JP3754678B2

JP3754678B2 - 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

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Publication number: JP3754678B2
Application number: JP2003112090A
Authority: JP
Inventors: 信一池田; 薫平田; 功二西野; 亮介土肥
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: CN1774618A; WO2004092688A1; US20060053878A1; CN100406854C; US7363810B2; TW200427970A; TWI257475B; KR20050118727A; JP2004317315A; KR100714779B1; EP1615000A4; EP1615000A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置のガス供給ライン等における質量流量の検出に主として用いられるものであり、センサ部の接ガス面を全てステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）等の耐食性を有する金属材により形成し、腐食性の強い流体に対しても優れた耐食性を具備すると共に、パーティクルフリー及びリークフリーの達成を可能とした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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従前から化学分析装置等の技術分野に於いては、流体の質量流量測定用として、キャピラリ型熱式質量流量センサやマイクロマシン技術によるシリコン製超小型熱式質量流量センサが多く利用されている。
ところで、前者のキャピラリ型熱式質量流量センサは、その構造からしてセンサの接ガス面をステンレス鋼で形成することが出来るため、被測定流体に対する耐食性を容易に高めることが出来ると云う特徴を有している。
【０００３】
しかし、このキャピラリ型熱式質量流量センサは、キャピラリチューブを加熱するために加熱ヒータ用抵抗線の巻き付けを必要とする。そのため、個々の製品センサ間に特性上のバラツキが生じやすいと云う問題がある。
また、キャピラリチューブやヒータ用抵抗線の熱容量が比較的大きいため、質量流量センサの応答速度が低いと云う問題もある。
【０００４】
一方、近年所謂マイクロマシン技術の発展に伴って、後者のシリコン製超小型熱式質量流量センサの開発並びに利用が拡大して来ており、化学関係分野のみならず、自動車等の機械工業の分野に於いても広く利用に供されている。何故なら、このシリコン製超小型熱式質量流量センサは、一括処理により製造が可能なことから個々の製品センサ間の特性上のバラツキが少ないだけでなく、小型化によって熱容量が小さくなっていて、センサとしての応答速度が極めて高いという優れた特徴を有しているからである。
【０００５】
しかし、当該シリコン製超小型熱式質量流量センサにも解決すべき多くの問題点が残されており、その中でも特に解決を急がれる問題は耐食性の点である。即ち、このシリコン製超小型熱式質量流量センサでは、接ガス面の構成材としてシリコンを使用しているため、ハロゲン系等の流体によって容易に腐食されると云う基本的な難点が存在する。
【０００６】
また、この質量流量センサでは、シール材としてエポキシ樹脂やＯリング等の有機材が用いられているため、パーティクルの放出や外部リークの発生が避けられず、その結果、半導体製造装置のガス供給ライン等へは適用することが出来ないと云う問題がある。
【０００７】
一方、上記シリコン製超小型熱式質量流量センサの有する問題点を解決するため、これ迄にも様々な技術が開発されている。
