CN113802109A - 可自动开合的半导体设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可自动开合的半导体设备,包括腔体、盖体及自动开合装置,自动开合装置包括电机、减速机和传动部;盖体经旋转轴与腔体的顶部相连接,减速机的输入端与电机连接,输出端通过传动部与盖体相连接,传动部具有确定的传动比;通过电机的旋转驱动减速机和传动部,由此实现盖体的开合。本发明经巧妙设计的自动开合装置,控制盖体绕旋转轴旋转指定角度以实现盖体开合,可有效减少开闭盖体对设备造成的磨损,减少产品污染,且操作过程完全为机械自动操作,开盖操作不涉及设备的升温降温过程,有助于提高设备产出率。同时,由于盖体开闭的角度由开合装置进行控制,可以灵活调整开合角度,满足操作人员的不同需要。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,具体涉及一种半导体设备,特别涉及一种可自动开合的半导体设备。
背景技术
芯片制备过程中,大部分的工艺都需在密闭的反应腔室内进行,以确保反应腔室内的工艺条件稳定并避免器件污染,因而大部分反应腔室都带有可开合的盖体,以在工艺过程中将腔体密封。比如现有的一种CVD设备的结构如图1所示,包括腔体102和盖体101,腔体102底部设有加热器104,盖体101底部设有喷淋头103,加热器104和喷淋头103平行相向设置(即喷淋头的喷淋面朝向加热器的上表面),并且加热器104的中心和喷淋头103的中心在竖直方向的投影通常需重合(即喷淋头位于加热器的正上方),盖体101通过旋转轴106和腔体102的顶部连接,并且盖体101和腔体102还通过弹簧连接。打开反应腔时,手动抬起盖体101,盖体101在外力和弹簧的共同作用下,绕旋转轴106移动至打开位置;关闭反应腔时,手动下压盖体101,盖体101在外力和弹簧的共同作用下,绕旋转轴106移动至关闭位置。
实际使用中,由于打开和关闭均由人工完成,限位功能也是由机械结构完成,在长期使用后,转动轴106和弹簧很容易产生磨损,此外盖体101和腔体102接触的位置也会因磨损产生尺寸偏差,这类磨损不仅容易产生粉尘颗粒,进而导致产品污染;更严重的是因磨损产生的尺寸偏差会导致每次开合后,盖体101的关闭位置不完全相同,由于喷淋头103设置在盖体101底部,上述问题会进一步的影响喷淋头103和加热器104的平行度以及喷淋头103和加热器104的中心位置,由此影响工艺条件的稳定性和膜厚的均匀性。
此外,现有常规设计的机械结构腔体盖的开合需要人工完成,工艺过程中有时需要打开较小的观测角度对腔体内的情况进行观测分析或调整,但高温的腔体条件可能对人体造成伤害,因此通常需要等腔体冷却到一定程度上才能进行手动开盖观测,观测结束后还需要再次升温到腔体内需要的工艺反应温度,这大大降低了工艺过程的操作效率,导致设备产出率下降。
因此,如何尽可能减少开闭盖体对设备造成的磨损,同时确保工艺条件的恒定,此外还能方便腔体盖的自动开合以提高操作效率,是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种可自动开合的半导体设备,用于解决现有技术中的CVD设备等半导体设备的腔体需手动开合,容易造成设备磨损,进而导致产品污染,且容易导致反应腔内的工艺条件变化、人工操作导致设备产出率下降等问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供一种可自动开合的半导体设备,包括腔体、盖体、控制器及自动开合装置,所述自动开合装置包括电机、减速机和传动部;所述盖体经旋转轴与所述腔体的顶部相连接,所述减速机的输入端与所述电机连接,输出端通过所述传动部与所述盖体相连接,所述传动部具有确定的传动比;通过所述电机的旋转驱动所述减速机和传动部,由此实现所述盖体的开合;所述控制器与所述电机电连接,用以控制所述电机的运转。
