CN102782324A - 制造至少一变形膜微泵的方法及变形膜微泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造至少一变形膜微泵的方法，所述变形膜微泵包含一第一衬底（10）及一与所述第一衬底（10）相互组装在一起的第二衬底（20），所述第一衬底（10）包含至少一孔穴（12-2）及所述第二衬底（20）包含面对所述孔穴（12-2）设置的至少一变形膜（22-2）。所述方法包含下列步骤：在所述第一衬底（10）内制造所述孔穴（12-2）；然后组装所述第一衬底（10）以及所述第二衬底（10）；然后在所述第二衬底内（20）制造所述变形膜（22-2）。

Description

制造至少一变形膜微泵的方法及变形膜微泵
技术领域
本发明涉及一种微流体系统的通用领域，特别涉及一种制造至少一变形膜微泵的方法及变形膜微泵。
背景技术
微泵提供在微通上内控制流体之流速，微泵可被用于数种微流体系统，举例来说：实验室单芯片、医药衬底注射系统或电子芯片液压冷却回路。
流体的流速可以数种方式获得，可依据是否对流体使用机械化动作而不同。一种综观的技术在Nguyen et al.标题"MEMS-Micropumps:AReview",2002,J.Fluid.Eng.,Vol.124,384-392的文献内被公开。
变形膜的微型泵属于第一类的微型泵，其中通过变形膜，机械动作可应用于流体，以取代在微通道内的流体。
在美国专利文件US2005/0123420中描述一个微泵包含三个变形膜的例子，其中微泵具有一个中央膜以及两个上游及下游的第二膜。
如图1所示，微泵1包含一第一衬底10及一第二衬底20相互组装以形成一微通道。
第一衬底10包含三个孔穴12-1、12-2及12-3，三个孔穴形成于衬底顶面11S，并串接于一起。
第二衬底20包含排列以面对孔穴的三个变形膜22-1、22-2及22-3。值得注意的是，第二衬底20可由单一层被形成，变形膜因此成为第二衬底的一部份而非外加部件。
中央膜22-2以及对应孔穴12-2一起界定了微泵1的泵腔室。上游的第二膜22-1以及下游的第二膜22-3对应于孔穴12-1、12-3形成主动阀于其中。
该些膜的变形可使用压电芯片31观察到，压电芯片31为排列于该些膜的顶面21S。
流体的在微泵微通道的流动可通过控制膜的变形被观测到，配合上游的主动阀及下游的主动阀的作动，该些膜的变形可使泵腔室的体积上升或下降。
制造如上所述的微泵的方法包含制造若干个孔穴及若干个膜于若干个衬底上的步骤，以及接续组装所述若干个衬底的步骤。
孔穴与膜为首先以传统微电子技术被分别地制造于第一衬底以及第二衬底，举例来说，由一个或多个蚀刻步骤的光刻技术。值得注意的是，第二衬底的膜一般来说具有在几十微米的区域的厚度。
当第一衬底与第二衬底是由硅所构成，可能再以分子接合方式组装在一起，亦或是使用硅基直接接合的方式。
此种现有的组装技巧，特别在Maluf及Williams所撰写的出版物中有描述，书名“微机电系统的工程简介”，Artech House，2004年出版。
它包含了一预先衬底表面清洗阶段，接续对齐衬底并使衬底相互接触。随后将其以一高温处理，其温度范围在1000℃左右，高温处理时间以若干分钟至若干小时的周期。
然而，此种制造方法会产生数个弊端，特别是在第二衬底上。
事实上，在装配第二衬底之前或期间内，特别是在清洗阶段直接接合的情况下，会对第二衬底产生高机械应力，较薄厚度的膜上会特别作用明显。膜的降解(破裂、撕裂)的风险因此高出许多。
因此，为了限制上述风险，第二衬底被蚀刻以具有一浮雕几何。如图1所示，该些若干个膜22-1、22-2及22-3在第二衬底顶面21S的凹槽处形成。没有被蚀刻的部分因此形成厚部或突起部25，以将若干个膜互相分隔，并藉由突起部的厚度及其排列方式提供衬底所需要的刚性。
然而，目前第二衬底的顶面上的突起物限制了后续光刻步骤的完成，也就是说不可能使用旋转器以沉积光敏树脂。
此外，在后续沉积介质或金属层于第二衬底的顶面时，连续性的问题将会产生，是因为现存之突起部存在着显着的高度上的差异。
最后，值得注意的是，这些缺陷在当上述方法涉及到若干个的微泵使用模版形成第一衬底与第二衬底的同时生产时，将会有显着的影响。事实上，该些模版一般来说使用具有直径在一百毫米左右的厚度的芯片形成第二衬底，并使用数十微米左右的厚度形成膜。应被理解的是，以这方面的比例呈现芯片形成的第二衬底相当的脆弱，特别是在处理前和装配过程中。
发明内容
有鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种制造至少一变形膜微泵的方法，微泵包含两衬底相互组装，方法用以限制在组装两衬底之前或组装过程中，衬底降解的风险，特别是在衬底包含若干个变形膜的情况。
根据此一目的，本发明公开了一种制造至少一变形膜微泵的方法，变形膜微泵包含第一衬底及第二衬底相互组装，第一衬底包含至少一孔穴及第二衬底包含排列以面对孔穴的至少一变形膜，第一衬底及第二衬底是一起界定微通道的一部分，其中孔穴及变形膜位于微通道。制造至少一变形膜微泵的方法包含下列步骤：
制造孔穴于第一衬底；
制造变形膜于第二衬底；以及
组装第一衬底以及第二衬底。
根据本发明，制造所述变形膜的步骤在组装所述第一衬底以及所述第二衬底的步骤之后被完成。
两个衬底因此在制造变形膜之前就被相互组装。第二衬底在组装步骤之前或于组装步骤期间并未包含变形膜，因此不具有脆弱区。
所以，在组装步骤之前或于组装期间，由于从处理过程中所产生的过度机械应力到底衬底(特别是第二衬底)的降解(破损、破裂或撕裂等)，相对于前述现有现有技术的风险将会实质上的减少。
此外，组装技术的选择也因此不再被限制。不像先前技术所提及，从这些组装技术是有可能的选择的操作情况，特别是在压力和温度方面，使衬底受到较高的机械和热应力。因为在组装步骤时并没有变形膜的存在，第二衬底降解的风险将会实质上的减少或可忽略。
第二衬底还包含顶面及底面，第二衬底组装第一衬底于第二衬底的底面。具有优势的是，制造变形膜的步骤是通过从顶面对第二衬底进行剪薄，剪薄可通过机械抛光、化学机械抛光或蚀刻。
优选地，第二衬底包含用单一层所制造的变形膜，因此变形膜并非外加组件刚性连接于第二衬底，而是第二衬底本身结构的一部分。
组装步骤是通过分子接合、阳极化、共晶接合或粘合。优选地，组装步骤可用分子接合完成，这种技术有时也被称为硅直接键合。
优选地，第一衬底还包含与孔穴相连通的管路，一后续剪薄步骤通过蚀刻由底面制造的第一衬底的至少一部分，以使管路为一贯穿管路。
组装步骤具有优势的是在一真空环境下被完成。如此一来，若是微通道部分通过第二衬底形成一封闭空间，微通道是具有可能应用在一高热环境下，而不会产生封闭空间内气体热膨胀的风险。此种膨胀可能会导致高机械应力作用于第二衬底并特别地弱化其组装效果。
具有优势的是，在制造变形膜的步骤之后，第二衬底包含一实质上平面化顶面于第二衬底的全体表面。
因此，不同于在传统平面表面上进行的微电子方法的现有技术，本发明的方法可在第二衬底的顶面被完成。这些方法可包含后续沉积，特别是用旋转器沉积的光敏树脂以及光刻蚀刻步骤。
若干个微泵可同时以第一衬底及第二衬底被制造，第一衬底与第二衬底可分别由单一层所形成。
制造方法可包含一最终步骤，用以互相分隔前述方法所制造的微泵。
本发明还公开了一种变形膜微泵，变形膜微泵包含第一衬底及第二衬底相互组装，第一衬底包含至少一孔穴及第二衬底包含排列以面对孔穴的至少一变形膜，第一衬底及第二衬底是一起界定微通道的一部分，其中所述孔穴及变形膜位于微通道。
根据本发明，第二衬底具有一沿着微通道的一部分的实质上不变的厚度。
实质上不变的厚度的用语是表示其值可显示本身的变化小于或等于10％的最大值，最好是小于或等于5％或1％。
第二衬底包含一顶面及一底面，第二衬底组装第一衬底于第二衬底的底面。
具有优势的是，第二衬底包含一实质上平面化顶面于第二衬底的全体表面。
变形膜具有一小于或等于300微米的厚度，优选地小于100微米或小于50微米。
第一衬底及第二衬底优选地从硅、硅基绝缘体或玻璃制造，优选地，第一衬底以硅制造，第二衬底以硅基绝缘体制造。
第一衬底包含至少一凸座，凸座排列于孔穴内并面对变形膜，以形成用于变形膜的一支座。在此种方式下，于制造变形膜的过程中，第二衬底可能会因为技术使用而受到应变，导致朝向第一衬底的偏斜。
由于凸座的存在因此藉由一支座以限制第二衬底的偏斜是有可能的。与偏转相关的机械应力，也因此同样被限制。
具有优势的是，第一衬底还包含第二孔穴，第二衬底还包含排列以面对第二孔穴的第二变形膜，第二孔穴及第二变形膜位于微通道的一部分，第一衬底还包含管路，管路通过邻近往第二孔穴内投影的端缘的开口于第二孔穴内打开，且管路为平行于第二变形膜。
用语端缘是代表一投影刚性突部。
优选地，端缘以及第二变形膜包含相互间隔关系的缺口在0.01微米及3微米之间。优选地，缺口系在0.01微米及3微米之间。
如此一来，在应用高温于组装技术的情况下，并不存在第一衬底或第二衬底热变形的风险。因此，是具有可能性的在特定的第一衬底区域与特定的第二衬底区域制造较小的缺口。
