(57)【要約】【課題】  熱式質量流量センサの耐食性を高めると共に、圧力変動に対する測定精度の安定化、応答性の向上、パーティクルフリー、製品品質のバラツキの防止及び圧力測定等を可能にした耐食金属製流体用センサとこれを用いた流体供給機器を提供する。【解決手段】  耐食性金属基板２と、当該耐食性金属基板２の接流体表面の裏面側に設けた温度センサ３ａと加熱用ヒータ３ｂとを形成する薄膜から成る質量流量センサ部１と、耐食性金属基板２の接流体表面の裏面側に設けた歪みセンサ素子４ａを形成する薄膜から成る圧力センサ部４とを備え、流体の質量流量及び圧力を計測する構成とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐食性金属基板（２）と、当該耐食性金属基板（２）の接流体表面の裏面側に設けた温度センサ（３ａ）と加熱用ヒータ（３ｂ）とを形成する薄膜から成る質量流量センサ部（３）と、耐食性金属基板（２）の接流体表面の裏面側に設けた歪みセンサ素子（４ａ）を形成する薄膜から成る圧力センサ部（４）とを備え、流体の質量流量及び圧力を計測する構成としたことを特徴とする耐食金属製流体用センサ。
【請求項２】
耐食性金属基板（２）を、その接流体表面を外方へ露出させた状態で耐食金属製の流量センサベース（１０）の取付溝（１０ａ）内へ挿着し、耐食金属基板（２）の外周縁を気密に流量センサベース（１０）へ溶接する構成とした請求項１に記載の耐食金属製流体用センサ。
【請求項３】
圧力センサ部（４）の出力により、質量流量センサ部（３）の圧力に対する出力ドリフトを補正するようにした請求項１又は請求項２に記載の耐食金属製流体用センサ。
【請求項４】
流量センサベース（１０）と、流体を流入させる流体流入口と流体を流出させる流体流出口と、両者の流体流入口と流体流出口間を連通する流体通路とを備えたボディ（２１）を金属ガスケット（２７）を介設して接続し、前記気密を保つ金属ガスケット（２７）に対してその真上の部材の剛性を相対的に高くすることにより、当該金属ガスケット（２７）の締め付けによる質量流量センサ部（３）及び圧力センサ部（４）の歪みを抑えるようにした請求項２又は請求項３に記載の耐食金属製流体用センサ。
【請求項５】
薄膜（Ｆ）を、耐食性金属基板（２）の接流体表面の裏面に形成した絶縁膜（５）と、その上方に形成した温度センサ（３ａ）、加熱用ヒータ（３ｂ）及び歪みセンサ素子（４ａ）を形成する金属膜（Ｍ）と、絶縁膜（５）及び金属膜（Ｍ）を覆う保護膜（６）とから構成するようにした請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の耐食金属製流体用センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れかに記載の耐食金属製流体用センサを流体制御機器に搭載し、流体制御時に流量及び又は圧力の確認が適宜行えることを特徴とする耐食金属製流体用センサを用いた流体供給機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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及び又は圧力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、耐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並びに検出精度の一層の向上を可能とした耐食金属製流体用センサと、これを用いた流体供給機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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】
更に、この質量流量センサでは、被測定流体の圧力が変動することによって質量流量の検出値が変動したり、或いは、質量流量センサをガス供給ラインへ取り付けする際の機械的な締込力（又は押圧力）によりセンサが歪み、これによって質量流量の検出値にバラツキが生ずると云う問題がある。
【０００８】
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２０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の安定性を高めるようにしている。尚、図２０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。
【０００９】
ところで、上記図２０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Ｅ4 を設けたり、或いは、窒化ケイ素層から成る防温層Ｅ6 を設けることにより膜Ｅの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】
【特許文献１】特開２００１−１４１５４０号公報