例えば特開２００１−１４１５４０号や特開２００１−１４１５４１号等では、図１８に示すようにシリコン基板ＡからなるフレームＤの上面に形成した膜Ｅの最外層に防温層Ｅ₆を設け、これによって膜Ｅの安全性を高めるようにしている。尚、図１６に於いて、Ｅ₁〜Ｅ₃は膜Ｅを形成する酸化ケイ素層、Ｅ₄は窒化ケイ素層、E₅は白金属、Ｃはリード接続用金具である。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１４１５０号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４１５４１号公報
【０００９】
ところで、上記図１８に示すシリコン製超小型熱式質量流量センサに於いては、フレームＤの下面側に窒化ケイ素Ｓ₄を設けたり、或いは、膜Ｅの窒化ケイ素層から成る防温層Ｅ₆を設けることにより耐水性や防湿性を高めるようにはしているが、フレームＤそのものをシリコン基板Ａにより形成しているため、前記腐食等の問題に対して、基本的な解決を与えるには至っていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、従前の質量流量センサに於ける上述の如き問題、即ち▲１▼キャピラリ型熱式質量流量センサでは、製品間の特性上のバラツキが生じ易いうえ、応答速度が低いこと、及び▲２▼シリコン製超小型熱式質量流量センサでは、耐食性に欠けるうえパーティクルの発生や外部リークの発生が避けられないこと、等の問題を解決せんとするものであり、マイクロマシン技術を用いて超小型で均一的な品質の製品を製造することが出来、しかも耐食性に優れ、高応答速度やパーティクルフリー、外部リークレスを可能にした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を提供することを発明の主たる目的とするものである。
【００１１】
本願発明者等は、マイクロマシン技術を活用してステンレス鋼等の耐食性金属基板の上に、質量流量センサに必要な２個の測温抵抗や加熱用ヒータ、各素子間を連結するリード線等を薄膜体により形成することにより、質量流量センサの製品間の品質のバラツキを防止すると共に耐食性や応答性を高め、更にパーティクルフリーと外部リークレスの達成を図ることを着想し、当該着想に基づいて質量流量センサの試作とその作動試験を重ねて来た。
【００１２】
本願発明は、上記着想と各種の試験結果をベースにして創作されたものであり、請求項１の発明は、流体に接する表面側の中央部分を減肉して厚さ３０〜８０μｍの円形の薄肉部とした厚さ１２０〜１８０μｍの円盤状の耐食性金属基板２と、当該耐食性金属基板２の円形薄肉部の裏面側に形成した絶縁膜５とその上方に形成した温度センサ３及び加熱用ヒータ４を形成する金属膜Ｍと前記絶縁膜５及び金属膜Ｍを覆う保護膜６とから成るセンサ部１と、外周面に段部を有する厚肉の周壁及び中央部に孔部を有する厚肉の底壁を備え且つ上方を開放した短円筒状の耐食金属製のセンサベース１３とから形成され、前記センサベース１３の底壁の孔部内に前記耐食性金属基板２の薄肉部の裏面側に形成した絶縁膜５、金属膜６及び保護膜６を位置させると共に、耐食性金属基板２の接流体表面の周辺部をセンサベース１３の下面と同一平面に保持した状態で、当該耐食性金属基板２の外周縁部をセンサベース１３へレーザ溶接により溶接固着するようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の耐食金属製質量流量センサＳと、前記センサベース１３の外径にほぼ等しい内径の上部が開放されたセンサベース１３を挿入する挿着孔を備えると共に、当該挿着孔の底面に連通する流体入口２１ａ及び流体出口２１ｃを備えた耐食金属製のボディ２１とから構成され、前記ボディ２１の挿着孔内へ前記質量流量センサＳのセンサベース１３を挿入してその側壁外周面に設けた段部とボディ２１との間に金属ガスケット２７を介設することにより、前記ボディ２１の挿着孔の底面とセンサベース１３の下面及びセンサ部１の接流体表面との間に流通路２１ｂを形成すると共に、前記センサベース１３の挿着孔内へ配線用基板２４及び配線用基板押え２３を挿着し、センサベース１３の上方に配設したセンサベース押え２２を介してセンサベース１３の上端面を押圧することによりセンサベース１３とボディ２１間の気密を保持すると共に、前記金属ガスケット２７に対してその上方のセンサベース１３の剛性を高くすることにより、前記センサベース押え２２の押圧による金属ガスケット２７の締め付けにより前記センサ部１が歪むのを防止するようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、ボディ２１を圧力式流量制御装置のボディとしたものである。
