JP6219769B2 - フローセンサおよびフローセンサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明に係るいくつかの態様は、薄膜を備えるフローセンサおよびフローセンサの製造方法に関する。

従来、この種のフローセンサとして、基体（シリコン基板）の上に、検出部（センシング部位）を構成する金属線を含む薄膜（支持膜）を備えるエアフローセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。このエアフローセンサの基体には、検出部を露出する凹部が設けられている。

国際公開第０１／０４６７０８号

ところで、腐食性物質を含む流体の速度を検出するために、基体の材料として、例えばガラスなど、腐食性物質に対して耐食性を有する材料を用いることが要求される。この場合、従来のフローセンサでは、基体に凹部を形成した後、当該凹部を充填材で充填し、凹部を充填した基体の上に薄膜を形成し、薄膜を形成した後に、凹部から充填材を除去していた。このように、凹部または貫通孔が形成されたガラス製の基体を備えるフローセンサは、その製造工程が非常に煩雑であった。

本発明のいくつかの態様は上記の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な方法で製造することのできるフローセンサおよびフローセンサの製造方法を提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様におけるフローセンサは、貫通孔が形成されたガラス製の基体と、検出部を含み、検出部を含む領域とは異なる領域に孔が形成された薄膜と、を備え、基体に形成された貫通孔の一方の開口面に薄膜に形成された孔の開口面が対向するように基体と薄膜とが配置されており、貫通孔及び孔に挿通された導電性部材であって、基体の一方の面から突出する一端部が検出部に接続され、他端部が基体の他方の面に到達する、導電性部材を更に備え、導電性部材と検出部とは、電気的に接続されている。

上記フローセンサにおいて、薄膜は、接着剤を介して基体の一方の面上に接合されてもよい。

上記フローセンサにおいて、接着剤は、耐食性を有する接着剤であってもよい。

上記フローセンサにおいて、薄膜は、前記検出部を覆う層を含んでもよい。

本発明の一態様におけるフローセンサの製造方法は、支持部材の上に、検出部を含む薄膜を形成する工程と、薄膜において、検出部を含む領域とは異なる領域に孔を形成する工程と、ガラス製の基体に貫通孔を形成する工程と、基体に形成された貫通孔の一方の開口面に薄膜に形成された孔の開口面が対向するように基体と薄膜とを配置する工程と、貫通孔及び孔に導電性部材を挿通する工程と、貫通孔及び孔に挿通され基体の一方の面から突出する導電性部材の一端部を検出部に接続する工程と、薄膜から支持部材を除去する工程と、を含み、導電性部材と検出部とは、電気的に接続されている。

上記フローセンサの製造方法において、配置する工程は、接着剤を介して基体の一方の面上に薄膜を接合する工程を含んでもよい。

上記フローセンサの製造方法において、接着剤は、耐食性を有する接着剤であってもよい。

上記フローセンサの製造方法において、配置する工程は、基体の一方の面上に前記薄膜を直接接合する工程を含んでもよい。

本発明の一態様におけるフローセンサによれば、薄膜が支持部材の上で形成される。これにより、薄膜の形成の際に支持部材が土台となるので、基体の凹部を充填する充填材を必要とせずに、簡易な方法で薄膜の厚さを調整して形成することが可能になる。したがって、検出部の感度を制御することができ、簡易かつ安価な方法で製造することができ、フローセンサの感度を向上させることができる。

本発明の一態様におけるフローセンサの製造方法によれば、支持部材の上に、検出部を含む薄膜を形成する工程と、一方の面に凹部または貫通孔が形成されたガラス製の基体の一方の面の上に、薄膜を配置する工程と、薄膜から支持部材を除去する工程と、を含む。これにより、薄膜の厚さを容易に調整することが可能になるとともに、フローセンサが備えない支持部材を、煩雑な工程を経ることなく、容易に取り除くことが可能になる。したがって、高い感度のフローセンサを、簡易かつ安価な方法で製造することができる。

一実施形態に係るフローセンサの一例を説明する斜視図である。 図１に示したＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。 一実施形態に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態の参考例に係るフローセンサの一例を説明する斜視図である。 図１１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。 一実施形態の参考例に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態の参考例に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態の参考例に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態の参考例に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態の参考例に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態の参考例に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。 一実施形態の参考例に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。さらに、本願発明の技術的範囲は、当該実施形態に限定して解するべきではない。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。

