１２に拡散させるた
めではない。それは，原子移動障壁が酸化層５４により
形成されているためである。そこで弁の構造は，ウェハ
３０上に信号処理回路を形成する必要がなければ，完成
したことになる。 ポリイミド薄膜の実施例およびその製造 第１５図は，ポリイミド薄膜と２つのパイレックスウェ
ハおよびシリコンウェハを用いた実施例を示している。
第１のパイレックスウェハ８０は，抵抗素子８２の基体
として，そして薄膜室８４の封じこめ部材として働く。
薄膜室８４は，ポリイミドの壁８６と８８，シーリング
ウェハ８０とポリイミド薄膜９０により規定される。入
力ポート９２は，パイレックスウェハ８０と第２のパイ
レックスウェハ９４との間に形成される。この入力ポー
トは，流体チャネル９６と流体的に連絡している。ウェ
ハ９４の表面に形成され，流体チャネル９６の横断域に
位置しているシーリングブロック９８は，薄膜室８４内
の圧力上昇によりＺ軸の負方向に薄膜９０が撓んだ時
に，その薄膜９０がシーリングブロック９８の上に乗
り，シーリング面としての役割りを果たす。流体チャネ
ル９６は，出力ポート１００と流体連絡をとるために，
シーリングブロックの通過を続ける。平面図（不図示）
的にみると，ウェハ８０と９４はどんな形状でもよく，
流体通路９６と入力ポートと出力ポートは，サンドイッ
チ状態になったウェハの間を通る通路を形成している。
ウェハ８０と９４の物理的な分離はシリコンウェハ１０
２により行われている。このウェハは２つの平行した面
をもっており，１つはウェハ８０に結合しており，他方
はウェハ９４に結合している。流体通路９６と入力ポー
トと出力ポートはウェハ１０２の一部を貫通して形成さ
れている。第１５図の弁の製作工程は以下に記すとおり
である。第１６図には，初期の３段階の処理が行われた
後のシリコンウェハ１０２の断面図が示されている。ウ
ェハ１０２の両面はみがかれているべきである。第一段
階は，シリコンウェハ１０２上の二酸化シリコンの５０
００オングストロームの層１０４の熱成長である。次
に，９００オングストロームの厚さの窒化シリコン（不
図示）が，７００℃において低圧化学蒸着を用いて酸化
層１０４の上に蒸着させられる。ウェハ１０２の両側上
の酸化層１０４をＡ面，Ｂ面とする。第１６図に示され
ているＡ面上の酸化物を残すようにマスクして，Ａ面は
正のフォトレジストとフォトソングラフィ法およびドラ
イまたはウェットのいずれかのエッチングを用いて，パ
ターン化されエッチングされる。Ａ面の酸化／窒化エッ
チングマスクのパターンは，薄膜室，入力ポートと出力
ポートそして薄膜を定義する。第１７図では，パターン
化されたＡ面の酸化／窒化物をエッチングマスクとして
エッチングした後のシリコンウェハ１０２の断面図が示
されている。このエッチングの目的は，室の部分を形成
し，薄膜の位置を決定し，入力および出力の毛管９６の
高さを決定することである。室１０６はエッチャントと
してＫＯＨを用いて３４０μｍの深さにエッチングす
る。入力および出力の毛管あるいは流体チャネル９６の
所望の高さによっては，異なった深さになってもよい。
窒化物は，エッチングの後ウェハ１０２の両側面からは
ぎとられる。第１８図は，Ｂ面上に整合マークが形成さ
れた後のシリコンウェハ１０２の断面図が示されてい
る。Ｂ面上の整合マーク１０８と１１０は，負のフォト
レジストと第２のマスクを用いてＢ面の酸化物の中にエ
ッチングされる。この工程は赤外線整合システムにより
行われる必要がある。その後，Ｂ面上の酸化物ウェハ１
０２よりはぎとられる。第１９図は，金属層１１２が表
面に付着された後のウェハ１０２の断面図を示す。この
金属層１１２の目的は，スペーサーの役割を果たし，そ
してポリイミド（不図示）が形成され処理されている
間，それを支える役目をする。このアルミニウムのスペ
ーサーは，後に薄膜をシリコンより解放するために溶解
させられる。好ましい実施例では，このアルミニウム層
１１２は５μｍの厚さである。次の段階では，１０μｍ
の厚さのポリイミド層をつくることである。この工程は
第２０図に示されている。ポリイミド層１１４はもし必
要であればくり返しつくられ，そしてウェハのＡ面上だ
けにつくられる。ポリイミドは，多重コーティングを使
用するのであれば９０℃で１時間，コーティング間で焼
かれる。１０μｍのポリイミドが形成された後，ポリイ
ミドフィルムが１３０℃で２時間半焼かれている時に部
分的なキュア処理がなされる。第２１図に示されている
様に，部分キュアが済んだ後，負のフォトレジスト層１
１６が付着され，９０℃で焼かれそして第３のマスクを
通して露光され，第２１図の１１６で示されるパターン
が現像されるフォトレジストが現像された後，強化のた
めに１２０℃で焼かれる。第２２図は，ポリイミドがエ
ッチングされた後の次の工程を示している。１１６に示
される様にフォトレジストが現像された後，ポリイミド
フィルム１１４はＡ面上のフォトレジストエッチングマ
スク１１６の下の部分を除いて，全ての点がエッチング
除去される。このエッチングは日立より市販されている
エッチャントＩＩＩにより，３５℃で１５分から３０分
の間で行われる。その後，焼き工程が行われ，ポリイミ
ドフィルム１１４の新しく露出された部分の部分的なキ
ュア処理がなされる。この焼き工程は２２０℃で１時間
行うことにより達成される。次に，露出したアルミニウ
ムフィルム１１２を，公知のアルミニウムエッチャント
Ｉ（ＫＴＬ ＰａｒｔＮｏ．７０−０３）または他の標
準的なアルミニウムエッチャントではぎとる。そして，
負のフォトレジストを標準のＪ１００溶液ではぎとり，
ウェハをＴＣＥで洗浄し，アセトンで洗浄した後，最後
にメタノールで洗浄する。第２２図にこの状態が示され
ている。最後に，ポリイミドフィルム１１４が３５０℃
で１時間キュア処理される。第２３図は，初めの２段階
の工程が終了した後の第１のパイレックスウェハの断面
図を示す。最初の工程は，アルミニウム，クロム／金ま
たはチタン／タングステン−銅−チタン／タングステン
または他の抵抗素子８２を形成できる導体フィルムの層
を付着させることである。好ましい実施例では，フィル
ムは０．３μｍの厚さである。その後，抵抗素子８２
は，第４のマスクと正のフォトレジストおよびアルミニ
ウムエッチングによりらせん状のパターン状態に形成さ
れる。最後にレーザを用いて，抵抗パターンの中心部に
パイレックスウェハ８０をつらぬいて穴をあける。この
穴は，第２４図の１１８によって示されている。カプセ
ル化される物質がここで述べられているカプセル化方法
により室８４に置かれた後，充填穴は密封される。この
カプセル化される物質は，温度変化と共に変化する蒸気
圧をもった物質であれば，何でもよい。この封止は１１
７で示されており，エポキシ，高性能接着剤，溶けたパ
イレックス，金属（パイレックスウェハ８０の側面が金
属化され，プラグ１１７が金属化された面に電気メッキ
され得る），またその穴の上でウェハ８０の上に結合さ
れているもう１つのウェハである。装置の組み立て工程
として，パイレックスウェハ８０とシリコンウェハ１０
２の陽極結合（ａｎｏｄｉｃａｌｌｙｂｏｎｄｉｎｇ）
から始められる。結合構成は第２５図に示してある。結
合は，抵抗素子８２が薄膜室８４の中に整列された後に
行われる。これは，ポリイミド薄膜９０を室の内部にと
じこめることになる。第２６図は，ウェハ１０２のＢ面
がエッチングされた後のサンドイッチ構造を示す。これ
を果たすために，得られたサンドイッチ構造を第５のマ
スクと，シリコンウェハ１０２をアルミニウム層１１２
までエッチング除去する準備のための負のフォトレジス
トによりパターン化される。第５のマスクを用いて現像
された写真抵抗の層は１２２で示されており，可撓性の
壁９０の中央に位置している。このエッチング工程は，
プラズマエッチングまたはウェットＫＯＨまたはＨＮＡ
エッチャントにより行うことができる。プラズマエッチ
ングが好ましい。エッチングの結果は，シリコン９８，
酸化物１０４がフォトレジスト１２２の積層構造であ
る。このサンドイッチ構造はシリコンウェハ１０２の幅
にわたって広がっているが，アルミニウム層１１２と可
撓性壁９０はウェハ１０２の一部分までにしか広がって
いない。これはアルミニウム層１１２が後にエッチング
除去された後，シリコンウェハ１０２がシリコン９８を
支持することを可能せしめる。第２７図は，アルミニウ
ム層１１２の一部がエッチング除去された後のサンドイ
ッチ構造を示したものである。第２７図に示される工程
に達するために，酸化物層１２２は６：１ＨＦの希釈溶
液によりはぎとられる。このはぎとり工程はまた，ウェ
ハ８０の一部もはぎとる。よって，もし必要であればこ
のウェハもまたフォトレジストにより保護される。この
はぎとり工程はアルミニウム層１１２の一部もはぎとる
が，もしＨＦが適度に十分にアルミニウムをはぎとるも
のでなければ，この目的のためには別の工程が行われ
る。シリコンブロック９８と可撓性の壁９０との間に通
路を形成するため，可撓性の壁９０とシリコンブロック
９８との間に横たわるアルミニウム層１１２の部分をと
り去る必要がある。この通路の横断面積は薄膜９０の撓
みにより制御される。薄膜９０の下のアルミニウムの除
去もまた，Ｚ軸負方向の撓みを自由にさせることができ
る。このアルミニウムのエッチングは，ポリイミド上の
アルミニウムだけをとりさる標準的なアルミニウムエッ
チャントか，あるいはＨＣｌ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏを５０
℃で１０：１：９の割合にした混合物により達成でき
る。後者の混合物は１分間に２５から５０μｍの割合で
エッチングする。もし後者の混合物を使用する場合は，
エッチングし過ぎないように注意が必要である。この結
果は第２７図に示されている。最後に，もう１度第１５
図に戻って，第２のパイレックスウェハ９４はシリコン
ブロック９８の表面１２６を介してシリコンウェハ１０
２に陽極的に結合されている。第２８Ａ図と第２８Ｂ図
は，第１５図に示された最終的なダイの構造の縮小され
た平面図を示す。これはチャネルの横方向の広がりに対
して異なった薄膜のサイズを示したものである。これら
の図はウェハ上のたった１つの弁を示すものであるが，
当業者であれば，単一の３インチのウェハ上に約１００
個の弁を形成することができることを理解するであろ
う。ここで，シリコンブロック９８がどのようにチャネ
ル壁１３６と１３４の一方の側から他方の１３０，１３
２の方へ延伸しているかを注意すること。薄膜９０とシ
リコンブロック９８の間の通路は，薄膜室８４の下部に
のみ存在する。ここで，第２８Ａ図は，薄膜がＹ軸方向
においてブロック９８よりも狭くなっていることを示
し，他方第２８Ｂ図は，薄膜がブロック９８より広くな
っていることを示す。シリコンブロック９８とチャネル
９６の壁とにそった他の点で，シリコンウェハ１０２は
連続的にブロック９８の表面１２６の全方向に向かって
延伸されており，第２のパイレックスウェハ９４を適当
に機械的に支持することができる。第２７図の断面は第
２８Ａ図，第２８Ｂ図の線２７−２７’に沿うものであ
る。もう１度第１５図に戻り，第２のパイレックスウェ
ハ９４が結合された後，薄膜室８４は，そこを充填する
ために用いられる物質の沸騰溶液中にサンドイッチ構造
を浸すことにより充填される。そこでレーザによりあけ
られた穴１１８を，高性能接着剤あるいは他の適合可能
な接着剤により封じるか，または，ウェットな表面を得
るためにパイレックスウェハ８０のＡ面上に金属面をメ
ッキするか，スパッタした後，はんだにより穴自身をと
かして閉じてしまう。穴１１８を封じるもう１つの方法
は，パイレックスウェハ８０に他のシリコンかあるいは
パイレックスウェハを結合させることである。適当な接
着剤あるいはポリイミドの使用が，結合と封じこめを行
うのに可能である。ここで，ウェハのダイシングと線の
接続が可能な状態になる。抵抗素子８２への線は，もし
アルミニウムの接続パッドが使用されていれば，導電性
エポキシにより接続される。もし，クロム／金またはチ
タン／タングステン−銅の接続パッドであれば，はんだ
を用いる。 ポリイミド薄膜の第２の実施例 第２９図から第３９図においては，工程中の異なる段階
での種々のウェハの一連の断面図により第２のポリイミ
ド薄膜の実施例の工程が示されている。最初の２段階は
第２９図に示されている。まず最初に，二酸化シリコン
層が，シリコンウェハ１６４のみがかれた面Ａ，Ｂの上
に成長する。これらの層は１６０と１６２により表され
ている。そして，第２９図にみられるように，酸化層１
６０はＡ面上にエッチングマスクをパターン化させる。
次に第３０図では，酸化物１６０をエッチングマスクと
してウェハ１６４のＡ面に凹所１６６がエッチングされ
ている。凹所１６６のｆＸ軸方向の幅は任意である。そ
してＺ軸方向の深さは２０から１００μｍの間である。
深さは重大ではない。Ａ面は第３１図でみられるよう
に，酸化物によりもう１度おおわれる。そして，第３２
図で示されるように，凹所域の中心に形成される酸化物
打込マスクによりもう１度パターン化され，その両側の
シリコンを露出する。その後，露出シリコンは導電領域
１７０を形成するために拡散により打込またはドープさ
れる。他の酸化シリコン層１７２が，第３３図のように
Ａ面上に成長または付着され，第３４図のようにパター
ン化される。パターン化の後に残った酸化層は１７２と
して示されている。酸化層１７２は，後に形成されるポ
リイミド層の下方でスペーサの役目を果たす。他の実施
例では，スペーサ１７２はフォトレジストある。次に，
第３４図に示される様にＢ面上に酸化物がパターン化さ
れる。これは整合マーク１７４と１７６をＢ面に写し，
酸化層１６２内に，流体制御チャネルのためにエッチン
グされるノズル口を通す開口１７８を形成するために行
われる。アルミニウムあるいはニッケルの層１８０が，
第３５図のように，１．５μｍの厚さで付着され，パタ
ーン化される。これは，拡散抵抗１７０とウェハ１６４
の端にある接続パッドを電気的に接続する導体を形成す
るためである。導体１８０が形成された後，第３６図の
１８２で示されるように，ポリイミド層が付着され，位
置とサイズが定義される。ポリイミドがパターン化され
た後，３５０℃までの温度の上昇を含む加熱工程により
４時間のキュア処理が行われる。もしスペーサ１７２が
フォトレジストであれば，窒素あるいはアルゴンのよう
な不活性の雰囲気でキュア処理されるべきである。これ
は，ポリイミド薄膜を破壊するスペーサの酸化と蒸発を
防止するためである。次の段階は，パイレックスウェハ
１８４にある決まったパターンをエッチングすることで
ある。このウェハ１８４とエッチング後の最終形状を第
３７図に示す。エッチングマスク（不図示）は薄膜室１
８６の位置と，その室を充填するためのポート（不図
示）の位置と，接続パッド上の開口１８８の位置とを定
義する。このエッチングは，６：１の緩衝酸化エッチャ
ントを用いて，あるいは直接ＨＦ（ふっ化水素酸）プラ
ズマエッチング法，あるいは他の適したエッチング法で
行う。室は４０μｍの深さにエッチングされる。パイレ
ックスウェハ１８４はエッチングの後，第３７図に示さ
れるようにシリコンウェハ１６４と整列し，陽極的にシ
リコンウェハに結合される。陽極結合工程は，薄膜室１
８６の周囲の１８８と１９０で密封状態を形成し，そし
てウェハ１８４と１６４をサンドイッチ状態にし，パイ
レックス／シリコンの接合の両側に５００Ｖの電位差を
約３００℃の高温度で加えることにより行われる。薄膜
室１８６に封じこまれる流体または気体はこの陽極結合
工程の間に封じこめることができる。他の実施例では，
薄膜室１８６は充填穴を通して充填され，充填穴はその
後，接着剤，はんだ，あるいは充填穴を平らなプレート
で密封結合することにより封じられる。陽極結合の後，
第３８図で示されているように，Ｂ面の酸化物１６２の
中の開口１７８は，ノズルチャネル１９４を形成する際
のエッチング段階でエッチングマスクとして用いる。こ
のエッチング工程は，ＫＯＨまたはＥＤＰまたは他の公
知の液体で異方性エッチング法により行う。最後に，ス
