TW201022609A - Cooling device and cooling method - Google Patents

Description

201022609 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具有水冷凝縮器與氣冷凝縮器 之冷卻裝置及利用該冷卻裝置之冷卻方法，詳而言之， 係關於可簡化水冷凝縮器與氣冷凝縮器的切換機構之 冷卻裝置及冷卻方法。 【先前技術】 習知的此種冷卻裝置譬如有專利文獻1所記載的 混合式空調裝置或專利文獻2所記載的冷凍裴置。 專利文獻1所記載的混合式空調裝置係具備設置 有氣冷式熱交換機之通道、設置有水冷式熱交換機之通 道、用以切換該等通道之切換機構、使冷卻水在水冷式 熱交換機流通之冷卻水通道及用以測量冷卻水通道之 冷卻水溫度的溫度測量機構。然後，根據利用溫度測量 機構所測量的溫度資訊來操作切換機構以切換水冷式 熱交換機與氣冷式熱交換機。 又，專利文獻2所記載的冷凍裝置係具有相互串聯 地設置之氣冷凝縮器及水冷凝縮器、設置於水冷凝縮器 下流側之第1電磁閥、相對於氣冷凝縮器及水冷凝縮器 為並聯地設置之第2電磁閥以及設置於第1、第2電磁 閥下流側之瘵發器。然後，進行水冷運轉或氣冷運轉 時，將設置於水冷凝縮器下流側之第丨電磁閥打開以使 冷媒在蒸發器循環。蒸發器因水冷運轉變得過熱狀態而 201022609 &成冷媒循環量不足時，則進一步使氣冷凝縮器運轉並 補充^冷媒。又’當蒸發器的傳熱管有霜附著時，利用第 、第2電磁閥來將溫度高的冷媒供給至蒸發器以進行 除霜運轉。 專利文獻1 :日本特開2006-46880號公報 專利文獻2:曰本特開2007-71504號公報 【發明内容】 然而’由於專利文獻1所記載之混合式空調裝置及 專利文獻2所記載之冷凍裝置中任一者的冷媒迴路在 ^換冷媒流路時’皆需電磁閥等切換機構，因而有冷媒 μ路的切換機構及控制會變得煩雜，且必須設置切換機 構而使得費用增加之問題。 »本發明為解決上述問題，其目的在於提供一種可藉 由簡化冷媒迴路來降低製造成本並可不斷地維持穩定 的冷卻效力之冷卻裝置及冷卻方法。 >本發明之申請專利範圍1所記載的冷卻裝置具 f ·二又置於用以壓縮冷媒之壓縮機下流側且利用冷卻水 凝縮來自縮機的冷媒之水冷凝縮n、㈣地設置於 =水冷凝縮器下制且湘空氣凝縮來自該水冷凝縮 -側的冷媒之氣冷凝腳、及設置於該氣冷凝縮器下流 侧並用以冷卻其他的熱雜之蒸發n，其特徵在於：用 以測量該冷媒溫度的溫度開關係設置於該水冷凝縮器 的下流侧、該氣冷凝縮器的上流侧，並且該溫度開關的 201022609 測量溫度超過特定溫度時，使職冷麟n開始作動。 又，本發明之申請專利範圍2所記載的冷 如申請專利笳囹贫，s λ 丨装置係 體係用項之冷卻裝置，其中該其他的熱媒 體係用以冷部檢查裝置的載置台之冷媒。 又本發明之申請專利範圍3所記載的冷卻方法星 七利用壓縮機來壓縮冷媒之第1步驟、利用水冷凝输 器:凝縮⑤冷媒之第2步驟、湘溫度開關來測量至少 、屋過第1步驟後之該冷媒的溫度之第3步驟、只在該严 © 度f關的測量溫度超過特定溫度時使氣冷凝縮器‘動 以凝縮該冷媒之第4步驟、以及利用紐器來冷卻其他 的熱媒體之第5步驟。 ^，本發明之申請專利範圍4所記載的冷卻方法係 二糸ΐ專！!㈣第3項之冷卻方法’其中該其他的熱媒 體係用以冷卻檢查裝置的載置台之冷媒。 本發μ提供—種可藉由簡化冷媒迴路來降低製 ❹ t、本並可不斷地維持穩定的冷卻效力之冷卻裝置 冷卻方法。 【實施方式】 以下依據圖i所示之實施形態詳細說明本發明。 署U L為應用本發明冷卻裝置-實施形態之檢查裝 :’圖2為圖1所示之冷卻裝置的結構圖。 明。針對應用本發明冷卻裝置的檢查裝置加以說 一置10係如圖1所示，具有用以搬送半導體 6 201022609 =曰圓w之耗室u、義職室 進行電性檢查之探針測試$12及控制裝 + 置導 裝㈣㈣下神導體晶目 溫區域到高溫區朗檢查。 抓攸低

