CN112612082B - 光探针、光探针阵列、检查系统以及检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光探针、光探针阵列、检查系统以及检查方法，能够抑制光半导体元件的检查时间的增加。光探针(10)接收从被检查体(200)输出的光信号(L)。光探针(10)具有由芯部(111)和配置于芯部(111)的外周的包层部(112)构成的光波导(11)，光波导(11)的射入光信号(L)的入射面(100)为曲率半径(R)固定的凸球面。

Description

光探针、光探针阵列、检查系统以及检查方法

技术领域

本发明涉及一种在被检查体的特性的检查中使用的光探针、光探针阵列、检查系统以及检查方法。

背景技术

使用硅光子技术在半导体基板上形成将电信号和光信号作为输入输出信号的光半导体元件。为了在晶圆状态下检查光半导体元件的特性，使用具有传播电信号的电探针和传播光信号的光探针的检查系统将光半导体元件与测试器等测定装置连接是有效的。

例如，公开了一种使光纤的前端接近被检查体来获取光半导体元件的特性的方法(参照专利文献1)。另外，公开了一种通过在光纤的前端安装透镜并将被检查体设置在透镜的焦点附近来检查光半导体元件的特性的装置(参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2006/0008226号说明书

专利文献2：日本特开昭62-31136号公报

发明内容

发明要解决的问题

以往，对于形成有多个光半导体元件的半导体基板，一边进行光半导体元件与光探针的对位一边逐个检查光半导体元件的特性。此时，为了在光半导体元件与光探针之间以规定的强度传播光信号，需要以高精度进行光半导体元件与光探针的对位。因此，存在对形成于半导体基板的光半导体元件全部进行检查的时间增加的问题。由于很难检查所有的光半导体元件，因此无法充分判定合格品、缺陷品，而成为光半导体元件产品的成品率劣化的主要原因。

鉴于上述问题点，本发明的目的在于提供一种能够抑制光半导体元件的检查时间的增加的光探针、光探针阵列、检查系统以及检查方法。

用于解决问题的方案

根据本发明的一个方式，提供一种光探针，其接收来自被检查体的光信号，该光探针具有由芯部和配置于芯部的外周的包层部构成的光波导，光波导的射入光信号的入射面为曲率半径固定的凸球面。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能够抑制光半导体元件的检查时间的增加的光探针、光探针阵列、检查系统以及检查方法，并能够改善光半导体元件的成品率。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的光探针的结构的示意图。

图2是示出在本发明的第一实施方式所涉及的光信号在光探针中传播的状态的示意图。

图3是示出本发明的第一实施方式所涉及的光探针的入射面的曲率半径及最大工作距离与光信号的最大辐射半角的关系的曲线图。

图4是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的光探针中的公差的影响的示意图。

图5是示出本发明的第一实施方式所涉及的光探针的最大工作距离与光信号的最大辐射半角的关系的曲线图。

图6是示出本发明的第一实施方式所涉及的光探针中的传输损耗与公差的关系的曲线图。

图7的(a)～图7的(d)是示出光探针的形状的照片。

图8是示出本发明的第一实施方式所涉及的光探针中的传输损耗与公差的关系的例子的曲线图。

图9是示出本发明的第一实施方式所涉及的光探针中的传输损耗与工作距离的关系的例子的曲线图。

图10是对图7的(a)～图7的(d)所示的光探针中的传输损耗与公差的关系进行了比较的曲线图。

图11是示出本发明的第一实施方式所涉及的检查系统的结构的示意图。

图12是示出光探针阵列的结构的示意图。

图13是示出电探针阵列的结构的示意图。

图14是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的检查方法的示意图。

图15是用于说明本发明的第一实施方式所涉及的检查方法的流程图。

图16是示出本发明的第二实施方式所涉及的光探针的结构的示意图。

图17是示出本发明的第二实施方式所涉及的光探针的端部的结构的示意图。

附图标记说明

10：光探针；11：光波导；15：光探针阵列；21：光探针保持头；22：光探针驱动装置；23：电探针保持头；24：电探针驱动装置；30：电探针；35：电探针阵列；100：入射面；111：芯部；112：包层部；200：被检查体；210：发光部；300：半导体基板。

具体实施方式

接着，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下的附图的记载中，对相同或类似的部分标注了相同或类似的附图标记。但是，应该留意附图是示意性的。另外，以下所示的实施方式例示出用于将本发明的技术思想具体化的装置、方法，并且本发明的实施方式不将结构部件的构造、配置等指定为下述的构造、配置。本发明的实施方式能够在权利要求的范围内加以各种变更。

(第一实施方式)

如图1所示，本发明的第一实施方式所涉及的光探针10接收从被检查体200的发光部210输出的光信号L。光探针10具有由芯部111和配置于芯部111的外周的包层部112构成的折射率分布型的光波导11。芯部111的折射率大于包层部112的折射率。例如，能够将渐变型(GI型)光纤用于光波导11来制造光探针10。如图1所示，光波导11的射入光信号L的入射面100为曲率半径R固定的凸球面。

