Информационная система поддержки принятия решений при проектировании процесса ультрафиолетовой литографии

Федеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего профессионального образования«Национальный исследовательский университет«Высшая школа экономики»На правах рукописиКорпачев Максим ЮрьевичСИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОЦЕССА УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙЛИТОГРАФИИСпециальность 05.13.12 – Системы автоматизациипроектирования (приборостроение)Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководительдоктор технических наук,профессор Ивашов Е. Н.Москва 2016СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..……5ГЛАВА 1.

ОБЗОРНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ В ОБЛАСТИСИСТЕМ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИПРОЦЕССА УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ЛИТОГРАФИИ……………………...……121.1. Обзор процесса ультрафиолетовой литографии ………………………………121.2. Основные понятия и представления о проектировании технологическогопроцесса ультрафиолетовой литографии……………………………………………331.3.Процедурнаямодельпроектированиятехнологическогопроцессаультрафиолетовой литографии………………………………………………………461.4. Моделирование в автоматизированных системах разработки литографическихтехнологических процессов…………………………………………………………..521.5.Особенностиавтоматизированногопроектированиятехнологическогопроцесса ультрафиолетовой литографии……………………………………………60Постановка задачи исследования…………………………………………………….63ГЛАВА 2.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПОХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ СОЗДАНИЯСИСТЕМ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИПРОЦЕССА УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ЛИТОГРАФИИ………………………...…642.1. Структура автоматизированного проектирования технологического процессаультрафиолетовой литографии………………………………………………………642.2.

Структура процесса проектирования в ультрафиолетовой литографическойтехнологии……………………………………………………………………………672.3. Выбор подходов к моделированию технологического процесса формированияизделий микро- и наноэлектроники методом ультрафиолетовой литографии…...762.4. Постановка задачи оптимизации технологического процесса формированияизделий микро- и наноэлектроники методом ультрафиолетовой литографии…...832.5.Характеристикилитографическогокачествафункционированияоборудованияизультрафиолетовогомногофункциональныхмодулей………………………………………………………….……………………882Выводы по главе 2…………………………………………………………………...94ГЛАВА 3.

ПОСТРОЕНИЕ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРИРАЗРАБОТКЕ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙПРИПРОЕКТИРОВАНИИПРОЦЕССАУЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙЛИТОГРАФИИ………………………………………………………………………953.1 Модель и алгоритмизация оптимального управления распределённымипроцессами в ультрафиолетовой литографической технологии…………………953.2. Моделирование процесса формирования изображения в ультрафиолетовойлитографической технологии……………………………………………………….1043.3. Методы снижения характеристического размера в ультрафиолетовойлитографической технологии……………………………………………………….1093.4.Обобщённыйкритерийкачестватехнологическогопроцессаультрафиолетовой литографии……………………..................................................115Выводы по главе 3……………………………………………………………….......121ГЛАВА 4.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХРЕШЕНИЙПРОЦЕССАФОРМИРОВАНИЯОБЪЕКТОВВУЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ЛИТОГРАФИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ......................1224.1Методыпринятиямногокритериальныхзадахоптимальныхвыборатехнологическихприрешенийпроектированиивпроцессаультрафиолетовой литографии…………………...………………………………...1254.2. Стратегия поиска технологических решений в ультрафиолетовой литографиина основе рационального и причинно-обусловленного выбора из множестваПарето...........................................................................................................................1304.3.

Модифицированный дискриминационный метод подбора материалов дляультрафиолетовой литографической технологии....................................................1364.4. Алгоритмическое обеспечение в поиске принципиально новых технических итехнологических решений для ультрафиолетовой литографии.............................1414.5.Вариантытехническихрешенийдлятехнологииультрафиолетовойлитографии...................................................................................................................146Выводы по главе 4.......................................................................................................1573ГЛАВА 5.

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ПОИСКА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙПРИПРОЕКТИРОВАНИИПРОЦЕССАУЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙЛИТОГРАФИИ………………………………………………………………………1595.1.Алгоритмическое обеспечение при выборе проектных решений из ряданедоминируемыхальтернативвультрафиолетовойлитографическойтехнологии……………………………………………………………….…………...1595.2.Выбор методик повышения разрешающей способности технологическогопроцесса ультрафиолетовой литографии на основе подхода Дельфи……………1635.3.Расчетно-логическая схема определения эффективности принимаемыхрешений в ультрафиолетовой литографической технологии ……………………1675.4.Информационный подход к построению схемы оценки эффективностипринимаемыхрешенийвультрафиолетовойлитографическойтехнологии …………………………………………………………………………...176Выводы по главе 5.......................................................................................................180ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................................181СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................183ПРИЛОЖЕНИЕ……………………………………………………………………...1934ВВЕДЕНИЕНачиная со второй половины XX века микроэлектронная промышленностьимеет беспрецедентно высокие темпы развития.

