CN113136568B - 一种节能型主动控温喷淋头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能型主动控温喷淋头，包括：喷淋头本体、加热系统、冷却系统和测温系统，其中，所述加热系统固定于所述喷淋头本体上，用于为所述喷淋头本体加热，所述冷却系统包括冷却板，用于对所述喷淋头本体制冷，所述测温系统用于检测所述喷淋头本体的温度，所述冷却板可接近或远离所述喷淋头本体，进而改变其与所述喷淋头本体之间的热阻。该节能型主动控温喷淋头，结构合理，制冷效果好，可有效降低加热系统的加热功率，减少加热功率的浪费，设计、制造、运行成本更低，而且更安全。

Description

一种节能型主动控温喷淋头
技术领域
本发明属于半导体镀膜用设备技术领域，特别提供了一种节能型主动控温喷淋头。
背景技术
沉积镀膜过程中，为了保证镀膜效果，需通过加热系统和冷却系统的联合控制来使喷淋头的温度处于稳定状态，现有技术中，喷淋头的冷却系统是固定设置的，包括固定设置于喷淋头上方的冷却板，冷却板内设置冷却液流道，设置于冷却液流道内的冷却液的比热容通常较大，其温度控制需要较长时间才能稳定，所以通常将冷却液的温度设定为定值，然而，由于冷却板是固定的，其与喷淋头之间的热阻是固定不变的，因此，在不需要制冷的情况下，冷却液还是会吸收大量的热量，此时，为了维持喷淋头温度的稳定，就需要更大功率的加热系统来补充热量，不但造成热量的浪费，还会增加设计成本和喷淋头的运行成本。
因此，提出一种节能型主动控温喷淋头，使其可以在不改变冷却液温度的情况下，根据冷却需求，通过改变冷却板与喷淋头之间的热阻，实现对冷却系统的吸热量的控制，成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种节能型主动控温喷淋头，以解决现有喷淋头无法对冷却系统的吸热量进行控制，造成热量浪费的问题。
本发明提供了一种节能型主动控温喷淋头，包括：喷淋头本体、加热系统、冷却系统和测温系统，其中，所述加热系统固定于所述喷淋头本体上，用于为所述喷淋头本体加热，所述冷却系统包括冷却板，用于对所述喷淋头本体制冷，所述测温系统用于检测所述喷淋头本体的温度，所述冷却板可接近或远离所述喷淋头本体，进而改变其与所述喷淋头本体之间的热阻。
优选，所述喷淋头本体的上方设置有热阻渐变调节结构，其中，所述热阻渐变调节结构为弹性结构，当所述冷却板与所述热阻渐变调节结构接触并继续接近所述喷淋头本体时，所述冷却板与所述喷淋头本体通过所述热阻渐变调节结构的间接接触面积会逐渐增加或阶段性增加。
进一步优选，所述热阻渐变调节结构为弹簧波纹结构。
进一步优选，所述热阻渐变调节结构包括弹簧浮动结构和接触块，所述弹簧浮动结构设置于所述喷淋头本体的上方，所述接触块为多个，间隔设置于所述弹簧浮动结构的上方，当所述冷却板下降时，与冷却板接触的接触块逐渐增加。
进一步优选，所述加热系统包括固定于所述喷淋头本体上的加热环。
进一步优选，所述喷淋头本体包括喷淋板顶板和连接于所述喷淋板顶板下方的喷淋板面板。
进一步优选，所述喷淋板顶板的上顶面设置有凹槽，所述加热环设置于所述凹槽内。
进一步优选，所述的节能型主动控温喷淋头还包括执行机构，所述执行机构与所述冷却板的上顶面固定连接，用于控制所述冷却板的升降。
进一步优选，所述执行机构为多组，沿所述冷却板的周向均匀布设。
进一步优选，所述执行机构为3组。
本发明提供的节能型主动控温喷淋头，根据制冷需求，可相对喷淋头本体上下移动冷却板，进而改变冷却板与喷淋头本体之间的热阻，从而实现对喷淋头本体的制冷量的控制，可减少热量的浪费，保持喷淋头本体的温度的稳定。
本发明提供的节能型主动控温喷淋头有益效果如下：
1、制冷效果好，采用的冷却液的制冷方式，在需要制冷时，较风冷等制冷方式可以快速吸收工艺过程中工艺阶段和清洁腔体阶段的大量热量，保持温度的稳定；
2、节能、成本低，在不需要制冷时，通过改变冷却板与喷淋头本体之间的热阻，可降低整个冷却系统的吸热量，从而降低加热系统的加热功率，运行成本更低；
