Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Модельный анализ и разработка комплекса программ для системы дифрактометрических измерений геометрических размеров элементов топологии ИМС

Диссертация: Модельный анализ и разработка комплекса программ для системы дифрактометрических измерений геометрических размеров элементов топологии ИМС
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Показаны границы применимости закономерностей, описывающих относительную интенсивность дифрагировавшего излучения от спектрального диапазона зондирующего излучения и пространственной периодичности объекта измерений, для системы дифрактиметрических измерений геометрических размеров периодических ЭТ ИМС. Разработать алгоритм и программный комплекс, реализующие процедуру распознавания протяженного… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ТОПОЛОГИИ ИМС
    • 1. 1. Специфика элементов топологии ИМС как объектов 8 измерения и оценка степени доверия к принятым допущениям
    • 1. 2. Анализ известных методов и средств измерения 15 размеров и определения формы микроэлектронных структур
    • 1. 3. Метрологический анализ погрешностей 23 дифрактометрических измерений в технологии ИМС
  • Выводы по главе I
  • ГЛАВА II. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИФРАКТОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
    • 2. 1. Модельный анализ восстановления размеров по 32 дифракционному спектру отраженного когерентного монохроматического излучения
    • 2. 2. Модификация методов половинных делений и 42 секущих углов для оптимизации функции многих переменных при компьютерной обработке результатов дифрактометрии
    • 2. 3. Численные эксперименты по обработке данных по 52 дифракции когерентного монохроматического излучения на элементах топологии ИМС
  • Выводы по главе II
  • ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА И ОСОБЕННОСТИ ЕГО ПРАКТИЧЕКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
    • 3. 1. Особенности реализации ключевых компонентов 65 разрабатываемого программного комплекса
    • 3. 2. Тестирование программного комплекса
    • 3. 3. Применение программного комплекса при измерении 98 размеров тест-объектов и оценка его эффективности
  • Выводы по главе III

Модельный анализ и разработка комплекса программ для системы дифрактометрических измерений геометрических размеров элементов топологии ИМС (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

Ведущая тенденция развития технологии интегральных микросхем (ИМС), приводящая к увеличению степени интеграции и росту быстродействия микроэлектронных приборов, состоит в непрерывном уменьшении геометрических размеров функциональных элементов топологии (ЭТ). Достигнутые в настоящее время характерные величины размеров ЭТ находятся в субмикрометровом или нанометровом диапазонах [1−4]. При этом продолжают совершенствоваться технологические методы и оборудование, позволяющие формировать функциональный микрорельеф ИМС. К ним, в первую очередь, относятся сканирующая туннельная и атомно-силовая и микроскопия [5−8]. Технологии такого направления обладают возможностями формирования микрорельефа с высокой разрешающей способностью и могут визуализировать микрорельеф исследуемой поверхности. Однако, данные виды исследования поверхности и технологическое оборудование, реализующее их, не имеют привязки к эталону длины, и, строго говоря, не являются измерительными приборами. Проблема тарировки таких приборов связана с созданием для этого системы эталонов длины. В свою очередь, создание и калибровка эталонов для сканирующих микроскопов может осуществляться с помощью интерференционно-дифрактометрических методов, имеющих привязку к эталону длины, заданному длиной волны зондирующего лазерного излучения [9−13]. В развитие этой области большой вклад внесли Досколович JI. JL, Егоров А. А., Истомина H. JL, Календин В. В., другие отечественные и зарубежные ученые.

Использование на практике методов определения геометрических размеров ЭТ ИМС по значениям параметров дифракционного спектра отражения в системе создания измерительных устройств субмикронного и нанодиа-пазона делает актуальной задачу снижения методической погрешности ди-фрактометрии, привносимой на этапе модельного анализа. В основе такой системы измерения лежит сравнение экспериментально полученного спектра когерентного монохроматического излучения, отраженного от периодических структур, с результатами расчета значений параметров модели, описывающей зависимость дифракционного спектра от геометрических размеров ЭТИМС.

