CN1809421A - 流控微机电系统器件 - Google Patents

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CN1809421A
CN1809421A CNA2004800172534A CN200480017253A CN1809421A CN 1809421 A CN1809421 A CN 1809421A CN A2004800172534 A CNA2004800172534 A CN A2004800172534A CN 200480017253 A CN200480017253 A CN 200480017253A CN 1809421 A CN1809421 A CN 1809421A
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C·-H·陈
X·杨
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Hewlett Packard Development Co LP
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Abstract

介绍了一种流控微机电系统(MEMS)器件(200)。在沉积于衬底(120)上的聚合物层(42)上形成了至少一个被部分地覆盖的微流道(124)。在一方面，被部分地覆盖的微流道(124)制成为一体式结构。在一个实施例中，对聚合物层(42)施加强曝光工艺(706)，以便形成深交联聚合物区域(620)。对聚合物层(42)施加弱曝光工艺(708)，以便形成浅交联聚合物区域(622)。

Description

流控微机电系统器件
技术领域
本发明涉及微机电系统(MEMS)，更具体地涉及可以包含或运送流体的MEMS。
背景
许多类型的微机电系统(MEMS)可提供电子检测、控制和计算。MEMS技术正在应用于持续减小的系统中，并且近来已经应用于纳米级系统中。用于持续减小、尤其是小至纳米级尺寸的器件的设计提出了相当大的设计挑战。
当MEMS器件和电路应用于恶劣环境中时会导致相当大的复杂性。最具挑战性的环境之一是MEMS或任何电子电路设计用于或应用于流体(更具体地说是血液、其它体液或难处理的流体)。MEMS构造成可检测或监控人体和许多其它应用中的多种参数。电子器件必须被保护起来而免受这种恶劣环境，以提供精确的流体测量。
如图1所示，MEMS器件29的一个现有技术的实施例可集成在某些化学分析系统中。MEMS器件29包括多个衬底34和36。在两个相应的衬底34，36的一个或两个相应蚀刻面30，32中蚀刻出了凹槽和/或通道28。如图2所示，两个衬底中的每一个的蚀刻面在粘合区38处粘合在一起，使得它们定位成相互面对。由于蚀刻面安装成相互面对，因此一对蚀刻凹槽(即各蚀刻面中的一个凹槽)一起形成了在各侧上被其中一个衬底所包围的导管。
衬底34，36可由玻璃(例如Pyrex，Corning公司的商标)或半导体如硅制成。衬底粘合在一起，使得衬底的一个或两个蚀刻面30，32中的蚀刻通道和/或凹槽28(如图1所示)形成了可提供流体连通的导管。衬底可采用阳极粘合技术或利用玻璃粉中间层来粘合。可提供流体式连通的导管包括流体输入/输出端口以及微流道(fluidicchannel)。
这种现有技术可使用已知的制造技术来形成如图1所示的蚀刻通道和/或凹槽28，其具有小至并包括数十纳米的理想尺寸。然而，对齐粘合衬底对上的蚀刻通道和/或凹槽28要花费大量的时间和人工。这样，很难在大批量生产中使用这种匹配式衬底构造。另外，这种粘合衬底对的生产成本很高。
附图简介
在所有图中采用相同的标号来表示类似的特征和部件：
图1显示了现有技术的晶片粘合工艺，其中多个晶片处于间隔开的位置，以便可彼此相向地运动且相互粘合；
图2显示了图1所示的现有技术粘合工艺，其中多个晶片粘合在一起；
图3显示了化学分析系统的一个实施例，其采用聚合物层技术的一个实施例来制造；
图4显示了采用聚合物层技术来制造的流控微机电系统(fluidicMEMS)的一个实施例的顶视图；
图5显示了沿图4中的剖面线5-5的侧剖视图；
图6a，6b，6c，6d和6e显示了制造期间流控MEMS器件(在该例中为微流道)的一个实施例的侧剖视图；
图7显示了直接成像交联工艺，其用于采用例如图25所示的控制器/计算机来制造流控MEMS(例如图6a，6b，6c，6d和6e中所示实施例)；
图8a，8b，8c，8d和8e显示了制造期间流控MEMS器件(在该例中为泵)的一个实施例的侧剖视图；
图9a，9b，9c和9d显示了图8e所示的流控MEMS泵的操作的一个实施例；
图10显示了流控MEMS器件(在该例中为微流道)的一个实施例的侧剖视图；
图11显示了流控MEMS器件(在该例中为反应器)的一个实施例的侧剖视图；
图12显示了图11所示流控MEMS器件沿剖面线12-12的顶面剖视图；
图13显示了流控MEMS器件(在该例中为过滤器)的一个实施例的侧剖视图；
图14显示了图13所示流控MEMS器件沿剖面线14-14的顶面剖视图；
图15显示了流控MEMS器件(在该例中为分离器)的一个实施例的侧剖视图；
图16显示了流控MEMS器件(在该例中为光波导)的一个实施例的侧剖视图；
图17显示了通孔的一个实施例的顶视图；
图18显示了图17所示通孔的一个实施例沿图17中的剖面线18-18的侧视图；
图19显示了图18所示的通孔，其中带有可保持导管组件相连的粘胶；
图20显示了导管部分被移开的图18所示的通孔，以及提供用于密封通路的粘胶；
图21a，21b，21c，21d和21e显示了所谓“失蜡”工艺的一个实施例；
图22显示了如图21a，21b，21c，21d和21e所示失蜡工艺的实施例的流程图；
图23a，23b，23c和23d显示了干膜工艺的一个实施例；
图24显示了图23a，23b，23c和23d所示干膜工艺的实施例的流程图；和
图25显示了构造成用于控制图7所示直接成像工艺的计算机/控制器的一个实施例的框图。
详细描述
流控微机电系统(MEMS)器件200是一种能够传送和保持流体和/或与流体形成接口的MEMS器件。本公开提供了流控MEMS器件200的多个实施例。本公开提供了一种机构，流控MEMS器件可通过它而以可靠且成本效率合算的方式来生产，并且只使用了必须连接的很少元件。MEMS器件的一种示例性应用涉及运送/监控人体或动物的流体，例如血液。鉴于流控MEMS器件200有时必须与外界有效地接口、在MEMS内分配流体以及与流体相互作用，因此这种器件的封装是非常具有挑战性的。这种流控MEMS器件200的例子包括化学分析系统和微阵列。均设于同一芯片上的微型化学和生物学分析系统的集合的一个实施例提供了“芯片上的实验室”型设计。
