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Die vorliegende Anmeldung betrifft Vorrichtungen, Testkarten und Verfahren zum Testen von photonischen integrierten Schaltungen (PIC, Photonic Intigrated Circuit) sowie für derartige Tests eingerichtete photonische integrierte Schaltungen.
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In ähnlicher Weise wie bei elektronischen integrierten Schaltungen werden in photonischen integrierten Schaltungen eine Vielzahl passiver und/oder aktiver optischer und optoelektronischer Komponenten auf einem gemeinsamen Substrat, zum Beispiel einem Halbleiterwafer, zu komplexen optischen Schaltungen zusammengesetzt. Dabei können traditionelle optische Komponenten wie beispielsweise Filter oder Koppler durch kompaktere integrierte optische Komponenten ersetzt werden. Über Wellenleiter in der der photonischen integrierten Schaltung werden die unterschiedlichen Komponenten der photonischen integrierten Schaltung miteinander verbunden. Derartige photonische integrierte Schaltungen wurden in den letzten Jahren unter anderem mit dem starken Anwachsen von Datenverkehr im Internet interessanter, da hier Signalverarbeitungsschaltungen benötigt werden, die genügend Bandbreite aufweisen und die effizient arbeiten. Abgesehen von Telekommunikations- und Datenübertragungsanwendungen sind photonische integrierte Schaltungen auch für andere Anwendungen wie beispielsweise die Sensortechnik und für biowissenschaftliche Anwendungen interessant.
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Der Herstellungsprozess derartiger photonischer integrierter Schaltungen ähnelt dem Herstellungsprozess herkömmlicher elektronischer integrierter Schaltungen oder mikroelektromechanischer Systeme (MEMS). Im Gegensatz zu diesen herkömmlichen Technologien existieren jedoch für photonische integrierte Schaltungen nur wenige Testverfahren, mit welcher derartige Schaltungen während des Herstellungsprozesses oder auch danach effizient überprüft werden können.
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Zum Testen der photonischen integrierten Schaltungen, insbesondere der Wellenleiterstrukturen darin, ist es nötig, Licht in die Wellenleiterstrukturen der photonischen integrierten Schaltung einzukoppeln, Licht von der photonischen integrierten Schaltung, insbesondere von den Wellenleiterstrukturen, zu detektieren, oder beides.
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Ein herkömmliches Verfahren zum Testen derartiger photonischer integrierter Schaltungen benutzt lichtleitende Fasern die Glasfasern oder andere dielektrische Lichtwellenleiter, die auf der zu testenden photonischen integrierten Schaltung ausgerichtet und positioniert werden. Mittels dieser lichtleitenden Fasern wird dann die zu testende photonische integrierte Schaltung an entsprechenden Einkopplungsstellen beleuchtet, und von der photonischen integrierten Schaltung ausgehendes Licht wird gesammelt und dann ausgewertet. Hierfür ist eine sehr hohe Positioniergenauigkeit im Bereich <1µm erforderlich, was zum Positionieren vergleichsweise viel Zeit benötigt und daher für hohe Stückzahlen nur bedingt geeignet ist.
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Die
DE 1012017101626 A1 der Anmelderin stellt zur Lösung dieses Problems eine Vorrichtung zum Testen photonischer integrierter Schaltungen bereit, bei welcher ein Lichtstrahl mittels einer Scaneinrichtung auf eine zu testende Schaltung gelenkt wird. Hierdurch entfällt das aufwendige Positionieren der lichtleitenden Fasern. Allerdings ist dann ein beweglicher, entsprechend präziser Scanspiegel erforderlich.
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Es besteht daher ein Bedarf nach weiteren Möglichkeiten, um photonische integrierte Schaltungen effizient zu testen.
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Es wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1, eine Testkarte nach Anspruch 5 oder 12, ein System nach Anspruch 13, eine photonische integrierte Schaltung nach Anspruch 15 oder 19 sowie ein Verfahren nach Anspruch 20 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zum Testen von photonischen integrierten Schaltungen bereitgestellt, aufweisend:
- eine Aufnahme für eine Testkarte mit mehreren Lichtports, und
- eine Optik zum Abbilden der Testkarte auf eine zu testende photonische integrierte Schaltung.