Таким образом, совершенствование математических моделей, лежащих в основе описания ЭТ ИМС, и увеличение точности математической обработки позволяет снизить методическую погрешность, привносимую на этапе модельного анализа размеров ЭТ ИМС по дифракционному спектру. При этом совершенствование методов математической обработки системы уравнений, описывающих дифракцию когерентного монохроматического излучения на ЭТ ИМС, связано с поиском глобального экстремума функции многих переменных и может быть основано на разработке специализированного программного обеспечения, а также создания базы данных с геометрическими характеристиками ЭТ, получаемыми в системах дифрактометрии.

Целью настоящей работы является снижение методической погрешности результатов дифрактометрических измерений ЭТ ИМС, привносимой на этапе модельного анализа, на основе совершенствования математической модели, методики расчетов и использования эффективной компьютерной обч работки данных.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

— установить особенности формирования углового дифракционного спектра когерентного монохроматического излучения на исследуемом объекте в заданном диапазоне, выявить признаки распознавания объекта и определить диапазон значений характеристических параметров;

— модифицировать метод решения задачи условной глобальной оптимизации сложной целевой функции многих переменных, описывающей дифракционную картину, возникающую на ЭТ ИМС;

— разработать алгоритм и программный комплекс, реализующие процедуру распознавания протяженного трехмерного объекта ЭТ ИМС по анализу отраженного дифракционного спектра когерентного монохроматического излучения с использованием формируемого банка виртуальных спектров, соответствующих размерам ЭТ ИМС.

Научная новизна результатов исследований заключается в том, что:

— модифицирован метод секущих углов для решения задачи глобальной оптимизации на основе использования специальной вспомогательной функции для условной оптимизации, позволяющий значительно уменьшить время расчетов;

— предложен рекурсивный алгоритм решения вспомогательной задачи метода секущих углов, позволяющий находить локальные точки минимума функции многих переменных, описывающей дифракцию на ЭТ ИМС, на основе методики, использующей оценку снизу оптимального решения;

— установлены пары главных дифракционных максимумов (ГДМ), интенсивность излучения которых позволяет однозначно интерпретировать влияние параметров ЭТ поверхностного рельефа на угловой дифракционный спектр монохроматического излучения;

— показаны границы применимости закономерностей, описывающих относительную интенсивность дифрагировавшего излучения от спектрального диапазона зондирующего излучения и пространственной периодичности объекта измерений, для системы дифрактиметрических измерений геометрических размеров периодических ЭТ ИМС.

Практическая значимость работы заключается в том, что создан программный комплекс, реализующий модифицированную методику оптимизации целевой функции многих переменных, описывающей дифракцию когерентного монохроматического излучения на периодических поверхностных элементах микрорельефа для системы дифракционных измерений. Разработана методика минимизации объемов данных о синтезированных объектах без потери информативности. В разработанный программный комплекс заложена возможность изменения и уточнения используемых математических моделей, описывающих явление дифракции на ЭТ ИМС, основанных на скалярном и векторном приближениях.

Результаты работы внедрены в ФГУП «Научно исследовательский институт автоматической аппаратуры им. В.С.Семенихина», что позволило увеличить в условиях экспериментального производства выход годных схем на 10 — 12%.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Научной конференции с международным участием «Современные наукоемкие технологии» (Испания, г. Лас-Америкас, 2005 г.), на Всероссийских научно-технических конференциях «Новые материалы и технологии НМГ-2006» (Москва, 2006 г.) и «Новые материалы и технологии НМТ-2008» (Москва, 2008 г.), на ХХХШ-ей, XXXIV-ой и XXXV-ой Международных молодежных научно-технических конференциях «Гагаринские чтения» (Москва, 2007;2009 г. г.), Международной научно-технической конференции «Информационно-измерительные, диагностирующие и управляющие системы «Диагностика-2009» (Курск, 2009 г.).

