JP6915508B2 - Optical circuit inspection method - Google Patents

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Description

本発明は、光回路の光特性検査用回路に関し、より詳しくは、ウェハ上で光通信用回路を検査するオンウェハ光特性検査用回路に関する。 The present invention relates to an optical characteristic inspection circuit of an optical circuit, and more particularly to an on-wafer optical characteristic inspection circuit for inspecting an optical communication circuit on a wafer.

光回路の検査は、検査対象となる光回路に光を入力し光出力を得るために、光回路に対する光ファイバの位置合わせに時間を要する。例えば、通常のシングルモードファイバを用いた場合は、１μｍ以下の空間分解能で光ファイバの位置を調整する必要があり、工数の削減が難しい。 In the inspection of an optical circuit, it takes time to align the optical fiber with respect to the optical circuit in order to input light into the optical circuit to be inspected and obtain an optical output. For example, when a normal single-mode fiber is used, it is necessary to adjust the position of the optical fiber with a spatial resolution of 1 μm or less, and it is difficult to reduce the man-hours.

検査にかかる工数を削減するためには、検査のために光入力および光出力の少なくともいずれかを得なくてもよいようにするのが効果的である。光入力を省くことは難しいが、光出力の代わりに、光回路に直接接続された光検出器によって光電変換された電気出力を用いることができる。例えば、特許文献１には、フォトダイオードを含む光集積回路が形成されたダイ（半導体チップ）に対して、光ファイバを介して光を被検査回路に入力し、電気プローブを用いて得られた電気信号を解析することで光集積回路を検査する技術が開示されている。 In order to reduce the man-hours required for the inspection, it is effective to make it unnecessary to obtain at least one of the optical input and the optical output for the inspection. Although it is difficult to omit the optical input, instead of the optical output, an electrical output photoelectrically converted by a photodetector directly connected to an optical circuit can be used. For example, Patent Document 1 obtained a die (semiconductor chip) on which an optical integrated circuit including a photodiode is formed by inputting light into a circuit to be inspected via an optical fiber and using an electric probe. A technique for inspecting an optical integrated circuit by analyzing an electric signal is disclosed.

電気信号の入出力信号を得るには、電気的に接触していればよいので、ウェハ上に複数の光デバイスを集積化した光集積回路においても、通常は１０μｍ程度の空間分解能で位置合わせできれば電気的な接触をとることができ、位置合わせに要する時間を削減することができる。したがって、光回路に接続された光検出器を適切に利用することで、検査工数を削減することができる。 In order to obtain an input / output signal of an electric signal, it is only necessary to make electrical contact. Therefore, even in an optical integrated circuit in which a plurality of optical devices are integrated on a wafer, it is usually possible to align them with a spatial resolution of about 10 μm. Electrical contact can be made and the time required for alignment can be reduced. Therefore, the inspection man-hours can be reduced by appropriately using the photodetector connected to the optical circuit.

米国特許第５６３１５７１号明細書U.S. Pat. No. 5,631571

しかしながら、一般に光回路に直接接続された光検出器には、光検出器ごとに特性のばらつきがある。特にシリコンフォトニクスで利用されるゲルマニウムフォトダイオードは、個体間で感度のばらつきが大きい。 However, in general, a photodetector directly connected to an optical circuit has variations in characteristics for each photodetector. In particular, germanium photodiodes used in silicon photonics have large variations in sensitivity among individuals.

例えば、図７に示すように、基板上に形成された光回路１４ａ、１４ｂについて、光回路１４ａには、グレーティングカプラ等のウェハ面光入力素子１２ａ及び光検出器１５ａを設け、光回路１４ｂにはウェハ面光入力素子１２ｂ及び光検出器１５ｂを設けた場合、光検出器１５ａの電気出力と光検出器１５ｂの電気出力との差を検査して、光回路１４ａと光回路１４ｂの導波損失を見積ることになるが、上述したように、光検出器ごとに特性のばらつきがあると、導波損失を正確に見積ることができない。さらにウェハ面光入力素子１２ａ、１２ｂについても個体間で特性にばらつきがある場合には、これらの特性ばらつきも光検出器１５ａ、１５ｂの電気出力に基づく検査結果に重畳されることになり、検査の正確さが劣化する。 For example, as shown in FIG. 7, with respect to the optical circuits 14a and 14b formed on the substrate, the optical circuit 14a is provided with a wafer surface optical input element 12a such as a grating coupler and an optical detector 15a, and the optical circuit 14b is provided with a wafer surface optical input element 12a and an optical detector 15a. When the wafer surface optical input element 12b and the optical detector 15b are provided, the difference between the electric output of the optical detector 15a and the electric output of the optical detector 15b is inspected, and the waveguide of the optical circuit 14a and the optical circuit 14b is made. The loss is estimated, but as described above, if the characteristics vary from light detector to light detector, the waveguide loss cannot be estimated accurately. Furthermore, if there are variations in the characteristics of the wafer surface optical input elements 12a and 12b among individuals, these characteristic variations will also be superimposed on the inspection results based on the electrical output of the photodetectors 15a and 15b, and inspection will be performed. The accuracy of is deteriorated.

そのため、光検出器１５ａ、１５ｂの電気出力（光電流の絶対値）から光回路の特性を検査するためには、光検出器、すなわちゲルマニウムフォトダイオードの感度を何らかの手法で個体ごとに補正する必要があるが、光集積回路に設けられた光検出器の感度を個別に補正することは現実的ではない。 Therefore, in order to inspect the characteristics of the optical circuit from the electrical output (absolute value of optical current) of the photodetectors 15a and 15b, it is necessary to correct the sensitivity of the photodetector, that is, the germanium photodiode for each individual by some method. However, it is not realistic to individually correct the sensitivity of the photodetector provided in the optical integrated circuit.

