JP2019066410A - 計測器及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管路に流れる液体の温度及び濃度を算出する。【解決手段】管路に配設される計測器であって、該管路に配設された２つの超音波振動子と、制御部と、を有し、該制御部は、超音波伝播時間算出部と、平均伝播時間算出部と、関係登録部と、を備え、該関係登録部には、該液体の濃度及び温度と、該液体中を伝播する超音波の伝播時間及び振幅と、の関係が登録されており、該超音波伝播時間算出部は、該２つの超音波振動子の一方で発生し該管路に流れる液体中を伝播する該超音波の伝播時間を第１の伝播時間として算出し、該２つの超音波振動子の他方で発生する該超音波の伝播時間を第２の伝播時間として算出し、該平均伝播時間算出部は、該第１の伝播時間と、該第２の伝播時間と、の平均を平均伝播時間として算出し、該制御部は、該平均伝播時間と、超音波の振幅と、該関係と、から該管路に流れる液体の濃度及び温度を導出する機能を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、超音波を利用して管路に流れる液体を計測する計測器と、該計測器を備える加工装置に関する。

被加工物を加工する加工ユニットを備える加工装置では、該被加工物や該加工ユニットに各種の液体や液状混合物が供給される。該加工装置は、該液体等の供給源と、該液体等を噴出する噴出口と、該供給源及び該噴出口を接続する管路と、を備える。該加工装置では、該加工装置を適切に稼働させるために、所定の温度及び濃度の該液体等が所定の流量及び流速で該管路に流される。

該管路に流れる液体等の流量及び流速を測定する計測器として、該管路に配設される超音波流量計が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。該超音波流量計は、管路内を流れる測定対象となる液体等の中に超音波を伝播させ、上流側から下流側に伝播する超音波の速度と、下流側から上流側に伝播する超音波の速度と、を比較することで該液体等の流量及び流速を測定する。

ところで、該加工装置で使用される液体等は、例えば、純水、または、酸性溶液、アルカリ溶液、その他の溶液等の液体であり、または、スラリー（懸濁液）等の固体粒子を分散させた液状混合物である。以下、該液体及び該液状混合物を単に液体とする。また例えば、該液体は、該被加工物をレーザ加工する際に該被加工物の表面の汚染防止のために該表面に塗布される水溶性樹脂である。このような各種の液体を使用する加工装置が知られている（特許文献３及び特許文献４参照）。

特開２０１１−７７６３号公報 特開２０１５−２０６５９３号公報 特開２００３−２５７９０５号公報 特開２０１０−１９４６７２号公報

各種の液体は温度により性質が変化するため、該加工装置では該液体の温度が該液体の作用に影響する場合がある。したがって、該加工装置では該液体の温度が厳密に管理される必要がある。しかし、例えば、該加工装置が備える該液体の供給源にて該液体の温度が管理されても、該液体が所定の箇所に供給されるまでの間に該液体の温度が変化する場合があり、所定の温度の該液体を該被加工物等に供給できない場合がある。そのため、被加工物等に液体が供給される直前に液体の温度を確認したい、との需要がある。

また、各種の液体は濃度により性質が変化する。ここで、濃度とは、液体に溶解している溶質の割合や、液体に分散されている物質の割合等を指す。該液体の供給源には所定の濃度の液体が収容されるが、該供給源に所定の濃度ではない液体が誤って準備される場合や、該液体中に均一に物質が分散せず濃度に偏りが生じる場合等、所定の濃度の液体が該被加工物等に供給されないおそれがある。そのため、被加工物に液体が供給される直前に液体の濃度を確認したい、との需要がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、管路に流れる液体の温度及び濃度を算出できる計測器を提供することである。

本発明の一態様によると、物質が溶解又は分散された液体の流路となる管路に配設される計測器であって、該管路の上流側と、下流側と、にそれぞれ配設された２つの超音波振動子と、該２つの超音波振動子に電気的に接続された制御部と、を有し、該制御部は、超音波伝播時間算出部と、平均伝播時間算出部と、振幅算出部と、第１の関係登録部と、を備え、該第１の関係登録部には、該液体の濃度及び温度と、該液体中を伝播する超音波の伝播時間及び振幅と、の第１の関係が登録されており、該超音波伝播時間算出部は、該２つの超音波振動子の一方で発生し該管路に流れる液体中を伝播する該超音波を該２つの超音波振動子の他方で観測することで得られた波形情報から、該管路に流れる液体中を伝播する該超音波の伝播時間を第１の伝播時間として算出し、該２つの超音波振動子の該他方で発生し該管路に流れる液体中を伝播する該超音波を該２つの超音波振動子の該一方で観測することで得られた波形情報から、該管路に流れる液体中を伝播する該超音波の伝播時間を第２の伝播時間として算出し、該平均伝播時間算出部は、該第１の伝播時間と、該第２の伝播時間と、の平均を平均伝播時間として算出し、該振幅算出部は、該２つの超音波振動子の該一方で発生し該管路に流れる液体中を伝播する該超音波を該２つの超音波振動子の該他方で観測することで得られた該波形情報から該超音波の振幅を算出し、該制御部は、該超音波伝播時間算出部が算出した該平均伝播時間と、該振幅算出部が算出した該振幅と、該第１の関係登録部に登録された該第１の関係と、から該管路に流れる液体の濃度及び温度を導出する機能を有することを特徴とする計測器が提供される。

