DE19509026A1 - Thermische Isolationsstrukturen für Mikrostellglieder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf mikrominiaturisierte Geräte und insbesondere auf Mikro­ stellglieder bzw. Mikroaktoren.

Die Entwicklung von mikrominiaturisierten mechanischen Gerä­ ten hat sich im allgemeinen durch die Verwendung einer Tech­ nik, die als Mikrobearbeitung oder Mikroherstellung bekannt ist, fortentwickelt. Siehe z. B. die Diskussion der Mikroher­ stellung von mechanischen Geräten von Angell u. a. in "Sili­ con Micromechanical Devices", Scientific American (April 1983), Seiten 44-55.

Eine Anforderung beim Entwurf eines mikrominiaturisierten Stellgliedes (im folgenden Mikrostellglied) besteht darin, daß einige mechanische Betätigungseinrichtungen vorgesehen sein müssen. Eine weitere Anforderung besteht darin, daß die Betätigungseinrichtung eine ausreichende Kraft zur zuverläs­ sigen Betätigung schaffen muß. Mikrostellglieder, die in der Form von mikrominiaturisierten Ventilen entwickelt sind, können z. B. als Gasflußregler beim Einstellen des Flusses eines Trägergases durch eine kapillare Säule in einem Gas­ chromatographen verwendet werden. Es kann erforderlich sein, daß das mikrohergestellte Ventil ein bewegliches Bauglied (typischwerweise eine bewegliche Membran, Diaphragma, oder Ventilfront) gegenüber einem Druck von 11 kg pro cm² (200 Pfund pro Quadratinch) öffnet oder schließt; um dies durch­ zuführen kann das bewegliche Bauglied um bis zu 100 µm ver­ schoben werden. Typischerweise wird dem Mikrostellglied Lei­ stung von einer externen Leistungsquelle zugeführt, das eine einer Vielzahl von Techniken verwendet, um die angelegte Leistung in eine Betätigungskraft umzuwandeln. Oft wird die angelegte Leistung teilweise oder vollständig in thermische Energie umgewandelt, und solche Mikrostellglieder können als thermisch getrieben betrachtet werden.

Ein mikrobearbeitetes bimetallisches Diaphragma wird verwen­ det, um eine thermisch getriebene Betätigungskraft in einem Stellglied zu schaffen. Wenn das bimetallische Diaphragma erwärmt wird, werden Spannungen in der Struktur erzeugt, um das Diaphragma abzulenken, wodurch der Fluidfluß zu einem befestigten fluidaufweisenden System geöffnet oder geschlos­ sen wird. In den Fig. 3 und 4 z. B., die dem US-Patent Nr. 5,058,856 entnommen sind, kann ein thermisch getriebenes, mikrominiaturisiertes Ventil 40 aus einer geschlossenen Kon­ figuration, die in Fig. 3 gezeigt ist, in eine offene Konfi­ guration, die in Fig. 4 gezeigt ist, betätigt werden. Das Ventil 40 schließt ein Grundsubstrat 42, das als eine Basis wirkt; eine zentrale Flußöffnung 44, eine untere Peripherie 45 und einen Ventilsitz 46, der die Flußöffnung 44 umgibt, ein. Auf dem Grundsubstrat 42 ist ein oberes Substrat 49 ge­ tragen, das eine feste Peripherie, ein zentrales bewegliches Bauglied 50, eine untere Schicht 48 des beweglichen Bau­ glieds 50 und einen Vorsprung 43 einschließt. Eine Nickel­ schicht 51 und ein zusätzliches serpentinenartiges Nickelmu­ ster in einem Heizelement 52 sind auf einer Siliziumschicht 48 abgeschieden. Ein elektrischer Strom von einer äußeren Leistungsquelle kann durch die Heizelemente 52 geleitet wer­ den, um thermische Energie in der Form einer lokalisierten Erwärmung zu erzeugen, die dann durch die Silizium- und Nickelschichten 48, 51 läuft, um einen Temperaturanstieg von etwa 100°C über die Umgebungstemperatur zu bewirken. Der Temperaturanstieg bewirkt, daß sich das Ventil öffnet, wo­ raufhin ein Gas durch die Flußöffnung 44 fließen wird.

Durch verschiedene Wege und auf verschiedene Arten der Zer­ streuung wird die thermische Energie jedoch verloren. Wenn das Ventil geschlossen ist, wird die thermische Energie von dem Anker 48 durch den Vorsprung 43 in dem oberen Substrat zu dem Ventilsitz 46 und in das Volumen des Grundsubstrats 42 geleitet. Die thermische Energie wird von den Heizwegen 52 durch die feste Peripherie 47 zu dem Grundsubstrat 42 geleitet, und eine Gasphasenleitung tritt von der unteren Schicht 48 zu dem Grundsubstrat 42 auf. Die thermische Ener­ gie kann ferner zu irgendeiner thermisch leitfähigen Struk­ tur fließen, die sich an das Grundsubstrat 42 anschließt. Das Ausmaß des Verlustes an thermischer Energie wird die Temperatur in dem Anker bestimmen; diese Temperatur (und die Rate der Änderung) haben ihrerseits eine erhebliche Auswir­ kung auf das Verhalten des Ventils.

Eine thermisch getriebene Phasenänderung eines Fluids wurde ebenfalls als eine Betätigungskraft bei einem Mikrostell­ glied verwendet; eine thermisch getriebene Expansion oder Kontraktion eines Fluids wurde ebenfalls als eine Betäti­ gungskraft verwendet. Die prinzipiellen Elemente eines Ex­ pansions-Kontraktions-Entwurfs schließen einen Hohlraum ein, der in einem Substrat gebildet ist, wobei eine Wand des Hohlraums eine dünne, bewegliche Membran ist. Der Hohlraum schließt eine feste Molzahl eines Gases oder eines Fluids ein, und wenn sich die Temperatur des Fluids in dem Hohlraum erhöht, ergibt sich keine entsprechende Erhöhung des Druck- Volumen-(P-V)-Produkts des Gases oder Fluids. Die Temperatur des Hohlraums kann z. B. durch das Anlegen eines elektrischen Stromes an ein widerstandbehaftetes Wärmeelement, das auf oder innerhalb des Hohlraums befestigt ist, derart verändert werden, daß das widerstandsbehaftete Element das Gas oder das Fluid, das in dem Hohlraum eingeschlossen ist, erwärmt. Siehe z. B. US-Patent Nr. 4,824,073.

