TWI781627B - 光探針、光探針陣列、光探針卡及光探針的製造方法 - Google Patents

光探針、光探針陣列、光探針卡及光探針的製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種傳送模態為單模態且可有效率地測定光元件的光探針、光探針陣列、光探針卡及光探針的製造方法。光探針10係具備第一區域11與第二區域12，該第一區域11與第二區域12係經連結而使傳送模態為單模態的光波導連續。第一區域11係連續於與光元件20面對之前端面100，且第一區域11係包含在前端面100之處為最大的模態場直徑朝向第一區域11與第二區域12之區域交界13而逐漸縮減的區域。前端面100為曲面，且前端面100的曲率半徑設定為使從前端面100入射之光信號L的行進方向平行地靠近光波導的中心軸方向。

Description

光探針、光探針陣列、光探針卡及光探針的製造方法
本發明係關於使用於光元件之測定的光探針、光探針陣列、光探針及光探針的製造方法。
以光信號作為輸入輸出信號的光元件係使用矽光子學(Silicon photonics)技術形成於晶圓。為了測定形成於晶圓之狀態的光元件的特性係採用光探針。此時，為了減少測定對象的光元件與光探針之間傳送的光信號的損失，而進行光元件與光探針的對位、模態場(mode field)的匹配等。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：美國專利公開公報第2006/0008226A1號說明書
專利文獻2：日本專利公開公報特開昭62-31136號
以單模態傳送光信號時，光元件的光信號端子的大小、光探針的芯直徑及模態場直徑等為數μm等級。因此，光元件的光信號端子與光探針的前端面之對位的誤差的容許度低而難以將光元件與光探針正確地對位。結果，光元件的測定中，會產生耗費時間於對位所致的測定時間的冗長化，肇因於不正確之對位的連接損失的增加等。如此，以單模態傳送光信號時，會有無法效率良好地測定光元件的問題。
有鑑於上述問題點，本發明之目的在於提供一種傳送模態為單模態且可有效率地測定光元件的光探針、光探針陣列、光探針卡及光探針的製造方法。
根據本發明的一態樣，提供一種光探針，該光探針係具備第一區域與第二區域，該第一區域與第二區域係以使傳送模態為單模態的光波導連續之方式連結。第一區域係連續於與光元件面對的前端面，且第一區域係包含模態場直徑朝向第一區域與第二區域之區域交界而逐漸縮減的區域，其中該模態場直徑在前端面之處為最大。前端面為曲面，且前端面的曲率半徑設定為使從前端面入射之光信號的行進方向平行地靠近光波導的中心軸方向。
根據本發明，可提供一種傳送模態為單模態且可有效率地測定光元件的光探針、光探針陣列、光探針卡及光探針的製造方法。
10:光探針
10a:光纖
11:第一區域
12:第二區域
13:區域交界
15:光探針陣列
20:光元件
21:光信號端子
22:光波導
30:電探針
31:電探針頭
40:光探針頭
41:光探針卡
42:複合探針卡
45:光探針驅動裝置
50:光電轉換部
51:光電轉換模組
52:電連接端子
60:工件台
61:工件台驅動裝置
100:前端面
101:芯部
102:被覆部
103:外緣區域
110:圓錐形狀區域
111:前端部
112:連結部
120:樹脂膜
200:晶圓
2α:放射角
2αm:放射角(最大的放射角)
C10:中心軸
C20:光軸
Cd:第二MF直徑
Ce:第一MF直徑
D:位置偏差
Dr:被覆直徑
H:光點長度
L:光信號
Lc:直徑
NA:開口數
Q:入射點
R:曲率半徑
S:連接損失
T:長度
WD:動作距離
WDm:最大動作距離
β+ω:折射角
β:角度(通過前端面之光信號的行進方向與中心軸方向所形成的夾角)
ω:中心半角
ω0:光點半徑
圖1為顯示第一實施型態之光探針的構成的示意剖視圖。
圖2為用以說明在第一實施型態之光探針的前端面之折射角的示意圖。
圖3為用以說明最大動作距離的示意圖。
圖4為顯示光探針之前端面的曲率半徑與開口數之關係的曲線圖。
