CN105319834A - 一种具有集成检测标记的光刻掩膜版及其应用 - Google Patents

Abstract

一种具有集成检测标记的光刻掩膜版，包括在所述光刻掩膜版上设置的对准标记、测量标记和包含脊形波导信息的图案，所述对准标记用于与晶片定位边对齐；测量标记A包括至少两条分别与所述对准标记相垂直的标记条；所述每条标记条分别包括个数相同的标记格顺次垂直于对准标记排列。本发明所述检验标记包括对准标记与偏离度测量标记，其中的偏离度测量标记设计，可同时用于检验工艺中图形质量。本发明提供的检验标记给出测量偏离度的简单有效的方法，有助于节省购买专用设备的资金、提高产品合格率；同时集偏离度测量与图形质量检验于一体，减少检验标记在晶片上的占用面积，提高有效产品产出率。

Description

一种具有集成检测标记的光刻掩膜版及其应用

技术领域

本发明涉及一种具有集成检测标记的光刻掩膜版及其应用，属于脊波导结构条形半导体激光器制造的技术领域。

技术背景

半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生激光的器件。其工作原理是，利用半导体物质(利用电子)在能带间跃迁发光，用半导体晶片的自然解理面形成两个平行反射镜面作为反射镜组成F-P谐振腔(称为半导体激光器的前、后腔面)，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。与其他激光器一样，要产生相干辐射，发射激光就必须具备以下几个条件：(1)有源区内发生载流子的分布反转。(2)通过谐振腔使受激辐射的光子多次反馈形成激光振荡，对于F-P腔半导体激光器是利用晶片的(110)自然解理面做光学谐振腔。谐振腔对光起选择作用，轴向传播的光子引发受激辐射，产生相干光子，而偏离轴向的光子则逃逸出有源区。(3)要形成稳定的激光振荡，需要达到激光输出的阈值条件，即阈值电流。

常用的平面条形半导体激光器突出特点为脊形波导结构，该结构制作工艺简单，不仅能有效的对侧向电流进行限制，降低半导体激光器的阈值电流密度，还能利用脊形波导的折射率导引作用对侧向光模式进行约束。由于谐振腔的光选择作用，如果脊形波导的方向与激光振荡的方向发生偏离，会导致部分沿脊波导传播的光子偏离轴向而不能形成有效的反馈，造成激光器效率的降低。脊型区域同时是载流子的注入区域，如果与半导体激光器轴向偏离过大，会使其有效的增益区减小，要达到阈值条件，必须注入更多的载流子，造成工作电流增加。这些都会影响半导体激光器的输出功率及可靠性。另外，增益区的偏移会使得注入载流子不均匀，引发空间烧孔等效应，使得半导体激光器的侧向光模式发生紊乱，造成激光器横模和纵模的改变。

基于上述工作原理，制出条形方向垂直(或接近垂直)于晶片的自然解理面的脊形波导，获取稳定的光学谐振腔，对提高激光器的转换效率及获取稳定的激光输出，非常关键。

脊波导图形结构是通过一系列的光刻与刻蚀工艺制备出的，其中光刻工艺就是将包含脊波导设计信息的图形从光刻掩膜版上转移到半导体晶片表面的光刻胶上，然后再通过刻蚀工艺将光刻胶上的图案转晶片上。

半导体工艺中的晶片一般有主定位边和副定位边的标准组合，其作用是标定晶片的晶向和导电类型。工艺过程根据晶向的实际方向将脊波导条形图垂直或平行于主定位边光刻，来满足脊波导方向垂直(或接近垂直)于晶片的自然解理面的要求。

在实际工艺中如果在光刻胶上形成的图形未达到预设要求的情况下，进入后续的刻蚀工艺，将会导致晶片因无法返工而报废。因此如何测量实际图形中的脊波导方向与自然解理面的夹角以及检测掩膜版上的图形是否精确的转移到晶片表面的光刻胶上，是光刻工艺过程必须关注的重点。

为此，半导体制造厂会投入大量的资金来采购专用设备，用于测量生产过程中的特征尺寸，但上述检测手段存在测量时间较长，生产效率低的问题，同时测量检测起不到避免或有效缓解偏离度的问题。

