Измерение топографии двулучепреломления в кристаллах флюорита и исследование его влияния на качество изображения проекционных фотолитографических систем Никулина Екатерина Алексеевна

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Проекционная фотолитография 9

Глава 2. Остаточное двулучепреломление 18

2.1. Методы контроля двулучепреломления 22

2.2. Описание установки 25

2.2.1. Измерительные возможности цифровой камеры 28

2.3. Математическая модель метода измерений двулучепреломления 31

2.4. Определение величины и ориентации двулучепреломления 34

2.5. Расчет модуляции интенсивности источника света 39

2.6. Исследование точности метода

2.6.1. Описание формата .brf 44

2.6.2. Генерация шума 45

2.6.3. Моделирование результатов измерения 46

Глава 3. Методы оценки влияния поляризации на качество оптического изображения 65

Глава 4. Исследование влияния двулучепреломления на качество проекционных оптических систем 74

4.1. Влияние местных неравномерностей двулучепреломления на структуру дифракционного изображения точки 74

4.2. Влияние распределения двулучепреломения при когерентном освещении 82

4.3. Метод базисных плоских волн 86

4.3.1. Технология CUDA 95

Заключение 107

Список литературы 110

• Измерительные возможности цифровой камеры
• Расчет модуляции интенсивности источника света
• Влияние местных неравномерностей двулучепреломления на структуру дифракционного изображения точки
• Влияние распределения двулучепреломения при когерентном освещении

Введение к работе

Актуальность работы

Полупроводниковые микросхемы занимают центральное место в современной технике, однако процесс их изготовления является одним из сложнейших технологических процессов за всю историю человечества. Центральное место в этом производстве занимает фотолитография.

Производство материалов для изготовления фотолитографических объективов включает в себя множество сложных технологических операций, в том числе отжиг стеклянной заготовки, который сокращает остаточные неравномерности материала. Однако даже при весьма длительном отжиге стекла в нём наблюдаются остаточные напряжения, в результате чего в изотропном от природы стекле возникает оптическая анизотропия, которая проявляется в двойном лучепреломлении. В оптических системах для микролитографии, наличие остаточного двулучепреломления в материалах линз может стать причиной заметного ухудшения качества изображения. Как правило, для создания фотолитографических систем применяются различные марки оптических стекол, а так же кубических кристаллов, таких, например, как флюорит.

Деформация волнового фронта, влияющая на разрешающую способность оптической системы, обратно пропорциональна длине волны применяемого излучения. Таким образом, при переходе в ультрафиолетовую область спектра, влияние деформации волнового фронта, вызванное двулучепреломлением, может стать очень серьезным, в случае источника излучения с длиной волны, равной 193 нм, (например, при использовании газоразрядного эксимерного лазера с активным веществом из ArF) или длиной волны, равной 157 нм (газоразрядный эксимерный лазер из F₂).

Количественная оценка двулучепреломления является важным этапом производственного контроля, однако, существующие и доступные методы контроля не удовлетворяют требованиям точности измерений, необходимой для создания фотолитографических систем. Таким образом, возникает необходимость создания метода измерения двумерного распределения двулучепреломления по объему заготовки.

Кроме того, требуется оценка влияния полученного распределения на качество изображения, образованного проекционными оптическими системами, используемыми в фотолитографии. Для определения предельного разрешения изображения необходимо учитывать недостаток скалярных представлений при вычислении распределения освещённости в дифракционном изображении

точки, а также частичную когерентность источников излучения. Все это требует разработки новых алгоритмов расчета формирования изображения, основанных на более точном применении дифракционной теории в случае присутствия двулучепреломления.

Цели работы

Разработка методов измерения распределения двулучепреломления в крупногабаритных образцах флюорита, и дальнейшей оценки влияния полученных данных на качество изображения проекционных фотолитографических систем с учетом оптических аберраций и частичной когерентности источника.