【特許文献２】特開２００１−１４１５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、また、シリコン製超小型熱式質量流量センサでは、（１）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、（２）被測定流体の圧力やセンサの取付機構の変化によって質量流量の検出値にバラツキが発生する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でき、更に、流体圧力の変動による検出値のバラツキを自動的に修正できると共に、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、質量流量と流体圧力の両方の検出を可能にした耐食金属製流体用センサと、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。
【００１２】
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、質量流量センサ部に必要な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及び圧力センサ部に必要な歪センサ素子やリード線等を薄膜体により形成することにより、流体用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及び流体圧力の検出及び流体圧力の変動による質量流量センサ検出値の変動の自動修正を図ること及び圧力センサ部により流体圧力がモニタ可能であることを着想し、当該着想に基づいて質量流量センサ部と圧力センサ部とを備えた流体用センサを試作し、その作動試験を重ねて来た。
【００１３】
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、耐食性金属基板２と、当該耐食性金属基板２の接流体表面の裏面側に設けた温度センサ３ａと加熱用ヒータ３ｂとを形成する薄膜から成る質量流量センサ部３と、耐食性金属基板２の接流体表面の裏面側に設けた歪みセンサ素子４ａを形成する薄膜から成る圧力センサ部４とを備え、流体の質量流量及び圧力を計測する構成としたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、耐食性金属基板２を、その接流体表面を外方へ露出させた状態で耐食金属製の流量センサベース１０の取付溝１０ａ内へ挿着し、耐食金属基板２の外周縁を気密に流量センサベース１０へ溶接する構成としたものである。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、圧力センサ部４の出力により、質量流量センサ部３の圧力に対する出力ドリフトを補正するようにしたものである。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３の発明に於いて、流量センサベース１０と、流体を流入させる流体流入口２１ａと流体を流出させる流体流出口２１ｃと、両者の流体流入口２１ａと流体流出口２１ｃ間を連通する流体通路２１ｂとを備えたボディ２１を金属ガスケット２７を介設して接続し、前記気密を保つ金属ガスケット２７に対してその真上の部材の剛性を相対的に高くすることにより、当該金属ガスケット２７の締め付けによる質量流量センサ部３及び圧力センサ部４の歪みを抑えるようにしたものである。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の薄膜Ｆを、耐食性金属基板２の接流体表面の裏面に形成した絶縁膜５と、その上方に形成した温度センサ３ａ、加熱用ヒータ３ｂ及び歪みセンサ素子４ａを形成する金属膜Ｍと、絶縁膜５及び金属膜Ｍを覆う保護膜６とから構成するようにしたものである。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５の何れかに記載の耐食金属製流体用センサを流体制御機器に搭載し、流体制御時に流量及び圧力の確認が適宜行えるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１９】
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流体用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。
【００２０】
本願発明では、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。
【００２１】
加えて、本願発明では、質量流量センサ部と圧力センサ部とを同時に耐食性金属基板上に形成し、圧力センサ部の検出値により、流体圧力の変動による質量流量の変化量（ドリフト量）を調整することが可能なようにしているため、より高精度な質量流量の検出が行なえると共に、必要に応じて圧力検出値を外部へ出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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流体用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。
【００２３】
当該センサ部１は、薄い耐食性金属基板２と、基板２の上面に形成した絶縁膜５と、絶縁膜５の上面に形成した質量流量センサ部３及び圧力センサ部４と、質量流量センサ部３及び圧力センサ部４等の上面に形成した保護膜６等とから形成されている。
また、前記質量流量センサ部３は温度センサ３ａ及び加熱用ヒータ３ｂ等から、前記圧力センサ部４は歪みセンサ素子４ａ等から夫々形成されている。