在一可选方案中,所述传动部包括连接杆,所述连接杆的一端设置有齿条,所述盖体上设置有导轨,所述导轨的长度延伸方向与所述旋转轴的长度延伸方向垂直;所述连接杆设置有所述齿条的一端穿设于所述减速机中,另一端设置于所述导轨中,所述连接杆的齿条与所述减速机的齿轮相配合。
更可选地,所述导轨设置在所述盖体的侧面,所述连接杆为L型杆。
在另一可选方案中,所述传动部包括第一齿轮和第二齿轮,所述第一齿轮固定于所述盖体上,所述第二齿轮与所述减速机相固定,且所述第一齿轮和第二齿轮相配合以实现传动。
可选地,所述控制器包括语音控制模块、无线控制模块和报警模块中的任意一种或多种。
可选地,所述半导体设备还包括限位组件,用于在所述盖体到达极限行程时,终止所述电机的工作。
更可选地,所述限位组件包括传感器,设置于所述盖体和/或所述腔体上,所述传感器与所述控制器电连接,以在所述传感器检测到所述盖体到达极限行程时,所述控制器终止所述电机的工作。
可选地,所述半导体设备还包括离合结构,所述离合结构设置于所述减速机和电机之间。
可选地,所述半导体设备为CVD设备,所述腔体内设置有加热器,所述盖体朝向所述加热器的表面设置有喷淋头,当所述盖体封闭所述腔体时,所述喷淋头与所述加热器上下对应。
如上所述,本发明的可自动开合的半导体设备,具有以下有益效果:本发明经巧妙设计的自动开合装置,利用控制器控制盖体绕旋转轴旋转指定角度以实现盖体开合,可有效减少开闭盖体对设备造成的磨损,减少产品污染,且操作过程完全为机械自动操作,开盖操作不涉及设备的升温降温过程,有助于提高设备产出率。同时,由于盖体开闭的角度由开合装置进行控制,可以满足操作人员的不同需要,比如仅需要对样品进行观察时,可调整至较小角度,如果需对样品进行安装或对设备进行维护保养,可调整至较大角度,可显著提高操作效率。
附图说明
图1显示为现有技术中的CVD反应腔的结构示意图。
图2显示为本发明实施例1的可自动开合的半导体设备的示例性结构示意图。
图3显示为本发明实施例1的可自动开合的半导体设备的示例性俯视结构示意图。
图4显示为本发明实施例1的可自动开合的半导体设备的打开状态的结构示意图。
图5显示为本发明实施例2的可自动开合的半导体设备的结构示意图。
图6显示为本发明实施例2的可自动开合的半导体设备的打开状态的结构示意图。
图7显示为本发明对比例1的膜厚分布均匀性检测结果示意图。
图8显示为本发明对比例2的膜厚分布均匀性检测结果示意图。
元件标号说明
101-盖体;102-腔体;103-喷淋头;104-加热器;106-旋转轴;201-盖体;202-腔体;203-喷淋头;204-加热器;205-旋转轴;206-电机;207-减速机;208-连接杆;209-导轨;301-盖体;302-腔体;303-喷淋头;304-加热器;305-旋转轴;306-电机;307-减速机;308-第二齿轮。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述,此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到,这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外,当一层被称为在两层“之间”时,它可以是所述两层之间仅有的层,或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中,所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例,也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例,这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制,其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变,且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁,各附图中并未对所有的结构全部标示。