【００１８】
本願発明では、従前のシリコン製超小型熱式質量流量センサの場合と同様に、マイクロマシン技術を活用して質量流量センサを製造するため、製品間の品質上のバラツキを極めて小さなものにすることが出来る。また、センサ基板である耐食性金属基板（例えばＳUＳ３１６Ｌ製基板）を電解エッチングにより３０〜８０μｍ程度の薄板に加工すると共に、抵抗線等を薄膜化することにより、センサ部の熱容量を極く小さなものにしているため、センサとしての応答速度が大幅に速くなる。
更に、接ガス面を全て耐食性金属で構成すると共に、センサ部とセンサベースとの組立を溶接により行い、更にバルブボディ等への取付けをメタルガスケットシールにより行うようにしているため、コロージョンフリーやパーティクルフリー、外部リークフリーの達成が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る耐食金属製熱式質量流量センサの要部であるセンサ部１の平面概要図であり、図２は図１のＡ−Ａ視断面概要図である。
【００２０】
当該センサ部１は、薄い耐熱性金属基板２と、基板２の上面に形成した絶縁膜５と、絶縁膜５の上面に形成した温度センサ３及び加熱用ヒータ４と、温度センサ３及びヒータ４等の上面に形成した保護膜６とから形成されている。即ち、厚さ１２０〜１８０μｍの耐食性金属材料Ｗのセンサ部１を形成する部分（耐熱性金属基板２）は、材料Ｗの裏面側の一部を電界エッチング加工によって除去することにより、後述するように厚さ約３０〜８０μｍの薄板に形成されている。
【００２１】
また、絶縁膜５と、温度センサ３や加熱用ヒータ４や導電用リード部分（図示省略）を形成する金属膜Ｍと、保護膜６とから、耐熱性金属基板２の上面側に薄膜Ｆが形成されている。
【００２２】
更に、前記保護膜６には、適宣の寸法を有する電極挿入孔７がエッチング加工により形成されている。
【００２３】
而して、被測定ガスＧはセンサ部１の裏面側を耐食性金属基板２に沿って矢印方向に流れる。この時耐食性金属基板２には、ガスＧの有する熱量の一部が与えられることになり、その結果、耐熱製金属基板２の温度分布Ｔｔは、図３に示すように、ガスＧの流れていないときの温度分布Ｔｏから温度分布Ｔｔのように変化する。
【００２４】
上記のように、ガスＧが流れることにより生じた耐食性金属基板２の温度分布の変化は、温度センサ３を形成する各測温抵抗３ａ、３ｂの抵抗値の変化を介して測温抵抗３ａ、３ｂの両端の電圧値の変化として現れ、この電圧値の変化を差動出力として検出することにより、ガスＧの質量流量を検出することが出来る。尚、上述の如き熱式質量流量センサの動作原理は、公知のシリコン製熱式質量流量センサの場合と同一であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００２５】
図１及び図２を参照して、前記センサ部１を形成する耐食性金属材料Ｗは、厚さが約１５０μｍ以下の薄板状の耐食性を有する金属板が最適であり、本実施形態に於いては、厚さ１５０μｍのステンレス鋼薄板（ＳＵＳ３１６Ｌ）が使用されている。
【００２６】
当該耐食性金属材料Ｗのセンサ部１を形成する部分、即ち耐食性金属基板２（同１の点線の枠内）は、後述する電界エッチング加工によって更に薄くされており、実質的には約３０〜６０μｍの厚さに形成されている。
【００２７】
前記絶縁膜５は、後述するように所謂ＣＶＤ法により形成された厚さ１．２μｍ〜１．８μｍの酸化皮膜であって、本実施形態に於いてはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成した厚さ１．５μｍのＳｉＯ₂膜が絶縁膜５として用いられている。
【００２８】
前記測温抵抗３及び加熱用ヒータ４は、前記絶縁膜５上に流量センサ用マスクパターン（図示省略）を用いて形成された金属膜Ｍから成っており、本実施形態ではＣｒ／Ｐｔ／Ｃｒ（厚さ１０／１００／１０μｍ）を蒸着法により順次積層して成る金属膜Ｍから、測温抵抗３及び加熱用ヒータ４等が夫々形成されている。
