專利名稱：致冷系統(tǒng)和用該系統(tǒng)冷卻基座的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種致冷系統(tǒng)以及用該系統(tǒng)冷卻致冷對象的方法，本發(fā)明尤其涉及工作原理基于初級和次級致冷介質(zhì)并因此而具有高效能及深冷致冷能力的致冷系統(tǒng)。
半導(dǎo)體晶片的制造工藝含有許多工序，其中，晶片的等離子蝕刻工序需要使晶片加工裝置處于冷卻狀態(tài)。晶片加工裝置上處于晶片下側(cè)的那一部分被稱為基座，晶片的冷卻便是通過對基座致冷而實現(xiàn)的?；闹吕浞绞绞鞘沟蜏氐牧黧w致冷介質(zhì)流經(jīng)基座內(nèi)部的通道。對基座的致冷溫度結(jié)果影響著晶片的等離子浸蝕速度或蝕刻速度。
半導(dǎo)體制造工藝中一個令人感興趣的問題是設(shè)法以分段加工形式改變蝕刻速度，例如，先用高蝕刻速度蝕刻晶片的大部區(qū)域，然后降低蝕刻速度以縮小蝕刻寬度。要實現(xiàn)蝕刻速度的分段變化，基座的溫度必須能夠快速改變。一系列的分段溫度變化可以由一個具有預(yù)設(shè)溫控程序的控制系統(tǒng)對冷卻系統(tǒng)加以控制來實現(xiàn)。為半導(dǎo)體工業(yè)所常用的冷卻系統(tǒng)含有很大的機械致卻冷系統(tǒng)，通常要使用氟利昂，它可以滿足上述蝕刻速度分段變化的冷卻要求。然而，在空間占用要求較為苛刻的電子工業(yè)應(yīng)用場合中，上述機械致冷系統(tǒng)因體積過大而顯示出一定的缺點。氟利昂致冷系統(tǒng)的另一個缺陷是它在低溫工況下的低效問題。另外，在用于上述基座，尤其是在采用具有預(yù)設(shè)溫控程序的控制系統(tǒng)時，普通的氟利昂致冷系統(tǒng)往往不能精確地達到所需溫度值。
如本發(fā)明所述的致冷系統(tǒng)采用了初級和次級致冷介質(zhì)，這樣可以使系統(tǒng)在獲得低至深冷的溫度狀態(tài)時產(chǎn)生穩(wěn)定的冷卻功率。與使用氟利昂的普通機械致冷系統(tǒng)相比，所發(fā)明的致冷系統(tǒng)具有很高的效率和較小的體積。
作為本發(fā)明的要點之一，所述致冷系統(tǒng)包括同時容納有噴霧熱交換器和套管式熱勻換器的罩式真空壓力容器。對液體的氣化熱具有還原作用的噴霧熱交換器包含有至少一個對初級致冷介質(zhì)加以導(dǎo)流的噴嘴和一套用來輸送次級致冷介質(zhì)加以導(dǎo)流的噴嘴和一套用來輸送次級致冷介質(zhì)的致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)。上述至少一個噴嘴將初級致冷介質(zhì)導(dǎo)向致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)，從而使初級致冷介質(zhì)接觸到并冷卻致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)，這樣便使流經(jīng)輸送系統(tǒng)內(nèi)部的次級致冷介質(zhì)得以冷卻。對于從上述噴霧熱交換器中至少一個噴嘴噴射出的初級致冷介質(zhì)來說，套管式熱交換器對其可用焓值再次利用，該熱交換器含有內(nèi)管和圍繞內(nèi)管的外管，內(nèi)管可使次級致冷介質(zhì)被輸送到噴霧熱交換器的致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)中，外管用來輸送在噴霧熱交換器中已被還原的初級致冷介質(zhì)。
作為本發(fā)明的另一要點，所述致冷系統(tǒng)包括以下部分罩式真空壓力容器；初級液體致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)，它含有裝在罩式真空壓力容器內(nèi)部的至少一個噴嘴；以及次級致冷介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，它使次級致冷介質(zhì)形成經(jīng)過罩式真空壓力容器的循環(huán)運動而到達致冷對象。上述至少一個噴嘴的設(shè)備方式可以保證初級液體致冷介質(zhì)被噴射到次級致冷介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的某一部分上。被噴射的初級液體致冷介質(zhì)因蒸發(fā)而使次級致冷介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的次級致冷介質(zhì)得到冷卻。罩式真空壓力容器內(nèi)設(shè)有氣體回收系統(tǒng)，它使得用以預(yù)冷次級致冷介質(zhì)的已蒸發(fā)初級致冷介質(zhì)得以再利用。
