JPH07286258A - 静電駆動型マイクロアクチュエータとバルブの製作方法、及び静電駆動型ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弁体をなすフィルムの屈曲部が切断されにく
いものとする。 【構成】 エッチングにより作成したシリコンウエハ２
Ｂの型を利用して弁体をなすＳ字形状フィルム７の原型
を形成し、その後シリコンウエハ１Ｂ、２Ｂ及び３Ｂを
選択的にエッチングしてフィルム７の駆動部を製作し、
前記シリコンウエハ１Ｂ、２Ｂ及び３Ｂを３層に積層
し、流体開口部１１Ａ及び１１Ｂを形成する。 【効果】 弁体をなすフィルムの屈曲部が切断されにく
くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板表面上に薄膜を形
成する半導体薄膜製造装置において用いられる静電駆動
型マイクロアクチュエータとマイクロバルブの製作方
法、及び静電駆動型マイクロアクチュエータを用いた静
電駆動型マイクロバルブとポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】微小な流量を制御する目的で、弁体に相
当する一端が固定された薄板と、その薄板面の下流に配
置された流体用開口部を有する電極とからなる構造を持
ち、静電力によって薄板を変位させることにより、流体
用開口部を薄板で開閉する方式のマイクロバルブが、プ
ロシーディング・オブ・ジ・アイ・イー・イー・イー・
マイクロ・エレクトロメカニカル・システム（Proceedi
ngs of the IEEE MicroElectro Mechanical System）第
９５−９８頁、１９９０年に記載されている。

【０００３】この従来知られているマイクロバルブは、
シリコン基板上に配置され平板状の電極を含み流体が貫
流する開口部を有する誘電体と、流体が貫流する開口部
を開閉する平板状電極を含む誘電体の弁体で構成され、
前記電極間相互に生じる静電引力で薄板をなす前記弁体
をシリコン基板上に設けられた電極面に吸着させ、該電
極側の構造体の一部に開けられている前記開口部を閉じ
る構造になっている。

【０００４】上記のマイクロバルブでは、流体が貫流す
る開口部の開閉には、比較的長い時間を要する。これ
は、弁体である薄板のバネの復帰力の速さでバルブの応
答性が制限されてしまうためである。更に、前記弁体が
流体用開口部を閉じる際の静電引力は、薄板のバネの復
帰力より十分大きいことが必要である。しかし、静電引
力は電極間の距離の２乗に反比例するため、バネの復帰
力に打ち勝つのに十分な静電力を得るには、前記の従来
構造では、前記弁体薄板とシリコン基板上に設けられた
電極との間隙を例えば数十μｍ以内にする必要がある。

【０００５】従って、前記構造のマイクロバルブでは、
前記開口部が開いているときに流すことのできる流体の
流量は、前記間隙により制限されるため、少なくなる。
希薄なガスを扱う半導体薄膜製造装置に上記マイクロバ
ルブを用いた場合、２ｓｃｃｍ以上の流量を得ることが
できないという問題がある。

【０００６】ガスバルブをマイクロ化する手段として、
犠牲層を利用して静電駆動型バルブの弁体を金属膜であ
るＳ字形状のフィルムとして製作する方法が、本発明者
らの先願である特願平４−１３６６２２号に記載されて
いる。該特願平４−１３６６２２号に記載された静電力
で駆動するフィルム型アクチュエータを利用した静電駆
動型ガスバルブは、弁体の役をなすフィルムを、該フィ
ルムの駆動源である電極が近接している部分から順次静
電力により引きつけて移動させるため、弁体の開閉スト
ロークに制限がなく、コンダクタンスを任意に設定する
ことができる。また、バルブの開閉は、静電力のみで行
い、フィルム自体のバネ力による復帰力は関与していな
いので、弁の高速な開閉が可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記特願平４−１３６
６２２号に記載された技術は、可動部であるＳ字形状フ
ィルムを製作するために、基板面に溝状の加工を行い、
その溝の内部に犠牲層を形成した後、その表面にフィル
ム材料を成膜し、その後犠牲層を除去してフィルムを可
動状態に解放している。また、フィルムのプロファイル
は基板の溝の内部の犠牲層の断面プロファイルを転写し
ている。この方法では犠牲層の断面プロファイルの制御
が難しく、一部に鋭いエッジ状のプロファイルが残る
と、成膜したＳ字形状フィルムがこの部分で切れてしま
うという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、屈曲部が切断されにくい
金属膜を形成することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１の手段
として、中空部が形成され一方の面に前記中空部内で屈
曲可能な屈曲部を有す金属膜が設けられた第２の基板
と、それぞれ絶縁層で挟まれて電極をなす第１、第３の
基板とを製作し、次いで、前記第２の基板を挟んで前記
金属膜が設けられた面に前記第１基板を、前記面の裏面
に第３の基板を積層する手順を含んでなる静電駆動型マ
イクロアクチュエータの製作方法において、前記第２の
基板に前記金属膜を成膜する際に、前記第２の基板の一
方の面に溝部をエッチングにより形成し、該溝部を含む
前記面上に前記金属膜を成膜した後、前記中空部を前記
溝部が設けられている面の裏面の方向からエッチングに
より形成することで達成される。

