(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状物質（ＰＭ）モニタと共に使用される分別装置であって、
様々なサイズの粒子を含む空気流を外部から受け取る垂直空気入口を定める本体と、
前記粒子を内部慣性力によってサイズ毎に分離する、前記本体内の複数のマイクロ流体チャネルと、
前記複数のマイクロ流体チャネルのうちの１つと流体連通する、閾値サイズを下回るサイズを有する粒子のための水平空気出口と、
前記複数のマイクロ流体チャネルのうちの１つと流体連通する、閾値サイズを上回るサイズを有する粒子のための垂直空気出口と、
を備え、
前記分別装置は、共に接合された２つのウェハを備え、各ウェハは、素子層と、埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層と、ハンドル層とを含むことを特徴とする分別装置。
【請求項２】
前記垂直空気入口全体に広がって１０μｍよりも大きな空気動力学的粒径を有する粒子が前記垂直空気入口に侵入するのを防ぐフィルタをさらに備える、
請求項１に記載の分別装置。
【請求項３】
前記垂直空気入口は、前記ＰＭモニタに対する面外に存在する、
請求項１に記載の分別装置。
【請求項４】
前記複数のマイクロ流体チャネルは、
前記入口と流体連通し、前記入口から前記分別装置を出る出口まで実質的に直線的な経路で延びる一次チャネルと、
前記一次チャネルから角度を成して延びる１又は２以上の二次チャネルと、
をさらに含む、請求項１に記載の分別装置。
【請求項５】
前記１又は２以上の二次チャネルは、前記一次チャネルから９０度の角度で延びる、
請求項４に記載の分別装置。
【請求項６】
前記垂直空気入口は、第１の直径の開口部と、前記入口から前記一次チャネルに延びる角度付きの壁部を有する加速領域とを含み、前記一次チャネルは、実質的に平行な壁部と、前記第１の直径よりも小さな第２の直径とを有する、
請求項４に記載の分別装置。
【請求項７】
前記素子層は、前記ＢＯＸ層の第１の面に付着し、前記ハンドル層は、前記第１の面の反対側に存在する前記ＢＯＸ層の第２の面に付着する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の分別装置。
【請求項８】
前記垂直空気入口は、前記ハンドル層を貫いて形成される、
請求項７に記載の分別装置。
【請求項９】
前記素子層に形成されて前記１又は２以上の二次チャネルへの開口部を提供する収集プローブをさらに備える、
請求項８に記載の分別装置。
【請求項１０】
大気試料中の成分を分離する方法であって、
分別装置の入口と、ＰＭモニタに対する面外に存在する一次経路とを通じて空気流を導くステップと、
慣性力を付与して、閾値サイズを下回る粒子を、前記一次経路から角度を成して延びる１又は２以上の二次経路に向けるステップと、
を含み、
前記閾値サイズを上回る粒子は、前記一次経路を通って前記分別装置の出口に流れ続け、
前記分別装置は、共に接合された２つのウェハを備え、各ウェハは、素子層と、埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層と、ハンドル層とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
粗粒子フィルタの適用を通じて、前記空気流中の１０μｍよりも大きな平均空気動力学的粒径を有する粒子を前記入口の手前で濾過するステップをさらに含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記１又は２以上の二次経路を辿って進む前記空気流の部分は主流である、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記一次経路を辿って前記出口に進む前記空気流の部分は副流である、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
微細加工垂直分別装置の加工方法であって、
ハンドル層に付着する埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層に付着する素子層から成る３層スタックをそれぞれが含む第１のウェハ及び第２のウェハをエッチングするステップと、