圖5為顯示光探針之前端面的曲率半徑與光信號的光點半徑之關係的曲線圖。
圖6為顯示位置偏差與連接損失之關係的曲線圖。
圖7為顯示光探針之前端面的曲率半徑與光點長度之關係的曲線圖。
圖8A為用以說明第一實施型態之光探針的製造方法的示意圖(之一)。
圖8B為用以說明第一實施型態之光探針的製造方法的示意圖(之二)。
圖9A為顯示第一實施型態之光探針陣列的構成的示意圖。
圖9B為顯示光元件之光波導之例的示意平面圖。
圖10為顯示比較例之光纖的構成的示意圖。
圖11為顯示使用第一實施型態之光探針的測定系統的構成的示意圖。
圖12為顯示第一實施型態之變形例的測定系統的構成的示意圖。
圖13為顯示第二實施型態之光探針的構成的示意圖。
圖14為顯示其他實施型態的光探針的構成的示意圖。
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，係對相同或類似的部分標示相同或類似的符號。惟，應留意圖式僅為示意性者。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，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)
第一實施型態的光探針10係在其本身與光元件20之間授受光信號。以下係以從光元件20出射而入射至光探針10的光信號在光探針10的光波導傳送的情形進行說明。圖1係顯示面對光元件20並包含供光信號L通過的前端面100之光探針10的端部。
圖1中，將光探針10之光波導的中心軸C10設為Z軸方向，且將與Z軸方向成垂直的平面設為XY平面。此外，將圖1的紙面的左右方向設為X軸方向，且將與紙面垂直的方向設為Y軸方向。以下亦將X軸方向、Y軸方向及Z軸方向統稱為「XYZ軸方向」。
光探針10可採用光纖、光纖與透鏡之組合的構成等。光探針10係具有傳送模態為單模態的光波導。光探針10的光波導係芯部101的外周配置被覆部102的構成。圖1所示的被覆直徑Dr係包含被覆部102之光探針10的外徑。
光探針10的前端面100係與出射光元件20之光信號L的光信號端子(圖示省略)光學性連接。前端面100係曲率半徑R的凸曲面。針對曲率半徑R的細節容後敘述。光探針10係第一區域11與第二區域12 連續或連結的構造，該第一區域11係連續於前端面100。該第二區域12係芯直徑比第一區域11狹窄。在此，第一區域11的光波導與第二區域12的光波導為連續者。第一區域11係從前端面100起沿著光探針10的光波導之中心軸C10的延伸方向(以下，亦稱「中心軸方向」)延伸達光探針10的預定範圍。
光探針10的前端面100的模態場直徑為「第一MF直徑Ce」。第一區域11係包含模態場直徑朝向第一區域11與第二區域12之區域交界13而錐狀地逐漸地縮減的區域，其中該模態場直徑在前端面100為最大。區域交界13中，第一區域11的模態場直徑與第二區域12的模態場直徑為一致。第二區域12的模態場直徑係沿著中心軸方向皆為固定。第二區域12的模態場直徑為「第二MF直徑Cd」。
從光元件20出射之放射角2α的光信號L係入射至前端面100的入射點Q。入射點Q處的中心半角為ω時，光信號L係以相對於曲率半徑方向之折射角成為(β+ω)之狀態通過入射點Q。如圖2所示，角度β為通過前端面100之光信號L的行進方向與中心軸方向所形成的夾角。
光探針10係配置為沿著Z軸方向與光元件20分離達動作距離WD。動作距離WD係設定為光探針10可接受到從光元件20出射的光信號L的範圍。換句話說，動作距離WD係設定為使前端面100的光信號L的入射範圍位於光波導之內側。
圖3係顯示光探針10與光元件20之間的距離為可設定之最大的動作距離(以下，稱為「最大動作距離WDm」)之狀態。將處於最大 動作距離WDm之光信號L的最大的放射角設為2αm。因此，前端面100的開口數NA為：sin(αm)。
光探針10的前端面100的曲率半徑R係設定為使從前端面100入射之光信號L的行進方向平行地靠近光探針10的光波導的中心軸方向。以下，說明前端面100的曲率半徑R。
