一种标记图形、关键尺寸测量方法及硅光波导芯片与流程

本申请涉及半导体制造，尤其是涉及一种标记图形、关键尺寸测量方法及硅光波导芯片。

背景技术：

1、随着硅基光子集成技术的持续发展，硅光芯片凭借其兼容性良好、集成度高、功耗低等优势，在高速光通信、硅光计算、车载激光雷达等领域具有广泛的应用前景。硅光芯片的功能单元包括微环谐振器、弯曲波导等器件，具有大量弧形、环形等曲线结构的光波导结构。上述曲线波导的关键尺寸（critical dimension，cd），例如线宽、曲率等参数，会影响微环谐振器的谐振波长、传输损耗，以及弯曲波导的模式特性、弯曲损坏等光学性能，是硅光芯片制造流程中的关键工艺参数之一。

2、扫描电子显微镜（cd-sem）是半导体制造过程中实现关键尺寸在线测量的检测设备。目前，业内通常在芯片的测试区域设置专用的关键尺寸测试条形标记（cd-bar），利用cd-sem测量cd-bar的尺寸数据，能够间接反映产品的工艺状况。现有技术中的cd-bar普遍采用直线-间隙结构，由多组平行排布的直线条形结构与直线间隙结构交替构成，可对直线型微纳结构的线宽、间隙宽度进行高精度量测。

3、针对硅光芯片中的弧形、环形等曲线图形，需要对直线型cd-bar进行拆分拟合的方式实现间接量测，由于拆分拟合过程会不可避免地引入几何近似误差，导致最终测量误差增大，并且该测量方法需要配合复杂的后处理拟合运算，使得单组曲线图形的测量耗时远高于直线图形，降低了整体测量效率。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种标记图形、关键尺寸测量方法及硅光波导芯片，能够在兼顾测量精度提升的同时，直接实现对硅光芯片中直线图形及曲线图形的关键尺寸量测。

2、为达到上述目的及其他相关目的，本申请提供一种标记图形，位于硅光波导芯片的划片槽区域或边缘冗余区域，所述标记图形包括关键量测图形和定位基准图形；

3、所述关键量测图形的轮廓为圆环形结构，并具有至少两个同心嵌套设置的圆形轮廓线，所述定位基准图形位于所述关键量测图形的外侧，至少两个定位基准图形沿所述关键量测图形的周向均匀分布。

4、在可选实施例中，所述关键量测图形的内侧圆形轮廓线的半径不小于0.1μm，相邻两个圆形轮廓线之间的径向间距不小于20nm。

5、在可选实施例中，所述关键量测图形包括至少两个同心设置且半径不同的圆，以使所述关键量测图形呈圆环形结构。

6、在可选实施例中，所述关键量测图形包括至少两个子量测图形，所述子量测图形的轮廓为扇形结构，至少两个子量测图形沿周向依次分布，且首尾彼此相互间隔设置，以形成轮廓为圆环形结构的关键量测图形。

7、另一方面，本申请还提供一种关键尺寸测量方法，包括：

8、步骤s1：提供一硅光波导芯片，所述硅光波导芯片表面的划片槽区域或边缘冗余区域设置有标记图形，所述标记图形包括关键量测图形和定位基准图形，所述关键量测图形的轮廓为圆环形结构，并具有至少两个同心嵌套设置的圆形轮廓线，所述定位基准图形位于所述关键量测图形的外侧，至少两个所述定位基准图形沿所述关键量测图形的周向间隔分布；

9、步骤s2：将所述硅光波导芯片置于测量机台中，并利用所述定位基准图形，确定所述关键量测图形圆心的位置；

10、步骤s3：沿所述关键量测图形的圆形轮廓线，获取多个采样点的坐标；

11、步骤s4：根据所述采样点的坐标，计算得到所述关键量测图形中每个圆形轮廓线的半径、曲率以及相邻两个圆形轮廓线之间的径向间距；

12、步骤s5：根据所述关键量测图形最外侧圆形轮廓线上的多个采样点的坐标，计算得到不同位置的采样点到所述关键量测图形圆心之间的距离的最大偏差值。

13、在可选实施例中，步骤s1中，至少两个所述定位基准图形沿所述关键量测图形的周向依次均匀分布，并且不同位置的两个所述定位基准图形与所述关键量测图形的圆心之间的距离相等。

