晶圆级硅光子的全自动测试

在硅芯片上集成光子结构或元件(例如波导、激光器和光电二极管、多路复用器)已达到晶圆级,因此为这些元件的测试技术带来了许多新挑战。为了传递结构设计,从概念到鉴定再到批量生产,均需要相应元件的大量性能数据。

考虑到SiPh芯片最终封装之前的高工艺成本,应尽早识别有缺陷的芯片,以便将其从当前制造工艺中剔除。

为了有效且高效地执行这项任务,FormFactor开发了全自动SiPh晶圆探测器。其中采用的许多工艺步骤均遵循半导体行业的既定标准。然而,为了测试光子结构的功能和质量,还必须测试其光学特性。为此,必须将承载信号的玻璃光纤与待测试的光子元件以高精度对准。由于测试结果仅提供具有最佳光功率耦合的关键性信息,必须在六个自由度(针对偏移和旋转)下进行对准。在FormFactor的SiPh晶圆探测器中,PI的快速多通道光子对准系统(FMPA)负责完成这项核心任务。

精密的对准工艺

对准工艺需满足一系列极具挑战性的要求。尤其是以下要求:

  • 保持探测器(玻璃光纤)与光子结构之间的最优距离,以最大限度地减少信号损失并完美模拟工作条件
  • 在所有六个自由度上对准,以使待测试结构的光轴与测试光纤完全重叠
  • 以最短的时间优化位置
  • 不惜一切代价避免探测器与晶圆之间发生物理接触

所列要求的最初目标是能够高度灵活地应对各种不同的芯片设计。例如,边缘发射器要求测试光纤水平对准,而光栅耦合器则要求以晶圆级垂直对准。边缘发射器对准后,晶粒级的测试随之成为可能。

照片:由FormFactor提供

高速对准工艺是实现SiPh元件经济批量生产的另一个重要目标。晶片上包含数以千计的光子结构。承载信号的玻璃光纤的对准速度越快,测试速度就越快,因此也就越经济。PI的FMPA系统可在几分之一秒内在FormFactor硅光子晶圆探测器中定位玻璃光纤和光子结构。这使得在数小时或数天内测试晶圆成为可能,而无需通常的数周甚至数月时间。

尽管速度和精度都很高,但绝对有必要避免探头与晶圆之间的直接接触。此要求背后的目标是避免对芯片结构造成直接损害和形成颗粒。为此,其中还采用了PI的传感器技术。

快速多通道光子学对准系统(FMPA)

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