WO2014034655A1 - 光プローブ、検査装置、検査方法 - Google Patents

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清水　隆徳
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    • G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers

Definitions

  • the present invention relates to an optical probe, an inspection apparatus, and an inspection method used for inspecting optical characteristics of an optical circuit formed on a wafer.
  • An optical evaluation of a planar light circuit is performed by connecting an optical fiber to the optical waveguide of the planar optical circuit and allowing light to enter the optical waveguide from the outside through this optical fiber.
  • the refractive index of the optical waveguide is matched to the refractive index of the optical fiber, and the end face of the optical waveguide and the flat end face of the optical fiber are directly connected.
  • a gap is generated between the end face of the optical waveguide and the end face of the optical fiber due to the rough connection surface, etc., but by interposing matching oil between the both end faces, the boundary portion between the optical waveguide and the optical fiber is Prevents light from scattering.
  • Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose a configuration in which an optical circuit is optically evaluated by forming a diffraction grating in the surface of a silicon wafer and entering and exiting the light with an optical fiber.
  • the optical fiber is inclined by about 10 ° with respect to the direction orthogonal to the surface of the silicon wafer so as to face the diffraction grating, and light enters and exits the diffraction grating from the tip of the optical fiber.
  • An object of the present invention is to provide an optical probe, an inspection apparatus, and an inspection method capable of efficiently and reliably inspecting an optical circuit formed on a silicon wafer at a high density.
  • the present invention provides an optical probe for inspecting optical characteristics of an optical circuit formed on an inspection object, an optical waveguide having a core layer and a cladding layer formed to cover the core layer, and the optical waveguide A support member that supports a tip portion of the waveguide, and is provided in the core layer of the optical waveguide, and is provided at an end portion of the optical waveguide core, and outputs light to the outside.
  • a diffraction grating having an input / output surface for inputting light from the outside, and converting an optical axis direction between a propagation direction of light propagated in the optical waveguide core and an input / output direction of light from the input / output surface; And the support member supports the diffraction grating so that the input / output surface faces a predetermined direction.
  • the present invention also includes an optical probe as described above, a stage formed in parallel with an input / output surface of the diffraction grating and having a support surface for supporting the inspection object, the stage, and the optical probe.
  • an inspection apparatus including a moving mechanism that allows relative movement in a plane along the support surface, and an advance / retreat mechanism that advances and retracts the optical probe in a direction to approach and separate from the support surface.
  • the present invention is also an inspection method for inspecting an inspection object provided with an optical circuit side diffraction grating at each of an input end and an output end of an optical circuit, using the optical probe as described above.
  • a step of pressing the diffraction grating of the optical probe to at least a position of the input end of the optical circuit facing the optical circuit side diffraction grating on the surface of the optical circuit, and the optical circuit from the optical waveguide of the optical probe through the diffraction grating A step of inputting light into a side diffraction grating, and a step of evaluating optical characteristics of the optical circuit based on light propagating through the optical circuit and output from the optical circuit side diffraction grating at the output end. Inspection methods are also provided.
  • the optical characteristics of the optical circuit can be evaluated by pressing the diffraction grating of the optical probe against the optical circuit side diffraction grating provided in the optical circuit of the inspection object. This eliminates the need for adjusting the tilt angle of the optical probe, and makes it possible to efficiently and reliably inspect the optical circuit formed on the silicon wafer at a high density.
  • FIG. 9B is a sectional view taken along line XX in FIG. 9A. It is a perspective view which shows the structure of the modification of the probe in 3rd Embodiment.
  • FIG. 10B is a YY sectional view of FIG. 10A. It is a figure which shows the optical waveguide for a reference formed on the measurement wafer in the 4th Embodiment of this invention. It is a figure which shows the relationship between the waveguide length and a loss, and a coupling loss in the case of using the reference optical waveguide.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an inspection apparatus 10 for inspecting a measurement wafer (inspection object) 20.
  • the optical waveguide (optical circuit) 22 of the measurement wafer 20 is inspected by pressing the optical probe 30 against the surface of the measurement wafer 20.
  • a measurement wafer 20 to be inspected includes a wafer substrate 21 made of silicon or the like, and one or more optical waveguides 22 formed on each of a large number of optical integrated circuits (chips) formed on the wafer substrate 21. .
  • the measurement wafer 20 is usually circular, but may be smaller.
  • the wafer substrate 21 may be formed of an SOI (Silicon on Insulator) substrate.
  • the optical waveguide 22 includes a core layer 22a made of, for example, silicon and a clad layer 22b made of, for example, silicon dioxide so as to cover the core layer 22a.
  • a linearly continuous optical waveguide core 25 diffraction gratings (optical circuit side diffraction gratings) 26A and 26B provided at both ends thereof, and tapered waveguide cores 27A and 27B are formed.
  • diffraction gratings optical circuit side diffraction gratings
  • the diffraction gratings 26 ⁇ / b> A and 26 ⁇ / b> B have, for example, a rectangular shape in plan view, and are provided at both ends (input end and output end) of the optical waveguide core 25.
  • the diffraction gratings 26 ⁇ / b> A and 26 ⁇ / b> B have a width larger than the width of the optical waveguide core 25 in the width direction of the optical waveguide core 25 in order to increase the coupling tolerance in the width direction of the optical waveguide core 25.
  • the diffraction gratings 26A and 26B diffract the light propagated in the direction parallel to the surface 20a of the measurement wafer 20 by the optical waveguide core 25 and the tapered waveguide cores 27A and 27B, thereby changing the optical axis direction of the wafer. It changes to the direction which faces the upper direction of the board
  • the tapered waveguide cores 27A and 27B are provided between the optical waveguide core 25 and the diffraction gratings 26A and 26B so that the core width gradually increases in a tapered shape from the optical waveguide core 25 toward the diffraction gratings 26A and 26B. Is formed.
  • Such a measurement wafer 20 is placed on the support surface 100 a of the stage 100.
  • the stage 100 can be moved in two directions (X direction and Y direction) perpendicular to each other within a plane along the surface 20 a of the measurement wafer 20 by a stage moving mechanism (moving mechanism) 110. Thereby, the position of the measurement wafer 20 can be moved in the X direction and the Y direction.
  • the optical probe 30 In order to inspect the optical waveguide 22 of the measurement wafer 20, the optical probe 30 is pressed against the diffraction gratings 26A and 26B provided on both ends of the optical waveguide 22 on the surface 20a of the measurement wafer 20, respectively. .
  • the optical probe 30 includes an optical waveguide 31 and a support member 40 ⁇ / b> A that supports the optical waveguide 31.
  • the optical waveguide 31 has a core layer 31a and a clad layer 31b provided so as to cover the core layer 31a.
  • the core layer 31a and the clad layer 31b are preferably formed using polymer materials having different refractive indexes (refractive index of the clad layer 31b ⁇ refractive index of the core layer 31a) or the like.
  • the core layer 31 a includes an optical waveguide core 33, a tapered waveguide core 34, and a diffraction grating 35.
  • the tapered waveguide core 34 is provided between the optical waveguide core 33 and the diffraction grating 35, and is formed such that the core width gradually increases in a tapered shape from the optical waveguide core 33 toward the diffraction grating 35.
  • the diffraction grating 35 has, for example, a rectangular shape in plan view, and is provided at the distal end portion of the optical waveguide core 33 via a tapered waveguide core 34.
  • the diffraction grating 35 has a width dimension larger than the width of the optical waveguide core 33 in the width direction of the optical waveguide core 33 in order to increase the coupling tolerance in the width direction of the optical waveguide core 33.
  • the diffraction grating 35 has an optical axis direction of the light incident from the outside at the input / output surface 35a or the light emitted to the outside, and the optical axis direction in which the tapered waveguide core 34 and the optical waveguide core 33 are continuous. , Transform by diffraction.
