JP2010230389A - フローセンサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流路内への接合部材のはみ出しによる不良品判定を簡易に行うことができるフローセンサを提供する。
【解決手段】本発明に係るフローセンサ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９を介して接合され、フローセンサチップ２とともに流体を流す流路４を形成する流路形成部材３と、流路を構成しているフローセンサチップ２上に形成され、接合部材９の流路４へのはみ出し許容量を示す許容線１０と、を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明はフローセンサ及びその製造方法に関する。

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から成る。流路４の両端部には、流路形成部材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、ヒータの上流側と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、ヒータの上流側と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上に位置し、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およびリードパターン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。ここで、フリットガラス９が流路４の内部にはみ出すと、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。そのため、フリットガラス９が流路４へはみ出しているか否か、顕微鏡などを用いて目視で検査していた。具体的には、フリットガラス９のはみ出し量の測定結果に応じて良品、不良品を判定し、不良品を選別していた。そのため、非常に手間とコストが掛かっていた。

本発明は、流路内への接合部材のはみ出しによる不良品判定を簡易に行う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ともに前記流体を流す流路を形成する流路形成部材と、
前記流路を構成している前記フローセンサチップ上に形成され、前記接合部材の前記流路へのはみ出し許容量を示す許容線と、を備えたものである。
これにより、流路内への接合部材のはみ出しによる不良品判定を簡易に行うことができる。

前記許容線は、前記流路の長手方向に沿って、前記流路の両側に形成されていることが好ましい。これにより、流路内への接合部材のはみ出しによる不良品判定をより簡易に行うことができる。
前記許容線は、白金からなることが好ましい。
前記接合部材は、低融点ガラスであることが好ましい。

本発明に係るフローセンサの製造方法は、
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ともに前記流体を流す流路を構成する流路形成部材と、を備えたフローセンサの製造方法であって、
前記フローセンサチップ上に、前記接合部材の前記流路へのはみ出し許容量を示す許容線を形成するステップと、
前記フローセンサチップと前記流路形成部材とを前記接合部材を介して接合するステップと、
前記接合部材が前記許容線からはみ出しているか否かを検査するステップと、を備えたものである。
これにより、流路内への接合部材のはみ出しによる不良品判定を簡易に行うことができる。

前記許容線を形成するステップにおいて、前記許容線を、前記流路の長手方向に沿って、前記流路の両側に形成することが好ましい。これにより、流路内への接合部材のはみ出しによる不良品判定を簡易に行うことができる。
また、前記許容線と前記検出部とを同一の金属膜からパターニングして形成することが好ましい。これにより、製造工程を増やすことなく、不良品判定を簡易に行うことができる。
前記許容線は、白金からなることが好ましい。
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による不良品判定を簡易に行うことができるフローセンサを提供することができる。

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。 フリットガラス９のはみ出し例を示す平面図である。 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、透明な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、フローセンサチップ２の上面２ａにフリットガラス９の流路４へのはみ出し許容量を示す許容線１０が形成されていることを特徴とする。なお、図１において絶縁膜６、８は省略されている。流路形成部材は、流路形成部材を透して許容線１０を目視確認できる程度の透明性を有する材質で形成されていれば良い。

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が流路４にはみ出す場合がある。これまでは、このフリットガラス９のはみ出し不良を、顕微鏡などを用いて目視で検査していた。

具体的には、フリットガラス９のはみ出し量の測定結果に応じて不良判定を行い、不良品を選別していた。しかしながら、本実施の形態では、フローセンサチップ２の上面２ａにフリットガラス９の流路４へのはみ出し許容量を示す許容線１０が形成されている。そのため、フリットガラス９のはみ出し不良を簡易に判定することができる。また、この許容線１０の導入により、画像処理による不良判定も容易になる。

許容線１０は、図１に示すように、流路４を構成しているフローセンサチップ２の上面において、流路４の長手方向に沿って、流路４の両側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不良判定を、確実に容易にすることができる。

また、上述の通り流量検出部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。そのため、上記白金（Ｐｔ）薄膜からヒータ及び測温素子をパターニングにより形成する際に、許容線１０も簡易に形成することができる。そのため、許容線１０導入により製造工程が増えることはない。ただし、許容線１０は流量検出部７近傍には形成することができないため、流路４の両側において流体導入口４ａ側と、流体導出口４ｂ側とに分割して形成されている。

図２は、フリットガラス９のはみ出し例を示す平面図である。許容線１０からはみ出していないフリットガラス９ａの場合、合格となる。一方、許容線１０からはみ出しているフリットガラス９ｂの場合、不合格となる。このように、許容線１０の導入により、フリットガラス９のはみ出し不良を極めて簡易に判定することができる。

次に、フローセンサ１の製造工程について説明する。
まず、フローセンサチップ２上に形成された白金薄膜をパターニングし、検出部７と許容線１０とを同時に形成する。
次に、フリットガラス９を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する。
次に、フローセンサチップ２とガラスチップ３を、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する。
最後に、フリットガラス９が許容線１０からはみ出しているか否かを検査し、不良判定を行う。

以上説明した通り、本実施の形態では、フローセンサチップ２の上面２ａにフリットガラス９の流路４へのはみ出し許容量を示す許容線１０が形成されている。そのため、フリットガラス９のはみ出し不良を簡易に判定することができ、劇的に生産性を向上させることができる。

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、許容線１０を白金線としたが、特にこれに限定されるものではない。また、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
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 許容線
ａ フローセンサ

Claims (9)

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ともに前記流体を流す流路を形成する流路形成部材と、
   前記流路を構成している前記フローセンサチップ上に形成され、前記接合部材の前記流路へのはみ出し許容量を示す許容線と、を備えたフローセンサ。
2. 前記許容線は、前記流路の長手方向に沿って、前記流路の両側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. 前記許容線は、白金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のフローセンサ。
4. 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１〜３のいずれか一項に記載のフローセンサ。
5. 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ともに前記流体を流す流路を構成する流路形成部材と、を備えたフローセンサの製造方法であって、
   前記フローセンサチップ上に、前記接合部材の前記流路へのはみ出し許容量を示す許容線を形成するステップと、
   前記フローセンサチップと前記流路形成部材とを前記接合部材を介して接合するステップと、
   前記接合部材が前記許容線からはみ出しているか否かを検査するステップと、を備えるフローセンサの製造方法。
6. 前記許容線を形成するステップにおいて、
   前記許容線を、前記流路の長手方向に沿って、前記流路の両側に形成することを特徴とする請求項５に記載のフローセンサの製造方法。
7. 前記許容線を形成するステップにおいて、
   前記許容線と前記検出部とを同一の金属膜からパターニングして形成することを特徴とする請求項５又は６に記載のフローセンサの製造方法。
8. 前記許容線は白金からなることを特徴とする請求項７に記載のフローセンサの製造方法。
9. 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５〜８のいずれか一項に記載のフローセンサの製造方法。

Images