Задачи исследования

1. Провести исследование основных факторов, оказывающих влияние на качество изображения проекционных фотолитографических систем.

2. Выполнить анализ существующих методов измерения остаточного двулучепреломления в крупногабаритных заготовках оптического стекла, или таких кубических кристаллов, как флюорит.

3. Разработать метод измерения двулучепреломления в крупногабаритных образцах. Описать математическую модель разработанного метода и исследовать его характеристики.

4. Провести исследования программных комплексов, применяемых при расчете фотолитографических систем. Оценить использованные в них способы моделирования.

5. Разработать метод расчета функции рассеяния точки с учетом двулучепреломления и волновых аберраций при частично когерентном освещении.

6. При помощи созданного метода расчета функции рассеяния точки выполнить анализ влияния различных факторов на качество изображения проекционных фотолитографических систем.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту

7. Математическая модель локальной оптической неоднородности материала, вызванной двулучепреломлением.

8. Изменение интенсивности при вращении скрещенных поляризаторов в предложенной измерительной схеме позволяет получить двумерное распределение величины и ориентации двулучепреломления по образцу флюорита, помещенному между поляризаторами.

9. Метод и принципиальная схема измерения локального распределения двулучепреломления.

10. Метод расчета функции рассеяния точки с учетом двумерного распределении двулучепреломления.

Научная новизна

11. Разработанный метод измерения двулучепреломления позволяет определять двумерное распределение его характеристик по образцу.

12. Модернизация метода расчета функции рассеяния точки позволяет учесть как измеренное распределение двулучепреломления, так и волновые аберрации системы. Расчет можно проводить с учетом частично-когерентного освещения для высокоапертурных систем.

Практическая ценность работы

13. Предложенный метод измерения распределения двулучепреломления позволяет проводить исследования в автоматизированном режиме.

14. Измерительная схема обеспечивает возможность получения двумерных распределений величины и ориентации двулучепреломления в крупногабаритных образцах флюорита.

15. Метод расчета функции рассеяния точки основан на более точном применении теории дифракции, что позволяет с его помощью анализировать высокоапертурные системы.

16. Созданная совокупность методов измерения и расчета, позволяет оценить влияние распределения двулучепреломления в конкретном образце на всю систему с учетом основных факторов, таких как волновые аберрации и частичная когерентность источника.

Достоверность результатов работы подтверждается

17. Корректным использованием фундаментальных положений дифракционной теории.

18. Непротиворечивостью полученных результатов известным решениям.

19. Воспроизводимостью результатов расчета по различным методам с точностью до погрешности измерения.

Личный вклад автора

Все результаты, представленные в работе, получены автором, или при его непосредственном участии.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 9 конференциях, 3 из которых международные: VI Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых СПбГУИТМО (Санкт-Петербург, 2009), IX международная конференция «Прикладная оптика – 2010» (Санкт-Петербург, 2010), VIII Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых СПбГУИТМО (Санкт-Петербург, 2011), I Всероссийский конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2012), X международная конференция «Прикладная оптика – 2012» (Санкт-Петербург,

2012), VII Международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики» «ФПО - 2012» (Санкт-Петербург, 2012), XLIV научная и учебно-методическая конференция (Санкт-Петербург, 2015), Советская наука и техника в годы Великой Отечественной войны (Санкт-Петербург, 2015), IV Всероссийский конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2015).

Структура и объем диссертации

Структурно диссертационная работа состоит из четырех глав, четырех приложений, вводного и заключительного разделов, а также списка использованной литературы из 62 наименований; содержит 129 страниц основного текста, 80 рисунков и 1 таблицу.

