TW202115403A - 光探針、光探針陣列、檢查系統及檢查方法 - Google Patents

光探針、光探針陣列、檢查系統及檢查方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種可抑制光半導體元件之檢查時間增加的光探針、光探針陣列、檢查系統及檢查方法。光探針10係接受從被檢查體200所輸出的光信號L。光探針10係具有由芯部111及配置於芯部111之外周的被覆部112所構成的光波導11，且光信號L要入射之光波導11的入射面100為具有固定曲率半徑R的凸球面。

Description

光探針、光探針陣列、檢查系統及檢查方法
本發明係關於一種使用於被檢查體之特性檢查的光探針、光探針陣列、檢察系統及檢查方法。
以電信號與光信號作為輸入輸出信號的光半導體元件係使用矽光子學(Silicon photonics)技術形成於半導體基板。使用具有傳送電信號的電探針及傳送光信號的光探針的檢查系統來連接光半導體元件與測試器等測定裝置，可有效地在晶圓狀態下檢查光半導體元件的特性。
例如，已知有一種使光纖的前端靠近被檢查體以取得光半導體元件的特性的方法(參照專利文獻1)。另外，已知有一種於光纖的前端安裝透鏡且將被檢查體設置於透鏡的焦點附近，藉此檢查光半導體元件的特性的裝置(參照專利文獻2)。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
專利文獻1：美國專利公開公報第2006/0008226號說明書
專利文獻2：日本特開昭62-31136號公報
以往，針對形成複數個光半導體元件的半導體基板，在進行光半導體元件與光探針的位置對合的同時，一個一個地檢查光半導體元件的特性。此時，必須高精確度地進行光半導體元件與光探針的位置對合，使光信號以預定強度在光半導體元件與光探針之間傳送。因此會有檢查形成於半導體基板的光半導體元件全數的時間增加的問題。由於檢查所有的光半導體元件變得困難而無法充分地判定良品、不良品，故成為光半導體元件產品良率惡化的要因。
有鑑於上述問題點，本發明的目的在於提供一種可抑制光半導體元件之檢查時間增加的光探針、光探針陣列、檢查系統及檢查方法。
根據本發明的一態樣，提供一種光探針，係接受來自被檢查體的光信號，該光探針係具有由芯部及配置於芯部之外周的被覆部所構成的光波導，且光信號要入射之光波導的入射面為具有固定曲率半徑的凸球面。
根據本發明，可提供一種可抑制光半導體元件之檢查時間增加的光探針、光探針陣列、檢查系統及檢查方法，並可改善光半導體元件的良率。
2α:放射角
2rc:芯直徑
2rcs:芯直徑
2rd:光探針10的外徑
10:光探針
11:光波導
15:光探針陣列
21:光探針頭
22:光探針驅動裝置
23:電探針頭
24:電探針驅動裝置
25:光電轉換模組
26:電連接端子
27:光電轉換部
28:平台
29:平台驅動裝置
30:電探針
35:電探針陣列
100:入射面
101:第一區域
102:第二區域
111:芯部
112:被覆部
200:被檢查體
210:發光部
300:半導體基板
C10:中心軸
C200:光軸
DL:距離
FL:長度
FP:聚焦點
H1:間隔
H2:間隔
L:光信號
Pd:節距
Pr:節距
Q:入射點
R:曲率半徑
r:距離
rc:芯半徑
rd:半徑
S:偏差
WD:動作距離
WD1:第一動作距離
WD2:第二動作距離
WD3:第三動作距離
WDm,WDm1,WDm2:最大動作距離
α:放射半角
αm:最大放射半角
β:中心半角
γ:折射角
ΔL:損失變動
δx:公差
δxy:公差
δz:公差
δ L:聚焦點FP的位置的移動
S10,S20,S30,S40:步驟
圖1係顯示本發明第一實施型態之光探針的構成的示意圖。
圖2係本發明第一實施型態之光探針傳送光信號之狀態的示意圖。
圖3係顯示本發明第一實施型態之光探針的入射面的曲率半徑及最大動作距離與光信號的最大放射半角的關係的曲線圖。
圖4係用以說明本發明第一實施型態之光探針之公差之影響的示意圖。
圖5係顯示本發明第一實施型態之光探針的最大動作距離與光信號的最大放射半角的關係的曲線圖。
圖6係顯示本發明第一實施型態之光探針中的傳送損失與公差之關係的曲線圖。
圖7(a)至(d)係顯示光探針之形狀的照片。
圖8係顯示本發明第一實施型態之光探針中的傳送損失與公差之關係之例的曲線圖。
圖9係顯示本發明第一實施型態之光探針中的傳送損失與動作距離之關係之例的曲線圖。
圖10係比較圖7(a)至(d)所示光探針中的傳送損失與公差之關係的曲線圖。
圖11係顯示本發明第一實施型態之檢查系統的構成的示意圖。
圖12係顯示光探針陣列的構成的示意圖。
圖13係顯示電探針陣列的構成的示意圖。