  • the coupling tolerance is increased. It will go down. For this reason, if the diffraction grating 35 and further the diffraction gratings 26A and 26B have a light collecting function, the beam diameter of the diffracted light can be adjusted and the coupling tolerance can be increased.
  • the shapes of the diffraction gratings 26A, 26B, and 35 can be determined by a time domain difference method (FDTD) or the like.
  • FDTD time domain difference method
  • the path length of light changes when light passes through the diffraction gratings 26A, 26B, and 35, and the shapes of the diffraction gratings 26A, 26B, and 35 are generated based on the time difference until the light reaches. This is a known method for determining.
  • Non-Patent Document 2 Suhara et al. IEEE Journal of Quantum Electronics, Volume QE22, No. 6, pages 845-867. June 1986 ( Figure 23)
  • the support member 40 ⁇ / b> A is provided on the upper surface side of the diffraction grating 35 of the optical waveguide 31 and the tapered waveguide core 34 in the optical probe 30.
  • the support member 40 ⁇ / b> A has a plate shape and holds the optical waveguide 31 so that the input / output surface 35 a of the diffraction grating 35 of the optical waveguide 31 faces the measurement wafer 20 on the stage 100.
  • the support member 40A is in a direction (Z direction) perpendicular to the surface 20a of the measurement wafer 20 set on the stage 100 by a probe lifting / lowering mechanism (advancing / retracting mechanism) 120 including an actuator or the like provided in the inspection apparatus 10. It is possible to approach and separate.
  • the tip of the optical probe 30 is pressed against the surface 20a of the measurement wafer 20, and the input / output surface 35a of the diffraction grating 35 of the optical waveguide 31 supported by the support member 40A is made to face the diffraction gratings 26A and 26B. Can be done.
  • the measurement wafer 20 is inspected by the inspection apparatus 10 having the above-described configuration, the measurement wafer 20 is set on the stage 100, and the measurement wafer 20 is fixed to the stage 100 by appropriate means such as vacuum suction.
  • the stage 100 is moved by the stage moving mechanism 110 (see FIG. 1), so that the diffraction gratings 26A and 26B provided at both ends of the optical waveguide 22 of the measurement wafer 20
  • the optical probe 30 is moved to a position facing the diffraction grating 35.
  • each optical probe 30 is moved in a direction approaching the surface 20 a of the measurement wafer 20. Then, as shown in FIG. 1, the tip of each optical probe 30 is abutted on the surface 20a of the measurement wafer 20 at a position facing the diffraction gratings 26A and 26B.
  • the measurement wafer 20 is incident on the measurement wafer 20 from a light source (not shown) such as an external light emitting element through the optical waveguide core 33 of one optical probe 30 (for example, the optical probe 30 facing the diffraction grating 26A).
  • the light propagating through the optical waveguide core 33 is converted in its optical axis by the diffraction grating 35 and output in the direction of the measurement wafer 20 facing the diffraction grating 35.
  • the output light reaches the diffraction grating 26A on one end side of the optical waveguide 22 of the measurement wafer 20, the optical axis direction is converted, and the light is propagated to the optical waveguide core 25 through the tapered waveguide core 27A.
  • the light propagating through the optical waveguide core 25 further passes through the tapered waveguide core 27B, the direction of the optical axis thereof is converted again by the diffraction grating 26B, and is output toward the other optical probe 30 facing the diffraction grating 26B. Is done.
  • the light output from the diffraction grating 26B on the other end side of the optical waveguide 22 of the measurement wafer 20 reaches the diffraction grating 35 of the optical probe 30, the optical axis direction is converted, and the light is transmitted through the tapered waveguide core 34. Propagated to the waveguide core 33. A value of a predetermined parameter such as a loss is evaluated in an evaluation unit that is propagated by the optical waveguide core 33 and provided in the inspection apparatus 10. Thereby, the inspection of the optical waveguide 22 formed on the measurement wafer 20 is completed.
  • a branch path may be formed in the optical waveguide 22, and at that time, there are three or more light input / output units for the optical waveguide 22. In such a case, three or more optical probes 30 may be prepared, pressed against each input / output unit, and simultaneously inspected.
  • the optical probe 30 is provided with the diffraction grating 35 optically coupled to face the diffraction gratings 26A and 26B provided at the end of the optical waveguide 22 of the measurement wafer 20. did. Thereby, the optical waveguide 22 can be inspected only by pressing the diffraction grating 35 of the optical probe 30 against the diffraction gratings 26 ⁇ / b> A and 26 ⁇ / b> B of the measurement wafer 20. At this time, since the optical probe 30 does not need to adjust the inclination angle with respect to the surface 20a of the measurement wafer 20, the optical waveguide 22 can be easily and reliably inspected.
  • the beam diameter of the diffracted light can be adjusted between the optical probe 30 and the measurement wafer 20, and the coupling tolerance is increased. be able to. Further, since the tolerance in the Z direction between the optical probe 30 and the surface 20a of the measurement wafer 20 is increased, only the alignment of the optical probe 30 and the measurement wafer 20 in the X direction and the Y direction is performed with high accuracy. All you have to do is This also makes it possible to easily and reliably inspect the optical waveguide 22.
  • the optical probe 30 is pressed against each of the diffraction gratings 26A and 26B provided at both ends of the optical waveguide 22 for inspection, but as shown in FIG.
  • the light receiving element 50 built in the measurement wafer 20 can be replaced.
  • the optical probe 30 is pressed against the diffraction grating 26A at one end (input end) of the optical waveguide 22, and inspection light is input from the optical probe 30 to the optical waveguide 22, as shown in the above embodiment. Then, light is received by the light receiving element 50 at the other end (output end) of the optical waveguide 22.
  • the received light is converted into an electric signal corresponding to the intensity or the like, and the electric signal is received by the electric prober 70 and output to the evaluation unit of the inspection apparatus 10. Even in such a configuration, the same effect as described above can be obtained.
  • the measurement wafer 20 is set on the stage 100, the stage 100 is moved in two directions (X direction and Y direction) in a plane along the surface 20a of the measurement wafer 20, and light is emitted.
  • the probe 30 is moved in the Z direction orthogonal to the surface 20a, the measurement wafer 20 is kept fixed and the optical probe 30 side is moved in the X direction and the Y direction in addition to the Z direction. You can also.
  • the stage 100 can be configured to move in the three directions of the X direction, the Y direction, and the Z direction while the optical probe 30 side is fixed.
  • an alignment mark capable of recognizing an image is formed on the measurement wafer 20 or the optical waveguide 22. High-precision alignment may be automatically performed by recognizing the image.
  • the inspection apparatus 10 includes a plurality of sets of optical waveguide cores 33, tapered waveguide cores 34, and diffraction gratings 35 arranged in parallel as the optical waveguide 31 on the support member 40B of the optical probe 30. The rest is the same as in the first embodiment. As shown in FIG.
  • the support member 40B is formed in a strip shape along one direction, and a plurality of diffraction gratings 35 and tapered waveguide cores 34 are provided along the longitudinal direction of the support member 40B.
  • the waveguide core 34 is provided with linear optical waveguide cores 33 extending in parallel to each other.
  • a plurality of sets of diffraction gratings 35 are simultaneously opposed to a plurality of optical waveguides 22 on the measurement wafer 20, and each optical waveguide 22 can be evaluated simultaneously.
  • the inspection efficiency is increased, and the operational effects shown in the first embodiment are more remarkable.
  • the support member 40B that supports the optical waveguide 31 provided with a plurality of sets of the optical waveguide core 33, the tapered waveguide core 34, and the diffraction grating 35 as described above may have other shapes as appropriate.
  • a rectangular frame-shaped support member 40 ⁇ / b> C is provided, and the exposure area A so that all optical waveguides 22 located in the exposure area A for one shot can be simultaneously inspected on the measurement wafer 20.
  • a predetermined number of diffraction gratings 35 may be arranged along the outer periphery of each of the optical waveguide cores, and the tapered waveguide core 34 and the optical waveguide core 33 may be led out from the respective diffraction gratings 35 to the outer periphery side of the support member 40C.
