流量センサ、マスフローコントローラ、および流量センサの製造方法
【課題】流路を構成する部材間の密閉性を高め、ハロゲン系ガスに対しても使用可能な耐腐食性を有するＭＥＭＳ型流量センサを提供する。
【解決手段】実施形態によれば、流量センサ１０は、基材１１の表面と流路構成基材２１の裏面とが対向するように貼り合わせて、固定部材によって固定される。基材１１は、表面上の流路形成領域に、一対の感熱膜１２と、一対の感熱膜間の中間に位置するヒータ膜１３と、流路保護膜１５と、を有し、流路形成領域以外の領域上に、耐腐食性を有する金属保護膜を有する。流路構成基材２１の裏面の流路形成領域に形成される溝と、流路形成領域以外の他の領域と溝とを区切り、他の領域に比して突出する側壁構成部と、を有し、耐腐食性を有する材料によって構成される。流路構成基材２１の側壁構成部は、基材１１の金属保護膜上に位置するように圧着される。
【解決手段】実施形態によれば、流量センサ１０は、基材１１の表面と流路構成基材２１の裏面とが対向するように貼り合わせて、固定部材によって固定される。基材１１は、表面上の流路形成領域に、一対の感熱膜１２と、一対の感熱膜間の中間に位置するヒータ膜１３と、流路保護膜１５と、を有し、流路形成領域以外の領域上に、耐腐食性を有する金属保護膜を有する。流路構成基材２１の裏面の流路形成領域に形成される溝と、流路形成領域以外の他の領域と溝とを区切り、他の領域に比して突出する側壁構成部と、を有し、耐腐食性を有する材料によって構成される。流路構成基材２１の側壁構成部は、基材１１の金属保護膜上に位置するように圧着される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、流量センサ、マスフローコントローラ、および流量センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、流量センサとして、巻線式センサに比して応答速度が速いＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサが提案されている。ＭＥＭＳセンサは、一般的にはシリコンなどの半導体基板に、半導体デバイスの製造プロセスで用いられる微細加工によって、ヒータや温度センサを形成することで製造される。しかし、このように製造されたＭＥＭＳセンサは、ハロゲン系のガスに対しては腐食されてしまうため、ハロゲン系ガスを多用する半導体製造プロセスで使用するのが難しい。そのため、腐食性を有するハロゲン系ガスに対しても使用可能なＭＥＭＳセンサが従来提案されている。
【０００３】
腐食性を有するハロゲン系ガスに対してＭＥＭＳセンサを使用する場合には、ＭＥＭＳセンサが耐腐食性を有するとともに、ＭＥＭＳセンサの流路を構成する部材間の密閉性を高めて、有毒なハロゲン系ガスが周囲に漏れ出ないようにする必要がある。しかしながら、従来技術では、ハロゲン系ガスが周囲に漏れ出ないように密閉性を高めることに関しては開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５８１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、流路を構成する部材間でハロゲン系ガスが周囲に漏れ出ない十分な密閉性を有し、かつハロゲン系ガスに対しても使用可能な耐腐食性を有する流量センサ、マスフローコントローラおよび流量センサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、流量センサは、第１の基板の第１の主面と、第２の基板の第２の主面とが対向するように貼り合わされ、固定部材によって固定される。前記第１の基板は、第１の主面上の流路形成領域に、一対の感熱膜と、前記一対の感熱膜間の中間に位置するヒータ膜と、前記感熱膜と前記ヒータ膜の形成位置以外に設けられる耐腐食性を有する流路保護膜と、を有する。また、前記第１の基板は、前記第１の主面上の前記流路形成領域以外の領域上に、耐腐食性を有する金属保護膜を有する。前記第２の基板は、前記第２の主面の前記流路形成領域に形成される溝と、前記流路形成領域以外の他の領域と前記溝とを区切り、前記他の領域に比して突出して設けられる側壁構成部と、を有し、耐腐食性を有する材料によって構成される。そして、前記第２の基板の前記側壁構成部は、前記第１の基板の前記金属保護膜上に位置するように圧着される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態による流量センサを備えるマスフローコントローラの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、実施形態による流量センサの構成の一例を示す図である。
【図３−１】図３−１は、実施形態による流量センサの製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である（その１）。
【図３−２】図３−２は、実施形態による流量センサの製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である（その２）。
【図３−３】図３−３は、実施形態による流量センサの製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である（その３）。
【図４】図４は、実施形態によるマスフローコントローラの他の構成例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる流量センサ、マスフローコントローラおよび流量センサの製造方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態で用いられる流量センサおよびマスフローコントローラの断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合がある。さらに、以下で示す膜厚は一例であり、これに限定されるものではない。
【０００９】
図１は、実施形態による流量センサを備えるマスフローコントローラの構成を模式的に示す断面図である。マスフローコントローラは、流量センサ１０と、ガス流路構成部材５０と、流量調整部６０と、流量制御部７０と、を備える。
【００１０】
流量センサ１０は、詳細は後述するが、ＭＥＭＳセンサによって構成される熱式質量流量計からなり、基材１１に流路構成基材２１が貼り合わせられて固定された構造を有し、流路２３を流れるガスの流量を検出する。基材１１の第１の主面である表面上には、流路２３の上流側と下流側に配置される一対の感熱膜１２と、一対の感熱膜１２間の中間に配置されるヒータ膜１３と、流路保護膜１５と、が設けられる。また、基材１１の表面に対向する裏面上には、感熱膜１２とヒータ膜１３のそれぞれと接続される引き出し線１７が設けられる。
【００１１】
ガス流路構成部材５０は、流量センサ１０の流路２３と、ガス流出口５２との間を接続するガス流路５１を有する。ガス流路５１には、ガス流出口５２から流出されるガス流量を調節する流量調整部６０が設けられている。流量調整部６０は、ガス流路５１ａ，５１ｂの間に設けられた弁６１の開閉によって流量を調整する。弁６１の開閉は、ロッド６２を介して接続されたアクチュエータ６３の移動量によって制御（調整）される。
【００１２】
流量制御部７０は、ブリッジ回路７１と、増幅回路７２と、流量設定回路７３と、比較制御回路７４と、温度設定回路７５と、を有する。ブリッジ回路７１は、流量センサ１０の２つの感熱膜１２間の抵抗変化を検出する回路である。増幅回路７２は、ブリッジ回路７１によって電気的に出力された流量測定値を増幅する。流量設定回路７３は、予め設定されたガス流量を比較制御回路７４に対して設定する。