ぺーサ酸化物１７２は６：１の緩衝酸化エッチャント，
あるいは直接ＨＦ法，あるいは他の適当なエッチャン
ト，ウェハを浸すことによりエッチング除去される。こ
のエッチャントはノズルチャネル１９４を介して作用し
スペーサ酸化物をとり去る。それにより，ポリイミド薄
膜１８２がＺ軸の正方向，負方向のいずれかの方向へ自
由に撓むことができるようになる。超音波浴がエッチン
グ作用を助けることができる。また，アルミニウムやス
ペーサの物質の周囲にあるポリイミドやシリコンを侵す
ことなくスペーサを選択的に除去することのできる異な
ったエッチャントが使える他の金属等も，スペーサ１７
２の物質として使用することができる。第３９図に，弁
の最終的な形状を示す。第３９図に示されている実施例
の利点は，薄膜１８２の面２００とシリコンウェハ１６
４の面２０２との間の広くなった流体の流出入チャネル
である。この流体流出入チャネルは，ノズルチャネル１
９４へ過大な圧力をかけることにより，もっと広くする
ことができる。これにより薄膜２００をＺ軸の正方向に
撓ませることができ，流出入チャネルの横断面積を増加
させ，その流入容積を増やすことができる。ポリイミド
薄膜はこわれにくく，シリコンを越えて撓んでも破壊さ
れない。他のフィルムも，要求される装置の寿命にみあ
った蒸発障壁を作ることができるのであれば，使用可能
である。いくつかの実施例では，密封度を高めるため，
コーティングされたポリイミド薄膜が使われている。ポ
リイミドの２つの等しい層の間にはさまれた金はこの目
的に適している。薄膜の疲労要素も装置の要求される寿
命に対応して考えられなければならない。すなわち，薄
膜は多い（あるいは少ない）回数の屈曲サイクルの後簡
単に破壊してはならない。 ポリイミド薄膜の他の実施例 第４０図から第４８図は，波状薄膜，すなわちその中に
段がついた薄膜をもったもう１つのポリイミド薄膜の実
施例を作製するための各工程を示したものである。この
型をした構造の利点は，薄膜自体を伸展させることな
く，薄膜に広範囲の撓み性を持たせることができること
にある。すなわち，この撓みは薄膜の物質自体を屈曲さ
せることよりはむしろ，アコーディオンのふいごのよう
な開く動作を意味する。このように，広範囲の直線性が
得られ，弾性限度に達する以前に大きな撓みを発生させ
られる。この実施例を実現させるために，シリコンウェ
ハ２１０はＡ面，Ｂ面上で成長した二酸化シリコンフィ
ルムをもつ。Ａ面上のフィルムは第４０図のようにパタ
ーン化され，溝２１２がウェハ２１０にエッチングさ
れ，第４１図に示されているように，その周囲は酸化エ
ッチングマスク２１４で定義されている。そして窒化物
層２１６は第４２図で示されているように，付着され，
パターン化される。そしてもう１つのエッチングが溝２
１８を形成させるために行われる。これは第４３図にみ
られるように２段の溝を形成する。その後，新しく露出
したシリコンが，第４４図のように二酸化シリコン層２
２０を形成させるために酸化される。第４５図にみられ
るように，ポリイミド層２２２が付着され部分的にキュ
ア処理される。さらに，フォトレジスト層２２４がポリ
イミド層２２２をおおうために付着されパターン化され
る。そして，ポリイミド層をエッチャントＩＩＩをエッ
チャントとして用い，またフォトレジストをマスクとし
てパターン化する。そしてフォトレジストがとりのぞか
れ，ポリイミドがキュア処理される。次に第４６図のよ
うに，Ｂ面の酸化物／窒化物のサンドイッチ状態２２６
がノズル流体流出入チャネルのためのエッチングマスク
を形成するためにエッチングされる。第４７図のパイレ
ックスウェハ２２８は，アルミニウム層かあるいは抵抗
加熱器として適した他の金属によりおおわれる。そし
て，その金属層は，パイレックスウェハ２２８の表面に
沿いパイレックスウェハ２２８の端にある接続パッドへ
向かう導体を有する抵抗加熱器２３０としてパターン化
される。そして，パイレックスウェハ２２８は，第４７
図のように，シリコンウェハ２１０と整列し，第４７図
の構造を形成するために，そこへ陽極結合される。薄膜
室へ封じこまれる物質は，好ましい実施例では陽極結合
の間に封じこまれ，あるいは，下記に述べられる方法で
は，後で封じこまれる。最後に，酸化／窒化エッチング
マスク２２６が抵抗加熱素子のための接合パッド２３０
に通じるノズル流体流出入チャネル２３４と通路２３６
のエッチングを助けるために使用される。そして，酸化
層２２０の選択エッチングがこの構造を完成させるため
に，ノズル流体流出入チャネル２３４を通して行われ
る。 他の封じこめ技術 以下の封じこめ技術は，第１５図から第２７図で示され
た工程と共に使用できるが，同じように他の実施例にも
適用できる。この方法は，シリコンとパイレックスの２
つのウェハにより囲まれた室へ液体を封じこめるのに，
最も適している。基本的に，この方法では，液体を真空
／高圧技術により室へ強制的に注入し，電気メッキによ
り室を閉じることを含んでいる。この方法を使用するに
あたり，第１５図から第２７図の工程に次の変更を加え
る必要がある。第１５図のパイレックスウェハ８０の工
程で，０．７μｍのアルミニウムの付着の代わりに，３
００オングストロームのチタン／タングステンを付着
し，その次に３０００オングストロームの銅層を，その
次に３００オングストロームの厚さのチタン／タングス
テン層をつくる。そして第４のマスクと正のフォトレジ
ストが，Ｈ２Ｏによるチタン／タングステンのパターン
化のために使用され，そして銅が塩化第二鉄あるいは希
釈ＨＮＯ３をエッチャントとして用いて加熱素子８２へ
パターン化される。そして，チタン／タングステン層が
Ｈ２Ｏ２によりパターン化される。それぞれの抵抗パタ
ーンの中心にレーザ穴をあける工程は，ここで述べられ
ている方法がこの段階の必要性を削除しているので，削
除することができる。密封形成のための，パイレックス
ウェハ８０とシリコンウェハ１０２の陽極結合の工程
は，導体２４２を横切ってパイレックスウェハ８０とシ
リコンウェハ１０２とも陽極結合して第４９図に示され
ている導体２４２と２４３の側面に沿って薄膜室へ漏れ
通路を残すことによって代えることができる。第４９図
では，抵抗素子８２と２つの接続パッド２４０と２４１
の平面図が示されている。第５０図には，抵抗８２から
接続パッド２４０へ通じる金属線を横切った断面図が示
されている。ここでパイレックスウェハ８０とシリコン
ウェハ１０２の陽極結合の後，金属導体２４２の両側に
できるすき間２４４と２４６に注目されたい。これらの
すき間は第１５図の薄膜室８４の密封を妨げる。これは
第５１図を見るとよくわかる。第５１図には第４９図の
５１−５１’の分割線に沿った第１５図，第４９図のサ
ンドイッチ構造の断面図が示されている。ここで，シリ
コンウェハ１０２の中にできる２つの室２４６と２４８
に注目されたい。これらの室は第１５図には示されてい
ないが，薄膜室のエッチャントの際に同時に形成され
る。第１５図に示されている沸騰溶液にウェハを浸し，
充填穴１１８を封じる方法で薄膜室８４を充填する工程
は削除する。そのかわりに，ウェハに標準のウェハ鋸で
Ｂ面側から刻みをつける。これらの刻み目は，第５２図
の２５０と２５２で示される。これらの刻み目は，抵抗
素子８２のための接続パッドの位置でシリコンウェハ１
０２中にあらかじめエッチングされた室２４６と２４８
を横切る位置にある。これは接続パッドを露出すること
になるので，抵抗素子との電気的接続が行なえる。次
に，サンドイッチ構造のウェハが真空室へ置かれ，そし
てその真空室はサンドイッチ構造内の室を真空にするた
め真空にされる。そして，室は漏れ通路を通って薄膜室
８４を充填し始める要求された液体により充填される。
漏れ通路の横断面積が小さいため充填速度は遅い。充填
速度を上げるために，好ましい実施例では室は６０ｐ．
ｓ．ｉまで圧力が上げられるが，他の実施例ではこの工
程は省略できる。そして，薄膜室８４が完全に充填され
るまで，ウェハ構造は室の中に残る。そして，室は通気
され，ウェハ構造もとり除かれる。最後に，電気メッキ
セル内の接続パッドを陰極として接続した後にウェハ構
造を「ハイスロー（ｈｉｇｈ ｔｈｒｏｗ）」の硫酸銅
塩または他のメッキ溶液に浸して，接続パッド２５４と
２５６へ２５μｍの銅層をメッキする。メッキ溶液は，
漏れ通路による流体流出入への抵抗が高いため，薄膜室
へもれることはない。いくつかの実施例では，室内の液
体は電気メッキ溶液とは混和しないようにできるので，
混合は起こらない。しかしながら，メッキ溶液は漏れ通
路へいくらかは侵入するので漏れ通路内がメッキされて
しまう。このメッキは漏れ通路を塞いでしまい密封して
しまう。そこで，ウェハはダイシングされて，各々の弁
が分離させられる。薄膜室８４内への容積が固定された
物質の封じこめの他の方法は以下のようである。固体の
封じこめは，固体の封じこめを行うためのパイレックス
ウェハとシリコンウェハの陽極結合により，周囲圧力下
で行なえる。その後，固体は室の中に気体を造るために
電気補助拡散により，ガス種に解離する。酢酸ナトリウ
ムがこの固体として使われる。液体はもしそれが高沸騰
点をもっていれば，封じこめることができる。融点が３
００℃であるグリセロールが，陽極結合工程で使うのに
適している。液体および／または気体は，高圧のもとで
封じこめることができる。陽極結合は，圧力と温度が制
御されている封じられた室の中で行うことができる。こ
れは，物質を高温下で液体でいることを可能にする。例
えば，陽極結合は２１気圧のように高圧のもとで行うこ
とができる。これはこの工程での腔かあるいは室からの
液体の漏れを防止することができる。第２の一般的な薄
膜室の充填方法は，充填穴を使うことである。薄膜室が
形成される前に，または後で，またはその間に，薄膜室
と外界をつなぐ穴が形成される。そして薄膜室は真空技
術により充填され，穴は公知の方法により封じられる。
例えば，もし穴がパイレックスプレートに対し垂直であ
れば，例えばエポキシのような接着剤を用いて平板をパ
イレックスに対して固着することによって封じることが
できる。この方法には，接着剤の低温キュア処理を可能
にし，その扱いを簡単にする利点がある。この方法の１
つの問題点は，密封状態を得ることが難しい点にある。
もう１つの充填穴を封じる方法は，はんだ合金を使うこ
とである。充填穴は直接に金属液により塞がれるか，あ
るいはもしはんだ付け可能な表面が，充填穴の付近のパ
イレックスウェハ上に形成されるのであれば，板を充填
穴の上にはんだ付けすることができる。この工程の間は
周囲圧力は室内の圧力と同じに保たれなければならな
い。これは，圧力の相違による，充填穴上のはんだ合金
がまだやわらかい間に起こる室内の流体の漏れを防止す
る。圧力の制御された封じられた室が好ましい実施例で
使われる。最後に，充填穴を封じるのにガラス融解を用
いることもできる。この工程ではパイレックスウェハの
充填穴はレーザにより掘られる。そして，レーザは流体
が薄膜室内におかれた後，穴の周囲のパイレックスを再
度溶かすのに使われる。この方法は実際に行われたが好
ましくない方法である。ガラスからの熱伝導を高めるた
め，始めガラスは低温であることが重要である。 固体熱ポンプの実施例 第５３図は，固体の熱ポンプ技術を用いた実施例を示し
てある。ペルチェ固体熱ポンプのような熱ポンプ２６０
は，いくつかの製造者により市販されている。熱ポンプ
２６０はまた従来型の熱ポンプとしてもよい。この熱ポ
ンプ２６０は熱伝導ブロック２６２と熱的に結合されて
いる。この熱伝導ブロック２６２はウェハ２６６の薄膜
室２６４を封じる役目を果たす。ブロック２６２の目的
は，薄膜室２６４を密封することと，薄膜室２６４の迅
速な熱の出し入れを導くことである。薄膜室２６４は上
記に開示された方法のいずれによっても形成できる。そ
して，ウェハ２６６は示されているようにシリコンであ
る必要はない。同様に，ブロック２６２はアルミニウム
以外の良好な熱伝導性を有するものでもよい。構造内の
弁部はブロック２６８により形成される。このブロック
２６８は流体通路２７０をもち，その中にシーリング面
２７２が形成される。弁の動作は，上記に述べられた他
の実施例の場合と同様である。 位置的作用の実施例 他の実施例では，薄膜の位置が，薄膜室に封じこめられ
た物質の温度変化の最終結果として使われる。このよう
な実施例は，微少な位置決定や，遠隔操作のロボット工
学における触覚フィードバック変換器や他のそのような
応用に使用できる。直径２ｍｍのシリコン薄膜を有する
実施例では薄膜の全偏位は約３５μｍである。ポリイミ
ド薄膜での薄膜全偏位は約４００μｍである。移動され
る対象物，例えば集積回路のプローブに薄膜を取りつけ
ることによって，その対象物は薄膜室内の温度に従い移
動する。第５４図にそのような実施例が示されている。
第５４図に示されている実施例は，応用例中の典型的な
１種類である。しかしながら，微少の位置決定への応用
の一般概念を説明している。第５４図において，微少位
置決定変換器３００は加熱素子と共に形成された薄膜室
のあるウェハよりなっており，その薄膜室はウェハの中
に形成されたものである。またこの加熱素子は薄膜室内
へ，室内の温度が変化した時室内の蒸気圧を変化させる
物質と一緒に密封されたものである。抵抗素子ドライバ
３０２は使用者より制御入力を受けそしてそれを電線３
０４と３０６へ制御信号に変換して送り込む。この信号
は，室内の温度を変えるために加熱素子を発熱させる。
もちろんここで述べられている他の室の温度制御の方法
も使用でき，また当業者であれば，使用者の制御入力を
室内の温度を制御するために適した制御信号へ変換する
上で必要な使用者インターフェイスとして評価するであ
ろう。使用者３０８は試料３１０を像拡大システムを通
して見ることにより制御信号を供給する。そして要求さ
れる位置に対するプローブ３１２の位置を確認する。そ
して，使用者は薄膜室の温度を変えることにより，機械
的に変換器の薄膜と結合しているプローブの位置を調節
することができる。この実施例では，対象物に大きな力
がかかるかもしれない。もし薄膜の最大偏位よりも大き
い動作が必要な場合，変換器を直列に接続することによ
り行なえる。そのような実施例では，スタックの下側の
変換器の薄膜の動きが，スタックの上部にある全ての変
換器を動かす。同様に，２番目に低い位置にある変換器
の薄膜の動きがスタック中のその上の変換器を動かす。
この工程は全ての変換器で繰り返され，スタック内の全
ての変換器の薄膜変位の合計が総薄膜変位量となる。 触覚フィードバックの実施例 この発明の教示に従って，ここに開示されている装置は
また，操作者に触覚フィードバックを供給する実施例に
使用できる。この応用例は，ロボットの遠隔操作，すな
わちテレビカメラ等を使用した遠隔操作によるロボット
手の操作を含んでいる。ロボットを遠隔的に制御する上
での間題点は，保持されている対象上におかれているロ
ボットの手の圧力量を制御パーティに示す触覚の感覚の
不足にある。この発明は，第５５図に示される態様で，
その不足した感覚を与えることができる。そこではロボ
ット手３２０が軽い電球あるいは他の物３２２をつかん
でいる。ロボット手のそれぞれの「指」の先（少なくと
も向かいあった指）には，圧力変換器が整列して取りつ
けられている。これらの圧力変換器は，遠隔制御チャネ
ル３２６を通って，遠隔に位置している制御台３３０へ
圧力信号を送り返す。テレビカメラあるいは他の撮像シ
ステム３３２はその現場の映像をとり，制御台３３０
へ，そのテレビスクリーン３３４に表示するために画像
情報が送り返される。制御台もまた，使用者が触覚フィ
ードバックを得られるような機構をもっている。ここに
示されている実施例ではロボット手の制御手段はレバー
３３６と３３８により示されている。これらは互いに近
づけたり遠ざけたりすることができ，ロボット手の指を
レバーの相対位置に従って近づけたり遠ざけたりするこ
とができる。各レバーは，触覚フィードバック変換器３
４０と３４２が整列されている。これらの変換器には，
使用者がレバー３３６と３３８の制御を行うとき，使用
