(57)【要約】【課題】センサの出力を不安定にすることなくセンサの検出部を耐食性材料で覆う。【解決手段】基板１０１の上のセンサの検出部となる配線構造に対応する箇所に、溝部１０２を形成し、溝部１０２が形成された基板１０１の表面に、配線構造を形成するための金属から構成された金属膜１０３を形成して溝部１０２を埋め込み、金属膜１０３を溝部１０２の内部に形成された部分を残して基板１０１の表面が露出するまで削除し、溝部１０２に充填された金属膜による配線構造１０４を形成した後に蓋部１０５を貼り付けて配線構造を封止する。【選択図】  図１Ｆ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐食性を有する材料から構成された基板の上に、センサの検出部となる配線構造に対応する溝部を形成する第１工程と、
前記溝部が形成された前記基板の表面に、前記配線構造を形成するための金属から構成された金属膜を形成して前記溝部を埋め込む第２工程と、
前記金属膜を前記溝部の内部に形成された部分を残して前記基板の表面が露出するまで削除し、前記溝部に充填された前記金属膜による前記配線構造を形成し、前記配線構造の上面と前記基板の表面とが同一の平面上に配置されるように前記基板の表面を平坦な状態とする第３工程と、
前記溝部に前記配線構造が形成された前記基板の表面に、耐食性を有する材料から構成された蓋部を貼り付けて前記配線構造を封止する第４工程と
を備えることを特徴とするセンサ構造の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のセンサ構造の製造方法において、
前記第２工程の前に、前記基板の上、前記溝部の底部および前記溝部の側壁に、前記金属と前記基板との間の密着性を向上させる材料から構成された密着層を形成する第５工程を更に備える
ことを特徴とするセンサ構造の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載のセンサ構造の製造方法において、
前記密着層は、チタン、チタンタングステン、酸化チタン、酸化クロム、酸化タンタル、酸化ニオブのいずれかから構成することを特徴とするセンサ構造の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ構造の製造方法において、
前記基板を貫通して前記配線構造に接続する貫通配線を形成する第６工程を更に備えることを特徴とするセンサ構造の製造方法。  
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ構造の製造方法において、
前記基板および前記蓋部は、サファイアから構成することを特徴とするセンサ構造の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ構造の製造方法において、
前記金属は、白金であることを特徴とするセンサ構造の製造方法。
【請求項７】
耐食性を有する材料から構成された基板と、
前記基板の上に形成された溝部と、
前記溝部に充填された金属による配線構造と、
前記溝部に前記配線構造が形成された前記基板の表面に貼りつけられた、耐食性を有する材料から構成された蓋部と
を備え、
前記溝部に充填された金属による前記配線構造は、前記配線構造の上面と前記基板の表面とが同一の平面上に配置されて前記基板の表面が平坦な状態とされている
ことを特徴とするセンサ構造。
【請求項８】
請求項７記載のセンサ構造において、
前記金属と前記基板との間の密着性を向上させる材料から構成されて前記溝部の底部および前記溝部の側壁に形成された密着層を更に備えることを特徴とするセンサ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量などを計測するセンサを製造するセンサ構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造においては、気相成長による様々な成膜装置や、形成した膜をエッチングするためのエッチング装置など、様々な処理装置が用いられている。このような処理装置では、ｎｍ単位の厚さの薄膜を形成や、ｎｍ単位のパターンを形成するため、原料ガスやエッチャントの流量や圧力などを正確に制御しており、流量や圧力を正確に検出することが重要となる。例えば、このような流量の検出のためには、熱式の流量センサが用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