前記第１のウェハの前記素子層が前記第２のウェハの前記素子層に面するように前記第１のウェハを回転させるステップと、
前記第１のウェハの前記素子層を前記第２のウェハの前記素子層に接合するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記エッチングするステップは、
前記第１のウェハの前記素子層及び前記第２のウェハの前記素子層にマスクを施し、前記マスクの周囲で前記素子層をエッチングして、前記マスクの下方の前記素子層の部分が収集プローブを形成するようにするステップと、
前記第１のウェハの前記ハンドル層、ＢＯＸ層及び素子層を貫いてエッチングして一次チャネルの第１の部分を形成するステップと、
前記第２のウェハの前記ハンドル層、ＢＯＸ層及び素子層を貫いてエッチングして前記一次チャネルの第２の部分を形成するステップと、
を含み、
前記第１のウェハの前記ハンドル層及び前記第２のウェハの前記ハンドル層は、それぞれが第１の表面と、前記ＢＯＸ層に付着した第２の表面とを含み、
前記第１のウェハの前記ハンドル層の前記第１の表面において前記一次チャネルの前記第１の部分を形成する開口部は、前記第２のウェハの前記ハンドル層の前記第１の表面において前記一次チャネルの前記第２の部分を形成する開口部よりも大きな直径を有する、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のウェハ及び前記第２のウェハの前記素子層は、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を用いてエッチングされる、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のウェハの前記ハンドル層、ＢＯＸ層及び素子層は、ＤＲＩＥと、等方性及び異方性エッチングの一方又は両方との組み合わせを用いてエッチングされて前記一次チャネルの第２の部分を形成する、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１に記載の微細加工装置を有する粒状物質（ＰＭ）モニタのためのポンプであって、
チャンバを形成する本体と、
各チャンバ内に配置された膜と、
各膜に結合されたアクチュエータと、
前記チャンバと流体連通する入口弁と、
前記チャンバと流体連通する出口弁と、
を備え、
前記アクチュエータは、前記チャンバ内の前記膜を変位させて、前記入口弁を介して前記チャンバ内に空気を引き込む負圧を生成するとともに、前記出口弁を介して前記チャンバから前記空気を排出し、
前記膜は、１又は２以上の膨張／圧縮可能な折り畳み部分を含むことを特徴とするポンプ。
【請求項１９】
前記アクチュエータは、静電アクチュエータ、圧電アクチュエータ又は熱アクチュエータである、
請求項１８に記載のポンプ。
【請求項２０】
前記本体は、それぞれの膜と、それぞれの入口弁と、それぞれの出口弁とを含む１又は２以上のさらなるチャンバを含み、前記それぞれの膜は、前記対応するチャンバ内で変位して、前記それぞれの入口弁を介して前記対応するチャンバ内に空気を引き込むそれぞれの負圧を生成するとともに、前記それぞれの出口弁を介して前記対応するチャンバから前記空気を押し出すことができる、
請求項１８に記載のポンプ。
【請求項２１】
前記チャンバ内における前記膜の作動は、前記ポンプ内で実質的に一定の空気流を供給するように同期する、
請求項２０に記載のポンプ。
【請求項２２】
前記チャンバは、並列又は直列に接続される、
請求項２０に記載のポンプ。
【請求項２３】
前記チャンバは並列に接続され、前記膜は同じ周波数で、ただし位相オフセットして作動する、
請求項２０に記載のポンプ。
【請求項２４】
前記チャンバ間にバランスの取れた流れをもたらすように構成された、前記チャンバに通じる入口チャネルをさらに備える、
請求項２０に記載のポンプ。
【請求項２５】
前記チャンバの上流又は下流に配置されて前記ポンプ内に層流をもたらす１又は２以上のリザーバをさらに備える、
請求項２０に記載のポンプ。
【請求項２６】
前記１又は２以上のリザーバは、能動的又は受動的コンプライアンスをもたらすそれぞれのリザーバ膜を含む、
