基于离散坐标法(DOM)的光刻机内部流场模拟

光刻机内部流场是一种多尺度、多组分的复杂流动。流场内各组分压力相差巨大,并且伴随着剧烈的速度变化和温度变化,数值模拟存在较大困难。本文基于离散坐标方法(DOM,Discrete Ordinate Method),采用谱方法离散粒子速度空间,给出了估算努森数的合理方法,并采用多特征值无量纲化策略,减少了计算资源的消耗,提高了计算速度。空间采用NND格式,时间采用三阶荣格—库塔格式。编写并行计算程序,实现并行计算,得到光刻机内部温度场、速度场和密度场。计算结果表明,光刻机中的氢气气封能起到很好的密封作用。在氢气气封的作用下,只有极微量的水蒸气和乙醇蒸汽从光刻机下部腔体逸出,到达光刻机腔体上部。这说明气封设计合理,可以防止光刻机顶部激光器被乙醇蒸汽和水蒸气污染。氢气经过气封流入光刻机下部腔体后,温度降低120K左右;进入光刻上部腔体后,温度下降60K左右。计算得到温度场与理论预估吻合良好。光刻机内部流场的计算结果可以为光刻机设计提供参考。此外,多组分、多尺度、大压力比且速度、温度变化剧烈的流场广泛存在于自然界和工业界,本文提出的计算策略具有推广价值。