Tanner:基于PC的IC設計工具降低MEMS設計門檻
Tanner公司MEMS產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)理 Amish Desai
摘要： 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設計工具來創(chuàng)建MEMS器件的掩膜。然而，IC設計與MEMS設計之間存在著根本的區(qū)別，從版圖特性、驗證或仿真類型，到最重要的構造問題。
Abstract：
Key words :
鑒于MEMS工藝源自光刻微電子icle/index.aspx?id=22201">工藝，所以人們很自然會考慮用IC設計工具來創(chuàng)建MEMS器件的掩膜。然而，IC設計與MEMS設計之間存在著根本的區(qū)別，從版圖特性、驗證或仿真類型，到最重要的構造問題。
盡管針對MEMS設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工具開始被用于設計微機電系統(tǒng)及IC。
不過，這類軟件的使用者必須認識到MEMS設計的特殊復雜性，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。但對于復雜的多個掩膜層，在錯誤檢測、參數(shù)對象構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MEMS設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建，并被放置在比IC制造工藝更精細的柵格上，以確保機械的“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)。
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，以準確捕捉中點、半徑和角。在IC領域，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設計中那么重要。例如，出于機械或慣性的目的，MEMS設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)化方法構造復雜的曲線或對象，從而迫使設計師輸入詳細的x、y坐標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，所以設計師可能要使用Matlab或Excel這類的程序來創(chuàng)建x、y坐標點，然后再進入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制造領域，MEMS設計師從非常早的階段起就必須考慮工藝以及器件的機械物理學問題。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)常限制了機電設計的最佳優(yōu)化。因此，設計師不得不利用新穎的分層技術和固定的工藝折衷來實現(xiàn)恰當?shù)拇艌觥?/div>
與制造緊密聯(lián)系的是工藝特征和工件(artifact)。設計師可以直接在CAD工具中對它們做一些修正補償。MEMS是在版圖設計階段預備掩膜數(shù)據(jù)的。在L-Edit版圖編輯器里，所有關于復雜多邊形(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設計師應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，而且在材料選擇、層次順序等方面是獨特的。實際上，現(xiàn)在只有很少的標準工藝。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行自動化的版圖與原理圖對比(LVS)檢查。
不過，定制的設計規(guī)則檢查(DRC)工具可以用來發(fā)現(xiàn)MEMS設計中突然出現(xiàn)的簡單版圖和設計錯誤。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設計中，對象尺寸在數(shù)量級上的差異會導致一個常犯的錯誤。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)，將會造成慘重損失。能夠處理曲線和多邊形的DRC則可以避免這些錯誤。
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