JP2013142591A

JP2013142591A - 混合液供給装置

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Publication number: JP2013142591A
Application number: JP2012002504A
Authority: JP
Inventors: Naoto Takada; 直人高田; Masato Hattori; 真人服部
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-07-22

Abstract

【課題】正確にｐＨ値を測定でき、かつアンプの破損を抑制することができる混合液供給装置を提供することである。
【解決手段】混合液供給装置は混合タンクで作製したスラリー１１のｐＨ値を測定するｐＨ値測定手段６を含んで構成されている。ｐＨ値測定手段６は測定用電極４０とアンプ４１と測定容器４２を含んで構成されている。測定用電極４０は電位差を利用して液体のｐＨ値を測定する。アンプ４１は測定用電極４０で発生した電流が入力される。測定容器４２は測定用電極４０を浸漬させるためにスラリー１１を一時的に貯留する。測定容器４２はアース４６が接続された導電性を備えた材質によって構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、砥粒と液体からなる混合液を供給する混合液供給装置に関する。

半導体ウエーハ等板状物を、砥粒と液体からなるスラリーと研磨布を用いて研磨し、表面を精度良く平坦にするＣＭＰ装置（特許文献１参照）や、砥粒と液体の混合液を高圧で噴射することで被切断物を切断するウォータージェットなどの砥粒と液体からなる混合液を使用する装置には、混合液を供給する混合液供給装置（特許文献２参照）が備えられている。

こうした混合液供給装置は、混合液を貯留するタンクを備えているが、そのタンク内で作製される混合液の濃度とともにｐＨ（potential Hydrogen）値も管理することで、より厳密な混合液の状態の管理が可能となる。また、混合液をさらに貯留し、加工装置へ安定して供給する貯留タンクにおいても、濃度とｐＨ値の管理をすることが重要である。

特開平１０−３２９００９号公報特開２０１１−１４３５０８号公報

混合液供給装置は、各種薬液を使用するため、その配管は、耐薬品性が高くクリーン度も高いフッ素樹脂等からなる樹脂製であり、通常の配管でよく用いられる金属製の配管継手等も無く形成されている。そのため、配管内部で流れる流体によって静電気が発生しても、金属製の部品が無いため放電されることが無いという特徴があった。また、ｐＨ計は、ガラス電極内の内部液と被検液とに電極を浸漬させ、電極間の電位差による微量な起電力でｐＨ値を測定する。このために、液体の流れによって発生した静電気が、ｐＨ計で発生した起電力を増幅して測定するアンプに、ｐＨ計の電極を介して流入し、正確にｐＨ値を測定できないばかりか、最悪の場合には、アンプを破損させる虞があった。

本発明はこのような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、正確にｐＨ値を測定でき、かつアンプの破損を抑制することができる混合液供給装置を提供することである。

上述した課題を解決し目的を達成するために、請求項１記載の本発明に係る混合液供給装置は、液体供給源から供給される液体と研磨剤原液タンクから供給される研磨剤原液とを混合タンクで混合して作製した混合液を加工装置に供給する混合液供給装置であって、該混合タンクで作製した該混合液のｐＨ値を測定するｐＨ値測定手段を備え、該ｐＨ値測定手段は、電位差を利用して液体のｐＨ値を測定する測定用電極と、該測定用電極で発生した電流が入力されるアンプと、該測定用電極を浸漬させるために該混合液を一時的に貯留する測定容器と、該測定容器に該混合タンクからの該混合液を供給し耐薬品性を有する測定液供給路と、ｐＨ値の測定が終了した該混合液を該測定容器から廃棄する廃棄路と、を備え、該測定容器はアースが接続された導電性を備えた材質によって構成され、該混合液が該測定液供給路を流れることで発生した静電気を該アースによって逃し、該測定用電極を介して流入する静電気によって該アンプが破損するのを防止可能なことを特徴とする。

本発明に係る混合液供給装置において、前記混合液供給装置は、前記混合タンクで作製した前記混合液を加工装置に供給する前に貯留する貯留タンクを備え、該貯留タンクで貯留する該混合液が、該ｐＨ値測定手段に接続されて、ｐＨ値が測定されることが好ましい。