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Durch die Optik kann Licht, das von der Testkarte ausgeht, auf entsprechende zu beleuchtende Stellen einer oder mehrerer photonischer integrierter Schaltungen abgebildet werden und somit die photonische integrierte Schaltung an mehreren Stellen zu Testzwecken beleuchtet werden. Umgekehrt kann in entsprechender Weise Licht von der photonischen integrierten Schaltung empfangen werden. Eine derartige Optik kann in für sich genommen bekannter Weise, z.B. als Mikroskopoptik, ausgestaltet sein. Die Optik kann verkleinernd oder vergrößernd abbilden. Dementsprechend kann die Testkarte dann (maßstäblich) größer oder kleiner als die zu testende photonische integrierte Schaltung ausgebildet sein. Ein Lichtport kann ein Lichteinlass oder ein Lichtauslass sein bzw. als solcher fungieren.
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Die Vorrichtung kann weiter eine Aufnahme für eine weitere Testkarte mit Lichteinlässen aufweisen, wobei die Optik ein Teilerelement aufweist, welches eingerichtet ist, Licht von der Testkarte zu der photonischen integrierten Schaltung weiterzuleiten und Licht von der photonischen integrierten Schaltung zu der weiteren Testkarte weiterzuleiten.
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So können getrennte Testkarten für die Beleuchtung und die Detektion verwendet werden.
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Das Teilerelement kann einen Polarisationsstrahlteiler umfassen. Dies erlaubt eine Trennung von Beleuchtungslichtstrahl und Detektionslichtstrahl mit relativ wenig V erl usten.
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Die Vorrichtung kann weiter eine Scannereinrichtung in einem Lichtpfad von der Aufnahme zu der photonischen integrierten Schaltung aufweisen. Damit können beispielsweise mehrere photonische integrierte Schaltungen auf einem Wafer sequentiell abgerastert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Testkarte zum Testen einer photonischen integrierten Schaltung bereitgestellt, aufweisend eine Vielzahl von Lichtauslässen zum Beleuchten der photonischen integrierten Schaltung, welche entsprechend zum Testen zu beleuchtenden Orten der photonischen integrierten Schaltung angeordnet sind.
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Mit eine derartigen Testkarte und der oben-genannten Vorrichtung kann auf einfache Weise ein Test der jeweiligen photonischen integrierten Schaltung ermöglicht werden.
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Die Testkarte kann weiter eine Lichtquelle umfassen, welche über mindestens eine Glasfaser mit den Lichtauslässen verbunden ist. So kann die zu testende photonische integrierte Schaltung mit Licht aus der Lichtquelle beleuchtet werden. Der Begriff „Lichtquelle“ umfasst dabei auch Anordnungen mit mehreren Einzellichtquellen, z.B. Leuchtdioden, die dann mit jeweils zugeordneten Glasfasern mit jeweils zugeordneten Lichtauslässen verbunden sind.
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Bei einer Variante können die Lichtauslässe Enden der mindestens einen Glasfaser entsprechen. Die Enden können dann noch mit einer Vorsatzoptik verbunden sein.
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Bei einer anderen Variante umfasst die Testkarte eine photonische integrierte Schaltung. So können verschiedene Komponenten zum Testen integriert werden..
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Zusätzlich oder alternativ kann die Testkarte eine elektrooptische Leiterplatte umfassen. Es gibt also verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung.
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Die Lichtauslässe können beispielsweise durch Ausgestaltung als Gitterkoppler eingerichtet sein, polarisiertes Licht auszugeben. Eine solche Testkarte kann dann insbesondere mit der oben beschriebenen Vorrichtung, die einen Polarisationsstrahlteiler verwendet, zum Einsatz kommen.
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Die Testkarte kann weiterhin eine Vielzahl von Lichteinlässen zum Empfangen von Licht von der photonischen integrierten Schaltung, welche entsprechend beim Testen lichtemittierender Orte der photonischen integrierten Schaltung angeordnet sind, aufweisen. Eine solche Testkarte kann dann sowohl zur Beleuchtung als auch zur Detektion benutzt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Testkarte zum Testen einer photonischen integrierten Schaltung bereitgestellt, aufweisend eine Vielzahl von Lichteinlässen zum Empfangen von Licht von der photonischen integrierten Schaltung, welche entsprechend beim Testen lichtemittierender Orte der photonischen integrierten Schaltung angeordnet sind. Eine solche Testkarte kann insbesondere als weitere Testkarte in der oben beschriebenen Vorrichtung mit Teilerelement zum Einsatz kommen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein System zum Testen photonischer integrierter Schaltungen bereitgestellt, aufweisend eine Vorrichtung wie oben beschrieben und eine in der Aufnahme aufgenommene Testkarte wie oben beschrieben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine photonische integrierte Schaltung, aufweisend eine Teststruktur mit einem Einkoppelelement zum Einkoppeln von Licht mit einer ersten Polarisation und einem Auskoppelelement zum Auskoppeln von Licht mit einer von der ersten Polarisation verschiedenen zweiten Polarisation, wobei das Einkoppelelement und das Auskoppelelement mit der photonischen integrierten Schaltung optisch verbunden sind. Eine derartige photonische integrierte Schaltung kann mit einer Vorrichtung wie oben beschrieben, die einen Polarisationsstrahlteiler verwendet, getestet werden.
