JP2010230388A - フローセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】流路内への接合部材のはみ出しを低減することができるフローセンサを提供する。
【解決手段】本発明のフローセンサ１は、流体の流れを検出する検出部７が形成されたフローセンサチップ２と、フローセンサチップ２と接合部材（フリットガラス９）を介して接合され、フローセンサチップ２と協働して流体を流す流路４を形成する流路形成部材３と、を備える。フローセンサチップ２又は流路形成部材３の一方には、他方と接合される面に接合部材９が流路４にはみ出すことを低減する凹み部１０が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明はフローセンサに関し、特に微少な流量の測定に好適に使用されるフローセンサに関する。

例えば、半導体製造装置に使用するガス等の流体の流量を検出する流量測定装置（フローセンサ）として、流体に熱を付与して所定位置における流体の温度差を測定することにより流量を測定する熱式の流量測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

フローセンサａを斜め上方から見下ろした斜視図を図３に示す。フローセンサａは、フローセンサチップ２と、下面３ａがフローセンサチップ２の上面２ａに接合され当該フローセンサチップ２と協働してガス等の被測定流体の微小な流路４を形成する流路形成部材３と、を備える。流路形成部材３は、透明なガラスチップ（以下、流路形成部材と同一の符号３を付する。）から成る。流路４の両端部には、ガラスチップ３の上面３ｂに開口する流体導入口４ａ、流体導出口４ｂが形成されている。つまり、被測定流体（以下「ガス」という）は、流路４の流体導入口４ａから流路４内に導入され流体導出口４ｂから導出される。

フローセンサチップ２は、シリコン基板５を備える。シリコン基板５の上面には、図４及び５に示すように、窒化シリコン又は二酸化シリコンの絶縁膜（薄膜）６が形成されている。絶縁膜６の上面には、流路４の中央位置と対応する位置に流量検出部（センサ部）７が形成されている。流量検出部７は、窒化シリコン又は二酸化シリコンの絶縁膜８により被覆されている。なお、図３において絶縁膜６、８は、流量検出部７を分かりやすくするために透明に描いている。

フローセンサチップ２の上面２ａの中央位置には、流量検出部７の下方位置に空洞状の凹部２ｃが形成されている。これにより、流量検出部７が形成されている絶縁膜６の凹部２ｃを覆う部位は、ダイアフラム形状に形成されて流量検出部７とシリコン基板５とが熱的に遮断される。流量検出部７は、熱式の検出部で絶縁膜６上に例えば白金（Ｐｔ）薄膜でできた発熱素子としてのヒータと、このヒータの上流側及び下流側に等間隔で配置された例えば白金薄膜でできた抵抗素子としての測温素子とにより構成されている。当該流量検出部７のヒータに通電すると、ヒータは、制御回路によりシリコン基板５上に設けられた周囲温度センサ（図示省略）で測定されたガスの温度よりもある一定温度高く加熱され、流路４を流れるガスを加熱する。

流路４にガスが流れないときは、ヒータの上流側／下流側に均一の温度分布が形成され、上流側の測温素子と下流側の測温素子は、略等しい温度に対応する抵抗値を示す。一方、流路４にガスの流れがあるときには、ヒータの上流側／下流側の均一な温度分布が崩れ、上流側の温度が低くなり、下流側の温度が高くなる。そして、上流側の測温素子と下流側の測温素子により構成される例えばホイーストンブリッジ回路により測温素子の抵抗値差つまり温度差を検出して流路４内を流れるガスの流量を測定する。

流量検出部７のヒータ及び測温素子の信号取り出し配線としての各リードパターン７ａ〜７ｃは、フローセンサチップ２の上面２ａとガラスチップ３の下面３ａとの間を通してフローセンサ１の両側方（幅方向）に延出されている。また、ガラスチップ３の長手方向に沿う両側部の中央位置に切欠部３ｃが形成されており、リードパターン７ａ〜７ｃの先端の接続端部を露出させて外部の測定回路に接続可能とされている。

流量検出部７と絶縁膜６、８は、フローセンサチップ２の上面２ａ上に位置させ、また、リードパターン７ａ〜７ｃは、フローセンサチップ２の上面２ａとガラスチップ３の下面３ａとの間を通して側方に延出させた状態となる。よって、フローセンサチップ２の上面２ａとガラスチップ３の下面３ａとは、流量検出部７と絶縁膜６、８及びリードパターン７ａ〜７ｃにより、直接接合することができない。

このような構造のフローセンサチップ２の上面２ａとガラスチップ３の下面３ａとを接合し、かつ流量検出部７及び絶縁膜６、８をフローセンサチップ２の上面２ａに位置させ、リードパターン７ａ〜７ｃは、フローセンサチップ２の上面２ａとガラスチップ３の下面３ａとの間を通して側方に延出させた状態とし、かつ流路４の気密を確保して接合する接合部材として、図４及び５に示すように低融点ガラス（例えば、フリットガラス）９を使用する。

特開２００８−７０３２３号公報

フリットガラス９は、接合するフローセンサチップ２の上面２ａ又はガラスチップ３の下面３ａの一方にスクリーン印刷等によって塗布される。フローセンサチップ２とガラスチップ３とは、当該フリットガラス９を加熱しながら圧力印加することによって接合されるが、このとき印加圧力の条件によってはフリットガラス９が流路４の内部にはみ出すこととなり、ガスの流れを乱す。また、はみ出したフリットガラス９が流量検出部７に触れると特性異常を引き起こす。