  • the support member 40 ⁇ / b> D can be formed in a rectangular shape corresponding to the shape of the exposure area A so as to cover the exposure area A for one shot.
  • the support member 40 ⁇ / b> E may be annular and the predetermined number of diffraction gratings 35 may be annularly arranged along the outer peripheral shape B of the circular measurement wafer 20.
  • the support member 40 ⁇ / b> F may be circular so as to cover the circular measurement wafer 20.
  • the optical probe 30 has a configuration in which an electric signal transmission line 51 is provided in the vicinity of the optical waveguide 31.
  • the transmission line 51 includes a conductor 51a and a pair of conductors 51b arranged on both sides of the surface of the clad layer 31b of the optical probe 30 on the side facing the surface 20a of the measurement wafer 20 as shown in FIG. It is formed by being provided.
  • a ground conductor 51c is formed on the opposite side of the conductor 51b across the clad layer 31b, and the ground conductor 51c is electrically connected to the conductor 51b through a via 51d penetrating the clad layer 31b.
  • the grounded coplanar line can be configured.
  • the transmission line 51 is provided on both sides of the diffraction grating 35.
  • Slots (air gaps) 52 are formed between the transmission lines 51 adjacent to each other, and the cladding layer 31b is exposed.
  • the diffraction grating 35 is disposed at a position facing the slot 52, and light can be input or output through the slot 52.
  • the conductor 51a is disposed between the two optical waveguide cores 33, and the two conductors 51b are disposed outside the two optical waveguide cores 33. May be. Also in this case, the diffraction grating 35 is provided at a position where the cladding layer 31b is exposed in the slot 52 formed between the conductor 51a and the conductors 51b on both sides thereof.
  • the optical waveguide 22 can be optically evaluated by pressing the optical probe 30 against the surface 20a of the measurement wafer 20 as shown in FIG.
  • Electrical evaluation can be performed on the elements provided in 22 and other elements and electric circuits.
  • the constituent members necessary for optical coupling and the constituent members necessary for electrical connection may interfere with each other.
  • both optical coupling and electrical connection can be achieved in a small space.
  • the transmission line 51 as a grounded coplanar line, a high-speed electrical signal such as 10 Gbit / s can be input.
  • the transmission line 51 is a grounded coplanar line.
  • the transmission line 51 is not limited to this, and a microstrip line, another type of coplanar line, or the like may be formed as appropriate.
  • each chip C (one of which is illustrated in the figure) formed on the measurement wafer 20 is arranged in parallel with the optical waveguide 22 that is the original inspection target.
  • One or more reference optical waveguides 60A, 60B,... Having a line length different from that of the optical waveguide 22 are provided.
  • the reference optical waveguides 60A, 60B,... Have diffraction gratings 26A, 26B and tapered waveguide cores 27A, 27B, respectively, and have the same optical connection structure as the optical waveguide 22. is doing.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the difference in loss due to the waveguide length and the coupling loss when such a reference optical waveguide is used.
  • the loss insertion loss
  • the waveguide length of the optical waveguide is 0 (zero).
  • the relationship between the waveguide length and the insertion loss is a linear function, and the inclination thereof becomes an insertion loss per waveguide having a certain length, that is, a propagation loss. Therefore, by measuring the insertion loss in the reference optical waveguides 60A, 60B,...
  • the loss (coupling loss) when the waveguide length is 0 (zero) can be obtained. Then, when inspecting the optical waveguide 22, by correcting the subtraction loss obtained in advance from the insertion loss of the obtained optical waveguide 22 (that is, correcting the evaluation result for the optical waveguide 22), Propagation loss in the optical waveguide 22 can be obtained.
  • optical probe, inspection apparatus, and inspection method of the present invention are not limited to the above-described embodiments described with reference to the drawings, and various modifications can be considered within the technical scope.
  • the diffraction gratings 26A, 26B, and 35 have a condensing function.
