JP2006283994A - Cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チラーユニット等の冷却システムに関し、特に、ガルデン(商品名、以下、同様)、フロリナート(商品名、以下、同様)等のフッ素の表面張力の小さい室温の冷媒を0°C以下の低温にしたとき、この冷媒から析出される氷によって、流量調整弁等の機器が氷詰まりを起こさないようした冷却システムに関する。 The present invention relates to a cooling system such as a chiller unit, and in particular, a room temperature refrigerant having a low surface tension of fluorine, such as Galden (trade name, hereinafter, the same), Fluorinert (trade name, the same, the same), or the like is used. The present invention relates to a cooling system in which ice such as a flow regulating valve is prevented from being clogged with ice due to ice deposited from the refrigerant when the temperature is lowered.
ガルデン、フロリナート等の表面張力の小さいフッ素系の冷媒は、例えば、半導体素子の電気試験(機能試験)等に使用されるプローバの温度を制御する冷却液等に用いられている。ICなど、ほとんどの半導体素子はシリコンウエハー上に作られており、1つの機能を持った半導体素子は、シリコンウエハーから切り出される前または後あるいは前後ともに、最終的な電気試験(機能試験)が行われ、その特性が計られ、良否の判定が行われている。この試験では、ウエハーの移動と、加熱・冷却の温度調節を行うプローバと呼ばれる装置が使われている。プローバ内部には3次元方向に精密に移動可能なテーブル(X―Y―Zテーブル)があり、このテーブルには、テストするウエハーを把持するチャックが取り付けられている。このプローバは、テストするウエハーの温度を、例えば−70°C〜200°Cの範囲で設定できるようになっている。 Fluorine-based refrigerants with low surface tension, such as Galden and Fluorinert, are used in, for example, a coolant that controls the temperature of a prober used in an electrical test (functional test) of a semiconductor element. Most semiconductor devices such as IC are made on a silicon wafer, and a semiconductor device having one function is subjected to a final electrical test (functional test) before, after, or after being cut out from the silicon wafer. The characteristics are measured and the quality is judged. In this test, a device called a prober is used that moves the wafer and adjusts the temperature of heating and cooling. Inside the prober is a table (XYZ table) that can be moved precisely in the three-dimensional direction, and a chuck for holding the wafer to be tested is attached to this table. This prober can set the temperature of the wafer to be tested within a range of, for example, −70 ° C. to 200 ° C.
このプローバの設定温度の制御は、電気ヒータによるチャックの加熱と、冷却液によるチャックの冷却とによって行われている。このチャックを加熱・冷却する従来のシステムの一例を図3の冷却システムのフロー図に基づいて説明する。図3において、Cはチラーユニットであり、Pはプローバである。なお、図3では、説明の都合上、チラーユニットCや冷凍機2やプローバPのケーシングなどは2点鎖線で示し、低温タンク4や常温タンク8などはタンクの内部が見える形で記載してある。
Control of the set temperature of the prober is performed by heating the chuck with an electric heater and cooling the chuck with a coolant. An example of a conventional system for heating and cooling the chuck will be described with reference to the flowchart of the cooling system in FIG. In FIG. 3, C is a chiller unit and P is a prober. In FIG. 3, for convenience of explanation, the chiller unit C, the