本発明は、検査工数を削減するために、ウェハ上で光回路の特性を検査する際に、光ファイバの位置合わせが必要な箇所を減らすとともに、光検出器の感度を個別に補正しなくても、光検出器からの電気出力をもって光回路の検査が行える光特性検査用回路を提供することを目的とする。 In the present invention, in order to reduce the inspection manpower, when inspecting the characteristics of an optical circuit on a wafer, the number of places where optical fiber alignment is required is reduced, and the sensitivity of the photodetector does not need to be individually corrected. Another object of the present invention is to provide an optical characteristic inspection circuit capable of inspecting an optical circuit with an electric output from a photodetector.

上記の目的を達成するために、本発明に係る光回路の検査方法は、複数の光特性検査用回路を用いる光回路の検査方法であって、前記複数の光特性検査用回路それぞれが、第１の光回路と、第２の光回路と、光分岐回路と、前記第１の光回路および前記第２の光回路と接続された複数の入力導波路を有する光検出器とを備え、前記第１の光回路および前記第２の光回路と前記光検出器と前記光分岐回路とは、同一の基板上に形成され、前記第１の光回路と前記第２の光回路とは、互いに長さの異なる導波路であり、前記光分岐回路は、入力光の波長に依存した光分岐特性を有し、前記複数の光特性検査用回路それぞれにおける、前記第１の光回路と前記第２の光回路の導波路の長さの差が前記複数の光特性検査用回路の間で互いに異なることを特徴とし、前記光分岐回路に複数の波長の光を入力するステップと、前記光分岐回路で、前記複数の波長の光を分岐するステップと、前記分岐された一方の光を前記第１の光回路に入力し、他方の光を前記第２の光回路に入力するステップと、前記第１の光回路と前記第２の光回路との出力光を前記光検出器に入力して、光電流スペクトルを取得するステップと、前記光電流スペクトルの振幅と、前記複数の光特性検査用回路ごとの前記導波路の長さの差との線形近似より前記導波路の導波損失を算出するステップとを備える。 In order to achieve the above object, the optical circuit inspection method according to the present invention is an optical circuit inspection method using a plurality of optical characteristic inspection circuits, and each of the plurality of optical characteristic inspection circuits is the first. A light detector having a plurality of input waveguides connected to a first optical circuit, a second optical circuit, an optical branch circuit, and the first optical circuit and the second optical circuit. The first optical circuit, the second optical circuit , the optical detector, and the optical branching circuit are formed on the same substrate, and the first optical circuit and the second optical circuit are mutually exclusive. a different waveguide lengths, the light branching circuit has an optical branching characteristics depending on the wavelength of the input light, Keru Contact to the plurality of optical characteristics inspection circuit, and the first optical circuit the a step difference in the length of the second optical circuits of the waveguide and being different from each other between the plurality of optical characteristics inspection circuit, and inputs the light of a plurality of wavelengths to the optical branch circuit, wherein A step of branching light having a plurality of wavelengths in an optical branch circuit, and a step of inputting one of the branched lights into the first optical circuit and inputting the other light into the second optical circuit. , The step of inputting the output light of the first optical circuit and the second optical circuit into the optical detector to acquire the optical current spectrum, the amplitude of the optical current spectrum, and the plurality of optical characteristics. A step of calculating the waveguide loss of the waveguide from a linear approximation with the difference in length of the waveguide for each inspection circuit is provided.

また、上記の光回路の検査方法において、前記光分岐回路（１３）は、光方向性結合器および非対称マッハツェンダ干渉計のいずれかとすることができる。 Further, in the above-mentioned optical circuit inspection method , the optical branch circuit (13) can be either an optical directional coupler or an asymmetric Mach-Zehnder interferometer.

上記の光回路の検査方法において、さらに、前記光特性検査用回路は、前記同一の基板上に形成されて、自由空間の光ビームと結合し入力光とする入力素子（１２）を備えていてもよい。 In the above-mentioned optical circuit inspection method , the optical characteristic inspection circuit further includes an input element (12) formed on the same substrate and combined with a light beam in free space to provide input light. May be good.

上記の光回路の検査方法において、前記複数の光回路のそれぞれは、シリコン光回路であり、前記光検出器は、ゲルマニウム光検出器であり、前記基板は、シリコンオンインシュレータ基板とすることができる。 In the above method for inspecting an optical circuit, each of the plurality of optical circuits may be a silicon optical circuit, the photodetector may be a germanium photodetector, and the substrate may be a silicon on-insulator substrate. ..

本発明によれば、複数の光回路の出力光を、光検出器によって電気出力として取り出すので、ウェハ上で光回路の特性を検査する際に、出力端では光ファイバの位置合わせを行わなくてもよく、検査工程を削減することができる。また、複数の光回路から出力される光を同一の光検出器に入力して光電流に変換するので、光検出器の感度を個体ごとに補正する必要もない。 According to the present invention, since the output light of a plurality of optical circuits is taken out as an electric output by a photodetector, when inspecting the characteristics of the optical circuit on the wafer, it is not necessary to align the optical fiber at the output end. Also, the inspection process can be reduced. Further, since the light output from a plurality of optical circuits is input to the same photodetector and converted into an optical current, it is not necessary to correct the sensitivity of the photodetector for each individual.

