集成電路制造物理氣相沉積教學模擬系統(tǒng)需求說明

集成電路制造物理氣相沉積教學模擬系統(tǒng)需求說明一、項目背景集成電路制造工藝及設備操作是集成電路技術專業(yè)的重要專業(yè)方向，物理氣相沉積（PVD）是集成電路制造工藝的重要一環(huán)，集成電路技術專業(yè)核心課程如“半導體物理與器件”（48學時）、“半導體器件與工藝仿真”（48學時）、“半導體制造工藝”（48學時）等都涉及到物理氣相沉積工藝的原理、設備操作、設備維護等知識的講授。目前集成電路專業(yè)一個年級有三個班級，共110名學生，急需增添物理氣相沉積相關模擬實訓設備。物理氣相沉積設備操作是目前集成電路人才培養(yǎng)和需求的重要一環(huán)，在量產(chǎn)制造線上，如果沒有合理的操作和維護工作流程，將無法保證高效能的產(chǎn)品生產(chǎn)。根據(jù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標和學生就業(yè)需要，集成電路制造工藝、設備操作和維護技術等是學生必須掌握的技能。本項目所購置的“集成電路制造物理氣相沉積教學模擬系統(tǒng)”可用于滿足上述核心專業(yè)課程的中物理氣相沉積設備實訓的教學需要，并滿足培養(yǎng)學生關于物理氣相沉積設備操作、工藝設備維護等技能的需求。序號貨物名稱技術要求1PVD工藝模擬器硬件設備系統(tǒng)1.1系統(tǒng)定位：PVD工藝模擬器硬件設備系統(tǒng)，對標集成電路高端制造工藝通用濺射系統(tǒng)，包括真實機柜，操作顯示面板，進料系統(tǒng)，模擬真空室，真空泵系統(tǒng)，模擬冷卻系統(tǒng)，電力供應系統(tǒng)，控制系統(tǒng)。1.2系統(tǒng)規(guī)格需求：1.PVD工藝模擬器硬件設備應采用專用機柜，外觀高仿通用濺射系統(tǒng)，機柜整體尺寸（長x寬x高單位cm）為255x198x225或者225x180x210，設備總重量2噸。2.PVD工藝模擬器硬件設備的電力供應系統(tǒng)，需配置三相電：380VAC，50Hz，三相四線制，三相輸入總功率約15KW，至少有1個25A四極插座（供電回路具有過載保護措施），三火一零，或者有1個25A三相空氣開關。至少有2個16A空氣開關或插座。配線結(jié)構(gòu)需要支持(L)火線+(N)零線+(G)地線，電源模塊需要有漏電和帶電保護裝置，工作溫度-5℃~+40℃。3.PVD工藝模擬器硬件設備的專用機柜需要配置工作指示燈，用于指示實訓系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指示燈支持紅黃藍LED，工作電壓12V，亮度不低于100cd/m2。4.PVD工藝模擬器硬件設備的操作顯示面板，操作屏不低于18寸，分辨率不低于1920*1080。5.PVD工藝模擬器硬件設備的控制系統(tǒng)需包括一臺內(nèi)置工控機，提供工控設備的管理維護與運行支持，該工控機需要有支持運行內(nèi)存不低于16G，提供存儲空間不低于2T。6.PVD工藝模擬器硬件設備的模擬真空室尺寸（長x寬x高單位mm）500*500*500或者750*550*600。7.PVD工藝模擬器的進料系統(tǒng)(LoadLock/Transfer)，進料系統(tǒng)(LoadLock/Transfer)可以容納6寸的基片，進料機構(gòu)應包括機械臂以確保基片的準確定位和平穩(wěn)進料。8.PVD工藝模擬器具有完備的自鎖、互鎖保護系統(tǒng)，并對關鍵部件有完備的故障告警及告警動作保護措施，確保設備使用安全。1.3系統(tǒng)功能1.提供真實的機柜結(jié)構(gòu)真實展示出設備的外觀與結(jié)構(gòu)，用于安裝和組裝PVD工藝模擬器的各個組件和系統(tǒng)，是設備維修和教學展示的載體。