CN1187697C

CN1187697C - 硅基微器件计算机辅助工艺规划方法

Info

Publication number: CN1187697C
Application number: CNB031080235A
Authority: CN
Inventors: 江平宇; 汪继亮; 刘崢
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2005-02-02
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: CN1448870A

Abstract

本发明公开了一种以硅基微器件的体微加工和表面微加工为研究对象的计算机辅助工艺规划方法，将微器件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，建立了完整的微器件三维和二维表面制造特征，该制造特征与硅基微加工方法相联系，反映了微加工工艺约束条件。建立了MEMS布局和掩膜与微加工工艺设计之间的关系。通过给定的三维微器件模型，对微器件主特征进行层次归并，减少了加工工序和掩膜数量。在制造特征输入过程中形成特征索引树及特征之间的关系，很好地表达了微器件几何信息和工艺信息，同时对每种加工方法、材料性能和制造资源进行建模，据此实现了工艺流程设计和掩膜图形设计。最后生成工艺数据和CIF格式掩膜文件。

Description

硅基微器件计算机辅助工艺规划方法

技术领域

本发明属于计算机应用技术领域。涉及到针对微机电系统工艺规划的基础理论、软件开发方法、相关算法及编程实现的途径，特别涉及一种针对MEMS“反向”设计过程硅基微器件计算机辅助工艺规划方法。

背景技术

MEMS-CAD系统的出现，使相关的设计过程得到了计算机的强有力支持。目前，国内外开发出了很多CAD软件，如MIT的MEMCAD(现在的CoventorWareCAD系统)可对设计制造的全过程进行仿真，包括封装及系统级的仿真。IntelliSense的InteliCAD主要进行机电热的分析，在工艺仿真方面有较大的灵活性。美国Carnegie-Mellon大学的NODAS能够通过参数化元件库技术快速搭建MEMS系统。

同时，国内外学者也对IC和MEMS加工建模方面进行了很多的研究。Zaman，M.H开发的MISTIC软件能从二维几何器件截面图描述中自动生成制造工艺流，并且可以根据工艺流可视化生成二维器件。Osterberg开发的MemBuilder软件可以根据用户定义的工艺文件和二维掩膜数据，并借助于IDEAS CAD工具自动生成三维微器件结构图形。Venkat A.Venkataraman等提出了表面微加工工艺的两维工艺描述。Asaumi，K.等研究了单晶硅各向异性刻蚀的工艺仿真系统。Zhenjun Zhu等开发了各向异性晶体腐蚀仿真(ACES)程序，它是基于连续单元自动(CA)模型的，该软件按照微加工步骤仿真微器件三维图形。

国内在研究MEMS-CAD方面还处于起步阶段。清华大学的周兆英教授曾在多篇文章中阐述MEMS-CAD的重要作用。东南大学、浙江大学及重庆大学等单位的学者也曾著文讨论该方向的问题。

然而，上面所述的各种MEMS-CAD系统只支持所谓的MEMS“正向”设计过程，即首先参考可能的工艺流程或在工艺规划的支持下进行两维布局和掩膜设计，并据此形成MEMS几何模型，再进行动特性分析，以迭代地完成MEMS设计任务。造成这种状况的原因之一是早期MEMS制造能力的制约与专门性导致了MEMS设计是依赖于制造的“试凑法”，且MEMS-CAD系统的开发沿用了这种“试凑法”的思路。从人类设计习惯看，MEMS设计应采用“反向”设计思想，即首先进行MEMS的三维建模与动特性分析，然后产生工艺规划、掩膜等用于后续制造过程。这样做也将有助于设计思维的展开。

事实上，当前国外在MEMS设计方法的研究上恰是焦聚在“反向”设计机制的，为此，本发明所提出的硅基微器件计算机辅助工艺规划方法，亦定位于支持MEMS“反向”设计的工艺规划方法。