具有优势的是，应力层可被排列于面对变形膜的第二衬底的顶面，其中变形膜在无作用位置进行变形。
具有优势的是，应变计可被排列于面对变形膜的第二衬底的顶面，以量测变形膜的变形量。
本发明的进一步的优势和功能将会出现在后续具有非限制性的详细描述。
附图说明
图1为现有技术的微泵变形膜的一实施例的剖面图；
图2A至2E为本发明的多个步骤的制造方法的变形膜微泵的剖面图；
图3为本发明的制造孔穴步骤后组装步骤前的第一衬底的上视图；
图4为本发明的微泵的另一实施例的侧视中剖面图，其中，入口和出口管路特别排列在上游和下游孔穴之外；
图5为本发明的如图4所表示的第一衬底的上视图；
图6为本发明的微泵的另一实施例的侧视中剖面图，其中应力层为排列于第二衬底的变形膜上；
图7为本发明的包含变形膜传感器的微泵的另一实施例的上视图；以及
图8为本发明显示在图7描述的传感器的输出信号的演变的示意图。
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明的制造至少一变形膜微泵的方法及变形膜微泵的实施例，为使便于理解，下述实施例中的相同组件以相同的符号标示来说明。
以下所述的制作方法应用到微泵包含三个变形膜，但是也可应用于任何形式的变形膜微泵，举例来说，包含至少一变形膜以及检查阀或从变形膜排列于上游以及下游的汇聚管路。此种方法也可应用于一微泵包含n个变形膜，其中n个是等于或大于1的数字，优选地可等于3。当n个等于1时，此种方法将会制造出主动阀，此种变形膜将会被排列在入口和出口管路之间。
此外，以下方法为使便于理解，是以制造一个微泵做为示范态样，但也可应用于同时制造若干个微泵，故不应以下列所描述的示范态样作为局限。
请一并参阅图2A到图2B，图2A至2E为本发明的多个步骤的制造方法的变形膜微泵的剖面图。
值得注意的是，为了清楚地描述图2A到图2B，图中组件尺度是为示范态样，不应用以限制本发明。
纵观以下的实施态样中，是以使用如图2A中表示的正交点（i,j,k）为基准。
此外，用语“底部”以及“顶部”在后述的实施例中应被理解为以图2A所表示的正交点（i,j,k）的k方向为定位方向。
用语“厚度”、“高度”以及“深度”在后述的实施例中应被理解为沿着正交点（i,j,k）的k方向为基准的距离长度。
第一衬底10是以一双面抛光的硅芯片做为示范态样以形成的。
第二衬底20是以一硅基绝缘体芯片做为示范态样以形成的。因此在顶层23-1与底层23-3中间还包含有二氧化硅层23-2。
第一衬底与第二衬底的厚度是在几百个微米左右的区间，举例来说是700微米。
第一衬底与第二衬底的直径或对角线距离可以位于数个毫米至数十公分，举例来说是10公分、15公分、20公分或30公分等。在同时制造若干个微泵的情况下，第一衬底与第二衬底可具有数十公分区间的直径或对角线距离。以此描述的微泵制造方法及其制造出的微泵可被形成，举例来说是用3公分测量1公分的三角测量。
第二衬底20的底部层23-3的厚度实质上等于后续步骤所制造的变形膜的厚度。此种厚度可因此位于数十到数百个微米，举例来说从10微米到300微米，以及优选地小于100微米或50微米。详述如下，第二衬底20的底部层23-3可用以精确地界定待制作的变形膜的厚度。
根据本发明的方法的第一步骤，若干格孔穴12-1、12-2与12-3是沿着连通管路13在第一衬底10的顶面11S被制造而成。
用语“孔穴”是代表在固体表面被制造的一凹处或一缺口。
三个孔穴12-1、12-2及12-3因此被定义，一中央孔穴12-2以及一个上游孔穴12-1与一个下游孔穴12-3，通过连通管路13以串接方式排列。中央孔穴12-2用以形成泵腔室，上游孔穴12-1与下游孔穴12-3用以形成主动阀。
三个孔穴12-1、12-2及12-3可具有圆盘状、环状、多边形状或任何其它具有直径或对角线在数个毫米区间的相同形状，举例来说是3毫米或6毫米，以及深度在数个微米至数百个微米区间，举例来说是50微米至100微米。事实上，对应一比例的压缩比可被定义，上述比例是根据被变形膜取代的流体体积与面对变形膜的孔穴的体积而定。优选地，此种压缩比是越高越好。此外，孔穴的深度优选地应少于或等于100微米。
入口管路14以及出口管路15是分别以一开放井的形式以及分别在上游孔穴12-1以及下游孔穴12-3内部被形成。但优选地，并未完全地贯通第一衬底10。入口管路14以及出口管路15可设置在孔穴的中心处。入口管路14以及出口管路15可具有一直径在数百微米区间，举例来说是600微米，以及具有一深度在数百微米区间，举例来说是300微米。
