KR20050118727A - 내식 금속제 열식 질량 유량 센서 및 이것을 이용한 유체공급 기기 - Google Patents

내식 금속제 열식 질량 유량 센서 및 이것을 이용한 유체공급 기기 Download PDF

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KR20050118727A
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가부시키가이샤 후지킨
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Abstract

본 발명은 열식 질량 유량 센서의 내식성을 높임과 아울러, 응답성의 향상, 파티클 프리 및 제품 품질의 변형의 방지 등을 가능하게 한 내식 금속제 열식 질량 유량 센서와 이것을 이용한 유체 공급 기기를 제공하는 것이다.
이를 위해 구체적으로는, 열식 질량 유량 센서를 내식성 금속 재료(W)의 뒷면측에 전해 에칭을 실시하여 박판으로 형성한 내식성 금속 기판(2), 및 해당 내식성 금속 기판(2)의 뒷면측에 마련된 온도 센서(3), 가열용 히터(4)를 형성하는 박막(F)으로 이루어지는 센서부(1)와; 부착홈(13a) 내에 삽입한 상기 센서부(1)의 내식성 금속 기판(2)의 외주 에지를 레이저 용접에 의하여 기밀상으로 고착한 센서 베이스(13)로 구성한다.

Description

내식 금속제 열식 질량 유량 센서 및 이것을 이용한 유체 공급 기기{THERMAL TYPE MASS FLOW RATE SENSOR MADE OF CORROSION RESISTANT METAL, AND FLUID SUPPLY EQUIPMENT USING THE SAME}
본 발명은, 반도체 제조 장치의 가스 공급 라인 등에 있어서의 질량 유량 검출에 주로 이용되는 것이며, 센서부의 접(接)가스면을 모두 스텐레스 강(SUS316L) 등의 내식성을 갖는 금속 재료에 의하여 형성하고, 부식성이 강한 유체에 대하여도 뛰어난 내식성을 구비함과 아울러, 파티클 프리(particle free) 및 리크 프리(leak free)의 달성을 가능하게 한 내식 금속제 열식 질량 유량 센서와 이것을 이용한 유체 공급 기기에 관한 것이다.
종래부터 화학 분석 장치 등의 기술분야에 있어서는 유체의 질량 유량 측정용으로서, 모세관형 열식 질량 유량 센서나 마이크로 머신 기술에 의한 실리콘제 초소형 열식 질량 유량 센서가 많이 이용되고 있다.
그런데, 전자의 모세관형 열식 질량 유량 센서는 그 구조로 보아 센서의 접 가스면을 스텐레스 강으로 형성할 수 있기 때문에, 피측정 유체에 대한 내식성을 용이하게 높일 수 있다고 하는 특징를 갖고 있다.
그러나, 이 모세관형 열식 질량 유량 센서는 모세관을 가열하기 위하여 가열 히터용 저항선의 권취를 필요로 한다. 그 때문에, 각각의 제품 센서간의 특성상 변형이 생기기 쉽다고 하는 문제가 있다.
또한, 모세관이나 히터용 저항선의 열용량이 비교적 크기 때문에 질량 유량 센서의 응답 속도가 낮다고 하는 문제도 있다.
한편, 최근 소위 마이크로 머신 기술의 발전에 따라, 후자의 실리콘제 초소형 열식 질량 유량 센서의 개발 및 이용이 확대해 오고 있어, 화학관계 분야 뿐만 아니라 자동차 등의 기계 공업의 분야에 있어서도 널리 이용에 제공되고 있다. 왜냐하면, 이 실리콘제 초소형 열식 질량 유량 센서는 일괄 처리에 의하여 제조가 가능하므로 각각의 제품 센서간의 특성상의 변형이 적을 뿐만 아니라, 소형화에 의하여 열용량이 적게 되어 있어서, 센서로서의 응답 속도가 지극히 높은 뛰어난 특징을 갖고 있기 때문이다.
그러나, 해당 실리콘제 초소형 열식 질량 유량 센서에도 해결해야 할 많은 문제점이 남아 있고, 그 중에서도 특히 해결이 급한 문제는 내식성의 점이다. 다시 말해, 이 실리콘제 초소형 열식 질량 유량 센서에서는 접가스면의 구성 재료로서 실리콘을 사용하고 있기 때문에, 할로겐계 등의 유체에 의하여 용이하게 부식되어진다고 하는 기본적인 난점이 존재한다.
또한, 이 질량 유량 센서에서는 시일 재료로서 에폭시 수지나 O링 등의 유기재료가 이용되어 있기 때문에, 입자의 방출이나 외부 리크의 발생을 피할 수 없고, 그 결과, 반도체 제조 장치의 가스 공급 라인 등에는 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다.
한편, 상기 실리콘제 초소형 열식 질량 유량 센서가 갖는 문제점을 해결하기 위하여, 이도 여러가지 기술이 개발되어 있다.
예로서, 일본 특허 공개 제 2001-141540호나 일본 특허 공개 제 2001-141541호 등에서는, 도 18에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(A)으로 이루어지는 프레임(D)의 상면에 형성한 막(E)의 최외층에 방온층(E6)을 마련함으로써 막(E)의 안전성을 향상시키도록 하고 있다. 또한, 도 16에 있어서 E1∼E3은 막(E)을 형성하는 산화 규소층, E4는 질화 규소층, E5는 백금속, C는 리드선 접속용 금(金具)이다.