在一个方面中，流控MEMS器件200可通过采用直接成像工艺来形成。直接成像工艺的一个实施例包括光敏聚合物如Su8(Su8的使用在半导体行业中是公知的，并且可以买到)。
可以生产出流控MEMS器件200的许多实施例，它们包括但不限于微流道、流体泵、流体过滤器、材料分离器(采用电泳)、化学检测器、反应器和流体连接器。另外，本公开介绍了以互连方式制造多种这类MEMS器件的许多实施例。
流控MEMS器件200的一个方面涉及到形成一个或多个微流道124，其可在各个流控MEMS器件200的不同部件之间运送流体。微流道124可构造成在深度上相当浅(例如在某些实施例中小于100纳米)。包括多个流控MEMS器件200的组装好的系统可采用如图4和5所示的聚合物层结构42来生产，其包括聚合材料，如图3中的方框形式所示。可以采用如图7所示的技术且如图6a，6b，6c，6d和6e所述地来制造一体式聚合物层结构42。
流控MEMS装置200的某些实施例构造成可包括过滤器结构。在另一实施例中，流控MEMS器件200可提供反应腔(例如集成的平面聚合酶链反应(PCR)腔)。
图3显示了设置在一体式聚合物层结构42上的多个流控MEMS器件200的一个实施例的顶视图。一体式聚合物层结构42包括多个或者完全形成在聚合物层中、或者形成在聚合物层和衬底顶面中的器件。如图3所示，一体式聚合物层结构42的一个实施例包括(作为流控MEMS器件200)入口44、过滤器46、阀48、反应器(加热器)50、分离器52、用于光学检测的波导54、泵56以及出口58。多个微流道124连接了如图3所示的不同流控MEMS器件200。过滤器46用来过滤掉具有至少一个大于预定尺寸的尺寸的物质。波导54发送与样本如液体中的一种或多种化学物的浓度有关的浓度信息。阀48选择将被输入到反应器50中的那种流体(其从入口44和/或过滤器46中供应)。反应器50包括微流道，在一种变型中其设置成蜿蜒式构造，以便增加反应器的微流道的长度，从而增强热传递。
在一种变型中，在加热通道的附近设置了多个加热元件(各加热元件具有不同的加热面积)。可以选择性地和单独地促动具有不同加热面积的加热元件，以便在不同的时间处将穿过流体元件的流体加热到不同的加热温度，从而有效地执行PCR工艺。在PCR工艺已经知道，可在不同的时间将流体加热到不同的温度水平。在一个备选实施例中，可以改变穿过一个(或超过一个)加热元件的电流量，以便对穿过流体元件的流体施加不同的加热水平而达到不同的温度，从而执行PCR工艺。
分离器基于施加给样本中的不同成分的电荷来从样本中分离出不同的成分。不同的成分基于这些不同成分的特性而沿着通道移动不同的长度。如图3所示，微流道124连接在器件44，46，48，50，52，54，56和58中的某些器件之间，各微流道124提供了所示特定器件之间的唯一流体路径。基本上所有进入微流道124的流体或者保留在通道内，或者离开通道。
图3所示的特定器件44，46，48，50，52，54，56和58仅是示例性的，并不限制其范围，这是因为采用这里所述的一体式聚合物层技术所生产的器件的任意组合均属于本公开的范围内。
可用于生物学或化学分析系统的多种技术包括但不限于电泳、自由流动电泳、电场流动分级(EFFF)、聚合酶链反应(PCR)、气相色谱分析、液相色谱分析以及混合型系统。流控MEMS器件200可应用于多种这些技术中。
采用针对一体式聚合物层结构42的实施例所述的技术，可在一个芯片上制出多个流控MEMS器件200，该芯片在某些实施例中构造成可采用集成波导来提供化学或生物学分析。因此，可通过采用直接成像工艺来生产集成的整体化学分析系统。许多现有技术的系统依赖于晶片粘合工艺。化学或生物学分析系统的一个实施例结合有聚焦透镜和机械式纤维对准导向器。
如针对图1的本公开背景部分所述，封装MEMS的常用现有技术是在形成于一对硅或Pyre(Corning公司的商标)玻璃衬底34，36中的表面30，32内蚀刻出凹槽和/或通道28。衬底34，36粘合在一起，形成如图2所示的粘合区38，使得蚀刻面30，32中的凹槽和通道28形成了流控输入/输出端口和各部件之间的微流道。阳极粘合技术(或使用玻璃粉中间层)可以粘合微加工制出的芯片中的区域38。
当蚀刻多个表面30，32中的每一表面时，相应的衬底34，36如图1和2的现有技术构造所示地那样对齐，使得一个衬底34上的凹槽和/或通道与另一衬底36上的凹槽和/或通道对齐。如果要制出多个粘合区(例如形成多层结构)，那么就对各个后续衬底重复进行在每一连续粘合区38处执行的对齐和粘合连续粘合衬底对的工艺。
如图3所示，本公开提供了一种机构，通过它可将多个流控MEMS器件200制成为形成于衬底120上的聚合物层中的一体式聚合物层结构42。这样，微流道124形成了一种媒介，通过它可运送在流控MEMS器件200的组之间穿过的流体。其它非通道式流控MEMS器件200(例如流体泵、流体过滤器、流体反应器)可被视为集成有微流道124，其包围流体并引导流体，使之流经器件本身的功能部件。
如这里所述，流控MEMS器件可制成为一体式聚合物层结构42。图4和5显示了一体式聚合物层结构42的一个实施例。如图5所示，一体式聚合物层结构42(采用如本公开所述的曝光/显影工艺)固定在衬底120上。对于直接成像而言，使用了两种曝光工艺，即弱曝光工艺和强曝光工艺。一体式聚合物层结构42形成有衬底120，以及连接多个流控MEMS器件200中之一的一个或多个微流道124。然后将未曝光材料显影掉而将其除去。在形成聚合物层的聚合物材料中通常形成有凹腔，以允许除去未曝光材料(它们中的许多在直接成像工艺之后被塞住，以便形成液密式微流道)。被显影掉的未曝光材料的位置通常对应于微流道124。然后利用热量和/或紫外(UV)光曝光来固化聚合材料。对于各种特定的聚合物来说固化工艺通常是已知的，不同的聚合物之间有些不同，这将在下文中进一步介绍。
在一个实施例中，可形成一体式聚合物层结构的聚合物材料包括快速交联聚合物，例如可光电成像(photoimagable)的环氧树脂(例如可买到的SU8)、可光电成像的聚合物，或者光敏硅酮电介质(例如以ShinEtsuTM制出的SINR-3010)。