Unabhängig von der Art der thermischen Betätigung, die bei einem Mikrostellglied verwendet wird, bleibt ein allgemeiner Bedarf dahingehend, daß die thermische Energie effizient und effektiv verwendet wird. Energie, die nicht effizient ver­ wendet wird, wird durch das Mikrostellglied in der Form von überschüssige Wärme zerstreut, und das Mikrostellglied lei­ det als ein Ergebnis daraus an einem unerwünschten Lei­ stungsverbrauch. Überdies werden irgendwelche Abschnitte des Mikrostellglieds, die thermisch mit dem thermisch betätigten Bauglied gekoppelt sind, Wärme ansammeln. Als ein Ergebnis kann das Mikrostellglied nicht so schnell wie es erwünscht ist, betätigt werden, aufgrund der Zeitdauer, die das ther­ misch bestätigte Bauglied beim Zerstreuen der Ansammlung von thermischer Energie aufwendet, wenn es aus einem erwärmten in einen nicht-erwärmten (oder gekühlten) Zustand übergeht. Diese Probleme sind bei Mikrostellgliedern, die in Fluid­ flußsteuerungsanwendungen, wie z. B. der pneumatischen Fluß­ steuerung bei der Gaschromatographie, bei denen eine schnelle Betätigung notwendig ist, besonders nachteilhaft.

Dementsprechend besteht ein Bedarf an thermisch betätigten Mikrostellgliedern (und besonders an Mikrostellgliedern, wie sie in Fig. 3 und 4 dargestellt sind) mit einer verbesserten thermischen Isolation des Mikrostellglieds bezüglich einer Tragestruktur.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein thermisch betätigtes Mikrostellglied zu schaffen, das eine verbesserte thermische Isolation bezüglich einer Tragestruktur aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein thermisch betätigtes Mikro­ stellglied nach Anspruch 1, ein mikrominiaturisiertes Ventil nach Anspruch 14 und 17 und durch ein Verfahren zur Bildung eines mikrominiaturisierten Ventils nach Anspruch 18 gelöst.

Ein thermisch betätigtes Mikrostellglied, das auf einem Tra­ gebauteil positionierbar ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sein, um ein erstes Substrat mit einem thermisch betätigten Bauglied, das durch ein thermisches Stellglied derart auswahlmäßig betreibbar ist, daß das erste Substrat dadurch eine thermische Energie erzeugt, und ein zweites Substrat, das einander gegenüberliegende erste und zweite Hauptoberflächen aufweist, einschließen. Das zweite Substrat ist mit der ersten Hauptoberfläche an dem ersten Substrat befestigt. Die zweite Hauptoberfläche definiert eine Isolationszelle zum Einschließen eines Volumens, wenn das zweite Substrat an dem Tragebauteil befestigt ist, um die thermische Masse des Mikrostellgliedes zu reduzieren, und um die thermische Energie, die in dem ersten Substrat erzeugt wird, thermisch zu isolieren.

Bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung kann ein mikrominiaturisiertes Ventil zur Steuerung des Flusses eines Fluids aufgebaut sein, um ein erstes Substrat einzuschließen, das eine erste und eine zweite einander gegenüberliegende Hauptoberfläche aufweist, wobei die erste Hauptoberfläche eine Ventilsitzstruktur ein­ schließt, wobei die zweite Hauptoberfläche eine zentrale und eine periphere Region und eine Isolationszelle einschließt, die zwischen diesen definiert ist, wobei sich ein Flußdurch­ gang zwischen der Ventilsitzstruktur und der zentralen Regi­ on erstreckt. Die zentrale und die periphere Region sind auf dem Trageteil zur Fluidverbindung zwischen dem Flußdurchgang und dem Kanal, und zum Einschließen eines Volumens zwischen der Isolationszelle und dem Trageteil positionierbar, um das erste Substrat dadurch von dem Trageteil thermisch zu iso­ lieren. Ein zweites Substrat kann vorgesehen sein, um einen Anker einzuschließen, der in einer geschlossenen Position in Kontakt mit der Ventilsitzstruktur positionierbar ist, um einen Fluidfluß zu dem Flußdurchgang zu unterbrechen, und um in einer offenen Position einen Fluidfluß durch den Fluß­ durchgang zu ermöglichen. Vorrichtungen zum auswahlmäßigen Verschieben des Ankers zwischen der geschlossenen und der offenen Position sind vorgesehen.

Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines neuartigen Mikrostellgliedes in der Form eines mikrominiaturisierten Ventils schließt das oben beschriebene erste Substrat und ein zweites Substrat ein, das eine untere Hauptoberfläche einschließt, die geätzt ist, um eine zentrale Region, eine periphere Region und einen durch diese umgebenen Durchgang zu bilden, um eine Isolationszelle zu definieren. Eine Sub­ stratplatte definiert eine zentrale Bohrung, die koaxial mit dem Flußdurchgang beim Befestigen der Substratplatte auf der unteren Hauptoberfläche ausrichtet ist, um die Isolations­ zelle anstelle des Tragebauglieds einzuschließen.

Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines neuartigen Mikrostellgliedes in der Form eines mikrominiaturisierten Ventils schließt ein erstes Substrat mit einem thermisch be­ tätigten Bauglied, das durch ein thermisches Bauglied aus­ wahlmäßig betrieben wird, wobei das erste Substrat dadurch eine thermische Energie darin erzeugt; und ein zweites Sub­ strat mit einer ersten und einer zweiten einander gegenüber­ liegenden Hauptoberfläche ein, wobei das zweite Substrat mit der ersten Hauptoberfläche an dem ersten Substrat befestigt ist. Die zweite Hauptoberfläche umfaßt eine zentrale und eine periphere Region, wobei sich ein Flußdurchgang zwischen der zentralen Region und der ersten Hauptoberfläche er­ streckt, um einen Fluidfluß dort hindurch zu ermöglichen. Der Flußdurchgang wird durch das Betätigen des thermisch betätigten Bauglieds einer Schließung ausgesetzt. Eine An­ schlußplatte schließt eine obere und eine untere einander gegenüberliegende Oberfläche und einen Flußanschluß dazwi­ schen ein, wobei die obere Oberfläche eine Isolationszelle zum Einschließen eines Volumens definiert. Die obere Ober­ fläche der Anschlußplatte ist an der zweiten Hauptoberfläche befestigt, wobei der Flußanschluß mit dem Flußdurchgang und dem Flußkanal ausgerichtet ist, um die Isolationszelle ein­ zuschließen, um dadurch zumindest einen Teil der thermischen Energie, die in dem ersten Substrat erzeugt wird, thermisch zu isolieren.

