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硅光子学

自动晶圆级探测满足硅光子学的应用要求

文/Joe Frankel，Kazuki Negishi，Mike Simmons，Dan Rishavy，Eric Christenson

随 着芯片设计人员承受不断 探测解决方案，支持各种 SiPh 应用， 情况下，精度和吞吐量之间的平衡很
并提供了支持迅速发展的 SiPh 行业
提高数据速率的压力，使
重要，因此可以在许多器件的样品上
用红外光子信号作为数据 的开发路线图。 验证制造过程。
传输介质的波分复用（WDM）技术， 在线过程监控应用旨在不断验证
越来越多地用于 CMOS 器件中。这 探测应用 晶圆制造流程，监视生产流程中的任
种技术被称为“硅光子学”（SiPh）， 硅光子学探测应用通常属于建模 何故障。由于流程监控是一种大批量
不仅可用于取代传统的电气互连，还 和表征、晶圆验收测试或生产过程监 应用，因此在检查最小数量的指标时，
适用于广泛的应用，包括激光雷达、 测的类别。这些应用类别中的每一个， 测量往往会针对速度进行优化。
量子计算和生物传感。 都将其独特的相对重点放在准确性、
光学元件在芯片上的集成，为 吞吐量和测试灵活性上。 探测器使用案例
SiPh 器件的晶圆级探测带来了许多新 建模和表征应用旨在提取用于设 由于行业对各种应用的需求，需
的挑战和需求，其中需要大量的器件 计和模拟器件（或一部分）的模型参 要灵活的探测平台，可以根据应用需求
性能数据，来进行从概念到认证和生 数。在这种情况下，精度是关键，吞 快速优化。在为前面描述的一种应用配
产的设计。在实验室中进行初始原型 吐量的重要性相对较低，因为建模是 置探测器时，需要考虑许多参数，以及
工作时，设置和调节单个装置进行测 设计工程活动。 在精度、吞吐量和功率耦合可重复性方
量，需要花费数分钟或是数小时的时 晶圆验收应用旨在验证芯片设计 面的典型对准性能要求（见表 1）。
间。然而，这种耗费时间和精力的方 的性能，检查器件的功能、可重复性 每种探测配置都由应用的特定需
法，不适合大批量 SiPh 制造的周期 以及衬底上多个器件的性能。在这种 求所驱动。光电（O-E）探测系统配置
时间要求。
需要在吞吐量方面实现巨大飞
激光 光电适配器
跃，才能快速获得流程反馈并将这些
设计提升到新的水平。此外，由于硅
光学连接
中制造的光栅和波导的有效孔径尺
偏振合成器 同轴电缆
寸，输入 / 输出（I/O）测量必须具有 GPB/USB
待测器件
纳米量级的对准精度，这是迄今为止 LAN
多线
传统探测系统闻所未闻的精度。
随着器件技术从简单的传输线， z轴传感器 定位器
驱动器 控制器
发展到光电转换器，再到光调制器等，
制造商必须跟上产生探测器平台的步
伐，使芯片设计人员能够测试和改进
测试执行PC 探测PC 源测试单元
其快速成熟的 SiPh 设计。从 2017 年
开始，FormFactor 公司开发了晶圆级 图1：该原理图显示了硅光子学探测系统的构建模块。

24 May/ Jun 2019 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界