WO2019031532A1 - 液マイクロメータ - Google Patents

Abstract

本発明の液マイクロメータは、液体供給手段１０から吐出ノズル２０に液体を供給する液体流路３０と、液体流路３０に設けた流量センサー４０と、液体供給手段１０と流量センサー４０との間の液体流路３０に設けた制御バルブ５０と、流量センサー４０で計測される流量が設定値になるように制御バルブ５０を制御する制御部６０と、吐出ノズル２０から噴出される液体の圧力を計測する圧力センサー７０と、制御部で流量が設定値に保たれた状態での圧力センサー７０で計測される圧力からワークＡの寸法を演算する演算部８０とを有することを特徴とする。

Description

液マイクロメータ

　本発明は、液体を用いてワークの寸法を測定する液マイクロメータに関する。

　簡便な操作で、高い精度の寸法測定を行なうことができるエアマイクロメータがある（特許文献１）。
　特許文献１は、空気流路の上流側と下流側が多孔質部材により仕切られて構成された測定部と、測定部の上流側の空気の第１圧力を検出してその信号を出力する第１圧力センサと、測定部の下流側の空気の第２圧力を検出してその信号を出力する第２圧力センサと、測定部内の空気の温度を検出し信号を出力する温度センサとを備えている。そして、第１圧力センサと第２圧力センサから出力される信号を取り込み、第２圧力センサの第２圧力が一定値となるように、空気流路の制御バルブの開度を制御し、第１圧力と該第２圧力の圧力差、第２圧力、及び空気の温度に基づき、測定ヘッドの噴出孔から噴出する空気の単位時間当りの質量流量を算出し、質量流量に基づき、ワークの寸法を算出する。

特開２０１２－５８２１３号公報

　しかし、空気のような気体は、圧縮性流体であるため測定誤差が大きい。また、温度の影響を受けやすく、温度変化による粘度の変化も大きい。
　また、乾燥させたくないワークである場合には用いることができない。

　そこで本発明は、液体を用いる液マイクロメータを提供することを目的とする。

　請求項１記載の本発明の液マイクロメータは、液体供給手段から供給される液体を、吐出ノズルからワークに向けて噴出して前記ワークの寸法を測定する液マイクロメータであって、前記液体供給手段から前記吐出ノズルに前記液体を供給する液体流路と、前記液体流路に設けた流量センサーと、前記液体供給手段と前記流量センサーとの間の前記液体流路に設けた制御バルブと、前記流量センサーで計測される流量が設定値になるように前記制御バルブを制御する制御部と、前記吐出ノズルから噴出される前記液体の圧力を計測する圧力センサーと、前記制御部で前記流量が前記設定値に保たれた状態での前記圧力センサーで計測される前記圧力から前記ワークの前記寸法を演算する演算部とを有することを特徴とする。
　請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の液マイクロメータにおいて、前記液体供給手段と前記制御バルブとの間の前記液体流路から分岐し、前記液体供給手段の上流側流路に合流する循環流路と、前記循環流路に設けた循環制御バルブとを有することを特徴とする。
　請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の液マイクロメータにおいて、前記流量センサーが複数の圧力センサーによって構成され、前記流量センサーを構成するいずれかの前記圧力センサーを、前記吐出ノズルから噴出される前記液体の前記圧力を計測する前記圧力センサーとして用いることを特徴とする。
　請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液マイクロメータにおいて、前記液体流路及び前記吐出ノズルを、金属、合金鋼、ガラス、セラミック、又はエンジニアリングプラスチックで形成することを特徴とする。
　請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液マイクロメータにおいて、前記液体を、動粘度が２０ｍＰａ・ｓ未満の低粘度液体としたことを特徴とする。
　請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液マイクロメータにおいて、前記液体を、シリコンウェーハのエッチング液としたことを特徴とする。

