模拟生物发育机制的快速设计方法及其在工艺腔室设计中的应用

（1）研究目标：从生物发育视角探索设计的内在机理，借鉴生物发育规律，研究模拟生物发育机制实现快速设计的方法，并将其应用于IC装备核心部件工艺腔室的快速设计。（2）研究意义：预期成果将完善、补充现有的设计模型；为薄膜沉积工艺腔室快速设计提供设计支持。（3）研究内容：模拟生物发育过程的三种主要发育机制：基因转录、诱导、以及定型，建立产品发育机制模型和算法。将发散的设计过程表述为模拟生物发育过程的规范形式；利用多种设计理论、数学方法、和分析工具建立发育机制算法模型；应用基于情景的设计理论表达设计过程中的交互特性。并将方法应用于薄膜沉积工艺腔室设计，实现腔室以及附件同步设计和快速设计。（4）成果形式：产品快速设计方法和算法框架，以及薄膜沉积工艺腔室的快速设计基本模块。（5）考核指标：三种发育机制模型方法和算法框架，实现PVD，PECVD薄膜沉积工艺腔室快速设计。

本项目在国际上首次提出了模拟生物基因转录和翻译过程的设计理念和方法，建立了新的设计范式。主要内容包括：1）提出了模拟生物发育过程的设计方法框架和算法框架。生物学的中心法则是通过基因转录和翻译将DNA转化为蛋白质，这是信息转化为结构的核心。这个过程与设计中将行为转化为结构的过程具有本质相似性。生物学中基因表达包括两个部分：基因转录和基因翻译。前者是信息转换过程，后者是结构生成过程。在工程设计过程中，二者交叉进行。基因转录算法与目前广泛用用的基因算法的区别在于：后者的实质是形状和参数优化，前者的实质是将行为转化为结构，体现了设计的本质特征。基因转录算法与基于数学建模求解参数的设计方法的区别在于：后者针对具体结构建立方程，前者对不同运动机构和结构具有一般数学表达方法。2）提出了设计机器人的概念。D-Robot中的D是一种多语义表达。基本含义是设计Design, 包括系列设计活动，基于推理和偏好，执行一系列动作，这些动作具备重复操作性。其功用是执行基因传递和翻译。3）搭建了基于情景的交互式设计软硬件平台。基于RFID无线射频识别技术建立虚拟-实物混合设计交互软硬件框架实现快速设计；4）提出了工艺腔室设计和仿真系统原型建模方法及实现。提出综合用户行为、系统行为、和计算机行为的系统原型建模方法。方法采用行为追踪策略构件行为空间；5）工艺腔室核心部件静电卡盘技术效应分析和设计建模方法，研究了影响静电卡盘静电吸附力的主要因素是电压U，其次是电极半径r，再次是氦气层厚度g，最后是介电层厚度h。首先应根据工艺要求的静电吸附力指标来确定电压U的范围，其次在防止外围工艺气体对电极造成污染的前提下合理确定电极半径r的大小，再次根据静电卡盘对晶片的温度控制要求来确定氦气层厚度g，最后根据确定的电压U来设计介电层厚度h，介电层厚度应在防止发生电击穿的前提下越小越好。本项目研究成果的科学意义在于解释了从功能到结构演变过程的内在规律性，并可为生物学研究提供可参考的描述模型。设计机器人的应用前景是企业和用户开发订制的D-Robot承担重复性设计计算和绘图。基于实物的设计建模可以容纳各种相关人员的设计思考和需求。其应用前景是提供可触摸式远程设计方式，此外，设计出的产品通过RFID标签携带设计过程信息。影响静电卡盘静电吸附力的主要因素可作为今后腔室设计的依据。