在图1中，将光探针10的芯部111的中心轴C10和光信号L的光轴C200的延伸方向设为Z轴方向。另外，将与Z轴方向垂直的平面设为XY平面，将纸面的左右方向设为X轴方向，将与纸面垂直的方向设为Y轴方向。光探针10以光信号L的光轴C200与芯部111的中心轴C10平行的方式位于被检查体200的上方。

被检查体200例如是垂直腔面发射激光器(VCSEL)等光半导体元件。发光部210与光探针10以光学方式连接，从发光部210输出的光信号L射入光探针10。

光探针10和被检查体200以沿Z轴方向分离工作距离WD的方式配置。工作距离WD被设定为光探针10能够接收从被检查体200输出的光信号L的范围。例如，将工作距离WD设定为使光信号L的辐射范围成为入射面100的比芯部111的外缘更靠内侧的部分。在此，将光信号L的辐射范围设为光信号L以峰值的1/e²以上的强度行进的方向的范围。

关于辐射范围内的光信号L，将在入射面100中的入射点Q射入的光信号L的行进方向与光轴C200所成的角设为“辐射半角α”。另外，如图1所示，关于入射点Q处的入射面100的中心角，使用中心半角β表示为2×β。

此外，关于辐射半角α，将与光轴C200所成的角的最大值设为“最大辐射半角αm”。也就是说，在入射面100与被检查体200之间能够获取的最大的工作距离WD(在以下，称为“最大工作距离WDm”。)的情况下，最大辐射半角αm为辐射范围的最外缘的行进方向与光轴C200所成的角。

另外，将中心半角β的最大值设为“最大中心半角βm”。也就是说，最大中心半角βm是最大工作距离WDm的情况下的、芯部111的入射面100的最外缘处的中心半角。

光信号L在入射面100的入射点Q以入射角(α+β)射入。如图1所示，将接近通过入射面100之后的光信号L的行进方向与曲率半径方向所成的角设为折射角γ。

从中心轴C10沿半径方向分离距离r的入射点Q处的芯部111的折射率n(r)通过式(1)来表示：

n(r)＝n0×(1-(A^1/2×r)²/2)…(1)

在式(1)中，n0为在芯部111的中心轴C10处的折射率、A^1/2为芯部111的折射率分布常数。折射率分布常数A^1/2通过式(2)来表示：

A^1/2＝{(n0²-nd²)/(n0×rc)²}^1/2…(2)

在式(2)中，nd为包层部112的折射率，rc为芯部111的半径(以下称为“芯半径”。)。

折射率分布常数A^1/2越大，则芯部111对光信号的收敛效果越强，透镜效果越大。也就是说，在芯部111的中心轴C10处的折射率n0与包层部112的折射率nd之差越大，而且，芯半径rc越小则折射率分布常数A^1/2越大，芯部111对光信号L的收敛效果越强，光信号L在芯部111的内部越急剧地弯折。

为了使光信号L以最短距离在芯部111传播来减小在光探针10中的传输损耗，优选光信号L沿与中心轴C10平行的方向在芯部111行进。即，关于入射角为(αm+β)的光信号L，将中心半角β与折射角γ的关系大致设为γ＝β。由此，能够抑制光信号L在光探针10中的传输损耗。

在图2中示出γ＝β的情况下的光信号L的行进状态。在图2中，芯部111的中心轴C10与光信号L的光轴重合。此后，光信号L以光轴C200为中心以2π/A^1/2的周期在芯部111内呈正弦波状传播。另外，光探针10的入射面100与被检查体200的间隔为最大工作距离WDm。此时，根据斯涅尔定律，式(3)成立：

n(r)×sin(β)＝sin(αm+β)…(3)

最大辐射半角αm是光信号L的强度为峰值的1/e²的辐射角的半角。在工作距离WD比最大工作距离WDm短的情况下，光信号L的辐射半角α比最大辐射半角αm小。也就是说，是αm≥α>0的关系。

光探针10的入射面100的芯直径为2rc。在此，当如图2所示那样包括包层部112在内的光探针10的外径为2rd时，在R>2rd的情况下，最大工作距离WDm能够通过式(4)进行近似：

WDm＝rc/tan(αm)…(4)

被检查体200的检查中的工作距离WD的范围为WDm>WD>0。

根据式(3)和式(4)，光探针10的入射面100的曲率半径R通过式(5)来表示：

R＝WDm×tan(αm)/{sin(β)+(cos(β)-1)×tan(αm)}…(5)

根据式(3)，中心半角β通过式(6)来表示：

β＝tan^-1{sin(αm)/(n(r)-cos(αm))}…(6)

