Автореферат (Моделирование процесса формирования объектов в иммерсионной ультрафиолетовой литографии)

На правах рукописиКостомаров Павел СергеевичМОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВВ ИММЕРСИОННОЙ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ЛИТОГРАФИИСпециальность 05.13.12 – Системы автоматизациипроектирования (приборостроение)Автореферат диссертации на соисканиеученой степени кандидата технических наукМОСКВА – 2015Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательскийуниверситет «Высшая школа экономики»Научный руководитель:Ивашов Евгений Николаевич,доктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:Антамошкин Александр Николаевич,доктор технических наук, профессор, ФГБОУВПО«СибирскийгосударственныйаэрокосмическийуниверситетимениакадемикаМ.

Ф. Решетнева»,кафедрасистемногоанализаиисследованияопераций, профессорПавлов Александр Юрьевич,кандидат технических наук, ФГБУН Институтсверхвысокочастотнойполупроводниковойэлектроники Российской Академии наук,лаборатория № 106, заведующийВедущая организация:ФГБОУ ВПО «Московский государственныйуниверситет информационных технологий,радиотехники и электроники»Защита состоится «__» ____________ 20__ г. в ___ часов на заседаниидиссертационного совета Д 217.047.01 во ФГУП «Научно-исследовательскийиэкспериментальныйИнститутавтомобильнойэлектроникииэлектрооборудования» по адресу: 105187, Москва, ул. Кирпичная д. 39.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП«Научно-исследовательский и экспериментальный Институт автомобильнойэлектроники и электрооборудования», по адресу: 105187, Москва,ул.

Кирпичная д. 39 и на сайте www.niiae.ru.Автореферат разослан «__» ___________ 20__ г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 217.047.01доктор технических наук,старший научный сотрудникОлег ОлеговичВарламовОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы.Моделирование является мощным инструментом исследования ипроектирования сложных систем.

Оно позволяет произвести расчетвозможных результатов исследований без прямой реализации эксперимента.Если цена реализации чрезмерно высока, как в случае с литографическимипроцессами и литографическим оборудованием, то данный метод призвансэкономить средства, что особо актуально для малых лабораторий и среднихфирм, занимающихся разработками литографических процессов длясоздания интегральных схем (ИС).Перспективность исследований в области моделирования устройствоборудования для формирования микро- и нанобъектов в иммерсионнойультрафиолетовой литографии (ИУФЛ) объясняется тем, что данный методактуален для полупроводникового производства с проектными нормами от65 нм и меньше.

По прогнозам International Technology Roadmap forSemiconductors (ITRS), метод ИУФЛ будет актуален в ближайшеедесятилетие.Таким образом, моделирование устройств оборудования дляформирования объектов в иммерсионной ультрафиолетовой литографии –задача актуальная и своевременная.Цель работы.Целью диссертационной работы является разработка алгоритмоввыбора устройств оборудования для формирования объектов виммерсионной ультрафиолетовой литографии. Специально разработанныеалгоритмы и модели устройств ИУФЛ позволяют сократить время проектныхработ, повысить качество литографического процесса путем выборарационально подобранных технологических параметров и использованияметодов улучшения разрешающей способности, таких как коррекцияоптического эффекта близости, применение фазосдвигающих шаблонов,внеосевого освещения, двойного впечатывания и иммерсионных жидкостей споказателем преломления.В целом, специальная разработка алгоритмов выбора устройствоборудованияиммерсионнойлитографиипозволяетпроизвестиоптимизацию процесса формирования объектов, производимых даннымметодом, в промышленных масштабах с тем, чтобы получаемая продукцияотвечала требованиям, предъявляемым к размерам конечного элементатопологии.Задачи исследования.Для достижения цели диссертационноговыполнить следующий комплекс действий:исследованияследует31.

Выполнить обзорно-аналитические исследования отечественной изарубежной литературы в области автоматизированного проектированияоборудования для процесса формирования объектов в ИУФЛ.2. Разработатьтеоретическоеобоснованиерешениязадачимоделирования устройств оборудования для формирования объектов вИУФЛ.3. Применить схему непараметрических решающих правил в условияхмалых выборок для моделирования устройств оборудования дляформирования объектов в ИУФЛ.4.

Создать физико-математическую модель оптимального управленияпроцессом формирования объектов в ИУФЛ.5. Разработать алгоритмы синтеза технических решений для процессаформирования объектов методом ИУФЛ и на их основе разработатьтехнические предложения устройств создания объектов, в том числе сиспользованием систем обращения волнового фронта.6.

Разработать модельно-алгоритмический комплекс и специальныепрограммы для формирования основ системы поддержки принятия решений(СППР) для оказания помощи разработчикам оборудования литографическихпроцессов в неструктурируемых или слабоструктурируемых ситуацияхвыбора.7. Выполнить оценку эффективности применения созданной СППР настадиях предварительной разработки устройств оборудования дляформирования объектов в ИУФЛ.Объектом исследования являются устройства иммерсионнойультрафиолетовой литографии (УИУФЛ) нового поколения и процессыформирования объектов с их использованием.Предметомисследованияявляетсяразработкаустройствоборудования для формирования объектов в ИУФЛ с использованиемсовременных методик сбора и обработки исходной информации в областиультрафиолетовой литографии и создание на их основе СППР, котораясоставит основу автоматизации проектирования в данной области знаний.Методы исследования.Для решения представленных в работе задач используютсянепараметрические системы обработки информации, а также положениятеории принятия решений, теории систем, теории алгоритмов, теорииавтоматического управления, теории вероятностей и математическойстатистики с последовательным анализом уже известных устройствоборудования для формирования объектов.

