JP7222425B2

JP7222425B2 - 光回路ウェハ

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Publication number: JP7222425B2
Application number: JP2021528046A
Authority: JP
Inventors: 圭穂前田; 達三浦; 浩福田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2023-02-15
Anticipated expiration: 2039-06-17
Also published as: US20220357532A1; WO2020255191A1; JPWO2020255191A1

Description

本発明は、光回路を備えるチップが複数形成された光回路ウェハに関する。

光通信のトラフィック増大に伴って、光送受信器の高速化・小型化と共に低コスト化が求められている。光送受信器の小型・低コスト化には、構成部品である光フィルターや光変調器などを含む光回路デバイスについても、低コストに製造可能であり、より小型なものが必要である。小型な光回路デバイスを低コストに実現する技術として、近年、シリコンフォトニクス（Silicon photonics）が注目を集めており、シリコンフォトニクスによる光集積回路の研究開発が盛んに行われている。

この種のシリコンフォトニクスによる光集積回路の製造では、よく知られているように、マルチプロジェクトウェハ（Multi-Project Wafer：ＭＰＷ）の形態が取られることが多い。また、トランシーバに含まれる種々の回路要素を同一ウェハ上に一緒に作製し、これらをダイシングによってチップ化して用いられることが多い。このように、１つのウェハ上に複数種類の光集積回路を形成する場合、各単位区画のサイズ自体が異なるか、あるいは各単位区画のサイズは共通としているが、単位区画毎の電気パッドおよび光入出力ポートのレイアウトは統一されていない。

例えば、ＭＰＷでは、図６Ａに示すように、ウェハ５０１の上に、ダイサイズは共通であるが、各々異なる回路が形成されているダイ５０２，ダイ５０３，ダイ５０４が、各々複数配置される。ダイ５０２には、図６Ｂに示す単位区画５０２ａが複数形成され、ダイ５０３には、図６Ｃに示す単位区画５０３ａが複数形成され、ダイ５０４には、図６Ｄに示す単位区画５０４ａが複数形成されている。

単位区画５０２ａには、光集積回路５０５ａが形成され、単位区画５０３ａには、光集積回路５０５ｂが形成され、単位区画５０４ａには、光集積回路５０５ｃが形成されている。また、単位区画５０２ａの電気パッド５０６、光入出力ポート５０７の配置（レイアウト）と、単位区画５０３ａの電気パッド５０６、光入出力ポート５０７のレイアウトと、単位区画５０４ａの電気パッド５０６、光入出力ポート５０７のレイアウトは、各々異なっている。各区画では、形成されている光集積回路で必要とされる数の電気パッド、光入出力ポートだけが任意の場所に配置されていた。

例えば、光送受信器の製造コストのうち、実装・検査工程が占める割合は大きく、光送受信器の低コスト化を進めるためには、シリコンフォトニクス光集積回路（光回路デバイス）を、オンウェハで検査し、良品選別したうえでモジュール実装を行うことが望ましい。

上述した光回路デバイスの検査としては、外部光源から光回路デバイスに光を入射し、挿入損失（insertion loss：ＩＬ）や動作特性を評価する方法が一般的である。測定対象の特性が、電気的な入出力を含む場合には、電気プローブを通して光回路デバイスにコンタクトし、電気的・光学的な特性を評価する。

上記のような評価（検査）をオンウェハで行う場合、低コスト化の観点から、電気および光の入出力を有するオートウェハプローバを用いることが望ましい。例えば、非特許文献１にあげるようなオートプローバは、検査対象であるウェハを等ピッチで移動させながら、検査対象の光回路デバイスとの位置合わせを行い、位置合わせをした後、プローブカードや固定されたプローブによって、検査対象の光回路デバイスと電気的コンタクトをとる。なお、一般に、オートプローバで一度にコンタクトできる電気パッド、光入出力ポート、および測定対象回路を含む領域が、単位区画と呼ばれている。このように位置合わせおよび電気的コンタクトをとった後、光回路デバイスの光回路との光学的な位置合わせ（光調芯）を行い、光回路デバイスへの検査光を導入し、様々な検査を実施する。

Yamamoto Yousuke, "A compact self-shielding prober for accurate measurement of on-wafer electron devices", IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 38, no. 6, pp. 1088-1093, 1989.

