阅读说明：本技术 具有多级冷却的装置 (Device with multistage cooling ) 是由 诺吉·A·贾金德拉 阿鲁尔·瓦桑·萨布拉曼尼亚 于 2019-07-31 设计创作，主要内容包括：本文描述的实施方式涉及用于消除半导体工艺中产生的化合物的热交换器。当热流出物流动至热交换器中时,可使冷却剂流动至热交换器之内的热交换表面的壁。热交换表面可以是产生多级交叉流动路径的弯曲形状,以便热流出物从热交换器流下。此流动路径迫使热流出物撞击热交换表面的冷壁,从而显著冷却流出物并且防止流出物直接流入真空泵中并造成热损坏。本文所述的实施方式还涉及形成热交换器的方法。热交换器可通过使用3D打印在表面上顺序地沉积导热材料层来建立,产生小得多的占地面积并且减少成本。(Embodiments described herein relate to a heat exchanger for eliminating compounds generated in a semiconductor process. When the hot effluent flows into the heat exchanger, the coolant can be caused to flow to the walls of the heat exchange surfaces within the heat exchanger. The heat exchange surfaces may be curved to create multiple stages of intersecting flow paths so that the hot effluent flows down the heat exchanger. This flow path forces the hot effluent to impinge on the cold wall of the heat exchange surface, thereby significantly cooling the effluent and preventing the effluent from flowing directly into the vacuum pump and causing thermal damage. Embodiments described herein also relate to methods of forming heat exchangers. The heat exchanger can be built by sequentially depositing layers of thermally conductive material on a surface using 3D printing, resulting in a much smaller footprint and reduced cost.)

具有多级冷却的装置

技术领域

本文所述的实施方式通常涉及半导体处理设备并且，更具体地说，涉及用于消除(abate)半导体工艺中产生的化合物的消除系统和热交换器。

背景技术

由半导体处理设施使用的工艺气体包括诸如全氟化碳(perfluorocarbon；PFC)的许多化合物，出于管理要求和环境与安全考虑，所述化合物必须在处置之前进行消除和处理。通常，远程等离子体源可耦接至处理系统以消除出自处理腔室的化合物。反应物可被注入至等离子体源中以辅助消除化合物。

用于消除全氟化碳的常规消除技术利用水蒸气作为反应物，水蒸气提供良好的破坏去除效率(destruction removal efficiency；DRE)。然而，在远程等离子体源中使用水蒸气的消除某些化合物可导致在远程等离子体源中形成固体颗粒，这是由于较低的可用化合反应(combination reaction)时间和远程等离子体源下游的设备，诸如排放管线和泵。此外，离开远程等离子体源的排放物可能处于升高的温度，这可在远程等离子体源下游的泵处产生问题。尝试重组(recombine)和冷却流出物的本领域中的现有解决方案非常庞杂和低效，包括具有其他维护问题。

因此，存在对具有用于消除半导体工艺中产生的化合物的有效热交换器的改进消除系统的需要。

发明内容

本文描述的一个或多个实施方式通常提供一种用于消除半导体工艺中产生的化合物的热交换器。

在一个实施方式中，一种被配置以与流动流体交换热量的热交换器包括：第一安装凸缘，具有通过第一安装凸缘的连接表面延伸的中央开口，其中所述连接表面平行于第一平面；第二安装凸缘，具有通过第二安装凸缘的连接表面延伸的中央开口，其中所述第二安装凸缘与所述第一安装凸缘在第一方向上以一距离设置；外壁，被配置以包围热交换器的内部区域，其中外壁和内部区域设置在第一安装凸缘和第二安装凸缘之间；内壁，设置在内部区域之内，其中所述内壁定位以将内部区域的热交换区域与内部区域的外侧区域隔离，外侧区域由形成在内壁和外壁之间的空间限定；热交换流体入口和热交换流体出口，其中热交换流体入口和热交换出口各自与外侧区域流体连通；和锥形托盘，设置在内壁之内，其中所述锥形托盘被配置以收集通过第一安装凸缘的中央开口的颗粒。