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光特性検査用回路を用いた検査システムの概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of an inspection system using an optical characteristic inspection circuit according to the first embodiment of the present invention. 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光特性検査用回路の構成例を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an optical characteristic inspection circuit according to the first embodiment of the present invention. 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る光特性検査用回路の電気出力の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the electric output of the optical characteristic inspection circuit according to the first embodiment of the present invention. 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光特性検査用回路の電気出力を用いた検査方法を説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an inspection method using an electric output of the optical characteristic inspection circuit according to the first embodiment of the present invention. 図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光特性検査用回路の構成例を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an optical characteristic inspection circuit according to a second embodiment of the present invention. 図６は、本発明の第２の実施の形態に係る光特性検査用回路の電気出力の一例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the electric output of the optical characteristic inspection circuit according to the second embodiment of the present invention. 図７は、本発明に関連する技術を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a technique related to the present invention.

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

［第１の実施の形態］
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態を説明する図であり、図１は、本実施の形態に係る光特性検査用回路を用いた検査システムの概要を示し、図２は、本実施の形態に係る光特性検査用回路の構成例を示す。 [First Embodiment]
1 and 2 are views for explaining the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 shows an outline of an inspection system using an optical characteristic inspection circuit according to the present embodiment, and FIG. Shows a configuration example of the optical characteristic inspection circuit according to the present embodiment.

本実施の形態に係る光特性検査用回路１は、検査対象となる複数の光回路１４ａ、１４ｂと、これら光回路１４ａ、１４ｂと接続された複数の入力導波路を有する光検出器１５とを備え、これらの要素が同一の基板１１上に形成されている。また、光特性検査用回路１は、さらに、基板１１の表面に形成されて、自由空間の光ビームと結合し入力光とする入力素子１２と、入力光を分岐して光回路１４ａ、１４ｂに入力する光分岐回路１３を備えている。 The optical characteristic inspection circuit 1 according to the present embodiment comprises a plurality of optical circuits 14a and 14b to be inspected and a photodetector 15 having a plurality of input waveguides connected to the optical circuits 14a and 14b. These elements are formed on the same substrate 11. Further, the optical characteristic inspection circuit 1 is further formed on the surface of the substrate 11 and combined with the light beam in the free space to be the input light, and the input light is branched into the optical circuits 14a and 14b. The optical branch circuit 13 for input is provided.

ここで、基板１１は、シリコンオンインシュレータ（Silicon on Insulator：ＳＯＩ）基板である。光回路１４ａ及び光回路１４ｂは、互いに長さの異なるシリコン光導波路である。光検出器１５は、光回路１４ａ、１４ｂと一体に基板１１上に集積されたフォトダイオード等の光電変換素子である。光検出器１５としては、ゲルマニウム光検出器等を用いることができる。図示していないが、基板１１の表面には、光検出器１５に適切なバイアス電圧を印加するための電極や、光検出器１５から光電流を引き出すための電極が設けられている。 Here, the substrate 11 is a Silicon on Insulator (SOI) substrate. The optical circuit 14a and the optical circuit 14b are silicon optical waveguides having different lengths from each other. The photodetector 15 is a photoelectric conversion element such as a photodiode integrated on the substrate 11 integrally with the optical circuits 14a and 14b. As the photodetector 15, a germanium photodetector or the like can be used. Although not shown, the surface of the substrate 11 is provided with an electrode for applying an appropriate bias voltage to the photodetector 15 and an electrode for drawing a photocurrent from the photodetector 15.

基板１１の表面に形成された入力素子１２は、「ウェハ面光入力素子」とも呼ばれ、具体的には、回折格子を用いたグレーティングカプラを挙げることができる。
また、光分岐回路１３は、入力光の波長に依存した光分岐特性を持つ光分岐回路として機能する。このような光分岐回路１３としては、例えば、方向性結合器や非対称マッハツェンダ干渉計を挙げることができる。光分岐回路１３が入力光の波長に依存した光分岐特性を持つことによって、光分岐回路１３によって分岐され各光回路１４ａ、１４ｂに入力される光のうち、一部の波長の光は検査対象となる二つの光回路１４ａ、１４ｂのうちの一方、例えば光回路１４ａにのみ達し、他の一部の波長の光は、他方の光回路１４ｂにのみ達するように構成される。 The input element 12 formed on the surface of the substrate 11 is also called a "wafer surface optical input element", and specific examples thereof include a grating coupler using a diffraction grating.
Further, the optical branching circuit 13 functions as an optical branching circuit having an optical branching characteristic depending on the wavelength of the input light. Examples of such an optical branching circuit 13 include a directional coupler and an asymmetric Mach-Zehnder interferometer. Since the optical branching circuit 13 has an optical branching characteristic that depends on the wavelength of the input light, light of a part of the wavelengths of the light branched by the optical branching circuit 13 and input to the optical circuits 14a and 14b is to be inspected. It is configured so that only one of the two optical circuits 14a and 14b, for example, the optical circuit 14a is reached, and light of some other wavelengths reaches only the other optical circuit 14b.