置半2=7針測試室12係具有:可昇降地載 置+導體晶圓W並可調節溫度之載置台13、使載置A 鲁

方向移動之χγ台14、設置於可透過該i :14移動之載置台13上方的探針卡15、以及使 15之複數探針15A與載置台13上半導體晶圓貨之 複數電極W的位置正確地解之位置對準機構Μ。 又，如圖1所示，探針測試室12的平板17設置 可裝卸地連接於測試器之測試頭τ，而測試頭τ與探針 卡15係透過效能板(未圖示)加以電連接。將载置台υ 上之半導體晶圓W設定在譬如從低溫區域至高溫區域 的溫度範圍’並透過測試頭τ及效能板將來自測試器的 =查用訊號傳送至探針UA以檢查半導體晶圓w的電 譬如對半導體晶圓W進行低溫區域的電性檢杳 時’係透過載置台13内建的冷卻套(未圖示）來將半 晶圓w冷卻至低溫區域的特定溫度（譬如_65<t)，或對 半導體晶圓W進行高溫區域的電性檢查時，係利用載 置台13内建的加熱器等加熱機構來加熱至高溫區域的 特定溫度（譬如+ 150。〇。低溫區域、高溫區域任一者的 情況在檢查時皆會有從半導體晶圓W所產生的熱，因 201022609 此使冷媒於載置台13内之冷卻套循環並吸收來自半導 體晶圓w的熱^以將半導體晶圓w維持在特㈣溫度。 本實施形‘4係利用冷卻裝置2G來將載置台13冷 卻。該冷卻裝置20如圖i所示，係連接於载置台13。 以下，詳細說明本實施形態之冷卻襞置20。 本實施形態之冷卻裝置20如圖2所示，係具有使 一次冷媒循環之第1循環通道2〇A以及使二次冷媒循環 之第2、第3循環通道2〇b、20C，其係利用在第1循 環通道20A循環之—次冷媒來將在第2循環通道2〇B 0 循環之二次冷媒冷卻，並於該二次冷媒在第3循環通道 20C循環期間將檢查裝置1〇的載置台13冷卻。 然後，冷卻裝置20如圖2所示，係具有：將一次 冷媒（譬如氟氣碳氫化物）壓縮之壓縮機21、設置於壓、缩 機21下流侧之水冷凝縮器22、串聯地設置於水冷凝縮 器22下流側之氣冷凝縮器23、設置於氣冷凝縮器23 下流側之膨脹閥24以及設置於膨脹閥24下流側之蒸發⑩ 器25 ’並於一次冷媒在第丨循環通道2〇A循環期間將 二次冷媒冷卻。 水冷凝縮器22如圖2所示，係具有：譬如流動有 利用壓縮機21所壓縮之高溫壓縮冷媒的傳熱管22A、 容納該傳熱管22A之外殼22B以及連結於外殼22B之 冷水配管22C’其係透過冷水配管22C來進行使冷卻水 在外殼22B内循環以將傳熱管22A内流動之經高溫牝 後的一次冷媒冷卻並凝縮至特定溫度之水冷運轉。 201022609 e

