CN114966975A - 一种用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤。本发明的探针光纤具有两个切面，第一切面与光轴夹角为35～40°，表面镀有高反膜(HR膜)，第二切面与光轴夹角为10～20°，表面镀有增透膜(AR膜)，光纤中传输的光经过第一切面发生全反射，以近乎垂直于第二切面的角度透射出去，耦合进入硅光芯片的波导中。本发明的应用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤缩小了光纤尖端尺寸，可以适用于宽度为15μm，深度为15μm的窄小晶圆切割道，相同尺寸的晶圆上可以分布更多的芯片，从而降低单颗芯片的成本。

Description

一种用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤。

背景技术

硅光芯片是将硅光材料和器件通过特殊工艺制造的光子集成电路，主要由调制器、探测器、无源波导器件等组成，将多种光器件集成在同一硅基衬底上。硅光芯片具有集成度高、成本低、传输带宽更高等特点，因为硅光芯片以硅作为集成芯片的衬底，所以能集成更多的光器件；在光模块里面，传统的光芯片成本非常高，硅光芯片的低成本成了巨大优势；硅波导由于芯层和包层具有较高的折射率对比度，对光有着较强的束缚作用，因此硅基光波导器件尺寸较小，集成度较高，并且，硅基光电子器件制造加工工艺与CMOS兼容，易于实现低成本规模化生产。目前，硅基光电子芯片在相干光通信、光学传感、激光雷达、微波光子学等领域得到了重要应用，例如，硅基光收发芯片已经在光通信、光互连领域取得了量产开发。

目前的晶圆切割通常采用机械切割，预留切割道宽度一般为100-200μm，由于晶圆表面面积有限，过宽的切割道会影响晶圆的利用率，激光隐切是目前更先进的晶圆切割技术，几乎不产生碎片污染芯片，切割道宽度仅需10μm左右，相同尺寸的晶圆可以分布更多的芯片。且硅光晶圆在切割成硅光芯片之前，需要进行晶圆级测试，由于硅光芯片的波导耦合接口通常位于芯片侧面，常规的单模光纤或者透镜光纤由于光纤自身尺寸过大，无法伸入狭窄的切割道，难以进行耦合测试。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤。

所述用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤的制作方法，包括：

将一光纤端面的一侧切割成第一切面，所述第一切面与光轴所成的第一夹角为35～40°；

将该光纤端面的另一侧切割成第二切面，所述第二切面与所述光轴所成的第二夹角为10～20°；

其中，所述第一切面和所述第二切面形成的夹角，使得该探针光纤端面伸入晶圆时，伸入的长度被晶圆表面的切割道宽度及所述第一切面和所述第二切面共同限定在15μm以内。

作为本发明的进一步改进，在所述第一切面镀一层高反膜。

作为本发明的进一步改进，在所述第二切面镀一层增透膜。

所述探针光纤，用于硅光晶圆端面耦合测试，使用如上所述的方法制成；该探针光纤具有两个切面，所述第一切面与所述光轴所成的所述第一夹角为35～40°，所述第二切面与所述光轴成的所述第二夹角为10～20°。

作为本发明的进一步改进，所述第一切面表面镀有高反膜，所述第二切面表面镀有增透膜。

作为本发明的进一步改进，所述探针光纤为探针光纤阵列。

作为本发明的进一步改进，所述探针光纤阵列还包括：

底板，设置有用于放置至少两个所述探针光纤的第一V型槽，底板端面与所述探针光纤的尖端距离为0.5mm～2mm；

盖板，设置有用于与底板配合固定上述探针光纤的第二V型槽，所述第二V型槽与所述第一V型槽对应，盖板端面与所述探针光纤的尖端距离为0.5mm～2mm。

所述晶圆，包括：

芯片制作区域；

波导，设置于芯片制作区域中；

搭配如上所述的探针光纤使用的切割道，设置于芯片端面，所述切割道的宽度为15μm，深度为15μm。

所述光纤与光波导耦合的结构为：该结构由如上所述的探针光纤和如上所述的晶圆组成，所述探针光纤放置于所述晶圆的所述切割道中，其中，所述探针光纤的第二切面贴近所述波导。

所述晶圆测试方法为：使用如上所述的光纤与光波导耦合的结构进行测试；其中，光经所述探针光纤的所述第一切面反射后由所述第二切面透射，进入硅光芯片的波导中进行晶圆端面耦合测试。