【００１３】
比較制御回路７４は、増幅回路７２からの流量測定値を流量設定回路７３で設定された流量設定値と比較し、両者に差分がある場合には、その差分を打ち消す方向に（または差分が所定の範囲内に収まるように）流量調整部６０の開度（弁６１の位置）を変化させる設定信号、すなわちアクチュエータ６３によって変化させる弁６１の変位量を算出し、アクチュエータ６３に出力する。また、比較制御回路７４は、流量測定値と流量設定値との差分に対して、流量調整部６０の開度をどの程度変化させればよいかについての開度調整情報を保持しており、この開度調整情報に基づいて変位量を出力する。温度設定回路７５は、一対の感熱膜１２が測定対象に比して所定の温度だけ高くなるように、ヒータ膜１３を加熱する機能を有する。
【００１４】
図２は、実施形態による流量センサの構成の一例を示す図であり、（ａ）は流量センサの構造を示す斜視図であり、（ｂ）は流量センサの構造を模式的に示す分解斜視図である。この図に示されるように、流量センサ１０は、感熱膜１２が配置される基材１１と、流路構成基材２１と、これらを固定する固定部材２５と、からなる。
【００１５】
基材１１は、石英やポリイミドなどの断熱性材料からなり、表面の流路２３となる領域の上流および下流に配置される一対の感熱膜１２と、一対の感熱膜１２間の距離の中心付近に配置されるヒータ膜１３と、を備える。感熱膜１２とヒータ膜１３とは、たとえばハロゲン系ガスなどの腐食性ガスに耐性を有するＰｔなどの材料によって構成される。
【００１６】
基材１１の表面の流路２３となる領域には、ハロゲン系ガスなどの腐食性ガスに耐性を有する絶縁性の流路保護膜１５が設けられている。また、基材１１の表面上の流路２３となる領域以外の領域には、腐食性ガスに耐性を有するＡｇなどからなる金属保護膜１４が設けられている。
【００１７】
基材１１の表面に対向する裏面上には、感熱膜１２やヒータ膜１３とそれぞれ図示しないコンタクト層を介して接続される引き出し線１７が設けられている。ここでは、紙面の左右方向に延在する３本の引き出し線１７が配置されている。
【００１８】
そして、基材１１の所定の位置には、流路構成基材２１との間で固定部材２５を用いて固定するための貼り合わせ用孔１６が、厚さ方向に貫通するように設けられている。ここでは、貼り合わせ用孔１６は、矩形状の基材１１の四隅付近に形成されている。
【００１９】
流路構成基材２１は、耐腐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ３０６Ｌなど）、ニッケル合金（インコネル（登録商標）など）、アルミニウム表面にアルマイト処理を施したものなどからなる。
【００２０】
流路構成基材２１の表面には特に加工は施されないが、第２の主面である裏面（基材１１の表面に対向する側の面）側には、流路２３となる溝２３ａと、流路２３の側壁を構成するとともに、流路２３を流れるガスを流路２３内に密閉する側壁構成部２２とを有する。側壁構成部２２は、流路２３の延在方向に沿って延在し、周囲に比して突出している。すなわち、溝２３ａと側壁構成部２２以外の流路構成基材２１の裏面側の領域は、側壁構成部２２よりも低くなるように構成されている。なお、流路構成基材２１がアルミニウムで構成される場合には、溝２３ａを構成する面にはアルマイト処理が施される。
【００２１】
また、流路構成基材２１の所定の位置には、基材１１との間で固定部材２５を用いて固定するための貼り合わせ用孔２４が、厚さ方向に貫通するように設けられている。ここでは、貼り合わせ用孔２４は、平面視で矩形状の流路構成基材２１の四隅付近に形成されている。
【００２２】
基材１１の感熱膜１２とヒータ膜１３が形成された表面と、流路構成基材２１の溝２３ａが形成された裏面と、を対向させ、基材１１の流路保護膜１５が流路構成基材２１の溝２３ａ内に収まるように位置合わせを行って、両者を固定部材２５で固定する。このとき、側壁構成部２２は、基材１１の流路保護膜１５の外側に形成された金属保護膜１４に位置し、固定部材２５による固定によって、金属保護膜１４と圧着される結果、基材１１と流路構成基材２１との間はメタルシールによって密封された状態となる。
【００２３】
ここで、流路保護膜１５として、耐腐食性を有するアルミナ膜や酸化イットリウム粒子を含有する被膜（以下、イットリア膜という）を用いることができる。イットリア膜を用いる場合には、イットリア膜であればどのような膜であってもよいが、特に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、エアロゾルデポジション（Aerosol Deposition）法、衝撃焼結法などで成膜された緻密な膜の方が望ましい。
【００２４】
イットリア膜の膜厚は適当な厚さ（たとえば５μｍ）でよいが、０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍ未満では被覆性が不十分なためイットリア膜を設ける効果が十分得られず、却って膜はがれの原因となる虞がある。イットリア膜の厚さの上限は特に限定されるものではないが、あまり厚いとそれ以上の効果が得られず、また内部応力の蓄積によりクラックが発生し易くなりコストアップの要因ともなる。そのため、イットリア膜の厚さは０．１〜１μｍ、より好ましくは０．２〜０．５μｍである。
【００２５】
また、膜密度は９０％以上、より好ましくは９５％以上、さらには９９％以上１００％以下であることが好ましい。イットリア膜中に気孔（ボイド）が多く存在すると、その気孔からハロゲンガスが浸透し寿命を低下させる。特にイットリア膜表面に気孔が少ないことが望ましい。
【００２６】
なお、膜密度とは気孔率の反対の用語であり、膜密度９０％以上とは、気孔率１０％以下と同じ意味である。膜密度の測定方法は、酸化物被膜を膜厚方向に切断し、その断面組織の光学顕微鏡による５００倍の拡大写真を撮り、そこに写る気孔の面積率を算出する。そして、「膜密度（％）＝１００−気孔の面積率」により膜密度を算出する。膜密度の算出には、単位面積２００μｍ×２００μｍの面積を分析するものとする。なお、膜厚が薄いときは、合計の単位面積が２００μｍ×２００μｍとなるまで複数箇所測定するものとする。
【００２７】
また、イットリア膜の表面粗さＲａは３μｍ以下が好ましい。イットリア膜の表面凹凸が大きいと流路抵抗により流量制御時の精度を低下させる虞がある。表面粗さＲａの測定はＪＩＳ−Ｂ−０６０１−１９９４に準ずるものとする。好ましくは表面粗さＲａが２μｍ以下である。
【００２８】
このようなイットリア膜は、たとえば、溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いて形成することができる。
【００２９】
このような構造の流量センサ１０では、基材１１の流路２３を構成する部分には耐腐食性を有する流路保護膜１５が形成され、感熱膜１２やヒータ膜１３、流路構成基材２１も耐腐食性を有する材料によって構成されているので、流路２３を構成する部材が、ハロゲン系ガスなどの腐食性ガスによって腐食されてしまうことを防ぐことができる。また、流路構成基材２１に設けられた一対の側壁構成部２２が、基材１１の流路保護膜１５を挟んだ金属保護膜１４に圧着されているので、側壁構成部２２と金属保護膜１４との間がシールされる。すなわち、流路２３の側面部からのガスの漏れを防ぐことができる。また、耐腐食性を有するＡｇなどの金属材料によって金属保護膜１４が構成されるので、腐食性ガスの長時間の使用によってもメタルシール機能が劣化することがない。
【００３０】
また、この流量センサ１０を有するマスフローコントローラでは、流量センサ１０がハロゲン系ガスなどの腐食性ガスに対して耐性を有するとともに、腐食性ガスを密閉することができるので、腐食性ガスの流量制御を安全に行うことができる。