また、本発明の一態様において、該制御部は、さらに第２の関係登録部を有し、該第２の関係登録部は、該液体の濃度及び温度と、該管路に流れる液体中を伝播する超音波の伝播時間と、の第２の関係が登録され、該制御部は、該超音波伝播時間算出部が算出した該平均伝播時間と、該振幅算出部が算出した該振幅と、該第１の関係登録部に登録された該第１の関係と、から該管路に流れる液体の温度を算出し、その後、該超音波伝播時間算出部が算出した該平均伝播時間と、算出された該温度と、該第２の関係登録部に登録された該第２の関係と、から該管路に流れる液体の濃度を導出する機能を有していてもよい。

さらに、チャックテーブルと、加工ユニットと、該チャックテーブルで保持された被加工物に液体を供給する供給路となる管路と、該管路に配設された該計測器と、を備え、該加工ユニットで該被加工物を加工する加工装置であって、該計測器は、該管路に流れる液体の濃度又は温度を導出する機能を有することを特徴とする加工装置もまた本発明の一態様である。

本発明の一態様に係る計測器は、計測対象となる液体が流れる管路に配設される。該計測器は、該管路の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた超音波振動子と、２つの該超音波振動子に電気的に接続された制御部と、を有する。制御部が備える第１の関係登録部には、該液体の濃度及び温度と、該液体中を伝播する超音波の伝播時間及び振幅と、の第１の関係が登録されている。

該計測器では、一方の超音波振動子が超音波を発生させ、他方の超音波振動子が管路に流れる液体中を伝播する該超音波を観測する。そして、超音波の伝播時間及び振幅を算出し、該第１の関係登録部に登録された第１の関係を用いて、該管路に流れる液体の濃度及び温度を算出する。該計測器は、液体が流れる管路に配設される超音波流量計に代えて該管路に配設することができるため、該計測器を配設するための新たな空間を加工装置内部に用意する必要もない。

したがって、本発明の一態様によると、管路に流れる液体の温度及び濃度を算出できる計測器が提供される。

加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。 加工ユニットによる被加工物の加工を模式的に示す断面図である。 管路に配設される計測器の一例を模式的に示す断面図である。 図４（Ａ）は、超音波振動子で観測される超音波の波形の一例を模式的に示すチャートであり、図４（Ｂ）は、振幅の異なる２つの超音波の波形を模式的に示すチャートである。 図５（Ａ）は、第１の関係登録部に登録された第１の関係の一例を示す図であり、図５（Ｂ）は、第２の関係登録部に登録された第２の関係の一例を示す図である。 図６（Ａ）は、管路に流れる液体の流速が比較的早い場合に観測される上下流両方向の超音波の波形の重ね合わせを模式的に示すチャートであり、図６（Ｂ）は、管路に流れる液体の流速が比較的遅い場合に観測される上下流両方向の超音波の波形の重ね合わせを模式的に示すチャートである。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係る計測器は、液体や液状混合物が流れる管路に配設される計測器である。該液体等は、例えば、半導体ウェーハ等の被加工物を加工する加工装置において、該加工装置が備える加工ユニットや該被加工物に供給される。

該液体等は、例えば、純水、酸性溶液、アルカリ溶液、その他の溶液等の液体であり、または、スラリー（懸濁液）等の固体粒子を分散させた液状混合物である。以下、該液体及び該液状混合物を単に液体とする。アルカリ溶液は、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、又は、炭酸水素カリウムのいずれか一または複数が溶解した溶液である。

また該液体は、例えば、該被加工物をレーザ加工する際に該被加工物の表面に塗布される水溶性樹脂である。該水溶性樹脂は、レーザ加工により飛散する該被加工物の溶融物が該被加工物の該表面に付着するのを防止し、レーザ加工後に純水等により該表面から洗い流される。