本発明の混合液供給装置によると、測定用電極が浸漬される混合液を貯留する測定容器を導電性の材質で構成し、測定容器にアースが接続されている。このために、混合液が流れることで生じた静電気を、測定容器を介してアースに逃がすことができ即ち静電気をアースを介して放電することができる。したがって、混合液が流れることで生じた静電気が測定用電極を介してアンプに流入することを防止でき、かつ正確にｐＨ値を測定できるとともに、アンプの破損を抑制できるという効果を奏する。

また、前記混合液供給装置では、測定容器を耐薬品性の高いステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）などの金属で構成することが好ましい。この場合、測定容器の各種混合液に対する耐性を確保することができる。

図１は、実施形態に係る混合液供給装置の構成を示す説明図である。図２は、実施形態に係る混合液供給装置のｐＨ値測定手段の構成を示す図である。図３は、本実施形態に係る混合液供給装置によるスラリーのｐＨ値測定のフローを示す図である。図４は、本実施形態に係る混合液供給装置による混合タンク内のスラリーのｐＨ値測定時のスラリーの流れを示す図である。図５は、本実施形態に係る混合液供給装置による貯留タンク内のスラリーのｐＨ値測定時のスラリーの流れを示す図である。図６は、本実施形態に係る混合液供給装置によるｐＨ値測定手段の測定容器内の洗浄時の液体の流れを示す図である。図７は、本発明品と比較例のｐＨ値の測定結果を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

図１は、実施形態に係る混合液供給装置の構成を示す説明図である。図２は、実施形態に係る混合液供給装置のｐＨ値測定手段の構成を示す図である。

実施形態にかかる混合液供給装置１は、例えば、液体供給源１０から供給される液体と研磨剤原液タンク３から供給される研磨剤原液８とを混合タンク４で混合して作製したスラリー（混合液に相当する）１１をＣＭＰ装置やウォータージェットなどの加工装置２に供給するものである。混合液供給装置１は、図１に示すように、研磨剤原液タンク３と、混合タンク４と、貯留タンク５と、ｐＨ値測定手段６と、制御手段７などを含んで構成されている。

研磨剤原液タンク３は、純水、酸・アルカリ溶液などの液体と、SiO₂、Al₂O₃、CeO₂、Mn₂O₃、ダイヤモンド粒子などの研磨剤（砥粒ともいう）とが混合された濃度の高い研磨剤原液８を収容するものである。また、研磨剤原液タンク３には排出管９が連結して、研磨剤原液タンク３は、排出管９を介して研磨剤原液８を外部に排出する。なお、排出管９には、開閉弁１８が設けられている。

混合タンク４は、液体供給源１０から供給される純水などの液体と、研磨剤原液タンク３から供給される研磨剤原液８とを混合して、スラリー１１を作製するものである。混合タンク４には、研磨剤原液タンク３内の研磨剤原液８が配管１２を介して供給されるとともに、液体供給源１０からの液体が配管１３を介して供給される。混合タンク４は、内部に図示しない攪拌装置が設置されている。混合タンク４は、攪拌装置により研磨剤原液８と純水などの液体とを攪拌して、濃度が希釈された一様濃度のスラリー１１を作製して収容する。

なお、配管１２には、研磨剤原液タンク３から順にポンプ１４及び開閉弁１５が設けられている。一方、配管１３には、液体供給源１０から順に開閉弁１６及び流量調整弁１７が設けられている。また、混合タンク４の底部には、三方弁２１とポンプ２４と開閉弁２５とが設けられた配管２０が連結している。三方弁２１には、排出管９に連結された分岐排出管２２が連結して、混合タンク４は、配管２０、三方弁２１、分岐排出管２２及び排出管９を介してスラリー１１を外部に排出する。

貯留タンク５は、混合タンク４で作製したスラリー１１を加工装置２に供給する前に貯留するものである。貯留タンク５は、配管２０から分岐した分岐配管２３を介して、スラリー１１が供給される。そして、貯留タンク５は、供給されたスラリー１１を収容する。なお、分岐配管２３には、開閉弁２６が設けられている。