【００１０】さらに、第２の手段として、中空部が形成
され一方の面に前記中空部内で屈曲可能な屈曲部を有す
金属膜が設けられた第２の基板と、それぞれ絶縁層で挟
まれて電極をなす第１、第３の基板とを製作し、次い
で、前記第２の基板を挟んで前記金属膜が設けられた面
に前記第１基板を、前記面の裏面に第３の基板を積層す
る手順を含んでなる静電駆動型マイクロバルブの製作方
法において、前記第１及び第３のそれぞれの基板に前記
中空部を介して開口された流体開口部をエッチングによ
り形成することで達成される。

【００１１】

【作用】第２の基板であるシリコン基板面に異方性エッ
チングで数十μｍから数百μｍの深さの溝部を形成す
る。次に、溝部が形成された前記シリコン基板上に弁体
の役をなす金属膜を形成する。金属膜を形成した後、水
酸化カリウム水溶液で金属膜下の前記シリコン基板を部
分的に溶解すると、金属膜はその両端部のみがシリコン
基板の平坦部に保持される構造となり、シリコン基板の
中空部に屈曲形状をなす金属膜が形成される。シリコン
基板上に形成された溝部に直に屈曲形状をなす金属膜の
屈曲部を形成することで、従来の犠牲層の断面プロファ
イルを転写するときに発生する鋭いエッジ状のプロファ
イルがなくなり、裏面からシリコン基板をエッチングし
た後でも、屈曲形状をなす金属膜の屈曲部が溝部上部で
切断されにくくなる。

【００１２】また、上記マイクロバルブの製作方法は、
半導体微細加工技術を用いて製作することから、シリコ
ン基板上に複数のバルブを集積化することが可能となり
多機能でしかも安価なバルブを得ることができる。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例を図１から図９を用いて説明
する。図１は静電駆動型マイクロアクチュエータ（以
下、アクチュエータという）の断面図、図２はアクチュ
エータを用いた静電駆動型マイクロバルブ（以下、バル
ブという）の断面図である。

【００１４】図１に示すアクチュエータは、一方の面に
金属膜である弁体をなすフィルム７が形成され前記面の
裏面に絶縁層４が形成された第２の基板２Ａが中間層と
して配置され、前記基板２Ａのフィルム７が形成された
面に対向して絶縁層４Ａを介して配置された第１の基板
１Ａと、前記基板２Ａの絶縁層４が形成された面に対向
して絶縁層４Ｂを介して配置された第３の基板３Ａとが
積層されて３階層をなしている。前記基板２Ａには流体
を通過させる中空部をなすキャビティ１３が形成され、
前記弁体をなすフィルム７は、前記基板１Ａの前記キャ
ビティ１３側に突起している凸部により前記基板２Ａに
対向している基板３Ａの面に接するまで１部屈曲された
屈曲部（以下、Ｓ字部という）をもつ形状（以下、Ｓ字
形状という）をし、その両端部のみが前記基板２Ａの平
坦部に保持される構造となり、両端部以外の端部は固定
されていない。