チラーユニットCは、その筺体1内に、熱交換器3を備えた冷凍機2と、冷却液としてガルデン、フロリナート等のフッ素系の表面張力の小さい冷媒Rが貯留される断熱性の低温タンク4と、この冷媒Rを循環させる循環ポンプ5と、熱交換器3で冷却される低温冷媒の流量を制御する流量調整弁6と、低温タンク4内の冷媒Rの温度を検出する温度センサー7と、低温タンク4に冷媒を補給する常温タンク8と、常温タンク8の冷媒を低温タンク4に補給する補給ポンプ9とを備えている。なお、低温タンク4と常温タンク8は、それぞれ冷媒タンクとして総称されるものである。
The chiller unit C includes a
熱交換器3は、二重管(図示せず)から構成されており、その内管の中を冷凍機2の冷媒が流れ、内管と外管との間に形成される流路に低温タンク4からの冷媒が流れるようになっている。二重管からなる熱交換器3は、内管と外管との間に冷却フィンを設けたものであってもよいし、冷却フィンを設けないものであってもよい。また、低温タンク4からの冷媒を内管の中へ、内管と外管との間に形成される流路に冷凍機2からの冷媒が流れるようにしてもよい。
The
低温タンク4と常温タンク8は、密閉あるいはほぼ密閉に構成されており、それぞれ上部に大気に開放する大気開放チューブ10,11が設けられている。この大気開放チューブ10,11は、低温タンク4や常温タンク8の液面が上昇や下降して、低温タンク4や常温タンク8内に圧力の変動が生じたとき、その圧力の変動を吸収するようになっている。また、低温タンク4には、常温タンク8に接続するオーバフロー管12が設けられている。低温タンク4内の冷媒Rが不足した場合には、補給ポンプ9を駆動し、常温タンク8内の冷媒を補給ホース9aを通して低温タンク4に供給するようになっている。なお、4aは低温タンク4の冷媒液面,8aは常温タンク8の冷媒液面を示す。
The low-
循環ポンプ5は、そのポンプ部が、低温タンク4に貯留された冷媒Rの中に位置し、駆動部が低温タンク4の外側に位置するように低温タンク4に取り付けられている。循環ポンプ5の吸入口(図示せず)は、低温タンク4内に開口し、その吐出口5aは、冷媒循環ホース13(往き管)によって熱交換器入口3aに接続されるとともに、冷媒循環ホース13から分岐した冷却液供給ホース15によって後述するプローバPに接続されている。
The
流量調整弁6は、図6に示すように、ステンレス製のケーシング6aの上部に駆動部6bを有し、その下部に弁部を有している。この弁部は、ケーシング6aの底部に開口する冷媒入口6cと、冷媒入口6cより上方でケーシング6aの側面に開口する冷媒出口6dと、冷媒入口6cと冷媒出口6dを連通する冷媒流路6eと、冷媒流路6eの途中に形成したケーシング6aと一体の弁座6fと、弁座6fの下部に配置され、弁座の6fの下方から弁座6fに離接して冷媒流路6eを開閉する樹脂製の弁体6gから構成されている。弁体6gは、弁棒6hによって駆動部6bに連結されるとともに、その下方から復帰スプリング6iによって弁座6f側に付勢されている。また、弁体6gは、ケーシング6aの底部から突接されたガイド部材6jによって案内されるようになっている。なお、図6の6kはケーシング6aに設けた断熱材である。
As shown in FIG. 6, the flow rate adjusting valve 6 has a
このように構成された流量調整弁6は、駆動部6bが低温タンク4の外部に位置し、弁部が低温タンク4内に位置するように低温タンク4に取り付けられている。また流量調整弁6の冷媒入口6cは低温タンク4内の冷媒液面4aより下方に位置し、その冷媒出口6dは冷媒液面4aより上方に位置する。この流量調整弁6の冷媒入口6cは、継手14aを介して、熱交換器出口3bに接続された冷媒循環ホース14(戻り管)に接続されている。流量調整弁6の冷媒出口6dは、低温タンク4内に開口している。
The flow rate adjusting valve 6 configured as described above is attached to the
冷媒循環ホース13、14は、SUS等の材料から形成されており、低温タンク4から上方に立ち上がり、次いでほぼ水平に延びて熱交換器3に接続するようにチラーユニットの筺体1の中に配管されている。なお、図3において、2aは、冷媒循環ホース13用に冷凍機2の外壁に設けた管継手であり、2bは、同様に、冷媒循環ホース14用に冷凍機2の外壁に設けた管継手である。また、4bは、冷媒循環ホース13用に低温タンク4の外壁に設けた管継手であり、4cは、冷媒循環ホース14用に低温タンク4の外壁に設けた管継手である。
The
プローバPは、3次元方向に精密に移動可能なテーブルすなわちX―Y―Zテーブル(図示せず)と、このテーブルに取り付けられ、テストするウエハーを把持するチャック17と、チャック17の温度を検出する温度センサー18と、チャック17を加熱するヒータ19と、冷却液によってチャック17を冷却する冷却部20とを備えている。
The prober P is a table that can be precisely moved in a three-dimensional direction, that is, an XYZ table (not shown), a
冷却部20は、その冷却液入口(図示せず)がチャック接続ホース21(往き管)に接続され、その冷却液出口(図示せず)がチャック接続ホース22(戻り菅)に接続されている。さらに、チャック接続ホース21は、冷却液循環ポンプの吐出口4aに接続する冷却液供給ホース15(往き管)に継手23を介して接続され、チャック接続ホース22は、低温タンク4に連通する冷却液供給ホース16(戻り菅)に継手23を介して接続されている。チャック接続ホース21,22は、プローバPのテーブルの移動に追随できるようにテフロン(登録商標)樹脂等の可撓性の材料から形成されている。冷却液供給ホース15,16は、SUS等の材料によって形成されている。なお、図3において、4dは冷却液供給ホース16用に低温タンク4の外壁に設けた継手である。
The