[특허문헌 1]
일본 특허 공개 제 2001-14150호 공보
[특허문헌 2]
일본 특허 공개 제 2001-141541호 공보
그런데, 상기 도 18에 도시된 실리콘제 초소형 열식 질량 유량 센서에 있어서는 프레임(D)의 하면측에 질화 규소(S6)를 마련하거나, 혹은, 막(E)의 질화 규소층으로 이루어지는 방온층(E6)을 마련함으로써 내수성이나 방습성을 향상시키도록 하고 있지만, 프레임(D) 그 자체를 실리콘 기판(A)에 의하여 형성하고 있기 때문에, 상기 부식 등의 문제에 대하여 기본적인 해결을 주기에는 이르지 않고 있다.
도 1은 본 발명에 의한 내식 금속제 열식 질량 유량 센서의 센서부의 평면 개요도이다.
도 2는 도 1의 A-A단면 개요도이다.
도 3은 본 발명에 의한 내식 금속제 열식 질량 유량 센서의 작동 원리의 설명도이다.
도 4는 센서부의 제조 공정의 설명도이며, (a)는 SUS316L 웨이퍼의 준비 공정, (b)는 절연막(5)의 형성 공정, (c)는 Cr/Pt/Cr막[금속막(M)]의 형성 공정, (d)는 보호막(6)의 형성 공정, (e)는 전극 삽입 구멍(7)의 형성 공정, (f)는 SUS316L 웨이퍼의 뒷면 에칭 공정, (g)는 센서부(1)의 분리 에칭 공정을 각각 도시한 것이다.
도 5는 내식 금속제 열식 질량 유량 센서의 일예를 도시한 단면 개요도이다.
도 6은 센서부의 제법에 이용하는 포토 마스크 패턴을 도시한 것이며, 이전 마스크 패턴을 중합한 상태를 도시한 것이다.
도 7은 센서부의 제법에 이용하는 포토 마스크 패턴을 도시한 것이며, 도 4의 (c)의 공정에서 사용하는 것을 도시한 것이다.
도 8은 센서부의 제법에 이용하는 포토 마스크 패턴을 도시한 것이며, 도 4의 (e)의 공정에서 사용하는 것을 도시한 것이다.
도 9는 센서부의 제법에 이용하는 포토 마스크 패턴을 도시한 것이며, 도 4의 (f)의 공정에 사용하는 것을 도시한 것이다.
도 10은 SUS316L제 기판에 전해 에칭을 실시했을 경우의 표면 거칠기를 도시한 도면이다.
도 11은 도 7의 전해 에칭부Q의 부분 확대도이다.
도 12는 본 발명에 의한 질량 유량 센서의 신호 검출용 회로도이다.
도 13은 본 발명에 의한 센서부의 여러특성을 도시한 선도이며, (a)는 가열용 히터 온도와 측온 저항의 저항치 관계, (b)는 가열용 히터 전류와 측온 저항의 저항치 관계, (c)는 가스 유량과 센서 출력의 관계를 각각 도시한 것이다.
도 14는 본 발명에 의한 질량 유량 센서의 유량 응답 특성의 일예를 도시한 선도이다.
도 15는 본 발명에 의한 질량 유량 센서의 조립도의 일예를 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명에 의한 질량 유량 센서의 조립도의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 17은 본 발명에 의한 질량 유량 센서의 조립도의 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 18은 종래의 실리콘제 초소형 열식 질량 유량 센서의 개요를 도시한 단면도이다.
[부호의 설명]
S: 내식 금속제 열식 질량 유량 센서 F: 박막
M: 금속막 W: 내식성 금속 재료
G: 피측정 가스 1: 센서부
2: 내식성 금속 기판 3: 온도 센서
3a,3b: 측온 저항 4: 가열용 히터
5: 절연막 6: 보호막
7: 전극 삽입 구멍 8: 조합에 의한 포토 마스크 패턴
9: 측온 저항 및 가열 히터의 형성용 포토 마스크 패턴
10: 리드 구멍 형성용 포토 마스크 패턴
11: 뒷면측 에칭용 포토 마스크 패턴(레지스트 패턴)
11a: 홈부 11b: 박육 기판부(薄肉 基板部)
12a,12b: 네가티브형 레지스트
13: 센서 베이스 13a: 부착홈
14: 히터 구동 회로 15: 오프셋 조정 회로(거친 조정용)
16: 오프셋 조정 회로(미세 조정용) 17: 측온 저항 게인 조정 회로
18: 차동 증폭 회로 19: 출력 단자
20: 접수부(接手部) 21: 바디
22: 센서 베이스 프레스 23: 배선용 기판 프레스
24: 배선용 기판 25,26: 가이드 핀
27: 금속 개스킷 28: 고무 시트
29: 리드 핀 30: 리드 선(금속선)
31: 바디 32: 압력 검출기
33: 컨트롤 밸브 34: 압전형 밸브 구동 장치
35: 오리피스 36: 필터
본원 발명은 종래의 질량 유량 센서에 있어서의 상술한 바와 같은 문제, 다시 말해 (1) 모세관형 열식 질량 유량 센서에서는 제품간의 특성상의 변형이 생기기 쉬운데다가 응답 속도가 낮은 것 및 (2) 실리콘제 초소형 열식 질량 유량 센서에서는 내식성이 부족한데다가 입자의 발생이나 외부 리크의 발생을 면할 수 없는 것 등의 문제를 해결하고자 하는 것이며, 마이크로 머신 기술을 이용하여 초소형으로 균일한 품질의 제품을 제조할 수 있고, 게다가 내식성이 뛰어나고, 고응답 속도나 파티클 프리, 외부 리크 레스(leakless)를 가능하게 한 내식 금속제 열식 질량 유량 센서와 이것을 이용한 유체 공급 기기를 제공하는 것을 발명의 주된 목적으로 하는 것이다.
