WO2023136010A1

WO2023136010A1 - チラーシステム

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Publication number: WO2023136010A1
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Inventors: 克彦鈴木
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Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2023-07-20
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Abstract

低コスト及び省スペースで、高耐圧性能を有するチラーシステムを提供する。チラーシステム（１）は、内部循環経路（Ｃ１）と、外部循環経路（Ｃ２）と、制御装置（４０）とを備える。内部循環経路（Ｃ１）には、冷媒タンク（１７）、内部循環ポンプ（１１）及び冷凍機（１２）が設けられる。外部循環経路（Ｃ２）は送り経路（２０）と戻り経路（２５）とを有し、送り経路（２０）には外部循環ポンプ（２１）及び温度センサ（２３）が設けられる。戻り経路（２５）と冷媒タンク（１７）との間を連通する連通経路には絞り手段（２８）が設けられる。内部循環経路（Ｃ１）には開閉制御弁（１６）が設けられ、加圧経路（３０）の一方端が内部循環経路（Ｃ１）において開閉制御弁（１６）よりも上流側に接続され、他方端が連通経路において絞り手段（２８）よりも上流側に接続される。制御装置（４０）は、温度センサ（２３）の測定結果に基づいて開閉制御弁（１６）の動作を制御する。

Description

チラーシステム

　本発明は、チラーシステムに関し、特に、ウェハ上に形成された複数のチップを電気的に検査する検査装置におけるウェハ搭載台との間で冷媒を循環させるチラーシステムに関する。

　半導体の製造工程において、プローバによりウェハ上に形成されたチップの電気的特性の検査を行う。この検査時間の短縮及びコスト低減のために、近年、同時に検査されるチップの数が増大しつつある。例え、チップが、発熱量の小さいＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やフラッシュメモリ等である場合でも、同時に検査されるチップの数が増大すると、検査時にウェハ全体から発生する発熱量が増大する。

　また、車載用チップ等、チップは広い用途に使用されており、その用途に応じた温度環境でもチップが正常動作することを保証するために、検査時の温度環境の範囲も拡大している。そのため、幅広い温度環境下において、検査時のチップの発熱量が増加している。

　そこで、従来から、プローバにおいてウェハを搭載する搭載台の表面の温度を制御する技術が各種提案されている。例えば、特許文献１には、プローバのウェハチャック（搭載台）の温度を制御するためのチラー機構を開示している。このチラー機構は、冷却経路と冷却液冷却経路とを有する。

　冷却経路では、冷却液を保持するタンクとウェハチャックとが、タンクからウェハチャックへ向かう経路とウェハチャックからタンクへ戻る経路とによって接続されており、冷却経路上に設けられたポンプによって冷却液をタンクとウェハチャックとの間で循環させることにより、ウェハチャックを冷却する。

　冷却液冷却経路では、タンクと冷却器とが、タンクから冷却器へ向かう経路と冷却器からタンクへ戻る経路とによって接続されており、冷却器によって冷却された冷却液は、冷却液冷却経路上に設けられたポンプによりタンクに戻る。更に、冷却液冷却経路上に設けられた流量調整弁により循環する冷却液の量を調整することにより、タンク内に保持される冷却液の温度が調整される。

特開２００８－３１１４９２号公報

　ところで、高温下で電気的検査を行うプローバに、特許文献１に記載の技術のようなチラー機構を適用する場合、従来、冷却液として、高沸点を有するフッ素系不活性液体を使用する。

　これは、冷却液の温度が沸点を超えると冷却液のキャビテーションなどの発生により正常に温度制御が行えないという問題や、キャビテーションによって循環ポンプのインペラーが損傷するという問題が発生する虞があるからである。

　しかし、高沸点を有する冷却液は低温時に粘性が上昇することで動粘度も上昇する傾向がある。そのため、低温領域においては動粘度の上昇により冷却液の流量が低下し、低沸点を有する冷却液と比較してウェハ搭載台に対する冷却作用が低下するという問題がある。また、動粘度の上昇により循環ポンプの必要軸動力の上昇も併せて発生し消費電力も増加するという問題もある。

　これらの理由から低沸点を有する冷却液を使用して低温領域での性能を確保しつつ、高温領域でも沸騰させずに冷却液を送液することが可能なシステムが望まれる。低沸点を有する冷却液の沸点を上昇させる手法として、特許文献１に記載のチラー機構の経路に圧縮エアなどで圧力をかけて冷却液の沸点を上昇させる方法がある。