氣冷凝縮器23如圖2所示，係具有譬如附有散熱 片之傳熱管23A以及將空氣送風至該傳熱管23A以將 傳熱管23A内流動的一次冷媒冷卻之風扇23B，其基本 上係具有補充水冷凝縮器22的冷卻效力之功能。因 此’當水冷凝縮器22的冷卻效力不足而使得一次冷媒 的溫度超過特定溫度（譬如+45。〇時，或水冷凝縮器22 未作動而無法將來自壓縮機21的一次冷媒冷卻時，則 氣冷凝縮器23會在溫度開關26的管理下開始作動。 溫度開關26係用以測量位於水冷凝縮器22下流 側、氣冷凝縮器23上流側之第1循環通道2〇A内的-次冷媒溫度，當從水冷凝縮器22所流出之一次冷媒每 溫^超過特定溫度（譬如+45〇c)時開關會打開，當低灰 ^45 C以下時開關會切斷。該溫度開關％係與氣冷凝紹 器23之風扇23B電連接，當一次冷媒的溫度超過+45。〔 時’開關會打開以驅動風扇23B以將通過氣冷凝縮器 23之傳熱# 23A的-次冷媒冷卻，並進洲以冷卻經 由水冷凝縮H 22但冷卻不足的—次冷媒或直接通過冰 冷f縮器22的—切媒之氣冷。又，當從水冷凝 縮裔22所流出之—次冷媒的溫度低於+价以下時，溫 ^開關26會依據-切媒的崎溫度自㈣斷並使: 扇23B停止’而成為只有水冷運轉的狀態。 膨㈣㈣水冷凝騎22與氣冷凝縮 _之—次冷媒進行賴。經膨腸 闕24減壓後的—切媒會與蒸發器25。 201022609 蒸發器25如圖2所示，係具有譬如流動有蒸發後 之低溫的一次冷媒之傳熱管25A以及容納該傳熱管 25A之外殼25B，而一次冷媒係透過第2循環通道20B 來將通過外殼25B内之二次冷媒冷卻。 第2循環通道20B如圖2所示，係連結蒸發器25 與儲存有二次冷媒之槽桶27 ’並在蒸發器25下流侧具 有設置於槽桶27的蒸發器25侧之第1循環幫浦28A。 第1循環幫浦28A係將來自槽桶27内的二次冷媒吸引 並引導至蒸發器25 ’並將經蒸發器25冷卻後之二次冷 媒送回槽桶27内。槽桶27與載置台13係透過第3循 環通道20C而加以連結。 第3循環通道20C如圖2所示，係連結槽桶27與 載置台13，並具有設置於槽桶27與載置台13的上流 側之第2循環幫浦28B。第2循環幫浦28B係將槽桶 27内的二次冷媒吸引且供給至載置台13，並將冷卻載 置台13而昇溫後之二次冷媒送回槽桶27内。 接著，針對連接於檢查裝置1〇之載置台13的冷卻 裳置20的作動加以說明。如圖1所示，將半導體晶圓 载置於檢錄置H)之載置台13上並對半導體晶圓進行 檢查時’半導體晶圓會產生熱。因此，利用冷卻震置 2〇來將載置台13冷卻以將半導體晶圓不斷地維持^特 定的溫度，並進行穩定且高可靠度檢查。 、 檢查中，將載置台13上之半導體晶圓冷卻時，通 過載置台13之二次冷媒會昇溫並經由第3循環通道 201022609 2〇C從載置台13回到槽桶27而使得槽桶27内的二次 冷媒溫度昇®。為了將载置台I3上的半導體晶圓不斷 地維持在特定的溫度，冷卻裝置係於蒸發器處利 用在第1財通道寫贿之_料冷卻在第2 循％通道2〇B循環之二次冷媒。經冷卻後之二次冷媒則 透過第2循環通道遞回到槽桶27内。該二次冷媒係 ，過第3循環通道20C而在載置台13與槽桶27間循 _ 環，以將載置台13冷卻並將半導體晶圓不斷地維持在 一定的低溫。一次冷媒會因將二次冷媒冷卻而昇溫，但 该一次冷媒會於在第1循環通道2〇A循環期間被冷卻， 因此可不斷地在一定的溫度下將二次冷媒供給至載置 台13。 接著’針對在第1循環通道2〇a循環之一次冷媒的 冷卻方法加以說明。蒸發器25處的一次冷媒會因與二 次冷媒的熱交換而昇溫。昇溫後的一次冷媒係在壓縮機 φ 21處被壓縮而變得高溫、高壓。經高溫、高壓化後之 —次冷媒會於通過水冷凝縮器22之傳熱管22A期間藉 由循環於冷水配管22C之冷卻水而被冷卻、凝縮並液 化。 液化後之低溫的一次冷媒通常係直接通過氣冷凝 縮器23而到達膨脹閥24。二次冷媒係在通過膨脹閥24 期間被減壓並到達蒸發器25，且在蒸發器處膨脹以將 在第2循環通道20B循環之二次冷媒冷卻。蒸發器25 處之昇溫後的一次冷媒會回到壓縮機21。之後，一次 11 201022609 冷媒會重複進行上述循環以將二次冷 然而，因某種緣故，會有水冷 的循環流量減少，或冷卻水的溫度昇高而使得水^ = 器22的冷卻效力降低的情況發生。此種情況發:時、 媒的溫度會在請環通道2〇Α的循環期間慢慢 〇 因此，本實施形態在從水冷凝縮器22所流 次冷媒的溫度超轉定溫度（譬如Wt)時，溫: 26會檢測丨該溫度而打關關，以使氣冷凝縮器^ 風扇23Β 始作動。風扇23Β開始作動時， 拔 被冷卻，並且凝縮在水冷凝縮“2 2^/==^_°依上述方式，使水冷凝縮器 22與軋冷滅縮器23同時作動，來將不斷地昇溫之一； 冷媒的溫度慢慢地降低4使—次冷媒的溫度 低而回到+45。(：以下的溫度，並維持載置台13上= 體晶圓的冷卻效力》 干等 ❿ 在這期間，當水冷凝縮器22回到原來的循環 或冷卻水回到原來的溫度時，則可使水冷凝縮器22回 復到原來的冷卻效力以正常地將—次冷媒冷卻。 凝縮器22回復到原來的冷卻效力時，會和氣冷運轉/目 互作用而使得一次冷媒的溫度低於+45ΐ。如此一來，