在另一实施方式中，一种被配置以与流动流体交换热量的热交换器包括：第一安装凸缘，具有通过第一安装凸缘的连接表面延伸的中央开口，其中所述连接表面平行于第一平面；第二安装凸缘，具有通过第二安装凸缘的连接表面延伸的中央开口，其中所述第二安装凸缘与所述第一安装凸缘在第一方向上以一距离设置；外壁，被配置以包围热交换器的内部区域，其中外壁和内部区域设置在第一安装凸缘和第二安装凸缘之间；内壁，设置在内部区域之内，其中所述内壁定位以将内部区域的热交换区域与内部区域的外侧区域隔离；锥形托盘，被包围在内壁之内，其中所述锥形托盘被配置以收集通过中央开口的颗粒；其中：外侧区域由形成在内壁和外壁之间的空间限定；并且内壁具有相邻于热交换区域的热交换表面；和热交换流体入口与热交换流体出口，其中所述热交换流体入口与热交换流体出口各自与外侧区域流体连通。

本文所述的一个或多个实施方式还通常涉及形成热交换器的方法。

在一个实施方式中，一种形成热交换器的方法包括：形成具有中央开口的第一安装凸缘，其中形成第一安装凸缘包含在第一表面上顺序地沉积导热材料层；在第一安装凸缘上形成热交换主体，其中热交换主体具有热交换区段，所述热交换区段包围在垂直于第一表面的方向上延伸的热交换区域，并且形成热交换主体包含在所形成的第一安装凸缘的表面上顺序地沉积导热材料层，其中在热交换区段之内设置的顺序沉积的层各自包括外壁的至少一部分和内壁的至少一部分，外壁被配置以包围热交换主体的内部区域，并且内部区域具有基本上垂直于第一表面的中心轴，内壁设置在内部区域之内，并且被定位以将热交换区域与内部区域的外侧区域隔离，其中外侧区域由形成在内壁与外壁之间的空间限定，内壁具有相邻于热交换区域的热交换表面，并且热交换表面具有在平行于中心轴的方向上变化的弯曲部分(curvature)，并且在热交换表面上的任何点处的弯曲部分的切线具有相对于中心轴的小于或等于45度的角度；在热交换主体上形成第二安装凸缘，所述第二安装凸缘包含在热交换主体上顺序沉积的导热材料层。

附图描述

以可以详细理解本公开内容的上述特征的方式，可通过参考实施方式获得简要概述于上的本公开内容的更具体描述，所述实施方式的一些实施方式在附图中图示。然而，应注意，附图仅图示本公开内容的典型实施方式，因此不视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。

图1是根据本文所述的至少一个实施方式的包括远程等离子体源和热交换器的处理系统和消除系统的示意图；

图2A是图1的热交换器的至少一个实施方式的示意立体图；

图2B是沿着与图2A中所示的线2B-2B重合的水平平面(X-Y平面)截取的图1的热交换器的至少一个实施方式的俯视截面图；

图2C是图1的热交换器的至少一个实施方式的示意横截面图；

图2D是沿着与图2B中所示的线2D-2D重合的竖直平面(Y-Z平面)截取的图1的热交换器的至少一个实施方式的另一示意横截面图；

图2E是图2A至图2D的热交换表面的至少一个实施方式的示意横截面图；

图2F是图2E中所示的热交换表面的一部分的近视示意横截面图；

图3A是图1的热交换器的至少一个实施方式的示意侧视图；

图3B是沿着与图3A中所示的线3B-3B重合的水平平面(X-Y平面)截取的图1的热交换器的至少一个实施方式的俯视截面图；

图3C是图1的热交换器的至少一个实施方式的示意横截面图；

图3D是沿着与图3B中所示的线3D-3D重合的竖直平面(Y-Z平面)截取的图1的热交换器的至少一个实施方式的示意横截面图；

图3E是图3A至图3D的热交换表面的至少一个实施方式的示意横截面图；

图3F是图3E中所示的热交换表面的一部分的近视示意横截面图；和

图4是根据本文所述的至少一个实施方式的用于形成热交换器的方法的流程图。

为了促进理解，已尽可能使用相同的元件符号以指示附图共有的相同元件。可以预期的是，一个实施方式的元件和特征可有益的并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本公开内容的实施方式的更透彻的理解。然而，将对本领域技术人员显而易见的是，本公开内容的一或多个实施方式可在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，没有描述众所周知的特征以避免模糊本公开内容的一个或多个实施方式。