某些微流道124与通孔126连通，流体可经由该通孔从聚合物结构区域122的上方(方向如图4所示)引入到微流道124中或从中排出。微流道124和通孔126的组合一起形成了一定的图案，在这里描述为部分地被覆盖的通道124(用语“部分地”指可在任何用于通孔126的覆盖物中提供开口的可能性)。
一体式聚合物层结构42包括流控保持材料(fluidic containmentmaterial)130。流控保持材料130在连接部121处与衬底120相连，以便形成微流道124，从而沿着流体的预期路线在预定微流道124中引导流体(并且提供通孔126作为从微流道中逸出的一条路线)。因此，流控保持材料130、微流道124和通孔126组合起来而在衬底120上形成了聚合物层结构42，如图5所示。在一个实施例中，微流道124因而形成为一体式聚合物层结构42和衬底120之间的接口。因此，在某些实施例中，一体式聚合物层结构42的用来制造流控保持材料130的部分、微流道124和通孔126可制成为一体式结构。
本公开所述的一体式聚合物层结构42降低了与在一个或两个玻璃衬底中微加工MEMS器件(如同现有技术的晶片粘合工艺)、然后将两个衬底粘合在一起以形成所需通道构造有关的费用、时间和劳动强度。流控MEMS器件200的某些实施例可以相对容易地制造，因而降低了相关的生产成本。与生产许多流控MEMS部件有关的制造技术也得以简化和增强。
在一个实施例中，聚合物层结构42形成为一体式构件，其连接在衬底上以形成流控MEMS器件200。因此，某些部分(包括但不一定限于流控保持材料130、微流道124和通孔126中的一个或多个)形成为如本公开所述的带有衬底120的一体式聚合物层结构42。一体式聚合物层结构42的使用提供了若干优点。
在采用如图1和2所示的刚性连接衬底32，34的现有技术实施例时，密封各个通道是比较困难的。也就是说，与采用本文所述技术如图5所示地在一体式聚合物层结构42和衬底120之间形成可靠的通道相比，采用如图1和2的现有技术系统所示的两个刚性衬底板件34，36中的通道28来形成可靠的通道通常更困难。这一概念甚至可应用于这类更小级别的器件，例如纳米级、中等尺度、宏观尺度和微尺度的流控MEMS器件200。
此外，与相连的复合构件相比，一体式聚合物层结构42保证了提高的密封有效性。这种提高的密封有效性转化成流控MEM器件的增加的有效寿命、改善的操作以及提高的灵敏度。此外，通过如同在一体式聚合物层结构42的某些实施例中的情况下那样在一个衬底上形成凹槽和/或衬底，则多个衬底不必对准以形成流控导管。这种对准工艺通常成本较高，并且费力且容易出错。
这里所介绍的流控MEMS器件200可在不采用在多个衬底34和36之间进行对准的技术(对准如图1和2中针对现有技术的结构所述)的条件下进行封装。在一层衬底上制造一体式聚合物层结构42依赖于聚合物材料和直接成像工艺。可采用如本公开所述的一体式聚合物层技术来制造很多种流控MEMS器件。
考虑到如图5所示的构造，由于其形状的原因，一体式聚合物层结构42可称为顶环式结构。可采用不同强度的直接成像工艺技术来制造如图5所示的具有不同垂直深度的流控MEMS器件的不同部分。顶环式结构不仅提供了对一体式流控MEMS器件200的保护，而且还形成了用于流体传送的内置微流道124。聚合物材料可为一体式流控MEMS提供用于与外界连通的输入/输出端口。该新技术可以有效地降低一体式MEMS的封装成本，并且增强流控MEMS器件200的不同实施例的功能性。
一体式聚合物层技术提供了多种流控MEMS器件200。可在某些流控MEMS器件内在一侧上通过衬底并在另一侧上通过聚合物层来形成封闭空腔。聚合物层形成为一体式结构，以便降低流体泄漏、污染等的可能性，这些情况可能会通过封闭腔内的内容物与聚合物层之外的内容物混合时而产生。在一个实施例中，流控MEMS器件是能够以显著降低的成本和/或增加的可靠性来进行完全集成式总体化学分析的器件，或者其它流控MEMS器件200(和/或部件)。
作为晶片粘合的替代，这里所述的一体式聚合物层技术提出了一体式流控MEMS器件200可利用直接成像工艺技术而被大部分封装在一体式聚合物层结构42的聚合物材料(如SU8)和衬底120之间。顶环式结构不仅提供了对单个流控MEMS器件200(及其部件)的保护以及它们之间的完整性，而且形成了用于流体传送的内置流控空腔和/或微流道124，它们可采用本公开所述的粘胶/环氧树脂来固定。聚合物材料也可形成图案，以便形成通向外界的界面端口。这一新技术可以显著地降低封装成本，并增强流控MEMS器件200的功能性。
图4和5所示的一体式聚合物层结构42可采用如图6a，6b，6c，6d，6e和7所述的直接成像工艺来制造。本公开表明，可利用直接成像工艺用聚合物材料(如SU8)来封装很多种流控MEMS器件200。一体式聚合物层技术所提供的顶环式结构不仅提供了对流控MEMS器件200的保护，而且提供了内置微流道124以便提供流体传送。聚合物材料也可图案化而具备通孔126，从而形成通向外部流控MEMS器件的界面端口。
可采用直接成像工艺来从聚合物中产生顶环式结构，其能够提高包含于流控MEMS器件200内的内置微流道124和流控导管的密封性。顶环式结构还提供了更牢固的结构，以便相对于流控导管来固定流控MEMS器件。图4和5分别显示了采用直接成像工艺来形成的一个示例性流控MEMS器件结构的剖视图。在晶片或衬底120上施加SU8抗蚀剂，之后进行适当次数的曝光，从而形成通孔126、微流道124和顶环式结构。
直接成像工艺允许形成内置微流道124，其形成为包括了可连接不同部件或单元的一体式聚合物层。直接成像工艺通常包括厚SU8材料的旋涂沉积物。SU8材料的不同实施例通常处于2到200微米之间(然而材料也可制成为处于这些尺寸之外)。可采用多个顶环和腔掩模以及相关的交联工艺来形成多重直接成像曝光工艺。该直接成像工艺可形成许多种微流道124和顶环式结构的构造。除微流道124之外，可采用这里所述的直接成像工艺来生产多种流控MEMS器件200。
图6a，6b，6c，6d和6e显示了采用图7所示的直接成像工艺700来在衬底120上制造流控MEMS器件200的一个实施例。在图6a，6b，6c，6d和6e中，流控MEMS器件200制成为微流道124，它们中的许多在图3中以框图形式示出。微流道124将流体从一个位置运送到另一位置。这里所述的各流控MEMS器件200集成有微流道部分，这是因为当流体流经流控MEMS器件200时，通常必须要控制流体的流动(甚至在流体经受到各个特定流控MEMS器件的操作时)。针对图6a，6b，6c，6d和6e所述的总制造技术涉及到流控MEMS器件200的不同实施例。
