(57)【要約】【課題】良好な冷却効率が得られ、しかも冷却中の基板の面内温度分布均一性を維持することができる基板冷却装置を提供する。【解決手段】冷媒の蒸気を圧縮機２０によって圧縮して過熱蒸気としてからコンデンサ３０によって冷却して凝縮させ、冷媒の過冷却液とする。この過冷却液を膨張弁４０を通過させることによって膨張させて減圧し、冷媒の飽和液と飽和蒸気との混合相にする。そして、その混合流体を気液分離器５０にて気相と液相とに分離し、コールドプレート１０には冷媒の飽和液のみを供給する。コールドプレート１０の中空部には冷媒の飽和液のみが充盈されることによって、沸騰熱伝達を十分に利用した良好な冷却効率が得られるとともに、飽和液に圧力差が生じないためにプレート面内の温度分布均一性を維持することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却プレートに載置した基板を所定温度に冷却する基板冷却装置であって、
前記冷却プレートの内部に中空部を設けるとともに、前記中空部に冷媒の飽和液を充盈することを特徴とする基板冷却装置。
【請求項２】
請求項１記載の基板冷却装置において、
前記冷却プレートは、
前記中空部の最も低い高さ位置に設けられ、前記中空部に冷媒の飽和液を供給する液体供給口と、
前記中空部の最も高い高さ位置に設けられ、前記中空部にて沸騰した冷媒の飽和液から生じた冷媒の蒸気を排出する気体排出口と、
を備えることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項３】
請求項１記載の基板冷却装置において、
前記冷却プレートは、
前記中空部に冷媒の飽和液を供給する液体供給口と、
前記中空部にて沸騰した冷媒の飽和液から生じた冷媒の蒸気を排出する気体排出口と、
を備え、
前記中空部は、
前記液体供給口と連通し、第１の方向に沿って延びる供給側流路と、
前記気体排出口と連通し、前記供給側流路と平行に設けられた排出側流路と、
前記第１の方向に沿って前記供給側流路と前記排出側流路との間に列設され、前記供給側流路と前記排出側流路とを連通接続する複数の連絡流路と、
を備えることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項４】
請求項３記載の基板冷却装置において、
前記第１の方向は水平方向であり、前記排出側流路が前記供給側流路よりも高い位置に設けられていることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４記載の基板冷却装置において、
前記連絡流路の長さは、発生した冷媒の蒸気が流れるときの圧損による冷媒の飽和温度の変動が所定範囲以下となる基準長さであることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項６】
請求項５記載の基板冷却装置において、
前記基準長さは、前記飽和温度の変動が±１℃以下となる長さであることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の基板冷却装置において、
前記冷却プレートは、
前記液体供給口、前記気体排出口、前記供給側流路、前記排出側流路および前記基準長さの複数の連絡流路を有する単位給排系を、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って複数並設して備えることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項８】
請求項５または請求項６記載の基板冷却装置において、
前記液体供給口、前記気体排出口、前記供給側流路、前記排出側流路および前記基準長さの複数の連絡流路を有する冷却プレートを、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って複数並設して備えることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項９】
請求項２から請求項８のいずれかに記載の基板冷却装置において、
冷媒の蒸気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機によって生成された冷媒の過熱蒸気を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器によって生成された冷媒の飽和液または過冷却液を膨張させる膨張弁と、
前記膨張弁にて生成された冷媒の飽和液と飽和蒸気との混合相を液相と気相とに分離する気液分離器と、
をさらに備え、
前記気液分離器にて分離された冷媒の飽和液のみを前記液体供給口から前記中空部に供給することを特徴とする基板冷却装置。
【請求項１０】
請求項９記載の基板冷却装置において、
前記中空部にて沸騰した冷媒の飽和液から生じた冷媒の蒸気を前記気体排出口から前記気液分離器に帰還させることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０記載の基板冷却装置において、
前記冷却プレートの温度を計測する温度計測部と、
前記気液分離器から前記圧縮機に冷媒の蒸気を送給する配管に介挿された圧力調整弁と、
前記温度計測部によって計測された前記冷却プレートの温度に基づいて、前記冷却プレートの温度が前記所定温度となるように前記圧力調整弁を制御して前記気液分離器内の蒸気圧力を調整する温度制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれかに記載の基板冷却装置において、
前記気液分離器内に貯留されている冷媒の飽和液の液面レベルを検出する液面レベル検出部と、
前記液面レベル検出部の検出結果に基づいて、前記気液分離器内に貯留されている冷媒の飽和液の液面レベルが一定となるように前記圧縮機の動作を制御するレベル制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする基板冷却装置。
【請求項１３】
冷却プレートが装着される構造物を所定温度に冷却する構造物冷却装置であって、
前記冷却プレートの内部に中空部を設けるとともに、前記中空部に冷媒の飽和液を充盈することを特徴とする構造物冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却プレートに載置した液晶表示装置用ガラス基板や半導体ウェハー等の薄板状電子部品用基板（以下、単に「基板」と称する）を所定温度に冷却する基板冷却装置および冷却プレートが装着される構造物を所定温度に冷却する構造物冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、フラットパネルディスプレイやカラーフィルタを製造する工程にはガラス基板の熱処理工程が含まれている。また、半導体デバイスを製造する工程にも半導体ウェハーの熱処理工程が多数含まれている。通常、基板の熱処理工程は、基板を所定の加熱温度に加熱する加熱処理と、加熱後の基板を冷却する冷却処理とが対として行われることが多い。
