JP6206409B2 - 光集積回路、および光集積回路における光デバイスの検査方法 - Google Patents
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Description
そこで、例えば、非特許文献1には、回折格子(グレーティング)を用い、光ファイバからの光をウエハ表面から入射して光導波路に結合させる光結合器が開示されている。この光結合器を用いる結果、ダイシングする前にウエハ状態での検査が可能となっている。
そこでなされた本発明の目的は、ウエハ状態で、多数の光デバイスの特性検査を、簡便にかつ確実に行うことのできる光集積回路、および光集積回路における光デバイスの検査方法を提供することである。
すなわち、本発明の光集積回路は、半導体基板の表面から光が入射される光結合器と、前記光結合器に入射された前記検査光を伝搬する光導波路と、前記光導波路で伝搬される前記検査光を複数の光導波路に分配する光分配器と、前記光分配器を用いて分配された複数の前記光導波路にそれぞれ接続された光デバイスと、を備える。
図1は、ウエハ(半導体基板)100上に形成された検査回路10Aの例を模式的に示す。
図1に示すように、複数の光集積回路Cが形成されたウエハ100上には、それぞれの光集積回路Cにおいて、複数の光デバイス20と、それぞれの光デバイス20に検査光を入射して、その光学特性を検査する検査回路10Aと、が形成されている。
本実施形態において、これら4つの経路L1〜L4は、光結合器11から光デバイス20に至るまでの経路長が等しくなるよう形成されている。具体的には、光結合器11から見て1段目の光分配器12と、2段目の光分配器12との間の二本の光導波路13B,13Bを等しい長さとし、さらに、2段目の2つの光分配器12とそれぞれの光デバイス20との間の四本の光導波路13C,13C,…をそれぞれ等しい長さとした。
そして、各光デバイス20を経た出力光S2をモニタリングすれば、光デバイス20の各種光学特性を検査することが可能である。例えば、光デバイス20が光変調器である場合、損失、消光比、周波数特性等を検査することが可能である。
出力光S2をモニタリングするために、光デバイス20が設けられているのと同一のウエハ100上に、受光素子を設け、この光を電気信号に変換してこの電気信号を使用してモニタリングすることも可能である。これ以外にも、光デバイス20の後段側に回折格子等を設け、光デバイス20を経た光をウエハ100の表面から外部に出射させて光ファイバ等に結合させ、この光をモニタリングすることもできる。
しかも、同時に検査される4個の光デバイス20には、同じ光結合器11を介して検査光S1が入力されるので、光結合器11の特性のばらつきの影響を受けずに、高精度な検出を行うことができる。
また、光分配器12で分配する系統数は、2系統に限らず、3系統以上としても良い。
そこで、例えば、光分配器12の段数を増やすとともに、各光分配器12における分配数を増やせば、一つの光結合器11から分配できる系統数を大幅に増やすことができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。以下に説明する第2の実施形態において、上記第1の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第1の実施形態との差異を中心に説明を行う。
図2に示すように、本実施形態での光集積回路Cの検査回路10Bにおいては、光結合器11から、複数段(本実施形態では3段)の光分配器12を経て、各光デバイス20へと至る経路L1〜L8が、不等長とされている。上記第1の実施形態においては、経路L1〜L4を等長とする例を示したが、実際に半導体基板上に光集積回路Cをレイアウトする場合、電気的・物理的なスペース、電気的・光学的クロストーク、迷光、光導波路13の最小曲げ寸法等の制約条件のために、経路L1〜L8の長さが異なる場合がある。本実施形態の図2では、その場合を模式的に示している。
図3A,図3B,図3Cは、配線長と、配線長に応じた損失の影響に起因する検出エネルギの変化との関係を示すものである。この場合、図3Aおよび図3Bに示すように、経路長が最も長い経路L1における光エネルギの強さと、経路長が最も短い経路L8における光エネルギの強さとから、その中間の長さを有した経路L2〜L7における光エネルギの基準値を算出する(図3Aおよび図3B中の一点鎖線)。そして、経路L2〜L7における光エネルギの実測値の、基準値からの偏差が、予め定めた以上であるか否かに応じて、光デバイス20の不具合を判定することができる。
この場合、光分配器12におけるエネルギ分岐比を調整すれば、各光デバイス20に入力される光エネルギを等しくすることが可能である。
また、光導波路13の材料や寸法を適宜選択して各経路L1〜L8の伝搬損失を調整すれば、各光デバイス20に入力される検査光エネルギが等しくなるようにすることも可能である。より具体的には、光導波路13に、損失の少ないポリマー,SiON,SiN等の材料を用いることができる。または、光導波路13の導波路幅を変えることで伝搬損失の調整が可能である。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。以下に説明する第3の実施形態において、上記第1、第2の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第1、第2の実施形態との差異を中心に説明を行う。