Ein thermisch betätigtes Mikrostellglied, das gemäß den Leh­ ren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wird eine Re­ duzierung der durch das thermische Stellglied verbrauchten Leistung aufweisen. Das Vorhandensein der Isolationszelle reduziert ebenfalls die thermische Masse des Mikrostell­ gliedes und erhöht dementsprechend dessen Empfindlichkeit.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenquerschnitt-Explosionsdarstellung eines Mikrostellgliedes, das gemäß der vorliegenden Erfin­ dung aufgebaut wurde, und dessen Verwendung als ein mikrominiaturisiertes Ventil bevorzugt ist;

Fig. 2 eine Draufsichtdarstellung der Unterseite des Mikro­ stellglieds aus Fig. 1;

Fig. 3 und 4 Seitendarstellungen eines mikrominiaturisie­ rten Ventils nach dem Stand der Technik, das einmal im geschlossenen und einmal im offenen Modus gezeigt ist;

Fig. 5 bis 11 Schritte zur Herstellung eines ersten bevor­ zugten Ausführungsbeispiels eines Grundsubstrats zur Verwendung mit dem Mikrostellglied aus Fig. 1;

Fig. 12, 13 und 14 zweite, dritte und vierte bevorzugte Aus­ führungsbeispiele eines Grundsubstrats zur Verwen­ dung mit dem Mikrostellglied aus Fig. 1;

Fig. 15 und 16 ein zweites bzw. drittes bevorzugtes Ausfüh­ rungsbeispiel eines Mikrostellglieds, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut wurde, und dessen Verwendung als mikrominiaturisiertes Ventil bevor­ zugt wird.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf thermische Isola­ tionsstrukturen für Mikrostellglieder. Während die folgende Beschreibung auf ein Mikrostellglied in der Form eines mi­ krominiaturisierten Ventils gerichtet ist, wird davon ausge­ gangen, daß die Lehren der vorliegenden Erfindung ihre An­ wendung bei anderen Typen von thermisch getriebenen Mikro­ stellgliedern finden. Diese Charakterisierung der Stellglie­ der als "thermisch getrieben" bedeutet, daß Mikrostellglie­ der eingeschlossen sind, die durch die Umwandlung einer an­ gelegten Menge von Energie in eine Betätigungskraft zur Be­ wegung eines beweglichen Bauglieds betrieben werden, wobei der Umwandlung die Erhaltung oder Isolation der thermischen Energie zugute kommt, die während der Umwandlung erzeugt werden kann. Beispiele sind Mikrostellglieder, die durch Kräfte getrieben sind, die in einem Prozeß der Expansion/ Kontraktion eines Gases oder einer Flüssigkeit, der Phasen­ änderung des Gases oder der Flüssigkeit, oder gemäß den Än­ derungen bei bimetallischen oder Gedächtniseffektmaterialien entwickelt werden. Dementsprechend wird die vorliegende Er­ findung ihre Anwendung bei einer Vielzahl von Mikrostell­ gliedern finden, die verwendet werden können, um auf der Grundlage eines mechanischen Geräts oder Systems, oder auf­ grund eines physikalischen Phänomens, wie z. B. dem Fluß eines Fluids (einschließlich von Gasen und Flüssigkeiten), elektrischen oder elektronischen Parametern (wie z. B. Kapa­ zität, Stromfluß und Spannungspotential), akustischen und optischen Parametern (wie z. B. Reflexion, Absorption oder Brechung) oder einfachen Dimensionsparametern (wie z. B. Be­ schleunigung, Druck, Länge, Tiefe usw.) betrieben zu werden.

In Fig. 1 schließt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel eines neuartigen Mikrostellglieds in der Form eines mikrominiaturisierten Ventils 10A, das auf einem Tragebau­ teil 11 mit einem Flußkanal 11A befestigbar ist, ein Grund­ substrat 12 ein, das als Basis dient. Das Grundsubstrat 12 ist bevorzugterweise ein Siliziumchip, der aus einem Wafer unter der Verwendung von Stapelverarbeitungsschritten herge­ stellt wurde. An seiner Peripherie ist das Grundsubstrat et­ wa 1000 µm dick. Ein zentraler Flußdurchgang 14 ist durch das Grundsubstrat 12 gebildet. (Die Bezeichnung "Durchgang" wird hier in Übereinstimmung mit seiner typischen Verwendung in der Herstellungstechnik für integrierte Schaltungen ver­ wendet, wo es einen feinen Hohlraum oder ein Durchgangsloch in einer hergestellten Schicht beschreibt.) Auf dem Grund­ substrat 12 ist ein oberes Substrat 15 getragen, das eben­ falls aus Silizium gebildet ist, das eine feste Peripherie 16 und ein thermisch betätigtes Bauglied in der Form eines Zentralvorsprungs 18 einschließt. Die Länge und die Breite des oberen Substrats 15 stimmen grob mit den jeweiligen Ab­ messungen des Grundsubstrats 12 überein. Die Struktur und der Betrieb des oberen Substrats 15 sind im US-Patent Nr. 5,058,856 offenbart, dessen Offenbarung hiermit durch Bezug­ nahme aufgenommen ist. Kurz gesagt ist eine Schicht 19 aus Nickel auf dem oberen Substrat unter Verwendung der Techni­ ken des Verdampfens, der Photolithographie und des Elektro­ plattierens abgeschieden und strukturiert. Ein Array von Beinen 20 und 22 verbindet die feste Peripherie 16 mit dem Zentralvorsprung 18. Die Dicke des Siliziums, das die Beine bildet, ist ein Faktor beim Bestimmen der Größe der maxima­ len Öffnung des mikrominiaturisierten Ventils 10A. Daher wird sich die ideale Dicke der Siliziumschicht entsprechend der Anwendung verändern.

Das Grundsubstrat 12 schließt einen Ventilsitz 28 ein, auf dem der Vorsprung 18 aufsitzt, wenn der Vorsprung in seiner geschlossenen Position ist. Der Ventilsitz 28 erstreckt sich von einer Aussparung 30A in einer oberen Hauptoberfläche 30 des Grundsubstrats 12. Der Ventilsitz 28 ist durch anisotro­ pes Ätzen des Grundsubstrats 12 auf der oberen Hauptoberflä­ che 30 des Substrats gebildet. Wie es nachfolgend vollstän­ diger beschrieben wird, ist eine Isolationszelle 34 durch Formen einer unteren Hauptoberfläche 38 in eine zentrale Re­ gion 38A und in eine periphere Region 38B, die durch eine Einfassung 38C getrennt sind, definiert. Wenn die Nickel­ schicht 19 in dem oberen Substrat 15 durch den Durchgang eines elektrischen Stromes erwärmt wird, bewirkt die Dif­ ferenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Sili­ ziums und des Nickels, daß sich die Beine biegen, wodurch sich der Vorsprung 18 von dem Grundsubstrat 12 weg anhebt. Wenn der Vorsprung von dem Grundsubstrat 12 beabstandet ist, bildet der Flußdurchgang 14 eine Fluidverbindung zwischen dem Flußkanal 11A und den umgebenden Bereichen 24 und 26. Diese Bereiche 24 und 26 sind ihrerseits mit einer Vorrich­ tung (nicht dargestellt) in einer Fluidverbindung, an die oder von der ein Fluß durch das mikrominiaturisierte Ventil 10A reguliert werden soll.