2.提供進料系統(tǒng)，用于安全且有效地引入基片到模擬器內(nèi)部?？梢园ㄟM料機構(gòu)、傳送帶或機械臂等，以確?；臏蚀_定位和平穩(wěn)進料。3.模擬真空室，還原晶圓的真空室內(nèi)部結(jié)構(gòu)，展示真實的PVD工藝過程；4.提供物理真空泵系統(tǒng)和冷卻管路與控制系統(tǒng)，展示工藝中的器件模塊之間的構(gòu)造與運行原理。5.系統(tǒng)開機后界面應該顯示“設備自檢”界面，正常啟動后，顯示系統(tǒng)狀態(tài)，真空控制，手工工藝，自動工藝，工藝曲線以及告警記錄等界面；支持在各個菜單之間進行自由切換。6.在真空控制界面下，支持對各級真空系統(tǒng)的控制操作，包括可控制機械泵與分子泵并，顯示艙內(nèi)氣壓。1.4工業(yè)級模塊配置1.智能溫控系統(tǒng)：模擬器內(nèi)部安裝有溫、濕度探測裝置，能夠監(jiān)測機柜內(nèi)部環(huán)境溫度和濕度，并將監(jiān)測到的溫度和濕度值實時顯示在模擬器主控屏幕上，同時也可以通過模擬器器后臺管理頁面查看。2.模擬器設備艙內(nèi)設置溫濕度傳感器，支持機柜內(nèi)實時溫濕度情況，為維護保養(yǎng)模擬器提供數(shù)據(jù)支持。3.當模擬器內(nèi)溫度高出正常值時機柜自動啟動風扇進行排熱，實現(xiàn)對抽真空泵和工控主機進行物理降溫。4.溫度、濕度越界向監(jiān)控中心發(fā)出警告告警。5.溫度越界自動啟動散熱單元或加熱單元工作。6.智能照明系統(tǒng)：模擬器內(nèi)部安裝多路LED照明模塊。照明模塊可根據(jù)柜門開啟，柜內(nèi)光線較暗時開啟，方便操作和維護模擬器柜內(nèi)設備。7.智能用電檢測：模擬器內(nèi)部內(nèi)嵌機柜供電檢測狀況，并實時顯示電流和電壓值。用電出現(xiàn)異常，機柜將自動進行顯示與判斷，電源異常將作為告警信息被采集。2PVD設備運行維護實訓系統(tǒng)2.1系統(tǒng)定位：PVD設備運行維護實訓系統(tǒng)，模擬通用濺射系統(tǒng)，利用真實機箱，真實操作顯示面板，圍繞集成電路制造的PVD氣相金屬沉積工藝流程，并利用語音、圖片、動畫、視頻、裸眼3D等高新技術，以虛實結(jié)合的交互形式，展示晶圓在集成電路制造PVD薄膜環(huán)節(jié)的加工工藝流程、制造方法、生產(chǎn)設備操作過程。實訓系統(tǒng)支持系統(tǒng)故障注入與排查，可以提高學生對PVD工藝模擬器系統(tǒng)的理解，并培養(yǎng)故障排除和維修能力，以準備處理實際生產(chǎn)環(huán)境中可能出現(xiàn)的問題，同時實訓系統(tǒng)支持在知識點的學習過程中對整體學習效果進行考核與測評。2.2系統(tǒng)規(guī)格需求：1.PVD運行維護實訓系統(tǒng)需要在實物的基礎上增加裸眼3D展示設備，設備內(nèi)嵌于實訓系統(tǒng)的專用機柜中，設備的有效視場角水平和垂直范圍不小于30度。2.PVD運行維護實訓系統(tǒng)需要在實物的基礎上增加壁掛式工藝教學展示屏幕，教學展示屏應不小于18寸，分辨率不低于1920*1080，該屏幕用于教學展示并提供實訓系統(tǒng)的配置操作。3.PVD運行維護實訓系統(tǒng)需要包含真空泵和物理或者模擬的用于控制的溫度，氣壓，流速傳感器，真空泵和傳感器的參數(shù)可以在實訓操作屏進行控制，讀取和展示，真空泵的抽氣速度不低于2L/s,極限壓力不低于0.06Pa。4.PVD運行維護實訓系統(tǒng)需要包含模擬冷卻系統(tǒng)，應包括冷卻管路，傳感器和控制電磁閥的物理設備。2.3系統(tǒng)功能1.提供裸眼3D技術，以虛實結(jié)合的方式直接展示工藝中各環(huán)節(jié)的細節(jié)，能夠展示氣相沉積的原理與過程；2.