3、安全性好，该节能型主动控温喷淋头采用更小功率的加热系统，功率、电流更小，更加安全。
本发明提供的节能型主动控温喷淋头可应用于PECVD、ALD、4D领域，可以实现较好的制冷效果以及控温效果，且设计、制造、运行成本较低，具有较好的生产经济价值。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明提供的节能型主动控温喷淋头的一实施例的爆炸图；
图2为本发明提供的节能型主动控温喷淋头的另一实施例的爆炸图；
图3为本发明提供的节能型主动控温喷淋头的剖视图；
图4为本发明提供的节能型主动控温喷淋头的另一剖视图；
图5为弹簧浮动结构的局部示意图；
图6为图5中A处放大图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施方案对本发明专利进行进一步的解释，但不局限本发明专利。
沉积镀膜过程中，会产生大量的热量，因此，为了保证喷淋头本体温度的稳定，通常在喷淋板本体的上方固定设置冷却板以进行制冷，这种方式可吸收大量的热量，降温效果很好，但是在不需要对喷淋头本体进行制冷时，冷却板却仍然对喷淋头本体制冷，此时，就需要通过提高加热功率来补充热量，以维持喷淋头温度的稳定，这将造成热量的浪费，另外，提高加热功率还会造成成本的提高且不安全。
鉴于此，如图1所示，本发明提供了一种节能型主动控温喷淋头，包括：喷淋头本体1、加热系统、冷却系统和测温系统，其中，所述加热系统固定于所述喷淋头本体1上，用于为所述喷淋头本体1加热，所述冷却系统包括冷却板2，用于对所述喷淋头本体1制冷，所述测温系统用于检测所述喷淋头本体1的温度，所述冷却板2可接近或远离所述喷淋头本体1，进而改变其与所述喷淋头本体1之间的热阻。
该节能型主动控温喷淋头，通过测温系统可实时获取喷淋头本体的温度，通过加热系统和冷却系统的联合控制可使喷淋头本体的温度稳定在指定温度，其中，该节能型主动控温喷淋头的冷却板可接近或远离喷淋头本体，进而可改变其与喷淋头本体之间的热阻，实现对冷却板的吸热量的控制，即：对喷淋板本体的制冷量的控制，具体地：当喷淋头本体受到较多热量(如：机台处于工艺阶段或清洁腔体阶段)时，为保证喷淋头本体温度的稳定，需对喷淋头本体进行制冷，此时，控制冷却板接近喷淋头本体，对喷淋头本体进行制冷，当喷淋头本体不需要制冷(如：机台处于空闲阶段)时，控制冷却板远离喷淋头本体，通过加热系统稳定喷淋头本体的温度，避免因冷却板对喷淋头本体的持续制冷而需增加加热功率的问题出现。
该节能型主动控温喷淋头，结构合理，制冷效果好，可有效降低加热系统的加热功率，减少加热功率的浪费，设计、制造、运行成本更低，而且更安全。
作为技术方案的改进，所述喷淋头本体1的上方设置有热阻渐变调节结构，其中，所述热阻渐变调节结构为弹性结构，当所述冷却板2与所述热阻渐变调节结构接触并继续接近所述喷淋头本体1时，所述冷却板2与所述喷淋头本体1通过所述热阻渐变调节结构的间接接触面积会逐渐增加或阶段性增加，通过接触面积的逐渐增加或阶段性增加，可实现冷却板与喷淋头本体之间热阻的渐变。
如图2、图3所示，所述热阻渐变调节结构为弹簧波纹结构31，具有弹性，受力可发生变形，去掉外力后，可恢复至初始状态。所述弹簧波纹结构在冷却板下压的过程中，会被越压越扁，冷却板与弹簧波纹结构的接触面及喷淋头本体与弹簧波纹结构的接触面会随着冷却板行程的增加而增加，实现冷却板与喷淋头本体的热阻的渐变，其中，所述弹簧波纹结构的厚度优选为0.5-3mm，所述弹簧波纹结构的材料需要满足高弹性极限、抗拉极限、疲劳强度、良好的塑性，以保证弹性元件正常工作，不限于弹簧钢等材料。