請求項２５に記載のポンプ。
【請求項２７】
粒状物質（ＰＭ）モニタのための仮想サイクロンであって、
請求項４に記載の前記微細加工垂直分別装置の一次チャネルを通る流路に位置する屈曲部と、
前記屈曲部に位置する収集チャンバと、
を備え、前記流路内の空気が前記屈曲部を通過し、前記空気中の閾値サイズよりも大きなＰＭが前記収集チャンバに入り込む、
ことを特徴とする仮想サイクロン。
【請求項２８】
前記屈曲部は約９０°である、
請求項２７に記載の仮想サイクロン。
【請求項２９】
前記収集チャンバは、前記閾値サイズよりも大きな前記ＰＭを受け取るように構成された取り外し可能な収集面を含む、
請求項２７に記載の仮想サイクロン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１６年１１月９日に出願された米国仮特許出願第６２／４１９，７０５号に対する優先権を主張するものであり、この出願の内容は全体が引用により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
大気粉塵（ＰＭ）汚染物質は、大気中に浮遊している小固体粒子又は液滴である。ＰＭ汚染物質としては、例えば車両の排ガス、タバコの煙、炭塵、火山灰又は花粉を挙げることができる。ＰＭ汚染物質のサイズは、数ナノメートル〜数十ミクロンに及ぶことができる。ＰＭ汚染物質は、呼吸器系又は血流にまで侵入できるサイズのため、人間にとって有害となり得る。従って、ＰＭ汚染物質を検出するためのＰＭモニタが開発されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、既存のＰＭモニタは、異なるタイプの場所に携帯して便利に使用できるサイズ及び構成を有していない。また、既存のＰＭモニタは、一般に異なるタイプの場所の温度、湿度などの変動に起因して、ＰＭ汚染物質の正確な測定値を確実に提供することができない。さらに、既存のＰＭモニタは、低コストの微量生産に適していない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の実施形態は、空気中の微小粒状物質（ＰＭ）の濃度を測定するＰＭモニタと共に使用されてその内部に組み立てられる微細加工分別装置の加工及び／又は実装に関する。実施形態は、既存の分別装置及びＰＭモニタの欠点に対処してコンパクト性及び加工可能性を強化する。
【０００５】
１つの実施形態例では、粒状物質（ＰＭ）モニタと共に使用される分別装置を提供する。この分別装置は、様々なサイズの粒子を含む空気流を外部から受け取る垂直空気入口を定める本体と、内部で慣性力を付与して粒子をサイズ毎に分離する複数のマイクロ流体チャネルとを含む。分別装置は、閾値サイズを下回るサイズを有する粒子のための水平空気出口と、閾値サイズを上回るサイズを有する粒子のための垂直空気出口とをさらに含む。
【０００６】
別の実施形態例では、微細加工垂直分別装置の加工方法を提供する。この方法は、ハンドル層に付着する埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層に付着する素子層から成る３層スタックをそれぞれが含む第１のウェハ及び第２のウェハをエッチングするステップを含む。方法は、第１のウェハの素子層が第２のウェハの素子層に面するように第１のウェハを回転させるステップと、第１のウェハの素子層を第２のウェハの素子層に接合するステップとをさらに含む。
【０００７】
方法は、第１のウェハの素子層及び第２のウェハの素子層にマスクを施し、このマスクの周囲で素子層をエッチングして、マスクの下方の素子層の部分が収集プローブを形成するようにするステップと、第１のウェハのハンドル層、ＢＯＸ層及び素子層を貫いてエッチングして一次チャネルの第１の部分を形成するステップと、第２のウェハのハンドル層、ＢＯＸ層及び素子層を貫いてエッチングして一次チャネルの第２の部分を形成するステップとをさらに含むことができる。第１のウェハ及び第２のウェハの各ハンドル層は、第１の表面と、ＢＯＸ層に付着した第２の表面とを含む。第１のウェハのハンドル層の第１の表面の開口部は、第２のウェハの一次チャネルの第２の部分に開口するハンドル層の開口部よりも大きな直径を含む。
