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IC装备多领域建模工艺仿真设计平台电磁模块开发与应用

张若凡  张可  吴晓晶  王人成  程嘉  陆益嘉  
【摘要】:IC装备的设计过程涉及多个环节,包括最初的几何建模,热流、电磁、等离子体等物理场的特性分析,以及最终的实验设计与优化等。这些环节之间存在一定的逻辑关系和参数间的传递,而在实际设计过程中,这些环节往往是被割裂的,比如物理场的分析需要等几何建模环节结束再启动,这就导致一套完整的装备设计周期很长。针对含工艺腔室类IC装备系统与单元,本文提出了一个结合几何建模、有限元仿真分析、优化设计等过程的综合设计平台并着重介绍了求解器端电磁模块的开发与应用。此平台将这些被分割的环节制作成各自模块,并通过管理使其有机结合。参数可以随时在全平台范围内流动,各模块可根据平台调度迅速反应。根据功能分类,该平台分为用户端、平台端、求解器端三部分。用户只需在操作界面设置一定信息即可实现自动化全设计流程的覆盖。在求解器端的电磁模块部分,通过自编python程序对已有软件ANSYS-HFSS(原ANSOFT-HFSS)高频电磁场有限元仿真软件进行二次开发,对其内部求解器进行裁剪与调用。电磁模块的输入信息包括腔室三维模型和获取的其他参数设置。这两部分信息分别来自CAD建模模块和用户操作界面,发送至平台端后再被管理发送至求解器端。求解器端成功接收数据文件后自动生成可供HFSS软件直接读取运行的计算脚本,计算结束后再自动将目标结果返回至平台端,参与后续优化设计等环节。在针对某一特定腔室进行优化设计时,平台可以根据实验设计方法的安排进行多次电磁场仿真过程,也就是对以上流程的反复迭代,无需用户在此过程中进行手动操作即可自动完成。最后,本文以等离子体增强化学气相沉积(PECVD)SC300腔室为例,给出了用户交互界面所需数据,建立了HFSS计算模板脚本,编写与脚本对应的XML参数文件和python程序,在自动化完成完成电磁场有限元仿真计算的同时实现了与平台间的信息交流,例验证了本平台模块的有效性。本文建立的平台及相关模块可以普适于任意水平的装备设计工,在整体搭建中体现出平台开发人员对本领域的理解,通过交互的方式引导用户设置恰当的工艺条件和目标、全自动仿真,从而缩短设计周期,提高工业生产效率。

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