JP2007127343A - 定温水供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 水を所定の温度に制御するために必要な電力を低減させることの可能な定温水供給システムを提供すること。
【解決手段】 本発明にかかる定温水供給システム１００は，工場設備１１０の水を供給するための給水経路１２０と，給水経路１２０を介して供給された水を所定の温度に制御する定温水供給装置１３０と，定温水供給装置１３０から供給された所定の温度の水を使用して被加工物を加工する加工装置１５０と，加工装置１５０で使用された水を排水するための排水経路１６０とを備える。ここで，給水経路１２０と排水経路１６０とが隣接して配置された箇所に設けられ，給水経路１２０を流れる水と排水経路１６０を流れる水との間で相互に熱交換する熱交換装置１７０を備えることを特徴とする。また，排水経路１６０の，加工装置１５０と熱交換装置１７０との間に，異物を除去する異物除去装置１８０を設けてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は，定温水供給システムに関し，特に，熱交換装置を備える定温水供給システムに関する。

例えば，被加工物を切削してダイシングを行うダイシング装置において，被加工物のダイシングを行う場合，被加工物は，保持テープを解してフレームに保持されてチャックテーブルに吸引保持される。そして，チャックテーブルは，第１の方向に移動されてアライメント手段の直下に位置付けると，パターンマッチング等の処理によって切削領域が検出される。切削領域と切削ブレードとの第１の方向に対して垂直である第２の方向の位置合わせが行われた後，さらに，チャックテーブルは第１の方向に移動され，切削ブレードの作用を受けて切削が行われる。

かかる切削時には，高速回転する切削ブレードと被加工物との接触部に摩擦による熱が生じるため，当該接触部を冷却するために切削水供給ノズルから切削水が供給される。このとき，被加工物を含む切削領域の熱歪みを防止して精密に切削するために，切削水の温度を所定の温度に保持する必要がある。さらに，切削により生じた切削屑が混ざった切削水を排除するために洗浄水噴射部から噴射される洗浄水も，所定の温度に保持する必要がある。

また，切削ブレードは，スピンドルの先端に装着されており，スピンドルは，スピンドルハウジング内に設けられたスラストエアベアリング，ラジアルエアベアリングによって回転可能に支持されている。しかし，被加工物の切削時には，スピンドルは，高速回転することによって熱膨張しやすくなり，かかる熱膨張によって切削ブレードによる切削位置にずれが生じ，精密な切削に誤差を生じさせることになる。このため，スピンドルハウジング内に温度制御用の水を流通させることにより，スピンドルおよびスピンドルハウジングの温度を一定に保持するための温度制御が行われている。

このような理由から，例えば，図４に示すように，給水経路２０を介して工場設備１０から供給される水の温度を所定の温度にした後，定温水供給経路４０を介してダイシング装置５０に供給する定温水供給装置３０を備える，定温水供給システム１が構築されている。定温水供給装置３０は，例えば，被加工物と切削ブレードとの接触部や，スピンドルハウジング等の作用要素に供給する水をタンクに蓄えており，タンクに備えられたヒータの電圧や冷凍機コンプレッサの回転数を制御することによって，タンク内の水を所定の温度となるように制御する。また，ダイシング装置５０で使用された水は，排水経路６０を介して排水される。

特開２０００−９９１６３号公報

しかし，水を所定の温度に保持するためには，大きな電力，例えば通常のダイシング装置が消費する電力の約３〜４倍の電力が必要であり，製造コストが上昇してしまう。また，環境問題への対応からも省エネルギ化が要求されている。

そこで，本発明は，上記問題に鑑みてなされたものであり，本発明の目的とするところは，水を所定の温度に制御するために必要な電力を低減させることの可能な，新規かつ改良された定温水供給システムを提供することにある。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，工場設備の水を供給するための給水経路と，給水経路を介して供給された水を所定の温度に制御する定温水供給装置と，定温水供給装置から供給された所定の温度の水を使用して被加工物を加工する加工装置と，加工装置で使用された水を排水するための排水経路とを備える定温水供給システムが提供される。かかる定温水供給システムは，給水経路と排水経路とが隣接して配置された箇所に，給水経路を流れる水と排水経路を流れる水との間で相互に熱交換する熱交換装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば，工場設備の水を定温水供給装置に供給するための給水経路と，加工装置で使用された水を排水するための排水経路とが，少なくとも１箇所において隣接して配置される。そして，給水経路と排水経路とが隣接して配置された箇所に，熱交換装置が備えられる。これにより，給水経路を流れる水と排水経路を流れる水との間で相互に熱交換するため，定温水供給装置に供給する前に，水の温度を所定の温度（例えば，加工装置に給水する際の温度）に近づけることができる。したがって，定温水供給装置の負荷を軽減させることができ，供給された水を所定の温度に制御するために必要な電力を節減することができる。