圖14係用以說明本發明第一實施型態之檢查方法的示意圖。
圖15係用以說明本發明第一實施型態之檢查方法的流程圖。
圖16係顯示本發明第二實施型態之光探針的構成的示意圖。
圖17係顯示本發明第二實施型態之光探針之端部的構成的示意圖。
接著，參照圖式，說明本發明的實施型態。以下的圖式的記載中，對相同或類似的部分係標示相同或類似的符號。惟，圖式僅為示意性者，應予留意。此外，以下所示實施型態係例示用以將本發明之技術性思想具體化的裝置、方法等，本發明的實施型態並未將構成零件的構造、配置等特別指定為下述者。本發明的實施型態可在申請專利範圍內附加各種變更。
(第一實施型態)
本發明第一實施型態之光探針10係如圖1所示，接受從被檢查體200的發光部210所輸出的光信號L。光探針10係具有由芯部111及配置於芯部111之外周的被覆部112所構成的折射率分佈型的光波導11。芯部111的折射率係大於被覆部112的折射率。例如，可將梯度折射係數型(graded index type，GI型)光纖利用於光波導11來製造光探針10。如圖1所示，光信號L入射的光波導11的入射面100為具有固定之曲率半徑R的凸球面。
圖1中，將光探針10的芯部111的中心軸C10及光信號L的光軸的C200的延伸方向設為Z軸方向。此外，將與Z軸方向垂直的平面設為XY平面，並將紙面的左右方向設為X軸方向，將與紙面成垂直的方向設為Y軸方向。光探針10係位於被檢查體200的上方，配置成為光信號L的光軸C200與芯部111的中心軸C10平行。
被檢查體200係例如為垂直共振腔面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)等的光半導體元件。發光部210與光探針10係光學性連接，從發光部210所輸出的光信號L係入射至光探針10。
光探針10與被檢查體200係配置成沿著Z軸方向分離達動作距離WD。動作距離WD係設定為光探針10可接受到從被檢查體200所輸出的光信號L的範圍。例如，動作距離WD係設定為相較於入射面100的芯部111的外緣，光信號L的放射範圍位於內側。在此，光信號L的放射範圍係設為光信號L以峰值的1/e2以上的強度行進之方向的範圍。
關於放射範圍的光信號L，將入射面100中入射至入射點Q的光信號L的行進方向與光軸C200的夾角設為「放射半角α」。此外，如圖1所示，在入射點Q位置的入射面100的中心角係使用中心半角β表示為2×β。
另外，關於放射半角α，將與光軸C200的夾角成為最大角度者設為「最大放射半角αm」。亦即，最大放射半角αm係入射面100與被檢查體200之間為可取得之最大的動作距離WD(以下稱「最大動作距離WDm」)時，放射範圍之最外緣的行進方向與光軸C200的夾角。
此外，將中心半角β的最大角度者設為「最大中心半角β」。亦即，最大中心半角βm係最大動作距離WDm之情形下的芯部111的入射面100的最外緣的中心半角。
光信號L係以入射角(α+β)入射至入射面100的入射點Q。如圖1所示，將剛通過入射面100的光信號L的行進方向與曲率半徑方向的夾角設為折射角γ。
半徑方向距中心軸C10之距離r的入射點Q的芯部111之折射率n(r)能夠以式(1)表示：
n(r)=n0×(1-(A1/2×r)2/2)．．．(1)
式(1)中，n0為芯部111之中心軸C10處的折射率、A1/2為芯部111的折射率分佈常數。折射率分佈常數A1/2能夠以式(2)表示：
A1/2={(n02-nd2)/(n0×rc)2}1/2．．．(2)
式(2)中，nd為被覆部112的折射率、rc為芯部111的半徑(以下稱「芯半徑」。)。
折射率分佈常數A1/2愈大，則芯部111的光信號L的封閉傳送效果愈強，透鏡效果愈大。亦即，芯部111的中心軸C10處的折射率n0與被覆部112的折射率nd的差愈大，並且芯半徑rc愈小，則折射率分佈常數A1/2愈大，芯部111處的光信號L的封閉傳送效果愈強，而使光信號L在芯部111的內部急劇地曲折。
為了使光信號L以最短距離經芯部111傳送並減小光探針10中的傳送損失，以使光信號L沿著與中心軸C10平行的方向在芯部111 行進為佳。亦即，針對入射角(αm+β)的光信號L，使中心半角β與折射角γ的關係大致為γ=β。藉此，可抑制光探針10中的光信號L的傳送損失。
圖2顯示γ=β時之光信號L的行進狀態。圖2中，芯部111的中心軸C10與光信號L的光軸重疊。之後，光信號L係以光軸C200為中心，在芯部111內以2π/A1/2的週期，正弦波狀地傳送。此外，光探針10的入射面100與被檢查體200的間隔為最大動作距離WDm。此時，根據司乃耳定律，下式(3)成立：
n(r)×sin(β)=sin(αm+β)．．．(3)