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Die photonische integrierte Schaltung kann weiter eine Sägelinie zwischen dem Einkoppelelement und dem Auskoppelelement einerseits und der photonischen integrierten Schaltung andererseits umfassen. Nach dem Test kann dann entlang der Sägelinie eine Trennung vorgenommen werden, wodurch Kantenkoppler entstehen können, und die photonische integrierte Schaltung dann ihrem Einsatz zugeführt werden.
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Das Einkoppelelement und das Auskoppelelement können als gemeinsames Element ausgebildet sein. So kann Platz gespart werden
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Die photonische integrierte Schaltung kann weiter mindestens ein kombiniertes Ein/Auskoppelelement zur Justage, welche mit einem Wellenleiter optisch kurzgeschlossen ist, aufweisen.
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Dies ist auch unabhängig von der oben erwähnten Teststruktur möglich, so dass gemäß einem weiteren Aspekt eine photonische integrierte Schaltung, umfassend mindestens ein kombiniertes Ein/Auskoppelelement zur Justage, welches mit einem Wellenleiter optisch kurzgeschlossen ist, bereitgestellt wird. Mit derartige kurzgeschlossenen Ein/Auskoppelelementen kann eine Justage der Testkarte in den oben beschriebenen Systemen erleichtert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Testen einer photonischen integrierten Schaltung mit der oben beschriebenen Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:
- Einsetzen einer oben beschriebenenTestkarte in die Aufnahme,
- Ausrichten der Testkarte (z.B. mit Hilfe der kurzgeschlossenen Ein/Auskoppelelemente) und
- Testen der photonischen integrierten Schaltung mittels der Testkarte, d.h. durch Beleuchten mit der Testkarte und Detektieren von Licht, das von der photonischen integrierten Schaltung ausgeht, mittels der Testkarte oder einer weiteren Testkarte.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
- 1 ist ein Blockdiagramm eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 2 ist eine Darstellung eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- Die 3A und 3B zeigen Testkarten gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele.
- 4A ist ein Diagramm zur Erläuterung einer polarisationsbasierten Trennung gemäß mancher Ausführungsbeispiele.
- 4B zeigt eine Abwandlung der 4A.
- Die 5 zeigt ein System gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- Die 6 zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
- Die 7 erläutert die Bereitstellungen von Teststrukturen bei manchen Ausführungsbeispielen von photonischen integrierten Schaltungen.
- Die 8 zeigt die Bereitstellung von Justagestrukturen bei manchen Ausführungsbeispielen photonischer integrierter Schaltungen.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert erläutert. Diese dienen lediglich der Veranschaulichung und ist nicht als einschränkend auszulegen.
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Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele (beispielsweise Komponenten, Verfahrensschritte, Elemente und dergleichen) können miteinander kombiniert werden, auch wenn dies nicht explizit angegeben ist. Variationen, Modifikationen und Details, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, sind auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar und werden daher nicht wiederholt erläutert. Neben den explizit dargestellten und beschriebenen Merkmalen können auch andere Merkmale, insbesondere Merkmale herkömmlicher Vorrichtungen zum Testen photonischer integrierter Schaltungen und entsprechender photonischen integrierten Schaltungen, bereitgestellt sein. Derartige konventionelle Merkmale werden nicht explizit erläutert.