  • the light scattering may be suppressed by disposing a diffraction grating having a condensing function between the diffraction gratings 26 ⁇ / b> A and 26 ⁇ / b> B and the diffraction grating 35 without using what is provided.
  • a diffraction grating having a condensing function between the diffraction gratings 26 ⁇ / b> A and 26 ⁇ / b> B and the diffraction grating 35 without using what is provided.
  • the structure and manufacturing process become complicated, and the additional diffraction grating with a condensing function is located on the surface of the measurement wafer or probe, so that it is easy to get scratches and dirt, and the yield may deteriorate.
  • the use of diffraction gratings 26A, 26B, and 35 having a light collecting function can avoid the occurrence of such a problem.
  • the configurations described in the embodiments can be combined as appropriate. In addition to this, as
  • the optical characteristics of the optical circuit can be evaluated by pressing the diffraction grating of the optical probe against the optical circuit side diffraction grating provided in the optical circuit of the inspection object. Angle adjustment or the like is not necessary, and it is possible to efficiently and reliably inspect an optical circuit formed on a silicon wafer at a high density.

Abstract

　コア層と該コア層を覆うよう形成されたクラッド層とを有した光導波路と、　前記光導波路の先端部を支持する支持部材と、を有する光プローブ。前記コア層に、光導波路コアと、その端部に設けられ、外部に光を出力または外部から光を入力する入出力面を有し、前記光導波路コアで伝搬される光の伝搬方向と前記入出力面からの光の入出力方向との間で光軸方向を変換する回折格子とが設けられ、前記支持部材は、前記入出力面が予め定めた方向を向くよう前記回折格子を支持する。

Description

光プローブ、検査装置、検査方法
　本発明は、ウエハに形成された光回路の光特性を検査するのに用いる、光プローブ、検査装置、検査方法に関する。
　平面光回路（Ｐｌａｎｅｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＰＬＣ）の光学評価は、平面光回路の光導波路に、光ファイバを接続し、この光ファイバを介して外部から光導波路に光を入射することで行う。このとき、光導波路の屈折率を光ファイバの屈折率に合わせ、光導波路の端面と光ファイバの平坦な端面とを直接接続するようにしていた。その際、接続面の荒れなどによって光導波路の端面と光ファイバの端面との間に隙間が発生するが、両端面間にマッチングオイルを介在させることで、光導波路と光ファイバとの境界部分から光が散乱するのを防いでいる。
　ところで、特許文献１に記載のように、シリコンフォトニクスの発展により、ＰＬＣにおいては、シリコンをコア、二酸化シリコンをクラッドとしたシリコン細線導波路が用いられるようになっている。シリコン細線導波路においては、最小曲げ半径を小さくできることから、１つのシリコンウエハに光導波路を有した光集積回路のチップを多数配置することが可能になっている。
　しかし、従来のＰＬＣの光学評価では、光導波路の端面をダイシングなどでチップ化し、個々の測定部位ごとに光導波路の当該端面に光ファイバの端面を押し当てて測定する必要がある。
　ここで、シリコン細線導波路は、光ファイバに対して、導波路幅が１／１０程度であるため、光ファイバとシリコン細線導波路との間には、大きな屈折率差が存在する。このため、光ファイバとシリコン細線導波路との間で、光学的に確実な結合を実現するため、光ファイバの先端をレンズ形状にした先球ファイバを用いることも行われている。
　この場合、光ファイバとシリコン細線導波路とを、高い調芯精度で位置合わせする必要があり、これに手間が掛かる。
　そこで、特許文献１、非特許文献１には、シリコンウエハの面内に回折格子を形成し、この回折格子に光ファイバによって光を入出射することによって、光回路の光学評価を行う構成が開示されている。より具体的には、光ファイバを、シリコンウエハの表面に直交する方向に対して１０°程度傾けて回折格子に対向させ、光ファイバの先端から回折格子に光を入出射させている。
特開２０１１－１０７３８４号公報
Ｌ．Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎ　ｅｔ　ａｌ．、ＩＥＥＥ　ＬＥＯＳ　ＮＥＷＳＬＥＴＴＥＲ、２００８年１２月号、４－１４頁
　しかしながら、特許文献１に記載の構成では、光ファイバとシリコンウエハとを、シリコンウエハの表面に沿ったＸＹ方向における相対位置、およびシリコンウエハの表面に直交するＺ方向における相対位置、Ｚ方向に対する光ファイバの傾斜角度について、高精度に調整する必要がある。
　シリコンウエハ上には、高密度で形成された光集積回路が多数配置されているため、これらの検査を効率良くかつ確実に行うには、改善の余地がある。
　本発明の目的は、シリコンウエハ上に高密度に形成された光回路の検査を、効率良くかつ確実に行うことのできる光プローブ、検査装置、検査方法を提供することである。
　従って本発明は、検査対象物に形成された光回路の光学特性を検査する光プローブであって、コア層と該コア層を覆うよう形成されたクラッド層とを有した光導波路と、前記光導波路の先端部を支持する支持部材と、を有し、前記光導波路の前記コア層に、光を伝搬する光導波路コアと、前記光導波路コアの端部に設けられ、外部に光を出力または外部から光を入力する入出力面を有し、前記光導波路コアで伝搬される光の伝搬方向と前記入出力面からの光の入出力方向との間で光軸方向を変換する回折格子とが設けられ、前記支持部材は、前記入出力面が予め定めた方向を向くよう前記回折格子を支持することを特徴とする光プローブを提供する。
　本発明はまた、上記したような光プローブと、前記回折格子の入出力面と平行に形成され、前記検査対象物を支持する支持面を有したステージと、前記ステージと前記光プローブとを、前記支持面に沿った面内で相対移動可能とする移動機構と、前記光プローブを、前記支持面に接近・離間する方向に進退させる進退機構と、を備える検査装置も提供する。
　本発明はまた、光回路の入力端および出力端にそれぞれ光回路側回折格子が設けられた検査対象物を、上記したような光プローブを用いて検査する検査方法であって、前記検査対象物の表面において、少なくとも前記光回路の入力端の前記光回路側回折格子に対向する位置に、前記光プローブの前記回折格子を押し付ける工程と、前記光プローブの光導波路から前記回折格子を通して前記光回路側回折格子に光を入力する工程と、前記光回路を伝搬し、前記出力端の前記光回路側回折格子から出力された光に基づき、前記光回路の光学特性を評価する工程と、を備える検査方法も提供する。
　本発明によれば、光プローブの回折格子を、検査対象物の光回路に設けられた光回路側回折格子に押し付けることで、光回路の光学特性を評価することができる。これにより、光プローブの傾斜角度調整等が不要となり、シリコンウエハ上に高密度に形成された光回路の検査を、効率良くかつ確実に行うことが可能となる。
本発明の第１の実施形態に係る検査装置の構成を示す断面図である。 プローブを測定ウエハに接近させる状態を示す断面図である。 第１の実施形態の変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態におけるプローブの構成を示す斜視展開図である。 第２の実施形態におけるプローブの変形例を示す斜視展開図である。 第２の実施形態におけるプローブの他の変形例を示す斜視展開図である。 第２の実施形態におけるプローブのさらに他の変形例を示す斜視展開図である。 第２の実施形態におけるプローブのさらに他の変形例を示す斜視展開図である。 本発明の第３の実施形態におけるプローブの構成を示す斜視図である。 図９ＡのＸ－Ｘ断面図である。 第３の実施形態におけるプローブの変形例の構成を示す斜視図である。 図１０ＡのＹ－Ｙ断面図である。 本発明の第４の実施形態における、測定ウエハ上に形成された参照用光導波路を示す図である。 参照用光導波路を用いた場合における、導波路長さと損失の違い、および結合損の関係を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明による光プローブ、検査装置、検査方法を実施するための最良の形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施形態例のみに限定されるものではない。
（第１の実施形態）
　図１は、測定ウエハ（検査対象物）２０を検査するための検査装置１０の概略構成を示す図である。
　検査装置１０においては、測定ウエハ２０の表面に光プローブ３０を押し当てることによって、測定ウエハ２０の光導波路（光回路）２２を検査する。
　検査対象となる測定ウエハ２０は、シリコン等からなるウエハ基板２１と、ウエハ基板２１上に形成された多数の光集積回路（チップ）のそれぞれに形成された１以上の光導波路２２と、を有する。また測定ウエハ２０は通常は円形であるが、小片化してもよい。