入口管路14以及出口管路15通过毗邻于环状端缘16的小孔开启进入孔穴。位于孔穴的环状端缘16可具有一高度实质上等于孔穴的深度。
在这个情况下，下陷区24-1与24-3在第二衬底20的底面21I被制造而成，以面向对应得端缘16。下陷区因此为环状或具有圆盘形状以及为表浅的，下陷区可为数个微米区间，举例来说为2微米，或十分之一微米，举例来说为0.1微米。
用语“下陷区”代表了一个表浅的凹处或缺口，相对于数十微米，举例来说为50至100微米的孔穴来说，表浅的凹处或缺口基本上在0.1微米与0.3微米之间。第二衬底20的底面21I因此可被认定为一直实上的平面。用语“实质上”在此处代表着第二衬底的厚度的变化并没有超过数个微米，举例来说是3微米。
下陷区24-1与24-3在后续衬底的组装步骤中，可确保端缘16的顶部不会接触到第二衬底20的底面21I。此外，下陷区24-1与24-3也可提供在入口管路14及出口管路15与孔穴12-1及孔穴12-3之间的流体连通，例如变形膜未受到机械应力的情况下。
此外，凸座17可在第一衬底10的顶面11S被制造而成，并实质上设置于中央孔穴12-2的中心。为了避免第二衬底20的底面21I与凸座17的顶面接触，下陷区24-2可优选地被制造于底面21I。
第一衬底10的孔穴12-1、12-2及12-3，连通管路13、入口管路14与出口管路15(如图3的上视图所示)以及第二衬底20的下陷区24-1、24-2及24-3可使用传统微电子技术来完成，举例来说为遵循若干个蚀刻步骤的光刻技术。蚀刻步骤可用反应离子刻蚀(RIE)电浆来完成，以获得垂直壁。用语“垂直”是代表沿着正交点（i,j，k）的k方向为基准。
在另一优选的实施例中，下陷区也可不制造于第二衬底20的底面21I上，使底面21I依然保持平整。因此，端缘16的高度就会小于端缘16位于其中的上游孔穴12-1及下游孔穴12-3的深度。在后续组装步骤中，端缘16的顶部并不会接触到第二衬底20的底面21I。此外，入口管路14及出口管路15与孔穴12-1及孔穴12-3之间的流体连通，例如变形膜未受到机械应力的情况下也可持续地被提供。
根据本发明的方法的第二步骤，两个衬底随后被组装在一起。
根据一优选的实施例，第一衬底10与第二衬底20可分别由硅以及硅基绝缘体制造而成，以分子接合方式组装是有可能的。此种接合方式特别适用于硅-硅或硅-玻璃种类的组装。此种技术也被称为融合接合或直接接合。
此种分子接合组装步骤可包含预备第一衬底10与第二衬底20相接合的第一阶段，特别是指清洗与水合作用。
第一衬底10与第二衬底20因此可被以湿处理手段进行清洗，例如标准湿式清洁，特别是指由Maluf以及Williams所出版的出版物，标题”微机电系统的工程简介”所描述的方法。此种清洗衬底技术可使第一衬底10与第二衬底20具有干净且无污染的表面以及具有高的OH基团密度。
请参阅图2B，如图所示，该些衬底随后被对齐且与互相接触。
最后，在预定的时间内进行高温接合粘合。温度可在500℃至1250℃之间，举例来说为1000℃，粘合时间可在一小时的区间。因此，以此方式组装之衬底较耐用且持久。
两块衬底的组装方法还可使用其它方式，像是胶粘、共晶接合或阳极接合等。
应被理解的是，在组装的过程中，第二衬底20尚未进行制造变形膜步骤。第二衬底20之厚度因此实质上与初始厚度相同，例如数百个微米。下陷区可选择性的被制造于底面21I，并具有相对于第二衬底20的总厚度，而可忽略的深度，因此并不会改变第二衬底20整体上的刚性。故，在组装步骤之前或组装步骤过程中，对于第二衬底20的后续处理具有较小的导致破裂或撕裂的降解风险。
此外，第一衬底10与第二衬底20具有足够的厚度使接合步骤期间可以忽略不计任何的变形，特别是在真空中进行接合步骤。位于第一衬底10的端缘16顶部与第二衬底20的底面21I之间的缺口，可因此变得非常小，举例来说在数个微米或如上述的十分之一微米区间内。因此，在对两个任一衬底进行热变形后，端缘16以及第二衬底20的底面21I之间相互地在接合表面发生的地方接触的风险是不存在的。
基于相同的理由，在凸座17的顶面与底面21I之间的缺口也可为数个微米或十分之一微米的区间。
两者择一于下陷区或合并其中，进行表面处理以抑制端缘16的顶部与第二衬底20的底部21I的凸座17之间的接合是可实行的。此种表面处理，优选地进行在面对端缘16与凸座17的第二衬底20的底部21I的表面上，可以微加工制作粗糙的表面状况、疏水或低亲合强度的材料的沉积或化学表面处理或离子注入。