このように構成されたシステムでは、チャック17の設定温度、すなわちプローバPの設定温度が例えば約40°C以上の場合は、ヒータ19のみによって、チャック17の温度制御が行われ、それ未満の場合は、ヒータ19と冷却部20とによってチャック17の温度制御が行われる。ヒータ19のみによって温度制御を行う場合には、プローバPに設けた温度センサー18でチャック17の温度を検出し、チャック17の温度が設定温度になるようにヒータ19を制御する。
In the system configured as described above, when the set temperature of the
ヒータ19と冷却部20とでチャック17の温度制御を行う場合には、冷凍機2と循環ポンプ5を運転する。循環ポンプ5によって吸引された低温タンク4内の冷媒Rは、冷媒循環ホース13を通って冷凍機2に設けた熱交換器3に供給されると同時に、冷却液供給ホース15及びチャック接続ホース21を通ってプローバPに設けたチャック17の冷却部20に供給される。低温タンク4から熱交換器3に供給された冷媒は、熱交換器3で冷却された後、冷媒循環ホース14、流量調整弁6を通って低温タンク4内に戻される。他方、チャック17の冷却部20に冷却液として供給された冷媒は、チャック17を冷却した後、チャック接続ホース22及び冷却液供給ホース16を通って低温タンク4内に戻される。
When the temperature control of the
この時、流量調整弁6は、例えば5秒おきに出される開指令に基づいて開閉するようになっており、この開指令によって、駆動部6bは、復帰スプリング6iの付勢に抗して弁体6gが弁座6fから離れて所定時間冷媒流路6eを開くように弁体6gを駆動する。冷媒流路6eが開かれると、熱交換器3で冷却された低温冷媒が冷媒出口6dを通って低温タンク4内に供給される。所定時間が経過すると、駆動部6bによって弁体6gが駆動されなくなるので、図4に示すように、弁体6gは、復帰スプリング6iの付勢力によって復帰して冷媒流路6eを閉じるようになる。流量調整弁6は、このような開閉を繰り返し、低温タンク4内の冷媒Rの温度がチャック17の設定温度に対応した温度になるように、熱交換器3で冷却された冷媒を低温タンク4に供給する。弁体6gが開かれている時間、すなわち、開を維持する時間は、プローバPの設定温度に対応しており、プローバPの設定温度が高いほどその時間は短くなる。低温タンク4内の冷媒Rの温度は、温度センサー7によって監視されている。
At this time, the flow rate adjusting valve 6 opens and closes based on, for example, an open command issued every 5 seconds, and the
このように温度調整された低温タンク4内の冷媒Rを冷却液としてチャック17に供給することによって、プローバの設定温度を維持する。同時に、温度センサー18でチャック17の温度を検出し、検出したチャック17の温度が設定温度より低い場合には、設定温度になるようにヒータ19を運転する。
By supplying the coolant R in the low-
冷媒循環装置に関連する先行技術文献として次の特許文献1があり、半導体検査装置に関連する先行技術文献として次の特許文献2,3がある。
前述のように構成された冷却システムにおいて、低温タンク4の冷媒温度が室温程度になる条件でシステムを運転しているとき、低温タンク4内の冷媒温度が異常に低下し、チャック17の設定温度を維持するのが困難になるという現象が生じた。発明者らが、その原因を分析したところ、図7に示すように、流量調整弁6への氷Kの詰まりが生じており、この氷Kの詰まりによって流量調整弁6の閉動作が妨げられ、熱交換器3で冷却された低温冷媒が流量調整されないまま低温タンク4に流れ込み、低温タンク4内の冷媒Rが冷却されすぎていることが分かった。
In the cooling system configured as described above, when the system is operated under the condition that the refrigerant temperature in the
さらに、この現象を分析したところ、この流量調整弁6への氷Kの詰まりは、次のように生じていることが分かった。例えば、図5に示すように、プローバPの設定温度T0を30°Cに設定して冷却システムを運転した場合、チャック17には、約27°C(=T2)の冷媒を冷却液として供給する必要がある。一方、低温タンク4から熱交換器3に供給された冷媒は、熱交換器3で約−75°C(=T3)まで冷却され、冷媒循環ホース14を通って約−70°C(=T4)の温度となって低温タンク4に戻される。流量調整弁6は、プローバPに27°C(=T2)の冷却液を供給するため、低温タンク4内の冷媒温度T1を約23°Cに維持するように熱交換器3に供給される冷媒の流量を調整している。
Further, when this phenomenon was analyzed, it was found that the clogging of the ice K into the flow rate adjusting valve 6 occurred as follows. For example, as shown in FIG. 5, when the cooling system is operated with the set temperature T0 of the prober P set to 30 ° C., a refrigerant of about 27 ° C. (= T2) is supplied to the
ところで、ガルデンやフロリナート等の表面張力の小さいフッ素系の冷媒は、室温状態では、空気から水分を吸収しやすいという性質を持っており、前述したように低温タンク4内の冷媒温度を約23°Cの室温程度に維持したとき、低温タンク4内に存在する湿った空気から水分を吸収するようになる。この低温タンク4内で水分を吸収した室温の冷媒が、前述したように熱交換器3で0°C以下の低温に冷却されると、冷媒から水が析出し、この水は熱交換器3で冷却されて氷になる。この氷は、冷却された低温冷媒とともに冷媒供給ホース14を流れて流量調整弁6に運ばれることがある。特に、フィンを備えていない二重管から構成された熱交換器3の場合、流量調整弁6に運ばれる氷の量が多いことが分かった。