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Die 1 zeigt ein System zum Testen einer photonischen integrierten Schaltung 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das System der 1 weist eine Optik 11 sowie eine Testkarte 10 auf, welche auf die zu testende photonische integrierte Schaltung 12 abgestimmt ist. Die Optik 11 bildet die Testkarte 10 auf die photonische integrierte Schaltung 12 ab. Die Testkarte 10 weist dabei durch Pfeile 13 angedeutete Lichtauslässe, Lichteinlässe oder beides, d.h. Lichtports, auf. Diese werden durch die Optik 11 auf die photonische integrierte Schaltung 12 abgebildet, so dass diese an Stellen entsprechen den Lichtauslässen der Testkarte 10 beleuchtet wird und/oder die Testkarte 10 an Lichteinlässen entsprechend Licht, das von der photonischen integrierten Schaltung 12 in Antwort auf eine Beleuchtung ausgesendet wird, empfängt, wie auch durch Pfeile 14 angedeutet. In anderen Worten sind die Testkarte 10 und die photonische integrierte Schaltung 12 in einer Objektebene und zugeordneten Bildebene der Optik 11 angeordnet. Für die Testkarte 10 kann dabei eine entsprechende Halterung 15 oder andere Aufnahme bereitgestellt sein. Die Aufnahme kann justierbar sein kann, beispielsweise über Mikrometerschrauben, Piezoelemente und dergleichen, um eine präzise Anordnung der Testkarte 10 zu ermöglichen. Durch das Bereitstellen einer derartigen Aufnahme kann jeweils eine entsprechende Testkarte für einen Typ zu testender photonischer intergrierter Schaltung in das System der 1 eingesetzt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die Testkarte fest (nicht wechselbar) in der Aufnahme verbaut. In diesem Fall kann nur eine Art von photonischen integrierten Schaltungen getestet werden
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Dabei können in der Testkarte 10 insbesondere mehrere Lichtauslässe an mehreren Orten vorhanden sein, sodass die photonische integrierte Schaltung 12 an mehreren Stellen simultan beleuchtet werden kann. Umgekehrt kann auch das Licht von mehreren Stellen der photonischen integrierten Schaltung 12 simultan an verschiedenen Lichteinlässen empfangen und dann entsprechend ausgewertet werden. Somit ist entsprechend der Dimensionierung der Optik 11 und der Testkarte 10 ein simultanes Testen entsprechend großer Flächen der photonischen integrierten Schaltung 12 möglich.
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Beispielsweise kann eine gesamte photonische integrierte Schaltung 12 parallel getestet werden, oder es können auch mehrere auf einem Wafer angeordnete photonische integrierte Schaltungen parallel getestet werden, wenn die Testkarte 10 entsprechend groß ist und die Optik 11 entsprechen dimensioniert ist. Die photonische integrierte Schaltung 12 kann aber auch verfahrbar sein, beispielsweise auf einem Probentisch angeordnet sein, so dass beispielsweise mehrere Teilbereiche, beispielsweise mehrere gemeinsam auf einem Wafer angeordnete gleichartige photonische integrierte Schaltungen, sequenziell getestet werden können.
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Die Auswertung selbst kann dann auf irgendeine herkömmliche Art und Weise erfolgen. Implementierungsdetails von Systemen wie dem System der 1 werden nunmehr unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren erläutert.
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Die 2 zeigt ein System gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das System der 2 weist eine Messeinheit 28, ein Mikroskop 20 sowie einen verfahrbaren Probentisch 210 auf. Auf dem Probentisch 210 ist ein Wafer 29 mit einer zu testenden photonischen integrierten Schaltung 22 angeordnet. Die Messeinheit 28 umfasst eine Testkarte 24, welche der bereits unter Bezugnahme auf die 1 diskutierten Testkarte 10 entsprechen kann und wie diese in einer entsprechenden Halterung angeordnet sein kann. Die Testkarte 24 weist eine Vielzahl von Ein-/Auskoppelelementen 25 als Beispiele für Lichtauslässe und Lichteinlässe auf. Beispiele für den Aufbau von Testkarten 24 werden weiter unten unter Bezugnahme auf die 3A und 3B noch näher erläutert. Des Weiteren weist die Messeinheit 28 eine Lichtquelle 27 und einen Detektor 26 auf. Die Lichtquelle 27 ist mit Auskoppelelementen der Ein-/Auskoppelelemente 25 verbunden, sodass an den entsprechenden Auskoppelelementen Licht von der Testkarte 24 emittiert wird. Der Detektor 26 ist mit Einkoppelelementen der Ein-/Auskoppelemente 25 verbunden und empfängt Licht, welches von der photonischen integrierten Schaltung 22 ausgeht.
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Hierzu bildet das Mikroskop 20 mit einer entsprechenden Mikroskopoptik die Testkarte 24, insbesondere die Ein-/Auskoppelelemente 25 hiervon, auf entsprechende Ein-/Auskoppelelemente 25 der photonischen integrierten Schaltung 22 ab. Die Ein-/Auskoppelelemente 23 der photonischen integrierten Schaltung 22 können beispielsweise Gitterkoppler oder andere herkömmlicherweise bei photonischen integrierten Schaltungen insbesondere zum Testen verwendete Ein-/Auskoppelelemente sein. Es kann sich auch um Ein-/Auskoppelelemente 23 handeln, die hier speziell zum Testen der photonischen integrierten Schaltung 22 verwendet werden, während in einem späteren Normalbetrieb der photonischen integrierten Schaltung 22 andere Ein-/Auskoppelelemente zum Einkoppeln und Auskoppeln von Licht verwendet werden.