微器件设计过程极大地受制于相应的制造工艺过程，当前有很多CAD系统用于MEMS设计和制造。然而，大部分都是通过给定的二维掩膜数据来仿真结构工艺，并且很少系统能从设计好的微器件模型生成制造工艺，这些系统也是基于二维几何数据的。综观当前国内外研究进展与成果可知，在MEMS加工建模与工艺规划研究中还存在着以下明显的问题及亟待解决的技术难点：

1)大部分用于MEMS的CAD系统均针对“正向”设计过程，所含的微工艺规划模块很少涉及对工艺的自动生成，而只是对工艺进行编辑，对设计人员的工艺知识要求很高。

2)没有系统性的总结微器件常见的三维制造特征。

3)通过版图设计和工艺建模来进行器件设计缺乏直观性。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，针对MEMS“反向”设计过程，提出一种硅基微器件计算机辅助工艺规划方法，从微器件三维结构出发，通过对输入信息的充分利用，查询预定义的特征工艺库，经过层次分析自动生成工艺和掩膜版图。

实现上述发明目的的技术方案是，一种硅基微器件计算机辅助工艺规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用Java方案建立基于Web的微器件工艺设计平台；包括：信息集成接口、微制造工艺规划、工艺仿真、可制造性评价、器件掩膜设计、工艺文件生成管理、工艺数据管理模块组成；

2)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，建立完整的微器件三维和二维表面制造特征，该制造特征与硅基微加工方法相联系，反映微加工工艺约束条件；

所述的层主特征和若干辅助特征层分别为：

层主特征可以用沿微器件高度方向的横切面特征和相对应的主特征上表面表示；横切面特征由一些参数化的基本形体特征组合表达；而上表面的特征形式多样，又具有不同的排列组合方式，这些特征可以采用系统预定义的面特征及组合方式实现；对于无法通过预定义特征及组合实现的上表面的特征，则可由用户通过系统提供的二维绘图模块绘制；

层辅助特征由一些基本的加工特征表示，包括凸出、通孔、盲孔、底切，这些特征与具体的加工方法相联系；

3)建立MEMS布局和掩膜与微加工工艺设计之间的关系，通过给定的三维微器件模型，系统对微器件主特征进行层次归并，以减少加工工序和掩膜数量；

微器件主特征进行层次归并是根据主特征建立MEMS器件的层主特征顺序关系，并进行主特征归并与层的生成，形成MEMS器件加工的层次关系；

主特征归并算法是：每一个主特征表示了微器件d的相应的属性如材料特性，尺寸，其中一些主特征可能属于同一物理层，用“0”，“1”来表示其主特征之间的邻接关系；应用以下规则：

如果主特征c_i位于c_j之上，则用c_i＞c_j表示；如果c_i是在c_j上扩散，那么c_i＞c_j；如果主特征c_i要求的工艺会对主特征c_j产生损坏，则c_i＞c_j；

根据其建立邻接矩阵，并根据邻接矩阵生成无重复节点的主特征树，上下节点之间的关系表明了其主特征之间的顺序关系；但是这种顺序关系不一定能适合于有效的微加工，为了降低制造成本和时间，将在一个加工循环中同时加工成形的主特征合并成组以形成一个层单元，形成与具体微加工相适应的加工层。一般来说，同一层中的主特征同时被加工成形；

主特征合并的准则有：

(1)具有同一种材料属性；

(2)有相同的沉积厚度；

(3)上表面同时暴露于空中；

满足(1)和(2)准则可以通过预先描述的组主特征信息来获取，可以根据用户输入主特征的属性来判断；第(3)条准则是根据前面描述的主特征树来实现；

4)在制造特征输入过程中形成特征索引树及特征之间的关系，表达微器件几何信息和工艺信息，同时对每种加工方法、材料性能和制造资源进行建模，据此实现工艺流程设计和掩膜图形设计；器件掩膜的生成方法是：