By the way, a fluorine-based refrigerant having a small surface tension such as Galden or Fluorinert has a property that it easily absorbs moisture from the air at room temperature. As described above, the refrigerant temperature in the
氷を含んだ低温冷媒R1が流量調整弁6に運ばれると、図7に示すように、流量調整弁6の開時に、弁座6fと弁体6gの間に氷Kが噛み込みんで、弁座6fと弁体6gが凍りつき、弁体6gの復帰が妨げられるという流量調整弁6の異常を起こすことがある。このような異常が発生すると、熱交換器3で冷却された約−70°C(=T4)の氷を含んだ低温冷媒R1が流量調整されずに低温タンク4にそのまま流れ込むため、低温タンク4内の冷媒温度T1が前述したように約23°Cより大きく低下して、プローバPの設定温度を30°Cに制御できなくなる。
When the low-temperature refrigerant R1 containing ice is conveyed to the flow rate adjustment valve 6, as shown in FIG. 7, when the flow rate adjustment valve 6 is opened, ice K is caught between the
また、氷を含んだ低温冷媒R1が流量調整弁6に運ばれて弁座6fと弁体6gの間を流れるとき、弁座6fと弁体6gが直接凍りつき、弁体6gが弁座6fに着座したまま、弁体6gの開閉ができないという流量調整弁6の異常を起こすことも考えられる。このような異常が発生すると、熱交換器3で冷却された冷媒が低温タンク4に供給されず、逆に、低温タンク4内の冷媒温度T1が約23°Cより大きく上昇して、プローバPの設定温度を30°Cに制御できなくなる。
Further, when the low-temperature refrigerant R1 containing ice is conveyed to the flow regulating valve 6 and flows between the
なお、フッ素系の冷媒に含まれる水分の影響を排除するため、フッ素系の冷媒に含まれる水分を水の状態で吸収するフィルタが存在するが、水を吸収するフィルタの場合、水を吸収したフィルタを水のない状態に再生することが困難であり、フィルタの交換が必要となるため、メンテナンスが容易でないという問題がある。 In addition, in order to eliminate the influence of moisture contained in the fluorinated refrigerant, there is a filter that absorbs moisture contained in the fluorinated refrigerant in the state of water, but in the case of a filter that absorbs water, the water is absorbed. Since it is difficult to regenerate the filter without water and the filter needs to be replaced, there is a problem that maintenance is not easy.
本発明の課題は、ガルデンやフロリナート等の表面張力の小さいフッ素系の冷媒を循環させて熱交換器で冷却する冷却システムにおいて、室温の冷媒を熱交換器によって0°C以下の低温にした場合、この冷媒から水が析出し氷になるが、この氷によって流量調整弁等の機器に氷詰まりが生じたとき、この氷詰まりを解消できる冷却システムを提供することにある。特に、流量調整弁等の機器を加熱することにより、流量調整弁等の機器に付着した氷を除去できるという新たな知見に基づいて、流量調整弁等の機器の氷詰まり等を解消した冷却システムを提供することにある。 An object of the present invention is to cool a room temperature refrigerant at a low temperature of 0 ° C. or less by a heat exchanger in a cooling system that circulates a fluorine-based refrigerant having a low surface tension, such as Galden or Fluorinert, and cools it with a heat exchanger. It is an object of the present invention to provide a cooling system capable of eliminating the ice clogging when water is deposited from the refrigerant and becomes ice. In particular, a cooling system that eliminates ice clogging of devices such as flow control valves, based on the new knowledge that ice attached to devices such as flow control valves can be removed by heating devices such as flow control valves Is to provide.
