Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзорно-аналитическое исследование в области автоматизированного проектирования устройств оборудования для процесса формирования объектов в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 14
1.1. Тенденции развития литографии при изготовлении топологии объекта с элементами, меньшими длины волны экспонируемого излучения 14
1.2. Применение метода иммерсии в ультрафиолетовой литографии 26
1.3. Методы машинного моделирования в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 34
1.4. Выбор решения коллективом экспертов 40
1.5. Особенности и классификация современных литографических САПР для моделирования процессов ультрафиолетовой литографии 46
Постановка задачи исследования 53
ГЛАВА 2. Теоретический подход к решению задачи создания элементов системы автоматизации проектирования устройств оборудования для процесса формирования объектов в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 57
2.1. Концептуальный анализ автоматизации проектирования устройств в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 57
2.2. Задача синтеза объекта проектирования в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 63 2.3. Непараметрическая статистика в задачах моделирования технико-технологических систем ультрафиолетовой литографии 67
2.4. Асимптотическая оценка применяемых ядер методом Лапласа 73
2.5. Общая задача математического программирования в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 78
Выводы по главе 2 85
ГЛАВА 3. Методика выбора рационального варианта технического решения устройств оборудования для процесса формирования объктов в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 87
3.1. Повышение качества ультрафиолетового светового потока в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 87
3.2. Модель морфологической коррекции в ультрафиолетовой литографической технологии 91
3.3. Задача оптимизации объекта проектирования в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 97
3.4. Обобщенный критерий оценки качества устройств иммерсионной ультрафиолетовой литографии 103
3.5. Синтез оптимального управления процессами обработки информации в ходе формирования САПР ультрафиолетовой литографии 110
Выводы по главе 3 121
ГЛАВА 4. Синтез алгоритмов поиска технических решений устройств оборудования для иммерсионной ультрафиолетовой литографии 123
4.1. Специфика морфологического анализа-синтеза при выборе технических решений устройств ультрафиолетовой литографии 123
4.2. Решение задачи оптимизации технологического процесса при создании объектов в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 132
4.3. Алгоритм выбора технического решения в иммерсионной ультрафиолетовой литографии 137
4.4. Устройства для выполнения УФ-литографических операций 146
4.5. Применение литографических технологий в биомедицинских исследованиях на клеточно-молекулярном уровне 155
Выводы по главе 4 163
Заключение 165
Список литературы 167
- Применение метода иммерсии в ультрафиолетовой литографии
- Задача синтеза объекта проектирования в иммерсионной ультрафиолетовой литографии
- Модель морфологической коррекции в ультрафиолетовой литографической технологии
- Решение задачи оптимизации технологического процесса при создании объектов в иммерсионной ультрафиолетовой литографии
Введение к работе
Актуальность работы.
Моделирование является мощным инструментом исследования и проектирования сложных систем. Оно позволяет произвести расчет возможных результатов исследований без прямой реализации эксперимента. Если цена реализации чрезмерно высока, как в случае с литографическими процессами и литографическим оборудованием, то данный метод призван сэкономить средства, что особо актуально для малых лабораторий и средних фирм, занимающихся разработками литографических процессов для создания интегральных схем (ИС).
Перспективность исследований в области моделирования устройств оборудования для формирования микро- и нанобъектов в иммерсионной ультрафиолетовой литографии (ИУФЛ) объясняется тем, что данный метод актуален для полупроводникового производства с проектными нормами от 65 нм и меньше. По прогнозам International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), метод ИУФЛ будет актуален в ближайшее десятилетие.
Таким образом, моделирование устройств оборудования для формирования объектов в иммерсионной ультрафиолетовой литографии – задача актуальная и своевременная.
Цель работы.
Целью диссертационной работы является разработка алгоритмов
выбора устройств оборудования для формирования объектов в
иммерсионной ультрафиолетовой литографии. Специально разработанные
алгоритмы и модели устройств ИУФЛ позволяют сократить время проектных
работ, повысить качество литографического процесса путем выбора
рационально подобранных технологических параметров и использования
методов улучшения разрешающей способности, таких как коррекция
оптического эффекта близости, применение фазосдвигающих шаблонов,
внеосевого освещения, двойного впечатывания и иммерсионных жидкостей с
показателем преломления .