【０００８】
別の実施形態例では、分別装置などの微細加工装置を有する粒状物質（ＰＭ）モニタのためのポンプを提供する。このポンプは、チャンバを形成する本体と、各チャンバ内に配置された膜と、各膜に結合されたアクチュエータと、チャンバと流体連通する入口弁と、チャンバと流体連通する出口弁とを有する。アクチュエータは、チャンバ内の膜を変位させて、入口弁を介してチャンバ内に空気を引き込む負圧を生成するとともに、出口弁を介してチャンバから空気を排出する。
【０００９】
別の実施形態例では、粒状物質（ＰＭ）モニタのための仮想サイクロンを提供する。微細加工垂直分別装置の一次チャネルを通る流路（副流路）に屈曲部が位置し、屈曲部に収集チャンバが位置する。副流路内の空気が屈曲部を通過し、空気中の閾値サイズよりも大きなＰＭが収集チャンバに入り込む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の態様による、大気試料中のＰＭの質量濃度を測定する粒状物質（ＰＭ）モニタ例を示す図である。
【図２Ａ】本開示の態様による、図１のＰＭモニタと共に使用される微細加工垂直分別装置の断面図例である。
【図２Ｂ】本開示の態様による、図２Ａの微細加工垂直分別装置の平面図である。
【図２Ｃ】本開示の態様による、図２Ａの微細加工垂直分別装置などの微細加工垂直分別装置の斜視図である。
【図２Ｄ】本開示の態様による、図２Ｃの微細加工垂直分別装置の断面図である。
【図３】本開示の態様による、微細加工垂直分別装置の加工工程例を示す図である。
【図４】本開示の態様による、図２Ａの微細加工垂直分別装置を含むＰＭモニタ例を示す図である。
【図５Ａ】本開示の態様による、ＰＭモニタのダイヤフラムポンプ例を示す図である。
【図５Ｂ】本開示の態様による、別の膜を採用したＰＭモニタのダイヤフラムポンプ例を示す図である。
【図５Ｃ】本開示の態様による、複数のチャンバを含むＰＭモニタのダイヤフラムポンプ例を示す図である。
【図６】本開示の態様による、ＰＭモニタの微細加工仮想サイクロン例を示す図である。
【図７】本開示の態様による、副流路及び主流路が異なるウェハ上に加工されたＰＭモニタ例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、本開示の態様による、大気試料中のＰＭの質量濃度を測定する粒状物質（ＰＭ）モニタ例１００を示す。
【００１２】
ＰＭモニタ１００は、外部環境から大気試料を取り込む。大気試料に含まれているミクロンサイズＰＭの濃度を慣性力によって濾過する。ＰＭ汚染物質としては、例えば炭塵、車両の排ガス、タバコの煙、火山灰、並びに花粉及び食品などのしばしば人間がアレルギーを示す浮遊微粒子などの、サイズが数ナノメートル〜数十ミクロンに及ぶものを挙げることができる。
【００１３】
ＰＭモニタ１００は、空気入口１０２を介して大気試料を受け取る第１のチャネル１０４を含む。ＰＭモニタ１００は、第１のチャネル１０４と流体連通する空気マイクロ流体回路１０６も含む。マイクロ流体回路１０６は、以下でさらに詳細に説明する垂直分別装置を提供し、この装置は、大気試料を、第１のチャネル１０４を進み続ける第１の空気流、及び屈曲部を介して第２のチャネル１０８に流入する第２の空気流という２つの空気流に分割する。閾値サイズ未満のサイズを有するＰＭ（例えば、２．５μｍよりも小さな空気動力学的粒径を有するＰＭ２．５）は、慣性力によって第２の空気流と共に屈曲部に流入することができる。一方で、一般に閾値サイズよりも大きなサイズを有する残りのＰＭは屈曲部に流入することができず、従って第１の空気流と共に流れ続ける。
【００１４】
ＰＭモニタ１００は、空気入口１０２、第１のチャネル１０４、マイクロ流体回路１０６を通じて大気試料を引き込み、空気出口１１２を介してＰＭモニタ１００から排出するための圧力勾配を形成できる空気ポンプ１１０を含む。ＰＭモニタ１００は、空気ポンプ１１０、及びＰＭモニタ１００の他のいずれかの構成要素に電力を供給するためのバッテリなどの電源を含むこともできる。
【００１５】
