带电粒子电磁透镜相变冷却装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种带电粒子电磁透镜相变冷却装置，所述电磁透镜中包括有电磁线圈，所述冷却装置包括布置在所述电磁线圈的顶面

【技术实现步骤摘要】
带电粒子电磁透镜相变冷却装置


[0001]本专利技术涉及电磁透镜零部件散热
，尤其涉及一种带电粒子电磁透镜相变冷却装置
。

技术介绍

[0002]半导体工业中，带电粒子束常被用于芯片直写
、
掩模制造
、
形貌观测
、
缺陷检测
、
尺寸测量等工序中
。
电磁透镜作为各种带电粒子束设备中的关键器件之一，需要借助电流流过电磁线圈产生的磁场进行工作，但在此过程中，会伴随热量产生
。
这导致电磁透镜中的一些关键组件
(
例如，电子束装置中的极靴
)
，会因受温度变化影响而发生热膨胀变形
。
另外，在带电粒子系统中，电磁透镜在工作过程中需要保持严格的机械稳定，以降低电子束在聚焦
、
扫描
、
成像过程中，带电粒子束的定位误差，而电磁线圈温度的变化也会使得线圈电阻
、
激励电流等电气特性不稳定，进而造成电子光学性能恶化，因而这也会直接影响到电磁透镜的使用效果
。
[0003]为了防止上述问题的产生，对电磁透镜内的电磁线圈进行冷却是非常必要的
。
目前常用的冷却方式为在电磁线圈外围盘绕冷却盘管，并通过流体在冷却盘管内的流动换热实现将电磁线圈产生的热量带走，达到对电磁线圈进行冷却的效果
。
但是，传统的冷却盘管布置方式，冷却盘管与电磁线圈之间存在非常大的间隙，两者之间不仅接触面积小，而且布局不合理，导致对电磁线圈的散热和均温效果较差
。
[0004]传统的单相对流冷却方式
(
如水冷
)
，由于盘管内的流体仅依靠自身温升所吸收的显热与外界进行热量交换，不仅传热系数较低，而且还会导致局部传热系数沿盘管长度方向逐渐降低，造成换热不均匀的问题
。
例如，在换热的前段，流体自身温度较低，其换热效果相对较好，但是在换热的后段，由于流体已吸收了热量，会导致在后段的散热效果与前段相比会变差，从而会导致换热不均匀的情况出现
。
这种情况，在冷却盘管越长时，就会越明显
。
而这种流体自身温升导致的换热不均匀性，还会再次影响电磁透镜的稳定性
。
电磁透镜是非常精密的设备仪器，这种稳定性的影响会被放大，导致会出现一系列的误差
。
[0005]此外，对于传统的单相对流冷却，流体仅依靠自身升温吸收的显热对线圈进行降温，传热系数较低，为了维持较好的冷却效果，往往需要较大的冷却剂流量
。
然而，过大的冷却剂流量，会导致流体在冷却盘管内产生剧烈的湍流振动现象发生，管内流体的振动再通过盘管等固体结构，传递给外部的物镜系统
。
特别是，对于物镜上最为关键的部件
——
极靴，在工作过程中，哪怕是轻微的机械振动，也会导致严重的误差产生
。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例提供一种带电粒子电磁透镜相变冷却装置，以解决现有技术中的冷却方案在对电磁透镜内部的电磁线圈在进行散热时出现的散热效果不佳
、
散热不均匀等缺陷，提高对电磁透镜内部的电磁线圈的散热效果，并提高电磁透镜的使用稳定性
。
该系统具有控温和均温效果好，调温快速，压降损耗小，冷媒用量少，反应灵敏，重量轻便的优点
。
[0007]本专利技术采用相变控温的技术，主要是利用了流体在气液相变传热过程中，依靠相变潜热来吸收外界热量，从而具有极大传热系数的优点
。
与传统单相对流冷却相比，该技术能够对电磁线圈进行更加快速的降温，有效地降低冷却系统的延迟效应，提高系统的灵敏度
。
[0008]本专利技术还利用流体在发生相变过程中，自身温度保持恒定的优点
。
避免了单相换热中，冷媒的自身温升效应导致局部换热系数下降，所造成换热不均匀的现象发生
。
在保证电磁线圈低温需求的同时，还能提高电磁线圈整体的温度均匀性
。
[0009]此外，本专利技术充分利用流体相变传热具有极大的传热系数的特点，与单相对流冷却相比，在维持相同冷却效果的同时，还能够极大地降低盘管内冷却剂的流量
。
该相变控温技术，不仅能够节约冷却剂用量，还能够有效地抑制电磁透镜因冷却管内冷却剂剧烈湍动，而引发的机械振动问题
。
[0010]第一方面，本专利技术实施例提供一种带电粒子电磁透镜相变冷却装置，所述电磁透镜中包括有电磁线圈，所述冷却装置包括布置在所述电磁线圈的顶面
、
底面和内侧面的冷却盘管结构，用于安装布置所述冷却盘管结构与所述电磁线圈的安装支架，以及外部相变循环系统；
[0011]所述冷却盘管结构为一根连续的盘管，所述冷却盘管结构的两个端部分别形成冷却盘管结构的第一连接口和第二连接口；
[0012]所述外部相变循环系统与所述第一连接口和第二连接口连接
。
本专利技术的带电粒子电磁透镜相变冷却装置通过将冷却盘管结构同时安装布置在电磁透镜内部的电磁线圈的顶面