Измерительные возможности цифровой камеры

Электроосаждение заключается в осаждении электролитического материала в окнах фоторезиста. В конце этого этапа уже ненужный фоторезист удаляют. Описанные этапы повторяют для всех уровней многослойной микросхемы, при этом каждый из новых слоев нужно точно сориентировать и совместить с полученными ранее слоями. Таким образом, постепенно набирается многоуровневая структура напоминающая «вафлю», так как полупроводниковая пластина содержит набор многослойных микросхем, образуя тем самым сложный лабиринт из участков с разными типами проводимости. На одной такой пластине создается сразу несколько сотен микросхем. Поэтому пластина разрезается на отдельные микросхемы, к которым присоединяются соответствующие выводы. Далее полученные микросхемы покрываются защитным слоем и устанавливаются в корпус.

В настоящее время активное развитие получили такие технологии производства микросхем, как рентгеновская литография и электронная литография, но, тем не менее, пока эти методы далеки от оптической фотолитографии по производительности и надежности, поэтому в массовом производстве микросхем для флеш памяти и микропроцессоров по-прежнему лидирует фотолитография.

Минимальный размер элемента интегральной схемы определяется дифракционным пределом проекционного объектива использующегося при ее создании. Для объектива с числовой апертурой 0,95 с использованием эксимерного лазера ArF (длина волны излучения 193 нм) в качестве источника на воздухе минимальный элемент равен 124 нм.

В фотолитографии применяют несколько основных способов уменьшения дифракционного предела. Самым простым из них является использование иммерсионной жидкости (как правило, воды) в промежутке между полупроводниковой пластиной и объективом [9].

Как уже упоминалось ранее, использование фазосдвигающих масок так же позволят значительно увеличить разрешение. Кроме того, следует упомянуть о таком методе увеличения разрешения, как коррекция эффекта оптической близости. Этот способ позволяет бороться с искажениями на острых краях элементов путем введения компенсирующих элементов на фотошаблонах.

Еще одним способом уменьшения критических размеров элементов интегральных схем является двойное экспонирование. Суть методики сводится к последовательному экспонированию одного и того же слоя фоторезиста двумя фотоошаблонами с различными микрорисунками. Структуры этих микрорисунков дополняют друг друга таким образом, что при совмещении получается нужная схема с лучшим разрешением [10,11,12].

Кроме того очень часто одновременно с описанными методами так же применяют силилирование в процессе образования рисунка, многослойный фоторезист или внеосевое освещение маски.

Так, например, современная фотолитографическая установка TWINSCAN XT:1950Hi от компании ASML позволяет за один час создавать один топографический слой в ста кремниевых пластинах диаметром 300 мм. Обеспечиваемый минимальный размер элемента при этом достигает 38 нм. В установке используется иммерсионная литография с водяной прослойкой и аргон-фторидный эксимерный лазер с длиной волны 193 нм [13]. Лабораторные установки показывают и более впечатляющие результаты с возможностью уменьшения размера элемента до 9 нм [11]. К основным направлениям дальнейшего развития оптической фотолитографии относят использование лазеров с меньшими длинами волн, а так же создание «суперимерсий», с коэффициентом преломления большим, чем коэффициент преломления воды.

Производительность, качество и надежность фотолитографической установки в первую очередь зависит от качества ее проекционной системы, которая в свою очередь зависит от совокупности таких характеристик как: числовой апертуры, длинны волны источника излучения, степени когерентности, свойств используемых оптических материалов и многого другого. В данной работе моделируется формирование изображений при помощи проекционных фотолитографических объективов, а так же исследуется влияние характеристик двулучепреломления на качество этих изображений.

Компьютерное моделирование является важным этапом разработки любых сложных технических изделий. Оно позволяет еще в момент проектирования выбрать оптимальные параметры будущей системы, а так же режимы ее работы. Благодаря таким моделям можно оптимизировать экспозицию, правильно сконфигурировать фазосдвигающие шаблоны, определить другие параметры системы.

Кроме того компьютерное моделирование позволяет изучить возможности новых принципов и решений для получения лучших характеристик.

