(57)【要約】  従来技術のシリコン光回路の目視による検出は、視認する人間の感覚的な判断に依存し、小さい傷の検出を完全に行うには限界があった。目視検査で見逃された傷のある不良チップは誤って合格と判定され、目視検査より下流にある工程に流出する。不良チップを光回路全体の早い工程の段階で不合格と判断をすることができず、下流の製造・検査工程での歩留りを低下させ、製品の製造検査コストが増大していた。本発明の光回路は、所望の機能を実現する光回路に加えて、光回路の全体を囲み、光回路の光導波路に十分に近接した傷の検出用光導波路と、検出用光導波路に接続されたグレーティングカプラを含む。グレーティングカプラを用いた検出用光導波路の透過特性測定に基づき、チップへ切りだす前のウエハ状態で、各々のチップ内の傷を効率よく発見できる。チップ毎に個別の検出用光導波路を設け、さらに複数のチップに渡る共通の１本の検出用光導波路を形成することで、階層的に傷を発見することもできる。
2017085934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された光回路要素に生じた傷を検出する機能を有するシリコン光回路において、
前記光回路要素によって所定の機能を有する対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って、前記対象回路との間で光結合を生じない距離に近接して配置された光導波路と、
前記光導波路の両端に設置された光路変換手段と
を備えたことを特徴とする光回路。
【請求項２】
前記光路変換手段は、
グレーティングカプラ対、または
各々が、前記光導波路の終端面、および、当該終端面に対向して設けられＳＯＩ基板に概ね垂直に前記終端面から出射する光を反射する全反射面を有する２つの光路変換回路から成るカプラ対
のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光回路。
【請求項３】
前記対象回路、前記光導波路および前記光路変換手段は、ＳＯＩ基板上に形成されたシリコン細線から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光回路。
【請求項４】
前記光導波路の直線部分の少なくとも一部は、コア幅が拡大されたマルチモード導波路であって、前記マルチモード導波路は、前記光導波路の他の部分の導波路と、テーパ導波路を介してモード変換することなく接続されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の光回路。
【請求項５】
前記光導波路は前記対象回路とは交差せず、かつ、前記光導波路の前記対象回路の外郭に沿っている部分は、前記外郭から５０μｍ以内の距離を保って配置されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の光回路。
【請求項６】
前記光導波路は、前記光路変換手段の一方のカプラから前記対象回路の外郭に沿って、前記対象回路を概ね囲むように配置された往路部分と、前記往路部分に概ね平行に折り返して前記光路変換手段の他方のカプラまで配置された復路部分とを有し、
前記光路変換手段の各カプラは、ファイバ部品との結合時の入射角が同じ方向になるように近接して並行に配置され、その配置間隔は１ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光回路。
【請求項７】
前記対象回路は、同一もしくは異なる機能を有する少なくとも２つの副対象回路を含み、
前記光導波路は、
前記光路変換手段の一方のカプラから第１の副対象回路の外郭に沿って、前記第１の副対象回路を囲むように配置された往路部分と、前記往路部分に概ね平行に折り返して配置された復路部分とを有する折り返し導波路部分、並びに
前記第１の副対象回路の前記折り返し導波路部分から連続して、前記第１の副対象回路の外郭の前記折り返し導波路部分では囲まれていない外郭の一部に沿って、もしくは、前記第１の副対象回路とは異なる第２の副対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って配置された副対象回路間の導波路部分
を少なくとも含み、
前記光路変換手段の各カプラは、ファイバ部品との結合時の入射角が同じ方向になるように近接して並行に配置され、その配置間隔は１ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の光回路。
【請求項８】
前記基板上に形成された複数の対象回路の各々に対して、各々の対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って、当該各々の対象回路との間で光結合を生じない距離に近接して配置された、複数の光導波路と、
前記複数の光導波路にそれぞれ接続された対応する複数の光路変換手段と、
前記複数の対象回路の各々および対応する前記光導波路の各々に近接し、前記複数の対象回路のすべてに渡って、前記複数の光導波路の各々に平行に構成された共通の単一の光導波路と、
前記共通の単一の光導波路に接続された共通の光路変換手段と
を備えたことを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の光回路。
【請求項９】
前記基板上に形成された複数の対象回路の各々に対して、各々の対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って、当該各々の対象回路との間で光結合を生じない距離に近接して配置された、複数の光導波路と、
前記複数の導波路の一端が複数の出力端にそれぞれ接続され、入力端に入力された光を、前記複数の出力端に波長合分波する第１の波長合分波回路と、
前記複数の導波路の他端が複数の出力端にそれぞれ接続され、入力端に入力された光を、前記複数の出力端に波長合分波する第２の波長合分波回路であって、前記第１の波長合分波回路と同一の波長合分波特性を有し、前記複数の光導波路の各々は、２つの波長合分波回路の同一の透過波長を有する出力端同士で接続されている、第２の波長合分波回路と、
前記第１の波長合分波回路の前記入力端と、前記第２の波長合分波回路の前記入力端に接続された光路変換手段と
を備えたことを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン光導波路で形成されたシリコン光回路に関する。より詳細には、導波路上に生じた傷をウエハレベルで検出するためのシリコン光回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン集積電子回路の製造技術を光導波路等の形成に応用し、光回路を飛躍的に小型化することが可能なシリコンフォトニクス技術の研究開発が盛んに行われている。シリコンフォトニクス技術に基づくシリコン光回路として、様々な機能を有する回路が提案されているが、特に実用に向けて開発が進んでいるのは光送受信器の領域である。【０００３】