本実施形態での光集積回路Cの検査回路10Cでは、図4に示すように、光分配器12を用いて分配された経路L1〜L8のうちの二本が、光デバイス20が設けられていない参照用光導波路30A,30Bとされている。参照用光導波路30A,30Bは、光導波路13から形成されている。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。以下に説明する第4の実施形態において、上記第1〜第3の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第1〜第3の実施形態との差異を中心に説明を行う。
図5に示すように、本実施形態での光集積回路Cの検査回路10Dにおいては、一つの光結合器11から入射された光が、光分配器12を用いて、複数の集積回路C,Cのチップ200,200に跨るように分配されている。
このような構成を用いれば、さらに多数の光デバイス20の検査を簡便にかつ効率良く行うことができる。
次に、本発明の第5の実施形態について説明する。以下に説明する第5の実施形態において、上記第1〜第4の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第1〜第4の実施形態との差異を中心に説明を行う。
図6に示すように、本実施形態での光集積回路Cの検査回路10Eは、光変調器25を検査対象の光デバイス20としている。
次に、本発明の第6の実施形態について説明する。以下に説明する第6の実施形態において、上記第1〜第5の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第1〜第5の実施形態との差異を中心に説明を行う。
図7に示すように、本実施形態での光集積回路Cの検査回路10Fは、上記第5の実施形態における検査回路10Eの構成に加え、検査光S1に波長多重技術を用いる構成を有している。
すなわち、第1の分波器18,第2の分波器19を介して複数に分岐された光導波路13が、光デバイス20の入力ポートP3に接続されている。
また、各光デバイス20の出力ポートP4に接続された光導波路44から、分波器47を介して光導波路48が分岐している。この光導波路48は、合波器50,50を経て、一本の光導波路48に合流し、光結合器51に接続されている。
次に、本発明の第7の実施形態について説明する。以下に説明する第7の実施形態において、上記第1〜第6の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第1〜第6の実施形態との差異を中心に説明を行う。
図8に示すように、本実施形態での光集積回路Cの検査回路10Gは、信号光S5と同一の波長の検査光S1を用いて、配線長の違いに起因した遅延を利用して時間分解を行い、出力光S2の一括測定を行う。
検査を行う際には光スイッチ55を用い、各光変調器25から出力された出力光S2を、光導波路60に出力させる。このとき、同一波長の出力光S2に各光変調器25の検査情報が含まれているが、経路長が互いに異なる各経路L1〜L4では、その経路長に応じて、出力光S2の出力に遅延が発生する。したがって、光結合器63から出力される出力光S2について時間分解を行うことで、各光変調器25の検査が可能となっている。
次に、本発明の第8の実施形態について説明する。以下に説明する第8の実施形態において、上記第1〜第7の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第1〜第7の実施形態との差異を中心に説明を行う。
図9に示すように、本実施形態での光集積回路Cの検査回路10Hには、検査光S1を入力するための複数の光結合器11A,11Bが設けられている。
すなわち、二つの光結合器11A,11Bのそれぞれから、光分配器12,12,…を経て分岐された光導波路13が設けられている。
そして、検査対象となる各光変調器25の二つの入力ポートの一方に、一方の光結合器11Aから分岐した光導波路13が接続され、他方の入力ポートに、他方の光結合器11Bから分岐した光導波路13が接続されている。
これにより、光結合器11A,11B、光分配器12、光導波路13の特性のばらつきに起因した影響をさらに低減することができる。また、光変調器25の2つの入力ポートに依存して特性が異なる場合、それらのばらつき等も検査することができる。
なお、本発明の光集積回路、および光集積回路における光デバイスの検査方法は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記第5〜第8の実施形態で、光デバイス20として、入出力ともに2ポートを有した光変調器25を例に挙げたが、そのポート数は、3ポート以上であっても良い。また、複数ポートを有するのであれば、光変調器25以外の光デバイス20を検査対象とすることもできる。
また、検査回路10A〜10Hにおいて、ウエハ100の状態で検査を行い、良品選別を行った後に、エッチング等で光結合器11,11A,11Bを除去し、1個または複数個の信号伝送用の光源を実装しても良い。