Die Einfassung 38C hat bevorzugterweise eine Dicke, die aus­ reichend gering ist, um ihre Auswirkung als lateraler Neben­ schluß (z. B. Leiter) der thermischen Energie, die von den Füßen 20, 22 ausgeht, die durch das Gas innerhalb der Ein­ fassungsbereiche 24, 26 zu der Einfassung 38C geleitet wird, zu minimieren. Eine bevorzugte Dicke der Einfassung 38C wird im Bereich von etwa 1 bis 10 µm ausgewählt. Die durch die Isolationszelle 34 besetzte Fläche liegt bevorzugterweise zwischen 10 und 90 Prozent des Oberflächenbereichs der un­ teren Hauptoberfläche 38; die Tiefe der Isolationszelle liegt bevorzugterweise zwischen 10 und 90 Prozent der Ge­ samtdicke des Grundsubstrats 12. Wenn das Ventil 10A an dem Tragebauteil 11 befestigt wird, wird dadurch ein Volumen, das mit Gas, wie z. B. Luft oder Stickstoff (abhängig von den Umgebungsbedingungen, bei denen das Substrat auf das Trage­ bauteil befestigt wird), gefüllt ist, in der Isolationszelle eingeschlossen. Das eingeschlossene Volumen wirkt folglich als ein thermischer Isolator, und das Vorhandensein der Iso­ lationszelle 34 ermöglicht dementsprechend eine größere Bei­ behaltung der thermischen Energie, die in dem oberen Sub­ strat 15 erzeugt wird. Durch Bereitstellen der Isolations­ zelle 34 wird ferner die thermische Masse des Grundsubstrats 12 erheblich reduziert und dementsprechend weniger ther­ mische Energie wird sich in dem Grundsubstrat 12 ansammeln, und der thermische Widerstand des thermischen Weges zwischen dem Grundsubstrat 12 und dem Tragebauteil 11 wird erhöht.

Obwohl das Ventil 10A als ein Ventil beschrieben wurde, das ein Array von Beinen 20 und 22 einschließt, ist die vorlie­ gende Erfindung nicht auf die Verwendung einer Betätigung durch sich biegende Beine beschränkt. Die Struktur, die den Zentralvorsprung 18 mit der festen Peripherie 16 verbindet, kann z. B. statt dessen ein festes, kreisförmiges Diaphragma sein, das auswahlmäßig ausgelenkt wird, um den Fluidfluß zwischen dem Flußdurchgang 15 und den Bereichen 24 und 26 zu regeln. Die Breite des Ventilsitzes 28 kann ohne weiteres geändert werden, ist aber ausgewählt, um ausreichend groß zu sein, daß der Ventilsitz beim wiederholten Schließen des Vorsprungs 18 keinem Bruch ausgesetzt wird. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Flußöffnung 14 200 Quadratmikro­ meter groß, während die sich radial nach außen erstreckende Peripherie der Trageoberfläche 240 Quadratmikrometer groß ist. Wie es im US-Patent Nr. 5,058,856 offenbart ist, ver­ bessert die dargestellte Konfiguration des Ventilsitzes 28 und der Flußöffnung 14 sowohl die pneumatischen als auch die thermischen Charakteristika des mikrominiaturisierten Vent­ ils 10A. Ein besonders vorteilhafter Ventilsitz kann im US- Patent Nr. 5,333,831 mit dem Titel "High Performance Micro­ machined Valve Orifice and Seat" gefunden werden, dessen Offenbarung hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.

Die Schritte zur Herstellung des Ventils 10A laufen im all­ gemeinen wie folgt ab. Auf einen ersten Wafer aus Silizium, der als Öffnungswafer bezeichnet wird, wird ein Prozeß von Stapelherstellungstechniken zur Siliziummikrobearbeitung an­ gewendet, um bestimmte Merkmale, wie z. B. den erhöhten Ven­ tilsitz 28, herzustellen. Nach diesen Herstellungsschritten wird der Öffnungswafer durch Sägen des Wafers in einzelne Öffnungschips getrennt, und jeder Öffnungschip wird gereinigt. (Die bestimmten Schritte zur Herstellung des Grundsubstrats in dem Öffnungswafer sind anhand der Fig. 5-11 nachfolgend beschrieben.) Ein zweiter Wafer aus Silizium, als Stell­ gliedwafer bezeichnet, erhält eine Siliziumdioxidschicht und dann eine Siliziumnitridschicht auf der oberen und der unte­ ren Hauptoberfläche des zweiten Wafers. Diese Schichten wer­ den photolithographisch auf der oberen und der unteren Hauptoberfläche strukturiert, um die Bereiche zu bilden, die später geätzt werden. Die Siliziumdioxid- und Siliziumni­ tridschicht werden z. B. auf der unteren Hauptoberfläche des Stellgliedwafers strukturiert, um Regionen zu definieren, die zum Vorsprung 18 werden. Als nächstes wird eine Nickel­ schicht auf der oberen Hauptoberfläche unter Verwendung von Verdampfung oder Zerstäubung abgeschieden, und dieses Nickel wird strukturiert, um sowohl Dünnfilm-Widerstandsregionen als auch andere Regionen, die später mit dickem Nickel elek­ troplattiert werden, zurückzulassen. Eine Photoresistschicht wird abgeschieden, und photolithographisch strukturiert, und geätzt, um Löcher durch das Photoresist zu definieren. Als nächstes wird eine Elektroplattierung ausgeführt, um dicke Nickelregionen zu bilden. Während die obere Hauptoberfläche des Stellgliedwafers durch die Nickel- oder Nitridschichten geschützt ist, wird die untere Hauptoberfläche des Wafers in wäßrigem Kaliumhydroxid geätzt, wobei sich (neben anderen Dingen) der Vorsprung 18 auf der unteren Seite des Stell­ gliedwafers bildet. Ausgewählte Abschnitte der Nitridschicht werden dann durch Plasmaätzen entfernt, um ein weiteres Ätzen in Kaliumhydroxid (KOH) auf beiden Seiten des Wafers zu ermöglichen, um die Bereiche zwischen den Beinen zu ent­ fernen. Die einzelnen Ventile 10A können gehäust sein und auf das Tragebauteil 11 durch bekannte Techniken gebondet sein, bevorzugterweise beim Vorhandensein einer Atmosphäre mit trockener Luft oder eines Gases mit niedriger ther­ mischer Leitfähigkeit, wie z. B. Stickstoff, derart, daß die Isolationszelle 34 geeignet mit Gas gefüllt ist. Alternativ kann für eine sogar noch größere thermische Isolation das fertiggestellte Ventil 10A auf dem Tragebauteil 11 in einer evakuierten Umgebung derart zusammengebaut und gebondet wer­ den, daß die Isolationszelle 32 ein Vakuum oder ein Fast- Vakuum einschließt.