兩級真空泵控制系統(tǒng)，一級真實真空泵，支持管路連接和管路故障物理觸發(fā)和軟件故障注入模擬。二級模擬真空泵，支持軟件故障注入模擬，支持故障包括泵動力失效、氣密性降低、漏氣、泄露。3.惰性氣體模擬管路，支持通過物理按鈕或者操作屏幕對設備的氣壓和氣流速度調(diào)整。4.冷卻系統(tǒng)可以通過程序控制方式引入故障，以便讓學生了解和學習如何處理不同類型的故障，支持故障類型包括泵故障、冷卻介質(zhì)流量異常、溫度控制失效等。5.提供不少于20套操作及維護實訓項目，供教學老師在后臺選擇發(fā)放，并配有合理可編輯的權重計分系統(tǒng)。部分操作與維護實訓項目列表如下:5.1.真空泵故障注入與排查實訓5.2.溫度傳感器校準與故障排除實訓5.3.氣壓控制系統(tǒng)維護與調(diào)試實訓5.4.流速傳感器故障排查與修復實訓5.5.冷卻系統(tǒng)管路檢修與維護實訓5.6.電磁閥故障注入與排查實訓5.7.溫度控制系統(tǒng)故障模擬與應急排除實訓5.8.真空泵密封件更換與維護實訓5.9.傳感器信號讀取與分析實訓5.10.冷卻液循環(huán)系統(tǒng)故障注入與排查實訓5.11.電磁閥控制電路故障排查與維修實訓5.12.PVD工藝模擬器系統(tǒng)軟件更新與故障恢復實訓5.13.靶材更換與裝載實訓5.14.膜層厚度測量與控制實訓5.15.阱式靶材回收與再利用實訓5.16.樣品處理與清洗操作實訓2.4傳感器與電路1.FPGA工業(yè)控制系統(tǒng)，實時采集多路物理和模擬傳感器的參數(shù)結(jié)果，實現(xiàn)對設備的高速控制，并實現(xiàn)2級真空泵的參數(shù)模擬與仿真，F(xiàn)PGA主芯片應該提供不低于85,000個邏輯單元，支持至少支持400MHz時鐘頻率，設接口支持PCIe、USB、以太網(wǎng)、CAN、UART。2.真空泵控制電路，采用PID閉環(huán)控制，用于控制二級真空泵中的一級物理真空泵的啟停與運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)對抽真空狀態(tài)的準確模擬。3.工業(yè)控制系統(tǒng)應包括物理溫度傳感器和模擬溫度傳感器，分別用于采集實時的工作環(huán)境溫度和用于仿真各種不同工藝下的溫度條件，為實時工藝仿真算法系統(tǒng)提供環(huán)境參數(shù)支持，模擬溫度傳感器支持編程控制，可以仿真溫度范圍-20~500°C。4.工業(yè)控制系統(tǒng)應包括物理氣壓傳感器和模擬氣壓傳感器，分別用于采集實時一級真空泵的真空系統(tǒng)內(nèi)部的壓力和用于仿真二級真空系統(tǒng)的模擬壓力和氣體密度參數(shù)，為實時工藝仿真算法系統(tǒng)提供環(huán)境參數(shù)支持。5.工業(yè)控制系統(tǒng)應包模擬可編程流速計，用于模擬氣體的流速測量，并可以通過編程方式支持參數(shù)的動態(tài)設置，支持速度控制0.01L/S~10L/S。6.工業(yè)控制系統(tǒng)可以模擬艙內(nèi)氣壓傳感系統(tǒng)，并通過操作屏幕顯示艙內(nèi)氣壓變化，并能模擬艙內(nèi)氣壓隨工藝階段、腔內(nèi)溫度和抽真空時間的變化。3PVD工藝模擬器教學實訓系統(tǒng)3.1系統(tǒng)定位作為該模擬器的教學系統(tǒng)，主要負責向?qū)W生展示PVD設備的操作和維護流程及工作原理，并依托硬件系統(tǒng)提供的基礎能力，實現(xiàn)設備操作，工藝仿真和故障實時注入等功能，并利用3D和視覺效果精確展示設備維護所需的細節(jié)與原理，讓學生如同操作真實的設備，并能夠看到真實設備無法展示的設備細節(jié)，提升教學效果。教師可以通過設備的教學管理后臺，選擇教學內(nèi)容和實訓項目，用于指導學生結(jié)合理論推導報錯原因，從實踐中掌握技能。