本発明の課題を解決するための手段は、特許請求の範囲の請求項1(以下、「請求項1」などという)のように、冷媒タンクに貯留された表面張力の小さいフッ素系の冷媒を冷凍機の熱交換器で冷却し、該冷却した冷媒を流量調整弁等の機器を介して前記冷媒タンクに戻すようにした冷却システムにおいて、前記流量調整弁等の機器の弁座部分を加熱するヒータを設けたことにある。
Means for solving the problems of the present invention include a fluorine-based refrigerant stored in a refrigerant tank and having a low surface tension, as in claim 1 (hereinafter referred to as “
請求項1の構成によれば、冷媒タンク内の室温の冷媒を熱交換器で0°C以下の低温になるようにシステムを運転したとき、熱交換器内において冷媒から水が析出し氷になり、この氷は冷却された冷媒とともに流量調整弁等の機器に運ばれ、流量調整弁等の機器に氷詰まり等を生じさせるおそれがあるが、流量調整弁等の機器の弁座部分をヒータによって加熱することによって流量調整弁等の機器に生じた氷詰まり等を解消する。
According to the configuration of
また、前記課題を解決するため、請求項2のように、請求項1の冷却システムにおいて、前記ヒータを一定間隔毎に一定時間通電できるようにした構成とするとよい。
In order to solve the above-mentioned problem, as in
請求項2の構成によれば、冷媒タンク内の室温の冷媒を熱交換器で0°C以下の低温になるようにシステムを運転するときには、ヒータを一定間隔毎に一定時間通電するように設定しておくことによって、定期的に流量調整弁等の機器の弁座部分を加熱することができるので、流量調整弁等の機器に生じた氷詰まり等が生じていても、自動的にその氷詰まり等を解消する。 According to the configuration of the second aspect, when the system is operated so that the room temperature refrigerant in the refrigerant tank is cooled to a low temperature of 0 ° C. or less by the heat exchanger, the heater is set to be energized for a certain period of time at regular intervals. By doing so, the valve seat part of the device such as the flow control valve can be heated periodically, so even if ice clogging occurs in the device such as the flow control valve, the ice automatically Eliminate clogging.
また、前記課題を解決するため、請求項3のように、請求項1の冷却システムにおいて、前記冷媒タンク内の冷媒の温度を検出する温度センサーを設け、該温度センサーが検出した温度に基づいて前記ヒータに通電する構成にしてもよい。
In order to solve the above problem, as in
請求項3の構成によれば、温度センサーによって冷媒タンク内の冷媒温度を監視し、その冷媒温度が異常な値となったとき、ヒータに通電して流量調整弁等の機器の弁座部分を加熱し、流量調整弁等の機器に生じた氷詰まり等を解消する。なお、ヒータへの通電は、手動で行ってもよいし、温度センサーが検出する冷媒温度に連動して自動的に通電するようにしてもよい。 According to the configuration of the third aspect, the temperature of the refrigerant in the refrigerant tank is monitored by the temperature sensor, and when the refrigerant temperature becomes an abnormal value, the heater is energized and the valve seat portion of the device such as the flow regulating valve is Heat to eliminate clogging of ice that occurs in devices such as flow control valves. The heater may be energized manually or may be automatically energized in conjunction with the refrigerant temperature detected by the temperature sensor.
さらに、前記課題を解決するため、請求項4のように、請求項1〜3のいずれかの冷却システムにおいて、前記弁座部分を該流量調整弁等の機器の金属製の材料からなるケーシングと一体に形成し、前記ヒータを前記弁座部分に対向するケーシングの外周に巻回して設けるように構成するとよい。
Furthermore, in order to solve the above-mentioned problem, as in
請求項4の構成によれば、流量調整弁等の機器のケーシングと弁座部分を金属製の材料から一体に形成したので、ケーシングの外周をヒータで加熱すれば、その熱が弁座部分に容易に伝わり、流量調整弁等の機器に生じた氷詰まり等を解消することができる。したがって、ヒータは流量調整弁等の機器のケーシングの外周に巻回するだけでよいので、ヒータの構成を簡略化でき、ヒータの取り付けも容易になる。
According to the configuration of
本発明によれば、冷媒タンクに貯留された水分を吸収しやすい冷媒を冷凍機に備えた熱交換器に供給して冷却し、該冷却した低温冷媒を流量調整弁等の機器を介して冷媒タンクに戻すようにした冷却システムにおいて、流量調整弁等の機器の弁座部分を加熱するヒータを設けたので、冷媒タンク内の室温の冷媒を熱交換器で0°C以下の低温になるようにシステムを運転したとき発生する氷が流量調整弁等の機器の弁座部に凍りつき氷詰まりが生じても、ヒータを加熱することによって、凍りついた氷を即座に取り除くことができ、冷却システムの運転が不安定になるのを防止できる。 According to the present invention, the refrigerant that easily absorbs moisture stored in the refrigerant tank is supplied to the heat exchanger provided in the refrigerator to be cooled, and the cooled low-temperature refrigerant is supplied to the refrigerant via a device such as a flow rate adjustment valve. In the cooling system that returns to the tank, a heater that heats the valve seat portion of the device such as the flow rate adjusting valve is provided, so that the room temperature refrigerant in the refrigerant tank is cooled to a low temperature of 0 ° C. or less in the heat exchanger. Even if the ice generated when the system is operated freezes on the valve seats of equipment such as flow control valves and ice clogging occurs, the frozen ice can be immediately removed by heating the heater, and the cooling system It can prevent driving from becoming unstable.
