流量传感器、使用该流量传感器的质量流量计及质量流量控制装置以及流量传感器的制 ...的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明是涉及流量传感器、使用该流量传感器的质量流量计及质量流量控制装置 的发明，特别是，涉及能够在高温的流体中使用的流量传感器。此外，本发明是涉及流量传 感器的制造方法的发明，特别是，涉及如下流量传感器的制造方法，该流量传感器能够有效 地防止在为了抑制伴随着高温下使用的传感器线的电阻值的下降而进行退火处理时，传感 器线的覆盖层消失、传感器线的电绝缘及/或热传导下降。
【背景技术】
[0002] 质量流量计(mass flow meter)以在半导体的制造过程中，监控供给于腔室内的 工艺气体的质量流量为目的而被广泛使用。除了单独使用质量流量计，也可以使用将流量 控制阀及控制电路等其他的构件组合而构成质量流量控制装置(mass flow control)的部 件。质量流量计有各种各样的形式，其中，热式质量流量计由于能够以比较简单的构造正确 地测量工艺气体的质量流量，因而被广泛使用。
[0003] 例如，如专利文献1所公开的那样，热式质量流量计包括:流路，其供工艺气体流 动;旁路，其设于流路的中间；传感器管路，其在旁路的上游侧自流路分岔并在旁路的下游 侧与流路再次合流;一对传感器线，其卷绕于传感器管路；以及传感器电路，其包含电桥电 路，电桥电路包括传感器线及其他的电阻元件。由于旁路对于工艺气体具有流体阻力，因 此，在流路流动的工艺气体中的一定比例的工艺气体会向传感器管路分岔。因此，通过测量 流向传感器管路的工艺气体的质量流量，能够求得流向流路的工艺气体的质量流量。
[0004] 若向传感器线流入规定的电流，则会向在传感器管路中流动的工艺气体施加热 量。该热量伴随着工艺气体的流动自上游侧向下游侧移动。利用热量的移动使得传感器线 的温度分布成为相对于传感器管路的长度方向呈非对称，由于上游侧和下游侧的传感器线 的电阻的温度差，使得在电桥电路的终端之间产生电位差。利用传感器电路检测出该电位 差，由此，能够测量在传感器管路中流动的工艺气体的质量流量。在本说明书中，质量流量 计中，将包含传感器管路和传感器线的部分称为"流量传感器"。
[0005] 图4是表示现有技术的流量传感器1的剖面的构造的示意图。传感器线3以线圈状 卷绕于传感器管路2,在传感器管路2及传感器线3的周围设有覆盖层4。覆盖层4根据其位置 和功能可以分成4个部分。第1覆盖层41设为与传感器管路2的表面相接触，构成用于防止传 感器管路2和传感器线3之间的导通的绝缘层。第2覆盖层42设为与传感器线3的表面相接 触，构成用于防止传感器线3彼此之间的导通的绝缘层。第3覆盖层43设于由第1覆盖层41和 第2覆盖层42包围的空间，具有将传感器线3固定于传感器管路2的功能。第4覆盖层44设为 覆盖卷绕于传感器管路2的传感器线3的整体，具有将传感器线3彼此固定的功能。在本说明 书中，自第1覆盖层到第4覆盖层总称为"覆盖层"。
[0006] 对于构成覆盖层的材料，要求具有作为电绝缘体的功能、作为粘接剂的功能及作 为导热体的功能。此外，优选的是，能够较薄地形成于传感器管路及传感器线的表面，且具 有即使将形成覆盖层之后的传感器线缠绕于传感器管路也不会产生龟裂的挠性。从这些观 点来看，对于现有技术中的流量传感器的覆盖层，适当地使用聚酰胺酰亚胺或聚酰亚胺。其 中，由于聚酰亚胺在有机材料中是耐热性最良好的材料之一，因此更优选。
[0007] 虽然聚酰亚胺是自身耐热性良好的材料，作为进一步提高覆盖有由聚酰亚胺形成 的覆盖层的导线的耐热性的技术，例如，在专利文献2中，公开了具有在聚酰亚胺中微弥散 有二氧化硅的构造的覆盖层的二氧化硅微弥散聚酰亚胺漆包线。根据该发明，相比于仅包 含聚酰亚胺的覆盖层，能够进一步提高耐热性，能够实现挠性、卷线性及对导体的密合性良 好的绝缘覆盖层。
[0008] 此外，在半导体技术领域中，例如，在最新的个人计算机中所使用的微处理器的情 况下，配线电路的宽度细微化到20nm左右，在一个微芯片安装多个芯等，从而将细微化、高 集成化达到极限。为了高精度地进行这样的具有致密复杂的构造的半导体的成膜过程和加 工过程，开始使用以往未使用过的各种各样种类的工艺气体。
[0009] 例如，某种液体材料的气化气体、固体材料的升华气体，由于蒸气压极低，所以可 能会在常温的配管内凝结（以后，存在将这样的气体称为"凝结性气体"的情况）。在测量凝 结性气体的质量流量的情况下，将包括腔室在内的所有配管系统加热并使其保持在临界温 度以上的高温(例如300°C以上），由此，在不使凝结性气体凝结的前提下将其导入半导体制 造装置，尝试用于半导体的制造过程。
[0010]现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1:日本特开2009-192220号公报 [0013] 专利文献2:日本特开平10-289622号公报 [0014]非专利文献
[0015] 非专利文献 l:Clarebrough，L.M.，Hargreaves，Μ·Ε· and West，G.W·，"The release of energy during annealing of deformed metals^,Proceedings of the Royal Society，1955，A232，p.252-270