最大放射半角αm係光信號L的強度成為峰值的1/e2之放射角的半角。動作距離WD小於最大動作距離WDm時之光信號L的放射半角α係小於最大放射半角αm。亦即，αm≧α>0的關係。
光探針10的入射面100的芯直徑為2rc。在此，如圖2所示，包含被覆部112的光探針10的外徑為2rd時，若R>2rd，最大動作距離WDm能夠以式(4)來近似：
WDm=rc/tan(αm)．．．(4)
被檢查體200之檢查中的動作距離WD的範圍為：
WDm>WD>0。
根據式(3)及式(4)，光探針10之入射面100的曲率半徑R能夠以式(5)表示：
R=WDm×tan(αm)/{sin(β)+(cos(β)-1)×tan(αm)}．．．(5)
根據式(3)，中心半角β能夠以式(6)表示：
β=tan-1{sin(αm)/(n(r)-cos(αm))}．．．(6)
圖3顯示計算光信號L的最大放射半角αm與入射面100的曲率半徑R及最大動作距離WDm之關係的結果。圖3中，以R1表示數值孔徑NA(numerical aperture)為0.29、芯半徑rc為44.5μm的光探針10的曲率半徑，以WDm1表示最大動作距離；而且，以R2表示數值孔徑NA為0.275、芯半徑rc為31.25μm的光探針10的曲率半徑，以WDm2表示最大動作距離。芯直徑大的光探針10，被檢查體200與光探針10之入射面100之間的動作距離WD可較長。此外，芯直徑愈大，曲率半徑R愈大。例如，光信號L的最大放射半角αm為12度時，數值孔徑NA為0.29、芯半徑rc為44.5μm的光探針10中，可將曲率半徑R設為115μm，將動作距離WD設為200μm以下。
另外，陣列狀地配置光探針10的光探針陣列時，可同時地檢查於半導體基板陣列狀地配置之複數個被檢查體200。光探針陣列係將複數個光探針10排列成入射面100朝向同一方向而構成。以下探討光探針陣列。
將光探針10安裝成陣列狀來製造光探針陣列時，由於機械加工、安裝等所致的公差，而於Z軸方向、X軸方向、Y軸方向分別產生公差δz、δx、δy。以下，亦會將公差δz、δx、δy統稱為「公差δ」。此外，亦將XY平面中的X軸方向的公差δx與Y軸方向的公差δy稱為公差δxy。在此，δxy=(δx2+δy2)1/2。
如圖4所示，公差δ係表示為光信號L的光源位置的公差。受到公差δ的影響，在光信號L入射之入射面100的位置產生偏差S。因 此，對於光探針陣列之製造時的公差δxy及公差δz，動作距離WD必須滿足以下之式(7)的關係：
WDm>(rc-δxy)/tan(αm)-δz≧WD>0．．．(7)
若未滿足式(7)的關係時，光信號L之入射面100處的放射範圍會變得比光探針10的芯直徑還寬闊。此時，光信號L中未入射至入射面100的部分會成為傳送損失，而成為損失特性的變動要因。因此，為了穩定地以光探針10接受光信號L，動作距離WD係設定為滿足式(8)：
(rc-δxy)/tan(αm)-δz≧WD．．．(8)
圖5係顯示公差δxy為±15μm、公差δz為±15μm時的最大放射半角αm與最大動作距離WDm之關係的曲線圖。圖5中以實線表示之最大動作距離WDm1係數值孔徑NA為0.29、芯直徑為89μm之大直徑的光探針10的最大動作距離。另一方面，以虛線表示之最大動作距離WDm2係數值孔徑NA為0.275、芯直徑為62.5μm之標準芯直徑的光探針10的最大動作距離。在此，所謂「大直徑」係指：比屬於標準芯直徑的50μm或62.5μm還大的直徑。
可因應各軸方向的公差δ與最大放射半角αm來設定光探針10的最大動作距離WDm。例如，數值孔徑NA為0.29、芯直徑為89μm的光探針10的情形，若光信號L的最大放射半角αm設為12度，則最大動作距離WDm為125μm。因此，可將光探針10或光探針陣列的動作距離WD設定為125μm以下。藉由此設定，可在XY平面及Z軸方向的公差δ為±15μm的範圍內，以幾乎沒有損失變動的狀態來檢查被檢查體200。
圖6係顯示XY平面的公差δxy及Z軸方向的公差δz與光信號L的傳送損失的關係的曲線圖。圖6中，以實線表示動作距離WD的傳送損失，以長虛線(+δz)表示動作距離WD-(+δz)的傳送損失，以短虛線(-δz)表示動作距離WD-(-δz)的傳送損失。另外，將肇因為公差δ之傳送損失的變動表示為損失變動ΔL。
在此，將傳送損失為期望範圍之光探針10的條件設為相對於XY平面的公差δxy與Z軸方向的公差δz，損失變動ΔL為0.1dB以下。
亦即，以使用肇因於公差δ的損失變動ΔL為0.1dB以下的光探針10來構成光探針陣列為佳。損失變動ΔL為0.1dB以內之公差δ的絕對值範圍愈大，可將越多的光探針10配置成陣列狀而構成光探針陣列。藉由光探針10的數量較多的光探針陣列，會增加可同時檢查被檢查體的個數。藉此，可將晶圓狀態下的被檢查體的檢查短時間化。
