TWI717047B - 測試裝置與異質整合結構 - Google Patents

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Abstract

一種測試裝置，用以測試一光子積體電路。光子積體電路包括至少一波導邊緣耦合器，而測試裝置包括一光學耦合器。光學耦合器用以光學對位於光子積體電路，且包括至少一聚焦透鏡及一第一反射器。此至少一聚焦透鏡對準於此至少一波導邊緣耦合器。來自波導邊緣耦合器的光依序被聚焦透鏡聚焦、被第一反射器反射及傳遞至一光纖連接器，或者來自光纖連接器的光依序被第一反射器反射及被聚焦透鏡聚焦至波導邊緣耦合器。一種異質整合結構亦被提出。

Description

測試裝置與異質整合結構
本發明是有關於一種測試裝置與異質整合結構。
在一般的半導體生產過程中，晶圓允收測試（wafer acceptance test, WAT）是相當重要的線上（in-line）檢測，作為判斷製程好壞及好或壞的晶粒的依據，也是作為監控製程飄動的直接證據。
另一方面，光子積體電路的矽光波導在製造上會遇到幾個與傳統半導體生產不同的問題，包括：1.佈局（layout）較為困難，且設計規則檢查（design rule checking）較複雜；2.製程所得的結構粗糙度與蝕刻深度較為敏感；3.不易快速判斷結果，因光輸入與光輸出的量測方法較電測複雜。
對於光子積體電路而言，晶圓級測試（wafer level test）一般是適於採用表面耦合器（surface coupler）（例如光柵（grating））來進行，而邊緣耦合器（edge coupler）則通常是適用於晶片級測試（chip level test）。
表面耦合器相較於邊緣耦合器具有光損失較大、所能容納的頻寬較窄及受極化方向限制等缺點，但因為可以利用晶圓級測試來進行而具有優勢，所以常為矽光子製程所採用。
然而，若光子積體電路因採用邊緣耦合器而僅能採用晶片級測試與封裝時，容易導致製程複雜、製造成本與時間增加，並導致產量下降。
本發明提供一種測試裝置，其可達到簡化的量測過程與良好的量測品質。
本發明提供一種異質整合結構，其利用簡單的架構來達到與外界的光耦合。
本發明的一實施例提出一種測試裝置，用以測試一光子積體電路。光子積體電路包括至少一波導邊緣耦合器，而測試裝置包括一光學耦合器。光學耦合器用以配置於光子積體電路上且光學對位於光子積體電路，且包括至少一聚焦透鏡及一第一反射器。此至少一聚焦透鏡對準於此至少一波導邊緣耦合器。來自波導邊緣耦合器的光依序被聚焦透鏡聚焦、被第一反射器反射及傳遞至一光纖連接器，或者來自光纖連接器的光依序被第一反射器反射及被聚焦透鏡聚焦至波導邊緣耦合器。
本發明的一實施例提出一種異質整合結構，包括一光子積體電路及一光學耦合器。光子積體電路包括至少一波導邊緣耦合器，而光學耦合器異質整合至光子積體電路上。光學耦合器包括至少一聚焦透鏡及一第一反射器。此至少一聚焦透鏡對準於此至少一波導邊緣耦合器。來自波導邊緣耦合器的光依序被聚焦透鏡聚焦、被第一反射器反射及傳遞至至一光纖連接器，或者來自光纖連接器的光依序被第一反射器反射及被聚焦透鏡聚焦至波導邊緣耦合器。
在本發明的實施例的測試裝置與異質整合結構中，由於採用了可與光子積體電路光學對位或異質整合的光耦合器，因此可達到簡化的量測過程與良好的量測品質，或利用簡單的架構來達到與外界的良好光耦合。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A是本發明的一實施例的測試裝置的立體示意圖，圖1B是圖1A的測試裝置沿著I-I線的剖面示意圖，而圖1C是從圖1A的左方看過去的聚焦透鏡的正視示意圖。圖2A繪示利用多個圖1A的測試裝置分別量測的晶圓上的多個光子積體電路的立體示意圖，圖2B為圖2A中的其中一個測試裝置量測晶圓上的其中一個光子積體電路的放大立體示意圖，而圖2C為圖2B中的測試裝置與光子積體電路沿著II-II線上的剖面示意圖。請參照圖1A至圖2C，本實施例的測試裝置100用以測試一光子積體電路200。光子積體電路200上可具有雷射光源210、矽波導230、250，調變器（modulator）220、波導邊緣耦合器260、270及光偵測器（photodetector）240。調變器220例如是馬赫-任德干涉儀（Mach-Zehnder modulator）。
