(57)【要約】【課題】冷媒回路を簡素化することにより製造コストを削減することができると共に常に安定した冷却能力を維持することができる冷却装置及び冷却方法を提供する。【解決手段】本発明の冷却装置２０は、冷媒を圧縮する圧縮機２１の下流側に配置され且つ圧縮機２１からの一次冷媒を冷却水によって凝縮させる水冷凝縮器２２と、水冷凝縮器２２の下流側に直列に配置され且つ水冷凝縮器２２側からの一次冷媒を空気によって凝縮させる空冷凝縮器２３と、空冷凝縮器２３の下流側に配置された蒸発器２５と、を備え、一次冷媒の温度を検出する温度スイッチ２６を水冷凝縮器２２の下流側で且つ空冷凝縮器２３の上流側に設け、温度スイッチ２６の検出温度が所定の温度を超えた時に空冷凝縮器２３を作動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機の下流側に配置され且つ上記圧縮機からの冷媒を冷却水によって凝縮させる水冷凝縮器と、上記水冷凝縮器の下流側に直列に配置され且つ上記水冷凝縮器側からの冷媒を空気によって凝縮させる空冷凝縮器と、上記空冷凝縮器の下流側に配置され且つ他の熱媒体を冷却する蒸発器と、を備えた冷却装置であって、上記冷媒の温度を検出する温度スイッチを上記水冷凝縮器の下流側で且つ上記空冷凝縮器の上流側に設け、上記温度スイッチの検出温度が所定の温度を超えた時に上記空冷凝縮器を作動させることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
上記他の熱媒体が検査装置の載置台を冷却する冷媒であることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
圧縮機を用いて冷媒を圧縮する第１の工程と、水冷凝縮器を用いて上記冷媒を凝縮させる第２の工程と、温度スイッチを用いて、少なくとも第１の工程を経由した上記冷媒の温度を検出する第３の工程と、上記温度スイッチの検出温度が所定の温度を超えた時にのみ、空冷凝縮器を作動させて上記冷媒を凝縮させる第４の工程と、蒸発器を用いて他の熱媒体を冷却する第５の工程と、を備えたことを特徴とする冷却方法。
【請求項４】
上記他の熱媒体が検査装置の載置台を冷却する冷媒であることを特徴とする請求項３に記載の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷凝縮器と空冷凝縮器を備えた冷却装置及びこの冷却装置を用いる冷却方法に関し、更に詳しくは、水冷凝縮器と空冷凝縮器との切換機構を簡素化することができる冷却装置及び冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の冷却装置としては、例えば特許文献１に記載のハイブリッド空調装置や、特許文献２に記載の冷凍装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のハイブリッド空調装置は、空冷式熱交換機が設けられた経路と、水冷式熱交換機が設けられた経路と、これらの経路を切り換える切換手段と、水冷式熱交換機に冷却水を流通させる冷却水経路と、冷却水経路の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、を備えている。そして、温度検出手段で検出された温度情報に基づいて切換手段を操作して水冷式熱交換機と空冷式熱交換機を切り換えるようにしている。
【０００４】
また、特許文献２に記載の冷凍装置は、互いに直列に配置された空冷凝縮器及び水冷凝縮器と、水冷凝縮器の下流側に配置された第１電磁弁と、空冷凝縮器及び水冷凝縮器に対して並列に配置された第２電磁弁と、第１、第２電磁弁の下流側に配置された蒸発器と、を備えている。そして、水冷運転または空冷運転を行う時には水冷凝縮器の下流側に配置された第１電磁弁を開放して冷媒を蒸発器に循環させている。水冷運転で蒸発器が過熱状態になり冷媒循環量が不足すると空冷凝縮器を追加運転して冷媒を補充している。また、蒸発器の伝熱管に霜が付着すると、第１、第２電磁弁を用いて蒸発器に冷媒温度の高い冷媒を供給してデフロスト運転を行うようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４６８８０号公報