ここで，かかる定温水供給システムは，排水経路の，加工装置と前記熱交換装置との間に，異物を除去する異物除去装置をさらに設けてもよい。これにより，排水から被加工物を加工した際に生じた加工屑を除去することができる。

以上説明したように本発明によれば，水を所定の温度に制御するために必要な電力を低減させることの可能な，定温水供給システムを提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず，図１〜３に基づいて，本発明の第１の実施形態にかかる定温水供給システムについて説明する。ここで，図１は，本実施形態にかかる定温水供給システムの構成の概略を示す機能ブロック図である。また，図２は，本実施形態にかかる熱交換装置１７０を示す概略斜視図である。さらに，図３は，本実施形態にかかる異物除去装置１８０を示す断面図である。

図１に示すように，本実施形態にかかる定温水供給システム１００は，例えば，工場設備１１０の水を供給するための給水経路１２０と，給水経路１２０を介して供給された水を所定の温度に制御する定温水供給装置１３０と，定温水供給装置１３０において所定の温度とされた水を供給するための定温水供給経路１４０と，定温水供給装置１３０から供給された所定の温度の水を使用して被加工物を加工するダイシング装置１５０と，ダイシング装置１５０で使用された水を排水するための排水経路１６０と，熱交換装置１７０と，異物を除去する異物除去装置１８０とを有して構成される。

工場に設けられる工場設備１１０として，例えば工場内で使用される装置を冷却したり，装置を洗浄するために使用される水を供給する給水設備１１２や，空気を供給するための空気供給設備（図示せず。）等がある。本実施形態にかかる定温水供給システム１００では，工場設備１１０の給水設備１１２から，後述するダイシング装置１５０で使用する水が給水される。

給水経路１２０は，工場設備１１０の給水設備１１２と，後述する定温水供給装置１３０とを接続する，例えば配管である。本実施形態にかかる給水経路１２０は，工場設備１１０の給水設備１１２と後述する熱交換装置１７０とを接続する第１の給水経路１２１と，熱交換装置１７０と定温水供給装置１３０とを接続する第２の給水経路１２２とから構成される。

定温水供給装置１３０は，定温水供給装置１３０に供給された水を所定の温度に制御する装置であり，例えば，供給された水が蓄積されるタンクと，タンクに供給された水の温度を測定する測定部と，測定された水の温度に基づいて水の温度を制御する制御部と，タンク内の水を冷却するためのクーラーと，タンク内の水を加熱するためのヒータとを有して構成される。定温水供給装置１３０は，例えば，工場設備１１０の給水設備から供給された水をタンクに蓄積させて，タンク内に設けられた測定部によりタンクに蓄積された水の温度を測定する。制御部は，測定された温度に基づいて，所定の温度の水とするためのクーラーまたはヒータの制御量を決定する。そして，クーラーまたはヒータを駆動させて，水の温度を所定の温度となるように水の温度を調節する。

定温水供給経路１４０は，定温水供給装置１３０と後述するダイシング装置１５０とを接続する，例えば配管である。かかる定温水供給経路１４０を介して，定温水供給装置１３０において所定の温度に制御された水をダイシング装置１５０に供給する。

ダイシング装置１５０は，被加工物を切削加工する切削装置である。ダイシング装置１５０は，例えば，スピンドルと，スピンドルに取り付けられた切削ブレードとを有しており，切削ブレードを高速回転させることによって被加工物（例えば，半導体ウェハ）を切削する。かかるダイシング装置１５０には，定温水供給装置１３０によって所定の温度とされた水が供給される。供給された水は，例えば，切削ブレードと被加工物との接触部を冷却するための切削水や，切削屑が混ざった切削水を除去するための洗浄水，スピンドルとスピンドルハウジングの温度を一定に保持するための水等に使用される。