圖7(a)至(d)係顯示本案發明人所製造之光探針的形狀。圖7(a)至(d)所示光探針各自係數值孔徑NA為0.29，芯半徑rc為44.5μm。
圖7(a)係入射面100為平面之比較例的光探針。圖7(b)係入射面100的曲率半徑R為116μm的光探針10。圖7(c)係入射面100的曲率半徑R為93μm的光探針10。圖7(d)係入射面100的曲率半徑R為75μm的光探針10。
另外，圖7(a)所示之比較例的光探針的入射面100係例如藉由輔助具來固定光纖，並藉由使用研磨材及研磨片的端面研磨處理而加工成平面。此外，將圖7(b)至7(d)所示之光探針10的入射面100加工成 曲率半徑R的球狀加工可如以下的各種方法。例如，藉由高頻放電進行的局部加熱對剝除光纖的保護被覆的端部進行整形的方法；藉由CO2雷射的脈衝照射等對光纖的端部進行溶融整形的方法；使用研磨片及研磨材對光纖的端部進行研磨加工等方法；藉此實施入射面100的球狀加工。並且，將入射面100整形成為對於中心軸C10之圓周方向成為大致對稱的形狀。若入射面100的形狀為非對稱，則肇因於公差δ的傳送損失在XY平面將成為非對稱，致使損失變動ΔL變大，故不佳。
圖8係顯示針對圖7(b)所示之曲率半徑R為116μm的光探針10所測定之接受到最大放射半角αm為12度的光信號L時的公差δ與傳輸損失之關係的曲線圖。圖8中，以實線表示動作距離WD為基準距離之100μm的傳送損失，以短虛線表示公差δz為-50μm且動作距離WD為150μm的傳送損失，以長虛線表示公差δz為+50μm且動作距離WD為50μm的傳送損失。
如圖8所示，動作距離WD為100μm與150μm的損失特性，在公差δxy為±15μm的範圍內，損失變動ΔL為0.1dB以下。公差δz為±15μm的範圍內，傳送損失的變動成為公差δz為±50μm時的1/3左右，故充分滿足ΔL≦0.1dB的條件。
圖9係顯示針對曲率半徑R為116μm的光探針10，動作距離WD的基準為100μm時產生公差δz使得動作距離WD變化時之傳送損失與動作距離WD之關係的測定結果的曲線圖。動作距離WD在100±15μm的範圍內的損失變動ΔLz為±0.015dB左右。此外，根據圖8，曲率半徑R為116μm之光探針10的XY平面的公差δxy為±15μm的損失變動ΔLxy 為0.083dB。因此，肇因於Z軸方向的公差δz與XY平面的公差δxy的總計之損失變動ΔLxyz為ΔLxy+ΔLz=0.098dB，比0.1dB還小。亦即，曲率半徑R為116μm的光探針10係在公差δ為±15μm的範圍內時，損失變動ΔL為0.1dB以內，而適於使用於光探針陣列。
圖10係顯示針對圖7(a)至(d)所示的光探針，光信號L的最大放射半角αm為12度時的XY平面的公差δxy與傳送損失之關係的測定結果的曲線圖。圖10中，以點線表示圖7(a)之比較例的光探針的傳送損失。此外，以實線表示圖7(b)的曲率半徑R為116μm的光探針10的傳送損失，以長虛線表示圖7(c)的曲率半徑R為93μm的光探針10的傳送損失，以短虛線表示圖7(d)的曲率半徑R為75μm的光探針10的傳送損失。
如圖10所示，圖7(b)的曲率半徑R為116μm的光探針10係對於XY平面的公差δxy顯示最平坦的損失特性。並且，隨著曲率半徑R變小，對於公差δxy的損失特性的平坦區域愈窄。損失特性之平坦區域縮窄的主要理由是因為曲率半徑R變小時，隨著公差δxy變大，光信號L的入射角變大，入射面100的光信號L的反射變大，入射光變少，使得傳送損失增加。因此，圖7(b)至(d)的光探針10中，以損失特性之觀點來看，較佳者為曲率半徑R最大之116μm的光探針10。並且，曲率半徑R為116μm的光探針10中，對於比入射面100為平面之比較例的光探針還寬廣範圍的公差δ，獲得平坦的損失特性。
如以上說明，根據第一實施型態之光探針10，藉由將入射面100加工成凸球面，將入射面100的光信號L的行進方向控制成為與中心軸C10大致平行方向。再者，藉由將光探針10的光波導11設為大直徑， 擴大入射面100的開口徑的尺寸、光信號L的入射角度。藉此，由於動作距離WD、光信號L入射至入射面100的角度的變動等產生公差時，抑制對於此公差的傳送損失的變動。再者，藉由抑制傳送損失的變動，也抑制隨時間經過的測定值的變動。
接著，說明使用光探針10的檢察系統。圖11顯示具有光探針陣列的檢查系統，該光探針陣列係將複數個光探針10陣列狀地配置成入射面100朝向同一方向而構成者。檢查系統係具備：保持光探針10的光探針頭21以及保持電探針30的電探針頭23。就電探針30而言，例如可使用托架式、立針式、立式彈簧式等。如圖11所示，光探針10與電探針30分別沿著X軸方向以節距Pr等間隔地配置。雖省略圖示，惟光探針10及電探針30亦與X軸方向同樣地沿著Y軸方向等間隔地配置。