該加工装置において該加工ユニットや該被加工物に供給される液体は、該液体の用途に応じた適切な濃度及び温度に調整される。本実施形態に係る計測器によると、管路に流れる該液体の濃度及び温度を算出できる。該液体の濃度は、例えば、質量パーセント濃度であり、該液体の単位質量当たりの該物質の質量の割合の百分率である。

次に、液体を所定の箇所に供給するための管路と、該計測器と、加工ユニットと、が備えられた加工装置の一例について、図１を用いて説明する。図１は、半導体ウェーハ等の被加工物を研磨加工する研磨装置２を模式的に示す斜視図である。

研磨装置２の装置基台４の上面には、開口４ａが設けられている。該開口４ａ内には、被加工物を吸引保持するチャックテーブル６が上面に載るＸ軸移動テーブル８が備えられている。該Ｘ軸移動テーブル８は、図示しないＸ軸方向移動機構によりＸ軸方向に移動可能である。該Ｘ軸移動テーブル８は、Ｘ軸方向移動機構によりチャックテーブル６上で被加工物が着脱される搬入出領域１０と、該チャックテーブル６上に吸引保持される被加工物が研磨加工される加工領域１２と、に位置付けられる。

該チャックテーブル６の上面は、該被加工物を保持する保持面６ａとなる。該チャックテーブル６は、一端が該チャックテーブル６の保持面６ａに通じ、他端が図示しない吸引源に接続された吸引路（不図示）を内部に備える。該吸引源を作動させると、該保持面６ａ上に載せられた被加工物に負圧が作用して、該被加工物はチャックテーブル６に吸引保持される。また、該チャックテーブル６は該保持面６ａに垂直な軸の周りに回転できる。

該加工領域１２の上方には、該被加工物を加工する研磨ユニット（加工ユニット）１４が配設される。装置基台４の後方側には支持部１６が立設されており、この支持部１６により研磨ユニット１４が支持されている。支持部１６の前面には、Ｚ軸方向に伸長する一対のＺ軸ガイドレール１８が設けられ、それぞれのＺ軸ガイドレール１８には、Ｚ軸移動プレート２０がスライド可能に取り付けられている。

Ｚ軸移動プレート２０の裏面側（後面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール１８に平行なＺ軸ボールねじ２２が螺合されている。Ｚ軸ボールねじ２２の一端部には、Ｚ軸パルスモータ２４が連結されている。Ｚ軸パルスモータ２４でＺ軸ボールねじ２２を回転させれば、Ｚ軸移動プレート２０は、Ｚ軸ガイドレール１８に沿ってＺ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動プレート２０の前面側下部には、被加工物の研磨加工を実施する研磨ユニット１４が固定されている。Ｚ軸移動プレート２０をＺ軸方向に移動させれば、研磨ユニット１４はＺ軸方向（加工送り方向）に移動できる。

研磨ユニット１４は、基端側に連結されたモータにより回転するスピンドル２８と、該スピンドル２８の先端側に装着され該スピンドル２８の回転に従って回転する研磨ホイール３０と、該研磨ホイール３０の下面に備えられた研磨パッド３２と、を備える。該モータはスピンドルハウジング２６内に備えられている。

研磨ユニット１４についてさらに詳述する。図２は、研磨ユニット（加工ユニット）１４による被加工物の研磨（加工）を模式的に示す部分断面図である。図２に示す通り、チャックテーブル６の保持面６ａ上に吸引保持された被加工物１を研磨する際、該チャックテーブル６を回転させるとともに、該研磨ホイール３０を回転させながら研磨ホイール３０を下降させる。すると、被加工物１の被研磨面に該研磨パッド３２が押し当てられて、該被加工物１が研磨される。

スピンドル２８及び研削ホイール３０の内部には、研削ホイール３０の下面に設けられた噴出口３４に一端が接続された送液路３６が配設される。該送液路３６の他端側には液体の供給源４０が接続されており、該供給源４０には液体が貯留されている。該管路３８には、該供給源４０からの該液体の供給の開始と、停止と、を制御する切り替え部４４と、該管路３８に流れる該液体を計測する計測器４２と、が配設される。該被加工物１の研磨時には、該切り替え部４４を作動させて、被加工物１に該液体を供給させる。

該液体は、例えば、固体粒子を分散させたスラリーである。該スラリーは、予定されている研磨の内容や被加工物の種別等により、分散媒の種別や、固体粒子の種別、該固体粒子の形状及び大きさ等が選択される。該供給源４０には、被加工物１の研磨に適した液体が準備される。

該液体の温度により該液体の作用の程度が変化する場合がある。被加工物１に供給される該液体の温度が所定の温度となっていなければ、所望の研磨加工を実施できない可能性がある。しかし、該液体の供給源４０にて該液体の温度が管理されても、該被加工物１に供給されるまでの間に温度が変化する場合がある。

