CN113804045A - 一种具有变径流道的控温装置及半导体生产设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有变径流道的控温装置及半导体生产设备，其中，所述控温装置将本体中的流道设计为内径由进口至出口大小不均一，即流道内径是大小变化的，通过上述流道的结构设计后，使得冷却液在本体的流道中流动时，随着内径的变化，会产生湍流，利用湍流效应提高控温装置的换热效率，降低对于热水机的能耗；所述半导体生产设备中设置有具有上述流道特征的内置控温管道；所述控温装置，具有结构简单、设计合理、换热效率高、运行成本低等优点。

Description

一种具有变径流道的控温装置及半导体生产设备
技术领域
本发明公开涉及半导体加工用设备的技术领域，尤其涉及一种具有变径流道的控温装置及半导体生产设备。
背景技术
在采用镀膜设备进行半导体低温镀膜时，为了维持SHD的温度稳定，需要通过镀膜设备中的控温装置吸收大量的热量，当控温装置中的冷却液流量受限时，对于一般的控温装置而言，由于其换热效率不高，因此，需要较大地降低冷却液的温度。当冷却液的温度过低(低于或者接近25℃)就会直接影响热水机的选择，需要选择结构复杂的压缩机型热水机，导致前期采购成本以及后期运行成本大幅度提高。
现有技术中，为了提高控温装置的换热效率，大多是通过改变控温装置中冷却液流道的分布方式、数量或者冷却液的流动方向的形式，是否可通过其他的方式，以实现控温装置换热效率的提高，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种具有变径流道的控温装置及半导体生产设备，以实现换热效率的提高。
本发明一方面提供了一种具有变径流道的控温装置，该控温装置包括：本体；
在所述本体上分别设置有进口和出口；
在所述本体内设置有将所述进口和所述出口连通的流道；
所述流道的内径由所述进口至所述出口大小不均一。
优选，所述流道的内径由所述进口至所述出口自小至大或自大至小周期性变化。
进一步优选，所述流道的侧壁轮廓呈正弦线形、半圆形、抛物线形和/或三角形周期性变化。
进一步优选，所述流道在所述本体内的迹线呈单个环、多个环、盘状、放射型或螺旋型分布。
进一步优选，在所述本体上，沿着所述本体的周向间隔设置有安装孔。
进一步优选，所述控温装置为喷淋头用控温装置。
进一步优选，所述控温装置为热壁型设备中的控温装置。
进一步优选，所述喷淋装置为冷却环或冷却板。
进一步优选，当所述喷淋装置为冷却环时，在所述本体上，沿着所述本体内缘和外缘的周向分别间隔设置有安装孔。
本发明另一方面还提供了一种内置控温管道的半导体生产设备，该半导体生产设备中控温管道的内径由进口至出口大小不均一。
优选，所述控温管道中通入的冷却液流量不小于1L/min。
本发明提供的具有变径流道的控温装置，将本体中的流道设计为内径由进口至出口大小不均一，即内径是大小变化的，通过上述流道的结构设计后，使得冷却液在本体的流道中流动时，随着内径的变化，会产生湍流，利用湍流效应提高控温装置的换热效率，降低对于热水机的能耗。
本发明提供的内置控温管道的半导体生产设备，将内置控温管道按照上述的流道特点进行设计。
本发明提供的具有变径流道的控温装置，具有结构简单、设计合理、换热效率高、运行成本低等优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明公开实施例提供的一种具有变径流道的控温装置的结构示意图；
图2为本发明公开实施例提供的一种具有变径流道的控温装置中流道呈半圆形周期性变化的结构示意图；
图3为本发明公开实施例提供的一种具有变径流道的控温装置中流道呈抛物线形周期性变的结构示意图；
图4为本发明公开实施例提供的一种具有变径流道的控温装置中流道呈三角形周期性变的结构示意图；
图5为本发明公开实施例提供的一种具有变径流道的控温装置中流道的迹线呈盘状分布的结构示意图；
图6为仿真实验1中，无变径的单环流道结构，冷却液流量为5L/min，对应的热力学仿真温度分布图；