作為本發(fā)明的又一個要點，所述對致冷對象的冷卻方法采用了由容納在罩式真空壓力容器內(nèi)部的噴霧熱交換器與逆流熱交換器組合元件構(gòu)成的致冷系統(tǒng)。該方法包含的步驟有提供液態(tài)的初級和次級致冷介質(zhì)；用噴霧熱交換器將初級致冷介質(zhì)噴射在含有次級致冷介質(zhì)的集流管上，靠初級致冷介質(zhì)的蒸發(fā)對次級致冷介質(zhì)加以冷卻；在逆流熱交換器中使已蒸發(fā)的初級致冷介質(zhì)再次利用；用逆流熱交換器中已蒸發(fā)的初級致冷介質(zhì)預(yù)冷次級致冷介質(zhì)；通過次級致冷介質(zhì)的循環(huán)冷卻致冷對象。
本發(fā)明的另一個要點是提出了一對半導(dǎo)體晶片加工工藝中的基座的冷卻方法。該方法包含以下步驟提供液態(tài)的初級和次級致冷介質(zhì)；用噴霧熱交換器將初級致冷介質(zhì)噴射在含有次級致冷介質(zhì)的集流管上，靠初級致冷介質(zhì)的蒸發(fā)對次級致冷介質(zhì)加以冷卻；在套管式熱交換器中使已蒸發(fā)的初級致冷介質(zhì)再次利用；用套管式熱交換器中的已蒸發(fā)初級致冷介質(zhì)預(yù)冷次級致冷介質(zhì)；通過控制初級和次級致冷介質(zhì)兩者中至少一方的流量而將基座冷卻至所需溫度。
附圖簡介以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的各個方面加以更詳細的介紹，各附圖中的相同元件用相同的標示符表示，其中

圖1是如本發(fā)明所述技術(shù)的流體流程圖及控制系統(tǒng)框圖；圖2是如本發(fā)明所述致冷系統(tǒng)的側(cè)視截面示意圖，該圖僅表示了套管式熱交換器的某一部分；圖3是將圖2所示致冷系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)90°后得到的側(cè)視截面示意圖，該圖僅表示了套管式熱交換器的某一部分；圖4是圖2和圖3所示致冷系統(tǒng)的俯視截面示意圖；圖5是半導(dǎo)體加工工藝測試臺的側(cè)視圖；圖6是如本發(fā)明所述噴霧熱交換器元件的側(cè)視圖；圖7是圖6所示噴霧熱交換器元件的截面放大視圖；圖8所示曲線將本發(fā)明液氮致冷系統(tǒng)的相對效率與普通的氟利昂致冷系統(tǒng)做了比較；圖9所示曲線表示了基座上不同位置的溫度時變特性。
上述附圖僅為示意圖，不具真實比例。
如本發(fā)明所述的致冷系統(tǒng)采用了初級和次級致冷介質(zhì)，其致冷效果在較低溫度下優(yōu)于普通氟利昂致冷系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也比普通致冷系統(tǒng)緊湊。該致冷系統(tǒng)含有噴霧熱交換器20與套管式熱交換器30的組合部件，該組件裝在某一單個的罩式真空壓力容器10中。
圖1是本發(fā)明流體流程及控制系統(tǒng)的示意圖。該致冷系統(tǒng)的基本元件包含罩式真空壓力容器10，噴霧熱交換器20，套管式逆流熱交換器30以及控制單元40。液態(tài)的初級致冷介質(zhì)(推薦使用液氮)是從某一加壓的致冷介質(zhì)源12傳遞而來的。本發(fā)明在此考慮以液氮為初級致冷介質(zhì)質(zhì)的熱交換器。不過，在本發(fā)明的構(gòu)想范圍內(nèi)，根據(jù)使用要求而采用其它類型致冷介質(zhì)的方案也是可以接受的，并不超出本發(fā)明的范圍。例如，可以將氮，氬，氪，氖以及它們的混合物作為初級致冷介質(zhì)。初級致冷介質(zhì)還可以包含一定量的雜質(zhì)。
出自致冷介質(zhì)源12并由電磁閥14控制的液態(tài)氮N2在進入噴霧熱交換器20后經(jīng)由其中的一個或多個噴嘴(圖中未加表示)而被噴射出來。噴射N2的噴嘴可使N2呈細霧狀并使該細霧直接作用在次級致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)上。 N2會隨之蒸發(fā)，其汽化熱的作用可以冷卻輸送系統(tǒng)中的次級致冷介質(zhì)。下文將結(jié)合圖2-4詳細介紹噴霧熱交換器20的結(jié)構(gòu)及工作原理。