また、各種の液体は濃度により性質や作用が変化する。ここで、濃度とは、液体に溶解している溶質の割合や、液体に分散されている物質等の割合等を指す。該液体の供給源には所定の濃度の液体が収容されるが、該供給源に誤った種類や濃度の液体が供給される場合や、該液体中に均一に物質が分散しておらず濃度に部分的な偏りが生じる場合に、適切な加工を実施できなくなるため問題となる。

そのため、該液体が流れる管路３８に温度を計測する温度計や、濃度を計測する濃度計を配設して、液体の温度や濃度を適切に管理するのが好ましい。しかし、管路３８には液体の流量を計測する流量計が配設される場合があり、研磨装置（加工装置）内の限られた空間の中で、該管路３８にそれらの計測機器をすべて個別に取り付けるのは容易ではない。また、計測機器の数が増える程、費用がかさむ。そこで、本実施形態に係る計測器４２を該管路３８に配設する。

該計測器４２について説明する。図３は、管路３８に配設された計測器４２の一例を模式的に示す図である。該計測器４２は、管路３８の上流側３８ａと、下流側３８ｂと、にそれぞれ配設された２つの超音波振動子４６を有する。２つの該超音波振動子４６は、超音波を発生させることができる。また、該超音波振動子４６は、該超音波振動子４６に伝播した超音波を観測することができる。

例えば、該２つの超音波振動子４６の一方から超音波を発生させると、管路３８を流れる液体に該超音波が伝播する。該液体中に伝播する超音波を該２つの超音波振動子４６の他方で観測することができる。同様に、該２つの超音波振動子４６の該他方から超音波を発生させることができ、該超音波を該２つの超音波振動子４６の該一方で観測できる。

該計測器４２は、さらに、該２つの超音波振動子４６に電気的に接続された制御部５２を有する。該制御部５２は計測器４２による超音波の計測を制御する。該制御部５２は、該２つの該超音波振動子４６に電気的に接続された切り替え部５４を有する。該切り替え部５４は、超音波を発生させる超音波振動子４６と、該超音波を観測させる超音波振動子４６と、を切り替える機能を有する。

該切り替え部５４は、電源５６に電気的に接続されており、該電源５６を一方の超音波振動子４６に接続して該超音波振動子４６に超音波を発生させることができる。また、該切り替え部５４は、増幅器５８に電気的に接続されており、他方の超音波振動子４６を該増幅器５８に接続する。該他方の超音波振動子４６に到達した該超音波は波形情報を含む電気信号に変換され、該電気信号は該増幅器５８に送られる。該電気信号には、例えば、該超音波が電圧値に変換された波形情報が含まれる。

該増幅器５８は、該計測器４２の算出部６０に電気的に接続されており、該波形情報を含む電気信号を増幅して、該算出部６０に送る。該算出部６０は、超音波伝播時間算出部６２と、振幅算出部６４と、第１の関係登録部６６と、第２の関係登録部６８と、流速算出部７０と、流量算出部７２と、平均伝播時間算出部７４と、温度濃度算出部７６と、を備える。該算出部６０では、該波形情報を基に、該管路３８を流れる液体の温度、流速、流量、濃度等が算出される。

該増幅器５８で増幅された波形情報を含む電気信号は、算出部６０の該超音波伝播時間算出部６２と、振幅算出部６４と、に送られる。該超音波伝播時間算出部６２は、該電気信号を解析し、該電気信号に含まれる該超音波の波形情報を得て、２つの超音波振動子４６間を伝播した超音波の伝播時間を算出する。

該超音波伝播時間算出部６２は、該２つの超音波振動子４６の一方で発生し該管路３８に流れる液体中を伝播する超音波を該２つの超音波振動子４６の他方で観測することで得られた波形情報から、該超音波の伝播時間を第１の伝播時間として算出する。さらに、超音波伝播時間算出部６２は、該２つの超音波振動子４６の該他方で発生し該管路３８に流れる液体中を伝播する超音波を該２つの超音波振動子４６の該一方で観測することで得られた波形情報から、該超音波の伝播時間を第２の伝播時間として算出する。

図４（Ａ）は、超音波振動子４６で観測される超音波の波形の一例を模式的に示すチャートである。図４（Ａ）には、上流側の超音波振動子４６で発生し下流側の超音波振動子４６で観測される超音波の波形７８と、下流側の超音波振動子４６で発生し上流側の超音波振動子４６で観測される超音波の波形８０と、の一例が模式的に示されている。

該超音波振動子４６は、例えば、圧電素子を含み、該超音波振動子４６に到達した超音波は該圧電素子により電圧に変換される。該チャートの横軸は超音波の伝播時間を表し、該チャートの縦軸は超音波の強度を表す。