В целом, специальная разработка алгоритмов выбора устройств
оборудования иммерсионной литографии позволяет произвести
оптимизацию процесса формирования объектов, производимых данным методом, в промышленных масштабах с тем, чтобы получаемая продукция отвечала требованиям, предъявляемым к размерам конечного элемента топологии.
Задачи исследования.
Для достижения цели диссертационного исследования следует выполнить следующий комплекс действий:
-
Выполнить обзорно-аналитические исследования отечественной и зарубежной литературы в области автоматизированного проектирования оборудования для процесса формирования объектов в ИУФЛ.
-
Разработать теоретическое обоснование решения задачи моделирования устройств оборудования для формирования объектов в ИУФЛ.
-
Применить схему непараметрических решающих правил в условиях малых выборок для моделирования устройств оборудования для формирования объектов в ИУФЛ.
-
Создать физико-математическую модель оптимального управления процессом формирования объектов в ИУФЛ.
-
Разработать алгоритмы синтеза технических решений для процесса формирования объектов методом ИУФЛ и на их основе разработать технические предложения устройств создания объектов, в том числе с использованием систем обращения волнового фронта.
-
Разработать модельно-алгоритмический комплекс и специальные программы для формирования основ системы поддержки принятия решений (СППР) для оказания помощи разработчикам оборудования литографических процессов в неструктурируемых или слабоструктурируемых ситуациях выбора.
-
Выполнить оценку эффективности применения созданной СППР на стадиях предварительной разработки устройств оборудования для формирования объектов в ИУФЛ.
Объектом исследования являются устройства иммерсионной
ультрафиолетовой литографии (УИУФЛ) нового поколения и процессы формирования объектов с их использованием.
Предметом исследования является разработка устройств
оборудования для формирования объектов в ИУФЛ с использованием современных методик сбора и обработки исходной информации в области ультрафиолетовой литографии и создание на их основе СППР, которая составит основу автоматизации проектирования в данной области знаний.
Методы исследования.
Для решения представленных в работе задач используются непараметрические системы обработки информации, а также положения теории принятия решений, теории систем, теории алгоритмов, теории автоматического управления, теории вероятностей и математической статистики с последовательным анализом уже известных устройств оборудования для формирования объектов. Выполнение теоретико-экспериментальных исследований и практических расчетов базируется на использовании методов компьютерного моделирования и объектно-ориентированного программирования для ЭВМ, а также методов
вычислительной математики. Основой для объединения всех
вышеперечисленных методов служит системный подход.
Научная новизна обусловлена:
-
Применением непараметрических решающих правил в условиях малых выборок для моделирования устройств оборудования формирования объектов в ИУФЛ, которые позволяют, в отличие от известных принципов оценки данных, заменять операции над множествами случайных величин операциями с вероятностными законами распределения их элементов, что особо актуально в тех случаях, когда не представляется возможным выполнить большое число практических экспериментов.
-
Моделью оптимального управления процессом формирования объектов в ИУФЛ, позволяющей, в отличие от существующих моделей, управлять технологическим процессом (ТП) в соответствии с необходимыми проектными нормами (длина волны 193 нм, минимальный размер элемента 32 нм).
-
Предложением синтеза алгоритмов поиска технических решений для процесса формирования объектов методом ИУФЛ, обеспечивающих, в отличие от известных алгоритмов, возможность модернизации ближайшего прототипа для эффективного выполнения литографических операций с соблюдением технологических и проектных норм.
-
Выполненной оценкой технической и экономической эффективности применения предложенной СППР при моделировании и разработке устройств оборудования ИУФЛ, которая учитывает технические, технологические, структурные, экономические и экологические локальные критерии качества.
Практическая значимость.
-
Предложен метод применения непараметрических решающих правил в условиях малых выборок для моделирования устройств оборудования формирования объектов в ИУФЛ, позволяющий наиболее эффективно обрабатывать результаты экспериментов.
-
Разработана система поддержки принятия рациональных решений на этапе предварительной разработки моделирования устройств оборудования для формирования объектов в ИУФЛ, что имеет существенное значение при изготовлении интегральных схем и других полупроводниковых изделий.
-
Выполнен синтез технических решений процесса формирования объектов методом ИУФЛ, соответствующий проектным нормам, предъявляемым к точности выполнения элементов топологии, а также соответствующий требованиям патентоспособной новизны, текущему изобретательскому уровню и технологической доступности для отечественной промышленности.
-
Разработан программный продукт по расчету параметров иммерсионной системы ультрафиолетовой литографической установки.