본원 발명자 등은 마이크로 머신 기술을 활용하여 스텐레스 강 등의 내식성 금속 기판상에 질량 유량 센서에 필요한 2개의 측온 저항이나 가열용 히터, 각 소자간을 연결하는 리드선 등을 박막체에 의하여 형성함으로써, 질량 유량 센서의 제품간의 품질의 변형을 방지함과 아울러 내식성이나 응답성을 높이고, 또한 파티클 프리와 외부 리크 레스의 달성을 도모하는 것을 착상하고, 해당 착상에 의거하여 질량 유량 센서의 시작과 그 작동 시험을 거듭하여 왔다.
본원 발명은 상기 착상과 각종 시험 결과를 기초로 하여 창작된 것이며, 청구항 1의 발명은, 내식성 금속 기판(2), 해당 내식성 금속 기판(2)의 접유체(接流體) 표면의 뒷면측에 마련한 온도 센서(3), 및 가열용 히터(4)를 형성하는 박막(F)으로 이루어지는 센서부(1)를 구비한 것을 발명의 기본구성으로 하는 것이다.
청구항 2의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 센서부(1)를 구비한 센서 베이스(13), 유체를 유입시키는 유체 유입구, 유체를 유출시키는 유체 유출구, 상기 유체 유입구와 유체 유출구의 사이를 연통하는 유체 통로를 구비한 바디(21)를 접속하고, 기밀(氣密)을 유지하기 위하여 이용하는 금속 개스킷(27)에 대하여 그 바로 위의 부재의 강성을 상대적으로 높게 함으로써 해당 금속 개스킷(27)의 체결에 의한 해당 센서부(1)로의 변형을 억제하도록 한 것이다.
청구항 3의 발명은 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 있어서, 상기 내식성 금속 기판(2)을 150㎛이하의 두께로 형성하도록 한 것이다.
청구항 4의 발명은 청구항 1 또는 청구항 3의 발명에 있어서, 기밀성을 유지하기 위하여 마련된 센서부(1)를 구비한 센서 베이스(13)와, 내식성 금속 기판(2)을 용접에 의하여 기밀상으로 고착하도록 한 것이다.
청구항 5의 발명은 청구항 1, 청구항 2, 청구항 3 또는 청구항 4 중 어느 한항에 기재된 발명에 있어서, 상기 박막(F)을 상기 내식성 금속 기판(2)의 접유체 표면의 뒷면에 형성한 절연막(5)과, 그 상방에 형성한 온도 센서(3) 및 가열용 히터(4)를 형성하는 금속막(M)과, 상기 절연막(5) 및 금속막(M)을 덮는 보호막(6)으로 구성하도록 한 것이다.
청구항 6의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 상기 내식 금속제 열식 질량 유량 센서를 유체 제어 기기에 탑재하고, 유체 제어시에 유량의 확인이 적절히 행해지는 것이다.
본원 발명에서는 종래의 실리콘제 초소형 열식 질량 유량 센서의 경우와 같이, 마이크로 머신 기술을 활용하여 질량 유량 센서를 제조하기 때문에, 제품간의 품질상의 변형을 극히 작은 것으로 할 수 있다. 또한, 센서 기판인 내식성 금속 기판(예를 들면 SUS316L제 기판)을 전해 에칭에 의하여 30∼80㎛ 정도의 박판으로 가공함과 아울러, 저항선 등을 박막화함으로써 센서부의 열용량을 극히 작은것으로 하고 있기 때문에, 센서로서의 응답 속도가 대폭 빨라진다.
또한, 접가스면을 모두 내식성 금속으로 구성함과 아울러, 센서부와 센서 베이스의 조립을 용접에 의하여 행하고, 또한 밸브 바디 등으로의 부착을 메탈 개스킷 시일에 의하여 행하도록 하고 있기 때문에, 커로젼 프리(corrosion free)나 파티클 프리, 외부 리크 프리의 달성이 가능해 진다.
이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 내식 금속제 열식 질량 유량 센서의 요부인 센서부(1)의 평면 개요도이며, 도 2는 도 1의 A-A선 단면 개요도이다.
해당 센서부(1)는 얇은 내열성 금속 기판(2)과, 기판(2)의 상면에 형성된 절연막(5)과, 절연막(5)의 표면에 형성된 온도 센서(3) 및 가열용 히터(4)와, 온도 센서(3) 및 히터(4) 등의 상면에 형성된 보호막(6)으로 형성되어 있다. 다시말해, 두께 120∼180㎛의 내식성 금속 재료(W)의 센서부(1)를 형성하는 부분[내열성 금속 기판(2)]은 재료(W)의 뒷면측의 일부를 전계 에칭 가공에 의하여 제거함으로써, 후술하는 바와 같이 두께 약 30∼80㎛의 박판으로 형성되어 있다.