在图3中示出计算光信号L的最大辐射半角αm与入射面100的曲率半径R及最大工作距离WDm的关系所得到的结果。在图3中，用R1表示数值孔径NA为0.29、芯半径rc为44.5μm的光探针10的曲率半径，用WDm1表示该光探针10的最大工作距离。另外，用R2表示数值孔径NA为0.275、芯半径rc为31.25μm的光探针10的曲率半径，用WDm2表示该光探针10的最大工作距离。光探针10的芯直径越大，则能够使被检查体200与光探针10的入射面100之间的工作距离WD越长。另外，芯直径越大，则曲率半径R越大。例如，在光信号L的最大辐射半角αm为12度的情况下，在数值孔径NA为0.29、芯半径rc为44.5μm的光探针10中将曲率半径R设为115μm、将工作距离WD设为200μm以下即可。

此外，通过将光探针10呈阵列状配置而成的光探针阵列，能够同时检查呈阵列状配置于半导体基板的多个被检查体200。光探针阵列构成为将多个光探针10以入射面100朝向同一方向的方式排列。下面，讨论光探针阵列。

在将光探针10呈阵列状地安装来制造光探针阵列时，由于机械加工、安装中的公差，在Z轴方向、X轴方向、Y轴方向上分别产生公差δz、δx、δy。在以下，将公差δz、δx、δy也统称为“公差δ”。另外，将XY平面上的X轴方向的公差δx和Y轴方向的公差δy也称为公差δxy。在此，δxy＝(δx²+δy²)^1/2。

如图4所示，公差δ表示为光信号L的光源的位置的公差。由于公差δ的影响，在入射面100的射入光信号L的位置产生偏差S。因此，工作距离WD相对于光探针阵列的制造时的公差δxy和公差δz需要满足以下的式(7)的关系：

WDm>(rc-δxy)/tan(αm)-δz≥WD>0…(7)

在不满足式(7)的关系的情况下，光信号L在入射面100上的辐射范围比光探针10的芯直径宽。在这种情况下，光信号L的不射入到入射面100的成分成为传输损耗，并成为引起损耗特性变动的原因。因而，为了使光信号L稳定地被光探针10接收，将工作距离WD设定为满足式(8)：

(rc-δxy)/tan(αm)-δz≥WD…(8)

图5是示出公差δxy为±15μm、公差δz为±15μm的情况下的最大辐射半角αm与最大工作距离WDm的关系的曲线图。在图5中，用实线表示的最大工作距离WDm1是数值孔径NA为0.29、芯直径为89μm的大直径的光探针10的最大工作距离。另一方面，用虚线表示的最大工作距离WDm2是数值孔径NA为0.275、芯直径为62.5μm的标准的芯直径的光探针10的最大工作距离。在此，“大直径”是比作为标准的芯直径的50μm、62.5μm大的直径。

能够根据各轴方向的公差δ和最大辐射半角αm来设定光探针10的最大工作距离WDm。例如，在数值孔径NA为0.29、芯直径为89μm的光探针10的情况下，当将光信号L的最大辐射半角αm设为12度时，最大工作距离WDm为125μm。因而，将光探针10、光探针阵列的工作距离WD设定为125μm以下即可。通过该设定，在XY平面和Z轴方向的公差δ为±15μm的范围内能够以几乎无损耗变动的状态对被检查体200进行检查。

图6是示出XY平面的公差δxy及Z轴方向的公差δz与光信号L的传输损耗的关系的曲线图。在图6中，用实线表示工作距离WD时的传输损耗，用长虚线(+δz)表示工作距离WD-(+δz)时的传输损耗，用短虚线(-δz)表示工作距离WD-(-δz)时的传输损耗。此外，将由公差δ引起的传输损耗的变动表示为损耗变动ΔL。

在此，将传输损耗为期望的范围的光探针10的条件设为：相对于XY平面的公差δxy和Z轴方向的公差δz，损耗变动ΔL为0.1dB以下。

即，优选的是，使用由公差δ引起的损耗变动ΔL为0.1dB以下的光探针10来构成光探针阵列。损耗变动ΔL为0.1dB以内的公差δ的绝对值的范围越大，则能够将越多的光探针10呈阵列状配置来构成光探针阵列。根据光探针10的数量多的光探针阵列，能够同时检查的被检查体的个数增加。由此，能够缩短在晶圆状态下对被检查体进行检查的时间。

图7的(a)～图7的(d)表示本发明的发明人们制造出的光探针的形状。图7的(a)～图7的(d)所示的光探针各自的数值孔径NA为0.29，芯半径rc为44.5μm。

图7的(a)是入射面100为平面的比较例的光探针。图7的(b)是入射面100的曲率半径R为116μm的光探针10。图7的(c)是入射面100的曲率半径R为93μm的光探针10。图7的(d)是入射面100的曲率半径R为75μm的光探针10。