入射至前端面100的光信號L係以折射角(β+ω)折射。根據司乃耳(Snell's law)定律，使用光信號L入射至前端面100的入射點Q處之芯部101的折射率nr，下式(1)的關係式成立：
sin(αm+ω)=nr×sin(β+ω)．．．(1)
根據式(1)，可獲得下式(2)：
αm=sin-1(nr×sin(β+ω)}-ω．．．(2)
其中，NA=sin(αm)．．．(3)。
芯部101的折射率nr與被覆部102的折射率nd大致相等時，獲得下式(4)：
β=sin-1{sin(α0)/nr}．．．(4)
式(4)中，sin(α0)係前端面100假設為平坦時的前端面100的開口數。
從前端面100入射之光信號L的行進方向係藉由下式(5)的關係式的滿足而平行地靠近中心軸方向：
ω=sin-1(Ce/R)．．．(5)
因此，光探針10的前端面100的曲率半徑R係設定為滿足下式(6)的關係式：
R=Ce/sin(ω)．．．(6)
最大動作距離WDm係以WDm=Ce/tan(αm)的關係式來表示。因此，動作距離WD係滿足下式(7)的關係式：
WD≦Ce/tan(αm)．．．(7)
另外，曲率半徑R與光探針10的被覆直徑Dr係滿足下式(8)的關係式：
R≧Dr/2．．．(8)
藉由滿足式(8)的關係式，可防止光探針10傳送的光信號L從光探針10的側面漏出外部。
圖4顯示光探針10的第一MF直徑Ce分別為20μm、30μm、40μm時之前端面100的曲率半徑R與開口數NA的關係。如圖4所示，曲率半徑R愈小，開口數NA愈大。此外，第一MF直徑Ce愈大，開口數NA愈大。例如，要使前端面100的開口數NA設為0.2時，曲率半徑R係設定如下。第一MF直徑Ce為20μm時，曲率半徑R為30μm左右。第一MF直徑Ce為30μm時，曲率半徑R為40μm左右。第一MF直徑Ce為40μm時，曲率半徑R為55μm左右。
圖5顯示光探針10的前端面100的曲率半徑R與通過前端面100之光信號L的光點半徑ω0的關係。如圖5所示，前端面100的曲率半徑R愈小，光點半徑ω0愈小。此外，光探針10的第一MF直徑Ce為20μm、30μm、40μm時，第一MF直徑Ce愈大，光點半徑ω0愈小。為了有效地光學性連接光元件20與光探針10，將光點直徑設為與光信號端子的大小相同程度。因此，例如光元件20的光信號端子的大小為4μm時，光點半徑ω0為2μm。此時，第一MF直徑Ce為30μm時，曲率半徑 R為30μm左右，第一MF直徑Ce為40μm時，曲率半徑R為45μm左右。
圖6顯示第一MF直徑Ce分別為20μm、30μm、40μm時之光探針10之中心軸C10與光信號L之光軸C20的X軸方向或Y軸方向的位置偏差D與光信號L的連接損失S的關係。其中，圖6的Cd=10μm的曲線圖為模態場直徑為10μm而在固定的單模態光纖的連接損失。在此，前端面100的開口數NA為0.17，動作距離WD為25μm。
如圖6所示，第一MF直徑Ce愈大，連接損失S相對於位置偏差D的變動愈小。根據圖6，將連接損失S的變動抑制於0.1db以內的位置偏差D的範圍如下。第一MF直徑Ce為20μm時，2.5(μm)≧D≧-2.5μm。第一MF直徑Ce為30μm時，3.5μm≧D≧-3.5μm。第一MF直徑Ce為40μm時，5.0μm≧D≧-5.0μm。
排列複數個光探針10而構成的光探針陣列中，光探針10配置於光探針陣列的各個位置會產生誤差。因此，藉由將連接損失相對於位置偏差的變動較小的光探針10使用於光探針陣列，可減少使用光探針陣列之光元件20的測定中的連接損失的變動。因此，藉由將第一MF直徑Ce較大的光探針10使用於光探針陣列，可減少依存於位置偏差D的連接損失S的變動。例如，可使用第一MF直徑Ce為30μm~40μm的光探針10來構成光探針陣列。
此外，藉由調整動作距離WD，可改變減少連接損失S之變動的位置偏差D之範圍的幅度。亦即，愈縮短動作距離WD，例如可將連接損失S的變動減少為0.1dB以內的位置偏差D的範圍擴大。
圖7顯示光探針10的前端面100的曲率半徑R與光點半徑ω0固定之中心軸方向的範圍的長度(以下，亦稱「光點長度H」)的關係。光點長度H的兩倍為光信號L的焦點深度。如圖7所示，曲率半徑R愈大光點長度H愈長。此外，第一MF直徑Ce愈大光點長度H愈短。