【特許文献２】特開２００７−７１５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のハイブリッド空調装置及び特許文献２に記載の冷凍装置いずれの冷媒回路も冷媒の流路の切り換えには電磁弁等の切換手段が必要であるため、冷媒流路の切換機構及び制御が煩雑になり、しかも切換機構を設ける分だけコスト的に高くなる課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、冷媒回路を簡素化することにより製造コストを削減することができると共に常に安定した冷却能力を維持することができる冷却装置及び冷却方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の冷却装置は、冷媒を圧縮する圧縮機の下流側に配置され且つ上記圧縮機からの冷媒を冷却水によって凝縮させる水冷凝縮器と、上記水冷凝縮器の下流側に直列に配置され且つ上記水冷凝縮器側からの冷媒を空気によって凝縮させる空冷凝縮器と、上記空冷凝縮器の下流側に配置され且つ他の熱媒体を冷却する蒸発器と、を備えた冷却装置であって、上記冷媒の温度を検出する温度スイッチを上記水冷凝縮器の下流側で且つ上記空冷凝縮器の上流側に設け、上記温度スイッチの検出温度が所定の温度を超えた時に上記空冷凝縮器を作動させることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載の冷却装置は、請求項１に記載の発明において、上記他の熱媒体が検査装置の載置台を冷却する冷媒であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載の冷却方法は、圧縮機を用いて冷媒を圧縮する第１の工程と、水冷凝縮器を用いて上記冷媒を凝縮させる第２の工程と、温度スイッチを用いて、少なくとも第１の工程を経由した上記冷媒の温度を検出する第３の工程と、上記温度スイッチの検出温度が所定の温度を超えた時にのみ、空冷凝縮器を作動させて上記冷媒を凝縮させる第４の工程と、蒸発器を用いて他の熱媒体を冷却する第５の工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に記載の冷却方法は、請求項３の発明において、上記他の熱媒体が検査装置の載置台を冷却する冷媒であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷媒回路を簡素化することにより製造コストを削減することができると共に常に安定した冷却能力を維持することができる冷却装置及び冷却方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図１に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図１は本発明の冷却装置の一実施形態が適用された検査装置を示す正面図、図２は図１に示す冷却装置を示す構成図である。
【００１４】
まず、本発明に冷却装置が適用された検査装置について説明する。検査装置１０は、例えば図１に示すように、半導体ウエハＷを搬送するローダ室１１と、ローダ室１１から搬送される半導体ウエハＷの電気的特性検査を行うプローバ室１２と、制御装置（図示せず）を備え、制御装置の制御下で低温領域から高温領域において半導体ウエハＷの検査を行うように構成されている。
【００１５】