现有的CVD设备等大部分半导体设备的腔体开合都是由人工手动操作,不仅容易造成设备磨损,导致产品污染和/或设备的工艺条件变化,而且因操作效率低,导致设备产出率下降。对此,本申请的发明人经长期研究,提出了一种改善方案。
具体地,本发明提供一种可自动开合的半导体设备,包括腔体、盖体、控制器及自动开合装置,所述自动开合装置包括电机、减速机和传动部;所述盖体经旋转轴与所述腔体的顶部相连接(根据腔体形状的不同,盖体的形状和旋转轴的位置也可以不同,比如腔体为矩形腔体,则盖体也为矩形,旋转轴为直线型,设置于腔体的某一边上,若腔体为圆形腔体,则盖体也为圆形,旋转轴可以位于盖体的某一条切线上,以使盖体更好地和腔体贴合,旋转轴的位置和长度可以根据需要设置,旋转轴还可以采用铰链或其他形式,只要盖体经旋转轴与腔体连接,且盖体能够贴合腔体,具体结构不做限制),所述减速机的输入端与所述电机连接以相互配合(可经齿轮啮合或采用其他形式的机械连接),输出端通过所述传动部与所述盖体相连接,所述控制器与所述电机电连接,用以控制所述电机的运转,所述传动部具有确定的传动比;通过固定的传动比,将指定开合角度换算为电机的转数,以此为标准控制电机运行,通过所述电机的旋转驱动所述减速机和传动部,由此更加精准地控制所述盖体的开合(也即实现腔体的开合)。本发明经巧妙设计的自动开合装置,利用控制器控制盖体绕旋转轴旋转指定角度以实现盖体开合,可有效减少开闭盖体对设备造成的磨损,减少产品污染,且操作过程完全为机械自动操作,开盖操作不涉及设备的升温降温过程,有助于提高设备产出率。同时,由于盖体开闭的角度由开合装置进行控制,可以满足操作人员的不同需要,比如仅需要对样品进行观察时,可调整至较小角度,如需对样品进行安装或对设备进行维护保养时,可调整至较大角度,可显著提高操作效率。
所述传动部的具体结构可以有不同的设置,下面结合具体实施例做进一步说明。
实施例1
如图2及图3所示,本实施例提供的可自动开合的半导体设备中,其传动部包括连接杆208,所述连接杆208的一端设置有齿条,所述盖体上201设置有导轨209,且在一示例中,所述导轨209的长度延伸方向与所述旋转轴205的长度延伸方向垂直;所述连接杆208设置有所述齿条的一端穿设于所述减速机207中,另一端设置于所述导轨209中,所述连接杆208的齿条与所述减速机207的齿轮相配合。具体地,所述半导体设备还包括腔体202,腔体202顶部通过所述旋转轴205与所述盖体201连接,所述半导体设备具体可以为CVD设备,故而盖体201的底部可设有喷淋头203,腔体202内的底部设有加热器204(也可以称之为基座),喷淋头203的喷淋面朝向加热器204,当所述盖体201封闭所述腔体202时,所述喷淋头203与所述加热器204上下对应(两者的中心在同一垂线上);盖体201与旋转轴205垂直的侧面上设有所述导轨209(即导轨209设置在腔体外部),导轨209中设有L型的与导轨209配合的连接杆208,连接杆208的一端设置在导轨209中,另一端设有齿条,并且穿设于减速机207的齿轮中,连接杆208的齿条与减速机207中的齿轮配合,减速机207的输入端与电机206连接,且导轨可和盖体为一体连接,比如在盖体的侧面形成凹槽以制作所述导轨;所述导轨也可以为和盖体为可拆卸连接,即将另外单独制作的导轨固定于盖体侧面,采用这种可拆卸方式的导轨的好处在于,当导轨因长期使用磨损严重时,可拆卸下来进行修复或直接更换。