【００２９】
前記保護膜６は測温抵抗３や加熱用ヒータ４等の上方を覆う膜体であり、本実施形態ではＣＶＤ法により形成した厚さ０．４〜０．７μｍのＳｉＯ₂皮膜が用いられている。
また、当該保護膜６には、プラズマエッチング法により敵宣の形状の電極挿入孔７が設けられており、当該電極挿入孔７を通して電極棒等の引出しが行われている。
【００３０】
尚、センサ部１を形成する耐食性金属基板２の裏面側は、後述するように耐食性金属材料Ｗに電界エッチングを施すことにより厚さ３０〜８０μｍに仕上げられている。
また、センサ部１は、最終的に所謂貫通エッチング加工によって耐食性金属材料Ｗから切り離され、この切り離されたセンサ部１が、後述するように別途に形成した耐食金属製の流量センサベース１３へレーザ溶接等により気密状に固定されることにより、本発明に依る耐食金属製熱式質量流量センサＳが構成される。
【００３１】
次に、前記センサ部１の製作加工工程を説明する。
図４は、本発明で使用するセンサ部１の製造工程の説明図である。
先ず、耐食性金属剤利用Ｗとして適宣の形状寸法、例えば直径７０ｍｍφ〜１５０ｍｍφ、厚さ１３０〜１８０μｍのステンレス鋼薄板（ＳＵＳ３１６Ｌ）を準備する（図４（ａ））。尚、耐食性金属材料Ｗとしては、ステンレス鋼薄板以外の金属薄板（例えばＣｒ−Ｎｉ合金から成る不銹鋼板）でも良いことは勿論である。
【００３２】
次に、前記準備したステンレス鋼薄板（以下、ＳＵＳ３１６Ｌウエハと呼ぶ）の外裏面に、ＴＥＯＳ（Tetra-Ethoxy-Silaue）を用いるプラズマＣＶＤ装置（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition Device）により厚さ約１．５μｍのＳｉＯ₂ 膜（絶縁膜）５を形成する（図４（ｂ））。
【００３３】
その後、前記ＳｉＯ₂膜５の上に、電子ビーム加熱型蒸着装置と図７に示したフォトマスクパターン９を用いて、Ｃｒ／Ｐｔ／Ｃｒ膜（厚さ１０／１００／１０μｍ）から成る測温抵抗３ａ、３ｂ及び加熱用ヒータ４等のパターンを金属膜Ｍにより形成する（図４（ｃ））。尚、図６はフォトマスクパターン９と、後述する電極挿入孔７の形成用フォトマスクパターン１０とを組み合わせた状態のフォトマスクパターン８を示すものである。
【００３４】
その後、前記図４（ｃ）の工程で形成した温度センサ３を形成する測温抵抗３ａ、３ｂ及び加熱用ヒータ４の上に、前記ＴＥＯＳを用いるプラズマＣＶＤ装置により、厚さ約０．５μｍのＳｉＯ₂膜（保護膜）６を形成する（図４（ｄ））。
【００３５】
引き続き、ＣＦ₄ガスを用いるプラズマエッチング装置により、図８に示した電極挿入孔の形成用フォトマスクパターン１０を用いて、前記保護膜６に測温抵抗３や加熱用ヒータ４用の口径２００μｍの電極取り出し用の孔（電極挿入孔７）を穿設する。（図４（ｅ））。
【００３６】
尚、ＳＵＳ３１６Ｌ材やＣｒはＣＦ₄ガスによるプラズマに対して高い耐性を有しているため、ＳｉＯ₂膜６のエッチングが完了すれば進行中のエッチングが自動的にストップするため、所謂オーバーエッチングに至る危険性は全く無い。
【００３７】
耐食性金属材料Ｗ（ＳＵＳ３１６Ｌウエハ）の上面の上記各工程が完了すれば、その裏面側に図９に示すフォトマスクパターン１１を用いてレジストパターンを形成し、電界エッチングを施すことにより、厚みが約５０μｍ程度になるまで材料Ｗの裏面側にエッチング加工を施す（図４（ｆ））。
【００３８】
尚、図４（ｆ）に於ける１１ａの部分は、センサ部１を材料Ｗから切り離しするための溝部であり、１１ｂはエッチング加工により薄肉にされた薄肉基板部である。
【００３９】
最後に、前記各膜を形成した耐食性金属基板２の裏面側と裏面側の薄肉基板部１１ｂへネガ型レジスト１２ａ（スピンコート法）及びネガ型レジスト１２ｂ（ディップコート法）を塗布し、その後塩化第２鉄溶液（ＦｅＣｌ₃・４０ｗｔ％）でもってエッチング処理することにより、溝部１１ａの薄肉基板部（厚さ約５０μｍ）１１ｂを円形に貫通させ、センサ部１を材料Ｗから切り離す。
【００４０】