プローバ室１２は、図１に示すように、半導体ウエハＷを昇降可能に載置し且つ温度調節可能な載置台１３と、載置台１３をＸ、Ｙ方向に移動させるＸＹテーブル１４と、このＸＹテーブル１４を介して移動する載置台１３の上方に配置されたプローブカード１５と、プローブカード１５の複数のプローブ１５Ａと載置台１３上の半導体ウエハＷの複数の電極パッドを正確に位置合わせする位置合わせ機構１６とを備えている。
【００１６】
また、図１に示すようにプローバ室１２のヘッドプレート１７にはテスタに接続されたテストヘッドＴが着脱可能に配設され、テストヘッドＴとプローブカード１５はパフォーマンスボード（図示せず）を介して電気的に接続されている。載置台１３上の半導体ウエハＷを例えば低温領域から高温領域に至る温度範囲に設定し、テスタから検査用信号をテストヘッドＴ及びパフォーマンスボードを介してプローブ１５Ａへ送信し、半導体ウエハＷの電気的特性を検査する。
【００１７】
例えば低温領域で半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う場合には載置台１３に内蔵された冷却ジャケット（図示せず）を介して半導体ウエハＷを低温領域の所定の温度（例えば、−６５℃）まで冷却し、または高温領域で半導体ウエハＷの電気的特性検査を行う場合には載置台１３に内蔵されたヒータ等の加熱手段で高温領域の所定の温度（例えば、＋１５０℃）まで加熱している。低温領域、高温領域のいずれの場合でも検査時には半導体ウエハＷからの発熱があるため、載置台１３内の冷却ジャケットに冷媒を循環させて半導体ウエハＷから吸熱し、半導体ウエハＷを所定の温度に維持するようにしている。
【００１８】
載置台１３を冷却するために本実施形態の冷却装置２０が用いられる。この冷却装置２０は、図１に示すように載置台１３に接続されている。そこで、本実施形態の冷却装置２０について以下説明する。
【００１９】
本実施形態の冷却装置２０は、例えば図２に示すように、一次冷媒が循環する第１の循環路２０Ａと、二次冷媒が循環する第２、第３の循環路２０Ｂ、２０Ｃと、を備え、第１の循環路２０Ａを循環する一次冷媒によって第２の循環路２０Ｂを循環する二次冷媒を冷却し、この二次冷媒が第３の循環路２０Ｃを循環する間に検査装置１０の載置台１３を冷却するようにしている。
【００２０】
而して、冷却装置２０は、図２に示すように、一次冷媒（例えば、フロン）を圧縮する圧縮機２１と、圧縮機２１の下流側に配置された水冷凝縮器２２と、水冷凝縮器２２の下流側に直列に配置された空冷凝縮器２３と、空冷凝縮器２３の下流側に配置された膨張弁２４と、膨張弁２４の下流側に配置された蒸発器２５と、を備え一次冷媒が第１の循環路２０Ａを循環する間に二次冷媒を冷却する。
【００２１】
水冷凝縮器２２は、図２に示すように、例えば圧縮機２１によって圧縮された高温の圧縮冷媒が流れる伝熱管２２Ａと、この伝熱管２２Ａを収納するシェル２２Ｂと、シェル２２Ｂに連結された冷水配管２２Ｃと、を有し、冷水配管２２Ｃを介してシェル２２Ｂ内に冷却水を循環させて伝熱管２２Ａ内を流れる高温化した一次冷媒を所定の温度まで冷却して凝縮させる水冷運転を行う。
【００２２】
空冷凝縮器２３は、図２に示すように、例えばフィン付き伝熱管２３Ａと、この伝熱管２３Ａに空気を送風して伝熱管２３Ａ内を流れる一次冷媒を冷却するファン２３Ｂと、を有し、基本的には水冷凝縮器２２の冷却能力を補足する役割を備えている。従って、水冷凝縮器２２の冷却能力が不足して一次冷媒の温度が所定の温度（例えば、＋４５℃）を超えた時や、水冷凝縮器２２が作動せず圧縮機２１からの一次冷媒を冷却することができない時に空冷凝縮器２３が温度スイッチ２６の管理下で作動する。
【００２３】