図２７Ａおよび図２７Ｂは、従来技術のシリコン光回路の第１の例として光変調回路の典型的な構成を示した図である。図２７Ａ、図２７Ｂにおける光回路９１００−１、９１００−２は、それぞれ、主に長距離伝送向けの光送受信器に適用されるデジタルコヒーレント偏波多重方式の光変調回路チップである。いずれの光回路も同じ構成要素からなり、入力導波路９１０１、光スプリッタ９１０２〜９１０８、４つのマッハ・ツェンダ回路を構成する光位相変調導波路９１０９〜９１１２、光カプラ９１１３〜９１１８、偏波回転回路９１１９、偏波合成回路９１２０、入出力導波路９１２１から構成される。【０００４】
図２７Ａの光回路９１００−１は、光入出力が矩形状のチップの両端に位置するように、入出力導波路９１０１、９１２１をチップの対角位置の２つのコーナー近傍に配置した例である。図２７Ｂの光回路９１００−２は、光入出力が矩形状チップの一方の端部に位置するよう、入出力導波路９１０１、９１２１を同一のコーナー近傍に配置した例である。【０００５】
図２７Ａおよび図２７Ｂには明示されていないが、各光位相変調導波路９１０９〜９１１２の上部には高周波電極が形成され、電気光相互作用によって電気信号が光の位相変化（位相変調信号）に変換されるよう動作する。入力導波路９１０１から入力した光は、光スプリッタ９１０２〜９１０８で順次分岐され、光位相変調導波路９１０９〜９１１２で変調が与えられる。さらに、光カプラ９１１３〜９１１８、偏波回転回路９１１９、偏波合成回路９１２０で変調光が合流されて、偏波多重された光変調信号として光出力導波路９１２１より出力される。【０００６】
図２８は、従来技術のシリコン光回路の第２の例として、光変調回路および光受信回路を集積した光回路の構成を示す図である。光回路チップ９２００は、デジタルコヒーレント偏波多重方式の光変調回路と光受信回路をシリコン基板上に集積した光回路チップである。シリコン光回路は集積性に優れ、１チップに複数の機能回路を集積して回路サイズとコストを抑制できる点で優れている。【０００７】
図２８の集積光回路９２００の上側に位置する光変調器部分は、図２７Ｂと同一の構成となっており、各回路要素９２０１〜９２２１の機能・動作は、図２７Ｂで説明した回路要素９１０１〜９１２１と同様である。光回路チップ９２００の下側に位置する光受信回路は、局発光の入力導波路９２２２、信号光の入力導波路９２２３、光スプリッタ９２２４、偏波分離回路９２２５、偏波回転回路９２２６、光復調回路である光コヒーレントミキサ９２２７、９２２８、フォトディテクタ（ＰＤ）９２２９から構成される。【０００８】
信号光の入力導波路９２２３には伝送路から偏波多重信号が入力され、偏波多重信号は偏波分離回路９２２５によってＴＥ偏光とＴＭ偏光成分とに分離される。また局発光源からはＴＥ偏光の連続光が入力導波路９２２２から入力され、光スプリッタ９２２４で２つに分岐される。偏波分離回路９２２５によって分離された信号のＴＥ偏光成分と、分岐された一方のＴＥ偏光の局発光は、光コヒーレントミキサ９２２７によって復調される。また、偏波分離回路９２２５によって分離された信号のＴＭ偏光成分は、偏波回転回路９２２６によってＴＥ偏光に変換され、分岐された他方のＴＥ偏光の局発光とともに光コヒーレントミキサ９２２８に入力されて復調される。復調された光信号は、複数のフォトディテクタ９２２９により受信電気信号に変換されて出力される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】W Bogaerts et al, “Silicon-on-Insulator Spectral Filters Fabricated With CMOS Technology,” IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, Vol. 16, pp. 33-44, ２０１０年
【非特許文献２】S Jeong et al, “Si-nanowire-based multistage delayed Mach-Zehnder interferometer optical MUX/DeMUX fabricated by an ArF-immersion lithography process on a 300 mm SOI wafer,” OPTICS LETTERS, Vol. 39, pp. 3702-3705, ２０１４年
【非特許文献３】S Xiao et al, “Multiple-channel silicon micro-resonator based filters for WDM applications,” OPTICS EXPRESS, Vol. 15, pp. 7489-7498, ２００７年
【非特許文献４】W Bogaerts et al, “Low-loss, low-cross-talk crossings for silicon-on-insulator nanophotonic waveguides,” OPTICS LETTERS, Vol. 32, pp. 2801-2803, ２００７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように実用化に近づいているシリコン光回路であるが、その製造・検査工程において次に述べるような問題があった。シリコンウエハ上に光回路を製造しおよび検査する工程においては、一定の確率で光導波路に欠陥が生じる。ウエハを異なる製造工程間でピンセットなどを使って移動させるときに、誤ってウエハ表面に接触してしまう場合がある。また、加工工程中にウエハ上でむき出しになったコアにわずかでも過大な応力が掛かったりすると、光回路上に引っ掻き傷や物理的な損傷が入り得る。ウエハ上の光回路の製造・検査工程中に、光導波路にこのような欠陥を与えることを完全に無くすことはできない。引っ掻き傷などの物理的な損傷(以下、簡単のため「傷」と言う）は、透過損失の増加などの光導波路の特性に決定的な劣化を生じさせ、このような傷による導波路欠陥のあるチップは、特性上の性能を満たさず使用できない。このため、シリコン光回路の製造・検査工程の中でウエハ上の傷をできる限り早く検出して、そのチップを排除しなければならない。従来、シリコン光回路チップ上のこのような傷の検出は顕微鏡を使った目視検査により行われていた。【００１１】
しかしながら、目視による検出は、少なくとも一部に、視認する人間の感覚的な判断に依存する。さらにシリコン回路は極めて小型な回路であるため、顕微鏡の視野の下で特に小さい傷の検出を完全に行うには限界があった。目視検査で見逃された傷のある不良チップは誤って合格と判定されて、目視検査より下流にある工程に流出することになる。これらの不良チップは、ウエハから個別のチップへ切り出された後のチップ自体の特性検査がなされるか、または、パッケージ実装されてモジュール特性検査がなされるまで発見されず、光回路全体の製造工程の早い段階で、不合格と判断できていなかった。【００１２】