【００３１】
つぎに、流量センサ１０の製造方法について説明する。図３−１〜図３−３は、実施形態による流量センサの製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である。まず、基材１１側の加工について説明する。図３−１（ａ）に示されるように、石英やポリイミドなどからなる基材１１を用意する。厚さとしては、０．５〜１０ｍｍとすることができる。
【００３２】
ついで、図３−１（ｂ）に示されるように、基材１１表面の感熱膜１２とヒータ膜１３の形成位置に、後に形成する感熱膜１２およびヒータ膜１３を基材１１裏面の引き出し線１７と接続するコンタクト層を形成する引き出し用孔３１を形成する。引き出し用孔３１は、機械加工またはウエットエッチングによって形成することができる。ウエットエッチングを用いる場合には、基材１１の表面にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって引き出し用孔３１を形成する位置が開口するようにパターニングを行った後、パターニングしたレジストをマスクとして、ウエットエッチングによって基材１１に厚さ方向に貫通する引き出し用孔３１を形成する。
【００３３】
その後、図３−１（ｃ）に示されるように、引き出し用孔３１に導電性材料を埋め込み、コンタクト層３２を形成する。たとえばワイヤ埋め込みやメッキ法によって、引き出し用孔３１に導電性材料を埋め込み、引き出し用孔３１以外の部分に形成された導電性材料をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法などの方法で除去することにで、コンタクト層３２を形成することができる。コンタクト層３２として、たとえばＰｔ，Ｃｕ，Ｎｉなどを用いることができる。
【００３４】
ついで、図３−１（ｄ）に示されるように、基材１１の一方の主面のコンタクト層３２形成位置上に、感熱膜１２とヒータ膜１３とを形成する。感熱膜１２とヒータ膜１３として、たとえばＰｔを用いることができ、感熱膜１２とヒータ膜１３の厚さとして、１μｍ以下、好ましくは０．１〜０．５μｍとすることができる。感熱膜１２とヒータ膜１３は、パターン圧着法や蒸着法、スパッタリング法を用いて形成することができる。パターン圧着法では、厚さが１μｍ以下の矩形状のＰｔ箔を基材１１のコンタクト層３２の形成位置を含む領域上に接着層を介して載置し、加熱しながら圧着することで、コンタクト層３２に接続された感熱膜１２とヒータ膜１３が形成される。また、蒸着法やスパッタリング法を用いた形成法では、基材１１上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって感熱膜１２とヒータ膜１３のパターン形成位置を開口し、レジストパターンが形成された基材１１上に蒸着法やスパッタリング法によってＰｔ膜を形成した後、リフトオフによってレジストを除去することで、レジストパターンの開口部に残されたＰｔ膜によって感熱膜１２とヒータ膜１３が形成される。
【００３５】
その後、図３−２（ａ）に示されるように、流路２３となる領域以外の領域に、感熱膜１２とヒータ膜１３と略同じ厚さを有し、耐腐食性を有する金属材料からなる金属保護膜１４を、印刷法や蒸着法、スパッタリング法を用いて形成する。金属保護膜１４として、たとえばＡｇを用いることができる。印刷法では、流路２３の部分がマスクされた印刷マスクを基材１１表面上に位置合わせをして配置し、Ａｇペーストをスキージで基材１１上に延ばした後、焼成することで金属保護膜１４が形成される。また、蒸着法やスパッタリング法を用いる方法では、基材１１上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって流路２３形成位置以外を開口し、レジストパターンが形成された基材１１上に蒸着法やスパッタリング法によってＡｇ膜を形成した後、リフトオフによってレジストを除去することで、レジストパターンが形成されていない領域にＡｇ膜からなる金属保護膜１４が形成される。
【００３６】
ついで、図３−２（ｂ）に示されるように、基材１１の感熱膜１２とヒータ膜１３と金属保護膜１４が形成されていない領域、つまり、流路２３となる領域の感熱膜１２とヒータ膜１３とが形成されていない領域に、ハロゲン系ガスに対して耐性を有する流路保護膜１５を形成する。流路保護膜１５は、たとえば流路２３となる領域以外の領域と感熱膜１２とヒータ膜１３とをレジストなどでマスクした後、溶射法やスパッタリング法、蒸着法などによって形成することができる。流路保護膜１５として、アルミナ膜やイットリア膜を用いることができる。
【００３７】
その後、図３−２（ｃ）に示されるように、基材１１の所定の位置に貼り合わせ用孔１６を、機械加工やウエットエッチング法によって形成する。ウエットエッチング法で貼り合わせ用孔１６を形成する場合には、基材１１上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって、貼り合わせ用孔１６の形成位置が開口するようにパターニングを行った後、パターニングしたレジストをマスクとしてエッチング液に基材１１を浸漬し、貼り合わせ用孔１６を開口する。ここでは、貼り合わせ用孔１６を矩形状の基材１１の四隅に開けている。
【００３８】
ついで、図３−２（ｄ）に示されるように、基材１１の裏面に引き出し線１７を形成する。たとえば印刷法で裏面のコンタクト層３２の形成位置を含む領域に所定形状の引き出し線１７を形成したり、引き出し線１７を形成しない領域をレジストでマスクし、メッキ法やスパッタリング法で引き出し線１７を形成した後、リフトオフによってレジストを剥離することで引き出し線１７を形成したりすることができる。以上で、基材１１側の加工が終了する。
【００３９】
つぎに、流路構成基材２１の加工手順について説明する。まず、図３−３（ａ）に示されるように、流路構成基材２１を用意する。流路構成基材２１は、ハロゲン系ガスに対して耐腐食性を有する材料であることが望ましいが、加工後に耐腐食性の処理をするものであればＡｌでもよい。厚さとして、０．１〜数ｍｍのものを使用することができる。ここでは説明の便宜上、流路構成基材２１の厚さに垂直な方向の寸法は、基材１１の厚さに垂直な方向の寸法と同じであるとしている。
【００４０】
ついで、図３−３（ｂ）に示されるように、機械加工やウエットエッチングなどの方法によって、流路２３とメタルシール用の側壁構成部２２を流路構成基材２１の裏面に形成する。ここでは、流路構成基材２１の左右方向中央付近に流路２３となる溝２３ａを形成し、また溝２３ａの延在方向に垂直な方向の側壁が周囲に比して突出するように、流路構成基材２１の裏面に段差２３ｂを形成する。これによって、側壁構成部２２が形成される。
【００４１】
その後、図３−３（ｃ）に示されるように、流路構成基材２１の所定の位置に貼り合わせ用孔２４を、基材１１の場合と同様に機械加工やウエットエッチング法によって形成する。ここでは、貼り合わせ用孔２４を矩形状の流路構成基材２１の四隅に開けている。なお、流路構成基材２１がＡｌで構成される場合には、流路構成基材２１はアルマイト処理される。また、流路構成基材２１を電解研磨することでさらに耐腐食性を向上させることができる。以上で、流路構成基材２１の加工が終了する。
【００４２】