更に、絶縁膜５と、温度センサ３ａの測温抵抗３ａ1 、３ａ2 や加熱用ヒータ３ｂ、導電用リード部分（図示省略）、歪みセンサ素子４ａ等を形成する金属膜Ｍと、保護膜６とから、耐食性金属基板２の上面側（接流体表面の裏面側）に薄膜Ｆが形成されており、前記保護膜６には、適宜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。
【００２４】
而して、被測定ガスＧは、センサ部１の下面側（接流体表面側）を耐食性金属基板２に沿って、図２の矢印方向に流れる。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、耐食性金属基板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。
【００２５】
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３ａ1 、３ａ2 の抵抗値の変化を介して測温抵抗３ａ1 、３ａ2 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。
【００２６】
同様に、被測定ガスＧの圧力は、歪みセンサ素子４ａの出力を介して連続的に検出されており、ガスＧの圧力変動は歪みセンサ素子４ａの出力変動として検出される。
尚、後述するように、質量流量センサ部３の出力は被測定ガスＧの圧力に略比例して変動するため、当該圧力センサ部４の検出圧力値を用いて、質量流量センサ部３で検出質量流量の検出値の補正が行なわれる。
【００２７】
前記センサ部１を形成する耐食性金属材料Ｗは、厚さによってセンサ部１の熱容量が変化するため、質量流量センサ部３の応答速度及びセンサ感度に影響が出る。図１及び図２を参照して、本実施形態に於いては、厚さ１５０μｍ以下のステンレス鋼薄板（ＳＵＳ３１６Ｌ）を使用している。１５０μｍ以下にすることによってセンサ部１の熱容量が小さくなり、応答速度やセンサ感度を上昇させることが出来るが、十分な応答速度やセンサ感度が得られるのであれば１５０μｍ以上であっても良いことは勿論である。
【００２８】
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。
【００２９】
前記測温抵抗３ａ1 、３ａ2 、加熱用ヒータ３ｂは前記絶縁膜５上に質量流量センサ部用マスクパターン（図示省略）を用いて形成された金属膜Ｍ1 から形成されており、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から、測温抵抗３ａ1 、３ａ2 及び加熱用ヒータ３ｂ等が夫々形成されている。
【００３０】
同様に、歪みセンサ素子４ａは、前記絶縁膜５上に歪みセンサ部用マスクパターン（図示省略）を用いて形成した金属膜Ｍ2 から形成されており、本実施形態ではＣｒ／Ｃｒ−Ｎｉ／Ｃｒ（厚さ１０μｍ／１００μｍ／１０μｍ）を蒸着法により順次積層して成る金属膜Ｍ2 から、歪みセンサ素子４ａ等が形成されている。
【００３１】
前記保護膜６は測温抵抗３ａ1 、３ａ2 や加熱用ヒータ３ｂ、歪みセンサ素子４ａ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（質量流量センサ部３及び圧力センサ部４）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適宜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。
【００３２】
尚、センサ部１を形成する耐食性金属基板２の裏面側は、厚さ１５０μｍ以下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１０へレーザ溶接等により気密状に固定されることにより、図５に示す如き構造の本発明に依る耐食金属製流体用センサＳが構成される。
【００３３】
次に、前記センサ部１を形成する質量流量センサ部３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を形成する質量流量センサ部３及び圧力センサ部４の製造工程の説明図である。
先ず、耐食性金属材料Ｗとして適宜の形状寸法、例えば直径７０ｍｍφ〜１５０ｍｍφ、厚さ１５０μｍ以下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。
【００３４】
次に、前記準備したステンレス鋼薄板の外裏面に、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｏｘｙ−Ｓｉｌａｎｅ）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））。
【００３５】
その後、前記ＳｉＯ2 膜５の上に、電子ビーム加熱型蒸着装置と質量流量センサ部形成用のフォトマスクパターン（図示省略）を用いて、Ｃｒ／Ｐｔ／Ｃｒ膜（厚さ１０／１００／１０μｍ）から成る測温抵抗３ａ1 、３ａ2 及び加熱用ヒータ３ｂ等のパターンを金属膜Ｍ1 により形成する（図４（ｃ））。
【００３６】
また、前記質量流量センサ部３を形成する金属膜Ｍ1 の形成が終れば、質量流量センサ部形成用のフォトマスクパターンに替えて圧力センサ部形成用のフォトマスクパターン（図示省略）を用い、ＳｉＯ2 膜５上に前記電子ビーム加熱型蒸着装置によりＣｒ／Ｃｒ−Ｎｉ合金／Ｃｒ膜（厚さ１０／１００／１０μｍ）から成る歪みセンサ素子４ａ等のパターンを金属膜Ｍ2 により形成する（図４（ｄ））。