首先扫描微器件特征树，找出每一层的辅助广义孔特征，并建立孔特征与层之间的邻接矩阵关系和孔之间的邻接矩阵；建立这些关系后分析确定腐蚀步骤插入到工艺流中的位置关系；

所述掩膜图形，其属于二维平面图，用开区域和闭区域两部分表示；

由于器件信息描述都是以三维特征为基础的，因此需要将三维特征向二维特征映射，每一层，包括主特征和辅助特征，在垂直方向上投影，在投影过程中，对二维平面图形进行布尔操作，利用Java和Java2D来生成二维掩膜图形及对其操作；

掩膜形成的规则如下：

(1)各“开区域”在层形成后可以被腐蚀，但必须优先于阻挡了此区域的上一层，因为同一层的不同开区域可能与上下层之间的关系不一样，有的区域被阻挡是不可见的，而有些是可见的，因此同一层的不同开区域可能在不同的时间被腐蚀；

(2)在相邻两层(按顺序关系)中有同样的腐蚀图形，且材料都能被同一腐蚀液(湿法)刻蚀或同一干法刻蚀，则可以一次加工成形；

(3)对于刻蚀的横梁主特征，虽然其没有“孔”等辅助特征，但它形成过程中必须经过刻蚀步骤，在提取其表面轮廓后要判断其与基体轮廓关系，若小于基体则以其轮廓形成掩膜；

5)生成工艺数据和CIF格式掩膜文件

生成的工艺流由一系列的层加工组成，将各腐蚀、掺杂、光刻、等工序插入到相应层加工中，根据合适的掩膜版图集形成完整的工艺流程；

生成的掩膜图形必须转化为CIF文件格式，完成从三维实体到二维版图的数据交换，生成一套掩膜集M，并与CAM系统的结合。

本发明采用Java方案建立了基于Web的微器件工艺设计平台，能够实现微器件信息输入，工艺自动生成，掩膜图形设计等功能。而传统方法则在版图设计完成后，需要经过三维实体重构，并对实体模型进行有限元分析和验证，这样的反复往往需要进行多次。

在本发明中，其实体模型在经过分析与仿真后才用于版图生成，更加直观的反映出微器件的设计过程，减少了微器件造型的迭代次数，减少了错误的发生，只需修改三维图形而无需修改不直观的二维掩膜。在本发明中，经过微器件分层算法减少了加工层的数量，并且通过工序的合并减少了腐蚀和光刻步骤，降低了微器件的加工时间和制造成本。而且通过工艺数据库的建立，使得设计人员可以方便的查询工艺信息。

附图说明

图1是本发明的微器件工艺规划系统构成框架；

图2是本发明的微器件工艺规划工作流程；

图3是本发明的微器件形状特征分解图；

图4是本发明的工艺生成流程；

图5是本发明的特征工艺生成过程示意图；

图6是本发明的掩膜开区域和闭区域的形成示意图；

图7是本发明的“开区域”层间腐蚀的掩膜形成规则示意图；

图8是本发明的横梁主特征刻蚀的掩膜生成规则示意图；

图9是本发明实施例Web服务器(Apache+tomcat)的启动界面；

图10是本发明实施例数据库服务器的启动界面；

图11是本发明实施例系统的运行启动界面；

图12是本发明实施例用户登陆界面；

图13是本发明实施例微器件信息输入界面；

图14是本发明实施例工艺工艺决策与优化界面；

图15是本发明实施例工艺编辑与工艺报表输出界面；

图16是本发明实施例掩膜文件标准格式输出(CIF或GDS II)界面。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合附图和发明人依本发明的技术方案完成的实例对本发明作进一步的详细描述。

1.发明的内容

本发明的方法是将微器件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，建立了完整的微器件三维和二维表面制造特征，该制造特征与硅基微加工方法相联系，反映了微加工工艺约束条件。建立了MEMS布局和掩膜与微加工工艺设计之间的关系。通过给定的三维微器件模型，系统对微器件主特征进行层次归并，减少了加工工序和掩膜数量。在制造特征输入过程中形成特征索引树及特征之间的关系，很好地表达了微器件几何信息和工艺信息，同时对每种加工方法、材料性能和制造资源进行建模，据此实现了工艺流程设计和掩膜图形设计。最后生成工艺数据和CIF格式掩膜文件。