ついで、基材１１と流路構成基材２１との貼り合わせ処理が行われる。これは、図２（ｂ）に示されるように、基材１１の表面と流路構成基材２１の裏面とを対向させて両者を貼り合せ、貼り合わせ用孔１６，２４にボルトなどの固定部材２５を挿入して固定する。固定部材２５で両者が固定される際に、流路構成基材２１の他の領域よりも突出している側壁構成部２２が基材１１上の金属保護膜１４と圧着され、メタルシールの役割を果たす。その結果、図２（ａ）に示されるような流量センサ１０が得られる。なお、以上では、基材１１の加工を説明した後に流路構成基材２１の加工について説明を行っているが、基材１１と流路構成基材２１の加工順序は、特に限定されるものではなく、いずれかを先に行ってもよいし、同時に行ってもよい。
【００４３】
図４は、実施形態によるマスフローコントローラの他の構成例を模式的に示す断面図である。このマスフローコントローラは、図１の場合に比して、流量制御するガスの量が多い場合に用いられる。
【００４４】
マスフローコントローラは、流量センサ１０と、ガス流路構成部材５０と、流量調整部６０と、流量制御部７０と、を備える。ガス流路構成部材５０は、ガス流入口５３と、ガス流出口５２と、ガス流入口５３とガス流出口５２との間のガス流路５１と、を有する。ガス流路５１は、主流部５１ｃから分岐したバイパス路５１ｄに上記した流量センサ１０が設けられ、合流したガス流路５１ａの下流側に流量調整部６０が設けられている。なお、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付して、その説明を省略している。
【００４５】
以上説明してきたように、実施形態による流量センサ１０では、流路２３となる領域に、耐腐食性を有する材料からなる流路保護膜１５を形成し、その中に感熱膜１２とヒータ膜１３とを配置し、流路２３以外の領域に金属保護膜１４を形成した基材１１と、流路２３となる部分が溝２３ａで構成され、その長手方向に沿って、周囲よりも突出した側壁構成部２２が形成された耐腐食性を有する材料によって構成される流路構成基材２１とを、側壁構成部２２が流路保護膜１５を挟んだ両側の金属保護膜１４を押圧するように固定部材２５によって固定した。これによって、腐食性ガスに対して耐性を有するとともに、側壁構成部２２が流路保護膜１５に密着し、メタルシールとして機能するので、腐食性ガスを流路２３内に密閉することができるという効果を有する。また、腐食性ガスの漏れを防止することができ、流量センサ１０やマスフローコントローラの安全性を高めることができるという効果を有する。さらに、半導体デバイスの製造プロセスと同様のプロセスで流量センサ１０を製造することができるので、大量生産を行うことができ、その結果流量センサ１０の製造コストを下げることができるという効果も有する。
【００４６】
また、このような流量センサ１０を有するマスフローコントローラは、巻線式センサを有するマスフローコントローラに比して応答速度が速く、かつ精度の高い流量制御を行うことができるという効果を有する。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…流量センサ、１１…基材、１２…感熱膜、１３…ヒータ膜、１４…金属保護膜、１５…流路保護膜、１６，２４…貼り合わせ用孔、１７…引き出し線、２１…流路構成基材、２２…側壁構成部、２３…流路、２３ａ…溝、２３ｂ…段差、２５…固定部材、３１…引き出し用孔、３２…コンタクト層、５０…ガス流路構成部材、５１，５１ａ，５１ｂ…ガス流路、５１ｃ…主流部、５１ｄ…バイパス路、５２…ガス流出口、５３…ガス流入口、６０…流量調整部、６１…弁、６２…ロッド、６３…アクチュエータ、７０…流量制御部、７１…ブリッジ回路、７２…増幅回路、７３…流量設定回路、７４…比較制御回路、７５…温度設定回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、流量センサ、マスフローコントローラ、および流量センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、流量センサとして、巻線式センサに比して応答速度が速いＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサが提案されている。ＭＥＭＳセンサは、一般的にはシリコンなどの半導体基板に、半導体デバイスの製造プロセスで用いられる微細加工によって、ヒータや温度センサを形成することで製造される。しかし、このように製造されたＭＥＭＳセンサは、ハロゲン系のガスに対しては腐食されてしまうため、ハロゲン系ガスを多用する半導体製造プロセスで使用するのが難しい。そのため、腐食性を有するハロゲン系ガスに対しても使用可能なＭＥＭＳセンサが従来提案されている。
【０００３】
腐食性を有するハロゲン系ガスに対してＭＥＭＳセンサを使用する場合には、ＭＥＭＳセンサが耐腐食性を有するとともに、ＭＥＭＳセンサの流路を構成する部材間の密閉性を高めて、有毒なハロゲン系ガスが周囲に漏れ出ないようにする必要がある。しかしながら、従来技術では、ハロゲン系ガスが周囲に漏れ出ないように密閉性を高めることに関しては開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５８１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、流路を構成する部材間でハロゲン系ガスが周囲に漏れ出ない十分な密閉性を有し、かつハロゲン系ガスに対しても使用可能な耐腐食性を有する流量センサ、マスフローコントローラおよび流量センサの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、流量センサは、第１の基板の第１の主面と、第２の基板の第２の主面とが対向するように貼り合わされ、固定部材によって固定される。前記第１の基板は、第１の主面上の流路形成領域に、一対の感熱膜と、前記一対の感熱膜間の中間に位置するヒータ膜と、前記感熱膜と前記ヒータ膜の形成位置以外に設けられる耐腐食性を有する流路保護膜と、を有する。また、前記第１の基板は、前記第１の主面上の前記流路形成領域以外の領域上に、耐腐食性を有する金属保護膜を有する。前記第２の基板は、前記第２の主面の前記流路形成領域に形成される溝と、前記流路形成領域以外の他の領域と前記溝とを区切り、前記他の領域に比して突出して設けられる側壁構成部と、を有し、耐腐食性を有する材料によって構成される。そして、前記第２の基板の前記側壁構成部は、前記第１の基板の前記金属保護膜上に位置するように圧着される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態による流量センサを備えるマスフローコントローラの構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、実施形態による流量センサの構成の一例を示す図である。
【図３−１】図３−１は、実施形態による流量センサの製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である（その１）。
【図３−２】図３−２は、実施形態による流量センサの製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である（その２）。
【図３−３】図３−３は、実施形態による流量センサの製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である（その３）。
【図４】図４は、実施形態によるマスフローコントローラの他の構成例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる流量センサ、マスフローコントローラおよび流量センサの製造方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態で用いられる流量センサおよびマスフローコントローラの断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合がある。さらに、以下で示す膜厚は一例であり、これに限定されるものではない。