このように従来技術のシリコン光回路において、ウエハ状態での光回路の製造中に生じる傷を、目視検査では完全に取り除くことができなかった。この結果、ウエハ状態の工程よりも下流にある製造・検査工程でのチップ特性検査、パッケージ実装、モジュール特性検査の工程で歩留りを低下させ、製品の製造・検査コストの増大を招く問題があった。【００１３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであってその目的とするところは、ウエハ上のシリコン光回路の製造工程で生じる傷を、ウエハ状態での検査で早期に客観的に検出することができる光回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の１つの実施態様として、基板上に形成された光回路要素に生じた傷を検出する機能を有するシリコン光回路において、前記光回路要素によって所定の機能を有する対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って、前記対象回路との間で光結合を生じない距離に近接して配置された光導波路と、前記光導波路の両端に設置された光路変換手段とを備えたことを特徴とする光回路が開示される。【００１５】
好ましくは、前記光路変換手段は、グレーティングカプラ対、または各々が、前記光導波路の終端面、および、当該終端面に対向して設けられＳＯＩ基板に概ね垂直に前記終端面から出射する光を反射する全反射面を有する２つの光路変換回路から成るカプラ対のいずれかとすることができる。【００１６】
また、前記対象回路、前記光導波路および前記光路変換手段は、ＳＯＩ基板上に形成されたシリコン細線から構成されることができる。【００１７】
さらに、前記光導波路の直線部分の少なくとも一部は、コア幅が拡大されたマルチモード導波路であって、前記マルチモード導波路は、前記光導波路の他の部分の導波路と、テーパ導波路を介してモード変換することなく接続されていることもできる。【００１８】
また好ましくは、前記光導波路は前記対象回路とは交差せず、かつ、前記光導波路の前記対象回路の外郭に沿っている部分は、前記外郭から５０μｍ以内の距離を保って配置されていることができる。【００１９】
本発明の別の実施態様によれば、前記光導波路は、前記光路変換手段の一方のカプラから前記対象回路の外郭に沿って、前記対象回路を概ね囲むように配置された往路部分と、前記往路部分に概ね平行に折り返して前記光路変換手段の他方のカプラまで配置された復路部分とを有し、前記光路変換手段の各カプラは、ファイバ部品との結合時の入射角が同じ方向になるように近接して並行に配置され、その配置間隔は１ｍｍ以下とすることができる。【００２０】
本発明のさらに別の実施態様によれば、前記対象回路は、同一もしくは異なる機能を有する少なくとも２つの副対象回路を含み、前記光導波路は、前記光路変換手段の一方のカプラから第１の副対象回路の外郭に沿って、前記第１の副対象回路を囲むように配置された往路部分と、前記往路部分に概ね平行に折り返して配置された復路部分とを有する折り返し導波路部分、並びに前記第１の副対象回路の前記折り返し導波路部分から連続して、前記第１の副対象回路の外郭の前記折り返し導波路部分では囲まれていない外郭の一部に沿って、もしくは、前記第１の副対象回路とは異なる第２の副対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って配置された副対象回路間の導波路部分を少なくとも含み、前記光路変換手段の各カプラは、ファイバ部品との結合時の入射角が同じ方向になるように近接して並行に配置され、その配置間隔は１ｍｍ以下であるようにすることもできる。【００２１】
また、前記基板上に形成された複数の対象回路の各々に対して、各々の対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って、当該各々の対象回路との間で光結合を生じない距離に近接して配置された、複数の光導波路と、前記複数の光導波路にそれぞれ接続された対応する複数の光路変換手段と、前記複数の対象回路の各々および対応する前記光導波路の各々に近接し、前記複数の対象回路のすべてに渡って、前記複数の光導波路の各々に平行に構成された共通の単一の光導波路と、前記共通の単一の光導波路に接続された共通の光路変換手段とを備えたものとしても実施できる。【００２２】
さらに、前記基板上に形成された複数の対象回路の各々に対して、各々の対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って、当該各々の対象回路との間で光結合を生じない距離に近接して配置された、複数の光導波路と、前記複数の導波路の一端が複数の出力端にそれぞれ接続され、入力端に入力された光を、前記複数の出力端に波長合分波する第１の波長合分波回路と、前記複数の導波路の他端が複数の出力端にそれぞれ接続され、入力端に入力された光を、前記複数の出力端に波長合分波する第２の波長合分波回路であって、前記第１の波長合分波回路と同一の波長合分波特性を有し、前記複数の光導波路の各々は、２つの波長合分波回路の同一の透過波長を有する出力端同士で接続されている、第２の波長合分波回路と、前記第１の波長合分波回路の前記入力端と、前記第２の波長合分波回路の前記入力端に接続された光路変換手段とを備えたものとしても実施できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明の光回路によって、ウエハ上のシリコン光回路の製造工程で生じる傷を、ウエハ状態での検査によって客観的に検出することができる。また本発明光回路により、シリコン光回路の製造工程で生じる傷を、製造工程のより早い段階で精度よく検出することが可能となり、ウエハ状態での検査で見逃された不良を含む回路が後工程に流れ込むのを効果的に避けることができる。シリコン光回路を用いた製品の製造時間およびコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の実施例１の検査用光回路の構成を示す平面図である。
【図２】図２は、本発明の光回路の検出用光導波路の断面構造を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の光回路における光路変換手段の一例のグレーティングカプラの構成例を示す上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の光回路における光路変換手段の一例のグレーティングカプラの構成例を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１の光回路を用いた、光回路の工程内検査方法を説明する図である。