管路３８に流れる液体は上流側３８ａから下流側３８ｂに所定の流速で流れているため、管路３８に流れる液体中を伝播する超音波の速度は該液体の流れの影響を受ける。例えば、上流側３８ａから下流側３８ｂに伝播する超音波の速度は、静止する該液体中を伝播する超音波の速度よりも速く、下流側３８ｂから上流側３８ａに伝播する超音波の速度は、静止する該液体中を伝播する超音波の速度よりも遅い。

そのため、第１の伝播時間８２は、第２の伝播時間８４よりも小さい。管路に流れる液体の流速が速くなる程該液体中を伝播する超音波伝播時間差８８が大きくなる。

該超音波伝播時間算出部６２は、平均伝播時間算出部７４に接続されており、算出した該第１の伝播時間８２と、該第２の伝播時間８４と、を該平均伝播時間算出部７４に伝達する。該平均伝播時間算出部７４は、該第１の伝播時間８２と、該第２の伝播時間８４と、の平均を平均伝播時間８６として算出する。該平均伝播時間算出部７４は、該温度濃度算出部７６に接続されており、算出した該平均伝播時間８６を該温度濃度算出部７６に伝達する。

振幅算出部６４は、該２つの超音波振動子４６の該一方で発生し該管路３８に流れる液体中を伝播する該超音波を該２つの超音波振動子４６の該他方で観測することで得られた該波形情報から該超音波の振幅を算出する。該振幅算出部６４は、該温度濃度算出部７６に接続されており、算出した該超音波の振幅を該温度濃度算出部７６に伝達する。

なお、振幅算出部６４は、該２つの超音波振動子４６の該他方で発生し該管路３８に流れる液体中を伝播する該超音波を該２つの超音波振動子４６の該一方で観測することで得られた該波形情報から該超音波の振幅を算出してもよい。また、該振幅算出部６４は、観測された２つの該超音波の振幅の平均を超音波の振幅として算出してもよい。

図４（Ｂ）は、振幅の異なる２つの超音波の波形を模式的に示すチャートである。ここで、該超音波の振幅は、観測された該超音波の強度（電圧値）の絶対値の最大値とする。例えば、該図４（Ｂ）では、上側に示す超音波の波形９０における振幅９４ａは、下側に示す超音波の波形９２における振幅９４ｂよりも大きい。

第１の関係登録部６６には、該液体の濃度及び温度と、該液体中を伝播する超音波の伝播時間及び振幅（電圧値）と、の第１の関係が予め登録されている。一般に、液体の濃度や温度が変化すると該液体の粘性が変化するため、液体中を所定の距離伝播する超音波の伝播時間及び振幅は、該液体の濃度及び温度により決まる。図５（Ａ）に、上述のアルカリ溶液の一種における該第１の関係６６ａの一例を示す。該第１の関係６６ａは、予め該第１の関係登録部６６に登録される。

図５（Ａ）に例示された第１の関係６６ａは、特定の温度及び濃度に調整された上述のアルカリ溶液に超音波を伝播させる実験により得られた関係である。該実験では、０ｗｔ％、５ｗｔ％、及び、５０ｗｔ％の３種類の濃度の異なるアルカリ溶液を使用した。それぞれの溶液を１５℃、１８℃、２１℃、２４℃、２７℃、及び、３０℃の温度にして、該液体中を伝播する超音波を観測して、伝播時間（μｓｅｃ）と、振幅が反映された観測電圧値（Ｖ）と、を得た。該実験の結果は、図５（Ａ）にプロットされている。

図５（Ａ）に示される通り、各温度条件で該伝播時間（μｓｅｃ）と、該振幅が反映された観測電圧値（Ｖ）と、が一次関数上に並ぶ傾向にあることが示された。該観測電圧値（Ｖ）と、伝播時間（μｓｅｃ）と、は該液体の濃度を媒介変数とした媒介変数表示が可能である。すなわち、該液体中を所定の距離伝播する超音波の伝播時間（μｓｅｃ）と、該観測電圧値（Ｖ）と、が測定により得られると、図５（Ａ）に例示する第１の関係６６ａを用いることで該溶液の濃度を算出できる。

また、測定により得られた伝播時間（μｓｅｃ）と、振幅が反映された観測電圧値（Ｖ）と、がいずれの一次関数上にプロットされるかを判別できると、該液体の温度を算出できる。

第１の関係登録部６６には、様々な種類の液体について第１の関係６６ａが登録される。該第１の関係６６ａは、複数の濃度条件及び複数の温度条件で超音波を該液体中に所定の距離伝播させて該超音波を観測し、振幅が反映された観測電圧値（Ｖ）と、伝播時間（μｓｅｃ）と、を得て作成される。該第１の関係は、例えば、濃度既知の液体を管路３８に供給し、該管路３８を所定の温度に加熱し、２つの超音波振動子４６を用いた超音波の測定により作成される。