さらに、上記第1〜第8の実施形態で示した構成は、適宜組み合わせることも可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
11,11A,11B 光結合器
12 光分配器
13,13A,13B,13C 光導波路
18,19 分波器
20 光デバイス
25 光変調器
30A,30B 参照用光導波路
40 信号伝送用光源
41,42,44 光導波路
43 光ファイバ
45 モニタ受光器
47 分波器
48 光導波路
50 合波器
51 光結合器(出力光結合器)
55 光スイッチ
60 光導波路
61 光遅延回路
62 光合波器
63 光結合器(出力光結合器)
100 ウエハ(半導体基板)
200 チップ
L1〜L8 経路
P1 入力ポート
P2 出力ポート
P3 入力ポート
P4 出力ポート
S1 検査光
S2 出力光
S5 信号光
Claims (14)
- 半導体基板の表面から検査光が入射される光結合器と、
前記光結合器に入射された前記検査光を伝搬する光導波路と、
前記光導波路で伝搬される前記検査光を複数の光導波路に分配する光分配器と、
前記光分配器を用いて分配された複数の前記光導波路にそれぞれ接続された光デバイスと、を備え、
前記光デバイスが、複数の入力ポートを備え、前記入力ポートの少なくとも一つに複数の前記光導波路から前記光デバイスの光学特性を検査する検査光が入力される光集積回路。 - 前記光結合器と全ての前記光デバイスとの間に設けられた複数の前記光導波路の経路長が等長とされている請求項1に記載の光集積回路。
- 前記光分配器は、前記光デバイスに入力される前記検査光のエネルギが等しくなるよう、前記検査光を分配する請求項1に記載の光集積回路。
- 複数の前記光導波路間において、複数の前記光導波路を形成する材料と、前記光結合器から前記光デバイスまでの前記光導波路および複数の前記光導波路の経路長との少なくとも一方が互いに異なり、
複数の前記光導波路は、前記光デバイスに入力される前記検査光のエネルギが等しくなるよう設定されている請求項1に記載の光集積回路。 - 前記光デバイスが設けられた複数の前記光導波路とは別に、光導波路のみからなる参照用光導波路が2以上設けられ、前記参照用光導波路には、複数の前記光導波路とともに前記光分配器から前記検査光が分配される請求項1から4のいずれか一項に記載の光集積回路。
- 前記半導体基板に、それぞれ1以上の前記光デバイスが配置された複数のチップが配置され、
前記光分配器を用いて分岐された複数の前記光導波路が、複数の前記チップに分配されて前記光デバイスに接続されている請求項1から5のいずれか一項に記載の光集積回路。 - 前記光分配器は、互いに波長が異なる光を重畳させた検査光を波長ごとの光に分配して複数の前記光導波路のそれぞれに出力し、
複数の前記光導波路のそれぞれにおいて前記光デバイスを経た出力光を重畳し、1つの光導波路に合流させる合波器と、
前記合波器を経た前記出力光を外部に出力する出力光結合器と、をさらに備える請求項1から6のいずれか一項に記載の光集積回路。 - 複数の前記光導波路のそれぞれにおいて前記光デバイスを経て遅延時間が互いに異なる出力光を1つの光導波路に合流させる光合流器と、
前記光合流器を経た前記出力光を外部に出力する出力光結合器と、をさらに備える請求項1から6のいずれか一項に記載の光集積回路。 - 複数の前記光導波路のそれぞれに、前記光デバイスを経た前記出力光に互いに異なる遅延時間を付与する光遅延回路がさらに設けられている請求項8に記載の光集積回路。
- 1つの前記光デバイスに対し、前記光結合器、前記光分配器、前記光導波路、および複数の前記光導波路が複数組接続されている請求項1から9のいずれか一項に記載の光集積回路。
- 請求項1から10のいずれか一項に記載の光集積回路における前記光デバイスの検査方法であって、
前記光結合器から前記検査光を入射し、
前記光分配器を用いて複数の前記光導波路のそれぞれに前記検査光を分配し、
分配された前記検査光が前記光デバイスを経ることで得られる出力光に基づいて、前記光デバイスの光学特性を評価する光集積回路における光デバイスの検査方法。 - 前記光デバイスを経た前記出力光を外部に取出し、取出した前記出力光の光学特性を検出することで前記光デバイスを評価する請求項11に記載の光集積回路における光デバイスの検査方法。
- 前記光デバイスを経た前記出力光を受光器で電気信号に変換して外部に出力し、出力された前記電気信号に基づいて前記光デバイスの前記光学特性を評価する請求項11に記載の光集積回路における光デバイスの検査方法。
- 前記光デバイスが設けられた複数の前記光導波路が3以上設けられるとともに、前記光結合器と、全ての前記光デバイスとの間に設けられた前記光導波路および複数の前記光導波路の経路長が互いに異なり、
経路長が互いに異なる二つの前記光導波路に設けられた前記光デバイスにおける光学特性の評価結果に基づき、他の経路長を有する前記光導波路に設けられた前記光デバイスにおける光学特性の基準値を算出し、前記基準値に基づいて、他の経路長を有する前記光導波路に設けられた前記光デバイスにおける光学特性を評価する請求項11から13のいずれか一項に記載の光集積回路における光デバイスの検査方法。
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