上述した光特性検査用回路１は、市販のシリコンオンインシュレータ基板上に、良く知られたリソグラフィ技術、薄膜堆積技術およびドライエッチング技術を用いて作製することができる。また、光検出器１５としてゲルマニウムフォトダイオードを用いる場合は、同じく市販のシリコンオンインシュレータ基板上に、超高真空化学気層堆積法などによる選択成長とリソグラフィ、薄膜堆積、ドライエッチングを組み合わせて光検出器１５を作製することができる。また、光検出器１５として、インジウムガリウムヒ素フォトダイオードを用いる場合は、市販のシリコンオンインシュレータ基板上にウェハ接合技術によりインジウム燐薄膜を含むウェハまたはダイを接合し、不要な基板部分を除去した後に、リソグラフィ、結晶再成長、ドライエッチングを組み合わせてこれを作製することができる。 The above-mentioned optical characteristic inspection circuit 1 can be formed on a commercially available silicon-on-insulator substrate by using well-known lithography techniques, thin film deposition techniques, and dry etching techniques. When a germanium photodiode is used as the photodetector 15, light detection is performed on a commercially available silicon-on-insulator substrate by combining selective growth by an ultra-high vacuum chemical vapor deposition method, lithography, thin film deposition, and dry etching. The vessel 15 can be manufactured. When an indium gallium arsenide photodiode is used as the light detector 15, a wafer or die containing an indium phosphide thin film is bonded onto a commercially available silicon-on-insulator substrate by wafer bonding technology to remove unnecessary substrate portions. , Lithography, crystal regrowth, and dry etching can be combined to make this.

図１に示すように、本実施の形態に係る光特性検査用回路１において検査対象光回路１４ａ、１４ｂを検査するには、光特性検査用回路１の外部に設けた光源（図示せず。）からウェハ面光入力素子１２に光ビームを照射する光ファイバ２と、光検出器１５の電気出力を計測する計測装置３とを設ける。この計測装置３は、図示はしないが、光検出器１５の出力端子から出力される信号を増幅する増幅回路や、増幅されたアナログ信号を所定の周期でサンプリングしデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）の他、デジタル信号に変換された信号を記録する記憶装置と、その信号に対して各種演算処理を行う演算回路等を備えている。 As shown in FIG. 1, in order to inspect the inspection target optical circuits 14a and 14b in the optical characteristic inspection circuit 1 according to the present embodiment, a light source provided outside the optical characteristic inspection circuit 1 (not shown). ), An optical fiber 2 that irradiates the wafer surface optical input element 12 with a light beam, and a measuring device 3 that measures the electric output of the light detector 15 are provided. Although not shown, the measuring device 3 includes an amplification circuit that amplifies the signal output from the output terminal of the optical detector 15, and an analog / digital that samples the amplified analog signal at a predetermined cycle and converts it into a digital signal. In addition to a converter (A / D converter), it is equipped with a storage device that records a signal converted into a digital signal, an arithmetic circuit that performs various arithmetic processing on the signal, and the like.

検査を行うときには、まず、光ファイバ２を介してウェハ面光入力素子１２に光ビームを照射して、ウェハ面光入力素子１２から光を入力する。本実施の形態に係る光特性検査用回路１において、光ファイバ２からウェハ面光入力素子１２に入力された光は、光分岐回路１３で分岐され、一方の光は検査対象光回路１４ａに入力され、他方の光は検査対象光回路１４ｂに入力される。検査対象光回路１４ａ、１４ｂからそれぞれ出力された光は、共に光検出器１５に入力されて電気信号に変換される。このときの光検出器１５からの電気出力は、検査対象光回路１４ａを通って光検出器１５に入力された光の強度と、検査対象光回路１４ｂを通って光検出器１５に入力された光の強度とを合計した光強度に対応したものとなる。 When performing the inspection, first, the wafer surface light input element 12 is irradiated with a light beam via the optical fiber 2, and light is input from the wafer surface light input element 12. In the optical characteristic inspection circuit 1 according to the present embodiment, the light input from the optical fiber 2 to the wafer surface optical input element 12 is branched by the optical branching circuit 13, and one of the lights is input to the inspection target optical circuit 14a. The other light is input to the optical circuit 14b to be inspected. The light output from the inspection target optical circuits 14a and 14b is input to the photodetector 15 and converted into an electric signal. The electric output from the photodetector 15 at this time was the intensity of the light input to the photodetector 15 through the inspection target optical circuit 14a and the light output from the inspection target optical circuit 14b to the photodetector 15. It corresponds to the total light intensity of the light intensity.

上述したように、光分岐回路１３の透過特性には波長依存性があるために、光ファイバ２を介して入力される光の波長によって、一部の波長の光は検査対象光回路１４ａのみを伝播し、他の波長の光は検査対象光回路１４ｂのみを伝播する。このように二つの検査対象光回路１４ａ、１４ｂをそれぞれ伝播する光の波長が互いに異なるので、光ファイバ２を介して複数の異なる波長の光をウェハ面光入力素子１２に照射して、計測装置３によって各波長に対する光検出器１５の電気出力を計測すれば、光電流スペクトル、すなわちウェハ面光入力素子１２より入力する光の波長に対する光電流の大きさの変化を測定することができる。このような光の波長の変化に伴う光電流の大きさの変化より、例えば、光回路１４ａの導波損失と光回路１４ｂの導波損失との差を測定することができる。 As described above, since the transmission characteristics of the optical branching circuit 13 are wavelength-dependent, depending on the wavelength of the light input via the optical fiber 2, some of the wavelengths of light may only be the optical circuit 14a to be inspected. It propagates, and light of other wavelengths propagates only in the optical circuit 14b to be inspected. Since the wavelengths of the light propagating in the two optical circuits 14a and 14b to be inspected are different from each other in this way, a plurality of different wavelengths of light are irradiated to the wafer surface optical input element 12 via the optical fiber 2 to measure the measuring device. By measuring the electric output of the light detector 15 for each wavelength according to No. 3, it is possible to measure the photocurrent spectrum, that is, the change in the magnitude of the light current with respect to the wavelength of the light input from the wafer surface light input element 12. From such a change in the magnitude of the light current accompanying such a change in the wavelength of light, for example, the difference between the waveguide loss of the optical circuit 14a and the waveguide loss of the optical circuit 14b can be measured.

