矽基微器件計算機輔助工藝規劃方法
2023-09-20 07:03:40
專利名稱：矽基微器件計算機輔助工藝規劃方法
技術領域：
本發明屬於計算機應用技術領域。涉及到針對微機電系統工藝規劃的基礎理論、軟體開發方法、相關算法及編程實現的途徑，特別涉及一種針對MEMS「反向」設計過程矽基微器件計算機輔助工藝規劃方法。
同時，國內外學者也對IC和MEMS加工建模方面進行了很多的研究。Zaman，M.H開發的MISTIC軟體能從二維幾何器件截面圖描述中自動生成製造工藝流，並且可以根據工藝流可視化生成二維器件。Osterberg開發的MemBuilder軟體可以根據用戶定義的工藝文件和二維掩膜數據，並藉助於IDEAS CAD工具自動生成三維微器件結構圖形。Venkat A.Venkataraman等提出了表面微加工工藝的兩維工藝描述。Asaumi，K.等研究了單晶矽各向異性刻蝕的工藝仿真系統。Zhenjun Zhu等開發了各向異性晶體腐蝕仿真(ACES)程序，它是基於連續單元自動(CA)模型的，該軟體按照微加工步驟仿真微器件三維圖形。
國內在研究MEMS-CAD方面還處於起步階段。清華大學的周兆英教授曾在多篇文章中闡述MEMS-CAD的重要作用。東南大學、浙江大學及重慶大學等單位的學者也曾著文討論該方向的問題。
然而，上面所述的各種MEMS-CAD系統只支持所謂的MEMS「正向」設計過程，即首先參考可能的工藝流程或在工藝規劃的支持下進行兩維布局和掩膜設計，並據此形成MEMS幾何模型，再進行動特性分析，以迭代地完成MEMS設計任務。造成這種狀況的原因之一是早期MEMS製造能力的制約與專門性導致了MEMS設計是依賴於製造的「試湊法」，且MEMS-CAD系統的開發沿用了這種「試湊法」的思路。從人類設計習慣看，MEMS設計應採用「反向」設計思想，即首先進行MEMS的三維建模與動特性分析，然後產生工藝規劃、掩膜等用於後續製造過程。這樣做也將有助於設計思維的展開。
事實上，當前國外在MEMS設計方法的研究上恰是焦聚在「反向」設計機制的，為此，本發明所提出的矽基微器件計算機輔助工藝規劃方法，亦定位於支持MEMS「反向」設計的工藝規劃方法。
微器件設計過程極大地受制於相應的製造工藝過程，當前有很多CAD系統用於MEMS設計和製造。然而，大部分都是通過給定的二維掩膜數據來仿真結構工藝，並且很少系統能從設計好的微器件模型生成製造工藝，這些系統也是基於二維幾何數據的。綜觀當前國內外研究進展與成果可知，在MEMS加工建模與工藝規劃研究中還存在著以下明顯的問題及亟待解決的技術難點1)大部分用於MEMS的CAD系統均針對「正向」設計過程，所含的微工藝規劃模塊很少涉及對工藝的自動生成，而只是對工藝進行編輯，對設計人員的工藝知識要求很高。
2)沒有系統性的總結微器件常見的三維製造特徵。
3)通過版圖設計和工藝建模來進行器件設計缺乏直觀性。
實現上述發明目的的技術方案是，採用Java方案建立了基於Web的微器件工藝規劃集成平臺，將微器件三維幾何結構按加工層進行分解，每一層由層主特徵和若干輔助特徵組成，建立了完整的微器件三維和二維表面製造特徵，該製造特徵與矽基微加工方法相聯繫，反映了微加工工藝約束條件。建立了MEMS布局和掩膜與微加工工藝設計之間的關係。通過給定的三維微器件模型，系統對微器件主特徵進行層次歸併，減少了加工工序和掩膜數量。在製造特徵輸入過程中形成特徵索引樹及特徵之間的關係，很好地表達了微器件幾何信息和工藝信息，同時對每種加工方法、材料性能和製造資源進行建模，據此實現了工藝流程設計和掩膜圖形設計。最後生成工藝數據和CIF格式掩膜文件。