者の指先が触れる。触覚フィードバック変換器は，薄膜
が使用者の指先と接触できるように取りつけられてい
る。これらは圧力フィードバック信号に接続されてい
る。これは，ロボット手３２０の指に及ぼす圧力が増加
した時には，薄膜が圧力フィードバック信号の大きさの
割合により，使用者の指先に対して外向きに移動するよ
うに薄膜室内の温度が増加するようにされている。他の
実施例では，レバー３３６と３３８はグラブの指が変換
器と結合される場合には，グラブで代用できる。変換器
は，指の位置と動作を制御するために使われる信号をつ
くり出すものである。グラブの指先の内側には，圧力フ
ィードバック信号と結合している触覚フィードバック変
換器列が取りつけられている。上記に述べられた触覚フ
ィードバック変換器の操作は，レバー３３６と３３８に
より説明したのと同様であり，使用者の指で対象物をつ
まみあげた時に感じられるのと同じような圧力感覚が使
用者の指先を押すことにより使用者に与えられる。触覚
フィードバック変換器の製作工程は，第５６図から第６
４図に描かれている。以下に述べる工程はシリコンウェ
ハを対象としているが，他のウェハあるいは他の物質の
使用も可能であることが当業者には理解されるであろ
う。 １．１面または２面がみがかれているシリコンウェハ３
５４上に５０００オングストロームの酸化物３５２を成
長させる。 ２．７００℃における低圧ＣＶＤにより，ウェハの両面
に９００オングストロームのＳｉ３Ｎ４層３５６を蒸着
させる。 ３．第５６図の３５０で示されるように，室と薄膜を定
義するためのマスク１をみがかれていない方の面あるい
はＡ面にパターン化する。 ４．ＫＯＨにより凹部３５８を３５０μｍの深さまでエ
ッチングする。この深さは変更可能であり，膨張した作
動器の所望の高さによるであろう。エッチング後の構造
を第５７図に示す。 ５．ウェハの裏面に整合マークを写し，Ｂ面上の窒化／
酸化層へマスク１を使って凹部パターン３６０を決定す
る。その構造は第５８図に示してある。 ６．Ａ面にエッチングされた凹部の中へスペーサ金属３
６２を付着させる。マスク１を使用して金属をパターン
化し，凹部内をその金属だけにする。次に付着されるポ
リイミドは形成されキュア処理中にこのスペーサ金属に
接着する。その後に，このスペーサはポリイミド薄膜を
シリコンから解放するため溶解される。この工程終了後
の構造を第５９図に示す。 ７．Ａ面へ１０μｍのポリイミド３６４をスピンオン
（ｓｐｉｎ ｏｎ）する。必要であれば反復処理にて行
う。この工程終了後の構造は第６０図に示されているよ
うになる。 ８．ポリイミドを３５０℃までの上昇を含む４時間のキ
ュア処理を行う。ポリイミドに必要な弾力性と強度を持
たせるキュア処理であればどのような処理でもよい。 ９．異方性エッチャントにより，３６０℃で示されるシ
リコン薄膜をエッチング除去する。例えば，ＨＦ，ＨＮ
Ｏ３，ＣＨ３ＣＯＯＨあるいは反応性イオンエッチング
法を用いる。このエッチング後の構造は第６１図のよう
である。 １０．Ｂ面より窒化物３５６と酸化物３５２をはぎと
る。そして，第６２図に示されている構造のように，Ｂ
面より金属層３６２をはぎとる。 １１．パイレックスウェハ３６６上に，１μｍのアルミ
ニウムあるいはクロム／金を付着させる。 １２．パイレックスウェハの表面にマスク６を使用して
適当なエッチャントにより金属層をエッチングすること
により，加熱素子３６８をパターン化する。 １３．パイレックスウェハにレーザドリルにより穴３７
０をあける。 １４．次に，パイレックスウェハ３６６をシリコンウェ
ハ３５４へ陽極結合する。薄膜室３７２とこの構造を第
６３図に示す。 １５．そして室内に封じこまれる物質の沸騰溶液にウェ
ハを浸すことにより，薄膜室３７２を充填する。 １６．そして，室３７２は以下のいずれかの方法で封じ
られる。高性能接着剤により穴３７０を封じる。また
は，穴３７０を内面を金属化した後はんだで閉じる。ま
たは第６４図のようにパイレックスウェハ３６６上にも
う１つのウェハ３７４を結合させることにより行う。 １７．抵抗素子と電気的に接続するための電線を接続す
る。 第６５図は，膨張状態の触覚作動器を示したものであ
る。ここで室３７２の温度は十分に加熱素子により上昇
されており，薄膜３７８を膨張させるのに必要な十分な
ように圧力が上昇させられている。第６６図は，触覚作
動器が行列配置システムにより整列された配列を示して
おり，これは上記に述べられたロボットの応用に役立た
せることができるであろう。触覚作動器の他の形成工程
が第６７図から第７７図に示されている。工程は以下の
とおりである。 （１）２面がみがかれたシリコンまたは他の半導体のウ
ェハ３９８上に５０００オングストロームの酸化物を成
長させる。 （２）７００℃において低圧ＣＶＤにより，９００オン
グストロームの窒化物を付着させる。酸化物と窒化物の
結合物はＡ面とＢ面上に１個の層４００としてー括して
示されている。 （３）ウェハのＡ面をマスク１と正のフォトレジストに
よりパターン化する。このパターンは４０２によって示
されている室の位置を決定づける。 （４）ＫＯＨを用いてウェハのＡ面に深さ３５０μｍの
室４０４をエッチングする。室４０４の深さは，歩留り
を考慮して所望値に変更可能である。 （５）露出した窒化物をプラズマまたは他のエッチャン
トによりＡ面とＢ面よりエッチング除去する。第６８図
にその様子を示す。 （６）室４０４の壁を含むウェハのＡ面にスペーサ金属
４０６を付着させる。第６９図にその構造を示す。 （７）１０μｍのポリイミド層４０８をスピンオンし，
もし必要であれば反復処理する。そして，それぞれの処
理でＡ面をおおうために９０℃において１時間焼く。 （８）膜４０８を１３０℃で２時間半焼くことにより，
おおう。 （９）負のフォトレジストを付着させ，９０℃で焼き，
そしてマスク１により露出し，現像し，１２０℃で十分
な時間焼くことにより残りの抵抗を硬化して第７１図の
マスクとする。 （１０）ポリイミドフィルム４０８をエッチャントＩＩ
Ｉにより，３５℃で１５分から３０分の間エッチングす
る。 （１１）ポリイミドフィルムを２２０℃で１時間焼くこ
とにより部分キュア処理する。 （１２）露出したアルミニウムをアルミニウムエッチャ
ントＩによりエッチング除去する。 （１３）露出した酸化物を６：１ＨＦによりエッチング
除去する。第７２図にその構造を示す。 （１４）Ｊ１００により負のフォトレジストをはぎと
り，ＴＣＥ，アセトンとメタノールにより構造物を洗浄
する。 （１５）ポリイミドを３５０℃で１時間キュア処理す
る。 （１６）次に，パイレックスウェハ４１０上に，３５０
０オングストロームのアルミニウム，クロム／金または
チタン／タングステン−銅−チタン／タングステンを付
着させる。使用される薄膜室の液体の封じこめ方法いか
んにより使用する金属が決定される。ここで述べられた
いずれの方法もこの封じこめ工程に利用可能である。 （１７）マスク３により金属層に抵抗加熱素子４１２を
パターン化する。その構成を第７３図に示す。 （１８）穴４１４をパイレックスウェハの抵抗加熱器パ
ターンの中央にレーザドリル法のような方法で形成す
る。この構造を第７４図に示す。 （１９）陽極的にシリコンウェハをパイレックスウェハ
に結合して，抵抗加熱パターンとパイレックスウェハの
穴とを室４０４によりカプセル化し，室内のポリイミド
薄膜を封じる。ここに述べられているパイレックスウェ
ハを半導体ウェハに形成する方法のいずれもここで述べ
られているように使用できる。 （２０）ＨＮＡ（１分間に２５から５０μｍエッチング
するＨＣｌ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ，１０：１：
９）を用いて，半導体ウェハのＢ面を，アルミニウム層
を過ぎて１０μｍエッチングする。プラズマエッチング
も使用可能である。この構造を第７６図に示す。 （２１）スペーサ金属４０６を，アルミニウムエッチャ
ント（これは薄膜から金属だけをとり除く）かＨＮＡの
いずれかを用いてエッチングする。もしＨＮＡを使用す
る場合は，エッチングし過ぎないように注意する。別の
方法として，他のマスクとＫＯＨを使用する。この構造
を第７７図に示す。 （２２）室内に封じこまれる物質の沸騰溶液にこの構造
を浸して薄膜室４０４を充填する。 （２３）穴４１４を以下のいずれかの方法で封じる。高
性能接着剤で接着する。または，穴４１４の壁を金属化
した後はんだで封じる。または，他の公知の方法のいず
れかで行う。例えば，ポリイミドあるいはフォトレジス
トを穴の周囲の「Ｏ」型シーリングとして用い，もう１
つのウェハを穴のあるパイレックスウェハに陽極結合さ
せる方法である。電気メッキも可能である。第７７図に
は接着剤が示されている。 （２４）電線を，抵抗加熱素子と結合されている結合パ
ッドに下記のいずれかの方法で接続する。はんだあるい
は導電性エポキシを使用する。あるいは，接続パッドに
使用されている金属フィルムの型に適合する他の公知の
電線接続法による。これで最終構造が得られる。装置の
使用法はここに述べられた他の実施例のために説明され
たものと同じである。上記に述べられた触覚作動器はい
ずれも，薄膜室に封じこめられた物質の温度を変えると
いう，ここに述べられたいずれの手段によっても作製で
きる。また，室と流体の室への出入口である穴の封じこ
めも，いずれかの方法が使用可能であり，それは触覚作
動器の製作のための他の手段に適合する。また，触覚作
動器整列のための行列配置技術も２段金属化技術（ｔｗ
ｏ ｌｅｖｅｌ ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈ
ｅｍｅ）により果たすことができる。このような多段金
属化技術は半導体製造技術の分野で知られている。最後
に，流体の薄膜室への出入口のためのレーザドリル法で
あけられた穴だけが，室を充填する手段ではない。ここ
で述べられた流体の室への出入口を供給する方法やその
封じ方法のいずれの手段でも満足できる。 可変焦点レンズ 第７８図に，可変焦点距離レンズの断面を模式的に示
す。この実施例では，パイレックスウェハ４２０の抵抗
加熱器のパターンは，光路のじゃまにならないように一
部スペーサが開けられてある。光路は，パイレックスウ
ェハ４２０をぬけ，薄膜室４２２に封じこまれている物
質を通りぬけ（その物質は光を通す能力がなければなら
ない），そして薄膜４２４を通りぬける。第７８図の実
施例では，薄膜４２４は窒化シリコンでできているが，
他の透明または半透明の物質もまた使用可能である。も
ちろん，薄膜の光伝達能力は目的に適したものでなけれ
ばならない。パイレックス，膜室４２２に封じこまれた
物質および薄膜４２４の物質は全て屈折率をもち，そし
て異なる屈折率をもった物質との境界で種々の屈折度を
発生させる。このように，各物質はいくらかの屈折を発
生する。レンズの焦点距離は，レンズの曲率を変えるこ
とにより変更できる。これは薄膜室４２２内に封じこま
れている物質の温度を上昇または下降させて，窒化シリ
コン薄膜４２４の曲率を変えることにより達成される。
第７８図では，レンズの２つの異なる焦点距離が示され
ている。実線で描かれている第１の焦点距離は，薄膜４
２４が実線で表される状態にあるときのものを示す。第
７８図で破線で描かれている第２の焦点距離は，薄膜が
破線で示された状態にあるときのものを示す。第７８図
のレンズは，室の加熱手段は，光路内に位置してはなら
ず，破線４２６で示されている室への流体連絡路も光路
をふさいではならないことを除いて，ここで述べられた
方法により製造できる。また，シリコン窒化物あるいは
他の透明物質も薄膜に取り替えられねばならない。１．
５μｍの厚さの窒化シリコンフィルムはたいていの応用
に使用できる。可変焦点距離レンズはまた，光ガイドへ
光を導入する変調器としても使用できる。第７８図で
は，光ファイバガイド４２６が光路の軸に沿って位置し
ている事が示されている・光ファイバガイドは，入力光
を捕らえるための受け角度をもっている。すなわち，光
線が受け角度内でファイバ端に入射しないと，光線がフ
ァイバ被覆とつくる角度はファイバの臨界角度を越え，
光線はフィアバコアに屈折帰還しない。そのような光線
は被覆を通りぬけてしまい光線をガイドするという光が
ガイドの能力を無にしてしまう。２つの光線４２８と４
３０が臨界角度内（不図示）でファイバに入射している
様子が示されておりファイバコア／クラッド界面の４３
２と４３４においてそれぞれ屈折帰還する様子が示され
ている。破線で示されている２つの光線４３６と４３８
はファイバの臨界角度内にないためにファイバに捕われ
ていない様子が示されている。光線４３６と４３８は，
それらがレンズを通過するとき，可変焦点距離レンズが
光線の屈折角度を変えている動作のため，そのような角
度をもつ。さらに，破線で示されている形状のレンズで
も，いくらかの光線は光ファイバガイドの受付角度内の
角度で屈折される。であるから，その屈折光の一部は，
ファイバ内に入射し，捕らえられる。いくつかの焦点距
離では，ファイバの受付角度内に入る角度を全くもたな
い光線もある。このように，可変焦点距離レンズは，単
に薄膜室４２２に封じこまれた物質の温度を制御するこ
とにより光ファイバガイドへ入射する光量を変調させる
ことができる。このような装置は，光ファイバ通信網や
光コンピューターに有用である。第７８図のレンズは，
単独にあるいは整列して使用できる。このようなレンズ
の整列したものは，プログラム可能な光フィルターの役
割を果たすのに用いられ平行処理に応用できる。第８７
図の構成のもつ１つの応用は，センサである。外側温度
の関数であある室内の物質の圧力は，光ファイバガイド
に入る光量を制御することができる。この応用は，高温
に耐え得る圧力センサかあるいは，温度センサとして利
用できる。温度センサとしての使用には，封じこまれて
いる物質の周囲温度と圧力／温度の特性を知る必要があ
る。他のセンサに同等する構成は，光が薄膜を通って入
射し，パイレックスウェハの表面４４０で反射され，薄
膜をもう１度通って外に出る構成である。ここでこのパ
イレックスウェハは反射性の金属コーティングがされて
いる。この構成は２重の凸レンズの作用をする。温度が
上昇し，室内の圧力が上昇して焦点距離が減少すると，
レンズの凸度はもっと強くなる。焦点距離の変更は，フ
ァイバに結合される光量を変化させ，この変化は光セン
サからの出力信号の度合の変化として測定できる。焦点
距離の変化は，他の方法においても感知できる。例えば
異なる屈折率と異なる周波数の光を用いたり，干渉方法
を用いたりする。 異なる型の半導体ウェハの共融結合 前述のシリコンウェハとシリコンウェハとの共融（ｅｕ
ｔｅｃｔｉｃ）結合法の変形を用いて，ある半導体型の
ウェハを他の半導体型のウェハに結合させることも可能
である。例えば，優秀な信号処理回路形成の性質をもっ
たシリコンウェハと，優秀な光電気的性質をもったゲル
マニウムウェハとを結合させ，新規なセンサを創った
り，光ファイバと電気回路のインターフェイスとしての
作用をさせることができる。さらに，シリコンをベース
にした回路は，ヒ化ガリウムをべースにした回路とまた
はヒ化ガリウムをベースにした半導体レーザと集積する
ことができる。共融結合の工程は第７９図と第８０図に
示してある。これらは，結合処理がそれぞれに行われた
後の２つの異なる最終構成を示している。工程は以下の
ようである。 １．ここで選ばれた半導体の型に使用できる公知の処理
方法のいずれかにより，シリコンではないウェハ４９８
を拡散障壁物質５００でコーティングする。使用可能な
いくつかの処理例として，スピンオン法，低圧ＣＶＤ
法，あるいはスパッタリングがある。二酸化シリコンま
たはセラミックが拡散障壁として使用され，タングステ
ンや他の金属も使用可能である。 ２．シリコンに対して高親和力を有するアルミニウムあ
るいは他の金属を拡散障壁の端部に付着させる。 ３．シリコンウェハ５０４から結合される領域にある酸
化物をはぎとる。シリコンウェハ上に回路を形成させる
全ての処理工程は工程のこの段階ですんでおり，回路層
は不動態化されている。ゲルマニウムあるいはガリウム