　ウエハ基板２１は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板によって形成してもよい。
　光導波路２２は、例えばシリコンからなるコア層２２ａと、コア層２２ａを覆うように形成された、例えば二酸化シリコンからなるクラッド層２２ｂと、を有する。
　コア層２２ａには、線状に連続する光導波路コア２５と、その両端部にそれぞれ設けられた回折格子（光回路側回折格子）２６Ａ，２６Ｂと、テーパ導波路コア２７Ａ，２７Ｂと、が形成されている。
　回折格子２６Ａ，２６Ｂは、例えば平面視矩形状で、光導波路コア２５の両端部（入力端、出力端）に設けられている。この回折格子２６Ａ，２６Ｂは、光導波路コア２５の幅方向における結合許容度を高めるため、光導波路コア２５の幅方向において、光導波路コア２５の幅よりも大きな幅を有している。
　この回折格子２６Ａ，２６Ｂは、光導波路コア２５，テーパ導波路コア２７Ａ，２７Ｂによって、測定ウエハ２０の表面２０ａと平行な方向に伝搬されてきた光を回折することによって、その光軸方向をウエハ基板２１の上方を向く方向に変換して、表面２０ａから出射させる。同様に、外部から入射された光の光軸方向を回折により変換し、回折格子に接続されるテーパ導波路コア，光導波路コアが連続する方向に光を向かわせる。
　テーパ導波路コア２７Ａ，２７Ｂは、光導波路コア２５と回折格子２６Ａ，２６Ｂとの間に設けられ、光導波路コア２５から回折格子２６Ａ，２６Ｂに向けてそのコア幅がテーパ状に漸次拡大するよう形成されている。
　このような測定ウエハ２０は、ステージ１００の支持面１００ａ上に載置されている。
　ステージ１００は、ステージ移動機構（移動機構）１１０によって、測定ウエハ２０の表面２０ａに沿った平面内で、互いに直交する二方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動可能とされている。これにより、測定ウエハ２０の位置を、Ｘ方向、Ｙ方向に移動できるようになっている。
　測定ウエハ２０の光導波路２２を検査するには、測定ウエハ２０の表面２０ａにおいて、光導波路２２の両端部に設けられた回折格子２６Ａ、２６Ｂに対向した位置に、それぞれ、光プローブ３０を押し当てる。
　光プローブ３０は、光導波路３１と、光導波路３１を支持する支持部材４０Ａと、を備える。
　光導波路３１は、コア層３１ａと、コア層３１ａを覆うよう設けられたクラッド層３１ｂと、を有する。ここで、コア層３１ａとクラッド層３１ｂは、屈折率が互いに異なるポリマー材料（クラッド層３１ｂの屈折率＜コア層３１ａの屈折率）等を用いて形成するのが好ましい。
　コア層３１ａは、光導波路コア３３と、テーパ導波路コア３４と、回折格子３５とを備えている。
　テーパ導波路コア３４は、光導波路コア３３と回折格子３５との間に設けられ、光導波路コア３３から回折格子３５に向けてそのコア幅がテーパ状に漸次拡大するよう形成されている。
　回折格子３５は、例えば平面視矩形状で、光導波路コア３３の先端部にテーパ導波路コア３４を介して設けられている。この回折格子３５は、光導波路コア３３の幅方向における結合許容度を高めるため、光導波路コア３３の幅方向において、光導波路コア３３の幅よりも大きな幅寸法を有している。
　回折格子３５は、その入出力面３５ａにおいて外部から入射された光、または外部に出射する光の光軸方向と、テーパ導波路コア３４，光導波路コア３３が連続する方向の光軸方向とを、回折により変換する。
　ここで、光プローブ３０の回折格子３５と、測定ウエハ２０の回折格子２６Ａ，２６Ｂは、対向する回折格子３５と回折格子２６Ａ，２６Ｂと間での回折光のビーム径が異なると結合許容度が下がってしまう。このため、回折格子３５、さらには回折格子２６Ａ、２６Ｂに集光機能を持たせると、回折光のビーム径を調整することができ結合許容度を高めることができる。
　また、回折格子２６Ａ，２６Ｂ，３５の形状は、時間領域差分法（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ、ＦＤＴＤ）等によって決定できる。時間領域差分法は、光が回折格子２６Ａ，２６Ｂ，３５を通ることによって光の経路長が変わり、これによって生じる、光が到達するまでの時間差に基づいて、回折格子２６Ａ，２６Ｂ，３５の形状を決定する公知の手法である。
　また、回折格子２６Ａ，２６Ｂ，３５のピッチを調整することによって、反射の影響を抑えるために回折光の光軸を傾けて（例えば１０度程度）、コア層２２ａ，３１ａを伝搬してきた光の回折効率を高めることが可能である。
　ここで、回折格子２６，３５に集光機能を持たせるには、非特許文献２に示されるように、屈折率を変化させるための直線状の凹凸構造を曲線状の凹凸構造に変えることにより可能となる。
　非特許文献２　Ｔ．Ｓｕｈａｒａ　ｅｔ　ａｌ．、ＩＥＥE　Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、第ＱＥ２２巻、第６号、８４５－８６７頁。１９８６年６月　（図２３）
　支持部材４０Ａは、光プローブ３０において、光導波路３１の回折格子３５およびテーパ導波路コア３４の上面側に設けられている。この支持部材４０Ａは、プレート状で、光導波路３１の回折格子３５の入出力面３５ａがステージ１００上の測定ウエハ２０に対向するように、光導波路３１を保持する。
　支持部材４０Ａは、検査装置１０に備えられたアクチュエータ等からなるプローブ昇降機構（進退機構）１２０によって、ステージ１００上にセットされた測定ウエハ２０に対し、その表面２０ａに直交する方向（Ｚ方向）に接近・離間可能とされている。これにより、光プローブ３０の先端部を測定ウエハ２０の表面２０ａに押し当て、支持部材４０Ａに支持された光導波路３１の回折格子３５の入出力面３５ａを、回折格子２６Ａ，２６Ｂに対向させることができるようになっている。
　上記したような構成の検査装置１０において測定ウエハ２０の検査を行うに際しては、ステージ１００上に測定ウエハ２０をセットし、バキューム吸着等の適宜手段により、ステージ１００に測定ウエハ２０を固定する。
　そして、図２に示すように、ステージ１００をステージ移動機構１１０（図１参照）によって移動させることで、測定ウエハ２０の光導波路２２の両端部に設けられた回折格子２６Ａ，２６Ｂを、個々の光プローブ３０の回折格子３５に対向した位置に移動させる。
　次いで、各光プローブ３０の支持部材４０Ａを、測定ウエハ２０の表面２０ａに接近する方向に移動させる。
　そして、図１に示したように、各光プローブ３０の先端部を、測定ウエハ２０の表面２０ａにおいて、回折格子２６Ａ，２６Ｂに対向した位置に突き当てる。
　そして、外部の発光素子等の光源（図示無し）から、一方の光プローブ３０（例えば、回折格子２６Ａに対向した光プローブ３０）の光導波路コア３３を介して光を測定ウエハ２０に入射させる。光導波路コア３３を伝搬してきた光は、回折格子３５によってその光軸が変換され、この回折格子３５に対向した測定ウエハ２０の方向に出力される。
　出力された光は、測定ウエハ２０の光導波路２２の一端側の回折格子２６Ａに達し、光軸方向が変換されて、テーパ導波路コア２７Ａを経て、光導波路コア２５に伝搬される。
　光導波路コア２５によって伝搬される光は、さらに、テーパ導波路コア２７Ｂを経て、回折格子２６Ｂでその光軸方向が再び変換され、この回折格子２６Ｂに対向した他方の光プローブ３０に向けて出力される。
　測定ウエハ２０の光導波路２２の他端側の回折格子２６Ｂから出力された光は、光プローブ３０の回折格子３５に到達し、その光軸方向が変換されて、テーパ導波路コア３４を経て光導波路コア３３に伝搬される。そして、光導波路コア３３によって伝搬され、検査装置１０に備えられた評価部において、損失等、所定のパラメータの値が評価される。
　これにより、測定ウエハ２０に形成された光導波路２２の検査が完了する。
　なお、測定ウエハ２０には、複数の光導波路２２が形成されているため、個々の光導波路２２に対し、上記の、ステージ１００の移動、光プローブ３０の測定ウエハ２０への突き当て、光導波路２２の評価、といった動作を順次繰り返す。
　また、光導波路２２には分岐路が構成される場合もあり、そのときは光導波路２２に対する光の入出力部が３つ以上になる。このような場合、光プローブ３０を３つ以上用意してそれぞれの入出力部に押し付け、同時に検査を行うようにしてもよい。
　上述したような構成によれば、光プローブ３０に、測定ウエハ２０の光導波路２２の端部に設けられた回折格子２６Ａ，２６Ｂに対向して光学的に結合される回折格子３５を備えるようにした。これにより、光プローブ３０の回折格子３５を測定ウエハ２０の回折格子２６Ａ，２６Ｂに押し当てるのみで、光導波路２２の検査を行うことができる。
　このとき、光プローブ３０は、測定ウエハ２０の表面２０ａに対する傾斜角度の調整が不要であるため、光導波路２２の検査を、容易かつ確実に行うことができる。
　また、回折格子２６Ａ，２６Ｂ，３５に、集光機能を有したものを用いることにより、光プローブ３０と測定ウエハ２０の間で回折光のビーム径を調整することができ、結合許容度を高めることができる。
　また、光プローブ３０と測定ウエハ２０の表面２０ａとのＺ方向におけるトレランスが拡大するため、実質的に、光プローブ３０と測定ウエハ２０のＸ方向、およびＹ方向の位置合わせのみを高精度に行いさえすれば良い。これによっても、光導波路２２の検査を、容易かつ確実に行うことができる。
　なお、上記第１の実施形態において、光導波路２２の両端部に設けられた回折格子２６Ａ，２６Ｂにそれぞれ光プローブ３０を押し当てて検査を行うようにしたが、図３に示すように、その一方は、測定ウエハ２０に作り込まれた受光素子５０に代えることもできる。
　この場合、光導波路２２の一方の端部（入力端）の回折格子２６Ａに光プローブ３０を押し当て、上記実施形態で示したように、光プローブ３０から光導波路２２に検査光を入力する。
　そして、光導波路２２の他方の端部（出力端）の受光素子５０で受光する。受光素子５０では、受光した光がその強度等に応じた電気信号に変換され、その電気信号を電気プローバ７０で受けて、検査装置１０の評価部に出力する。
　このような構成においても、上記と同様の作用効果を得ることができる。
　また、上記第１の実施形態では、測定ウエハ２０をステージ１００上にセットし、ステージ１００を測定ウエハ２０の表面２０ａに沿った平面内で二方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動させ、光プローブ３０を表面２０ａに直交するＺ方向に移動させるようにしたが、測定ウエハ２０は固定したままとし、光プローブ３０側を、Ｚ方向に加え、Ｘ方向、Ｙ方向に移動させる構成とすることもできる。