【０００３】
従来より、基板の冷却処理の手法としては、所定の冷却温度に維持された板状体の上に基板を載置して冷却する方式のものが多い。例えば、特許文献１，２には、板状体の内部空間に冷却液を流して該板状体を冷却温度に維持し、その板状体の上に基板を載置して冷却する技術が開示されている。また、特許文献３には、基板を載置する板状体の内部に流路を設け、その流路に冷却液を流して板状体を冷却温度に降温して基板を冷却する技術が開示されている。これらは、いずれも冷却器を使用してエチレングリコール等の冷却液を所定の温度に冷却し、その温調された冷却液を板状体の内部に流すというものである。加熱処理後の基板が板状体に載置されると、基板から板状体を介して冷却液に熱伝達が生じ、基板の冷却が進行すると同時に冷却液の温度上昇が生じる。昇温した冷却液では基板を目標とする冷却温度にまで冷却することができないため、絶えず新たな冷却液を冷却器から板状体に供給するとともに昇温した冷却液を冷却器に戻して再度所定温度に冷却するようにしている。すなわち、冷却器と板状体との間で冷却液の循環を行うことによって、板状体を常に一定の冷却温度に維持するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０９０３３号公報
【特許文献２】特開２００２−１５８２４５号公報
【特許文献３】特開昭６４−４６９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来の冷却処理においては、高温の基板から板状体を介した冷却液への熱伝達が基板冷却の基本原理となっているが、特許文献１〜３に開示されている冷却処理の熱伝達はいずれも相変化を伴わない対流熱伝達（正確にはポンプ等によって強制的に流動される強制対流熱伝達）である。このような強制対流熱伝達では良好な熱伝達効率が得られ難いという問題がある。
【０００６】
また、ガラス基板のような精密電子デバイス用の基板の冷却処理には、基板の面内温度分布をなるべく均一にすることが要求される。しかしながら、上記従来の冷却処理においては、板状体の内部に冷却液を流しているため、その入口側温度と出口側温度とでは不可避的に微妙な温度差が生じることとなっていた。すなわち、基板の冷却処理中においては、板状体への入口側の冷却液温度は冷却器によって冷却された温度となっているが、出口側の冷却液温度は基板からの伝熱によって若干上昇している。このため、板状体の入口側近傍よりも出口側近傍の方が若干温度が高くなり、その結果冷却処理中における基板の面内温度分布均一性を損なうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、良好な冷却効率が得られ、しかも冷却中の基板の面内温度分布均一性を維持することができる基板冷却装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、良好な冷却効率が得られ、しかも冷却中の構造物の温度分布均一性を維持することができる構造物冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、冷却プレートに載置した基板を所定温度に冷却する基板冷却装置において、前記冷却プレートの内部に中空部を設けるとともに、前記中空部に冷媒の飽和液を充盈している。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板冷却装置において、前記冷却プレートに、前記中空部の最も低い高さ位置に設けられ、前記中空部に冷媒の飽和液を供給する液体供給口と、前記中空部の最も高い高さ位置に設けられ、前記中空部にて沸騰した冷媒の飽和液から生じた冷媒の蒸気を排出する気体排出口と、を備える。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る基板冷却装置において、前記冷却プレートに、前記中空部に冷媒の飽和液を供給する液体供給口と、前記中空部にて沸騰した冷媒の飽和液から生じた冷媒の蒸気を排出する気体排出口と、を備え、前記中空部に、前記液体供給口と連通し、第１の方向に沿って延びる供給側流路と、前記気体排出口と連通し、前記供給側流路と平行に設けられた排出側流路と、前記第１の方向に沿って前記供給側流路と前記排出側流路との間に列設され、前記供給側流路と前記排出側流路とを連通接続する複数の連絡流路と、を備える。
【００１２】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る基板冷却装置において、前記第１の方向を水平方向とし、前記排出側流路を前記供給側流路よりも高い位置に設けている。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明に係る基板冷却装置において、前記連絡流路の長さを、発生した冷媒の蒸気が流れるときの圧損による冷媒の飽和温度の変動が所定範囲以下となる基準長さとしている。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る基板冷却装置において、前記基準長さを前記飽和温度の変動が±１℃以下となる長さとしている。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項５または請求項６の発明に係る基板冷却装置において、前記冷却プレートに、前記液体供給口、前記気体排出口、前記供給側流路、前記排出側流路および前記基準長さの複数の連絡流路を有する単位給排系を、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って複数並設して備える。
【００１６】
また、請求項８の発明は、請求項５または請求項６の発明に係る基板冷却装置において、前記液体供給口、前記気体排出口、前記供給側流路、前記排出側流路および前記基準長さの複数の連絡流路を有する冷却プレートを、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って複数並設して備える。
【００１７】
また、請求項９の発明は、請求項２から請求項８のいずれかの発明に係る基板冷却装置において、冷媒の蒸気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機によって生成された冷媒の過熱蒸気を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器によって生成された冷媒の飽和液または過冷却液を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁にて生成された冷媒の飽和液と飽和蒸気との混合相を液相と気相とに分離する気液分離器と、をさらに備え、前記気液分離器にて分離された冷媒の飽和液のみを前記液体供給口から前記中空部に供給している。