また、貯留タンク５の底部には配管３０が連結され、貯留タンク５は、配管３０及び該配管３０が連結した循環配管３１を介して、加工装置２にスラリー１１を供給する。なお、配管３０には、貯留タンク５から順に三方弁３２、ポンプ３３、三方弁３４が設けられている。なお、三方弁３２には、排出管９に連結された分岐排出管３６が連結して、貯留タンク５は、配管３０、三方弁３２、分岐排出管３６及び排出管９を介してスラリー１１を外部に排出する。また、配管３０と循環配管３１とは、三方弁３５を介して連結し、循環配管３１は、貯留タンク５と加工装置２とを連結している。

ｐＨ値測定手段６は、混合タンク４で作製したスラリー１１のｐＨ値を測定するものである。ｐＨ値測定手段６は、図２に示すように、測定用電極４０と、アンプ４１と、測定容器４２と、測定液供給路４３と、廃棄路４４とを含んで構成されている。

測定用電極４０は、電位差を利用して液体のｐＨ値を測定するものである。測定用電極４０は、基端部が測定容器４２に取り付けられて、先端部が測定容器４２内のスラリー１１に浸漬される。測定用電極４０の先端部には、図示しないガラス電極と比較電極とが設けられている。ガラス電極は、薄いガラス膜で構成された容器と、該容器内の内部液（例えば塩化カリウム溶液）に浸漬された内部電極とを含んで構成されている。このために、内部電極と比較電極との間には、スラリー１１のｐＨ値に応じた電位差が生じる。そして、内部電極及び比較電極には、リード線４５が接続している。測定用電極４０は、内部電極と比較電極との電位差に応じた電流をリード線４５を介してアンプ４１に出力する。測定用電極４０は、内部電極と比較電極との電位差に応じた電流をアンプ４１に出力することで、測定容器４２内の液体のｐＨ値を測定する。

アンプ４１は、測定用電極４０で発生した電流が入力されるものである。アンプ４１は、リードから入力した電流を増幅して、制御手段７に出力する。

測定容器４２は、測定用電極４０を浸漬させるためにスラリー１１を一時的に貯留する容器である。測定容器４２は、例えば、耐薬品性の高いステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）などの導電性を備えた材質（金属）で構成されている。また、測定容器４２には、アース４６が接続している。このように、測定容器４２にアース４６が接続されていることで、混合液供給装置１は、スラリー１１が測定液供給路４３内を流れることで発生した静電気をアース４６によって逃し、測定用電極４０を介して流入する静電気によってアンプ４１が破損するのを防止可能なものである。

測定液供給路４３は、測定容器４２に混合タンク４又は貯留タンク５からのスラリー１１を供給し耐薬品性を有するものである。測定液供給路４３は、測定容器４２に連結されている。測定液供給路４３には、配管２０と、配管１３から分岐した分岐配管４７との双方が連結している。さらに、分岐配管４７には、開閉弁４８が設けられた配管４９が連結している。なお、配管４９は、三方弁３４に連結している。このために、測定液供給路４３には、配管２０を介して混合タンク４からのスラリー１１が供給されるとともに、配管３０、三方弁３２，３４、配管４９及び分岐配管４７を介して貯留タンク５からのスラリー１１が供給される。

測定液供給路４３に配管３０、三方弁３２，３４、配管４９及び分岐配管４７を介して貯留タンク５からのスラリー１１が供給されることで、貯留タンク５で貯留するスラリー１１が、ｐＨ値測定手段６に接続されて、ｐＨ値が測定される。なお、配管４９には、開閉弁５０が設けられている。一方、分岐配管４７が連結されているため、測定液供給路４３には、配管１３及び分岐配管４７を介して、液体供給源１０から純水などの液体が供給される。

廃棄路４４は、ｐＨ値の測定が終了したスラリー１１を測定容器４２から廃棄するものである。廃棄路４４は、測定容器４２と排出管９とを連結し、耐薬品性を有するものである。廃棄路４４は、測定容器４２内のスラリー１１を排出管９に排出する。なお、廃棄路４４には、開閉弁５１が設けられている。