図３は、本実施の形態に係る光特性検査用回路１を上述した方法で検査した際の、光検出器１５の電気出力（光電流）を波長ごとに表示した光電流スペクトルの計算例である。図３において、実線は光検出器１５からの光電流を示し、点線は、全体の光電流のうち、一方の光回路１４ｂから光検出器１５に入力される光による光電流寄与成分を示し、破線は他方の光回路１４ａから入力される光による光電流寄与成分を示している。 FIG. 3 is a calculation example of a photocurrent spectrum in which the electric output (photocurrent) of the photodetector 15 is displayed for each wavelength when the optical characteristic inspection circuit 1 according to the present embodiment is inspected by the method described above. be. In FIG. 3, the solid line shows the light current from the photodetector 15, and the dotted line shows the light current contributing component of the total light current due to the light input from one of the optical circuits 14b to the photodetector 15. The broken line indicates the photocurrent contributing component due to the light input from the other optical circuit 14a.

例えば、光特性検査用回路１に波長が１．５２２μｍの光を入力した場合には、点線が示す値（光回路１４ｂから光検出器１５に入力される光による光電流寄与成分）は−５ｄＢであるのに対し、破線が示す値（光回路１４ａから入力される光による光電流寄与成分）は−２５ｄＢとなり、前者に対して無視できるほど小さくなっている。逆に、波長が１．５５０μｍの光に対しては、破線が示す値（光回路１４ａから入力される光による光電流寄与成分）は０ｄＢとなるのに対し、点線が示す値（光回路１４ｂから光検出器１５に入力される光による光電流寄与成分）は−２７ｄＢとなり、光回路１４ａから入力される光が支配的となっていることがわかる。 For example, when light having a wavelength of 1.522 μm is input to the optical characteristic inspection circuit 1, the value indicated by the dotted line (the light current contributing component due to the light input from the optical circuit 14b to the photodetector 15) is -5 dB. On the other hand, the value indicated by the broken line (the light current contributing component by the light input from the optical circuit 14a) is -25 dB, which is negligibly small with respect to the former. On the contrary, for light having a wavelength of 1.550 μm, the value indicated by the broken line (the light current contributing component due to the light input from the optical circuit 14a) is 0 dB, whereas the value indicated by the dotted line (optical circuit 14b). The light current contribution component by the light input to the light detector 15) is −27 dB, and it can be seen that the light input from the optical circuit 14a is dominant.

本実施の形態に係る光特性検査用回路１のように、光導波路１４ａ、１４ｂの長さは互いに異なり、光導波路１４ａ、１４ｂ中の導波損失も互いに異なるため、同じ強さの光を入力したとしても、光回路１４ａから光検出器１５に達する光の強度と光回路１４ｂから光検出器１５に達する光の強度とは異なる。したがって、実線が示す光電流スペクトルの振幅は、光回路１４ａの導波損失と光回路１４ｂの導波損失との差（導波損失差）を表すこととなる。 Since the lengths of the optical waveguides 14a and 14b are different from each other and the waveguide loss in the optical waveguides 14a and 14b is also different from each other as in the optical characteristic inspection circuit 1 according to the present embodiment, light of the same intensity is input. Even so, the intensity of the light reaching the photodetector 15 from the optical circuit 14a is different from the intensity of the light reaching the photodetector 15 from the optical circuit 14b. Therefore, the amplitude of the optical current spectrum shown by the solid line represents the difference between the waveguide loss of the optical circuit 14a and the waveguide loss of the optical circuit 14b (waveguide loss difference).

なお、上述した光電流スペクトルおよびその振幅は、光特性検査用回路１に入力する光の波長を変化させながら、光検出器１５の電気出力を計測装置３によって処理することにより得ることができる。 The above-mentioned photocurrent spectrum and its amplitude can be obtained by processing the electric output of the photodetector 15 by the measuring device 3 while changing the wavelength of the light input to the optical characteristic inspection circuit 1.

以上のように、本実施の形態に係る光特性検査用回路によれば、二つの複数の光回路１４ａ、１４ｂの出力光を光検出器１５によって電気出力として取り出すので、ウェハ上で光回路の特性を検査する際に、出力端では光検出器１５の出力端子との電気的接続をとればよく、光ファイバの位置合わせは入力側のみでよいので、検査工程を削減することができる。また、一旦位置合わせが済んでしまえば、光電流スペクトルを得るのは容易である。 As described above, according to the optical characteristic inspection circuit according to the present embodiment, the output light of the two plurality of optical circuits 14a and 14b is taken out as an electric output by the photodetector 15, so that the optical circuit can be mounted on the wafer. When inspecting the characteristics, the output end may be electrically connected to the output terminal of the photodetector 15, and the optical fiber needs to be aligned only on the input side, so that the inspection process can be reduced. Moreover, once the alignment is completed, it is easy to obtain the photocurrent spectrum.