のヒ化物のウェハがシリコンへ結合される地点でメサが
エッチングされる。 ４．２のウェハを締めつけ，シリコン−アルミニウム共
融温度をちょうど越える点まで熱する。さらに，処理工
程はゲルマニウムウェハの一部の化学的エッチング除去
と２つの異なるウェハの上面を接合するための金属線を
構築するために付加的な金属処理とを含む。 第８１図は本発明の教示による弁の好ましい実施例の最
終構造の断面図を示したものである。この実施例では，
２つのパイレックスウェハ６００と６０２がシリコンウ
ェハ６０４へ陽極結合されている。シリコンウェハ６０
４はその中にエッチングされた室６０６を持つ。室の壁
のうちの１つ６０８は可撓性のダイアフラムであり，こ
の好ましい実施例では約３５μｍの厚さである。室６０
６は，この好ましい実施例では周囲温度に関して高い沸
騰点を持った液体により約５０％充填されている。本実
施例での典型的な室内の液体はハロメタンまたはハロエ
タンまたは他のフッ化炭素である。本実施例では，室は
フレオンＦＣ７１により充填されている。弁の閉速度を
最適化するため，弁を閉じさせるために沸騰点まで加熱
される物質量ができるだけ少なくなるように，室６０６
はできるだけ少量の液体により充填されるべきである。
もし，非常に高い圧力で操作したいのであれば，薄膜を
破壊する可能性のある薄膜が室に対して遠ざけすぎるよ
うに湾曲することを防止するために室はいっぱいに充填
されるべきである。パイレックスウェハ６０２は，シリ
コンウェハ６０４に結合されているパイレックスウェハ
の表面６４４上に付着している抵抗パターン６１０をも
っている。抵抗パターン６１０は装置の周辺の接続パッ
ドへ導く導体リード（不図示）を除いて室６０６の周辺
で囲まれているパイレックスウェハ６０２の表面６４４
の一部に限定されている。典型的には，抵抗パターン６
１０は表面６４４上にスパッタされた金属より形成され
る。この層（不図示）は抵抗パターンを定義するために
フォトリソグラフィ法によりエッチングされている。典
型的には，抵抗パターンの特質はアルミニウム，チタ
ン，タングステン，ニクロム，金あるいはその他の物質
である。使用される金属あるいは他の物質は，封じこま
れた液体をその沸騰点まで上昇させるために電流が抵抗
パターンを流れた時に十分な熱を発生できる十分な抵抗
をもつべきである。室６０６内の液体の沸騰は室６０６
内の気圧を上昇させ，それによりダイアフラム壁６０８
はＹ軸の負方向に変形する。典型的に，抵抗パターン６
１０は，らせん状の型に形成され，パイレックスウェハ
６０２の表面６４４を横切ってダイ（以下では，「ダ
イ」は第８１図のサンドイッチ構造を表す）の周辺に位
置する接続パッド（不図示）に達する経路をたどるリー
ド線をもっている。これらの接続通路は，抵抗パターン
６１０を介して電流を駆動できるような，電線により外
界と電気的に接触することのできる十分なサイズをもっ
たものである。パイレックスウェハ６０２はまたその中
に形成されている小さな充填穴６１２をもつ。この穴は
典型的にはレーザドリルにより開けられ，いくつかの実
施例では室６０６内に注入される流体を通す作用もあ
る。所望の量の流体が室内に注入された後，穴６１２は
プラグ６１４により封じられる。この好ましい実施例で
は，プラグ６１４はエポキシである。しかしながら，穴
６１２が非常に小さいため他の物質もまた同様に簡単に
穴を封じるために使用できる。パイレックスウェハ６０
０はその中にエッチングされた入力チャネル６１６と出
力チャネル６１８をもつ。メサ６２０はパイレックスウ
ェハ６００の表面上に立ち，障壁６０８に対向しており
弁座となる。このメサの上面は薄いクロム層６２２でお
おわれている。このクロム層の目的は，弁構造の組立工
程中のパイレックスウェハ６００のシリコンウェハ６０
４への結合工程においてメサ６２０が障壁６０８に結合
しないよにするためである。メサ６２０の一実施例での
正確な形状は第８２図に示されている。第８２図は，ダ
イアフラム６０８のすぐ下にあるパイレックスウェハ６
００の表面６２４の一部の平面図である。第８２図で，
第８１図において断面図で示された構造が，平面図にお
いて簡単に認識できるように，それと同じ参照符号が付
されている。入力チャネル６１６は３個の突出したチャ
ネル指状部６２８，６３０，６３２と共に斜線により示
されている。本質的に，これらの突出した指状部６２
８，６３０と６３２は入力ポート６１６に流れる流体が
ダイアフラム６０８の下を通るパイレックスメサ６２０
に形成された溝である。同様に，６１８で示される出力
ポートは２個の溝６２４と６２６を備えている。これら
の３つの溝はダイアフラム６０８の下を通っており，メ
サ６２０の蛇行した形状のために溝６２８，６３０，６
３２から分離されている。クロムでおおわれているメサ
の部分は符号６２０／６２２により示されている。クロ
ムにおおわれていないメサ部分は６２０で示されてい
る。３つの溝６２８，６３０と６３２は２つの溝６２
４，６２６とインターディジィトに組み合わさってい
る。第８２図は異寸であり溝６２４と６２６はもっと広
くしてもよい。さらに，溝６２８，６３０，６３２と溝
６２４，６２６との間の重なり度は，第８２図に示され
ているよりも小さいかまたは大きくしてもよい。第８２
図で，溝の領域を示している長い斜線が施されていない
全ての部分，例えば，６３６と６３４にて示された領域
は，Ｘ−Ｚ面に平行であり，クロム層６２２の上面のレ
ベルに実質的にあるＹ軸座標の平画中に横たわってい
る。第８２図で６２０で示されているパイレックスメサ
の部分と６３４と６３６で示されているパイレックスウ
ェハ６００の表面の部分とはシリコンウェハ６０４の下
側に陽極接合されている。陽極結合の処理は当業者には
周知である。ここでの完結として，処理は，パイレック
スの表面と結合されるシリコンウェハとを配置し，電極
が形成されるように接合の両側を接続することが行われ
る。そして高電圧がこれらの２個の電極に印加され，そ
して電流が約５００℃で接合に電流を流し，これにより
この２個のウェハを互いに結合させる。もう１度第８１
図に戻って，そこに示されている弁構造の種々の部分の
目的とその構造を述べる。以下のパラグラフのほどんど
のコメントは第１図と第１５図の弁構造と，ここに示さ
れた他の弁構造に適用するものである。いくつかのコメ
ントはここでの他の構造に適用する。簡潔のために第１
図，第１５図と第８１図に示された構造以外への個々の
適応性は明記されていない。上部のパイレックスプレー
ト６０２の目的は，元来，室６０６の中に液体を封じる
ことにある。従って，いくつかの実施例では，上のプレ
ート６０２は所望の液体が室６０６内に注入された後，
シリコンウェハ６０４に封じられる。すなわち，室６０
６は液体により充填され，そしてパイレックスウェハ６
０２はシリコンウェハ６０４上に置かれ，適当に整列さ
れる。その後，パイレックスウェハ６０２とシリコンウ
ェハ６０４は陽極的にまたは他の方法によって結合され
る。そのような実施例では，穴６１２は必ずしも必要で
はない。この好ましい実施例では，パイレックスウェハ
６０２は室６０６が液体で充填される前に，シリコンウ
ェハ６０４へ結合される。その後，穴６１２がレーザド
リル法，化学ドリル法，超音波ドリル法または他の方法
によりパイレックスウェハ６０２に開けられる。機械的
に穴を開けること，あるいはパイレックスウェハをシリ
コンに結合する前にパイレックスが形成される時に適当
の位置に鋳造することも可能である。典型的には，室６
０６はＸ軸方向に２０００μｍの幅をもっているので，
穴６１２は大変小さなものになる。従って，そのような
小さな穴をあけるある方法が必要である。そのような小
さな穴を開ける通常の方法は，本発明の実施の際に用い
られるであろう。上のパイレックスウェハ６０２は加熱
抵抗６１０と連結されている導電リードと抵抗パターン
と電気的に結合している接続パッドを支持する作用もす
る。上のウェハ６０２はまた室６０６と上のウェハ６０
２に結合することのできるヒートシンクまたは熱源との
間の熱伝導の主要通路としての作用もある。従って，上
のウェハ６０２は良質の熱伝導性をもつ事が好ましい。
ウェハ６０２，６０４と６００としてニッケルそして可
能な他の金属材料も同様に使用できる。そのような実施
例では，抵抗パターン６１０がもし使われていれば，そ
れはウェハ６０２の下部の面６４４に付着している絶縁
層の上に形成されねばならない。他の実施例では，光学
変換が室６０６の流体を加熱するために使用される。こ
れらの実施例では可視光，赤外，あるいは他の波長の光
の輻射エネルギーが室６０６内の流体を加熱するために
上のウェハ６０２から室６０６へ通して照射される。そ
のような実施例では，抵抗パターン６１０は存在せず，
上のウェハ６０２は使用される輻射波長に対して透明で
なければならない。これらの実施例では，上のウェハ６
０２としてパイレックスが好ましい。しかしながら，他
のガラスまたはシリコンもウェハ６０２として使用可能
である。パイレックスのシリコンへの結合が簡単である
ので，パイレックスが抵抗の実施例における上のウェハ
６０２として好ましい。シリコンである上のウェハ６０
２はパイレックスより良い熱伝達特性をもつが，シリコ
ンとシリコンとの結合は行い難い。上のウェハ６０２と
しての他の可能な物質は，セラミック，アルミニウム，
銅あるいはプラスチックである。もし金属ウェハ６０２
が使用されるならば，その金属ウェハと抵抗パターン６
１０の間の好ましい絶縁物質はポリイミドである。抵抗
パターン６１０を金属ウェハから絶縁するために窒化物
のような他の絶縁物質の使用も可能である。しかし，抵
抗パターン，分離層および上のウェハ６０２の間の熱膨
張係数の釣り合いが適当になるように注意して，熱膨張
率の違いからくるストレスが装置の操作をそこなうよう
な絶縁層あるいは抵抗物質あるいはパイレックスのひび
または故障を起こさないようにしなければならない。ポ
リイミドは，それが可撓性でありその弾力によりストレ
スをやわらげるので，絶縁物質として好ましい。どんな
物質が上のウェハ６０２として使用されようとも，それ
は安定したものでなければならず，周囲環境の中や室６
０６内の液体と接触することによって腐食するものであ
ってはならない。さらに，ウェハ６０２の物質は弁構造
が経験するであろう操作温度条件を処理できるものであ
るべきである。典型的に，室６０６内の液体は，その沸
騰温度のちょうど手前までシステム作動時には加熱され
ているであろう。この温度では，室内の蒸気圧が，ダイ
アフラム６０８をＹ軸の正方向に押す作用をしている力
に打ち勝つには不十分である。この力は入力ポート６１
６内の圧力により発生したもので弁を開けさせるもので
ある。弁が閉じられるべき時には，室６０６内の流体の
操作温度を沸騰点以上の温度にするため，十分な電流が
抵抗パターン６１０に流される。これは，ダイアフラム
６０８をＹ軸の負方向に押す傾向にあるダイアフラム上
に作用する力を発生させるに十分な蒸気圧を発生させ
る。この力が，ダイアフラムをＹ軸の正方向に押す作用
をしている力に打ち勝つために十分である時，ダイアフ
ラム６０８はメサ６２０の上のクロム層６２２に接触す
る。これが封を形成し弁を閉じる。最後に，上のウェハ
６０２の物質は抵抗６１０を形成するために抵抗リソグ
ラフィと付着処理に適合し，接続パッドにリードを取り
つけることができるものでなければならない。抵抗パタ
ーン６１０のためのオプションがいくつかある。最も簡
単なオプションはパイレックスウェハ６０２の表面上に
抵抗パターンを形成することである。他の構造は絶縁物
質のらせん状のメサの上に抵抗パターンを形成して，そ
して抵抗物質が上のウェハ６０２と折々の絶縁物質の柱
とにより支えられるオートブリッジ（ａｕｔｏ ｂｒｉ
ｄｇｅ）型の構造を形成するように，抵抗パターンの下
のメサに穴をエッチングする。このぶら下がった状態の
抵抗構造は液体に対する熱伝達に対して良い特性をも
つ。下記に詳細が説明されているさらに他の構造は片持
ち梁の形状をしている。抵抗パターンの物質として要求
されるものは，静止中あるいは作動中に液体と腐食しな
いまたは反応しないような，室６０６内の液体の存在に
対して安定したものであるべきである。さらに，抵抗物
質は作動中に室６０６内に存在するであろう高温を処理
できるものでなければならない。抵抗パターンは，液
体，上のウェハ６０２および中央のウェハ６０４から保
護されるためのコーティングをすることができる。シリ
コンウェハ６０４は下記の要求にある物質であれば何で
もよい。まず最初に，物質は，深さ方向５μｍ，横方向
２０μｍの設計規準のフォトリソグラフのような微小製
造技術が適用可能なものでなければならない。さらに，
その物質は，ダイアフラム６０８が繰り返し湾曲されて
も疲労による損傷がないように十分な可撓性と弾力性を
もっていなければならない。さらに，その物質は堅牢で
熱に対しての良い導体であるべきである。ウェハ６０４
の物質が室６０６内の物質の液体または気相の周辺への
もれを防止することができ，この物質によって腐食の影
響をうけないということは大切なことである。ウェハ６
０４の物質はまた，ウェハ６０２と６００として選択さ
れた物質と良好な結合処理ができるものであるべきであ
る。ウェハ６０４はまた，その中に室６０６が形成で
き，みがかれることができ，その後のなめらかさを保つ
ことのできるものであるべきである。最後に，ウェハ６
０４の物質は弁が操作される温度の周辺環境で，あるい
は入力チャネル６１６で制御される物質との接触によっ
て腐食やダメージを受けるべきではない。室６０６の寸
法と薄膜６０８の厚さは弁の動作特性に影響を及ぼす。
室６０６が小さいことは，加熱すべき物質が室内に少し
しかないことを意味する。これは，室内の温度を沸騰点
より上に上昇させるために，電流が急速に供給されたあ
るいは増加された時から弁が閉じられるまでの時間が短
くてすむことになる。より厚い薄膜６０８はダイアフラ
ムをＹ軸の正方向に強制する撓ませることにより弁を開
けるための入力チャネル６１６では高い圧力を要求する
ことになる。同様に弁を閉じるためのダイアフラム６０
８にＹ軸の負方向に強制的な力を与えるためには室６０
６の内側で高い圧力が生じなければならない。弁構造と
その他のここに現れている構造の操作に対しての長所
は，室内の圧力変化の加熱処理のための室内の液体への
入力エネルギーの変化に対する割合である。この長所は
室６０６の容積に反比例している。しかしながら，薄膜
６０８はできるだけ広くするべきである。すなわち，第
８１図の寸法Ａは，最大の撓みを持つためにできるだけ
大きくすべきである。典型的に，寸法Ａは２０００μｍ
である。この好ましい実施例では，室の深さを定義する
寸法Ｂは３５０μｍであり，ウェハ６０４の厚さを定義
する寸法Ｃは３８５μｍである。薄膜６０８ができるだ
け広くなるべきであるので，室の容積は主に，ダイアフ
ラムの厚さを約３０から３５μｍに保つために寸法Ｃの
減少に対応した寸法Ｂの減少により減少される。メサ６
２０の上面と良好な封止を形成するためにダイアフラム
の下部の表面６３８がみがかれるような，ウェハ６０４
としての物質が選択されることが好ましい。あるいは，
もしウェハ６０４が良好なシーリング特性を得るための
適当なみがきをかけることができない場合には表面６３
８はポリイミドあるいは他の可撓性の物質によりコーテ
ィングすることができる。しかしながら，ウェハ６０４
に対する上記に述べられた他の要求は達成されなければ
ならず，特にウェハ６０４が熱を室６０６からたやすく
導き出し，そして薄膜の繰り返しの屈曲による疲労や故
障に強靱である事が大切である。シリコンウェハ６０４
とパイレックスウェハ６０２との間の結合は室６０６内
の物質が逃げられないような密封状態を供給できなけれ
ばならない。さらに，結合は室６０６内の液体との接触
を通してあるいは周辺の化学物質との接触を通してある
いはダイをとりまくパッキング物質との接触を通して腐
食されてはならない。この結合はまた，抵抗リードどう
しの短絡がないように抵抗パターン６１０から接続パッ
ドへ抵抗リードを通すことができねばならない。最後