図１ないし図１０は、本発明に係るフローセンサおよびフローセンサの製造方法の一実施形態を示すためのものである。図１は、一実施形態に係るフローセンサの一例を説明する斜視図であり、図２は、図１に示したＩＩ−ＩＩ線矢視方向断面図である。本実施形態に係るフローセンサは、例えば熱式のフローセンサである。図１および図２に示すように、フローセンサ１０は、一方の面（図１および図２において上面）にキャビティ（凹部）２５が形成された基体２０と、基体２０の上面の上に配置される薄膜３０と、を備える。

薄膜３０は、例えば、下部層３０ａと、上部層３０ｂと、を含んで構成することが可能である。下部層３０ａおよび上部層３０ｂは、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などの材料で構成可能である。下部層３０ａおよび上部層３０ｂは、腐食性物質の流体、例えばＣｌ₂、ＢＣｌ₃、ＳＯｘ、ＮＯｘなどを含有する気体（ガス）に対して耐食性を有する。

なお、下部層３０ａおよび上部層３０ｂの材料は、同一であってもよいし、異なるものであってもよい。

薄膜３０において、上部層３０ｂの一方の面（図２において下面）の上には、流体の速度（流速）を検出するためのセンサ回路（図示省略）が設けられる。センサ回路は、検出部３１、基体２０の一辺側に設けられた周囲温度センサ（抵抗素子）３５、電極パッド（図示省略）、およびこれらを電気的に接続する配線（図示省略）などを含んで構成することが可能である。

検出部３１は、薄膜３０の中央部に設けられており、流体を加熱するヒータ（抵抗素子）３２と、このヒータ３２を挟んで両側（図１および図２において左側と右側）に配置され、ヒータ２２によって生ずる流体の温度差を測定するように構成された一組の温度センサ（抵抗素子）３３，３４と、を含んで構成される。これにより、流体の温度差から当該流体の速度（流速）を検出可能な熱式のフローセンサを容易に実現（構成）することができる。

下部層３０ａは、基体２０の上面の上に、全面にわたって形成されている。これにより、薄膜３０が含む検出部３１などを、基体２０から電気的に絶縁することが可能になる。

また、下部層３０ａは、上部層３０ｂの下面に設けられる、ヒータ３２、温度センサ（抵抗素子）３３，３４、および周囲温度センサ３５などを覆っている。このように、薄膜３０が、検出部３１および周囲温度センサ３５を覆う下部層３０ａを含むことにより、外部に対して検出部３１および周囲温度センサ３５を露出する（さらす）ことなく、保護することが可能になる。

このような構成を備えるフローセンサ１０は、例えば図１および図２中にブロック矢印で示すように、測定対象である流体、例えばガスの流れる方向に沿って、温度センサ３３、ヒータ３２、および温度センサ３４が順に並ぶように配置される。この場合、温度センサ３３は、ヒータ３２よりも上流側（図１および図２において左側）に設けられた上流側温度センサとして機能し、温度センサ３４は、ヒータ３２よりも下流側（図１および図２において右側）に設けられた下流側温度センサとして機能する。このように、ヒータ３２に対して上流側に温度センサ３３を配置し、下流側に温度センサ３４を配置することにより、ヒータ３２に対して上流の流体の温度と下流の流体の温度とをそれぞれ測定することができ、ヒータ３２によって生ずる流体の温度差を、容易に測定することができる。

薄膜３０において、検出部３１が設けられる部分は、後述するように、熱容量が小さく、基体２０に対して断熱性を有する（熱的に絶縁されている）ダイアフラムを形成する。周囲温度センサ３５は、フローセンサ１０が設置される管路（図示省略）を流通する流体の温度を検出する。ヒータ３２は、周囲温度センサ３５が検出した流体の温度よりもヒータ３２の温度が一定温度高くなるように、駆動される。上流側温度センサ３３は、ヒータ３２よりも上流側の温度を検出するのに用いられ、下流側温度センサ３４は、ヒータ３２よりも下流側の温度を検出するのに用いられる。

ここで、管路内のガスが静止している場合、ヒータ３２で加えられた熱は、上流方向及び下流方向へ対称的に拡散する。したがって、上流側温度センサ３３および下流側温度センサ３４の温度は等しくなり、上流側温度センサ３３および下流側温度センサ３４の電気抵抗は等しくなる。これに対し、管路内のガスが上流から下流に流れている場合、ヒータ３２で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。したがって、上流側温度センサ３３の温度よりも、下流側温度センサ３４の温度が高くなる。