　さらに、光プローブ３０側を固定したままとし、ステージ１００がＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の三方向に移動する構成とすることもできる。
　さらに、光プローブ３０と測定ウエハ２０とのＸ方向、Ｙ方向の位置合わせを行うために、測定ウエハ２０上、あるいは光導波路２２上に、画像認識可能なアライメントマークを形成し、このアライメントマークを画像認識することによって、高精度な位置合わせを自動的に行うようにしても良い。
（第２の実施形態）
　次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下に説明する第２の実施形態において、上記第１の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第１の実施形態との差異を中心に説明を行う。
　本実施形態における検査装置１０は、光プローブ３０の支持部材４０Ｂに、光導波路３１として、光導波路コア３３と、テーパ導波路コア３４と、回折格子３５とを複数組、並設して備えるようにした他は、上記第１の実施形態と同様である。
　図４に示すように、支持部材４０Ｂは、一方向に沿って帯状に形成され、この支持部材４０Ｂの長手方向に沿って、複数の回折格子３５およびテーパ導波路コア３４が設けられ、各テーパ導波路コア３４には、線状の光導波路コア３３が、互いに平行に延びるよう設けられている。
　このような構成によれば、測定ウエハ２０において、複数の光導波路２２に対し、複数組の回折格子３５を同時に対向させ、それぞれの光導波路２２の評価を同時に行うことが可能となる。これにより、検査効率が高まり、上記第１の実施形態で示した作用効果が、より顕著なものとなる。
（第２の実施形態の変形例）
　上述のような、複数組の光導波路コア３３、テーパ導波路コア３４、回折格子３５を備えた光導波路３１を支持する支持部材４０Ｂは、適宜他の形状とすることができる。
　例えば、図５に示すように、矩形の枠状の支持部材４０Ｃを設け、測定ウエハ２０において、１ショット分の露光エリアＡ内に位置する全ての光導波路２２を同時に検査できるよう、露光エリアＡの外周部に沿って所定数の回折格子３５を配置し、それぞれの回折格子３５から支持部材４０Ｃの外周側にテーパ導波路コア３４、光導波路コア３３を導出させるようにしても良い。　
　これ以外にも、図６に示すように、１ショット分の露光エリアＡを覆うよう、支持部材４０Ｄを例えば露光エリアＡの形状に対応する矩形状とすることもできる。
　また、図７に示すように、円形の測定ウエハ２０の外周部形状Ｂに沿って、支持部材４０Ｅを環状とするとともに、所定数の回折格子３５を環状に配置することもできる。
　図８に示すように、円形の測定ウエハ２０を覆うように、支持部材４０Ｆを円形としても良い。
（第３の実施形態）
　次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下に説明する第３の実施形態において、上記第１、第２の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第１の実施形態との差異を中心に説明を行う。
　本実施形態の検査装置１０においては、図９Ａ、９Ｂに示すように、光プローブ３０において、光導波路３１の近傍に電気信号の伝送線路５１が設けられた構成を有している。
　伝送線路５１は、光プローブ３０のクラッド層３１ｂの表面において、図１に示すような測定ウエハ２０の表面２０ａに対向する側に、導体５１ａと、その両側に配置された一対の導体５１ｂとが設けられることによって形成されている。伝送線路５１は、例えば、クラッド層３１ｂを挟んで導体５１ｂとは反対側に接地導体５１ｃが形成され、この接地導体５１ｃがクラッド層３１ｂを貫通するビア５１ｄを介して導体５１ｂに電気的に接続される、グランデッドコプレーナ線路の構成とすることができる。
　ここで、伝送線路５１は、回折格子３５を挟んでその両側に設けられている。互いに隣接する伝送線路５１間には、スロット（空隙）５２が形成され、クラッド層３１ｂが露出している。回折格子３５は、スロット５２に対向する位置に配置され、このスロット５２を通して光の入力または出力が行えるようになっている。
　また、図１０Ａ、１０Ｂに示すように、導体５１ａを、二本の光導波路コア３３の間に配置し、２本の導体５１ｂを、これら二本の光導波路コア３３の外側に配置するようにしても良い。この場合も、回折格子３５は、導体５１ａと、その両側の導体５１ｂとの間に形成されたスロット５２において、クラッド層３１ｂが露出した位置に設けられている。
　このような構成によれば、光プローブ３０を図１に示すような測定ウエハ２０の表面２０ａに押し当てることによって、光導波路２２の光学的な評価が行えるのに加え、伝送線路５１で光導波路２２に設けられた素子や、その他の素子や電気回路について、電気的な評価（検査）を行うことができる。
　このとき、光プローブ３０に、光導波路３１と、伝送線路５１とを並設することによって、光学的な結合に必要な構成部材と電気的な接続に必要な構成部材とが互いに干渉することもなく、小さなスペースで光学的な結合と電気的な接続とを両立することができる。
　さらに、伝送線路５１をグランデッドコプレーナ線路とすることで、１０Ｇｂｉｔ／ｓ等の高速の電気信号を入力することができる。
　なお、本実施形態では、伝送線路５１をグランデッドコプレーナ線路としたが、これに限らず、適宜マイクロストリップ線路や、他のタイプのコプレーナ線路等を形成してもよい。
（第４の実施形態）
　次に、本発明の第４の実施形態について説明する。以下に説明する第４の実施形態において、上記第１の実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第１の実施形態との差異を中心に説明を行う。
　本実施形態においては、図１１に示すように、測定ウエハ２０に形成された各チップＣ（図ではそのうちの１つを例示）に、本来の検査対象である光導波路２２に並設して、光導波路２２とは線路長が異なる１以上の参照用光導波路６０Ａ，６０Ｂ，…を設けるようにした。
　参照用光導波路６０Ａ，６０Ｂ，…は、光導波路２２と同様、それぞれ、その両端部に、回折格子２６Ａ，２６Ｂ，テーパ導波路コア２７Ａ，２７Ｂを備え、光導波路２２と同じ光接続構造を有している。
　このような構成を備えた測定ウエハ２０を検査するに際しては、光導波路２２だけではなく、参照用光導波路６０Ａ，６０Ｂ，…についても、光導波路２２と同様に、両端部の回折格子２６Ａ，２６Ｂに光プローブ３０の回折格子３５を押し当てて、光学的な評価を行うようにする。
　図１２は、このような参照用光導波路を用いた場合における、導波路長さによる損失の違い、および結合損の関係を示す図である。図１２に示すように、光学的な結合部が同じ光接続構造であり、長さが互いに異なる複数の光導波路におけるロス（挿入損）を測定すると、光導波路の導波路長さが０（ゼロ）のときの結合損が分かる。また、導波路長さと挿入損との関係は一次関数となり、その傾きが、一定長の導波路当たりの挿入損、すなわち伝搬損となる。
　したがって、長さの異なる参照用光導波路６０Ａ，６０Ｂ，…における挿入損を予め測定することで、導波路長さが０（ゼロ）のときのロス（結合損）を求めることができる。
　そして、光導波路２２の検査に際しては、得られた光導波路２２の挿入損から、予め求めた前記の結合損を差し引いて補正する（即ち、光導波路２２に対する評価結果の補正を行う）ことで、光導波路２２における伝搬損を求めることが可能となる。
（その他の実施形態）
　なお、本発明の光プローブ、検査装置、検査方法は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
　例えば、上記第１～第４の実施形態では、回折格子２６Ａ，２６Ｂ，３５として集光機能を有したものを用いるのが好ましい、としたが、回折格子２６Ａ，２６Ｂ，３５として集光機能を有したものを用いず、これら回折格子２６Ａ，２６Ｂと回折格子３５との間に、集光機能を有した回折格子を配置することによって、光の散乱を押さえるようにしても良い。
　ただしその場合、構造および製造工程が複雑化し、さらに追設した集光機能を有する回折格子は測定ウエハまたはプローブの表面に位置することになって傷や汚れがつきやすく、歩留まりが悪くなる可能性がある。これに対し、上記各実施形態で示したごとく、回折格子２６Ａ，２６Ｂ，３５として集光機能を有したものを用いれば、このような問題の発生を回避できる
　また、上記第１～第４の実施形態に記載の構成を適宜組み合わせることもできる。
　これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
　この出願は、２０１２年８月３１日に出願された日本出願特願２０１２－１９１６４８号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明によれば、光プローブの回折格子を、検査対象物の光回路に設けられた光回路側回折格子に押し付けることで、光回路の光学特性を評価することができるので、光プローブの傾斜角度調整等が不要となり、シリコンウエハ上に高密度に形成された光回路の検査を、効率良くかつ確実に行うことが可能となる。
１０　 検査装置
２０　 測定ウエハ（検査対象物）
２０ａ 表面
２１　 ウエハ基板
２２　 光導波路（光回路）
２２ａ コア層
２２ｂ クラッド層
２５　 光導波路コア
２６Ａ，２６Ｂ　 回折格子（光回路側回折格子）
２７Ａ，２７Ｂ　 テーパ導波路コア
３０　 光プローブ
３１　 光導波路
３１ａ コア層
３１ｂ クラッド層
３３　 光導波路コア
３４　 テーパ導波路コア
３５　 回折格子
３５ａ 入出力面
４０Ａ～４０Ｆ　 支持部材
５０　 受光素子
５１　 伝送線路
５１ａ 導体（第一の導体）
５１ｂ 導体（第二の導体）
５１ｃ 接地導体
５１ｄ ビア
５２　 スロット
６０Ａ，６０Ｂ， 参照用光導波路
７０　電気プローバ
１００ ステージ
１００ａ　支持面
１１０ ステージ移動機構（移動機構）
１２０ プローブ昇降機構（進退機構）

Claims (10)

  1. 　検査対象物に形成された光回路の光学特性を検査する光プローブであって、
    　コア層と該コア層を覆うよう形成されたクラッド層とを有した光導波路と、
    　前記光導波路の先端部を支持する支持部材と、を有し、
    　前記光導波路の前記コア層に、
    　　光を伝搬する光導波路コアと、
    　　前記光導波路コアの端部に設けられ、外部に光を出力または外部から光を入力する入出力面を有し、前記光導波路コアで伝搬される光の伝搬方向と前記入出力面からの光の入出力方向との間で光軸方向を変換する回折格子と、