또한, 절연막(5)과, 온도 센서(3), 가열용 히터(4) 또는 도전용 리드 부분(도시 생략)을 형성하는 금속막(M)과, 보호막(6)으로부터 내열성 금속 기판(2)의 상면측에 박막(F)이 형성되어 있다.
또한, 상기 보호막(6)에는 적절한 치수를 갖는 전극 삽입 구멍(7)이 에칭 가공에 의하여 형성되어 있다.
그러나, 피측정 가스(G)는 센서부(1)의 뒷면측을 내식성 금속 기판(2)에 따라 화살표 방향으로 흐른다. 이 때 내식성 금속 기판(2)에는 가스(G)가 갖는 열량의 일부가 주어지게 되고, 그 결과, 내열제 금속 기판(2)의 온도 분포(Tt)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가스(G)가 흐르지 않을 때의 온도 분포(To)로부터 온도 분포(Tt)와 같이 변화한다.
상기한 바와 같이, 가스(G)가 흐름에 의해 발생된 내식성 금속 기판(2)의 온도 분포의 변화는 온도 센서(3)를 형성하는 각 측온 저항(3a,3b)의 저항치의 변화를 통하여 측온 저항(3a,3b)의 양단의 전압치의 변화로서 나타나고, 이 전압치의 변화를 차동 출력으로서 검출함으로써 가스(G)의 질량 유량을 검출할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 열식 질량 유량 센서의 동작 원리는 공지의 실리콘제 열식 질량 유량 센서의 경우와 동일하기 때문에, 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2을 참조하여, 상기 센서부(1)를 형성하는 내식성 금속 재료(W)는 두께가 약 150㎛ 이하의 박판상의 내식성을 갖는 금속판이 최적이며, 본 실시 형태에 있어서는 두께 150㎛의 스텐레스 강 박판(SUS316L)이 사용되고 있다.
해당 내식성 금속 재료(W)의 센서부(1)를 형성하는 부분, 즉 내식성 금속 기판(2)(동 1의 점선의 테두리 내)은 후술하는 전계 에칭 가공에 의하여 더욱 얇게 되어 있어, 실질적으로는 약 30∼60㎛의 두께로 형성되어 있다.
전기 절연막(5)은 후술하는 바와 같이 소위 CVD법에 의하여 형성된 두께 1.2㎛∼1.8㎛의 산화 피막으로서, 본 실시 형태에 있어서는 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의하여 형성된 두께 1.5㎛의 SiO2막이 절연막(5)으로서 이용되어 있다.
상기 측온 저항(3) 및 가열용 히터(4)는 상기 절연막(5)상에 유량 센서용 마스크 패턴(도시 생략)을 이용하여 형성된 금속막(M)으로 이루어져 있고, 본 실시 형태에서는 Cr/Pt/Cr(두께 1O/1OO/1O㎛)을 증착법에 의하여 순차 적층하여 이루어지는 금속막(M)으로부터 측온 저항(3) 및 가열용 히터(4) 등이 각각 형성되어 있다.
상기 보호막(6)은 측온 저항(3)이나 가열용 히터(4) 등의 상방을 덮는 막체이며, 본 실시 형태에서는 CVD법에 의하여 형성한 두께 0.4∼0.7㎛의 SiO2 피막이 이용되어 있다.
또한, 해당 보호막(6)에는, 플라즈마 에칭법에 의하여 적절한 형상의 전극 삽입 구멍(7)이 마련되어져 있어, 해당 전극 삽입 구멍(7)을 통하여 전극봉 등의 인출이 행하여지고 있다.
또한, 센서부(1)를 형성하는 내식성 금속 기판(2)의 뒷면측은, 후술하는 바와 같이 내식성 금속 재료(W)에 전계 에칭을 실시함으로써 두께 30∼80㎛로 마무리되어 있다.
또한, 센서부(1)는 최종적으로 소위 관통 에칭 가공에 의하여 내식성 금속재료(W)로부터 분리되어, 이 분리진 센서부(1)가 후술하는 바와 같이 별도로 형성된 내식 금속제의 유량 센서 베이스(13)로 레이저 용접 등에 의하여 기밀상으로 고정됨으로써, 본 발명에 의한 내식 금속제 열식 질량 유량 센서(S)가 구성된다.
이어서, 상기 센서부(1)의 제작 가공 공정을 설명한다.
도 4는 본 발명에 사용되는 센서부(1)의 제조 공정의 설명도이다.
우선, 내식성 금속제(金屬劑)를 이용(W)하여 적절한 형상 치수, 예를 들면 직경 70㎜Φ∼150㎜Φ, 두께 130∼180㎛의 스텐레스 강 박판(SUS316L)을 준비한다 [도4(a)]. 또한, 내식성 금속 재료(W)로서는, 스텐레스 강 박판이외의 금속 박판( 예를 들면, Cr-Ni합금으로 이루어지는 불수(不銹) 강판)도 좋은 것은 물론이다.