中国专利文献CN103149793A公布了一种智能光刻版及其实现方法，提出了通过目标特征尺寸的图形设计，可以看图读出图形特征尺寸的一种智能光刻版，来检测工艺图形是否实现精确转移。

中国专利文献CN101750899B公布了一种光刻版图及其测量光刻形变的方法，通过两种旋转标记质检距离测量来判断第一次光刻的形变情况，可以提高第一次光刻的形变精度。

中国专利CN101206406B公布了一种光刻检测图形及光刻版版图，所述检测图形至少由三组条形组组成，具有多个该检测图形的版图可以实现对多种密集度的图形的检测。

中国专利文献CN103869603A公布了一种光刻版组件及检测光刻对准精度的方法，通过制作在两块或两块以上的不同光刻版上的对准精度检测标记的配合，在光刻过程中实现对准精度的快速检测。

以上专利文献仅给出工艺过程中检测光刻版上的图案是否精确转移到芯片表面以及两次光刻的图形间对准精度，但未涉及如何将条形脊波导图形精确转移并检验脊波导方向与晶片自然解理面间的角度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有集成检测标记的光刻掩膜版。

本发明还提供一种上述光刻掩膜版的使用方法。本发明能及时的检测出脊波导方向与晶片自然解理面间的角度，保证产品合格率。

本发明还提供一种对利用上述光刻掩膜版光刻后晶片上图形质量的检验方法。

名词解释：

光刻：是半导体器件制作中最常用的工艺，也是最关键的工艺之一；它是将光刻掩膜版上的图形转移到衬底表面的光刻胶图形上，一般的光刻工艺流程包括前处理、匀胶、前烘、对准曝光、显影、后烘，可以根据实际情况调整流程中的操作。

光刻掩膜版：又称掩膜版、光刻版或光罩，是半导体制造中光刻工艺所用到的关键组件。材质为高纯石英或玻璃版，上面覆有精细图形。工艺中将光刻版当做母版，将上面的图形通过光刻转移到半导体晶片上。

偏离度：指脊波导条形方向和晶片晶向间的实际角度与目标角度(90°)差值的绝对值，公式：偏离度＝|实际的脊波导条形方向与晶片晶向间的夹角-90°|。

本发明的技术方案如下：

一种具有集成检测标记的光刻掩膜版，包括在所述光刻掩膜版上设置的对准标记、测量标记和包含脊形波导信息的图案，所述脊形波导信息的图案的方向是根据实际需要设计为垂直或平行于所述对准标记的：

所述对准标记用于与晶片定位边对齐；

所述的测量标记包括测量标记A，所述的测量标记A包括至少两条分别与所述对准标记相垂直的标记条；所述标记条之间的距离小于等于所述晶片定位边的长度；

所述每条标记条分别包括个数相同的标记格顺次垂直于对准标记排列，所述单个标记格的尺寸相同。

根据本发明优选的，所述的测量标记还包括测量标记B，所述的测量标记B平行于所述对准标记，当晶片定位边与所述对准标记平行对齐时，所述测量标记B与所述晶片外边缘相切。

根据本发明优选的，所述每条标记条中的相邻设置的标记格彼此横向错位设置。

根据本发明优选的，所述每条标记条中的相邻设置的标记格彼此横向错位的距离为一个标记格。

一种上述光刻掩膜版的使用方法，包括如下内容：

当需要利用上述光刻掩模版对晶片进行对齐光刻时：

将晶片的定位边与所述光刻掩膜版上的对准标记平行对齐，同时将所述测量标记A中的两条标记条与所述晶片对应；然后进行光刻处理，将所述光刻掩模版上脊形波导信息的图案及两条标记条图案一齐光刻至晶片上。

本发明利用所述对准标记作为一条基准线，供晶片定位边与之平行对齐，在实际工艺中，晶片定位边与对准标记平行对齐时，即可达到脊波导方向与晶片晶向完全垂直的要求。该对准标记可以设计为一条直(虚)线或矩形图形组合等图形结构；对准后也可实现上述功能。