溫度開關％會檢測出該溫度而切斷開關以使風扇23Β 停止’亚使氧冷運轉停止’而可只彻原來的 來進行冷卻。 W 12 201022609 以上所說明的本實施形態冷卻震置，係具有：設置 於用以壓縮冷媒之壓縮機21下流侧且利用冷卻水凝縮 來自壓縮機21的一次冷媒之水冷凝縮器22、串聯地設 置於水冷凝縮器22下流側且利用空氣凝縮來自水冷凝 縮器22側的一次冷媒之氣冷凝縮器23以及設置於氣冷 凝縮器23下流侧之蒸發器25，其中用以測量一次冷媒 溫度的溫度開關26係設置於水冷凝縮器22的下流侧、 氣冷凝縮器23的上流侧，並且溫度開關26的測量溫度 超過特定溫度時，使氣冷凝縮器23開始作動，故第j、 第2、第3循環通道20A、20B、20C所形成的冷媒迴 路可省略冷媒流路的切換機構，且即使是因某種緣故而 使得水冷凝縮器22的冷卻致力不足時，仍可使氣冷凝 縮器23自動地作動以將一次冷媒不斷地維持在原本所 需要的溫度。 又’本實施形態係利用蒸發器25來將用以冷卻檢 查裝置10之載置台13的二次冷媒冷卻，因此可穩定地 冷卻檢查裝置1〇之載置台13，並提高檢查裝置10之 檢查可靠度。 另外，本發明不限定於上述實施形態，可依需要適 當地改變各構成要素的設計。譬如上述實施形態係將本 發明之冷卻裝置應用於檢查裝置的情況，但亦可應用於 檢查震置以外的半導體晶圓處理裝置。 本發明可應用於譬如用以冷卻檢查半導體晶圓等 被檢查體之檢查裝置的載置台之冷卻裝置。 13 201022609 【圖式簡單說明】 圖1為應用本發明冷卻裝置一實施形態之檢查裝 置的一例之前視圖。 圖2為圖1所示之冷卻裝置的結構圖。 【主要元件符號說明】 T 測試頭 W 半導體晶圓 10 檢查裝置 11 裝載室 12 探針測試室 13 載置台 14 XY台 15 探針卡 15A 探針 16 位置對準機構 17 平板 20 冷卻裝置 20A 第1循環通道 20B 第2循環通道 20C 第3循環通道 21 壓縮機 22 水冷凝縮器

14 201022609 傳熱管 外殼 冷水配管 氣冷凝縮器 傳熱管 風扇 膨脹閥 蒸發器 傳熱管 外殼 溫度開關 槽桶 第1循環幫浦 第2循環幫浦 15

Claims (1)

1. 201022609 七、申請專利範圍： L 一種冷卻裝置’係具有：設置於用以壓缩冷媒之壓 縮機下流側且利用冷卻水凝縮來自該壓縮機的A 媒之水冷凝縮器、串聯地設置於該水冷凝縮器下^ 侧且利用空氣凝縮來自該水冷凝縮器侧的^媒: 氣冷凝縮器、以及設置於該氣冷凝縮器下流&並用 以冷卻其他的熱媒體之蒸發器，其特徵在於： 用以測量該冷媒溫度的溫度開關係設置於該水冷 凝縮器的下流侧、該氣冷凝縮器的上流側^且‘ 〇 溫度開關的測量溫度超過特定溫度時，使該氣冷凝 縮開始作動。 2·如申請專利範圍第i項之冷卻裝置，其㈣❹从

   媒之第4步驟、以及利用 體之第5步驟。 項之冷卻方法，其中該其他的 查裳置的载置台之冷媒。 如申請專利範圍第3項之 熱媒體係用以冷卻檢查裝 16