此外，图7的(a)所示的比较例的光探针的入射面100例如是通过治具将光纤固定后使用研磨材料和片材进行端面研磨处理所得到的平面。另外，关于使光探针10的入射面100成为图7的(b)～图7的(d)所示的曲率半径R的球状加工，能够采用以下各种方法。例如，采用通过利用高频放电进行的局部加热对光纤的剥去保护覆层的端部进行整形的方法、通过CO₂激光器的脉冲照射等对光纤的端部进行熔融整形的方法、使用片材和研磨材料对光纤的端部进行研磨加工的方法等，来对入射面100实施球状加工。此外，对入射面100进行整形，使之成为相对于中心轴C10的圆周方向大致对称的形状。当入射面100的形状不对称时，由公差δ引起的传输损耗在XY平面上不对称，损耗变动ΔL变大，因此不是优选的。

图8是示出关于图7的(b)所示的曲率半径R为116μm的光探针10进行测定所得到的、在接收到最大辐射半角αm为12度的光信号L的情况下的公差δ与传输损耗的关系的曲线图。在图8中，用实线表示工作距离WD为基准距离即100μm时的传输损耗，用短虚线表示公差δz为-50μm且工作距离WD为150μm时的传输损耗，用长虚线表示公差δz为+50μm且工作距离WD为50μm时的传输损耗。

如图8所示，关于工作距离WD为100μm和150μm时的损耗特性，在公差δxy为±15μm的范围内，损耗变动ΔL为0.1dB以下。在公差δz为±15μm的范围时，传输损耗的变动是公差δz为±50μm的情况下的该变动的1/3左右，因此充分满足ΔL≤0.1dB的条件。

图9是示出关于曲率半径R为116μm的光探针10测定在将工作距离WD的基准设为100μm时产生公差δz而工作距离WD发生了变化的情况下的传输损耗与工作距离WD的关系所得到的结果的曲线图。工作距离WD为100±15μm的范围内的损耗变动ΔLz为±0.015dB左右。另外，根据图8可知，曲率半径R为116μm的光探针10的、在XY平面的公差δxy为±15μm时的损耗变动ΔLxy是0.083dB。因而，由Z轴方向的公差δz和XY平面的公差δxy引起的合计的损耗变动ΔLxyz为ΔLxy+ΔLz＝0.098dB，小于0.1dB。也就是说，曲率半径R为116μm的光探针10在公差δ为±15μm的范围时的损耗变动ΔL为0.1dB以内，优选使用于光探针阵列。

图10是表示关于图7的(a)～图7的(d)所示的光探针测定在光信号L的最大辐射半角αm为12度的情况下XY平面的公差δxy与传输损耗的关系所得到的结果的曲线图。在图10中，用虚线表示图7的(a)的比较例的光探针的传输损耗。另外，用实线表示图7的(b)的曲率半径R为116μm的光探针10的传输损耗，用长虚线表示图7的(c)的曲率半径R为93μm的光探针10的传输损耗，用短虚线表示图7的(d)的曲率半径R为75μm的光探针10的传输损耗。

如图10所示，图7的(b)的曲率半径R为116μm的光探针10针对XY平面的公差δxy表示出最平坦的损耗特性。而且，伴随曲率半径R变小，针对公差δxy的损耗特性的平坦区域变窄。损耗特性的平坦区域变窄的主要理由是因为：当曲率半径R变小时，公差δxy变大，伴随与此，光信号L的入射角变大，光信号L在入射面100上的反射变多，入射光变少，传输损耗增加。因此，在图7的(b)～图7的(d)的光探针10中，在损耗特性方面优选的是曲率半径R最大即为116μm的光探针10。另外，在曲率半径R为116μm的光探针10中，针对相比入射面100为平面的比较例的光探针而言范围宽的公差δ得到了平坦的损耗特性。

如以上说明的那样，根据第一实施方式所涉及的光探针10，通过将入射面100设为凸球面，能够在入射面100中进行控制使得光信号L的行进方向成为与中心轴C10大致平行的方向。并且，通过将光探针10的光波导11设为大直径，由此入射面100的孔径的尺寸、光信号L的入射角度扩大。由此，能够抑制针对由于工作距离WD、光信号L射入到入射面100的角度的变动等产生的公差的、传输损耗的变动。并且，通过抑制传输损耗的变动，也能抑制测定值的随时间的变动。

接着，说明使用了光探针10的检查系统。在图11中示出具有光探针阵列的检查系统，该光探针阵列是将多个光探针10以入射面100朝向同一方向的方式呈阵列状配置而构成的。检查系统具备保持光探针10的光探针保持头21和保持电探针30的电探针保持头23。作为电探针30，例如使用悬臂型、立式针型、立式弹簧型等。如图11所示，光探针10和电探针30分别沿X轴方向以间距Pr等间隔地配置。虽省略图示，但是与X轴方向上同样地，光探针10及电探针30也沿Y轴方向等间隔地配置。