【００１５】前記基板１Ａ、及び３Ａは、前記絶縁層４
Ａ、及び４Ｂで囲まれ前記Ｓ字形状フィルム７の前記Ｓ
字部を駆動させる電極５Ａ、５Ｂがそれぞれ形成されて
いる。また、前記基板１Ａには、前記電極５Ａと図示し
ない外部からのリード線を接続する電気的コンタクトエ
リア９Ｂが前記絶縁層４Ａの１部を除去して配置されて
おり、さらに、前記電極５Ａを貫通して前記フィルム７
と図示しない外部からのリード線を接続する電気的コン
タクトエリア９Ａに至る孔が配置されている。また、前
記基板３Ａには、前記電極５Ｂと図示しない外部からの
リード線を接続する電気的コンタクトエリア９Ｃが前記
絶縁層４Ｂの１部を除去して配置されている。フィルム
７のＳ字部の傾斜面は、前記電極５Ａ、及び５Ｂに印加
する電圧を制御することで、前記キャビティ１３内を左
右に移動される。

【００１６】図２は、前記アクチュエータを利用したバ
ルブの断面を示している。該バルブは、前記アクチュエ
ータの一部に流体が出入する流体用開口部であるポート
を加えた構成である。ポート１１Ａは、前記基板１Ａを
貫通して前記基板２Ａのキャビティ１３に開口され、ポ
ート１１Ｂは、前記基板３Ａを貫通して前記基板２Ａの
キャビティ１３に前記ポート１１Ａと対向して開口され
ている。前記基板２Ａのキャビティ１３内の流体をフィ
ルム７のＳ字形状部分の位置に応じてポート１１Ａもし
くはポート１１Ｂのどちらか一方から排出する構造にな
っている。キャビティ１３内への流体の導入は前記基板
１Ａもしくは基板３Ａに形成した図示していない入口ポ
ートから行う。

【００１７】図３は静電駆動型マイクロアクチュエータ
の第１の製作手順を示すプロセス図である。以下にマイ
クロアクチュエータの製作方法の詳細を述べる。

【００１８】（１）図３の（ａ）〜（ｂ）に示すプロセ
スの前記基板２Ａの溝部形成。第２の基板である厚さ２
２０μｍのシリコンウエハ１４Ａの上面にシリコンのエ
ッチング用マスクパターン２０Ａを形成する。該マスク
には熱酸化で形成したシリコン酸化膜を用いた。シリコ
ンウエハ１４Ａに異方性エッチングで幅５００μｍ、長
さ２〜３ｍｍ、深さ約１００〜１５０μｍの溝部２８を
形成する。なお、異方性エッチングに用いたエッチャン
トは４０％水酸化カリウムであり、溶液の温度は６８℃
である。基板面の結晶の面方位が（１００）のシリコン
ウエハを用いた場合、溝部２８側壁の面方位は（１１
１）となる。

【００１９】（２）図３の（ｃ）に示すプロセスによる
エッチング用マスクパターンの形成。シリコンウエハ１
４Ａの裏面にシリコンのエッチング用マスクパターン２
０Ｂを形成する。マスクには熱酸化で形成したシリコン
酸化膜を用いた。

【００２０】（３）図３の（ｄ）に示すプロセスによる
金属フィルムのパターニング．溝部２８を有するシリコ
ンウエハ１４Ａ面にリフトオフを用いて金属フィルム８
をパターニングする。リフトオフによる金属フィルムの
パターニング手順を以下に示す。

【００２１】（ａ）シリコンウエハ１４Ａ上にホトレジ
ストをスピン塗布する。この時、溝の内外にホトレジス
トが十分な厚さを持つように、ホトレジストの粘度とス
ピンナの回転数を選ぶ必要がある。例えば、ホトレジス
トの粘度は３５ｃｐ、スピンナの回転数は１５００ｒｐ
ｍである。

【００２２】（ｂ）ホトレジストの露光と現像を行い、
ホトレジストをパターニングする。この作業により所望
の金属フィルムパターンと反転関係にあるレジストのパ
ターンが形成される。

【００２３】（ｃ）金属フィルム８をシリコンウエハ１
４Ａ上に形成する。

【００２４】金属フィルムの形成方法及びそれに伴うパ
ターニング方法は以下のように分けられる。 １．スパッタ：膜厚２〜３μｍ以下の比較的薄い膜を形
成する場合のみに用いる。スパッタの場合、薄膜形成時
のガス圧、加速電圧等のパラメータを操作することで金
属薄膜の内部応力を圧縮、引張りの何れにも使用するこ
とができる。なお、膜の内部応力を１０Ｇｄｙｎ／ｃｍ
²（ガス圧０．１３Ｐａ、スパッタレイト１０Å／ｓ）
以下にすることも可能である。スパッタで金属膜を形成
した後、金属膜下のレジストを除去することでシリコン
ウエハ上に金属膜のパターンが形成される。