Достоверность результатов.
Достоверность выполненных теоретико-экспериментальных
исследований обосновывается строгими математическими положениями перечисленных теорий, известных и разработанных методов и подходов, а также соответствием теоретическим и практическим результатам, которые приводятся в литературе по САПР ультрафиолетовой литографии.
Реализация и внедрение результатов работы.
Теоретические и практические результаты работы использованы в
научно-исследовательском процессе Научно-исследовательского института
предельных технологий при проектировании оборудования и процессов
формирования объектов методом ИУФЛ, а также в учебном процессе МИЭМ
НИУ ВШЭ департамента электронной инженерии при чтении лекций по
курсам: «Технология производства электронных средств», «Технология
производства технических систем», «Физические основы микро- и
наноэлектроники», «Физические основы электронной техники», «Методы
математического моделирования», «Элементная база персональных
компьютеров и компьютерное моделирование устройств микроэлектроники»,
«Моделирование полупроводниковых приборов и элементов микро- и
наноэлектроники» и «Системы автоматизированного управления
оборудованием», что подтверждается соответствующими актами внедрения.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Применение непараметрических решающих правил в условиях малых выборок для моделирования устройств оборудования формирования объектов в ИУФЛ особо актуально в тех случаях, когда не представляется возможным поставить большое число практических экспериментов.
-
Модель оптимального управления процессом формирования объектов в ИУФЛ, позволяющая, в отличие от существующих моделей, управлять процессами в соответствии с необходимыми проектными нормами при заявленных используемых материалах.
-
Синтез алгоритмов поиска технических решений процесса формирования объектов в ИУФЛ для обеспечения наивысшей эффективности выполнения технологических и проектных норм.
-
Технологическая и экономическая эффективности применения созданной СППР при проектировании процесса формирования объектов в ИУФЛ на этапе предварительной разработки, которая рассматривает технические, технологические, структурные, экономические и экологические локальные критерии качества.
Апробация работы.
Основные положения о научной новизне и практической значимости, приведенные в диссертационной работе, были доложены и обсуждены на
Международных, Всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях:
– 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 молодых специалистов, посвященная 50-летию МИЭМ, Москва, 2012 год;
– II Международной научно-практической конференции
«Инновационные информационные технологии», Прага, Чехия, 2013 год;
– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ НИУ ВШЭ, Москва, 2013 год;
– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ, Москва, 2014 год;
– Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов НИУ ВШЭ им. Е. В. Арменского, Москва, 2015 год.
Общее количество докладов на Международных, Всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях, выполненных за период обучения, составляет 35.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, среди которых: 4 патента РФ на полезные модели, 1 свидетельство РФ об официальной регистрации программ для ЭВМ, 5 работ, изданных в журналах, входящих в перечень периодических изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации результатов научно-технической и научно-практической деятельности на соискание ученой степени кандидата и доктора наук.
Структура и объем диссертации.
Кандидатская диссертация содержит введение, четыре главы, общие выводы, список литературы и серию приложений, в которых представлены: программа расчета параметров иммерсионной системы ультрафиолетовой литографической установки, копии Патентов РФ и Свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ, копии наградных Дипломов за участие в Международных научно-технических конференциях и акты внедрения результатов работы.
Общий объем работы составляет 231 страницу, включая приложения на 52 страницах.
Применение метода иммерсии в ультрафиолетовой литографии
Для различных технологий, таких как флеш-память (NAND), оперативная память (DRAM) и микросхемы логики (микроконтроллеры, микропроцессоры и др.), показанных на рис. 1.1.1, размерные параметры элементов КМОП СБИС в основном зависят от типа процессов проекционной литографии.
Длина волны излучения, числовая апертура, применяемые материалы и многие другие факторы оказывают влияние на разрешение в проекционной литографии. Стандартная проекционная система осуществляет перенос изображения, при этом фокусное расстояние объектива ( ) является функцией диафрагмы ( ), как известно из оптики. Для вычисления числовой апертуры объектива ( ) в среде, у которой показатель преломления , используется формула (1.1.1): (1.1.1) где – синус апертурного угла [1].
Важный параметр проекционной оптической системы – числовая апертура – во многом определяется значением ее разрешения и глубиной фокуса. Фундаментальный закон проекционной литографии – критерий Релея, в котором разрешающая способность проекционной системы определяется через предел ( ) (1.1.2): (1.1.2) где – длина волны эксимерного лазера ( = 193 нм), а коэффициент ( ) определяет уровень конкретного технологического производства.