　しかし、特許文献１に記載のチラー機構のような構成では、特に加圧したいウェハ搭載台から循環ポンプの吸込み部までの経路だけを局所的に加圧することが難しいため、タンクなどを介してチラー機構の経路全体を加圧することが必要になる。

　この場合、補器類を含めた接液部の関連機器の耐圧性能を高めることが必要になる。使用機器類をより強固な部材で構成するために、従来に比べて機器の選定の自由度が制限されたり、機器が大型化したりする。その結果、装置コストが上昇するという問題が生じる。また、機器の大型化に伴い、これらの機器を搭載するチラー機構自体も従来に比べてフットプリントが増加するという問題も生じる。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コスト及び省スペースで、高耐圧性能を有するチラーシステムを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、以下の発明を提供する。

　第１の態様に係るチラーシステムは、ウェハ搭載台とチラーユニットとの間で冷媒を循環させるチラーシステムであって、チラーユニットの内部で冷媒を循環可能とする内部循環経路と、チラーユニットとウェハ搭載台との間で冷媒を循環可能とする外部循環経路と、チラーユニットを制御する制御装置と、を備え、内部循環経路には、冷媒タンクと、内部循環ポンプと、冷凍機と、が設けられ、外部循環経路は、チラーユニットからウェハ搭載台へ向かう送り経路と、ウェハ搭載台からチラーユニットへ戻る戻り経路と、を有し、送り経路には、外部循環ポンプと、温度センサと、が設けられ、戻り経路は、戻り経路と冷媒タンクとの間を連通する連通経路を有し、連通経路には、冷媒タンクに流入する冷媒の流量を制限する絞り手段が設けられ、内部循環経路には、冷媒タンクよりも上流側に開閉制御弁が設けられ、戻り経路を流れる冷媒を加圧するための加圧経路であって、一方端が内部循環経路において開閉制御弁よりも上流側に接続され、他方端が連通経路において絞り手段よりも上流側に接続される加圧経路を有し、制御装置は、温度設定値または温度センサの測定結果に基づいて開閉制御弁の動作を制御する。

　第２の態様に係るチラーシステムは、第１の態様において、制御装置は、温度設定値または温度センサによって測定された温度が冷媒の沸点もしくは、沸点から所定マージンを引いた温度以上である場合には、開閉制御弁を閉塞する。

　第３の態様に係るチラーシステムは、第２の態様において、制御装置は、温度設定値または温度センサによって測定された温度が冷媒の沸点もしくは、沸点から所定マージンを引いた温度未満である場合には、開閉制御弁を開放する。

　第４の態様に係るチラーシステムは、第２又は第３の態様において、戻り経路には、圧力センサが設けられ、制御装置は、温度設定値または温度センサによって測定された温度が冷媒の沸点（もしくは、沸点から所定マージンを引いた温度）以上である場合には、圧力センサによって測定された圧力に基づいて戻り経路に対する加圧制御を実行する。

　第５の態様に係るチラーシステムは、第４の態様において、制御装置は、加圧制御として、圧力センサによって測定された圧力に基づいて内部循環ポンプの動作を制御する。

　第６の態様に係るチラーシステムは、第４又は第５の態様において、絞り手段は、連通経路の開度を調整可能な電気的駆動弁により構成され、制御装置は、加圧制御として、圧力センサによって測定された圧力に基づいて電気的駆動弁の開度を制御する。

　第７の態様に係るチラーシステムは、第１から第６の態様のいずれか１つの態様において、内部循環経路と外部循環経路との間に設けられ、且つ、内部循環経路を流れる冷媒を外部循環経路に送出する接続経路を有し、内部循環経路と接続経路との接続位置に三方弁が設けられ、制御装置は、温度センサの測定結果に基づいて三方弁の動作を制御する。

　第８の態様に係るチラーシステムは、第７の態様において、制御装置は、温度センサによって測定された温度が所定値よりも高い場合には、三方弁によって接続経路を開放する。

　第９の態様に係るチラーシステムは、第８の態様において、制御装置は、温度センサによって測定された温度が所定値よりも低い場合には、三方弁によって接続経路を閉塞する。

　第１０の態様に係るチラーシステムは、第１から第９の態様のいずれか１つの態様において、送り経路には、ヒータが設けられ、制御装置は、温度センサによって測定された温度に基づいてヒータにより冷媒を加熱する制御を行う。