3.2系統(tǒng)規(guī)格1.教學實訓系統(tǒng)需要包括機載系統(tǒng)和遠程系統(tǒng)兩個單元。機載系統(tǒng)可以支持直接操作，提供教學展示，可以支持實訓系統(tǒng)的配置操作，遠程系統(tǒng)需要提供和機載設備操作區(qū)一致的仿真環(huán)境，并能夠支持基于B/S架構(gòu)的Web應用程序，可以實現(xiàn)遠程訪問和課堂教學展示的支持。2.教學實訓系統(tǒng)需要包括仿真模擬軟件系統(tǒng)，用于實時仿真工藝流程，展示PVD設備的工作原理和過程。3.教學實訓系統(tǒng)需要包括仿視覺仿真控制系統(tǒng)，支持裸眼3D渲染技術虛實結(jié)合展示仿真結(jié)果。4.教學實訓系統(tǒng)需要支持真空管路控制系統(tǒng)的模擬與仿真，支持真空泵等硬件設備管理與操作，實現(xiàn)抽真空仿真，模擬惰性氣體的流動管路，包括氣壓和氣流速度的調(diào)整模擬。5.教學實訓系統(tǒng)需要包括工藝仿真模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以仿真工藝參數(shù)調(diào)整對PVD薄膜形成的過程影響。并能夠支持注入3D模擬軟件的故障模擬參數(shù)。6.教學實訓系統(tǒng)需要支持PVD工藝流程生產(chǎn)車間的仿真，主設備以及配套設備的仿真，需要包括教學知識點和相關的技術視頻。7.教學實訓系統(tǒng)需要支持PVD上下游相關工藝的仿真與介紹，幫助學生系統(tǒng)了解集成電路制造工藝的全流程知識，加深對PVD過程在全流程中作用的認知。8.教學實訓系統(tǒng)需要支持教學管理后臺支持教學內(nèi)容和實訓項目的選擇，學生管理，教學管理，能夠支持實訓定制，并對實訓結(jié)果進行自動評分，同時支持班級維度的分數(shù)的統(tǒng)計與記錄。3.3教學模塊1. 支持PVD產(chǎn)品設計工程師教學培養(yǎng)；2. 提供根據(jù)PVD工藝設計活頁式講義，PPT等授課資源內(nèi)容；3. 提供PVD工藝的交互學習動畫，能直觀的展現(xiàn)PVD工藝多層鍍膜原理的動畫資源；4. 提供多種行業(yè)里PVD工藝的學習視頻資源，包括真空蒸鍍，直流PVD，磁控濺射PVD,離子化PVD等；1) 鍍前處理工藝規(guī)范/視頻介紹2) 裝爐，靶材金屬安裝，調(diào)試規(guī)范/視頻介紹3) 抽真空工藝規(guī)范/視頻介紹4) 離子濺射工藝規(guī)范/視頻介紹5) 鍍料預融工藝規(guī)范/視頻介紹6) 蒸發(fā)沉積工藝規(guī)范/視頻介紹7) 冷卻出爐工藝規(guī)范/視頻介紹8) 后處理清洗規(guī)范/視頻介紹5. 提供根據(jù)知識技能點設計開發(fā)了多樣的考核方式，支持教學鞏固考核的資源；6. 提供實驗過程數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析處理工具，支持學生學習工藝優(yōu)化和參數(shù)設計的案例。3.4仿真工藝參數(shù)1. 工藝模式:可模擬至少4種PVD工藝模式，真空蒸鍍，直流PVD，磁控濺射PVD,離子化PVD。2. 仿真形式：提供裸眼3D技術，以虛實結(jié)合的方式直接展示工藝中各環(huán)節(jié)的細節(jié)展示，并能夠展示氣相沉積的原理與過程；3. 溫度模擬調(diào)節(jié)控制：室溫~500°C提供溫度對PVD真空蒸鍍蒸發(fā)源材料的蒸發(fā)速度、沉積膜的晶粒大小和取向、沉積速率等方面的影響模擬。4. 真空壓力調(diào)節(jié)控制：提供抽真空對氣相沉積沉積速率，薄膜均勻性，薄膜表面光滑程度影響的模擬。5. 進氣管壓力調(diào)節(jié)控制:提供進氣壓力對沉積速率，薄膜均勻性，薄膜表面光滑程度影