第２のチャネル１０８内には、質量検知素子１１４が配置される。第２の空気流中の選択されたＰＭは、質量検知素子１１４上に堆積する。質量検知素子１１４は、ＰＭ堆積物の質量測定に使用することができる。いくつかの実施形態では、質量検知素子１１４を、自機に堆積したＰＭの質量に応答して変化する共振周波数を有する共振器とすることができる。例えば、質量検知素子１１４は、圧電薄膜共振器（ＦＢＡＲ）などの圧電性結晶とすることができる。質量検知素子１１４は、ＰＭが堆積していない場合にはＰＭが堆積した場合よりも高い周波数（例えば、約１．６ＧＨｚ）で共振することができる。一方で、質量検知素子１１４上にＰＭが堆積すると、質量の追加によって質量検知素子１１４の共振周波数は比例的に低くなることができる。
【００１６】
質量検知素子１１４は、ＰＭの堆積に応答して変化する質量検知素子１１４の共振周波数を測定できる回路１１６に結合される。例えば、回路１１６は、質量検知素子１１４の共振周波数の変化率を決定する高速周波数カウンタを含むことができる。この結果、質量検知素子１１４の共振周波数の変化に従って、空気流中の選択されたＰＭの質量濃度を求めることができる。回路１１６は、選択されたＰＭの質量濃度に関する情報を伝える回路１１６からの信号をさらに処理することができる外部装置１０に有線又は無線通信を介して結合することができる。
【００１７】
図２Ａに、本開示の態様による微細加工垂直分別装置例２００を示す。分別装置２００は、ＰＭモニタ１００などのＰＭモニタと共に大気粉塵の濃度の測定に使用することができる。分別装置２００は、ＰＭモニタの質量検知素子のすぐ近くに配置できるように加工することができる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、分別装置２００を、２．５ミクロン又はそれよりも小さな空気動力学的粒径を有するＰＭ（ＰＭ２．５）を選択して質量検知素子の収集面上に堆積させるように設計することができる。空気動力学的粒径は、ＥＰＡ、ＮＩＯＳＨ又はその他の標準に適合するように選択することができる。
【００１９】
２つのエッチングされたシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハの各々は、バルクシリコン支持ウェハ（ハンドル層２０５）に付着した電気絶縁性二酸化ケイ素の埋め込み酸化物（ＢＯＸ）層２０３に付着したシリコンの活性層（素子層２０１）を含む３層材料スタックを含む。接合部２０７は、２つのウェハの素子層２０１を互いに付着させる。
【００２０】
図２Ａに示すように、第１のウェハ上には、大気試料が流れ込む分別装置２００への入口２０２が設けられる。入口２０２全体には、例えば１０μｍよりも大きな平均空気動力学的粒径を有するＰＭ（ＰＭ１０）などの大きなＰＭをフィルタ除去する粗い入口フィルタ２０４が広がる。１つの実施形態例では、粗い入口フィルタ２０４がスロットインパクタ（ｓｌｏｔ  ｉｍｐａｃｔｏｒ）である。入口２０２には、一次チャネル２０６が流体連通する。一次チャネル２０６は、実質的に平行な壁部を有する一次チャネル２０６を形成するように、入口２０２では幅が広く、角度付きの壁部を介して連続的に狭くなる漏斗形を有する加速領域２０８を含む。一次チャネルの加速ジェット２１１と呼ばれる微細加工上部リップ部が、二次チャネル２１４への開口部を形成する。図２Ａには、二次チャネル２１４を一次チャネル２０６から実質的に垂直に延びるように示している。一次チャネルと二次チャネルとの間の直角は必須ではないが、別の実施形態では、二次チャネルが、当業者に周知のいずれかの好適な角度又は方向に一次チャネルから分岐するような輪郭を有することができる。加速ジェット２１１に対向して、収集プローブ２１２と呼ばれる下部リップ部が存在し、一次チャネルは、収集プローブ２１２を通って流れ続けた後に第２のウェハを通って出口２２０に至る。
【００２１】
動作時には、空気ポンプによって生じた圧力勾配によって推進された大気試料が粗い入口フィルタ２０４を通過し、一次チャネル２０６を通って進む。経路２１６によって示す主流は、二次チャネル２１４を介してＰＭモニタに対する面内の経路を辿るように方向を変える。主流では、２．５ミクロンよりも小さな粒子を運ぶことができる。大気試料の前進と、二次チャネル２１４が一次チャネル２０６から分岐する角度とが組み合わさると、より小さな粒子が初期空気流から効果的に取り除かれて二次チャネル２１４に入り込むようになる。二次チャネル２１４は、収集して分析するＰＭを質量検知素子に導くことができる。一定のサイズ（例えば、２．５μｍ）を上回る粒子は運動量が非常に大きいため、分岐する二次チャネル２１４を辿ることができずに経路２１８によって示す副流路に留まり、一次チャネル２０６を通った後に排出することができる。一次チャネルは、出口２２０に通じる面外（垂直）経路である。