Зависимость размерных параметров КМОП СБИС от типа процессов проекционной литографии Современный уровень развития литографической технологии для производства КМОП СБИС определяется минимальным достигаемым значением коэффициента 0,25 – 0,35, т. е. для значение – нм. Обеспечение данного достигается одновременным применением таких методов улучшения разрешающей способности (Resolution Enhancement Techniques, далее RET), как: методика коррекции оптического эффекта близости, фазосдвигающие шаблоны, - внеосевое освещение, - двойне впечатывание, - применение метода иммерсии [2]. При использовании ИУФЛ установки с , согласно критерию Релея, требуемое разрешение 32 нм достигается при 0,4 ( 0,35 - 0,3). Увеличения разрешения можно достичь, используя коротковолновое экспонирующее излучение и объектив с большей числовой апертурой. Но увеличение разрешения будет сопровождаться сокращением глубины фокуса , это объясняется зависимостью обратно пропорциональной квадрату числовой апертуры (1.1.3): (1.1.3) здесь - коэффициент технологического процесса ( ), отличный от .
Для технологического процесса с нм минимальное допустимое значение составляет - мкм, что определяется условиями стабильного процесса ИУФЛ при известном уровне , на который влияет: неравномерное нанесение слоев стекла, неплоскостность пластин полупроводника и изменения прочих технологических параметров.
Основной тенденцией литографический процессов последних 15 лет является снижение КМОП СБИС на порядок, то есть с субмикронных значений ( мкм) до глубоко субмикронных ( мкм). На протяжении этого времени подвергалась сомнениям сама возможность использования проекционной литографии в процессе производства СБИС с такими размерными параметрами, так как расстояния, на которых расположены элементы фотошаблонов, меньше длины волны излучения , что приводит к дифракции света. Данная проблема является основной для производства субмикронных СБИС. Рис. 1.1.2. Методы, повышающие разрешающую способность ИУФЛ Если речь идет о проектных нормах порядка 30 – 32 нм, то сама по себе иммерсионная литография без методов повышения разрешающей способности не даст нужных результатов. Но разработка перечисленных выше методов RET (рис. 1.1.2) позволила повысить разрешающую способность проекционной литографии до необходимого технологического уровня, и, вопреки пессимистичным прогнозам, для элементов СБИС варьируются на уровне менее 1/6 длины волны излучения [3].
Для повышения разрешения и глубины фокусировки в проекционной системе изменяют форму источника излучения, создавая так называемое внеосевое освещение, которое может быть: частично когерентным, анулярным, квадрупольным, дипольным или другой сложной формы (рис. 1.1.3). Для создания анулярного освещения (рис. 1.1.4) используют пару оптических элементов, один из которых неподвижен, второй – подвижен относительно первого, а движение управляется электроникой в соответствии с программой установки.
Форма источника излучения определяет тип внеосевого освещения Особенности разработки и применения фазосдвигающих шаблонов. При использовании бинарных шаблонов – BIM (Binary Intensive Masks) – происходит интерференция синфазных волн после их дифрагирования на соседних элементах, что приводит к частичному засвечиванию резиста между элементами топологии (рис. 1.1.5.а). Если размеры элементов будет необходимо уменьшать, плотность элементов топологии будет расти, что не позволит качественно выполнить дубление из-за отсутствия должной его проработки резиста.
Задача синтеза объекта проектирования в иммерсионной ультрафиолетовой литографии
Покажем отношение (2.3.9) соответствующих смещений к для классической непараметрической оценки при оптимальных параметрах и : Если значение параметра в законе распределения будет большим или равным двум, то выражение (2.3.9) – меньшим единицы. Анализируя выражения (2.3.5) и (2.3.8), видим, что для непараметрической оценки плотности вероятности случайных значений коэффициентов размытости (2.3.7) характерно проявление свойств асимптотической несмещенности и состоятельности. Непараметрическая оценка определяется понижением смещения (2.3.9) и некоторым увеличением значения среднеквадратического отклонения (2.3.6), если сравнивать с непараметрической статистикой (2.3.3). Потенциальную эффективность непараметрической оценки плотности вероятности (2.3.7) ожидается увидеть при её использовании в задачах с конечными объемами данных статистики [36].