ここで、上述したように、オートプローバは、設定されたピッチの移動と、検査とを繰り返す。このため、ウェハ内の任意の回路の電気・光特性を評価するためには、回路に接続された電気パッド・光入出力ポートのレイアウトを同一にすることが望ましい。しかしながら、前述したように、ＭＰＷなどの形態が取られることが多いシリコンフォトニクスによる光集積回路の製造では、単位区画毎のサイズが異なるか、あるいは単位区画毎の電気パッドおよび光入出力ポートの位置が統一されていない場合が多い。このような状態では、オートプローバに必要とされる移動量やコンタクト位置は、単位区画毎に異なるため、連続的なコンタクトができず、コンタクト位置をその都度修正する必要がある。

コンタクト位置の修正は、プローブカードやプローブ位置の修正や設定ファイルの変更など、自動化が困難な作業を含む場合が多く、自動検査による低コスト化の大きな妨げとなっていた。さらに、電気パッドおよび光入出力ポートの相対関係が、単位区画毎に異なる状態では、単位区画が異なると、光調芯に大きなずれが生じるため、数百μｍ～数ｍｍ角の広範囲の光調芯を行う必要があり、検査に要する時間が大幅に増加してしまうという課題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、光回路の検査をより短時間に行うことを目的とする。

本発明に係る光回路ウェハは、ウェハの上に形成された複数の単位区画と、複数の単位区画の各々に、レイアウトが共通に形成された電気パッドと、複数の単位区画の各々に、レイアウトが共通に形成された光入出力ポートと、複数の単位区画の各々に形成された光回路とを備え、複数の単位区画の各々に形成された光回路は、各々が異なる回路構成とされている。

上記光回路ウェハの一構成例において、複数の単位区画の各々において、電気パッド、および光入出力ポートは、光回路の周囲に配置されている。

上記光回路ウェハの一構成例において、複数の単位区画は、互いに等しい間隔で配列されている。

上記光回路ウェハの一構成例において、光入出力ポートに光学的に接続された反射部を備える。

上記光回路ウェハの一構成例において、光入出力ポートに光学的に接続されたフォトダイオードを備える。

上記光回路ウェハの一構成例において、複数の単位区画の各々に光入出力ポートが複数形成され、いずれか２つの光入出力ポートは、互いに光学的に接続されている。

上記光回路ウェハの一構成例において、光入出力ポートは、グレーティングカプラである。

以上説明したように、本発明によれば、ウェハの上に形成された複数の単位区画の各々において、電気パッドおよび光入出力ポートを、共通のレイアウトで形成したので、光回路の検査が、より短時間で行える。

図１Ａは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハの構成を示す平面図である。図１Ｂは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハの一部構成を示す平面図である。図１Ｃは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハの一部構成を示す平面図である。図１Ｄは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハの一部構成を示す平面図である。図２Ａは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハの構成を示す平面図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハの一部構成を示す平面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る他の光回路ウェハの一部構成を示す平面図である。図４Ａは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハを用いた検査方法を説明するための説明図である。図４Ｂは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハを用いた検査方法を説明するための説明図である。図５Ａは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハの一部構成を示す構成図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハの一部構成を示す構成図である。図５Ｃは、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハの一部構成を示す構成図である。図６Ａは、従来の光回路ウェハの構成を示す平面図である。図６Ｂは、従来の光回路ウェハの一部構成を示す平面図である。図６Ｃは、従来の光回路ウェハの一部構成を示す平面図である。図６Ｄは、従来の光回路ウェハの一部構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る光回路ウェハについて図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄを参照して説明する。

この光回路ウェハは、ウェハ１０１の上に形成された複数の単位区画１０２ａ，１０３ａ，１０４ａを備える。また、複数の単位区画１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの各々に、レイアウトが共通に形成された電気パッド１０６を備える。言い換えると、複数の単位区画１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの各々において、電気パッド１０６の配置および数が共通とされている。

また、複数の単位区画１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの各々に、レイアウトが共通に形成された光入出力ポート１０７を備える。言い換えると、複数の単位区画１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの各々において、光入出力ポート１０７の配置および数が共通とされている。光入出力ポート１０７は、例えば、グレーティングカプラである。なお、光入出力ポート１０７は、グレーティングカプラに限らず、光結合できる構造であればどのような光結合素子でも利用可能である。

また、複数の単位区画１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの各々に形成された光回路１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃを備える。光回路１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃは、各々が異なる回路構成とされている。

ここで、複数の単位区画１０２ａ，１０３ａ，１０４ａの各々において、電気パッド１０６、および光入出力ポート１０７は、光回路１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃの周囲に配置されている。また、複数の電気パッド１０６は、各配置領域において、１列に配列されている。図１Ｂ，図１Ｃ，図１Ｄに示す例では、図の紙面左右方向に、光回路１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃの両側に電気パッド配置領域が設けられ、各配置領域において、複数の電気パッド１０６が、紙面上下方向に１列に配列されている。