在經(jīng)由噴霧熱交換器20的噴嘴噴射并蒸發(fā)后，罩式真空壓力容器10中的氣態(tài)N2被回收并進入套管式熱交換器30中。在噴霧熱交換器中蒸發(fā)之后，進入套管式熱交換器30中的氣態(tài)N2仍具有較低的溫度。這種低溫氣態(tài)N2所具有的可用焓值可再被用于對反向流經(jīng)套管式熱交換器30中的次級致冷介質(zhì)加以預(yù)冷。下文將會對套管式熱交換器30的結(jié)構(gòu)及工作原理加以描述。離開套管式熱交換器30的氣態(tài)N2會在電磁閥16的控制下由氮氣排氣口28排出。
在如本發(fā)明所述的封閉式次級致冷系統(tǒng)中，次級致冷介質(zhì)的循環(huán)運動可使某一物體受到冷卻，該物體可以是用于半導(dǎo)體晶片制做工藝中的基座。次級致冷介質(zhì)可以是丙烷，乙醇，丙烯，甲烷，氨水，正丁烷，異丁烷，或者是它們的混合物，還可以是其它適當?shù)闹吕浣橘|(zhì)。在封閉的次級致冷系統(tǒng)中，某一致冷介質(zhì)回送裝置32可使次級致冷介質(zhì)從被冷卻的致冷對象處回流。次級致冷介質(zhì)在泵18的作用下通過循環(huán)運動而進入套管式熱交換器30中并在其中被N2氣體預(yù)冷。在出自套管式熱交換器30的次級致冷介質(zhì)流經(jīng)噴霧熱交換器20時，完整的致冷過程便實現(xiàn)了。其后，次級致冷介質(zhì)會被輸送到致冷介質(zhì)饋料裝置34中并在此處被用來冷卻諸如基座一類的物體。
對于流經(jīng)上述封閉系統(tǒng)的次級致冷介質(zhì)的流程控制可推薦由位于噴霧熱交換器20出口一側(cè)的三個控制閥來完成，它們是分流閥22，電磁閥24和小型液控隨動閥26。小型液控隨動閥26的作用是實現(xiàn)基座的中等溫降及(或)溫度維持。與液控隨動閥26相比，電磁閥24在開啟時可使基座在更短的時間內(nèi)產(chǎn)生更大的溫降。最后，分流閥22可以使次級致冷介質(zhì)形成流經(jīng)熱交換器20及30的回流，從而獲得相對穩(wěn)定的致冷介質(zhì)流量，這樣便產(chǎn)生了更穩(wěn)定的致冷溫度。在分流閥22與液控隨動閥26或電磁閥24的聯(lián)合作用下，該系統(tǒng)可在短時間內(nèi)達到很低的溫度。
如本發(fā)明所述以液態(tài)N2為初級致冷介質(zhì)的致冷系統(tǒng)可以達到-190℃至20℃的次級致冷溫度。本發(fā)明的致冷系統(tǒng)冷凍容量較大，具有獲得深冷溫度的能力，而且其落地尺寸較小(換言之，該系統(tǒng)所需的占地面積比普通系統(tǒng)要小)。
如本發(fā)明所述的熱交換器可推薦配備一套含有若干壓力敏感元件P及溫度敏感元件T的控制系統(tǒng)，各敏感元件與控制單元40相連。根據(jù)從壓力敏感元件P、溫度敏感元件T以及使用者的輸入指令接受到的信息，控制單元40可對閥14、16、22、24、26以及泵18實施控制。控制單元40還具有可編程功能，因此可以實施預(yù)設(shè)的溫控方案，從而可以實現(xiàn)對對象溫度的分段式控制。
圖2及圖3表示了大體為圓柱形的罩式真空壓力容器10的側(cè)視示意圖。作為推薦配置方案，噴霧熱交換器20位于罩式真空壓力容器10的中部，而套管式熱交換器30則以蛇形沿罩式真空壓力容器10的內(nèi)周邊布置。出于表示的方便，圖2和3僅表示了套管式熱交換器30的某一單個垂直部分。然而，在圖4中可以看出，套管式熱交換器30具有多個由彎曲端部連接起來的垂直部分。
如圖2所示，初級致冷介質(zhì)(推薦采用加壓液氮N2)是經(jīng)由進流管42進入罩式真空壓力容器的。液氮N2從四個分列于熱交換元件46兩側(cè)的噴嘴44中噴射出來。液氮N2以細霧狀噴射在熱交換元件46上并發(fā)生汽化，這使得熱交換元件46受到冷卻，而冷卻的熱交換元件46又進一步冷卻了流經(jīng)其中的次級致冷介質(zhì)。對噴嘴44的設(shè)置可推薦考慮讓細霧狀飛沫覆蓋全部或大體全部的熱交換器元件46表面。噴嘴44的數(shù)量及規(guī)格設(shè)置取決于具體使用場合的致冷輸出要求。增加噴嘴的數(shù)量和尺寸將使次級致冷介質(zhì)的冷卻速度加快，同時也會提高系統(tǒng)的總成致冷容量。
罩式真空壓力容器10中的低溫氮氣N2是流經(jīng)套管式熱交換器30而排出的，低溫氮氣N2的焓值在這里被再利用。套管式熱交換器30含有內(nèi)管48和環(huán)繞內(nèi)管48的同軸外管50。低溫氮氣N2經(jīng)由罩式真空壓力容器10底部附近的入口64而進入套管式熱交換器30中。穿過同軸外管50的低溫氮氣N2會冷卻穿過套管式熱交換器30內(nèi)管48的次級致冷介質(zhì)。初級致冷介質(zhì)經(jīng)過氮氣N2排氣口52而從套管式熱交換器30中排出。排氣口52的設(shè)計指標是使氮氣N2以30psi至100psi的壓力排出。排出的氮氣N2可滿足其它使用要求。