一种对利用上述光刻掩膜版光刻后晶片的检验方法，包括如下内容：

1)通过查看光刻后的晶片上是否有测量标记B的图案，判断晶片定位边是否与光刻掩膜版上的对准标记对齐：

当光刻后的晶片上有测量标记B的图案时，则晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记不对齐；当光刻后的晶片上无测量标记B的图案时，则晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记对齐；

2)通过查看光刻后的晶片上所述测量标记A中的两条标记条分别包含标记格个数差值，判断晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记是否出现偏离角度，即为脊波导方向与晶片自然解理面间的偏离度：当两条标记条分别包含标记格个数不相同时，则晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记出现偏离角度α；当两条标记条分别包含标记格个数相同时，则晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记无偏离角度；其中所述标记条中标记格的边长为a，所述两条标记条间距为b，根据晶片上两个标记条所含标记格个数之差n个，求偏离角度α，满足如下公式：

tanα＝na/b；

测量标记A是在垂直于对准标记的方向上设计的测量图案，包括至少2条标记条，且2条标记条间距小于等于晶片主定位边的长度。每条标记条包括多个标记格，晶片通过光刻处理将上述标记条图案置于晶片上，在检验过程，只需通过显微镜直接读出2条标记条所含标记格数的差额即可计算得知晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记偏离度。

3)通过查看光刻后的晶片上相邻标记格之间的位置关系，判断光刻后复印到晶片上的图案是膨大还是缩小：

当顺次垂直于对准标记排列的标记格，相邻标记格之间的距离增加时，则光刻后复印到晶片上的图案是缩小；

当顺次垂直于对准标记排列的标记格，相邻标记格之间的距离减小时，则光刻后复印到晶片上的图案是膨大。

本发明的优点如下：

1、本发明在掩膜版上设计一系列对准标记与测量标记，既可以在光刻对准过程以及光刻曝光、显影后测量出脊波导图形方向与晶片晶向间的偏离度，又可在质检过程检查光刻版上的图案是否精确的转移到晶片表面。本发明设计偏离度测量标记A，可在光刻过程中预先判断晶片定位边与光刻版对准边之间的偏离角度，减小工艺返工概率，提高工作效率。相对于掩膜版的图案出现缩、涨，相应小图形间会出现顶点分离、图形交叉的现象，按照此原理来判断晶片上的图形大小是否达到工艺质量要求。

2、本发明设计偏离度测量标记B，适于初步判断光刻后的晶片是否出现图案偏离。

3、本发明集偏离度测量与图形质量检验于一体，其用于测量和监测的图案占用更少的晶片空间，利用率大大提高。

4、本发明能在晶片表面检查的过程中直接、快速的读出偏离度以及图形质量，提高产品合格率以及生产效率，并节省用于购买专用设备及其设备维护的资金。

5、本发明适用范围广泛，既可以用于整片晶片又适用于半片或小片的晶片工艺。

附图说明

图1为本发明中所述半导体激光器的脊波导图形与腔面结构示意图；

图2为本发明所述光刻掩膜版中的检测标记以及晶片的对准方法示意图；所述检测标记包括对准标记、测量标记A和测量标记B；

图3为本发明所述光刻掩膜版中的对准标记与晶片的定位边不平行对齐时的示意图，测量标记B与晶片是相交的；

图4为晶片定位边与光刻掩膜版的对准标记不平行对齐，光刻后检测标记转移到晶片上的图形效果图；

图5为本发明所述测量标记A，其中所述每条标记条中标记格的排列结构示意图；

图6为测量标记A中，光刻到晶片上的标记格图案相对于掩膜版的标记格图案缩小时的效果图；

图7为测量标记A中，光刻到晶片上的标记格图案相对于掩膜版的标记格图案膨大时的效果图。

图1-7中，1、脊形波导；2、前、后腔面；3、光刻掩膜版；4、半导体晶片；5、对准标记；6、测量标记A；7、测量标记B；8、晶片的定位边；9、晶片上的标记条图案；10、晶片上标记条中的标记格；9-1、测量标记A中的标记条；10-1、标记条中的标记格。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。