使用时,电机206驱动减速机207中的齿轮转动,从而带动连接杆208的齿条移动,连接杆208远离齿条的一端在导轨209中移动,带动盖体201绕旋转轴205转动,实现盖体的开闭。打开状态的反应腔如图4所示。所述自动开合装置可以仅为一套,即所述导轨209为一个,连接杆208、减速机207和电机206均相应为一个,这有助于设备结构的简化;在其他示例中,所述导轨209可以为两个,设置在所述盖体201的两个相对的侧面上,相应地,连接杆208、减速机207和电机206均为2个,以自相对的两侧带动盖体201绕所述旋转轴205旋转,以实现盖体的开合,这样的设置有助于提高传动的平稳性。当然,在其他示例中,所述导轨也可以设置在盖体的其他表面,所述连接杆也可以为其他形状,只要适于传动,且有确定的传动比即可,但采用本发明的设置,不影响设备其他结构的安装,且安装方便。而且需要说明的是,传统的化学气相沉积设备中,反应气体管路等源路都是从盖体的上部垂直连接至喷淋头,而本实施例中,反应气体管路等源路采用柔性管路,比如采用耐腐蚀的塑料管,另外塑料管可进一步外包覆波纹管,该柔性管路贴着盖体的外表面(或者盖体表面还可以设置容纳该柔性管路的凹槽以将该柔性管路嵌入凹槽内)延伸至与喷淋头的进气口相连通。这样的设置使得盖体在开合时不会与气体管路发生摩擦或使气体管路产生振动(即便摩擦也只发生在腔体外部),避免因摩擦或振动导致气体管路的磨损以导致漏气,同时也避免因摩擦或振动导致的颗粒物造成晶圆污染。
实施例2
如图5所示,本发明提供另一种可自动开合的半导体设备。本实施例的半导体设备与实施例一的区别主要在于,实施例1中,传动部为连接杆,盖体上设置有导轨;而本实施例中,所述传动部包括第一齿轮和第二齿轮308,所述第一齿轮固定于所述盖体301上(第一齿轮可以为扇形齿轮,可固定于盖体上与旋转轴相邻接的表面),所述第二齿轮308与所述减速机307相固定,且所述第一齿轮和第二齿轮308相配合以实现传动。所述半导体设备同样可以为CVD设备,故腔体内部的整体结构与实施例1基本相同。所述半导体设备具体包括:腔体302,腔体302顶部通过旋转轴305与盖体301连接,盖体301的底部设有喷淋头303,腔体302内的底部设有加热器304,喷淋头303的喷淋面朝向加热器304,当所述盖体301封闭所述腔体302时,所述喷淋头303与所述加热器304上下对应;盖体301上固定有第一齿轮(优选第一齿轮的中心位于盖体上表面的中线上,而该中线同时也是旋转轴的垂直等分线),且盖体301通过第一齿轮与第二齿轮308(第一齿轮和第二齿轮相互啮合,第一齿轮和第二齿轮可以为单个齿轮和/或由多个齿轮构成的齿轮组,其同样都位于腔体外部)连接,第二齿轮308通过减速机307与电机306。使用时,电机306将动力通过减速机307和第二齿轮308输送到与盖体301固定连接的第一齿轮上,带动盖体301绕旋转轴305转动,实现盖体的开闭。打开状态的半导体设备如图6所示。
实施例3
本实施例中,所述自动开合装置同时包含实施例1和2中两种方式,即包含两套传动部,其中一套所述传动部包括连接杆,所述连接杆的一端设置有齿条,所述盖体上设置有导轨,所述导轨的长度延伸方向与所述旋转轴的长度延伸方向垂直;所述连接杆设置有所述齿条的一端穿设于所述减速机中,另一端设置于所述导轨中,所述连接杆的齿条与所述减速机的齿轮相配合;另一套所述传动部包括第一齿轮和第二齿轮,所述第一齿轮固定于所述盖体上,所述第二齿轮与所述减速机相固定,且所述第一齿轮和第二齿轮相配合以实现传动,相应的电机和减速机可以为两套,分别控制这两套传动部,而控制器同时与两套电机相连接,以控制这两套自动开合装置同步工作。