При реализации «обхода» проблем, связанных с малыми выборками, полученными в результате оценки плотности вероятностей , необходимо увеличивать объем исходных данных , , в том числе при помощи результатов технического моделирования, так как процессы функционирования проектируемого литографического оборудования не всегда могут позволить получить соответствующие математические модели, выраженные четкими аналитическими соотношениями [9]. 2.4. Асимптотическая оценка применяемых ядер методом Лапласа
Рассмотри метод Лапласа для асимптотической оценки используемых ядер по результатам вероятностного моделирования [37].
Методом Лапласа называют такую совокупность приемов и способов, которая позволяет оценить интегралы вида (2.4.1) здесь будет стремиться к бесконечности со знаком плюс, при этом функция от ядра имеет вид «горных хребтов». С увеличением «пики» функции становятся более ярко выражены, а интервалы минимумов расширяются и углубляются. При изменении изменяются положения «пиков» функции. В общем случае интеграл (2.4.1) можно записать с использованием оценочных приемов в виде (2.4.2) используя описание ядра , приведенное выше. На рис. 2.4.1 показано
При этом в . Выполним масштабирование 1:2, положив . Графическое отображение при , имеет следующие характеристические зависимости (рис. 2.4.2). Рис. 2.4.2. Характеристические зависимости специальных ядер Допустим, при росте будет возрастать число пиков, которые необходимо сравнить. При этом, с ростом происходит наложение одного или нескольких пиков на особые точки функции , возможно также наложение интервалов минимумов или оба случая сразу [39].
Рассмотрим случай только одного конкретного пика заданной высоты. Будем различать следующие варианты: 1) асимптотический узел будет располагаться в основаниях пика, являющимися крайними точками промежутка интегрирования; 2) асимптотический узел расположен в промежутке интегрирования. Есть и другие свойства данного интеграла, представляющие для нас интерес (2.4.6) (2.4.6) Будем полагать, что если рассматриваемый интеграл сходится при , то он сходится при всех . Абсциссой сходимости будет называться нижняя граница для всех , при которых интеграл сходится. Для интегралов в общем случае абсцисса сходимости будет отличаться от абсциссы абсолютной сходимости. Будем полгать существование конечной абсциссы сходимости, что для всех рассмотренных интегралов Лапласа. Рассмотрим вспомогательную лемму, которая позволит использовать только конечные интервалы.
Заметим, что любая оконечность данного интеграла, сходящаяся к асимптоте, всегда экспоненциально мала. При асимптотической оценке целесообразно выполнить ограничение некоторым конечным промежутком , . Данная асимптотика будет определена исключительно значениями функции при . Показана непараметрическая математическая модель, которая оценивает плотность вероятности для случая малых выборок с учетом метода Лапласа и асимптотической оценки применяемых ядер. Продемонстрировано обеспечение возможности построения технических моделей без выполнения технологических процессов на реальном литографическом оборудовании. Реализуя «обход» проблем, связанных с малым количеством исходных данных, обеспечиваем повышение эффективности технического моделирования за счет увеличения исходного объема данных [40]. 2.5. Общая задача математического программирования в иммерсионной ультрафиолетовой литографии
Модель морфологической коррекции в ультрафиолетовой литографической технологии
Теперь рассмотрим схему реализации адаптивного управления с помощью прогностической оценки параметра эффективности, заложенной в основу методики выбора альтернативных вариантов управления.
Пусть в некоторый момент времени реализуется один из определённых вариантов функционирования литографической установки (далее ЛУ), который имеет вектор состояния (вектор размерности , вектор размерности при ). Развитие вектора состояния обеспечивается с помощью оператора перехода (3.5.6): (3.5.6) здесь – одномерный шумовой вектор, который воздействует на систему; – один из вариантов управления ЛУ на момент .
Для траекторий системы определены потери, выражаемые функцией . Схема определения вариантов управления ЛУ заключается в нахождении различных вариантов управления при , которые обеспечивают решение оптимизационной задачи (3.5.7) (3.5.7) применительно к множеству допустимых значений (3.5.8) (3.5.8) Такая постановка задачи является общей и состоит из различных частных случаев выбора наиболее оптимальных вариантов управления [68].