本发明采用Java方案建立了基于Web的微器件工艺设计平台，能够实现微器件信息输入，工艺自动生成，掩膜图形设计等功能。

1.1工艺设计平台系统框架

本系统主要由系统信息集成接口、工艺规划、工艺仿真、可制造性评价、掩膜设计、工艺文件管理、工艺数据管理等模块组成。本系统的基本构成框架如图1所示，下面对各功能模块进行描述。

各模块的功能分述如下：

●系统信息集成接口：该模块可以直接从MEMS-CAD系统中获取器件信息，同时系统产生的各种信息又是下游制造、检测、封装等系统的信息源。

●微制造工艺规划建模及实现逻辑：采用层次分解法，将微加工工艺路线空间表达成一系列可能工序的有向图，用图论方法实现工艺路线规划；对每个工序内的加工步骤或工步，同样采用有向图表达出工步空间，用图论方法完成工序规划；

●微器件掩膜图形设计：采用图形集合运算及综合方法，对微器件设计3D图形按加工层进行分解，并用2D图形集合表达沿微器件高度方向的各加工层的横切面，以推演出掩膜图形；

●微加工工艺过程仿真：采用图形动画技术并根据微加工工艺规划结果，仿真不同的微加工工艺过程(主要指基于表面、体微加工)的淀积、曝光、刻蚀、电铸等工艺操作及顺序，使所设计的微器件的加工过程能呈现给设计者。

●工艺文件生成管理：可以对生成的工艺顺序进行工序与工步的增删改，并可以生成工艺规程卡和工序卡。

●工艺数据管理：该模块是系统的重要支撑基础，对所有的器件信息及工艺数据信息进行组织和管理，使这些信息便于使用、扩充和维护。其中工艺数据库包含了工艺设计所需的工艺数据(如加工方法、设备、材料等信息)和决策知识(包括工艺决策逻辑、经验、公式、图表等)。采用数据字典对微加工工艺过程所应用的术语进行规范化与形式化描述。

1.2工作流程机制

参照图2，本系统的整个工作流程如图2所述。

用户在统一的Web浏览器界面的控制下，通过单击微器件工艺规划按钮，启动相应的Applet，并通过移动Java服务器和数据库服务器依据器件制造特征树推出特征加工方法树以形成多种加工方案，根据制造约束和动态规划选出加工方案，生成工艺流和掩膜图形。

1.3基于特征的微器件信息描述与相应的输入方法

通过分析微器件的结构发现微器件三维几何结构可以按加工层进行分解，每一层由层主特征和若干辅助特征组成，层主特征可以用沿微器件高度方向的横切面特征和相对应的主特征上表面表示。横切面特征由一些参数化的基本形体特征组合表达；而上表面的特征形式多样，又具有不同的排列组合方式，这些特征可以采用系统预定义的面特征及组合方式实现。对于无法通过预定义特征及组合实现的上表面的特征，则可由用户通过系统提供的二维绘图模块绘制；层辅助特征由一些基本的加工特征表示，如凸出、通孔、盲孔、底切等，这些特征与具体的加工方法相联系。据此逻辑可得到微器件每一层的与具体加工方法相关联的形状，同时还要考虑到每一层之间的相互影响。层主特征的形成主要是通过薄膜沉积、光刻、刻蚀和掺杂等工序组合而成。通过总结分析微器件的几何结构和工艺特点，可对一些特殊的微器件结构进行分解，并按照每个特征均满足在一次微加工循环中完成其结构成形规则总结出一整套针对体硅加工和表面微加工的特征。