このような温度差は、上流側温度センサ３３の電気抵抗と下流側温度センサ３４の電気抵抗との間に差を生じさせる。下流側温度センサ３４の電気抵抗と上流側温度センサ３３の電気抵抗との差は、管路内のガスの速度や流量と相関関係がある。そのため、下流側温度センサ３３の電気抵抗と上流側温度センサ３４の電気抵抗との差を基に、管路を流れる流体の速度（流速）や流量を算出することができる。ヒータ３２、上流側温度センサ３３、および下流側温度センサ３４の電気抵抗の情報は、後述する導電性部材２１を通じて電気信号として取り出すことができる。

図２に示すように、本実施形態では、フローセンサ１０の上を流体が流通し、フローセンサ１０が流体の速度（流速）を検出（測定）する。よって、フローセンサ１０において、薄膜３０の他方の面（図２において上面）が検出面（表面）であり、基体２０の他方の面（図２において下面）が検出面（表面）とは反対側の面（裏面）となる。

また、薄膜３０において、下部層３０ａおよび上部層３０ｂは、複数のスリット（孔）３６を含んでいる。図２に示すように、各スリット（孔）３６は、薄膜３０の一方の面（図２において上面）から他方の面（図２において下面）まで貫通しており、基体２０に形成されたキャビティ（凹部）２５に通じている。よって、スリット（孔）３６により、フローセンサ１０の検出面（表面）側と、基体２０に設けられたキャビティ（凹部）２５とが連通している。これにより、薄膜３０において検出部３１を含む部分、すなわち、ダイアフラムを、熱的に絶縁することが可能になるとともに、フローセンサ１０において、薄膜３０の上面、すなわちフローセンサ１０の検出面（表面）側における圧力と、薄膜３０の下面、すなわち基体２０のキャビティ（凹部）２５側における圧力との差（差圧）を小さくすることが可能になる。したがって、流体の圧力に変動が生じても、圧力変動の影響を低減することができる。

図２に示すように、基体２０は、一方の面（図２において上面）に、断面形状が一例として舟形であるキャビティ（凹部）２５が形成されている。この基体２０のキャビティ（凹部）２５の上には、薄膜３０の検出部３１が配置されている。これにより、薄膜３０において検出部３１を含む部分は、基体２０および薄膜３０の他の部分と比較して、熱容量の小さいダイアフラムを形成する。

本実施形態では、基体２０にキャビティ（凹部）２５が形成される例を示したがこれに限定されない。基体２０は、有底構造のキャビティ（凹部）２５に代えて、底を有さない構造、例えば、貫通孔が形成されていてもよい。この場合、基体２０の貫通孔の上に、薄膜３０の検出部３１が配置され、薄膜３０において検出部３１を含む部分は、ダイアフラムを形成する。

また、基体２０は、導電性部材２１を含んでいる。導電性部材２１は、薄膜３０に含まれるセンサ回路の電極パッドを介して、検出部３１に電気的に接続している。また、導電性部材２１は、基体２０の上面から下面まで貫通している。これにより、フローセンサ１０の検出面（表面）とは反対側の面（裏面）から、検出部３１の電気信号を取り出すことが可能となる。

導電性部材２１は、例えば、銅（Ｃｕ）、銅合金、タングステン（Ｗ）、タングステン合金などの導電性を有する部材が使用可能である。また、導電性部材２１は、例えば、接着剤中に電気の流路を形成する導電性フィラー（充填材）をバインダーに分散した導電性接着剤や、めっきなどを、後述する基体２０の貫通孔２０ａおよび薄膜３０の開口部３０ｃに充填して形成してもよい。

基体２０の材料には、ガラス、具体的にはテンパックス（登録商標）、パイレックス（登録商標）、石英ガラスなどの硼珪酸ガラス（ホウケイ酸ガラス）などを用いる。このガラス製の基体２０は、腐食性物質の流体、例えばＣｌ₂、ＢＣｌ₃、ＳＯｘ、ＮＯｘなどを含有する気体（ガス）に対して耐食性を有する。

一般に、ガラス製の基板は、他の基板、例えば、シリコン製の基板などと比較して、電気伝導度が低いために内部に貫通電極を簡便に形成できる、更に、エッチング法に加えてドリルまたはブラスト法などを用いた微細加工も可能であるため、成形が容易であり、形状設計の自由度が高い、という特徴を有する。よって、基体２０がガラス製であることにより、腐食性物質の流体に対して耐食性が高く、薄膜３０の温度上昇を抑制することができるフローセンサ１０を容易に実現（構成）することができる。

次に、図１および図２に示したフローセンサ１０の製造方法の一例を説明する。

図３ないし図１０は、一実施形態に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。まず、支持部材の上に薄膜３０を形成する。すなわち、図３に示すように、支持部材Ｓを用意する。