採用Java方案建立了基於Web的微器件工藝設計平臺，能夠實現微器件信息輸入，工藝自動生成，掩膜圖形設計等功能。
在本發明中，其實體模型在經過分析與仿真後才用於版圖生成，更加直觀的反映出微器件的設計過程，減少了微器件造型的迭代次數，減少了錯誤的發生，只需修改三維圖形而無需修改不直觀的二維掩膜。在本發明中，經過微器件分層算法減少了加工層的數量，並且通過工序的合併減少了腐蝕和光刻步驟，降低了微器件的加工時間和製造成本。而且通過工藝資料庫的建立，使得設計人員可以方便的查詢工藝信息。
而傳統方法則在版圖設計完成後，需要經過三維實體重構，並對實體模型進行有限元分析和驗證，這樣的反覆往往需要進行多次。
圖11是本發明實施例系統的運行啟動界面；圖12是本發明實施例用戶登陸界面；圖13是本發明實施例微器件信息輸入界面；圖14是本發明實施例工藝工藝決策與優化界面；圖15是本發明實施例工藝編輯與工藝報表輸出界面；圖16是本發明實施例掩膜文件標準格式輸出(CIF或GDS II)界面。
本發明採用Java方案建立了基於Web的微器件工藝設計平臺，能夠實現微器件信息輸入，工藝自動生成，掩膜圖形設計等功能。5.1工藝設計平臺系統框架本系統主要由系統信息集成接口、工藝規劃、工藝仿真、可製造性評價、掩膜設計、工藝文件管理、工藝數據管理等模塊組成。本系統的基本構成框架如圖1所示，下面對各功能模塊進行描述。
各模塊的功能分述如下●系統信息集成接口該模塊可以直接從MEMS-CAD系統中獲取器件信息，同時系統產生的各種信息又是下遊製造、檢測、封裝等系統的信息源。
●微製造工藝規劃建模及實現邏輯採用層次分解法，將微加工工藝路線空間表達成一系列可能工序的有向圖，用圖論方法實現工藝路線規劃；對每個工序內的加工步驟或工步，同樣採用有向圖表達出工步空間，用圖論方法完成工序規劃；●微器件掩膜圖形設計採用圖形集合運算及綜合方法，對微器件設計3D圖形按加工層進行分解，並用2D圖形集合表達沿微器件高度方向的各加工層的橫切面，以推演出掩膜圖形；●微加工工藝過程仿真採用圖形動畫技術並根據微加工工藝規劃結果，仿真不同的微加工工藝過程(主要指基於表面、體微加工)的澱積、曝光、刻蝕、電鑄等工藝操作及順序，使所設計的微器件的加工過程能呈現給設計者。
●工藝文件生成管理可以對生成的工藝順序進行工序與工步的增刪改，並可以生成工藝規程卡和工序卡。
●工藝數據管理該模塊是系統的重要支撐基礎，對所有的器件信息及工藝數據信息進行組織和管理，使這些信息便於使用、擴充和維護。其中工藝資料庫包含了工藝設計所需的工藝數據(如加工方法、設備、材料等信息)和決策知識(包括工藝決策邏輯、經驗、公式、圖表等)。採用數據字典對微加工工藝過程所應用的術語進行規範化與形式化描述。5.2工作流程機制參照圖2，本系統的整個工作流程如圖2所述。
用戶在統一的Web瀏覽器界面的控制下，通過單擊微器件工藝規劃按鈕，啟動相應的Applet，並通過移動Java使能伺服器和資料庫伺服器。依據器件製造特徵樹推出特徵加工方法樹以形成多種加工方案，根據製造約束和動態規劃選出加工方案，生成工藝流和掩膜圖形。5.3基於特徵的微器件信息描述與相應的輸入方法通過分析微器件的結構發現微器件三維幾何結構可以按加工層進行分解，每一層由層主特徵和若干輔助特徵組成，層主特徵可以用沿微器件高度方向的橫切面特徵和相對應的主特徵上表面表示。