光子積體電路200包括至少一波導邊緣耦合器270（在圖2A至圖2C中是以多個波導邊緣耦合器270為例），而測試裝置100包括一光學耦合器101。光學耦合器101用以配置於光子積體電路200上且光學對位於（optically aligned with）光子積體電路200，或者光學耦合器101用以異質整合（heterogeneously integrated）至光子積體電路200上。異質整合（heterogeneous integration, HI）是指將多個分開製造的元件組裝及封裝至單一晶片上，以提升功能與操作特性。
光學耦合器101包括至少一聚焦透鏡110（在圖1A及圖2B中是以多個聚焦透鏡110為例）及一第一反射器122。這些聚焦透鏡110分別對準於這些波導邊緣耦合器270，而來自波導邊緣耦合器270的光201依序被聚焦透鏡110聚焦、被第一反射器122反射及傳遞至一光纖連接器50（如圖1B所繪示）。或者，這些聚焦透鏡110也可分別對準於這些波導邊緣耦合器260，而來自光纖連接器50的光依序被第一反射器122反射及被聚焦透鏡110聚焦至波導邊緣耦合器260。
在本實施例中，光學耦合器101更包括一第二反射器124。當這些聚焦透鏡110分別對準於這些波導邊緣耦合器270時，雷射光源210所發出的光201依序通過調變器220、矽波導230及波導邊緣耦合器270而後被聚焦透鏡110聚焦。然後，來自聚焦透鏡110的光201被第一反射器122反射至第二反射器124，而第二反射器124將被第一反射器122反射的光201反射至光纖連接器50，而光纖連接器50所固定的光纖54將第二反射器124所反射的光201傳遞至量測設備60。如此一來，藉由測試裝置100承靠於光子積體電路200上，量測設備60便能夠量測光子積體電路200的光學特性，例如可判斷光子積體電路200是良好的晶片或不好的晶片。在本實施例中，量測設備60例如為光功率計，然而，在其他實施例中，量測設備60也可以是其他適當的光學量測設備。
當這些聚焦透鏡110分別對準於這些波導邊緣耦合器260時，外部光源所發出的光可經由光纖連接器50所固定的光纖54傳遞至第二反射器124，第二反射器124將來自光纖連接器50的光反射至第一反射器122，第一反射器122將第二反射器124所反射的光反射至聚焦透鏡110，然後聚焦透鏡110將光聚焦於波導邊緣耦合器260，接著光依序通過波導邊緣耦合器260及矽波導250而傳遞至光偵測器240。透過光偵測器240將光轉換而成的電訊號，便能夠判斷光子積體電路200的光學特性，例如可判斷光子積體電路200是良好的晶片或不好的晶片。在本實施例中，光偵測器240例如是光電二極體（photodiode）或其他適當的光偵測元件。
在本實施例中，光學耦合器101更包括一光傳輸介質130，包覆第一反射器122，且光傳輸介質130的至少一彎曲表面（在圖1A中是以多個彎曲表面為例）形成上述至少一透鏡110（在圖1A中是以多個透鏡110為例）。光傳輸介質130的材質包括聚合物，例如為環氧樹脂（epoxy），而在光傳輸介質130中傳遞的光（例如光201）例如為紅外光。
在本實施例中，測試裝置100更包括至少一承靠件140（在圖1A與圖2C中是以兩個承靠件140為例），連接至光傳輸介質130，其中測試裝置100藉由承靠件140承靠在光子積體電路200的表面，來固定波導邊緣耦合器270或260與聚焦透鏡110的相對位置，例如是使波導邊緣耦合器270或260與聚焦透鏡110在高度上互相對準。
在本實施例中，當這些聚焦透鏡110分別對準於這些波導邊緣耦合器270時，入射第一反射器122的光201的入射方向與從第二反射器124出射的光201的出射方向為同向。而當這些聚焦透鏡110分別對準於這些波導邊緣耦合器260時，來自光纖連接器50且入射第二反射器124的光的入射方向與來自第二反射器124且從第一反射器122出射的光的出射方向為同向。上述「同向」是指兩方向的夾角落在±1.5度以內。在本實施例中，第一反射器122傾斜於從波導邊緣耦合器270出射的光201的行進方向，或傾斜於入射波導邊緣耦合器260的光的行進方向。在本實施例中，第一反射器122與第二反射器124為反射鍍膜，例如為金屬膜，且第一反射器122例如是平行於第二反射器124。