如圖12所示，光探針頭21係保持構成光探針陣列15的複數個光探針10。此外，如圖13所示，電探針頭23係保持構成電探針陣列35的複數個電探針30。
圖11所示的檢查系統係使用於形成在半導體基板300之複數個被檢查體200的特性檢查。半導體基板300係例如砷化鎵(GaAs)基板、矽(Si)基板等。搭載於平台28的半導體基板300的主面上，從面法線方向觀看時，被檢查體200係以節距Pd等間隔地形成陣列狀。例如，對一個被檢查體200配置成對的光探針10與電探針30。並且，使電探針30的前端與被檢查體200的電信號端子(省略圖示)接觸而對被檢查體200施加電信號。藉由光探針10接受從施加了電信號的被檢查體200所輸出的光信號L。
如此，對一個被檢查體200，構成含有光探針10與電探針30的一個探針單元。探針單元係與形成於半導體基板300的被檢查體200的配置相對應而配置。另外，圖11中，例示性地顯示構成一個測定單元的光探針10與電探針30的數量為光探針10與電探針30各一個的情形。惟，測定單元所包含的光探針10與電探針30的數量可因應被檢查體200的構成、檢查內容等而任意地設定。
光探針頭21係依光探針驅動裝置22的控制而沿Z軸方向移動。藉此，可進行光探針10的入射面100與被檢查體200之沿Z軸方向的距離的微調整。此外，電探針頭23係依電探針驅動裝置24的控制而沿Z軸方向移動。藉此，可進行電探針30的前端與被檢查體200之沿Z軸方向的距離的微調整。
光探針頭21及電探針頭23與被檢查體200之X軸方向及Y軸方向的位置對齊，可藉由平台驅動裝置29使平台28移動。再者，藉由平台驅動裝置29以Z軸方向為中心使平台28旋轉，藉此，可針對以Z軸方向為中心的旋轉方向(以下稱「Z軸旋轉方向」)，對於被檢查體200調整光探針10與電探針30的位置。
另外，亦可固定平台28的位置，而使光探針頭21及電探針頭23沿X軸、Y軸、Z軸的各方向移動。亦即，亦可藉由光探針驅動裝置22及電探針驅動裝置24，調整光探針10及電探針30與被檢查體200的相對位置。
如上所述，根據圖11所示之檢查系統，可使光探針10及電探針30與被檢查體200的位置對齊。另外，檢查系統亦可構成為獨立地控 制光探針頭21的位置與電探針頭23的位置。此外，亦可固定光探針頭21及電探針頭23，而使平台28沿X軸、Y軸、Z軸方向、及Z軸旋轉方向移動，控制調整光探針頭21、電探針頭23、與被檢查體200之各自的位置的方法。如此，對於光探針10及電探針30與被檢查體200的位置對齊，可使用各式各樣的調整方法。
經由圖11所示之檢查系統來傳送電信號及光信號，進行被檢查體200的檢查。亦即，從省略圖示的測試器所輸出的電信號係經由配置於電探針頭23的連接端子(省略圖示)而傳送至電探針30。例如，被檢查體200為形成於半導體基板之VCSEL時，藉由電探針30對配置於VCSEL之上表面的電信號端子施加電信號，使VCSEL輸出光信號L。光信號L係由光探針10來接收。
光探針10係連接於具有光電轉換模組25及電連接端子26的光電轉換部27。被檢查體200所輸出的光信號L係傳送至與光探針10光學性連接的光電轉換模組25。光電轉換模組25係將光信號L轉換成電信號，且將轉換後的電信號輸出至電連接端子26。電連接端子26係與省略圖示的測試器電性連接，使從光信號L經光電轉換的電信號自電連接端子26傳送至測試器。
使用圖11所示之檢查系統的被檢查體200的檢查係如下地執行。首先，沿Z軸方向使電探針30與被檢查體200的相對位置改變，將電探針30的前端連接至被檢查體200的電信號端子。並且，藉由電探針30對被檢查體200施加電信號，藉此使被檢查體200施出光信號L。
接著，使光探針頭21沿Z軸方向移動，將光探針10配置成為達預定的動作距離WD。並且，藉由光電轉換模組25將由光探針10所接受到的光信號L進行光電轉換，且監視光信號L的光輸出。此時，控制光探針10的位置以使來自被檢查體200之光信號L的輸出成為最大。特別是，調整光探針頭21的位置以使光探針陣列15之外緣的光探針10接受的光信號L亦即位於檢查範圍之外緣的來自被檢查體200的光信號L的光輸出成為最大。並且，將光探針10固定在光信號L的光輸出為最大的位置。以此狀態測定來自光探針10的光信號L。藉此，可檢查被檢查體200。
光電轉換模組25可使用藉由光檢測器(photodetector)等將光信號L轉換成電信號之型式、藉由繞射光柵裝置將光信號L分光，且由其繞射角方向檢測出波長變動之型式等。可根據測定用途，區別使用光電轉換模組25的型式。此外，亦可在光電轉換模組25之前將光信號L分歧而同時地進行複數種的測定。使用光電轉換部27在光探針頭121的附近將光探針10的輸出光電轉換，藉此可實現檢查系統的簡單化、測定時間的高速化、提升測定值的反覆再現性。