また、前述した排出管９、配管１２，１３，２０，２３，３０，３１，４７，４９、分岐排出管２２，３６、開閉弁１５，１６，１８，２５，２６，４８，５０，５１、流量制御弁１７、三方弁２１，３２，３４，３５、ポンプ１４，２４，３３、タンク３，４，５は、耐薬品性を有するものである。

制御手段７は、混合液供給装置１を構成する上述した構成要素をそれぞれ制御するものである。制御手段７は、加工装置２に対するスラリー１１の供給動作を混合液供給装置１に行なわせるものである。また、制御手段７は、混合タンク４又は貯留タンク５内のスラリー１１のｐＨ値を測定する測定動作を混合液供給装置１に行なわせるものである。なお、制御手段７は、例えば、ＣＰＵ等で構成された演算処理装置やＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える図示しないマイクロプロセッサを主体として構成されており、供給動作の状態を表示する表示手段、オペレータが作業内容情報を登録する際に用いる操作手段及びオペレータに異常を知らせる報知手段と接続されている。

次に、本実施形態に係る混合液供給装置１の加工装置２に対するスラリー１１の供給動作について説明する。制御手段７は、開閉弁１５，１６を開き、流量制御弁１７を所定の開度で開いて、ポンプ１４を駆動する。制御手段７は、所定量の研磨剤原液８を研磨剤原液タンク３から混合タンク４に供給するとともに、所定量の純水などの液体を液体供給源１０から混合タンク４に供給する。制御手段７は、混合タンク４内の攪拌装置を駆動して、純水などの液体と研磨剤原液８とを混合して、スラリー１１を作製する。

その後、制御手段７は、三方弁２１の開放方向を制御し、開閉弁２５を閉じるとともに開閉弁２６を開いて、ポンプ２４を駆動して、混合タンク４内のスラリー１１を貯留タンク５に供給する。こうして、貯留タンク５内にスラリー１１を一旦貯留する。さらに、制御手段７は、三方弁３２，３４，３５の開放方向を制御し、ポンプ３３を駆動して、配管３０及び循環配管３１を介して、貯留タンク５内のスラリー１１を加工装置２に供給する。また、制御手段７は、三方弁３５の開放方向を制御するなどして、加工装置２に供給したスラリー１１を再度貯留タンク５に供給させる。こうして、制御手段７は、貯留タンク５内に一旦貯留したスラリー１１を加工装置２に供給するとともに、加工装置２と貯留タンク５との間でスラリー１１を循環させる。また、制御手段７は、混合タンク４でのスラリー１１の作製及び混合タンク４から貯留タンク５へのスラリー１１の供給を必要に応じて行なう。

次に、本実施形態に係る混合液供給装置１のスラリー１１のｐＨ値測定について説明する。図３は、本実施形態に係る混合液供給装置によるスラリーのｐＨ値測定のフローを示す図である。図４は、本実施形態に係る混合液供給装置による混合タンク内のスラリーのｐＨ値測定時のスラリーの流れを示す図である。図５は、本実施形態に係る混合液供給装置による貯留タンク内のスラリーのｐＨ値測定時のスラリーの流れを示す図である。図６は、本実施形態に係る混合液供給装置によるｐＨ値測定手段の測定容器内の洗浄時の液体の流れを示す図である。

まず、制御手段７は、混合タンク４又は貯留タンク５内のスラリー１１のｐＨ値測定を行なう必要があるか否かを判断する（ステップＳＴ１）。なお、ｐＨ値測定を行なう必要があるか否かは、研磨剤原液８の変更や追加、スラリー１１の作製からの経過時間、スラリー１１の作製量などの少なくとも一つに基づいて判断することが好ましい。

次に、制御手段７は、混合タンク４又は貯留タンク５内のスラリー１１のｐＨ値測定を行なう必要があると判断する（ステップＳＴ１肯定）と、加工装置２に対するスラリー１１の供給中であるか否かを判断する（ステップＳＴ２）。なお、混合タンク４又は貯留タンク５内のスラリー１１のｐＨ値測定を行なう必要がないと判断する（ステップＳＴ１否定）と、ｐＨ値測定を行なう必要があると判断されるまで、ステップＳＴ１を繰り返す。

