集成电路制造物理气相沉积教学模拟系统需求说明

集成电路制造物理气相沉积教学模拟系统需求说明一、项目背景集成电路制造工艺及设备操作是集成电路技术专业的重要专业方向，物理气相沉积（PVD）是集成电路制造工艺的重要一环，集成电路技术专业核心课程如“半导体物理与器件”（48学时）、“半导体器件与工艺仿真”（48学时）、“半导体制造工艺”（48学时）等都涉及到物理气相沉积工艺的原理、设备操作、设备维护等知识的讲授。目前集成电路专业一个年级有三个班级，共110名学生，急需增添物理气相沉积相关模拟实训设备。物理气相沉积设备操作是目前集成电路人才培养和需求的重要一环，在量产制造线上，如果没有合理的操作和维护工作流程，将无法保证高效能的产品生产。根据专业的人才培养目标和学生就业需要，集成电路制造工艺、设备操作和维护技术等是学生必须掌握的技能。本项目所购置的“集成电路制造物理气相沉积教学模拟系统”可用于满足上述核心专业课程的中物理气相沉积设备实训的教学需要，并满足培养学生关于物理气相沉积设备操作、工艺设备维护等技能的需求。序号货物名称技术要求1PVD工艺模拟器硬件设备系统1.1系统定位：PVD工艺模拟器硬件设备系统，对标集成电路高端制造工艺通用溅射系统，包括真实机柜，操作显示面板，进料系统，模拟真空室，真空泵系统，模拟冷却系统，电力供应系统，控制系统。1.2系统规格需求：1.PVD工艺模拟器硬件设备应采用专用机柜，外观高仿通用溅射系统，机柜整体尺寸（长x宽x高单位cm）为255x198x225或者225x180x210，设备总重量2吨。2.PVD工艺模拟器硬件设备的电力供应系统，需配置三相电：380VAC，50Hz，三相四线制，三相输入总功率约15KW，至少有1个25A四极插座（供电回路具有过载保护措施），三火一零，或者有1个25A三相空气开关。至少有2个16A空气开关或插座。配线结构需要支持(L)火线+(N)零线+(G)地线，电源模块需要有漏电和带电保护装置，工作温度-5℃~+40℃。3.PVD工艺模拟器硬件设备的专用机柜需要配置工作指示灯，用于指示实训系统的工作状态，指示灯支持红黄蓝LED，工作电压12V，亮度不低于100cd/m2。4.PVD工艺模拟器硬件设备的操作显示面板，操作屏不低于18寸，分辨率不低于1920*1080。5.PVD工艺模拟器硬件设备的控制系统需包括一台内置工控机，提供工控设备的管理维护与运行支持，该工控机需要有支持运行内存不低于16G，提供存储空间不低于2T。6.PVD工艺模拟器硬件设备的模拟真空室尺寸（长x宽x高单位mm）500*500*500或者750*550*600。7.PVD工艺模拟器的进料系统(LoadLock/Transfer)，进料系统(LoadLock/Transfer)可以容纳6寸的基片，进料机构应包括机械臂以确保基片的准确定位和平稳进料。8.PVD工艺模拟器具有完备的自锁、互锁保护系统，并对关键部件有完备的故障告警及告警动作保护措施，确保设备使用安全。1.3系统功能1.提供真实的机柜结构真实展示出设备的外观与结构，用于安装和组装PVD工艺模拟器的各个组件和系统，是设备维修和教学展示的载体。2.提供进料系统，用于安全且有效地引入基片到模拟器内部。可以包括进料机构、传送带或机械臂等，以确保基片的准确定位和平稳进料。3.模拟真空室，还原晶圆的真空室内部结构，展示真实的PVD工艺过程；4.提供物理真空泵系统和冷却管路与控制系统，展示工艺中的器件模块之间的构造与运行原理。5.系统开机后界面应该显示“设备自检”界面，正常启动后，显示系统状态，真空控制，手工工艺，自动工艺，工艺曲线以及告警记录等界面；支持在各个菜单之间进行自由切换。6.在真空控制界面下，支持对各级真空系统的控制操作，包括可控制机械泵与分子泵并，显示舱内气压。1.4工业级模块配置1.智能温控系统：模拟器内部安装有温、湿度探测装置，能够监测机柜内部环境温度和湿度，并将监测到的温度和湿度值实时显示在模拟器主控屏幕上，同时也可以通过模拟器器后台管理页面查看。2.