例如，光元件20的光信號端子的大小為4μm時，光點半徑ω0為2μm。根據圖5，第一MF直徑Ce為30μm的情況下，要使光點半徑ω0為2μm時，曲率半徑R為30μm。此時，根據圖7，光點長度H為5μm，因此焦點深度為10μm。因此，即使動作距離沿著Z軸方向變動10μm左右，連接損失也幾乎無變化。如此，藉由滿足式(6)的關係式的光探針10，可放大Z軸方向的位置偏差的容許度。
另外，會有光探針10的中心軸C10與光信號L的光軸C20非平行而是中心軸C10與光軸C20交叉的情形。以下將此時之中心軸C10與光軸C20所形成的夾角稱為「傾角」。並且以下將肇因於傾角之前端面100的光信號L的入射角的角度偏移稱「旋轉偏差」。由於傾角的發生，亦認為會產生光探針10傳送的光信號L的特性的變動(以下稱為「入射變動」)。
然而，光探針10中，通過前端面100之光信號L的行進方向與中心軸方向平行地靠近。因此，會抑制肇因於傾角之發生的入射變動，可使光信號L穩定入射至光探針10。亦即，光探針10對於旋轉偏差的容許度大。因此，藉由光探針10，即使中心軸C10與光軸C20非平行的情形下，仍可抑制光信號L的連接損失。
如以上說明，第一實施型態的光探針10係具有將模態場直徑擴大的第一區域11，藉此改善對於X軸方向及Y軸方向的位置偏差的容許度。此外，由於前端面100為滿足式(6)之關係式的曲面，因此入射至前端面100的光信號L的行進方向係平行地靠近光探針10的中心軸C10。因此，動作距離WD變動偏離預定距離時，光探針10中之損失變動減少。亦即，改善對於Z軸方向的位置偏差的容許動。再者，光探針10對於肇因於傾角的旋轉偏差的容許度大。
因此，藉由光探針10，可改善對於XYZ軸方向的位置偏差及旋轉偏差的容許度。因此，可縮短光探針10與光元件20之對位所耗費的時間，依請況可不需進行精密的對位。並且，藉由使用光探針10的測定，可穩定並準確地測定光元件20出射的光信號L的特性。因此，可使用光信號L的傳送模態為單模態的光探針10有效地測定光元件20。
參照圖8A至圖8B，說明光探針10的製造方法。在此，以下所述的製造方法僅為一例，不言而喻地，亦可藉由此外的各種製造方法例如包含本變形例的製造方法來製造光探針10。
首先，準備模態場直徑從一端部起沿著中心軸方向錐狀地逐漸地縮減的光纖。例如，於具有藉由芯部101與被覆部102所構成的光波導的光纖，如圖8A所示，形成第一區域11。第一區域11的形成方法可採用將芯部101局部加熱的方法等。例如，將被覆直徑、模態場直徑為第二MF直徑Cd的單模態光纖的一端部加熱至1200至1400℃左右。藉由此加熱步驟，使存在於芯部101內之用以增加折射率的添加物擴散，使芯部101 徑向擴大。藉此，形成前端面之模態場直徑為第一MF直徑Ce的第一區域11。擴散的添加物例如為鍺(Ge)等。
接著，使用端面研磨機、精密研削機等將藉由固定輔助具等而固定的第一區域11之端部研磨成圓錐形狀。藉此，形成圖8A中以虛線表示的圓錐形狀區域110。
之後，以圓錐形頂部為軸，藉由放電加工所致的加熱成形、精密研削加工等，將圓錐形狀區域110的表面加工成凸曲面，如圖8B所示，形成前端面100。此時，亦可如圖8B所示，將以中心軸C10為中心之直徑Lc的範圍加工成曲面，而將加工成曲面之範圍的外側的外緣區域103加工為錐形形狀。
將圓錐形狀區域110的表面加工成凸曲面之上述步驟中，將前端面100形成為滿足前端面100的曲率半徑R滿足式(6)的關係式。藉此，使從前端面100入射的光信號L的行進方向平行地靠近光探針10的光波導的中心軸方向。藉由以上步驟來製造光探針10。
將圓錐形狀區域110的表面加工成曲面的步驟中，例如可採用高頻放電、使用二氧化碳(CO2)雷射之加熱溶融的方法、研磨機之精密研磨的方法等。此外，亦可在研磨加工之後進行加熱溶融而將圓錐形狀區域110的表面加工成曲面。藉由研磨加工之後進行加熱溶融的方法，可改善研磨加工所致的表面粗糙度，減少光信號L的前端面100之表面分散所致的連接損失。