尚、材料Ｗから切り離した円形のセンサ部１は、レジスト１２ａ、１２ｂを除去したあと、図５に示すような形状に形成されたセンサベース１３の取付溝１３ａ内へ嵌合され、外周縁部をレーザ溶接することによりセンサベース１３へ写密状に溶接固定される。これにより、本発明による耐食金属製熱式質量流量センサＳが構成されることになる。
【００４１】
前記図４（ｆ）に示したエッチング工程では、電解液として硫酸液とメチルアルコールの混合液を使用し、フォトレジストをマスク材として用いて、材料Ｗの裏面側の所定箇所をエッチングするようにしている。
【００４２】
前記ＳＵＳ３１６Ｌ製基板２の電解エッチングを施した後の裏面粗さは、図１０に示す如くＲａ０．１μｍ以下の範囲となっており、局所的なオーバーエッチングは見られない。
即ち、半導体プロセスのガス配管系では、接ガス部をパーティクルフリーやコロージョンフリーにする必要があることから、電解エッチング法はＳＵＳ３１６Ｌのエッチングに対して、極めて有効な手法であることが判る。
【００４３】
尚、図１０のＱの部分が前記電解エッチング部を示すものであり、図１１は、図１０に於ける電解エッチング部Ｑの拡大図である。
【００４４】
図１２は、前記図５に示した本発明に依る質量流量センサの信号検出用回路を示すものであり、当該信号検出用回路は、センサ部１と、ヒータ駆動回路１４、オフセット調整回路（粗調整）１５、オフセット調整回路（微調整用）１６、測温抵抗のゲイン調整回路１７及び差動増幅回路１８等から構成されている。尚、図１２に於いて、３ａ、３ｂは測温抵抗、１９は出力端子である。
【００４５】
図１２を参照して、ヒータ駆動回路１４の作動により、センサ部１の加熱が行われ、被測定ガスＧの流通により、センサ部１の温度センサ３を形成する上流側測温抵抗３ａ及び下流側測温抵抗３ｂの温度変化によって抵抗値が変化すると、その変化が出力電圧の変化としてゲイン調整回路１７を経て差動増幅回路１８へ入力され、両者の出力差がオペレーションアンプＯＰ０７を介して出力端子１９へ出力される。
【００４６】
本発明のセンサ部１を形成する耐食性金属基板２は、電解エッチングにより薄膜化されているため、ガスＧが流れることにより、そのガス圧によってセンサ部１が歪み、その結果温度センサ３の測温抵抗３ａ、３ｂの抵抗値が変化する可能性がある。
【００４７】
そのため、通常の抵抗ブリッジ回路を用いた場合には、センサ部１の出力が歪みの発生によって変化するという問題を生じるが、本発明で用いる信号検出用回路では、オフセット調整回路１５により上流側測温抵抗３ａ及び下流側測温抵抗３ｂから出力される電圧値の増幅率を夫々独立して調整すると共に、差動増幅回路１８への入力値を更にオフセット調整回路１６により微調整する構成としているため、ガス圧力の印加により生じた各測温抵抗３ａ、３ｂの出力電圧値の変化が、増幅率の調整によって消去されることになる。
その結果、ガス圧力によるセンサ部１の出力変動を完全に抑えることが可能となり、高精度な質量流量の検出が可能となる。
【００４８】
図１３は、本発明に依る質量流量センサＳの特性を示すものであり、図１３の（ａ）は加熱用ヒータ４の温度と抵抗値の関係、図１３の（ｂ）は加熱用ヒータ４の電流値と抵抗値の関係、及びガス流量（ＳＣＣＭ）と検出出力値（ｖ）との関係を夫々示すものである。
【００４９】
尚、図１３の諸特性の測定に供したセンサ部１の加熱用ヒータ４の抵抗値は約２．４ｋΩ、測温抵抗３ａ、３ｂの抵抗値は２．０ｋΩ（両者は同一値）であり、加熱用ヒータ４に１０ｍＡの電流を流すと共に測温抵抗３ａ、３ｂには１．２ｍＡの電流を流した。
また、ガス流量を０〜１００ＳＣＣＭの範囲で変化させた時のセンサ部１の出力値の変化は約１．０Ｖであった（但し、出力値はＯＰアンプにより５００倍に増幅）。
【００５０】
更に、センサ部１の出力値は、後述する図１５に示した質量流量センサＳのセンサベース１３と流体通路との間隙（流路高さ）に依存するため、前記流路高さを調整することにより、流量測定可能範囲を適宣に切換えすることが出来る。
【００５１】
図１４は、本発明に係る質量流量センサＳの流量応答特性の一例を示すものであり、ガス流量を０〜１００ＳＣＣＭに設定した場合の特性を示すものである。尚、図１４に於いて、曲線ＳＡは本発明に係る質量流量センサＳの流量応答特性であり、横軸の１目盛は５００ｍｓｅｃである。
