Диссертация (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……………………………………………68Постановка задачи исследования…………………………………………………….71ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПОХОД К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧИ СОЗДАНИЯСИСТЕМ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИПРОЦЕССА УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ЛИТОГРАФИИ………………………...…722.1. Структура автоматизированного проектирования технологического процессаультрафиолетовой литографии………………………………………………………722.2. Структура процесса проектирования в ультрафиолетовой литографическойтехнологии……………………………………………………………………………752.3.

Постановка задачи оптимизации технологического процесса формированияизделий микро- и наноэлектроники методом ультрафиолетовой литографии…...842.4. Моделирование процесса формирования изображения ультрафиолетовойлитографической технологии………………………………………………………...882.5. Методы снижения характеристического размера вультрафиолетовойлитографической технологии………………………………………………………...9322.6.Применениеметодовмногомернойоптимизацииприразработкетехнологического процесса ультрафиолетовой литографии………………………99Выводы по главе 2…………………………………………………………………...108ГЛАВА3.МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫЙВЫБОРТЕХНОЛОГИЧЕСКИХРЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОЦЕССА УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙЛИТОГРАФИИ………………………………………………………………………1093.1.Модель многокритериального выбора наилучших технологических решенийдля ультрафиолетовой литографии…………………………………………………1093.2.Модель и алгоритмизация оптимального управления распределённымипроцессами в ультрафиолетовой литографической технологии…………………1133.3.Модель дискриминационной методики в задачах выбора материалов дляультрафиолетовой литографической технологии…………………………………1223.4.Алгоритмическоеобеспечениепривыборелитографическихтехнологических материалов из ряда недоминируемых альтернатив…………...1283.5.Выбор методик повышения разрешающей способности технологическогопроцесса ультрафиолетовой литографии на основе подхода Дельфи……………132Выводы по главе 3……………………………………………………………….......137ГЛАВА 4.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПОИСКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙПРОЦЕССАФОРМИРОВАНИЯОБЪЕКТОВВУЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙЛИТОГРАФИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХПРОЦЕДУР АНАЛИЗА-СИНТЕЗА..........................................................................1384.1.Алгоритмоценкидискретныхпараметровтехническихсистемвультрафиолетовой литографической технологии...................................................1384.2. Стратегия поиска технологических решений в ультрафиолетовой литографиина основе формализованных и неформализованных методов................................1444.3.

Алгоритмическое обеспечение в поиске принципиально новых технических итехнологических решений для ультрафиолетовой литографии.............................1484.4.Вариантытехническихрешенийдлятехнологииультрафиолетовойлитографии............................................................................................................153Выводы по главе 4...................................................................................................1653ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................................................................................166СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................1684ВВЕДЕНИЕНачинаясовторойполовины20векамикроэлектроникаимеетбеспрецедентно высокие темпы развития.

При этом темпы роста основныхпоказателей микроэлектронных изделий, благодаря литографической технологиипроизводства, имеют экспоненциальный характер, что обеспечило, в последнеедесятилетие,переходданнойотраслипромышленностиизиндустриимикрообъектов в индустрию нанообъектов и нанотехнологий.Совершенствованиетехнологическогопроцессаультрафиолетовойлитографии является основной движущей силой, определяющей темпы развитиямикроэлектронного производства, поэтому чрезвычайную важность приобретаетсокращение сроков его проектирования и повышение качества, как основных егопараметров,такивсеготехнологическогопроцессаультрафиолетовойлитографии, в целом.Решение этой задачи невозможно за счёт простого увеличения численностипроектировщиков.

Выходом из создавшегося положения является автоматизацияпроектирования процесса ультрафиолетовой литографии.Внастоящеевремясозданоисоздаётсябольшоеколичестволитографических САПР, ориентированных на проектирование отдельных стадий,технологического процесса, но этого в целом недостаточно для поддержаниявысоких темпов роста микроэлектронного производства.Сложившаяся ситуация требует разработки интегрированных САПР (ИНСАПР), объединяющих этапы проектирования с элементами технологическойподготовки производства.