　本発明によれば、低コスト及び省スペースで、高耐圧性能を有するチラーシステムを実現することができる。

本実施形態に係るチラーシステムの概略構成図である。制御装置の機能ブロック図である。チラーシステムの制御方法を示すフローチャートである。

　以下、添付図面に従って本発明の実施形態に係るチラーシステムについて説明する。

　図１に、本実施形態に係るチラーシステムの概略構成を示す。図１に示すように、本実施形態に係るチラーシステム１は、ウェハ搭載台２４を冷却する冷媒を循環させるチラーユニット１０と、チラーシステム１全体を制御する制御装置４０とを備える。

　冷媒として任意の液体を用いることができるが、動粘度が高いと循環ポンプに必要とされる軸動力も上昇することから、冷媒は、低温時に比較的低い粘度を有する液体であることが好ましい。より具体的には、冷媒は、例えば、フッ素系不活性液体である。フッ素系不活性液体としては、より具体的には例えば、３Ｍ社製のノベック７２００（大気圧下での沸点７６℃）、ソルベイ社製のガルデン１３５（同１３５℃）が挙げられる。

　低温時に比較的低い粘度を有する冷媒は低沸点を有する傾向がある。ここで、低沸点とは、例えば、約７０℃から約１４０℃程度の沸点をいう。逆に、高沸点とは、例えば約１５０℃より高い沸点をいう。チラーシステム１は、低温時に比較的低い粘度を有する冷媒の利点を生かしつつも、高温下において検査を行うプローバに好適に適用することができる。

　チラーシステム１において、冷媒経路は、内部循環経路Ｃ１と、外部循環経路Ｃ２とに大別される。図１では、内部循環経路Ｃ１を黒い矢印で示し、外部循環経路Ｃ２を白い矢印で示す。また、矢印の向きは冷媒の流れる方向を示す。以下の説明において、矢印の基端側を冷媒の流れの上流側とし、矢印の先端側を冷媒の流れの下流側として説明する。

　内部循環経路Ｃ１は、チラーユニット１０の内部において、冷媒タンク１７と冷凍機１２との間で冷媒を循環可能とする。外部循環経路Ｃ２は、チラーユニット１０とウェハ搭載台２４との間で冷媒を循環可能とする。チラーシステム１は、比較的高温下において検査を行うプローバに用いられる場合、外部循環経路Ｃ２において冷媒の温度は冷媒の沸点近い高温になることがある。

　以下、内部循環経路Ｃ１の構成について詳しく説明する。内部循環経路Ｃ１には、冷媒タンク１７と、内部循環ポンプ１１と、冷凍機１２とが設けられる。冷媒タンク１７は冷媒を保存する。内部循環ポンプ１１は、冷媒タンク１７から供給される冷媒を冷凍機１２に送り出す。冷凍機１２は所定温度に冷媒を冷却する。

　冷凍機１２の下流には三方弁１４が設けられ、冷凍機１２から三方弁１４までは経路１３により流体接続される。三方弁１４から冷媒タンク１７までは経路１５により流体接続され、経路１５上には冷媒タンク１７よりも上流側に開閉制御弁１６が設けられる。開閉制御弁１６は、電磁弁や電動弁等の電気的駆動弁により構成される。更に、三方弁１４から外部循環経路Ｃ２の外部循環ポンプ２１の吸入口までは、接続経路１９によって流体接続される。つまり、接続経路１９は、内部循環経路Ｃ１と外部循環経路Ｃ２との間を流体接続する。

　言い換えると、三方弁１４は、内部循環経路Ｃ１の冷凍機１２からの経路１３と、冷媒タンク１７に冷媒を戻す経路１５と、接続経路１９との接続位置に設けられる。三方弁１４を操作（制御）することにより、経路１３と接続経路１９とを流体接続し、且つ、経路１５を閉塞する状態と、経路１３と経路１５とを流体接続し、且つ、接続経路１９を閉塞する状態と、の間を切り替えることができる。三方弁１４の制御について詳しくは後述する。