【００３７】
その後、前記図４（ｃ）及び図４（ｄ）の工程で形成した質量流量センサ部３を形成する測温抵抗３ａ1 、３ａ2 及び加熱用ヒータ３ｂ並びに圧力センサ部４を形成する歪みセンサ素子４ａ等の上に、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（ｅ））。
【００３８】
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、電極挿入孔の形成用フォトマスクパターン（図示省略）を用いて、前記保護膜６に測温抵抗３ａ1 、３ａ2 や加熱用ヒータ３ｂ用の口径２００μｍの電極取り出し用の孔（電極挿入孔７）並びに歪みセンサ素子４ａ用の口径約１００μｍの電極取出し用の孔（図示省略）を穿設する（図４（ｆ））。
【００３９】
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は自動的にストップする。その結果、所謂オーバーエッチングに至る危険性は全く無い。
【００４０】
最後に、レジスト９ａ，９ｂを塗布したあと、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円形に貫通させ、センサ部１を材料Ｗから切り離す。
【００４１】
尚、材料Ｗから切り離した円形のセンサ部１は、レジスト９ａ、９ｂ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１０の取付溝１０ａ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１０へ気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流体用センサＳが構成されることになる。
【００４２】
図６は、前記図５に示した本発明に依る流体用センサＳの質量流量検出のための信号検出用回路のブロック構成図であり、当該信号検出用回路は、質量流量センサ部３と圧力センサ部４とから成るセンサ部１、ヒータ駆動回路１１、圧力オフセット調整回路１２ａ、質量流量オフセット調整回路１２ｂ、オフセット調整回路（微調整用）１３、ゲイン調整回路１４、差動増幅回路１５ａ，１５ｂ、質量流量出力端子１６、流体圧力出力端子１７、信号処理回路１８及び乗算処理回路１９等から構成されている。尚、図６に於いて、３ａ1 、３ａ2 は温度センサ素子、４ａ1 、４ａ2 は歪みセンサ素子である。
【００４３】
図６を参照して、ヒータ駆動回路１１の作動により、質量流量センサ部３の加熱が行われ、被測定ガスＧの流通により、質量流量センサ部３の温度センサ素子３ａを形成する上流側測温抵抗３ａ1 及び下流側測温抵抗３ａ2 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差動増幅回路１５ｂへ入力され、その差動増幅出力が質量流量オフセット調整回路１２ｂ、オフセット調整回路１３及び乗算処理回路１９を介して質量流量出力端子１６へ出力される。
【００４４】
本発明のセンサ部１を形成する耐食性金属基板２は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３ａの測温抵抗３ａ1 、３ａ2 の抵抗値が変化し、これによって温度センサ３ａのブリッジ出力が変動することになる。
【００４５】
図７は、本発明の流体用センサＳに於いて、圧力センサ部４による調整、即ち圧力オフセット調整回路１２ａによるゲイン調整や信号処理回路１８からの出力によるオフセット調整回路１３による調整及びゲイン調整回路１４によるゲイン調整をしない場合の流体圧力と、センサＳの質量流量出力（出力端子１６の出力ｍＶ）の関係を示すものであり、曲線Ａ、Ｂ、Ｃは三個のサンプルについての実測値（測温抵抗３ａ1 、３ａ2 への電流値５ｍＡの場合）を示すものである。
【００４６】
尚、加熱用ヒータ３ｂを作動させた場合と加熱用ヒータ３ｂを作動させない場合の何れに於いても、流体圧力の変動によりセンサＳの出力が変動し、また、同じヒータ作動電流であっても、上流側測温抵抗３ａ1 と下流側測温抵抗３ａ2 の流体圧力Ｐに対する抵抗値の変化量が、夫々異なることが実験により確認されている。
【００４７】
上述の如く、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、圧力センサ部４からの出力により、その歪みセンサ素子４ａ1 、４ａ2 、圧力オフセット調整回路１２ａ及び信号処理回路１８等を介して上流側測温抵抗３ａ1 及び下流側測温抵抗３ａ2 から出力される電圧値の増幅率及びオフセットを微調整する構成としているため、流体圧力Ｐの印加により生じた各測温抵抗３ａ1 、３ａ2 の出力電圧値の変化が、前記各増幅率及びオフセット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８は、本発明に依る流体用センサＳの特性を示すものであり、図８の（ａ）は加熱用ヒータ３ｂの温度と抵抗値の関係、（ｂ）は加熱用ヒータ３ｂの電流値と抵抗値の関係、（ｃ）はガス流量（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８の諸特性の測定に供した温度センサ３ａの加熱用ヒータ３ｂの抵抗値は約２．４ｋΩ、測温抵抗３ａ1 、３ａ2 の抵抗値は２．０ｋΩ（両者は同一値）であり、加熱用ヒータ３ｂに１０ｍＡの電流を流すと共に測温抵抗３ａ1 、３ａ2 には１．２ｍＡの電流を流した。また、流体圧力は１００ＫＰａＧの一定値に保持している。