这两套传动部的具体结构及工作方式还请参考前述内容,出于简洁的目的不赘述。传统的半导体设备中都是采用单一的机械开合方式,而本实施例中创造性地使用两套开合装置,一套自盖体的侧壁,一套自盖体的中部进行自动开合,以提高盖体开合过程中的稳定性,避免盖体在开合过程中发生抖动而导致盖体内表面的残余反应物掉落造成晶圆污染。同时,设置两套开合装置也可以提高设备的稳定性,避免单一开合方式下开合装置一旦发生故障时设备无法使用的情况(比如,单一开合方式下,一旦开合装置发生故障,设备无法打开,则设备内的晶圆将被报废,造成巨大的经济损失),有助于提高生产安全性。
作为示例,所述控制器与所述电机电连接,用以控制所述电机的运转,包括但不限于控制电机的转动方向以及转数。由于本发明的电机到盖体之间的传动组件的传动比均为确定的值,因此控制器可将盖体的转动角度换算为电机转数,从而实现控制盖体转动指定角度,进一步减少开闭盖体对设备造成的磨损,同时增加了设备的可靠性,比如能保证实施例1和2中的加热器和喷淋头的平行,以及加热器的中心和喷淋头的中心在竖直方向的投影重合。所述控制器包括但不限于单片机或上位机等具有逻辑计算功能的器件。所述控制器内可以预存所述半导体设备运行所需的工艺参数,比如包括气流流量、工艺时间等,因而所述控制器可以根据所述工艺参数控制所述盖体按预设参数打开或闭合。
作为示例,所述控制器包括语音控制模块(未示出)和无线控制模块中的一个或两个,由此可以实现语音控制或红外远程控制,以根据用户指令,控制电机完成指定动作。使用远程控制系统,能够使操作人员不和设备直接接触就完成操作,避免操作人员与高温和其他危险气体的直接接触,提高安全性;语音控制系统更是增强了本发明的便捷性。
在其他示例中,所述控制器还可以包括报警模块,或设置这几个模块中的任意一个或任意几个,具体不做限制。
作为示例,所述半导体设备还包括限位组件(未示出),用于在所述盖体到达极限行程时,终止所述电机的工作。所述限位组件可以是机械开关,或是在控制程序中预设最大的开闭角度,只要能够在盖体到达极限行程时,阻止电机继续工作即可。但在一较优的示例中,所述限位组件包括传感器,设置于所述盖体和/或所述腔体上,所述传感器与所述控制器电连接,以在所述传感器检测到所述盖体到达极限行程时,所述控制器终止所述电机的工作。更具体地,所述传感器可以为接触式传感器,将传感器的两个检测部分分别安装在盖体和腔体内上,当盖体将腔体闭合时,两个检测部分相互接触而检测到信号并发送给控制器,控制器控制电机停止旋转;所述传感器也可以为光电式传感器,比如包括发射部和接收部,分别设置在盖体和腔体上,当盖体和腔体闭合时,发射部和接收部上下对应,接收部接收发射部发出的光信号并转换为电信号后传送给控制器。所述限位组件还可以采用其他类型的传感器,设置位置根据传感器的不同类型而定,本实施例中对此不做严格限制,只要能在盖体到达极限行程时能及时将信号传达到控制器即可。
作为示例,所述半导体设备还包括离合结构(未示出),所述离合结构设置于所述减速机和电机之间;离合机构分离时,即在电机断电时,可由人工控制传动,实现盖体的开合。
需要特别说明的是,虽然上述仅以CVD设备进行了举例说明,但本发明提供的半导体设备还可以是PVD设备、干刻设备或其他类型的设备,根据不同的设备类型,设备还可以包括其他结构,比如如果为PVD设备,则腔体上则通常设置磁控溅射装置,具体不做详细展开。
发明人对本发明提供的半导体设备进行了比较验证,验证结果如下:
对比例1
采用现有技术的手动开合的CVD设备,进行1000次手动开合后,进行CVD镀膜操作,使用光谱膜厚分析仪测量镀膜后基片的膜厚分布均匀性,结果如图7所示(图中颜色深度相同的区域表示膜厚相同)。
对比例2