支持部材Ｓは、薄膜３０を安定して形成するための土台となる部材である。支持部材Ｓの材料には、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）に二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）をコーティングしたもの、ガラス、などが用いられる。

本実施形態では、支持部材Ｓとしてシリコン製の基板を用いる。

次に、図４に示すように、支持部材Ｓの上面の上に、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などの上部層３０ｂを全面にわたって形成する。

次に、図５に示すように、上部層３０ｂの上面に、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、真空蒸着法などの方法により、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの金属を付着させ、検出部３１、周囲温度センサ３５、電極パッド、配線など、センサ回路を構成する各要素を形成（パターニング）する。

次に、図６に示すように、検出部３１を含むセンサ回路の各要素の上に、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などの下部層３０ａを形成する。下部層３０ａおよび上部層３０ｂの厚さ、すなわち、薄膜３０の厚さは、１ないし２［μｍ］程度である。

次に、図７に示すように、下部層３０ａおよび上部層３０ｂにおける所定位置を、マスクなどを用いてエッチングし、支持部材Ｓの上面に通ずる各スリット（孔）３６を形成する。また、下部層３０ａにおいて、センサ回路の電極パッド（図示省略）に対応する位置を、マスクなどを用いてエッチングし、上部層３０ｂの上面に通ずる開口部３０ｃを形成する。

このようにして、検出部３１を含む薄膜３０が形成（製造）される。

ここで、図１および図２に示したように、薄膜３０は基体２０のキャビティ（凹部）２５が形成された面の上に配置される。そのため、薄膜３０の厚さは、検出部３１を含む部分が形成するダイアフラムの厚さ、すなわち、検出部３１の感度に影響を及ぼすことになり、薄膜３０は、高い精度で所定の厚さに形成することが求められる。

従来のフローセンサでは、例えば、基体２０にキャビティ（凹部）２５を形成した後、キャビティ（凹部）２５を、ワックス、焼結した金属、シリコン（Ｓｉ）などの充填材で充填し、キャビティ（凹部）２５を充填した基体２０の上に、薄膜３０を形成していた。そのため、充填材にワックスを使用する場合、検出部３１を含むセンサ回路の形成の際に使用する半導体装置を汚染するおそれがあり、周辺環境への汚染が懸念される。また、充填材に焼結した金属やシリコン（Ｓｉ）を使用する場合、基体２０のキャビティ（凹部）２５に充填し、薄膜３０を形成後に除去するまでの工程が非常に煩雑であり、製造コストが高価になってしまう。

これに対し、本実施形態のフローセンサ１０では、薄膜３０は、支持部材Ｓの上で形成される。これにより、薄膜３０の形成の際に支持部材Ｓが土台となるので、基体２０のキャビティ（凹部）２５を充填する充填材を必要とせずに、簡易な方法で薄膜３０の厚さを調整して形成することが可能になる

一方、基体２０の元となる板状の部材として、ガラス製の板状の第２ウエハＢを用意し、図８に示すように、第２ウエハＢの一方の面（図８において上面）の中央部に、ドリルまたはブラスト法などを用いた機械加工により凹みを形成する。これにより、図１および図２に示した基体２０のキャビティ（凹部）２５が形成される。また、第２ウエハＢにおいて、後述の薄膜３０を第２ウエハＢの面の上に配置する際に、薄膜３０の下部層３０ａに設けられた開口部３０ｃに対応する位置に、第２ウエハＢの一方の面から他方の面（図８において下面）まで貫通する貫通孔２０ａを形成する。

次に、図７に示す薄膜３０を上下逆さまに配置し、図９に示すように、第２ウエハＢの一方の面（図９において上面）の上に、薄膜３０の他方の面（図９において下面）を配置する。

第２ウエハＢの上面に薄膜３０を固定するために、第２ウエハＢの上面と薄膜３０の下面とを接合するようにしてもよい。接合方法としては、例えば、拡散接合や、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを用いたイオンビームを接合する両面に照射して活性化してから接合する表面活性化接合（常温接合）など、第２ウエハＢの上面に薄膜３０を直接接合する方法、金や銀などのろう材を接合する両面に付けてから接合するろう付け、陽極接合、接着剤を使用した接着などが挙げられる。

なお、本出願における「接合」という用語は、物と物とをつなぎ合わせる広義の接合を意味し、接着やろう付けなどを含む概念である。よって、「接合」という用語は、接着剤を用いる方法を除外する意味ではない。