本文所述的实施方式通常涉及用于从流出物流中去除半导体工艺中产生的不想要的化合物的消除系统和热交换器。在离开等离子体区并且进入热交换器之后，流体和固体流出物重组并且释放大量能量，导致已热的流出物的温度升高。为了抵消温度升高，设计一种在热交换器中的冷却机构。冷却机构可包括具有热交换表面的多个鳍片结构。冷却剂可在热交换器的一部分中流动以冷却热交换表面的壁。热交换表面具有产生多级交叉流动路径的弯曲形状，以便热流出物从热交换器流下。此流动路径增加热流出物与热交换表面的冷壁接触的滞留时间，从而提高了热交换器的冷却效率。另外，流动路径确保大部分流出物与热交换表面的壁接触，从而显著冷却流出物并且防止流出物直接流入真空泵中并造成热损坏。

本文所述的实施方式还通常涉及形成热交换器的方法。热交换器可通过在表面上顺序地沉积导热材料层以形成热交换器的一个或多个壁而产生。顺序沉积包括形成在第一表面上的第一安装凸缘和形成在所形成的第一安装凸缘的表面上的热交换主体。第二安装凸缘可形成在热交换主体的表面上。可通过使用增材制造工艺(诸如3D打印和诸如此类)沉积层。这提供了允许以小得多的占地面积和高得多的效率重组和分段冷却的优点，降低了成本。

图1示出根据本文所述的至少一个实施方式的包括等离子体源104和热交换器106的处理系统100和消除系统102的示意图。处理系统100包括至少处理腔室101和消除系统102。消除系统102包括至少等离子体源104、热交换器106和处理真空泵108。处理腔室101通常被配置以执行至少一个集成电路制造工艺，诸如沉积工艺、蚀刻工艺、等离子体处理工艺、预清洁工艺、离子注入工艺，或另一类似的集成电路制造工艺。在一些实施方式中，处理腔室101被配置以处理用于显示器或太阳能应用的基板。在处理腔室101中执行的工艺可以是等离子体辅助的。例如，在处理腔室101中执行的工艺可以是用于沉积硅基材料的等离子体沉积工艺或者用于去除硅基材料的等离子体蚀刻工艺。

处理腔室101具有经由排放前级管道114耦接至消除系统102的热交换器106的腔室排放口112。热交换器106耦接至处理腔室101以冷却离开等离子体源104的排放物并收集诸如二氧化硅颗粒的颗粒，所述颗粒形成在离开处理腔室101的排放前级管道114中。热交换器106耦接至排放管道116并且耦接至处理真空泵108。排放管道118将处理真空泵108耦接至设施排放装置110。处理真空泵108通常用于排空处理腔室101，而设施排放装置110通常包括用于为处理腔室101的流出物进入大气做准备的洗涤器或其他排放清洁装置。

热交换器106耦接在处理腔室101和处理真空泵108之间用于降低排放前级管道114中的排放物的温度，并且用于收集排放前级管道114中的颗粒。在一个实例中，热交换器106是消除系统102的一部分。离开处理腔室101的排放物可沉积在热交换器106内部的冷表面(具有大体上低于排放物的温度的温度的表面)上。可在热交换器106中收集的材料实例是二氧化硅，所述材料可以粒状或颗粒形式形成。

在一些实施方式中，处理腔室101包括用于产生诸如氟自由基的清洁自由基的远程等离子体源120，所述氟自由基流入处理腔室101的处理区域122中以清洁处理腔室101。未反应的清洁自由基可离开处理腔室101并且进入排放前级管道114和热交换器106，以去除在集成电路制造工艺期间在排放前级管道114和热交换器106中先前沉积的材料。在一些实施方式中，在处理腔室101中执行的清洁工艺被有效地执行，这样造成最小量的未反应清洁自由基离开处理腔室101并且进入排放前级管道114。在正常使用期间，有效清洁处理腔室101的清洁工艺通常将不提供足够的清洁自由基以有效地清洁热交换器106。