橫切面特徵由一些參數化的基本形體特徵組合表達；而上表面的特徵形式多樣，又具有不同的排列組合方式，這些特徵可以採用系統預定義的面特徵及組合方式實現。對於無法通過預定義特徵及組合實現的上表面的特徵，則可由用戶通過系統提供的二維繪圖模塊繪製；層輔助特徵由一些基本的加工特徵表示，如凸出、通孔、盲孔、底切等，這些特徵與具體的加工方法相聯繫。據此邏輯可得到微器件每一層的與具體加工方法相關聯的形狀，同時還要考慮到每一層之間的相互影響。層主特徵的形成主要是通過薄膜沉積、光刻、刻蝕和摻雜等工序組合而成。通過總結分析微器件的幾何結構和工藝特點，可對一些特殊的微器件結構進行分解，並按照每個特徵均滿足在一次微加工循環中完成其結構成形規則總結出一整套針對體矽加工和表面微加工的特徵。
本發明將體矽加工和表面矽加工的微器件形狀特徵分為層(基體)主特徵、槽特徵、廣義孔特徵、「凸出」特徵和摻雜特徵。其形狀特徵分解圖如圖3所示。圖中的槽特徵是針對體矽加工總結出來的特徵。其餘特徵適用於體矽和表面矽加工。
根據層(基體)主特徵和輔助特徵可以確定微器件的幾何形狀。形狀特徵是其後推出具體加工方法的基礎。例如對於基體的輔助特徵，如是「有槽特徵」可推出是體矽加工，根據矽基體加工晶向的不同，會得到各種槽特徵。因此根據槽特徵可反向推出矽片的結晶取向等加工信息。每個特徵都有形狀、位置與方位描述、有效性描述，針對每種特徵還設定相對應的加工方法，如對於矩形通孔和圓形通孔其加工方法都通過腐蝕得到，具體的腐蝕方法、參數、所需設備要與輸入的材料性質、加工精度、層與層之間的聯繫相適應。同樣對於摻雜特徵，需確定摻雜區域、材料等。5.4微器件工藝自動生成算法工藝規劃中使用的基本原理是由微器件的幾何結構生成工藝流。其工藝生成流程如圖4所示。
首先進行微器件信息輸入。微器件信息由各主特徵和輔助特徵組成，特徵存儲於特徵庫中。特徵庫中的特徵是參數驅動的特徵模式，而不是具體的模型。為了儘可能全的表達微器件信息，系統預留了接口來擴展特徵庫。在輸入特徵時，將會提示輸入特徵的幾何參數及加工信息，並將這些信息存儲於資料庫中。輔助特徵的生成要選擇所依附的主特徵，以確定特徵間的相對關係。
然後根據主特徵建立MEMS器件的層主特徵順序關係，並進行主特徵歸併與層的生成，形成MEMS器件加工的層次關係。
主特徵歸併算法是每一個主特徵表示了微器件d的相應的屬性如材料特性，尺寸等。其中一些主特徵可能屬於同一物理層，用「0」，「1」來表示其主特徵之間的鄰接關係，應用以下規則如果主特徵ci位於cj之上，則用ci＞cj表示；如果ci是在cj上擴散，那麼ci＞cj；如果主特徵ci要求的工藝會對主特徵cj產生損壞，則ci＞cj。根據其建立鄰接矩陣，並根據鄰接矩陣生成無重複節點的主特徵樹，上下節點之間的關係表明了其主特徵之間的順序關係。但是這種順序關係不一定能適合於有效的微加工。為了降低製造成本和時間，將在一個加工循環中同時加工成形的主特徵合併成組以形成一個層單元，形成與具體微加工相適應的加工層。一般來說，同一層中的主特徵同時被加工成形。主特徵合併的準則有●它們具有同一種材料屬性；●它們有相同的沉積厚度；●它們上表面同時暴露於空中。
滿足第一和第二條準則可以通過預先描述的組主特徵信息來獲取，可以根據用戶輸入主特徵的屬性來判斷。第三條準則是根據前面描述的主特徵樹來實現的。我們知道，微加工中沉積工藝總是先於光刻腐蝕步驟，並且沉積工藝僅發生在暴露於空中的表面上。因此，系統使用主特徵樹來檢測將要同時暴露於空氣中的主特徵。