接着剤を使用する場合、接着剤は、薄膜３０をガラス製の第２ウエハＢ（基体２０）に接合可能であればよく、その成分や種類を問わない。なお、接着剤は、例えば、サイトップ（登録商標）など、腐食性物質に対して耐食性を有するものが好ましい。これにより、腐食性物質を含む流体の速度（流速）を検出（測定）する場合に、フローセンサ１０を好適に用いることができる。

次に、図９に示す第２ウエハＢの貫通孔２０ａおよび薄膜３０の開口部３０ｃに、図１０に示すように、導電性部材２１を埋め込んで、薄膜３０に設けられたセンサ回路の電極パッドに電気的に接続させる。

導電性部材２１として導電性接着剤を用いる場合、第２ウエハＢの貫通孔２０ａおよび薄膜３０の開口部３０ｃに導電性接着剤を注入して充填し、所定温度で所定時間加熱して導電性接着剤に含まれるバインダーを硬化、収縮させる。

このようにして、一方の面（図１０において上面）にキャビティ（凹部）２５が形成され、導電性部材２１を有するガラス製の基体２０が形成（製造）される。

最後に、薄膜３０を支持する支持部材Ｓを、例えばアルカリ溶液で溶解し、薄膜３０から支持部材Ｓを除去する。これにより、フローセンサ１０が備えない支持部材Ｓを、煩雑な工程を経ることなく、容易に取り除くことができる。

このようにして、図１および図２に示したフローセンサ１０が製造される。

本実施形態では、フローセンサ１０の一例として熱式のフローセンサを示したが、これに限定されず、他の方式のフローセンサであってもよい。

また、本実施形態では、薄膜３０が下部層３０ａおよび上部層３０ｂの２つの層を含む例を示したがこれに限定されず、薄膜３０は、１つ、または、３つ以上の層を含んでいてもよい。

また、本実施形態では、基体２０が２つの導電性部材２１を含む例を示したが、これに限定されず、基体２０は、１つ、または、３つ以上の導電性部材２１を含んでいてもよい。

さらに、本実施形態では、薄膜３０を形成した後に、第２ウエハＢにキャビティ（凹部）２５および貫通孔２０ａを形成する例を示したが、これに限定されない。第２ウエハＢにおけるキャビティ（凹部）２５および貫通孔２０ａの形成は、例えば、薄膜３０を形成する前に行ってよいし、薄膜３０の形成と同時に（並行して）行ってもよい。

このように、本実施形態のフローセンサ１０によれば、薄膜３０が支持部材Ｓの上で形成される。これにより、薄膜３０の形成の際に支持部材Ｓが土台となるので、基体２０のキャビティ（凹部）２５を充填する充填材を必要とせずに、簡易な方法で薄膜３０の厚さを調整して形成することが可能になる。したがって、検出部３１の感度を制御することができ、簡易かつ安価な方法で製造することができ、フローセンサ１０の感度を向上させることができる。

また、本実施形態のフローセンサ１０の製造方法によれば、支持部材Ｓの上に、検出部３１を含む薄膜３０を形成する工程と、一方の面にキャビティ（凹部）２５または貫通孔が形成された基体２０の一方の面の上に、薄膜３０を配置する工程と、薄膜３０から支持部材Ｓを除去する工程と、を含む。これにより、薄膜３０の厚さを容易に調整することが可能になるとともに、フローセンサ１０が備えない支持部材Ｓを、煩雑な工程を経ることなく、容易に取り除くことが可能になる。したがって、高い感度のフローセンサ１０を、簡易かつ安価な方法で製造することができる。

（参考例）
図１１ないし図１９は、本発明に係るフローセンサおよびフローセンサの製造方法の一実施形態の参考例を示すためのものである。なお、特に記載がない限り、上記の一実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、上記の一実施形態と類似する構成部分は類似の符号をもって表し、その詳細な説明を省略する。さらに、図示しない構成部分は、上記の一実施形態と同様とする。

図１１は、一実施形態の参考例に係るフローセンサの一例を説明する斜視図であり、図１２は、図１１に示したＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視方向断面図である。図１１および図１２に示すように、フローセンサ１０Ａは、一方の面（図１１および図１２において上面）にキャビティ（凹部）２５が形成された基体２０と、基体２０の上面の上に配置される基板３０Ａと、を備える。

基板３０Ａは、一実施形態の薄膜３０と同様に、検出部３１を含んでいる。すなわち、基板３０Ａにおいて、一方の面（図１１および図１２において下面）の上には、流体の速度（流速）を検出するためのセンサ回路（図示省略）が設けられる。センサ回路は、検出部３１、基体２０の一辺側に設けられた周囲温度センサ（抵抗素子）３５、電極パッド（図示省略）、およびこれらを電気的に接続する配線（図示省略）などを含んで構成することが可能である。