本发明将体硅加工和表面硅加工的微器件形状特征分为：层(基体)主特征、槽特征、广义孔特征、“凸出”特征和掺杂特征。其形状特征分解图如图3所示。图中的槽特征是针对体硅加工总结出来的特征。其余特征适用于体硅和表面硅加工。

根据层(基体)主特征和辅助特征可以确定微器件的几何形状。形状特征是其后推出具体加工方法的基础。例如对于基体的辅助特征，如是“有槽特征”可推出是体硅加工，根据硅基体加工晶向的不同，会得到各种槽特征。因此根据槽特征可反向推出硅片的结晶取向等加工信息。每个特征都有形状、位置与方位描述、有效性描述，针对每种特征还设定相对应的加工方法，如对于矩形通孔和圆形通孔其加工方法都通过腐蚀得到，具体的腐蚀方法、参数、所需设备要与输入的材料性质、加工精度、层与层之间的联系相适应。同样对于掺杂特征，需确定掺杂区域、材料等。

1.4微器件工艺自动生成算法

工艺规划中使用的基本原理是由微器件的几何结构生成工艺流。其工艺生成流程如图4所示。

首先进行微器件信息输入。微器件信息由各主特征和辅助特征组成，特征存储于特征库中。特征库中的特征是参数驱动的特征模式，而不是具体的模型。为了尽可能全的表达微器件信息，系统预留了接口来扩展特征库。在输入特征时，将会提示输入特征的几何参数及加工信息，并将这些信息存储于数据库中。辅助特征的生成要选择所依附的主特征，以确定特征间的相对关系。

然后根据主特征建立MEMS器件的层主特征顺序关系，并进行主特征归并与层的生成，形成MEMS器件加工的层次关系。

主特征归并算法是：每一个主特征表示了微器件d的相应的属性如材料特性，尺寸等。其中一些主特征可能属于同一物理层，用“0”，“1”来表示其主特征之间的邻接关系，应用以下规则：如果主特征c_i位于c_j之上，则用c_i＞c_j表示；如果c_i是在c_j上扩散，那么c_i＞c_j；如果主特征c_i要求的工艺会对主特征c_j产生损坏，则c_i＞c_j。根据其建立邻接矩阵，并根据邻接矩阵生成无重复节点的主特征树，上下节点之间的关系表明了其主特征之间的顺序关系。但是这种顺序关系不一定能适合于有效的微加工。为了降低制造成本和时间，将在一个加工循环中同时加工成形的主特征合并成组以形成一个层单元，形成与具体微加工相适应的加工层。一般来说，同一层中的主特征同时被加工成形。主特征合并的准则有：

(1)它们具有同一种材料属性；

(2)它们有相同的沉积厚度；

(3)它们上表面同时暴露于空中。

满足第一和第二条准则可以通过预先描述的组主特征信息来获取，可以根据用户输入主特征的属性来判断。第三条准则是根据前面描述的主特征树来实现的。我们知道，微加工中沉积工艺总是先于光刻腐蚀步骤，并且沉积工艺仅发生在暴露于空中的表面上。因此，系统使用主特征树来检测将要同时暴露于空气中的主特征。

在微器件层次分析完成后，根据主特征的分组合并情况，按照层次关系重新组织生成详细的微器件特征树，按照相应的算法实现工艺生成。特征工艺生成过程如图5所示。在遍历特征树中，首先搜索特征树中的层节点，然后搜索每一层所包含的特征，最后形成所有备选工艺方案，根据制造资源约束和优化约束，得出最优工艺方案。

1.5微器件掩膜生成方法

在腐蚀和有掩膜掺杂情况下往往需要相应的掩膜板。因此为了生成与工艺相对应的掩膜图形，需确定掩膜和孔特征之间的关系。首先扫描微器件特征树，找出每一层的辅助广义孔特征，并建立孔特征与层之间的邻接矩阵关系和孔之间的邻接矩阵。因为建立这些关系后可以分析确定腐蚀步骤插入到工艺流中的位置关系。

