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标题: 掩模和工序综合 [打印本页]

作者: 光电人 时间: 2010-10-19 10:05
标题: 掩模和工序综合
掩模和工序综合是指从器件的几何模型或用层表示的几何模型中产生合适的掩模版图和工艺描述。掩模和工序综合的目的是将MEMS器件分解为可制造的工艺数据，类似于宏观的刀具轨迹规划工作。若设计人员直接设计MEMS器件的几何形状，则掩模和工序综合对连接设计与制造具有重要意义。

Michigan大Mastrangelo等人首先研究开发了一个微加工器件的二维截面自动综合工艺流的工艺综合工具MiSTIC。该工具首先使用器件的拓扑结构的半序集表示用于确定该器件的不同组件的次序;然后使用半序集的线性扩展确定组件加工次序，并将每个组件次序扩展成一个相应的工艺步骤流程;最后在确定出的多个工艺步骤流程组成的候选集中通过质量因数评价法选定一个最终的工艺流程。MiSTIC只适合处理与IC工艺兼容的表面微加工工艺，其输入是二维分离的组件。

加州理工学院(Caltech)的Antonsson研究小组研究了体微加工中的掩模和工艺综合问题，提出基于遗传算法的掩模和工艺综合方法。在该项研究中，工艺和掩模综合被看成全局最优问题，并应用遗传算法查找“最优化”的掩模和工艺。使用该方法时，首先随机生成一个初始的候选集(包括掩模和工艺参数)母本;然后使用一个专门的工艺模拟器模拟在给定的工艺参数和掩模下的制造过程，生成一个三维形状，并通过比较所产生的形状与用户设计给定的形状对候选集进行评价，此时遗传算法操作保证与用户给定形状匹配的最好的候选集生存并能进化出更好的后代;最后当查找到一个满意的解时终止迭代。在该方法中，掩模版图是采用多边形。与上述方法类似，Buttgenbach等也提出了一个使用遗传算法综合掩模和工艺的方法。该方法采用基于2D位图表示的掩模版图，可处理几乎所有形状的掩模，但也存在时间开销大等缺点。基于遗传算法的掩模和工艺综合方法，理论上能找到全局最优解，但实际上依赖于工艺模拟器和合适的遗传算法操作。

Ananthakrishnan等针对表面微加工工艺提出了在给定工艺步骤次序和最初的几何模型条件下的掩模综合方法。在该方法中，首先根据工艺步骤次序分阶段地构造一个中间几何模型，然后通过中间几何模型与给定的几何模型的比较提取掩模，最后通过求解从给定的工艺步骤和几何模型中构成的线性方程组解决冲突问题。由于该方法使用数学方程求解，没有结合工艺特性，因而需要给出基于层表示的几何模型和工艺步骤等输入，造成适用范围较窄。

Gao等提出的FBMGM方法自动实现掩模和工序综合。FBMGM方法不仅定义了设计特征，还定义了制造特征。在进行器件设计时，设计特征实例自动根据一系列启发式规则映射为制造特征实例，然后掩模和工序直接从制造特征实例中生成。由于制造特征是由设计特征映射生成，因而这种方法特别依赖于特征映射中制定的启发式规则。如果映射规则设置不合理，会造成无法生成制造特征实例以及最终的掩模和工序。

汪继亮等以硅基微器件的体微加工和表面加工为研究对象，提出了一种可自动生成掩模的微器件工艺规划方法。在该方法中，首先对一些微加工工艺、材料性能和制造资源进行建模，而后提出了一种基于特征的多层次体面相结合的微器件信息描述模型。在信息描述模型中，将微器件描述为总体一加工层一特征一属性4级模式，具体地是将微器件的三维几何结构按加工层进行分解，每一层由层主特征和若干辅助特征组成。这些特征与硅基微加工方法相联系，不仅反映了微加工工艺的约束条件，而且具有确切的加工形状。通过给定的三维微器件模型，对微器件组件进行层次归并，减少了加工工序和掩模数量。在制造特征输入过程中，形成特征索引树等记录设计历史的信息。基于以上的模型和信息，该方法最终实现了工艺流程设计和掩模图形设计。此方法与FBMGM方法相比，需要交互输入制造特征，因而使用这种方法进行设计仍较繁琐。

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