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Auf diese Weise kann aus mehreren Auskoppelelemente in der Ein-/Auskoppelelemente 25 gleichzeitig Licht auf entsprechende Einkoppelelemente 23 der photonischen integrierten Schaltung gebracht werden und entsprechend in Antwort hierauf von der photonischen integrierten Schaltung aus Auskoppelelementen 23 ausgestrahlten Licht empfangen werden und mittels des Detektors 26 ausgewertet werden. Der Detektor 26 ist dabei repräsentativ für beliebige Arten von Detektoren und damit gekoppelten Auswertungsschaltungen zu sehen. Die Auswertung kann beispielsweise nach Vorhandensein empfangener Lichtstrahlen oder Intensität der empfangenen Lichtstrahlen erfolgen oder kann auch aufwendigere Ausmessverfahren wie Reflektometrie im Zeitbereich oder Frequenzbereich (Optical Time-Domain Reflectometry oder Optical Frequency Domain Reflectometry) beinhalten, was es erlaubt, Störungen entlang eines Propagationspfades des Lichts durch die photonische integrierte Schaltung 22 zu lokalisieren.
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Optional kann das Mikroskop 20 eine Scaneinheit 21 beinhalten, ähnliche der in der Eingangs erwähnten
DE 102017101626 A1 beschriebenen Scaneinheit. So kann beispielsweise eine genaue Ausrichtung der Abbildung durch das Mikroskop 20 erfolgen, das heißt die Ein-/Auskoppelelemente 25 mit den Ein-/Auskoppelelementen 23 zur Deckung gebracht werden. Durch ein Verfahren des Verfahrtisches 210 und/oder Benutzung der Scaneinheit 21 können dann beispielsweise mehrere photonische integrierte Schaltungen 22 auf dem Wafer 29 nacheinander getestet werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Testkarte 24 gleich groß wie die photonische integrierte Schaltung 22. Bei anderen Ausführungsformen kann sie größer oder kleiner, jedoch maßstäblich zu der photonischen integrierten Schaltung 22 ausgeführt sein, und das Mikroskop 20 sorgt dann für eine entsprechende vergrößernde oder verkleinernde Abbildung. Beispielsweise kann durch eine größere Ausgestaltung der Testkarte 24 die Herstellung der Testkarte 24 erleichtert werden, da mehr Bauraum zur Verfügung steht, und Fertigungstoleranzen durch die Skalierung größer sein dürfen,und dann die Testkarte 24 mittels des Mikroskops 20 entsprechend verkleinert auf die photonische integrierte Schaltung 22 abgebildet werden. Bei wieder anderen Ausführungsbeispielen kann die Testkarte 24 auch eine Topologie wie eine Krümmung aufweisen, um Verzerrungen einer Optik wie dem Mikroskop 20 zu kompensieren. Letztendlich ist jede Ausgestaltung von Testkarte 24 und Mikroskop 20 möglich bei der die Ein-/Auskoppelelemente 25 auf die Ein-/Auskoppelelemente 23 abgebildet werden bzw. umgekehrt, so dass eine gewünschte Beleuchtung der photonischen integrierten Schaltung 22 erfolgt und/oder Licht von der photonischen integrierten Schaltung detektiert wird.
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Verschiedene Ausgestaltungen der Testkarte 24 werden nunmehr unter Bezugnahme auf die 3A und 3B erläutert.
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In der 3A ist eine Testkarte 24A gezeigt, die mittels Glasfasern 30 aufgebaut ist. Faserenden der Glasfasern 30 auf der Testkarte 24A stellen die Ein-/Auskoppelelemente 25 der 2 dar. Zudem können miniaturisierte Vorsatzoptiken auf die Faserenden aufgebracht werden, um so die Ein-/Auskoppelelemente 25 zu bilden. Auf der dem Mikroskop 20 abgewandten Seite können dann beliebige, fasergekoppelte Messsysteme angeschlossen werden, für die der Detektor 26 ein Beispiel ist. Im Falle der 3A kann eine hohe Positioniergenauigkeit und Stabilität der Faserenden durch V-förmige Vertiefungen oder Ferrulen in einem entsprechenden Material wie beispielsweise Keramik, Hartmetall oder geeigneten Kunststoffen erreicht werden. Die Fasern können in einer Reihe oder in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sein.