また、複数の光入出力ポート１０７は、この配置領域において、１列に配列されている。図１Ｂ，図１Ｃ，図１Ｄに示す例では、光回路１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃの、図の紙面下側に、光入出力ポート配置領域が設けられ、この配置領域において、複数の光入出力ポート１０７が、紙面左右方向に１列に配列されている。

また、単位区画１０２ａ，単位区画１０３ａ，単位区画１０４ａの各々は、互いに等しい間隔で配列されている。さらに、電気パッド１０６と光入出力ポートとの相対的な位置関係は、各々とコンタクトおよび光結合させる、電気プローブと光プローブとの動作範囲が互いに干渉しないように設計されている。

なお、ウェハ１０１には、同一のサイズのダイ１０２，ダイ１０３，ダイ１０４が形成されている。ダイ１０２，ダイ１０３，ダイ１０４は、例えば、製造途中のリソグラフィー工程で、縮小投影型露光装置の１ショットで露光される単位領域である。ウェハ１０１の上には、複数のダイ１０２、複数のダイ１０３、複数のダイ１０４が形成されている。ダイ１０２に複数の単位区画１０２ａが形成され、ダイ１０３に複数の単位区画１０３ａが形成され、ダイ１０４に複数の単位区画１０４ａが形成されている。

図２Ａ，図２Ｂに示すように、ウェハ１０１の平面で、オリエンテーションフラット１０１ａに平行な方向をｘ、オリエンテーションフラット１０１ａに垂直な方向をｙとする。また、ダイ１０２のサイズは、ｘ方向の長さをＷｓ、ｙ方向の長さをＬｓとする。このサイズは、ダイ１０３，ダイ１０４の各々も同様である。また、単位区画１０２ａのサイズは、ｘ方向の長さをＷｃ、ｙ方向の長さをＬｃとする。このサイズは、単位区画１０３ａ、１０４ａの各々も同様である。

また、ウェハ１０１の上で、ダイ１０２、ダイ１０３，ダイ１０４の配置間隔（ピッチ）について、ｘ方向ピッチをＰｓｘとし、ｙ方向ピッチをＰｓｙとする。また、ダイ１０２内で、単位区画１０２ａのピッチについて、ｘ方向ピッチをＰｃｘとし、ｙ方向ピッチをＰｃｙとする。このピッチは、単位区画１０３ａ、１０４ａの各々も同様である。

例えば、ダイ１０２に形成されている単位区画１０２ａの数を，ｘ方向、ｙ方向についてそれぞれｌｘ個、ｌｙ個とすると、ＰｃｘとＰｓｘ、およびＰｃｘとＰｃｙの関係は、次の式（１）、式（２）の関係が成り立つ。なお、ダイ１０３の単位区画１０３ａ、ダイ１０４の単位区画１０４ａも同様である。

Ｐｓｘ＝Ｐｃｘ×ｌｘ（ｌｘは整数）・・・（１）
Ｐｓｙ＝Ｐｃｙ×ｌｙ（ｌｙは整数）・・・（２）

また、単位区画１０２ａの寸法Ｌｃ，Ｗｃと、ダイ１０２の各辺の長さＬｓ，Ｗｓは、以下の式（３）、（４）の関係にある。

ｎ×Ｌｃ＝Ｌｓ（ｎは整数）・・・・（３）
ｍ×Ｗｃ＝Ｗｓ（ｍは整数）・・・・（４）

上述した各関係に示す条件内であれば、各々のダイの中の単位区画の数に制限はない。

なお、電気パッド１０６のレイアウト、および光入出力ポート１０７のレイアウトは、図３に示すように構成することもできる。電気パッド１０６の個数および配置、光入出力ポート１０７の個数および配置は、ウェハ１０１に形成されている全てのダイに共通とされていればよく、上述した例示に限定されるものではない。

上述した実施の形態によれば、ウェハの上の全ての電気パッドが、複数存在する軸（仮想の軸）上で、等間隔に配列されるものとなる。光入出力ポートについても同様である。従って、実施の形態に係る光回路ウェハでは、オートプローバによって等ピッチで移動しながら、電気パッドおよび光入出力ポートにコンタクトできるため、コンタクト位置をその都度修正する必要が無く、全自動検査が可能となり、検査時間を短縮することが可能となる。

次に、実施の形態に係る光回路ウェハの、検査方法について、図４Ａ，図４Ｂを参照して説明する。

まず、図４Ａに示すように、電気プローブアレイ２０１を電気パッド１０６の各々にコンタクトすることにより、電気特性を検査する。光入出力ポート１０７の各々への光入出力は、光ファイバアレイ２０２を用いて行う。

光入出力ポート１０７の各々と光ファイバアレイ２０２との光調芯は、例えば、図５Ａに示す、光入出力ポート１０７の各々に光学的に接続する反射部１０８を、光入出力ポート１０７の各々の一部に作製し、戻り光をモニタリングすることで行う。反射部１０８は、全ての光入出力ポート１０７を含む任意の数の光入出力ポート１０７に具備される。