加えて、光検出器１５は、二つの複数の光回路１４ａ、１４ｂに対して同一のものが用いられるので、仮に光検出器１５の感度が個体ごとに異なっていたとしても、光検出器１５からの（光電流強度を対数表示する場合、）光電流のレベルが上下するだけで、その振幅には影響が無い。すなわち、光検出器１５の感度が別の光特性検査用回路の光検出器の感度と異なっていたとしても、導波損失差を求める上では問題にはならず、光検出器１５の感度のばらつきによって検査の正確さが劣化することもない。したがって、光検出器１５の特性のばらつきを考慮する必要が無くなり、広く光回路の検査に用いることができる。 In addition, since the same photodetector 15 is used for the two plurality of optical circuits 14a and 14b, even if the sensitivity of the photodetector 15 is different for each individual, the photodetector 15 is used. The level of the photocurrent from (when displaying the photocurrent intensity in a logarithmic manner) only goes up and down, and its amplitude is not affected. That is, even if the sensitivity of the photodetector 15 is different from the sensitivity of the photodetector of another optical characteristic inspection circuit, it does not matter in obtaining the waveguide loss difference, and the sensitivity of the photodetector 15 The accuracy of the inspection does not deteriorate due to the variation. Therefore, it is not necessary to consider the variation in the characteristics of the photodetector 15, and it can be widely used for inspection of optical circuits.

なお、本実施の形態においては、２つの光回路１４ａ、１４ｂの導波損失差を求めるものとして説明したが、一般に導波路長が長い光回路の導波損失の方が短い光回路の導波損失より大きいので、光回路１４ａ、１４ｂのいずれか一方の導波損失が既知であれば、上述の方法により得られた導波損失差から他方の導波損失を算出することができる。 In the present embodiment, the difference in waveguide loss between the two optical circuits 14a and 14b has been described, but in general, the waveguide loss of an optical circuit having a long waveguide length is shorter than that of an optical circuit. Since it is larger than the loss, if the waveguide loss of either one of the optical circuits 14a and 14b is known, the waveguide loss of the other can be calculated from the waveguide loss difference obtained by the above method.

また、誤差をより小さくするためには、図４に示すように、２つの光回路の導波路長の差が異なる複数の光特性検査用回路を用意し、これらの光電流スペクトルをそれぞれ計測して得られた光電流スペクトルの振幅（一般的には、図４に示すように、導波路長の差が大きくなるにつれて、振幅、すなわち導波損失差は大きくなる。）からそれぞれ求めた複数の導波損失差を線形近似することによって、導波路長差と導波損失差との関係を得て、この関係から導波損失を見積もるようにしてもよい。このように、互いに異なる長さ水準を持つ光検査装置から光電流スペクトルを計測し、その振幅を評価することで、基板上に形成された光回路の導波路の導波損失を算出することができる。 Further, in order to further reduce the error, as shown in FIG. 4, a plurality of optical characteristic inspection circuits having different differences in the waveguide lengths of the two optical circuits are prepared, and their optical current spectra are measured respectively. A plurality of light current spectra obtained from the above-mentioned amplitudes (generally, as shown in FIG. 4, the amplitude, that is, the difference in waveguide loss increases as the difference in waveguide length increases). By linearly approximating the waveguide loss difference, the relationship between the waveguide length difference and the waveguide loss difference may be obtained, and the waveguide loss may be estimated from this relationship. In this way, the waveguide loss of the waveguide of the optical circuit formed on the substrate can be calculated by measuring the photocurrent spectra from the optical inspection devices having different length levels and evaluating the amplitudes thereof. can.

［第２の実施の形態］
次に、図５および図６を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、上述した第１の実施の形態と共通する要素については、同一の参照符号を用いて、その詳細な説明は省略する。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6. The same reference numerals are used for the elements common to the above-described first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

本実施の形態に係る光特性検査用回路は、図５に示すように、同一の基板（図示せず。）の上に、グレーティングカプラ等のウェハ面光入力素子１２と、複数の光分岐回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、互いに長さの異なる４つの光回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄと、複数の入力導波路を有する光検出器１５とを備えている。 As shown in FIG. 5, the optical characteristic inspection circuit according to the present embodiment includes a wafer surface optical input element 12 such as a grating coupler and a plurality of optical branch circuits on the same substrate (not shown). It includes 13a, 13b, 13c, four optical circuits 14a, 14b, 14c, 14d having different lengths from each other, and an optical detector 15 having a plurality of input waveguides.

本実施の形態において、ウェハ面光入力素子１２は、導波路を介して第１の光分岐回路１３ａに接続され、第１の光分岐回路１３ａの２つの出力端は第２の光分岐回路１３ｂおよび第３の光分岐回１３ｃ路の入力端に接続されている。第２の光分岐回路１３ｂの出力端は、検査対象となる第１の光回路１４ａおよび第２の光回路１４ｂの入力端にそれぞれ接続され、第３の光分岐回路１３ｃの出力端は、第３の光回路１４ｃおよび第４の光回路１４ｄの入力端にそれぞれ接続されている。これら第１乃至第４の光回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの出力端は、それぞれ光検出器１５の入力導波路に接続されている。 In the present embodiment, the wafer surface optical input element 12 is connected to the first optical branch circuit 13a via a waveguide, and the two output ends of the first optical branch circuit 13a are the second optical branch circuit 13b. And is connected to the input end of the third optical branch circuit 13c path. The output end of the second optical branch circuit 13b is connected to the input end of the first optical circuit 14a and the second optical circuit 14b to be inspected, respectively, and the output end of the third optical branch circuit 13c is the third. It is connected to the input terminal of the optical circuit 14c of No. 3 and the optical circuit 14d of the fourth, respectively. The output terminals of the first to fourth optical circuits 14a, 14b, 14c, and 14d are connected to the input waveguide of the photodetector 15, respectively.