次に、制御手段７は、加工装置２に対するスラリー１１の供給中でないと判断する（ステップＳＴ２否定）と、混合タンク４又は貯留タンク５内のスラリー１１のｐＨ値測定を実行する（ステップＳＴ３）。まず、混合タンク４内のスラリー１１のｐＨ値を測定する際には、制御手段７は、三方弁２１の開放方向を制御し、開閉弁２５，５１を開き、開閉弁４８，５０を閉じ、ポンプ２４を駆動する。そして、制御手段７は、図４中の一点鎖線の矢印で示すように、配管２０を通して、混合タンク４内のスラリー１１をｐＨ値測定手段６の測定容器４２内に供給する。そして、制御手段７は、アンプ４１を介して測定用電極４０の先端部がスラリー１１内に浸漬されたことを示す電流が入力すると、開閉弁２５，５１を閉じて、ポンプ２４を停止する。制御手段７は、アンプ４１により増幅されたｐＨ値測定手段６からの電流に基づいてスラリー１１のｐＨ値を算出する。制御手段７は、算出したｐＨ値が予め許容範囲外であるか否かを判断する。そして、制御手段７は、許容範囲外であると判断すると、報知手段によりオペレータに混合タンク４内のスラリー１１のｐＨ値が異常であることを知らせる。

また、貯留タンク５内のスラリー１１のｐＨ値を測定する際には、制御手段７は、三方弁３２，３４の開放方向を制御し、開閉弁５０，５１を開き、開閉弁２５を閉じ、ポンプ３３を駆動する。そして、制御手段７は、図５中の一点鎖線の矢印で示すように、配管３０，４９及び分岐配管４７を通して、貯留タンク５内のスラリー１１をｐＨ値測定手段６の測定容器４２内に供給する。そして、制御手段７は、アンプ４１を介して測定用電極４０の先端部がスラリー１１内に浸漬されたことを示す電流が入力すると、開閉弁５０，５１を閉じて、ポンプ３３を停止する。制御手段７は、アンプ４１により増幅されたｐＨ値測定手段６からの電流に基づいてスラリー１１のｐＨ値を算出する。制御手段７は、算出したｐＨ値が予め許容範囲外であるか否かを判断する。そして、制御手段７は、許容範囲外であると判断すると、報知手段によりオペレータに貯留タンク５内のスラリー１１のｐＨ値が異常であることを知らせる。

制御手段７は、混合タンク４又は貯留タンク５内のスラリー１１のｐＨ値の測定が終了すると、開閉弁２５，５０を閉じ、開閉弁１６，４８，５１を開く。すると、図６中の一点鎖線の矢印で示すように、液体供給源１０からの純水などの液体がｐＨ値測定手段６の測定容器４２内に供給されるとともに、測定容器４２内のスラリー１１が排出管９を通して外部に排出される。さらに、測定容器４２内及び測定用電極４０が、液体供給源１０からの純水などの液体により洗浄される。制御手段７は、開閉弁１６，４８，５１を開いてから所定時間が経過すると、開閉弁１６，４８，５１を閉じて、液体供給源１０からの測定容器４２への液体の供給を停止する。

以上のように、本実施形態に係る混合液供給装置１は、測定用電極４０が浸漬されるスラリー１１を貯留する測定容器４２を導電性の材質で構成し、更に測定容器４２にアース４６が接続されている。このために、スラリー１１が流れることで生じた静電気を、測定容器４２を介してアース４６に逃がすことができ即ち静電気をアース４６を介して放電することができる。したがって、スラリー１１が流れることで生じた静電気が測定用電極４０を介してアンプ４１に流入することを防止でき、かつ正確にｐＨ値を測定できるとともに、アンプ４１の破損を抑制することができる。

また、測定容器４２を例えばＳＵＳ３１６Ｌなどの耐薬品性の高いステンレス鋼などの金属で構成している。このために、測定容器４２の各種のスラリー１１に対する耐性を確保することができる。さらに、混合液供給装置１は、貯留タンク５で貯留するスラリー１１がｐＨ値測定手段６に供給されるので、貯留タンク５内のスラリー１１のｐＨ値も正確に測定することができる。

