耐蚀金属制热式质量流量传感器及采用它的流体供给设备制造技术

本发明专利技术旨在提供提高热式质量流量传感器的耐蚀性，同时能够提高响应性、除颗粒以及防止产品质量上的偏差等的耐蚀金属制热式质量流量传感器和采用该传感器的流体供给设备。具体说，热式质量流量传感器由传感器部１和传感器底座１３构成，该传感器部１由电解蚀刻耐蚀性金属材料Ｗ背面侧而形成为薄片的耐蚀性金属基片２以及形成设于该耐蚀性金属基片２的背面侧的温度传感器３和加热器４的薄膜Ｆ构成；在所述传感器底座１３上，通过激光焊接密封固定嵌入安装沟１３ａ内的所述传感器部１的耐蚀性金属基片２的外周缘。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及耐蚀金属制热式质量流量传感器和采用该传感器的流体供给设备，主要用于检测半导体制造装置的气体供给线等中的质量流量，将传感器部的整个触气面用不锈钢(SUS316L)等具有耐蚀性的金属材料形成，对强腐蚀性的流体具有优异的耐蚀性，同时能够达成除颗粒(particle-free)及无泄漏(leak-free)。
技术介绍
一直以来，在化学分析装置等的
中，作为流体的质量流量测定用的传感器，往往采用毛细管型热式质量流量传感器或微机械技术的硅制超小型热式质量流量传感器。然而，前者的毛细管型热式质量流量传感器，其结构上能够将传感器的接触气体面用不锈钢形成，因此具有能够容易提高对被测定流体的耐蚀性的特征。但是，该毛细管型热式质量流量传感器中，为了加热毛细管而需要缠绕加热器用电阻线。因此，各产品传感器间特性上存在容易产生偏差的问题。另外，由于毛细管和加热用电阻线的热容量比较大，存在质量流量传感器的响应速度低的问题。另一方面，随着近年所谓微机械技术的发展，后者的硅制超小型热式质量流量传感器的开发以及利用范围越来越广泛，不仅用于化学相关领域，而且在汽车等机械工业的领域也广泛利用。这是因为该硅制超小型热式质量流量传感器能够通过成批处理制造，不仅可减少各产品传感器间的特性上的偏差，而且伴随小型化而热容量变小，具有作为传感器的响应速度极高的优异特征。但是，该硅制超小型热式质量流量传感器中也存在许多必须要解决的问题，其中急需待解决的问题就是耐蚀性。即，由于该硅制超小型热式质量流量传感器中作为接触气体面的构成材料采用硅，存在被卤系等的流体容易腐蚀的基本的难题。另外，由于该质量流量传感器中密封材料采用环氧树脂或O环等的有机材料，因而不能避免颗粒的释放或外部泄漏的发生，结果，存在不能用于半导体制造装置的供气线等的问题。另一方面，为了解决上述硅制超小型热式质量流量传感器所具有的问题，迄今为止开发了各式各样的技术。例如在日本专利文献特开2001-141540号和特开2001-141541号等中，如图18所示，在由硅基片A构成的构架D上面形成的膜E的最外层设置防温层E6，从而提高膜E的安全性。还有，图16中，E1～E3表示形成膜E的氧化硅层；E4表示氮化硅层；E5表示白金属；C表示引线连接用接头。可是，在上述图18所示的硅制超小型热式质量流量传感器中，通过在构架D的下面侧设置氮化硅S4，或设置由膜E的氮化硅层构成的防温层E6来提高防水性或防湿性，但由于构架D本身由硅基片A形成，对于上述腐蚀等的问题，并没有得到根本的改善。本专利技术旨在解决传统的质量流量传感器中上述问题，即①毛细管型热式质量流量传感器中，除了在产品间的特性上容易产生偏差外，响应速度低；以及②硅制超小型热式质量流量传感器中，缺乏耐蚀性且不能避免颗粒的发生和外部泄漏的发生等问题，本专利技术的主要目的在于提供能够采用微机械技术制造超小型且质量均匀的产品，而且耐蚀性好并可作到高速度响应和除颗粒、外部泄漏较少的耐蚀金属制热式质量流量传感器和采用该传感器的流体供给设备。专利技术的公开本专利技术人活用微机械技术，构思在不锈钢等的耐蚀性金属基片上，用薄膜体形成质量流量传感器中必要的2个测温电阻和加热器、连接各元件之间的引线等，从而防止质量流量传感器的各产品之间的质量偏差，并提高耐蚀性和响应性，还实现除颗粒和外部泄漏较少，基于该构思不断进行质量流量传感器的试制及其动作实验。本专利技术基于上述构思与各种实验结果创作而成，本专利技术权利要求1的基本结构中，设有形成耐蚀性金属基片2和设于该耐蚀性金属基片2的接触流体表面的背面侧的温度传感器3和加热器4的由薄膜F构成的传感器部1。