更に、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】
加えて、センサ部１の出力値は、後述する図１４に示した流体用センサＳの流量センサベース１０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宜に切換えすることが出来る。
【００５１】
図９は、本発明に於ける圧力センサ部４を作動させ、前記図６に於ける圧力センサ部４による調整を行なった場合の流体流量とセンサ出力の関係を示すものである。図９に於いて、曲線Ａ1 は流体圧力１００ＫＰａＧで圧力センサ部４を作動させない場合（即ち、前記図８の曲線Ｃ）を、曲線Ａ2 は流体圧力を１５０ＫＰａＧに上昇させた場合を（圧力センサ部４は不作動、他の試験条件は曲線Ａ1 の場合と同一）、曲線Ａ3 は流体圧力１５０ＫＰａＧで圧力センサ部４を作動させた場合（他の試験条件は曲線Ａ1 の場合と同一）を夫々示すものであり、本発明の流体用センサＳに於いては、１００ＫＰａＧから１５０ＫＰａＧに流体圧力が変動しても、圧力センサ部４を作動させることにより、流量−出力特性の変動をほぼ完全に防止できることが確認されている。
【００５２】
図１０は、本発明に係る流体用センサ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１０に於いて、曲線ＳＡは本発明に係る流体用センサＳの流量応答特性であり、横軸の１目盛は２５０ｍｓｅｃ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。
【００５３】
図１１は、前記本発明に係る流体用センサＳのガス流量（ＳＣＣＭ）と検出出力値（Ｖ）の関係（図９）の測定に用いた測定回路のフロー構成図であり、Ｈｅガス源４０から圧力調整器４１を通して圧力式流量制御装置４２へＨｅガスを供給し、ダイヤフラム真空ポンプ４３により排気しつつその排気流量を圧力式流量制御装置４２により測定する。
【００５４】
尚、被測定センサである本発明の流体用センサＳは、圧力式流量制御装置４２の１次側流路に介挿されている。
また、図１１に於いて、４４は流体用センサＳ（流量センサ）の駆動回路、４５はオシロスコープ、４６は信号発信器であり、流体用センサーＳの流量出力Ｓ0 はオシロスコープ４５へ入力され、圧力式流量制御装置４２による流量測定値Ｆ0 と対比される。
【００５５】
図１２は、前記本発明に係る流体用センサＳの供給圧力が変動した場合のガス流量の測定回路のフロー構成図である。
図１２に於いて、４７は三方切換弁、４８はマスフローメータ、４９は２次側管路（内容積１５ｃｃ又は５０ｃｃ）、５０は圧力調整弁（Ｈｅ流量２０ＳＣＣＭでＰ2 が１００Ｔｏｏｒとなるように開度を調整）、Ｐ1 ・Ｐ2 は圧力計である。
【００５６】
測定に際しては、三方切換弁４７を開閉することによりマスフローメータ４８、流体用センサＳ（本発明品・被測定センサ）及び圧力式流量制御装置４２へ供給するＨｅガスの圧力を変動させる。
尚、圧力式流量制御装置４２の２次側管路４９は、その内容積が１５ｃｃ（又は５０ｃｃ）に選定されており、真空ポンプ４３を全負荷運転中に於いてＨｅガス流量が２０ＳＣＣＭの時に、圧力Ｐ2 が１００Ｔｏｒｒとなるように圧力調整弁５０により２次側圧力Ｐ2 が調整されている。
また、オシロスコープ４５へは流体用センサＳの検出流量Ｓ0 とマスフローメータ４８の検出流量Ｍ0 、圧力式流量制御装置４２の検出流量Ｆ0 及び圧力測定値Ｐ1 ・Ｐ2 が夫々入力されており、夫々記録されている。
【００５７】
図１３は、前記図１２の測定回路により測定した結果を示すものであり、供給圧力を２００ＫＰａ・ａｂｓから１５０ＫＰａ・ａｂｓへ変化させたときの各検出値Ｆ0 、Ｐ2 、Ｓ0 、Ｍ0 の変化の状態を示す。本発明の流体用センサＳの流量検出値Ｓ0 とマスフローメータ４８の流量検出値Ｍ0 とを対比した場合、供給圧力の変動に対して両者の流量検出値Ｓ0 、Ｍ0 （流量信号）は夫々追随していることが判る。
【００５８】
図１４は、本発明の流体用センサＳを設けた流体供給機器の一例を示すものであり、流体用センサ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１４に於いて、２１は接手部２０のボディ、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はリードピン、３０はリード線（金線）である。
尚、前記ガイドピン２５・２６は、ボディ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１０とボディ２１間は金属ガスケット２７により気密が保持されている。
【００５９】
また、流体流入口２１ａから流入した流体ガスＧは、流体通路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、流体流出口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。
【００６０】