Задача любой математической модели - максимально соответствовать физическому процессу, который она описывает. Другим преимуществом компьютерного моделирования является возможность расчета не только поверхностных изображений, но и скрытых изображений в толщине слоя фоторезиста. Кроме того, при наличии информации о химических свойствах фоторезиста существует возможность моделирования постэкспозиционных изображений.

Основными особенностями, влияющими на качество фотолитографических систем, являются неприменимость стандартных скалярных методов из-за высоких числовых апертур [14], необходимость учета частичной когерентности источников [15], поляризационные свойства материалов (в системах с ультрафиолетовым освещением) [16], а так же нелинейности в фоторезистах. Описанные особенности мотивируют к поиску новых методов расчета формирования изображения. При этом возникает необходимость применения дифракционной теории в векторном виде.

Поляризационные свойства оптических материалов, а так же двулучепреломление могут оказать серьезное воздействие на качество изображения проекционных фотолитографических систем. Дело в том, что деформация волнового фронта, вызванная двулучепреломлением, пропорциональна длине волны проходящего излучения. Следовательно, чем меньше длина волны, тем строже должны быть допуска на двулучепреломление.

До последнего времени в качества источников излучения в фотолитографии использовали лазеры с активным материалом из KrF (рабочая длинна волны 248 нм), дополнительный учет двулучепреломления в этом случае не требовался. Однако, в настоящее время, для увеличения разрешения, применяются лазеры с такими веществами как ArF (193 нм) или F2 (157 нм), для которых описанная деформация волнового фронта может оказаться существенной.

Расчет модуляции интенсивности источника света

Из формулы 2.4.10 видно, что для определения точного значения величины двулучепреломления необходимо значение модуляции интенсивности источника света. Во всех проведенных исследованиях методических погрешностей исследуемой установки принималось значение модуляции интенсивности источника света за единицу.

Для того чтобы напрямую измерить модуляцию интенсивности источника необходимо параллельно расположить поляризаторы, а затем зафиксировать распределение интенсивности от источника. Однако эта интенсивность будет на несколько порядков больше интенсивности фиксируемой при скрещенном положении поляризаторов. Ни одна из доступных фотокамер не обладает достаточным диапазоном чувствительности, чтобы фиксировать интенсивность при скрещенном и параллельном положениях поляризаторов в одном и том же режиме.

Следовательно, в описанной схеме измерение минимальной интенсивности света возможно только при углах между поляризаторами близких к 900. Интенсивность, регистрируемая в описанной схеме, без учета двулучепреломления определяется следующим образом: I(0) = Iф+I0cos2(0ap -0О) = IФ +I (\-cos2(0ap -в0)) , (2.5.1) где вар - угол между осями поляризатора и анализатора; в0 - угол, при котором достигается минимальная интенсивность; 1ф - фоновая, не зависящая от основного источника света, интенсивность; 1о - модуляция интенсивности источника света. В максимуме для определения I0 необходимо зафиксировать серию снимков при небольших углах поворота, далее полученные данные можно аппроксимировать параболой, рисунок 2.5.1. Минимум этой функции соответствует фоновой интенсивности и углу поворота поляризаторов, при котором она достигается.

График изменения интенсивности от угла между поляризатором и анализатором Аппроксимируем ряд данных в экстремумах параболой с помощью метода наименьших квадратов. Тогда, если

Для управления установкой, а так же обработки полученных изображений был разработан общий программный комплекс. Программный комплекс был написан на языке Visual C++ на базе Microsoft Visual Studio 2005. Были успешно внедрены стандартные программные модули, управления фотокамерой и двигателями, вращающими анализатор и поляризатор. Результаты измерений наглядно представляются в виде двумерных распределений величины и ориентации двулучепреломления. Кроме того, в программе реализована возможность вычитания рассчитанных распределений, что позволяет, автоматизировано производить тесты на повторяемость.

