基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法

本发明涉及芯片制造领域，尤其是涉及一种基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法。

背景技术：

1、在曝光波长不变的情况下，只需在光刻机投影物镜与半导体硅片之间填充液体替代原有的空气，即能实现浸没式改进，显著提高曝光分辨率和焦深，是实现高端制程芯片国产化制造的关键技术之一。然而，浸没流场的动态密封需要借助气刀实现气液两相回收，气液“对冲”界面的失稳将引发极为突出的两相流致振动问题，从而影响双工件台的运动精度、硅片的平整度、以及浸没头的位姿调控，导致图像离焦、曝光线条堆叠和交错等缺陷，降低良品率。

2、研究如何对浸没头内部的两相流致振动进行有效的抑制至关重要。流致振动抑制方法从控制对象上可分为直接结构振动抑制法和流动抑制法。直接结构抑制法是直接针对振动系统，抑制固体结构的振动。比如通过增加结构阻尼，或者改变系统固有频率，从而避开共振区域，以达到减小振动的目的。而流动抑制法则是通过影响流体的流动与分离，从而破坏流体与固体结构之间的耦合关系，以达到减小振动的目的。但上述方法在实施过程中较为困难、工艺复杂，并且经济性较差。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，通过在管道内壁面增加附加亲疏水结构强化气液界面的稳定性，以抑制毫牛量级的两相流致振动，具有实施过程简单、工艺便捷、经济性良好、抑制流致振动效果显著等特点。

2、本发明的技术方案如下：

3、基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，包括液相流管路1、气相流管路2和两相流管路3，以及亲疏水区域；液相流管路1内部的流体为液相，即液相流体4；气相流管路2内部的流体为气相，即气相流体5；两相流管路3内部的流体为气液两相混合，即两相流体6；其特征在于：

4、液相流体4从液相流管路1流向两相流管路3，气相流体5从气相流管路2流向两相流管路3；液相流体4和气相流体5在两相流管路3内部混合成两相流体6；

5、所述亲疏水区域设置在两相流管路3的内壁表面，由间隔排列的亲水表面7和疏水表面8组成；垂直于两相流体6的流动方向作一个两相流管路3的横截面，亲水表面7和疏水表面8在横截面上的排列方式为一个首尾相接的圆：亲水表面7、疏水表面8、亲水表面7、疏水表面8、…。

6、进一步的，所述亲水表面7和疏水表面8的宽度为微米级。

7、进一步的，所述液相流管路1与气相流管路2处于同一条直线上，两相流管路3垂直于该直线，三个管路形成一个t型结构。

8、进一步的，所述液相流管路1与气相流管路2的方向为水平方向，两相流管路3的方向为竖直方向。

9、进一步的，所述两相流管路3的内径为亚毫米级。

10、进一步的，所述液相流管路1和气相流管路2的进口存在正压，所述两相流管路3的出口存在负压。

11、进一步的，所述亲水表面7和疏水表面8的制作方法包括：热浸镀、电镀、物理气相沉积、化学气相沉积。

12、进一步的，亲水表面7的材料的选择条件是：接触角的范围是30～60°。

13、进一步的，疏水表面8的材料的选择条件是：接触角的范围是90～140°。

14、研究发现，对于单一的疏水表面，虽然可以降低流体激振力主频，但是当管道截面形状改变、流体气液比变化、管径变化、流体流动速度变化时，单一的疏水表面可能无法起到抑制流致振动的效果，并且激光刻蚀疏水表面成本高，使用疏水表面涂层寿命又较短。所述亲水表面和疏水表面竖直交错排列加载于两相流管路整个内壁表面，通过改变亲水表面和疏水表面竖直排列时的宽度，可减小上述各项因素的影响，有效抑制流致振动，同时提高了经济性和实用性。

15、本发明有益的技术效果在于：

16、(1)基于亲疏水相间改性，在管道内壁面附加疏水和亲水结构，具有操作简单、工艺便捷、经济性良好、抑制毫牛量级两相流致振动效果显著等优点；

17、(2)适用于各种管道截面形状，可以是圆形、长方形、三角形等，并且具有显著的流致振动抑制效果。

技术特征：

1.基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，包括液相流管路(1)、气相流管路(2)和两相流管路(3)，以及亲疏水区域；液相流管路(1)内部的流体为液相，即液相流体(4)；气相流管路(2)内部的流体为气相，即气相流体(5)；两相流管路(3)内部的流体为气液两相混合，即两相流体(6)；其特征在于：

2.根据权利要求1所述的基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，其特征在于，所述亲水表面(7)和疏水表面(8)的宽度为微米级。

3.根据权利要求1所述的一种基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，其特征在于，所述两相流管路(3)的内径为亚毫米级。

6.根据权利要求1所述的基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种基于亲疏水相间改性的微尺度管内两相流致振动抑制方法，包括液相流、气相流和两相流微尺度管路；液相流管路和气相流管路位于同一直线，管路进口存在正压；两相流管路垂直于该直线，管路出口存在负压，并且内壁表面设置有间隔排列的亲水表面和疏水表面；液相流管路和气相流管路内部的流体相向而行，混合后流入两相流管路。本发明通过在微尺度两相流管路内壁表面设置间隔排列的亲水表面和疏水表面来控制微流体流动状态、强化气液界面的流动稳定性、降低激发频率，从而抑制了微尺度两相流激振力主频与管道固有频率相近时引发的共振现象，具有实施过程简单、工艺便捷、经济性良好、抑制毫牛量级两相流致振动效果显著等优点。技术研发人员：袁志成,汪磊,曾令杰,侯泽然,吴俐俊受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26