　次に、外部循環経路Ｃ２の構成について詳しく説明する。外部循環経路Ｃ２は、送り経路２０と、戻り経路２５とに大別される。送り経路２０は、チラーユニット１０からウェハ搭載台２４へ冷媒を供給する経路である。戻り経路２５は、ウェハ搭載台２４からチラーユニット１０へ冷媒を戻す経路である。

　送り経路２０には、上流側（チラーユニット１０側）からウェハ搭載台２４に向かって順に、外部循環ポンプ２１と、ヒータ２２と、温度センサ２３とが設けられる。外部循環ポンプ２１は、冷媒をウェハ搭載台２４へ送り出す。ヒータ２２は、送り経路２０を流れる冷媒を加熱する。温度センサ２３は送り経路２０を流れる冷媒の温度を測定する。

　ウェハ搭載台２４は冷媒流路を内蔵する（不図示）。冷媒流路は送り経路２０と戻り経路２５とに流体接続されている。適温に調整された冷媒が冷媒流路を流れることにより、ウェハ搭載台２４の表面の温度はプローバ（検査装置）による検査に適した温度に制御される。冷媒流路を備えるウェハ搭載台２４の構成は公知であるため、詳しい説明を省略する。ウェハ搭載台２４の冷媒流路を通過した冷媒は戻り経路２５を経由してチラーユニット１０に戻る。

　戻り経路２５は、チラーユニット１０内の分岐点３１において、第１分岐経路２９と第２分岐経路２７とに分岐する。第１分岐経路２９は、三方弁１４の下流、且つ、外部循環ポンプ２１の上流において、送り経路２０に流体接続される。第１分岐経路２９上には、戻り経路２５内（具体的には第１分岐経路２９内）の冷媒の圧力を測定する圧力センサ２６が設けられる。

　第２分岐経路２７は冷媒タンク１７に接続され、第２分岐経路２７上には冷媒タンク１７よりも上流側に絞り手段２８が設けられる。絞り手段２８は、第２分岐経路２７内の流路断面を絞るオリフィス（絞り部）により構成され、このオリフィスによって第２分岐経路２７内を流れる冷媒の流量を制限する。なお、絞り手段２８は、後述する変形例のように、電磁弁や電動弁等の電気的駆動弁で構成されていてもよい。第２分岐経路２７は、本発明の「連通経路」に相当する。なお、本発明において、「連通経路」とは、第２分岐経路２７に限らず、第２分岐経路２７を経由して冷媒タンク１７と連通する第１分岐経路２９や、第１分岐経路２９及び第２分岐経路２７の分岐元となる戻り経路２５をも含む広い概念で用いる。

　さらに、内部循環経路Ｃ１と外部循環経路Ｃ２との間には、戻り経路２５を加圧するための加圧経路３０が設けられる。加圧経路３０の一方端（内部循環経路Ｃ１側）は、内部循環経路Ｃ１の経路１５上に、より具体的には、三方弁１４と開閉制御弁１６との間（すなわち、開閉制御弁１６よりも上流側）に位置する。加圧経路３０の他方端（外部循環経路Ｃ２側）は、第２分岐経路２７上、より具体的には、絞り手段２８と分岐点３１との間（すなわち、絞り手段２８よりも上流側）に位置する。なお、加圧経路３０の他方端は、第２分岐経路２７上に限らず、例えば、第１分岐経路２９上でもよい。

　また、冷媒タンク１７には、フィルタ１８が設けられる。冷媒の特性によっては、沸点以上になると外部循環経路Ｃ２内の冷媒が熱分解によって酸等の有害物質が生じることがある。そこで、本実施形態のチラーシステム１には、冷媒内に生じた有害物質を吸着するフィルタ１８が設けられている。このフィルタ１８は、高温にさらされにくい位置に設けられることが望ましい。具体的には、例えば、フィルタ１８は冷媒タンク１７の内部に設けられる（図１参照）。しかし、この例示はフィルタ１８の位置を限定する趣旨ではない。

　チラーシステム１において、低沸点の冷媒が用いられる場合には、冷媒のキャビテーションを抑える必要がある。本実施形態では、後述する制御装置４０が、温度センサ２３及び圧力センサ２６の測定結果に基づいて、チラーシステム１の各部（三方弁１４、ヒータ２２、開閉制御弁１６、内部循環ポンプ１１）の制御を行うことにより、加圧経路３０を介して外部循環経路Ｃ２のうち戻り経路２５を局所的に加圧することが可能となり、冷媒のキャビテーションを抑制しつつ、チラーシステム１を良好に運転することができる。これにより、耐圧性能を高めるために必要となるコスト及び装置の大型化を招くことなく、低沸点を有する冷媒を使用して低温領域での性能を確保しつつ、高温領域でも沸騰させずに冷媒を送液することが可能なシステムを実現することができる。