次に、本発明の発明者らは、本実施形態に係る混合液供給装置１の効果を、実際にスラリー１１のｐＨ値を測定することで確認した。なお、図７（ａ）は、本発明品のｐＨ値の測定結果を示し、図７（ｂ）は、比較例のｐＨ値の測定結果を示す図である。

測定にあたっては、本実施形態の混合液供給装置１を本発明品とし、混合液供給装置１の測定容器４２をアース４６に接続していないものを比較例とした。測定にあたっては、ｐＨ値が８．４のスラリー１１を用いた。

また、図７（ａ）及び図７（ｂ）では、横軸は、時間を示し、縦軸は、測定用電極４０が測定しかつ制御手段７が算出したｐＨ値を示している。さらに、図７（ａ）及び図７（ｂ）におけるｔ１からｔ２の間では、図６に示すように、液体供給源１０からの純水などの液体によりｐＨ値測定手段６の測定容器４２内などを洗浄している。ｔ２からｔ３の間では、本発明品、比較例ともに待機している。ｔ３からｔ４の間では、図４に示すように、混合タンク４内のスラリー１１をｐＨ値測定手段６の測定容器４２内に供給している。ｔ４以降では、ｐＨ値測定手段６の測定容器４２内へのスラリー１１の供給を停止して、ｐＨ値測定手段６の測定容器４２内のスラリー１１のｐＨ値を測定している。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示された測定結果によれば、比較例では、ｔ４以降のｐＨ値が変動するのに対し、本発明品では、ｔ４以降のｐＨ値が変動しなかった。また、比較例では、ｔ４以降のｐＨ値が概ね９以上であるのに対し、本発明では、ｔ４以降のｐＨ値が８．４であった。したがって、比較例では、スラリー１１の流れにより生じた静電気が測定用電極４０を介してアンプ４１に流入し、ｐＨ値を正確に測定できないのに対し、本発明品では、スラリー１１の流れにより生じた静電気がアース４６に放電されてアンプ４１に流入せずに、ｐＨ値を正確に測定できることが明らかとなった。

なお、上述した実施形態では、液体供給源１０、研磨剤原液タンク３、混合タンク４、貯留タンク５、加工装置２を配管１２，２０，２３，３０などにより上述したように連結しているが、本発明では、これに限定されることはなく、本発明の主旨を実現できる範囲内で液体供給源１０、研磨剤原液タンク３、混合タンク４、貯留タンク５、加工装置２などの接続状態を適宜変更しても良い。

１混合液供給装置
２加工装置
３研磨剤原液タンク
４混合タンク
５貯留タンク
６ｐＨ値測定手段
８研磨剤原液
１０液体供給源
１１スラリー（混合液）
４０測定用電極
４１アンプ
４２測定容器
４３測定液供給路
４４廃棄路
４６アース

Claims

液体供給源から供給される液体と研磨剤原液タンクから供給される研磨剤原液とを混合タンクで混合して作製した混合液を加工装置に供給する混合液供給装置であって、
該混合タンクで作製した該混合液のｐＨ値を測定するｐＨ値測定手段を備え、
該ｐＨ値測定手段は、
電位差を利用して液体のｐＨ値を測定する測定用電極と、
該測定用電極で発生した電流が入力されるアンプと、
該測定用電極を浸漬させるために該混合液を一時的に貯留する測定容器と、
該測定容器に該混合タンクからの該混合液を供給し耐薬品性を有する測定液供給路と、
ｐＨ値の測定が終了した該混合液を該測定容器から廃棄する廃棄路と、を備え、
該測定容器はアースが接続された導電性を備えた材質によって構成され、
該混合液が該測定液供給路を流れることで発生した静電気を該アースによって逃し、該測定用電極を介して流入する静電気によって該アンプが破損するのを防止可能な混合液供給装置。
前記混合液供給装置は、前記混合タンクで作製した前記混合液を加工装置に供給する前に貯留する貯留タンクを備え、
該貯留タンクで貯留する該混合液が、該ｐＨ値測定手段に接続されて、ｐＨ値が測定される請求項１記載の混合液供給装置。