小特集 3. シリコンフォトニクスデバイス・回路のテスティング技術

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シリコンフォトニクスの産業展開と新応用

小特集 3.

シリコンフォトニクスデバイス・回路のテスティング技術

Testing Technology for Silicon Photonics Devices and Circuits

堀川 剛

堀川 剛 正員 東京科学大学工学院電気電子系

Tsuyoshi HORIKAWA, Member (School of Engineering, Institute of Science Tokyo, Tokyo, 152-8550 Japan).

電子情報通信学会誌 Vol.108 No.12 pp.1148-1154 2025年12月

©2025 電子情報通信学会

Abstract

 ウェーハのままで光学素子特性を検証するウェーハレベルテスティングは,シリコンフォトニクスの製造管理やウェーハ出荷検査に必須の検査手法である.シリコンフォトニクスをベースにするコパッケージドオプティクスや異種材料集積等の先端的な光集積においては,複雑な工程を制御する必要からウェーハレベルテスティングはより重要となる.ウェーハレベルテスティングの研究や製造における役割を定義付け,更にシリコン導波路素子や異種材料集積による光機能素子の評価,及びウェーハレベル回路検査に向けた光I/O素子等,テスティングに関わる最近の成果と今後の課題についてまとめた.

キーワード:シリコンフォトニクス,光集積回路,ウェーハレベルテスティング,光導波路,異種材料集積,OFDR,プロセスモニタリング

1.は じ め に

 シリコンフォトニクスを用いた光集積回路は,この20年の間にデータセンターのブラガブル光トランシーバへの適用(1)を中心に光インタコネクトへの応用が進められ,その市場を着実に拡大させている.近年では,シリコンフォトニクス集積回路上にⅢ-V族半導体や電気光学材料などの異種材料を集積し回路性能の向上を図る異種材料集積(2)(3)やシリコンフォトニクス集積回路を電子チップと共通のインタポーザ上に実装するコパッケージドオプティクス(CPO)(4)(5)など,将来の高速伝送と低消費電力化に向けた取組みも盛んとなっている.

 ウェーハのままで高速かつ高精度に光学素子の特性を評価するウェーハレベルテスティングツールは生産の初期から実用化され製造管理に適用されてきた(6).今後,集積素子数の増加や前述の異種集積による工程の複雑化により,ウェーハレベルテスティングの重要性が増すと予想される.近年,シリコンフォトニクス技術の有用性が広く知られるようになり,多様な背景を持つ研究者が新規に応用を検討する状況が続いている.ウェーハレベルテスティングは,こうした新規の研究開発にも容易に適用できる検査手法である.

 本稿では,シリコンフォトニクスやその評価・検査技術を専門としない方を対象に,ウェーハレベルテスティングによるシリコンフォトニクス素子・回路の検査技術について紹介する.

2.製造フローにおける検査の役割

 シリコンフォトニクスの素子・回路形成工程中,及び工程完了後,製造工程管理(PCM: Process Control Monitoring),ウェーハ出荷/受入検査(WAT: Wafer Acceptance Test),後続工程のためのチップ選別(KGD: Known Good Die)などを目的として,素子・回路の光学特性検査が行われる.前章で述べたCPOや異種材料集積チップの製造においては,図1に示すように異種機能を集積するため,シリコンフォトニクスとは異なるファプでのウェーハ処理が行われる.異種材料集積工程に対してもほぼ同様の目的で素子・回路の検査が行われる.個片化後の検査が実回路の性能評価であるのに対して,ウェーハレベル評価は回路を構成する機能素子の評価がその中心である点に大きな特徴がある.ウェーハレベルテスティングに用いるプロービングシステムについては,本会誌2022年11月号の筆者記事(7)でも紹介しているので参考にされたい.

図1 異種材料集積回路製造におけるウェーハレベル検査の役割


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