次級致冷介質(zhì)是通過一個與套管式熱交換器30內(nèi)管48相通的管54而進入罩式真空壓力容器10的。在進入熱交換元件46底部之前，次級致冷介質(zhì)會在穿過套管式熱交換器的內(nèi)管48時得到預(yù)冷。
如圖6和7所示，熱交換元件46具有上集流管56、下集流管58以及分布在上、下集流管之間的多條管路60。如圖7所示，管路60交錯地排列在隔板62兩側(cè)。隔板62的作用是將出自熱交換元件46每一側(cè)噴嘴44的N2流來相互隔開。隔板62還使熱交換元件46的表面積得以增加，從而提高了導(dǎo)熱能力。熱交換元件46和低溫致冷介質(zhì)出流管47構(gòu)成了致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)。
如圖4所示，套管式熱交換器30沿著罩式真空壓力容器10的內(nèi)周緣上下繞行。套管式熱交換器30具有若干個由上下彎段80，82(在圖4中以虛線表示)連通的垂直部分。由于罩式真空壓力容器10中可安置大量的管段，因此上述熱交換器配置方式的結(jié)構(gòu)極為緊湊。改變垂直段及彎段的數(shù)量便可改變套管式熱交換器30的長度。套管式熱交換器30的可取長度取決于低溫氮氣N2的可再利用的焓值。噴霧熱交換器20的推薦位置是罩式真空壓力容器10的中部，此時的噴嘴44可垂直于熱交換元件46并與之相隔開。如圖4所示，噴嘴44可被置于套管式熱交換器30的兩個垂直段之間。
圖5表示了用于本發(fā)明實驗的測試臺。測試臺是對半導(dǎo)體加工裝置的模擬。該測試臺具有隔離體66，基座68和晶片襯墊70。測試臺上裝有用于本發(fā)明試驗的模擬晶片72和電阻加熱器74?；?8上設(shè)有冷卻管，途經(jīng)該冷卻管入口76及出口78而循環(huán)的次級致冷介質(zhì)可以對基座68實施致冷。
本發(fā)明熱交換器是與圖5所示測試臺相通的，這樣便可確定基座68所能達到的溫度。圖9是基座上不同位置處的溫度時變曲線。首先用2KW熱容量的電阻加熱器74對基座68進行加熱，此時，由于液控隨動閥26可使次級致冷介質(zhì)形成穿越基座68的循環(huán)運動，因此基座溫度被維持在80℃至90℃之間。接著，由于電磁閥24開啟乃至穿越基座的次級致冷介質(zhì)循環(huán)速度加快，基座68便會被進一步冷卻。曲線T2、T3、T4和T5代表了基座上不同位置的時變特性。如圖9所示，基座溫度在大約11秒內(nèi)下降了30℃。由于其高效性及快速響應(yīng)特性，用本發(fā)明所述致冷系統(tǒng)取代普通致冷系統(tǒng)將會在具有低溫、中等溫度或快速響應(yīng)等要求的場合中表現(xiàn)出優(yōu)越性。在需要預(yù)設(shè)溫度變化程序的使用場合中，采用本發(fā)明所述系統(tǒng)將更顯優(yōu)越性。
如圖8所示，與采用氟利昂的普通致冷系統(tǒng)相比，本發(fā)明所述致冷系統(tǒng)具有高得多的熱效率。這一點在+20℃至-20℃的致冷要求中尤為顯著，此時，普通致冷系統(tǒng)的相對熱效率為8％至9％，而同樣要求下本發(fā)明所述致冷系統(tǒng)的相對熱效率可達到約88％。在至-40℃的致冷要求場合中，普通機械致冷系統(tǒng)的熱效率是極低的。除熱效率大大增加以外，達到相同量值致冷要求所需的本發(fā)明所述致冷系統(tǒng)的尺寸也至多僅為普通致冷系統(tǒng)的十分之一。
在此對本發(fā)明的詳述是結(jié)合優(yōu)選實施例進行的，顯然，對于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人士來說，本發(fā)明存在許多不超出本發(fā)明思路及構(gòu)想范圍的變化型和等效方案。
權(quán)利要求
1.對半導(dǎo)體晶片加工工藝所需基座的冷卻方法，它包括以下步驟提供液態(tài)的初級致冷介質(zhì)和次級致冷介質(zhì)；將初級致冷介質(zhì)噴射在位于壓力容器中的某一元件上以使初級致冷介質(zhì)蒸發(fā)；在熱交換器中回收已蒸發(fā)的初級致冷介質(zhì)；使次級致冷介質(zhì)經(jīng)由熱交換器輸送，用已蒸發(fā)的初級致冷介質(zhì)預(yù)冷次級致冷介質(zhì)；將已預(yù)冷的次級致冷介質(zhì)輸送至上述元件以進一步冷卻之；以及控制初級和次級致冷介質(zhì)二者至少一方的流量以使基座被冷卻至所需溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的基座致冷方法，其特征在于通過控制次級致冷介質(zhì)的流量來實現(xiàn)分段式冷卻。