【図５】図５は、対象回路である光変調回路に、製造工程内で引っ掻き傷が生成された状態を示した図である。
【図６】図６は、本発明の光回路において、傷がある場合と無い場合に見られる透過スペクトルを示した図である。
【図７】図７は、本発明の光回路における対象回路および検出用光導波路の間隔と傷の検出確率との関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施例２の光回路の構成を示す平面図である。
【図９】図９は、実施例２の光回路において対象回路に引っ掻き傷が生成された状態を示した図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例３の光回路の構成を示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例３の光回路の光導波路構造を示した図である。
【図１２】図１２は、実施例３の光回路において、傷がある場合と無い場合に見られる透過スペクトルを示した図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例４の光回路の構成を示す平面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例４の光回路を用いた、光回路の工程内検査方法を説明する図である。
【図１５】図１５は、光ファイバブロック部品において、ファイバ間ピッチ公称値と、実測ピッチの誤差量を示した図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施例５の光回路の構成を示す平面図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施例６の光回路の構成を示す平面図である。
【図１８】図１８は、実施例６の光回路において、対象回路の内の１つの光回路に製造工程内で引っ掻き傷が生成された状態を示した図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施例６の光回路における検出用光導波路の階層的構成を模式的に示した図である。
【図２０】図２０は、実施例６の光回路において、傷がある場合と無い場合に見られる透過スペクトルを示した図である。
【図２１】図２１は、実施例６における第２の測定で、測定された４つの対象回路の透過スペクトルを示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施例７の光回路の構成を示す平面図である。
【図２３】図２３は、実施例７の光回路において、対象回路の内の１つの光回路に製造工程で引っ掻き傷が生成された状態を示した図である。
【図２４】図２４は、実施例７の光回路における波長合分波回路の分波特性を示す図である。
【図２５】図２５は、実施例７の光回路において２つの波長合分波回路と、４本の検出用光導波路との間の接続関係を示した図である。
【図２６】図２６、実施例７の光回路において、傷がある場合と無い場合に見られる透過スペクトルを示した図である。
【図２７Ａ】図２７Ａは、従来技術のシリコン光回路の第１の例の光変調回路チップの構成を示す図である。
【図２７Ｂ】図２７Ｂは、従来技術のシリコン光回路の第１の例の別の光変調回路チップの構成を示す図である。
【図２８】図２８は、従来技術のシリコン光回路の第２の例の光変調回路および光受信回路を集積した光回路の構成を示す図である。
【図２９Ａ】図２９Ａは、本発明の光回路における光路変換手段の別の構成例を示す上面図である。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、本発明の光回路における光路変換手段の別の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の光回路は、所望の機能を実現する光回路に加えて、光回路の全体を囲み、光回路の光導波路に十分に近接した傷の検出用光導波路と、検出用光導波路に接続された光路変換手段を含む検査用光回路である。光路変換手段は、例えばグレーティングカプラ対や、全反射する端面を含む溝を有した光路変換回路から成るカプラ対とすることができる。光路変換手段を用いた検出用光導波路の透過特性測定に基づいて、チップへ切りだす前のウエハ状態で、各々のチップ内の傷を効率よく発見することができる。チップに個別の検出用光導波路を設け、さらに複数のチップに渡って共通の１本の検出用光導波路を形成することによって、階層的に効率良く傷を発見できる。以下、最も基本的な構成からより複雑な構成のものまで、様々な態様の検出用光導波路の具体的な実施例とともに、ウエハ状態での傷の検出手順について詳細に説明する。最初に、本発明の最も基本的な構成の検査用光回路の構成および検査手順について説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の実施例１の光回路の構成を示す平面図である。図１で、点線で区画された領域は、シリコン光回路チップ１００を示しており、図２７Ａで説明された従来技術の光変調回路と全く同様の回路から構成される。シリコン光回路チップ１００は、シリコンウエハ上の１つのチップ領域でもあり、また、ウエハからチップに切り出した場合には、単一の光回路チップとなる。図１において、従来技術と同一の構成を持つ光変調回路は点線で示されており、詳細な構成および動作の説明は省略する。点線で描かれた光変調回路は、光変調機能を実現するための最終製品となる光回路であり、製造・検査工程において早期に光変調回路の導波路上に生じた傷を検出しなければならない。簡単のため以降の説明では、図１の光変調回路のような、傷を検出すべき対象となる所定の機能を実現するための光回路を「対象回路」と呼ぶ。【００２７】
本発明の光回路は、図１において点線で描いた上述の対象回路である光変調回路に加えて、実線で描いた検査用光回路を備える。検査用光回路は、光導波路１０１と、光導波路１０１の両端に接続されたグレーティングカプラ１０２、１０３とで構成される。２つのグレーティングカプラをグレーティングカプラ対とも呼ぶ。光導波路１０１は、対象回路の入力導波路から出力導波路までの対象回路の外周（外郭）に沿うように、かつ、対象回路の導波路と交差することなく配置されている。【００２８】