又、曲線ＳＦは、従前の圧力式流量制御装置に於ける質量流量センサの同一条件下での流量応答特性を示すものである。
【００５２】
図１５は、本発明の質量流量センサＳを設けた流体供給機器の一例を示すものであり、質量流量センサＳをガス流路に設けた接手部２０へ組み付けした状態を示すものである。図１５に於いて、２１は接手部２０のボデイ、２２はセンサベース押え、２３は配線用基板押え、２４は配設用基板、２５はガイドピン、２６はガイドピン、２７は金属ガスケット、２８はゴムシート、２９リードピン、３０はリード線（金線）である。
【００５３】
尚、前記ガイドピン２６・２７は、ボデイ２２内へ質量流量センサＳを取り付けする際の位置決めをするためのものであり、センサベース１３とボデイ２１間は金属ガスケット２７により気密が保持されている。
【００５４】
また、流体入り口２１ａから流入した流体ガスＧは、流通路２１ｂ内を流通する間にセンサ部１によってその質量流量が検出され、流体出口２１ｃから外部へ流出して行く。
本発明では、被測定ガスＧがＳＵＳ３１６Ｌ製の基板２に接触しつつ流通するため、従前のシリコン製基板の場合のようにガスＧによって基板２が腐食されることは全く無い。
【００５５】
図１６は、本発明の質量流量センサＳを圧力式流量制御装置の本体部へ組付けした場合を示すものであり、図１６に於いて、Ｓは質量流量センサ、３１はボディ、３２は圧力検出器、３３はコントロール弁、３４は圧電型弁駆動装置、３５はオリフィス、３６はフィルタである。
【００５６】
図１７は、本発明の質量流量センサＳの組付け位置を変更したものであり、実質的には図１６の場合と略同一である。
【００５７】
尚、圧力式流量制御装置やその本体部の構成は、例えば特許第３２９１１６１号や特開平１１−３４５０２７号等によって公知であるため、ここではその説明を省略する。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に於いては、薄膜形の抵抗式質量流量センサの接ガス部を成す基板２を耐食金属製とすると共に、測温抵抗３ａ、３ｂや加熱用ヒータ４をマイクロマシン技術を用いて薄膜状に形成する構成としている。
その結果、接ガス部の耐食性が向上すると共に、製品特性の均一化と小型化、熱容量の減少による応答速度の向上、パーティクルフリー等を図ることが出来、半導体製造装置関係のみならず化学プラント関係での使用に於いても、優れた実用的効用を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に依る耐食金属製熱式質量流量センサのセンサ部の平面概要図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面概要図である。
【図３】本発明に依る耐食金属製熱式質量流量センサの作動原理の説明図である。
【図４】センサ部の製造工程の説明図であり、（ａ）はＳＵＳ３１６Ｌウエハの準備工程、（ｂ）は絶縁膜５の形成工程、（ｃ）はＣｒ／Ｐｔ／Ｃｒ膜（金属膜Ｍ）の形成工程、（ｄ）は保護膜６の形成工程、（ｅ）は電極挿入孔７の形成工程、（ｆ）はＳＵＳ３１６Ｌウエハの裏面エッチング工程、（ｇ）はセンサ部１の切り離しエッチング工程を夫々ものである。
【図５】耐食金属製熱式質量流量センサの一例を示す断面概要図である。
【図６】センサ部の製法に用いるフォトマスクパターンを示すものであり、前マスクパターンを重ね合わせた状態を示すものである。
【図７】センサ部の製法に用いるフォトマスクパターンを示すものであり、図４の（ｃ）の工程で使用するものを示すものである。
【図８】センサ部の製法に用いるフォトマスクパターンを示すものであり、図４の（ｅ）の工程で使用するものを示すものである。
【図９】センサ部の製法に用いるフォトマスクパターンを示すものであり、図４の（ｆ）の工程で使用するものを示すものである。
【図１０】ＳＵＳ３１６Ｌ製基板に電解エッチングを施した場合の表面粗さを示す図である。
【図１１】図７の電解エッチング部Ｑの部分拡大図である。
【図１２】本発明に依る質量流量センサの信号検出用回路図である。
【図１３】本発明に依るセンサ部の諸特性を示す線図であり、（ａ）は加熱用ヒータ温度を測温抵抗の抵抗値の関係、（ｂ）は加熱用ヒータ電流と測温抵抗の抵抗値の関係、（ｃ）はガス流量とセンサ出力の関係を夫々示すものである。