如图12所示，光探针保持头21保持构成光探针阵列15的多个光探针10。另外，如图13所示，电探针保持头23保持构成电探针阵列35的多个电探针30。

图11所示的检查系统用于对形成于半导体基板300的多个被检查体200进行特性检查。半导体基板300例如是砷化镓(GaAs)基板、硅(Si)基板等。在搭载于工作台28的半导体基板300的主面上，从面法线方向观察时，被检查体200以间距Pd等间隔地形成为阵列状。例如，针对一个被检查体200，成对地配置光探针10和电探针30。而且，电探针30的前端与被检查体200的电信号端子(省略图示)接触来向被检查体200施加电信号。从施加了电信号的被检查体200输出的光信号L被光探针10接收。

这样，针对一个被检查体200构成包括光探针10和电探针30的一个探针单元。探针单元与形成于半导体基板300的被检查体200的配置相对应地配置。此外，在图11中，例示性地示出构成一个测定单元的光探针10和电探针30的数量各为一个的情况。但是，能够根据被检查体200的结构、检查内容任意设定测定单元所包括的光探针10和电探针30的收敛。

光探针保持头21通过光探针驱动装置22的控制在Z轴方向上移动。由此，能够对光探针10的入射面100与被检查体200的沿着Z轴方向的距离进行微调整。另外，电探针保持头23通过电探针驱动装置24的控制在Z轴方向上移动。由此，能够对电探针30的前端与被检查体200的沿着Z轴方向的距离进行微调整。

光探针保持头21及电探针保持头23与被检查体200的在X轴方向和Y轴方向上的对位能够通过利用工作台驱动装置29使工作台28移动来进行。并且，通过利用工作台驱动装置29使工作台28以Z轴方向为中心旋转，能够在以Z轴方向为中心的旋转方向(以下称为“Z轴旋转方向”。)上相对于被检查体200调整光探针10和电探针30的位置。

此外，也可以是，将工作台28的位置固定，使光探针保持头21和电探针保持头23沿X轴、Y轴、Z轴的各方向移动。即，也可以通过光探针驱动装置22和电探针驱动装置24来调整光探针10及电探针30与被检查体200的相对位置。

如上所述，根据图11所示的检查系统，能够进行光探针10及电探针30与被检查体200的对位。此外，也可以将检查系统构成为能够对光探针保持头21的位置和电探针保持头23的位置相独立地进行控制。除此以外，也能够是以下方法：将光探针保持头21和电探针保持头23设为固定，使工作台28沿X轴Y轴Z轴方向、Z轴旋转方向移动来对光探针保持头21、电探针保持头23和被检查体200各自的位置进行控制调整。这样，针对光探针10及电探针30与被检查体200的对位能够使用各种调整方法。

经由图11所示的检查系统传播电信号和光信号，来对被检查体200进行检查。即，从省略了图示的测试器输出的电信号经由配置于电探针保持头23的连接端子(省略图示)发送到电探针30。例如，在被检查体200为形成于半导体基板的VCSEL的情况下，通过电探针30对配置于VCSEL的上表面的电信号端子施加电信号，由此VCSEL输出光信号L。光信号L被光探针10接收。

光探针10与具有光电转换模块25和电连接端子26的光电转换部27连接。被检查体200输出的光信号L传播到与光探针10以光学方式连接的光电转换模块25。光电转换模块25将光信号L转换为电信号，并将转换后的电信号输出到电连接端子26。电连接端子26与省略图示的测试器电连接，将对光信号L进行光电转换所得到的电信号从电连接端子26发送到测试器。

使用图11所示的检查系统进行的对被检查体200的检查例如如以下那样执行。首先，沿Z轴方向改变电探针30与被检查体200的相对位置，来将电探针30的前端连接到被检查体200的电信号端子。而且，通过电探针30向被检查体200施加电信号，由此被检查体200输出光信号L。

接着，使光探针保持头21沿Z轴方向移动来配置光探针10，使之成为规定的工作距离WD。而且，通过光电转换模块25对由光探针10接收到的光信号L进行光电转换，并监视光信号L的光输出。此时，控制光探针10的位置，以使来自被检查体200的光信号L的输出成为最大。特别地，调整光探针保持头21的位置，以使光探针阵列15的外缘的光探针10接收的光信号L、即来自位于检查范围的外缘的被检查体200的光信号L的光输出成为最大。而且，将光探针10固定在光信号L的光输出为最大的位置。在这种状态下，测定来自光探针10的光信号L。由此，能够对被检查体200进行检查。