図２は、本発明の光回路における検出用光導波路の断面構造を示す図である。図２は、図１の検出用光導波路１０１の近傍の導波路に垂直な断面を見た図であって、光導波路１０１はＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板から形成されるチャネル型の導波路で構成される。そのコア幅は０．５μｍ、コア厚は０．２２μｍである。チャネル型の光導波路は、ＳＯＩ基板のシリコン基板部１２３上に形成されたＢＯＸ（Buried OXide）層１２２の上に形成される。光導波路（コア）１０１を覆うように形成されたＳｉＯ２クラッド１２１をさらに備える。クラッド１２１は厚さ２μｍ程度、ＢＯＸ（Buried OXide）層１２２は厚さ２μｍ程度である。 【００２９】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明の光回路における光路変換手段としてのグレーティングカプラの構成例を示す図である。図３Ａは、一方のグレーティングカプラ１０２（１０３）の上面図を示しており、グレーティングカプラ１０２の一端は、光導波路３１１に接続され、光導波路３１１は図１の光導波路１０１に対応する。グレーティングカプラ１０２と光導波路３１１の間には、テーパ導波路３１２を備える。グレーティングカプラ１０２は、グレーティングの厚いコア部分３１４およびグレーティングの薄いコア部分３１３を備える。テーパ導波路３１２において、光導波路３１１からグレーティングカプラ１０２に向かって、導波路幅は０．５μｍから１０μｍに拡大されている。尚、以下の各実施例では、光路変換手段として、グレーティングカプラ、グレーティングカプラ対を例として説明される。しかしながら、光路変換手段は、グレーティングカプラ以外に後述する全反射する傾斜した端面を含む溝を有した光路変換回路から成るカプラ、カプラ対によっても実現できる。【００３０】
図３Ｂは、図３Ａのグレーティングカプラの上面図におけるＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ´線を含む断面の構造を示している。光導波路３１１のコアの延長上に連続して、グレーティングを形成する導波路コア部分３１３、３１４がシリコンで形成されている。導波路コア部分３１３、３１４は、ＳＯＩ基板のシリコン基板部分３１５上に、ＢＯＸ層（下部クラッド）３１６、さらに上部クラッド３１７がＳｉＯ２によって形成されている。グレーティングのピッチは０．７μｍで、導波路の厚いコア部分３１４の各長さは０．３５μｍである。また導波路の厚いコア部分３１４の厚さは０．２２μｍ、薄いコア部分３１３の厚さは０．１５μｍ、上部クラッド３１７の厚さはおよそ２μｍ、下部クラッド３１６の厚さは２μｍである。【００３１】
図４は、本発明の実施例１の光回路を用いた、光回路の製造工程内検査方法を説明する図である。光の入出力機構であるグレーティングカプラ１０２、１０３を用いることで、個別のチップに切り離す前のウエハ状態で、検出用光導波路１０１の光透過特性を測定する方法を模式的に示している。【００３２】
グレーティングカプラ１０２、１０３は、チャネル型の光導波路から、チップの光回路の構成面すなわちシリコン（ＳＯＩ）基板面に概ね垂直に、上方に向かって光の方向を転換して、光を入出力することができる。グレーティングカプラの使用によって、傷の検出のための試験光を入出力するために、光回路をチップに切り出して端面を形成する必要がない。すなわち、ウエハ上に光回路を製造している途中の状態で、または、光回路を製造後のウエハ状態のままで、回路に光を入出力して、検査用光回路の特性を測定することが可能である。図４では、対象回路である図１の光変調回路が、点線で区画された矩形状の１つの領域で示されており、矩形状の複数の領域の各々がチップに切り出す前の状態でウエハ上に整列している。ウエハ上の特定の対象回路に対して、本発明の光回路のグレーティングカプラ１０２、１０３各々の上方に光ファイバ４０１、４０２をそれぞれ近接させて光結合する。一方の光ファイバ４０１を測定用光源に、他方の光ファイバ４０２を検出器に接続すれば、従来技術のチップに切り分けた後に基板端面から光を入出力する場合と同様に、光透過特性を評価できる。【００３３】
図５は、対象回路である光変調回路上にその製造工程内で引っ掻き傷が生成された状態を示した図である。図５では、対象回路の複数の導波路とともに、検出用光導波路１０１を横切るように傷５００が生じている。このような傷が生じる多くの場合、対象回路の導波路に構造的な欠陥が生じ、対象回路の特性に致命的なエラーを与える。図５において傷５００は単一のチップ内に収まるサイズで生じた場合を示しているが、場合によっては複数のチップにまたがって傷が生じることもあり得る。【００３４】
図５のように対象回路に欠陥を与える傷が生じた場合、本発明の光回路の検出用光導波路１０１にも欠陥が生じる。検出用光導波路１０１は、光の結合が生じない範囲で、対象回路の最外郭の導波路になるべく隣接させて配置されることが望ましい。本発明の光回路において、検出すべき傷の大きさは、対象回路における導波路間隔と同等かそれ以上のものとなる。図２７Ａおよび図２７Ｂ、図２８に示した光変調回路や光受信回路の典型的な回路構成、導波路間隔を考慮すると、概ね１００μｍ以上の大きさの傷が想定される。これは傷の大きさが導波路の間隔と同等以上になると、傷が対象回路内の導波路を横切る確率、すなわち対象回路の特性を劣化させる確率が高まるからである。【００３５】
図７は、本発明の光回路における対象回路および検出用光導波路の間隔と傷の検出確率との関係を示す図である。傷の大きさを１００μｍとした場合に、図１に示した対象回路と検出用光導波路１０１の隣接間隔に対して、傷の検出確率を示したものである。傷の検出確率は、当然にほぼ1であることが望ましいので、検出確率の許容値が０．９９以上を実現するためには、図７によれば隣接間隔１１０は大きくとも５０μｍであることが適当である。光導波路１０１を対象回路になるべく隣接して添わせるように配置することによって、検出すべき傷が対象回路と光導波路１０１に同時に傷を受ける確実性を高めることができる。したがって、図１の対象回路において、左下にある３段の光カプラの近傍では、検出用光導波路１０１は対象回路からやや離れて描いてあるが、この光カプラの近傍部分でも、検出用光導波路１０１が光カプラに十分近接しているのが好ましい。本発明で傷が生じるのは光導波路上だけに限らず、本発明の光回路では、対象回路内の他のすべての回路要素の傷の検出も行える点に留意されたい。【００３６】
通常、コストの観点から、対象回路はチップ基板上でできるだけコンパクトな領域にまとまって配置される。したがって、本発明における検出用光導波路は、対象回路の領域の周囲、すなわち外郭に沿って配置される。対象回路内の傷を確実に検出する観点から、検出用光導波路は対象回路の外郭のできるかぎり多くの部分（全周）を囲んでいたほうが良い。また光導波路１０１は、対象回路のなるべく端から端まで沿って配置されていることが望ましい。したがって、対象回路の外形（外郭）の長手方向に沿って光導波路１０１を配置するのが好ましい。これによって、対象回路内のどの部分に傷が生じた場合でも、光導波路１０１にも同時に傷が生じて、傷が検出できる確実性を高めることになる。この観点からは、グレーティングカプラ１０２、１０３の位置は必ずしも対象回路の入出力端付近にある必要はなく、光回路の製造工程内における検査に都合の良い任意の位置に配置することができる。【００３７】