【０００９】
図１は、実施形態による流量センサを備えるマスフローコントローラの構成を模式的に示す断面図である。マスフローコントローラは、流量センサ１０と、ガス流路構成部材５０と、流量調整部６０と、流量制御部７０と、を備える。
【００１０】
流量センサ１０は、詳細は後述するが、ＭＥＭＳセンサによって構成される熱式質量流量計からなり、基材１１に流路構成基材２１が貼り合わせられて固定された構造を有し、流路２３を流れるガスの流量を検出する。基材１１の第１の主面である表面上には、流路２３の上流側と下流側に配置される一対の感熱膜１２と、一対の感熱膜１２間の中間に配置されるヒータ膜１３と、流路保護膜１５と、が設けられる。また、基材１１の表面に対向する裏面上には、感熱膜１２とヒータ膜１３のそれぞれと接続される引き出し線１７が設けられる。
【００１１】
ガス流路構成部材５０は、流量センサ１０の流路２３と、ガス流出口５２との間を接続するガス流路５１を有する。ガス流路５１には、ガス流出口５２から流出されるガス流量を調節する流量調整部６０が設けられている。流量調整部６０は、ガス流路５１ａ，５１ｂの間に設けられた弁６１の開閉によって流量を調整する。弁６１の開閉は、ロッド６２を介して接続されたアクチュエータ６３の移動量によって制御（調整）される。
【００１２】
流量制御部７０は、ブリッジ回路７１と、増幅回路７２と、流量設定回路７３と、比較制御回路７４と、温度設定回路７５と、を有する。ブリッジ回路７１は、流量センサ１０の２つの感熱膜１２間の抵抗変化を検出する回路である。増幅回路７２は、ブリッジ回路７１によって電気的に出力された流量測定値を増幅する。流量設定回路７３は、予め設定されたガス流量を比較制御回路７４に対して設定する。
【００１３】
比較制御回路７４は、増幅回路７２からの流量測定値を流量設定回路７３で設定された流量設定値と比較し、両者に差分がある場合には、その差分を打ち消す方向に（または差分が所定の範囲内に収まるように）流量調整部６０の開度（弁６１の位置）を変化させる設定信号、すなわちアクチュエータ６３によって変化させる弁６１の変位量を算出し、アクチュエータ６３に出力する。また、比較制御回路７４は、流量測定値と流量設定値との差分に対して、流量調整部６０の開度をどの程度変化させればよいかについての開度調整情報を保持しており、この開度調整情報に基づいて変位量を出力する。温度設定回路７５は、一対の感熱膜１２が測定対象に比して所定の温度だけ高くなるように、ヒータ膜１３を加熱する機能を有する。
【００１４】
図２は、実施形態による流量センサの構成の一例を示す図であり、（ａ）は流量センサの構造を示す斜視図であり、（ｂ）は流量センサの構造を模式的に示す分解斜視図である。この図に示されるように、流量センサ１０は、感熱膜１２が配置される基材１１と、流路構成基材２１と、これらを固定する固定部材２５と、からなる。
【００１５】
基材１１は、石英やポリイミドなどの断熱性材料からなり、表面の流路２３となる領域の上流および下流に配置される一対の感熱膜１２と、一対の感熱膜１２間の距離の中心付近に配置されるヒータ膜１３と、を備える。感熱膜１２とヒータ膜１３とは、たとえばハロゲン系ガスなどの腐食性ガスに耐性を有するＰｔなどの材料によって構成される。
【００１６】
基材１１の表面の流路２３となる領域には、ハロゲン系ガスなどの腐食性ガスに耐性を有する絶縁性の流路保護膜１５が設けられている。また、基材１１の表面上の流路２３となる領域以外の領域には、腐食性ガスに耐性を有するＡｇなどからなる金属保護膜１４が設けられている。
【００１７】
基材１１の表面に対向する裏面上には、感熱膜１２やヒータ膜１３とそれぞれ図示しないコンタクト層を介して接続される引き出し線１７が設けられている。ここでは、紙面の左右方向に延在する３本の引き出し線１７が配置されている。
【００１８】
そして、基材１１の所定の位置には、流路構成基材２１との間で固定部材２５を用いて固定するための貼り合わせ用孔１６が、厚さ方向に貫通するように設けられている。ここでは、貼り合わせ用孔１６は、矩形状の基材１１の四隅付近に形成されている。
【００１９】
流路構成基材２１は、耐腐食性の高いステンレス鋼（ＳＵＳ３０６Ｌなど）、ニッケル合金（インコネル（登録商標）など）、アルミニウム表面にアルマイト処理を施したものなどからなる。
【００２０】
流路構成基材２１の表面には特に加工は施されないが、第２の主面である裏面（基材１１の表面に対向する側の面）側には、流路２３となる溝２３ａと、流路２３の側壁を構成するとともに、流路２３を流れるガスを流路２３内に密閉する側壁構成部２２とを有する。側壁構成部２２は、流路２３の延在方向に沿って延在し、周囲に比して突出している。すなわち、溝２３ａと側壁構成部２２以外の流路構成基材２１の裏面側の領域は、側壁構成部２２よりも低くなるように構成されている。なお、流路構成基材２１がアルミニウムで構成される場合には、溝２３ａを構成する面にはアルマイト処理が施される。
【００２１】
また、流路構成基材２１の所定の位置には、基材１１との間で固定部材２５を用いて固定するための貼り合わせ用孔２４が、厚さ方向に貫通するように設けられている。ここでは、貼り合わせ用孔２４は、平面視で矩形状の流路構成基材２１の四隅付近に形成されている。
【００２２】
基材１１の感熱膜１２とヒータ膜１３が形成された表面と、流路構成基材２１の溝２３ａが形成された裏面と、を対向させ、基材１１の流路保護膜１５が流路構成基材２１の溝２３ａ内に収まるように位置合わせを行って、両者を固定部材２５で固定する。このとき、側壁構成部２２は、基材１１の流路保護膜１５の外側に形成された金属保護膜１４に位置し、固定部材２５による固定によって、金属保護膜１４と圧着される結果、基材１１と流路構成基材２１との間はメタルシールによって密封された状態となる。
【００２３】
ここで、流路保護膜１５として、耐腐食性を有するアルミナ膜や酸化イットリウム粒子を含有する被膜（以下、イットリア膜という）を用いることができる。イットリア膜を用いる場合には、イットリア膜であればどのような膜であってもよいが、特に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、エアロゾルデポジション（Aerosol Deposition）法、衝撃焼結法などで成膜された緻密な膜の方が望ましい。
【００２４】
イットリア膜の膜厚は適当な厚さ（たとえば５μｍ）でよいが、０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍ未満では被覆性が不十分なためイットリア膜を設ける効果が十分得られず、却って膜はがれの原因となる虞がある。イットリア膜の厚さの上限は特に限定されるものではないが、あまり厚いとそれ以上の効果が得られず、また内部応力の蓄積によりクラックが発生し易くなりコストアップの要因ともなる。そのため、イットリア膜の厚さは０．１〜１μｍ、より好ましくは０．２〜０．５μｍである。
【００２５】
また、膜密度は９０％以上、より好ましくは９５％以上、さらには９９％以上１００％以下であることが好ましい。イットリア膜中に気孔（ボイド）が多く存在すると、その気孔からハロゲンガスが浸透し寿命を低下させる。特にイットリア膜表面に気孔が少ないことが望ましい。
【００２６】