Стоит отметить, что разработанный программный комплекс не только полностью обслуживает управление установкой и обрабатывает измеренные данные, но и позволяет получать изображения, соответствующие тем, что регистрируются в измерительной схеме, при известных распределениях ориентации и величины двулучепреломления, что делает возможным проведение анализа методических погрешностей разработанного метода. Для оценки точности описанного метода измерения величины и ориентации двулучепреломления, в компьютерную программу была добавлена часть, моделирующая установку целиком. Модуль генерации позволяет моделировать изображения, регистрируемые в измерительной схеме, при известных распределениях величины и ориентации двулучепреломления.

Интенсивность каждого пиксела генерируемого изображения рассчитывается по формуле 2.4.4, с учетом заданных значений поляризатора и анализатора, а так же выбранного уровня шума. По сгенерированным таким образом изображениям можно провести расчет обычным способом, при этом интенсивность источника света принимается равной 1 по всему полю. Модуль управления установкой отвечает за управление двигателями и камерой. Пользователь устанавливает шаг, с которым будут произведены измерения, а так же указывает необходимо ли измерение интенсивности источника освещения. Важно отметить, что была достигнута практически полная автоматизация измерений, что позволило существенно сократить время одного измерения, а так же увеличить точность.

В модуль управления установкой интегрировано стандартное программное обеспечение, управляющее механическими частями установки. Данное программное обеспечение было предоставлено компаниями Canon и StandaUSB в виде подключаемых библиотек, а так же примеров кода написанного на C++.

На рисунке 2.6.1 представлено главное окно программы. Двумерные распределения отображаются в программе в виде плоских изображений. Измеренные или смоделированные распределения выводятся в черно-белом формате, рассчитанные – в псевдоцвете (синие оттенки соответствуют минимальным значениям, красные – максимальным). Справа и внизу от изображения располагаются графики текущих сечений, которые обновляются при движении мыши с нажатой левой клавишей. В правом углу можно увидеть текущие значение величины на карте, а так же его координаты. Там же, напротив коллорбара отображаются максимальное и минимальное значения текущей карты. Рисунок 2.6.1. Интерфейс программы. Двумерные распределения отображаются в виде плоских изображений. Справа и внизу от изображения располагаются графики текущих сечений, которые обновляются при движении мыши с нажатой левой клавишей

Двумерные распределения, рассчитанные по описанным методам, отображаются в программе в псевдоцвете. Так как некоторые области на монохромном изображении могут восприниматься человеческим зрением как области постоянной яркости, использование псевдоцветов упрощает анализ полученных распределений.

Влияние местных неравномерностей двулучепреломления на структуру дифракционного изображения точки

Карта двумерного распределения двулучепреломления, полученная после измерения при помощи методики описанной во второй главе, позволяет оценить качество исследуемого образца и, исходя из допусков, произвести отбраковку полученных заготовок.

Однако в случае изготовления фотолитографических объективов, ввиду их особой чувствительности к остаточному двулучепреломлению, полная отбраковка образцов невозможна. Таким образом, возникает задача оценки степени влияния остаточного двулучепреломления для дальнейшего его учета и компенсации в разрабатываемой оптической системе.

В процессе работы над решением этой проблемы было адаптировано несколько стандартных методов расчета функции рассеяния точки для учета влияния двулучепреломления.

Влияние местных неравномерностей двулучепреломления на структуру дифракционного изображения точки

Рассмотрим влияние местных неравномерностей двулучепреломления на структуру дифракционного изображения точки. На рисунке 4.1.1 изображено распределение таких неравномерностей по зрачку, , - нормированные канонические координаты на зрачке.

Распределение местной неравномерности по двулучепреломлению на образце. (Р,у) декартовы координаты; (р,ср) полярные координаты. Пусть в пределах зрачка имеется m ненакладывающихся зон с различными значениями двулучепреломления. Для упрощения анализа будем считать, что каждая j-я зона также представляет собой круг относительного радиуса j с координатами центра J,J, таким образом, в каждой зоне волновой фронт будет разделяться на две части: обыкновенную и необыкновенную, каждая из них будет представлять собой круг с тем же радиусом j, при этом центр обыкновенной части будет совпадать с центром области ,j, а центр необыкновенной части ej,ej рассчитывается исходя из величины двулучепреломления [45].