Die Fig. 5 bis 10 stellen ein Verfahren zur Herstellung des Grundsubstrats 12 des Ventils 10A dar. In Fig. 5 werden her­ kömmliche Maskierungsmaterialien photolithographisch auf beiden Hauptoberflächen des Siliziumwafers 60 strukturiert. Ihre Hauptoberfläche hat eine erste Schicht aus Siliziumoxid 62 und 64 und eine äußere Schicht aus Siliziumnitrid 66 und 68. Unter Verwendung herkömmlicher Plasmaätztechniken werden etwa 50 Prozent der äußeren Nitridschicht 66 auf der oberen Oberfläche bei Abschnitten der Schicht entfernt, wobei dicke Nitridbereiche 70 und 72 zur Verwendung beim Definieren eines Ventilsitzes zurückgelassen werden, und wobei äußere dicke Nitridbereiche 74 und 76 zur Verwendung beim Definie­ ren der Ausbreitung der oberen Ventilfront verwendet werden.

Auf der unteren Oberfläche des Siliziumwafers 60 werden die Oxid- und die Nitridschicht 64 und 68 in einer zentralen Re­ gion vollständig weggeätzt. Beim Ätzen des puren Oxids wird Fluorwasserstoffsäure (Flußsäure) verwendet.

In Fig. 6 wird Kaliumhydroxid (KOH) verwendet, um durch die Zentralregion des Bodens des Siliziumwafers 60, der beim Ätzen der Sililziumnitridschicht 68 und der Oxidschicht 64 freigelegt wurde, zu ätzen. Das Silizium wird entlang der (111)-Ebenen langsamer geätzt, wodurch sich die geneigten Wände 78 und 80 einstellen. Das anisotrope Ätzen des Sili­ ziumwafers wird Wände erzeugen, die einen Winkel von etwa 54 Grad aufweisen. Das anisotrope Ätzen erstreckt sich teilwei­ se durch den Siliziumwafer.

In Fig. 7 und 8 wird die Siliziumnitridschicht 66 geätzt, um einen Teil der vorherigen dicke Bereiche 70, 76 zurückzulas­ sen, und um die Siliziumnitridschicht 66 zwischen den dicken Bereichen vollständig zu entfernen, und die periphere Re­ gion, die die Zentralregion des Bodens des Siliziumwafers 60 umgibt, wird durch Ätzen der jeweiligen Abschnitte der Si­ liziumnitridschicht 68 und der Siliziumoxidschicht 64 frei­ gelegt. Kaliumhydroxid (KOH) wird verwendet, um durch die zentrale und die periphere Region zu ätzen. Das Silizium wird entlang der (111)-Ebenen langsamer geätzt, wodurch die geneigten Wände 78 und 80 erzeugt werden. Das anisotrope Ätzen des Siliziumwafers wird Wände hervorrufen, die einen Winkel von etwa 54,7 Grad aufweisen. Das anisotrope Ätzen der zentralen Region erstreckt sich durch den Siliziumwafer. Das freigelegte Oxid 62 wird dann in Flußsäure geätzt. Als ein Ergebnis wird ein zentraler Durchgang 81 mit einer obe­ ren und einer unteren Öffnung vollständig durch den Sili­ ziumwafer 60 gebildet, und eine Zelle 82 wird um den zentra­ len Durchgang gebildet. Der zentrale Durchgang 81 stellt je­ doch nicht den abschließenden Flußdurchgang, der herzustel­ len ist, dar. Das Ätzen von der unteren Oberfläche des Sili­ ziumwafers 60 schafft vielmehr die "rohe" Form des Fluß­ durchgangs.

In Fig. 8 wird dann ein anisotroper Ätzvorgang unter der Verwendung von KOH auf beide Hauptoberflächen des Halblei­ terwafers 60 angewendet. Die freigelegten Bereiche der obe­ ren Oberfläche des Wafers werden geätzt, um invertierte und abgerundete, pyramidenförmige Fronten 82 und 84 zu bilden. Die Tiefen der abgerundeten, pyramidenförmigen Fronten wer­ den sich abhängig von der Dauer des KOH-Ätzvorganges verän­ dern. Anfänglich wird der Ätzvorgang, der auf die obere Oberfläche angewendet wird, die geneigten Wände 86 und 88 erzeugen, die nach unten und nach innen entlang der (111)- Ebenen gewinkelt sind. Im wesentlichen vertikale Wände 90 und 92 verbinden die radial nach innen gerichteten Wände 86 und 88 mit den vorhergehend gebildeten Wänden 78 und 80. Wenn sich der anisotrope Ätzvorgang an den entgegengesetzten Seiten des Siliziumwafers 60 fortsetzt, bewegen sich die vertikalen Wände 90 und 92 nach unten, wie es in Fig. 9 ge­ zeigt ist. Die abschließende Konfiguration des Ventilsitzes beginnt sich zu bilden, wenn der anisotrope Ätzvorgang, der an der oberen Oberfläche stattfindet, parallele, einander gegenüberliegende Wände 94 und 96 und parallele, einander gegenüberliegende Wände 98 und 100 schafft. Wie es in dieser Figur gezeigt ist, erhöht sich die Tiefe der invertierten und abgerundeten pyramidenförmigen Fronten 82 und 84 mit der Ätzdauer.

In Fig. 10 sind die vertikalen Wände 90 und 92 nach unten gewandert, und die pyramidenförmigen Fronten 82 und 84 haben eine vergrößerte Tiefe. Die Querschnittsgeometrie des Ven­ tilsitzes, wie sie durch die parallelen Wände 94 und 96 und die parallelen Wände 98 und 100 definiert ist, bleibt jedoch unverändert. Wie es in Fachkreisen gut bekannt ist, ändert sich die Geometrie an den Ecken, so daß Schritte durchge­ führt werden müssen, um geeignete Ergebnisse an den Masken­ ecken sicherzustellen. Wenn es erwünscht ist, kann der Ätz­ vorgang angehalten werden, bis die vertikalen Wände 92 nun die untere Oberfläche des Siliziumwafers 60 erreichen, wo­ durch an der Öffnung des sich ergebenden Flußdurchgangs 90- Grad-Ecken geschaffen werden.