【００２２】
図２Ｂは、本開示の態様による図２Ａの微細加工垂直分別装置の平面図である。図２Ｂには、主流路２１６によって示す粒子の軌道例を示す。経路２１６は、質量検知共振器とすることができるＰＭ検出器に通じ、さらに空気ポンプ１１０などのポンプに通じる。
【００２３】
図２Ｃに、本開示の態様による、図２Ａの分別装置２００などの微細加工垂直分別装置の空気容積例を示す。図２Ａを参照して説明したように、入口２０２は大気試料を受け取り、この大気試料は分別装置を通って垂直に出口２２０に進む。
【００２４】
図２Ｄは、本開示の態様による図２Ｃの微細加工垂直分別装置２００の断面図である。矢印２１６によって主流を示し、矢印２１８によって副流を示す。
【００２５】
垂直分別装置２００は、直線経路でのＰＭの移動を可能にする。従来の設計では、分別装置の手前に９０度の転換部を有するモニタの入口が設けられており、従って大きなＰＭが下に沈んで入口を塞ぐ可能性があった。図２Ａ〜図２Ｄに示す設計は、ＰＭの９０度の方向転換を排除しており、従って空気マイクロ流体チャネルの閉塞を回避することができる。また、垂直分別装置２００の構成は、ＰＭモニタのサイズを大幅に小型化することもできる。さらに、垂直分別装置２００は、ＰＭモニタの熱泳動式沈澱器（ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ）及び／又は質量検知素子のすぐ近くに配置できるように加工される。
【００２６】
図３に、本開示の態様による、分別装置２００などの微細加工垂直分別装置の加工工程例３００を示す。この工程は、限定ではなく一例として示すものである。本発明の異なる実施形態では、寸法、材料及びステップ順などが異なることができる。
【００２７】
２つのエッチングされたシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハの各々は、ＢＯＸ層の第１の面に付着した素子層と、ＢＯＸ層の第１の面とは反対側の、ハンドル層に付着した第２の面とを含む３層材料スタックを含む。
【００２８】
上部ＳＯＩウェハは、分別装置２００などの垂直分別装置を形成するように反転させることができる。１つの実施形態例では、下部ＳＯＩウェハが、マイクロ流体チャネルが加工されるＰＭモニタの中間ウェハである。本実施形態では、最初に２つのウェハを別個にエッチングし、その後に様々なウェハ間（Ｗ２Ｗ）接合法のいずれかを用いて接合して一次経路及び二次経路を形成する。１つの接合法は、ディスペンサ印刷された硬化型レジストを用いて２つのウェハをダイレベルで接合する。しかしながら、本開示の態様によれば、別の接合法が、陽極接合、熱圧着接合又はガラスフリット接合を用いたウェハレベル接合を伴う。このようなウェハ間接合は、中間ウェハ及び上部ウェハのシールを改善しながらＰＭモニタの（ダイサイズ処理に対する）ウェハ処理を可能にするので、加工スループットを高める。いくつかの実施形態では、加工／組み立て中に様々な構成要素の正確な整列／位置合わせを可能にするように各層にマーキングを行う。
【００２９】
図３には、素子層の深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）中に素子層２０１上に部分的にマスク３１０をエッチングする第１のステップ３０１を示す。ハンドル層２０５及びＢＯＸ層２０３も示す。マスクは、いずれかのエッチングされる構成要素の任意の厚肉化を可能にする。従って、エッチングされる構成要素のサイズ及び形状を望む通りに変更することができる。
【００３０】
図３の第２のステップ３０２には、深掘り反応性イオンエッチングプロセスの完了後に素子層２０１から形成された、結果として得られる収集プローブ２１２を示す。別の実施形態では、２光子光造形法を用いた３Ｄプリンティングを通じて収集プローブを形成することができる。