以下、本発明の冷却システムの第1の実施の形態を図1,2に基づいて説明する。図1は、ヒータを備えた流量調整弁を配置した冷却システムのフロー図であり、図2は、ヒータを備えた流量調整弁の概略図である。なお、図1中において、図3と同一の符号を付した部材は、特段の説明がない限り図3に示した部材と同一構成であり、同一構成については、前述した図3の説明を援用し、その詳細な説明は省略する。 Hereinafter, a first embodiment of a cooling system of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a flowchart of a cooling system in which a flow rate adjusting valve provided with a heater is arranged, and FIG. 2 is a schematic diagram of the flow rate adjusting valve provided with a heater. In FIG. 1, members denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 have the same configuration as the members shown in FIG. 3 unless otherwise specified. For the same configurations, the description of FIG. Detailed description thereof will be omitted.
図1において、Cはチラーユニットであり、チラーユニットの筺体1内には、熱交換器3を備えた冷凍機2と、冷却液としてガルデン、フロリナート等の表面張力の小さいフッ素系の冷媒Rを貯留する密閉あるいはほぼ密閉された断熱性の低温タンク4と、低温タンク4に取り付けられて、冷媒を循環させる循環ポンプ5と、低温タンク4に取り付けられて、熱交換器3で冷却された低温冷媒の流量を制御する流量調整弁6と、低温タンク4内の冷媒の温度を検出する温度センサー7と、冷媒を低温タンク4に補給する密閉あるいはほぼ密閉された常温タンク8と、常温タンク8の冷媒を低温タンク4に補給ホース9aを通して送る補給ポンプ9とを備えている。流量調整弁等の機器である流量調整弁6には、後述するように、流量調整弁6に生じる氷詰まり等を解消するため、流量調整弁6の弁部を加熱するヒータHが取り付けられている。10は低温タンク4の上部に設けた大気開放チューブ,11は常温タンク8の上部に設けた大気開放チューブであり、12はオーバフロー管である。
In FIG. 1, C is a chiller unit, and a
循環ポンプ5の吸入口(図示せず)は、低温タンク4内に開口し、その吐出口5aは、冷媒循環ホース13(往き管)によって熱交換器入口3aに接続されるとともに、冷媒循環ホース13から分岐した冷却液供給ホース15(往き管)によって後述するプローバPに接続されている。
A suction port (not shown) of the
プローバPは、X―Y―Zテーブル(図示せず)と、このテーブルに取り付けられ、テストするウエハーを把持するチャック17と、チャック17の温度を検出する温度センサー18と、チャック17を加熱するヒータ19と、冷却液によってチャック17を冷却する冷却部20とを備えている。冷却部20は、その冷却液入口(図示せず)がチャック接続ホース21(往き管)に接続され、その冷却液出口(図示せず)がチャック接続ホース22(戻り菅)に接続されている。さらに、チャック接続ホース21は、冷却液循環ポンプの吐出口4aに接続する冷却液供給ホース15(往き管)に継手23を介して接続され、チャック接続ホース22は、低温タンク4に連通する冷却液供給ホース16(戻り菅)に継手23を介して接続されている。チャック接続ホース21,22は、プローバPのテーブルの移動に追随できるようにテフロン(登録商標)樹脂等の可撓性の材料から形成されている。
The prober P is attached to an XYZ table (not shown), a
図2に、弁座部分を加熱するヒータHを取り付けた流量調整弁の一例を示す。なお、図2において、図4と同一の符号を付した部材は、特段の説明がない限り図4に示した部材と同一構成であり、同一構成については、前述した図4の説明を援用し、その詳細な説明は省略する。 FIG. 2 shows an example of a flow rate adjusting valve equipped with a heater H for heating the valve seat portion. In FIG. 2, members having the same reference numerals as those in FIG. 4 have the same configuration as the members shown in FIG. 4 unless otherwise specified. For the same configurations, the description of FIG. Detailed description thereof will be omitted.