이어서, 상기 준비된 스텐레스 강 박판(이하, SUS316L웨이퍼라 함)의 외측 뒷면에 TEOS (Tetra-Ethoxy-Silaue)을 이용하는 플라즈마 CVD 장치(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition Device)에 의하여 두께 약 1.5㎛의 SiO2 막(절연막)(5)을 형성한다[도4(b)].
그 후, 상기 SiO2 막(5)상에 전자 빔 가열형 증착 장치와 도 7에 도시된 포토 마스크 패턴(9)을 이용하여, Cr/Pt/Cr막(두께10/100/10㎛)으로 이루어지는 측온 저항(3a,3b) 및 가열용 히터(4) 등의 패턴을 금속막(M)에 의하여 형성한다[도 4(c)]. 또한, 도 6은 포토 마스크 패턴(9)과, 후술하는 전극 삽입 구멍(7) 형성용 포토 마스크 패턴(10)을 조합시킨 상태의 포토 마스크 패턴(8)을 도시한 것이다.
그 후, 상기 도 4(c)의 공정에서 형성한 온도 센서(3)를 형성하는 측온 저항(3a,3b) 및 가열용 히터(4)상에 상기 TEOS를 사용하는 플라즈마 CVD 장치에 의하여 두께 약 0.5㎛의 SiO2 막(보호막)(6)을 형성한다[도4(d)].
이어서, CF4가스를 이용하는 플라즈마 에칭 장치에 의하여 도 8에 도시된 전극 삽입 구멍 형성용 포토 마스크 패턴(10)을 이용하여 상기 보호막(6)에 측온 저항(3)이나 가열용 히터(4)용의 구경 200㎛의 전극 인출용 구멍[전극 삽입 구멍(7)]을 형성한다. [도 4(e)].
또한, SUS316L재나 Cr는 CF4가스에 의한 플라즈마에 대하여 높은 내성을 갖고 있기 때문에, SiO2 막(6)의 에칭이 완료하면 진행 중의 에칭이 자동적으로 멈추기 때문에 소위 오버 에칭에 이르는 위험성은 전혀 없다.
내식성 금속 재료(W)(SUS316L 웨이퍼)의 상면의 상기 각 공정이 완료되면, 그 뒷면측에 도 9에 도시된 포토 마스크 패턴(11)을 이용하여 레지스트 패턴을 형성하고, 전계 에칭을 실시함으로써 두께가 약 50㎛ 정도가 될 때까지 재료(W)의 뒷면측에 에칭 가공을 실시한다[도 4(f)].
또한, 도 4(f)에 있어서의 1la의 부분은 센서부(1)를 재료(W)로부터 분리하기 위한 홈부이며, 1lb는 에칭 가공에 의하여 얇은 두께로 된 박육 기판부이다.
최후에, 상기 각막을 형성한 내식성 금속 기판(2)의 뒷면측과 뒷면측의 박육 기판부(1lb)로 네가티브형 레지스트(12a)(스핀 코트법) 및 네가티브형 레지스트(12b)(딥 코트법)를 도포하고, 그 후 염화 제 2 철 용액(FeC13·40wt%)에 의해 에칭 처리함으로써, 홈부(11a)의 박육 기판부(두께 약 50㎛)(1lb)를 원형으로 관통시켜, 센서부(1)를 재료(W)로부터 분리한다.
또한, 재료(W)로부터 분리한 원형의 센서부(1)는 레지스트(12a,12b)를 제거한 후, 도 5에 도시된 바와 같은 형상으로 형성된 센서 베이스(13)의 부착 홈(13a) 내에 삽입되고, 외주 에지부를 레이저 용접함으로써 센서 베이스(13)로 사밀상(寫密狀)으로 용접 고정됨으로써, 본 발명에 의한 내식 금속제 열식 질량 유량 센서(S)가 구성되게 된다.
상기 도 4(f)에 도시된 에칭 공정에서는 전해액으로서 황산액과 메틸 알콜의 혼합액을 사용하고, 포토 레지스트를 마스크 재료로서 사용하여, 재료(W)의 뒷면측의 소정 개소를 에칭하도록 하고 있다.
상기 SUS316L제 기판(2)의 전해 에칭을 실시한 후의 뒷면 거칠기는, 도 10에 도시된 바와 같이 Ra 0.1㎛ 이하의 범위로 되어 있어, 국소적인 오버 에칭은 보여지지 않는다.
다시 말해, 반도체 프로세스의 가스 배관계에서는 접 가스부를 파티클 프리나 커로젼 프리로 할 필요가 있기 때문에, 전해 에칭법은 SUS316L의 에칭에 대하여 극히 유효한 수법인 것이 판명된다. 도 10의 Q의 부분이 상기 전해 에칭부를 도시한 것이며, 도 11은 도10에 있어서의 전해 에칭부Q의 확대도이다.
도 12는 상기 도 5에 도시된 본 발명에 의한 질량 유량 센서의 신호 검출용 회로를 도시한 것이며, 해당 신호 검출용 회로는 센서부(1), 히터 구동 회로(14), 오프셋 조정 회로(거친 조정)(15), 오프셋 조정 회로(미세 조정용)(16), 측온 저항의 게인 조정 회로(17) 및 차동 증폭 회로(18) 등으로 구성되어 있다. 또한, 도 12에 있어서 3a,3b는 측온 저항, 19는 출력 단자이다.