【００１８】
また、請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る基板冷却装置において、前記中空部にて沸騰した冷媒の飽和液から生じた冷媒の蒸気を前記気体排出口から前記気液分離器に帰還させている。
【００１９】
また、請求項１１の発明は、請求項９または請求項１０の発明に係る基板冷却装置において、前記冷却プレートの温度を計測する温度計測部と、前記気液分離器から前記圧縮機に冷媒の蒸気を送給する配管に介挿された圧力調整弁と、前記温度計測部によって計測された前記冷却プレートの温度に基づいて、前記冷却プレートの温度が前記所定温度となるように前記圧力調整弁を制御して前記気液分離器内の蒸気圧力を調整する温度制御手段と、をさらに備える。
【００２０】
また、請求項１２の発明は、請求項９から請求項１１のいずれかの発明に係る基板冷却装置において、前記気液分離器内に貯留されている冷媒の飽和液の液面レベルを検出する液面レベル検出部と、前記液面レベル検出部の検出結果に基づいて、前記気液分離器内に貯留されている冷媒の飽和液の液面レベルが一定となるように前記圧縮機の動作を制御するレベル制御手段と、をさらに備える。
【００２１】
また、請求項１３の発明は、冷却プレートが装着される構造物を所定温度に冷却する構造物冷却装置において、前記冷却プレートの内部に中空部を設けるとともに、前記中空部に冷媒の飽和液を充盈している。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明によれば、冷却プレートの内部に設けた中空部に冷媒の飽和液を充盈するため、飽和液の沸騰熱伝達を十分に利用した良好な冷却効率が得られるとともに、飽和液に圧力差が生じるのを防いでプレート面内の温度分布を均一とし、冷却中の基板の面内温度分布均一性を維持することができる。
【００２３】
また、請求項２の発明によれば、冷却プレートに、中空部の最も低い高さ位置に設けられ、中空部に冷媒の飽和液を供給する液体供給口と、中空部の最も高い高さ位置に設けられ、中空部にて沸騰した冷媒の飽和液から生じた冷媒の蒸気を排出する気体排出口と、を備えるため、発生した冷媒の蒸気が円滑に上方から抜けて中空部内には絶えず冷媒の飽和液が静かに満たされた状態に維持でき、請求項１の効果を確実に得ることができる。
【００２４】
また、請求項３の発明によれば、冷却プレートに、中空部に冷媒の飽和液を供給する液体供給口と、中空部にて沸騰した冷媒の飽和液から生じた冷媒の蒸気を排出する気体排出口と、を備え、中空部に、液体供給口と連通し、第１の方向に沿って延びる供給側流路と、気体排出口と連通し、供給側流路と平行に設けられた排出側流路と、第１の方向に沿って供給側流路と排出側流路との間に列設され、供給側流路と排出側流路とを連通接続する複数の連絡流路と、を備えるため、冷却プレートの内部に均一にかつ静かに冷媒の飽和液を満たすことができ、請求項１の効果を確実に得ることができる。
【００２５】
また、請求項４の発明によれば、排出側流路が供給側流路よりも高い位置に設けられているため、発生した冷媒の蒸気が円滑に上方から抜けて中空部内には絶えず冷媒の飽和液が静かに満たされた状態に維持でき、請求項１の効果を確実に得ることができる。
【００２６】
また、請求項５の発明によれば、連絡流路の長さを発生した冷媒の蒸気が流れるときの圧損による冷媒の飽和温度の変動が所定範囲以下となる基準長さとしているため、プレート面内の温度分布を高精度に均一にすることができる。
【００２７】
また、請求項６の発明によれば、基準長さを飽和温度の変動が±１℃以下となる長さとしているため、プレート面内の温度分布を高精度に均一にすることができる。
【００２８】
また、請求項７の発明によれば、冷却プレートに、液体供給口、気体排出口、供給側流路、排出側流路および基準長さの複数の連絡流路を有する単位給排系を、第１の方向と直交する第２の方向に沿って複数並設して備えるため、大型の基板であっても温度分布均一性を損なうことなく冷却することができる。
【００２９】
また、請求項８の発明によれば、液体供給口、気体排出口、供給側流路、排出側流路および基準長さの複数の連絡流路を有する冷却プレートを、第１の方向と直交する第２の方向に沿って複数並設して備えるため、大型の基板であっても温度分布均一性を損なうことなく冷却することができる。
【００３０】
また、請求項９の発明によれば、気液分離器にて冷媒の飽和液と飽和蒸気との混合相から分離された冷媒の飽和液のみを冷却プレートの中空部に供給しているため、請求項１の効果を確実に得ることができる。
【００３１】
また、請求項１０の発明によれば、冷却プレートの中空部にて沸騰した冷媒の飽和液から生じた冷媒の蒸気を気液分離器に帰還させているため、冷媒を循環利用することができる。
【００３２】
また、請求項１１の発明によれば、温度計測部によって計測された冷却プレートの温度に基づいて、冷却プレートの温度が所定温度となるように圧力調整弁を制御して気液分離器内の蒸気圧力を調整するため、冷却プレートの温度を一定にして安定した基板冷却処理を行うことができる。
【００３３】
また、請求項１２の発明によれば、液面レベル検出部の検出結果に基づいて、気液分離器内に貯留されている冷媒の飽和液の液面レベルが一定となるように圧縮機の動作を制御するため、冷却プレートに安定して冷媒の飽和液を供給し続けることができる。
【００３４】
また、請求項１３の発明によれば、冷却プレートの内部に設けた中空部に冷媒の飽和液を充盈するため、飽和液の沸騰熱伝達を十分に利用した良好な冷却効率が得られるとともに、飽和液に圧力差が生じるのを防いでプレート面内の温度分布を均一とし、冷却中の構造物の温度分布均一性を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本発明に係る基板冷却装置の冷却システムの構成を示す図である。同図において、実線にて示しているのは流体（液相、気相またはそれらの混合相）の流れであり、点線にて示しているのは電気信号の流れである。
【００３７】
本実施形態の基板冷却装置１は、コールドプレート１０に載置したガラス基板Ｗを冷媒を使用して所定の冷却温度にまで冷却するものである。本実施形態の基板冷却装置１において使用している冷媒はフロン（R134a）である。なお、フロン（R134a）は、オゾン層を破壊するとされているいわゆる特定フロンではなく、オゾン破壊係数”０”の代替フロンである。
【００３８】
