[发明专利]一种具有集成检测标记的光刻掩膜版及其应用

说明书

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。

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。