【００２５】２．めっき：数μｍ以下の薄膜から数百μ
ｍ以上の厚膜まで形成することが出来る。膜の成長速度
がスパッタに比べて早く生産性の高い薄膜形成方法であ
る。また、膜の内部応力もスパッタに比べると小さい。
めっきの場合、レジストパターン下に金属膜の下地が形
成されていればその下地上にめっき膜が成長していく。
すなわち、レジストパターンどおりにめっき膜が形成さ
れる。スパッタとめっきを併用した方法もある。先ず、
スパッタ方法でシリコンウエハ上に金属膜をパターニン
グする。次に、電解めっきもしくは無電解めっきで金属
膜パターン上にのみ金属膜を形成する。

【００２６】上記ではリフトオフ法に基づいた金属薄膜
のパターニング方法を示した。この他にも先ず金属薄膜
をシリコンウエハ上に形成した後、ホトリソグラフィー
で金属膜をパターニングする方法や、イオンビームで金
属膜をパターニングする方法などもある。何れの方法を
用いるかは薄膜の耐エッチング性、膜厚などから決定さ
れることが望ましい。本実施例では金属薄膜として、シ
リコンのエッチャントである水酸化カリウム水溶液に十
分耐えることが可能なニッケル、もしくはパーマロイ
（鉄ニッケル合金）を用いた。

【００２７】（４）図３の（ｅ）に示すプロセスによる
Ｓ字形状フィルムの作成。シリコンウエハ１４Ａを
（２）で形成したウエハ裏面のマスクパターン２０Ｂを
もとに水酸化カリウム水溶液中でエッチングすると、金
属フィルムは両端部のみがシリコンウエハに保持され
る。金属フィルムは一部に折り返しを有するＳ字形状を
なしている。

【００２８】（５）図３の（ｆ）〜（ｌ）に示すプロセ
スによるアクチュエータの組立て。（４）で製作したシ
リコンウエハ１４Ａと、電極５Ａと絶縁層４Ａと凸部２
６を有する第１の基板１Ａであるシリコンウエハ１４Ｂ
と、電極５Ｂと絶縁層４Ｂを有する第３の基板３Ａであ
るシリコンウエハ１４Ｃの３枚を接合することにより静
電駆動型マイクロアクチュエータができる。

【００２９】接合には、１００〜３００℃の高温下でも
接着性を有する感光性ポリイミド樹脂、もしくは、３０
０〜４００℃の温度で接合することが可能である鉛ガラ
スを用いる。また、金属の共晶を用いて接合することも
可能である。

【００３０】図４はアクチュエータの第２の製作方法の
フローを示す図であり、アクチュエータの金属フィルム
の面方向のストロークを任意に設定できるアクチュエー
タの製作方法のプロセスを示している。図３に示したア
クチュエータの第１の製作方法では、前記ストロークは
第２の基板２Ａであるシリコンウエハ１４Ａの厚さに相
当することから、使用するシリコンウエハの厚さにより
アクチュエータのストロークは一義的に決定してしまう
という不便さがある。図４に示すアクチュエータの製作
方法は、図３に示した製作方法に数回のパターニング、
エッチング等のプロセスを加えて、アクチュエータのス
トロークを任意に設定できるようにしたものである。以
下に製作方法の詳細を述べる。

【００３１】（１Ａ）図４の（ａ）、（ｂ）に示すプロ
セスによるシリコンウエハの溝部形成。第２の基板２Ａ
である厚さ２００μｍのシリコンウエハ１５Ａの両面に
シリコンエッチング用のマスクパターン２１Ａ、２１Ｂ
を形成する。マスクパターン２１Ｂは部分的に厚さが異
なるようになっている。両面のマスクパターンをもとに
シリコンウエハを水酸化カリウム水溶液中でエッチング
すると、先ず、マスクで保護されていない上面側に溝２
８が形成されていく。溝部２８をある程度エッチングし
た後、下側のマスクパターン２１Ｂの薄い部分のみをエ
ッチングして除去する。再び、両面の厚い部分のマスク
をもとに水酸化カリウム水溶液中でシリコンをエッチン
グすると、深さの異なる溝２８、２９が形成される。以
上のように、部分的に厚さの異なるマスクパターンを用
いることにより深さの異なる溝部を形成することができ
る。なお、溝部２８と溝部２９の深さの比は、マスクパ
ターン２１Ｂの厚い部分と薄い部分の厚さを調整するこ
とで変えることができる。