基板冷却装置１は、コールドプレート１０の他に、主として圧縮機２０、コンデンサ（凝縮器）３０、膨張弁４０および気液分離器５０を備えている。圧縮機２０は、コンデンサ３０およびエバポレータ（蒸発器）７０と配管を介して連通接続されており、エバポレータ７０から冷媒の蒸気を吸引するとともに、その蒸気を圧縮して圧力を高めてコンデンサ３０に送給する機能を有する。圧縮機２０としては、吸引した蒸気の体積を押し縮めて圧縮する容積圧縮機（往復式等）、または、高速で回転する羽根車で蒸気に速度を与え、圧力に変換して圧縮する遠心圧縮機等の公知の種々の圧縮機を用いることができる。
【００３９】
コンデンサ３０は、圧縮機２０および膨張弁４０と配管を介して連通接続されており、圧縮機２０から送給されてきた冷媒蒸気を受け入れ、それを凝縮させて液化する機能を有する。通常処理が進行しているときには、コンデンサ３０にて生成された冷媒の液体は膨張弁４０に送り込まれる。コンデンサ３０としては、水冷凝縮器、空冷凝縮器、蒸発式凝縮器等の公知の凝縮器を使用することができる。
【００４０】
膨張弁４０は、コンデンサ３０および気液分離器５０と配管を介して連通接続されており、コンデンサ３０から送り出されてきた冷媒液を絞り膨張させて気液分離器５０に送り出す。膨張弁４０は、冷媒が通過する流量を切り換える機能を有しており、大流量と小流量との二段階に切り換えることが可能である。
【００４１】
気液分離器５０は、膨張弁４０から送り出された冷媒を気相と液相とに分離する。分離された冷媒の液相は気液分離器５０内の下方に貯留され、気相は気液分離器５０内の上方に蓄積される。気液分離器５０にはレベルセンサ５５が付設されており、レベルセンサ５５は気液分離器５０内に貯留されている冷媒の液相の液面レベルを検出する。なお、レベルセンサ５５としては、光学式のセンサ等公知の種々のものを使用することができる。
【００４２】
気液分離器５０の上部（つまり冷媒の気相が蓄積されるべき部分）は、配管を介してアキュムレータ６０に連通接続されている。アキュムレータ６０も気液分離器の一種であり、気液分離器５０から送り出されてきた冷媒の気相中に液相が含まれていた場合に、その液相を分離して気相のみをエバポレータ７０に送り出す。また、気液分離器５０とアキュムレータ６０とを連結する配管の経路途中には圧力調整弁８０が介挿されている。圧力調整弁８０は、気液分離器５０の内部空間から圧力調整弁８０に至る管路の圧力を連続的に調整することが可能である。
【００４３】
エバポレータ７０は、配管を介してアキュムレータ６０および圧縮機２０と連通接続されており、アキュムレータ６０から送給されてきた冷媒を完全に気相のみの状態として圧縮機２０に送り出す。圧縮機２０が非圧縮性の液相を含む冷媒を吸引するとミストによるエロージョン（浸食）を起こして障害を引き起こすおそれがあるため、圧縮機２０に気相のみの冷媒を送り込むことができるようにアキュムレータ６０およびエバポレータ７０が設けられている。本実施形態の基板冷却装置１においては、気液分離器５０から圧力調整弁８０を介して送り出される冷媒は原理的は気相単相であるが、何らかの契機で液相が含まれていたとしても圧縮機２０に液相が吸引されないようにするためのいわば保険としてアキュムレータ６０およびエバポレータ７０は設けられている。なお、アキュムレータ６０およびエバポレータ７０の双方を設置する必要は必ずしもなく、いずれか一方を設けるようにしても良い。
【００４４】
図２は、コールドプレート１０の斜視図である。また、図３は、コールドプレート１０の内部構造を示す図２のＶ−Ｖ線断面図である。なお、図２および以降の各図にはそれらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。
【００４５】
コールドプレート１０のプレート本体部１１は、平面視矩形形状の平板であり、熱伝導の良好な金属（本実施形態ではアルミニウム）にて形成されている。冷却処理の対象となるガラス基板Ｗはプレート本体部１１の表面に載置される。プレート本体部１１の表面は耐摩耗性の向上と剥離帯電を防止するためにアルマイト処理がなされている。
【００４６】
プレート本体部１１の下面側にはＸ軸方向に沿って入口ヘッダ１２が固設されている。入口ヘッダ１２は、中心線に沿って供給側流路１２ｂが貫通して設けられた四角柱形状の部材である。供給側流路１２ｂの両端が液体供給口１２ａとして開口している。すなわち、供給側流路１２ｂは、液体供給口１２ａと連通し、水平方向であるＸ軸方向（第１の方向）に沿って延びる管路である。
【００４７】
また、プレート本体部１１の側方端面にはＸ軸方向に沿って出口ヘッダ１３が固設されている。出口ヘッダ１３は、中心線に沿って排出側流路１３ｂが貫通して設けられた四角柱形状の部材である。出口ヘッダ１３は入口ヘッダ１２よりも高位置であるため、排出側流路１３ｂは供給側流路１２ｂよりも高い位置に設けられることとなる。排出側流路１３ｂの両端が気体排出口１３ａとして開口している。すなわち、排出側流路１３ｂは、気体排出口１３ａと連通し、Ｘ軸方向に沿って供給側流路１２ｂと平行に延びる管路である。なお、入口ヘッダ１２および出口ヘッダ１３の材質は、プレート本体部１１と同じ材質とすれば良い。
【００４８】
供給側流路１２ｂと排出側流路１３ｂとの間にはＸ軸方向に沿って互いに平行に複数の連絡流路１４が列設されている。各連絡流路１４はＹ軸方向に沿って延びるように形成された流体通過可能な管路である。複数の連絡流路１４のそれぞれの一端は供給側流路１２ｂに連通接続されるとともに、他端は排出側流路１３ｂに連通接続されている。これによって、コールドプレート１０の内部には供給側流路１２ｂ、排出側流路１３ｂおよび連絡流路１４にて構成される中空部が形成されることとなり、液体供給口１２ａと気体排出口１３ａとは供給側流路１２ｂ、排出側流路１３ｂおよび連絡流路１４を介して連通することとなる。
【００４９】
供給側流路１２ｂの両端開口部である液体供給口１２ａは気液分離器５０の下部（つまり冷媒の液相が貯留されるべき部分）と配管を介して連通接続される。一方、排出側流路１３ｂの両端開口部である気体排出口１３ａは気液分離器５０の上部（冷媒の気相が蓄積されるべき部分）と配管を介して連通接続されている。なお、液体供給口１２ａおよび気体排出口１３ａと気液分離器５０とをそれぞれ連通接続する配管がコールドプレート１０にガラス基板Ｗを搬出入するための搬送ロボットと干渉しないように設けられていることは勿論である。
【００５０】
このような構成によって、液体供給口１２ａはコールドプレート１０の中空部のガラス基板Ｗの載置面に垂直な方向（Ｚ方向）の最も低い高さ位置に設けられた開口となり、気液分離器５０内に貯留された冷媒液は液体供給口１２ａを介して当該中空部に供給される。また、気体排出口１３ａはコールドプレート１０の中空部のガラス基板Ｗの載置面に垂直な方向の最も高い高さ位置に設けられた開口となり、当該中空部内で生じた冷媒の蒸気は気体排出口１３ａから気液分離器５０へと排出される。
【００５１】
