Автореферат (Информационная система поддержки принятия решений при проектировании процесса ультрафиолетовой литографии)

На правах рукописиКОРПАЧЕВ МАКСИМ ЮРЬЕВИЧИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯРЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОЦЕССАУЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ЛИТОГРАФИИСпециальность: 05.13.12 – Системы автоматизациипроектирования (приборостроение)АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИна соискание ученой степени кандидата технических наукМОСКВА – 2016Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательномучреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательскийуниверситет «Высшая школа экономики» и Федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего образования «Московский технологическийуниверситет» (МИРЭА).Научный руководитель:Ивашов Евгений Николаевич,доктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:Антамошкин Александр Николаевич,доктортехническихнаук,профессоркафедрысистемного анализа и исследования операций ФГБОУВПО «Сибирский государственный аэрокосмическийуниверситет имени академика М.Ф.

Решетнева»Павлов Александр Юрьевич,кандидат технических наук, заведующий лабораторией№ 106 ФГБУН «Институт сверхвысокочастотнойполупроводниковой электроники РАН»Ведущая организация:ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томскийполитехнический университет»Защита состоится «22» декабря 2016 г. в 14 часов на заседании диссертационногосовета Д 217.047.01 во ФГУП «Научно-исследовательский и экспериментальный Институтавтомобильной электроники и электрооборудования» по адресу: 105187, Москва,ул. Кирпичная д. 39.Автореферат разослан «__» ________ 2016 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 217.047.01доктор технических наук,старший научный сотрудникВарламовО.О.Актуальность работыНачиная со второй половины XX века микроэлектронная промышленность имеетбеспрецедентно высокие темпы развития.

При этом рост основных качественныхпоказателей микроэлектронных изделий за счет использования литографических технологийимеет экспоненциальный характер, что обеспечило в последнее десятилетие переход даннойотрасли промышленности из индустрии микрообъектов в индустрию нанообъектов инанотехнологий. Совершенствование технологических процессов ультрафиолетовойлитографии как одной из основных движущих сил развития микроэлектронногопроизводства требует дальнейшего решения задач по сокращению сроков проектирования исозданию методологий повышения качества ее основных параметров. Решение этих задач неможет быть достигнуто за счет простого увеличения численности и квалификациипроектировщиков и связано с анализом круга проблем по комплексной автоматизациипроектирования процессов ультрафиолетовой литографии.В настоящее время создано либо находится на стадии разработкибольшоеколичество литографических САПР, ориентированных на проектирование отдельных стадийтехнологического процесса, что, однако, не решает в целом комплексную задачуобеспечения высоких темпов роста микроэлектронного производства.

Сложившаясяситуация требует разработки интегрированных САПР (ИН САПР), объединяющих этапыпроектирования с элементами технологической подготовки производства. Такойперспективной САПР должна служить информационная система поддержки принятиярешений при проектировании процессов ультрафиолетовой литографии применительно кпроизводству современных поколений микро- и наноэлектронных изделий с повышеннымипотребительскими свойствами за счет разработки методов снижения характеристическихразмеровобъектовультрафиолетовойлитографии,синтезаметодологиимногокритериального выбора установок ультрафиолетовой литографии из множестваальтернатив, совершенствования параметров оптических систем, источников освещения,устройств совмещения и фотошаблонов, создания новых видов литографическогооборудования.Таким образом, разработка сквозной комплексной информационной системыподдержки принятия решений при проектировании процесса ультрафиолетовой литографии,совокупно охватывающей этапы проектирования с элементами технологической подготовкипроизводства, является современной актуальной научно-технической задачей.Цель работыЦелью диссертации является разработка элементов информационной системыподдержки приятия решений при проектировании устройств и технологических процессовультрафиолетовой литографии, позволяющей существенно снизить временные затраты напроектирование, повысить качество проектных решений за счет сквозной автоматизациилитографического производства с синтезом комплексно-интегрированных систем ипроблемно-ориентированных модулей и обеспечить достижение оптимизированныххарактеристикпопоказателямэкспонированияактивногослоя,сниженияхарактеристического размера создаваемых объектов, совершенствования техническихрешений в области формирования изображений на фотошаблоне,эффективностимногокритериального альтернативного выбора и оценки качества и надежностифункционированияультрафиолетовыхлитографическихустановокизмногофункциональных модулей, определения параметров оптических систем, источниковосвещения, устройств совмещения и фотошаблонов.Задачи исследованияДля достижения поставленной цели необходимо осуществить следующиеисследования:1.Выполнить комплекс обзорно-аналитических исследований в областиразработки систем поддержки принятия решений при проектировании процессовультрафиолетовой литографии.32.Произвести разработку теоретического подхода к решению задачи созданияэлементов автоматизированной системы поддержки принятия решений при проектированиипроцессов ультрафиолетовой литографии.3.Выполнить математическое моделирование процессов формированияизображения в ультрафиолетовой литографии.4.Разработать концептуальную модель ультрафиолетовой литографическойсистемы и выполнить ее формализацию.5.Произвести морфологический анализ-синтез при поиске литографическихтехнологических решений с последующим созданием технических устройств формированияизображений на фотошаблоне.6.Выполнить разработку имитационных моделей, проблемно-ориентированныхалгоритмов и комплексно-интегрированных программных модулей, подлежащих включениюв автоматизированную систему поддержки принятия решений при проектированиипроцессов ультрафиолетовой литографии.7.Произвести оценку достоверности и адекватности математических моделейоптимального управления процессами ультрафиолетовой литографии и эффективностииспользования разработанной системы поддержки принятия решений посредствомверификации изложенных в работе теоретических положений и алгоритмов.Объектом исследования являются процессы синтеза проектно-технологическихрешений в области использования ультрафиолетовой литографии при разработке иизготовлении устройств микро- и наноэлектроники.Предметом исследования является комплексная автоматизация процессовпроектирования литографического технологического оборудования и синтеза моделейприменения ультрафиолетовой литографической технологии на основе разработкиспециализированной системы поддержки принятия решений.Методы исследованийМетодологической основой диссертационного исследования является концептуальноеприменение системного подхода.