就其它的檢查方法而言，亦可對電探針30與光探針10同時地進行與被檢查體200的位置對齊。可確保光探針10及電探針30與被檢查體200的位置精確度時，電探針30的前端與光探針10的入射面100的Z軸方向的距離係大致等於動作距離WD。因此，將電探針30的前端按壓在被檢查體200的電信號端子並施加過度驅動時的Z軸方向的過度驅動量為q時，將光探針10的入射面100與被檢查體200的間隔設定為WD+q。並且，將光探針10與電探針30連接固定或一體化而對各軸方向及Z軸 旋轉方向控制位置。過度驅動量q係設定在30μm≧q≧5μm的範圍。之後，光探針10的前端與電探針30的前端的光軸方向的位置返回至動作距離WD，因此電探針30係沿光軸方向彎曲達過度驅動量q。
電探針30的前端的大小較細，但一般而言，被檢查體200的電信號端子的大小為較大的100μm左右。因此，即使機械加工的公差、將電探針30安裝至電探針頭23的製程中產生±10μm左右的公差等，也可使電信號端子與電探針30的位置對齊。
另一方面，Pd-Pr=δ的情形，假設δ=0時，若可在一個部位使光探針10與被檢查體200的位置對齊，則可容易進行光探針10與被檢查體200的位置對齊。惟，機械加工、將光探針10安裝至光探針頭12的製程中，通常會產生公差δ。
例如，光探針10的沿X軸方向或Y軸方向配置的數量為k時，被檢查體200的發光部210與光探針10之間產生的最大的位置公差成為δ×(k-1)。因此，必須選擇光探針10以使由於被檢查體200與光探針10之間所產生之XY平面的δ×(k-1)的位置公差所致的損失變動幾乎不產生。因此，損失變動ΔL為0.1(dB)以下的光探針10可適於使用於光探針陣列15。
另外，動作距離WD係100μm以上為佳。這是因為動作距離WD較短的情況下，在光探針10的位置調整時，光探針10的入射面100會與被檢查體200接觸，而有損傷、破壞被檢查體200的可能性。此外，若動作距離WD較短，則被檢查體200會容易受到在入射面100的反射迴光的影響。若受到反射迴光的影像，會使光信號L發生光雜訊，使得測定 值混入雜訊，測定值變動而變得不穩定。因此，光探針頭21的光探針10的固定部位的形狀形成為從Z軸方向觀看時呈V字形、U字形、或者圓形。藉此，Pd-Pr=δ成為±1μm以下，而k=12時之位置公差的乘積值(δ×12)亦為±15μm以下。
如以上的說明，圖11所示的檢查系統中，同時或個別地控制光探針10與電探針30的位置，將被檢查體200與電探針30電性連接，且將被檢查體200與光探針10光學性連接。光探針10的入射面100的曲率半徑R、中心半角β係設定為對於光探針陣列15的製造時所產生的公差δ抑制損失變動。因此，根據使用光探針10的檢查系統，可同時且正確地進行形成於半導體基板300之複數個被檢查體200的檢查。
因此，根據圖11所示的檢查系統，相較於將被檢查體200一個一個地與光探針的位置對齊而進行檢查的情形，可大幅地縮短被檢查體200的檢查時間。藉此，例如也可解決因檢查時間的限制而無法測定全數的被檢查體200的問題。此外，根據圖11所示的檢查系統，不必為了穩定的光信號L的接收而對於各個被檢查體200分別進行光探針10的位置控制，由於可至少每次一列，或者將多數列一體地進行被檢查體200的位置對齊，所以可大幅地縮短檢查時間。因此，可藉由檢查針對形成於半導體基板300的所有被檢查體200判定良否。
接著，參照圖14並使用圖15的流程圖來說明使用圖11所示的檢查系統來檢查從被檢查體200所輸出之光信號L的放射角2α的方法。
首先，圖15的步驟S10中，距離被檢查體200達圖14所示之第一動作距離WD1配置光探針10。第一動作距離WD1係放射角2α的光信號L的整體入射的動作距離WD。例如，將第一動作距離WD1設為光信號L的放射範圍成為較入射面100的芯部111的外緣靠內側的最大動作距離WDm。並且，步驟S20中，測定第一動作距離WD1的光信號L的光輸出W。
接著，步驟S30中，使光探針10與被檢查體200沿光軸C200的延伸方向的相對距離變化，並檢測入射至入射面100之光信號L的光強度對於光輸出W成為固定比率的第二動作距離WD2。第二動作距離WD2係根據以光輸出W為基準而規定光信號L的放射角的光強度而設定。例如，將光信號L以峰值的1/e2以上的強度行進的方向的範圍設為光信號L的放射範圍時，檢測出光信號L的光輸出為光輸出W的「1-1/e2」倍，亦即檢測出光輸出W之86.5%的第二動作距離WD2。如圖14所示，將沿著Z軸方向使光探針10移動時之第一動作距離WD1與第二動作距離WD2的間隔設為H1。此時，放射半角α能夠以式(9)表示：