第１の関係６６ａを作成する際の測定点数が多くなるほど、得られる第１の関係６６ａの精度が高くなる。該管路３８を流れる液体中を伝播する超音波を観測し、精度の高い該第１の関係６６ａを用いて該液体の濃度及び温度を算出すると、実際の該液体の濃度及び温度からのずれの小さい算出結果が得られる。

ただし、様々な種類の液体について、複数の濃度の異なる液体を準備し、管路３８に該液体を供給し、該液体が所定の温度で安定するまで待機し、超音波を該液体中に伝播させて観測を繰り返して精度の高い第１の関係６６ａを作成するのは、手間と時間がかかる。また、周辺環境の影響を排除して管路３８中の液体を所定の温度に正確に維持するのは容易ではない。そのため、測定点数を少なくして該第１の関係６６ａを得る手間等を軽減させる場合がある。この場合、得られた該第１の関係６６ａの精度が低くなる。

さらに、液体の種類次第では、各種の条件で超音波を測定してプロットをグラフ上に並べ、所定の方法で該プロットを貫くような一次関数を求めようとしても、各プロットの該一次関数からのずれが大きくなる場合がある。これらの理由により、作成される第１の関係６６ａの精度がやむを得ず低くなる場合がある。

精度の低い第１の関係６６ａを利用して管路３８を流れる液体の濃度及び温度を算出しようとするとき、温度よりも濃度が比較的正確に算出されにくい傾向にある。そこで、第１の関係登録部６６に登録された第１の関係６６ａの精度が低い場合等においても該液体の濃度を比較的正確に算出できるように、第１の関係６６ａに加えて次に説明する第２の関係を用いてもよい。

第２の関係登録部６８には、該液体の濃度及び温度と、該液体中を伝播する超音波の伝播時間と、の第２の関係が予め登録されている。図５（Ｂ）に、上述のアルカリ溶液の一種における該第２の関係６８ａの一例を示す。該第２の関係６８ａは、予め該第２の関係登録部６８に登録される。

図５（Ｂ）で例示された第２の関係６８ａは、上述の第１の関係６８ａを作成する際に実施される実験の結果から作成される。図５（Ｂ）に示す通り、該第２の関係６８ｂにおいては、実験の結果から得られた該液体の濃度（ｗｔ％）と、伝播時間（μｓｅｃ）と、をグラフ上にプロットすると、各プロットが二次関数上に並ぶ傾向にある。該液体の温度により、各プロットがいずれの二次関数上に並ぶかが決定される。

上述の第１の関係６８ａを用いて管路３８に流れる液体の温度を算出できると、算出された該温度と、液体中を伝播する超音波の伝播時間と、該第２の関係登録部６８に登録された該第２の関係６８ａと、から該管路３８に流れる液体の濃度を導出できる。該第１の関係６８ａの精度が低い場合でも、該第２の関係６８ａを用いて該濃度を算出すると、該第１の関係６６ａのみを用いて濃度を算出する場合よりも正確に濃度を算出できる。

該算出部６０が備える温度濃度算出部７６は、該超音波伝播時間算出部６２と、該振幅算出部６４と、該第１の関係登録部６６と、該第２の関係登録部６８と、に接続されている。該温度濃度算出部７６は、該超音波伝播時間算出部６２が算出した該平均伝播時間と、該振幅算出部６４が算出した該振幅と、該第１の関係登録部６６に登録された該第１の関係６６ａと、から該管路３８に流れる液体の濃度及び温度を導出する機能を有する。

例えば、該温度濃度算出部７６は、該第１の関係登録部６６から読み出した該第１の関係６６ａ上に該振幅算出部６４が算出した振幅が反映された観測電圧値と、該超音波伝播時間算出部６２が算出した該平均伝播時間と、をプロットする。ここで、該超音波の伝播速度は、該管路３８に流れる液体の流速に比べて非常に大きいため、該平均伝播時間は、静止する該液体中を伝播する超音波の伝播時間に近似できる。

該第１の関係６６ａに含まれるいずれの一次関数に該プロットが載るかを判別することで該液体の温度を算出できる。また、該一次関数上では振幅が反映された観測電圧値（Ｖ）と、伝播時間（μｓｅｃ）と、は該液体の濃度を媒介変数とした媒介変数表示がされるため、該振幅が反映された観測電圧値（Ｖ）と、伝播時間（μｓｅｃ）と、のいずれかから該濃度を算出できる。