Такой перспективной САПР является информационнаясистемаподдержкипринятиярешенийприпроектированиипроцессаультрафиолетовой литографии.Таким образом, разработка информационной системы поддержки принятиярешений при проектировании процесса ультрафиолетовой литографии являетсязадачей актуальной и своевременной.5Целью диссертации является разработка элементов информационнойсистемыподдержкиультрафиолетовойприятиярешенийприпроектированиилитографии,которыепозволятпроцессасущественноснизитьвременные затраты на проектирование, повысить качество проектных работ засчётсквознойавтоматизациилитографическогопроизводства,созданиякомплексно-интегрированных систем и проблемно-ориентированных модулей.Такая СППР позволит провести оптимизацию процесса экспонированияактивного слоя за счёт построения концептуальной модели литографическойсистемы и её формализации, разработки методов снижения характеристическогоразмераобъектовлитографическихультрафиолетовойтехнологическихлитографии,решенийсатакжепоследующимпоискасозданиемтехнических решений устройств формирования изображений на фотошаблоне.Разработанные элементы автоматизированной системы позволят производитьмногокритериальныйвыборустановокультрафиолетовойлитографииизмножества альтернатив, исследовать характеристики качества функционированияультрафиолетовыхультрафиолетовойлитографическихлитографическойустановок,оцениватьустановкинадёжностьсостоящейизмногофункциональных модулей, рассчитывать параметры оптических систем,источников освещения, устройств совмещения и фотошаблонов, а такжесоздавать новые виды литографического оборудования, удовлетворяющихтребованиям, предъявляемым к прецизионному оборудованию и оборудованиюточного приборостроения.В целом всё это должно вывести процесс ультрафиолетовой литографии накачественно новый уровень, что в итоге позволит повысить потребительскиесвойства производимых микро- и наноэлектронных изделийи снизитьтрудозатраты на их производство, что сделает данную отрасль промышленностиболее экономически эффективной и привлекательной для инвесторов.Для осуществления поставленной цели необходимо произвести следующиеисследования:61.Выполнить комплекс обзорно-аналитических исследований в областиразработки систем поддержки принятия решений при проектировании процессаультрафиолетовой литографии.2.Произвести разработку теоретического подхода к решению задачисоздания элементов автоматизированной системы поддержки принятия решенийпри проектировании процесса ультрафиолетовой литографии.3.Выполнить математическое моделирование процесса формированияизображения в ультрафиолетовой литографии.4.Разработатьконцептуальнуюмодельультрафиолетовойлитографической системы и выполнить её формализацию.5.Произвестилитографическихморфологическийтехнологическихрешенийанализ-синтезсприпоследующимпоискесозданиемтехнических устройств формирования изображений на фотошаблоне.6.Выполнитьразработкуимитационныхмоделей,проблемно-ориентированных алгоритмов и комплексно-интегрированных программныхмодулей, которые войдут в основу автоматизированной системы поддержкипринятия решений при проектировании процесса ультрафиолетовой литографии.Объектом исследования являются процессы формирования устройствмикро- и наноэлектроники в ультрафиолетовой литографической технологии, атакже литографическое технологическое оборудование.Предметом исследования является комплексная автоматизация процессовпроектирования литографического технологического оборудования и разработкипроцессов в ультрафиолетовой литографической технологии на основе элементов,создаваемой системы поддержки принятия решений.Методами исследования, используемыми в данной работе в решениипоставленных задач, являются прикладные положения теории систем, методыавтоматизированного управления, теории множеств и теории вероятности иматематической статистики, теории принятия рациональных решений, теориинечётких множеств, теории дифференциальных уравнений и последовательный7анализ уже существующих решений процесса ультрафиолетовой литографии.Диссертационное исследование также базируется на современных методикахкомпьютерного моделирования и программирования, что позволяет считатьстрогий системный подход основой проделанной работы.Научная новизна обусловлена:1.Математическоймодельюформированияфотолитографическогоизображения, позволяющей в отличие от существующих моделей вычислятьраспределение интенсивности изображения произвольного фазосдвигающегошаблона.2.Разработкоймодифицированногодискриминационногометодарешения задачи выбора материалов для ультрафиолетовой литографическойтехнологии.3.