ここで、光分岐回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、それぞれ、マルチモード干渉器を両端に備え、両アームの長さが異なる非対称マッハツェンダ干渉計である。これらの光分岐回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃも、第１の実施の形態における方向性結合器と同様に、その透過特性は波長依存性を有する。 Here, the optical branch circuits 13a, 13b, and 13c are asymmetric Mach-Zehnder interferometers each having multimode interferometers at both ends and having different lengths of both arms. Similar to the directional coupler in the first embodiment, these optical branch circuits 13a, 13b, and 13c also have wavelength-dependent transmission characteristics.

本実施の形態に係る光特性検査用回路では、ウェハ面光入力素子１２から入力された光は、まず第１の光分岐回路１３ａに入力されて２つに分岐され、この第１の光分岐回路１３ａによって分岐された光は、第２の光分岐回路１３ｂと第３の光分岐回路１３ｃにそれぞれ入力される。第２の光分岐回路１３ｂおよび第３の光分岐回路１３ｃに入力された光は、波長に応じてそれぞれ２つに分岐されて第１乃至第４の光回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄにそれぞれ入力される。各光回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを導波した光は、共に光検出器１５に入力されて電気信号に変換される。このときの光検出器１５からの電気出力は、第１乃至第４の光回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄからそれぞれ入力された光の強度を合計した光強度に対応したものとなる。 In the optical characteristic inspection circuit according to the present embodiment, the light input from the wafer surface optical input element 12 is first input to the first optical branching circuit 13a and branched into two, and the first optical branching is performed. The light branched by the circuit 13a is input to the second optical branch circuit 13b and the third optical branch circuit 13c, respectively. The light input to the second optical branch circuit 13b and the third optical branch circuit 13c is branched into two according to the wavelength, and is divided into the first to fourth optical circuits 14a, 14b, 14c, and 14d, respectively. Entered. The light guided through each of the optical circuits 14a, 14b, 14c, and 14d is input to the photodetector 15 and converted into an electric signal. The electric output from the photodetector 15 at this time corresponds to the total light intensity of the light input from the first to fourth optical circuits 14a, 14b, 14c, and 14d, respectively.

複数の異なる波長の光をウェハ面光入力素子１２に照射しながら、各波長に対する光検出器１５の電気出力を計測することによって、光の波長に対する光電流の大きさの変化（光電流スペクトル）が測定できる。 By measuring the electrical output of the photodetector 15 for each wavelength while irradiating the wafer surface light input element 12 with light of a plurality of different wavelengths, a change in the magnitude of the light current with respect to the wavelength of light (photocurrent spectrum). Can be measured.

図６は、本実施の形態に係る光特性検査用回路を上述した方法で検査した際の、光検出器１５の電気出力（光電流）を波長ごとに表示した光電流スペクトルの計算例である。図６に示すように、光電流スペクトルは、２種類の振幅（Ａ，Ｂ）が重畳している。ここで、例えば、振幅Ａは、第１の光回路１４ａの導波損失と第２の光回路４ｂの導波損失との差（導波損失差）を表し、振幅Ｂは、第３の光回路１４ｃと第４の光回路１４ｄとの間の導波損失差を表している。 FIG. 6 is a calculation example of a photocurrent spectrum in which the electric output (photocurrent) of the photodetector 15 is displayed for each wavelength when the circuit for light characteristic inspection according to the present embodiment is inspected by the above-mentioned method. .. As shown in FIG. 6, two types of amplitudes (A and B) are superimposed on the photocurrent spectrum. Here, for example, the amplitude A represents the difference between the waveguide loss of the first optical circuit 14a and the waveguide loss of the second optical circuit 4b (waveguide loss difference), and the amplitude B is the third light. It represents the waveguide loss difference between the circuit 14c and the fourth optical circuit 14d.

本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、光電流は同一の光検出器１５からのものであることから、ここで光検出器１５の感度が個体ごとに異なる場合でも、（光電流強度を対数表示する場合、）光電流スペクトルのレベルが上下するだけでそれぞれの振幅には影響がないので、光検出器１５の特性のばらつきを考慮する必要がない。したがって、異なる長さ水準を持つ光検査装置から複数の振幅を評価することで、基板上に形成された光回路の導波路の導波損失を算出することができる。 In the present embodiment, as in the first embodiment, since the photocurrent is from the same photodetector 15, even if the sensitivity of the photodetector 15 differs from individual to individual. It is not necessary to consider the variation in the characteristics of the photodetector 15 because the level of the photodetector spectrum only fluctuates (when the photocurrent intensity is displayed in a logarithmic manner) and the respective amplitudes are not affected. Therefore, by evaluating a plurality of amplitudes from optical inspection devices having different length levels, it is possible to calculate the waveguide loss of the waveguide of the optical circuit formed on the substrate.