14、在可选实施例中，步骤s1中，所述关键量测图形的内侧圆形轮廓线的半径不小于0.1μm，相邻两个圆形轮廓线之间的径向间距不小于20nm。

15、在可选实施例中，步骤s1中，所述关键量测图形包括至少两个同心设置且半径不同的圆，以使所述关键量测图形呈圆环形结构。

16、在可选实施例中，步骤s1中，所述关键量测图形包括至少两个子量测图形，所述子量测图形的轮廓为扇形结构，至少两个子量测图形沿周向依次分布，且首尾彼此相互间隔设置，以形成轮廓为圆环形结构的关键量测图形。

17、另一方面，本申请还提供一种硅光波导芯片，所述硅光波导芯片的表面具有关键图形区域以及位于所述关键图形区域外围的划片槽区域和边缘冗余区域，所述划片槽区域和/或所述边缘冗余区域中设置有前述实施方式中的任一种标记图形。

18、如上所述，相比于现有技术，本申请提供的标记图形、关键尺寸测量方法及硅光波导芯片，至少具有以下有益效果：

19、利用标记图形进行关键尺寸量测时，标记图形的形状可匹配硅光波导芯片中弧形波导、环形谐振腔等曲线图形结构，无需对标记图形进行拆分，可利用测量机台直接测量直径、曲率、圆度、线宽、线距等参数，并且从根源上消除了几何近似误差，使测量结果与实际器件结构具有强关联性，显著提升了测量精度和测量效率。另外，整个测量过程无需对测量机台进行硬件的改造，利用该标记图形即可适配测量需求，降低了生产成本。

20、本申请的关键尺寸测量方法利用上述的标记图形进行测量，硅光波导芯片中设置有上述标记图形，因此同样具有上述有益效果。

1.一种标记图形，其特征在于，位于硅光波导芯片的划片槽区域或边缘冗余区域，所述标记图形包括关键量测图形和定位基准图形；

2.根据权利要求1所述的标记图形，其特征在于，所述关键量测图形的内侧圆形轮廓线的半径不小于0.1μm，相邻两个圆形轮廓线之间的径向间距不小于20nm。

3.根据权利要求1所述的标记图形，其特征在于，所述关键量测图形包括至少两个同心设置且半径不同的圆，以使所述关键量测图形呈圆环形结构。

4.根据权利要求1所述的标记图形，其特征在于，所述关键量测图形包括至少两个子量测图形，所述子量测图形的轮廓为扇形结构，至少两个子量测图形沿周向依次分布，且首尾彼此相互间隔设置，以形成轮廓为圆环形结构的关键量测图形。

5.一种关键尺寸测量方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的关键尺寸测量方法，其特征在于，步骤s1中，至少两个所述定位基准图形沿所述关键量测图形的周向依次均匀分布，并且不同位置的两个所述定位基准图形与所述关键量测图形的圆心之间的距离相等。

7.根据权利要求5所述的关键尺寸测量方法，其特征在于，步骤s1中，所述关键量测图形的内侧圆形轮廓线的半径不小于0.1μm，相邻两个圆形轮廓线之间的径向间距不小于20nm。

8.根据权利要求5所述的关键尺寸测量方法，其特征在于，步骤s1中，所述关键量测图形包括至少两个同心设置且半径不同的圆，以使所述关键量测图形呈圆环形结构。

9.根据权利要求5所述的关键尺寸测量方法，其特征在于，步骤s1中，所述关键量测图形包括至少两个子量测图形，所述子量测图形的轮廓为扇形结构，至少两个子量测图形沿周向依次分布，且首尾彼此相互间隔设置，以形成轮廓为圆环形结构的关键量测图形。

10.一种硅光波导芯片，其特征在于，所述硅光波导芯片的表面具有关键图形区域以及位于所述关键图形区域外围的划片槽区域和边缘冗余区域，所述划片槽区域和/或所述边缘冗余区域中设置有权利要求1~4中任一项所述的标记图形。