流量調整弁6は、ケーシング6aの上部に駆動部6bを有し、その下部に弁部を有している。この弁部は、ケーシング6aの底部に開口する冷媒入口6cと、冷媒入口6cより上方でケーシング6aの側面に開口する冷媒出口6dと、冷媒入口6cと冷媒出口6dを連通する冷媒流路6eと、冷媒流路6eの途中に形成した弁座6fと、弁座6fの下部に配置され、弁座の6fの下方から弁座6fに離接して冷媒流路6eを開閉する弁体6gから構成されている。流量調整弁6のケーシング6aと弁座6fは、ステンレス等の金属製の材料から一体に形成され、弁体6gは、ベアリー(商品名)等の樹脂製の材料から形成されている。弁体6gは、弁棒6hによって駆動部6bに連結されるとともに、その下方から復帰スプリング6iによって弁座6f側に付勢されている。また、弁体6gは、ケーシング6aの底部から突接されたガイド部材6jによって案内されるようになっている。なお、図6の6kはケーシング6aに設けた断熱材である。
The flow rate adjusting valve 6 has a
弁座6f部分を加熱するヒータHは、線状の加熱部材から構成されており、ケーシング6aの内周から突出して形成された弁座6fに対向したケーシング6aの外周にコイル状に巻回して取り付けられている。ヒータHの幅は、弁座6fの厚さよりやや大きくされている。ヒータHの容量は、冷却システム毎に適宜選定されるが、例えば、弁座6fを短時間で、約20°Cまで加熱できるようなものが採用される。
The heater H that heats the
ヒータHへの通電は、適宜の手段で行うことができる。例えば、ヒータHへの通電を一定間隔毎に一定時間行うようにした手段が採用できる。この場合、冷媒タンク4内の室温の冷媒Rを熱交換器3で0°C以下の低温になるようにシステムを運転するとき、この手段を起動しておき、定期的に一定時間流量調整弁6の弁座6f部分を加熱する。なお、通電の間隔や時間は、冷却システム毎に試験を行い、適宜の時間が設定される。
Energization of the heater H can be performed by an appropriate means. For example, it is possible to employ a means that energizes the heater H for a certain period of time at regular intervals. In this case, when the system is operated so that the refrigerant R at room temperature in the
また、ヒータHへの通電は、冷媒タンク4内の冷媒の温度を検出する温度センサー7が検出した温度に基づいて行うようにしてもよい。この場合、低温タンク4内の冷媒Rの温度を温度センサー7で監視し、この温度センサー7で検出した冷媒温度が異常値になったとき、ヒータHへ通電して、流量調整弁6の弁座6f部分を加熱する。このヒータHへの通電は、手動で行ってもよいし、温度センサーが検出する冷媒温度に連動して自動的に通電するようにしてもよい。なお、通電時間は、冷却システム毎に試験を行い、適宜の時間が設定される。
Further, the heater H may be energized based on the temperature detected by the temperature sensor 7 that detects the temperature of the refrigerant in the
このように構成された冷却システムでは、チャック17の設定温度が例えば約40°C以上の場合は、ヒータ19のみによって、チャック17の温度制御が行われ、それ未満の場合は、ヒータ19と冷却部20とによってチャック17の温度制御が行われる。ヒータ19のみによって温度制御を行う場合には、プローバPに設けた温度センサー18でチャック17の温度を検出し、チャック17の温度が設定温度になるようにヒータ19を制御する。
In the cooling system configured as described above, when the set temperature of the
ヒータ19と冷却部20とでチャック17の温度制御を行う場合には、冷凍機2と循環ポンプ5を運転する。循環ポンプ5によって吸引された低温タンク4内の冷媒Rは、冷媒循環ホース13を介して冷凍機2に設けた熱交換器3に供給されると同時に、冷却液供給ホース15及びチャック接続ホース21を介してプローバPに設けたチャック17の冷却部20に供給される。熱交換器3に供給された冷媒は、熱交換器3で冷却された後、冷媒循環ホース14、流量調整弁6を通って低温タンク4内に戻される。他方、チャック17の冷却部20に冷却液として供給された冷媒は、チャック17を冷却した後、チャック接続ホース22及び冷却液供給ホース16を介して低温タンク4内に戻される。
When the temperature control of the
この時、流量調整弁6は、前述したように、例えば5秒おきに出される開指令に基づいて開閉されるようにされており、この開指令によって、駆動部6bは、復帰スプリング6iの付勢に抗して弁体6gが弁座6fから離れて所定時間冷媒流路6eを開くように弁体6gを駆動し、所定時間が経過すると、弁体6gは、復帰スプリング6iの付勢力によって復帰して冷媒流路6eを閉じるようになる。流量調整弁6は、図4に示す正常状態では、このような開閉を繰り返し、低温タンク4内の冷媒Rの温度がチャック17の設定温度に対応した温度になるように、熱交換器3で冷却された冷媒を低温タンク4に供給する。弁体6gが開かれている時間、すなわち、開を維持する時間は、チャック17の設定温度に対応しており、チャックの設定温度が高いほどその時間は短くなる。低温タンク4内の冷媒Rの温度は、温度センサー7によって監視されている。
At this time, as described above, the flow rate adjusting valve 6 is opened and closed based on, for example, an open command issued every 5 seconds, and the
ところで、図1に示すようにプローバPの設定温度T0を例えば30°Cに設定し、低温タンク4内の冷媒の温度T1を約23°Cの室温状態に維持するように冷却システムを運転した場合、低温タンク4や常温タンク8内の湿った空気から水分を吸収した冷媒が、熱交換機3で−75°C(=T3)に冷却されると、冷媒内の水が析出して氷が発生する。この氷は冷却された冷媒とともに冷媒供給ホース14を流れて流量調整弁6に運ばれ、前述したように流量調整弁6の弁座6fと弁体6gとの間に氷詰まり等が生じ、弁体が正常に開閉しないことが起きる。しかしながら、この実施の形態によれば、流量調整弁6に氷詰まり等が生じたときには、ケーシング6aの外周に巻回されたヒータHに通電する。ケーシング6aと弁座6fはステンレス等の金属材料で一体に形成されているから、ヒータHからの熱はケーシング6aから弁座6fに容易に伝わり、弁座6fを20°C程度に加熱する。この加熱によって弁座6fと弁体6gとの間の氷が溶かされ、流量調整弁6は正常に開閉できるようになる。