最后，值得注意的是，在组装步骤中，入口管路14以及出口管路15可能步会被贯通，如图2A及图2B所示。在这个情况下，组装步骤是优选地在真空状态下被完成。
环境压力可能为，举例来说在10-4毫巴以及10-2毫巴之间。此种压力可避免因为使用高温使得孔穴12-1、12-2、12-3或管路13、14、15所形成的封闭体积内被困住的气体产生热膨胀，所导致显着的压力激增引起过度的机械应力于衬底内部，但是在第一衬底10与第二衬底20之间的组装区仍会存在。
根据本发明的方法的第三步骤变形膜是在第二衬底内最后被制造形成。
请参阅图2B及2C，此实施例可藉由在整个表面上进行剪薄第二衬底20以完成。
第一机械抛光阶段，像是磨光可被进行。此种技术特别是指在Pei的出版物，标题”研磨硅片：从历史的角度回顾”Int.J.Mach.Tool.Manu.,48(2008),1297-1307所描述。
此种抛光阶段可在中介的二氧化硅层23-2上数个或数十个微米被停止。
中介层23-2的剪薄可用已知的化学机械抛光(CMP)技术。藉由氢氧化钾或四甲基氢氧化铵的干式蚀刻或湿式蚀刻，可单独或合并使用化学机械抛光技术。在使用干式蚀刻或湿式蚀刻的情况下，二氧化硅层提供作为阻挡层的优势，以使精准地控制变形膜的最终厚度是有可能的。
最后，第二衬底20的中介的二氧化硅层23-2可被反应离子干式蚀刻技术或氢氟酸蚀刻技术或任何已知的还原手段蚀刻。
请参阅图2C，其中第二衬底20具有一实质上平整的顶面21S以及本质上包含初始硅基绝缘层的底面23-3。
如此一来会造成第二衬底的顶面21S实质上是为平整以及其厚度实质上是为相同的。用语”实质上”是以第二衬底20的底面21I上所制造的下陷区24-1至24-3，包含任何在厚度上的变化于0.1微米至3微米之间。
根据本实施例，由于厚度不足在几十到几百微米的区域，例如10微米至300微米，优选的为50微米，第二衬底20并不具有几何定义区域用以形成变形膜，当变形膜被定位以面对在底面所形成的孔穴，任何第二衬底的区域是应以形成一变形膜。尽管如此，设置以面对孔穴12-1、12-2、12-3的第二衬底20的区域皆可形成变形膜22-1、22-2及22-3。
值得注意的是，剪薄步骤可在常压环境下被进行，而孔穴仍然保持封闭体积在一真空状态。
一个压力随后施加在第二衬底20的顶面21S，往往造成内部孔穴12-1、12-2、12-3的弯曲。具有优势的是，凸座17排列在中央孔穴12-2以形成一支座用于第二衬底20，以及因此提供了第二衬底20弯曲变形的限制。设置于上游孔穴12-1以及下游孔穴12-3之间端缘16也可形成第二衬底20的支座，并也帮助限制第二衬底20的最大可能弯曲。
再者，后续步骤可被用以完成变形膜微泵的生产。
因为没有投影突部在第二衬底20的顶面21S，在顶面21S执行传统微型生产步骤是有可能的。例如包含用旋转器沉积光敏树脂的光刻步骤以及蚀刻步骤。
请参阅图2D，一导电层可在第二衬底20的顶面21S被制造形成。此导电层是以沉积一金属层，举例来说，金、铝、钛、白金或合金(硅化铝)等。也可能是任一种类的导电材料沉积在干净区。
一介质钝化层(未绘示于图中)可接续被沉积在微泵的表面。其材料可为二氧化硅、氮化硅或四氮化三硅并具有数个纳米的厚度。此层提供保护以及隔绝导电层。
导电层及钝化层可在所处位置被蚀刻以形成变形膜驱动手段的导电轨道及电源供应区。
变形膜驱动手段可以是压电芯片。导电层及钝化层随后可被蚀刻以形成接触块32用以提供以外部系统对微泵的电源供应，导电盘33可用以接收压电芯片，导电轨道可用以连接接触块32和导电盘33。
导电盘33具有一实质上等于压电芯片大小的直径，直径的范围可在0.5到0.85倍的排列以面对导电盘33的孔穴的直径。
请参阅图2E，芯片31可在第二衬底20的顶面被制造，并排列在变形膜22-1、22-2及22-3上。芯片31个别的放置在导电盘33上，并使用导电胶组装接合。压电芯片的厚度可在百微米区间左右，举例来说为125微米到200微米。
适合使用的压电材料概述可在Doll所出版的期刊找到，标题”由四膜硅微泵驱动的一种新型的人工括约肌假体”Sensor.Actuat.A-Phys.,2007,Vol.139,203-209。
另外，压电芯片可以化学气相沉积(CVD)或溶胶-凝胶沉积方式获得。在此种情况下，压电芯片的厚度可能可以少于一微米或数个微米。