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Die
3B zeigt eine Testkarte 24B, die selbst als photonische integrierte Schaltung oder als elektro-optische Leiterplatte aufgebaut sein kann. Elektro-optische Leiterplatten sind beispielsweise in der
DE 02018108283 A1 beschrieben. Im Falle einer Ausgestaltung als photonische integrierte Schaltung können Glasfasern 30 mittels Gitterkopplern oder Kantenkopplern angeschlossen werden. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der
3A können dann weitere Messsysteme angeschlossen werden. Derartige Gitterkoppler oder Kantenkoppler können insbesondere auf der probenabgewandten Seite der Testkarte 24B angeordnet sein. Die dem Mikroskop 20 und somit der Probe 22 zugewandten Ein-/Auskoppelelemente 25 können ebenfalls als Gitterkoppler oder Kantenkoppler realisiert sein. In ähnlicher Weise können bei einer Ausgestaltung als elektro-optische Leiterplatte der Testkarte 24B die Glasfasern 30 durch Prismen oder Kantenkoppler angeschlossen werden. Auch die probenseitigen Koppelelemente 25 können durch Prismen oder Kantenkoppler realisiert sein.
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Im Falle der 3B können weitere Funktionalitäten wie Lichtquellen, Detektoren, Modulatoren und Spektrometer auch in der als photonische integrierte Schaltung oder elektro-optische Leiterplatte realisierten Testkarte 24B realisiert sein, sodass ein Teil oder das gesamte Messsystem in der Testkarte 24B selbst realisiert wird. In anderen Worten können der Detektor 26 und/oder die Lichtquelle 27 auch direkt in der Testkarte 24B realisiert sein, ohne das eine Ankopplung durch die Glasfasern 30 erforderlich ist.
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Bei den oben diskutierten Ausführungsbeispielen ist das auf die photonische integrierte Schaltung eingestrahlte Licht von dem von der photonischen integrierten Schaltung ausgehende Licht räumlich getrennt, um so eine Trennung zwischen Beleuchtung und Messung zu erreichen. In anderen Worten wird das Licht von der Testkarte 24 an anderen Ein-/Auskoppelelementen ausgestrahlt, als es empfangen wird. Zusätzlich oder alternativ kann eine Trennung basierend auf der Polarisation vorgenommen werden. Dies wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 erläutert.
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Eine Polarisationssensivität kann bei photonischen integrierten Schaltungen allgemein durch Gitterkoppler erreicht werden, die in eine entsprechende Richtung ausgerichtet sind. Ein entsprechendes Beispiel zeigt die 4A.
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Die 4A zeigt eine zu testende photonische integrierte Schaltung 40 (DUT, Device Under Test) welche über Wellenleiter mit einem Einkoppelgitter 43 und einem Auskoppelgitter 41 verbunden ist. Einkoppelgitter 43 und Auskoppelgitter 41 können spezielle Teststrukturen sein, die nur zum Testen der photonischen integrierten Schaltung verwendet werden. Solche Strukturen können auf einem Wafer angeordnet sein, auf dem die photonische integrierte Schaltung 40 ausgebildet wird, und können nach dem Testen beispielsweise entlang einer Sägelinie 46 teilweise abgetrennt werden. An den Kanten der Wellenleiter an der Sägelinie entstehen dann zwei Kantenkoppler für die photonische integrierte Schaltung 40. Der zum Einkoppeln von Licht dienende Gitterkoppler 43 weist dabei verglichen mit dem zum Auskoppeln dienende Gitterkoppler 41 eine orthogonale Ausrichtung des Gitters auf, so dass der Gitterkoppler 43 Licht mit einer Polarisation entsprechend einem Pfeil 45 einkoppelt, während der Gitterkoppler 41 Licht mit einer Polarisation entsprechend einem Pfeil 46 auskoppelt, also mit einer Polarisation senkrecht zu der Polarisation des eingekoppelten Lichts. Pfeile 42 und 44 symbolisieren, wie das Licht von dem Gitterkoppler 42 zu der photonischen integrierten Schaltung 40 und der photonischen integrierten Schaltung 40 zu dem Gitterkoppler 41 geleitet wird.