また、温度濃度算出部７６は、該第１の関係６６ａから該管路３８に流れる液体の温度を算出し、その後、該平均伝播時間と、算出された該温度と、該第２の関係登録部６８に登録された該第２の関係６８ａと、から該液体の濃度を導出する機能を有する。

例えば、まず、該上述と同様に第１の関係６６ａから該管路３８に流れる液体の温度を算出する。次に、該第２の関係登録部６８から該第２の関係６８ａを読み出す。そして、該第２の関係６８ａに含まれる該温度に対応する二次関数と、該平均伝播時間（伝播時間）と、から該管路３８に流れる液体の濃度を導出する。該第２の関係６８ａを利用すれば、該第１の関係登録部６６に登録された該第１の関係６６ａの精度が低い場合でも、より正確に該管路３８に流れる液体の濃度を導出できる。

以上に示す通り、管路３８に配設される本実施形態に係る計測器により、該管路３８に流れる液体中に伝播する超音波を観測することにより、該液体３８の温度及び濃度を算出できる。

さらに、該算出部６０が有する該超音波伝播時間算出部６２は、流速算出部７０に接続されており、該第１の伝播時間８２と、該第２の伝播時間８４と、を該流速算出部７０に伝達する。該流速算出部７０は、該第１の伝播時間８２と、該第２の伝播時間８４と、該２つの超音波振動子４６間の距離と、から、上流側３８ａから下流側３８ｂに伝播する超音波の速度と、下流側３８ｂから上流側３８ａに伝播する超音波の速度と、を算出する。

図６（Ａ）は、管路３８に流れる液体の流速が比較的速い場合に観測される上下流両方向の超音波の波形の重ね合わせを模式的に示すチャートである。図６（Ｂ）は、管路３８に流れる液体の流速が比較的遅い場合に観測される上下流両方向の超音波の波形の重ね合わせを模式的に示すチャートである。

図６（Ａ）と、図６（Ｂ）と、を比較すると、重ね合わせた超音波の波形９６ａ,９６ｂの、下流から上流に向けて伝播する超音波の伝播時間と、上流から下流に向けて伝播する超音波の伝播時間と、の伝播時間差８８ａ，８８ｂの大きさが異なる。すなわち、該液体の流速が速い場合、伝播時間差８８ａが比較的大きくなり、該液体の流速が遅い場合、伝播時間差８８ｂが比較的小さくなる。

管路３８に流れる液体中を下流側から上流側に伝播する超音波は、該液体の流れにより該液体の流速の分だけ伝播速度が遅くなる。その一方で、管路３８に流れる液体中を上流側から下流側に伝播する超音波は、該液体の流れにより該液体の流速の分だけ伝播速度が速くなる。そこで、該流速算出部７０は、該液体中を上流方向に伝播する超音波の伝播速度と、該液体中を下流方向に伝播する超音波の伝播速度と、の差の半分を該管路３８に流れる該液体の流速として算出する。

該下流方向に伝播する超音波の伝播速度は、該２つの超音波振動子４６間の距離を第１の伝播時間８２（図４（Ａ）参照）で除することで算出される。また、該上流方向に伝播する超音波の伝播速度は、該２つの超音波振動子４６間の距離を第２の伝播時間８４（図４（Ａ）参照）で除することで算出される。

また、該流速算出部７０は、双方向の該超音波の速度の平均から静止する該液体中を伝播する超音波の速度を算出する。該超音波の速度は、該液体の流速と比較して大幅に大きいため、平均伝播時間算出部７４で算出された該第１の伝播時間８２と、該第２の伝播時間８４と、の平均伝播時間８６で該２つの超音波振動子４６間の距離を除することで近似的に算出されてもよい。

該流速算出部７０は、流量算出部７２に接続されており、算出した該液体の流速を該流量算出部７２に送信する。該流量算出部７２は、該液体が流れる方向に垂直な面で該管路３８を切断したときの該管路３８の内側の断面積に該液体の流速を乗じる。すると、該管路３８を流れる液体の流量が算出される。

なお、本発明は、上記の実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。本発明の一態様は、加工装置に備えられた液体が流れる管路に配設される計測器であるが、該計測器を備える加工装置もまた本発明の一態様である。

上記の実施形態では、研磨装置に備えられる管路に該計測器を配設する場合について説明したが、該計測器が配設される加工装置は研磨装置に限られない。例えば、被加工物を研削加工する研削装置や、被加工物を切削加工する切削装置にも被加工物や加工ユニットに供給される各種の液体が流れる管路が備えられる。そのため、該計測器は、研削装置や切削装置に備えられた管路にも配設できる。