例如，第一區域11的芯直徑可為25μm左右，第一MF直徑Ce可為30μm左右。並且，第二區域12的芯直徑可為8μm左右，第二MF直徑Cd可為10μm左右。
藉由將排列複數個光探針10構成的光探針陣列使用於光元件20的測定，可同時將複數個光信號端子分別與光探針10對位。因此，藉由使用光探針陣列，可在短時間測定光元件20的特性。亦即，相較於將光探針10一根一根地與光信號端子進行對位的測定方法，藉由光探針陣列將光探針10與光信號端子多芯連接，可大幅地縮短對位所需的時間。
排列複數個光探針10而構成光探針陣列時，配置於光探針陣列的光探針10的位置會有產生誤差的可能性。然而，光探針10對於XYZ軸方向的位置偏差及旋轉偏差的容許度大，因此，藉由以光探針10所構成的光探針陣列，不論是光探針10與光元件20的相對地位置變動，亦或中心軸C10與光軸C20形成傾角而交叉，皆可降低光信號L的入射變動。因此，使用光探針10所構成的光探針陣列，可容易地將形成於晶圓多數個光元件20的光信號端子分別與光探針10在減少入射變動的範圍對位。
亦即，藉由採用光探針10所構成的光探針陣列的測定，同時將複數個光元件20對位並進行測定，藉此可縮短測定時間且可減少連接損失。結果，可容易地進行光元件20的測定評估，可改善製程而提升生產性。
圖9A顯示由光探針10所構成的光探針陣列之例。圖9A中顯示排列四個光探針10的光探針陣列15，惟構成光探針陣列之光探針10的數量不限於四。
圖9A所示的光元件20的構成係等間隔地配置入出射端由繞射光柵(diffraction grating)所構成的光信號端子21。從光探針10的前端面100出射的光輸入信號係入射至距離光探針10的前端面100達動作距離WD的光信號端子21。入射至光信號端子21的光輸入信號係藉由入出射端的繞射光柵而偏向，而在形成於光元件20的光波導(圖示省略)內傳送。並且，光輸入信號係傳送至配置於光元件20之內部的感光元件、光開關、調變元件等功能零件。例如，如圖9B所示，將光信號從光信號端子21傳送至光元件20的功能零件的光波導22係模態場直徑逐漸變細的錐形形狀。
另一方面，從光元件20的光信號端子21的繞射光柵偏向而出射的光輸出信號係入射至光探針10的前端面100。在光探針10的內部傳送的光輸出信號係入射至光電轉換部50。光電轉換部50係將光輸出信號轉換成電信號並放大。
構成光探針陣列15的光探針10係前端面100的模態場直徑擴大且前端面100為曲率半徑R的曲面。因此，即使光探針10與光信號端子21之間產生XYZ軸方向的位置偏差亦或旋轉偏差，損失變動亦小。因此，使用光探針陣列15可在短時間處理穩定的高準確的測定。另外，可藉由動作距離WD的設定來調整將損失變動抑制於預定的容許範圍的容許偏差。藉由設定滿足WD≦WDm=Ce/tan(αm)之關係式的範圍中之動作距離WD，可使容許偏差增加。
另外，圖9A中顯示將光探針10排列成一列之構成的光探針陣列15之例，惟光探針陣列15亦可為其他構成。例如，光探針陣列15 亦可為沿著X軸方向與Y軸方向分別排列光探針10而配置成複數行列之陣列狀的光探針10的構成。
相對於使用光探針10的測定，採用前端面模態場直徑未擴大的圖10所示之比較例的單模態光纖的光纖10a來測定光元件20時，會產生如以下的問題。光纖10a的模態場直徑係從成形為圓錐形狀之端部起沿著中心軸方向皆為固定。使用光纖10a之光元件20的測定中，必須藉由XYZ軸方向各軸的位置調整及各軸的旋轉微調整的六自由度的次微米等級的精密控制來進行光纖10a與光元件20的對位。因此，以排列光纖10a來構成光探針陣列時，難以分別與光纖10a進行精密的對位而同時測定複數個光元件20。因此，將光纖10a用於形成於晶圓的複數個光元件20的測定時，會耗費時間與精力。因此，使用光纖10a之光元件20的評價測定時，生產性差而難以用作量產化的對應。
另一方面，光探針10係XYZ軸方向的對位之誤差的容許度大，且用以調整傾角之以X軸、Y軸等為中心的旋轉而進行的對位之誤差的容許度大。因此，將光探針10用於光探針陣列時，因簡單化而可在短時間完成光探針陣列與光元件20的對位，且可減少損失變動。