Методами исследования, используемыми в работе прирешении поставленных задач, являются прикладные положения теории систем, методытеории автоматизированного управления, теории множеств,теории вероятности иматематической статистики, теории принятия решений, теории нечетких множеств, теориидифференциальных уравнений. В работе проводится обобщающий последовательный анализсуществующих решений в области проектирования и реализации технологических процессовультрафиолетовой литографии. В диссертационном исследовании также используютсясовременные методики компьютерного моделирования и программирования.Научная новизнаНовизна результатов диссертационной работы определяется следующими научнымиположениями:1.Математической моделью формирования фотолитографического изображения,позволяющей в отличие от существующих моделей вычислять распределение интенсивностиизображения произвольного фазосдвигающего шаблона при заданных условиях освещения сзаданными характеристиками системы формирования изображения.2.Разработкой модифицированного дискриминационного метода решения задачивыбора материалов для ультрафиолетовой литографической технологии, основанного наприменении непараметрических методов обработки информации и алгоритмическойвосходящей классификации информации при проектировании процесса ультрафиолетовойлитографии.3.Разработкой метода исследования характеристик качества функционированияультрафиолетовых литографических установок, позволяющего определить коэффициентготовности при заданной вероятности выполнения поставленной задачи в процессе4формирования объектов ультрафиолетовой литографической технологии с необходимымисвойствами.4.Разработкой алгоритма выбора вариантов технологических решений в областипроцессов формирования удовлетворяющих техническим заданиям объектов с применениемультрафиолетовой литографии на основе рационального и причинно-обусловленного выбораиз множества Парето.5.Разработкой комплекса элементов автоматизированной и структурированнойсистемы поддержки принятия решений при проектировании процессов ультрафиолетовойлитографии, основанной на предложенных имитационных моделях, проблемноориентированных алгоритмах и комплексно-интегрированных программных модулях.Практическая значимость1.Разработана информационная система поддержки принятия решений в областипроектирования процессов ультрафиолетовой литографии, обеспечивающая эффективныйсинтез усовершенствованных устройств микро и наноэлектроники в современныхвычислительных комплексах.2.Предложен адаптированный для технологической реализации методскалярного и векторного моделирования распределения интенсивности монохроматическогополя излучения на плоскости изображения фотошаблона.3.Разработаны методы снижения минимального характеристического размерапри автоматизированном проектировании объектов ультрафиолетовой литографии,базирующиеся на предложенной в диссертации формализованной концептуальной моделиультрафиолетовой литографической системы.4.Предложены патентоспособные и адаптированные для промышленногоприменения технические решения по созданию устройств формирования изображения наподложке и устройств формирования нанообъектов, отвечающие требованиям,предъявляемым к прецизионному оборудованию и оборудованию точного приборостроения.5.Разработано специализированное программное приложение для расчетаосновных характеристик ультрафиолетовой литографической системы, позволяющееопределять минимальный разрешаемый размер элемента формируемой топологии, глубинусфокусированного изображения фотошаблона, а также время экспонирования заданногоколичества пластин и производительность литографической системы.Достоверность результатовДостоверность результатов диссертационного исследования обеспечивается строгойматематической обоснованностью и корректностью применяемых подходов и методов,использованиемпризнанныхапробированныхплатформдляразработкиспециализированныхпрограммныхприложений,атакженепосредственнойсогласованностью полученных в работе выводов и заключений в ряде частных случаев сопубликованными результатами исследований других авторов.Реализация и внедрение результатов работыТеоретические и прикладные результаты диссертационного исследования получилипрактическое применение при автоматизации проектирования электронно-вычислительныхсистем и комплексов управления в Научно-исследовательском институте предельныхтехнологий, а также в учебном процессе при обучении студентов в МИЭМ НИУ ВШЭ,департамента электронной инженерии в процессе преподавания лекционного материала покурсам «Технология производства электронных средств» и «Системы автоматизированногоуправления оборудованием», а также в дипломном проектировании студентов департамента.Основные положения, выносимые на защиту:1.Математическая модель формирования фотолитографического изображения,позволяющая вычислять распределение интенсивности монохроматического поля излученияпроизвольного фазосдвигающего шаблона при заданных условиях освещения с заданнымихарактеристиками системы формирования изображения.52.Модифицированный дискриминационный метод подбора материалов дляультрафиолетовых литографических технологий, а также методика его практическойреализации в качестве элемента информационной системы поддержки принятия решенийпри проектировании процессов ультрафиолетовой литографии.3.Алгоритм поиска эффективных литографических технологических решений ипредложенные на его основе технические решения по синтезу устройств формированияизображения на подложке и устройств формирования нанообъектов для ультрафиолетовойлитографической технологии.4.Обобщенный критерий качества в автоматизированном проектированиитехнологического оборудования ультрафиолетовой литографии.Апробация работыОсновные научные результаты диссертационной работы были представлены в 32докладах на Международных, Всероссийских и ведомственных научно-технических инаучно-практических конференциях, в том числе на:– Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемырадиоэлектронного приборостроения – «INTERMATIC» (г.