排水経路１６０は，ダイシング装置１５０において使用された水を排出するために設けられた，例えば配管である。排水経路１６０は，ダイシング装置１５０で使用した水を異物除去装置１８０に導くための第１の排水経路１６１と，異物除去装置１８０から排出された水を熱交換装置１７０に導くための第２の排水経路１６２と，熱交換装置１７０から工場設備１１０の排水設備へ水を排出するための第３の排水経路１６３とから構成される。

熱交換装置１７０は，高温の流体の熱を低温の流体へ伝達し，低温の流体を加熱または高温の流体を冷却するための装置である。本実施形態にかかる熱交換装置１７０は，給水経路１２０と排水経路１６０との間に設けられており，このため，給水経路１２０と排水経路１６０とは隣接して配置されている。そして，給水経路１２０を流れる水と排水経路１６０を流れる水との間で熱交換し，給水経路１２０を流れる水の温度を加熱または冷却する。

熱交換装置１７０として，例えば，図２に示すようなプレート式熱交換装置を用いることができる。プレート式熱交換装置は，複数のプレート１７２を所定の間隔を有して積層させることによって形成された，２つの独立する流路を備えている。一方の流路には，給水経路１２０が接続されており，第１の給水経路１２１を介して工場設備１１０の給水設備１１２から供給された水が流入口Ａから流入する。そして，熱交換装置１７０内の流路を通り，流出口Ｂから第２の給水経路１２２を介して定温水供給装置１３０に供給される。他方の流路には，排水経路１６０が接続されており，第２の排水経路１６２を介してダイシング装置１５０から排水された水が流入口Ｃから流入する。そして，熱交換装置１７０内の流路を通り，流出口Ｄから第３の排水経路１６３を介して排水される。このように，給水経路１２０側の水の流れと排出経路１６０側の水の流れを対向させることにより，２流体間で熱交換が行われる。

異物除去装置１８０は，ダイシング装置１５０で使用した水に混入する切削屑等を除去する装置である。異物除去装置１８０は，例えば図３に示すように，筐体１８１と，筐体１８１内部にダイシング装置１５０で使用された水を流入するための流入管１８２と，流入管１８２から流入する水を受け入れる第１の槽１８４と，第１の槽１８４に設けられたフィルタ１８５と，第１の槽１８４から流出した水を受け入れる第２の槽１８６と，第２の槽１８６と排水経路１６０との接続口である流出口１８３とを有して構成される。

流入管１８２は，例えば図３のように，筐体１８１側面の上部側から筐体１８１の内部に挿入されており，筐体１８１内部に位置する流入管１８２の開口部が筐体１８１の底部と対向するように配設されている。

筐体１８１の内部には，第１の槽１８４と第２の槽１８６とが設けられている。第１の槽１８４は，図３に示すように，流入管１８２の開口部の下方に設けられており，第１の槽１８４に隣接して第２の槽１８６が設けられている。第１の槽１８４と第２の槽１８６とは，流出口を介して連通している。また，第１の槽１８４の上部には，流入管１８２の開口部と対向する側が開口したフィルタ１８５が設けられている。フィルタ１８５は，流入管１８２から流入した水に混入する切削屑等の異物Ｐを除去するために設けられており，例えばメッシュ素材で，袋状に形成されている。また，第２の槽１８６を構成する筐体１８１の一側面には排出口１８３が設けられており，排出口１８３を介して水が定温水供給装置１８０から排出される。

なお，排水経路１６０には，ダイシング装置１５０により排出された水を押し出すための圧力ポンプ１９０が設けられる。例えば，図１に示すように，異物除去装置１８０と熱交換装置１７０とを接続する第２の排水経路１６２に設けることができる。