圖11顯示使用光探針10的測定系統的構成例。圖11所示之測定系統係具備保持光探針10的光探針頭40。光探針頭40係保持將複數個光探針10配置成陣列狀的光探針陣列15。亦即，雖省略圖式，但光探針10亦與沿著X軸方向同樣地沿Y軸方向等間隔地配置於光探針陣列15。
圖11所示的測定系統係使用於工件台60載置之晶圓200所形成的陣列狀的複數個光元件20的測定。配置於光探針陣列15的光探針10的位置係對應於晶圓200所形成之光元件20的位置。
光探針頭40係藉由光探針驅動裝置45的控制而沿著Z軸方向移動。藉此，可微調整光探針10的前端面100與光元件20之沿著Z軸方向的距離。光探針頭40與光元件20之X軸方向及Y軸方向的對位，可藉由工件台驅動裝置61移動工件台60而實現。再者，藉由工件台驅動裝置61使工件台60以Z軸方向為中心軸旋轉，可針對以Z軸方向為中心軸的旋轉方向(以下亦稱為「Z軸旋轉方向」)，對光探針10調整光元件20的位置。另外，亦可將工件台60的位置固定而使光探針頭40沿著X軸方向、Y軸方向、Z軸方向的各方向移動。
如上所述，可藉由圖11所示之測定系統進行光探針10與光元件20的對位。在此，亦可採用將光探針頭40的位置固定而使工件台60沿著X軸方向、Y軸方向、Z軸方向且沿著Z軸或X軸、Y軸之旋轉方向移動的方法。如此，可對於光探針10與光元件20的對位採用各式各樣的方法。
光探針10與光元件20對位之後，經由圖11所示的測定系統傳送光信號以測定光元件20。例如，以光探針10接收光元件20所出射的光信號L。
光探針10係連接至光電轉換部50，該光電轉換部50係具有光電轉換模組51及電連接端子52。光元件20所出射的光信號L係經由光探針10傳送至與光探針10光學性連接的光電轉換模組51。光電轉換模 組51係將光信號L轉換成電信號，且將所轉換的電信號輸出至電連接端子52。電連接端子52係電性連接圖式省略的測試器。光電轉換部50係將光信號L經光電轉換後之電信號經由電連接端子52傳送至測試器。
光電轉換模組51可使用藉由光檢測器等將光信號L轉換成電信號之型式、藉由繞射光柵型裝置將光信號L分光，且依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51的型式。此外，亦可在光電轉換模組51之前使光信號L分歧而同時進行複數種測定。使用光電轉換部50在光探針頭40的附近對於光探針10的輸出進行光電轉換，藉此可實現檢查系統的簡單化、測定時間的高速化，且可實現測定值的反覆再現性的提升。如此，可使用具備光探針10及保持光探針10之光探針頭40的光探針卡41來測定光元件20。
<變形例>
為了在晶圓狀態下測定傳送電信號與光信號之光元件20的特性，如圖12所示，亦可使用光探針10與傳送電信號之電探針30的組合。電探針30例如為托架式、立針式、立式彈簧式等。電探針30係由電探針頭31保持。
例如，對應於一個光元件20，構成含有成對的光探針10與電探針30的一個探針單元。探針單元係與形成於晶圓200的光元件20的位置相對應而配置。在此，圖12中係例示顯示構成一個測定單元的光探針10與電探針30的數量為各一個的情形。惟，測定單元所包含的光探針10與電探針30的數量可因應光元件20的構成、檢查內容等而設定。
圖12所示之例中，使用複合探針卡42來測定光元件20。複合探針卡42係具有：光探針10、光探針頭40、電探針30、及電探針頭 31。如下所述，用探針單元來測定光元件20。省略圖示之測試器所輸出的電信號係經由電探針30施加至光元件20的電信號端子。並且，由光探針10接收由光元件20的光信號端子所出射的光信號L。藉由使用具有複數個探針單元的複合探針卡42，可將光探針10與光元件20的光信號端子多芯連接，以一次的對位測定複數個光元件20的特性。此外，反之，亦可使光探針10所出射的光信號入射至光元件20的入射端，以光元件20將光信號光電轉換，經由電探針30來測定經光電轉換的電信號。藉此，可提升光元件20之測定的效率。