本发明的有益效果：本发明提供了一种用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤，该光纤出光端有两个切面，缩小了光纤的尖端尺寸。第一切面与光轴夹角为35～40°，表面镀有高反膜，第二切面与光轴夹角为10～20°，表面镀有增透膜。光从光纤进入到第一切面时，发生反射，经过第二切面时，以近乎垂直于该切面的方向透射出光纤，然后进入硅光芯片的波导端面耦合器。从第二切面透射出去的光斑中心到光纤尖端的距离小于10μm。本发明提出的用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤可用于深度为15μm，宽度为15μm的切割道，可减少晶圆表面切割道的面积，因此，相同尺寸的晶圆上可以分布更多的芯片，降低了单个芯片的成本。

附图说明

图1是本发明的探针光纤。

图2是本发明的光纤阵列。

图3是本发明的具有搭配上述光纤使用的切割道的晶圆。

图4是本发明的光纤与光波导耦合的结构。

图中标号说明：11、第一切面，12、第一夹角，13、第二切面，14、第二夹角，31、晶圆，32、芯片制作区域，33、切割道预留区域，41、波导，42、切割道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

在本实施例中，晶圆级封装技术以晶圆为加工对象，在晶圆上对众多芯片进行耦合封装测试。硅光子的高通量功能测试是芯片大规模制造的关键问题，最有效的耦合方案为端面耦合。传统光纤由于自身体积原因在进行晶圆测试时，在端面耦合前需要在波导的一侧刻蚀出切割道，由于硅光芯片的波导耦合接口通常位于芯片侧面，现有的光纤尖端尺寸过大，因此在进行端面耦合时，所需的切割道的大小通常为几十个微米，切割道的大小影响了晶圆的利用率。因此，我们设计了一种探针光纤，该探针光纤出光端有两个切面，可使光从光纤侧面透射出去，进入硅光芯片的端面耦合器，该探针光纤适用于宽度为15μm、深度为15μm的切割道，缩小了切割道的尺寸也就意味着晶圆的利用率得以提升。

在本实施例中，提供了一种用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤的制作方法，包括以下步骤：

S01：将光纤端面的一侧切割成第一切面11，第一切面11与光轴所成的第一夹角12为35～40°，并在该第一切面11上镀有一层高反膜；在光纤中传输的光线到达第一切面11时，在该第一切面11发生反射，改变光路方向，使得该光线折向另一侧端面；

S02：将光纤的另一侧端面切割成第二切面13，第二切面13与光轴所成的第二夹角14为10～20°，并在该第二切面13上镀有一层增透膜；由第一切面11反射的光线以近乎垂直于第二切面13的方向透射出光纤。

在本实施例中，还提供了一种用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤，该探针光纤尖端尺寸相比于现有常规单模光纤或者透镜光纤具有更小的尖端尺寸。如图1所示，本实施例的探针光纤具有两个切面，第一切面11与光轴所成的第一夹角12为35～40°，第一切面11表面镀有高反膜，第二切面13与光轴成的第二夹角14为10～20°，第二切面13表面镀有增透膜。其中，第一切面11以35～40°的角度将光纤纤芯倾斜切割，第二切面13顶端与切割后的纤芯顶端相接。

为了将光耦合到硅光芯片中，需将光线向下发射到切割道中，然后将其偏转到波导中。本实施例的第一夹角12为35～40°，选取该角度可以使得光在第一切面11发生反射时，光纤尖端到反射光斑中心的垂直距离小于10μm，第二切面13与光轴成的第二夹角14根据第一夹角的角度确定，使得由第一切面11反射的光线以近乎垂直于第二切面13的方向透射出光纤。通过上述角度选取，可以确保使用本实施例所述光纤进行晶圆耦合时，光纤与晶圆齐平的截面宽度小于15μm，因此仅需预留宽度为20μm左右的区域用于制作切割道。

为了提高测试效率，在一个可选的实施方式中，该光纤可以是光纤阵列，如图2所示。光纤阵列的固定方法可以有很多种，在本实施例中，采取带有V型槽的底板以及盖板将光纤阵列固定。具体固定方式为：将每根光纤依次放置在底板的V型槽中，并通过粘合剂，使得阵列光纤固定在V型槽中；将盖板倒扣在放置有光纤阵列的底板上；光纤的尖端到底板与盖板最下端的距离为0.5mm～2mm。进行端面耦合时，将被夹持在底板和盖板中间的光纤阵列插入到切割道中即可。

在本实施例中，还提供了一种具有搭配上述光纤使用的切割道的晶圆。图3为本实施例的晶圆的示意图。在图3中，31为晶圆；32为芯片制作区域，即制作波导所在位置；各芯片之间的区域33为切割道预留区域。