도 12를 참조하여 히터 구동 회로(14)의 작동에 의하여 센서부(1)의 가열이 행하여지고, 피측정 가스(G)의 유통에 의하여 센서부(1)의 온도 센서(3)를 형성하는 상류측 측온 저항(3a) 및 하류측 측온 저항(3b)의 온도 변화에 의하여 저항치가 변화되면, 그 변화가 출력 전압의 변화로서 게인 조정 회로(17)을 경과하여 차동 증폭 회로(18)에 입력되고, 양자의 출력 차이가 오퍼레이션 앰프(OP07)를 통하여 출력 단자(19)로 출력된다.
본 발명의 센서부(1)를 형성하는 내식성 금속 기판(2)은 전해 에칭에 의하여 박막화되어 있기 때문에, 가스(G)가 흐름으로써 그 가스압에 의하여 센서부(1)가 변형되고, 그 결과 온도 센서(3)의 측온 저항(3a,3b)의 저항치가 변화될 가능성이 있다.
그 때문에, 통상의 저항 브리지 회로를 이용했을 경우에는 센서부(1)의 출력이 왜곡의 발생에 의하여 변화된다고 하는 문제가 생기지만, 본 발명에서 이용하는 신호 검출용 회로에서는 오프셋 조정 회로(15)에 의하여 상류측 측온 저항(3a) 및 하류측 측온 저항(3b)으로부터 출력되는 전압치의 증폭율을 각각 독립하여 조정함과 아울러, 차동 증폭 회로(18)에의 입력치를 또한 오프셋 조정 회로(16)에 의하여 미세 조정하는 구성을 하고 있기 때문에, 가스 압력의 인가에 의하여 생긴 각 측온 저항(3a,3b)의 출력 전압치의 변화가 증폭율의 조정에 의하여 소거되게 된다.
그 결과, 가스 압력에 의한 센서부(1)의 출력 변동을 완전히 억제하는 것이 가능하며, 고정밀도의 질량 유량의 검출이 가능해 진다.
도 13은 본 발명에 의한 질량 유량 센서(S)의 특성을 도시한 것이며, 도 13의 (a)는 가열용 히터(4)의 온도와 저항치의 관계, 도 13의 (b)는 가열용 히터(4)의 전류치과 저항치의 관계, 및 가스 유량(SCCM)과 검출 출력치(v)의 관계를 각각 도시한 것이다.
또한, 도 13의 여러 특성의 측정에 제공된 센서부(1)의 가열용 히터(4)의 저항치는 약 2.4㏀, 측온 저항(3a,3b)의 저항치는 2.0㏀(양자는 동일치)이며, 가열용 히터(4)에 10mA의 전류를 흘림과 아울러 측온 저항(3a,3b)에는 1.2㎃의 전류를 흘렸다.
또한, 가스 유량을 0∼100SCCM의 범위에서 변화시켰을 때의 센서부(1)의 출력치의 변화는 약 1.0V이었다(단, 출력치는 OP앰프에 의하여 500배로 증폭).
또한, 센서부(1)의 출력치는 후술하는 도 15에 도시된 질량 유량 센서(S)의 센서 베이스(13)와 유체 통로의 간극(유로 높이)에 의존하기 때문에, 상기 유로 높이를 조정함으로써, 유량 측정 가능 범위를 적절히 바꿀 수 있다.
도 14는 본 발명에 의한 질량 유량 센서(S)의 유량 응답 특성의 일예를 도시한 것이며, 가스 유량을 0∼100SCCM로 설정했을 경우의 특성을 도시한 것이다.
또한, 도 14에 있어서 곡선 SA는 본 발명에 의한 질량 유량 센서(S)의 유량 응답 특성이며, 횡축의 1눈금은 500msec이다.
또한, 곡선 SF는 종전의 압력식 유량 제어 장치에 있어서의 질량 유량 센서의 동일 조건하에서의 유량 응답 특성을 도시한 것이다.
도 15는 본 발명의 질량 유량 센서(S)를 마련한 유체 공급 기기의 일예를 도시한 것이며, 질량 유량 센서(S)를 가스 유로에 마련한 접수부(20)에 조립한 상태를 도시한 것이다. 도 15에 있어서, 21은 접수부(20)의 바디, 22는 센서 베이스 프레스, 23은 배선용 기판 프레스, 24는 배설용 기판, 25는 가이드 핀, 26은 가이드 핀, 27은 금속 개스킷, 28은 고무 시트, 29는 리드 핀, 30은 리드 선(금속선)이다.
또한, 상기 가이드 핀(26·27)은 바디(22) 내의 질량 유량 센서(S)를 부착할 때의 위치 결정을 하기 위한 것이며, 센서 베이스(13)와 바디(21) 사이는 금속 개스킷(27)에 의하여 기밀이 유지되어 있다.
또한, 유체 입구(21a)로부터 유입된 유체 가스(G)는 유통로(21b) 내를 유통하는 사이에 센서부(1)에 의하여 그 질량 유량이 검출되어 유체 출구(21c)로부터 외부로 유출해 간다.