在本實施例的測試裝置100中，由於採用了可光學對位於光子積體電路200的光耦合器101，因此可達到簡化的量測過程與良好的量測品質，或利用簡單的架構來達到與外界的光耦合。此外，與光子積體電路200異質整合的測試裝置100也可以作為光子積體電路200的對外的光耦合器，而保留在光子積體電路200的成品上，且與光子積體電路200一起形成一個異質整合結構400，此異質整合結構400採用了簡單的架構來達到與外界的良好光耦合。也就是說，當測試裝置100在測試光子積體電路200時，光學耦合器101是用以配置於光子積體電路200上且光學對位於光子積體電路200，在測試完畢後，測試裝置100可與光子積體電路200分離。而當測試裝置100與光子積體電路200異質整合時，測試裝置100與光子積體電路200之間的相對位置與上述測試時的相對位置相同，但測試裝置100與光子積體電路200被封裝在一起而不會分離，以形成異質整合結構400。
在本發明的一實施例的測試方法中，可利用測試裝置100的承靠件140如上述承靠於光子積體電路200上，以使這些聚焦透鏡110分別對準這些波導邊緣耦合器270或260，以達到上述的光學量測。此外，本實施例的測試裝置100與測試方法可達到晶圓級測試。也就是說，在一晶圓300上形成多個晶粒（即光子積體電路200）後，可在相鄰兩晶粒之間形成溝槽310（例如是蝕刻出溝槽310），以暴露出光子積體電路200的側面，這樣便能夠在側面暴露出波導邊緣耦合器270與260。另一方面，一治具上可固定有排成陣列的多個測試裝置100，然後這些測試裝置100分別被承靠於這些晶粒上，以分別量測這些晶粒的光學特性，如圖2A所繪示，進而判斷哪些晶粒是良好的晶粒，而哪些又是不好的晶粒。如此一來，在之後的過程中，便可以只對良好的晶粒作封裝，而捨棄不好的晶粒不作封裝。由於對於光子積體電路製程而言，封裝所佔的成本比重高於晶圓製程所佔的成本比重許多，因此本實施例採用晶圓級測試捨棄不好的晶粒不作封裝便能夠有效地降低整體製作成本。
此外，本實施例採用波導邊緣耦合器270、260來作光耦合，因此不會有表面耦合器的諸多缺點。換言之，本實施例能利用波導邊緣耦合器作到晶圓級測試，而能夠突破了習知測試方法的限制。
上述的實施例是以這些聚焦透鏡110分別對準這些波導邊緣耦合器270或260為例，但在另一實施例中，也可以擴增這些聚焦透鏡110的數量，並使這些聚焦透鏡110同時分別對準這些波導邊緣耦合器270與260，而同時進行光輸出與光進入的測試。
圖3繪示了圖1A的測試裝置與光纖連接器連接的立體示意圖。請參照圖1A與圖3，當測試裝置100與光纖連接器50進行連接時，可利用多個導引柱（guiding pin）53來固定測試裝置100與光纖連接器50的相對位置，導引柱53的一端可***測試裝置100上的凹洞132（例如是光傳輸介質130上的凹洞132），且導引柱53的另一端可***光纖連接器50上的貫孔51。此外，光纖連接器50所固定的光纖54的一端可***測試裝置100上的凹洞134（例如是光傳輸介質130上的凹洞134），以對準光路徑。
圖4A是本發明的另一實施例的測試裝置的立體示意圖，圖4B是圖4A的測試裝置沿著III-III線的剖面示意圖，而圖4C繪示了圖4A的測試裝置與光纖連接器連接的立體示意圖。請參照圖2B、圖4A至圖4C，本實施例的測試裝置100a與圖1A至圖3的測試裝置100類似，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例的測試裝置100a中，當這些聚焦透鏡110分別對準於這些波導邊緣耦合器270時，入射第一反射器122的光201的入射方向與從第二反射器124出射的光201的出射方向為反向。而當這些聚焦透鏡110分別對準於這些波導邊緣耦合器260時，來自光纖連接器50且入射第二反射器124的光的入射方向與來自第二反射器124且從第一反射器122出射的光的出射方向為反向。上述「反向」是指兩方向的夾角落在180±1.5度的範圍內。