【００３１】
第３のステップ３０３では、ＤＲＩＥと等方性及び／又は異方性エッチングとの組み合わせを用いて、ハンドル層２０５及びＢＯＸ層２０３を貫いて入口２０２及び一次チャネル２０６を形成する。
【００３２】
一次チャネルの出口と収集プローブとの間の間隔、並びに一次チャネルの幅及び収集プローブの幅は、分別装置の遮断点が１００ｎｍ〜１００μｍのＰＭ平均直径に適合するように変更することができる。この間隔は、設計中にＳＯＩウェハの素子層に異なる厚みを使用することによって設定することができる。
【００３３】
図４に、本開示の態様による、図２Ａの微細加工垂直分別装置を含むＰＭモニタ例４００を示す。垂直分別装置のコンパクトな構成は、小型のフォームファクタを有して装着型用途に役立つことができるＰＭモニタを可能にする。ＰＭモニタ４００上には、分別装置２００などの垂直分別装置のための空間４１０と、検知領域４２０と、上部ウェハ４３０と、中間ウェハ４４０とを示している。上部ウェハ４３０は、垂直分別装置が相互作用するための空間４１０をもたらすように後退する。中間ウェハ４４０上の微細加工固定具（ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｆｉｘｔｕｒｅ）は、分別装置２００などの垂直分別装置を中間ウェハ４４０と嵌合する精度を高めて構造の位置合わせを容易にするために使用することができる。開口部、チャネル及びこのような特徴部は、１又は２以上の層にエッチング、穿設又は別様に形成することができる。一方で、１又は２以上の層上に他の構成要素を組み立ててこれらの層によって支持することもできる。
【００３４】
図５Ａに、上述した分別装置２００内の経路２１６によって示す主流及び経路２１８によって示す副流などの仮想インパクタ内の主流及び副流の空気流をもたらすことができる微細加工ダイヤフラムポンプ例５００ａを示す。ポンプ５００ａは、膜５０２ａを有するチャンバ５０１を含む。ポンプ５００ａは、チャンバ５０１と流体連通する入口弁５０４及び出口弁５０６も含む。作動時には、膜５０２ａが往復運動して負圧を生成し、この負圧によって入口弁５０４を介してチャンバ５０１内に空気が引き込まれ、その後に出口弁５０６を介してチャンバ５０１から空気が排出される。チャンバ５０１内に負圧が生じると出口弁５０４が閉じる。これとは逆に、チャンバ５０１から空気が押し付けられると入口弁５０４が閉じる。１つの実施形態では、これらの弁を、外部作動信号を用いて作動させることができる。膜５０２ａは、静電作動、圧電作動、熱作動、又は他の同様の作動機構によって作動させることができる。例えば、図５Ａには、膜５０２ａを静電作動させるための電極５０８を示す。ポンプ５００ａの特徴部は、２光子光造形法などのマイクロ光造形技術を通じて形成することができる。
【００３５】
従って、ポンプ５００ａは、仮想インパクタの出口及び／又はＰＭモニタの検知領域の下流に配置することができる。入口弁５０４は、仮想インパクタの主チャネル及び副チャネルと流体連通する。膜５０２ａがチャンバ５０１内に負圧を生成すると、主チャネル及び副チャネルを通じて、及び／又はＰＭモニタの検知領域を横切ってポンプ５００ａ内に空気が引き込まれて空気流を生じる。その後、ポンプ５００ａは、出口弁５０６を介してＰＭモニタの出口（排気口）に空気を押し込む。
【００３６】
図５Ｂには、入口弁５０４及び出口弁５０６と共に別の膜５０２ｂを採用する微細加工ダイヤフラムポンプ例５００ｂを示す。膜５０２ｂは、膜５０２ｂが膜材料の降伏強度を超えないように保ちながらチャンバ５０１内における膜５０２ｂの大きな変位を可能にする１又は２以上の膨張／圧縮可能な折り畳み部分５０３を含むように光造形法によって加工される。
【００３７】
図５Ｃには、別の微細加工ダイヤフラムポンプ例５００ｃを示す。ポンプ５００ｃは、複数のチャンバ５０１を含む。各チャンバ５０１は、上述したような膜を用いてチャンバ５０１に対してポンプで空気を出し入れするように構成される。チャンバ５０１を並列又は直列に接続して増やすことにより、ポンプ５００ｃを通じて流線流又は層流が引き込まれるようにすることができる。チャンバ５０１内の膜の作動は、空気流ができる限り一定の状態を保って脈動しないように同期させることができる。