このようなセンサの測定対象が腐食性の気体や液体の場合、測定対象と接する箇所は、耐食性のある材料で構成することになる。例えば、上述した熱式流量センサの場合、白金（Ｐｔ）薄膜などから構成される検出部を、耐食性材料で覆う構造とする。このように、検出部の薄膜を耐食性材料で覆う構造とする場合、単純な方法としては、図５に示すように、耐食性の基板３０１上に検出部の薄膜３０２を形成し、これらの上に耐食性の基板３０３を接合することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３０３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、薄膜３０２の膜厚分の段差があるために、薄膜３０２近傍は基板３０１と基板３０３との間に未接合部３０４が発生する。このように、未接合部３０４が形成されると、デバイスのサイズが大きくなると共に、未接合部３０４の接触状態が不安定となりセンサの出力が不安定になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、センサの出力を不安定にすることなくセンサの検出部を耐食性材料で覆うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るセンサ構造の製造方法は、耐食性を有する材料から構成された基板の上に、センサの検出部となる配線構造に対応する溝部を形成する第１工程と、溝部が形成された基板の表面に、配線構造を形成するための金属から構成された金属膜を形成して溝部を埋め込む第２工程と、金属膜を溝部の内部に形成された部分を残して基板の表面が露出するまで削除し、溝部に充填された金属膜による配線構造を形成し、配線構造の上面と基板表面とが同一の平面上に配置されるように基板の表面を平坦な状態とする第３工程と、溝部に配線構造が形成された基板の表面に、耐食性を有する材料から構成された蓋部を張り付けて配線構造を封止する第４工程とを備える。
【０００８】
上記センサ構造の製造方法において、第２工程の前に、基板の上、溝部の底部および溝部の側壁に、金属と基板との間の密着性を向上させる材料から構成された密着層を形成する第５工程を更に備える。
【０００９】
上記センサ構造の製造方法において、密着層は、チタン、チタンタングステン、酸化チタン、酸化クロム、酸化タンタル、酸化ニオブのいずれかから構成すればよい。
【００１０】
上記センサ構造の製造方法において、基板を貫通して配線構造に接続する貫通配線を形成する第６工程を更に備える。
【００１１】
上記センサ構造の製造方法において、基板および蓋部は、サファイアから構成すればよい。
【００１２】
上記センサ構造の製造方法において、金属は、白金であればよい。
【００１３】
本発明に係るセンサ構造は、耐食性を有する材料から構成された基板と、基板の上に形成された溝部と、溝部に充填された金属による配線構造と、溝部に配線構造が形成された基板の表面に貼りつけられた、耐食性を有する材料から構成された蓋部とを備え、溝部に充填された金属による配線構造は、配線構造の上面と基板の表面とが同一の平面上に配置されて基板の表面が平坦な状態とされている。
【００１４】
上記センサ構造において、金属と基板との間の密着性を向上させる材料から構成されて溝部の底部および溝部の側壁に形成された密着層を更に備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、基板に形成した溝部に配線構造を配置し、この上に蓋部を貼り付けて封止するようにしたので、センサの出力を不安定にすることなくセンサの検出部を耐食性材料で覆うことができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の形態１におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の形態１におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の実施の形態１におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す平面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、本発明の実施の形態１におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、本発明の実施の形態１におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、本発明の実施の形態１におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図１Ｇ】図１Ｇは、本発明の実施の形態１におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施の形態２におけるセンサ構造を適用したフローセンサの構成を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施の形態２におけるセンサ構造を適用したフローセンサの一部構成を示す平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施の形態２におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施の形態２におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施の形態２におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の実施の形態２におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の実施の形態２におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の実施の形態２におけるセンサ構造の製造方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態における他のセンサ構造を示す断面図である。