至于掩膜图形，其属于二维平面图，且可用开区域和闭区域两部分表示，如图6所示。

由于器件信息描述都是以三维特征为基础的，因此需要将三维特征向二维特征映射，每一层(包括主特征和辅助特征)在垂直方向上投影，在投影过程中，需对二维平面图形进行布尔操作，如交、并、差、取反以及其对图形的操作(如平移、缩放、旋转等)等。具体实现是利用Java和Java2D来生成二维掩膜图形及对其操作。并能输出通用的版图文件标准交换格式CIF(Caltech Interchange Format)和GDS II。

掩膜形成的规则如下(只是针对腐蚀情况，掺杂与此类似)：

(1)各“开区域”在层形成后可以被腐蚀，但必须优先于阻挡了此区域的上一层。以图7为例，区域a，b必须要在层N+1形成之前被腐蚀掉。因为同一层的不同开区域可能与上下层之间的关系不一样，有的区域被阻挡是不可见的，而有些是可见的，因此同一层的不同开区域可能在不同的时间被腐蚀。如开区域c可以在层N+1形成之前或之后腐蚀。

(2)在相邻两层(按顺序关系)中有同样的腐蚀图形，且材料都能被同一腐蚀液(湿法)刻蚀或同一干法刻蚀，则可以一次加工成形，可以降低材料成本和掩膜数量。

(3)对于刻蚀如图8所示的横梁主特征，虽然其没有“孔”等辅助特征，但它形成过程中必须经过刻蚀步骤，因此在提取其表面轮廓后要判断其与基体轮廓关系，若小于基体则以其轮廓形成掩膜。同理对特征1和特征2类似。

因此前面生成的掩膜图形必须转化为CIF文件格式，完成从三维实体到二维版图的数据交换，生成一套掩膜集M实现了与CAM系统的结合。

最后生成的工艺流由一系列的层加工组成，将各腐蚀、掺杂、光刻、等工序插入到相应层加工中，根据合适的掩膜版图集形成了完整的工艺流程。

以上基本的工艺算法提供了定性的工艺流描述，但它并没有确定特殊的工艺信息如：工艺时间，温度、成本等。每一个工艺流操作对每一层都包含了一系列的特定参数，这些参数取决于操作类型。如：对一个LPCVD沉积多晶硅，其包含气体特性、炉温、压力和沉积速率等参数。对于这些参数的给出，利用查表法或工艺模拟等方法，根据所要求的器件结构参数从工艺的加工能力和范围数据库中检索匹配得到。

依据上述方法，系统会生成很多种工艺方案，如何从中选出最优方法，取决于对加工成本(C)、加工时间(T)和加工质量(Q)等因素的综合评价。

由上述得到的工艺规程只是考虑到了理论因素，而对一些经验值的确定很难考虑到，因此在生成工艺方案后，用户可以对其进行增删该操作，对生成的工艺进行审核，生成工艺规程卡和工序卡。

最后形成与具体加工环境相适配的加工工艺流，并将掩膜图形以标准的CIF版图格式输出。

1.6微器件计算机辅助工艺规划的软件实现方法

本系统采用Java Applet-Servlet对的方式进行客户机/服务器之间的通信，采用Java对象序列化(Object Serialization)的方法实现基于Web的分布式对象传输，从而实现Applet与Servlet的通信。在这里，Applet主要用于客户端的计算，Servlet主要用于实现服务器端的计算，从而实现客户、服务器端计算的分布与平衡。

数据库的操作则由用户通过Applet向Servlet发送操作请求或命令，然后通过Servlet经JDBC(Java写的数据库驱动程序)向SQL Server发送SQL语句实现对数据库的访问。至于在Web服务器的选取上必须要支持EJB应用服务的配置，本系统选用Apache服务器软件。

由于本发明采用Java方案，因此其完全继承了Java的跨平台性特征，即“一次编译，到处运行”的特点，相比较于其它的编程语言，采用Java语言，应是本发明的优势所在。