【００３８】
並列に接続すると、チャンバ５０１内の膜が同じ周波数で、ただし位相オフセットして作動して、複合流のバランスを取ることができる。例えば、図５Ｃに示すように、ポンプ５００ｃは、並列に接続された３つのチャンバ５０１を含み、これらのチャンバ５０１は、１２０°の位相オフセットで駆動して入力流を円滑化する。
【００３９】
ポンプ５００ｃは、それぞれチャンバ５０１に通じる複数の入口チャネル５１０を含む。入口チャネル５１０は、チャンバ５０１間の流れのバランスを取って円滑な流入を促すようなサイズを有する。ポンプ５００ｃは、それぞれチャンバ５０１に通じる複数の出口チャネル５１２も含む。いくつかの実施形態では、入口チャネル５１０及び／又は出口チャネルに、流体流の層間の乱れをさらに抑え、又は流れを円滑にする１又は２以上のリザーバが形成される。例えば、図５Ｃに示すように、ポンプ５００ｃは、入口チャネル５１０と流体連通するリザーバ５１４を含む。リザーバ５１４を空気が通過して、チャンバ５０１に到達する前に流れを円滑化する。さらなる実施形態では、リザーバが、流れを円滑にする能動的又は受動的コンプライアンスを可能にする、チャンバ５０１のものと同様の膜を含むこともできる。
【００４０】
図６に、ＰＭモニタ１００などのＰＭモニタのための微細加工仮想サイクロン例６００を示す。仮想サイクロン６００は、ポンプ（例えば、ポンプ５００ａ、５００ｂ、５００ｃ）の上流において、垂直分別装置２００などの仮想インパクタからの副流を受け取るように配置される。いくつかの実施形態では、仮想サイクロン６００が約９０°の屈曲部６０２を含む。仮想サイクロン６００は、屈曲部６０２に位置する収集チャンバ６０４も含む。図６に示すように、副流は屈曲部６０２を通過する。流れの中の大きな（閾値サイズよりも大きな）ＰＭは、慣性力によって屈曲部６０２を辿ることができず、従って収集チャンバ６０４に流れ込む。大きなＰＭは、ポンプに空気が到達する前に流れから除去されることが有利である。場合によっては、収集チャンバ６０４が、洗浄のための取り外し又は仮想サイクロン６００から大きなＰＭを除去するための交換が可能なＰＭ収集面６０４ａを含むこともできる。
【００４１】
図７に、副チャネル及び主チャネルが異なるウェハ上に加工されて垂直に層化されたＰＭモニタ例７００を示す。具体的に言えば、ＰＭモニタ７００は、上部ウェハ７０２ａ及び下部ウェハ７０２ｄを含む。ＰＭモニタ７００は、上部ウェハ７０２ａと下部ウェハ７０２ｄとの間に第１の中間ウェハ７０２ｂ及び第２の中間ウェハ７０２ｃを含む。ＰＭモニタ７００は、分別装置２００などの仮想インパクタ７０８と、第１の中間ウェハ７０２ａに形成された主チャネル７０４と、第２の中間ウェハ７０２ｃに形成された副チャネル７０６とを含む。第２の中間ウェハ７０２ｃ内には、上述したような仮想サイクロン７１４を形成することもできる。ウェハ７０２ａ〜７０２ｄは、部分的にＰＭモニタ７００を形成するように垂直に組み立てられる。ウェハ７０２ａ〜７０２ｄには、主チャネル７０４及び副チャネル７０６が流れる分別装置要素７０８も組み立てられる。図７に示すように、第１の中間ウェハ７０２ｂに形成された円錐形状７１０は、上述したように分別装置２００などの垂直仮想インパクタのための最上層の位置合わせを支援する。
【００４２】
本発明の特定の実施態様を参照して本発明を詳細に説明したが、本開示に示す本発明の範囲から逸脱することなく修正及び変形が可能であることが明らかであろう。具体的には、本明細書では本発明のいくつかの態様を特に有利なものとして識別したが、本発明は、必ずしも本発明のこれらの特定の態様に限定されないことが企図される。
【符号の説明】
【００４３】
１００  ＰＭモニタ
１０２  空気入口
１０４  第１のチャネル
１０６  マイクロ流体回路
１０８  第２のチャネル
１１０  空気ポンプ
１１２  空気出口
１１４  質量検知素子
１１６  回路
１０  外部装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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