By the way, as shown in FIG. 1, the set temperature T0 of the prober P is set to 30 ° C., for example, and the cooling system is operated so as to maintain the temperature T1 of the refrigerant in the
なお、弁座6fの加熱によって溶かされた水は、冷媒とともに低温タンク4に回収される。冷媒タンク4に回収した水は、冷媒とは分離して冷媒の上に溜まるので、冷媒を循環させても冷媒と一緒に水が循環することはない。この溜まった水の量が多くなったときには、適宜冷媒タンク4から排出される。
In addition, the water melt | dissolved by the heating of the
この実施の形態によれば、冷媒タンク4内の室温の冷媒を熱交換器3で0°C以下の低温になるようにシステムを運転したとき、流量調整弁6に氷詰まり等が生じることがあるが、流量調整弁6の弁座6fをヒータHによって加熱することによって流量調整弁6に生じた氷詰まり等を解消し、プローバの設定温度を一定に制御することができる。また、ヒータHによる加熱は、冷却システムの運転中にも行うことができるので、流量調整弁6の氷詰まりを解消するために冷却システムの運転を中断するも必要もない。
According to this embodiment, when the system is operated so that the room temperature refrigerant in the
また、ヒータHへの通電を一定間隔毎に一定時間行うようにしておけば、自動的に流量調整弁6の氷詰まりを解消することができ、手間を省くことができる。さらに、ヒータHへの通電を、冷媒タンク4内の冷媒の温度を検出する温度センサー7が検出した温度に基づいて行うようにすれば、きめ細かく流量調整弁6の氷詰まりを解消することができる。この場合、温度センサー7が検出する冷媒温度に連動して通電するようにすれば、きめ細かくかつ自動的に流量調整弁6の氷詰まりを解消することができる。
Further, if the heater H is energized for a certain period of time at regular intervals, the ice clogging of the flow rate adjusting valve 6 can be automatically eliminated, and labor can be saved. Furthermore, if the heater H is energized based on the temperature detected by the temperature sensor 7 that detects the temperature of the refrigerant in the
さらに、流量調整弁6のケーシング6aと弁座6fは熱伝導のよいステンレス等の金属製の材料から一体に形成されており、ヒータHをケーシング6aの外周に巻きつけて取り付けることができるので、ヒータの構成を簡略化でき、また、ヒータの取り付けも容易になる。
Further, the
なお、ヒータHは、線状のヒータ部材に限らず、例えば、板状のヒータ部材等、適宜のヒータ部材を採用することができる。また、ヒータ部材を取り付ける位置も、流量調整弁6のケーシング6aの外周に限らず、例えば、弁座6fを樹脂製の材料から形成したような場合には、この樹脂製の弁座6fに埋め込むようにしてもよい。さらに、流量調整弁6の弁部を構成する弁体にヒータを設ける構成とすることもできる。
The heater H is not limited to a linear heater member, and an appropriate heater member such as a plate heater member can be employed. Further, the position where the heater member is attached is not limited to the outer periphery of the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の設計変更が可能であり、それらはいずれも本発明に含まれる。例えば、本発明の冷却システムは、プローバに使用されるものに限らず、室温にある冷媒を熱交換器で0°C以下に冷却する必要があるものであればどのような用途のものであってもよい。また、流量調整弁を設けた冷却システムに限らず、熱交換器で発生する氷によって異常を引き起こす機器を設けたものに広く適用できる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes are possible, and any of them can be included in the present invention. For example, the cooling system of the present invention is not limited to that used in a prober, but can be used for any purpose as long as it is necessary to cool a refrigerant at room temperature to 0 ° C. or less with a heat exchanger. May be. Further, the present invention is not limited to a cooling system provided with a flow rate adjusting valve, and can be widely applied to those provided with a device that causes an abnormality due to ice generated in a heat exchanger.
C チラーユニット
P プローバ
H ヒータ
1 チラーユニット筺体
2 圧縮機
3 熱交換器
4 低温タンク
5 循環ポンプ
6 流量調整弁
7 温度センサー
8 常温タンク
10,11 大気開放チューブ
13,14 冷媒循環ホース
15、16 冷却液供給ホース
17 チャック
18 温度センサー
19 ヒータ
20 冷却部
21,22 チャック接続ホース
C Chiller unit P
Claims (4)
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2005
- 2005-03-31 JP JP2005100404A patent/JP2006283994A/en active Pending
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