圖5A是本發明的又一實施例的測試裝置的立體示意圖，而圖5B是圖5A的測試裝置沿著IV-IV線的剖面示意圖。請參照圖5A與圖5B，本實施例的測試裝置100b與圖1A至圖3的測試裝置100類似，而兩者的主要差異如下所述。在本實施例的測試裝置100b中，光學耦合器101b包括第一反射器122，但不包括如圖1A的第二反射器124，而被第一反射器122反射的光201往上傳遞至位於光學耦合器101b上方的光纖連接器50，或者來自光纖連接器50的光往下傳遞至第一反射器122，並被第一反射器122反射至聚焦透鏡110。
綜上所述，在本發明的實施例的測試裝置與異質整合結構中，由於採用了可與光子積體電路光學對位或異質整合的光耦合器，因此可達到簡化的量測過程與良好的量測品質，或利用簡單的架構來達到與外界的良好光耦合。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
50:光纖連接器 51:貫孔 53:導引柱 54:光纖 60:量測設備 100、100a、100b:測試裝置 101、101b:光學耦合器 110:聚焦透鏡 122:第一反射器 124:第二反射器 130:光傳輸介質 132、134:凹洞 140:承靠件 200:光子積體電路 201:光 210:雷射光源 220:調變器 230、250:矽波導 240:光偵測器 260、270:波導邊緣耦合器 300:晶圓 310:溝槽 400:異質整合結構
圖1A是本發明的一實施例的測試裝置的立體示意圖。 圖1B是圖1A的測試裝置沿著I-I線的剖面示意圖。 圖1C是從圖1A的左方看過去的聚焦透鏡的正視示意圖。 圖2A繪示利用多個圖1A的測試裝置分別量測的晶圓上的多個光子積體電路的立體示意圖。 圖2B為圖2A中的其中一個測試裝置量測晶圓上的其中一個光子積體電路的放大立體示意圖。 圖2C為圖2B中的測試裝置與光子積體電路沿著II-II線上的剖面示意圖。 圖3繪示了圖1A的測試裝置與光纖連接器連接的立體示意圖。 圖4A是本發明的另一實施例的測試裝置的立體示意圖。 圖4B是圖4A的測試裝置沿著III-III線的剖面示意圖。 圖4C繪示了圖4A的測試裝置與光纖連接器連接的立體示意圖。 圖5A是本發明的又一實施例的測試裝置的立體示意圖。 圖5B是圖5A的測試裝置沿著IV-IV線的剖面示意圖。
50:光纖連接器
54:光纖
60:量測設備
101:光學耦合器
110:聚焦透鏡
122:第一反射器
124:第二反射器
130:光傳輸介質
201:光

Claims (20)

  1. 一種測試裝置，用以測試一光子積體電路，該光子積體電路包括至少一波導邊緣耦合器，該測試裝置包括： 一光學耦合器，用以配置於該光子積體電路上且光學對位於該光子積體電路，且包括： 至少一聚焦透鏡，對準於該至少一波導邊緣耦合器；以及 一第一反射器，其中來自該波導邊緣耦合器的光依序被該聚焦透鏡聚焦、被該第一反射器反射及傳遞至一光纖連接器，或者來自該光纖連接器的光依序被該第一反射器反射及被該聚焦透鏡聚焦至該波導邊緣耦合器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該光學耦合器更包括一第二反射器，用以將被該第一反射器反射的光反射至該光纖連接器，或者用以將來自該光纖連接器的光反射至該第一反射器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的測試裝置，其中來自該聚焦透鏡且入射該第一反射器的光的入射方向與來自該第一反射器且從該第二反射器出射的光的出射方向為同向，或者來自該光纖連接器且入射該第二反射器的光的入射方向與來自該第二反射器且從該第一反射器出射的光的出射方向為同向。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的測試裝置，其中來自該聚焦透鏡且入射該第一反射器的光的入射方向與來自該第一反射器且從該第二反射器出射的光的出射方向為反向，或者來自該光纖連接器且入射該第二反射器的光的入射方向與來自該第二反射器且從該第一反射器出射的光的出射方向為反向。