对于光电转换模块25，能够使用通过光电检测器等将光信号L转换为电信号的类型、通过衍射光栅型器件对光信号L进行分光并根据其衍射角方向来检测波长变动的类型。能够根据测定用途使用不同类型的光电转换模块25。另外，也能够从光电转换模块25的近前侧分支出光信号L，同时进行多个种类的测定。通过使用光电转换部27在光探针保持头21的附近对光探针10的输出进行光电转换，能够实现检查系统的简化、测定时间的高速化、测定值的重复再现性的提高。

作为其它检查方法，也可以对电探针30和光探针10同时进行与被检查体200的对位。在确保了光探针10及电探针30与被检查体200的位置精度的情况下，电探针30的前端与光探针10的入射面100的在Z轴方向上的距离与工作距离WD大致相等。因此，将在电探针30的前端按压于被检查体200的电信号端子并施加过驱动时的Z轴方向上的过驱动量设为q，将光探针10的入射面100与被检查体200之间的间隔设定为WD+q。而且，将光探针10与电探针30连结固定或一体化，来在各轴方向和Z轴旋转方向上控制位置。将过驱动量q设定为30μm≥q≥5μm的范围。此后，使光探针10的前端与电探针30的前端的在光轴方向上的位置恢复成工作距离WD，因此电探针30在光轴方向上弯曲过驱动量q。

电探针30的前端的尺寸小，但是一般来说被检查体200的电信号端子的尺寸大到100μm左右。因此，即使产生机械加工的公差、在将电探针30安装到电探针保持头23的工序中产生±10μm左右的公差，也能够进行电信号端子与电探针30的对位。

另一方面，在Pd-Pr＝δ的情况下，如果假设δ＝0，则只要能够在一处进行光探针10与被检查体200的对位即可，光探针10与被检查体200的对位很容易。但是，在机械加工、将光探针10安装到光探针保持头21的工序中，通常产生公差δ。

例如当将光探针10的沿X轴方向、Y轴方向配置的数量设为k个时，在被检查体200的发光部210与光探针10之间最大产生δ×(k-1)的位置公差。因此，需要以几乎不产生由于在被检查体200与光探针10之间产生的XY平面中的δ×(k-1)的位置公差导致的损耗变动的方式选择光探针10。因而，损耗变动ΔL为0.1(dB)以下的光探针10能够优选地应用于光探针阵列15。

此外，工作距离WD优选为100μm以上。这是因为在工作距离WD短的情况下，在进行光探针10的位置调整时，被检查体200有可能接触光探针10的入射面100而对被检查体200造成伤害或破坏。另外，当工作距离WD短时，被检查体200容易受到在入射面100上的反射回的光的影响。当受到反射回的光的影响时，在光信号L中产生光噪声，噪声叠加在测定值中使测定值发生变动而变得不稳定。因此，从Z轴方向，将光探针保持头21的光探针10的固定部位的形状设为了V形状、U形状或者圆形。由此，Pd-Pr＝δ为±1μm以下，k＝12的情况下的位置公差的累积值(δ×12)也为±15μm以下。

如以上说明的那样，在图11所示的检查系统中，同时或者分别控制光探针10和电探针30的位置来使电探针30与被检查体200电连接，并使光探针10与被检查体200以光学方式连接。将光探针10的入射面100的曲率半径R、中心半角β设定为能够针对光探针阵列15的在制造时产生的公差δ抑制损耗变动。因此，根据使用了光探针10的检查系统，能够同时且准确地对形成于半导体基板300的多个被检查体200进行检查。

因而，根据图11所示的检查系统，与逐个进行被检查体200与光探针的对位并进行检查的情况相比，能够大幅缩短被检查体200的检查时间。由此，例如也消除了由于检查时间的限制而无法对被检查体200全部进行测定的问题。另外，根据图11所示的检查系统，不需要为了接收稳定的光信号L而针对每个被检查体200进行光探针10的位置控制，能够至少逐列地或对多列一体地进行被检查体200的对位，因此能够大幅缩短检查时间。因此，能够关于形成于半导体基板300的所有被检查体200通过检查来判定合格与否。

接着，参照图14，使用图15的流程图来说明使用图11所示的检查系统对从被检查体200输出的光信号L的辐射角2α进行检查的方法。

首先，在图15的步骤S10中，将光探针10配置在与被检查体200分离图14所示的第一工作距离WD1的位置。第一工作距离WD1为射入辐射角2α的光信号L整体的工作距离WD。例如，将第一工作距离WD1设为光信号L的辐射范围处于入射面100的比芯部111的外缘靠内侧的部分的最大工作距离WDm。然后，在步骤S20中，测定第一工作距离WD1时的光信号L的光输出W。