に，その結合は操作温度の範囲内で安定していなけばな
らない。典型的な操作温度は，２００℃から３００℃の
範囲にあり，いくつかの応用例では７００℃まで上昇す
るであろう。陽極結合は劣化することなしに簡単にこれ
らの温度に耐えるであろう。ウェハ６００に要求される
ことは，室６０６内の物質の冷却を助けるために良好な
熱伝導を供給することである。ウェハ６００はまた，蛇
行したメサ６２０を定義し入力ポート６１６と６１８を
形成する小さなチャネルを加工するために使用される処
理と適合しなければならない。ウェハ６００はまたメサ
６２０の上面が良質のシーリング接合を得るためにみが
かれるようにみがきをかけることができなければならな
い。あるいはウェハは良質のシーリング状態を供給する
ためにメサ６２０の上面の平面性の不足を捕うことので
きるポリイミドあるいは他の可撓性の物質でコーティン
グされることのできるものでなければならない。さら
に，その物質は，入力と出力のチャネル６１６と６１８
それぞれを通って流れるいずれの気体あるいは流体によ
っても腐食されてはならない。最後に，選択された物質
は，操作温度に耐え得るものであり，チャネル６１６と
６１８を流れる物質と化学的に反応あるいは腐食されな
い結合によるウェハ６０４として選択された物質がどの
ようなものであれ，それと結合することができなければ
ならない。過剰な圧力のストレスが生じるのを防止する
ために熱膨張係数が十分に適合するように３個の全ての
ウェハ６０２，６０４と６００の物質を選ぶことが大切
である。すなわち，第１図の構造は操作温度の範囲にわ
たって加熱され，冷却されるので，もし熱膨張係数が十
分に適したものでなければ，この３個のウェハは異なる
割合で膨張または縮小し，それにより構造内に機械的ス
トレスをもたらす。熱膨張係数は，これらの機械的スト
レスが操作をそこなうであろうひびや他のダメージを構
造に与えるまで増大しないように十分に調和したもので
なければならない。薄膜６０８はそのシーリング能力を
改善するために，あるいは化学腐食の影響または室６０
６内または入力チャネル６１６内の物質からの侵食を減
少させるために可撓性の物質によりコーティングするこ
とができる。また，コーティングは薄膜６０８の耐久性
を改善するためにも使用できる。薄膜６０８は，抵抗６
１０が薄膜６０８とメサ６２０とをシーリング状態にす
るために駆動または通電されていない時には，適度の圧
力のものでの入力チャネル６１６から出力チャネル６１
８への流出を可能にするだけの十分な撓み性をもたねば
ならない。弁の正確な動作のためには，薄膜はメサ６２
０に貼り付いてはならない。メサ６２０と入力と出力チ
ャネル６１６と６１８は２個の相補機能の作用をする。
始めに，メサ６２０は薄膜が封を行うために十分遠くま
で撓むことができるように薄膜６０８よりあまり離れて
いないシーリング表面を供給する。チャネル６１６と６
１８は，もしそれらが非常に深い場合，大量に流れるよ
うに抵抗を減少させる作用がある。第８２図では，チャ
ネルと蛇行したメサ６２０／６２２の形状が示されてい
る。この蛇行の形状は，流れるための非常に低い「オン
（ｏｎ）」抵抗を供給する。その理由はメサと極めて深
い指状のチャネルとの組み合わせは，気体あるいは液体
が入力チャネル６１６から出力チャネル６１８へ流れる
であろうメサ障壁を横ぎるより大きな横断面積を供給す
る。すなわち，入力チャネル６１６の気体または液体は
第８２図に示される曲線の矢印の通路に沿ってメサ障壁
を横ぎって流れる。ここで多くの通路があり，従ってメ
サの上面と薄膜６０８の底（不図示）との間の断面積
が，メサが第８２図に示されている程長くない場合より
も大きくなることに注意する。他のメサ構造が第８３図
に示されており，ここではメサは短くなっている。第８
２図の実施例でのメサの長さにより，流れのオフ（ｏｆ
ｆ）の抵抗は第８３図での実施例では第８２図のそれほ
ど高くない。第８３図は，入力チャネル６１６の幅を直
線的に横ぎる蛇行していないメサを示したものである。
第８３図のメサの形状は，流れに対しもっと高い「オ
フ」抵抗を供給するが，また流れに対しより高い「オ
ン」抵抗も同様に伴う。一般に，もし高い「オフ」抵抗
が要求される場合は，メサ６２０／６２２の突出長さは
Ｚ軸方向に短く，幅はＸ軸方向に広くあるべきである。
流れの抵抗を最小にするため，入力チャネル６１６と出
力チャネル６１８は非常に深くあるべきである。すなわ
ち，第８１図の寸法Ｄは受け入れ可能な低いレベルの流
れ抵抗を供給するに十分な深さであるべきである。入力
と出力チャネルはＸ−Ｙ面に沿っていずれの方向へ，あ
るいはそれに平行ないずれかの面を進み，そしてダイの
周辺に沿ったいずれのポイントからでもダイから出るこ
とができる。さらに，入力と出力チャネルはまた，上面
６４２からあるいはダイの底面６４４から出るためにＹ
軸方向に進むが，ダイアフラム下ではＸ−Ｚ平面内を横
方向に進出するように形成されていてもよい。室６０６
に要求されることは，その中の液体が周辺環境へ逃げな
いような，周辺条件からの密封状態をつくることができ
ることである。室６０６内の物質は加熱された時に蒸気
圧を上昇させることができるのであれば，固体，液体ま
たは気体またはこれらのいずれかの混合物であり得る。
最良の操作のためには，平均周囲温度より十分上の沸騰
点をもっている液体が好ましい。室６０６は５０％の液
体で充填されることが好ましい。これは蒸気圧を，実質
的な流体静力学的圧力変化を起こすことなく変化させる
ことを可能にする。さらに，室６０６内の物質は室６０
６の壁，抵抗素子６１０，ウェハ６０２の物質，あるい
はウェハ６０２とウェハ６０４の間の結合と反応しては
ならない。また，室６０６内の物質は通常操作のもとで
分解してはならない。最良の操作のためには，この物質
は，物質を加熱するための入力であるエネルギーの単位
変化に対する蒸気圧の変化の割合が高いものであるべき
である。室６０６を充填するために選択された物質の分
解温度を知ることと，装置が経験するであろう操作温度
を知ることが大切である。物質の分解は危険な不安定に
導く可能性がある。充填ポート６１２に要求されること
は，室６０６と周辺環境を結合する小さな穴であること
である。この穴は一般に第８１図に示されているように
Ｙ軸に沿うものかあるいは，ダイの周辺のポート６４６
に通じているウェハ６０２の表面６４４にエッチングさ
れた溝とすることができる。この溝の実施例では，この
溝は通常のフォトリソグラフィ法とエッチング処理によ
りエッチングすることができる。充填ポート６１２はデ
ッドボリュームを最小限にするためにできるだけ小さく
されるべきである。典型的に，第８１図の断面図の多重
構造はウェハ６００，６０２そして６０４のサンドイッ
チ状から成るウェハに製造される。そして全ての充填ポ
ート６１２は同時にあるいは順次に形成される。充填ポ
ートの形成方法は抵抗パターン６１０を破壊するような
ものであるべきではない。シーリング物質６１４は，室
６０６がその中に注入された物質により充填された後，
シーリング穴６１２を密封する作用をする。室６０６に
物質を注入する方法は下記に述べられる。プラグ６１４
のための物質は，シーリングプラグ６１４のキュア処理
中あるいは弁構造の使用中のいずれにおいても，室６０
６内のいずれの液体あるいは他の物質と反応すべきでは
ない。充填プラグの物質は高い熱伝導係数をもつことが
好ましく，予想される操作温度で熱的に安定したもので
あるべきである。他の充填ポート６１２の封じこめ方法
はレーザによる再融解であり，そこでは穴を封じるため
に充填ポート６１２をかこむウェハ６０２のガラスの一
部が融かされる。この好ましい実施例ではエポキシプラ
グが使用されている。他の可能な方法は，通常の方法で
充填ポート６１２の壁を金属化させ，そして穴６１２を
はんだ付けするか，電気メッキを施すことである。第８
１図の弁の組み立て工程が第１図と第１５図に示されて
いる弁の組み立て工程と非常に似通っているので，工程
を示す図はここでは特に示されていない。しかしなが
ら，第８１図の弁構造の製造工程を以下に論じる。図を
用いて論じられるべき個々の製造工程については関連し
た図が示されている。第１図の構造の製造工程の第１段
階は，約３８０μｍの厚さのシリコンウェハを選び，そ
の全表面を二酸化シリコンにより約１．２μｍの厚さに
酸化させることである。次に，室６０６（または，単一
ウェハ上に形成されている多重弁がある場合は複数の
室）が位置する場所の酸化物をエッチング除去する。そ
して室が８０℃で３０重量％の濃縮ＫＯＨでウェットエ
ッチングにより形成される。このＫＯＨエッチングは１
分間に１．２μｍの割合でエッチングを行う。エッチン
グ時間は薄膜６０８の所望の厚さが得られるものとす
る。室６０６が形成された後，シリコンウェハ６０４の
表面から残りの二酸化シリコンが除去される。その後，
抵抗パターン６１０が形成される。典型的に，これは表
面６４４上へのニクロム，アルミニウムあるいはチタ
ン，タングステンと銅の組合せのスパッタリングあるい
は蒸着により行われる。他の物質の使用も可能である。
そして接続パッドと接続パッドから抵抗素子へのリード
を含む蛇行した抵抗パターンを定義するため規準のフォ
トリソグラフィ法が使用される。フォトレジストを用い
てこれらの構造がフォトリソグラフィ法的に定義された
後，抵抗パターン６１０を残すための金属層のエッチン
グが施される。その後，残りのフォトレジストが除去さ
れる。そして，パイレックスウェハ６００の処理へ移
る。第１段階は，ウェハ６００の全表面６２４へクロム
層を付着させることである。クロムは，入力と出力のチ
ャネル６１６と６１８が各々エッチングされる前に実際
に配される。このように，チャネル６１６と６１８の底
部はクロムによりおおわれることはない。このクロム層
はスパッタリングあるいは蒸着により付着させることが
できる。次に，フォトリソグラフィ法により入力ポート
６１６と出力ポート６１８のチャネルと蛇行したメサ６
２０／６２２が定義される。第８２図では，このフォト
リソグラフィ法では基本的に，パイレックスウェハ６０
０の６２０または６２０／６２２で示されている全ての
領域と同様に６３４と６３６で示されている領域をマス
クする。これは入力と出力のポート６１６と６１８を形
成するためにエッチングされるパイレックスウェハ６０
０の表面だけを露出させる。そしてチャネル６１６と６
１８をエッチングするために，そしてダイアフラム６０
８と合わさる領域のメサ６２０／６２２を残すために純
粋なＨＦとＨＮＯ３によるエッチング処理が施される。
パイレックスウェハ６００のチャネル６１６と６１８の
形成には異方性エッチングを使用することが好ましい。
しかしながら，シリコンにおける異方性エッチングと同
じ特性をもったパイレックスにおける異方性エッチング
は存在しない。しかしながら，もしウェハ６００にシリ
コンを選択する場合はチャネル６１６と６１８を形成す
るためには異方性エッチングが好ましい。このようなエ
ッチングは垂直な側壁を残すからであり，それにより縦
横比を改善し「オン」流れ抵抗を減少させる。他のパイ
レックスエッチングの可能なものとして，サンドブラス
ティングあるいはＫＯＨエッチングがある。次に，残っ
たフォトレジストが除去され，第８２図で斑点で印され
た６２０／６２２の領域上にフォトレジストを配するた
めに，新しいマスク処理が施される。それは，メサの上
面とグイアフラム６０８の下部の表面６３８との間の結
合を妨げるためのメサ６２０の上面にクロムが残される
領域である。このフォトレジストが現像された後，フォ
トレジストにより保護されていないメサ上面の領域から
全てのクロムをエッチング除去するためと，そして第８
２図の６３４と６３６で示された領域のクロムを除去す
るためにクロムエッチング処理が施される。他の可能な
方法としては，パイレックスよりクロムを除去し，弁が
閉じた時にメサがダイアフラム６０８と接触する領域を
囲むであろう正方形あるいは長方形のパターン状にシリ
コンウェハ６０４の下部表面６３８上にポリイミドを付
着することである。これでパイレックスウェハ６００を
シリコンウェハ６０４に結合する条件がそろった。この
好ましい実施例では，これは，ウェハ６０２と６００を
整合関係に置き，ウェハ６０４とウェハ６００の間に電
流を流すために８００Ｖの電圧を加えながら，３０分間
温度を３５０℃にあげることにより陽極的に行われる。
次に，室６０６内に含まれるように適当に抵抗パターン
６１０を整合した後，パイレックスウェハ６０２がウェ
ハ６０４に結合される。この結合はまた，好ましい実施
例においても陽極的に施される。いくつかの実施例で
は，ウェハ６０２とウェハ６０４の間の結合の実施に先
立って，室６０６はその中に封じこまれる液体により充
填される。この好ましい実施例では，ウェハ６０２は室
６０６が空の状態でウェハ６０４に陽極的に結合され
る。これらの実施例では，次の段階は２０Ｗの電力レベ
ルあるいは，ウェハ６０２の中を室６０６まで貫通する
ようにパイレックスを蒸発させるに十分な電力レベルで
パルス化されたＣＯ２レーザを使用することにより充填
穴６１２をレーザにより開けることである。化学的に充
填穴６１２を開けることは可能であるが，充填穴の直径
を小さく保ちながらそうすることは非常に困難である。
これはＹ軸に沿った垂直のエッチング速度がＸとＺ軸に
沿った水平のエッチング速度と結合してしまうからであ
る。パイレックスを３８５μｍまでエッチングする必要
性があるためＸ−Ｚ平面の直径で穴は非常に大きくな
る。充填穴６１２の機械的な穴開けもまた所望の大きさ
より大きな穴を作る傾向がある。次に，液体を室６０６
内へ注入する。これを行うための好ましい方法は，第８
１図に示されている全構造を小室に置きそして全構造を
真空にすることである。これにより室６０６が真空にさ
れる。所望の真空レベルまでシステムを排気した後，真
空ポンプを停止し，室６０６内に注入されるべき所望の
液体を第８１図に示される全構造をおおうまで圧力容器
へ注入する。そしてシステムは外気と連絡され，５０ｐ
ｓｉの正の圧力をかけられる。これにより液体は充填穴
６１２を通って室６０６へと導かれる。これにより室６
０６は完全に充填される。そして，いくらかの液体が室
６０６から取り除かれることが必要な実施例では，所定
の時間の間，所定の温度まで全構造を加熱することによ
りなされる。これが実施される時点での時間と温度と圧
力レベルは実験的に決定されるべきである。その結果と
して生じた時間は，室６０６内の液体の種類，充填穴６
１２の直径，そして蒸発処理終了後に，室６０６内に残
るべき液体の量に基づく。いくつかの応用例では，室６
０６は完全に液体で充填される。これらの応用例のため
の，充填ポート６１２を封じる前の室６０６からのいく
らかの液体をとり除く蒸発処理工程は省略されている。
室６０６を所望レベルまでに充填する他の保証された方
法では，スチロフォーム（Ｓｔｙｒｏｆｏａｍ）あるい
は金属ボールベアリングのような中空のあるいは中実の
軽量の球を，ウェハ６０２をウェハ６０４に結合する前
に，室６０６へ配される。室６０６内に置かれた球の数
と大きさは，室が真空にされ液体が充填穴６１２を通っ
てその中に注入された後，室を所望の液体の量で充填す
るように計算されている。最後に，充填ポート６１２は
エポキシのプラグ６１４により封じられる。第８４図
は，第８１図に示されている形状をした弁を用いた集積
圧力調節器の断面の模式図である。この圧力調節器の目
的は出力ポート６４８内の圧力を使用者が設定したレベ
ルに維持するために制御することにある。出力ポート６
４８の圧力は，「Ｖ１」と「Ｖ２」で印されている２個
の弁の作動により維持される。弁１は高圧源（不図示）
に接続されている入力ポート６５０をもつ。この高圧源
は，入力チャネル６５０から弁１のメサ（６５４で示さ
れている）の他の面上のチャネル６５２を経て出力ポー
ト６４８へ接続されている。弁２は，出力ポート６４８
からチャネル６５６を経て弁２のメサ６６０の他の面上
の低圧流出（ｅｆｆｌｕｅｎｔ）チャネル６５８へ接続
されている。出力ポート６４８の圧力は，弁１と弁２を
