自從能夠使用改良的半導體器件制造技術制造微機電系統（MEMS）器件以來， MEMS便一直保持著飛快的發展速度。在集成電路（IC）設計中廣泛使用的版圖工具自然也成為了MEMS版圖設計的首選工具。盡管IC版圖工具已相當成熟，并且具有豐富的IC應用功能，但若要高效應對MEMS版圖帶來的挑戰，其中許多工具仍有些力不從心。因此，IC工具需要獨特的面向MEMS的功能，以滿足MEMS版圖設計的特定需求，以提高設計流程的速度、便捷性和準確性。MEMS版圖與IC版圖之間的一大區別在于是否能使用獨特的不規則形狀。在傳統的CMOS IC設計中，版圖形狀通常是曼哈頓樣式（例如矩形和直角多邊形）或具有用于布線的45度邊的多邊形；而MEMS設計則與之不同，其可廣泛應用于機械、光學、磁場、流體和生物學領域，因而所使用的幾何形狀也就千變萬化，較為繁復（參見圖1）。支持實現不規則形狀（包括曲線和全角多邊形）和易用性，已成為區分面向MEMS的CAD工具與傳統的面向IC的工具的判斷標準。

圖1：MEMS磁執行器、加速度計和旋轉側驅動電機繪制曲線和全角形狀——環面、圓形、扇形和多邊形面向MEMS的CAD工具需要能夠輕松繪制帶有彎曲邊緣的多邊形的功能，而不是要求用戶編寫C代碼，將短線段組合成多面多邊形來模擬曲線。例如，Tanner L-Edit MEMS版圖編輯器提供了專門的工具欄來快速繪制圓形、餅圖、扇形和環面（“圓環”）等曲線。將曲面對象作為理想的圓弧進行處理，其中掃描角度和半徑作為參數可由用戶編輯。然后可以移動、旋轉和拼接此類曲線片段，以構成類似磁執行器平衡環這樣的復雜結構（參見圖2）。

圖2：由基本曲面對象拼接而成的復雜MEMS形狀高級編輯操作還適用于曲面幾何形狀，包括切片、步沖輪廓（裁剪）和布爾運算（與、或、異或、非、減法）。繪制的對象還可以外擴或內縮指定的距離，從而簡化齒輪、車輪和微流體管等同軸形狀的創建。在執行這些高級編輯操作時，圓形、扇形、環面和曲面多邊形均采用針對制造網格設定的公差范圍以內的全角多邊形進行逼近。精確的布局和對齊——基點和對齊工具欄除了繪制和編輯原生曲面物體之外，MEMS版圖還需要對物體進行精確放置和對齊，以便能夠快速創建復雜的形狀。Tanner L-Edit MEMS具有一系列專為滿足此類需求而設計的編輯功能，包括全角旋轉、基點、對象捕捉、移動和對齊工具欄。Tanner L-Edit MEMS支持對象和實例的全角度旋轉，且旋轉角度可精確至小數點后六位數。通過創建對象或實例的環形陣列，圍繞旋轉點多次重復和旋轉對象或實例，可以增強全角旋轉功能。環形陣列在MEMS中十分常見，環形陣列命令可以加速創建MEMS結構。借助基點可實現以用戶指定的基準點進行編輯操作，例如移動、旋轉、翻轉、調用、剪切和復制等。用戶可使用光標選取基點，或直接輸入基點的（X，Y）坐標。這樣一來，用戶便可以快速移動對象，并將對象上的特定點與另一對象上的特定位置對齊。為幫助用戶快速、準確地將光標捕捉到所需的點，系統提供了一個多功能的對象捕捉工具欄，用于捕捉到對象的頂點、邊緣的中心點、邊上的任意位置、交點、圓心、象限等等（參見圖3）。此功能顯示的標記可以指示下一個繪圖或編輯操作將會捕捉到的對象以及捕捉類型（例如頂點、中心點等）。這樣，用戶就能快速、精確地從基本曲面對象組裝復雜的MEMS形狀（如圖2所示），或精確地編輯現有對象。

圖3：在繪制和編輯過程中捕捉到對象的不同部分有時以文本方式移動對象或邊要比圖形方式輕松得多。Tanner L-Edit MEMS包含一條Move-by（移動距離）命令，可按用戶輸入的距離移動對象或邊。輸入ΔX和ΔY后，如果將其中一個Δ值設為零，則會將Move-By（移動距離）限制為只能在水平或垂直方向上執行編輯。設計人員還可以將編輯操作約束為垂直移動單個選定的邊，同時保留鄰角或邊的長度（參見圖4）。對齊欄支持常規對象對齊任務以及對象分布（對象的中心或邊之間保持等間距）和靈活的對象平鋪。對象平鋪可以加快相鄰對象的組裝；例如，在圖2中，選中對象2、3和4后，只需單擊一次便可完成平鋪。

圖4：在垂直移動全角邊的同時保留鄰角圖5中的示例顯示了如何通過八個簡單的步驟創建一個復雜的諧波側驅動電機的MEMS結構的大部分。要創建該結構，用戶需要創建一組基本對象，包括框、圓形和環面。然后通過使用Move-By（移動距離）和Polar Array（環形陣列）對齊或排列對象，進而組合該結構。