温度スイッチ２６は、水冷凝縮器２２の下流側で空冷凝縮器２３の上流側に位置する第１の循環路２０Ａ内で一次冷媒の温度を検出するように設けられ、水冷凝縮器２２から流出する一次冷媒の温度が所定の温度（例えば、＋４５℃）を超えた時にスイッチが入り、＋４５℃以下になった時にスイッチが切れるようになっている。この温度スイッチ２６は、空冷凝縮器２３のファン２３Ｂに電気的に接続されており、一次冷媒の温度が＋４５℃を超えた時にスイッチが入ってファン２３Ｂを駆動させて空冷凝縮器２３の伝熱管２３Ａを通過する一次冷媒を冷却し、水冷凝縮器２２の冷却不足のある一次冷媒や水冷凝縮器２２を素通りした一次冷媒を冷却する空冷運転を行う。また、水冷凝縮器２２を流出する一次冷媒が＋４５℃以下になると、温度スイッチ２６が一次冷媒の検出温度に基づいて自動的に切れてファン２３Ｂを停止させ、水冷運転のみになる。
【００２４】
膨張弁２４は、水冷凝縮器２２と空冷凝縮器２３の少なくともいずれか一方において冷却された一次冷媒を減圧させる。膨張弁２４において減圧した一次冷媒は蒸発器２５へ到達する。
【００２５】
蒸発器２５は、図２に示すように、例えば蒸発した低温の一次冷媒が流れる伝熱管２５Ａと、この伝熱管２５Ａを収納するシェル２５Ｂと、を有し、一次冷媒が第２の循環路２０Ｂを介してシェル２５Ｂ内を通過する二次冷媒を冷却するようにしている。
【００２６】
第２の循環路２０Ｂは、図２に示すように、蒸発器２５と二次冷媒を貯留するタンク２７を連結し、蒸発器２５の下流側でタンク２７の蒸発器２５側に配置された第１の循環ポンプ２８Ａを有している。第１の循環ポンプ２８Ａはタンク２７内から二次冷媒を吸引して蒸発器２５に導き、蒸発器２５において冷却された二次冷媒をタンク２７内へ戻すようにしている。タンク２７と載置台１３は第３の循環路２０Ｃを介して連結されている。
【００２７】
第３の循環路２０Ｃは、図２に示すように、タンク２７と載置台１３を連結し、タンク２７と載置台１３の上流側に配置された第２の循環ポンプ２８Ｂを有している。第２の循環ポンプ２８Ｂは、タンク２７内の二次冷媒を吸引して載置台１３へ供給し、載置台１３を冷却して昇温した二次冷媒をタンク２７内へ戻すようにしている。
【００２８】
次いで、検査装置１０の載置台１３に接続された冷却装置２０の動作について説明する。図１に示すように検査装置１０の載置台１３上に半導体ウエハを載置し、半導体ウエハの検査を行うと、半導体ウエハが発熱する。そこで、冷却装置２０を用いて載置台１３を冷却して半導体ウエハを常に所定の温度に維持し、安定した信頼性の高い検査を行う。
【００２９】
検査中に載置台１３において半導体ウエハを冷却すると、載置台１３を通過する二次冷媒が昇温し、第３の循環路２０Ｃを介して載置台１３からタンク２７に戻り、タンク２７内の二次冷媒が昇温する。冷却装置２０は載置台１３上の半導体ウエハを常に所定の温度に維持するために、第１の循環路２０Ａを循環する一次冷媒によって第２の循環路２０Ｂを循環する二次冷媒を蒸発器２５において冷却する。冷却された二次冷媒は第２の循環路２０Ｂを介してタンク２７内に戻る。この二次冷媒は第３の循環路２０Ｃを介して載置台１３とタンク２７との間を循環して載置台１３を冷却して半導体ウエハを常に一定の低温に維持する。一次冷媒は、二次冷媒を冷却することにより昇温するが、この一次冷媒は第１の循環路２０Ａを循環する間に冷却されるため、常に一定の温度で二次冷媒を載置台１３へ供給することができる。
【００３０】
そこで、第１の循環路２０Ａを循環する一次冷媒の冷却方法について説明する。一次冷媒は蒸発器２５において二次冷媒との熱交換によって昇温する。昇温した一次冷媒は圧縮機２１において圧縮されて高温、高圧になる。高温、高圧化した一次冷媒は水冷凝縮器２２において伝熱管２２Ａを通る間に冷水配管２２Ｃを循環する冷却水によって冷却されて凝縮し、液化する。
【００３１】
液化した低温の一次冷媒は、通常、空冷凝縮器２３を素通りして膨張弁２４に到達する。二次冷媒は膨張弁２４を通過する間に減圧されて蒸発器２５に達し、蒸発器において膨張して第２の循環路２０Ｂを循環する二次冷媒を冷却する。蒸発器２５において昇温した一次冷媒は圧縮機２１に戻る。後は、一次冷媒が上述のサイクルを繰り返して二次冷媒を冷却する。
【００３２】