Распределение освещенности Efag) в дифракционном изображении точки может быть найдено как квадрат модуля комплексной амплитуды Ч (г/,) [46], которая в свою очередь есть преобразование Фурье функции зрачка f(P,y). E(y\&) = \(4\&) 2 =Ч/(л, )-Ч/ (л ), (4-1.3)

Таким образом, формула 4.1.14 позволяет рассчитать дифракционное изображение точки через систему с локальными неравномерностями, по двулучепреломлению. Если аберрации считать достаточно малыми и пренебречь ими, а форму зон напряженности считать круговой, то можно получить выражение для комплексной амплитуды. Функцию (//(?7,) удобно выразить в полярных координатах //(г,б ), где г и в связаны с 77, Е, следующим образом: Г""9 (4.1.15) [ = rsin6 Пользуясь свойствами преобразования Фурье, получим следующее выражение для комплексной амплитуды:

Данная методика была так же реализована в виде дополнительного модуля программного комплекса, представленного во второй главе. Для исследования влияния двулучепреломления, проводилось моделирование его неравномерности по зрачку. На рисунке 4.1.2 показана смоделированная карта распределения неравномерности по двулучепреломлению на зрачке: три круглые зоны с разными значениями двулучепреломления.

Величина двулучепреломления задавалась разницей показателей преломления между обыкновенным и необыкновенным лучами. Диаметр образца при моделировании считался равным 200 мм, а толщина – 20мм. Рисунок 4.1.2. Смоделированное расположение местной неравномерности по двулучепреломлению на зрачке: 1нм/см (малый круг), 2 нм/см (средний круг), 4 нм/см (большой круг). На рисунке 4.1.3 представлен график зависимости максимального нормированного изменения освещенности (по сравнению с освещенностью при отсутствии двулучепреломления) от величины двулучепреломления. Рисунок 4.1.3. График зависимости нормированного изменения освещенности от величины двулучепреломления (нм/см) График показывает, что изменение освещенности линейно зависит от изменения неоднородности двулучепреломления. На первый взгляд величина изменения несущественна, однако, исследования показывают, что если при расчете учитывать так же величину волновой аберрации, влияние двулучепреломления может оказаться более значимым.

Тем не менее, описанную методику трудно применить к использованию полученной карты неравномерностей по двулучепреломлению. Дело в том, что при устремлении размеров ненакладывающихся зон к размерам дискретизации измеренной карты распределения двулучепреломления катастрофически растет вычислительная сложность метода, кроме того, при небольших величинах двулучепреломления расхождение обыкновенного и необыкновенного волновых фронтов вынуждают увеличивать дискретизацию в несколько раз.

Ввиду описанных выше недостатков было приятно решение о поиске другой более гибкой методики расчета дифракционного рассеяния точки. двулучепреломения Основное свойство оптических систем заключается в способности формировать изображение, преобразуя поле, идущее из пространства предметов. Для оценки оптической системы часто рассматривают созданное ей изображение точечного источника света. Распределение интенсивности в изображении светящейся точки обычно называется функцией растения точки (ФРТ).

Влияние распределения двулучепреломения при когерентном освещении

Развитие науки неуклонно увеличивает объемы требуемых вычислений. Вместе с тем возникает потребность их ускорения. Развитие технологий едва успевает за возрастающими требованиями. Тем не менее, в настоящее время создатели компьютерных процессоров практически достигли максимально теоретически возможного быстродействия. Дальнейшее увеличение тактовой частоты осложнено рядом технологических проблем.