tanα=rc/WD2．．．(9)
因此，步驟S40中，使用以下之式(10)來算出光信號L的放射角2α：
2α=2×tan-1(rc/WD2)．．．(10)
進一步地，直到光信號L的光輸出為光輸出W之一半的第三動作距離WD3為止，沿著Z軸方向使光探針10移動。將第二動作距離WD2與第三動作距離WD3的間隔設為H2。此時，作為光信號L的光輸出為峰值之一半的放射角之半值全角2αh能夠以式(11)算出：
2αh=2×tan-1(rc/(WD2+H2))．．．(11)
對於芯直徑為89μm的光探針10，使用式(10)計算出放射角2α的結果，第一動作距離WD1為50μm、間隔H1為184μm、第二動作距離WD2為234μm，且獲得2α=21.53度。此外，間隔H2為44μm，使用式(11)獲得半值全角2αh=17.09度。另一方面，以遠場圖型(Far Field Pattern：FFP)測定器進行的檢查中，2α=21.19度、2αh=17.64度。因此，可確認使用圖11所示之檢查系統的上述檢查方法與使用FFP測定器的檢查方法結果大致一致。
使用上述說明之檢查系統的檢查方法中，使光探針陣列15的位置沿著光軸C200變化並監視光輸出，藉此可進行晶圓狀態下之放射角的檢查。藉由此檢查方法，可以成批而短時間地檢查形成於半導體基板300的複數個被檢查體200的放射角2α。此外，無須為了檢查被檢查體200之放射角而另外準備FFP測定器等測定裝置，而可抑制檢查時間及檢查成本。
(第二實施型態)
本發明第二實施型態之光探針10係如圖16所示，光波導11為連結第一區域101及芯直徑較第一區域101還小的第二區域102之構成。亦即，第一區域101的芯直徑2rc係比第二區域102的芯直徑2rcs還大。第一區域101的一端形成入射面100而另一端與第二區域102連結。
形成入射面100的第一區域101係具有與第一實施型態所說明之光探針10同樣的構造。亦即，第一區域101係將曲率半徑R及中心半角β設定為滿足式(5)及式(6)之關係。
圖16所示的光探針10亦可構成為於第一區域101使用大直徑的GI型光纖，而於第二區域102使用標準直徑的GI型光纖。例如，於第一區域101使用芯直徑為90μm之大直徑的光纖，而於第二區域102使用芯直徑為62.5μm之標準直徑的光纖。
圖16所示的光探針10係如下地製造。首先，將大直徑的GI型光纖與標準直徑的GI型光纖的端面彼此融著連接。並且，將大直徑的GI型光纖裁切成第一區域101的預定長度。之後，再將大直徑的GI型光纖的端面加工成曲率半徑R。
圖17係顯示圖16所示光探針10的端部。來自被檢查體200的光信號L係自第一區域101的入射面100起與光軸C200大致平行地行進後，在第一區域101與第二區域102的交界附近聚焦。之後，光信號L係行進於第二區域102的芯部111。將光信號L的聚焦點FP調整至第一區域101與第二區域102的交界附近，藉此，光信號L係低損失地於光探針10傳送。這是因為由於公差δ使得被檢查體200對於光探針10的相對位置偏移時，即使聚焦點FP偏移公差δ左右，若rc>δ，亦可抑制光信號L的傳送損失。圖17顯示光信號L的光源位置沿Z軸方向偏移距離DL時，聚焦點FP的位置的移動為δL之例。
為了將光信號L的聚焦點調整至第一區域101與第二區域102的交界附近，將入射面100至第一區域101與第二區域102的交界之沿Z軸方向的長度FL設定為滿足以下之式(12)：
FL=2πP/A1/2+(WDm-WD)/n0．．．(12)
式(12)中，P係表示相對於行進於芯部111的光信號L之週期的比率的係數(0≦P≦1)，P=1相當於1週期，而P=0.5相當於1/2週期。
例如，於第一區域101使用折射率分佈常數A1/2為0.00436之大直徑的GI型光纖，且係數P為0.25(1/4週期)、動作距離WD為100μm時，最大動作距離WDm為209μm、折射率n0為1.488的光探針10中，FL=434μm。將長度FL設定為光信號L的聚焦點FP形成至第一區域101與第二區域102之交界附近，藉此可抑制光信號L的傳送損失來將光探針10與其他的光路用零件連接。
如以上說明，第二實施型態之光探針10係連結芯直徑相異的第一區域101與第二區域102的構成。將標準芯直徑的第二區域102連結至形成入射面100的大直徑的第一區域101，藉此將第二區域102的端部與使用標準芯直徑之光纖的光路用零件、耦合器、光開關等連接，而可實現低損失的多輸入光路。其他部分係與第一實施型態實質相同而省略重複的記載。
(其他實施型態)