図１に戻り、コールドプレート１０には温度センサ１９が付設されている。温度センサ１９は、コールドプレート１０の表面近傍の温度を計測する。温度センサ１９には、例えば熱電対を使用することができる。
【００５２】
また、基板冷却装置１における流体経路としては、上記以外に、コンデンサ３０から膨張弁４０に至る配管から分岐してアキュムレータ６０からエバポレータ７０に至る配管に合流するバイパス配管が設けられている。このバイパス配管の経路途中にはバイパス弁８５が介挿されている。バイパス弁８５は、通常処理時には閉じられており、コールドプレート１０の温度が所定の設定範囲を超えて異常降下したときに開けられて冷媒を直接エバポレータ７０に帰還させる。
【００５３】
基板冷却装置１の制御機構としては、装置全体を管理する制御部９０の他に温度コントローラ９３とレベルコントローラ９６とが設けられている。これらはいずれもＣＰＵ等を備えた通常のコンピュータと同様に構成されている。温度コントローラ９３は、温度センサ１９によって計測されたコールドプレート１０の温度に基づいて圧力調整弁８０およびバイパス弁８５を制御する。また、レベルコントローラ９６は、レベルセンサ５５によって検出された気液分離器５０内の液面レベルに基づいて圧縮機２０の動作を制御する。さらに、制御部９０は圧縮機２０の稼働状態に基づいて膨張弁４０を制御する。なお、これら各制御機構による具体的な制御内容についてはさらに後述する。
【００５４】
次に、上記構成を有する基板冷却装置１における動作内容について説明する。図４は、モリエル線図（Mollier diagram）であり、冷媒の状態を表すものである。図４の縦軸は圧力を示し、横軸はエンタルピーを示している。同図中において、飽和液線Ｌ１よりも左側が過冷却の液相であり、飽和蒸気線Ｌ２よりも右側が過熱蒸気の気相であり、飽和液線Ｌ１と飽和蒸気線Ｌ２との間が混相となる。また、図４のＫは臨界点を示している。以下、適宜図４を参照しつつ説明を続ける。
【００５５】
まず、圧縮機２０に吸引される冷媒の蒸気は状態Ａで示される冷媒の過熱蒸気であり、気相のみの状態である。この冷媒の蒸気が圧縮機２０によって圧縮されることにより状態Ｂで示される過熱蒸気となる。圧縮機２０による圧縮行程が断熱圧縮（冷媒と外部との間に熱の出入りのない圧縮）であるとすると、冷媒の蒸気は状態Ａから等エントロピー線に沿って圧力が上昇するとともに温度も上昇し、圧縮機２０の出口近傍では状態Ｂの過熱蒸気となる。なお、状態Ｂで示される冷媒の過熱蒸気が気相単相であることは勿論である。
【００５６】
圧縮機２０によって生成された状態Ｂで示される冷媒の過熱蒸気はコンデンサ３０に流入し、コンデンサ３０にて冷却されて状態Ｂの圧力に対応する飽和温度の飽和液に凝縮され、さらに過冷却されて状態Ｃで示される過冷却液となる。状態Ｃで示される冷媒の過冷却液は液相のみの状態である。なお、コンデンサ３０は必ずしも溶媒を過冷却する必要は無く、飽和液にまで凝縮するものであっても良い。
【００５７】
コンデンサ３０によって生成された状態Ｃで示される冷媒の過冷却液は膨張弁４０へと流れる。コンデンサ３０から膨張弁４０へと冷媒液が流れる過程で外部と熱の授受がなく、流れによる圧力降下もないとすると、膨張弁４０に流入する直前の冷媒液は状態Ｃのままである。そして、状態Ｃで示される冷媒の過冷却液が膨張弁４０を通過するときに膨張が生じ、冷媒は状態Ｄで示される混相状態となる。冷媒の過冷却液が膨張弁４０を通過するときには、冷媒への熱の出入りはなく（断熱膨張）、また冷媒が何らかの仕事をすることもなく、単に膨張して圧力が降下するだけである。すなわち、状態Ｃのエンタルピーと状態Ｄのエンタルピーとは等しい。
【００５８】
膨張弁４０を通過することによって生成された状態Ｄにて示される冷媒の混合相は、状態Ｅで示される冷媒の飽和液と、状態Ｆで示される冷媒の飽和蒸気とが混合したものである。このような冷媒の混合相が膨張弁４０から気液分離器５０に送給され、気液分離器５０内にて液相（状態Ｅの飽和液）と気相（状態Ｆの飽和蒸気）とに分離される。分離された冷媒の飽和液は気液分離器５０内の下方に貯留され、冷媒の飽和蒸気は気液分離器５０内の上方に蓄積される。
【００５９】
そして、気液分離器５０内に貯留された冷媒の飽和液は入口ヘッダ１２の液体供給口１２ａを介してコールドプレート１０内の中空部に供給される。ここで、液体供給口１２ａと連通する配管は気液分離器５０の下部に接続されており、コールドプレート１０の中空部へは気液分離器５０にて分離された冷媒の飽和液のみが供給されることとなる。また、液体供給口１２ａはコールドプレート１０の中空部の最も低い高さ位置に設けられているため、当該中空部へは冷媒の飽和液が下から導入され、中空部内に冷媒飽和液が確実に充盈されることとなる。
【００６０】
本実施形態の基板冷却装置１の冷却システムにおいては、コールドプレート１０内の中空部に単に冷媒の飽和液を満たしているだけであり、連絡流路１４に飽和液を流しているものではない。飽和液とは、液相を維持できる限度の状態（臨界状態）にある液体のことであり、飽和液に少しでも熱を加えると温度は変わらずに蒸発沸騰を開始する。従って、中空部に飽和液が充盈されたコールドプレート１０に加熱処理後のガラス基板Ｗを載置すると、ガラス基板Ｗから冷媒の飽和液への熱伝達が生じ、その熱負荷によって冷媒の飽和液は直ちに急激に沸騰する。ここでの熱伝達は、コールドプレート１０の固体壁面（正確には連絡流路１４の内壁面）から沸騰する冷媒への熱移動であって、沸騰熱伝達と称されるものである。
【００６１】
このような液相から気相への相変化を伴う沸騰熱伝達の特徴は、相変化を伴わない対流熱伝達よりも高い熱伝達率を示すことである。このため、本実施形態の基板冷却装置１では良好な冷却効率を得ることができ、ガラス基板Ｗの冷却速度を高速にすることができる。
【００６２】
また、冷媒の飽和液はコールドプレート１０内の中空部に充盈されているだけであって、連絡流路１４を流れているわけではないため、流体の流れに伴う圧力降下が生じない。このため、コールドプレート１０の中空部に満たされている冷媒飽和液の状態は均一（図４の状態Ｅ）であり、温度も均一である。よって、コールドプレート１０の表面においても、入口ヘッダ１２の近傍から出口ヘッダ１３の近傍に至るまで温度差が無く、冷却処理中におけるガラス基板Ｗの面内温度分布均一性を高い精度にて維持することができる。
【００６３】
コールドプレート１０に高温のガラス基板Ｗを載置したときに、そのガラス基板Ｗからの熱伝達によって中空部にて沸騰した冷媒の飽和液から発生した冷媒の蒸気は出口ヘッダ１３の気体排出口１３ａから気液分離器５０へと排出される。なお、コールドプレート１０にガラス基板Ｗを載置していないときには、コールドプレート１０の中空部に冷媒の飽和液が充盈されているだけであって、その飽和液にはほとんど熱負荷がかからず、気体排出口１３ａからは極少量の冷媒蒸気が気液分離器５０へと排出されるに過ぎない。