なお、膜密度とは気孔率の反対の用語であり、膜密度９０％以上とは、気孔率１０％以下と同じ意味である。膜密度の測定方法は、酸化物被膜を膜厚方向に切断し、その断面組織の光学顕微鏡による５００倍の拡大写真を撮り、そこに写る気孔の面積率を算出する。そして、「膜密度（％）＝１００−気孔の面積率」により膜密度を算出する。膜密度の算出には、単位面積２００μｍ×２００μｍの面積を分析するものとする。なお、膜厚が薄いときは、合計の単位面積が２００μｍ×２００μｍとなるまで複数箇所測定するものとする。
【００２７】
また、イットリア膜の表面粗さＲａは３μｍ以下が好ましい。イットリア膜の表面凹凸が大きいと流路抵抗により流量制御時の精度を低下させる虞がある。表面粗さＲａの測定はＪＩＳ−Ｂ−０６０１−１９９４に準ずるものとする。好ましくは表面粗さＲａが２μｍ以下である。
【００２８】
このようなイットリア膜は、たとえば、溶射法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法、コールドスプレー法、ガスデポジション法、静電微粒子衝撃コーティング法、衝撃焼結法などを用いて形成することができる。
【００２９】
このような構造の流量センサ１０では、基材１１の流路２３を構成する部分には耐腐食性を有する流路保護膜１５が形成され、感熱膜１２やヒータ膜１３、流路構成基材２１も耐腐食性を有する材料によって構成されているので、流路２３を構成する部材が、ハロゲン系ガスなどの腐食性ガスによって腐食されてしまうことを防ぐことができる。また、流路構成基材２１に設けられた一対の側壁構成部２２が、基材１１の流路保護膜１５を挟んだ金属保護膜１４に圧着されているので、側壁構成部２２と金属保護膜１４との間がシールされる。すなわち、流路２３の側面部からのガスの漏れを防ぐことができる。また、耐腐食性を有するＡｇなどの金属材料によって金属保護膜１４が構成されるので、腐食性ガスの長時間の使用によってもメタルシール機能が劣化することがない。
【００３０】
また、この流量センサ１０を有するマスフローコントローラでは、流量センサ１０がハロゲン系ガスなどの腐食性ガスに対して耐性を有するとともに、腐食性ガスを密閉することができるので、腐食性ガスの流量制御を安全に行うことができる。
【００３１】
つぎに、流量センサ１０の製造方法について説明する。図３−１〜図３−３は、実施形態による流量センサの製造方法の手順の一例を模式的に示す斜視図である。まず、基材１１側の加工について説明する。図３−１（ａ）に示されるように、石英やポリイミドなどからなる基材１１を用意する。厚さとしては、０．５〜１０ｍｍとすることができる。
【００３２】
ついで、図３−１（ｂ）に示されるように、基材１１表面の感熱膜１２とヒータ膜１３の形成位置に、後に形成する感熱膜１２およびヒータ膜１３を基材１１裏面の引き出し線１７と接続するコンタクト層を形成する引き出し用孔３１を形成する。引き出し用孔３１は、機械加工またはウエットエッチングによって形成することができる。ウエットエッチングを用いる場合には、基材１１の表面にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって引き出し用孔３１を形成する位置が開口するようにパターニングを行った後、パターニングしたレジストをマスクとして、ウエットエッチングによって基材１１に厚さ方向に貫通する引き出し用孔３１を形成する。
【００３３】
その後、図３−１（ｃ）に示されるように、引き出し用孔３１に導電性材料を埋め込み、コンタクト層３２を形成する。たとえばワイヤ埋め込みやメッキ法によって、引き出し用孔３１に導電性材料を埋め込み、引き出し用孔３１以外の部分に形成された導電性材料をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法などの方法で除去することにで、コンタクト層３２を形成することができる。コンタクト層３２として、たとえばＰｔ，Ｃｕ，Ｎｉなどを用いることができる。
【００３４】
ついで、図３−１（ｄ）に示されるように、基材１１の一方の主面のコンタクト層３２形成位置上に、感熱膜１２とヒータ膜１３とを形成する。感熱膜１２とヒータ膜１３として、たとえばＰｔを用いることができ、感熱膜１２とヒータ膜１３の厚さとして、１μｍ以下、好ましくは０．１〜０．５μｍとすることができる。感熱膜１２とヒータ膜１３は、パターン圧着法や蒸着法、スパッタリング法を用いて形成することができる。パターン圧着法では、厚さが１μｍ以下の矩形状のＰｔ箔を基材１１のコンタクト層３２の形成位置を含む領域上に接着層を介して載置し、加熱しながら圧着することで、コンタクト層３２に接続された感熱膜１２とヒータ膜１３が形成される。また、蒸着法やスパッタリング法を用いた形成法では、基材１１上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって感熱膜１２とヒータ膜１３のパターン形成位置を開口し、レジストパターンが形成された基材１１上に蒸着法やスパッタリング法によってＰｔ膜を形成した後、リフトオフによってレジストを除去することで、レジストパターンの開口部に残されたＰｔ膜によって感熱膜１２とヒータ膜１３が形成される。
【００３５】
その後、図３−２（ａ）に示されるように、流路２３となる領域以外の領域に、感熱膜１２とヒータ膜１３と略同じ厚さを有し、耐腐食性を有する金属材料からなる金属保護膜１４を、印刷法や蒸着法、スパッタリング法を用いて形成する。金属保護膜１４として、たとえばＡｇを用いることができる。印刷法では、流路２３の部分がマスクされた印刷マスクを基材１１表面上に位置合わせをして配置し、Ａｇペーストをスキージで基材１１上に延ばした後、焼成することで金属保護膜１４が形成される。また、蒸着法やスパッタリング法を用いる方法では、基材１１上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって流路２３形成位置以外を開口し、レジストパターンが形成された基材１１上に蒸着法やスパッタリング法によってＡｇ膜を形成した後、リフトオフによってレジストを除去することで、レジストパターンが形成されていない領域にＡｇ膜からなる金属保護膜１４が形成される。
【００３６】
ついで、図３−２（ｂ）に示されるように、基材１１の感熱膜１２とヒータ膜１３と金属保護膜１４が形成されていない領域、つまり、流路２３となる領域の感熱膜１２とヒータ膜１３とが形成されていない領域に、ハロゲン系ガスに対して耐性を有する流路保護膜１５を形成する。流路保護膜１５は、たとえば流路２３となる領域以外の領域と感熱膜１２とヒータ膜１３とをレジストなどでマスクした後、溶射法やスパッタリング法、蒸着法などによって形成することができる。流路保護膜１５として、アルミナ膜やイットリア膜を用いることができる。
【００３７】
その後、図３−２（ｃ）に示されるように、基材１１の所定の位置に貼り合わせ用孔１６を、機械加工やウエットエッチング法によって形成する。ウエットエッチング法で貼り合わせ用孔１６を形成する場合には、基材１１上にレジストを塗布し、リソグラフィ技術によって、貼り合わせ用孔１６の形成位置が開口するようにパターニングを行った後、パターニングしたレジストをマスクとしてエッチング液に基材１１を浸漬し、貼り合わせ用孔１６を開口する。ここでは、貼り合わせ用孔１６を矩形状の基材１１の四隅に開けている。
【００３８】
ついで、図３−２（ｄ）に示されるように、基材１１の裏面に引き出し線１７を形成する。たとえば印刷法で裏面のコンタクト層３２の形成位置を含む領域に所定形状の引き出し線１７を形成したり、引き出し線１７を形成しない領域をレジストでマスクし、メッキ法やスパッタリング法で引き出し線１７を形成した後、リフトオフによってレジストを剥離することで引き出し線１７を形成したりすることができる。以上で、基材１１側の加工が終了する。
【００３９】