1.7发明的效果

针对本发明的目的，本发明在以下几个方面取得了显著的效果：

●目前的微器件工艺规划均针对MEMS“正向”设计过程，且大都是利用工艺编辑器来交互实现的，是为了得到微器件几何模型，且工艺步骤都相对简单，与实际加工所需的信息相距甚远。随着MEMS技术的发展，越来越复杂的三维微器件的设计更依赖于MEMS“反向”设计方法，因此，急需与之相适应的从系统性地支持设计与制造两角度出发的微制造工艺规划系统。本发明提出了微器件计算机辅助工艺规划的概念，并将其应用于可制造性评价中。事实证明该方法能够系统性地支持微器件设计与制造。

●基于已有的微器件结构自动生成工艺的系统很少且都是基于二维的微器件模型。本发明以硅基微器件的体微加工和表面微加工为研究对象，发明了一种支持MEMS反向设计的新的微器件工艺规划方法，通过已有的微器件三维结构来自动生成微器件工艺，并可以自动生成掩膜。

●实现了基于微器件主特征的层次归并方法，减少了加工工序和掩膜数量，降低了微器件的加工时间和成本，

●系统能根据微器件三维结构生成掩膜图形，相对于传统的由二维掩膜开始设计微器件的方法，微器件设计过程变得直观，并减少了错误的发生。

●软件原型系统的实现采用了Java方案及ASP(Application ServiceProvider)技术。建立了基于Web的微器件工艺规划集成平台，初步实现了网上微器件工艺设计中心的思想。真正实现了“一处安装，到处运行”软件运行模式，节省了系统维护和升级成本。本发明的安装和配置十分简单，客户端只需安装Java运行环境(JRE)和网页浏览器即可。系统的服务器端程序以Servlet的形式出现。它随着WEB服务器的启动而启动。

●本发明具备标准的图形化用户界面，用户只需简单地操作本图形界面，就可以实现微器件工艺的自动生成和掩膜图形生成。

1.8实施例

基于上述发明专利所论述的理论、方法、算法与编程技术，申请人开发了一个原型测试系统，其软件运行界面如图9-图16所示。

采用本发明所描述的相关方法、算法及软件编程技术已用于开发微器件工艺规划工具MicroCAP，该软件的开发建立在前述的软件测试原型系统的基础上。申请人希望能使MicroCAP工具成为商品化软件。

Claims

1.一种硅基微器件计算机辅助工艺规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用Java方案建立基于Web的微器件工艺设计平台；包括：信息集成接口、微制造工艺规划、工艺仿真、可制造性评价、器件掩膜设计、工艺文件生成管理、工艺数据管理模块；

所述的层主特征和若干辅助特征层分别为：

层主特征用沿微器件高度方向的横切面特征和相对应的主特征上表面表示；横切面特征由一些参数化的基本形体特征组合表达；而上表面的特征形式多样，又具有不同的排列组合方式，这些特征采用系统预定义的面特征及组合方式实现；对于无法通过预定义特征及组合实现的上表面的特征，则由用户通过系统提供的二维绘图模块绘制；

辅助特征层由一些基本的加工特征表示，包括凸出、通孔、盲孔、底切，这些特征与具体的加工方法相联系；

主特征归并算法是：每一个主特征表示了微器件的相应的属性，其中一些主特征可能属于同一物理层，用“0”，“1”来表示其主特征之间的邻接关系；应用以下规则：

根据其建立邻接矩阵，并根据邻接矩阵生成无重复节点的主特征树，上下节点之间的关系表明了其主特征之间的顺序关系；将在一个加工循环中同时加工成形的主特征合并成组以形成一个层单元，形成与具体微加工相适应的加工层，同一层中的主特征同时被加工成形；