また、上記の実施形態では、該第１の関係６６ａでは各プロットが一次関数上に並び、該第２の関係６８ａでは各プロットが二次関数上に並ぶ場合について説明したが、本発明一態様はこれに限定されない。液体の種類次第では実験で得られる各プロットがこのように並ばない場合があるが、そのような場合においても該第１の関係６６ａと、該第２の関係６６ｂと、を利用して管路３８に流れる液体の温度及び濃度を算出できる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ 研摩装置
４ 装置基台
４ａ 開口
６ チャックテーブル
６ａ 保持面
８ Ｘ軸移動テーブル
１０ 搬入出領域
１２ 加工領域
１４ 研磨ユニット
１６ 支持部
１８ Ｚ軸ガイドレール
２０ Ｚ軸移動プレート
２２ Ｚ軸ボールねじ
２４ Ｚ軸パルスモータ
２６ スピンドルハウジング
２８ スピンドル
３０ 研磨ホイール
３２ 研磨パッド
３４ 噴出口
３６ 送液路
３８ 管路
３８ａ 上流側
３８ｂ 下流側
４０ 供給源
４２ 計測器
４４ 切り替え部
４６ 超音波振動子
５２ 制御部
５４ 切り替え部
５６ 電源
５８ 増幅器
６０ 算出部
６２ 超音波伝播時間算出部
６４ 振幅算出部
６６ 第１の関係登録部
６６ａ 第１の関係
６８ 第２の関係登録部
６８ａ 第２の関係
７０ 流速算出部
７２ 流量算出部
７４ 平均伝播時間算出部
７６ 温度濃度算出部
７８，８０，９０，９２ 超音波の波形
８２ 第１の伝播時間
８４ 第２の伝播時間
８６，８６ａ，８６ｂ 平均伝播時間
８８，８８ａ，８８ｂ 伝播時間差
９４ａ，９４ｂ 超音波の振幅
９６ａ，９６ｂ 重ね合わせた超音波の波形

Claims (3)

1. 物質が溶解又は分散された液体の流路となる管路に配設される計測器であって、
   該管路の上流側と、下流側と、にそれぞれ配設された２つの超音波振動子と、該２つの超音波振動子に電気的に接続された制御部と、を備え、
   該制御部は、超音波伝播時間算出部と、平均伝播時間算出部と、振幅算出部と、第１の関係登録部と、を有し、
   該第１の関係登録部には、該液体の濃度及び温度と、該液体中を伝播する超音波の伝播時間及び振幅と、の第１の関係が登録されており、
   該超音波伝播時間算出部は、
   該２つの超音波振動子の一方で発生し該管路に流れる液体中を伝播する該超音波を該２つの超音波振動子の他方で観測することで得られた波形情報から、該管路に流れる液体中を伝播する該超音波の伝播時間を第１の伝播時間として算出し、
   該２つの超音波振動子の該他方で発生し該管路に流れる液体中を伝播する該超音波を該２つの超音波振動子の該一方で観測することで得られた波形情報から、該管路に流れる液体中を伝播する該超音波の伝播時間を第２の伝播時間として算出し、
   該平均伝播時間算出部は、該第１の伝播時間と、該第２の伝播時間と、の平均を平均伝播時間として算出し、
   振幅算出部は、該２つの超音波振動子の該一方で発生し該管路に流れる液体中を伝播する該超音波を該２つの超音波振動子の該他方で観測することで得られた該波形情報から該超音波の振幅を算出し、
   該制御部は、該超音波伝播時間算出部が算出した該平均伝播時間と、該振幅算出部が算出した該振幅と、該第１の関係登録部に登録された該第１の関係と、から該管路に流れる液体の濃度及び温度を導出する機能を有することを特徴とする計測器。
2. 該制御部は、さらに第２の関係登録部を有し、
   該第２の関係登録部は、該液体の濃度及び温度と、該管路に流れる液体中を伝播する超音波の伝播時間と、の第２の関係が登録され、
   該制御部は、該超音波伝播時間算出部が算出した該平均伝播時間と、該振幅算出部が算出した該振幅と、該第１の関係登録部に登録された該第１の関係と、から該管路に流れる液体の温度を算出し、その後、該超音波伝播時間算出部が算出した該平均伝播時間と、算出された該温度と、該第２の関係登録部に登録された該第２の関係と、から該管路に流れる液体の濃度を導出する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の計測器。
3. チャックテーブルと、加工ユニットと、該チャックテーブルで保持された被加工物に液体を供給する供給路となる管路と、該管路に配設された請求項１又は請求項２に記載の該計測器と、を備え、該加工ユニットで該被加工物を加工する加工装置であって、
   該計測器は、該管路に流れる液体の濃度又は温度を導出する機能を有することを特徴とする加工装置。