図１５は、本発明の流体用センサ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１５に於いて、Ｓは流体用センサ、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。
【００６１】
図１６は、本発明の流体用センサＳの組付け位置を変更したものであり、実質的には図１５の場合と略同一である。
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、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。また、流体用センサＳの取付け方法は、図１４の場合と同様であるため、説明を省略する。
【００６２】
図１７乃至図１９は流体制御器を構成する部材へ組み付けするために構成された流体用センサＳの他の例を示すものであり、図１７は平面図、図１８は断面図、図１９は側面図である。
尚、図１７乃至図１９に於いて、３７は中継基板、３８はベアリング、３９はセンサＳの取付ねじ穴、５１は流体流入口、５２は流体流出口である。また、流体用センサＳの取付け方法は、図１４や図１６の場合と同様であるため、説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【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）はステンレス鋼薄板の準備工程、（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）は電極挿入孔の形成工程、（ｆ）はステンレス鋼薄板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示すものである。
【図５】耐食金属製流体用センサの一例を示す断面概要図である。
【図６】本発明に依る流体用センサの質量流量検出のための信号検出用回路のブロック構成図である。
【図７】流体圧力と流体センサ出力／温度センサのブリッジ回路出力との関係を示す線図である。
【図８】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と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９】圧力センサ部４を用いて圧力変動に対する補償を行なった場合のセンサの流量特性を示す線図である。
【図１０】本発明に係る流体用センサの流量応答特性の一例を示す線図である。
【図１１】本発明に係る流体用センサＳの流量特性の測定に用いた測定回路のフロー構成図である。
【図１２】本発明に係る流体用センサＳの供給圧力変動に対する流量特性の測定に用いた測定回路のフロー構成図である。
【図１３】図１２の測定回路により測定した本発明の流体用センサＳの供給圧力変動時の流量特性を示すものである。
【図１４】本発明に依る流体用センサの組付図の一例を示す断面図である。
【図１５】本発明に依る流体用センサの組付図の他の例を示す断面図である。
【図１６】本発明に係る流体用センサの組付図の更に他の例を示す断面図である。
【図１７】本発明に係る流体用センサの他の組付例を示す平面図である。
【図１８】図１７のＢ−Ｂ断面図である。
【図１９】図１７の側面図である。
【図２０】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】
【００６４】
Ｓは耐食金属製流体用センサ、Ｆは薄膜、Ｍ1 は質量流量センサ部を形成する金属膜、Ｍ2 は圧力センサ部を形成する金属膜、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は質量流量センサ部、３ａは温度センサ、３ａ1 、３ａ2 は測温抵抗、３ｂは加熱用ヒータ、４は圧力センサ部、４ａは歪みセンサ素子、５は絶縁膜、６は保護膜、６ａは質量流量センサ部用保護膜、６ｂは歪みセンサ部用保護膜、７は電極挿入孔、９ａ・９ｂはレジスト、１０は流量センサベース、１０ａは取付け溝、１１はヒーター駆動回路、１２ａは圧力オフセット調整回路、１２ｂは質量流量オフセット調整回路、１３はオフセット調整回路（微調整用）、１４はゲイン調整回路、１５ａ，１５ｂは差動増幅回路、１６は質量流量出力端子、１７は流体圧力出力端子、４ａ1 ・４ａ2 は歪みセンサ素子、１８は信号処理回路、１９は乗算処理回路、２０は接手部、２１はボディ、２２はセンサベース押え、２３は配線用基板押え、２４は配線用基板、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、３７は中継基板、３８はベアリング、３９は取付ねじ穴、４０はＨｅガス源、４１は圧力調整器、４２は圧力式流量制御装置、４３はダイヤフラム真空ポンプ、４４は流体用センサＳの駆動回路、４５はオシロスコープ、４６は信号発信器、４７は三方切換弁、４８はマスフローメータ、Ｐ1 ・Ｐ2 は圧力計、４９は圧力式流量制御装置の２次側管路（内容積が１５ｃｃ又は５０ｃｃ）、５０は圧力調整弁、Ｓ0 は流体用センサＳの流量出力、Ｆ0 は圧力式流量制御装置の流量出力、Ｍ0 はマスフローメータの流量出力、ＰＴは２次側圧力計の出力、５１は流体流入口、５２は流体流出口である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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