Выполнение теоретикоэкспериментальных исследований и практических расчетов базируется наиспользовании методов компьютерного моделирования и объектноориентированного программирования для ЭВМ, а также методов4вычислительнойматематики.Основойдляобъединениявышеперечисленных методов служит системный подход.всехНаучная новизна обусловлена:1. Применением непараметрических решающих правил в условияхмалых выборок для моделирования устройств оборудования формированияобъектов в ИУФЛ, которые позволяют, в отличие от известных принциповоценки данных, заменять операции над множествами случайных величиноперациями с вероятностными законами распределения их элементов, чтоособо актуально в тех случаях, когда не представляется возможнымвыполнить большое число практических экспериментов.2.

Моделью оптимального управления процессом формированияобъектов в ИУФЛ, позволяющей, в отличие от существующих моделей,управлять технологическим процессом (ТП) в соответствии с необходимымипроектными нормами (длина волны 193 нм, минимальный размерэлемента 32 нм).3. Предложением синтеза алгоритмов поиска технических решенийдля процесса формирования объектов методом ИУФЛ, обеспечивающих, вотличие от известных алгоритмов, возможность модернизации ближайшегопрототипа для эффективного выполнения литографических операций ссоблюдением технологических и проектных норм.4. Выполненнойоценкойтехническойиэкономическойэффективности применения предложенной СППР при моделировании иразработке устройств оборудования ИУФЛ, которая учитывает технические,технологические, структурные, экономические и экологические локальныекритерии качества.Практическая значимость.1.

Предложен метод применения непараметрических решающихправил в условиях малых выборок для моделирования устройствоборудования формирования объектов в ИУФЛ, позволяющий наиболееэффективно обрабатывать результаты экспериментов.2. Разработана система поддержки принятия рациональных решенийна этапе предварительной разработки моделирования устройствоборудования для формирования объектов в ИУФЛ, что имеет существенноезначение при изготовлении интегральных схем и других полупроводниковыхизделий.3.

Выполнен синтез технических решений процесса формированияобъектов методом ИУФЛ, соответствующий проектным нормам,предъявляемым к точности выполнения элементов топологии, а такжесоответствующий требованиям патентоспособной новизны, текущемуизобретательскому уровню и технологической доступности дляотечественной промышленности.4. Разработан программный продукт по расчету параметровиммерсионной системы ультрафиолетовой литографической установки.5Достоверность результатов.Достоверностьвыполненныхтеоретико-экспериментальныхисследований обосновывается строгими математическими положениямиперечисленных теорий, известных и разработанных методов и подходов, атакже соответствием теоретическим и практическим результатам, которыеприводятся в литературе по САПР ультрафиолетовой литографии.Реализация и внедрение результатов работы.Теоретические и практические результаты работы использованы внаучно-исследовательском процессе Научно-исследовательского институтапредельных технологий при проектировании оборудования и процессовформирования объектов методом ИУФЛ, а также в учебном процессе МИЭМНИУ ВШЭ департамента электронной инженерии при чтении лекций покурсам: «Технология производства электронных средств», «Технологияпроизводства технических систем», «Физические основы микро- инаноэлектроники», «Физические основы электронной техники», «Методыматематического моделирования», «Элементная база персональныхкомпьютеров и компьютерное моделирование устройств микроэлектроники»,«Моделирование полупроводниковых приборов и элементов микро- инаноэлектроники»и«Системыавтоматизированногоуправленияоборудованием», что подтверждается соответствующими актами внедрения.Основные положения, выносимые на защиту.1.

Применение непараметрических решающих правил в условияхмалых выборок для моделирования устройств оборудования формированияобъектов в ИУФЛ особо актуально в тех случаях, когда не представляетсявозможным поставить большое число практических экспериментов.2. Модель оптимального управления процессом формированияобъектов в ИУФЛ, позволяющая, в отличие от существующих моделей,управлять процессами в соответствии с необходимыми проектными нормамипри заявленных используемых материалах.3.

Синтез алгоритмов поиска технических решений процессаформирования объектов в ИУФЛ для обеспечения наивысшейэффективности выполнения технологических и проектных норм.4. Технологическая и экономическая эффективности применениясозданной СППР при проектировании процесса формирования объектов вИУФЛ на этапе предварительной разработки, которая рассматриваеттехнические, технологические, структурные, экономические и экологическиелокальные критерии качества.Апробация работы.Основные положения о научной новизне и практической значимости,приведенные в диссертационной работе, были доложены и обсуждены на6Международных, Всероссийских научно-технических и научно-практическихконференциях:– Международной научно-технической конференции INTERMATIC«Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения»,МИРЭА, Москва, в 2009, 2010, 2012, 2013 годах;– XV Международной научно-технической конференции «Опто-,наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы», УлГУ, Ульяновск,в 2012 году;– IX, X и XI Международной научно-практической конференции«Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий»,МИЭМ НИУ ВШЭ, Сочи, в 2012, 2013 и 2014 годах;– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодыхспециалистов, посвященная 50-летию МИЭМ, Москва, 2012 год;– II Международнойнаучно-практическойконференции«Инновационные информационные технологии», Прага, Чехия, 2013 год;– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодыхспециалистов МИЭМ НИУ ВШЭ, Москва, 2013 год;– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодыхспециалистов НИУ ВШЭ, Москва, 2014 год;– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодыхспециалистов НИУ ВШЭ им.