采用如图7所示的直接成像工艺700，可以制造出流控MEMS器件200的多种实施例。下面将介绍这些实施例中的一些示例性和非限制性的实施例。如图7所示的直接成像工艺700的一个实施例可采用计算机/控制器800的实施例来执行，其中计算机/控制器800可如图25所示地来控制工艺部分802。工艺部分802例如可以是一个或多个可在衬底上执行多种工艺的制造腔或工艺腔。如图7所示的直接成像工艺700包括步骤701，其中在处理之前如所需地来构造衬底。衬底的构造主要取决于流控MEMS器件200的预期功能。例如，如果流控MEMS器件200具有加热或导电功能，那么衬底可相应地设有加热元件或电导体。
作为备选，流控MEMS器件200的另一实施例可以是电气式、光学式或机电式传感器。如果流控MEMS器件200的衬底构造成具有特定的蚀刻或沉积区或其它的构造(例如在图8e中的其蚀刻状态下带有所示的蚀刻凹部752)，那么衬底也在步骤701中进行构造。步骤701在步骤702中的聚合物层沉积之前进行，因此，在交联期间通过曝光和硬烘焙来硬化聚合物的沉积物之前，如所需地来构造衬底。
在图6a中，如针对图7所示的直接成像工艺700中的步骤702所述，将衬底120(仅显示了其一部分)引入到一个或多个工艺腔(未示出)中。在图6b中，如直接成像工艺700中的步骤704所述，将聚合物层608沉积在衬底120上。可以采用任何可将聚合物层沉积在衬底上的技术，例如旋涂。如图3、4和5所示的一体式聚合物层结构42可完全制造在聚合物层608中，或者形成在与衬底120相结合且部分地包括了衬底120的聚合物层中。聚合物层608的一个实施例包括光敏聚合物(例如可买到的Su8)。
聚合物层608的聚合物能够在如本公开所述的多种直接成像工艺期间应用的交联工艺中实现多级(在一个实施例中为两级)曝光和显影水平。这两种掩模式直接成像曝光工艺在这里区分为“强直接成像曝光工艺”706和“弱直接成像曝光工艺”708。因此，聚合物层的聚合物可通过具有不同强度或持续时间的一个或多个光源(例如设计用于特定聚合物而可发出紫外光的光源)来曝光，它们称为强直接成像曝光工艺706和弱直接成像曝光工艺708。与弱直接成像曝光工艺708相比，强直接成像曝光工艺706导致聚合物在曝光后使聚合物层的聚合物交联至更深的深度。在一个实施例中，强直接成像曝光工艺706导致聚合物层的整个深度产生交联。弱直接成像曝光工艺导致不足整个深度被交联。这样，聚合物层可作为曝光强度和/或曝光持续时间的函数而被选择性地曝光至不同的垂直深度。
在一个实施例中，聚合物层608的聚合物通常在如图7所示的直接成像工艺700期间进行两种掩模式直接成像曝光工艺。如图6c所示的强直接成像曝光工艺706能够穿过或几乎穿过聚合物层608的整个深度来交联聚合物。“弱直接成像曝光工艺”(如图6d所示)能够仅穿过聚合物层608的部分深度来交联聚合物。
直接成像工艺700的某些实施例采用了强直接成像曝光工艺706和弱直接成像曝光工艺708的组合，以便在聚合物层608中的聚合物层结构42内提供多种截面构造。这样，聚合物层608选择成能够适当地响应于强直接成像曝光工艺706和弱直接成像曝光工艺708。
图6c显示了强直接成像曝光工艺706的一个实施例，其中光源612(在一个实施例中紫外光源)将足够的光能经掩模614引导到聚合物层608的聚合物中。强直接成像曝光工艺706产生(在交联后)一个或多个对应于掩模614的外形的深交联聚合物区域620。强直接成像曝光工艺706可视为是施加相对较高剂量的光能，其足以穿过聚合物层的基本上整个深度来固化聚合物层608的某些区域。在直接成像工艺700的图6c中显示了强直接成像曝光工艺706。各深交联聚合物区域620基本上完全地延伸穿过聚合物区域608的基本上整个垂直高度。在某些实施例中，深交联聚合物区域620的底部固定在衬底120上，而在其它一些实施例中其并未固定在衬底上。
如图6c所示，深交联聚合物区域620的某些实施例的特定构造被构造成限定了微流道124的外侧边界(长度和宽度)。可产生交联聚合物区域620和622(如图6c和6d所示)的两项步骤包括曝光和显影。在深交联聚合物区域620的曝光的图6c中，聚合物层608的整体垂直深度被曝光(采用强曝光工艺)。
强曝光工艺改变了被曝光过聚合物层的整个深度的这些区域中的聚合物层的性质。这样，通过将深交联聚合物区域620进一步间隔开，就可以提供更宽的通道。这样，图6c所示的掩模614中的许多开口将决定微流道124的路径的侧面边界(在垂直平面内)。或者，深交联聚合物区域620的某些实施例限定了流控MEMS器件中的构件，例如图8c所示流体泵中的挡叶。
图6d显示了弱直接成像曝光工艺708的一个实施例(与图6c所示的强直接成像曝光工艺706相比，它在更弱的曝光强度下进行和/或进行更短的持续时间)。在弱直接成像曝光工艺708中，光源612(在一个实施例中是紫外光源)将足够的光能穿过掩模615引导到聚合物层608的聚合物中，从而在聚合物层的某些选定区域中产生相对较浅的交联聚合物区域622。通过交联，较小的聚合物大分子便可组合成具有增大分子量的更大分子。交联分子的固化用来使这些分子和聚合物材料本身硬化。在该固化状态下，硬化的交联分子可插入到溶剂中，以便显影掉未硬化的聚合物区域。交联、固化和显影在本行业中是大体上已知的，在本公开中将不作进一步描述。用于弱直接成像曝光工艺708的选定区域的构造基于掩模615的构造。
弱直接成像曝光工艺708可视为相对较低剂量(与强直接成像曝光工艺706的较高剂量相比)的光能，其足以仅穿过聚合物层的整个深度的一部分来固化聚合物。图6d所示的弱直接成像曝光工艺708在直接成像工艺700的步骤708中描述。强直接成像曝光工艺706和弱直接成像曝光工艺708构造成限定了微流道124的一体式结构(与衬底120的上表面相结合)。虽然在图7所示的直接成像工艺700的实施例中强曝光工艺706在弱曝光工艺708之前进行，然而步骤706相对于步骤708的顺序在本质上是示例性的，并不限制其范围。
如图6d所示的各浅交联聚合物区域622仅延伸穿过原始聚合物区域608的一部分垂直高度。浅交联聚合物区域622的构造对应于微流道124的上方水平边界的位置。这样，流体在浅交联聚合物区域622的聚合物上流动。浅交联聚合物区域的外形通过图6d所示的掩模615的结构来确定。图6e所示的通孔126形成在浅交联聚合物区域中。