In Fig. 11 wurde das Maskenmaterial von der oberen und der unteren Oberfläche des Siliziumwafers, der das Grundsubstrat 12 aus Fig. 1 und 2 darstellt, entfernt. Das Substrat schließt den Ventilsitz 28 und die Trageoberfläche 32 auf der Oberfläche des Ventilsitzes ein. Ein zentraler Fluß­ durchgang 14 mit den oben beschriebenen Vorteilen wurde her­ gestellt.

Ein zweites und ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Grundsubstrats, das gemäß den vorangegangenen Schritten gebildet wurde, mit einigen Veränderungen, sind jeweils in Fig. 12 und 13 dargestellt. In Fig. 12 ist ein Wafer 102 (bevorzugterweise aus Silizium gebildet) auf seiner oberen und seiner unteren Oberfläche mit jeweiligen photolithographisch strukturierten Schutzschichten (bevor­ zugterweise aus Siliziumnitrid) in Strukturen, die ähnlich denjenigen sind, die in Fig. 5 bis 7 gezeigt sind, struktu­ riert. Die obere Schutzschicht ist strukturiert, um Schutz­ regionen zu bilden, und der Wafer 102 wird dann von beiden Seiten in KOH geätzt, um einen zentralen Durchgang 114, ver­ tikale Wände 124 und 126, eine Durchgangswand 128, einen Tragesitz 152 und eine Isolationszelle 134 zu schaffen. In Fig. 13 schließt ein Wafer 202 eine strukturierte Schicht 203 ein, die aus einem Material gebildet ist, das eine ther­ mische Leitfähigkeit hat, die im wesentlichen niedriger ist als die des Materials, das den Rest des Wafers 202 bildet. Bevorzugterweise ist der Wafer 202 aus Silizium gebildet, und die strukturierte Schicht 203 ist aus Siliziumoxid (SiO₂) gebildet. Der Wafer 202 ist auf seiner oberen und seiner unteren Oberfläche mit jeweiligen photolithographisch strukturierten Schutzschichten (bevorzugterweise aus Silizi­ umnitrid) mit Strukturen, die ähnlich denjenigen sind, die in Fig. 5 bis 7 gezeigt sind, bedeckt. Der Wafer 202 wird dann von beiden Seiten in Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) geätzt, um einen zentralen Durchgang 214, vertikale Wände 224 und 226, eine Durchgangswand 228, einen Tragesitz 232 und eine Isolationszelle 234 zu schaffen. Da die strukturie­ rte Schicht 203 eine geringere thermische Leitfähigkeit auf­ weist als der Wafer 202, wird von dem Tragesitz 232 weniger thermische Energie geleitet, wodurch die thermische Isola­ tion des oberen Substrats 115 erhöht wird.

Ein viertes Ausführungsbeispiel eines Sitzes ist in Fig. 14 dargestellt. Ein Wafer 242 (der bevorzugterweise aus einem präzisionsgeätztem Material mit einem niedrigen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten gebildet ist), ist auf seiner oberen und seiner unteren Oberfläche mit jeweiligen photo­ lithographisch strukturierten Schutzschichten mit Struktu­ ren, die denjenigen ähnlich sind, die in Fig. 5 bis 7 darge­ stellt sind, bedeckt. Die obere Schutzschicht ist struktu­ riert, um Schutzregionen zu bilden, und der Wafer 224 wird dann von beiden Seiten in Säure geätzt, um einen zentralen Durchgang 244, einen Tragesitz 243, eine vertikale Seiten­ wand 245, und eine Isolationszelle 248 zu schaffen. Eine be­ vorzugte Zusammensetzung des präzisionsätzbaren Materials mit einem niedrigen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten ist photosensitives Glas; geeignete Zusammensetzungen können aus den FOTOFORM Glasprodukten und FOTOCERAM Glas-Keramik­ produkten ausgewählt werden, die von der Corning Fotoform Products Group, Corning NY erhältlich sind.

Ein zweites und ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines neuartigen Mikrostellgliedes in der Form eines mikro­ miniaturisierten Ventils ist jeweils in Fig. 15 und 16 dar­ gestellt. In Fig. 15 schließt ein zweites mikrominiaturi­ siertes Ventil 10B das obere Substrat 15, das anhand der Fig. 1 beschrieben wurde, und ein Grundsubstrat 252, das einen Ventilsitz 262, der sich von einer Vertiefung 253A in einer oberen Hauptoberfläche 253 erstreckt, ein. Der Ventil­ sitz 262 und die Vertiefung 253A sind durch Präzisionsätzen des Grundsubstrats 252 auf der oberen Hauptoberfläche 253 des Substrats gebildet. Das Grundsubstrat 252 schließt eine untere Hauptoberfläche 258 ein, die geätzt ist, um eine Zen­ tralregion 258A, eine periphere Region 258B und eine Durch­ gangseinfassung 265 zu bilden, um eine Isolationszelle 264 zu definieren. Der Flußdurchgang 254 und die Isolationszelle 264 sind durch Präzisionsätzen des Grundsubstrats 252 auf der unteren Hauptoberfläche 258 gebildet. Eine Grundsub­ stratplatte 266 definiert eine zentrale Bohrung 266, die eine Größe hat und angeordnet ist, um beim Bonden der Grund­ substratplatte 266 mit der unteren Hauptoberfläche 258 ko­ axial mit dem Flußdurchgang 254 ausgerichtet zu sein. Das Grundsubstrat 252 und die Grundsubstratplatte 266 sind be­ vorzugterweise aus einem präzisionsätzbaren Material mit einem niedrigen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten zu­ sammengesetzt, um die Leitung von thermischer Energie von dem Ventilsitz 262 zu dem Tragebauteil 11 zu minimieren. Eine solche bevorzugte Zusammensetzung ist das oben be­ schriebene photosensitive Glas. Es ist ebenfalls bevorzugt, daß die Grundsubstratplatte 266 in einer geeigneten Umgebung an die untere Hauptoberfläche 258 derart gebondet wird, daß die Isolationszelle 264 ein gasgefülltes oder evakuiertes Volumen einschließt, um die thermische Isolation zu maximieren.