基板３０Ａは、保護膜３９を含んでいる。保護膜３９は、例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などの材料で構成可能である。保護膜３９は、例えば、基板３０Ａの下面の全面にわたって形成されており、ヒータ３２、温度センサ（抵抗素子）３３，３４、および周囲温度センサ３５などを覆っている。このように、基板３０Ａが、検出部３１および周囲温度センサ３５を覆う保護膜３９を含むことにより、外部に対して検出部３１および周囲温度センサ３５を露出する（さらす）ことなく、保護することが可能となる。

また、基板３０Ａは、孔３７，３８を含んでいる。図１２に示すように、孔３７，３８は、基板３０Ａの上面から保護膜３９の下面まで貫通しており、基体２０に形成されたキャビティ（凹部）２５に通じている。よって、孔３７，３８により、フローセンサ１０Ａの検出面（表面）側と、基体２０に設けられたキャビティ（凹部）２５とが連通している。これにより、基板３０Ａにおいて検出部３１を含む部分、すなわち、ダイアフラムを熱的に絶縁することが可能になるとともに、フローセンサ１０Ａにおいて、基板３０Ａの上面、すなわちフローセンサ１０Ａの検出面（表面）側における圧力と、基板３０Ａの下面、すなわち基体２０のキャビティ（凹部）２５側における圧力との差（差圧）を小さくすることが可能になる。したがって、流体の圧力に変動が生じても、圧力変動の影響を低減することができる。

孔３７，３８は、検出部３１を挟んで検出部３１の両側（図１１および図１２において左側と右側）に形成されている。孔３７は検出部３１に対して上流側（図１１および図１２において左側）に配置されて上流側孔として機能し、孔３８は検出部３１に対して下流側（図１１および図１２において右側）に配置されて下流側孔として機能する。

基板３０Ａの材料には、基体２０と同様に、ガラス、具体的にはテンパックス（登録商標）、パイレックス（登録商標）、石英ガラスなどの硼珪酸ガラス（ホウケイ酸ガラス）などを用いる。このガラス製の基板３０Ａは、腐食性物質の流体、例えばＣｌ₂、ＢＣｌ₃、ＳＯｘ、ＮＯｘなどを含有する気体（ガス）に対して耐食性を有する。これにより、腐食性物質の流体に対して耐食性が高く、基板３０Ａの温度上昇を抑制することができるフローセンサ１０Ａを容易に実現（構成）することができる。

なお、基体２０および基板３０Ａの材料は、同一種類のガラスであってもよいし、異なる種類のガラスであってもよい。

次に、図１１および図１２に示したフローセンサ１０Ａの製造方法の一例を説明する。

図１３ないし図１９は、一実施形態の参考例に係るフローセンサの製造方法の一例を説明する側方断面図である。まず、支持部材の上に基板３０Ａを形成する。すなわち、図１３に示すように、基板３０Ａの元となる板状の部材として、ガラス製の第１ウエハＡを用意し、支持部材Ｓの一方の面（図１３において上面）の上に第１ウエハＡを配置する。第１ウエハＡは、例えば、５００［μｍ］程度の厚さを有している。

支持部材Ｓは、第１ウエハＡを固定して支持しており、基板３０を安定して形成するための土台となる部材である。支持部材Ｓの材料には、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコン（Ｓｉ）に二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）をコーティングしたもの、ガラス、などが用いられる。

本参考例では、支持部材Ｓの材料としてガラスを用いる。ガラス製の支持部材Ｓの一方の面（図１３において上面）と、ガラス製の第１ウエハＡ（基板３０Ａ）の一方の面（図１３において下面）とは、金（Ａｕ）Ｋを介して共晶接合されている。このように、基板３０Ａの元となる第１ウエハＡとガラス製の支持部材Ｓとを金（Ａｕ）Ｋを介して共晶接合することにより、第１ウエハＡおよび支持部材Ｓのガラスの種類を問わずに接合することが可能になる。したがって、支持部材Ｓは、基板３０Ａの元となる第１ウエハＡを安定して支持することができる。

次に、図１４に示すように、第１ウエハＡの他方の面（図１４において上面）を研磨して、図１４において破線で示す部分を削り、第１ウエハＡを所定の厚さに調整する。調整後の第１ウエハＡの厚さは、例えば、１ないし２［μｍ］程度である。