8) результаты работы внедрены в опытное производство, что позволило увеличить процент выхода годных схем в экспериментальном технологическом процессе на 10 12%.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Нанотехнология в ближайшем десятилетии. Прогноз направления исследований/Под ред. Роко М. К., Уильямса Р. С. и Аливисатоса П. Пер. с англ. — М.: Мир, 2002. — 292 с.
  2. Нанотехнологияи в полупроводниковой электронике/Под ред. Асеева А. А. — Новосибирск: Изд — во Сибирск. отд. РАН, 2004. — 367 с.
  3. Нанотехнологии в электронике/Под ред. Чаплыгина Ю. А. — М.: Техносфера, 2005. 448 с.
  4. А.В. Нанотехнология: физика, диагностика, приборы. — М.: Физматлит, 2006. — 260 с.
  5. В.А., Лазарев М. И., Саунин С. А. — Сканирующая зондовая микроскопия для науки и промышленности^)лектроника: наука, технология, бизнес, № 5, 1997, с. 7 — 14.
  6. В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Москва: Техносфера, 2004. 144 с.
  7. П.А., Быков В. А., Волк Ч. П. и др. Метрологическое обеспечение измерений длины в микрометровом и нанометровом диапазонах и их внедрение в микроэлектронику и нанотехнологию // Микросистемная техника, 2004, № 1, с. 38 44
  8. В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике. М.: Техносфера, 2005. 152 с.
  9. В.В., Герасимов Л. Л., Капаев В. В., Ларионов Ю. В. Измерение размеров элементов интегральных схем дифракционным способом // Микроэлектроника, 1983, т.12, вып.2, с. 107−112.
  10. Н.Н., Истомина Н. Л. и др. Повышение точности дифрактометрического метода измерений размеров элементов топологии микроэлектронных структур // Микроэлектроника, 1998, т.27, № 6, с. 408 — 411.
  11. Методы компьютерной оптики/Под ред. В. А. Сойфера. М.:Физматлит, 2000. 688 с.
  12. Stephane Robert, Alain Mure-Ravaud and Dominique Lacour Characterization of optical grating by use of a neural method // JOSA A, 2002, v.19, Issue 1, p.24−32.
  13. JI.JI., Кадомина E.A., Кадомин И. И. Решение задачи рефлектометрии для решетки с трапециидальным профилем // Компьютерная оптика, 2008, т.32, № 1, с.29−32.
  14. К.А., Орликовский А. А. Новое поколение элементной базы микроэлектроники: кремниевый нанотранзистор сохраняет свои позиции // Электроника: наука, технология, бизнес, 2000, № 3, с.46−49.
  15. В.В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы. — СПб.: «Лань», 2002. 320 с.
  16. М.Г. Плазмохимическое травление полупроводниковых материалов: Дисс. на соиск. уч. ст. доктора технических наук. М.: МИЭТ (ГТУ), 2004.
  17. The National Tehnology Roadmap for Semiconductors. 1994. SLA. San Jose. California. USA. 168 p.
  18. Н.Л. Физико-технические основы субмикрометровой дифрактометрии топологии поверхности, модифицируемой в ионно-плазменных процессах: Дисс. на соиск. уч. ст. д. ф-м.н. — М., МАТИ, 2006.
  19. А.А. Основы проектировании и надежности интегральных микросхем. М.: Радио и связь, 1988. — 306 с.
  20. О.П. Конструирование и технология микропроцессорных систем. М.: Высш. шк., 1989. — 406 с.
  21. Л. А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для ВУЗов. — 2-е изд.-СПб.: Лань, 2008. 400 с.
  22. Н.Л. и др. Физические основы оптических методов измерений субмикронных размеров. М.: МАТИ, 2006. — 150 с.
  23. .Н. Микроизображения. Оптические методы построения и контроля. -М.: Машиностроение, 1985. 240 с.
  24. В.Д., Елисеев В. А. Проблемы измерений малых размеров. — Метрологическая служба в СССР, 1987, № 3. с. 1−8.
  25. В.В., Амосов P.M., Никитин А. В. Анализ РЭМ изображения выступа с наклонными боковыми гранями // Электронная техника. Сер. З, 1986, вып. З, с. 18−23.
  26. В.В. и др. Проблемы измерения линейных размеров рельефных структур на РЭМ. Препринт ИОФ АН СССР, № 51, 1990.