主特征合并的准则有：

(1)具有同一种材料属性；

(2)有相同的沉积厚度；

(3)上表面同时暴露于空中；

满足(1)和(2)准则可以通过预先描述的组主特征信息来获取，也可以根据用户输入主特征的属性来判断；第(3)条准则是根据前面描述的主特征树来实现；

4)在制造特征输入过程中形成特征索引树及特征之间的关系，表达微器件几何信息和工艺信息，同时对每种加工方法、材料性能和制造资源进行建模，据此实现工艺流程设计和掩膜图形设计；微器件掩膜的生成方法是：

掩膜形成的规则如下：

(1)各“开区域”在层形成后被腐蚀，但必须优先于阻挡了此区域的上一层，因为同一层的不同开区域可能与上下层之间的关系不一样，有的区域被阻挡是不可见的，而有些是可见的，因此同一层的不同开区域可能在不同的时间被腐蚀；

(2)在按顺序关系相邻两层中有同样的腐蚀图形，且材料都能被同一腐蚀液湿法刻蚀或同一干法刻蚀，则可以一次加工成形；

(3)对于刻蚀的横梁主特征，虽然其没有“孔”这样的辅助特征，但它形成过程中必须经过刻蚀步骤，在提取其表面轮廓后要判断其与基体轮廓关系，若小于基体则以其轮廓形成掩膜；

5)生成工艺数据和CIF格式掩膜文件

生成的工艺流由一系列的层加工组成，将各腐蚀、掺杂、光刻工序插入到相应层加工中，根据合适的掩膜版图集形成完整的工艺流程；

2.如权利要求1所述的硅基微器件计算机辅助工艺规划方法，其特征在于，所述微器件工艺设计平台的信息集成接口、微制造工艺规划、工艺仿真、可制造性评价、微器件掩膜设计、工艺文件生成管理、工艺数据管理模块的功能如下：

1)系统信息集成接口

该模块直接从MEMS-CAD系统中获取器件信息，同时系统产生的各种信息又是下游制造、检测、封装等系统的信息源；

2)微制造工艺规划

采用层次分解法，将微器件加工工艺路线空间表达成一系列可能工序的有向图，包括，微器件信息输入，器件层次分析，加工方法形成，加工设备选择，加工参数确定，用图论方法实现工艺路线规划；对每个工序内的加工步骤或工步，同样采用有向图表达出工步空间，用图论方法完成工序规划；

3)微器件掩膜设计

采用图形集合运算及综合方法，对微器件设计3D图形按加工层进行分解，并用2D图形集合表达沿微器件高度方向的各加工层的横切面，以推演出掩膜图形；

4)工艺仿真

采用图形动画技术并根据微加工工艺规划结果，仿真不同的微加工工艺过程的淀积、曝光、刻蚀、电铸等工艺操作及顺序，使所设计的微器件的加工过程能呈现给设计者；

5)工艺文件生成管理

对生成的工艺顺序进行工序与工步的增删改，并生成工艺规程卡和工序卡；

6)工艺数据管理

该模块对所有的器件信息及工艺数据信息进行组织和管理，使这些信息便于使用、扩充和维护；其中工艺数据库包含了工艺设计所需的工艺数据和决策知识，采用数据字典对微加工工艺过程所应用的术语进行规范化与形式化描述。

3.如权利要求1所述的硅基微器件计算机辅助工艺规划方法，其特征在于，所述微器件层次分析完成后，根据主特征的分组合并情况，按照层次关系重新组织生成详细的微器件特征树，按照相应的算法实现工艺生成，在遍历特征树中，首先搜索特征树中的层节点，然后搜索每一层所包含的特征，最后形成所有备选工艺方案，根据制造资源约束和优化约束，得出最优工艺方案。

4.如权利要求2所述的硅基微器件计算机辅助工艺规划方法，其特征在于，所述微器件信息由各主特征和辅助特征组成，辅助特征的生成要选择所依附的主特征，以确定特征间的相对关系；特征存储于特征库中，特征库中的特征是参数驱动的特征模式，而不是具体的模型；在输入特征时，将会提示输入特征的几何参数及加工信息，并将这些信息存储于数据库中。