图6e显示了从聚合物层608中去除未交联的聚合物材料。如图6e所示，未交联聚合物材料的去除提供了流控MEMS器件200的最终外形(图6e所示的实施例中的带有通孔126的微流道124)。直接成像工艺700的步骤710涉及在交联工艺期间显影未曝光的聚合物材料，在交联工艺中将显影液施加到未曝光的聚合物材料上，以便从已曝光的聚合物材料上洗去未曝光的聚合物材料。在显影之后，在聚合物层和衬底之间生产出流控MEMS器件200(其最终形式)。当将聚合物层608插入到显影液中时，在显影工艺期间去除未交联的聚合物。
例如，聚合物层608的未交联部分以及如图7所示地在步骤710中所去除的部分对应于如图4和5所示的微流道124和/或通孔126。交联聚合物材料或者在如图6c所示的强直接成像曝光工艺期间被交联，或者在如图6d所示的弱直接成像曝光工艺708期间被交联。因此，交联聚合物材料形成了沿着微流道124的衬底的上表面和侧面的边界。在交联聚合物材料的一部分中形成了通孔126。交联聚合物层的具体厚度可根据流控MEMS器件的所需应用、制造者的设计实践和/或其它设计或规则约束来选择。
然后，聚合物层在步骤712中固化。聚合物层的聚合物固化可通过硬烘焙或通过施加紫外(UV)光来实现。固化的详情取决于所用的聚合物而有所不同，这里将不作详细说明。可根据聚合物固化工艺的相关指示来提供许多种可买到的聚合物。
生产深交联聚合物区域620的强直接成像曝光工艺706和生产浅交联聚合物区域622的弱直接成像曝光工艺708的详情未在这里更详细地提供。可以理解，许多种聚合物材料、衬底构造和聚合物层深度产品具有不同的要求，以便能够生产出如本公开所述的令人满意的层。因此，本公开并不进入到关于任何特定聚合物和/或聚合物层构造的细节中。可采用强直接成像曝光工艺706和弱直接成像曝光工艺708来在聚合物层608中制造出许多种流控MEMS器件200。在本公开中仅介绍了这些流控MEMS器件200的其中一些示例。可以设想，可在聚合物层中制出的任何一体式聚合物层结构42均属于本公开的预期范围内。
考虑到除图4和5所示的构造以外的如图6e所示的流控MEMS器件200的构造，通孔126的尺寸可设计成相对较小。通孔126提供了聚合物层中的微流道和流控MEMS器件200的外部之间的唯一流体式连通。在如图6e所示的某些实施例中，聚合物层608包括集成了流控MEMS器件200的一体式聚合物层结构42。
图8a，8b，8c，8d和8e显示了制造在衬底120上的流控MEMS器件200的另一实施例。图8a，8b，8c，8d和8e所示的流控MEMS器件200用作流体泵56(如图3所示)。图8a，8b，8c，8d和8e中的各幅图对应于针对相应的图6a，6b，6c，6d和6e所述的制造，不同之处在于，如图8c所示，还制出了微止回阀750作为不同的深交联聚合物区域620。
在流控MEMS器件200的一个方面中，MEMS泵包括一对微止回阀750和电阻器760。虽然在图8c中显示了电阻器760，然而可以设想，可采用压电器件来代替电阻器760。在使用了位于薄膜上的压电器件的那些变型中，通过可控地施加电压给压电器件，然后使压电器件根据所施加的电压而膨胀和压缩，就可以提供流体泵送运动。可采用直接成像工艺来制造集成式MEMS泵，以便生产出可延迟或允许流体流过MEMS泵的通道的成对微止回阀。电阻器760在聚合物层608的沉积之前形成或连接在衬底120上，使得可在电阻器上施加电压(从未示出的受控电流源或电压源中)，从而对流过MEMS泵的流体施加热量。对流过MEMS泵的流体选择性地施加热量可产生如本公开所述的泵送动作。电阻器760可通过电压而产生脉动，从而产生气泡，该气泡可以能用于泵送的方式来移动流体。气泡生成所产生的这种泵送涉及到局部加热，其中将流体的整体温度维持在预定的水平。形成这些气泡涉及到热量的局部施加，其不会显著地影响横穿流控MEMS器件的流体的整体温度。电阻器760的具体构造取决于设计选择。
为了提供微止回阀750的功能，图8a所示的衬底120包括一个蚀刻凹部752，通过它与各个相应的微止回阀750形成接口。微止回阀750在产生泵送动作方面的操作将针对图9a，9b，9c和9d来介绍。蚀刻凹部752允许微止回阀750的侧向运动，但会限制微止回阀750的过度的侧向运动。微止回阀750构造成薄得足以提供如图9a，9b，9c和9d所示的用于流体泵56的操作的所需挠性，同时又厚得足以提供所需的耐用性。各微止回阀750构造成可相对于蚀刻凹部自由地运动(微止回阀未连接到蚀刻凹部的底部)。这样，形成微止回阀750的聚合物未被曝光到足以使聚合物层一直向下交联到蚀刻凹部752处的水平。这可通过将蚀刻凹部形成为足够深以便使聚合物层的曝光部分不会向下达到蚀刻凹部752的底部来实现。或者，可以改变微止回阀中的曝光剂量，以便精确地控制各微止回阀的准确高度。可保证微止回阀750不会接触到蚀刻凹部以形成连续的一体式结构的这两项技术可组合起来进行，或者单独地进行。
图9a，9b，9c和9d显示了如图8a，8b，8c，8d和8e所示地制出的流控MEMS器件200的流体泵56实施例的操作的一个实施例。设有多个微止回阀750，它们分别以标号750a和750b来表示相应的输入微止回阀和出口微止回阀。通常来说，流体泵56实施例中的微止回阀750a和750b的对处于三个位置中之一：a)图9a所示的松弛位置；b)图9b所示的移开位置；以及c)图9c所示的移到一起的位置。
设有多个通孔126，它们分别以标号126a和126b来表示相应的输入通孔和出口通孔。流体泵56构造成具有微流道部分124，输入通孔126a和出口通孔126b可通过它而形成流体式连通。通常对于流体泵来说，流体泵56的一般目的是从输入通孔126a经微流道部分124运送流体到出口通孔126b。图9a显示了处于初始(松弛)状态下的流体泵，其中入口微止回阀750a和出口微止回阀750b均处于其松弛状态。两个微止回阀750仅可单向地打开，即如图9a所示地向右打开。
在图9b中，在微流道部分124内的入口微止回阀750a和出口微止回阀750b之间产生了气泡932。在一个实施例中，气泡是通过对电阻器760施加电流或电压而热式地产生。气泡932的产生具有这样的效果，即增加了微流道部分124内的微止回阀750a和750b之间的流体的流体压力，并因此如图9b所示地使微止回阀750b向右打开。如本公开所述，可采用压电器件来代替电阻器，以便在流体泵56内提供泵送动作。使微止回阀750b向右打开具有可迫使流体(微流道部分124内的流体)沿箭头934所示的方向流出出口通孔126b的效果。