模拟器设备舱内设置温湿度传感器，支持机柜内实时温湿度情况，为维护保养模拟器提供数据支持。3.当模拟器内温度高出正常值时机柜自动启动风扇进行排热，实现对抽真空泵和工控主机进行物理降温。4.温度、湿度越界向监控中心发出警告告警。5.温度越界自动启动散热单元或加热单元工作。6.智能照明系统：模拟器内部安装多路LED照明模块。照明模块可根据柜门开启，柜内光线较暗时开启，方便操作和维护模拟器柜内设备。7.智能用电检测：模拟器内部内嵌机柜供电检测状况，并实时显示电流和电压值。用电出现异常，机柜将自动进行显示与判断，电源异常将作为告警信息被采集。2PVD设备运行维护实训系统2.1系统定位：PVD设备运行维护实训系统，模拟通用溅射系统，利用真实机箱，真实操作显示面板，围绕集成电路制造的PVD气相金属沉积工艺流程，并利用语音、图片、动画、视频、裸眼3D等高新技术，以虚实结合的交互形式，展示晶圆在集成电路制造PVD薄膜环节的加工工艺流程、制造方法、生产设备操作过程。实训系统支持系统故障注入与排查，可以提高学生对PVD工艺模拟器系统的理解，并培养故障排除和维修能力，以准备处理实际生产环境中可能出现的问题，同时实训系统支持在知识点的学习过程中对整体学习效果进行考核与测评。2.2系统规格需求：1.PVD运行维护实训系统需要在实物的基础上增加裸眼3D展示设备，设备内嵌于实训系统的专用机柜中，设备的有效视场角水平和垂直范围不小于30度。2.PVD运行维护实训系统需要在实物的基础上增加壁挂式工艺教学展示屏幕，教学展示屏应不小于18寸，分辨率不低于1920*1080，该屏幕用于教学展示并提供实训系统的配置操作。3.PVD运行维护实训系统需要包含真空泵和物理或者模拟的用于控制的温度，气压，流速传感器，真空泵和传感器的参数可以在实训操作屏进行控制，读取和展示，真空泵的抽气速度不低于2L/s,极限压力不低于0.06Pa。4.PVD运行维护实训系统需要包含模拟冷却系统，应包括冷却管路，传感器和控制电磁阀的物理设备。2.3系统功能1.提供裸眼3D技术，以虚实结合的方式直接展示工艺中各环节的细节，能够展示气相沉积的原理与过程；2.两级真空泵控制系统，一级真实真空泵，支持管路连接和管路故障物理触发和软件故障注入模拟。二级模拟真空泵，支持软件故障注入模拟，支持故障包括泵动力失效、气密性降低、漏气、泄露。3.惰性气体模拟管路，支持通过物理按钮或者操作屏幕对设备的气压和气流速度调整。4.冷却系统可以通过程序控制方式引入故障，以便让学生了解和学习如何处理不同类型的故障，支持故障类型包括泵故障、冷却介质流量异常、温度控制失效等。5.提供不少于20套操作及维护实训项目，供教学老师在后台选择发放，并配有合理可编辑的权重计分系统。部分操作与维护实训项目列表如下:5.1.真空泵故障注入与排查实训5.2.温度传感器校准与故障排除实训5.3.气压控制系统维护与调试实训5.4.流速传感器故障排查与修复实训5.5.冷却系统管路检修与维护实训5.6.电磁阀故障注入与排查实训5.7.温度控制系统故障模拟与应急排除实训5.8.真空泵密封件更换与维护实训5.9.传感器信号读取与分析实训5.10.冷却液循环系统故障注入与排查实训5.11.电磁阀控制电路故障排查与维修实训5.12.PVD工艺模拟器系统软件更新与故障恢复实训5.13.靶材更换与装载实训5.14.膜层厚度测量与控制实训5.15.阱式靶材回收与再利用实训5.16.样品处理与清洗操作实训2.4传感器与电路1.FPGA工业控制系统，实时采集多路物理和模拟传感器的参数结果，实现对设备的高速控制，并实现2级真空泵的参数模拟与仿真，FPGA主芯片应该提供不低于85,000个逻辑单元，支持至少支持400MHz时钟频率，设接口支持PCIe、USB、以太网、CAN、UART。2.真空泵控制电路，采用PID闭环控制，用于控制二级真空泵中的一级物理真空泵的启停与运转，实现对抽真空状态的准确模拟。3.工业控制系统应包括物理温度传感器和模拟温度传感器，分别用于采集实时的工作环境温度和用于仿真各种不同工艺下的温度条件，为实时工艺仿真算法系统提供环境参数支持，模拟温度传感器支持编程控制，可以仿真温度范围-20~500°C。