图7为仿真实验1中，无变径的单环流道结构，冷却液流量为10L/min，对应的热力学仿真温度分布图；
图8为仿真实验1中，无变径的单环流道结构，冷却液流量为40L/min，对应的热力学仿真温度分布图；
图9为仿真实验1中，有变径的单环流道结构，冷却液流量为10L/min，对应的热力学仿真温度分布图；
图10为仿真实验2中，无变径的单环流道结构，冷却液流量为10L/min，对应的热力学仿真温度分布图；
图11为仿真实验2中，有变径的单环流道结构，冷却液流量为10L/min，对应的热力学仿真温度分布图；
图12为仿真实验3中，无变径的双环流道结构，冷却液流量为10L/min，对应的热力学仿真温度分布图；
图13为仿真实验3中，有变径的双环流道结构，冷却液流量为10L/min，对应的热力学仿真温度分布图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
基于现有技术中，大多是通过改变控温装置中冷却液流道的分布方式、数量或者冷却液的流动方向的形式，实现控温装置换热效率的提高。本实施方案尝试提供一种新的方式实现控温装置换热效率的提高，具体而言，参见图1，该控温装置包括：本体1，在本体1上分别设置有进口11和出口12，其中，上述的进口11和出口12均不限制于1个，可以为多个，在本体1内设置有将进口11和出口12连通的流道13，且流道13的内径由进口11至出口12大小不均一，即流道13的内径是大小变化的。上述实施方案提供的控温装置，使用时，冷却液由进口11流入到本体1中的流道13内，在将冷却液以恒定流速通入到进口11后，由于将流道13设计为内径不均一，内径是大小变化的，因此，冷却液在流道13内流动时，每当由小内径处流到大内径处，就会形成湍流，通过上述的湍流效应可提高该控温装置的整体换热效率，降低对于热水机的能耗。
其中，优选，可将上述本体1中流道13的内径由进口11至出口12设计为自小至大或自大至小的周期性变化。
上述控温装置中，流道13的具体形状没有特殊限定，只要能够实现内径的变化，以便于冷却液在流道13中流动时，可形成湍流，即可。例如，参见图1～图4，可将流道13设计为侧壁轮廓呈正弦线形、半圆形、抛物线形和/或三角形周期性变化，其中，图1为呈正弦线形周期性变化，图2为呈半圆形周期性变化，图3为呈抛物线形周期性变化，图4为呈三角形周期性变化，但并不局限于上述列举的4种形状。
对于流道13在本体1上的分布形式，也可以根据实际需要进行旋转，例如，图1所示，在本体1上流道13的迹线沿着本体的周向呈单个环分布，可以呈多个环的形式在本体1上分布，可以如图5所示呈盘状形式在本体1上分布，也可以是放射型或螺旋型分布。
其中，上述本体1中的流道13的数量可以是一条或者多条。
为了方便该控温装置在使用时的安装，作为技术方案的改进，参见图1，在本体1上，沿着本体1的周向间隔设置有安装孔14，使用时，可通过螺栓穿过安装孔14将其安装在相应的使用位置处。
上述实施方案提供的控温装置可以为喷淋头用控温装置，具体而言，为冷却环或冷却板。当为冷却环时，为了提高安装的牢固程度，参见图1，在本体1上，沿着本体1内缘和外缘的周向分别间隔设置有安装孔14，即设置两圈安装孔。
上述的控温装置可适用于各类热壁型生产设备，尤其是半导体设备，如PECVD、ALD或3D等半导体加工用设备。
鉴于此，本实施方案基于上述的发明构思，还提供了一种内置控温管道的半导体生产设备，该半导体生产设备将控温管道的内径由进口至出口设计为大小不均一，即控温管道的内径是大小变化的，使冷却液在控温管道内流动时，可形成湍流，通过湍流效应提高换热效率，当然该半导体生产设备中的冷却管还可以具体上述流道中其他的结构特征限定，由于上述已经描述，在此就不进行一一赘述。
优选，上述内置控温管道的半导体生产设备中，通入控温管道中的冷却液流量不小于1L/min。
为了验证上述变径的流道结构可以提高控温装置的热交换效率，以下分别进行了3组仿真实验，具体如下：
仿真实验1：