在图9c中，图9b所示的气泡932坍塌。气泡932的坍塌具有这样的效果，即降低了微流道部分124内的微止回阀750a和750b之间的流体的流体压力，并因此如图9c所示地使微止回阀750a向右打开。入口微止回阀750a如图9c所示地向右移动具有可将流体沿箭头936所示的方向经由入口通孔126a拉入到微流道部分124中的效果。
图9d显示了两个微止回阀750a和750b回到其类似图9a所示的松弛状态下。当流体泵56处于如图9d所示的松弛状态时，它便定位成可启动如图9a，9b，9c和9d所示的另一泵送循环。
现在将介绍可采用被图8c所示地曝光的深交联聚合物区域620和被图8d所示地曝光的浅交联聚合物区域622来生产的多种MEMS器件。图10显示了流控MEMS器件200的一个实施例，其构造成未包含通孔126的微流道部分124。可采用无通孔的微流道部分124的某些实施例来在流控MEMS器件200的对或组之间运送流体。也可采用无通孔的微流道部分124的另一些实施例来容纳某些类型的流控MEMS器件，例如过滤器46、微止回阀48、反应器50、分离器52、波导54和泵56，如图3所示。将未曝光的聚合物层材料显影掉以形成微流道。通过直接成像，就有大量的孔被留下而未被曝光，从而允许在曝光后使微流道内的未曝光材料经由孔而逸出，从而形成微流道。在直接成像工艺之后，这些孔优选通过施加密封胶或环氧树脂(可利用自动化机器来精确地施加，这些机器可在微滴分布和微滴尺寸方面提供必要的精度)而被堵住。
图11和12分别显示了采用直接成像工艺700来制造的流控MEMS器件200的侧剖实施例和顶剖实施例，该器件200的一个实施例在图7中有过介绍。流控MEMS器件200的图11和12所示实施例是如图3所示的反应器50。反应器50可将从中流过的流体加热到不同的水平，这是通过按照聚合酶链反应(PCR)工艺或其它使用了反应器的类似工艺来以不同的温度选择性加热多个加热元件来实现的。为了提供热量，多个加热元件1102以与微流道部分124紧密相邻的关系连接在衬底120上。各加热元件1102具有不同的面积，距流体导管为不同的距离，或者具有施加于其上的受控电流，以便将穿过微流道的流体的温度改变到不同的水平。作为如图7所示的直接成像工艺700的一个实施例中的步骤701的一部分，将加热元件连接在衬底上(即在如图6b所示地将聚合物层608沉积在衬底上)。加热元件的具体构造取决于设计选择。
图13和14分别显示了流控MEMS器件200的另一实施例的侧剖视图和顶剖视图。图13和14所示的流控MEMS器件的实施例是图3所示的过滤器46。过滤器46可采用如图7所示的直接成像工艺700来制造。过滤器46包括多个滤芯1302，它们相互之间以预定的距离间隔开，以便针对包含在流过过滤器46的流体中的大于预定尺寸的物体提供所需的过滤功能。滤芯1302固定在衬底上，这是通过将各种流体元素曝光足够的持续时间以便穿过微流道的整体高度来交联该滤芯中的聚合物而实现的。
在一个实施例中，滤芯1302可制成为如图6c和8c所示的深交联聚合物区域620。参见图8c，微止回阀750的最下部分(深交联聚合物区域620的另一实施例)并未固定在衬底上，而滤芯1302在其最低点处固定在衬底上。深交联聚合物区域620是否在其最低点处固定在衬底120上取决于设计选择，并根据不同的材料、构造以及施加在特定深交联聚合物区域620和衬底之间的紧固件来确定。
图15所示的流控MEMS器件200的另一实施例构造成分离器52(如图3所示)。分离器52包括微流道1502，其形成为类似于如图10所示的微流道部分124。图15所示的通道部分1502的流控实施例构造成蜿蜒的形式，以便为微流道提供更长的通道长度。增加微流道长度将增加穿过微流道的流体被分离开的长度，因此改善了分离性。然而，通道的任何构造均属于本公开的预期范围内。电压源1506经导电体1504而施加到通道部分1502的不同部分上。施加到通道部分的不同部分上的电荷在流经通道部分的电流体中形成了电场(其可根据电泳来分离流经通道部分的流体内的材料)。在一个实施例中，来自电压源的电压施加在入口和出口上以便提供电位，因此带电微粒可从入口运动到出口。在一个实施例中，通道部分1502和导电体1504(可能还有电压源1506)在图7所示的直接成像工艺700的步骤701期间相对于衬底集成在聚合物层中。图15所示的分离器52通过电泳来起作用，其中施加在导电路径1502中的电压用来根据其电荷而分离流经分离器的微粒。
图16所示的流控MEMS器件200的另一实施例构造成如图3中的方框图所示的光波导54。光波导54包括输入光导管1610，其可将光从光源1612输入到检测区1614中。光被引导成从光源1612穿过流体检测区1614而朝向聚焦透镜1620。如光波导一样，流控MEMS器件200的某些实施例可构造成具有光学部分。在聚焦透镜1620处接收到的光被引向输出光导管1622。在光波导54的一个实施例中，导管1610和1622可以是光纤。可进行化学和/或生物学分析的流体被输入到输入微流道124a中，并穿过流体检测区1614而从出口微流道124b离开。相应的光源1612和聚焦透镜1620设有相应的导向件或狭槽1615和1621，以便将相应的光导管1610和1622保持在其相应的固定且光学耦合的位置中。因此，光波导54可用来将信号传输给外部光学检测器，其可检测流过流体检测区1614的任何流体的光学特性。
流控MEMS器件200的光波导54实施例的一个方面是其施加到光学器件上。这样，可在流控MEMS器件200中提供光学部分，以便执行任何所需的光学功能。可以设想，光波导54可采用如图7所示的直接成像工艺700中的图6c所示深交联聚合物区域620来构造。
光可从光源1612引导而穿过流体检测区1614的整个垂直高度，在这种情况下，聚焦透镜1620应当也延伸穿过流体检测区1614的整个垂直高度(并且聚焦透镜1620构造成深交联聚合物区域620的器件)。聚焦透镜1620可制成为浅交联聚合物区域622的器件。
还可以采用如图7所示的直接成像工艺700来制造光学耦合器。可以有非常多种构造的可应用于波导的聚焦透镜，同时仍属于在本公开的概念内。