【００３２】（２Ａ）図４の（ｃ）〜（ｅ）に示すプロ
セスによるＳ字形状フィルムの作成。上面側のマスクパ
ターン２１Ａのみエッチングで除去する。図４の（ｃ）
に示す下面側のマスクパターン２１Ｂは金属フィルムを
パターニングした後のシリコンエッチングのマスクパタ
ーンとして用いる。次に、図３の時と同様のプロセスで
金属フィルムのパターニングを行う。表面の金属フィル
ムパターン８と裏面のマスクパターン２１Ｂをもとに４
０％水酸化カリウム水溶液中でシリコンウエハをエッチ
ングして、両端部のみがシリコンウエハに保持された金
属フィルム８を形成する。なお、フィルムの一部にはＳ
字部が形成されている。

【００３３】（３Ａ）図４の（ｆ）〜（ｊ）に示すプロ
セスによる凸部ウエハの作成。エッチング用マスクパタ
ーン２１Ｃ及び２１Ｄをもとに、第１の基板１Ａである
シリコンウエハ１５Ｂと第３の基板３Ａであるシリコン
ウエハ１５Ｃを、それぞれ水酸化カリウム水溶液中でエ
ッチングして、それぞれ前記シリコンウエハ１５Ａ側に
向いた凸部２６と２７を形成する。二つの凸部２６、２
７の高さを合わせた大きさが基板２Ａであるシリコンウ
エハ１５Ａの厚さと等しくなるようにシリコンウエハ１
５Ｂと１５Ｃをエッチングする。

【００３４】凸部を有しているシリコンウエハ１５Ｂ及
び１５Ｃの表面にそれぞれ絶縁層４Ａ、４Ｂと電気的コ
ンタクトエリア９Ｂ、９Ｃを形成する。前記絶縁層４
Ａ、４Ｂにはシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を
用いた。電極５Ａ、５Ｂにはバルクのシリコンウエハ１
５Ｂ、１５Ｃをそれぞれ利用した。

【００３５】（４Ａ）図４の（ｋ）〜（ｌ）に示すプロ
セスによるアクチュエータの組立て。シリコンウエハ１
５Ａと、電極５Ａと絶縁層４Ａと凸部２６を有するシリ
コンウエハ１５Ｂと、電極５Ｂと絶縁層４Ｂと凸部２７
を有するシリコンウエハ１５Ｃとの３枚の基板を図３の
時と同様に接合することにより金属フィルムのストロー
クを任意に設定できる静電駆動型マイクロアクチュエー
タができる。

【００３６】上記製作方法の場合、アクチュエータのス
トロークは凸部２６の高さに相当する。凸部２７の高さ
は溝部２９の深さとほぼ等しくなるようにする。また、
組み立てるときフィルムをＳ字形状にする凸部２６の高
さはシリコンウエハ１５Ａの厚さから凸部２７の高さを
引いた値にする。例えば、シリコンウエハ１５Ａの厚さ
を２００μｍ、溝部２９の深さを１００μｍ、凸部２
６、２７の高さをそれぞれ１００μｍ、１００μｍにす
ればフィルムの面方向のストロークは１００μｍにな
る。

【００３７】以上のことから、溝部２８の深さ、溝部２
９の深さ、凸部２６の高さ、および凸部２７の高さ、を
変えることにより任意のストロークを有するアクチュエ
ータを製作することができる。

【００３８】図５はアクチュエータの第１の基板である
上部電極の第１の製作方法のフローを示す図であり、凸
部２６が形成された第１の基板のシリコンウエハ１６Ａ
の製作手順を示すプロセス図である。図３及び図４の実
施例ではアクチュエータの全体的なプロセス、特に金属
フィルムの作成を主に述べ、シリコンウエハへの凸部の
形成の詳細については触れなかった。ここでは図５を用
いて凸部シリコンウエハ製作方法の詳細を述べる。