因此，为了保证足够的未反应清洁自由基到达并且有效地清洁热交换器106，消除系统102包括等离子体源104，所述等离子体源可用于提供用以清洁热交换器106的清洁等离子体。等离子体源104用于对离开处理腔室101的气体和/或其他材料执行消除工艺，以便这样的气体和/或其他材料可随后被捕集并且转变为更加环境友好和/或工艺设备友好的成分。等离子体源104可以是例如电感耦合等离子体源、电容耦合等离子体源、直流等离子体源或微波等离子体源。等离子体源104可耦接至消除系统102，以离子化清洁气体、净化气体、载气或其他工艺气体；以向消除系统102提供离子化气体；并且以产生清洁自由基以清洁表面和在热交换器106中发现的被捕集的材料。例如，第一气体供应源124可耦接至等离子体源104以经由所述等离子体源提供诸如氩(Ar)的惰性气体或非反应气体至消除系统102。第二气体供应源126可耦接至等离子体源104以经由所述等离子体源提供诸如NF₃的清洁气体至消除系统102。其他预期的清洁气体包括NF₂H、CHF₃、CF₄和诸如此类。另外，第三气体供应源128可耦接至等离子体源104以经由所述等离子体源提供诸如O₂的反应剂至消除系统102。

如图1所示，等离子体源104可经由导管117耦接至排放前级管道114。反应气体促进从消除系统102内部去除累积的沉积物，从而减少或消除为了清洁而分解消除系统102的需求。在一个实施方式中，在等离子体源104中产生的清洁自由基(诸如NF₃等离子体)可流入排放前级管道114中并且流入热交换器106中以去除在热交换器106中形成或收集的固体副产物材料或颗粒。

在一个实施方式中，在等离子体源104中产生的诸如O₂等离子体的氧化剂可从等离子体源104传递至排放前级管道114中，以与在沉积处理期间从处理腔室101流动至处理真空泵108的前驱物产物反应。氧化剂与来自沉积工艺的前驱物副产物反应并且促进前驱物气体副产物转变为固体副产物或颗粒，以提高热交换器106中捕集的固体副产物或颗粒的量。增加在热交换器106中捕集的固体副产物的量减少流过热交换器106并且流入处理真空泵108、排放管道118并且流至设施排放装置110的反应物副产物气体的量，从而增加处理真空泵108和排放管道118的预期寿命，并且还减少用于处理真空泵108和排放管道118的维护之间的时间而有助于增加工具可用时间。

热交换器106可在制造设施的子厂房(subfab)位置中位于距处理腔室101的距离D_F处，所述距离诸如至少10至40英尺或更大；并且热交换器106可与处理腔室101由壁130分离。消除系统102的远程等离子体源104的出口可在排放前级管道114中的位置132处流入排放前级管道114，所述排放前级管道114大体上相邻于热交换器106的入口。在一个实例中，位置132定位在排放前级管道114进入热交换器106之前的距离D_R处，所述距离D_R诸如在6英寸与18英寸之间，或者约12英寸的距离。已经发现，当由等离子体源104产生的O₂等离子体在距热交换器106的入口的距离D_R处被引入排放前级管道114时，热交换器106捕获更多的固体副产物材料，所述距离D_R诸如在6英寸与18英寸之间。

排放前级管道118允许气体从处理真空泵108流至设施排放装置110。例如，排放前级管道114、排放管道116、处理真空泵108、排放管道118和相关联的硬件可由一种或多种工艺相容的材料形成，所述材料诸如铝、阳极化铝、镀镍铝、不锈钢和上述项的组合与合金。例如，热交换器106可由类似的工艺相容的材料形成，或由有助于排放气体的冷凝的材料制成。例如，设施排放装置110可以是如半导体制造工业中已知的燃烧/湿式消除子系统。

消除系统102可在制造设施之内以与处理腔室101分离的位置提供，并且由壁130与处理腔室101分离。消除系统102与处理腔室101的分离允许消除系统的维护在不要求严格的清洁室空气纯度等级要求的环境中进行。

图2A至图2D示出图1的热交换器106的至少一个实施方式的示意图、俯视图和横截面图。如图2A中所示，热交换器106包括热交换主体200、第一端202、与第一端202相对的第二端204、进口206和与进口206相对的出口208。图2B是沿着与图2A中所示的线2B-2B重合的水平平面(X-Y平面)截取的热交换器106的俯视截面图。图2C是图1的热交换器106的示意横截面图。图2D是由与图2B中所示的线2D-2D重合的竖直平面(Y-Z平面)截取的图1的热交换器106的示意横截面图。