【図１４】本発明に係る質量流量センサの流量応答特性の一例を示す線図である。
【図１５】本発明に依る質量流量センサの組付図の一例を示す断面図である。
【図１６】本発明に依る質量流量センサの組付図の他の例を示す断面図である。
【図１７】本発明に係る質量流量センサの組付図の更に他の例を示す断面図である。
【図１８】従前のシリコン製超小型熱式質量流量センサの概要を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｓは耐食金属製熱式質量流量センサ、Ｆは薄膜、Ｍは金属膜、Ｗは耐食性金属材料、Ｇは被測定ガス、１はセンサ部、２は耐食性金属基板、３は温度センサ、３ａ・３ｂは測温抵抗、４は加熱用ヒータ、５は絶縁膜、６は保護膜、７は電極挿入孔、８組み合せに依るフォトマスクパターン、９は測温抵抗及び加熱ヒータの形成用のフォトマスクパターン、１０はリード孔形成用フォトマスクパターン、１１は裏面側エッチング用のフォトマスクパターン（レジストパターン）、１１ａは溝部、１１ｂは薄肉基板部、１２ａ・１２ｂはネガ型レジスト、１３はセンサベース、１３ａは取付け溝、１４はヒーター駆動回路、１５はオフセット調整回路（粗調整用）、１６はオフセット調整回路（微調整用）、１７は測温抵抗のゲイン調整回路、１８は差動増幅回路、１９は出力端子、２０は接手部、２１はボデイ、２２はセンサベース押え、２３は配線用基板押え、２４配線用基板、２５・２６はガイドピン、２７は金属ガスケット、２８はゴムシート、２９はリードピン、３０はリード線（金線）、３１はボデイ、３２は圧力検出器、３３はコントロール弁、３４は圧電型弁駆動装置、３５はオリフィス、３６はフィルタ。

Claims

流体に接する表面側の中央部分を減肉して厚さ３０〜８０μｍの円形の薄肉部とした厚さ１２０〜１８０μｍの円盤状の耐食性金属基板（２）と、当該耐食性金属基板（２）の円形薄肉部の裏面側に形成した絶縁膜（５）とその上方に形成した温度センサ（３）及び加熱用ヒータ（４）を形成する金属膜（Ｍ）と前記絶縁膜（５）及び金属膜（Ｍ）を覆う保護膜（６）とから成るセンサ部（１）と、外周面に段部を有する厚肉の周壁及び中央部に孔部を有する厚肉の底壁を備え且つ上方を開放した短円筒状の耐食金属製のセンサベース（１３）とから形成され、前記センサベース（１３）の底壁の孔部内に前記耐食性金属基板（２）の薄肉部の裏面側に形成した絶縁膜（５）、金属膜（６）及び保護膜（６）を位置させると共に、耐食性金属基板（２）の接流体表面の周辺部をセンサベース（１３）の下面と同一平面に保持した状態で、当該耐食性金属基板（２）の外周縁部をセンサベース（１３）へレーザ溶接により溶接固着した構成としたことを特徴とする耐食性金属製質量流量センサ。
請求項１に記載の耐食金属製質量流量センサ（Ｓ）と、前記センサベース（１３）の外径にほぼ等しい内径の上部が開放されたセンサベース（１３）を挿入する挿着孔を備えると共に、当該挿着孔の底面に連通する流体入口（２１ａ）及び流体出口（２１ｃ）を備えた耐食金属製のボディ（２１）とから構成され、前記ボディ（２１）の挿着孔内へ前記質量流量センサ（Ｓ）のセンサベース（１３）を挿入してその側壁外周面に設けた段部とボディ（２１）との間に金属ガスケット（２７）を介設することにより、前記ボディ（２１）の挿着孔の底面とセンサベース（１３）の下面及びセンサ部（１）の接流体表面との間に流通路（２１ｂ）を形成すると共に、前記センサベース（１３）の挿着孔内へ配線用基板（２４）及び配線用基板押え（２３）を挿着し、センサベース（１３）の上方に配設したセンサベース押え（２２）を介してセンサベース（１３）の上端面を押圧することによりセンサベース（１３）とボディ（２１）間の気密を保持すると共に、前記金属ガスケット（２７）に対してその上方のセンサベース（１３）の剛性を高くすることにより、前記センサベース押え（２２）の押圧による金属ガスケット（２７）の締め付けにより前記センサ部（１）が歪むのを防止する構成としたことを特徴とする耐食性金属熱式質量流量センサを用いた流体供給機器。
ボディ（２１）を圧力式流量制御装置のボディとした請求項２に記載の耐食金属製熱式質量流量計を用いた流体供給機器。