본 발명에서는 피측정 가스(G)가 SUS316L제의 기판(2)에 접촉하면서 유통하기 위하여, 종전의 실리콘제 기판의 경우와 같이 가스(G)에 의하여 기판(2)이 부식되어지는 것은 전혀 없다.
도 16은 본 발명의 질량 유량 센서(S)를 압력식 유량 제어 장치의 본체부에 조립했을 경우를 도시한 것이며, 도 16에 있어서 S는 질량 유량 센서, 31은 바디, 32는 압력 검출기, 33은 컨트롤 밸브, 34는 압전형 밸브 구동 장치, 35는 오리피스, 36은 필터이다.
도 17은 본 발명의 질량 유량 센서(S)의 조립 위치를 변경한 것이며, 실질적으로는 도 16의 경우와 거의 동일하다.
또한, 압력식 유량 제어 장치나 그 본체부의 구성은, 예를 들면 일본 특허 제 3291161호나 일본 특허 공개평 11-345027호 등에 의하여 공지되었기 때문에, 여기에서는 그 설명을 생략한다.
[발명의 효과]
본 발명에 있어서는 박막형의 저항식 질량 유량 센서의 접가스부를 이루는 기판(2)을 내식 금속제로 함과 아울러, 측온 저항(3a,3b)이나 가열용 히터(4)를 마이크로 머신 기술을 이용하여 박막상으로 형성하는 구성을 하고 있다.
그 결과, 접가스부의 내식성이 향상됨과 아울러, 제품 특성의 균일화와 소형화, 열용량의 감소에 의한 응답 속도의 향상, 파티클 프리 등을 도모할 수 있고, 반도체 제조 장치 관계뿐만아니라 화학 플랜트 관계에서의 사용에 있어서도 우수한 실용적 효용을 갖는다.

Claims (6)

  1. 내식성 금속 기판(2), 해당 내식성 금속 기판(2)의 접유체 표면의 뒷면측에 마련한 온도 센서(3), 및 가열용 히터(4)를 형성하는 박막(F)으로 이루어지는 센서부(1)를 구비한 것을 특징으로 하는 내식 금속제 열식 질량 유량 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부(1)를 구비한 센서 베이스(13), 유체를 유입시키는 유체 유입구, 유체를 유출시키는 유체 유출구, 상기 유체 유입구와 유체 유출구의 사이를 연통하는 유체 통로를 구비한 바디(21)를 접속하고; 기밀을 유지하기 위하여 이용하는 금속 개스킷(27)에 대하여 그 바로 위의 부재의 강성을 상대적으로 높게 함으로써, 해당 금속 개스킷(27)의 체결에 의한 해당 센서부(1)로의 변형을 억제하도록 한 것을 특징으로 하는 내식 금속제 열식 질량 유량 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내식성 금속 기판(2)을 150㎛이하의 두께로 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 내식 금속제 열식 질량 유량 센서.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    기밀성을 유지하기 위하여 마련된 센서부(1)를 구비한 센서 베이스(13)와, 내식성 금속 기판(2)을 용접에 의하여 기밀상으로 고착하도록 한 것을 특징으로 하는 내식 금속제 열식 질량 유량 센서.
  5. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막(F)을 상기 내식성 금속 기판(2)의 접유체 표면의 뒷면에 형성한 절연막(5)과, 그 상방에 형성한 온도 센서(3) 및 가열용 히터(4)를 형성하는 금속막(M)과, 상기 절연막(5) 및 금속막(M)을 덮는 보호막(6)으로 구성하도록 한 것을 특징으로 하는 내식 금속제 열식 질량 유량 센서.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내식 금속제 열식 질량 유량 센서를 유체 제어 기기에 탑재하고, 유체 제어시에 유량의 확인이 적절히 행해지는 것을 특징으로 하는 내식 금속제 열식 질량 유량 센서를 이용한 유체 공급 기기.