  27. В.В. Разработка модели формирования РЭМ-изображения. Автореферат диссертации на соискание ученной степени кандидата физико-математических наук Москва: 1990.
  28. Ю. А. Пешехонов С.В., Раков А. В. и др. Исследование рельефных структур на поверхности кремния методом РЭМ. — Поверхность, 1993, № 5, с. 49−56.
  29. В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. М.: Техносфера, 2004. — 144 с.
  30. Ю.В., Дремина Н. Н., Коршунов С. Н., Кубрин В. И. Контроль плазмохимических процессов травления с использованием эффекта отражения от амплитудно-фазовой решетки // Эл. техн., сер. З, Микроэлектроника вып.2 (114), 1985, с. 101−106.
  31. Д.И., Долгополов В. М., Дружинин Г. Ю. Оптический контроль пламохимических процессов травления с конечной селективностью // Микроэлектроника, 1987, т. 16, в.5, с.397−401.
  32. Ю.А., Раков А. В. Высокоточные измерения периода дифракционной решетки интерференционным дифрактометром и исследование качества дифракционной решетки // Оптика и спектроскопия. 1994, т.77, № 1, с. 145−151.
  33. Ilkka Kallioniemi, Jyrki Saarinen and Erkki Oja Optical Scatterometry of Subwavelenght Diffraction Gratings // Applied Optics, 1998, v.37, p.58 305 835.
  34. Г. Н., Вознесенский Н. Б. Дифракционные методы контроля геометрических параметров // Оптический журнал. 2002, т.69, № 2, с. 76−81.
  35. Ф.Н. Сравнительная оценка погрешностей при измерениях малых линейных размеров // Электронная техника, сер.8, 1989, вып. 3, с. 57.
  36. Н.Н., Истомина H.JL и др. Анализ погрешности дифракционного метода измерения размеров периодических элементов микрорельефа // Электронная промышленность, 1994, № 2, с. 11.
  37. Ю.А., Раков А. В. Метрология критических размеров элементов СБИС // Измерительная техника. 1999, № 1, с. 14−18.
  38. Nyyssonen D. Calibration of optical systems for Linewidth Measurement on wafers // Opt. Eng. 1982, v.21, p. 882−887.
  39. Kirk Modeling the optical microscope images of thick layers for the purpose of linewidth measurement // SPIE, v. 538, p. 179−187.
  40. Gale R. CD Metrology in Process Control. Present and Future // Microelectronic Manufacturing, 1989, v. 12, № 5, p. 29−31.
  41. Arnold W., Singh B. Linewidth Metrology Requirements for Submicron lithography // Solid State technology, 1989, № 4, p. 138.
  42. A.B., Никитина M.A. Предельные возможности и ограничения при измерении линейных размеров элементов оптическими устройствами // Метрологическая служба в СССР, 1987, № 3, с. 8−12.
  43. Larrabee R. Submicrometer optical linewidth metrology // SPIE, v.775, p. 46−50, 1988.
  44. В.В. и др. Измерение шероховатостей прецезионных кварцевых и лазерных зеркал методом дифференциального рассевания //Оптический журнал. 2000, т.69, № 2, с. 71−75.
  45. Harris К. Advances in E-beam Metrology Solid State techn. 1989, v.32, № 1, p. 100−101.
  46. Postek M. Microelectronics Dimentional Metrology in the Scanning Electron Microscope // SPIE, v. 922, 1989, p. 40−52.
  47. Postek M. Submicrometer dimentional metrology in the SEM // SPIE, v. 775, p. 166−171.
  48. Claassen J. A European forum for test technology Electr. Manuf and Test 1989, v.8, № 6, p.23, 24, 27.
  49. Н.Л., Ларионов Ю. В. Оценка эффективности использования дифрактометрии при контроле изделий микроэлектроники // Электронная промышленность, 1994, п. З, с. 44.
  50. М., Вольф Э. Основы оптики // М.:Наука, изд. 2-е, пер. с англ. 1973.-814 с.
  51. Д.С., Истомина Н. Л., Лисов А. А., Спыну С. К. Совершенствование методики измерения геометрических размеров всубмикрометровом диапазоне на основе компьютерного моделирования дифракционного спектра // Метрология, Москва, 2007, № 11, с. 32−39.