已经针对图4和5来介绍了通孔126的某些结构特性。在图17和18中介绍了通孔126的另一实施例，这些图分别显示了顶剖视图和侧剖视图。可通过采用深交联聚合物区域620和浅交联聚合物区域622的组合来在衬底120上制出通孔126。连接部分2002显示为连接到图17和18所示实施例的通孔126上。连接部分2002包括管状凹部2003，流体可通过该凹部并经由通孔126而出入于微流道124中。在一个实施例中，深交联聚合物区域620提供了用于通孔126的支撑，并限定了与通孔126流体式连通的任何微流道124的侧面边界。浅交联聚合物区域622提供了紧密围绕着通孔126的开口的聚合物构造。
在一个实施例中，连接部分2002可采用粘胶2010牢固地连接到通孔126周围的安装部上。因此，本公开提供了一种机构，通过它顶环式结构(相邻于且部分地限定了通孔126的许多水平延伸的交联聚合物区域)便可用作锚定部1902，以便为用来连接的粘胶、接合剂或环氧树脂提供更坚固的安装部。具有内置锚定部1902以便为粘胶提供更坚固安装部的通孔允许粘胶形成更好的通孔密封，并且将连接部分2002更好地固定在通孔上。粘胶2010用于保持密封在其中流体可经由管状凹部2003并通过通孔而出入于流通道124的位置处的连接部分2002。粘胶可以是有利于密封以形成锚定部1902的环氧树脂，该锚定部1902在受拉时不会分离。在另一实施例中，可采用一些机械紧固件或其它机构来将流体接头2002相对于衬底固定在通孔126中。
当将连接部分2002从通孔126中取出时，图17和18所示的通孔126的实施例可被密封住。如图20所示，粘胶2010如环氧树脂施加到通孔126中，并没有设置如图18所示的连接部分2002来形成密封。粘胶或环氧树脂密封了流经通孔的流体。
虽然上述实施例介绍了可用来形成多种流控MEMS器件200的直接成像实施例，然而可以构思出采用其它工艺来形成流控MEMS器件200，它们均属于本公开的范围内。这些工艺中的一种称为“失蜡”工艺，这些工艺中的另一种称为“干膜”工艺，它们用来形成流控MEMS器件200。下面将介绍这两种工艺。
图21a，21b，21c，21d和21e显示了失蜡工艺的一个实施例，其将结合图22所示的描述了失蜡工艺2300的流程图来介绍。在图21a中提供了衬底120，将在其上如图22中的步骤2302所示地来构造流控MEMS器件200。在图21b中，如图22中的步骤2304所示，将牺牲材料2204(如光致抗蚀剂)沉积到衬底120上。牺牲材料的图案大致对应于微流道的图案。可通过在牺牲材料中形成倒转式图案和/或形状来形成其它更复杂的形状(例如用于流控过滤器的滤芯和用于流控泵的微止回阀)。
在图21c中，如图22中的步骤2306所示，将聚合物2206旋压到衬底120上的牺牲材料2204上。聚合物形成了聚合物层，其可与衬底一起封闭流控MEMS通道。因此，聚合物2206是一体式部件，并采用一次沉积工艺来成形。
在图21d中，如图22中的步骤2308所示，聚合物2206采用已知的聚合物图案化技术来形成图案(部分被去除)。可采用该图案来形成流体可经其而流入上述流控MEMS器件200中的通孔126。或者，可采用该图案来形成可经其而除去牺牲材料的释放孔。
在图21e中，如图22中的步骤2310所示，对牺牲材料(如光致抗蚀剂)进行显影，然后采用所谓的“失蜡”技术来除去它。在一方面，采用显影液来对牺牲材料进行显影，并利用干蚀刻或湿蚀刻来经由通孔去除牺牲材料。利用牺牲材料所留下的空隙来限定微流道。如图21e所示，采用失蜡技术形成的所得流控MEMS器件200类似于采用上述直接成像技术而生产的流控MEMS器件200。可采用如图21a，21b，21c，21d和21e所述的失蜡工艺来同时制造多个(甚至很大数量的)相关和/或不相关的流控MEMS器件200。
图23a，23b，23c和23d显示了干膜工艺的一个实施例，其将结合如图24所示的描述了干膜工艺2500的流程图来介绍。在图23a中提供衬底120，将在其上如图24中的干膜工艺2500的步骤2502所示地来构造流控MEMS器件200。在图23b中，如图24中的步骤2504所示，采用已知的聚合物沉积和图案化技术来将结构聚合物层和图案化部分2404沉积在衬底上。结构聚合物层和图案化部分2404的外形构造成部分地围绕着且部分地封闭了采用干膜工艺之后形成的流控MEMS器件200的微流道。
图23c显示了干膜层叠层2406的应用，如图24中的步骤2506所示，干膜层叠层2406沉积在结构聚合物层和图案化部分2404上之上并与之密封。因此，在衬底120、结构聚合物层和图案化部分2404以及干膜层叠层2406内形成了流控MEMS器件200的微流道。通过对这三个部件120，2404或2406中之一进行图案化；或者通过将额外的部件固定到这三个部件120，2404或2406中的一个或多个之上，就可以提供更复杂的形状和图案，以便形成不同类型的流控MEMS器件200。
图23d显示了干膜层叠层2406的图案化，其可如图24中的步骤2508所示地那样形成所需的流控MEMS器件200。可在该图案化期间提供通孔126和流控MEMS器件200的其它部分的图案化。可采用如图23a，23b，23c和23d所述的干膜技术来同时制造多个(甚至很大数量的)相关和/或不相关的流控MEMS器件200。
图25显示了用来控制直接成像工艺700的控制器或计算机800的一个实施例。工艺部分或FAB显示为802。工艺部分802可包括多个工艺腔811，晶片306可在它们之间例如如图7中的直接成像工艺700所示地移动(通常采用机械手机构812)。直接成像工艺700的具体情况可随被沉积和蚀刻的材料而变化。不同聚合物的处理在不同的供应商和不同的构造之间有所变化。可以在工艺部分802中进行例如化学气相沉积、物理气相沉积和电化学沉积的这种工艺。
控制器或计算机800包括中央处理器(CPU)852、存储器858、配套电路856和输入/输出(I/O)电路854。CPU852是通用计算机，其在由包含在存储器858中的执行软件859来编程时可成为用于控制工艺部分802的硬件部件的专用计算机。存储器858可包括只读存储器、随机存取存储器、可移动存储器、硬盘驱动器或任何形式的数字存储器件。I/O电路包括用于输出信息的众所周知的显示器，以及键盘、鼠标、跟踪球，或者可输入允许对控制器或计算机800进行编程以确定工艺部分802所执行的工艺(包括包含在工艺部分中的相关机械手动作)的信息。配套电路856是本领域中众所周知的，包括例如高速缓冲存储器、时钟、电源等的电路。