Полагаем, что ЛУ характеризуется как n-мерный вектор , где – m-мерный параметрический вектор, который описывает состав, структуру и варианты функционирования рассматриваемой установки. Функционирование ЛУ происходит в интервале времени и описывается неравенством . На траекториях ЛУ определен векторный критерий эффективности для данной установки – с размерностью . Семейство представляет собой многомерный случайный процесс, который задан в некотором пространстве вероятностей c совокупным множеством событий , где – элементарное событие, – -алгебра, а – вероятность события, которая определена на множествах [63]. Случайный литографический процесс c возрастающей последовательностью -алгебр ( при ), который определен на отрезке , называется адаптированным, если для каждого такого процесса представляется измеримым. Полагаем, что представляет собой возрастающую совокупность семейств -подалгебр -алгебры . Для каждого момента остановки литографического процесса сопоставляется -алгебра подмножеств во множестве , которые удовлетворяют условию при любых . События подмножества следует считать предшествующими к . Определим верхнюю (3.5.9) и нижнюю (3.5.10) временные границы двух незапланированных моментов остановки и посредством отношения порядка моментов: здесь область определения есть [66]. Если является некоторым вероятностным пространством, – момент, в который произошла остановка ЛУ, определенный на применительно к возрастающему семейству , а является случайным многомерным процессом, который адаптирован к , то отображение множества в множество будет являться измеримым, при условии, что для момента остановки полагаем счетное множество совокупных значений [63]. Рассмотрим многоэтапное функционирование ЛУ посредством некоторой последовательности моментов остановки , обозначив за число отдельных этапов технологического функционирования ЛУ [69]. Этапы определены как результат выполнения целевых операций, при которых происходит уменьшение условий функционирования ЛУ. Это связано с тем, что ЛУ функционирует в различных областях фазового пространства. Случайные моменты остановки для ЛУ определены временными моментами во множества , причем множества не имеют попарных пересечений: . Пусть совокупность множеств соответствует свойствам необратимости применительно к времени функционирования ЛУ (3.5.11): при условии, что и . В этом случае – вероятность, которая задана применительно к фазовому пространству траекторий для рассматриваемой ЛУ. Совокупность множеств формирует функционирование ЛУ. При этом возврат на предыдущие этапы невозможен при возможности перехода на другие этапы функционирования, которые имеют индексы отличия более единицы Для нескольких альтернатив в ходе технологического функционирования ЛУ не представляется возможным выполнение только некоторых этапов функционирования [70]. Покажем, что для каждого этапа функционирования ЛУ при множество критериев определяют цели и функциональные задачи каждого из модулей ЛУ, . Каждый из критериев определяет цель функционирования ЛУ на i-м этапе. В технологических задачах управления каждому модулю определено конечное количество случаев целевого функционирования.
Например, i-му этапу для модулей будет соответствовать число целей (3.5.13): для 1-го модуля , для 2-го модуля , (3.5.13) ….. для М-го модуля , при . Для критерия определено качество выполнения технологической цели функционирования для j-го модуля ЛУ на каждом i-м этапе из совокупности [71]. С учетом наличия общего критерия эффективности , который отражает качество исполнения целевого задания всей совокупности модулей на УФ-тракте при i-м этапе, функционирование отдельно взятого модуля ЛУ может быть оптимизировано, а все его альтернативные решения содержатся в параметрическом множестве . Поэтому структура параметрического множества будет иметь иерархический вид (3.5.14): компьютерных алгоритмов управления крайне важен случай, когда значение компонентов представляет собой дискретное множество.
Данные особенности приводят к необходимости использования систем с адаптивным управлением. Адаптация - способность системы к гибкому реагированию на факторы реального процесса функционирования. Их внедрение связано с распространением и развитием современных вычислительных средств, которые позволяют реализовывать управление в масштабе реального времени. При создании современных систем управления стремятся рационально комбинировать принципы управления автономного и с обратной связью.
Решение задачи оптимизации технологического процесса при создании объектов в иммерсионной ультрафиолетовой литографии
Применение предлагаемого устройства формирования топологической структуры микрочипа на подложке позволяет обеспечить возможность создания уменьшенного изображения шаблона, при рабочей длине волны ультрафиолетового излучения нм. Использование методов повышения разрешающей способности проекционной литографии предполагает получение элементов с размерами топологии не более 32 нм.