また、光入出力ポート１０７の各々と光ファイバアレイ２０２との光調芯は、例えば、図５Ｂに示すように、隣り合う２つの光入出力ポート１０７を、光導波路１０９で互いに光学的に接続し、一方の光入出力ポート１０７に入射し、他方の光入出力ポート１０７から出射した光をモニタリングすることで行う。光導波路１０９は、全ての光入出力ポート１０７を含む任意の数の光入出力ポート１０７に具備される。

また、光入出力ポート１０７の各々と光ファイバアレイ２０２との光調芯は、例えば、図５Ｃに示すように、光入出力ポート１０７に光学的に接続されたフォトダイオード１１０により実施することもできる。フォトダイオード１１０は、例えば、よく知られたゲルマニウムフォトダイオードである。光入出力ポート１０７に入射した光が、フォトダイオード１１０で光電変換される。フォトダイオード１１０には、電気パッド１０６が電気的に接続され、フォトダイオード１１０で、光電変換された電気信号が、電気パッド１０６より出力可能とされている。電気パッド１０６に電気プローブアレイ２０１をコンタクトし、オートプローバで上述した電気信号をモニタリングすることで、光入出力ポート１０７の各々と光ファイバアレイ２０２との光調芯を行う。フォトダイオード１１０は、全ての光入出力ポート１０７を含む任意の数の光入出力ポート１０７に具備される。

図６Ａ，図６Ｂ，図６Ｃ，図６Ｄを用いて説明した従来技術のように、ウェハ上のダイあるいは単位区画毎に光入出力ポートの位置が異なる場合は、広範囲に光ファイバ（光ファイバアレイ）を走査し、調芯を行う必要がある。これに対し、実施の形態では、前述したように、オートプローバによってウェハを移動させ測定対象を変えたとしても、オートプローバの位置決め精度の数μｍの範囲内の位置に光入出力ポートが存在する。プローバにおいて、電気プローブと光プローブとの相対位置が固定されていれば、実施の形態における光回路ウェハの検査においては、光プローブについては数μｍ～数十μｍ角の微調芯のみで済むため、光調芯時間の短縮を行うことができる。

以上に説明したように、本発明によれば、ウェハの上に形成された複数の単位区画の各々において、電気パッドおよび光入出力ポートを、共通のレイアウトで形成したので、光回路の検査が、より短時間で行える。本発明によれば、ウェハ上の単位区画の全てにおいて、電気パッドおよび光入出力ポートの位置・個数を統一し、またそのピッチを均一にしたので、光調芯の簡易化・調芯時間の短縮と、オートプローバによる自動測定が可能となり、検査時間の短縮および低コスト化という効果が得られる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…ウェハ、１０１ａ…オリエンテーションフラット、１０２…ダイ、１０２ａ…単位区画、１０３…ダイ、１０３ａ…単位区画、１０４…ダイ、１０４ａ…単位区画、１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ…光回路、１０６…電気パッド、１０７…光入出力ポート。

Claims

ウェハの上に形成された複数の単位区画と、
前記複数の単位区画の各々に、レイアウトが共通に形成された電気パッドと、
前記複数の単位区画の各々に、レイアウトが共通に形成された光入出力ポートと、
前記複数の単位区画の各々に形成された光回路と
を備え、
前記複数の単位区画の各々に形成された光回路は、各々が異なる回路構成とされている光回路ウェハ。
請求項１記載の光回路ウェハにおいて、
前記複数の単位区画の各々において、前記電気パッド、および前記光入出力ポートは、前記光回路の周囲に配置されている
ことを特徴とする光回路ウェハ。
請求項１または２記載の光回路ウェハにおいて、
前記複数の単位区画は、互いに等しい間隔で配列されていることを特徴とする光回路ウェハ。
請求項１～３のいずれか１項に記載の光回路ウェハにおいて、
前記光入出力ポートに光学的に接続された反射部を備えることを特徴とする光回路ウェハ。
請求項１～３のいずれか１項に記載の光回路ウェハにおいて、
前記光入出力ポートに光学的に接続されたフォトダイオードを備えることを特徴とする光回路ウェハ。
請求項１～３のいずれか１項に記載の光回路ウェハにおいて、
前記複数の単位区画の各々に前記光入出力ポートが複数形成され、いずれか２つの前記光入出力ポートは、互いに光学的に接続されていることを特徴とする光回路ウェハ。
請求項１～６のいずれか１項に記載の光回路ウェハにおいて、
前記光入出力ポートは、グレーティングカプラであることを特徴とする光回路ウェハ。