采用本发明实施例1和2提供的可自动开合的CVD设备,进行1000次自动开合后,在与对比例1相同的环境条件下,进行CVD镀膜操作,使用光谱膜厚分析仪测量镀膜后基片的膜厚分布均匀性,结果如图8所示(同样的,图中,颜色深度相同的区域表示膜厚相同)。
结合图7和图8可以看出,采用本发明的自动开合的反应腔,膜厚均匀性更好,这正是因为盖体的开合在自动开合装置的精确控制下进行,减少了手动开合盖体对设备造成的磨损,能够更好地保证喷淋头和加热器的平行以及对中,因此长期多次使用后仍然能保证产品的膜厚均匀。
综上所述,本发明提供一种可自动开合的半导体设备,包括腔体、盖体、控制器及自动开合装置,所述自动开合装置包括电机、减速机和传动部;所述盖体经旋转轴与所述腔体的顶部相连接,所述减速机的输入端与所述电机连接,输出端通过所述传动部与所述盖体相连接,所述传动部具有确定的传动比;通过所述电机的旋转驱动所述减速机和传动部,由此实现所述盖体的开合,所述控制器与所述电机电连接,用以控制所述电机的运转。本发明经巧妙设计的自动开合装置,利用控制器控制盖体绕旋转轴旋转指定角度以实现盖体开合,可有效减少开闭盖体对设备造成的磨损,减少产品污染,且操作过程完全为机械自动操作,开盖操作不涉及设备的升温降温过程,有助于提高设备产出率。同时,由于盖体开闭的角度由开合装置进行控制,可以满足操作人员的不同需要,如仅需要对样品进行观察,可调整至较小角度,如需对样品进行安装或对设备进行维护保养,可调整至较大角度,可显著提高操作效率。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种可自动开合的半导体设备,其特征在于,包括腔体、盖体、控制器及自动开合装置,所述自动开合装置包括电机、减速机和传动部;所述盖体经旋转轴与所述腔体的顶部相连接,所述减速机的输入端与所述电机连接,输出端通过所述传动部与所述盖体相连接,所述传动部具有确定的传动比;通过所述电机的旋转驱动所述减速机和传动部,由此实现所述盖体的开合,所述控制器与所述电机电连接,用以控制所述电机的运转,其中,所述传动部包括连接杆,所述连接杆的一端设置有齿条,所述盖体上设置有导轨,所述导轨的长度延伸方向与所述旋转轴的长度延伸方向垂直;所述连接杆设置有所述齿条的一端穿设于所述减速机中,另一端设置于所述导轨中,所述连接杆的齿条与所述减速机的齿轮相配合;和/或,所述传动部包括第一齿轮和第二齿轮,所述第一齿轮固定于所述盖体上,所述第二齿轮与所述减速机相固定,且所述第一齿轮和第二齿轮相配合以实现传动。
2.根据权利要求1所述的半导体设备,其特征在于,所述导轨设置在所述盖体的侧面,所述连接杆为L型杆。
3.根据权利要求1所述的半导体设备,其特征在于,所述控制器包括语音控制模块、无线控制模块和报警模块中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的半导体设备,其特征在于,所述半导体设备还包括限位组件,用于在所述盖体到达极限行程时,终止所述电机的工作。
5.根据权利要求4所述的半导体设备,其特征在于,所述限位组件包括传感器,设置于所述盖体和/或所述腔体上,所述传感器与所述控制器电连接,以在所述传感器检测到所述盖体到达极限行程时,所述控制器终止所述电机的工作。
6.根据权利要求1所述的半导体设备,其特征在于,所述半导体设备还包括离合结构,所述离合结构设置于所述减速机和电机之间。
7.根据权利要求1-6任一项所述的半导体设备,其特征在于,所述半导体设备为CVD设备,所述腔体内设置有加热器,所述盖体朝向所述加热器的表面设置有喷淋头,当所述盖体封闭所述腔体时,所述喷淋头与所述加热器上下对应。
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