热交换主体200具有配置以将入口206与出口208流体连接的内部体积(下文进一步描述)。热交换主体200可以是圆柱形，如图2A中所示；或是任何其他适当形状。热交换主体200可具有在150mm与200mm之间的直径，尽管其他直径也是可能的。第一端202包括第一安装凸缘210并且第二端204包括第二安装凸缘222。第一安装凸缘210和第二安装凸缘222经由连接表面耦接至热交换主体200，所述连接表面平行于中心轴224。热交换主体200从第一安装凸缘210延伸至第二安装凸缘222，以使得第二安装凸缘222与第一安装凸缘210以一距离设置。此距离可以在200mm与250mm之间，而其他距离也是可能的。热交换主体200包含外壁216，所述外壁被配置以包围热交换器106的内部区域218，并且外壁216和内部区域218的每一个从第一安装凸缘210延伸至第二安装凸缘222。作为参考，平面226(例如，X-Y平面)被定义为大体上垂直于中心轴224定向。

内部区域218包括热交换区域213和由内壁214分离的外侧区域220。内壁214限定多个鳍片结构233。在一个实例中，如图2B中所示，多个鳍片结构233包括六个鳍片结构。通常，鳍片结构233每个都具有径向地和在轴向方向上延伸的形状，并且还具有在至少两个非平行方向上变化的弯曲热交换表面，这是对于包括轴向方向(Z方向)、径向方向和/或θ方向的径向对称设计而言。

内壁214被定位在热交换主体200之内以将热交换区域213与内部区域218的外侧区域220流体隔离。外侧区域220由在内壁214与外壁216之间形成的空间限定。热交换区域213可被设计以收集离开等离子体源104的流出物(如图1中所示)。如上所述，流出物将在离开等离子体源104之后重组(recombine)，所述重组发生在热交换区域213中。此重组反应释放大量的能量，导致已热的流出物的温度升高。因此，热交换区域213被配置以在热的流出物的温度下操作，所述温度的范围可从400摄氏度至800摄氏度。冷却剂(例如，图2E中的冷却剂P)可流动通过外侧区域220，并且抵靠内壁214的热交换表面212流动。冷却剂可经由进水口228通过管或通道流动。进水口228朝向热交换主体200的底部定位，并且出水口230朝向热交换主体200的顶部定位。照此，使冷却剂从热交换主体200的底部流动至顶部并且从热交换器106的顶部排出。进水口228的开口面积可与入口206的面积相同，从而最小化从入口206至出口208的压降。热交换表面212相邻于热交换区域213，并且起作用以冷却接触热交换区域213经过鳍片结构233的下游流出物，防止对设置在热交换器106下游的处理真空泵108的热损坏。

图2E示出图2A至图2D的热交换区域213的热交换表面212的一个实施方式的示意横截面图。热交换区域213设置在两个鳍片结构233之间。参考箭头232示出热流出物通过热交换区域213的流动路径，所述热流出物冲击并且接触热交换表面212。热交换表面212可以是弯曲表面，其中弯曲部分在平行于如图2C至图2D中所示的中心轴224的方向上变化。在热交换表面212上的任何点处的弯曲部分的切线具有相对于中心轴224的角度A，所述角度A可以小于或等于45度，这再次最佳地在图2C至图2D中示出。然而，对于本文提供的公开的范围，45度的角度并不旨在限制，因为相对于中心轴224的角度A可以取决于用于形成热交换器106的制造方法和材料而变化。已经发现，配置热交换器106的内壁的弯曲部分以便内壁的弯曲部分相对于竖直中心轴在任何点处小于或等于45度将通过使用不锈钢的增材制造工艺来提高热交换器的可制造性，并且还改善所形成的热交换装置的传热特性。

在一个实例中，如图2F中所示，当使用不锈钢材料，诸如316不锈钢时，热交换表面212的切线T1、T2和T3相对于中心轴(即，平行于Z轴)总是具有小于45度的角度。在其他实施方式中，当不使用不锈钢时，角度A可取决于制造方法和材料相对于中心轴224小于或等于60度或70度。参考箭头232示出多级交叉流动路径，所述流动路径当热流出物撞击鳍片结构233的热交换表面212的冷壁时增加热流出物的停留时间，从而提高冷却效率。此外，通过形成鳍片结构233以便所述结构具有变化的表面弯曲部分，此配置可用于确保热流出物的任何部分都不会错过内壁214的热交换表面212，以冷却热流出物而防止热流出物损坏处理真空泵108和/或下游的其他结构。热交换表面212的壁温度的范围可在20摄氏度至50摄氏度之间，将热流出物冷却至在所述温度范围之内直到热流出物离开进入处理真空泵108的时候。