【００６４】
気体排出口１３ａはコールドプレート１０の中空部の最も高い高さ位置に設けられているため、コールドプレート１０の中空部にて発生した冷媒の蒸気は特段の動力を必要とすることなく気相と液相との比重の差によって自然に気体排出口１３ａから抜け出ることとなる。また、冷媒の蒸発にともなってコールドプレート１０の中空部から冷媒の飽和液が減少することとなるが、その減少分は冷媒蒸気が気体排出口１３ａから抜け出るのに伴って、飽和液のレベル（高さ）、すなわち位置エネルギーによって自然に気液分離器５０から冷媒の飽和液が供給されて補充されることとなる。つまり、冷媒の飽和液の供給と発生した蒸気の排出とがいわゆる熱サイフォンによってスムーズに行われ、かつ、気液分離器５０およびコールドプレート１０によって構成される循環系内の圧力を一定とし、冷媒の温度が変動しないようにできる。
【００６５】
一方、気液分離器５０内の上方に蓄積された冷媒の飽和蒸気は圧力調整弁８０を経由してアキュムレータ６０に送給される。気液分離器５０からアキュムレータ６０へと送り出される冷媒蒸気は原理的には気相単相のはずであるが、気液分離器５０内に蓄積されている冷媒の飽和蒸気には、膨張弁４０から送られた冷媒の混合相から分離された蒸気の他にコールドプレート１０の出口ヘッダ１３から排出された冷媒蒸気も含まれている。コールドプレート１０に加熱処理直後の高温のガラス基板Ｗが載置された瞬間には、中空部内にて冷媒が激しく沸騰し、出口ヘッダ１３から排出される冷媒の蒸気中に冷媒のミスト（微小液滴）が混入する可能性もある。既述したように、液相を含む冷媒蒸気が圧縮機２０に吸引されると障害の原因となるため、アキュムレータ６０は送給されてきた冷媒の蒸気から液相を分離して気相のみをエバポレータ７０に送り出す。
【００６６】
エバポレータ７０は、アキュムレータ６０から送給されてきた冷媒を完全に気相のみの状態として圧縮機２０に送り出す。このエバポレータ７０も圧縮機２０に送給する冷媒の蒸気から液相を取り除くためのものである。気液分離器５０から送り出された直後の冷媒は状態Ｆで示される飽和蒸気であるが、アキュムレータ６０およびエバポレータ７０を通過して完全に気相のみとされる過程で若干過熱され、状態Ａで示される冷媒の過熱蒸気に戻って圧縮機２０に吸引されることとなる。
【００６７】
以上のようにして、基板冷却装置１における冷媒の循環が行われ、その循環経路途中にて生成される冷媒の飽和液のみをコールドプレート１０に供給し、その中空部内に冷媒飽和液を充盈している。図４の状態Ａから状態Ｄに至るサイクル自体は、従来の冷却システムにおいても実現されている冷凍サイクルである。例えば、冷蔵庫やエアコンディショナ等に備えられている冷却システムも図４の状態Ａから状態Ｄに至る冷凍サイクルを実行している。
【００６８】
しかしながら、かかる従来の冷却システムでは、吸熱を行う冷却部に状態Ｄにて示される冷媒の飽和液と飽和蒸気との混合相をそのまま供給していた。混合流体をそのまま供給すると、気相が存在するために沸騰熱伝達の高い熱伝達効率を十分に得ることができず、良好な冷却効率を得られにくい。また、冷却部に混合流体を強制的に流すこととなるため、配管抵抗に起因した流体の圧力降下が発生して飽和温度が低下するが、その結果既述した強制対流熱伝達の場合とは逆に冷却部の流体入口側近傍よりも出口側近傍の方が若干温度が低くなるという現象が生じる。もっとも、冷蔵庫やエアコンディショナ等であれば、庫内や室内を循環する空気を順次冷却するだけで足りるため、多少冷却効率が悪かったり、或いは冷却部の温度分布が若干不均一であっても特段の問題は生じない。
【００６９】
本発明に係る基板冷却装置１のように精密電子デバイス用基板を冷却する場合には高い冷却効率と温度分布均一性が要求されるが、本実施形態のようにすれば、状態Ｄにて示される冷媒の混合流体から気液分離器５０によって液相（つまり状態Ｅの冷媒の飽和液）のみを分離し、その冷媒の飽和液をコールドプレート１０の中空部に充盈しているため、相変化を伴う沸騰熱伝達の熱伝達効率を十分に活用することができ、良好な冷却効率を得ることが可能となる。また、コールドプレート１０の中空部には冷媒飽和液の強制的な流れは存在しないため、配管抵抗に起因した冷媒飽和液の圧力降下も無く、入口ヘッダ１２近傍から出口ヘッダ１３近傍に至るまで冷媒飽和液の温度は一定であり、その結果コールドプレート１０の温度を均一にして冷却中のガラス基板Ｗの面内温度分布均一性を維持することができる。
【００７０】
このような温度均一性を安定して維持するためには、熱負荷によって飽和液から発生した冷媒の蒸気が連絡流路１４から排出側流路１３ｂ、気体排出口１３ａを経て排出されるときの気相排出抵抗（圧損）をなるべく低くして冷媒の飽和温度低下を抑制しておく必要もある。流速ｕの冷媒蒸気が長さ（流路長）ｌ，内径ｄの配管を流れるときの圧損Δｐは次の数１によって示される（Darcy-Weisbachの式）。
【００７１】
【数１】
2007294887.tif 000003
【００７２】
数１において、Ｃは抵抗係数であり、配管の内壁面の相対粗さとレイノルズ数とによって規定される値である。数１から明らかなように、配管の長さが長くなるほど、また、内径が細くなるほど圧損は大きくなる。冷媒の蒸気の流速ｕは、数２によって表される。
【００７３】
【数２】
2007294887.tif 000004
【００７４】
Ｑは冷媒の蒸気の流量である。本実施形態の基板冷却装置１においては、冷媒の飽和液（液相）のみがコールドプレート１０の中空部に供給されるため、冷媒の蒸気の流量は熱負荷による冷媒の蒸発量と等しくなる。数１および数２から圧損Δｐは次の数３のように表される。
【００７５】
【数３】
2007294887.tif 000005
【００７６】
一方、ガラス基板Ｗを冷却する基板冷却装置１において許容される温度分布のバラツキは製造規格によって定まっており、ガラス基板Ｗが液晶表示装置用ガラス基板であれば設定温度から±１℃の範囲内である。よって、熱負荷によって飽和液から発生した冷媒の蒸気が連絡流路１４を流れるときの圧損によって冷媒の飽和温度の変動が±１℃以下となるように圧損を抑制する必要がある。例えば、冷却処理の設定温度を２３℃とすると、冷媒の飽和温度の変動が２２℃〜２４℃の範囲内に収まるように圧損を抑制する必要がある。本実施形態にて使用している冷媒はフロン（R134a）であり、飽和温度２４℃に対する飽和圧力は０．５５３ＭＰａであり、飽和温度２２℃に対する飽和圧力は０．５１４ＭＰａである。よって、圧損Δｐを０．５５３ＭＰａ−０．５１４ＭＰａ＝０．０３９ＭＰａ以下（好ましくはこの１０分の１の０．００３９ＭＰａ以下）とする必要がある。また、上記とは異なる代替フロン（R410A）を使用するのであれば、飽和温度２４℃に対する飽和圧力は１．５５ＭＰａであり、飽和温度２２℃に対する飽和圧力は１．４６ＭＰａである。よって、圧損Δｐを１．５５ＭＰａ−１．４６ＭＰａ＝０．０９ＭＰａ以下（好ましくはこの１０分の１の０．００９ＭＰａ以下）とする必要がある。