【发明内容】
[0016] 发明要解决的问题
[0017] 在欲使用现有技术中的流量传感器测量凝结性气体的质量流量的情况下，会发生 以下问题。
[0018] 第1，有可能会在传感器管路的内部凝结凝结性气体。由于构成流量传感器的传感 器管路是细长的管，无法将凝结性气体的流量变得很大。由于相比于流量传感器的热容量， 凝结性气体所具有的热量不够大，因此，在凝结性气体通过传感器管路的内部期间凝结性 气体的温度降低到临界温度以下，变得易于凝结。若在传感器管路的内部引起凝结性气体 的凝结，变成液体或固体附着于内壁，则传感器管路的剖面积降低，自流路向传感器管路分 岔的凝结性气体的比例下降，由此，无法正确地测量在流路中流动的凝结性气体的质量流 量。
[0019] 第2,在覆盖层由聚酰亚胺形成的情况下，若持续加热流量传感器则无法维持电绝 缘。以解决第1问题为目的欲将流量传感器加热到大致300°C左右。若构成覆盖层的聚酰亚 胺在大气中长时间被加热至300°C以上，则聚酰亚胺会与大气中的氧发生化学反应，变成气 体逐渐消失。若导致用于隔离相邻的传感器线之间的第2覆盖层消失，则有可能在相邻的传 感器线之间引起电接触。此外，若还导致用于隔离传感器管路和传感器线间的第1覆盖层消 失，则有可能在传感器管路和传感器线之间也引起电接触。若引起这些电接触，则传感器线 的电阻值下降，因此，会导致通过向传感器线通电而进行的工艺气体的加热变得困难、流量 传感器的灵敏度下降。
[0020] 第3，在覆盖层由聚酰亚胺形成的情况下，若持续加热流量传感器，则会导致传感 器管路和传感器线之间的热传导变差。如上所述，若使构成覆盖层的聚酰亚胺的消失进行， 则填充于由传感器管路和相邻的传感器线包围的间隙的第3覆盖层消失、隔离传感器管路 和传感器线之间的第1覆盖层的膜厚变薄。若如此，即使没有引起传感器管路和传感器线之 间的电接触，也会在传感器管路和传感器线之间产生间隙从而妨碍热的移动，因此，使得通 过向传感器线通电而进行的工艺气体的加热变得困难、流量传感器的灵敏度下降。
[0021] 本发明是鉴于上述的各个问题而做成的，其目的之一在于提供一种即使在为了防 止凝结性气体的凝结而在高温下使用的情况下，也能够比现有技术中的流量传感器更长时 间地持续使用的流量传感器。
[0022] 此外，上述第2及第3的问题在欲测量凝结性气体的质量流量以外的情况下也会发 生。具体地说，传感器线是通过在热环境下使用拉丝模及/或在冷环境下使用拉丝模加工金 属材料从而制造成的。此时，伴随着拉丝过程中的塑性变形，向构成传感器线的金属材料的 晶格导入多个位错(dislocation)。此外，在将传感器线缠绕于传感器管路的周围时也会引 起塑性变形，导致晶格中的位错增大(位错密度提高）。
[0023] 如上所述在向晶格导入多个位错的状态下，由于晶格的周期性损坏，因此，传感器 线的电阻值变得比材料本来的电阻值大。但是，已知导入金属材料的晶格中的位错会在将 该金属材料加热至规定温度以上时消失，且金属材料的电阻值接近材料本来的电阻值(例 如，参照非专利文献1)。因此，如上所述，若为了防止凝结性气体的凝结而在高温下使用流 量传感器，则存在如下情况，在流量传感器的使用时间的经过的同时，在传感器线的塑性加 工时及/或传感器线向传感器管路缠绕时导入的位错逐渐消失，传感器线的电阻值逐渐下 降。
[0024] 若如上所述那样伴随着晶格中的位错的消失，导致传感器线的电阻值下降，则实 际上即使气体的流量不发生变化，流量传感器的输出也会变化。该缺陷被称为"量程变化" (日文 ：スパレ变化）。此外，在上游侧的传感器线的电阻值的降低率与下游侧的传感器线的 电阻值的降低率不相等的情况下，上游侧的传感器线的电阻值与下游侧的传感器线的电阻 值的差随时间变大。其结果是，即使实际上气体没有流动，流量传感器的输出也不是零。该 缺陷被称为"零点漂移"（日文：七'口シフ卜）。在流量计或质量流量装置的流量传感器中，若 发生这样的量程变化及/或零点漂移，则流量传感器的输出发生变化、零点偏移，难以正确 地测量气体的流量。
[0025] 对于抑制由上述的传感器线的塑性加工所引起的量程变化、零点漂移，通过某种 方法对传感器线加热升温进行所谓的"退火(烧钝)处理"，从而预先使塑性加工时导入的位 错消失是有效的。退火处理能够针对欲使位错消失的材料，在从引起恢复(recovery)的温 度(恢复温度)到引起再结晶(recry sta llizati on)的温度的范围内的温度下实施。具体地 说，退火处理例如在300°C以上的高温下进行。
[0026]因此，若在形成上述的覆盖层之后在大气中进行退火处理，则与欲在高温下测量 凝结性气体的质量流量的情况一样，可能会引起覆盖层的消失等，从而无法维持利用覆盖 层所达到的电绝缘，或传感器管路和传感器线之间的热传导变差。若如此，虽然不至于会引 起传感器管路和传感器线之间的电接触，但也会使由向传感器线通电而进行的工艺气体的 加热变得困难、流量传感器的灵敏度下降。
[0027]本发明是鉴于上述问题而做成的。即，本发明的目的之一在于提供一种流量传感 器的制造方法，该流量传感器能够有效地防止在为了抑制伴随着高温下使用的传感器线的 电阻值的下降而进行退火处理时，传感器线的覆盖层消失、传感器线的电绝缘及/或热