    　が設けられ、
    　前記支持部材は、前記入出力面が予め定めた方向を向くよう前記回折格子を支持することを特徴とする光プローブ。
  2. 　前記回折格子は、前記入出力面から入出力する前記光の集光機能を有することを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
  3. 　前記光導波路の前記クラッド層の表面に沿って、電気信号を伝搬する第一の導体および第二の導体が設けられ、
    　前記回折格子は、前記第一の導体と第二の導体の間に形成されたスロットに対向するよう配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光プローブ。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の光プローブと、
    　前記回折格子の入出力面と平行に形成され、前記検査対象物を支持する支持面を有したステージと、
    　前記ステージと前記光プローブとを、前記支持面に沿った面内で相対移動可能とする移動機構と、
    　前記光プローブを、前記支持面に接近・離間する方向に進退させる進退機構と、
    を備えることを特徴とする検査装置。
  5. 　前記光プローブを二個一対で備え、
    　前記移動機構および前記進退機構により、一方の前記光プローブの前記回折格子を、前記ステージの前記支持面に支持された前記検査対象物の前記光回路の入力端に押し付けるとともに、他方の前記光プローブの前記回折格子を、前記光回路の出力端に押し付けることで、前記光回路の検査を行うことを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
  6. 　前記光回路の出力端に、光を電気信号に変換する受光素子を配置し、
    　前記移動機構および前記進退機構により、前記光プローブの前記回折格子を、前記ステージの前記支持面に支持された前記検査対象物の前記光回路の入力端に押し付けるとともに、前記光回路の出力端にある前記受光素子から電気信号を出力させることで、前記光回路の検査を行うことを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
  7. 　前記支持部材に、複数組の光回路を検査する複数組の光プローブが一体に設けられていることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の検査装置。
  8. 　光回路の入力端および出力端にそれぞれ光回路側回折格子が設けられた検査対象物を、請求項１から３のいずれか一項に記載の光プローブを用いて検査する検査方法であって、
    　前記検査対象物の表面において、少なくとも前記光回路の入力端の前記光回路側回折格子に対向する位置に、前記光プローブの前記回折格子を押し付ける工程と、
    　前記光プローブの前記光導波路から前記回折格子を通して前記光回路側回折格子に光を入力する工程と、
    　前記光回路を伝搬し、前記出力端の前記光回路側回折格子から出力された光に基づき、前記光回路の光学特性を評価する工程と、
    　を備えることを特徴とする検査方法。
  9. 　前記光回路の光学特性を評価する工程は、前記検査対象物の表面において、前記光回路の前記出力端の前記光回路側回折格子に対向する位置に押し付けた他の前記光プローブの前記回折格子を介し、前記出力端の前記光回路側回折格子から出力された光を取り出して前記光回路の光学特性を評価することを特徴とする請求項８に記載の検査方法。
  10. 　前記検査対象物に、前記光回路と同じ光接続構造を有し、かつ前記光回路とは伝搬経路長が異なる複数の参照用光回路を設けておき、
    　前記光回路の光学特性を評価する工程で、前記光回路における光の損失と、前記参照用光回路における光の損失とをそれぞれ検出し、その検出結果に基づき、前記光回路における評価結果を補正することを特徴とする請求項８または９に記載の検査方法。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017085934A1 (ja) * 2015-11-19 2017-05-26 日本電信電話株式会社 シリコン光回路
CN107710042A (zh) * 2015-07-07 2018-02-16 华为技术有限公司 具有表面光栅耦合器和边缘耦合器的光开关
JP2018152542A (ja) * 2017-03-10 2018-09-27 東芝メモリ株式会社 センシングシステム、センシングウェハおよびプラズマ処理装置
JP2019029620A (ja) * 2017-08-03 2019-02-21 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 波長可変光源、及び光モジュール
WO2019230372A1 (ja) * 2018-05-29 2019-12-05 日本電信電話株式会社 光検査回路
JP2019211626A (ja) * 2018-06-05 2019-12-12 日本電信電話株式会社 調芯用光回路
JP2019219453A (ja) * 2018-06-18 2019-12-26 日本電信電話株式会社 調芯用光回路および光調芯方法
EP3314320B1 (en) * 2015-06-29 2020-11-11 Elenion Technologies, LLC Mode converter with a s-bent taper and related polarization rotator
WO2020255191A1 (ja) * 2019-06-17 2020-12-24 日本電信電話株式会社 光回路ウェハ

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11726332B2 (en) 2009-04-27 2023-08-15 Digilens Inc. Diffractive projection apparatus
WO2016020630A2 (en) 2014-08-08 2016-02-11 Milan Momcilo Popovich Waveguide laser illuminator incorporating a despeckler
WO2014034458A1 (ja) * 2012-08-31 2014-03-06 日本電気株式会社 光モジュールと光コネクタとの接続構造
US9933684B2 (en) 2012-11-16 2018-04-03 Rockwell Collins, Inc. Transparent waveguide display providing upper and lower fields of view having a specific light output aperture configuration
US9405065B2 (en) * 2013-10-03 2016-08-02 Stmicroelectronics, Inc. Hybrid photonic and electronic integrated circuits
WO2016042283A1 (en) 2014-09-19 2016-03-24 Milan Momcilo Popovich Method and apparatus for generating input images for holographic waveguide displays
CN111323867A (zh) 2015-01-12 2020-06-23 迪吉伦斯公司 环境隔离的波导显示器
US9632226B2 (en) 2015-02-12 2017-04-25 Digilens Inc. Waveguide grating device
EP3359999A1 (en) 2015-10-05 2018-08-15 Popovich, Milan Momcilo Waveguide display
US9933577B2 (en) * 2016-03-11 2018-04-03 Globalfoundries Inc. Photonics chip
US9715064B1 (en) * 2016-09-13 2017-07-25 Globalfoundries Inc. Multi-chip modules with vertically aligned grating couplers for transmission of light signals between optical waveguides
US10545346B2 (en) 2017-01-05 2020-01-28 Digilens Inc. Wearable heads up displays
JP6420932B1 (ja) * 2017-03-30 2018-11-07 旭化成エレクトロニクス株式会社 光学式濃度測定装置および光学式濃度測定装置の製造方法
KR102594414B1 (ko) 2018-10-24 2023-10-30 삼성전자주식회사 프로브 장치 및 이를 포함하는 테스트 장치
CN113692544A (zh) 2019-02-15 2021-11-23 迪吉伦斯公司 使用集成光栅提供全息波导显示的方法和装置
JP7227067B2 (ja) * 2019-05-08 2023-02-21 株式会社日本マイクロニクス 検査用接続装置
WO2020247930A1 (en) 2019-06-07 2020-12-10 Digilens Inc. Waveguides incorporating transmissive and reflective gratings and related methods of manufacturing
WO2020255190A1 (ja) * 2019-06-17 2020-12-24 日本電信電話株式会社 検査装置および方法
US11442222B2 (en) 2019-08-29 2022-09-13 Digilens Inc. Evacuated gratings and methods of manufacturing
US11243350B2 (en) * 2020-03-12 2022-02-08 Globalfoundries U.S. Inc. Photonic devices integrated with reflectors