如图1-7所示。

实施例1、

一种具有集成检测标记的光刻掩膜版，包括在所述光刻掩膜版上设置的对准标记5、测量标记和包含脊形波导信息的图案，所述脊形波导信息的图案的方向是根据实际需要设计为垂直或平行于所述对准标记5的：

所述对准标记5用于与晶片定位边8对齐；

所述的测量标记包括测量标记A6，所述的测量标记A6包括至少两条分别与所述对准标记5相垂直的标记条9-1；所述标记条9-1之间的距离小于等于所述晶片定位边8的长度；

所述每条标记条9-1分别包括个数相同的标记格10-1顺次垂直于对准标记排列，所述单个标记格10-1的尺寸相同。

所述的对准标记5设置在光刻掩膜版上1/4尺寸的位置处，其形状为矩形，其长度为8cm、宽度为10μm；光刻时，将晶片的定位边8与该矩形对准标记5平行对齐。

所述的每条标记条9-1包含4个标记格10-1，每个标记格10-1的边长为3.5μm。

实施例2、

如实施例1所述的一种具有集成检测标记的光刻掩膜版，其区别在于，所述的测量标记还包括测量标记B7，所述的测量标记B7平行于所述对准标记5，当晶片定位边8与所述对准标记5平行对齐时，所述测量标记B7与所述晶片外边缘相切。

所述测量标记B7为矩形，其长度为1cm、宽度为10μm。当晶片的定位边8与对准标记5平行对准时，此时晶片正好与偏离度测量标记B7矩形图的下边相切。这样便可保证制备脊波导方向与晶片的自然解理面是垂直的。

实施例3、

如实施例1、2所述的一种具有集成检测标记的光刻掩膜版，其区别在于，所述每条标记条9-1中的相邻设置的标记格10-1彼此横向错位设置；所述每条标记条中的相邻设置的标记格彼此横向错位的距离为一个标记格。

所述两条标记条9-1之间的间距为2cm。其中每组图形由4个边长为3.5μm的标记格10-1构成，每个标记格10-1代表偏离角度0.01°，计算方法：arctan(3.5/20000)≈0.01°。

实施例4、

一种如实施例1-3所述光刻掩膜版的使用方法，包括如下内容：

当需要利用上述光刻掩模版对晶片进行对齐光刻时：

将晶片的定位边8与所述光刻掩膜版上的对准标记5平行对齐，同时将所述测量标记A6中的两条标记条9-1与所述晶片对应；然后进行光刻处理，将所述光刻掩模版上脊形波导信息的图案及两条标记条9-1图案一齐光刻至晶片上。

实施例5、

一种对利用如实施例4所述光刻掩膜版光刻后晶片的检验方法，包括如下内容：

1)通过查看光刻后的晶片上是否有测量标记B7的图案，判断晶片定位边8是否与光刻掩膜版上的对准标记5对齐：

当光刻后的晶片上有测量标记B7的图案时，则晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记5不对齐；当光刻后的晶片上无测量标记B7的图案时，则晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记5对齐；如图4，看到测量标记B转移到晶片上的部分图形，表明晶片定位边与光刻掩膜版的对准边没有平行对齐；

2)通过查看光刻后的晶片上所述测量标记A6中的两条标记条分别包含标记格10个数差值，判断晶片定位边8与光刻掩膜版上的对准标记5是否出现偏离角度，即为脊波导方向与晶片自然解理面间的偏离度：当两条标记条9分别包含标记格10个数不相同时，则晶片定位边8与光刻掩膜版上的对准标记5出现偏离角度α；当两条标记条9分别包含标记格10个数相同时，则晶片定位边8与光刻掩膜版上的对准标记5无偏离角度；其中所述标记条9中标记格10的边长为a，所述两条标记条9间距为b，根据晶片上两个标记条9所含标记格10个数之差n个，求偏离角度α，满足如下公式：

tanα＝na/b；

如图4，测量标记A中左边的标记条中所含标记格比右边标记条少了1个，则代表晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记偏离了0.01°，即偏离度为0.01°；