【００３９】（１Ｂ）図５の（ａ）に示すプロセスによ
るエッチング用マスクパターンの形成。第１の基板１Ａ
である厚さ４００μｍのシリコンウエハ１６Ａの両面に
熱酸化（温度１１００℃）でエッチング用マスクパター
ンであるシリコン酸化膜２２Ａ、２２Ｂおよび２２Ｃを
それぞれ形成する。シリコン酸化膜２２Ａを図５の
（ａ）に示すようにホトリソグラフィーでパターニング
する。ウエハ表面のシリコン酸化膜２２Ａには基板２Ａ
の電気的コンタクトエリア９Ａに至る孔３０を形成する
ためのパターンが形成されている。ウエハ裏面のシリコ
ン酸化膜には、厚い部分２２Ｂと薄い部分２２Ｃのよう
に部分的に厚さを異ならしてパターニングされている。

【００４０】（２Ｂ）図５の（ｂ）〜（ｃ）に示すプロ
セスによる電気的コンタクトエリアに至る孔及び凸部の
形成。上記両面のマスクパターンであるシリコン酸化膜
２２Ａとシリコン酸化膜２２Ｂとシリコン酸化膜２２Ｃ
それぞれをもとにシリコンウエハ１６Ａを４０％水酸化
カリウム水溶液中（温度６８℃）で異方性エッチングす
ると、先ず、電気的コンタクトエリアに至る孔３０部分
のみがエッチングされる。次に、下側のマスクパターン
２２Ｃをエッチングして膜厚が薄い部分のみを除去す
る。再度、シリコンウエハ１６Ａを水酸化カリウム水溶
液中でエッチングして電気的コンタクトエリアに至る孔
と凸部２６を形成する。その後、エッチング用マスクパ
ターンであるシリコン酸化膜２２Ａ、及びシリコン酸化
膜２２Ｂを除去する。

【００４１】（３Ｂ）図５の（ｄ）に示すプロセスによ
る絶縁層と電気コンタクトエリアの作成。シリコンウエ
ハ１６Ａの表面に熱酸化でシリコン酸化膜４Ａを形成す
る。シリコン酸化膜４Ａが凸部２６と図示しないＳ字形
状フィルムとを電気的に絶縁する。Ｓ字形状フィルムを
駆動する電極５Ａにはシリコンウエハ１６Ａを利用す
る。なお、絶縁層４Ａの一部には前記電極と図示しない
外部アクチュエータ駆動用電気回路を電気的に接続する
ための電気コンタクトエリア９Ｂが形成されている。

【００４２】図６はアクチュエータの第１の基板である
上部電極の第２の製作方法のフローを示す図であり、凸
部が形成された第１の基板であるシリコンウエハ１７Ａ
の他の製作手順を示すプロセス図である。実際には、図
１〜５に示したアクチュエータは、シリコンウエハにバ
ッチ処理で製作するため、３枚のシリコンウエハを接合
した後、ダイシングソーで個々のアクチュエータに分割
されている。

【００４３】図５に示した実施例では凸部を有するシリ
コンウエハ１６Ａの下側端部はシリコンウエハが剥き出
しになってしまい、Ｓ字形状フィルムパターン７と上部
電極５Ａとがアクチュエータの端部において近接してい
る。このため、Ｓ字形状フィルムを高速駆動させるため
に高電圧を電極５Ａに印加すると、端部での電界強度が
大きくなり絶縁破壊が生じやすくなる。上記問題を解決
するために、図６の実施例では凸部を有するシリコンウ
エハ１７Ａのフィルム７側の面の両端部にテーパ構造を
設けている。テーパを設けることで分割したアクチュエ
ータ端部での絶縁耐圧を高くすることが可能となり高電
圧印加によるフィルムの高速移動が可能になる。

【００４４】なお、シリコンウエハ内に形成したアクチ
ュエータを分割すること無く、すべてのアクチュエータ
をシリコンウエハ内で同位相で同時に動作させるときに
はテーパ構造は必要ではない。

【００４５】図２に示した静電駆動型マイクロバルブ
は、図１、及び図３〜図６に示したマイクロアクチュエ
ータの上下電極に流体が入出するポートを付加したもの
である。従って、マイクロアクチュエータの製作方法と
異なる点は上下電極の製作方法である。

