降低MEMS設(shè)計方法

鑒于MEMS工藝源自光刻微電子工藝，所以人們很自然會考慮用IC設(shè)計工具來創(chuàng)建MEMS器件的掩膜。然而，IC設(shè)計與MEMS設(shè)計之間存在著根本的區(qū)別，從版圖特性、驗證或仿真類型，到最重要的構(gòu)造問題。

盡管針對MEMS設(shè)計的專用工具套件已經(jīng)面市，但它們的定價往往超出專注這一增長領(lǐng)域的許多小公司的承受范圍。作為一種替代解決方案，低成本的、基于PC的IC工具開始被用于設(shè)計微機(jī)電系統(tǒng)及IC。

不過，這類軟件的使用者必須認(rèn)識到MEMS設(shè)計的特殊復(fù)雜性，并評估這些軟件是否能支持他們的產(chǎn)品制造和生產(chǎn)周期。對于只需要2層掩膜的簡單微流通道(microfluidic channels)，這些軟件也許正好合適。但對于復(fù)雜的多個掩膜層，在錯誤檢測、參數(shù)對象構(gòu)建和其它步驟上浪費的時間和金錢可能會使最初節(jié)省的成本變得毫無意義。

當(dāng)MEMS設(shè)計包含大量的曲線對象(curved object)時，使用IC CAD工具會引發(fā)一些有趣的問題。

曲線對象必須分個構(gòu)建，并被放置在比IC制造工藝更精細(xì)的柵格上，以確保機(jī)械的“平滑性”。此外，IC版圖工具現(xiàn)在必須能處理具有數(shù)千個點的多邊形(它們是因分立的曲線對象而產(chǎn)生的)。

圖2：像電磁激勵器這樣的器件需要

能繪制精確曲線的版圖工具。

管理這類數(shù)據(jù)可能會降低繪圖操作的速度。處理曲線和多邊形需要合適的繪圖指令以及精確的幾何定位工具，以準(zhǔn)確捕捉中點、半徑和角。在IC領(lǐng)域，精確定位一個中心點或到某一邏輯門的特定距離可能不像在MEMS設(shè)計中那么重要。例如，出于機(jī)械或慣性的目的，MEMS設(shè)計者可能需要把一個電阻精確地放置在某個曲梁單元(curved beam element)的中心。

此外，IC工具可能無法按參數(shù)化方法構(gòu)造復(fù)雜的曲線或?qū)ο?，從而迫使設(shè)計師輸入詳細(xì)的x、y坐標(biāo)以繪制出相同器件的近似版本。

低成本的IC工具通常不提供算法到版圖生成(Algorithm-to-layout generation)功能，所以設(shè)計師可能要使用Matlab或Excel這類的程序來創(chuàng)建x、y坐標(biāo)點，然后再進(jìn)入CAD工具。因此，這些對象是“靜態(tài)”的，并且不能被無縫編輯。

不同于成熟的IC制造領(lǐng)域，MEMS設(shè)計師從非常早的階段起就必須考慮工藝以及器件的機(jī)械物理學(xué)問題。例如，在MEMS電磁激勵器中，三維(3-D)線圈通常很難制造。事實上，MEMS制造工藝的二維(2-D)特性經(jīng)常限制了機(jī)電設(shè)計的最佳優(yōu)化。因此，設(shè)計師不得不利用新穎的分層技術(shù)和固定的工藝折衷來實現(xiàn)恰當(dāng)?shù)拇艌觥?/font>

與制造緊密聯(lián)系的是工藝特征和工件(artifact)。設(shè)計師可以直接在CAD工具中對它們做一些修正補(bǔ)償。MEMS是在版圖設(shè)計階段預(yù)備掩膜數(shù)據(jù)的。在L-Edit版圖編輯器里，所有關(guān)于復(fù)雜多邊形(如弧、園及類似圖形)的運算都能在一個簡單的步驟中完成。在一些CAD工具中，這避免了很耗時的對各個對象逐一拷貝、粘貼和縮放的操作。

MEMS設(shè)計師應(yīng)特別注意那些大型的多邊形，因為在為了滿足GDSII要求對曲線對象進(jìn)行多邊形化時，最終產(chǎn)生的多邊形往往具有大量的點。掩膜公司一般只允許一個多邊形有200個點。L-Edit能檢測這些多邊形，并在GDSII 輸出流上自動把它們分解成更小的多邊形。

對一家公司而言，MEMS工藝往往是其專有的知識產(chǎn)權(quán)，而且在材料選擇、層次順序等方面是獨特的。實際上，現(xiàn)在只有很少的標(biāo)準(zhǔn)工藝。因此，這使得版圖驗證很困難，而那些初創(chuàng)的MEMS公司又很少有能力進(jìn)行自動化的版圖與原理圖對比(LVS)檢查。

不過，定制的設(shè)計規(guī)則檢查(DRC)工具可以用來發(fā)現(xiàn)MEMS設(shè)計中突然出現(xiàn)的簡單版圖和設(shè)計錯誤。以往，低成本IC工具中的DRC功能只能處理45度和直角對象。目前，在一些更好的工具中，DRC已能跨越不同的層檢查任何多邊形對象之間的最小間距。

在MEMS設(shè)計中，對象尺寸在數(shù)量級上的差異會導(dǎo)致一個常犯的錯誤。兩個對象在顯示屏上看起來可能是連接在一起的，但實際上它們可能是由柵格點隔開的。這種錯誤若在出帶時沒有發(fā)現(xiàn)，將會造成慘重?fù)p失。能夠處理曲線和多邊形的DRC則可以避免這些錯誤。