图3A至图3D示出图1的热交换器106的至少一个实施方式的示意图、俯视图和横截面图。如图3A中所示，热交换器106包括热交换主体300、第一端302、与第一端302相对的第二端304、进口306和与进口306相对的出口308。图3B是沿着与图3A中所示的线3B-3B重合的水平平面(X-Y平面)截取的热交换器106的俯视截面图。图3C是图1的热交换器106的示意横截面图。图3D是由与图3B中所示的线3D-3D重合的竖直平面(Y-Z平面)截取的图1的热交换器106的示意横截面图。

在此实施方式中，非常类似于图2A至图2D中所示的实施方式，热交换主体300具有经配置以将入口306与出口308流体连接的内部体积(下文进一步描述)。热交换主体300可以是圆柱形，如图3A中所示；或是任何其他适当形状。热交换主体300可具有在150mm与200mm之间的直径，尽管其他直径也是可能的。第一端302包括第一安装凸缘311并且第二端304包括第二安装凸缘323。第一安装凸缘311和第二安装凸缘323经由连接表面耦接至热交换主体300，所述连接表面平行于中心轴326。热交换主体从第一安装凸缘311延伸至第二安装凸缘323，以使得第二安装凸缘323以与第一安装凸缘311的某个距离设置。此距离可在200mm与250mm之间，然而其他距离也是可能的。热交换主体300包含外壁318，所述外壁被配置以包围热交换器106的内部区域320，并且外壁318和内部区域320的每一个从第一安装凸缘311延伸至第二安装凸缘323。作为参考，平面328被定义为大体上垂直于中心轴326定向。内部区域320包括热交换区域313和由内壁316分离的外侧区域322。内壁316被定位在热交换主体300之内以将热交换区域313与内部区域320的外侧区域322流体隔离。外侧区域322由在内壁316与外壁318之间形成的空间限定。

另外，热交换器106包含至少一个观察口(示出两个)309、偏转器310和锥形托盘(cone tray)312。观察口309包括夹具309A，夹具309A用于将视窗309B抵靠外壁318的一部分密封。这样可允许位于热交换器106外部的使用者看到热交换主体300内部，以观察在锥形托盘312中收集的颗粒。锥形托盘312被包围在内壁316之内，并被设计以在处理腔室101的处理顺序期间捕集和隔离进入热交换器106的最大数量的颗粒。此外，偏转器310被设计成使一些清洁气体偏转，以便气体将与固体沉积物相互作用并与固体沉积物反应，从而提高清洁效率。偏转器310可被设计具有集成唇部310A(图3C)以允许颗粒落在锥形托盘312上。

外侧区域322由在内壁316与外壁318之间形成的空间限定。类似于图2A至图2D中所述的实施方式，流出物将在离开等离子体源104之后重组。重组通常将发生在热交换区域313中。此重组反应释放大量的能量，导致已热的流出物温度增加。因此，热交换区域313承受热流出物的温度，并且可在400摄氏度至800摄氏度的范围内。冷却剂(例如，图2E中的冷却剂P)可流动通过外侧区域322，并且抵靠热交换表面314流动。冷却剂可经由进水口330通过管或通道流动。进水口330朝向热交换主体300的底部定位，并且出水口332朝向热交换主体300的顶部定位。照此，使冷却剂从热交换主体300的底部流动至顶部并且从热交换器106的顶部排出。进水口330的开口面积可与入口306的面积相同，从而最小化从入口306至出口308的压降。热交换表面314相邻于热交换区域313，并且起作用以冷却来自热交换区域313的下游流出物，防止对处理真空泵108的热损坏。