以上，本実施形態にかかる定温水供給システム１００の構成について説明した。次に，定温水供給システム１００における水の温度調整工程について説明する。

まず，工場設備１１０である給水設備１１２から供給された水は，第１の給水経路１２１を介して，流入口Ａから熱交換装置１７０に流入される。そして，流入された水は，熱交換装置１７０内の経路を通る際に，熱交換装置１７０内で対向する他方の経路（排水側）を流れる水と熱交換する。他方の経路を流れる水は，ダイシング装置１５０の排水であり，熱交換装置１７０の給水側の経路を流れる水は，排水側の経路を流れる水の温度より低い場合には加温され，排水側の経路を流れる水の温度より高い場合には冷却される。このとき，排水の温度はダイシング装置１５０に供給されたときの水の温度と大きく変わらないため，給水側の経路を流れる水の温度は，ダイシング装置１５０に供給される水の温度に近づくことになる。熱交換装置１７０により加温または冷却された水は，その後，流出口Ｂから第２の給水経路１２２を介して，定温水供給装置１３０に供給される。

定温水供給装置１３０に供給された水は，ダイシング装置１５０に供給するときの所定の温度に制御される。供給された水の温度が所定の温度よりも低い場合には，ヒータで加熱して水の温度を上昇させ，供給された水の温度が所定の温度よりも高い場合には，クーラーで冷却されて水の温度を低下させる。そして，定温水供給装置１３０で所定の温度に制御された水は，定温水供給経路１４０を介して，ダイシング装置１５０に供給される。

ダイシング装置１５０に供給された水は，例えば，切削ブレードと被加工物との接触部を冷却するための切削水や，切削屑が混入した切削水を除去するための洗浄水，スピンドルとスピンドルハウジングの温度を一定に保持するための水等として使用された後，第１の排水経路１６１を介して排出される。

第１の排水経路１６１を介して排出された水は，ダイシング装置１５０による加工時に生じた切削屑などの異物Ｐを除去するため，異物除去装置１８０に流入される。異物除去装置１８０では，図３に示すように，第１の排出経路１６１から流入管１８２を介して供給された水が，第１の槽１８４に流入される。このとき，異物Ｐは，第１の槽１８４に設けられたフィルタ１８５に滞留し，フィルタ１８５を通過した水は，第１の槽１８４に所定量滞留すると，流出口を介して第１の槽１８４から第２の槽１８６に流出し，第２の槽１８６に水が滞留する。そして，第２の槽１８６に水が所定量滞留すると，排出口１８３を介して異物除去装置１８０から排出される。排出口１８３から排出された水は，圧力ポンプ１９０によって押し出され，第２の排水経路１６２を介して，熱交換装置１７０に流入する。

第２の排水経路１６２を介して流入口Ｃから熱交換装置１７０に流入した水は，熱交換装置１７０内の経路を通り，流出口Ｄから流出する。このとき，熱交換装置１７０内に流入した水は，熱交換装置１７０内の経路を通る際に，熱交換装置１７０内で対向する他方の経路（給水側）を流れる水と熱交換する。そして，流出口Ｄから流出した水は，第３の排水経路１６３を介して排水される。

このように，本実施形態にかかる定温水供給システム１００には，工場設備１１０の給水設備１１２から定温水供給装置１３０へ給水するための給水経路１２０と，ダイシング装置１５０で使用された水を排水するための排水経路１６０とを隣接して配置させて，給水経路１２０と排水経路１６０とが隣接された部分に熱交換装置１７０が設けられる。そして，熱交換装置１７０の作用によって，定温水供給装置１３０に供給される水の温度を，ダイシング装置１５０に供給される水の温度に近づけることで，定温水供給装置１３０の負荷を低減できる。これにより，定温水供給装置１３０の消費電力を低減することができる。

次に，本実施形態にかかる定温水供給システム１００の効果を検証するため，定温水供給システム１００の定温水供給装置１３０で節減される電力についてのシミュレーションを行った。

ここで，ダイシング装置１５０から排水される水の温度は，ダイシング装置１５０に給水される水の温度よりも約１℃低くなることが明らかになっている。例えば，定温水供給装置１３０からダイシング装置１５０に供給される水の温度（所定の温度）を約２３℃とする。ダイシング装置１５０に供給された水は，例えば切削ブレードと被加工物との接触部に切削水として供給されるときに空気に放散されることによって温度が低下する。このため，ダイシング装置１５０で使用された後の水の温度は，ダイシング装置１５０に供給されたときの温度（約２３℃）から約１℃低下して，約２２℃となる。