US11490177B1 (en) 2020-06-05 2022-11-01 Luminous Computing, Inc. Optical link system and method for computation
WO2022177854A1 (en) * 2021-02-22 2022-08-25 Luminous Computing, Inc. Photonic integrated circuit system and method of fabrication
WO2023204753A1 (en) * 2022-04-21 2023-10-26 Advanced Micro Foundry Pte Ltd A method and system for measurement of optical loss in wafer level testing via wavelength-route division
CN115236372A (zh) * 2022-06-16 2022-10-25 苏州联讯仪器有限公司 一种多功能探针
US20240069291A1 (en) * 2022-08-26 2024-02-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Package structure having grating coupler and manufacturing method thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11304837A (ja) * 1998-04-27 1999-11-05 Yokogawa Electric Corp プローブ装置
WO2001006279A1 (en) * 1999-07-15 2001-01-25 The University Of Sydney Grating structure and optical devices
JP2001318116A (ja) * 2000-05-11 2001-11-16 Micronics Japan Co Ltd 表示用パネル基板の検査装置
JP2008134211A (ja) * 2006-11-29 2008-06-12 Mitsui Chemicals Inc 光導波路の検査方法および検査装置
JP2009217066A (ja) * 2008-03-11 2009-09-24 Sanyo Electric Co Ltd 光学装置
JP2010139483A (ja) * 2008-12-15 2010-06-24 Synergy Optosystems Co Ltd 光導波路の検査システム及び検査方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001330754A (ja) * 2000-05-22 2001-11-30 Nec Corp ファイバ型光カプラ及びその製造方法並びにこれを用いた光部品、光送受信器、光装置
EP1207140A1 (en) * 2000-11-20 2002-05-22 Lucent Technologies Inc. Method for making electrically controllable optical fiber devices
US7194016B2 (en) * 2002-03-22 2007-03-20 The Research Foundation Of The University Of Central Florida Laser-to-fiber coupling
US20040208451A1 (en) * 2002-05-08 2004-10-21 Anders Grunnet-Jepsen Method and apparatus for monitoring optical signals in a planar lightwave circuit via out-of-plane filtering
JP4222141B2 (ja) * 2003-07-25 2009-02-12 沖電気工業株式会社 スーパーストラクチャ・ファイバブラッググレーティングの製造方法及び製造装置
KR101270165B1 (ko) * 2006-12-29 2013-05-31 삼성디스플레이 주식회사 반사 투과형 디스플레이 패널 및 이를 채용한 디스플레이장치
US7480429B1 (en) * 2007-06-28 2009-01-20 International Business Machines Corporation Chip to Chip optical interconnect
JP2011107384A (ja) 2009-11-17 2011-06-02 Nec Corp 光結合デバイスの製造方法
JP5467875B2 (ja) 2010-01-18 2014-04-09 シナジーオプトシステムズ株式会社 光導波路の検査装置
WO2012011370A1 (ja) 2010-07-23 2012-01-26 日本電気株式会社 光接続構造
WO2014023804A2 (en) * 2012-08-08 2014-02-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Directional coupler and optical waveguide
WO2014034458A1 (ja) * 2012-08-31 2014-03-06 日本電気株式会社 光モジュールと光コネクタとの接続構造

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11304837A (ja) * 1998-04-27 1999-11-05 Yokogawa Electric Corp プローブ装置
WO2001006279A1 (en) * 1999-07-15 2001-01-25 The University Of Sydney Grating structure and optical devices
JP2001318116A (ja) * 2000-05-11 2001-11-16 Micronics Japan Co Ltd 表示用パネル基板の検査装置
JP2008134211A (ja) * 2006-11-29 2008-06-12 Mitsui Chemicals Inc 光導波路の検査方法および検査装置
JP2009217066A (ja) * 2008-03-11 2009-09-24 Sanyo Electric Co Ltd 光学装置
JP2010139483A (ja) * 2008-12-15 2010-06-24 Synergy Optosystems Co Ltd 光導波路の検査システム及び検査方法

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3314320B1 (en) * 2015-06-29 2020-11-11 Elenion Technologies, LLC Mode converter with a s-bent taper and related polarization rotator
CN107710042B (zh) * 2015-07-07 2020-01-10 华为技术有限公司 具有表面光栅耦合器和边缘耦合器的光开关
CN107710042A (zh) * 2015-07-07 2018-02-16 华为技术有限公司 具有表面光栅耦合器和边缘耦合器的光开关
US10190941B2 (en) 2015-11-19 2019-01-29 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Silicon optical circuit for flaw detection in an optical circuit element
WO2017085934A1 (ja) * 2015-11-19 2017-05-26 日本電信電話株式会社 シリコン光回路
CN108351469A (zh) * 2015-11-19 2018-07-31 日本电信电话株式会社 硅光路
CN108351469B (zh) * 2015-11-19 2020-09-08 日本电信电话株式会社 硅光路
JPWO2017085934A1 (ja) * 2015-11-19 2018-03-22 日本電信電話株式会社 シリコン光回路
JP2018152542A (ja) * 2017-03-10 2018-09-27 東芝メモリ株式会社 センシングシステム、センシングウェハおよびプラズマ処理装置
JP2019029620A (ja) * 2017-08-03 2019-02-21 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 波長可変光源、及び光モジュール
US11415752B2 (en) 2018-05-29 2022-08-16 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Optical inspection circuit
WO2019230372A1 (ja) * 2018-05-29 2019-12-05 日本電信電話株式会社 光検査回路
JP2019207305A (ja) * 2018-05-29 2019-12-05 日本電信電話株式会社 光検査回路
JP2019211626A (ja) * 2018-06-05 2019-12-12 日本電信電話株式会社 調芯用光回路
WO2019235182A1 (ja) * 2018-06-05 2019-12-12 日本電信電話株式会社 調芯用光回路
JP7167492B2 (ja) 2018-06-05 2022-11-09 日本電信電話株式会社 調芯用光回路
WO2019244555A1 (ja) * 2018-06-18 2019-12-26 日本電信電話株式会社 調芯用光回路および光調芯方法
JP2019219453A (ja) * 2018-06-18 2019-12-26 日本電信電話株式会社 調芯用光回路および光調芯方法
JPWO2020255191A1 (ja) * 2019-06-17 2020-12-24
WO2020255191A1 (ja) * 2019-06-17 2020-12-24 日本電信電話株式会社 光回路ウェハ
JP7222425B2 (ja) 2019-06-17 2023-02-15 日本電信電話株式会社 光回路ウェハ

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