最后，电线34可被焊接至压电芯片的顶面并与导电轨道相连接。电压可因此被个别的施加于每一个压电芯片。压电芯片的形变因此使对应的变形膜产生形变。压电芯片在此可被用以当做变形膜的致动方式以使变形膜产生变形。值得注意的是，压电芯片也可用以做为量测变形膜动作或因为产生形变所引起的位移的传感器。
根据本发明的方法的一优选地实施例，入口管路14及出口管路15并非完全贯穿。在蚀刻步骤中，第一衬底10上的底面11I可随后被选择性的进行光刻，以使入口管路14及出口管路15为贯穿。从入口管路14及出口管路15，孔穴12-1、12-2、12-3以及连通管路13所形成的微泵微通道因此可为开放并可与外部环境连通。
这一步是有利的生产方法。这使防止微泵微通道内部被各种残留物或杂质污染是有可能的。上游和下游的阀门堵塞或操作不当的风险可因此被排除。
最后，若是多个微泵是从第一晶圆形成第一衬底以及第二晶圆形成第二衬底同时的被制造而成，该些晶圆将会被切割以分离多个同时制造出的微泵。
图4与图5绘示了微泵的另一实施例，其中入口管路与出口管路为设置于上游孔穴与下游孔穴的外部。
图4与图5中组件标记相同于图2A至2E是指相同或相似的组件。
入口管路14出口管路15在此实施例中是被排列以实质上的邻近上游孔穴12-1及下游孔穴12-3并且通过连通管路13与上游孔穴12-1及下游孔穴12-3相互连通。
请参阅图4，入口管路向内延伸至第一衬底，而出口管路向内延伸至第二衬底。此种排列是为一示范态样，并不以此为局限。也就是说，排列入口管路在第二衬底以及排列出口管路在第一衬底，或是排列入口管路和出口管路在第二衬底内都是显然地可行的。
请参阅图5，每个端缘可用对应孔穴12-1、12-3向内延伸并形成瑜第一衬底10上的一直线(或曲线)凸部18以作为主动阀。与其对应的变形膜22-1、22-3随后可与凸部18接触用以防止任何流体流动于凸部和变形膜之间。
如上所述的优选实施例的另一实施例，在沉积导电层之前，应力层可直接地沉积在任一被制造的变形膜的顶面的表面。应力层可提供一应力作用于变形膜上，并使其产生形变于其上。举例来说，应力层可被沉积在上游或下游的变形膜因此可使变形膜与另一侧端缘接触。据此，当变形膜并未被驱动手段激活时，例如压电芯片，变形膜在没有作用的位置变形。
应力层可通过，例如Si3N3，由等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积而成，并具有数百个百万帕(MPa)区间的内部拉应力，例如700Mpa。应力层的厚度可为0.1微米至1微米的区间。
请参阅图6。由应力层35所导致变形膜22-1偏移数个微米，以足够使变形膜与位于另一侧的端缘16相接触。
在另一实施例中，若干个应变计可在第二衬底的顶面被制造，并设置在变形膜之上。该些应变计可用以量测变形膜的形变量以决定变形膜的位置(高、低或中间位置)，并可量测微泵微通道当下的压力。举例来说，应变计可用来测量上游孔穴与下游孔穴之间的压力差，因此可以量测流体的流速或侦测是否有流体渗漏情形。
应变计可用具有高应变因子的导电材质所制造而成，举例来说为金属，像是白金，或优选地为掺杂半导体材料，像是通过硼离子植入以获得的p-掺杂硅半导体材料。硼离子植入可优选地直接作用在硅薄膜上。
应变计也可能产生具有四片有相反的测量方向的惠斯登电桥。此种电桥
特别是描述在Malhaire以及Barbier所出版的期刊，标题”恶劣环境下的原始多晶硅布局多晶硅绝缘体上的压力传感器的设计”2003，ThinSolid Films，427，362-366。
请参阅图7。图7与图6是为相对应的微泵之上视图，图7还包含一集成传感器100。集成传感器100以及电子组件32通过至少一位准，典型的为如图2D所述的金属层。金属盘33，档块32以及若干个电线和集成传感器100，可用相同的金属材料制成，并可通过简单的步骤形成，像是沉积、光刻或蚀刻。在一更加复杂的实施例中，也可嵌入若干个位准。举例来说，可使用掺杂硅的压电电阻。
如图7所示，材质可为100纳米至500纳米的金层，以标准显微技术方法沉积。集成传感器是由具有4个相同几何形状的压阻式电阻101的惠斯登电桥所制造而成。举例来说，压阻式电阻101可由微米等级线圈形成，例如3微米至10微米之间的宽度，大约1厘米的长度。电线102连接档块32，以供电于电桥并进行测量。其中一个压阻式电阻103是设置于面对变形膜23-3。优选地，压阻式电阻103可被设置埋封于变形膜22-3，以被置于当变形膜开始形变时，所产生应力与最大形变的区域。剩余三个压阻式电阻为设置在变形膜的外部以保持恒定的电阻值，无论变形膜如何产生形变。变形膜22-3在变形膜的两个面之间的压力差作用下变形、藉由压电芯片的驱动效果下产生变形或两者同时的作用下产生变形。通过压电晶电的效果，这些变形将会导致压阻式电阻103的电阻值改变。这些电阻值的改变可通过惠斯登电桥精准的电性量测获得。举例来说，给予惠斯登电桥1伏特的输入电压Vin，即可量测出如图7及图8所示的输出电压Vout。