仿真条件：在无变径的单环流道结构中，入口冷却液温度为110℃，入口冷却液流量分别为5L/min、10L/min、40L/min，热交换能量为300W，参见图6对应的为5L/min，温度变化范围是120.3℃～122.1℃，参见图7对应的为10L/min，温度变化范围是117.8℃～119.7℃，参见图8对应的为40L/min，温度变化范围是1132.2℃～114.9℃。
仿真条件：在有变径的单环流道结构中，入口冷却液温度为110℃，入口冷却液流量为10L/min，热交换能量为300W，参见图9，温度变化范围是114.0℃～115.1℃。
有上述仿真实验可知，通过增大流量可以起到提高换热装置的换热效率的目的，在无变径的单环流道结构中，当流量增大到40L/min时，冷却效果才能达到在有变径的单环流道结构中，流量为10L/min时的冷却效果，因此有变径结构流道，热交换效率更高。
由图7和图9可知，相同的外界条件下，有变径的单环流道结构与无变径的单环流道结构相比，液体温升降低50％，热交换效率更高。
仿真实验2：
仿真条件：在无变径的单环流道结构中，入口冷却液温度为110℃，入口冷却液流量为10L/min，热交换能量为300W，参见图10，温度变化范围是129.9℃～147.2℃。
仿真条件：在有变径的单环流道结构中，入口冷却液温度为110℃，入口冷却液流量为10L/min，热交换能量为300W，参见图11，温度变化范围是123.4℃～138.8℃。
有上述仿真实验可知，相同的外界条件下，有变径的单环流道结构与无变径的单环流道结构相比，热交换效率更高，冷却效果更好。
仿真实验3：
仿真条件：在无变径的双环流道结构中，入口冷却液温度为110℃，入口冷却液流量为10L/min，热交换能量为300W，参见图12，温度变化范围是118.4℃～121.6℃。
仿真条件：在有变径的双环流道结构中，入口冷却液温度为110℃，入口冷却液流量为10L/min，热交换能量为300W，参见图13，温度变化范围是114.3℃～117.9℃。
有上述仿真实验可知，相同的外界条件下，有变径的双环流道结构与无变径的双环流道结构相比，热交换效率更高，冷却效果更好。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种具有变径流道的控温装置，其特征在于，包括：本体(1)；
在所述本体(1)上分别设置有进口(11)和出口(12)；
在所述本体(1)内设置有将所述进口(11)和所述出口(12)连通的流道(13)；
所述流道(13)的内径由所述进口(11)至所述出口(12)大小不均一。
2.根据权利要求1所述具有变径流道的控温装置，其特征在于，所述流道(13)的内径由所述进口(11)至所述出口(12)自小至大或自大至小周期性变化。
3.根据权利要求1所述具有变径流道的控温装置，其特征在于，所述流道(13)的侧壁轮廓呈正弦线形、半圆形、抛物线形和/或三角形周期性变化。
4.根据权利要求1所述具有变径流道的控温装置，其特征在于，所述流道(13)在所述本体(1)内的迹线呈单个环、多个环、盘状、放射型或螺旋型分布。
5.根据权利要求1所述具有变径流道的控温装置，其特征在于，在所述本体(1)上，沿着所述本体(1)的周向间隔设置有安装孔(14)。
6.根据权利要求1所述具有变径流道的控温装置，其特征在于，所述控温装置为喷淋头用控温装置。
7.根据权利要求1所述具有变径流道的控温装置，其特征在于，所述控温装置为热壁型设备中的控温装置。
8.根据权利要求6所述具有变径流道的控温装置，其特征在于，所述控温装置为冷却环或冷却板。
9.根据权利要求8所述具有变径流道的控温装置，其特征在于，当所述喷淋装置为冷却环时，在所述本体(1)上，沿着所述本体(1)内缘和外缘的周向分别间隔设置有安装孔(14)。
10.一种内置控温管道的半导体生产设备，其特征在于，所述半导体生产设备中控温管道的内径由进口至出口大小不均一。
11.根据权利要求9所述的内置控温管道的半导体生产设备，其特征在于，所述控温管道中通入的冷却液流量不小于1L/min。
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