Эта и многие другие причины заставили производителей современных компьютерных систем подумать о количественном увеличении ядер или даже самих процессоров вместо увеличения производительности отдельного процессора. В последних вычислительных системах количество ядер в рамках одного центрального процессора достигает восьми. Второй немаловажной причиной является – недостаточно высокая скорость передачи данных оперативной памяти. На самом деле, общая практика работы с вычислительными процессорами показывает, что быстродействие зачастую определяется не скоростью, с которой процессор обрабатывает операции, а количеством ошибок в обращении к разным участкам памяти.

Графические ускорители в свою очередь практически с самого начала своего развития развивались по технологии параллельных вычислений. В современных видеокартах число микропроцессоров достигает 256, что может обеспечить высокую производительность вычислений.

Первые видеокарты представляли собой достаточно простые (по сравнению с центральным процессором) узкоспециализированные устройства, предназначенные для того чтобы снять с процессора нагрузку по визуализации двухмерных данных [58]. С развитием игровой индустрии, возникла необходимость в 3D визуализации, что послужило новым толчком в развитии видеокарт и появлению первых графических ускорителей.

Их особенность заключалась в одновременной обработке множества пикселей. Выполняя при этом только простейшие операции. После своего появления ускорители трехмерной графики быстро эволюционировали при этом, помимо увеличения быстродействия, также росла и их функциональность.

В конечном итоге получился мощный параллельный процессор, на вход которому можно передать большой массив данных и программу для их обработки и на выходе получить массив результатов.

Таким образом, начало развиваться новое направление развития вычислительной техники - использование графических процессоров для решения неграфических задач. При создании программного обеспечения, описанного в данной работе, для увеличения производительности была использована технология параллельного программирования на видеокарте CUDA.

Технология CUDA — это программно-аппаратная вычислительная архитектура кампании NVIDIA. Она представляет собой расширение языка программирования С, обеспечивая таким образом доступ к процессорам и внутренней памяти графического ускорителя для организации параллельных вычислений.

При расчете технология CUDA одновременно и независимо друг от друга выполняет очень большое количество потоков (нитей), при этом каждый вычисляемый поток обрабатывает единственный элемент данных [59]. Описанное распараллеливание, в отличие от выполняемых последовательно команд в центральном процессоре компьютера, позволяет добиться значительного прироста производительности. Принцип использования технологии CUDA заключается в использовании графического процессора для выполнения объемных параллелизуемых вычислений, в то время как все остальные части программы продолжают выполняться при помощи обычного процессора. Такая концепция позволяет легко адаптировать уже существующие программы, не переписывая их целиком, а лишь включая дополнительные модули, ускоряющие вычисления.

В случае реализации предложенной методики с применением технологии CUDA время расчета основных параметров уменьшилось в десятки раз. К примеру, для обработки массива размером 256х256 по предложенному методу базисных плоских волн с коэффициентом когерентности 0,5 алгоритму, использующему центральный процессор компьютера, потребовалось 11 мин. 12,4 с, расчет на графическом ускорителе занял всего 0,1 c [60]. Вид полученной при этом функции рассеяния точки приведен на рисунке 4.17. Обработка выборки размером 1024х1024 при тех же условиях при помощи технологии CUDA была выполнена за 10,9 с.

Предложенная методика была реализована в виде программного комплекса, который обрабатывает измеренные данные и рассчитывает функцию рассеяния точки с учетом волновых аберраций по полученным распределениям величины и ориентации двулучепреломления. Рассмотрим подробнее весь цикл измерения и учета двойного лучепреломления. На рисунке 4.3.1 приведена упрощенная блок-схема вычислений. В начале работы происходит сбор данных, необходимых для расчета распределений ориентации и величины двулучепреломления. Эти данные могут быть получены как непосредственно с установки (описанной во второй главе) в автоматическом режиме, так и при помощи моделирования исходных данных. Затем, производится расчет фазы и амплитуды двулучепреломления. Далее, в случае реального образца, происходят измерения исходной интенсивности источника, необходимые для расчета величины двулучепреломления.