3.一種包括以下部分的致冷系統(tǒng)；壓力容器；還原初級致冷介質(zhì)汽化熱的初級熱交換器，它位于壓力容器內(nèi)并含有至少一個噴嘴和一套用來輸送次級致冷介質(zhì)的致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)，上述至少一個噴嘴將初級致冷介質(zhì)導(dǎo)向致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)，從而使致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)內(nèi)部的次級致冷介質(zhì)得到冷卻；以及次級熱交換器，它可再利用自初級熱交換器中上述至少一個噴嘴的初級致冷介質(zhì)所具有的可用焓值，該次級熱交換器位于壓力容器內(nèi)并含有內(nèi)管和環(huán)繞內(nèi)管的外管，內(nèi)管用來將次級致冷介質(zhì)輸送至初級熱交換器的致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)中，外管接收由初級熱交換器回收的初級致冷介質(zhì)并因此而使次級致冷介質(zhì)在被輸送到致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)之前得到預(yù)冷。
4.如權(quán)利要求3所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于次級致冷介質(zhì)為氮。
5.如權(quán)利要求3所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于次級致冷介質(zhì)是丙烷，乙醇，丙烯，甲烷，氨水，正丁烷，異丁烷等物質(zhì)中的一種，或是它們的混合物。
6.如權(quán)利要求3所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于初級熱交換器是噴霧熱交換器。
7.如權(quán)利要求3所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于次級熱交換器是套管式熱交換器。
8.如權(quán)利要求3所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于初級熱交換器的致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)含有多條與集流管相通的管路，其特征還在于上述至少一個噴嘴中的兩個噴嘴可將初級致冷介質(zhì)從多條管路的相反兩側(cè)導(dǎo)向上述多條管路。
9.如權(quán)利要求3所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于它還包括液控隨動閥及電磁閥，它們的作用是控制次級致冷介質(zhì)向致冷對象的流量。
10.如權(quán)利要求9所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于它還包括分流閥，其作用是使次級致冷介質(zhì)形成經(jīng)過初級和次級熱交換器的回流。
11.如權(quán)利要求10所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于它還包括按照預(yù)設(shè)溫控程序?qū)σ嚎仉S動閥，電磁閥及分流閥加以控制的控制系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求3所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于壓力容器為罩式真空壓力容器。
13.一種包括以下部分的致冷系統(tǒng)壓力容器；初級液體致冷介質(zhì)輸送系統(tǒng)，它含有裝在壓力容器內(nèi)的至少一個噴嘴；次級致冷介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，它使次級致冷介質(zhì)通過經(jīng)由壓力容器的循環(huán)而到達致冷對象，上述至少一個噴嘴的設(shè)置方式可保證初級致冷介質(zhì)被噴射在次級致冷介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)的某一部分上，噴射的初級液體致冷介質(zhì)因蒸發(fā)而冷卻次級致冷介質(zhì)；裝在壓力容器內(nèi)的氣體回收系統(tǒng)，其作用是回收已蒸發(fā)初級致冷介質(zhì)并預(yù)冷次級致冷介質(zhì)。