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該光學耦合器更包括一光傳輸介質，包覆該第一反射器，且該光傳輸介質的至少一彎曲表面形成該至少一聚焦透鏡。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的測試裝置，更包括一承靠件，連接至該光傳輸介質，其中該測試裝置藉由該承靠件承靠在該光子積體電路的表面，來固定該波導邊緣耦合器與該聚焦透鏡的相對位置。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的測試裝置，其中該光傳輸介質的材質包括聚合物。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該第一反射器傾斜於從該波導邊緣耦合器出射或入射波導邊緣耦合器的光的行進方向。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中在該光傳輸介質中傳遞的光為紅外光。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的測試裝置，其中該第一反射器為反射鍍膜。
  11. 一種異質整合結構，包括： 一光子積體電路，包括至少一波導邊緣耦合器；以及 一光學耦合器，異質整合至該光子積體電路上，且包括： 至少一聚焦透鏡，對準於該至少一波導邊緣耦合器；以及 一第一反射器，其中來自該波導邊緣耦合器的光依序被該聚焦透鏡聚焦、被該第一反射器反射及傳遞至至一光纖連接器，或者來自該光纖連接器的光依序被該第一反射器反射及被該聚焦透鏡聚焦至該波導邊緣耦合器。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的異質整合結構，其中該光學耦合器更包括一第二反射器，用以將被第一反射器反射的光反射至該光纖連接器，或者用以將來自該光纖連接器的光反射至第一反射器。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的異質整合結構，其中來自該聚焦透鏡且入射該第一反射器的光的入射方向與來自該第一反射器且從該第二反射器出射的光的出射方向為同向，或者來自該光纖連接器且入射該第二反射器的光的入射方向與來自該第二反射器且從該第一反射器出射的光的出射方向為同向。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的異質整合結構，其中來自該聚焦透鏡且入射該第一反射器的光的入射方向與來自該第一反射器且從該第二反射器出射的光的出射方向為反向，或者來自該光纖連接器且入射該第二反射器的光的入射方向與來自該第二反射器且從該第一反射器出射的光的出射方向為反向。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的異質整合結構，其中該光學耦合器更包括一光傳輸介質，包覆該第一反射器，且該光傳輸介質的至少一彎曲表面形成該至少一聚焦透鏡。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的異質整合結構，更包括一承靠件，連接至該光傳輸介質，其中該測試裝置藉由該承靠件承靠在該光子積體電路的表面，來固定該波導邊緣耦合器與該聚焦透鏡的相對位置。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的異質整合結構，其中該光傳輸介質的材質包括聚合物。
  18. 如申請專利範圍第11項所述的異質整合結構，其中該第一反射器傾斜於從該波導邊緣耦合器出射的光的行進方向。
  19. 如申請專利範圍第11項所述的異質整合結構，其中在該光傳輸介質中傳遞的光為紅外光。
  20. 如申請專利範圍第11項所述的異質整合結構，其中該第一反射器為反射鍍膜。
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