本专利技术权利要求2是在权利要求1的专利技术中，连接主体21，该主体21中设有具备传感器部1的传感器底座13、使流体流入的流体流入口和使流体流出的流体流出口以及连通流体流入口和流体流出口之间的流体通路，相对于用以保持气密的金属垫圈27，使其正上方构件的刚性高，从而抑制因紧固该金属垫圈27而使该传感器部1产生的变形。本专利技术权利要求3是在权利要求1或权利要求2的专利技术中，以150μm以下的厚度形成耐蚀性金属基片2。本专利技术权利要求4是在权利要求1或权利要求3的专利技术中，通过焊接密封固定传感器底座13和耐蚀性金属基片2，该传感器底座13具备为保持气密性而设置的传感器部1。本专利技术权利要求5是在权利要求1、权利要求2、权利要求3或权利要求4的专利技术中，薄膜F由在耐蚀性金属基片2的接触流体表面的背面上形成的绝缘膜5、在其上方形成的温度传感器3和形成加热器4的金属膜M以及覆盖绝缘膜5和金属膜M的保护膜6构成。本专利技术权利要求6中，将权利要求1至权利要求5中任一项所述的耐蚀金属制热式质量流量传感器安装到流体控制设备上，在流体控制时适当进行流量的确认。本专利技术中，与传统的硅制超小型热式质量流量传感器的场合同样，活用微机械技术制造质量流量传感器，因此能够将产品之间的质量上的偏差抵制得极小。另外，通过电解蚀刻将传感器基片即耐蚀性金属基片(例如SUS316L制基片)加工成30～80μm左右的薄片，同时将电阻线等薄膜化，从而使传感器部的热容量极小，因此大幅提高传感器的响应速度。还有，将整个接触气体面由耐蚀性金属构成，同时用焊接来组装传感器部和传感器底座，并通过金属垫圈密封来安装到管体等，能够实现耐腐蚀或除颗粒、外部无泄漏。附图的简单说明图1是本专利技术的耐蚀金属制热式质量流量传感器的传感器部的概略俯视图。图2是图1的A-A概略剖视图。图3是本专利技术的耐蚀金属制热式质量流量传感器的动作原理的说明图。图4是传感器部的制造工序的说明图，其中，(a)表示SUS316L晶圆的准备工序；(b)表示绝缘膜5的形成工序；(c)表示Cr/Pt/Cr膜(金属膜M)的形成工序；(d)表示保护膜6的形成工序；(e)表示电极插入孔7的形成工序；(f)表示SUS316L晶圆的背面蚀刻工序；(g)表示传感器部1的切断蚀刻工序。图5是一例表示耐蚀金属制热式质量流量传感器的概略剖视图。图6是表示在传感器部的制法中使用的光掩模图案，表示前掩模图案叠加后的状态。图7表示在传感器部的制法中使用的光掩模图案，用于图4的(c)的工序中。图8表示在传感器部的制法中使用的光掩模图案，用于图4的(e)的工序中。图9表示在传感器部的制法中使用的光掩模图案，用于图4的(f)的工序中。图10是对SUS316L制基片实施电解蚀刻时的表面粗糙度的示图。图11是图7的电解蚀刻部Q的局部放大图。图12是本专利技术的质量流量传感器的信号检测用电路图。图13是表示本专利技术的传感器部的各种特性的曲线图，(a)表示加热器温度与测温电阻的电阻值的关系；(b)表示加热器电流与测温电阻的电阻值的关系；(c)表示气流量与传感器输出的关系。图14是表示一例本专利技术的质量流量传感器的流量响应特性的曲线图。图15是表示一例本专利技术的质量流量传感器安装图的剖视图。图16是表示另一例本专利技术的质量流量传感器安装图的剖视图。图17是表示另一例本专利技术的质量流量传感器安装图的剖视图。图18是表示传统的硅制超小型热式质量流量传感器的概略剖视图。(符号说明)S表示耐蚀金属制热式质量流量传感器，F表示薄膜，M表示金属膜，W表示耐蚀性金属材料，G表示被测定气体，1表示传感器部，2表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐蚀金属制热式质量流量传感器，其中设有：形成耐蚀性金属基片（２）和设于该耐蚀性金属基片（２）的接触流体表面的背面侧的温度传感器（３）和加热器（４）的由薄膜（Ｆ）构成的传感器部（１）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：池田信一，平田薰，西野功二，土肥亮介，
申请(专利权)人：株式会社富士金，
类型：发明
国别省市：JP[日本]