存储器858包含有控制软件，其在由CPU852执行时可使控制器或计算机800数字式地控制如图7所示的直接成像工艺700的各个部分。在另一实施例中，计算机或控制器800可以是模拟式的。例如，专用集成电路能够控制例如在工艺部分802内进行的工艺。
虽然已经用对结构特征和方法步骤来说为特定的语言而描述了本发明，然而可以理解，由所附权利要求限定的本发明不必限于所述的特定特征或步骤。相反，所公开的特定特征和步骤代表了实施本发明的优选形式。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
流控微机电系统(MEMS)(200)，其形成为包括聚合物层(42)和衬底部分(120)，所述装置的聚合物层(42)包括：
可与所述衬底(120)相结合地围起了微流道(124)的保持部分(130)，其中所述保持部分(130)包括深交联聚合物区域(620)和浅交联聚合物区域(622)，和
所述保持部分(130)的深交联聚合物区域(620)和浅交联聚合物区域(622)形成为一体式结构。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括设置在所述衬底(120)之内、之上或其附近的电阻器(760)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保持部分(130)的不与所述衬底(120)接触的部分包括浅交联聚合物区域(622)，所述保持部分(130)的与所述衬底(120)接触的部分包括深交联聚合物区域(620)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述保持部分(130)的包括浅交联聚合物区域(622)的部分位于所述微流道(124)的侧面。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述保持部分(130)的包括深交联聚合物区域(620)的部分通过所述微流道(124)而与所述衬底隔开。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述深交联聚合物区域(620)和浅交联聚合物区域(622)采用失蜡技术来生产。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述深交联聚合物区域(620)和浅交联聚合物区域(622)采用干膜技术来生产。
8.一种在衬底(120)上制造流控微机电系统(MEMS)(200)的方法，包括：
在所述衬底(120)上沉积聚合物层(42)；和
使所述聚合物层(42)的一些部分硬化，以便从浅交联聚合物区域(622)和深交联聚合物区域(620)中形成保持部分(130)，其中，所述保持部分(130)的浅交联聚合物区域(622)和深交联聚合物区域(620)形成为一体式结构。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将电阻器(760)设置在所述衬底(120)内或其附近。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括旋压所沉积的聚合物层(42)以使其更加平坦。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，采用强曝光交联工艺(706)来制造所述保持部分(130)的某些部分，而采用弱曝光交联工艺(708)来制造所述保持部分(130)的其它部分。
12.一种在衬底(120)上制造泵(56)的方法，包括：
在所述衬底(120)上沉积聚合物层(42)；和
使所述聚合物层(42)的一些部分硬化，以便从所述聚合物层(42)中形成第一止回阀(750)、第二止回阀(750)和保持部分(130)，其中，所述第一止回阀(750)、第二止回阀(750)和保持部分(130)形成为一体式结构。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述衬底(120)中形成与所述第一止回阀(750)和第二止回阀(750)中的每一个相对应的凹部(752)。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述衬底中形成电阻器(760)，用来形成气泡(932)以形成压力差。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，采用强曝光交联工艺(706)来形成所述第一止回阀(750)和第二止回阀(750)。
16.一种在衬底(120)上制造反应器(50)的方法，包括：
在所述衬底(120)内或其附近形成至少一个加热元件(1102)；
在所述衬底(120)上沉积聚合物层(42)；和
使所述聚合物层(42)的一些部分硬化，以便从所述聚合物层(42)中形成保持部分(130)，其中，所述保持部分(130)形成为一体式结构。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，采用强曝光交联工艺(706)来制造所述保持部分(130)的某些部分，而采用弱曝光交联工艺(708)来制造所述保持部分(130)的其它部分。
18.一种波导装置(54)，其形成为包括聚合物层(42)和衬底部分(120)，所述波导装置(54)的聚合物层(42)包括：
由深交联聚合物区域(620)限定的输入光学导管(124a)；
包括深交联聚合物区域(620)的聚焦透镜(1620)；
可与所述衬底(120)相结合地围起了微流道(124)的保持部分(130)；和
其中，输入光导管(124a)、聚焦透镜(1620)和保持部分(130)形成为所述聚合物层(42)中的一体式结构。
19.一种锚定装置(1902)，包括：
深交联聚合物区域(620)；
由所述深交联聚合物区域(620)支撑的浅交联聚合物区域(622)，所述浅交联聚合物区域(622)具有形成于其中的通孔(126)，其中所述深交联聚合物区域(620)和浅交联聚合物区域(622)相连；和
连接部分(2002)，其固定在所述通孔(126)上以增强所述连接部分(2002)与通孔(126)的连接。
20.根据权利要求19所述的锚定装置(1902)，其特征在于，所述锚定装置还包括用来将所述连接部分(2002)固定在通孔(126)上的粘胶(2010)。
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