【００７７】
本発明者等は、詳細な実験を行った結果、連絡流路１４の長さｌ１＝２５５ｍｍ、内径ｄ１＝φ８ｍｍのときに冷媒の飽和温度の変動が±１℃以下となることを見出した。よって、この条件のときと同等の圧損となるように連絡流路１４を設計すれば、より具体的には連絡流路１４の長さｌ２、内径ｄ２が次の数４の関係を満たすようにすれば、飽和液から発生した冷媒の蒸気が連絡流路１４を流れるときの圧損による冷媒の飽和温度の変動を±１℃以下とすることができる。なお、数４において、Ｑ１，Ｑ２はそれぞれ上記実験時および設計対象となる連絡流路１４における冷媒蒸気の流量（つまり冷媒の蒸発量）であり、ガラス基板Ｗの熱容量から容易に算出することができる。また、実際には排出側流路１３ｂにおける圧損も冷媒の飽和温度の変動に影響を与えるのであるが、排出側流路１３ｂの内径は連絡流路１４よりも相当に大きい（φ３６ｍｍ）ため、その影響は連絡流路１４に比較すると十分に小さいためここでの考慮から外している。
【００７８】
【数４】
2007294887.tif 000006
【００７９】
数４の関係のみからは、上記実験時の連絡流路１４と比較して長さ、内径ともに大きくすれば圧損も同等に維持できることが導かれる。ところが、コールドプレート１０において、複数の連絡流路１４は所定の配列ピッチにてＸ軸方向に沿って列設されているのであるが、この配列ピッチが大きすぎると縞状の温度分布が生じるため、配列ピッチはコールドプレート１０のサイズによらず約２０ｍｍとされている。従って、連絡流路１４の内径の上限は配列ピッチによって規制されることとなり、内径ｄ２の上限はφ１４ｍｍ程度である。連絡流路１４の内径ｄ２の上限が規定されると、数４の関係から連絡流路１４の長さｌ２の上限も定まることとなる。本実施形態ではこのようにして求められた連絡流路１４の長さｌ２の上限値を「基準長さ」としており、上記の諸条件では約６００ｍｍとなる。この「基準長さ」は数４の関係を満たすため、熱負荷によって飽和液から発生した冷媒の蒸気が連絡流路１４を流れるときの圧損によって冷媒の飽和温度の変動が±１℃以下となる連絡流路１４の長さである。逆に、連絡流路１４の長さが基準長さである６００ｍｍを超えると、圧損による冷媒の飽和温度の低下が大きくなり、冷却処理時の面内温度分布のバラツキが許容限度を超えて大きくなるおそれがある。
【００８０】
ところで、液晶表示装置用等のガラス基板は大型化の一途をたどっており、第８世代（Ｇ８）では２４００ｍｍ×２６００ｍｍにまで大型化している。このような大型のガラス基板Ｗを基板冷却装置１にて冷却処理するときには、図５に示すように、コールドプレートを複数に分割する。つまり、複数の単位コールドプレート１０ａを並設して１枚の大型コールドプレートを形成する。図６は、図５のコールドプレートの平面図である。図５，６に示すように、第８世代のガラス基板Ｗを処理する基板冷却装置１においては、４枚の単位コールドプレート１０ａをＸ軸方向と直交するＹ軸方向（第２の方向）に沿って並設して１枚の大型コールドプレートを形成している。各単位コールドプレート１０ａは、上述のコールドプレート１０と同様に、液体供給口１２ａ、気体排出口１３ａ、供給側流路１２ｂ、排出側流路１３ｂおよび複数の連絡流路１４を備えている。複数の連絡流路１４は、供給側流路１２ｂと排出側流路１３ｂとの間にＸ軸方向に沿って列設されている。各連絡流路１４の長さは上記の基準長さ（６００ｍｍ）であり、その内径はφ１４ｍｍである。なお、単位コールドプレート１０ａのＸ軸方向長さは２６００ｍｍである。
【００８１】
このように、液体供給口１２ａ、気体排出口１３ａ、供給側流路１２ｂ、排出側流路１３ｂおよび基準長さの複数の連絡流路１４を含む単位給排系を個別に備える単位コールドプレート１０ａを４枚並設することによって、大型の第８世代のガラス基板Ｗであっても対応することが可能となる。各単位コールドプレート１０ａにおける連絡流路１４の長さは数４の関係を満たす基準長さであるため、大型ガラス基板Ｗを冷却する際の面内温度分布のバラツキは抑制される。また、将来的に第８世代よりもさらに大型のガラス基板Ｗが処理対象となったときであっても、基準長さの連絡流路１４を有する単位コールドプレート１０ａの並設数を増やすことによって対応可能である。なお、単位コールドプレート１０ａのＸ軸方向長さについては、連絡流路１４の設置数を増減させるだけで容易に変えることができる。
【００８２】
また、本実施形態の基板冷却装置１においては、Ｘ軸方向に沿って延びる供給側流路１２ｂからそれと平行に延びる排出側流路１３ｂに向けて複数の連絡流路１４が列設された構造によって冷却機構の給排系が構成されているため、コールドプレート１０の内部に均一にかつ圧損を生じさせないよう静かに冷媒の飽和液を満たすことができる。このため、良好な冷却効率にてガラス基板Ｗを冷却でき、しかも冷却中のガラス基板Ｗの面内温度分布均一性を維持することができるという上記の効果を確実に得ることができる。
【００８３】
また、本実施形態の基板冷却装置１においては、コールドプレート１０の中空部の最も低い高さ位置から冷媒飽和液を供給するとともに、最も高い高さ位置から冷媒蒸気を排出するようにしているため、発生した冷媒蒸気は円滑に上方から抜けて中空部内は絶えず冷媒の飽和液が静かに満たされた状態に維持できる。このため、上記の効果を確実に得ることができる。
【００８４】
また、基板冷却装置１は、温度センサ１９によって計測されたコールドプレート１０の温度に基づいて圧力調整弁８０およびバイパス弁８５を制御する温度コントローラ９３を備えている。温度コントローラ９３は、コールドプレート１０のプレート温度を監視しつつ、そのプレート温度が常にガラス基板Ｗの冷却目標温度となるように圧力調整弁８０を制御して気液分離器５０内の蒸気圧力を調整している。具体的には、コールドプレート１０に高温のガラス基板Ｗが載置されて熱的負荷が与えられたときには圧力調整弁８０を開放し、そのガラス基板Ｗの温度が低下して熱的負荷が軽減したときには圧力調整弁８０を絞る。
【００８５】
コールドプレート１０に高温のガラス基板Ｗが載置されると、その中空部に充盈された冷媒の飽和液が急激に沸騰して蒸発し、出口ヘッダ１３から多量の冷媒蒸気が排出されて気液分離器５０に流れ込む。すると、気液分離器５０内の蒸気圧力が上昇して冷媒飽和液の温度も上昇し、コールドプレート１０の温度が目標温度より高くなるおそれがある。このため、温度コントローラ９３は圧力調整弁８０の開放度を大きくして気液分離器５０内の蒸気圧力が上昇するの防ぎ、冷媒飽和液の温度上昇を防止している。
【００８６】