つぎに、流路構成基材２１の加工手順について説明する。まず、図３−３（ａ）に示されるように、流路構成基材２１を用意する。流路構成基材２１は、ハロゲン系ガスに対して耐腐食性を有する材料であることが望ましいが、加工後に耐腐食性の処理をするものであればＡｌでもよい。厚さとして、０．１〜数ｍｍのものを使用することができる。ここでは説明の便宜上、流路構成基材２１の厚さに垂直な方向の寸法は、基材１１の厚さに垂直な方向の寸法と同じであるとしている。
【００４０】
ついで、図３−３（ｂ）に示されるように、機械加工やウエットエッチングなどの方法によって、流路２３とメタルシール用の側壁構成部２２を流路構成基材２１の裏面に形成する。ここでは、流路構成基材２１の左右方向中央付近に流路２３となる溝２３ａを形成し、また溝２３ａの延在方向に垂直な方向の側壁が周囲に比して突出するように、流路構成基材２１の裏面に段差２３ｂを形成する。これによって、側壁構成部２２が形成される。
【００４１】
その後、図３−３（ｃ）に示されるように、流路構成基材２１の所定の位置に貼り合わせ用孔２４を、基材１１の場合と同様に機械加工やウエットエッチング法によって形成する。ここでは、貼り合わせ用孔２４を矩形状の流路構成基材２１の四隅に開けている。なお、流路構成基材２１がＡｌで構成される場合には、流路構成基材２１はアルマイト処理される。また、流路構成基材２１を電解研磨することでさらに耐腐食性を向上させることができる。以上で、流路構成基材２１の加工が終了する。
【００４２】
ついで、基材１１と流路構成基材２１との貼り合わせ処理が行われる。これは、図２（ｂ）に示されるように、基材１１の表面と流路構成基材２１の裏面とを対向させて両者を貼り合せ、貼り合わせ用孔１６，２４にボルトなどの固定部材２５を挿入して固定する。固定部材２５で両者が固定される際に、流路構成基材２１の他の領域よりも突出している側壁構成部２２が基材１１上の金属保護膜１４と圧着され、メタルシールの役割を果たす。その結果、図２（ａ）に示されるような流量センサ１０が得られる。なお、以上では、基材１１の加工を説明した後に流路構成基材２１の加工について説明を行っているが、基材１１と流路構成基材２１の加工順序は、特に限定されるものではなく、いずれかを先に行ってもよいし、同時に行ってもよい。
【００４３】
図４は、実施形態によるマスフローコントローラの他の構成例を模式的に示す断面図である。このマスフローコントローラは、図１の場合に比して、流量制御するガスの量が多い場合に用いられる。
【００４４】
マスフローコントローラは、流量センサ１０と、ガス流路構成部材５０と、流量調整部６０と、流量制御部７０と、を備える。ガス流路構成部材５０は、ガス流入口５３と、ガス流出口５２と、ガス流入口５３とガス流出口５２との間のガス流路５１と、を有する。ガス流路５１は、主流部５１ｃから分岐したバイパス路５１ｄに上記した流量センサ１０が設けられ、合流したガス流路５１ａの下流側に流量調整部６０が設けられている。なお、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付して、その説明を省略している。
【００４５】
以上説明してきたように、実施形態による流量センサ１０では、流路２３となる領域に、耐腐食性を有する材料からなる流路保護膜１５を形成し、その中に感熱膜１２とヒータ膜１３とを配置し、流路２３以外の領域に金属保護膜１４を形成した基材１１と、流路２３となる部分が溝２３ａで構成され、その長手方向に沿って、周囲よりも突出した側壁構成部２２が形成された耐腐食性を有する材料によって構成される流路構成基材２１とを、側壁構成部２２が流路保護膜１５を挟んだ両側の金属保護膜１４を押圧するように固定部材２５によって固定した。これによって、腐食性ガスに対して耐性を有するとともに、側壁構成部２２が流路保護膜１５に密着し、メタルシールとして機能するので、腐食性ガスを流路２３内に密閉することができるという効果を有する。また、腐食性ガスの漏れを防止することができ、流量センサ１０やマスフローコントローラの安全性を高めることができるという効果を有する。さらに、半導体デバイスの製造プロセスと同様のプロセスで流量センサ１０を製造することができるので、大量生産を行うことができ、その結果流量センサ１０の製造コストを下げることができるという効果も有する。
【００４６】
また、このような流量センサ１０を有するマスフローコントローラは、巻線式センサを有するマスフローコントローラに比して応答速度が速く、かつ精度の高い流量制御を行うことができるという効果を有する。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…流量センサ、１１…基材、１２…感熱膜、１３…ヒータ膜、１４…金属保護膜、１５…流路保護膜、１６，２４…貼り合わせ用孔、１７…引き出し線、２１…流路構成基材、２２…側壁構成部、２３…流路、２３ａ…溝、２３ｂ…段差、２５…固定部材、３１…引き出し用孔、３２…コンタクト層、５０…ガス流路構成部材、５１，５１ａ，５１ｂ…ガス流路、５１ｃ…主流部、５１ｄ…バイパス路、５２…ガス流出口、５３…ガス流入口、６０…流量調整部、６１…弁、６２…ロッド、６３…アクチュエータ、７０…流量制御部、７１…ブリッジ回路、７２…増幅回路、７３…流量設定回路、７４…比較制御回路、７５…温度設定回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面の流路形成領域上に、一対の感熱膜と、前記一対の感熱膜間の中間に位置するヒータ膜と、前記感熱膜と前記ヒータ膜の形成位置以外に設けられる耐腐食性を有する流路保護膜と、を有し、前記第１の主面の前記流路形成領域以外の領域上に、耐腐食性を有する金属からなる金属保護膜を有する第１の基板と、
前記第１の主面に対向して配置される第２の主面の前記流路形成領域に形成される溝と、前記流路形成領域以外の他の領域と前記溝とを区切り、前記他の領域に比して突出して設けられる側壁構成部と、を有し、耐腐食性を有する材料によって構成される第２の基板と、
前記第１の主面と前記第２の主面とが対向するように貼り合わせて両者を固定する固定部材と、
を備え、
前記第２の基板の前記側壁構成部は、前記第１の基板の前記金属保護膜上に位置するように圧着され、
前記流路保護膜は、アルミナ膜またはイットリア膜であることを特徴とする流量センサ。
【請求項２】
第１の主面上の流路形成領域に、一対の感熱膜と、前記一対の感熱膜間の中間に位置するヒータ膜と、前記感熱膜と前記ヒータ膜の形成位置以外に設けられる耐腐食性を有する流路保護膜と、を有し、前記第１の主面上の前記流路形成領域以外の領域上に、耐腐食性を有する金属保護膜を有する第１の基板と、
前記第１の主面に対向して配置される第２の主面の前記流路形成領域に形成される溝と、前記流路形成領域以外の他の領域と前記溝とを区切り、前記他の領域に比して突出して設けられる側壁構成部と、を有し、耐腐食性を有する材料によって構成される第２の基板と、
前記第１の主面と前記第２の主面とが対向するように貼り合わせて両者を固定する固定部材と、
を備え、
前記第２の基板の前記側壁構成部は、前記第１の基板の前記金属保護膜上に位置するように圧着されることを特徴とする流量センサ。
【請求項３】
前記第１の基板は、断熱性を有する材料によって構成され、
前記第２の基板は、耐腐食性を有する材料によって構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の流量センサ。
【請求項４】
前記感熱膜と前記ヒータ膜は、Ｐｔによって構成され、
前記金属保護膜は、Ａｇによって構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の流量センサ。
【請求項５】
ガス流路を構成するガス流路構成部材と、