図６は、本発明の実施例１の光回路において、傷がある場合と無い場合に見られる透過スペクトルを示した図である。図１または図５に示した光回路において、図４で説明した方法によってグレーティングカプラ１０２、１０３から光を入出力して、光導波路１０１の透過スペクトルを測定した。図６では、ほぼＣ帯波長域のスペクトルを示している。図６の「通常」と表示した実線は、図１に示したように、対象回路に傷が無い場合の透過スペクトルを示している。一方、図６の「傷あり」と表示した点線は、図５のように、対象回路に傷が生じて、光導波路１０１上にも欠陥がある場合の透過スペクトルを示している。グレーティングカプラは光ファイバとの結合率に波長依存性があり、図３Ａおよび図３Ｂのグレーティングカプラ１０２、１０３は、波長１５４５ｎｍ付近が最大結合率になるよう設計されている。図６に示した透過スペクトルには、このグレーティングカプラ１０２、１０３と光ファイバとの結合率と、光導波路１０１の長さに応じた伝搬損失が反映される。そして図５に示したように光回路内に傷があった場合、光導波路１０１上に生じた欠陥によって大きな損失が発生するため、透過スペクトルにもその損失が反映される。したがって、光回路内に傷がある場合と無い場合では、透過スペクトルのレベルに大きな差が現われる。【００３８】
図４にも示したように、本発明の光回路では、ウエハ上に形成される複数の矩形領域の中の対象回路に対応して１対１に作製された検出用の光回路に対して、透過スペクトルを測定することで、傷の有無を判定できる。ウエハ内の全ての対象回路について透過スペクトルを測定し、その透過スペクトルを「通常」の状態と比較し、透過率の「通常」の状態からの逸脱によって、傷があって導波路に欠陥が生じている対象回路を検出することができる。【００３９】
したがって、本発明の光回路は、基板上に形成された光回路要素に生じた傷を検出する機能を有するシリコン光回路において、前記光回路要素によって所定の機能を有する対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って、前記対象回路との間で光結合を生じない距離に近接して配置された光導波路と、前記光導波路の両端に設置されたグレーティングカプラ対とを備えたものとして実施できる。好ましくは、前記対象回路、前記光導波路および前記グレーティングカプラ対は、ＳＯＩ基板上に形成されたシリコン細線から構成される。【００４０】
本発明の光回路による傷の検出が優れている点は、第１に、従来技術の目視検査のように測定者の主観的・感覚的な判断に頼ることなく、光回路の透過特性という客観的データを基にしてより確実に製造工程中の不良（傷）の検出ができる点である。第２に、光回路に電源などを供給する必要が無く安定して直ちに取得が可能な光導波路の光透過特性による検出を行うため、多数の回路に対する測定を自動化することが可能な点である。これによって、従来技術の目視検査に比較して人員の稼働コストと時間を削減でき、加えて検査時間も短縮できる可能性が十分ある。第３に、本発明の光回路によれば、個別のチップに切り出す前のウエハレベルでの測定・検出ができるため、光回路の製造工程のより早い段階で不良（傷）のある対象回路を特定可能な点である。これによって、不良発見より後の工程において、特定した回路に対する検査等を予め省略して、トータルの製造時間の短縮が可能であることである。【００４１】
図６の説明では、傷の検出のために透過スペクトルを測定するものとして説明したが、傷による欠陥は透過損失の差として検出されるので、ある波長帯域すべてをスキャンして測定するのではなく、単一波長での損失測定であっても検出は十分可能であり、測定時間の更なる短縮の観点からは、単一波長での損失のみの測定が望ましい。【００４２】
本発明の光回路において検査は、製造完了したウエハに対して、チップ切り出しの直前のタイミングで行うことができる。より好ましくは、シリコン導波路を加工して形成した直後、または、シリコン導波路加工後さらに上部クラッドを堆積した直後のタイミングで行うのが効果的である。これによって、シリコン導波路加工の段階で傷のある対象回路の傷を検出することで、より下流のウエハ製造工程である電極の形成等では、既に傷の検出された対象回路の電極検査などを省略することが可能となり、製造時間のさらなる短縮に繋がる。【００４３】
以上詳細に説明したように、本実施例の光回路により、ウエハ上でのシリコン光回路の製造工程で生じる傷を、ウエハ状態のままの検査でより早期に客観的に検出することができる。
【実施例２】
【００４４】
図８は、本発明の実施例２の光回路の構成を示す平面図である。図８で、点線で区画された矩形領域は、シリコン光回路チップ２１００を示しており、図２７Ｂで説明された従来技術の光変調回路と全く同様の回路から構成される。シリコン光回路チップ２１００は、シリコンウエハ上の１つのチップ領域でもあり、また、ウエハからチップに切り出した場合には、単一の光回路チップとなる。図８において、従来技術と同一の構成を持つ光変調回路は点線で示されており、実施例１と同様に詳細な構成および動作の説明は省略する。図８の点線で示した光変調回路は、傷を検出すべき対象となる所定の機能を実現するための対象回路である。【００４５】
本実施例の光回路は、図８において点線で描いた対象回路である光変調回路に加えて、実線で描いた検査用光回路を備える。検査用光回路は、光導波路２１０１と、光導波路２１０１の両端に接続されたグレーティングカプラ２１０２、２１０３とで構成される。光導波路２１０１およびグレーティングカプラ２１０２、２１０３の構成は実施例１と同様である。光導波路２１０１は、対象回路の入力導波路から出力導波路までの回路周辺に沿うように、かつ、対象回路の導波路とは交差することなく配置されている。実施例１では、検出用光導波路１０１が対象回路の外郭の長辺の一方(片側)だけに沿って配置されていた。これに対し本実施例では、光導波路２１０１は、対象回路の外郭の長辺の両方（両方の側）を含み、対象回路の全周を囲むように、対象回路のほぼ全ての外郭に沿って配置されている。【００４６】
図９は、実施例２の光回路において対象回路に引っ掻き傷が生成された状態を示した図である。本実施例のように光導波路２１０１を配置することにより、対象回路の一部のみを横切り全体を横切ることの無いような、より小さな傷２２００、２２０１であっても、確実に製造工程の傷を検出することができる。すなわち、対象回路の外郭の一方の側だけに検出用光導波路を備えた実施例１と比べて、本実施例では、より小さな傷まで効果的に検出することができる。【００４７】
本実施例においても、実施例１と同様に光導波路２１０１は、光の結合が生じない範囲で、対象回路の最外郭の導波路になるべく隣接させて配置されることが望ましい。対象回路の導波路と検出用光導波路２１０１との間の隣接間隔は大きくとも５０μｍであることが適当である。本発明の光回路を用いた工程内検査の方法については、実施例１と全く同様であるため、説明を省略する。【００４８】
