基于变Knudsen数气流3维模拟的低压腔室多目标优化设计方法研究

低压腔室是刻蚀、沉积、氧化扩散等集成电路制造工艺的核心部件，目前其结构设计以试错法为主，设计理念"重工艺优化，轻结构优化"。工艺或等离子体模型的准确度低于用直接模拟蒙特卡洛（DSMC）等方法建立的气流模型，不适于腔室结构优化设计研究。流经喷气孔板的低压气体Knudsen数变化范围较大，在本课题中引入混合NS-DSMC方法，建立变Kn数气流3维模型，其中NS方程计算连续流，DSMC方法计算稀薄气体，在保证模型准确性的同时提高计算效率。本课题原创性地提出"变结构腔室"概念，专为研究结构参数变化对气流实验结果的影响。同时结合气流模拟，采用试验设计方法，建立结构参数与气流特性评价指标间的响应面模型，进而提出面向工艺的气流特性评价准则，为最终实现腔室结构的优化设计，可靠性和鲁棒性设计提供科学依据和方法指导。本项目成果还可用于化工、热处理、光伏电池制造等领域中腔室部件的研发，极具工程研究价值。

低压腔室是刻蚀、沉积、氧化扩散等集成电路制造工艺的核心部件，利用直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法建立准确的气流模型对于腔室结构、工艺优化设计具有重要的学术价值和工程意义。流经喷气孔板（如showerhead或injector）的低压气体Knudsen数变化范围较大，在本课题中引入混合NS-DSMC方法，使用自主开发的DSMC模拟程序建立了变Kn 数气流3 维模型，并借助MPCCI软件成功实现与FLUENT的耦合计算，其中FLUENT计算连续流，DSMC方法计算稀薄气体，在保证模型准确性的同时提高计算效率。本课题原创性地提出“变结构腔室”概念，专为研究结构参数变化对气流实验结果的影响。同时结合气流模拟，采用试验设计方法，建立结构参数与气流特性评价指标间的响应面模型，进而提出面向工艺的气流特性评价准则，为最终实现腔室结构的优化设计，可靠性和鲁棒性设计提供科学依据和方法指导。本项目成果还可用于化工、热处理、光伏电池制造等领域中腔室部件的研发，极具工程研究价值。