本発明は、流路内への接合部材のはみ出しを低減することができるフローセンサを提供することを目的とする。

本発明に係るフローセンサは、流体の流れを検出する検出部が形成されたフローセンサチップと、前記フローセンサチップと接合部材を介して接合され、前記フローセンサチップと協働して前記流体を流す流路を形成する流路形成部材と、を備えたフローセンサにおいて、前記フローセンサチップ又は前記流路形成部材の一方には、他方と接合される面に前記接合部材が前記流路にはみ出すことを低減する凹み部が形成されている。これにより、接合部材を介してフローセンサチップとガラスチップとを接合する際に、余分な接合部材は凹み部に吸収され、当該接合部材が流路にはみ出すことを低減することができる。よって、流路内の流体の流れや検出部を健全な状態に維持できるので、流量計測精度を向上させることができる。

前記凹み部は、前記流路形成部材に形成されていること、が好ましい。
前記凹み部は、前記流路を囲むように形成されていること、が好ましい。また、前記凹み部は連続するように形成されていること、が好ましい。これにより、接合部材の流路内へのはみ出しを、確実に低減することができる。
前記接合部材は、低融点ガラスであること、が好ましい。

本発明によれば、流路内への接合部材のはみ出しを低減することができる。

（ａ）は、本発明に係る実施の形態のフローセンサを示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明に係る実施の形態のフローセンサに用いる、ガラスチップを示す底面図である。 一般的なフローセンサを示す斜視透視図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。

本発明に係るフローセンサの実施の形態について説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

本発明に係るフローセンサ１は、上述のフローセンサａの構成と略同様であるので重複する説明を省略するが、やはりフローセンサチップ２と、流路形成部材であるガラスチップ３と、を備える。特に、本実施の形態のフローセンサ１は、図１に示すように、ガラスチップ３の下面３ａにフリットガラス９が流路４にはみ出すことを低減する凹み部１０が形成されていることを特徴とする。凹み部１０はドライエッチングやウエットエッチング等の方法で形成する。上述したようにフリットガラス９を介してフローセンサチップ２とガラスチップ３とを接合する際に、余分なフリットガラス９は、凹み部１０に吸収されるので、フリットガラス９が流路４にはみ出すことを低減することができる。よって、流路内のガスの流れや流量検出部７を健全な状態に維持できるので、流量計測精度を向上させることができる。

凹み部１０は、図２に示すように、ガラスチップ３の下面３ａにおいて流路４を囲むように形成されていることが好ましい。これにより、フリットガラス９の流路内へのはみ出しを、確実に低減することができる。このとき、凹み部１０は、流路４の外周部近傍に形成されていることが好ましい。凹み部１０を流路４の外周部近傍に形成すると、フローセンサチップ２とガラスチップ３との接合部分に良好にフリットガラス９を行き渡らせることができる。

また、凹み部１０は連続するように形成されていることが好ましい。これにより、フリットガラス９の流路内へのはみ出しを、より確実に低減することができる。

ちなみに、凹み部１０の断面形状は、図１（ｂ）に示すように、三角形状とされているが、半円形状、多角形形状でも良く、特に限定されない。また、凹み部１０の深さも、余分なフリットガラス９を吸収することができる容量を確保することができれば、特に限定されない。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、本実施の形態では、凹み部１０をガラスチップ３の下面３ａに形成しているが、フローセンサチップ２の上面２ａに形成しても良い。また、ガラスチップ３は、流路４を形成する部分３ｄと、当該流路４を覆う蓋部分３ｅとが一体的に構成されているが、別部材で構成されていても良い。

本実施の形態では、接合部材としてフリットガラス９を用いたが、エポキシ接着剤などを用いても良い。

１ フローセンサ
２ フローセンサチップ、２ａ フローセンサチップの上面、２ｃ フローセンサチップの凹部
３ ガラスチップ（流路形成部材）、３ａ ガラスチップの下面、３ｂ ガラスチップの上面、３ｃ ガラスチップの切欠部 ３ｄ 流路を形成する部分、３ｅ 流路を覆う蓋部分
４ 流路、４ａ 流体導入口、４ｂ 流体導出口
５ シリコン基板
６、８ 絶縁膜
７ 流量検出部
７ａ〜７ｃ リードパターン
９ フリットガラス（接合部材）
１０ 凹み部
ａ フローセンサ

Claims (5)

1. 流体の流れを検出する検出部が形成されたフローセンサチップと、
   前記フローセンサチップと接合部材を介して接合され、前記フローセンサチップと協働して前記流体を流す流路を形成する流路形成部材と、
   を備えたフローセンサにおいて、
   前記フローセンサチップ又は前記流路形成部材の一方には、他方と接合される面に前記接合部材が前記流路にはみ出すことを低減する凹み部が形成されているフローセンサ。
2. 前記凹み部は、前記流路形成部材に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ。
3. 前記凹み部は、前記流路を囲むように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のフローセンサ。
4. 前記凹み部は連続するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載のフローセンサ。
5. 前記接合部材は、低融点ガラスであることを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ。

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