在微器件層次分析完成後，根據主特徵的分組合併情況，按照層次關係重新組織生成詳細的微器件特徵樹，按照相應的算法實現工藝生成。特徵工藝生成過程如圖5所示。在遍歷特徵樹中，首先搜索特徵樹中的層節點，然後搜索每一層所包含的特徵，最後形成所有備選工藝方案，根據製造資源約束和優化約束，得出最優工藝方案。5.5微器件掩膜生成方法在腐蝕和有掩膜摻雜情況下往往需要相應的掩膜板。因此為了生成與工藝相對應的掩膜圖形，需確定掩膜和孔特徵之間的關係。首先掃描微器件特徵樹，找出每一層的輔助廣義孔特徵，並建立孔特徵與層之間的鄰接矩陣關係和孔之間的鄰接矩陣。因為建立這些關係後可以分析確定腐蝕步驟插入到工藝流中的位置關係。
至於掩膜圖形，其屬於二維平面圖，且可用開區域和閉區域兩部分表示，如圖6所示。
由於器件信息描述都是以三維特徵為基礎的，因此需要將三維特徵向二維特徵映射，每一層(包括主特徵和輔助特徵)在垂直方向上投影，在投影過程中，需對二維平面圖形進行布爾操作，如交、並、差、取反以及其對圖形的操作(如平移、縮放、旋轉等)等。具體實現是利用Java和Java2D來生成二維掩膜圖形及對其操作。並能輸出通用的版圖文件標準交換格式CIF(Caltech Interchange Format)和GDS II。
掩膜形成的規則如下(只是針對腐蝕情況，摻雜與此類似)(1)各「開區域」在層形成後可以被腐蝕，但必須優先於阻擋了此區域的上一層。以圖7為例，區域a，b必須要在層N+1形成之前被腐蝕掉。因為同一層的不同開區域可能與上下層之間的關係不一樣，有的區域被阻擋是不可見的，而有些是可見的，因此同一層的不同開區域可能在不同的時間被腐蝕。如開區域c可以在層N+1形成之前或之後腐蝕。
(2)在相鄰兩層(按順序關係)中有同樣的腐蝕圖形，且材料都能被同一腐蝕液(溼法)刻蝕或同一幹法刻蝕，則可以一次加工成形，可以降低材料成本和掩膜數量。
(3)對於刻蝕如圖8所示的橫梁主特徵，雖然其沒有「孔」等輔助特徵，但它形成過程中必須經過刻蝕步驟，因此在提取其表面輪廓後要判斷其與基體輪廓關係，若小於基體則以其輪廓形成掩膜。同理對特徵1和特徵2類似。
因此前面生成的掩膜圖形必須轉化為CIF文件格式，完成從三維實體到二維版圖的數據交換，生成一套掩膜集M實現了與CAM系統的結合。
最後生成的工藝流由一系列的層加工組成，將各腐蝕、摻雜、光刻、等工序插入到相應層加工中，根據合適的掩膜版圖集形成了完整的工藝流程。
以上基本的工藝算法提供了定性的工藝流描述，但它並沒有確定特殊的工藝信息如工藝時間，溫度、成本等。每一個工藝流操作對每一層都包含了一系列的特定參數，這些參數取決於操作類型。如對一個LPCVD沉積多晶矽，其包含氣體特性、爐溫、壓力和沉積速率等參數。對於這些參數的給出，利用查表法或工藝模擬等方法，根據所要求的器件結構參數從工藝的加工能力和範圍資料庫中檢索匹配得到。
依據上述方法，系統會生成很多種工藝方案，如何從中選出最優方法，取決於對加工成本(C)、加工時間(T)和加工質量(Q)等因素的綜合評價。
由上述得到的工藝規程只是考慮到了理論因素，而對一些經驗值的確定很難考慮到，因此在生成工藝方案後，用戶可以對其進行增刪該操作，對生成的工藝進行審核，生成工藝規程卡和工序卡。