　本発明によれば、気体と比較して、圧縮性が無く、温度による影響が小さく、温度変化による粘性変化が小さい液体を用いることで、測定誤差が少なく、また液体を用いることで乾燥状態にすることなくワークの寸法測定ができ、液体を用いることで流量一定制御が行いやすく、流量一定制御とすることで、圧力一定制御と比較して演算負荷を小さくできる。

本発明の一実施例による液マイクロメータを示す構成図 本実施例による液マイクロメータを用いた測定試験結果を示すグラフ

　本発明の第１の実施の形態による液マイクロメータは、液体供給手段から吐出ノズルに液体を供給する液体流路と、液体流路中に設けた流量センサーと、液体供給手段と流量センサーとの間の液体流路に設けた制御バルブと、流量センサーで計測される流量が設定値になるように制御バルブを制御する制御部と、吐出ノズルから噴出される液体の圧力を計測する圧力センサーと、制御部で流量が設定値に保たれた状態での圧力センサーで計測される圧力からワークの寸法を演算する演算部とを有するものである。本実施の形態によれば、気体と比較して、圧縮性が無く、温度による影響が小さく、温度変化による粘性変化が小さい液体を用いることで、測定誤差が少なく、また液体を用いることで乾燥状態にすることなくワークの寸法測定ができ、液体を用いることで流量一定制御が行いやすく、流量一定制御とすることで、圧力一定制御と比較して演算負荷を小さくできる。

　本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による液マイクロメータにおいて、液体供給手段と制御バルブとの間の液体流路から分岐し、液体供給手段の上流側流路に合流する循環流路と、循環流路に設けた循環制御バルブとを有するものである。本実施の形態によれば、流量調整を行いやすい。

　本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による液マイクロメータにおいて、流量センサーが複数の圧力センサーによって構成され、流量センサーを構成するいずれかの圧力センサーを、吐出ノズルから噴出される液体の圧力を計測する圧力センサーとして用いるものである。本実施の形態によれば、流量センサーに用いる圧力センサーを利用できる。

　本発明の第４の実施の形態は、第１から第３のいずれかの実施の形態による液マイクロメータにおいて、液体流路及び吐出ノズルを、金属、合金鋼、ガラス、セラミック、又はエンジニアリングプラスチックで形成するものである。本実施の形態によれば、形状変化による測定誤差を無くすことができる。

　本発明の第５の実施の形態は、第１から第４のいずれかの実施の形態による液マイクロメータにおいて、液体を、動粘度が２０ｍＰａ・ｓ未満の低粘度液体としたものである。本実施の形態によれば、粘度補正を必要とせず、演算負荷を小さくできる。

　本発明の第６の実施の形態は、第１から第５のいずれかの実施の形態による液マイクロメータにおいて、液体を、シリコンウェーハのエッチング液としたものである。本実施の形態によれば、シリコンウェーハをエッチングしながらシリコンウェーハの厚さを測定できる。

　以下に本発明の一実施例を説明する。
　図１は、本発明の一実施例による液マイクロメータを示す構成図である。
　本実施例による液マイクロメータは、ポンプ（液体供給手段）１０から吐出ノズル２０に液体を供給する液体流路３０と、液体流路３０に設けた流量センサー４０と、ポンプ１０と流量センサー４０との間の液体流路３０に設けた制御バルブ５０と、流量センサー４０で計測される流量が設定値になるように制御バルブ５０を制御する制御部６０と、吐出ノズル２０から噴出される液体の圧力を計測する圧力センサー７０と、制御部６０で流量が設定値に保たれた状態での圧力センサー７０で計測される圧力からワークＡの寸法を演算する演算部８０とを有し、ポンプ１０から供給される液体を、吐出ノズル２０からワークＡに向けて噴出してワークＡの寸法を測定する。
　流量センサー４０には、絞り機構４１の下流側に下流側圧力センサー４２を、絞り機構４１の上流側に上流側圧力センサー４３を有している差圧式流量センサーを用いている。
　また、本実施例による液マイクロメータは、ポンプ１０と制御バルブ５０との間の液体流路３０から分岐し、ポンプ１０の上流側流路に合流する循環流路９０と、循環流路９０に設けた循環制御バルブ１００とを有する。