接下来，在步骤S30中，改变光探针10与被检查体200的在沿着光轴C200的延伸方向上的相对距离，检测使射入到入射面100的光信号L的光强度相对于光输出W成为固定的比率的第二工作距离WD2。第二工作距离WD2是基于以光输出W为基准来规定光信号L的辐射角的光强度而设定的。例如，在将光信号L以峰值的1/e²以上的强度行进的方向的范围设为光信号L的辐射范围的情况下，检测光信号L的光输出为光输出W的“1-1/e²”倍、也就是说光输出W的86.5％的第二工作距离WD2。将如图14所示那样使光探针10沿Z轴方向进行了移动时的、第一工作距离WD1与第二工作距离WD2的间隔设为H1。在这种情况下，辐射半角α通过式(9)表示：

tanα＝rc/WD2…(9)

因此，在步骤S40中，使用以下的式(10)来计算光信号L的辐射角2α：

2α＝2×tan^-1(rc/WD2)…(10)

并且，使光探针10沿Z轴方向移动到光信号L的光输出为光输出W的一半的第三工作距离WD3。将第二工作距离WD2与第三工作距离WD3的间隔设为H2。在这种情况下，作为光信号L的光输出为峰值的一半的辐射角的半值全角2αh通过式(11)来计算：

2αh＝2×tan^-1(rc/(WD2+H2))…(11)

关于芯直径为89μm的光探针10使用式(10)来计算辐射角2α的结果是，在第一工作距离WD1为50μm、间隔H1为184μm、第二工作距离WD2为234μm的情况下，得到了2α＝21.53度。另外，在间隔H2为44μm的情况下，使用式(11)得到了半值全角2αh＝17.09度。另一方面，在利用远场模式(Far Field Pattern：FFP)测定器进行的检查中，2α＝21.19度，2αh＝17.64度。因而，能够确认的是，在使用了图11所示的检查系统的上述的检查方法与使用了FFP测定器的检查方法中，结果大致一致。

在使用了上述说明的检查系统的检查方法中，通过沿光轴C200改变光探针阵列15的位置并监视光输出，能够在晶圆状态下检查辐射角。根据该检查方法，能够在短时间内一并检查形成于半导体基板300的多个被检查体200的辐射角2α。另外，不需要为了检查被检查体200的辐射角而另外准备FFP测定器等测定装置，能够抑制检查时间、检查成本。

(第二实施方式)

如图16所示，在本发明的第二实施方式所涉及的光探针10中，光波导11是将第一区域101与芯直径比第一区域101小的第二区域102连结而成的结构。即，第一区域101的芯直径2rc大于第二区域102的芯直径2rcs。在第一区域101的一端形成有入射面100，第一区域101的另一端与第二区域102连结。

形成有入射面100的第一区域101具有与在第一实施方式中说明的光探针10同样的构造。即，第一区域101的曲率半径R、中心半角β被设定为满足式(5)和式(6)的关系。

图16所示的光探针10也可以构成为在第一区域101使用大直径的GI型光纤并且在第二区域102使用标准直径的GI型光纤。例如，在第一区域101使用芯直径为90μm的大直径的光纤，在第二区域102使用芯直径为62.5μm的标准直径的光纤。

图16所示的光探针10例如能够如以下那样制造。首先，将大直径的GI型光纤与标准直径的GI型光纤的端面彼此熔接来进行连接。然后，将大直径的GI型光纤切断为第一区域101的规定长度。此后，将大直径的GI型光纤的端面加工成曲率半径为R。

在图17中示出图16所示的光探针10的端部。来自被检查体200的光信号L从第一区域101的入射面100起与光轴C200大致平行地行进，之后在第一区域101与第二区域102的边界附近聚集。此后，光信号L在第二区域102的芯部111行进。通过将光信号L的聚集点FP调整到第一区域101与第二区域102的边界附近，光信号L以低损耗在光探针10中传播。这是因为即使在由于公差δ引起被检查体200相对于光探针10的相对位置发生了偏移的情况下聚集点FP偏移了公差δ左右，如果rc>δ，则也能够抑制光信号L的传输损耗。在图17中示出当光信号L的光源的位置在Z轴方向上偏移了距离DL时聚集点FP的位置的移动为δL的例子。

为了将光信号L的聚集点FP调整到第一区域101与第二区域102的边界附近，将从入射面100起至第一区域101与第二区域102的边界为止的沿着Z轴方向的长度FL设定为满足以下的式(12)：

FL＝2πP/A^1/2+(WDm-WD)/n0…(12)

在式(12)中，P是表示针对在芯部111行进的光信号L的周期的比率的系数(0≤P≤1)，P＝1相当于1周期，P＝0.5相当于1/2周期。

例如，将折射率分布常数A^1/2为0.00436的大直径的GI型光纤用于第一区域101，在系数P为0.25(1/4周期)、工作距离WD为100μm的情况下，在最大工作距离WDm为209μm、折射率n0为1.488的光探针10中，FL＝434μm。通过将长度FL设定为使光信号L的聚集点FP处于第一区域101与第二区域102的边界附近，能够抑制光信号L的传输损耗地将使光探针10与其它光路用部件连接。