これに基づき，定温水供給装置１３０により制御する所定の水の温度（すなわち，ダイシング装置１５０に供給される水の温度）を２３℃，ダイシング装置１５０から排出された水の温度を２２℃と一定として，給水設備１１２から給水される水の温度を変化させたときの，定温水供給装置１３０で節減される熱量をシミュレーションにより算出した。以下の表１に，シミュレーション結果を示す。なお，本シミュレーションでは，熱交換装置１７０として，アルファ・ラバル社製プレート式熱交換器ＡｌｆａＮｏｖａ１４−１４を使用するものとして算出した。また，流入口Ａおよび流入口Ｃから流入する水の流量は，共に２０リットル／ｍｉｎとした。ここで，表１における流入口Ａ，流出口Ｂ，流入口Ｃ，流出口Ｄは，図２に対応するものとする。

表１に示すように，例えば，流入口Ａにおける水の温度が１５℃のとき，熱交換装置１７０通過後の流出口Ｂにおける水の温度は，１７．８６℃となり，定温水供給装置１３０によって水の温度を２３℃にするために必要とする熱量を３．９９３ｋＷ節減できる。また，流入口Ａにおける水の温度が５℃のとき，熱交換装置１７０通過後の流出口Ｂにおける水の温度は，１１．７７℃となり，定温水供給装置１３０によって水の温度を２３℃にするために必要とする熱量を９．４４５ｋＷ節減できる。このように，給水側の流入口Ａにおける水の温度と排水側の流入口Ｃにおける水の温度との差が大きいほど，必要とする熱量を節減できる。

また，給水側の流入口Ａにおける水の温度が，排水側の流入口Ｃにおける水の温度に対して低温でも高温でも，定温水供給装置１３０で必要とする熱量を節減することができる。例えば，流入口Ａにおける水の温度が３５℃のとき，熱交換装置１７０通過後の流出口Ｂにおける水の温度は，２９．４５℃となり，定温水供給装置１３０によって水の温度を２３℃にするために必要とする熱量を７．７４５ｋＷ節減できる。したがって，年間または一日の間で寒暖の差が大きい環境においても，熱交換による効果があると考えられる。

以上，第１の実施形態にかかる定温水供給システム１００について説明した。第１の実施形態にかかる構成とすることにより，ダイシング装置１５０で使用された水の熱を利用して，定温水供給装置１３０に供給される前の水の温度を，ダイシング装置１５０に供給する水の温度に近づけることができる。これにより，定温水供給装置１３０の負荷を軽減し，定温水供給装置１３０で必要とする熱量を節減することができる。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，上記実施形態の熱交換装置１７０は，プレート式であったが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，多管式，二重管式等の熱交換装置を使用してもよい。なお，プレート式の熱交換装置は，熱交換効率がよく，省スペースであるという利点がある。

また，上記実施形態における加工装置はダイシング装置１５０であったが，本発明はかかる例に限定されず，例えば，被加工物を研削加工するグラインディング装置であってもよい。

本発明は，定温水供給システムに適用可能であり，特に，熱交換装置を備える定温水供給システムに適用可能である。

本発明の第１の実施形態にかかる定温水供給システムの構成の概略を示す機能ブロック図である。 同実施形態にかかる熱交換装置を示す概略斜視図である。 同実施形態にかかる異物除去装置を示す断面図である。 従来の定温水供給システムの構成の概略を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１００ 定温水供給システム
１１０ 工場設備
１１２ 給水設備
１２０ 給水経路
１３０ 定温水供給装置
１４０ 定温水供給経路
１５０ ダイシング装置
１６０ 排水経路
１７０ 熱交換装置
１８０ 異物除去装置
１８５ フィルタ
１９０ 圧力ポンプ

Claims (2)

1. 工場設備の水を供給するための給水経路と，
   前記給水経路を介して供給された水を所定の温度に制御する定温水供給装置と，
   前記定温水供給装置から供給された前記所定の温度の水を使用して被加工物を加工する加工装置と，
   前記加工装置で使用された水を排水するための排水経路と，
   を備える定温水供給システムにおいて：
   前記給水経路と前記排水経路とが隣接して配置された箇所に設けられ，前記給水経路を流れる水と前記排水経路を流れる水との間で相互に熱交換する熱交換装置を備えることを特徴とする，定温水供給システム。
2. 前記排水経路の，前記加工装置と前記熱交換装置との間には，異物を除去する異物除去装置が設けられることを特徴とする，請求項１に記載の定温水供給システム。
   
   

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