使用複合探針卡42的光元件20的測定中，由於使用光探針10，對於XYZ軸方向的位置偏差及旋轉偏差的容許度較大。因此，藉由根據使用複合探針卡42的測定，可針對複數個光元件20分別出射的光信號L獲得穩定的輸入輸出特性。此外，藉由測試器與光元件20之間的光信號與電信號兩方的授受，亦可測定光元件20的受光特性、切換特性、振盪特性等。
(第二實施型態)
如圖13所示，第二實施型態的光探針10的第一區域11係具有接合前端部111與連結部112的構成。該前端部111係連續於前端面100。該連結部112係連結至第二區域12。前端部111與連結部112的中心軸C10一致。前端部111的模態場直徑為固定之第一MF直徑Ce。連結部112的模態場直徑係在前端部111與連結部112接合的接合面之處為前端部111的模態場直徑以下。並且，連結部112係具有模態場直徑從與前端部111的接合面起沿著光波導的中心軸方向逐漸縮減的區域。
例如，使用將成為前端面100的第一端面加工為曲率半徑R之曲面的梯度折射係數型(graded index type，GI型)光纖作為前端部111。並且，將前端部111的第二端面與經擴大的連結部112的芯部101的前端面融著連接。使用例如光纖作為連結部112。
前端部111之沿著中心方向的長度T係設定為使從前端面100入射的光信號L與中心軸方向平行地通過前端部111與連結部112的接合面。
例如，前端部111使用GI型光纖時，將前端部111的長度T設定為光信號L可入射的最佳節距長。節距長相當於透鏡內光路長的一週期(2π)。假設節距長P為0.25節距，則T=2πP/
Figure 110118091-A0202-12-0018-17
A(
Figure 110118091-A0202-12-0018-18
A：GI型光纖的折射率分佈常數)。藉此，光信號L係在前端部111與中心軸方向大致平行地行進後，以平行於中心軸方向的平行光入射至前端部111與連結部112的接合面。
根據第二實施型態的光探針10，藉由將具有前端面100的GI型光纖與芯部101經擴大的光纖接合的構成，可延長動作距離WD而擴展前端面100之光信號L的入射範圍。第二實施型態的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)
如上所述，本發明係利用實施型態進行了說明，惟，本揭示的一部分的論述及圖式應理解為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的替代實施型態、實施例及運用技術。
例如，以上係針對光探針10使用單模態光纖之例進行了說明，惟使用於光探針10的光纖不限於單模態光纖。例如，光探針10亦可使用偏振保持光纖(polarization-maintaining optical fiber)、波散遷移光纖(dispersion-shifted fiber)、光子晶體光纖(photonic crystal fibers)等。再者，光探針10亦可為於基板內形成芯部的光波導構造。藉由於基板內或基板上形成光波導與細微之電佈線圖案之由光探針10構成的多芯光探針陣列以及與光探針陣列相同的電探針陣列，亦可將光電轉換部積體化地構成。如此，可將測定系統整體小型積體化，並且可將光探針10、電探針30相對於晶圓200的光元件20藉由基板一體地構成。因此，可有效地用於省去或減少位置調整的小型測定構造。
此外，如圖14所示，被覆部102的表面亦可由樹脂膜120所被覆。藉由於光探針10的外側被覆樹脂膜120，可提升光探針10的機械強度。再者，藉由於光探針10的外側被覆樹脂膜120，可防止光探針10內侵入、吸收水分。因此，可防止因水分的侵入所致之光探針10的材質劣化、連接損失的增加。樹脂膜120例如為膜厚數μm的聚醯亞胺膜等。
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:第一區域
12:第二區域
13:區域交界
20:光元件
100:前端面
101:芯部
102:被覆部
2α:放射角
C10:中心軸
C20:光軸
Cd:第二MF直徑
Ce:第一MF直徑
Dr:被覆直徑
Q:入射點
L:光信號