　次に、図２を用いて制御装置４０の機能構成について説明する。図２に示すように、制御装置４０は、主制御部４３と、温度制御部４１と、圧力制御部４２とを備える。主制御部４３は、チラーシステム１の各部を統括的に制御する。

　温度制御部４１は、温度センサ２３によって測定された外部循環経路Ｃ２の送り経路２０内の冷媒の温度に基づいて、外部循環経路Ｃ２内の冷媒が所定範囲内の温度を有するように、三方弁１４の切替え及びヒータ２２の加熱を制御する。

　圧力制御部４２は、温度センサ２３によって測定された外部循環経路Ｃ２の送り経路２０内の冷媒の温度に基づいて、開閉制御弁１６の開閉を制御する。更に、圧力制御部４２は、圧力センサ２６によって測定された外部循環経路Ｃ２の戻り経路２５（第１分岐経路２９）内の圧力に基づいて、内部循環ポンプ１１の動作（回転数）を制御する。これにより、圧力制御部４２は、冷媒のキャビテーションを抑制するように外部循環経路Ｃ２の戻り経路２５内の圧力を制御する。

　制御装置４０を構成する各部（主制御部４３、温度制御部４１及び圧力制御部４２）は、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等により実現される。制御装置４０は、チラーシステム１を構成する各装置の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、制御プログラムを格納するストレージデバイス（例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等）及びＣＰＵの作業領域として使用可能なＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）を含んでいる。

　更に、制御装置４０は、操作部（不図示）を介して操作者による操作入力を受け付け、操作入力に応じた制御信号をチラーシステム１を構成する各部に送信して各装置の動作を制御する。操作部は、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネル等を含む。

　次に、図３を用いて、チラーシステム１の制御方法について説明する。まず、制御装置４０は、温度センサ２３を用いて送り経路２０を流れる冷媒の温度を測定する（ステップＳ１０）。ここで、温度センサ２３で測定される温度は、ウェハ搭載台２４に供給される冷媒の温度とほぼ（実質的に）等しい温度を示す。続いて、制御装置４０の温度制御部４１は、ステップＳ１０において測定された冷媒の温度が所定値より大きいか否か判定する（ステップＳ１２）。

　冷媒の温度が所定値より大きい場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、温度制御部４１は、三方弁１４を駆動し、冷凍機１２側の経路１３と接続経路１９とを連通させ、冷媒タンク１７側の経路１５を閉塞する（ステップＳ１４）。すなわち、温度制御部４１は、三方弁１４によって接続経路１９を開放する。その後、処理はステップＳ２２に進む。

　内部循環経路Ｃ１では、冷凍機１２によって冷却され、一定の低温に保たれた冷媒が循環している。ステップＳ１０において測定された冷媒の温度が所定値（設定値）より大きい場合、外部循環経路Ｃ２を流れる冷媒の温度を下げる必要がある。温度制御部４１は、三方弁１４によって冷凍機１２側の経路１３と接続経路１９とを連通させ、冷媒タンク１７側の経路１５を閉塞する。これにより、内部循環経路Ｃ１を流れる低温の冷媒と、外部循環経路Ｃ２を流れる高温の冷媒とを混合させ、外部循環経路Ｃ２を流れる冷媒の温度を低下させる。

　三方弁１４における内部循環経路Ｃ１を流れる低温の冷媒と、外部循環経路Ｃ２を流れる高温の冷媒との混合比率は、ステップＳ１０において測定された冷媒の温度に応じて適宜、温度制御部４１により設定される。

　一方、ステップＳ１０において測定した冷媒の温度が所定値以下である場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、冷媒の温度を下げる必要はないため、温度制御部４１は、三方弁１４によって冷凍機１２側の経路１３と冷媒タンク１７側の経路１５を連通させ、接続経路１９を閉塞する（ステップＳ１６）。これにより、内部循環経路Ｃ１を流れる低温の冷媒が接続経路１９を経由して外部循環経路Ｃ２に流れ込まないようになる。チラーシステム１の運転中において、温度制御部４１には温度センサ２３によって測定された冷媒の温度がフィードバックされ、それに基づいて温度制御部４１は三方弁１４を継続的に制御する。