В качество примера можно привести устройство «снабжения» организма лекарственными препаратами в требуемое время (рис. 4.5.2) [101]. Устройство представляет собой автономный, миниатюрный (твердотельная кремниевая микросхема) имплантируемый механизм, способный по заданной программе выделять содержащееся в нем вещество (или вещества). Очевидно, что такой механизм может выполнять и другие функции (диагностика, химический анализ и т. д.) [102].
С уменьшением размеров таких интегральных наносистем усложняется задача наделения их заданным функциональными характеристиками. В живых организмах многие технические задачи решаются с помощью молекулярных двигателей и других внутриклеточных функциональных машин. Изучение таких биологических объектов позволит в дальнейшем объединить их с неорганическими устройствами и создать новые, гибридные наномеханические системы.
В последние несколько лет ученые разработали технологию быстрого картирования генетической информации в молекулах ДНК и РНК, включая определение мутаций и уровней экспрессии. В этой технологии используется матрица микрочипов ДНК, что имеет сходство с литографической технологией формирования рисунка при промышленном производстве интегральных схем [102].
Рассмотрим схему реализации такой технологии [103]. Согласно предложенному устройству для формирования топологии при промышленном производстве интегральных схем, источник лазерного излучения представляет собой конструкцию с щелями размера , расстояние между которыми длин волн излучения. Отражатель выполнен в виде двух зеркал, которые поставлены под углом порядка 180о друг к другу. Подложкодержатель, выполненный в виде кюветы с жидкостью, установлен на шестикоординатный пьезопривод, закрепленный на неподвижном основании.
Сущность технического решения поясняется на рис. 4.5.3, где показано устройство для формирования топологии при промышленном производстве интегральных схем [104].
Данное устройство состоит из подложки 1, источника лазерного излучения 2 и отражателя 3. Выход источника лазерного излучения представляет собой щелевую конструкцию, причем размер щели , а расстояние между щелями длин волн излучения. Техническое решение отражателя 3 содержит два зеркала 5 и 6, которые поставлены друг к другу под углом порядка 180о. Подложкодержатель 7 с подложкой 1 выполнен в виде кюветы 8 с жидкостью 9, установлен на шестикоординатный пьезопривод 10, который закреплен на неподвижном основании 11.
Рассмотрим принцип работы устройства для формирования топологии при промышленном производстве интегральных схем. Формирование когерентного волнового пучка обеспечивается источником лазерного излучения 2. При выходе из источника 2 происходит разделение излучения посредством щелей 4 на совокупность лучей, которые распространяются параллельно, при этом межлучевое расстояние длин волн. Излучение отражается от зеркал 5, 6 и, проходя слой жидкости 9, попадает на подложку 1, при этом длина волны уменьшается в раз, где – показатель преломления жидкости. Угловое расположение зеркал 5 и 6 выбрано таким образом, что когерентные лучи, достигнув подложки 1, интерферируют. При этом образуется череда равноудаленных друг от друга максимумов и минимумов излучения. В местах максимальной интенсивности излучения происходит технологический процесс обработки материала подложки 1, с последующим удалением «засвеченного» или «незасвеченного» материала. Посредством перемещения шестикоординатного пьезопривода 10 на величину – длины волны происходит формирование фотомозаики чипа для фракционирования ДНК с образованием стоек. Повторение вышестоящих операций формирования рисунка позволит ускорить процесс формирования фотомозаики чипа.
Применение предлагаемого устройства для формирования топологии при промышленном производстве интегральных схем позволяет обеспечить возможность создания фотомозаики чипа для фракционирования ДНК (рис. 4.5.4) [105]. Изображение составлено из 12 оптических микрофотографий. На врезке показано увеличенное изображение небольшого участка чипа (длиной 0,8 мм), густо покрытого стойками (столбиками), которые играют роль молекулярного сита, разделяя молекулы ДНК по размерам.
В настоящее время технологии такого типа приобретают коммерческое значение и находят применение в биотехнологических исследованиях и производственных процессах. Разработка новых типов химических матриц позволит расширить возможности таких технологий и применить их в биологических устройствах обработки информации или для анализа белков и других биомолекул. Миниатюризация устройств на основе родственных аналитических процессов, в частности электрофореза, повышает эффективность таких технологий и снижает стоимость многих важных аналитических методик, например, секвенирования ДНК или создания фингерпринтов (пептидных карт).
В качестве примера можно привести исследование [106], которое имело целью заменить утомительный, медленный и дорогой метод секвенирования ДНК в гелиевых пластинах на анализ с использованием миниатюрных интегральных систем.