最後形成與具體加工環境相適配的加工工藝流，並將掩膜圖形以標準的CIF版圖格式輸出。5.6微器件計算機輔助工藝規劃的軟體實現方法本系統採用Java Applet-Servlet對的方式進行客戶機/伺服器之間的通信，採用Java對象序列化(Object Serialization)的方法實現基於Web的分布式對象傳輸，從而實現Applet與Servlet的通信。在這裡，Applet主要用於客戶端的計算，Servlet主要用於實現伺服器端的計算，從而實現客戶、伺服器端計算的分布與平衡。
資料庫的操作則由用戶通過Applet向Servlet發送操作請求或命令，然後通過Servlet經JDBC(Java寫的資料庫驅動程序)向SQL Server發送SQL語句實現對資料庫的訪問。至於在Web伺服器的選取上必須要支持EJB應用服務的配置，本系統選用Apache伺服器軟體。
由於本發明採用Java方案，因此其完全繼承了Java的跨平臺性特徵，即「一次編譯，到處運行」的特點，相比較於其它的程式語言，採用Java語言，應是本發明的優勢所在。5.7發明的效果針對本發明的目的，本發明在以下幾個方面取得了顯著的效果●目前的微器件工藝規劃均針對MEMS「正向」設計過程，且大都是利用工藝編輯器來交互實現的，是為了得到微器件幾何模型，且工藝步驟都相對簡單，與實際加工所需的信息相距甚遠。隨著MEMS技術的發展，越來越複雜的三維微器件的設計更依賴於MEMS「反向」設計方法，因此，急需與之相適應的從系統性地支持設計與製造兩角度出發的微製造工藝規劃系統。本發明提出了微器件計算機輔助工藝規劃的概念，並將其應用於可製造性評價中。事實證明該方法能夠系統性地支持微器件設計與製造。
●基於已有的微器件結構自動生成工藝的系統很少且都是基於二維的微器件模型。本發明以矽基微器件的體微加工和表面微加工為研究對象，發明了一種支持MEMS反向設計的新的微器件工藝規劃方法，通過已有的微器件三維結構來自動生成微器件工藝，並可以自動生成掩膜。
●實現了基於微器件主特徵的層次歸併方法，減少了加工工序和掩膜數量，降低了微器件的加工時間和成本，●系統能根據微器件三維結構生成掩膜圖形，相對於傳統的由二維掩膜開始設計微器件的方法，微器件設計過程變得直觀，並減少了錯誤的發生。
●軟體原型系統的實現採用了Java方案及ASP(Application ServiceProvider)技術。建立了基於Web的微器件工藝規劃集成平臺，初步實現了網上微器件工藝設計中心的思想。真正實現了「一處安裝，到處運行」軟體運行模式，節省了系統維護和升級成本。本發明的安裝和配置十分簡單，客戶端只需安裝Java運行環境(JRF)和網頁瀏覽器即可。系統的伺服器端程序以Servlet的形式出現。它隨著WEB伺服器的啟動而啟動。
●本發明具備標準的圖形化用戶界面，用戶只需簡單地操作本圖形界面，就可以實現微器件工藝的自動生成和掩膜圖形生成。5.8實施例基於上述發明專利所論述的理論、方法、算法與編程技術，申請人開發了一個原型測試系統，其軟體運行界面如圖9-圖16所示。
採用本發明所描述的相關方法、算法及軟體編程技術已用於開發微器件工藝規劃工具MicroCAP，該軟體的開發建立在前述的軟體測試原型系統的基礎上。申請人希望能使MicroCAP工具成為商品化軟體。
權利要求