【００４６】図７及び図８はそれぞれ図２に示した静電
駆動型マイクロバルブの第１の基板１Ｂである上部電極
５Ａと第３の基板３Ｂである下部電極５Ｂの製作方法を
示すプロセス図である。図７の凸部シリコンウエハ１８
Ａの製作方法は基本的には図５及び図６に示したシリコ
ンウエハの製作方法と同一である。異なる点は、流体が
出入する流体開口部であるポート１１Ａを電気的コンタ
クトホール９Ａに至る孔と一緒に形成することである。
図８のシリコンウエハ１９Ａは異方性エッチングで流体
が出入する流体開口部であるポート１１Ｂを加えたのも
である。

【００４７】図９は静電駆動型マイクロバルブの他の実
施例を示している。図１から図８に示した実施例では上
下の電極にシリコンウエハを利用している。従って、シ
リコンウエハ上にマイクロアクチュエータもしくはマイ
クロバルブをバッチ処理で製作した場合、シリコンウエ
ハ上の各アクチュエータを電気的に独立駆動することが
できない。図９は電気的に独立駆動することが可能な静
電駆動型マイクロバルブを製作するための３枚のシリコ
ン基板（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）を示している。な
お、図９のシリコン基板はシリコンウエハ内のバルブの
１部分を示している。

【００４８】図９の（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）はそれ
ぞれ順に、第１の基板である上部電極用ウエハ、第２の
基板であるＳ字形状フィルムウエハ、第３の基板である
下部電極用ウエハの平面図を示している。各３枚のウエ
ハを（ａ）（ｂ）（ｃ）の順で接合することにより、図
１から図８に示したような構成のマイクロバルブを製作
することができる。なお、図９（ａ）ｒと図９（ｃ）ｒ
はそれぞれ図９（ａ）と図９（ｃ）に示した基板の裏面
を示している。

【００４９】図９（ａ）の上部電極用ウエハは、流体開
口部１２Ａと、電極取り出し用スルーホール１０Ａ、１
０Ｂ、及び１０Ｃと、上部電極パターン６Ａと、凸部２
６と、電極パターン上に形成した図示していない絶縁層
からなる。電極取り出し用スルーホール１０Ａ、１０
Ｂ、１０Ｃはそれぞれ、Ｓ字形状フィルムと外部駆動回
路、下部電極パターンと外部駆動回路、上部電極パター
ンと外部回路とを接続するためのものである。図９
（ｂ）のＳ字形状フィルムウエハは、両端部のみがシリ
コンウエハに保持されたフィルム８からなる。図９
（ｃ）の下部電極用ウエハは、流体貫流用の開口部１２
Ｂ、１２Ｃと下部電極パターン６Ｂと、電極パターン上
に形成した図示していない絶縁層とからなる。

【００５０】図９には流体貫流用の開口部１２Ｃから導
入した流体を開口部１２Ａもしくは１２Ｂのどちらか一
方から排出する切り替え弁を示している。上部電極用ウ
エハ及び下部電極用ウエハに形成する流体開口部の形状
及び数を変えることにより、オンオフバルブや、流量を
離散的に変えるバルブなどを実現出来る。シリコンウエ
ハ上に形成した各バルブにはそれぞれ駆動用電極パター
ンが形成されているので、複数のバルブを独立に駆動さ
せることが出来る。

【００５１】図７から図９を用いて静電駆動型バルブを
示した。上記静電駆動型アクチュエータと静電駆動型バ
ルブを組み合わせることによりポンプを製作することが
できる。例えば、二つの静電駆動型バルブと一つの静電
駆動型アクチュエータをシリコン基板に形成したチャネ
ルで接続することにより静電駆動型のポンプになる。ア
クチュエータは二つのバルブの中央部に形成され流体を
ポンピングする。二つのバルブは流体を一方向に流すた
めの逆止弁の役をなしている。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、弁体をなすフィルムの
屈曲部が切断されにくくなり、また、シリコン基板上に
複数のバルブを集積化することが可能であり、高機能
で、安価なバルブを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の静電駆動型マイクロアクチュ
エータの断面図である。