本發明係如上所述以實施型態進行了說明，惟，應理解構成本揭示的一部分的論述及圖式並非用以限定本發明者。本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可根據本揭示思及各式各樣替代實施型態、實施例及運用技術。
例如，以上係針對光波導11為折射率分佈型的光探針10進行了說明，惟光波導11亦可為步進指數型(step index type)。此外，亦能 夠以光纖以外者來構成光探針10的光波導11並將入射面100加工成凸球面。
如上所述，不言而喻地，本發明係包含本說明中未記載的各種實施型態等。
10:光探針
11:光波導
100:入射面
111:芯部
112:被覆部
200:被檢查體
210:發光部
C10:中心軸
C200:光軸
L:光信號
Q:入射點
R:曲率半徑
rc:芯半徑
rd:半徑
WD:動作距離
α:放射半角
β:中心半角
γ:折射角

Claims (10)

  1. 一種光探針，係接受從被檢查體所輸出的光信號，
    該光探針係具有由芯部及配置於前述芯部之外周的被覆部所構成的光波導；
    前述光信號要入射之前述光波導的入射面為具有大致固定之曲率半徑的凸球面。
  2. 如請求項1所述之光探針，其中，
    與前述光波導之前述入射面連接的區域中，使用：在前述被檢查體與前述入射面之間可取得之最大的動作距離WD亦即最大動作距離WDm、在前述最大動作距離WDm時之前述光信號的光軸與前述光信號的放射範圍之最外緣的行進方向所形成之最大發散半角αm、及前述光信號的入射點之前述芯部的折射率n時，則前述入射面的曲率半徑R與前述入射點的中心半角β係大致滿足如下關係：
    R=WDm×tan(αm)/{sin(β)+(cos(β)-1)×tan(αm)}
    β=tan-1{sin(αm)/(n-cos(αm))}。
  3. 如請求項2所述之光探針，其中，前述光波導為連結與前述入射面連接的第一區域、及前述芯部的直徑較前述第一區域還小的第二區域而形成之構成。
  4. 如請求項3所述之光探針，其中，在使用：表示相對於行進於前述芯部之前述光信號的週期的比率的係數P(0≦P≦1)、前述芯部的折射率分佈常數A1/2、及前述芯部之中心軸的折射率n0時，前述入射面至前述第一區域與前述第二區域之交界的長度FL係大致滿足如下關係：
    FL=2πP/A1/2+(WDm-WD)/n0。
  5. 一種光探針陣列，係具有請求項2至4中任一項所述之光探針，
    該光探針陣列係構成為將複數個前述光探針陣列狀地配置成各自的前述入射面朝向同一方向；並且
    使用：前述芯部的芯半徑rc、前述最大放射半角αm、前述芯部之中心軸的延伸方向的公差δz、及與前述芯部的中心軸垂直之平面的公差δxy時，前述光探針各自的前述動作距離WD係滿足如下關係：
    (rc-δxy)/tan(αm)-δz≧WD。
  6. 一種檢查系統，係檢查從被檢查體輸出的光信號，該檢查系統係具備：
    光探針頭，係保持光探針，該光探針中，前述光信號要入射之入射面為具有固定的曲率半徑之凸球面；
    光探針驅動裝置，係控制前述光探針頭的位置；
    電探針頭，係將電探針保持成其端面朝向與前述入射面同一方向；以及
    電探針驅動裝置，係控制前述電探針頭的位置；
    並且對於一個前述被檢查體構成為包含前述光探針與前述電探針的一個探針單元。
  7. 如請求項6所述之檢查系統，其係獨立地控制前述光探針頭的位置與前述電探針頭的位置。
  8. 如請求項6所述之檢查系統，其係使前述電探針與形成於半導體基板之前述被檢查體的電連接端子的位置對齊，且將前述光探針頭與前述電探針頭連接固定或一體化地構成，並控制搭載前述半導體基板之平台的位置。
  9. 一種檢查方法，係藉由光探針接受從被檢查體所輸出光信號，該檢查方法係包含下列步驟：
    將前述光探針配置於離前述被檢查體達第一動作距離，以使前述光信號整體入射至前述光探針，且測定前述光信號的光輸出之步驟；
    使前述光探針與前述被檢查體之沿前述光信號之光軸的延伸方向的相對距離變化，藉此檢測出第二動作距離之步驟，其中該第二動作距離係前述光信號的光輸出相對於前述第一動作距離的光輸出成為固定比率的距離；以及
    使用前述光探針之芯部的芯半徑rc及前述第二動作距離WD2，並使用下式：
    2α=2×tan-1(rc/WD2)
    計算出前述光信號的放射角2α之步驟。
  10. 如請求項9所述之檢查方法，其中，
    前述第一動作距離為前述光信號的放射範圍較前述芯部外緣靠內側的最大的動作距離；
    前述第二動作距離中之前述光信號的光輸出為前述第一動作距離之前述光信號的光輸出的「1-1/e2」倍。
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