请参阅图8，图8绘示了示范态样的量测结果，图中的曲线给出了输出电压(Vout)测量的过程。曲线数值的改变是根据惠斯登电桥的不平衡，因此直接地与变形膜的形变(位置)相关。详细的说，压电芯片安装在变形膜22-3可通过方波形式的电信号被驱动。在图8中，ON-OFF的范围是分别地指出压电芯片目前是作用中或着闲置。驱动循环在传感器量测曲线上是清晰可见的并已被确定。所以变形膜的形变也可同时通过电子手段被确定以及量化。因此传感器用来量测微泵作用中变形膜的形变，是可令人满意的结果。此种方式更可判断变形膜形变幅度(形变幅度与施加在压电芯片上的电压呈正向关系)。
其次，(请参阅图8的参考线A)，当100毫巴的压力施加在微泵的出口管路时，这个压力(Pout)突然地从0毫巴至100毫巴产生改变。这样的改变可被清晰的被传感器所记录(如图8所示)。这显示了传感器可用以验证微泵的理想操作状态，也同时可量测微泵出口管路的压力。传感器可被用以侦测从微泵下游的流路的阻塞，或一般来说适用以量测在微泵出口管路的系统地液压阻抗。显而易知的是，相同的若干个传感器可被设置在另外两个变形膜22-1及22-2上。通过设置一个传感器在微泵入口管路的变形膜上，即可量测微泵上游的压力。
传感器的生产被要求需要比较精细的分辨率(例如，1微米至10微米的刻画)。此外，传感器必须被精准地设置在明确界定的变形膜区域。如果微泵的顶面根据先前技术的公开为浮雕式(如图1所示)，上述的传感器就不可能被设置于其上。若要通过光刻技术以制造上述传感器，微泵的顶面必须要为一平整面。据此，这表明了本发明的优势，并指出使用微机电的技术的附加价值在生产本发明的微泵。
在上述优选实施例的另一实施例中，若干个凸座所形成的支座可被制造且设置在上游、下游或两者的中央孔穴，或在连通管路。如上所述，该些凸座限制了变形膜的偏折，是在第二衬底剪薄步骤中在对应的孔穴中被制造的。如此一来，可帮助加强微泵的结构强度。
该些凸座的高度可等于与其对应的孔穴的深度，在上述的情况中，下陷区可在第二衬底的底面被制造，并排列以面对每个凸座。此外，凸座的高度可实质上少于所对应孔穴的深度，大约在少于数个微米或十分之一微米的区间。在此种情况下，下陷区是不需要的。
在另一实施例中，第一衬底与第二衬底可用硅或玻璃制造。若是第一衬底与第二衬底其中有一个是用硅(或硅基绝缘体)制造，另一个是用玻璃制造，即可使用已知的阳极接合技术进行组装步骤。
此外，孔穴、变形膜以及压电芯片可为如前述的环形结构，或其它形状，例如椭圆形、方形或多边形。
还应值得注意的是，中央变形膜可相对于上游或下游的变形膜具有不同的尺寸。尺寸是对应配合孔穴。因此，举例来说，微泵腔室可具有接近6毫米的尺寸，而上游及下游腔室可具有3毫米的尺寸。
在上述优选实施例的另一可选实施例中，第二衬底可从其之顶面被剪薄，非整个表面而是表面的一部分。举例来说，每个微泵可能包含具有定面的第二衬底，排列在第二衬底的边缘并界定依实质上平整的中央表面。
明显地，各种对本发明的修改可由本领域具有通常知识者所完成，本发明所公开的实施态样只是作为非限制性的例子，
本发明的变形膜微泵可包含主动阀，各个主动阀包含一变形膜。然而，本发明还可包含可选的上游和下游的薄膜阀、检查阀以及汇聚管路。
最后，其它进一步驱动变形膜的方式是有可能的，举例来说：气动式、磁力式或静电驱动方法等。
以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求中。

Claims (16)

1.一种制造至少一变形膜微泵的方法，所述变形膜微泵包含一第一衬底（10）及一与第一衬底（10）相互组装在一起的第二衬底（20），所述第一衬底（10）包含至少一孔穴（12-2）及所述第二衬底包含面对所述孔穴（12-2）设置的至少一变形膜（22-2），所述第一衬底（10）及所述第二衬底（20）是一起界定一微通道的一部分，其中所述孔穴（12-2）及所述变形膜（22-2）位于所述微通道，
所述方法包含下列步骤：
在所述第一衬底（10）内制造所述孔穴（12-2）；
然后在所述第二衬底（20）制造所述变形膜（22-2）；以及
将所述第一衬底（10）以及所述第二衬底（20）组装在一起；