次に、図１５に示すように、第１ウエハＡの他方の面（図１５において上面）に、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、真空蒸着法などの方法により、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）などの金属を付着させ、検出部３１、周囲温度センサ３５、電極パッド、配線など、センサ回路を構成する各要素を形成（パターニング）する。

次に、図１６に示すように、検出部３１を含むセンサ回路の各要素の上に、窒化ケイ素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などの保護膜３９を形成する。

次に、図１７に示すように、保護膜３９および第１ウエハＡにおける所定位置を、マスクなどを用いてエッチングし、金Ｋの上面に通ずる孔３７および孔３８を形成する。また、保護膜３９において、センサ回路の電極パッド（図示省略）に対応する位置を、マスクなどを用いてエッチングし、第１ウエハＡの上面に通ずる開口部３９ａを形成する。

このようにして、検出部３１を含むガラス製の基板３０Ａが形成（製造）される。

ここで、図１１および図１２に示したように、基板３０Ａは基体２０のキャビティ（凹部）２５が形成された面の上に配置される。そのため、基板３０Ａの厚さは、検出部３１を含む部分が形成するダイアフラムの厚さ、すなわち、検出部３１の感度、さらには、ダイアフラムの強度に影響を及ぼすことになり、基板３０Ａは、高い精度で所定の厚さに形成することが求められる。

本参考例のフローセンサ１０Ａでは、基板３０Ａは、支持部材Ｓの上で形成される。これにより、基板３０Ａの形成の際に支持部材Ｓが土台となるので、基体２０のキャビティ（凹部）２５を充填する充填材を必要とせずに、例えば、支持部材Ｓの上で基板３０Ａの元となる第１ウエハＡを研磨することで、簡易な方法で薄膜３０Ａの厚さを調整して形成することが可能になる。

一方、上記した一実施形態のフローセンサの製造方法において、図８を用いて説明した工程を行い、第２ウエハＢの一方の面（図８において上面）の中央部にキャビティ（凹部）２５を形成し、第２ウエハＢにおいて、後述の基板３０Ａを第２ウエハＢの面の上に配置する際に、基板３０Ａの保護膜３９に設けられた開口部３９ａに対応する位置に、貫通孔２０ａを形成する。

次に、図１７に示す基板３０Ａを上下逆さまに配置し、図１８に示すように、第２ウエハＢの一方の面（図１８において上面）の上に、基板３０Ａの他方の面（図１８において下面）を配置する。

第２ウエハＢの上面に基板３０Ａを固定するために、第２ウエハＢの上面と基板３０の下面とを接合するようにしてもよい。接合方法としては、例えば、拡散接合や、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを用いたイオンビームを接合する両面に照射して活性化してから接合する表面活性化接合（常温接合）など、第２ウエハＢの上面に基板３０Ａを直接接合する方法、金や銀などのろう材を接合する両面に付けてから接合するろう付け、陽極接合、接着剤を使用した接着などが挙げられる。

接着剤を使用する場合、接着剤は、基板３０Ａをガラス製の第２ウエハＢ（基体２０）に接合可能であればよく、その成分や種類を問わない。なお、接着剤は、例えば、サイトップ（登録商標）など、腐食性物質に対して耐食性を有するものが好ましい。これにより、腐食性物質を含む流体の速度（流速）を検出（測定）する場合に、フローセンサ１０Ａを好適に用いることができる。

次に、図１８に示す第２ウエハＢの貫通孔２０ａおよび基板３０Ａの開口部３９ａに、図１９に示すように、導電性部材２１を埋め込んで、基板３０Ａに設けられたセンサ回路の電極パッドに電気的に接続させる。

導電性部材２１として導電性接着剤を用いる場合、第２ウエハＢの貫通孔２０ａおよび基板３０Ａの開口部３９ａに導電性接着剤を注入して充填し、所定温度で所定時間加熱して導電性接着剤に含まれるバインダーを硬化、収縮させる。

このようにして、一方の面（図１９において上面）にキャビティ（凹部）２５が形成され、導電性部材２１を含むガラス製の基体２０が形成（製造）される。

最後に、基板３０Ａと支持部材Ｓとを接合する金Ｋを、例えばヨウ素（Ｉ）などのエッチング液で溶解し、基板３０Ａから支持部材Ｓを除去する。これにより、フローセンサ１０Ａが備えない支持部材Ｓを、煩雑な工程を経ることなく、容易に取り除くことができる。