R:曲率半徑
WD:動作距離
β+ω:折射角
ω:中心半角

Claims (11)

  1. 一種光探針，係在其本身與光元件之間授受光信號，該光探針係具備以使光波導連續之方式連結之第一區域與第二區域，該光波導係由芯部及配置於前述芯部之外周的被覆部所構成，且該光波導的傳送模態為單模態；前述第一區域係連續於與前述光元件面對的前端面，且前述第一區域係包含模態場直徑朝向前述第一區域與第二區域之區域交界而逐漸縮減的區域，其中該模態場直徑在前述前端面之處為最大；前述前端面為曲面，且前述前端面的曲率半徑設定為使從前述前端面入射之前述光信號的行進方向平行地靠近前述光波導的中心軸方向。
  2. 如請求項1所述之光探針，其中，前述前端面的曲率半徑R、前述前端面的開口數NA、前述前端面的模態場直徑亦即第一MF直徑Ce、入射至前述前端面的前述光信號的放射角2αm、前述光信號入射至前述前端面之入射點處的前記芯部的折射率nr、前述前端面之前述入射點處的中心半角ω、前述入射點處的前述光信號的折射角(ω+β)、以及前述前端面假設為平坦時的前述前端面的開口數sin(α0)，係滿足如下關係式：R=Ce/sin(ω) NA=sin(αm) αm=sin-1{nr×sin(ω+β)}-ω β=sin-1{sin(α0)/nr}，其中α0為前述前端面假設為平坦時之入射至前述前端面的前述光信號的放射角的1/2。
  3. 如請求項1或2所述之光探針，其中，前述區域交界中，前述第一區域的模態場直徑與前述第二區域的模態場直徑一致。
  4. 如請求項1或2所述之光探針，其中，前記光元件與前述前端面的動作距離WD、前述前端面的模態場直徑亦即第一MF直徑Ce、入射至前述前端面之前述光信號的放射角2αm，係滿足WD≦Ce/tan(αm)之關係式。
  5. 如請求項1或2所述之光探針，其中，前述前端面的曲率半徑R與光探針的被覆直徑Dr係滿足R≧Dr/2之關係式。
  6. 如請求項1或2所述之光探針，其中，前記被覆部的表面係由樹脂膜所被覆。
  7. 如請求項1或2所述之光探針，其中，前記第一區域係具有將連續於前述前端面之前端部與連結於前記第二區域之連結部接合的構成；前述前端部的模態場直徑為固定；前述連結部的模態場直徑係在與前述前端部接合的接合面之處為前述前端部的模態場直徑以下，且前述連結部係具有模態場直徑從前述接合面起沿著前述中心軸方向逐漸縮減的區域；前述前端部之沿著前述中心軸方向的長度係設定為使從前述前端面入射之前述光信號與前述中心軸方向平行地通過前述接合面。
  8. 一種光探針陣列，係排列複數個請求項1或2所述之光探針而構成。
  9. 一種光探針卡，係具備： 請求項1或2所述之光探針；以及保持前記光探針的光探針頭。
  10. 一種光探針的製造方法，該光探針的光波導係由芯部及配置於前述芯部之外周的被覆部所構成且傳送模態為單模態，該光探針的製造方法係包含：準備光纖之步驟，該光纖係具有模態場直徑從一方端部沿著中心軸方向逐漸縮減之區域；將前述一方端部研磨成圓錐形狀而形成圓錐形狀區域之步驟；以及以圓錐形頂部為軸，將前記圓錐形狀區域的前端面加工成凸曲面之步驟；並且將前述前端面的曲率半徑設定為使入射至前述前端面之光信號的行進方向平行地靠近前述光波導的中心軸方向。
  11. 如請求項10所述之光探針的製造方法，其中，前述前端面的曲率半徑R、前述前端面的開口數NA、前述前端面的模態場直徑亦即第一MF直徑Ce、入射至前述前端面的前述光信號的放射角2αm、前述光信號入射至前述前端面之入射點處的前記芯部的折射率nr、前述前端面之前述入射點處的中心半角ω、前述入射點處的前述光信號的折射角(ω+β)、以及前述前端面假設為平坦時的前述前端面的開口數sin(α0)，係滿足如下關係式：R=Ce/sin(ω) NA=sin(αm) αm=sin-1{nr×sin(ω+β)}-ω β=sin-1{sin(α0)/nr}，其中α0為前述前端面假設為平坦時之入射至前述前端面的前述光信號的放射角的1/2。
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