In Fig. 16 schließt ein drittes bevorzugtes Mikrominiaturi­ sierungsventil 10C ein Grundsubstrat 352 ein, das einen Ven­ tilsitz 362 einschließt, der sich von einer Vertiefung 353A in einer oberen Hauptoberfläche 553 nach oben erstreckt. Der Ventilsitz 262 ist durch Ätzen des Grundsubstrats 252 auf der oberen Hauptoberfläche 353 des Substrats gebildet. Das Grundsubstrat 352 schließt eine untere Hauptoberfläche 358, eine Durchgangseinfassung 365 und einen Flußdurchgang 354, der durch Ätzen des Grundsubstrats 352 auf der oberen Haupt­ oberfläche 353 gebildet ist, ein. Das Grundsubstrat 352 wird auf eine Anschlußplatte 311 gebondet, die gepreßt, gerän­ delt, geätzt und durch andere bekannte Verfahren ansonsten verändert wurde, um eine Isolationszelle 374, die oberhalb eines Flußanschlusses 376 angeordnet ist, einzuschließen. Es wird ebenfalls bevorzugt, daß das Grundsubstrat 353 in einer geeigneten Umgebung derart mit der Ventiltrageplatte 370 ge­ bondet wird, daß die Isolationszelle ein gasgefülltes oder evakuiertes Volumen einschließt, um die thermische Isolation des dritten mikrominiaturisierten Ventils 10C zu maximieren. Die Anschlußplatte 317 kann durch bekannte Einrichtungen mit dem Trageteil 311 gebondet oder an diesem befestigt sein, während der Flußanschluß 376 mit dem Flußkanal 311A koaxial ausgerichtet ist, um einen ungestörten Fluß durch den Fluß­ kanal 11A und den Flußanschluß 376 zu dem Flußdurchgang 354 zu ermöglichen. Ähnlich wie das Grundsubstrat 252 des zwei­ ten bevorzugten Ausführungsbeispiels besteht das Grundsub­ strat 352 des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels be­ vorzugterweise aus einem präzisionsätzbaren Material mit einem niedrigen thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten, um die Leitung der thermischen Energie von dem Ventilsitz 362 zu der Anschlußplatte 370 zu minimieren. Eine solche bevor­ zugte Zusammensetzung ist das oben beschriebene photosensi­ tive Glas. Die Anschlußplatte 370 kann aus einem präzisions­ ätzbaren Material, wie z. B. photosensitivem Glas zur ver­ besserten thermischen Isolation gebildet sein, oder (bei we­ niger anspruchsvollen Anwendungen) aus anderen Materialien, wie z. B. Metall oder Kunststoff.

Obwohl beschrieben wurde, daß die vorliegende Erfindung aus Silizium oder photosensitivem Glassubstrat hergestellt wird, können andere Materialien verwendet werden. Andere kristal­ line Substrate, wie z. B. Galliumarsenid, können z. B. verwen­ det werden, und Veränderungen der Struktur der offenbarten Ausführungsbeispiele können durch Verwendung von unter­ schiedlichen Strukturen der ätzbeständigen Bedeckungen be­ wirkt werden. Zusätzlich können alternative Abdeckungen, wie z. B. Siliziumdioxid auf der Oberfläche der fertiggestellten Struktur abgeschieden werden oder auf dieser aufgewachsen werden.

Claims (19)

1. Thermisch betätigtes Mikrostellglied, das auf einem Tragebauteil (11) befestigbar ist, mit folgenden Merk­ malen:
einem ersten Substrat (15) mit einem thermisch betätig­ ten Bauglied (18), das auswahlmäßig durch ein thermi­ sches Stellglied betrieben wird, wobei das erste Sub­ strat (15) dadurch eine thermische Energie in diesem entwickelt; und
einem zweiten Substrat (12; 252) mit einander gegen­ überliegender erster und zweiter Hauptoberfläche (30, 38; 253, 258), wobei das zweite Substrat mit der ersten Hauptoberfläche (30; 253) an dem ersten Substrat (15) befestigt ist und mit der zweiten Hauptoberfläche (38; 258) an dem Tragebauteil (11) befestigbar ist, wobei die zweite Hauptoberfläche eine Isolationszelle (34; 264) zum Einschließen eines Volumens definiert, wenn das zweite Substrat (12; 352) an dem Tragebauteil (11) befestigt ist, um dadurch die thermische Masse des Mikrostellglieds zu reduzieren, und um die thermische Energie, die in dem ersten Substrat (15) erzeugt wird, thermisch zu isolieren.

2. Mikrostellglied nach Anspruch 1, bei dem die Isola­ tionszelle (34; 264) zwischen 10 und 90 Prozent des Oberflächenbereichs der zweiten Hauptoberfläche (38; 258) einnimmt, und bei dem die Tiefe der Isolations­ zelle (34; 264) zwischen 10 und 90 Prozent der Ge­ samtdicke des zweiten Substrats (12; 252) liegt.

3. Mikrostellglied nach Anspruch 1, bei dem das zweite Substrat (12; 252) einen Siliziumwafer umfaßt.

4. Mikrostellglied nach Anspruch 1, bei dem das zweite Substrat (12; 252) ein photosensitives Glasmaterial umfaßt.

5. Mikrostellglied nach Anspruch 1, bei dem das thermische Stellglied ferner folgende Merkmale aufweist:
eine erste und eine zweite Materialschicht mit jeweils unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten; und
eine Heizeinrichtung, die thermisch mit einer der er­ sten und zweiten Schicht gekoppelt ist, um eine unter­ schiedliche Ausdehnung der ersten und der zweiten Schicht herbeizuführen.

6. Mikrostellglied nach Anspruch 5, bei dem die erste Ma­ terialschicht Silizium ist, und die zweite Material­ schicht Metall ist.

7. Mikrostellglied nach Anspruch 1, bei dem das erste und das zweite Substrat (15, 12; 252) zusammengebondet sind und bei dem die zweite Hauptoberfläche (38; 258) geeig­ net ist, um an das Tragebauteil (11) gebondet zu werden.

8. Mikrostellglied nach Anspruch 1, bei dem das Volumen mit Gas gefüllt ist.

9. Mikrostellglied nach Anspruch 1, bei dem Volumen eva­ kuiert ist.

10. Mikrostellglied nach Anspruch 1, bei dem die zweite Hauptoberfläche (38; 258) eine zentrale und eine peri­ phere Region (38A, 38B; 258A, 258B) umfaßt, wobei die Isolationszelle (34; 264) zwischen diesen angeordnet ist, und bei dem das zweite Substrat ferner einen Fluß­ durchgang (14; 254) umfaßt, der sich zwischen der zen­ tralen Region und der ersten Hauptoberfläche erstreckt, wobei der Flußdurchgang mit einem Flußkanal (11A) in dem Tragebauteil (11) ausrichtbar ist, um einen Fluid­ fluß dort hindurch zu bewirken, wobei der Flußdurchgang durch Betätigung des thermisch betätigten Bauglieds (18) einer Schließung ausgesetzt ist.