、
底面和内侧面，能够同时对电磁线圈的顶面
、
底面和内侧面进行散热，能够从多方位对电磁线圈进行冷却，有效提高电磁线圈的散热效率
。
并且这样的布置能够将电磁线圈夹持在冷却盘管结构上，使得盘管的设置位置与电磁线圈的设置位置相对固定，保证散热效果
。
该冷却装置还设置有与冷却盘管结构连接的外部相变循环系统，同时本专利技术的盘管为由一根管加工处理形成漩涡状盘绕和螺旋盘状盘绕的连续的结构，避免了制冷剂泄漏的情况发生，最大程度地保证冷却装置在工作过程中的安全性
。
在一些实施方式中，所述冷却盘管结构包括设置在电磁线圈的顶面的第一平面漩涡盘管部段
、
设置在电磁线圈的底面的第二平面漩涡盘管部段和设置在电磁线圈的内侧面的纵向螺旋盘管部段，第一平面漩涡盘管部段
、
纵向螺旋盘管部段和第二平面漩涡盘管部段依次相连
。
[0013]由此，能够利用设置在电磁线圈的顶面
、
底面和内侧面的螺旋盘状的盘管结构，最大限度地保证冷却管与支架的接触面积，增加管内制冷剂在流动时与电磁线圈的换热时间，从而能够提高换热效率
。
[0014]此外，冷却剂在旋涡状和螺旋状的盘管内进行相变换热的过程中，由于管内的流体做圆周运动，从而使气液两相流在离心力的作用下进行分离
。
特别是，在对电磁线圈发热面积最大的内侧面进行冷却时，螺旋盘管内，未气化的液态形式的冷媒由于密度大，在离心力的作用下，被甩向管内靠近发热线圈的一侧壁面，这使得冷媒更加接近热源；而已经气化后的冷媒，由于密度轻，则聚集在管内远离热源的一侧，这种相变传热过程中，在换热管内及时地将冷媒进行气液分离，减弱了管内冷媒气液两相流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
带电粒子电磁透镜相变冷却装置，所述电磁透镜中包括有电磁线圈，其特征在于，所述冷却装置包括布置在所述电磁线圈的顶面
、
底面和内侧面的冷却盘管结构
(1)
，用于安装布置所述冷却盘管结构
(1)
与所述电磁线圈的安装支架
(2)
，以及外部相变循环系统；所述冷却盘管结构
(1)
为一根连续的盘管，所述冷却盘管结构
(1)
的两端分别形成冷却盘管结构
(1)
的第一连接口
(14)
和第二连接口
(15)
；所述外部相变循环系统与所述第一连接口
(14)
和第二连接口
(15)
连接
。2.
根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却盘管结构
(1)
包括设置在电磁线圈的顶面的第一平面漩涡盘管部段
(11)、
设置在电磁线圈的底面的第二平面漩涡盘管部段
(12)
和设置在电磁线圈的内侧面的纵向螺旋盘管部段
(13)
，第一平面漩涡盘管部段
(11)、
纵向螺旋盘管部段
(13)
和第二平面漩涡盘管部段
(12)
依次相连，所述第一连接口
(14)
设置在第一平面漩涡盘管部段
(11)
上，所述第二连接口
(15)
设置在第二平面漩涡盘管部段
(12)
上
。3.
根据权利要求2的冷却装置，其特征在于，所述安装支架
(2)
包括第一安装面
(21)、
第二安装面
(22)
以及与第一安装面
(21)、
第二安装面
(22)
连接的安装内筒
(23)
，所述安装内筒
(23)
的两端贯通，第一安装面
(21)
和第二安装面
(22)
上均设置有与安装内筒
(23)
的端部对应的穿孔，所述第一平面漩涡盘管部段
(11)
设置在第一安装面
(21)
上远离第二安装面
(22)
的一侧面上，所述第二平面漩涡盘管部段
(12)
设置在第二安装面
(22)
上远离第一安装面
(21)
的一侧面上，所述纵向螺旋盘管部段
(13)
设置在安装内筒
(23)
的内侧面上，电磁线圈安装在安装内筒
(23)
的外侧面上
。4.
根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，所述第一安装面
(21)
上设置有与第一平面漩涡盘管部段
(11)
对应的第一安装漩涡槽
(261)
，所述第二安装面
(22)
上设置有与第二平面漩涡盘管部段
(12)
对应的第二安装漩涡槽
(262)
，所述安装内筒
(23)
的内侧面上设置有与纵向螺旋盘管部段
(13)
对应的内侧安装螺旋槽
(263)。5.
根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，所述第一安装漩涡槽
(261)
与第一平面漩涡盘管部段
(11)
之间
、
所述第二安装漩涡槽
(262)
与第二平面漩涡盘管部段
(12)
之间以及所述内侧安装螺旋槽
(263)
与纵向螺旋盘管部段

【专利技术属性】
技术研发人员：张衍俊，刘珠明，王其瑞，陈德龙，赵维，陈志涛，
申请(专利权)人：广东省科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：