3)通过查看光刻后的晶片上相邻标记格10之间的位置关系，判断光刻后复印到晶片上的图案是膨大还是缩小：

当顺次垂直于对准标记排列的标记格10，相邻标记格10之间的距离增加时，则光刻后复印到晶片上的图案是缩小；

当顺次垂直于对准标记排列的标记格10，相邻标记格10之间的距离减小时，则光刻后复印到晶片上的图案是膨大。

如图6中，光刻到晶片上的标记格10图案各顶点呈分离状态，说明晶片上的标记格图案相对于光刻掩膜版上的标记格缩小了；

如图7中，光刻到晶片上的标记格10图案各呈相交状态，说明晶片上的标记格图案相对于光刻掩膜版上的标记格大了；

实际工艺中，根据晶片上标记格图案间的分离和相交程度，来判断做到晶片上的图形是否达到工艺质量要求。

Claims (6)

1.一种具有集成检测标记的光刻掩膜版，其特征在于，该掩膜板包括在所述光刻掩膜版上设置的对准标记、测量标记和包含脊形波导信息的图案，所述脊形波导信息的图案的方向是根据实际需要设计为垂直或平行于所述对准标记的：

所述对准标记用于与晶片定位边对齐；

所述的测量标记包括测量标记A，所述的测量标记A包括至少两条分别与所述对准标记相垂直的标记条；所述标记条之间的距离小于等于所述晶片定位边的长度；

所述每条标记条分别包括个数相同的标记格顺次垂直于对准标记排列，所述单个标记格的尺寸相同。

2.根据权利要求1所述的一种具有集成检测标记的光刻掩膜版，其特征在于，所述的测量标记还包括测量标记B，所述的测量标记B平行于所述对准标记，当晶片定位边与所述对准标记平行对齐时，所述测量标记B与所述晶片外边缘相切。

3.根据权利要求1所述的一种具有集成检测标记的光刻掩膜版，其特征在于，所述每条标记条中的相邻设置的标记格彼此横向错位设置。

4.根据权利要求3所述的一种具有集成检测标记的光刻掩膜版，其特征在于，所述每条标记条中的相邻设置的标记格彼此横向错位的距离为一个标记格。

5.一种如实施例1-4任意一项所述光刻掩膜版的使用方法，其特征在于，该使用方法包括如下内容：

当需要利用上述光刻掩模版对晶片进行对齐光刻时：

将晶片的定位边与所述光刻掩膜版上的对准标记平行对齐，同时将所述测量标记A中的两条标记条与所述晶片对应；然后进行光刻处理，将所述光刻掩模版上脊形波导信息的图案及两条标记条图案一齐光刻至晶片上。

6.一种对利用如权利要求5述光刻掩膜版光刻后晶片的检验方法，包括如下内容：

1)通过查看光刻后的晶片上是否有测量标记B的图案，判断晶片定位边是否与光刻掩膜版上的对准标记对齐：

当光刻后的晶片上有测量标记B的图案时，则晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记不对齐；当光刻后的晶片上无测量标记B的图案时，则晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记对齐；

2)通过查看光刻后的晶片上所述测量标记A中的两条标记条分别包含标记格个数差值，判断晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记是否出现偏离角度，即为脊波导方向与晶片自然解理面间的偏离度：当两条标记条分别包含标记格个数不相同时，则晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记出现偏离角度α；当两条标记条分别包含标记格个数相同时，则晶片定位边与光刻掩膜版上的对准标记无偏离角度；其中所述标记条中标记格的边长为a，所述两条标记条间距为b，根据晶片上两个标记条所含标记格个数之差n个，求偏离角度α，满足如下公式：

tanα＝na/b；

3)通过查看光刻后的晶片上相邻标记格之间的位置关系，判断光刻后复印到晶片上的图案是膨大还是缩小：

当顺次垂直于对准标记排列的标记格，相邻标记格之间的距离增加时，则光刻后的复印到晶片上的图案是缩小；

当顺次垂直于对准标记排列的标记格，相邻标记格之间的距离减小时，则光刻后复印到晶片上的图案是膨大。