前記ガス流路中に配置され、ガスの流量を調整する弁、および前記弁の開度を調整するアクチュエータを有する流量調整手段と、
前記ガス流路を流れる前記ガスの流量である流量測定値を検出する請求項１から４のいずれか１つに記載の流量センサと、
前記流量センサによって検出される前記流量測定値が、前記ガス流路に流す流量である流量設定値となるように前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、
を備えることを特徴とするマスフローコントローラ。
【請求項６】
前記ガス流路構成部材は、主流部と、前記主流部から分岐し、再び前記主流部に合流するバイパス路と、を有するように構成され、
前記流量センサは、前記バイパス路に設けられることを特徴とする請求項５に記載のマスフローコントローラ。
【請求項７】
第１の基板の第１の主面上の流路形成領域に、一対の感熱膜とヒータ膜とを形成する感熱膜形成工程と、
前記第１の基板の前記第１の主面上の前記流路形成領域以外の他の領域に金属保護膜を形成する金属保護膜形成工程と、
前記第１の基板の前記流路形成領域の前記感熱膜と前記ヒータ膜が形成されていない領域に耐腐食性を有する流路保護膜を形成する流路保護膜形成工程と、
を含む第１の基板加工工程と、
前記第１の主面に対向する第２の基板の第２の主面の前記流路形成領域に流路となる溝と、前記流路形成領域以外の他の領域と前記溝とを区切り、前記他の領域に比して突出する側壁構成部と、を形成する第２の基板加工工程と、
前記第１の基板の前記第１の主面と前記第２の基板の前記第２の主面とを対向させて、両者を貼り合わせ、前記第２の基板の前記側壁構成部を前記第１の基板の前記金属保護膜と圧着させるように固定する基板貼り合わせ工程と、
を含むことを特徴とする流量センサの製造方法。
【請求項８】
前記第２の基板は、耐腐食性材料からなることを特徴とする請求項７に記載の流量センサの製造方法。
【請求項９】
前記第２の基板は、アルミニウムからなる場合に、前記第２の基板加工工程では、前記第２の基板の加工後に、前記第２の基板をアルマイト処理することを特徴とする請求項７に記載の流量センサの製造方法。
【請求項１０】
前記流路保護膜形成工程では、前記流路保護膜としてアルミナ膜またはイットリア膜を形成することを特徴とする請求項７から１０のいずれか１つに記載の流量センサの製造方法。
【請求項１】
第１の主面の流路形成領域上に、一対の感熱膜と、前記一対の感熱膜間の中間に位置するヒータ膜と、前記感熱膜と前記ヒータ膜の形成位置以外に設けられる耐腐食性を有する流路保護膜と、を有し、前記第１の主面の前記流路形成領域以外の領域上に、耐腐食性を有する金属からなる金属保護膜を有する第１の基板と、
前記第１の主面に対向して配置される第２の主面の前記流路形成領域に形成される溝と、前記流路形成領域以外の他の領域と前記溝とを区切り、前記他の領域に比して突出して設けられる側壁構成部と、を有し、耐腐食性を有する材料によって構成される第２の基板と、
前記第１の主面と前記第２の主面とが対向するように貼り合わせて両者を固定する固定部材と、
を備え、
前記第２の基板の前記側壁構成部は、前記第１の基板の前記金属保護膜上に位置するように圧着され、
前記流路保護膜は、アルミナ膜またはイットリア膜であることを特徴とする流量センサ。
【請求項２】
第１の主面上の流路形成領域に、一対の感熱膜と、前記一対の感熱膜間の中間に位置するヒータ膜と、前記感熱膜と前記ヒータ膜の形成位置以外に設けられる耐腐食性を有する流路保護膜と、を有し、前記第１の主面上の前記流路形成領域以外の領域上に、耐腐食性を有する金属保護膜を有する第１の基板と、
前記第１の主面に対向して配置される第２の主面の前記流路形成領域に形成される溝と、前記流路形成領域以外の他の領域と前記溝とを区切り、前記他の領域に比して突出して設けられる側壁構成部と、を有し、耐腐食性を有する材料によって構成される第２の基板と、
前記第１の主面と前記第２の主面とが対向するように貼り合わせて両者を固定する固定部材と、
を備え、
前記第２の基板の前記側壁構成部は、前記第１の基板の前記金属保護膜上に位置するように圧着されることを特徴とする流量センサ。
【請求項３】
前記第１の基板は、断熱性を有する材料によって構成され、
前記第２の基板は、耐腐食性を有する材料によって構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の流量センサ。
【請求項４】
前記感熱膜と前記ヒータ膜は、Ｐｔによって構成され、
前記金属保護膜は、Ａｇによって構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の流量センサ。
【請求項５】
ガス流路を構成するガス流路構成部材と、
前記ガス流路中に配置され、ガスの流量を調整する弁、および前記弁の開度を調整するアクチュエータを有する流量調整手段と、
前記ガス流路を流れる前記ガスの流量である流量測定値を検出する請求項１から４のいずれか１つに記載の流量センサと、
前記流量センサによって検出される前記流量測定値が、前記ガス流路に流す流量である流量設定値となるように前記流量調整手段を制御する流量制御手段と、
を備えることを特徴とするマスフローコントローラ。
【請求項６】
前記ガス流路構成部材は、主流部と、前記主流部から分岐し、再び前記主流部に合流するバイパス路と、を有するように構成され、
前記流量センサは、前記バイパス路に設けられることを特徴とする請求項５に記載のマスフローコントローラ。
【請求項７】
第１の基板の第１の主面上の流路形成領域に、一対の感熱膜とヒータ膜とを形成する感熱膜形成工程と、
前記第１の基板の前記第１の主面上の前記流路形成領域以外の他の領域に金属保護膜を形成する金属保護膜形成工程と、
前記第１の基板の前記流路形成領域の前記感熱膜と前記ヒータ膜が形成されていない領域に耐腐食性を有する流路保護膜を形成する流路保護膜形成工程と、
を含む第１の基板加工工程と、
前記第１の主面に対向する第２の基板の第２の主面の前記流路形成領域に流路となる溝と、前記流路形成領域以外の他の領域と前記溝とを区切り、前記他の領域に比して突出する側壁構成部と、を形成する第２の基板加工工程と、
前記第１の基板の前記第１の主面と前記第２の基板の前記第２の主面とを対向させて、両者を貼り合わせ、前記第２の基板の前記側壁構成部を前記第１の基板の前記金属保護膜と圧着させるように固定する基板貼り合わせ工程と、
を含むことを特徴とする流量センサの製造方法。
【請求項８】
前記第２の基板は、耐腐食性材料からなることを特徴とする請求項７に記載の流量センサの製造方法。
【請求項９】
前記第２の基板は、アルミニウムからなる場合に、前記第２の基板加工工程では、前記第２の基板の加工後に、前記第２の基板をアルマイト処理することを特徴とする請求項７に記載の流量センサの製造方法。
【請求項１０】
前記流路保護膜形成工程では、前記流路保護膜としてアルミナ膜またはイットリア膜を形成することを特徴とする請求項７から１０のいずれか１つに記載の流量センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図３−３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−６８５４９（Ｐ２０１３−６８５４９Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８００７（Ｐ２０１１−２０８００７）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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