其特征在于，制造所述变形膜的步骤在组装所述第一衬底以及所述第二衬底的步骤之后完成。
2.如权利要求1所述的制造至少一变形膜微泵的方法，其特征在于，所述第二衬底（20）还包含一顶面（21S）及一底面（21I），所述第二衬底（20）在所述第二衬底（20）的底面与所述第一衬底（10）组装，制造所述变形膜（22-2）的步骤是通过从所述顶面（21S）对所述第二衬底（20）进行一剪薄，所述剪薄是通过机械抛光、化学机械抛光或蚀刻进行的。
3.如权利要求1或2所述的制造至少一变形膜微泵的方法，其特征在于，组装步骤是通过分子接合、阳极化、共晶接合或粘合进行的。
4.如权利要求1到3任一项所述的制造至少一变形膜微泵的方法，其特征在于，所述第一衬底（10）还包含一与所述孔穴（12-2）相连通的管路（14；15），一后续剪薄步骤通过蚀刻由所述底面（11I）制造的所述第一衬底（10）的至少一部分，以使所述管路（14；15）为一贯穿管路。
5.如权利要求4所述的制造至少一变形膜微泵的方法，其特征在于，组装步骤为在一真空环境完成。
6.如权利要求1到5任一项所述的制造至少一变形膜微泵的方法，其特征在于，在制造所述变形膜的步骤之后，所述第二衬底（20）在其整个表面具有一基本上水平的顶面（21S）。
7.如权利要求6所述的制造至少一变形膜微泵的方法，其特征在于，一后续沉积步骤、一后续光刻步骤及一后续蚀刻步骤在所述第二衬底的顶面（21S）上完成。
8.一种变形膜微泵，所述变形膜微泵包含一第一衬底（10）及一与所述第一衬底（10）相互组装的第二衬底（20），所述第一衬底（10）包含至少一孔穴（12-2）及所述第二衬底（20）包含面对所述孔穴（12-2）设置的至少一变形膜（22-2），所述第一衬底（10）及所述第二衬底（20）是一起界定一微通道的一部分，其中所述孔穴（12-2）及所述变形膜（22-2）位于所述微通道，其特征在于，所述第二衬底（20）具有一沿着所述微通道的一部分的基本上不变的厚度。
9.如权利要求8所述的变形膜微泵，其特征在于，所述第二衬底（20）还包含一顶面（21S）及一底面（21I），所述第二衬底（20）于所述第二衬底（20）的底面（21I）组装所述第一衬底（10），所述第二衬底（20）在其整个表面具有一基本上水平的顶面（21S）。
10.如权利要求8或9所述的变形膜微泵，其特征在于，所述变形膜（22-2）具有一小于或等于300微米的厚度。
11.如权利要求8到10任一项所述的变形膜微泵，其特征在于，所述第一衬底（10）及所述第二衬底（20）优选地由硅、硅基绝缘体或玻璃制造。
12.如权利要求8到11任一项所述的变形膜微泵，其特征在于，所述第一衬底（10）包含至少一凸座（17），所述凸座（17）设置于所述孔穴（12-2）内并面对所述变形膜（22-2），以形成用于所述变形膜的一支座。
13.如权利要求8到12任一项所述的变形膜微泵，其特征在于，所述第一衬底（10）还包含一第二孔穴（12-1；12-3），所述第二衬底（20）还包含面对所述第二孔穴（12-1；12-3）设置的一第二变形膜（22-1；22-3），所述第二孔穴（12-1；12-3）及所述第二变形膜（22-1；22-3）位于所述微通道的一部分内，所述第一衬底（10）还包含一管路（14；15），所述管路（14；15）通过邻近往所述第二孔穴（12-1；12-3）内突出的一端缘（16）的一开口于所述第二孔穴（12-1；12-3）内打开，且所述管路为平行于所述第二变形膜（22-1；22-3）。
14.如权利要求13所述的变形膜微泵，其特征在于，所述端缘（16）以及所述第二变形膜（22-1；22-3）包含相互间隔关系的一缺口在0.01微米及3微米之间。
15.一种如权利要求8到14任一项所述的变形膜微泵，其特征在于，所述第二衬底（20）包含一顶面（21S）及一底面（21I），所述第二衬底（20）在其底面（21I）组装所述第一衬底（10），一应力层（35）设置在面对一变形膜（22-1；22-2；22-3）的所述第二衬底（20）的顶面（21S），以使所述变形膜在一无作用位置进行形变。
16.一种如权利要求8到15任一项所述的变形膜微泵，其特征在于，所述第二衬底（20）包含一顶面（21S）及一底面（21I），所述第二衬底（20）在其底面（21I）组装所述第一衬底（10），一应变计设置于面对一变形膜（22-1；22-2；22-3）的所述第二衬底（20）的顶面（21S）上，以量测所述变形膜的一变形量。
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