14.如權(quán)利要求13所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于次級致冷介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)含有至少一個用來使致冷對象釋放能量的輸送閥以及一個用來在更短時間內(nèi)釋放更大能量的分流閥。
15.如權(quán)利要求14所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于至少一個輸送閥包含液控隨動閥和電磁閥，它們的作用是控制次級致冷介質(zhì)向致冷對象的流量。
16.如權(quán)利要求13所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于次級致冷介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)含有平板熱交換器，其上設(shè)有與集流管相通的多條管路。
17.如權(quán)利要求13所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于氣體回收系統(tǒng)包含逆流熱交換器。
18.如權(quán)利要求17所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于逆流熱交器為套管式熱交換器。
19.如權(quán)利要求13所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于初級致冷介質(zhì)為氮。
20.如權(quán)利要求13所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于次級致冷介質(zhì)是丙烷，乙醇，丙烯，甲烷，氨水，正丁烷，異丁烷諸物質(zhì)中的一種，或者是它們的混合物。
21.如權(quán)利要求13所述的致冷系統(tǒng)，其特征在于壓力容器為罩式真空壓力容器。
22.一種冷卻致冷對象的方法，包括以下步驟提供液態(tài)的初級致冷介質(zhì)及次級致冷介質(zhì)；將初級致冷介質(zhì)噴射在位于壓力容器內(nèi)的某一元件上以使初級致冷介質(zhì)蒸發(fā)；在熱交換器中回收已蒸發(fā)的初級致冷介質(zhì)；經(jīng)由熱交換器輸送次級致冷介質(zhì)，用已蒸發(fā)的初級致冷介質(zhì)預(yù)冷次級致冷介質(zhì)；將已預(yù)冷的次級致冷介摶輸送至上述元件上以進一步冷卻次級致冷介質(zhì)；以及使冷卻的次級致冷介質(zhì)循環(huán)至致冷對象。
23.如權(quán)利要示22所述的冷卻方法，其特征在于次級致冷介質(zhì)是在包括同軸管的逆流熱交換器中被預(yù)冷的。
24.如權(quán)利要求22所述的冷卻方法，其特征在于致冷對象是半導(dǎo)體晶片加工裝置的基座。
25.如權(quán)利要求22所述的冷卻方法，其特征在于初級致冷介質(zhì)為氮。
26.如權(quán)利要求24所述的冷卻方法，其特征在于初級致冷介質(zhì)為氮。
27.如權(quán)利要求22所述的冷卻方法，其特征在于上述經(jīng)由熱交換器輸送次級致冷介質(zhì)的步驟含有經(jīng)由位于壓力容器內(nèi)的熱交換器輸送次級致冷介質(zhì)的過程。
全文摘要
噴霧熱交換器含有至少一個噴嘴，其作用是將初級致冷介質(zhì)導(dǎo)向輸送次級致冷介質(zhì)的熱交換元件上。初級致冷介質(zhì)是以細霧狀被噴嘴噴射在輸送次級致冷介質(zhì)的熱交換元件上的。其后，初級致冷介質(zhì)因蒸發(fā)而冷卻熱交換元件內(nèi)的次級致冷介質(zhì)。套管式熱交換器是一種含有內(nèi)管及外管的逆流熱交換器，內(nèi)管用來使次級致冷介質(zhì)輸送至噴霧熱交換器，環(huán)繞內(nèi)管的外管使得在罩式真空壓力容器內(nèi)腔中回收了的初級致冷介質(zhì)被輸送至壓力容器之外。
文檔編號F25B23/00GK1155061SQ96112610
公開日1997年7月23日 申請日期1996年9月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月6日
發(fā)明者約瑟夫·E·帕加內(nèi)西 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司