　ステップＳ１６の後、温度制御部４１は、ステップＳ１０において測定された冷媒の温度が所定の範囲内にあるか否か判定することにより、冷媒を加熱すべきか否か決定する（ステップＳ１８）。冷媒の温度が所定の温度範囲内にない場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、外部循環経路Ｃ２における冷媒の温度は低すぎるため冷媒を加熱する必要がある。そこで、温度制御部４１はヒータ２２を用いて冷媒を加熱し（ステップＳ２０）、ステップＳ２２に進む。一方、冷媒の温度が所定の温度範囲内にある場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、外部循環経路Ｃ２における冷媒の温度の加熱は不要であるため、ステップＳ２０の処理（ヒータ２２による冷媒の加熱）を行わずに、ステップＳ２２に進む。

　続いて、ステップＳ２２において、制御装置４０の圧力制御部４２は、冷媒の温度または冷媒の設定温度が、外部循環経路Ｃ２の環境下における冷媒の沸点以上であるか否か判定する。この判定で用いられる冷媒の温度は、ステップＳ２２が行われる直前に温度センサ２３で測定された冷媒の温度であることが好ましい。なお、ステップＳ１０において測定した冷媒の温度を用いてもよい。冷媒の温度または冷媒の設定温度が冷媒の沸点以上である場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、圧力制御部４２は開閉制御弁１６を閉塞する（ステップＳ２４）。これにより、内部循環経路Ｃ１を流れる冷媒は、加圧経路３０を経由して第２分岐経路２７側に流れ込み、絞り手段２８によって冷媒タンク１７に向かう冷媒の流量が制限されるので、外部循環経路Ｃ２の戻り経路２５内の圧力が上昇する。

　ここで、開閉制御弁１６を閉塞している場合（ステップＳ２４）、絞り手段２８によって第２分岐経路２７は狭窄しているため、ウェハ搭載台２４から外部循環ポンプ２１の吸入口までの経路（すなわち、戻り経路２０）に対して内部循環経路Ｃ１側から冷媒を送るために必要となる押し込み圧も上昇する。

　そこで、圧力制御部４２は、第１分岐経路２９に設けられた圧力センサ２６が測定した圧力に基づいて内部循環ポンプ１１の駆動回転数を上げることにより、加圧経路３０を経由して行われる内部循環ポンプ１１の押し込み圧を上昇させる（ステップＳ２６）。なお、内部循環ポンプ１１はインバータ駆動ポンプにより構成されることが好ましい。

　絞り手段２８により冷媒タンク１７に向かう冷媒の経路（第２分岐経路２７）の一部を狭窄することと、内部循環ポンプ１１の押し込み圧を上昇させることとにより、外部循環経路Ｃ２の戻り経路２５内における圧力を冷媒の蒸気圧以上に上昇させることができる。これにより、冷媒のキャビテーションを抑制しつつ、外部循環経路Ｃ２内で冷媒を良好に循環させることができる。

　なお、ウェハ搭載台２４内の冷媒流路の出口から外部循環ポンプ２１の吸入口までの経路（つまり、戻り経路２５）は圧力が低下しやすいために上記のような圧力制御を行うが、送り経路２０は、外部循環ポンプ２１の吐出圧がかかるために当初から加圧状態である。そのため、送り経路２０については特に圧力低下を防ぐための機構は設けていない。

　一方、冷媒の温度または冷媒の設定温度が冷媒の沸点未満である場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、制御装置４０は開閉制御弁１６を解放する（ステップＳ２８）。これにより、内部循環経路Ｃ１を流れる冷媒は、開閉制御弁１６が設けられる経路２５を経て冷媒タンク１７に流れ込むことができるので、ウェハ搭載台２４から外部循環ポンプ２１の吸入口までの経路の範囲内（すなわち、外部循環経路Ｃ２の戻り経路２５内）へ内部循環ポンプ１１の押し込み圧による加圧が行われることはない。そして、内部循環ポンプ１１の押し込み圧による加圧が行われないことで、ウェハ搭載台２４内の冷媒流路の入口と出口との間の圧力差がより大きく得られることで、ウェハ搭載台２４内の冷媒流路を流れる冷媒の流量の増加によるウェハ搭載台２４への冷却作用が大きく得られる。