圖5：按照8個步驟創建諧波側驅動電機實例、層次結構和設計復用作為IC版圖設計中的常見概念，實例是支持設計復用和簡化設計迭代的一種基本和不可或缺的機制。一組對象可以組合成一個模塊或單元，然后在設計中作為一個實例多次予以引用。實例是對特定位置和方向的單元（主單元/母單元）的引用。實例可以引用由對象、其他實例或對象和實例的組合構成的單元。用戶通過在較高級別的模塊/單元中調用和復用較低級別的模塊/單元，并創建模塊/單元的設計層次結構，可以逐步構建復雜的設計。在MEMS版圖設計中，考慮到即便使用精心設計的版圖工具，創建每個MEMS元器件通常也要花費大量精力的這一事實，使用實例更是不可或缺。在圖1所示的磁執行器中，只需要繪制四分之一的設計，然后將其實例化和鏡像三次便可完成設計。利用實例，設計人員可以在多個位置復用或復制設計的一部分。但實例的真正強大之處在于，實例不是對主單元的復制而是引用。這意味著，如果用戶更改了主單元中的版圖，則該主單元的所有實例都會自動反映這一更改。這類似于在文本編輯器中執行搜索和全部替換。如果用戶想要對主單元執行更改，但不希望將該更改傳播至它的某些實例中，他們可以選擇這些實例并進行一體化，從而將引用轉換為所引用的實際對象。在機械CAD工具中，此功能有時被稱為“爆炸”。圖6顯示，對主單元所做的編輯將會自動反映到它的實例中。只需指定列數和行數以及實例之間的ΔX和ΔY，就能輕松地將實例轉換為矩形陣列。該陣列被視為可輕松移動或修改的單一對象。另外，也可以對實例執行旋轉和鏡像。在一些IC CAD工具中，應用非90度旋轉后，實例將會被一體化。于是，設計層次結構丟失，造成單元更新的效率非常低，而且容易出錯，因為這時將不得不單獨修改每個旋轉的實例。相反，Tanner L-Edit MEMS允許以非90度的角度旋轉實例，同時將其保留為實例而不進行一體化，如此一來，既可保存設計層次結構，又能確保平滑的設計修訂過程。

圖6：修改主單元和對其實例產生的影響曲線到全角邊的轉換在執行一些高級編輯操作、運行設計規則檢查（DRC）和導出到GDSII時，需要將曲面多邊形轉換為全角多邊形。全角逼近必須盡可能精確地表示實際曲線。在一些CAD工具中，曲線基于特定數量的頂點進行轉換，這樣就無法保證不同大小的曲線之間的精度。Tanner L-Edit MEMS則基于制造網格轉換曲線，可在轉換過程中基于曲線的大小來調整需要使用的頂點數量，從而獲得極高的精度。為演示Tanner L-Edit MEMS方法與其他CAD工具之間的差別，我們使用其他CAD工具中通常使用的固定數量的頂點，將圖7中的三個半徑分別為5μm、50μm和250μm的圓形轉換為全角多邊形。同時也使用Tanner L-Edit MEMS的方法執行該轉換。可以看到，對于較小的曲線（例如5μm半徑的圓形）與原始曲線相比，兩種方法在曲線逼近方面的表現都不錯，并且誤差幾乎相同。但對于更大的曲線（例如250μm圓形）固定頂點數量方法的誤差率會增加至幾近0.3μm。由于Tanner L-Edit MEMS使用制造網格來計算頂點數，因此誤差平均小于制造網格的誤差0.01μm。盡管在制造時會對邊進行平滑化處理，但如果誤差過高，此誤差可能會影響獲得的MEMS結構的性能。此外，此轉換誤差在對曲面幾何形狀執行布爾運算時可能導致問題，并且造成出現很多DRC虛假錯誤。

圖7：Tanner L-Edit MEMS中基于制造網格的曲線逼近提供了很高的精度使用“生成層面”創建復雜的形狀有時，設計中需要的復雜形狀幾乎不可能通過手動繪制而成，但可通過一系列的布爾運算輕松生成。Tanner L-Edit MEMS支持創建派生的層面，即其他層面的布爾運算。派生的層面可引用其他派生的層面，從而允許用戶通過對其他繪制的或派生的層面執行一組復雜的布爾運算來創建新層面。創建派生的層面后，Tanner L-Edit MEMS可使用“生成層面”功能，基于其派生等式，在該層面上生成幾何形狀。圖8顯示了派生的層面在創建復雜的MEMS形狀時可帶來的好處。在磁執行器中，填充平衡環的硅結構（灰色）之間的空間非常重要，但在填充物與硅結構之間需要存在20μm的間隙。使用派生的層面可以輕松做到這一點。首先，繪制一個覆蓋硅結構范圍的大方框。創建一個新的派生層面，將硅結構外擴20μm，然后從之前繪制的大方框減去外擴后的結構。運行“生成層面”功能，在新層面上創建幾何形狀，然后我們可以剔除生成的所有額外幾何形狀，獲得我們需要的結果。

圖8：使用派生的層面生成復雜的形狀結語在設計MEMS版圖時，版圖編輯器需要具備能夠應對任意形狀和結構所帶來的挑戰的功能。曲面幾何形狀的影響及其采用的逼近方法會影響版圖從編輯到布爾運算的方方面面。關鍵在于要獲取正確的工具，以便高效地操作從MEMS結構得出的曲面幾何形狀。有了上述專為MEMS設計用途而開發的獨特功能，便可輕松、精確地創建MEMS版圖。由此，Tanner L-Edit MEMS這類面向MEMS的版圖工具成為了MEMS設計人員不可或缺的得力助手。