1.一種矽基微器件計算機輔助工藝規劃方法，其特徵在於，包括以下步驟1)採用Java方案建立基於Web的微器件工藝設計平臺；包括信息集成接口、微製造工藝規劃、工藝仿真、可製造性評價、器件掩膜設計、工藝文件生成管理、工藝數據管理模塊組成；2)將微器件的三維幾何結構按加工層進行分解，每一層由層主特徵和若干輔助特徵組成，建立完整的微器件三維和二維表面製造特徵，該製造特徵與矽基微加工方法相聯繫，反映微加工工藝約束條件；3)建立MEMS布局和掩膜與微加工工藝設計之間的關係，通過給定的三維微器件模型，系統對微器件主特徵進行層次歸併，以減少加工工序和掩膜數量；4)在製造特徵輸入過程中形成特徵索引樹及特徵之間的關係，表達微器件幾何信息和工藝信息，同時對每種加工方法、材料性能和製造資源進行建模，據此實現工藝流程設計和掩膜圖形設計；5)最後生成工藝數據和CIF格式掩膜文件。
2.如權利要求1所述的矽基微器件計算機輔助工藝規劃方法，其特徵在於，所述微器件工藝設計平臺的信息集成接口、微製造工藝規劃、工藝仿真、可製造性評價、器件掩膜設計、工藝文件生成管理、工藝數據管理模塊的功能如下1)系統信息集成接口該模塊可以直接從MEMS-CAD系統中獲取器件信息，同時系統產生的各種信息又是下遊製造、檢測、封裝等系統的信息源；2)微器件工藝規劃建模及實現邏輯採用層次分解法，將微器件加工工藝路線空間表達成一系列可能工序的有向圖，包括，微器件信息輸入，器件層次分析，加工方法形成，加工設備選擇，加工參數確定等，用圖論方法實現工藝路線規劃；對每個工序內的加工步驟或工步，同樣採用有向圖表達出工步空間，用圖論方法完成工序規劃；3)微器件掩膜圖形設計採用圖形集合運算及綜合方法，對微器件設計3D圖形按加工層進行分解，並用2D圖形集合表達沿微器件高度方向的各加工層的橫切面，以推演出掩膜圖形；4)微加工工藝過程仿真採用圖形動畫技術並根據微加工工藝規劃結果，仿真不同的微加工工藝過程的澱積、曝光、刻蝕、電鑄等工藝操作及順序，使所設計的微器件的加工過程能呈現給設計者；5)工藝文件生成管理可以對生成的工藝順序進行工序與工步的增刪改，並可以生成工藝規程卡和工序卡。6)工藝數據管理該模塊對所有的器件信息及工藝數據信息進行組織和管理，使這些信息便於使用、擴充和維護；其中工藝資料庫包含了工藝設計所需的工藝數據和決策知識，採用數據字典對微加工工藝過程所應用的術語進行規範化與形式化描述。
3.如權利要求1所述的矽基微器件計算機輔助工藝規劃方法，其特徵在於，所述的層主特徵和若干輔助特徵層分別為層主特徵可以用沿微器件高度方向的橫切面特徵和相對應的主特徵上表面表示；橫切面特徵由一些參數化的基本形體特徵組合表達；而上表面的特徵形式多樣，又具有不同的排列組合方式，這些特徵可以採用系統預定義的面特徵及組合方式實現；對於無法通過預定義特徵及組合實現的上表面的特徵，則可由用戶通過系統提供的二維繪圖模塊繪製；層輔助特徵由一些基本的加工特徵表示，如凸出、通孔、盲孔、底切等，這些特徵與具體的加工方法相聯繫。
4.如權利要求2所述的矽基微器件計算機輔助工藝規劃方法，其特徵在於，所述微器件信息輸入方法是1)首先進行微器件信息輸入微器件信息由各主特徵和輔助特徵組成，特徵存儲於特徵庫中，特徵庫中的特徵是參數驅動的特徵模式，而不是具體的模型；在輸入特徵時，將會提示輸入特徵的幾何參數及加工信息，並將這些信息存儲於資料庫中；輔助特徵的生成要選擇所依附的主特徵，以確定特徵間的相對關係；2)然後根據主特徵建立MEMS器件的層主特徵順序關係，並進行主特徵歸併與層的生成，形成MEMS器件加工的層次關係；上述主特徵歸併算法是每一個主特徵表示了微器件d的相應的屬性如材料特性，尺寸等；其中一些主特徵可能屬於同一物理層，用「0」，「1」來表示其主特徵之間的鄰接關係，應用以下規則如果主特徵ci位於cj之上，則用ci＞cj表示；如果ci是在cj上擴散，那麼ci＞cj；如果主特徵ci要求的工藝會對主特徵cj產生損壞，則ci＞cj。