適当に開いたり閉じたりすることにより出力ポートを高
圧源あるいは低圧流出（ｅｆｆｌｕｅｎｔ）へ接続して
出力ポート６４８の圧力変化を正すことにより調節され
る。出力ポートの圧力が下がった場合，弁Ｖ２を開くた
めに弁Ｖ２の室へエネルギーが入力される。これは高圧
源をチャネル６５０と６５２を経て出力ポート６４８へ
接続することになる。出力ポート６４８の圧力が上がり
すぎた場合，弁Ｖ１がその室へエネルギーを入力するこ
とにより開かれ，それは低圧流出だめ（不図示）をチャ
ネル６５８と６５６を経て出力ポート６４８へ接続させ
ることになる。出力ポート６４８の圧力は，コンデンサ
圧力センサ６６２により感知される。このコンデンサ圧
力センサは，真空室６６４とそれぞれ６６６と６６８と
して示されている室の真空によって分離されている２個
の導電フィルムを含んでいる。室６６４は，弁１と弁２
の上のウェハの作用をしているパイレックスウェハ６７
２の下部の表面６７０と，２個の集積弁の中間のウェハ
を有するシリコンウェハ６７６に形成されているダイア
フラム６７４との間に形成される。ダイアフラム６７４
は，室６６４になる表面凹部を形成するためにシリコン
ウェハの表面６７８をエッチングし，そして室６８２が
形成されるまで表面６７８に向かってシリコンウェハ６
７６の表面６８０を反対方向へエッチングすることによ
り形成される。室６８２はダイアフラム６７４により室
６６４と分離されている。ダイアフラム６７４はその厚
さが３０μｍの程度であるため，ダイは室６８２と室６
６４との間の圧力差に従って撓む。室６８２が出力ポー
ト６４８と流体連絡の状態にあるので，ダイアフラム６
７４は出力ポート６４８の圧力変化に従って撓む。これ
はコンデンサプレート６６６と６６８を圧力変化に従っ
て互いに引き寄せたり，互いから遠ざけたりさせること
になる。コンデンサプレート間の動きは，コンデンサ容
量を変え，そしてこれらの変化は外部回路（不図示）に
より探知することができる。通常の外部制御回路（不図
示）のいずれもが使用できる。典型的に制御回路はコン
デンサのプレート６６６と６６８に接続されており，コ
ンデンサ容量の変化を感知する。これらの変化は出力ポ
ート６４８に存在する圧力を示す。この引き出された圧
力は，使用者の入力により設定された所望の圧力と比較
され，誤差信号（不図示）が発せられる。弁駆動回路は
この誤差信号を受け取り，そして抵抗素子あるいは，弁
１，２に結合されて他のエネルギー供給手段を適当に駆
動して，出力ポート６４８内の圧力を，所望の圧力へ調
節するのに必要な方向に変化させるための適した弁を開
ける。弁１と２を制御するためと出力ポート６４８の圧
力を感知するための回路はこの発明では重要ではない。
そして，そのような働きをする通常の回路のいずれもが
この発明を実施するのに使用され得るであろう。出力ポ
ート６４８は，弁１と２の両者のために第８１図に示さ
れるパイレックスウェハ６００の目的を果たす下部パイ
レックスウェハ６８４にレーザドリルで大きな穴をあけ
ることにより形成される。第８５図には，集積流れ調節
器の断面の模式図が示されている。この構造では，上の
ウェハ６８６と下のパイレックスウェハ６８８の間にシ
リコンウェハ６９０がはさまっている。この３個のウェ
ハの重なりでは，第８１図に示された弁と同じ方法で製
造された同じ構造をもつ弁Ｖ１と印された電気流体弁が
示されている。この弁は入力ポート６９２と出力ポート
６９４の間で流れる流量を制御する。この入力ポート６
９２は，使用者からの制御信号に従い流速が制御される
流れている物質の流れに結合している。出力チャネル６
９４は，流速センサを有する流出入チャネル６９８に結
合されている。上のパイレックスウェハ６８６の下部の
表面６９５上には，流速センサとして作用する３個の抵
抗パターンが形成されている。これらの抵抗パターンは
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３と印されている。抵抗Ｒ２は，抵抗を
一定の温度のもとで維持するため電流により駆動され
る。抵抗Ｒ１とＲ３は電流にの抵抗を感知し，この情報
をこの２個の抵抗間に存在する温度差に変換する。この
機能を果たす通常の回路のいずれもがこの発明の実施の
目的を満足させるであろう。そして，チャネル６９８を
流れる特有の型の物質のために，実験的に決定された値
が示されている表を参照することにより，この温度差は
チャネル６９８を流れる物質の流速にマッピングされ
る。そして，そのようにして得られた流速は所望の流速
と比較され，誤差信号が発生する。そして，この誤差信
号は，誤差信号を弁Ｖ１の室内に封じこまれている物質
に入力されている電力レベルの変化に変換する通常の弁
駆動回路へ供給される。もしチャネル６９８内の流速が
高すぎる場合，弁Ｖ１の室内に封じこまれている物質へ
もっと多量のエネルギーが入力される。これは，室内の
蒸気圧を上昇させ，弁のダイアフラムをＹ軸の負方向に
撓ませる。これはダイアフラムとメサとの間を狭くし，
それによりチャネル６９２とチャネル６９４の間の流速
を低下させ，チャネル６９８の流量を減少させる。もし
流速が低すぎる場合，弁Ｖ１よって能動的には作動しな
い。その代わりに，抵抗Ｒ１とＲ３は，抵抗Ｒ１におけ
る温度と抵抗Ｒ３における温度との間の温度差を感知す
るのに使われる。この温度差は以下に述べる方法で，流
速につれて変化する。抵抗Ｒ２が抵抗Ｒ１とＲ３より熱
いために，温度差が存在する。これは抵抗Ｒ２から抵抗
Ｒ１とＲ３へ向かう熱伝導を発生させる。もし，流出チ
ャネル６９８に何も流れていなければ，最終的には抵抗
Ｒ１とＲ３は両方共に同じ温度に達するであろう。抵抗
Ｒ１とＲ３は温度によって抵抗を変える物質により作ら
れる。従って，抵抗Ｒ１とＲ３の物質の温度はその抵抗
を測定することにより測定することができる。物質がチ
ャネル６９８を左から右へ流れる時，抵抗Ｒ２からチャ
ネル６９８内を流れる物質を通って抵抗Ｒ１へ向かう熱
伝導は阻まれ，他方，抵抗Ｒ２からチャネル内の物質を
通って抵抗Ｒ３へ向かう熱伝導は高められる。このよう
に抵抗Ｒ１は抵抗Ｒ３よりも冷たい。従って抵抗Ｒ１と
抵抗Ｒ３との間の温度差はチャネル６９８を流れる物質
の流速に従っている。通常の設計の外部回路（不図示）
は抵抗Ｒ１とＲ３に封じこまれた物質へのエネルギーの
供給は減少され，それにより，ダイアフラムがＹ軸の正
方向へ動くことを可能にし，チャネル内の流量を増加さ
せる。第８６図には，他の集積流れ調節器の他の実施例
が示されている。この実施例は第８５図で使用された同
じ原理を利用することにより働く。第８５図との原理的
な構造の違いは抵抗Ｒ１，Ｒ２とＲ３がそれぞれ流出チ
ャネル６９８の中に，上のウェハ７１３と中央のウェハ
７０５による流出入チャネル６９８の境界で支えられて
いる窒化物の梁によりサスペンドされていることであ
る。これは抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１とＲ３との間の直接的な
熱伝導を減少させる。その理由は，これらの抵抗はチャ
ネル６９８内を流れる物質によって完全に取り囲まれて
いるからである。従って，熱の大部分が流れる物質を通
って流れ，抵抗を支えている構造物を通るものが少なく
なる。第８６図のサスペンド抵抗素子は，ここで述べら
れているいずれの弁あるいは他の構造の加熱素子として
使用することができる。これらのつるされている抵抗構
造の製造方法は以下に述べるとおりである。第８７図に
は，サスペンド抵抗製造の初期段階における第８６図の
流出入調節器の流出入室６９８のＸ軸に対して垂直な断
面図が示されている。第８８図は抵抗Ｒ１，Ｒ２とＲ３
を含んでいる窒化物の梁７１１の平面図を示し，第８６
図と第８７図の断面図の位置を示している。第８７図
は，７００と７０２で示される２個の窒化物層に挿入さ
れている抵抗素子の製造途中と流出入チャネル６９８が
エッチングされた後の抵抗Ｒ１だけを示している。第８
７図の技法は，ここで述べられている実施例のいずれに
おいての抵抗加熱素子の形成に同等に適用できる。第８
７図に示されている工程段階は，溝６９８（または封じ
こまれた液体の室６０６）が形成される前に上のシリコ
ンウェハ７１３上の第一の窒化物層７００を付着させる
ことにより達成される。層７００の厚さは第８６図の寸
法Ａと等しくすべきである。窒化物層７００が付着され
た後，金属の層７０７あるいは抵抗パターンを形成でき
る型の他の抵抗物質による層がおおわれる。その後，抵
抗パターンを形成するためエッチングの後に残るべき抵
抗物質の領域を保護するためのフォトレジスト層を形成
するために通常のフォトリソグラフィが施される。第８
８図は抵抗Ｒ１，Ｒ２とＲ３の蛇行した抵抗パターンの
平面図を示す。フォトレジストパターンは，エッチング
後第８８図のパターンを形成するために金属を保護すべ
きである。第８７図は第８８図の蛇行パターンの第８８
図における分割線８７−８７’に沿った断面図である。
抵抗パターンの形成に続いて，第２の窒化物層７０２
が，抵抗パターンを完全に包みこむために第１の窒化物
層７００と抵抗パターンの上に付着される。そして，抵
抗パターンの梁支柱が形成される位置の２個の窒化物層
の部分をおおうために，フォトレジスト層７０８が付着
される。フォトレジスト層７０８は現像され，窒化物層
を通る穴７０１と７０３が形成される所の窒化物が露出
される。穴７０１と７０３は抵抗物質が存在しない所の
窒化物全体に広がっており，流れ調節器内の溝６９８
（あるいは，ここで示された他の実施例での室）を形成
するためのエッチングを可能にする。第８８図は〔１０
０〕方向に４５°の角度で整列されるべき穴を示し，た
だ１つの典型的な上記の穴のグループを示す。その後，
全構造は，窒化物梁７１１の穴７０１と７０３を残すた
めのフォトレジスト層７０８によっておおわれていない
すべての窒化物をエッチング除去する窒化物エッチング
処理を受ける。全構造は，上のウェハ７１３のシリコン
を穴７０１と７０３を通してのエッチングによって溝６
９８（あるいは弁の実施例では液体の封じこまれる室）
を形成するために，他のＫＯＨエッチングを受ける。こ
れは，第８８図に示されるようにそれぞれの抵抗を窒化
物梁の中に包みこませることになる。この梁は流出チャ
ネル６９８を横切って（あるいは封じこまれた液体を含
む室を横切って）サスペンドされる。それぞれの梁は，
中央のウェハ７０５と交差する点で上のウェハ７１３に
取りつけられている２個の支点７１２と７１４により支
えられている。これらの支点７１２と７１４は本質的に
は窒化物層７００と７０２に包まれている梁の抵抗物質
であり，上のウェハ７１３と中央のウェハ７０５との間
にはさまれている。そして，それぞれの抵抗パターンの
部分７２０と７２２が接続パッドへ延長され，それによ
り抵抗パターンへの接続が形成される。第８９図には，
ヒステリシスによりダイアフラムを二重に安定させる２
個の物質を備えたダイアフラムを有する弁の構造が示さ
れている。第８９図で，第８１図の弁とのただ１つの違
いは，双安定性を与える薄膜６０８に付加された物質の
もう１つの層７３０が存在していることである。この構
造の他の全ての部材は第８１図に示されている実施例と
同じであり，同じ参照番号が与えられている。第８９図
の実施例では，もう１つのクロム層７３０がダイアフラ
ム６０８の内側（室６０６内）の表面Ｓ１に付加されて
いる。このクロム層７３０は，ダイアフラム６０８をこ
の２個の二重安定の第１の状態に向かって撓ませるよう
な緊張状態にある。この第１の状態とは，薄膜６０８が
室６０６に向かって，撓んでいる状態をいう（薄膜の中
心がウェハ６０２に向かってＹ軸の正方向に引っ張られ
ている）。これは入力ポート６１６に圧力がかけられて
いない状態でも弁を開けさせる作用をする。入力ポート
に供給されるいずれの圧力でも弁をさらに開ける作用を
する。弁を閉じるには，弁座６２０／６２２と封を構成
するためにＹ軸の負方向に撓まされ得るようにクロム層
７３０による力および入力ポートに供給された圧力によ
り生じた力に打ち勝つための蒸気圧を充分に上昇させる
ために，充分な熱が室６０６内に封じこまれた液体に結
合されねばならない。第８９図に描かれている構造は，
第８１図の弁あるいはここに示された他の弁よりも速い
開時間をもっている。室内の蒸気圧が，クロム層７３０
の影響をうけた力と入力ポート６１６に供給された圧力
とから生じた力に打ち勝つために必要なレベルより下に
下がり，室６０６内の液体が充分に冷えることができる
時，弁が開く。これが起こる時，ダイアフラムはメサの
弁座６２０／６２２と封を構成することなくダイアフラ
ムの第１の二重安定状態に急に戻る。第９０図には双安
定ダイアフラムの弁構造の他の実施例が示されてる。第
９０図の構造は第８１の構造と略同様であり同じ参照番
号により参照されているが，余分に物質の層７３２がダ
イアフラム６０８の下部の面Ｓ２に付加されており，こ
れは２個の安定撓み位置をもつ二重の安定性をダイアフ
ラムに与えるためにあり，これはバイアスされている。
実施例では層７３２にはクロムの代わりにポリイミドが
使用されている。それは，ポリイミドが，弁座６２０／
６２２と接触する時に良好なシーリング特性をもつから
である。ポリイミド層７３２は，それが表面に配される
時には緊張状態にある。これは，ダイアフラムをＹ軸の
負方向に撓ませ，面Ｓ２を弁座上に位置させる二重安定
状態をもつ傾向にある。他の二重安定状態はダイアフラ
ムがＹ軸の正方向に撓んでいる状態である。もしダイア
フラムがＹ軸の正方向に撓んでいる状態の第２の二重安
定状態へダイアフラムを撓ませるために入力ポート６１
６へ供給される圧力が不充分な場合は，第９０図の弁は
閉の状態のままである。もし通常の操作圧力が入力ポー
ト６１６へ供給され，そしてポリイミド層７３２により
生じているバイアス力が入力ポートに供給される圧力に
より生じた力から減じられた後に残った残余の力に打ち
勝つための蒸気圧を発生させるために充分な熱が室６０
６内の液体に供給される場合もまた，弁は閉状態のまま
である。ボリイミド層により生じているバイアス力に打
ち勝つために充分な圧力が入力ポートへ供給され，そし
て室が液体の沸騰点より下の通常の操作温度にある時，
弁は聞く。液体を沸謄点より上の温度まで上昇させる熱
が室に連結され蒸気圧が充分に高いレベルまで上昇した
時，ダイアフラムは第１の二重安定状態に急に閉じる。
本発明はここで説明された実施例により述べられたが，
当業者はこの発明の精神と範囲からはずれることなく他
の変更を加えることができることを理解するであろう。
そのような全ての変更はここに添付された特許請求の範
囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の電気流体弁の１実施例の断面図であ
る。第２図は本発明の弁と共に使用できる１ポート配置
を示した模式図である。第３図は，使用可能な他のポー
ト配置法を示す模式図である。第３Ａ図は，その断面図
である。第４図は，使用可能なさらに他のポートの配置
法を示す模式図である。第５図から第１４図は，第１図
の弁を作るために使用される連続行程の各行程における
ウェハ１と２の断面図である。第１５図はポリイミド薄
膜弁の構成の他の実施例の断面図である。第１６図から
第２７図は，第１５図のポリイミド薄膜弁を形成するの
に必要な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。
第２８Ａ図と第２８Ｂ図は，チャネルサイズに関係する
薄膜構成の他の配置例を示している第１５図のポリイミ
ド薄膜弁の異なった２個の形状をそれぞれ示す平面図で
ある。第２９図から第３９図は，他のポリイミド薄膜弁
を製作するための各工程をそれぞれ示す模式図である。
第４０図から第４８図は，「段付」ポリイミド薄膜を有
する他のポリイミド薄膜弁の実施例を製作するための各
工程をそれぞれ示す模式図である。第４９図は抵抗素子
の１例を説明する平面図である。第５０図は第４９図の
線５０−５０’に沿う断面図である。第５１図は第４９
図の線５１一５１’に沿う断面図である。第５２図は各
