在 TSMC N5/N3 等先进工艺节点下，模拟版图设计面临着从“自由作画”到“严格约束”的范式转变。由于多重曝光（Multi-Patterning, SADP/SAQP）技术的引入，底层金属（如 M0-M3）的物理位置必须严格对齐预定义的 Track Grid。

本文总结了如何在 Virtuoso 中正确配置 Track Pattern，并使用 SKILL 脚本进行强制性的 Off-Track (Off-Grid) 检查。

1. 为什么 Off-Track 是致命错误？

在 28nm 或 40nm 工艺中，Off-Grid 可能只是导致制造偏差或轻微的 DRC 违例。但在 N5 工艺中：

  1. 物理制造限制：金属线是通过侧墙（Spacer）工艺形成的，其位置是物理固定的。Off-Track 的金属在物理上无法制造。
  2. Coloring（着色）失效：EDA 工具（如 Virtuoso 或 Calibre）根据轨道索引（Track Index）决定金属的 Mask 颜色（Mask A/B）。Off-Track 的金属无法被分配颜色，导致 “Uncolored” 或 “Grid Error”，这是最严重的 DRC 错误之一。

2. 检查工具：wspCheckActive

Virtuoso 提供了内置函数 wspCheckActive 用于此类检查。

常见误区：为什么明明有 Off-Track 却报 Clean？

很多工程师运行检查后返回 t (Clean)，但肉眼可见有金属歪了。根本原因通常是：当前 CellView 中没有“激活”任何 Track Pattern。

wspCheckActive 的逻辑是：“检查对象是否符合当前 CellView 的轨道定义”。如果 CellView 里压根没有轨道（Track Pattern），工具就认为“没有规则需要遵守”，从而全部放行。

正确的检查姿势（SKILL 脚本）

为了避免“假阴性”，我们必须：

  1. 先检查环境：确认 CellView 是否有轨道定义。
  2. 强制检查：忽略宽度和线型，只查物理位置。

建议将以下代码保存为 check_off_track.il 并加载到 CIW 中使用：

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procedure( CheckOffTrack( @optional (layerName "M2") )
    let( (cv trackList badShapes)
        cv = geGetEditCellView()
        
        ; ---------------------------------------------------------
        ; 步骤 1: 防御性检查 —— 确认“有轨可循”
        ; ---------------------------------------------------------
        ; 查询当前 CellView 是否有对应层的 Track Pattern
        trackList = setof(x cv~>trackPatterns x~>layerName == layerName)
        
        if( !trackList then
            printf("\n>>> [ERROR] %s 层在当前 CellView 中没有定义 Track Pattern！\n" layerName)
            printf(">>> wspCheckActive 无法工作。正在尝试自动加载标准轨道...\n")
            
            ; 自动补救：创建默认轨道 (参数需根据工艺调整：cv, layer, direction, start, numTracks, pitch, width)
            ; 例如：M2 可能是垂直走线，Pitch 0.1
            dbCreateTrackPattern(cv layerName "vertical" 0.0 4000 0.1 0.05)
            printf(">>> 已自动为您创建了 %s 层的临时轨道。\n" layerName)
        )

        ; ---------------------------------------------------------
        ; 步骤 2: 执行强制检查
        ; ?checkWidth nil    -> 忽略宽度错误，只查中心线是否偏离 (Off-Grid)
        ; ?checkWireType nil -> 忽略类型，查所有金属 (包括 drawing, pin, dummy)
        ; ---------------------------------------------------------
        printf(">>> 正在检查 %s 层的所有金属位置...\n" layerName)
        badShapes = wspCheckActive( 
            cv 
            layerName 
            ?checkWidth nil 
            ?checkWireType nil 
            ?returnVioShapes t 
            ?markers t
        )

        ; ---------------------------------------------------------
        ; 步骤 3: 报告结果
        ; ---------------------------------------------------------
        if( listp(badShapes) && badShapes then
            geSelectFigs(badShapes)
            printf("\n>>> [FAIL] 发现 %d 个 Off-Track 金属！已自动选中。\n" length(badShapes))
            printf(">>> 请按 Q 查看属性或手动修整。\n")
        else
            printf("\n>>> [PASS] %s 层检查通过！所有金属都在轨道上 (On-Grid)。\n" layerName)
        )
    )
)

使用方法： 在 CIW 窗口输入 CheckOffTrack("M2") 即可。

3. 如何实现全项目复用（自动加载轨道）？

如果在每个 Cell 里都手动点一遍 Assistants -> Track Pattern 太慢了，可以通过 Tech File 或 Trigger 实现自动化。

方案 A：Tech File (推荐)

在项目的 tech.tf 文件中定义 layerRules。重新编译 Tech File 后，所有新建或打开的 Cell 都会自动继承。

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layerRules(
    trackPattern(
        ( layer      "M2" )
        ( direction  "vertical" )
        ( pitch      0.1 )
        ( width      0.05 )
        ( start      0.0 )
    )
)

方案 B：User Trigger (无 TF 权限时)

如果没有权限改 PDK，可以写一个触发器，在打开 Layout 时自动注入轨道。

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procedure( AutoAddTracks(args)
    let( (cv)
        cv = args->view
        when(cv && cv->mode=="a" ; 仅针对编辑模式
            ; 这里调用你的创建轨道逻辑，例如 CheckOffTrack 里的补救代码
            printf("Auto-loading track patterns for %s...\n" cv->cellName)
             dbCreateTrackPattern(cv "M2" "vertical" 0.0 4000 0.1 0.05)
        )
    )
)

; 注册 OpenAccess 打开触发器
deRegUserTriggers("layout" nil nil 'AutoAddTracks)

4. 总结

在 N5/N3 工艺下，“On-Track” 是物理制造的前提。请务必：

  1. 确保环境中定义了正确的 Track Pattern (通过 TF 或 Script)。
  2. 使用 wspCheckActive 的强制模式 (?checkWidth nil) 定期检查。
  3. 养成在 Grid 上画图的习惯，依靠 Editor 的 Snapping 功能。

5. 参考资料 (References)

  1. Virtuoso Multi-Patterning Technology User Guide: “Interactive Coloring: Track-Based Coloring”
  2. Virtuoso Layout Suite SKILL Reference: “wspCheckActive”
  3. Advanced Node Design Guide: “Color Aware Design and Width Spacing Patterns RAK”
  4. Virtuoso Technology Data ASCII Files Reference: “Technology File Layer Attributes: trackPattern”
  5. Simon IC Layout Design Services