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3754678B2 (ja) * 2003-04-16 2006-03-15 株式会社フジキン 耐食金属製熱式質量流量センサとこれを用いた流体供給機器
JP2005241279A (ja) * 2004-02-24 2005-09-08 Fujikin Inc 耐食金属製流体用センサ及びこれを用いた流体供給機器
JP4185477B2 (ja) * 2004-07-23 2008-11-26 長野計器株式会社 圧力センサ
TWI275416B (en) * 2006-04-11 2007-03-11 Touch Micro System Tech Micro sample heating apparatus and method of making the same
US7755466B2 (en) * 2006-04-26 2010-07-13 Honeywell International Inc. Flip-chip flow sensor
US9013890B2 (en) * 2010-03-26 2015-04-21 Infineon Technologies Ag Semiconductor packages and methods for producing the same
TWI427275B (zh) * 2011-09-21 2014-02-21 Taiwan Bally Technology Co Ltd 流體量測裝置
JP5481454B2 (ja) 2011-09-22 2014-04-23 株式会社東芝 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
DE102013101403B4 (de) * 2012-12-21 2024-05-08 Innovative Sensor Technology Ist Ag Sensor zur Ermittlung einer Prozessgröße eines Mediums und Verfahren zur Herstellung des Sensors
US9454158B2 (en) 2013-03-15 2016-09-27 Bhushan Somani Real time diagnostics for flow controller systems and methods
DE102013014532B3 (de) * 2013-09-03 2014-11-06 W. O. M. World of Medicine GmbH Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von Mischungsverhältnissen strömender Medien
KR101611972B1 (ko) * 2015-01-08 2016-04-12 주식회사 현대케피코 내구성 개선을 위한 공기유량센서
US10107662B2 (en) 2015-01-30 2018-10-23 Honeywell International Inc. Sensor assembly
EP3233498B1 (en) * 2015-04-30 2019-06-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Microfluidic flow sensor
US9776852B2 (en) * 2016-02-01 2017-10-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Method for controlling surface roughness in MEMS structure
US10983538B2 (en) 2017-02-27 2021-04-20 Flow Devices And Systems Inc. Systems and methods for flow sensor back pressure adjustment for mass flow controller
CN110462348B (zh) * 2017-03-30 2021-08-10 富士金公司 质量流量传感器、具备该质量流量传感器的质量流量计以及具备该质量流量传感器的质量流量控制器
CN107449477A (zh) * 2017-07-28 2017-12-08 佛山市川东磁电股份有限公司 一种宽量程高精度流量传感器及制作方法
CN109579928B (zh) * 2018-11-23 2020-10-23 北京控制工程研究所 一种热式微流量测量传感器流道及密封结构
US20220146292A1 (en) * 2020-11-06 2022-05-12 Honeywell International Inc. Flow sensing device
CN113190050A (zh) * 2021-04-01 2021-07-30 青岛芯笙微纳电子科技有限公司 一种基于压电控制阀的mems质量流量控制器及控制方法
CN113513605B (zh) * 2021-04-01 2023-03-24 青岛芯笙微纳电子科技有限公司 一种基于电磁控制阀的mems质量流量控制器及控制方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3231345C3 (de) * 1982-08-24 1994-11-17 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Herstellung von Sonden zur Messung der Masse und/oder Temperatur eines strömenden Mediums
US4548078A (en) * 1982-09-30 1985-10-22 Honeywell Inc. Integral flow sensor and channel assembly
DE3485381D1 (de) * 1983-05-18 1992-02-06 Bronkhorst High Tech Bv Durchflussmessgeraet.
EP0452134B1 (en) * 1990-04-13 1995-08-23 Yamatake-Honeywell Co. Ltd. Diaphragm-type sensor
US5291781A (en) * 1991-04-12 1994-03-08 Yamatake-Honeywell Co., Ltd. Diaphragm-type sensor
JP3175887B2 (ja) * 1992-10-27 2001-06-11 株式会社半導体エネルギー研究所 測定装置
US5393351A (en) * 1993-01-13 1995-02-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Multilayer film multijunction thermal converters
JPH08201131A (ja) * 1995-01-27 1996-08-09 Hitachi Ltd 熱式流量センサ
JP3291161B2 (ja) 1995-06-12 2002-06-10 株式会社フジキン 圧力式流量制御装置
JPH09178523A (ja) * 1995-12-22 1997-07-11 Aisan Ind Co Ltd 吸入空気流量測定装置用センサ
US6125695A (en) * 1997-10-13 2000-10-03 Teledyne Brown Engineering, Inc. Method and apparatus for measuring a fluid
US6062077A (en) * 1997-10-17 2000-05-16 Azima; Faramarz Techniques for making and using a sensing assembly for a mass flow controller
JPH11230803A (ja) * 1998-02-17 1999-08-27 Yamatake Corp 流量計
JP3522535B2 (ja) 1998-05-29 2004-04-26 忠弘 大見 圧力式流量制御装置を備えたガス供給設備
US5965813A (en) * 1998-07-23 1999-10-12 Industry Technology Research Institute Integrated flow sensor
DE19951595A1 (de) 1999-10-27 2001-05-17 Bosch Gmbh Robert Massenflusssensor mit verbesserter Membranstabilität und einstellbarer Wärmeleitfähigkeit der Membran
DE19952055A1 (de) 1999-10-28 2001-05-17 Bosch Gmbh Robert Massenflußsensor mit verbesserter Membranstabilität
JP3825242B2 (ja) * 2000-10-17 2006-09-27 株式会社山武 フローセンサ
JP4576597B2 (ja) * 2001-06-01 2010-11-10 株式会社フジキン 耐腐食性集積化マスフローコントローラ
US6527835B1 (en) * 2001-12-21 2003-03-04 Sandia Corporation Chemical preconcentrator with integral thermal flow sensor
US6818911B2 (en) * 2002-04-10 2004-11-16 Canon Kabushiki Kaisha Array structure and method of manufacturing the same, charged particle beam exposure apparatus, and device manufacturing method
JP3686398B2 (ja) 2002-08-23 2005-08-24 株式会社山武 フローセンサの製造方法
EP1365216B1 (en) * 2002-05-10 2018-01-17 Azbil Corporation Flow sensor and method of manufacturing the same
JP3683868B2 (ja) 2002-05-10 2005-08-17 株式会社山武 熱式フローセンサ
JP3754678B2 (ja) * 2003-04-16 2006-03-15 株式会社フジキン 耐食金属製熱式質量流量センサとこれを用いた流体供給機器
JP2005241279A (ja) * 2004-02-24 2005-09-08 Fujikin Inc 耐食金属製流体用センサ及びこれを用いた流体供給機器

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