実施例の製造工程の１例を示す断面図である。第５３図
は固体熱ポンプ弁の実施例の断面図である。第５４図は
薄膜の動きが対象の位置を決定するのに使われている本
発明の微小位置決定の実施例の説明図である。第５５図
は触覚フィードバックを使用したロボット他の実施例を
示した説明図である。第５６図から第６４図は，触覚フ
ィードバック変換器の実施例の製造工程の種々の段階を
それぞれ示した断面図である。第６５図は気泡膨張によ
り終了した状態の触覚変換器の実施例の断面図である。
第６６図は整列された触覚変換器の行列配置システムの
１例の模式図である。第６７図から第７７図は，触覚作
動器の第２の実施例の製造工程における種々の段階をそ
れぞれ示した断面図である。第７８図は可変焦点距離レ
ンズの実施例を示した断面図である。第７９図と第８０
図は，シリコンウェハと他の型の半導体のウェハの間の
共融結合を示す断面図である。第８１図は本発明の教え
に従った弁の好ましい実施例の断面図である。第８２図
は第８１図に示された弁の下側のウェハに形成されてい
るメサとチャネル様式を説明する平面図である。第８３
図は第８２図の構成よりも高いオフ抵抗をもった他のメ
サ構造例を示す平面図である。第８４図は，集積弁を用
いた集積圧力調節器の１実施例を示す断面図である。第
８５図は，発明の教えによる集積流量調節器の１実施例
を示す断面図である。第８６図は流量調節器の他の実施
例を示す断面図である。第８７図は，ここで述べられた
いずれの実施例に用いることのできる抵抗素子を窒化ビ
ームよりおおっている状態を説明するための断面図であ
る。第８８図は，第８６図の各抵抗の平面図である。第
８９図は第８１図の弁または他のいずれかの実施例の弁
を双安定型とした実施例の断面図である。第９０図は第
８１図の弁または他のいずれかの実施例の弁を双安定型
とした他の実施例の断面図である。 １０…薄膜室，１２…シリコンウェハ，１８…可撓性の
薄膜，２０…抵抗素子，２２…パイレックスウェハ，２
４…マニホールド室，２８…シーリングリング，３０…
シリコンウェハ，３２…ノズル。
る。第２図は本発明の弁と共に使用できる１ポート配置
を示した模式図である。第３図は，使用可能な他のポー
ト配置法を示す模式図である。第３Ａ図は，その断面図
である。第４図は，使用可能なさらに他のポートの配置
法を示す模式図である。第５図から第１４図は，第１図
の弁を作るために使用される連続行程の各行程における
ウェハ１と２の断面図である。第１５図はポリイミド薄
膜弁の構成の他の実施例の断面図である。第１６図から
第２７図は，第１５図のポリイミド薄膜弁を形成するの
に必要な種々のウェハの処理の各工程の断面図である。
第２８Ａ図と第２８Ｂ図は，チャネルサイズに関係する
薄膜構成の他の配置例を示している第１５図のポリイミ
ド薄膜弁の異なった２個の形状をそれぞれ示す平面図で
ある。第２９図から第３９図は，他のポリイミド薄膜弁
を製作するための各工程をそれぞれ示す模式図である。
第４０図から第４８図は，「段付」ポリイミド薄膜を有
する他のポリイミド薄膜弁の実施例を製作するための各
工程をそれぞれ示す模式図である。第４９図は抵抗素子
の１例を説明する平面図である。第５０図は第４９図の
線５０−５０’に沿う断面図である。第５１図は第４９
図の線５１一５１’に沿う断面図である。第５２図は各
実施例の製造工程の１例を示す断面図である。第５３図
は固体熱ポンプ弁の実施例の断面図である。第５４図は
薄膜の動きが対象の位置を決定するのに使われている本
発明の微小位置決定の実施例の説明図である。第５５図
は触覚フィードバックを使用したロボット他の実施例を
示した説明図である。第５６図から第６４図は，触覚フ
ィードバック変換器の実施例の製造工程の種々の段階を
それぞれ示した断面図である。第６５図は気泡膨張によ
り終了した状態の触覚変換器の実施例の断面図である。
第６６図は整列された触覚変換器の行列配置システムの
１例の模式図である。第６７図から第７７図は，触覚作
動器の第２の実施例の製造工程における種々の段階をそ
れぞれ示した断面図である。第７８図は可変焦点距離レ
ンズの実施例を示した断面図である。第７９図と第８０
図は，シリコンウェハと他の型の半導体のウェハの間の
共融結合を示す断面図である。第８１図は本発明の教え
に従った弁の好ましい実施例の断面図である。第８２図
は第８１図に示された弁の下側のウェハに形成されてい
るメサとチャネル様式を説明する平面図である。第８３
図は第８２図の構成よりも高いオフ抵抗をもった他のメ
サ構造例を示す平面図である。第８４図は，集積弁を用
いた集積圧力調節器の１実施例を示す断面図である。第
８５図は，発明の教えによる集積流量調節器の１実施例
を示す断面図である。第８６図は流量調節器の他の実施
例を示す断面図である。第８７図は，ここで述べられた
いずれの実施例に用いることのできる抵抗素子を窒化ビ
ームよりおおっている状態を説明するための断面図であ
る。第８８図は，第８６図の各抵抗の平面図である。第
８９図は第８１図の弁または他のいずれかの実施例の弁
を双安定型とした実施例の断面図である。第９０図は第
８１図の弁または他のいずれかの実施例の弁を双安定型
とした他の実施例の断面図である。 １０…薄膜室，１２…シリコンウェハ，１８…可撓性の
薄膜，２０…抵抗素子，２２…パイレックスウェハ，２
４…マニホールド室，２８…シーリングリング，３０…
シリコンウェハ，３２…ノズル。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】 【提出日】平成４年７月９日 【手続補正２】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】図面の簡単な説明 【補正方法】変更 【補正内容】 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の電気流体弁の１実施例の断面図 【図２】本発明の弁と共に使用できる１ポート配置を示
した模式図 【図３】使用可能な他のポート配置法を示す模式図 【図４】使用可能なさらに他のポートの配置法を示す模
式図 【図５】図１の弁を作るために使用される連続工程にお
けるウェハ１と２の断面図 【図６】図１の弁を作るために使用される連続工程にお
けるウェハ１と２の断面図 【図７】図１の弁を作るために使用される連続工程にお
けるウェハ１と２の断面図 【図８】図１の弁を作るために使用される連続工程にお
けるウェハ１と２の断面図 【図９】図１の弁を作るために使用される連続工程にお
けるウェハ１と２の断面図 【図１０】図１の弁を作るために使用される連続工程に
おけるウェハ１と２の断面図 【図１１】図１の弁を作るために使用される連続工程に
おけるウェハ１と２の断面図 【図１２】図１の弁を作るために使用される連続工程に
おけるウェハ１と２の断面図 【図１３】図１の弁を作るために使用される連続工程に
おけるウェハ１と２の断面図 【図１４】図１の弁を作るために使用される連続工程に
おけるウェハ１と２の断面図 【図１５】ポリイミド薄膜弁の構成の他の実施例の断面
図 【図１６】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図１７】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図１８】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図１９】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２０】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２１】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２２】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２３】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２４】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２５】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２６】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２７】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２８】Ａ，Ｂは，チャネルサイズに関係する薄膜構
成の他の配置例を示す図１５のポリイミド薄膜弁の異な
る２個の形状をそれぞれを示す平面図 【図２９】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３０】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３１】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３２】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３３】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３４】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３５】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３６】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３７】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３８】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３９】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図４０】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４１】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４２】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４３】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４４】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４５】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４６】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４７】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４８】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４９】本発明実施例の抵抗素子の１例を示す平面図 【図５０】図４９の線５０−５０′に沿う断面図 【図５１】図４９の線５１−５１′に沿う断面図 【図５２】この抵抗素子の製造工程の１例を示す断面図 【図５３】本発明実施例の固体熱ポンプ弁の断面図 【図５４】薄膜の動きを対象の位置決定に用いた本発明
実施例の微小位置決定装置を示す説明図 【図５５】触覚フィードバックを使用したロボットの実
施例を示す説明図 【図５６】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図５７】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図５８】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図５９】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図６０】触覚フィードバックを使用したロボットの実
施例を示す説明図 【図６１】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図６２】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図６３】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図６４】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図６５】気体膨脹により終了した状態の触覚変換器の
断面図 【図６６】整列された触覚フィードバック変換器の行列
配置システムの一例を示す断面図 【図６７】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図６８】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図６９】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７０】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７１】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７２】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７３】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７４】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７５】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７６】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７７】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７８】可変焦点距離レンズの実施例を示した断面図 【図７９】シリコンウェハと他の半導体ウェハの間の共
融結合を示す断面図 【図８０】シリコンウェハと他の半導体ウェハの間の共
融結合を示す断面図 【図８１】本発明の他の実施例の弁を示す図 【図８２】図８１に示した弁の下側のウェハに形成され
ているメサとチャンネル様式の説明図 【図８３】図８２よりもオフ抵抗を高くした他のメサ構
造例を示す図 【図８４】集積弁を用いた集積圧力調節器の一実施例を
示す断面図 【図８５】本発明の集積流量調節器の一実施例を示す断
面図 【図８６】本発明の流量調節器の他の実施例を示す断面
図 【図８７】ここで述べられたいずれの実施例に用いるこ
とのできる抵抗素子を窒化ビームよりおおった状態を説
明する断面図 【図８８】各抵抗の平面図 【図８９】図８１の弁または他のいずれかの実施例の弁
を双安定型とした実施例の断面図 【図９０】図８１の弁または他のいずれかの実施例の弁
を双安定型とした他の実施例の断面図 【符号の説明】 １０ 薄膜室 １２ シリコンウェハ １８ 可撓性の薄膜 ２０ 抵抗素子 ２２ パイレックスウェハ ２４ マニホールド室 ２８ シーリングリング ３０ シリコンウェハ ３２ ノズル ４２２ 薄膜室 ４２４ 窒化シリコン薄膜 ６４８ 出力ポート ６７４ ダイアフラム ６６６ コンデンサプレート ６６８ コンデンサプレート
【手続補正書】 【提出日】平成４年７月９日 【手続補正２】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】図面の簡単な説明 【補正方法】変更 【補正内容】 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の電気流体弁の１実施例の断面図 【図２】本発明の弁と共に使用できる１ポート配置を示