【図５】図５は、従来のセンサ構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１におけるセンサ構造の製造方法について、図１Ａ〜図１Ｇを用いて説明する。
【００１９】
まず、図１Ａに示すように、耐食性を有する材料から構成された基板１０１を用意する。基板１０１は、例えば、サファイアから構成すればよい。次いで、図１Ｂに示すように、基板１０１の上に、溝部１０２を形成する（第１工程）。溝部１０２は、図１Ｃに示すように、センサの検出部となる配線構造に対応する箇所に形成する。溝部１０２は、例えば、検出部を構成する配線部となる溝部１０２ａ、および配線部に接続するパッド部となる溝部１０２ｂなどを備えている。
【００２０】
次に、図１Ｄに示すように、溝部１０２が形成された基板１０１の表面に、配線構造を形成するための金属から構成された金属膜１０３を形成して溝部１０２を埋め込む（第２工程）。例えば、よく知られたスパッタ法などにより、白金（Ｐｔ）を堆積することで金属膜１０３を形成すればよい。この場合、金属膜１０３は、Ｐｔから構成されたものとなる。また、電解メッキ法などにより、金属膜１０３を形成してもよい。
【００２１】
次に、図１Ｅに示すように、金属膜１０３を溝部１０２の内部に形成された部分を残して基板１０１の表面が露出するまで削除し、溝部１０２に充填された金属膜による配線構造１０４を形成する（第３工程）。このとき、配線構造１０４の上面と基板１０１表面とが同一の平面上に配置されるように基板１０１の表面を平坦な状態とする。例えば、よく知られた化学的機械的研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）などにより、金属膜１０３を研削研磨すればよい。
【００２２】
次に、図１Ｆに示すように、溝部１０２に配線構造１０４が形成された基板１０１の表面に、耐食性を有する材料から構成された板状の蓋部１０５を貼り付けて配線構造１０４を封止する（第４工程）。蓋部１０５は、例えば、サファイアから構成すればよい。基板１０１と蓋部１０５とは、例えば、公知の直接接合により貼り合わせればよい。
【００２３】
この結果、耐食性を有する材料から構成された基板１０１と、基板１０１の上に形成された溝部１０２と、溝部１０２に充填された金属による配線構造１０４と、溝部１０２に配線構造１０４が形成された基板１０１の表面に貼りつけられた、耐食性を有する材料から構成された蓋部１０５とを備えるセンサ構造が得られる。ここで、溝部１０２に充填された金属による配線構造１０４は、この上面と基板表面とが同一の平面上に配置され、基板１０１の表面が平坦な状態とされている。
【００２４】
次に、図１Ｇに示すように、基板１０１を貫通して配線構造１０４のパッド部に接続する貫通配線１０６を形成する（第６工程）。例えば、基板１０１の側より配線構造１０４に到達する貫通孔を形成する。次いで、貫通孔の内部を所定の金属材料で充填することで、貫通配線１０６を形成する。例えば、コリメートスパッタ法などにより、所望とする金属を堆積すればよい。
【００２５】
以上に説明したように、実施の形態１によれば、基板１０１に形成した溝部１０２に配線構造１０４を形成するので、基板１０１と蓋部１０５との間に、未接合部が発生することがなく、センサの出力を不安定にすることなくセンサの検出部を耐食性材料で覆うことができる。
【００２６】
ところで、上述した実施の形態１において製造したセンサは、例えば、フローセンサである。Ｐｔの配線構造１０４のなかの配線部１０４ａにより、発熱素子としてのヒータと抵抗素子としても測温素子とが形成され、これらで検出部を構成している。ヒータに対し、上流側および下流側の２箇所の測温素子が配置される構成となっている。図２Ａ，図２Ｂに示すように、フローセンサの基板１０１は、検出部に対応する箇所に空洞部１２２を備える基台１２１の上に固定されている。基台１２１は、例えば、サファイアから構成されている。また、基板１０１および蓋部１０５には、外部から空洞部１２２に連通する連通口１０７が形成されている。
【００２７】
基台１２１は、耐食性を有する金属から構成された台座１２３の上に固定され、台座１２３を配管１５１に固定することで、フローセンサを配管１５１に固定している。配線構造１０４のパッド部１０４ｂには、貫通配線１０６が接続している。また、貫通配線１０６は、基台１２１を貫通している引き出し配線１２４に接続し、外部との電気的な接続を得ている。
【００２８】