При этом рост основныхкачественных показателей микроэлектронных изделий за счет использованиялитографических технологий имеет экспоненциальный характер, что обеспечилов последнее десятилетие переход данной отрасли промышленности из индустриимикрообъектов в индустрию нанообъектов и нанотехнологий. Совершенствованиетехнологических процессов ультрафиолетовой литографии как одной из основныхдвижущих сил развития микроэлектронного производства требует дальнейшегорешения задач по сокращению сроков проектирования и созданию методологийповышения качества ее основных параметров.

Решение этих задач не может бытьдостигнутозасчетпростогоувеличениячисленностииквалификациипроектировщиков и связано с анализом круга проблем по комплекснойавтоматизации проектирования процессов ультрафиолетовой литографии.В настоящее время создано либо находится на стадии разработки большоеколичество литографических САПР, ориентированных на проектированиеотдельных стадий технологического процесса, что, однако, не решает в целомкомплексную задачу обеспечения высоких темпов роста микроэлектронногопроизводства.

Сложившаяся ситуация требует разработки интегрированныхСАПР (ИН САПР), объединяющих этапы проектирования с элементамитехнологической подготовки производства. Такой перспективной САПР должнаслужитьинформационнаясистемаподдержкипринятиярешенийприпроектировании процессов ультрафиолетовой литографии применительно кпроизводству современных поколений микро- и наноэлектронных изделий сповышенными потребительскими свойствами за счет разработки методовснижения характеристических размеров объектов ультрафиолетовой литографии,синтеза методологии многокритериального выбора установок ультрафиолетовойлитографииизмножестваальтернатив,совершенствованияпараметров5оптическихсистем,источниковосвещения,устройствсовмещенияифотошаблонов, создания новых видов литографического оборудования.Таким образом, разработка сквозной комплексной информационнойсистемыподдержкипринятиярешенийприпроектированиипроцессаультрафиолетовой литографии, совокупно охватывающей этапы проектированияс элементами технологической подготовки производства, является современнойактуальной научно-технической задачей.Целью диссертации является разработка элементов информационнойсистемы поддержки приятия решений при проектировании устройств итехнологическихпроцессовультрафиолетовойлитографии,позволяющейсущественно снизить временные затраты на проектирование, повысить качествопроектныхрешенийзасчетсквознойавтоматизациилитографическогопроизводства с синтезом комплексно-интегрированных систем и проблемноориентированныхмодулейиобеспечитьдостижениеоптимизированныххарактеристик по показателям экспонирования активного слоя, сниженияхарактеристическогоразмерасоздаваемыхобъектов,совершенствованиятехнических решений в области формирования изображений на фотошаблоне,эффективности многокритериального альтернативного выбора и оценки качестваи надежности функционирования ультрафиолетовых литографических установокиз многофункциональных модулей, определения параметров оптических систем,источников освещения, устройств совмещения и фотошаблонов.Для достижения поставленной цели необходимо осуществить следующиеисследования:1.Выполнить комплекс обзорно-аналитических исследований в областиразработки систем поддержки принятия решений при проектировании процессовультрафиолетовой литографии.2.Произвести разработку теоретического подхода к решению задачисоздания элементов автоматизированной системы поддержки принятия решенийпри проектировании процессов ультрафиолетовой литографии.63.Выполнить математическое моделирование процессов формированияизображения в ультрафиолетовой литографии.4.Разработатьконцептуальнуюмодельультрафиолетовойлитографической системы и выполнить ее формализацию.5.Произвестилитографическихморфологическийтехнологическиханализ-синтезрешенийсприпоследующимпоискесозданиемтехнических устройств формирования изображений на фотошаблоне.6.Выполнитьразработкуимитационныхмоделей,проблемно-ориентированных алгоритмов и комплексно-интегрированных программныхмодулей, подлежащих включению в автоматизированную систему поддержкипринятия решений при проектировании процессов ультрафиолетовой литографии.7.Произвести оценку достоверности и адекватности математическихмоделей оптимального управления процессами ультрафиолетовой литографии иэффективности использования разработанной системы поддержки принятиярешений посредством верификации изложенных в работе теоретическихположений и алгоритмов.Объектомтехнологическихисследованияявляютсярешенийобластивпроцессыиспользованиясинтезапроектно-ультрафиолетовойлитографии при разработке и изготовлении устройств микро- и наноэлектроники.Предметом исследования является комплексная автоматизация процессовпроектирования литографического технологического оборудования и синтезамоделей применения ультрафиолетовой литографической технологии на основеразработки специализированной системы поддержки принятия решений.Методологической основой диссертационного исследования являетсяконцептуальное применение системного подхода.

Методами исследования,используемыми в работе при решении поставленных задач, являются прикладныеположения теории систем, методы теории автоматизированного управления,теории множеств,теории вероятности и математической статистики, теориипринятия решений, теории нечетких множеств, теории дифференциальныхуравнений. В работе проводится обобщающий последовательный анализ7существующихрешенийвобластипроектированияиреализациитехнологических процессов ультрафиолетовой литографии.