した模式図 【図３】使用可能な他のポート配置法を示す模式図 【図４】使用可能なさらに他のポートの配置法を示す模
式図 【図５】図１の弁を作るために使用される連続工程にお
けるウェハ１と２の断面図 【図６】図１の弁を作るために使用される連続工程にお
けるウェハ１と２の断面図 【図７】図１の弁を作るために使用される連続工程にお
けるウェハ１と２の断面図 【図８】図１の弁を作るために使用される連続工程にお
けるウェハ１と２の断面図 【図９】図１の弁を作るために使用される連続工程にお
けるウェハ１と２の断面図 【図１０】図１の弁を作るために使用される連続工程に
おけるウェハ１と２の断面図 【図１１】図１の弁を作るために使用される連続工程に
おけるウェハ１と２の断面図 【図１２】図１の弁を作るために使用される連続工程に
おけるウェハ１と２の断面図 【図１３】図１の弁を作るために使用される連続工程に
おけるウェハ１と２の断面図 【図１４】図１の弁を作るために使用される連続工程に
おけるウェハ１と２の断面図 【図１５】ポリイミド薄膜弁の構成の他の実施例の断面
図 【図１６】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図１７】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図１８】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図１９】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２０】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２１】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２２】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２３】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２４】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２５】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２６】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２７】図１５のポリイミド薄膜弁を形成するための
ウェハ処理の工程断面図 【図２８】Ａ，Ｂは，チャネルサイズに関係する薄膜構
成の他の配置例を示す図１５のポリイミド薄膜弁の異な
る２個の形状をそれぞれを示す平面図 【図２９】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３０】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３１】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３２】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３３】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３４】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３５】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３６】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３７】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３８】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図３９】他のポリイミド薄膜弁を製作するための各工
程を示す模式図 【図４０】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４１】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４２】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４３】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４４】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４５】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４６】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４７】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４８】「段付」ポリイミド薄膜を有する他のポリイ
ミド薄膜弁の製造工程を示す模式図 【図４９】本発明実施例の抵抗素子の１例を示す平面図 【図５０】図４９の線５０−５０′に沿う断面図 【図５１】図４９の線５１−５１′に沿う断面図 【図５２】この抵抗素子の製造工程の１例を示す断面図 【図５３】本発明実施例の固体熱ポンプ弁の断面図 【図５４】薄膜の動きを対象の位置決定に用いた本発明
実施例の微小位置決定装置を示す説明図 【図５５】触覚フィードバックを使用したロボットの実
施例を示す説明図 【図５６】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図５７】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図５８】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図５９】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図６０】触覚フィードバックを使用したロボットの実
施例を示す説明図 【図６１】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図６２】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図６３】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図６４】触覚フィードバック変換器の製造工程を示す
断面図 【図６５】気体膨脹により終了した状態の触覚変換器の
断面図 【図６６】整列された触覚フィードバック変換器の行列
配置システムの一例を示す断面図 【図６７】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図６８】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図６９】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７０】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７１】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７２】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７３】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７４】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７５】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７６】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７７】他の実施例の触覚作動器の製造工程断面図 【図７８】可変焦点距離レンズの実施例を示した断面図 【図７９】シリコンウェハと他の半導体ウェハの間の共
融結合を示す断面図 【図８０】シリコンウェハと他の半導体ウェハの間の共
融結合を示す断面図 【図８１】本発明の他の実施例の弁を示す図 【図８２】図８１に示した弁の下側のウェハに形成され
ているメサとチャンネル様式の説明図 【図８３】図８２よりもオフ抵抗を高くした他のメサ構
造例を示す図 【図８４】集積弁を用いた集積圧力調節器の一実施例を
示す断面図 【図８５】本発明の集積流量調節器の一実施例を示す断
面図 【図８６】本発明の流量調節器の他の実施例を示す断面
図 【図８７】ここで述べられたいずれの実施例に用いるこ
とのできる抵抗素子を窒化ビームよりおおった状態を説
明する断面図 【図８８】各抵抗の平面図 【図８９】図８１の弁または他のいずれかの実施例の弁
を双安定型とした実施例の断面図 【図９０】図８１の弁または他のいずれかの実施例の弁
を双安定型とした他の実施例の断面図 【符号の説明】 １０ 薄膜室 １２ シリコンウェハ １８ 可撓性の薄膜 ２０ 抵抗素子 ２２ パイレックスウェハ ２４ マニホールド室 ２８ シーリングリング ３０ シリコンウェハ ３２ ノズル ４２２ 薄膜室 ４２４ 窒化シリコン薄膜 ６４８ 出力ポート ６７４ ダイアフラム ６６６ コンデンサプレート ６６８ コンデンサプレート
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｈ０１Ｌ 29/84 Ｂ 9278−4Ｍ
// Ｆ１６Ｋ 31/02 Ｚ 9131−3Ｈ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）高圧源との連絡のための入力ポートを備えている
第１の集積弁と、 同じシリコンウェハおよび同じパイレックスウェハを該
第１の集積弁と共有し、低圧流出溜との連絡のための入
力ポートを備えている第２集積弁と、 該第１の集積弁の出力チャンネルと該第２の集積弁の出
力チャンネルとに連結するための出力ポートと、 該出力ポートに連結されている圧力センサと、 を備え
たことを特徴とする集積圧力調節装置。 （２）前記圧力センサが前記第１および第２の集積弁に
よって共有されるシリコンウエハに形成されており、前
記出力ポートと流体で連結しているダイアフラムであっ
て該ダイアフラムと該第１および第２の集積弁によって
共有されている第１のパイレックスウェハとの間に排気
された室を形成しているダイアフラムを有し、該排気さ
れた室が該第１のパイレックスウェハの該室の内側の面
の少なくとも一部分に導電性被膜によって形成された第
１のコンデンサプレートと該ダイアフラムの面の少なく
とも一部分に導電性被膜によって形成された第２のコン
デンサプレートとを有する、 特許請求の範囲第１項に記載の装置。 （３）第１および第２の面を有し、該第２の面上に第１
および第２の抵抗パターンを有しかつ第１の導電性フィ
ルムを有する第１のウェハと、 該第１のウェハに結合されており、第１および第２の面
であって該第１の面が該第１および第２の凹部の底と該
第２の面との間に第１および第２の可撓性のダイアフラ
ムが形成されるに十分な深さを有する第１および第２の
凹部を有している第１および第２の面と、底が第２の抵
抗性フィルムでおおわれている第３の凹部と、該第１の
面の反対側の該第２の面に形成された第４の凹部であっ
て該第３の凹部の底と該第４の凹部の底との間に可撓性
のダイアフラムが形成されるに十分深く形成されている
第４の凹部とを有している第２のウェハであって、該第
１および第２の凹部が該第１および第２の抵抗パターン
の位置と整合した位置に形成されており該抵抗パターン
が該第１および第２の凹部の位置において該第１のウェ
ハと該第２のウェハとの間に形成される空洞内に位置づ
けられ、該第３の凹部が該第１および第２のウェハが真
空中で互いに結合されたときに真空の誘電体を有するコ
ンデンサを形成する該第１および第２の導電性フィルム
を備えている排気された室が形成されるように位置づけ
られている第２のウェハと、 第１および第２の面を有する第３のウェハであって、該
第１の面が該第２のウェハの該第２の面に所定の位置づ
けで結合され、該第１の面が該第１の面に形成された入
力チャネルと出力チャネルとの第１の対および第２の対
を有し、該第１の対の入力チャネルと出力チャネルとが
該第１の対の入力チャネルと出力チャネルとの間の壁の
形状をなし該第１のダイアフラムと接触するが該第１の
ダイアフラムに結合していない第１の弁座によって分離
されており、該第２の対の入力チャネルと出力チャネル
とが該第２入力チャネルと出力チャネルとの間の壁の形
状をなし該第２のダイアフラムに接触するが該第２のダ
イアフラムに結合していない第２の弁座によって分離さ
れており、該第２の面が該第４の凹部と流体によって連
結している位置に該第３のウェハを該第１の面まで貫通
する穴を有している第３のウェハと、 を備えたことを特徴とする集積圧力調節装置。 （４）第１、第２および第３の互いに結合されたウェハ
を有する集積弁と、 該集積弁の前記第１および第２のパイレックスウェハの
間に形成されている該集積弁の前記出力チャネルに流体
によって連絡している流れチャネルと、 該パイレックスウェハの内の１個の面に形成された第
１、第２および第３の電気的に絶縁された電気抵抗性パ
ターンであって、該第１、第２および第３の抵抗性パタ
ーンの内の少なくとも２個が温度の変化に伴って変化す
る抵抗を有しており、該抵抗性パターンの内の１個で消
費された電力からの熱が該流れチャネルを上流方向へ伝
わり温度によって抵抗が変化する抵抗性パターンの内の
１個に必ず到達しかつ該流れチャネルを下流方向へ伝わ
り温度によって抵抗が変化する抵抗性パターンの内の他
の１個に必ず到達する、電気抵抗性パターンと、 を有することを特徴とする集積流れ調整装置。 （５）第１および第２の面を有し、該第２の面が該第２
の面上の第１の位置に形成された第１の抵抗パターンを
有している第１のウェハと、 第１および第２の面を有し、該第１の面が該第１の面内
に形成された凹部であって該凹部の底と該第２の面との
間に可撓性のダイアフラムが形成されるに十分な深さを
もつ凹部を有し、該第１の面が該第１のウェハに結合さ
れて該凹部によって該第１の抵抗パターンを包含する密
閉された空洞が形成されている第２のウェハと、 第１および第２の面を有し、該第１の面が該第１の面内
に形成された入力チャネルと出力チャネルとを有しかつ
該入力チャネルを該出力チャネルから分離する壁の形の
弁座であって、該ダイアフラムが該弁座に接触して該入
力チャネルから該出力チャネルへの流れを制御するよう
な位置に形成されている弁座を有し、該第１の面が該第
２のウェハに該弁座と該ダイアフラムとの接触の点を含
まない所定の点で結合されており、該出力チャネルが該
第１および該第２のチャネルの間に形成されている流れ
チャネルに流体によって連絡するように位置づけられて
いる第３のウェハと、 電流を通されたときに該流れチャネル内の物質に熱を供
給するための該流れチャネル内に形成された抵抗手段
と、 第１および第２の温度検出手段であって、該流れチャネ
ル内の物質を通じて拡散する熱が、該物質が移動して該
第１の温度検出手段へ達する場合には必ず上流方向へ拡
散し、該流れチャネル内の該物質が移動して該第２の温
度検出手段へ達する場合には必ず下流方向へ拡散するよ
うに該流れチャネル内に形成された第１および第２の温
度検出手段とを備えた集積流れ調整装置。
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