11. Mikrostellglied nach Anspruch 10, das ferner eine Sub­ stratplatte (266) mit einem Flußkanal (268) in dieser umfaßt, wobei der Flußkanal (268) mit dem Flußdurchgang (264) ausgerichtet ist, und wobei die Substratplatte (266) an der zweiten Hauptoberfläche (258) zum Ein­ schließen der Isolationszelle (264) anstelle des Trage­ bauteils (11) befestigt ist.

12. Mikrostellglied nach Anspruch 10, bei dem das zweite Substrat ferner eine Strukturschicht umfaßt, die zwi­ schen der ersten und der zweiten Hauptoberfläche ange­ ordnet ist und sich lateral zwischen dem Flußdurchgang und der peripheren Region erstreckt, wobei die Struk­ turschicht eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die niedriger ist als die thermische Leitfähigkeit des Restes des zweiten Substrats derart, daß der laterale Fluß der thermischen Energie erschwert wird.

13. Mikrostellglied nach Anspruch 12, bei dem das zweite Substrat einen Siliziumwafer umfaßt, und die Struktur­ schicht Siliziumoxid umfaßt.

14. Mikrominiaturisiertes Ventil zum Steuern des Flusses eines Fluids, das in einem Flußkanal (11A) in einem Tragebauteil (11) geführt wird, mit folgenden Merkma­ len:
einem ersten Substrat (15) mit einem thermisch betätig­ ten Bauglied (18), das auswahlmäßig durch ein thermi­ sches Stellglied betrieben wird, wobei dadurch in dem ersten Substrat (15) eine thermische Energie erzeugt wird;
einem zweiten Substrat (352) mit einander gegenüberlie­ gender erster und zweiter Hauptoberfläche (353, 358), wobei das zweite Substrat mit der ersten Hauptoberflä­ che (353) an dem ersten Substrat (15) befestigt ist, wobei die zweite Hauptoberfläche (358) eine zentrale und eine periphere Region umfaßt, wobei sich ein Fluß­ durchgang (354) zwischen der zentralen Region und der ersten Hauptoberfläche erstreckt, um einen Fluidfluß dort hindurch zu bewirken; wobei der Flußdurchgang (354) durch Betätigung des thermisch betätigten Bau­ glieds (18) einer Schließung unterworfen wird; und
einer Anschlußplatte (370) mit einer oberen und einer unteren einander gegenüberliegenden Oberfläche und einem Flußanschluß (376) dazwischen, wobei die obere Oberfläche eine Isolationszelle (374) zum Einschließen eines Volumens definiert, wobei der Flußanschluß (376) mit dem Flußdurchgang (354) und dem Flußkanal (11A) ausgerichtet ist, und wobei die obere Oberfläche an der zweiten Hauptoberfläche (358) befestigt ist, um die Isolationszelle (374) einzuschließen, um dadurch zumin­ dest einen Teil der thermischen Energie, die in dem er­ sten Substrat (15) erzeugt wird, thermisch zu iso­ lieren.

15. Ventil nach Anspruch 14, bei dem das zweite Substrat (352) ein photosensitives Glasmaterial umfaßt.

16. Ventil nach Anspruch 14, bei dem die Anschlußplatte (370) ein photosensitives Glasmaterial umfaßt.

17. Mikrominiaturisiertes Ventil zum Steuern des Flusses eines Fluids, der durch einen Flußkanal (11A) in einem Tragebauteil (11) geführt ist, mit folgenden Merkmalen:
einem Grundsubstrat (12; 252), mit:

• a) einer ersten und einer zweiten, einander gegenüber­ liegenden Hauptoberfläche (38, 30; 258, 253), wobei die erste Hauptoberfläche (38, 258) eine zentrale und eine periphere Region (38A, 38B; 258A, 258B) und eine Isolationszelle (34; 264), die zwischen diesen definiert ist, einschließt, wobei die zweite Haupt­ oberfläche (30; 253) eine Ventilsitzstruktur (68; 262) einschließt, und
• b) einem Flußdurchgang (14; 264), der sich zwischen der Ventilsitzstruktur (28; 262) und der zentralen Re­ gion (38A; 258A) erstreckt, wobei der Flußdurchgang (14; 264) mit dem Tragebauteil (11) zur Fluidverbin­ dung mit dem Kanal (11A) ausrichtbar ist, wobei die erste Hauptoberfläche (38; 258) auf dem Tragebauteil (11) positionierbar ist, um ein Volumen zwischen der Isolationszelle (34; 264) und dem Tragebauteil (11) einzuschließen, um dadurch ein erstes Substrat (15) bezüglich dem Tragebauteil (11) thermisch zu isolie­ ren;

einem oberen Substrat (15) mit einem Vorsprung (18), der bezüglich der Ventilsitzstruktur (28; 262) in eine geöffnete oder geschlossene Position positionierbar ist, um jeweils einen Fluidfluß in dem Flußdurchgang (14; 264) zu ermöglichen oder zu verhindern; und
einem thermischen Stellglied zum auswahlmäßigen Ver­ schieben des Vorsprungs (18) zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position.

18. Verfahren zum Bilden eines mikrominiaturisierten Ven­ tils, das zur Steuerung eines Fluids, das durch einen Flußkanal in einen Tragebauteil geführt ist, angepaßt ist, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen eines ersten Substrats mit einer ersten und einer zweiten Hauptoberfläche;
Strukturieren einer ersten Maske auf der ersten Haupt­ oberfläche, wobei eine erste, freigelegte Region in einer zentralen Region der ersten Hauptoberfläche zu­ rückgelassen wird;
Ätzen der ersten, freigelegten Region, um einen ersten Abschnitt des ersten Substrats freizulegen, wodurch ein erster Durchgang mit ersten geneigten Wänden gebildet wird, die sich zumindest teilweise durch das erste Sub­ strat erstrecken;
Entfernen eines Teils der ersten Maske, wobei eine zweite freigelegte Region auf der Hauptoberfläche zu­ rückgelassen wird, die zwischen dem ersten Durchgang und einer peripheren Region angeordnet ist;
Anisotropes Ätzen der ersten Hauptoberfläche, um die Erweiterung des ersten Durchgangs von der ersten Haupt­ oberfläche zu der zweiten Hauptoberfläche fertigzustel­ len, und um einen zweiten Abschnitt des Substrats, der der zweiten, freigelegten Region zugeordnet ist, zu entfernen, um dadurch eine Isolationszelle zu bilden;
Bereitstellen eines zweiten Substrats, das ein ther­ misch betätigtes Bauglied einschließt, das in einer ge­ schlossenen Position positionierbar ist, um einen Fluidfluß durch den Flußdurchgang zu unterbrechen, und das in einer offenen Position positionierbar ist, um einen Fluidfluß durch den Flußdurchgang zu ermöglichen; und
Zusammenbonden des ersten und des zweiten Substrats.