配管１５１内部に配置されるフローセンサの空洞部１２２には、連通口１０７を介して流体１５２が流れ込み、蓋部１０５の側および基板１０１の側の両方に、測定対象の流体１５２が接触する状態となる。このような構造にすることで、検出部の上面と下面とが流体１５２から受ける圧力が釣り合い、検出部が撓む事を防ぐことができ、流体１５２の圧力によってセンサの出力が変動することが抑制できる。
【００２９】
配線部１０４ａによるヒータは、図示しない温度測定部で測定される流体１５２の温度よりもある一定温度高い加熱温度に設定され、流体１５２を加熱する。流体１５２が配管１５１を流れていないときは、ヒータの上流側と下流側に均一な温度分布が形成される。このため、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、配管１５１を流体１５２が流れている状態では、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。この温度差を、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検出すれば、流体１５２の流量が測定できる。
【００３０】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２におけるセンサ構造の製造方法について図３Ａ〜図３Ｇを用いて説明する。
【００３１】
まず、図３Ａに示すように、耐食性を有する材料から構成された基板１０１を用意する。基板１０１は、例えば、サファイアから構成すればよい。次いで、図１Ｂに示すように、基板１０１の上に、溝部１０２を形成する（第１工程）。これらは、前述した実施の形態１と同様である。
【００３２】
次に、図３Ｃに示すように、基板１０１の上、溝部１０２の底部および溝部１０２の側壁に、密着層２０１を形成する（第５工程）。密着層２０１は、後述する配線構造１０４を構成する金属と基板１０１との間の密着性を向上させる材料から構成する。例えば、密着層２０１は、チタン、チタンタングステン、酸化チタン、酸化クロム、酸化タンタル、酸化ニオブのいずれかから構成すればよい。
【００３３】
次に、図３Ｄに示すように、溝部１０２が形成されて密着層２０１が形成された基板１０１の表面に、配線構造を形成するための金属から構成された金属膜１０３を形成して溝部１０２を埋め込む。次に、図３Ｅに示すように、金属膜１０３および密着層２０１を溝部１０２の内部に形成された部分を残して基板１０１の表面が露出するまで削除し、溝部１０２に充填された金属膜による配線構造１０４を形成する。
【００３４】
次に、図３Ｆに示すように、溝部１０２に配線構造１０４が形成された基板１０１の表面に、耐食性を有する材料から構成された板状の蓋部１０５を貼り付けて配線構造１０４を封止する。蓋部１０５は、例えば、サファイアから構成すればよい。基板１０１と蓋部１０５とは、例えば、公知の直接接合により貼り合わせればよい。
【００３５】
この結果、耐食性を有する材料から構成された基板１０１と、基板１０１の上に形成された溝部１０２と、溝部１０２に充填された金属による配線構造１０４と、溝部１０２に配線構造１０４が形成された基板１０１の表面に貼りつけられた、耐食性を有する材料から構成された蓋部１０５とを備えるセンサ構造が得られる。また、配線構造１０４と溝部１０２との間には、これらの間の密着性を向上させる密着層２０１が形成されている。なお、溝部１０２に充填された金属による配線構造１０４は、この上面と基板表面とが同一の平面上に配置され、基板１０１の表面が平坦な状態とされている。他の構成は、前述した実施の形態１と同様である。
【００３６】
以上に説明したように、実施の形態２によれば、基板１０１に形成した溝部１０２に配線構造１０４を形成するので、基板１０１と蓋部１０５との間に、未接合部が発生することがないため、センサの出力を不安定にすることなくセンサの検出部を耐食性材料で覆うことができる。
【００３７】
ところで、上述では、溝部１０２の断面視の形状を、矩形としたが、これに限るものではない。例えば、図４に示すように、断面視の形状が、基板１０１の表面側ほど幅広となる台形の溝部１０２ａを用いるようにしてもよい。このように構成することで、金属を堆積して溝部１０２ａに充填するときに、溝部１０２ａの底部角部に堆積する金属が入り込みやすくなる。
【００３８】
以上に説明したように、本発明によれば、基板に形成した溝部に配線構造を配置し、この上に蓋部を貼り付けて封止するようにしたので、センサの出力を不安定にすることなくセンサの検出部を、耐食性材料による基板および蓋部で覆うことができるようになる。
【００３９】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
【符号の説明】
【００４０】
１０１…基板、１０２…溝部、１０３…金属膜、１０４…配線構造、１０４ａ…配線部、１０４ｂ…パッド部、１０５…蓋部、１０６…貫通配線。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４】
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【図５】
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