　本実施例によれば、気体と比較して、圧縮性が無く、温度による影響が小さく、温度変化による粘性変化が小さい液体を用いることで、測定誤差が少なく、また液体を用いることで乾燥状態にすることなくワークＡの寸法測定ができ、液体を用いることで流量一定制御が行いやすく、流量一定制御とすることで、圧力一定制御と比較して演算負荷を小さくできる。
　また、本実施例によれば、循環流路９０を設けることで、流量調整を行いやすく、流量を一定に制御できる。
　なお、流量センサー４０を構成する下流側圧力センサー４２を、圧力センサー７０の代わりに用いることができる。
　液体流路３０及び吐出ノズル２０は、金属、合金鋼、ガラス、セラミック、又はエンジニアリングプラスチックで形成することが好ましい。このように液体流路３０及び吐出ノズル２０を剛性の高い材料で形成することで、形状変化による測定誤差を無くすことができる。
　液体は、動粘度が２０ｍＰａ・ｓ未満の低粘度液体とすることが好ましい。このように低粘度液体を用いることで、粘度補正を必要とせず、演算負荷を小さくできる。
　また、液体をシリコンウェーハのエッチング液とすることで、シリコンウェーハをエッチングしながらシリコンウェーハの厚さを測定できる。

　図２は、本実施例による液マイクロメータを用いた測定試験結果を示すグラフである。
　ワークＡの板厚と圧力センサー７０で計測された圧力との関係を示している。
　吐出ノズル２０から、ワークＡを載置する基準面までを１ｍｍとした。
　通水流量を３Ｌ／ｍｉｎ、差圧を６０ｋＰａ、吐出ノズル２０の直径を３．６ｍｍとした。吐出ノズル２０にはＳＵＳ３０４を用いた。

　本発明は、特にウエットな状態でのワークの測定に適している。

　１０　液体供給手段（ポンプ）
　２０　吐出ノズル
　３０　液体流路
　４０　流量センサー
　４１　絞り機構
　４２　下流側圧力センサー
　４３　上流側圧力センサー
　５０　制御バルブ
　６０　制御部
　７０　圧力センサー
　８０　演算部
　９０　循環流路
　１００　循環制御バルブ
　Ａ　ワーク

Claims (6)

1. 　液体供給手段から供給される液体を、吐出ノズルからワークに向けて噴出して前記ワークの寸法を測定する液マイクロメータであって、
   前記液体供給手段から前記吐出ノズルに前記液体を供給する液体流路と、
   前記液体流路に設けた流量センサーと、
   前記液体供給手段と前記流量センサーとの間の前記液体流路に設けた制御バルブと、
   前記流量センサーで計測される流量が設定値になるように前記制御バルブを制御する制御部と、
   前記吐出ノズルから噴出される前記液体の圧力を計測する圧力センサーと、
   前記制御部で前記流量が前記設定値に保たれた状態での前記圧力センサーで計測される前記圧力から前記ワークの前記寸法を演算する演算部と
   を有する
   ことを特徴とする液マイクロメータ。
2. 　前記液体供給手段と前記制御バルブとの間の前記液体流路から分岐し、前記液体供給手段の上流側流路に合流する循環流路と、
   前記循環流路に設けた循環制御バルブと
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液マイクロメータ。
3. 　前記流量センサーが複数の圧力センサーによって構成され、前記流量センサーを構成するいずれかの前記圧力センサーを、前記吐出ノズルから噴出される前記液体の前記圧力を計測する前記圧力センサーとして用いる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液マイクロメータ。
4. 　前記液体流路及び前記吐出ノズルを、金属、合金鋼、ガラス、セラミック、又はエンジニアリングプラスチックで形成する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液マイクロメータ。
5. 　前記液体を、動粘度が２０ｍＰａ・ｓ未満の低粘度液体とした
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液マイクロメータ。
6. 　前記液体を、シリコンウェーハのエッチング液とした
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の液マイクロメータ。

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