В диссертационномисследовании также используются современные методики компьютерногомоделирования и программирования.Новизна результатов диссертационной работы определяется следующиминаучными положениями:1.Математическоймодельюформированияфотолитографическогоизображения, позволяющей в отличие от существующих моделей вычислятьраспределение интенсивности изображения произвольного фазосдвигающегошаблона при заданных условиях освещения с заданными характеристикамисистемы формирования изображения.2.Разработкоймодифицированногодискриминационногометодарешения задачи выбора материалов для ультрафиолетовой литографическойтехнологии, основанного на применении непараметрических методов обработкиинформации и алгоритмической восходящей классификации информации припроектировании процесса ультрафиолетовой литографии.3.Разработкойфункционированияметодаисследованияультрафиолетовыххарактеристиклитографическихкачестваустановок,позволяющего определить коэффициент готовности при заданной вероятностивыполненияпоставленнойзадачивпроцессеформированияобъектовультрафиолетовой литографической технологии с необходимыми свойствами.4.Разработкой алгоритма выбора вариантов технологических решений вобласти процессов формирования удовлетворяющих техническим заданиямобъектов с применением ультрафиолетовой литографии на основе рациональногои причинно-обусловленного выбора из множества Парето.5.Разработкойкомплексаэлементовавтоматизированнойиструктурированной системы поддержки принятия решений при проектированиипроцессовультрафиолетовойлитографии,основаннойнапредложенныхимитационных моделях, проблемно-ориентированных алгоритмах и комплексноинтегрированных программных модулях.8Диссертационная работа значима с практической точки зрения тем, что:1.областиРазработана информационная система поддержки принятия решений впроектированияпроцессовультрафиолетовойлитографии,обеспечивающая эффективный синтез усовершенствованных устройств микро инаноэлектроники в современных вычислительных комплексах.2.Предложен адаптированный для технологической реализации методскалярногоивекторногомоделированияраспределенияинтенсивностимонохроматического поля излучения на плоскости изображения фотошаблона.3.Разработаны методы снижения минимального характеристическогоразмера при автоматизированном проектировании объектов ультрафиолетовойлитографии, базирующиеся на предложенной в диссертации формализованнойконцептуальной модели ультрафиолетовой литографической системы.4.Предложеныпатентоспособныеиадаптированныедляпромышленного применения технические решения по созданию устройствформированияизображениянаподложкеиустройствнанообъектов, отвечающие требованиям, предъявляемымкформированияпрецизионномуоборудованию и оборудованию точного приборостроения.5.Разработано специализированное программное приложение длярасчета основных характеристик ультрафиолетовой литографической системы,позволяющееопределятьминимальныйразрешаемыйразмерэлементаформируемой топологии, глубину сфокусированного изображения фотошаблона,атакжевремяэкспонированиязаданногоколичествапластинипроизводительность литографической системы.Достоверность результатов диссертационного исследования обеспечиваетсястрогой математической обоснованностью и корректностью применяемыхподходов и методов, использованием признанных апробированных платформ дляразработкиспециализированныхпрограммныхприложений,атакженепосредственной согласованностью полученных в работе выводов и заключенийв ряде частных случаев с опубликованными результатами исследований другихавторов.9Теоретические и прикладные результаты диссертационного исследованияполучилипрактическоеприменениеприавтоматизациипроектированияэлектронно-вычислительных систем и комплексов управления в Научноисследовательском институте предельных технологий, а также в учебномпроцессе при обучении студентов в МИЭМ НИУ ВШЭ, департаментаэлектронной инженерии в процессекурсам«Технологияпреподавания лекционного материала попроизводстваэлектронныхсредств»и«Системыавтоматизированного управления оборудованием», а также в дипломномпроектировании студентов департамента.1.Математическаяизображения,модельпозволяющаяформированиявычислятьфотолитографическогораспределениеинтенсивностимонохроматического поля излучения произвольного фазосдвигающего шаблонапри заданных условиях освещения с заданными характеристиками системыформирования изображения.2.Модифицированный дискриминационный метод подбора материаловдля ультрафиолетовых литографических технологий, а также методика егопрактической реализации в качестве элемента информационной системыподдержки принятия решений при проектировании процессов ультрафиолетовойлитографии.3.Алгоритм поиска эффективных литографических технологическихрешений и предложенные на его основе технические решения по синтезуустройств формирования изображения на подложке и устройств формированиянанообъектов для ультрафиолетовой литографической технологии.4.Обобщенныйкритерийкачествававтоматизированномпроектировании технологического оборудования ультрафиолетовой литографии.Основныенаучныерезультатыдиссертационнойработыбылипредставлены в 32 докладах на Международных, Всероссийских и ведомственныхнаучно-технических и научно-практических конференциях, в том числе на:10– Международной научно-технической конференции «Фундаментальныепроблемы радиоэлектронного приборостроения – «INTERMATIC» (г.