4.工业控制系统应包括物理气压传感器和模拟气压传感器，分别用于采集实时一级真空泵的真空系统内部的压力和用于仿真二级真空系统的模拟压力和气体密度参数，为实时工艺仿真算法系统提供环境参数支持。5.工业控制系统应包模拟可编程流速计，用于模拟气体的流速测量，并可以通过编程方式支持参数的动态设置，支持速度控制0.01L/S~10L/S。6.工业控制系统可以模拟舱内气压传感系统，并通过操作屏幕显示舱内气压变化，并能模拟舱内气压随工艺阶段、腔内温度和抽真空时间的变化。3PVD工艺模拟器教学实训系统3.1系统定位作为该模拟器的教学系统，主要负责向学生展示PVD设备的操作和维护流程及工作原理，并依托硬件系统提供的基础能力，实现设备操作，工艺仿真和故障实时注入等功能，并利用3D和视觉效果精确展示设备维护所需的细节与原理，让学生如同操作真实的设备，并能够看到真实设备无法展示的设备细节，提升教学效果。教师可以通过设备的教学管理后台，选择教学内容和实训项目，用于指导学生结合理论推导报错原因，从实践中掌握技能。3.2系统规格1.教学实训系统需要包括机载系统和远程系统两个单元。机载系统可以支持直接操作，提供教学展示，可以支持实训系统的配置操作，远程系统需要提供和机载设备操作区一致的仿真环境，并能够支持基于B/S架构的Web应用程序，可以实现远程访问和课堂教学展示的支持。2.教学实训系统需要包括仿真模拟软件系统，用于实时仿真工艺流程，展示PVD设备的工作原理和过程。3.教学实训系统需要包括仿视觉仿真控制系统，支持裸眼3D渲染技术虚实结合展示仿真结果。4.教学实训系统需要支持真空管路控制系统的模拟与仿真，支持真空泵等硬件设备管理与操作，实现抽真空仿真，模拟惰性气体的流动管路，包括气压和气流速度的调整模拟。5.教学实训系统需要包括工艺仿真模拟系统，该系统可以仿真工艺参数调整对PVD薄膜形成的过程影响。并能够支持注入3D模拟软件的故障模拟参数。6.教学实训系统需要支持PVD工艺流程生产车间的仿真，主设备以及配套设备的仿真，需要包括教学知识点和相关的技术视频。7.教学实训系统需要支持PVD上下游相关工艺的仿真与介绍，帮助学生系统了解集成电路制造工艺的全流程知识，加深对PVD过程在全流程中作用的认知。8.教学实训系统需要支持教学管理后台支持教学内容和实训项目的选择，学生管理，教学管理，能够支持实训定制，并对实训结果进行自动评分，同时支持班级维度的分数的统计与记录。3.3教学模块1. 支持PVD产品设计工程师教学培养；2. 提供根据PVD工艺设计活页式讲义，PPT等授课资源内容；3. 提供PVD工艺的交互学习动画，能直观的展现PVD工艺多层镀膜原理的动画资源；4. 提供多种行业里PVD工艺的学习视频资源，包括真空蒸镀，直流PVD，磁控溅射PVD,离子化PVD等；1) 镀前处理工艺规范/视频介绍2) 装炉，靶材金属安装，调试规范/视频介绍3) 抽真空工艺规范/视频介绍4) 离子溅射工艺规范/视频介绍5) 镀料预融工艺规范/视频介绍6) 蒸发沉积工艺规范/视频介绍7) 冷却出炉工艺规范/视频介绍8) 后处理清洗规范/视频介绍5. 提供根据知识技能点设计开发了多样的考核方式，支持教学巩固考核的资源；6. 提供实验过程数据采集和数据分析处理工具，支持学生学习工艺优化和参数设计的案例。3.4仿真工艺参数1. 工艺模式:可模拟至少4种PVD工艺模式，真空蒸镀，直流PVD，磁控溅射PVD,离子化PVD。2. 仿真形式：提供裸眼3D技术，以虚实结合的方式直接展示工艺中各环节的细节展示，并能够展示气相沉积的原理与过程；3. 温度模拟调节控制：室温~500°C提供温度对PVD真空蒸镀蒸发源材料的蒸发速度、沉积膜的晶粒大小和取向、沉积速率等方面的影响模拟。4. 真空压力调节控制：提供抽真空对气相沉积沉积速率，薄膜均匀性，薄膜表面光滑程度影响的模拟。5. 进气管压力调节控制:提供进气压力对沉积速率，薄膜均匀性，薄膜表面光滑程度影