以上説明したように、本実施例の光回路により、ウエハ上でのシリコン光回路の製造工程で生じる傷を、ウエハ状態のままの検査でより早期に客観的に検出し、さらに実施例１と比べてより小さな傷を含め、より感度良く傷を検出することができる。
【実施例３】
【００４９】
図１０は、本発明の実施例３の光回路の構成を示す平面図である。図１０で、点線で区画された矩形領域は、シリコン光回路チップ３１００を示しており、図２７Ｂで説明された従来技術の光変調回路と全く同様の回路から構成される。シリコン光回路チップ３１００は、シリコンウエハ上の１つのチップ領域でもあり、また、ウエハからチップに切り出した場合には、単一の光回路チップとなる。図１０において、従来技術と同一の構成を持つ光変調回路は点線で示されており、従来技術および実施例２と同様に詳細な構成および動作の説明は省略する。図８の点線で示した光変調回路は、傷を検出すべき対象となる所定の機能を実現するための対象回路である。【００５０】
本実施例の光回路は、図１０において点線で描いた対象回路である光変調回路に加えて、実線で描いた検査用光回路を備える。検査用光回路は、光導波路３１０１と、光導波路３１０１の両端に接続されたグレーティングカプラ３１０２、３１０３とで構成される。２つのグレーティングカプラ３１０２、３１０３を、グレーティングカプラ対とも呼ぶ。光導波路３１０１およびグレーティングカプラ３１０２、３１０３の構成は実施例１、実施例２と同様であるが、本実施例では光導波路３１０１の構造に特徴がある。【００５１】
図１１は、本発明の実施例３の光回路における光導波路の構造を示した図である。本実施例における検出用光導波路３１０１は、導波路が向きを変える曲線部分３２０２のコア幅が実施例２と同様の０．５μｍであり、シングルモード導波路となっている。一方、直線部分３２０１のコア幅は曲線部分３２０２と比べて拡大されており、マルチモード導波路となっている。曲線導波路および直線導波路の幅の異なる導波路間は、テーパ導波路３２０３、３２０４でコア幅が連続するように変換されているのが特徴である。【００５２】
したがって、本実施例の光回路は、光導波路の直線部分の少なくとも一部は、コア幅が拡大されたマルチモード導波路であって、前記マルチモード導波路は、前記光導波路の他の部分の導波路と、テーパ導波路を介してモード変換することなく接続されているものとして実施できる。【００５３】
実施例２における検出用光導波路２１０１は、全長に渡ってシングルモード導波路であり、光導波路の透過スペクトルを用いた検査によって傷の検出は何の問題なく可能である。しかしながら、一般的にシリコン細線のシングルモード導波路（幅０．５×高さ０．２２μｍ）は、２〜４ｄＢ／ｃｍの伝搬損失を持っている。伝搬損失の値は、加工誤差やＳＯＩウエハのロットにより変化するため、ウエハ製造毎に、また、ウエハの面内においてもある程度の変動が生じる。したがって、対象回路のサイズが比較的大きく、傷の検出用光導波路の全長が長くなるような場合では、傷の有無を判定する透過スペクトルまたは損失の測定値も、ウエハ製造毎に変動し、ウエハ面内でもバラつきを有することになる。このような測定値の変動・バラつきは、光回路内の傷の有無の検出・判定にあたってはノイズとなり、その検出の精度を劣化させることになる。【００５４】
そこで、本実施例のように検出用光導波路３１０１の内の直線導波路部分をマルチモード導波路にした場合、導波路３１０１の伝搬損失を大幅に減らすことができる。例えば、コア高さを０．２２μｍのままにして導波路のコア幅を１．５μｍにした場合、基本モードの伝搬損失は０．５ｄＢ／ｃｍ以下となり、シングルモード導波路の伝搬損失と比べて非常に小さい値となる。伝搬損失の絶対値が抑えられることよって、ウエハ製造毎またはウエハ面内で生じる光回路自体のバラつきも抑制することができる。実施例２の場合と比べて、ノイズの減少によって図６に示した「通常」の場合と「傷あり」の場合のスペクトルの差異が安定し明瞭となり、光回路内の傷の有無の検出・判定の検出精度を高めることができる。【００５５】
一般にマルチモード導波路と言う呼称は、複数のモードの伝搬が可能である導波路を指すものであるが、実際には本発明の検出用光導波路では基本モードの光のみが伝搬することが重要である。このためには、テーパ導波路において断熱的な伝搬が為されることが必要であり、テーパ導波路のコア幅が広がる角度をある程度より緩やかに設計する必要がある。目安としてこのコアの広がり角度は５度以下であることが望ましく、マルチモード導波路の直線部分３２０１のコア幅を１．５μｍとした場合、テーパ導波路３２０３、３２０４の長さはそれぞれ１５μｍ程度以上とするのが望ましい。【００５６】
本実施例においても実施例１および実施例２と同様に、光導波路３１０１は対象回路の最外郭の導波路に、光の結合が生じない範囲でなるべく隣接させて配置されることが望ましい。対象回路の導波路と検出用光導波路との間の隣接間隔は大きくとも５０μｍであることが適当である。本実施例においても、光回路を用いた工程内検査の方法については実施例１と全く同様であるため、ここでの説明も省略する。【００５７】
図１２は、本発明の実施例３の光回路において、傷がある場合と無い場合に見られる透過スペクトルを示した図である。図１０の光回路において、グレーティングカプラ３１０２、３１０３から光を入出力し、光導波路３１０１の透過スペクトルを測定した。図１２の「通常」と表示した実線は、対象回路に傷が無い場合の透過スペクトルを示している。一方、図１２の「傷あり」と表示した点線は、対象回路に傷が生じて光導波路３１０１上に欠陥がある場合の透過スペクトルを示している。グレーティングカプラは光ファイバとの結合率に波長依存性があり、図１０のグレーティングカプラ３１０２、３１０３でも、波長１５４５ｎｍ付近が最大結合率になるよう設計されている。図１２に示した透過スペクトルには、実施例１、実施例２と同様に、グレーティングカプラ３１０２、３１０３と光ファイバとの結合率と、光導波路３１０１の長さに応じた伝搬損失が反映される。本実施例では、図１１に示したように光導波路３１０１の直線部分のコア幅を拡大し、伝搬損失を大幅に低減している。したがって、図６に示した実施例１のスペクトルと比較して、「通常」の場合の透過スペクトルの透過率が増大（回路の損失は低減）していることがわかる。これによって、傷がある場合であって傷の程度が比較的軽微なために損失の増加量があまり大きくない場合であっても、測定値にバラつきが無い分だけ、より確実に傷の有無を検出することが可能である。【００５８】
以上説明をしたように、本実施例の光回路により、ウエハ上でのシリコン光回路の製造工程で生じる傷を、ウエハ状態のままの検査でより早期に客観的に検出し、さらに実施例１および実施例２と比べてより精度良く検出することができる。