上述した第１および第２の実施の形態においては、光特性検査用回路は、光回路を構成する光導波路のコア材料としてシリコンを用いたシリコン光回路であるものとして説明したが、コア材料はその屈折率がクラッド材料の屈折率よりも大きければよい。例えば、クラッド材料をシリコン酸化膜とする場合、コア材料はシリコン含有率の高いシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜などでも良いし、ガリウムヒ素、インジウム燐などの化合物半導体でも良い。また、クラッド材料はその屈折率がコア材料の屈折率よりも小さければよく、例えば、コア材料をシリコンとする場合、クラッド材料はシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜などのほか、エポキシ樹脂やポリイミドなどの有機材料でも良い． In the first and second embodiments described above, the optical characteristic inspection circuit has been described as being a silicon optical circuit using silicon as the core material of the optical waveguide constituting the optical circuit, but the core material is The refractive index may be larger than the refractive index of the clad material. For example, when the clad material is a silicon oxide film, the core material may be a silicon oxide film having a high silicon content, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, a silicon carbide film, or the like, or a compound semiconductor such as gallium arsenide or indium phosphide. But it's okay. Further, the refractive index of the clad material may be smaller than the refractive index of the core material. For example, when the core material is silicon, the clad material may be a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, or an epoxy. It may be an organic material such as resin or polyimide.

１…光特性検査用回路、１１…基板、１２…ウェハ面光入力素子、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…光分岐回路、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ…検査対象光回路、１５…光検出器、２…光ファイバ、３…計測装置。 1 ... Optical characteristic inspection circuit, 11 ... Substrate, 12 ... Wafer surface optical input element, 13, 13a, 13b, 13c ... Optical branch circuit, 14a, 14b, 14c, 14d ... Inspection target optical circuit, 15 ... Photodetector 2, 2 ... Optical fiber, 3 ... Measuring device.

Claims (4)

複数の光特性検査用回路を用いる光回路の検査方法であって、
前記複数の光特性検査用回路それぞれが、
第１の光回路と、第２の光回路と、光分岐回路と、前記第１の光回路および前記第２の光回路と接続された複数の入力導波路を有する光検出器とを備え、
前記第１の光回路および前記第２の光回路と前記光検出器と前記光分岐回路とは、同一の基板上に形成され、
前記第１の光回路と前記第２の光回路とは、互いに長さの異なる導波路であり、
前記光分岐回路は、入力光の波長に依存した光分岐特性を有し、
前記複数の光特性検査用回路それぞれにおける、前記第１の光回路と前記第２の光回路の導波路の長さの差が前記複数の光特性検査用回路の間で互いに異なることを特徴とし、
前記光分岐回路に複数の波長の光を入力するステップと、
前記光分岐回路で、前記複数の波長の光を分岐するステップと、
前記分岐された一方の光を前記第１の光回路に入力し、他方の光を前記第２の光回路に入力するステップと、
前記第１の光回路と前記第２の光回路との出力光を前記光検出器に入力して、光電流スペクトルを取得するステップと、
前記光電流スペクトルの振幅と、前記複数の光特性検査用回路ごとの前記導波路の長さの差との線形近似より前記導波路の導波損失を算出するステップと
を備える光回路の検査方法。 This is an optical circuit inspection method that uses multiple optical characteristic inspection circuits.
Each of the plurality of optical characteristic inspection circuits
A first optical circuit, a second optical circuit, an optical branch circuit, and a photodetector having a plurality of input waveguides connected to the first optical circuit and the second optical circuit.
The first optical circuit, the second optical circuit , the photodetector, and the optical branching circuit are formed on the same substrate.
The first optical circuit and the second optical circuit are waveguides having different lengths from each other.
The optical branching circuit has an optical branching characteristic that depends on the wavelength of the input light.
Contact Keru to the plurality of optical characteristics testing circuit, the difference in length of the first optical circuit and the second optical circuits of the waveguides are different from each other between said plurality of optical characteristics inspection circuit Features,
A step of inputting light of a plurality of wavelengths into the optical branch circuit,
The step of branching light of a plurality of wavelengths in the optical branching circuit,
A step of inputting one of the branched lights into the first optical circuit and inputting the other light into the second optical circuit.
A step of inputting the output light of the first optical circuit and the second optical circuit into the photodetector to acquire a photocurrent spectrum, and
A method for inspecting an optical circuit including a step of calculating the waveguide loss of the waveguide from a linear approximation of the amplitude of the optical current spectrum and the difference in length of the waveguide for each of the plurality of optical characteristic inspection circuits. .. 請求項１に記載された光回路の検査方法において、
前記光分岐回路は、光方向性結合器および非対称マッハツェンダ干渉計のいずれかであることを特徴とする光回路の検査方法。 In the method for inspecting an optical circuit according to claim 1,
A method for inspecting an optical circuit, wherein the optical branch circuit is either an optical directional coupler or an asymmetric Mach-Zehnder interferometer. 請求項１又は請求項２に記載された光回路の検査方法において、さらに、
前記光特性検査用回路は、前記同一の基板上に形成されて、自由空間の光ビームと結合し入力光とする入力素子を備えることを特徴とする光回路の検査方法。 In the method for inspecting an optical circuit according to claim 1 or 2, further
The optical characteristic inspection circuit is a method for inspecting an optical circuit, which is formed on the same substrate and includes an input element that is combined with an optical beam in free space to be input light. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された光回路の検査方法において、
前記複数の光回路のそれぞれは、シリコン光回路であり、
前記光検出器は、ゲルマニウム光検出器であり、
前記基板は、シリコンオンインシュレータ基板である
ことを特徴とする光回路の検査方法。 In the method for inspecting an optical circuit according to any one of claims 1 to 3.
Each of the plurality of optical circuits is a silicon optical circuit.
The photodetector is a germanium photodetector.
A method for inspecting an optical circuit, wherein the substrate is a silicon-on-insulator substrate.
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