如以上说明的那样，第二实施方式所涉及的光探针10是将芯直径不同的第一区域101与第二区域102连结而成的结构。通过将标准芯直径的第二区域102连结于形成有入射面100的大直径的第一区域101，能够将第二区域102的端部与使用了标准芯直径的光纤的光路用部件、耦合器、光开关等连接来实现低损耗的多输入光路。除此以外，与第一实施方式实质上相同，省略重复的记载。

(其它实施方式)

如上所述，通过实施方式记载了本发明，但是不应该理解为构成本公开的一部分论述和附图用于限定本发明。本领域技术人员根据本公开能够明确各种代替实施方式、实施例以及运用技术。

例如，在上文中说明了光波导11为折射率分布型的光探针10，但是光波导11也可以是阶跃型。另外，也可以通过光纤以外的材料构成光探针10的光波导11并将入射面100设为凸球面。

这样，本发明当然也包括未记载于此的各种实施方式等。

Claims (9)

1.一种光探针，接收从被检查体输出的光信号，所述光探针的特征在于，

光探针具有由芯部和配置于所述芯部的外周的包层部构成的光波导，

所述光波导的射入所述光信号的入射面为曲率半径固定的凸球面，

在与所述光波导的所述入射面连接的区域中，

所述入射面的曲率半径R与入射点处的中心半角β满足使用在所述被检查体与所述入射面之间能够获取的最大的工作距离WD即最大工作距离WDm、所述最大工作距离WDm时的所述光信号的光轴与所述光信号的辐射范围的最外缘的行进方向所成的最大辐射半角αm、以及所述光信号的所述入射点处的所述芯部的折射率n表示的以下关系：

R＝WDm×tan(αm)/{sin(β)+(cos(β)-1)×tan(αm)}

β＝tan^-1{sin(αm)/(n-cos(αm))}。

2.根据权利要求1所述的光探针，其特征在于，

所述光波导是将与所述入射面连接的第一区域和所述芯部的半径比所述第一区域小的第二区域连结而成的结构。

3.根据权利要求2所述的光探针，其特征在于，

从所述入射面起至所述第一区域与所述第二区域的边界为止的长度FL满足使用系数P、所述芯部的折射率分布常数A^1/2以及所述芯部的中心轴的折射率n0表示的以下关系：

FL＝2πP/A^1/2+(WDm-WD)/n0，

其中，所述系数P表示针对在所述芯部行进的所述光信号的周期的比率，且0≤P≤1。

4.一种光探针阵列，具有根据权利要求1～3中的任一项所述的光探针，所述光探针阵列的特征在于，

构成为将多个所述光探针以各个光探针的所述入射面朝向相同方向的方式阵列状地配置，

所述光探针各自的所述工作距离WD满足使用所述芯部的芯半径rc、所述最大辐射半角αm、所述芯部的中心轴的延伸方向的公差δz以及与所述芯部的中心轴垂直的平面的公差δxy表示的以下关系：

(rc-δxy)/tan(αm)-δz≥WD。

5.一种检查系统，检查从被检查体输出的光信号，所述检查系统的特征在于，具备：

光探针保持头，其保持根据权利要求1～3中的任一项所述的光探针；

光探针驱动装置，其控制所述光探针保持头的位置；

电探针保持头，其将电探针以前端朝向与所述入射面相同的方向的方式保持；以及

电探针驱动装置，其控制所述电探针保持头的位置，

其中，针对一个所述被检查体构成包括所述光探针和所述电探针的一个探针单元。

6.根据权利要求5所述的检查系统，其特征在于，

对所述光探针保持头的位置与所述电探针保持头的位置相独立地进行控制。

7.根据权利要求5所述的检查系统，其特征在于，

使所述电探针与形成于半导体基板的所述被检查体的电连接端子的位置对准，来将所述光探针保持头与所述电探针保持头进行连结固定或一体化地构成，并对搭载有所述半导体基板的工作台的位置进行控制。

8.一种检查方法，通过光探针接收从被检查体输出的光信号，所述检查方法的特征在于，包括以下步骤：

将所述光探针配置在距所述被检查体的第一工作距离处，以使所述光信号全部入射到所述光探针，并测定所述光信号的光输出；

通过改变所述光探针与所述被检查体的沿着所述光信号的光轴的延伸方向的相对距离，来检测所述光信号的光输出相对于所述第一工作距离时的光输出成为固定的比率的第二工作距离；以及

使用所述光探针的芯部的芯半径rc和所述第二工作距离WD2，并使用式2α＝2×tan^-1(rc/WD2)来计算所述光信号的辐射角2α。

9.根据权利要求8所述的检查方法，其特征在于，

所述第一工作距离为所述光信号的辐射范围比所述芯部的外缘靠内侧的最大的工作距离，

所述第二工作距离处的所述光信号的光输出为所述第一工作距离处的所述光信号的光输出的“1-1/e²”倍。