基于Voxel的MEMS工艺仿真方法研究

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1、摘要摘要在MEMS设计系统中，工艺仿真是整个系统的基础，能否获得精确的器件三维模型对运动性能仿真及物理级仿真具有重要意义。然而，现有的工艺仿真系统普遍存在工艺模型简单、仿真过于理想、仿真结果可视化精度低等问题。因此，设计一种精确、稳定且通用性更强的工艺建模方法与仿真可视化系统对于未来姬MS设计方法研究具有重要意义。本文将基于Voxe!图形学的建摸方法和三维数据场可视化的显示方法引入MEMS工艺仿真领域。该方法将MEMS器件三维形状表示成三维空间体数据场的形式，利用数学形态学操作对工艺进行建模，通过膨胀／腐蚀等运算修改体

2、数据场中的体元(Voxel)数据，再利用体绘制实现仿真结果的三维可视化。这种基于VoxeI的仿真方法是一种通用的建模方法而不是针对某种特定工艺，即与工艺模型本身无关。这样就为工艺流程的仿真和基于物理模型的仿真提供了一种高效、稳定、且可扩展的通用工艺建模方法。首先，通过将基于Voxel的工艺仿真方法与虚拟工艺中的专家系统相结合，设计实现了基于工艺流程的MEMS工艺仿真系统ZProcess。ZProccss支持工艺文件、掩膜图形的输入可视化；包括完整的光刻、表面硅工艺、体硅工艺、典型Ic工艺等众多MEMS工艺模型；支持仿真

3、结果的快速实时浏览和三维实体模型输出。，然后，通过在Voxel方法中引入物理模型实现了基于物理模型的工艺仿真，包括；投影式光学光亥Ⅱ和深反应离子刻蚀。投影式光学光刻仿真系统读入二维掩膜图形及相应的光学参数；然后选择适当的衍射和驻波模型计算曝光后光刻胶中光强的分布；再利用体绘制实现光刻模拟结果的三维可视化。深反应离子刻蚀仿真系统结合干涉光刻模拟，实现了大范围高密度且具有可控侧壁形状的纳米结构加工三维仿真，仿真结果与实际加工结果相一致。该系统为D融E工艺在纳米加工领域的应用奠定了坚实的基础。关键词：微机电系统工艺仿真光刻深

4、反应离子刻蚀体元AbstractInMEMSdesign，processsimulationplaysanimportantroleandhassignificanteffectonthesubsequentdynamicanalysisorphysicallevelsimulation．However,mostMEMSprocesssimulaliontoolshavesolncseriOIlSdisadvantages。suchasthatthesolidgeomelry-basedmodelofprocessoa

5、nonlyperformidealsimulation,anddescribesMEMSdeviceinsimpletopography．Thus，allaccurate，stable，madrobustprocesssimulationandvisualizationtoolisacriticalissueforN咀MSCADresearch．ThispaperintroducesVoxel-basedmodelingand3DvisualizationmethodintoMEMSprocesssimulation．

6、Thismethodutilizes3Dvolumetricelement(Voxel)torepresentthe3DmodelofMEMSdevice，USeSmafllematicalmopologyoperationstoconstructandopera把Voxeldata,andusesvolumerenderingtoimplement3Dvisualiztion．Moreover,Voxel-basedmethodisprocessindependentandc锄beusedforbothknowled

7、ge-basedprocessflowsimulationandfullphysicalprocesssimulation．Firstly,bYcombiningVoxel-basedprocesssimulationmethod锄dexpertsystemofv'mualh仍Ⅳ略FabricationProcessaVoxel-basedMEMSprocessflowsimulationsystem,ZProcess,Wasimplemente&ZnocesssupportsmmaeroustypicalMEMSpr

8、ocessmodels，suchaSliflaograpby,surfacemieromaehining,bulkmieromaehining,and1(2processes．Forthevisualization,ZProcesssupportsthedirectvolumerenderingandsolidmodelexpor