　制御装置４０は、チラーシステム１の運転中、ステップＳ１０からステップＳ２８の処理を繰り返す（ステップＳ３０）。これにより、冷媒のキャビテーションを抑制しつつ、チラーシステム１を良好に運転することができる。

　本実施形態では圧力制御部４２が開閉制御弁１６を開閉するのに、冷媒の温度または冷媒の設定温度が冷媒の沸点以上であるか否かを基に判断する場合について説明した。しかし、外部循環ポンプ２１が確実にキャビテーションを起こさないようするためには、冷媒の飽和蒸気圧以上に加圧する必要があり、さらに外部循環ポンプ２１の吸い込み部での減圧も考慮する必要がある。よって、冷媒の温度または冷媒の設定温度が冷媒の沸点から、これらの圧力変動を考慮した所定マージンを引いた値以上であるか否かを基に開閉制御弁１６の開閉を判断しても良い。

　［効果］
　以上説明したように、本実施形態に係るチラーシステム１によれば、外部循環経路Ｃ１に設けられた温度センサ２３の測定結果に基づいて、内部循環経路Ｃ１に設けられた開閉制御弁１６の動作を制御することにより、加圧経路３０を介して外部循環経路Ｃ２の一部（戻り経路２５）を局所的に加圧することが可能となり、冷媒のキャビテーションを抑制しつつ、チラーシステム１を良好に運転することができる。これにより、耐圧性能を高めるために必要となるコスト及び装置の大型化を招くことなく、低沸点を有する冷媒を使用して低温領域での性能を確保しつつ、高温領域でも沸騰させずに冷媒を送液することが可能なシステムを実現することができる。その結果、低コスト及び省スペースで、高耐圧性能を有するチラーシステムを実現することができる。

　具体的には、冷媒の設定温度または温度センサ２３によって測定された温度が冷媒の沸点以上である場合には、開閉制御弁１６を閉塞（クローズ）することによって、加圧経路３０によってウェハ搭載台２４から外部循環ポンプ２１の吸入口までの経路の範囲内（すなわち、外部循環経路Ｃ２の戻り経路２５内）へ内部循環ポンプ１１の押し込み圧による加圧を行う。また、外部循環経路Ｃ１に設けられた圧力センサ２６の測定結果に基づいて内部循環ポンプ１１の駆動回転数を上げることにより、内部循環ポンプ１１の押し込み圧を上昇させる。これにより、外部循環経路Ｃ２の戻り経路２５内の圧力を上昇させて、冷媒のキャビテーションを抑制することができる。

　一方、冷媒の設定温度または温度センサ２３によって測定された温度が冷媒の沸点未満である場合には、開閉制御弁１６を開放（オープン）することによって、内部循環経路Ｃ１を流れる冷媒は、開閉制御弁１６が設けられる経路２５を経て冷媒タンク１７に流れ込むことができるので、内部循環ポンプ１１の押し込み圧による加圧が行われない。そのため、ウェハ搭載台２４内の冷媒流路の入口と出口との間の圧力差がより大きく得られることで、ウェハ搭載台２４内の冷媒流路を流れる冷媒の流量の増加によるウェハ搭載台２４への冷却作用が大きく得られる。

　また、本実施形態に係るチラーシステム１によれば、外部循環経路Ｃ１に設けられた温度センサ２３の測定結果に基づいて、内部循環経路Ｃ１と外部循環経路Ｃ２との間を接続する接続経路１９を、三方弁１４によって開放したり閉塞したりすることにより、内部循環経路Ｃ１を流れる冷温の冷媒を、内部循環経路Ｃ１内で循環させたり、外部循環経路Ｃ２に流入させたりする。これにより、外部循環経路Ｃ２を流れる冷媒の温度を所定の範囲内に制御することができる。

　［変形例］
　上記の実施形態では、内部循環ポンプ１１の押し込み圧を上昇させる方法として、圧力制御部４２が、圧力センサ２６によって測定された圧力に基づいて内部循環ポンプ１１の駆動回転数を制御する場合を示したが、これに限らず、例えば、絞り手段２８を、第２分岐経路２７の開度を調整可能な電気的駆動弁（電磁弁、電動弁等）で構成し、圧力センサ２６によって測定された圧力に基づいて電気的駆動弁の開度を制御するようにしてもよい。