このようにして、図１１および図１２に示したフローセンサ１０Ａが製造される。

本参考例では、基板３０Ａを形成した後に、第２ウエハＢにキャビティ（凹部）２５および貫通孔２０ａを形成する例を示したが、これに限定されない。第２ウエハＢにおけるキャビティ（凹部）２５および貫通孔２０ａの形成は、例えば、基板３０Ａを形成する前に行ってよいし、基板３０Ａの形成と同時に（並行して）行ってもよい。

このように、本参考例のフローセンサ１０Ａによれば、基板３０Ａが支持部材Ｓの上で形成される。これにより、基板３０Ａの形成の際に支持部材Ｓが土台となるので、基体２０のキャビティ（凹部）２５を充填する充填材を必要とせずに、例えば、支持部材Ｓの上で基板３０Ａの元となる第１ウエハＡを研磨することで、簡易な方法で薄膜３０Ａの厚さを調整して形成することが可能になる。したがって、検出部３１の感度および強度の両方を制御することができ、簡易かつ安価な方法で製造することができ、フローセンサ１０Ａの感度を向上させることができる。

また、本参考例のフローセンサ１０Ａの製造方法によれば、支持部材Ｓの上に、検出部３１を含むガラス製の基板３０Ａを形成する工程と、一方の面にキャビティ（凹部）２５または貫通孔が形成された基体２０の一方の面の上に、基板３０Ａを配置する工程と、基板３０Ａから支持部材Ｓを除去する工程と、を含む。これにより、基板３０Ａの厚さを容易に調整することが可能になるとともに、フローセンサ１０Ａが備えない支持部材Ｓを、煩雑な工程を経ることなく、容易に取り除くことが可能になる。したがって、高い感度のフローセンサ１０Ａを、簡易かつ安価な方法で製造することができる。

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。

また、上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、または変更もしくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせまたは変更もしくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０，１０Ａ…フローセンサ
２０…基体
２１…導電性部材
２５…キャビティ（凹部）
３０…薄膜
３０Ａ…基板
３０ａ…下部層
３０ｂ…上部層
３１…検出部
３２…ヒータ（抵抗素子）
３３…上流側温度センサ（抵抗素子）
３４…下流側温度センサ（抵抗素子）
３６…スリット（孔）
３７…上流側孔
３８…下流側孔
３９…保護膜
Ｓ…支持部材
Ｋ…金

Claims (8)

1. 貫通孔が形成されたガラス製の基体と、
   検出部を含み、前記検出部を含む領域とは異なる領域に孔が形成された薄膜と、を備え、
   前記基体に形成された前記貫通孔の一方の開口面に前記薄膜に形成された前記孔の開口面が対向するように前記基体と前記薄膜とが配置されており、
   前記貫通孔及び前記孔に挿通された導電性部材であって、前記基体の一方の面から突出する一端部が前記検出部に接続され、他端部が前記基体の他方の面に到達する、導電性部材を更に備え、
   前記導電性部材と前記検出部とは、電気的に接続されている、
   フローセンサ。
2. 前記薄膜は、接着剤を介して前記基体の前記一方の面上に接合される、
   請求項１に記載のフローセンサ。
3. 前記接着剤は、耐食性を有する接着剤である、
   請求項２に記載のフローセンサ。
4. 前記薄膜は、前記検出部を覆う層を含む、
   請求項１ないし３のいずれかに記載のフローセンサ。
5. 支持部材の上に、検出部を含む薄膜を形成する工程と、
   前記薄膜において、前記検出部を含む領域とは異なる領域に孔を形成する工程と、
   ガラス製の基体に貫通孔を形成する工程と、
   前記基体に形成された前記貫通孔の一方の開口面に前記薄膜に形成された前記孔の開口面が対向するように前記基体と前記薄膜とを配置する工程と、
   前記貫通孔及び前記孔に導電性部材を挿通する工程と、
   前記貫通孔及び前記孔に挿通され前記基体の一方の面から突出する前記導電性部材の一端部を前記検出部に接続する工程と、
   前記薄膜から前記支持部材を除去する工程と、を含み、
   前記導電性部材と前記検出部とは、電気的に接続されている、
   フローセンサの製造方法。
6. 前記配置する工程は、接着剤を介して前記基体の前記一方の面上に前記薄膜を接合する工程を含む、
   請求項５に記載のフローセンサの製造方法。
7. 前記接着剤は、耐食性を有する接着剤である、
   請求項６に記載のフローセンサの製造方法。
8. 前記配置する工程は、前記基体の前記一方の面上に前記薄膜を直接接合する工程を含む、
   請求項５に記載のフローセンサの製造方法。

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