Разработаннымпроцессовформированиятехнологии,алгоритмомвыбораобъектовультрафиолетовойудовлетворяющихвтехническомутехнологическихрешенийлитографическойзаданиюнаосноверационального и причинно-обусловленного выбора из множества Парето.4.Разработка элементов автоматизированной и структурированнойсистемы поддержки принятиярешений при проектировании процессаультрафиолетовой литографии основанной на предложенных имитационныхмоделях,проблемно-ориентированныхалгоритмахикомплексно-интегрированных программных модулях.Практическая значимость.1.Разработана информационная система поддержки принятия решенийпри проектировании процесса ультрафиолетовой литографии, что имеетсущественную значимость для повышения качества процесса проектированияустройств микро и наноэлектроники в современных вычислительных комплексах.2.Предложен метод моделирования распределения интенсивностимонохроматического поля излучения на плоскости изображения фотошаблона8базирующийся на классических формулировках электродинамики, выполненныйв скалярном и векторном виде.3.Выполнено построение концептуальной модели ультрафиолетовойлитографической системы и её последующая формализация на основе, которойразработаны методы снижения минимального характеристического размера приавтоматизированном проектировании объектов ультрафиолетовой литографии.4.Предложеныизображениянатехническиеподложкеиудовлетворяющих требованиям,решенияустройствустройствформированияформированиянанообъектов,предъявляемымкпрецизионномуоборудованию и оборудованию точного приборостроения и выполненных всоответствиискритериямивысокогоизобретательскогоуровня,патентоспособности и промышленной применимости.Достоверность произведённых исследований в прикладной и теоретическойобластиподтверждаетсязасчётстрогогоматематическогообоснованиярассмотренных подходов и методов, а также непосредственной согласованностьюизвестных в литературе прикладных и теоретических данных, с даннымиполученными автором.Теоретические и прикладные результаты диссертационного исследованияприменяются в практической работе при системном конструировании приавтоматизации проектирования электронно-вычислительных систем и комплексовуправления в Научно исследовательском институте перспективных материалов итехнологий и Научно исследовательском институте микроэлектроники иинформационно-измерительной техники, а также в процессе обучения студентовв МИЭМ НИУ ВШЭ, департамента электронной инженерии при чтениилекционного материала по курсам «Технология производства электронныхсредств» и «Системы автоматизированного управления оборудованием», а такжепри дипломном проектировании студентов департамента.Основные положения, выносимые на защиту:1.Математическойизображения,позволяющаямодельформированиявычислятьфотолитографическогораспределениеинтенсивности9монохроматического поля излучения произвольного фазосдвигающего шаблонапри заданных условиях освещения с заданными характеристиками системыформирования изображения.2.Модифицированный дискриминационный метод подбора материаловдля ультрафиолетовой литографической технологии, а также методика егопрактической реализации как элемента информационной системы поддержкипринятия решений при проектировании процесса ультрафиолетовой литографии.3.Алгоритм поиска литографических технологических решений иразработанные на его основе технические решения устройств формированияизображения на подложке и устройств формирования нанообъектов дляультрафиолетовой литографической технологии.4.Достоверность и адекватность математических моделей системыоптимального управления процессом ультрафиолетовой литографии.Основные научны достижения и практическая значимость диссертационнойработы были изложены и подвергнуты обсуждению на следующих научнотехнических и научно-практических конференциях:– Международной научно-технической конференции «Фундаментальныепроблемырадиоэлектронногоприборостроения»(INTERMATIC)МИРЭА,Москва в 2009, 2010, 2012 годах;–XVМеждународнойнаучно-техническойконференции«Опто-,наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы» УлГУ, Ульяновск в 2012году;– IX, X Международной научно-практической конференции «Инновации наоснове информационных и коммуникационных технологий» , МИЭМ НИУ ВШЭ,Сочи, в 2012, 2013 годах;– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодыхспециалистов МИЭМ НИУ ВШЭ, Москва 2012, 2013 год;– II Международной научно-практической конференции «Инновационныеинформационные технологии», Прага, Чехия, 2013 год.10– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодыхспециалистов НИУ ВШЭ, Москва 2014 год;– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодыхспециалистов НИУ ВШЭ им.