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Wie in 4B gezeigt kann statt der separaten Gitterkoppler 41, 43 auch ein Dual-Polarisations-Gitterkoppler 47 verwendet werden. Ansonsten entspricht die 4B der 4A. Im Falle der 4B stehen dann an der Sägelinie 46 ebenfalls wie bei der 4A zwei getrennte Kantenkoppler zur Verfügung. Das heißt an der Kante kann dann Licht ein-/ und ausgekoppelt werden
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Die 5 zeigt ein System gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches eine photonische integrierte Schaltung 22 mit polarisationssenstiver Ein-/ und Auskopplung wie unter Bezugnahme auf die 4A und 4B erläutert verwendet. Die 5 zeigt ein System, bei welchem eine entsprechende Polarisationstrennung innerhalb eines Mikroskops realisiert wird. Das System der 5 weist eine erste Testkarte 24C, eine zweite Testkarte 24D und ein Mikroskop 20A auf, um die photonische integrierte Schaltung 22, welche in diesem Fall wie unter Bezugnahme auf die 4A und 4B erläutert zumindest für Testzwecke getrennte Polarisationen für Einkopplung und Auskopplung verwendet, das heißt entsprechende Teststrukturen aufweist. Die Testkarte 24C dient zum Senden von Licht von der Lichtquelle 26, und die Testkarte 24D dient zum Empfangen von Licht und zum Detektieren mittels des Detektors 27. Von der Testkarte 24C ausgehendes Licht gelangt durch einen Polarisationsstrahlteiler 50 mit einer entsprechenden Polarisation zu der photonischen integrierten Schaltung 22 und wird dann von Einkoppelgittern wie dem Einkoppelgitter 43 der 4A eingekoppelt. Von der photonischen integrierten Schaltung 22 ausgehendes Licht wird hingegen durch den Polarisationsstrahlteiler 50 zu der Testkarte 24D gelenkt und wird dort analysiert. Abgesehen von dem Polarisationsstrahlteiler 50 entspricht das Mikroskop 20A dem Mikroskop 20 der 2. Verglichen mit Lösungen, die kein polarisiertes Licht und einen einfachen Strahlteiler verwenden, gelangt so ein größerer Anteil des Lichts zu dem Detektor 27 und kann ausgewertet werden.
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Abgesehen von der Polarisationstrennung und der Verwendung getrennter Testkarten und der Verwendung unterschiedlicher Polarisationen entspricht das Ausführungsbeispiel der 5 demjenigen der 2, und sonstige Details können wie unter Bezugnahme auf die 2 diskutiert implementiert sein. Die Testkarten 24C, 24D können jeweils wie unter Bezugnahme auf die 3A und 3B diskutiert implementiert sein, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Testkarte 24C nur die Komponenten zum Emittieren von Licht (z.B. Lichtauslässe) und in der Testkarte 24D nur die Komponenten zum Empfangen von Licht (z.B. Lichteinlässe) implementiert sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen können eine der beiden Testkarten 24C, 24D oder können beide Testkarten 24C, 24D sowohl Komponenten zum Emittieren von Licht als auch Komponenten zum Empfangen von Licht aufweisen.
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Die 6 zeigt ein alternatives System. Hier entspricht ein Mikroskop 20 dem Mikroskop 20 der 2 und weist insbesondere keinen Polarisationsstrahlteiler wie das Mikroskop 20A der 5 auf. Das System der 6 weist weiter eine Testkarte 24E auf. Die Testkarte 24E weist Ein-/Auskoppelelemente wie das Ein-/Auskoppelelement 61 auf, an denen Licht sowohl eingekoppelt als auch ausgekoppelt wird. Diese Ein-/Auskoppelelemente 61 sind dann über einen Polarisationsstrahlteiler 60 sowohl mit der Lichtquelle 27 als auch mit dem Detektor 26 verbunden. Hier erfolgt die Strahlteilung also nicht in dem Mikroskop 20 wie bei der 5, sondern in oder nachgeschaltet zu der Testkarte 24E.
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Wie bereits erwähnt, können auf einem Wafer mehrere zu testende photonische integrierte Schaltungen bereit gestellt sein. Hiermit verbundene Kopplungsgitter können nahe beieinander angeordnet sein. Ein Beispiel ist in der 7 dargestellt. Die 7 weist vier zu testende photonische integrierte Schaltungen 40A bis 40C auf, die über entsprechende Wellenleiter mit drei Dual-Polarisationsgitterkoppler 70a bis 70c wie dargestellt verbunden sind. Die Dual-Polarisationsgitterkoppler 70a bis 70c entsprechen dabei dem Dual-Polarisationsgitterkoppler 47 der 4B. Ähnliche Anordnungen sind auch mit getrennten Ein- und Auskoppelgitterkopplern entsprechend der 4A möglich.