类似于图2E中所示的实施方式，图3E示出图3A至图3D的热交换区域313的热交换表面314的一个实施方式的示意横截面图。类似于上文图2E中所述的实施方式，热交换区域313设置在两个鳍片结构333之间。参考箭头334示出热流出物通过热交换区域313的流动路径，所述热流出物冲击并且接触热交换表面314。热交换表面314可以是弯曲表面，其中弯曲部分在平行于如图3C至图3D中所示的中心轴326的方向上变化。在热交换表面314上的任何点处的弯曲部分的切线具有相对于中心轴326的角度A，所述角度A可以小于或等于45度，这再次最佳地在图3C至图3D中示出。在一个实例中，如图3F中所示，使用不锈钢材料的热交换表面314的切线T1、T2和T3相对于中心轴(即，平行于Z轴)总是具有小于45度的角度。在其他实施方式中，当不使用不锈钢时，角度A可取决于所使用的制造方法和材料相对于中心轴326小于或等于60度或70度。参考箭头334示出多级交叉流动路径，所述流动路径增加当热流出物撞击热交换表面314的冷壁时的热流出物的停留时间，从而提高冷却效率。此外，通过形成热交换表面314以便热交换表面314具有变化的表面弯曲部分，此配置可用于确保热流出物的任何部分都将不会错过内壁316的热交换表面314，以冷却热流出物而防止热流出物损坏处理真空泵108和/或下游的其他结构。热交换表面314的壁温度的范围可在20摄氏度至50摄氏度之间，将热流出物冷却至在所述温度范围之内直到热流出物离开进入处理真空泵108的时候。锥形托盘312上的温度将略低于气体的温度，使固体和液体流出物能够沉积。

图4示出根据本文所述的一个实施方式的用于形成热交换器的方法400的流程图。形成被配置以与流体交换热量的热交换器的方法400。所述层可通过使用增材制造工艺(诸如3D打印工艺和诸如此类)沉积。这样提供了允许以小得多的占地面积和高得多的效率重组和分段冷却的优点，降低了成本。阶段可取决于所需的冷却而延长。

更具体地，在一些实施方式中，热交换器的构造是通过建立热交换器的三维版本的计算机辅助设计(computer assisted design；CAD)模型来开始。这可以通过使用现有的CAD设计软件来完成，例如Unigraphics或其他类似的软件。然后将由建模软件生成的输出文件加载到分析程序以确保热交换器设计满足设计需求(例如，气密、热交换表面的弯曲部分的角度定向、质量密度)。然后呈现输出文件，并且3D模型随后被“切片”成一系列2D数据位图，或像素图。2D位图(或像素图)用于限定横跨X和Y平面的位置，在所述平面将建立热交换器的层。在此配置中，增材制造工艺将使用这些位置以限定激光将被应用以形成所需层特征之处。

在像素图中找到的坐标用于限定激光能量将聚焦处的位置。对于X和Y位置的每一坐标和给定的热交换器支撑Z平台位置将基于像素图限定。每一X、Y和Z位置将包括激光能量输送或非输送条件。通过组合在每一所形成层中的像素图，具有所需形状和结构配置的热交换器可通过横跨层以所需图案定位激光能量而打印。此工艺可用于执行下文所述的方框的每一个。

在方框402中，形成具有中央开口的第一安装凸缘。第一安装凸缘可在第一表面上顺序地沉积材料层。

在方框404中，在第一安装凸缘上形成热交换主体。热交换主体具有热交换区段，所述热交换区段包围在垂直于第一表面的方向上延伸的热交换区域。热交换主体可在所形成的第一安装凸缘的表面上顺序地沉积导热材料层。在一些实施方式中，导电材料包括金属(例如，Ti、Ni、Fe)、金属合金(例如，不锈钢)、导热陶瓷材料(例如，AlN、AlOx、BN)或对流出物材料呈惰性的其他导热材料。在热交换区段之内设置的顺序沉积的层可各自包括外壁的至少一部分和内壁的至少一部分。外壁可被配置以包围热交换主体的内部区域，并且内部区域具有大体上垂直于第一表面的中心轴。内壁可设置在内部区域之内，并且被定位以将热交换区域与内部区域的外侧区域隔离。外侧区域可由在内壁与外壁之间形成的空间限定。内壁可具有相邻于热交换区域的热交换表面。热交换表面可具有在平行于中心轴的方向上变化的弯曲部分，并且在热交换表面上的任何点处的弯曲部分的切线具有相对于中心轴的小于或等于70度、60度、45度、30度或20度的角度。然而，其他角度也是可能的。

在方框406中，第二安装凸缘形成在热交换主体上。第二安装凸缘可在热交换主体上顺序地沉积材料层。热交换主体可具有在150mm与200mm之间的直径，然而直径也可以是其他长度。在第一安装凸缘与第二安装凸缘之间的距离可以是在200mm与250mm之间，尽管其他距离也是可能的。

虽然前述内容针对本公开内容的实施方式，但是可在不背离本发明的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步实施方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求书确定。