　また、内部循環ポンプ１１の押し込み圧を上昇させる方法として、圧力センサ２６によって測定された圧力に基づいて内部循環ポンプ１１の駆動回転数を制御することと、絞り手段２８を構成する電気的駆動弁の開度を制御することとの両方を併用するようにしてもよい。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

　１…チラーシステム、１０…チラーユニット、１１…内部循環ポンプ、１２…冷凍機、１３，１５…経路、１４…三方弁、１６…開閉制御弁、１７…冷媒タンク、１８…フィルタ、１９…接続経路、２０…送り経路、２１…外部循環ポンプ、２２…ヒータ、２３…温度センサ、２４…ウェハ搭載台、２５…戻り経路、２６…圧力センサ、２７…第２分岐経路、２８…絞り手段、２９…第１分岐経路、３０…加圧経路、３１…分岐点、４０…制御装置、Ｃ１…内部循環経路、Ｃ２…外部循環経路

Claims

　ウェハ搭載台とチラーユニットとの間で冷媒を循環させるチラーシステムであって、
　前記チラーユニットの内部で前記冷媒を循環可能とする内部循環経路と、
　前記チラーユニットと前記ウェハ搭載台との間で前記冷媒を循環可能とする外部循環経路と、
　前記チラーユニットを制御する制御装置と、
　を備え、
　前記内部循環経路には、冷媒タンクと、内部循環ポンプと、冷凍機と、が設けられ、
　前記外部循環経路は、前記チラーユニットから前記ウェハ搭載台へ向かう送り経路と、前記ウェハ搭載台から前記チラーユニットへ戻る戻り経路と、を有し、
　前記送り経路には、外部循環ポンプと、温度センサと、が設けられ、
　前記戻り経路は、前記戻り経路と前記冷媒タンクとの間を連通する連通経路を有し、
　前記連通経路には、前記冷媒タンクに流入する前記冷媒の流量を制限する絞り手段が設けられ、
　前記内部循環経路には、前記冷媒タンクよりも上流側に開閉制御弁が設けられ、
　前記戻り経路を流れる前記冷媒を加圧するための加圧経路であって、一方端が前記内部循環経路において前記開閉制御弁よりも上流側に接続され、他方端が前記連通経路において前記絞り手段よりも上流側に接続される加圧経路を有し、
　前記制御装置は、温度設定値または前記温度センサの測定結果に基づいて前記開閉制御弁の動作を制御する、
　チラーシステム。
　前記制御装置は、前記温度設定値または前記温度センサによって測定された温度が前記冷媒の沸点もしくは、沸点から所定マージンを引いた温度以上である場合には、前記開閉制御弁を閉塞する、
　請求項１に記載のチラーシステム。
　前記制御装置は、前記温度設定値または前記温度センサによって測定された温度が前記冷媒の沸点もしくは、沸点から所定マージンを引いた温度未満である場合には、前記開閉制御弁を開放する、
　請求項２に記載のチラーシステム。
　前記戻り経路には、圧力センサが設けられ、
　前記制御装置は、前記温度設定値または前記温度センサによって測定された温度が前記冷媒の沸点以上である場合には、前記圧力センサによって測定された圧力に基づいて前記戻り経路に対する加圧制御を実行する、
　請求項２又は３に記載のチラーシステム。
　前記制御装置は、前記加圧制御として、前記圧力センサによって測定された圧力に基づいて前記内部循環ポンプの動作を制御する、
　請求項４に記載のチラーシステム。
　前記絞り手段は、前記連通経路の開度を調整可能な電気的駆動弁により構成され、
　前記制御装置は、前記加圧制御として、前記圧力センサによって測定された圧力に基づいて前記電気的駆動弁の開度を制御する、
　請求項４又は５に記載のチラーシステム。
　前記内部循環経路と前記外部循環経路との間に設けられ、且つ、前記内部循環経路を流れる前記冷媒を前記外部循環経路に送出する接続経路を有し、
　前記内部循環経路と前記接続経路との接続位置に三方弁が設けられ、
　前記制御装置は、前記温度センサの測定結果に基づいて前記三方弁の動作を制御する、
　請求項１から６のいずれか１項に記載のチラーシステム。