しかしながら、何らかの原因で、水冷凝縮器２２の冷却水の循環流量が減少したり、冷却水の温度が昇温したりして水冷凝縮器２２の冷却能力が低下することがある。このような場合には一次冷媒が第１の循環路２０Ａを循環する間に徐々に昇温する。
【００３３】
そこで本実施形態では、水冷凝縮器２２を流出する一次冷媒の温度が所定の温度（例えば、＋４５℃）を超えると、温度スイッチ２６がその温度を検出してスイッチが入り、空冷凝縮器２３のファン２３Ｂを作動させる。ファン２３Ｂが作動すると、一次冷媒が空冷凝縮器２３において冷却され、水冷凝縮器２２において十分に凝縮しなかった一次冷媒が凝縮する。このようにして水冷凝縮器２２と空冷凝縮器２３を同時に作動させ、昇温しつつある一次冷媒の温度を徐々に下げてゆく。一次冷媒の温度が徐々に低下し、＋４５℃以下の温度に戻すことができ、載置台１３上の半導体ウエハの冷却能力を維持することができる。
【００３４】
この間に、水冷凝縮器２２の循環水量が元に戻り、あるいは冷却水の温度が元に戻ると、水冷凝縮器２２は本来の冷却能力を取り戻し、一次冷媒を正常に冷却することができる。水冷凝縮器２２が本来の冷却能力を取り戻すと、空冷運転と相俟って一次冷媒の温度が＋４５℃以下になる。すると、温度スイッチ２６がその温度を検出してスイッチが切れてファン２３Ｂを止め、空冷運転を停止し、本来の水冷運転のみによる冷却を行うことができる。
【００３５】
以上説明したように本実施形態によれば、冷媒を圧縮する圧縮機２１の下流側に配置され且つ圧縮機２１からの一次冷媒を冷却水によって凝縮させる水冷凝縮器２２と、水冷凝縮器２２の下流側に直列に配置され且つ水冷凝縮器２２側からの一次冷媒を空気によって凝縮させる空冷凝縮器２３と、空冷凝縮器２３の下流側に配置された蒸発器２５と、を備えた冷却装置であって、一次冷媒の温度を検出する温度スイッチ２６を水冷凝縮器２２の下流側で且つ空冷凝縮器２３の上流側に設け、温度スイッチ２６の検出温度が所定の温度を超えた時に空冷凝縮器２３を作動させるようにしたため、第１、第２、第３の循環路２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃからなる冷媒回路において冷媒流路の切換機構を省略することができると共に、何らかの原因で水冷凝縮器２２の冷却能力が不足しても空冷凝縮器２３が自動的に作動して一次冷媒を常に本来必要とされる温度を維持することができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、蒸発器２５を用いて検査装置１０の載置台１３を冷却する二次冷媒を冷却するようにしたため、検査装置１０の載置台１３を安定的に冷却することができ、検査装置１０による検査の信頼性を高めることができる。
【００３７】
尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、必要に応じて各構成要素を適宜設計変更することができる。例えば上記実施形態では本発明の冷却装置を検査装置に適用する場合について説明したが、検査装置以外の半導体ウエハの処理装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、例えば半導体ウエハ等の被検査体を検査する検査装置の載置台を冷却する冷却装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の冷却装置の一実施形態が適用された検査装置の一例を示す正面図である。
【図２】図１に示す冷却装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    検査装置
１３    載置台
２０    冷却装置
２０Ａ  第１の循環路（循環路）
２１    圧縮機
２２    水冷凝縮器
２３    空冷凝縮器
２５    蒸発器
２６    温度スイッチ
【図１】
2010127600.tif 000003
【図２】
2010127600.tif 000004