逆に、コールドプレート１０への熱的負荷が軽減されてきたときには、発生する冷媒蒸気量も減少するため、圧力調整弁８０を大きく開放したままであると気液分離器５０内の蒸気圧力が低くなりすぎて冷媒飽和液の温度も低下し、コールドプレート１０の温度が目標温度より低くなるおそれがある。このため、温度コントローラ９３は圧力調整弁８０の開放度を小さくして気液分離器５０内の蒸気圧力が過度に低下するの防ぎ、冷媒飽和液の温度下降を防止している。
【００８７】
また、温度コントローラ９３は、コールドプレート１０のプレート温度が所定の設定範囲を超えて低下したときにバイパス弁８５を開放して冷媒の過冷却液を直接エバポレータ７０に流す。この動作は、プレート温度が異常低下したときにコールドプレート１０への冷媒供給を停止してコールドプレート１０上への雰囲気からの結露を防止する非常措置である。具体的には、２３℃相対湿度４０％の雰囲気ではプレート温度が１０℃未満にならないようにする。
【００８８】
また、基板冷却装置１は、レベルセンサ５５によって検出された気液分離器５０内の液面レベルに基づいて圧縮機２０の動作を制御するレベルコントローラ９６を備えている。レベルコントローラ９６は、レベルセンサ５５の検出結果に基づいて、気液分離器５０内に貯留されている冷媒の飽和液の液面レベルが一定となるように圧縮機２０の動作を制御する。すなわち、コールドプレート１０への熱的負荷が大きく冷媒飽和液の消費量が大きいときには、気液分離器５０内に貯留されている冷媒飽和液の液面レベルが低下する。このような場合には、レベルコントローラ９６が圧縮機２０の動作量を増やし、気液分離器５０に送給される冷媒飽和液の量を増加させる。逆に、コールドプレート１０への熱的負荷が軽減されてきたときには、気液分離器５０内に貯留されている冷媒飽和液の液面レベルが上昇するため、レベルコントローラ９６が圧縮機２０の動作量を減らし、気液離器５０に送給される冷媒飽和液の量を減少させる。このようにして、気液分離器５０内に貯留されている冷媒の飽和液の液面レベルが絶えず一定となるようにされている。なお、基本的な動作量を増減する方法は、インバータによる圧縮機２０の回転数制御や複数台の圧縮機２０を使用する場合には運転する圧縮機２０の台数を変化させるというものである。
【００８９】
また、基板冷却装置１の制御部９０は圧縮機２０の稼働状態に基づいて膨張弁４０を制御する。制御部９０は、圧縮機２０の動作量に基づいて膨張弁４０を大流量または小流量のいずれか二段階に切り換える。具体的には、制御部９０は、圧縮機２０の動作量が所定の基準値より多いときには膨張弁４０を大流量とし、該基準値より少ないときには膨張弁４０を小流量とする。なお、圧縮機２０の動作量が上記基準値と等しい場合には膨張弁４０を大流量または小流量のいずれにしても良い。このようにすれば、圧縮機２０の稼働状態に応じて膨張弁４０を通過して膨張する冷媒量を調整することができる。
【００９０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、コールドプレート１０の形態は図２，３に示した形態に限定されるものではなく、プレート内部に中空部を設け、その中空部の最も低い高さ位置に設けられた液体供給口から冷媒の飽和液を供給するとともに、最も高い高さ位置に設けられた気体排出口から冷媒の蒸気を排出する形態であればよい。また、コールドプレート１０の内部において、冷媒の蒸気がより円滑に気体排出口１３ａから排出されるように連絡流路１４に若干の傾斜を設けるようにしても良い。
【００９１】
また、大型のガラス基板Ｗを処理する場合に、図５，６の構成に変えて図７のようにしても良い。図７の構成では、コールドプレートを分割するのではなく、１枚の大型コールドプレート１０ｂに、液体供給口１２ａ、気体排出口１３ａ、供給側流路１２ｂ、排出側流路１３ｂおよび基準長さの複数の連絡流路１４を含む単位給排系をＹ軸方向に沿って複数並設している。すなわち、図５，６と同様の冷却機構を１枚の大型コールドプレート１０ｂに備えているのである。このようにしても、大型の第８世代のガラス基板Ｗに対応することが可能となる。また、連絡流路１４の長さは数４の関係を満たす基準長さであるため、大型ガラス基板Ｗを冷却する際の温度分布のバラツキは抑制される。もっとも、図５，６の構成の方がガラス基板Ｗがさらに大型化した場合にも単位コールドプレート１０ａの並設数を増やすだけで容易に対応することが可能である。
【００９２】
また、本発明に係る基板冷却装置１の冷却システムには、複数台の圧縮機２０を備えるようにしても良い。この場合、レベルコントローラ９６は、レベルセンサ５５の検出結果に基づいて、気液分離器５０内に貯留されている冷媒の飽和液の液面レベルが一定となるように稼働する圧縮機２０の台数を調整する。また、制御部９０は、圧縮機２０の稼働台数に基づいて膨張弁４０を大流量または小流量のいずれか二段階に切り換える。
【００９３】
また、本発明に係る基板冷却装置１によって冷却処理の対象となる基板はガラス基板Ｗにに限定されるものではなく、半導体ウェハであっても良い。
【００９４】
また、本発明に係る冷却システムは基板に代えて構造物を冷却するものであっても良い。すなわち、プレート本体部１１を構造物、例えば金型に装着することで構造物である金型を冷却するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る基板冷却装置の冷却システムの構成を示す図である。
【図２】コールドプレートの斜視図である。
【図３】コールドプレートの内部構造を示す図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図４】モリエル線図である。
【図５】分割コールドプレートの斜視図である。
【図６】図５の分割コールドプレートの平面図である。
【図７】大型コールドプレートの平面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  基板冷却装置
１０  コールドプレート
１０ａ  単位コールドプレート
１０ｂ  大型コールドプレート
１１  プレート本体部
１２  入口ヘッダ
１２ａ  液体供給口
１２ｂ  供給側流路
１３  出口ヘッダ
１３ａ  気体排出口
１３ｂ  排出側流路
１４  連絡流路
１９  温度センサ
２０  圧縮機
３０  コンデンサ
４０  膨張弁
５０  気液分離器
５５  レベルセンサ
６０  アキュムレータ
７０  エバポレータ
８０  圧力調整弁
８５  バイパス弁
９０  制御部
９３  温度コントローラ
９６  レベルコントローラ
【図１】
2007294887.tif 000007
【図２】
2007294887.tif 000008
【図３】
2007294887.tif 000009
【図４】
2007294887.tif 000010
【図５】
2007294887.tif 000011
【図６】
2007294887.tif 000012
【図７】
2007294887.tif 000013