根據其建立鄰接矩陣，並根據鄰接矩陣生成無重複節點的主特徵樹，上下節點之間的關係表明了其主特徵之間的順序關係，將在一個加工循環中同時加工成形的主特徵合併成組以形成一個層單元，形成與具體微加工相適應的加工層，同一層中的主特徵同時被加工成形；主特徵合併的準則有(1)具有同一種材料屬性(2)有相同的沉積厚度(3)上表面同時暴露於空中滿足(1)和(2)準則可以通過預先描述的組主特徵信息來獲取，可以根據用戶輸入主特徵的屬性來判斷；第(3)條準則是根據前面描述的主特徵樹來實現；在微器件層次分析完成後，根據主特徵的分組合併情況，按照層次關係重新組織生成詳細的微器件特徵樹，按照相應的算法實現工藝生成，在遍歷特徵樹中，首先搜索特徵樹中的層節點，然後搜索每一層所包含的特徵，最後形成所有備選工藝方案，根據製造資源約束和優化約束，得出最優工藝方案。
5.如權利要求2所述的矽基微器件計算機輔助工藝規劃方法，其特徵在於，所述微器件掩膜的生成方法是首先掃描微器件特徵樹，找出每一層的輔助廣義孔特徵，並建立孔特徵與層之間的鄰接矩陣關係和孔之間的鄰接矩陣；建立這些關係後分析確定腐蝕步驟插入到工藝流中的位置關係；所述掩膜圖形，其屬於二維平面圖，用開區域和閉區域兩部分表示；由於器件信息描述都是以三維特徵為基礎的，因此需要將三維特徵向二維特徵映射，每一層，包括主特徵和輔助特徵，在垂直方向上投影，在投影過程中，對二維平面圖形進行布爾操作，利用Java和Java2D來生成二維掩膜圖形及對其操作；掩膜形成的規則如下(1)各「開區域」在層形成後可以被腐蝕，但必須優先於阻擋了此區域的上一層，因為同一層的不同開區域可能與上下層之間的關係不一樣，有的區域被阻擋是不可見的，而有些是可見的，因此同一層的不同開區域可能在不同的時間被腐蝕；(2)在相鄰兩層(按順序關係)中有同樣的腐蝕圖形，且材料都能被同一腐蝕液(溼法)刻蝕或同一幹法刻蝕，則可以一次加工成形；(3)對於刻蝕的橫梁主特徵，雖然其沒有「孔」等輔助特徵，但它形成過程中必須經過刻蝕步驟，在提取其表面輪廓後要判斷其與基體輪廓關係，若小於基體則以其輪廓形成掩膜；將生成的掩膜圖形必須轉化為CIF文件格式，完成從三維實體到二維版圖的數據交換，生成一套掩膜集M，並與CAM系統的結合；最後生成的工藝流由一系列的層加工組成，將各腐蝕、摻雜、光刻、等工序插入到相應層加工中，根據合適的掩膜版圖集形成完整的工藝流程。
全文摘要
本發明公開了一種以矽基微器件的體微加工和表面微加工為研究對象的計算機輔助工藝規劃方法，將微器件三維幾何結構按加工層進行分解，每一層由層主特徵和若干輔助特徵組成，建立了完整的微器件三維和二維表面製造特徵，該製造特徵與矽基微加工方法相聯繫，反映了微加工工藝約束條件。建立了MEMS布局和掩膜與微加工工藝設計之間的關係。通過給定的三維微器件模型，對微器件主特徵進行層次歸併，減少了加工工序和掩膜數量。在製造特徵輸入過程中形成特徵索引樹及特徵之間的關係，很好地表達了微器件幾何信息和工藝信息，同時對每種加工方法、材料性能和製造資源進行建模，據此實現了工藝流程設計和掩膜圖形設計。最後生成工藝數據和CIF格式掩膜文件。
文檔編號G06F17/50GK1448870SQ0310802
公開日2003年10月15日 申請日期2003年5月14日 優先權日2003年5月14日
發明者江平宇, 汪繼亮, 劉崢 申請人:西安交通大學