  52. A.M.Rubinov and B.M.Glover. Increasing convex along rays functions with applications to global optimization // Research Report 21/96, University ofBallarat, 1996.
  53. M. Yu. Andramonov, A. M. Rubinov and В. M. Glover, Cutting angle method for minimizing increasing convex-along-rays functions // Research Report 97/7, SITMS, University ofBallarat, 1997.
  54. M. Yu. Andramonov, A.M. Rubinov and В. M. Glover, Cutting angle methods in global optimization // Applied Mathematics Letters, 1999. V. 12. P. 95−100.
  55. Rubinov A. Andramonov M. Lipschitz programming via increasing convex-along-rays functions // Optimization Methods and Software, 1999. V. 10, P. 763−781.
  56. Ю.Г. Методы решения экстремальных задач и их применение в системах оптимизации. М.: Наука, 1982.
  57. Ю.Г., Жадан В. Г. Точные вспомогательные функции в задачах оптимизации // Журнал вычисл. матем. и матем. физики, 1990. Т. 30, № 1, С.31−42.
  58. Evtushenko Yu.G., Rubinov A.M. and Zhadan V.G. General Lagrange-type functions in constrained global optimization. Part II: Exact auxiliary functions // Optimization Methods and Software, 2002. Vol. 16, № 1−4. P. 231−256.
  59. Д.С. Методика обработки результатов дифрактометрических измерений размеров элементов топологии ИМС // XXXV Гагаринские чтения: материалы Междунар. молодежной науч. конф. в 8 томах (5−6 апреля), Москва, 2009, Т.4, С. 61.
  60. Ю.Г.Евтушенко. Численный метод поиска глобального экстремума функции (перебор на неравномерной сетке) Журнал вычислительной математики и математической физики, 1971, т. 11, № 6, с. 1390−1403
  61. В.Н. Отыскание глобального максимума функции нескольких переменных на множестве, заданном ограничениями типа неравенств Журнал вычислительной математики и математической физики, 1987, т. 27, № 1, с. 35−51.
  62. А.А., Жилинскас А. Г. Методы поиска глобального экстремума. М.: Наука, 1991.
  63. В.Г., Спыну С. К., Метод внешних центров в условной глобальной оптимизации. М.: Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницина /Сообщения по прикладной математике/, 2006, с. 54.
  64. В., Корягин Д. Вычислительная инфраструктура будущего //Открытые системы, 1999, № 11−12.
  65. А.П., Ваньков А. И., Волошинов В. В. и др. Современные технологии построения распределенных программных систем // Труды института системного анализа РАН М.: Едиториал УРСС, 2001.
  66. В.В., Воеводин В л.В. Параллельные вычисления. СПб, БХВ—Петербург, 2002.
  67. А.П., Волошинов В. В., Рогов С. В. и др. Проблемы вычислений в распределенной среде: Развитие концепции распределенных вычислительных сред // Труды института системного анализа РАН М.: УРСС, 2004.
  68. Д.С., Жадан В. Г., Жадан И. В. Технология вычислений в распределенной среде при расчете метода половинных делений для глобальной оптимизации функции многих переменных // Нейрокомпьютеры, 2007, № 5, С 8−11.
  69. Р., Объектно-ориентированное программирование в С++. — М.: 2003, с. 928.
  70. Седжвик Роберт, Фундаментальные алгоритмы на С++. Часть 5. Алгоритмы на графах. М.: 2002, с. 49.
  71. Савич Уолтер, Программирование на С++. М.: 2003, с. 784.
  72. . С., Структуры и алгоритмы обработки данных. Примеры на языке Си. 2004, с. 464.
  73. Жадан И. В, Станевичус А. А., Спыну С. К. Свидетельство об отраслевой регистрации разработк № 5383. Программное обеспечение для поиска глобального экстремума функции многих переменных методом половинных делений Globex // опубл. 16.11.2005.
  74. Д.С., Лисов А. А. Классификация исходной информации об объектах и ее шифровка при формировании базы данных // «Новые материалы и технологии НМТ-2006»: Материалы Всерос. научн.-технич. конф. -М., 21−23 ноября, 2006, Т. З, С. 27.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!