下面给出所述热阻渐变调节结构的另一种结构，如图4至图6所示，所述热阻渐变调节结构包括弹簧浮动结构32和接触块33，所述弹簧浮动结构32设置于所述喷淋头本体1的上方，所述接触块33为多个，间隔设置于所述弹簧浮动结构32的上方，当所述冷却板2下降时，与冷却板接触的接触块33逐渐增加，可实现冷却板与喷淋头本体之间热阻的渐变，具体地：如图4所示，所述弹簧浮动结构的高度由中间向外侧逐渐降低，所述接触块呈环形且直径不同，同轴放置于弹簧浮动结构上，在自然状态下，接触块上顶面的高度由弹簧浮动结构的中间向外侧逐渐降低，因此，当冷却板下降时，冷却板会依次与位于外侧的接触块接触，进而间接增加与喷淋板本体的接触面积，实现冷却板与喷淋头本体之间热阻的渐变，所述弹簧浮动结构具有弹性，卸掉负载后能够恢复初始状态，其材料需要满足高弹性极限、抗拉极限、疲劳强度、良好的塑性，以保证弹性元件正常工作，不限于弹簧钢等材料。
作为技术方案的改进，如图1至图4所示，所述加热系统包括固定于所述喷淋头本体1上的加热环4。
作为技术方案的改进，如图1至图3所示，所述喷淋头本体1包括喷淋板顶板11和连接于所述喷淋板顶板11下方的喷淋板面板12，所述喷淋板顶板11的上顶面设置有凹槽，所述加热环4设置于所述凹槽内。
作为技术方案的改进，如图1至图4所示，该节能型主动控温喷淋头，还包括执行机构5，所述执行机构5与所述冷却板2的上顶面固定连接，用于控制所述冷却板2的升降，所述执行结构5优选通过气动方式来控制冷却板2的升降，可以不受射频环境的干扰。
作为技术方案的改进，所述执行机构5为多组，沿所述冷却板2的周向均匀布设，如图1、图2所示，所述执行机构5为3组。
本发明的具体实施方式是按照递进的方式进行撰写的，着重强调各个实施方案的不同之处，其相似部分可以相互参见。
上面结合附图对本发明的实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.节能型主动控温喷淋头，包括喷淋头本体(1)、加热系统、冷却系统和测温系统，其中，所述加热系统固定于所述喷淋头本体(1)上，用于为所述喷淋头本体(1)加热，所述冷却系统包括冷却板(2)，用于对所述喷淋头本体(1)制冷，所述测温系统用于检测所述喷淋头本体(1)的温度，其特征在于：所述冷却板(2)可接近或远离所述喷淋头本体(1)，进而改变其与所述喷淋头本体(1)之间的热阻;
所述喷淋头本体(1)的上方设置有热阻渐变调节结构，其中，所述热阻渐变调节结构为弹性结构，当所述冷却板(2)与所述热阻渐变调节结构接触并继续接近所述喷淋头本体(1)时，所述冷却板(2)与所述喷淋头本体(1)通过所述热阻渐变调节结构的间接接触面积会逐渐增加或阶段性增加。
2.按照权利要求1所述的节能型主动控温喷淋头，其特征在于：所述热阻渐变调节结构为弹簧波纹结构(31)。
3.按照权利要求1所述的节能型主动控温喷淋头，其特征在于：所述热阻渐变调节结构包括弹簧浮动结构(32)和接触块(33)，所述弹簧浮动结构(32)设置于所述喷淋头本体(1)的上方，所述接触块(33)为多个，间隔设置于所述弹簧浮动结构(32)的上方，当所述冷却板(2)下降时，与冷却板接触的接触块(33)逐渐增加。
4.按照权利要求1所述的节能型主动控温喷淋头，其特征在于：所述加热系统包括固定于所述喷淋头本体(1)上的加热环(4)。
5.按照权利要求4所述的节能型主动控温喷淋头，其特征在于：所述喷淋头本体(1)包括喷淋板顶板(11)和连接于所述喷淋板顶板(11)下方的喷淋板面板(12)。
6.按照权利要求5所述的节能型主动控温喷淋头，其特征在于：所述喷淋板顶板(11)的上顶面设置有凹槽，所述加热环(4)设置于所述凹槽内。
7.按照权利要求1所述的节能型主动控温喷淋头，其特征在于：还包括执行机构(5)，所述执行机构(5)与所述冷却板(2)的上顶面固定连接，用于控制所述冷却板(2)的升降。
8.按照权利要求7所述的节能型主动控温喷淋头，其特征在于：所述执行机构(5)为多组，沿所述冷却板(2)的周向均匀布设。
9.按照权利要求8所述的节能型主动控温喷淋头，其特征在于：所述执行机构(5)为3组。
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