本实施例所述的晶圆31制作方法为：在芯片制作区域中制作所需的波导，为了做晶圆级测试，制作过程中在芯片端面进行激光隐切，刻蚀出一宽15μm，深15μm的切割道。

本实施例所述的切割道用于搭配上述方法制成的光纤或光纤阵列使用，目前的晶圆的切割道通常采用机械切割，预留的切割道宽度一般为100-200μm，本实施例的晶圆31的切割道采用激光隐切，激光隐切所需的切割道宽度一般为10-20μm，更窄的切割道设计，意味着相同尺寸的晶圆上可以分布更多的芯片，从而降低了单颗芯片的成本。

在本实施例中，还提供了一种光纤与光波导耦合的结构。在本实施例中，提该结构由上述方法制成的光纤搭配具有配套切割道42的晶圆31组成。在一个可选的实施例中，供的光纤与光波导耦合的结构如图4所示，该结构主要由晶圆31和光纤阵列组成，31为上述实施例所述的晶圆；21为光线阵列；41为波导；42为宽15μm，深15μm的切割道。该结构减小了晶圆上切割道42的宽度以及深度，提高了使用光纤或光纤阵列进行晶圆耦合时的晶圆利用率，并促进晶圆级端面耦合器的耦合效率和测试。

在本实施例中，还提供了一种晶圆测试方法。在形成上述的光纤与光波导耦合的结构之后，对所述晶圆31进行测试。由光纤或光纤阵列的第二切面13透射的光进入硅光芯片的波导端面耦合器，可以有效防止光线泄露。该耦合结构通光后，可以通过芯片对应焊盘的光电流大小检测光纤中有多少光被耦合到波导中。

在本实施例中，基于光纤阵列的优势，可实现硅光器件多通道输入/输出的光学并联耦合，增加测试密度。该方式可直接耦合到硅光波导中，因此与耦合到光栅耦合器的光纤阵列相比，光更不容易损耗，光学带宽更大，还可通过机器视觉技术实现耦合过程自动化。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种用于硅光晶圆端面耦合测试的探针光纤的制作方法，其特征在于：包括：

将一光纤端面的一侧切割成第一切面，所述第一切面与光轴所成的第一夹角为35～40°；

将该光纤端面的另一侧切割成第二切面，所述第二切面与所述光轴所成的第二夹角为10～20°；

其中，所述第一切面和所述第二切面形成的夹角，使得该探针光纤端面伸入晶圆时，伸入的长度被晶圆表面的切割道宽度及所述第一切面和所述第二切面共同限定在15μm以内。

2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于：在所述第一切面镀一层高反膜。

3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于：在所述第二切面镀一层增透膜。

4.一种探针光纤，用于硅光晶圆端面耦合测试，其特征在于：使用如权利要求1-3任意一项所述的方法制成；该探针光纤具有两个切面，所述第一切面与所述光轴所成的所述第一夹角为35～40°，所述第二切面与所述光轴成的所述第二夹角为10～20°。

5.如权利要求4所述的探针光纤，其特征在于：所述第一切面表面镀有高反膜，所述第二切面表面镀有增透膜。

6.如权利要求4-5任意一项所述的探针光纤，其特征在于：所述探针光纤为探针光纤阵列。

7.如权利要求6所述的探针光纤，其特征在于：所述探针光纤阵列还包括：

底板，设置有用于放置至少两个所述探针光纤的第一V型槽，底板端面与所述探针光纤的尖端距离为0.5mm～2mm；

盖板，设置有用于与底板配合固定上述探针光纤的第二V型槽，所述第二V型槽与所述第一V型槽对应，盖板端面与所述探针光纤的尖端距离为0.5mm～2mm。

8.一种晶圆，其特征在于：包括：

芯片制作区域；

波导，设置于芯片制作区域中；

搭配如权利要求4-5任意一项所述的探针光纤使用的切割道，设置于芯片端面，所述切割道的宽度为15μm，深度为15μm。

9.一种光纤与光波导耦合的结构，其特征在于：该结构由权利要求4-7任意一项所述的探针光纤和由权利要求8所述的晶圆组成，所述探针光纤放置于所述晶圆的所述切割道中，其中，所述探针光纤的第二切面贴近所述波导。

10.一种晶圆测试方法，其特征在于：使用如权利要求9所述的光纤与光波导耦合的结构进行测试；其中，光经所述探针光纤的所述第一切面反射后由所述第二切面透射，进入硅光芯片的波导中进行晶圆端面耦合测试。

Images