【図２】本発明の実施例の静電駆動型マイクロバルブの
断面図である。

【図３】本発明の実施例の静電駆動型アクチュエータの
第１の製作方法のフローを示す断面図である。

【図４】本発明の実施例の静電駆動型アクチュエータの
第２の製作方法のフローを示す断面図である。

【図５】本発明の実施例の静電駆動型アクチュエータの
上部電極の第１の製作方法のフローを示す断面図であ
る。

【図６】本発明の実施例の静電駆動型アクチュエータの
上部電極の第２の製作方法のフローを示す断面図であ
る。

【図７】本発明の実施例の静電駆動型マイクロバルブの
上部電極の製作方法のフローを示す断面図である。

【図８】本発明の実施例の静電駆動型マイクロバルブの
下部電極製作方法のフローを示す断面図である。

【図９】本発明の実施例の静電駆動型マイクロバルブの
他の例の各プレートを示す平面図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ 第１の基板 ２Ａ，２Ｂ 第２の基板 ３Ａ，３Ｂ 第３の基板 ４，４Ａ，４Ｂ 絶縁層 ５，５Ａ，５Ｂ 電極 ６Ａ，６Ｂ 電極 ７ フィルム ８ フィルム ９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 電気的コンタクトエリア １０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 電気的コンタクトエリア １１Ａ，１１Ｂ 流体開口部 １２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 流体開口部 １３ バルブキャビティ １４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ シリコンウエハ １５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ シリコンウエハ １６Ａ シリコンウエハ １７Ａ シリコンウエハ １８Ａ シリコンウエハ １９Ａ シリコンウエハ ２０Ａ，２０Ｂ エッチング用マスクパターン ２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ エッチング用
マスクパターン ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ エッチング用マスクパターン ２３Ａ，２３Ｂ エッチング用マスクパターン ２４Ａ，２４Ｂ エッチング用マスクパターン ２５Ａ，２５Ｂ エッチング用マスクパターン ２６ 凸部 ２７ 凸部 ２８ 溝部 ２９ 溝部 ３０ 電気的コンタクトエリアに至る孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空部が形成され一方の面に前記中空部
   内で屈曲可能な屈曲部を有す金属膜が設けられた第２の
   基板と、それぞれ絶縁層で挟まれて電極をなす第１、第
   ３の基板とを製作し、次いで、前記第２の基板を挟んで
   前記金属膜が設けられた面に前記第１基板を、前記面の
   裏面に第３の基板を積層する手順を含んでなる静電駆動
   型マイクロアクチュエータの製作方法において、前記第
   ２の基板に前記金属膜を成膜する際に、前記第２の基板
   の一方の面に溝部をエッチングにより形成し、該溝部を
   含む前記面上に前記金属膜を成膜した後、前記中空部を
   前記溝部が設けられている面の裏面の方向からエッチン
   グにより形成することを特徴とする静電駆動型マイクロ
   アクチュエータの製作方法。
2. 【請求項２】 前記金属膜の屈曲部の折り返しを少なく
   とも一個所形成することを特徴とする請求項１に記載の
   静電駆動型マイクロバルブの製作方法。
3. 【請求項３】 中空部が形成され一方の面に前記中空部
   内で屈曲可能な屈曲部を有す金属膜が設けられた第２の
   基板と、それぞれ絶縁層で挟まれて電極をなす第１、第
   ３の基板とを製作し、次いで、前記第２の基板を挟んで
   前記金属膜が設けられた面に前記第１基板を、前記面の
   裏面に第３の基板を積層する手順を含んでなる静電駆動
   型マイクロバルブの製作方法において、前記第１及び第
   ３のそれぞれの基板に前記中空部を介して開口された流
   体開口部をエッチングにより形成することを特徴とする
   静電駆動型マイクロバルブの製作方法。
4. 【請求項４】 静電駆動型アクチュエータを用いる静電
   駆動型マイクロバルブにおいて、静電駆動型アクチュエ
   ータが請求項１または２のうち、いずれか１項に記載の
   方法で製作された静電駆動型アクチュエータであること
   を特徴とする静電駆動型マイクロバルブ。
5. 【請求項５】 静電駆動型マイクロバルブを用いる静電
   駆動型ポンプにおいて、静電駆動型マイクロバルブが少
   なくとも２つ組み合わされた請求項４に記載の静電駆動
   型マイクロバルブであることを特徴とする静電駆動型ポ
   ンプ。