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Wie in der 7 dargestellt liegen die Dual-Polarisationsgitterkoppler 70a bis 70c nahe beieinander. Auf diese Weise wird insgesamt nur eine vergleichsweise kleine Chipfläche auf dem entsprechenden Wafer für die Koppler benötigt. Eine entsprechende Testkarte ist dann ausgestaltet, dass Licht auf diese Koppler 70a bis 70c gestrahlt wird und Licht von diesen empfangen wird. Wie unter Bezugnahme auf 4A und 4B erläutert stehen dann nach einem Sägen entlang der Sägelinie 46 jeweils zwei Kantenkoppler für jede der photonischen integrierten Schaltungen 40A bis 40C zur Verfügung. Während in den 4A und 4B sowie in der 7 für jede zu testende photonische integrierte Schaltung ein Lichteingang und ein Lichtausgang (entweder kombiniert als Dual-Polarisationsgitterkoppler oder mit separaten Gitterkopplern) gezeigt sind, kann bei anderen Ausführungsformen auch einer, mehreren oder allen der zu testenden photonischen integrierten Schaltungen mehr als ein Einkoppelelement und/oder mehr als ein Auskoppelelement zugeordnet sein.
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Wie bereits kurz erläutert muss zum Testen die jeweilige Testkarte (beispielsweise 24 der 2) oder mehrere Testkarten (beispielsweise 24C, 24D der 5) korrekt ausgerichtet sein, um die jeweils zu testende photonische integrierte Schaltung (beispielsweise 22) an den richtigen Orten zu beleuchten bzw. Licht von den richtigen Orten aufzusammeln. Um diese Ausrichtung zu erleichtern, können bei manchen Ausführungsbeispielen optische Justagemarker verwendet werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel eines zu testenden Wafers oder Chips 80 mit einer Vielzahl von zu testenden photonischen integrierten Schaltungen ist in 8 gezeigt. In der 8 sind vier Dual-Polarisationsgitterkoppler 81A bis 81 D bereitgestellt, welche durch einen jeweiligen Wellenleiter mit sich selbst kurzgeschlossen sind, das heißt eingestrahltes Licht wird mit veränderter Polarisation unmittelbar wieder emittiert. Dies kann mit den Systemen der 5 und 6 entsprechend getestet werden, das heißt es kann getestet werden, ob Licht, welches an den Kopplern 81A bis 81 D zugeordneten Stellen aus der Testkarte 24E der 6 oder der Testkarte 24C der 5 austritt, an entsprechenden Stellen der Testkarte 24E der 6 (in dem Fall den identischen Stellen) oder der Testkarte 24D der 5 empfangen wird. Für eine zweidimensionale Ausrichtung sind dabei zwei Koppelemente 81A bis 81D erforderlich, für eine dreidimensionale Ausrichtung drei Koppelelemente, und es können wie in 8 gezeigt auch mehr Koppelelemente, beispielsweise 4 Koppelelemente, bereitgestellt sein.
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Verschiedene Variationen der oben diskutierten Systeme sind möglich.
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Statt einer Trennung auf Basis der Polarisation kann bei anderen Ausführungsbeispielen auch eine Trennung nach Propagationsrichtung, eingestrahltes oder empfangenes Licht, erfolgen, wenn statt dem Polarisationsteiler ein Zirkulator verwendet wird.
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Zudem kann in herkömmlicher Weise in den Mikroskopen 20 und 20A ein halbdurchlässiger Spiegel oder ein klappbarer Spiegel bereitgestellt sein, welcher Licht von der photonischen integrierten Schaltung auf eine Kamera lenkt, um somit ein Übersichtsbild zu ermöglichen.
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Die 9 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Testen photonischer integrierter Schaltungen unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Systeme.
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In Schritt 90 wird eine Testkarte wie die Testkarte 10 der 1, die Testkarte 24 der 2 oder eine der diskutierten Testkarten 24A bis 24E in eine entsprechende Vorrichtung wie dem Mikroskop 20, 20A eingesetzt. Bei Bedarf wird dann in Schritt 91 die Testkarte ausgerichtet und justiert, beispielsweise unter Verwendung der Koppelelemente 81A bis 81D der 8. Dann wird die jeweilige photonische integrierte Schaltung getestet, indem Licht eingestrahlt wird und in Antwort darauf aus dem das Licht gemessen wird wie bereits vorstehend unter Bezugnahme auf die Vorrichtungen beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1012017101626 A1 [0006]
- DE 102017101626 A1 [0041]
- DE 02018108283 A1 [0045]