【実施例４】
【００５９】
図１３は、本発明の実施例４の光回路の構成を示す平面図である。図１３で、点線で区画された矩形領域は、シリコン光回路チップ４１００を示しており、図２７Ｂで説明された従来技術の光変調回路と全く同様の回路から構成される。シリコン光回路チップ４１００は、シリコンウエハ上の１つのチップ領域でもあり、また、ウエハからチップに切り出した場合には、単一の光回路チップとなる。図１３において、従来技術と同一の構成を持つ光変調回路は点線で示されており、従来技術および実施例２および実施例３と同様に詳細な構成および動作の説明は省略する。図１３の点線で示した光変調回路は、傷を検出すべき対象となる所定の機能を実現するための対象回路である。【００６０】
本実施例の光回路は、図１３において点線で描いた対象回路である光変調回路に加えて、実線で描いた検査用光回路を備える。検査用光回路は、光導波路４１０１と、光導波路４１０１の両端に接続されたグレーティングカプラ対４１０２で構成される。光導波路４１０１およびグレーティングカプラ対４１０２の各々の構成は実施例１〜３と同様であるが、本実施例は、後述するようにグレーティングカプラ対４１０２の配置位置に特徴がある。【００６１】
本実施例では、実施例２および実施例３と同様に対象回路の全体を囲むように光導波路４１０１が配置されており、また実施例３と同様に、光導波路４１０１の直線部分はコア幅を拡大してマルチモード導波路として伝搬損失を低減している。すなわち、光導波路４１０１の内の曲線部分のコア幅は０．５μｍ、直線部分のコア幅は１．５μｍである。さらに直線部分と他の部分との間を接続する部分はテーパ導波路によりコア幅が連続に変換されるようになっており、コア幅が広がる角度をある程度より緩やかするため各テーパ導波路の長さは１５μｍである。 【００６２】
また本実施例においてもこれまでの実施例と同様に、検出用光導波路４１０１は、光の結合が生じない範囲で対象回路の最外郭の導波路になるべく隣接させて配置されることが望ましい。対象回路の導波路と検出用光導波路との間の隣接間隔は大きくとも５０μｍであることが適当である。【００６３】
本実施例では、２つのグレーティングカプラ対４１０２の相対的な位置関係に特徴がある。実施例１〜３においては、２つのグレーティングカプラは、矩形状のチップ領域の最も離れた２つのコーナー近傍に配置されていた。これに対して、本実施例では、２つのグレーティングカプラは、ファイバ部品との結合時の入射角が同じ方向になるように近接して平行に形成され、１つのコーナー位置の近くにまとめて配置されている。このようにグレーティングカプラ対を配置することで、図１３に示した本実施例における検出用光導波路４１０１は、往路と復路を持つ折り返し導波路の構成を利用して、対象回路の外郭を概ね全周に渡って囲うように構成できる。すなわち、光導波路４１０１は、グレーティングカプラ対４１０２の一方のカプラから対象回路の外郭に沿って、対象回路を概ね囲むように配置された往路部分と、前記往路部分に概ね平行に折り返してグレーティングカプラ対の他方のカプラまで配置された復路部分とを有するものとして構成できる。【００６４】
このようなグレーティングカプラの配置を採用すると、以下に説明するようなメリットが得られる。光回路が作製されたウエハ面に対して上方から光ファイバをアクセスし、光の入出力によって測定を行う検査装置では、十分な測定精度を得るために、ウエハ面に対して光を入力する角度、光ファイバ先端と回路表面との間の距離をそれぞれ常に一定に保つことが重要である。したがって十分な測定精度および安定度を得る観点から、光ファイバの駆動機構は１つのみとし、入力光ファイバおよび出力光ファイバを特定の間隔で固定した光プローブを用いることがより望ましい。本発明の光回路では、入出力のグレーティングカプラの位置をこの光プローブの先端部の構成に適合する間隔で、隣接した場所にまとめて配置するように設計する。本実施例のように２つのグレーティングカプラ対４１０２を配置することで、単一の光プローブを使用した安定で精度の良い傷の検出判定が可能となる。【００６５】
図１４は、本発明の実施例４の光回路を用いた、光回路の工程内検査方法を説明する図である。光の入出力機構である、隣接してまとめて配置されたグレーティングカプラ対４１０２を用いることで、ウエハ状態で光導波路４１０１の光透過特性を測定する方法を模式的に示している。【００６６】
図１４では、対象回路である図１３の光変調回路が、点線で区画された矩形状の１つの領域で示されており、矩形状の複数の領域の各々を１つのチップに切り出す前の状態でウエハ上に整列している。本発明の光回路の並列配置されたグレーティングカプラ対４１０２の上方に、光ファイバをある間隔で並列して固定した光プローブ４２０１を近接させて光結合する。光プローブ４２０１の一方の光ファイバを測定用光源に、他方の光ファイバを検出器に接続すれば、従来技術においてチップに切り分けた後の基板端面から光を入出力していたのと同様に、また、図４において実施例１について説明したのと同様に、検査用光回路の光透過特性を評価できる。【００６７】
光プローブ４２０１の２つの光ファイバのピッチ、すなわちグレーティングカプラ対４１０２の間隔は、検査装置の設計に依存するが、光ファイバの被覆径を考慮した上で、なるべく近接させるのが位置精度の観点で望ましい。ここで、光プローブ４２０１の２つの光ファイバのピッチは、２本の光ファイバのコアの中心間の距離のことを言い、グレーティングカプラ対４１０２の間隔は、２つの矩形状のグレーティングカプラの中心間の距離を言う。【００６８】
図１５は、２つの光ファイバを固定した光ファイバブロック部品において、ファイバ間ピッチの公称値と、実際に作製されたピッチの誤差量を示した図である。２つの光ファイバを特定のピッチで固定した光ファイバブロック部品においては、光ファイバにピッチの設計値、すなわち公称値に対して、実際に作製された光ファイバブロック部品のピッチは、その公称値から逸脱してばらついており、図１５では、横軸に公称値を、縦軸に実際に作製されたピッチの公称値からの誤差を示している。通常、光ファイバにおける光のモードフィールド直径は約１０μｍであることから、十分な光結合のためグレーティングカプラと光ファイバとの間の位置ズレは、０．５μｍ以下であることが求められる。そのときに許容される２つの光ファイバのピッチ誤差は１μｍであり、図１５より、２つの光ファイバのピッチは大きくとも１ｍｍであるのが適当である。【００６９】
本実施例において、検査用光回路の製造工程内の検査で得られる光透過特性を用いて光回路上の傷を検出する方法は、これまでの実施例と全く同様であり説明は省略する。【００７０】
以上説明をしたように、本実施例の光回路により、ウエハ上でのシリコン光回路の製造工程で生じる傷を、ウエハ状態のままの検査でより早期に客観的に検出することができる。本実施例では、単一の光プローブを使用してグレーティングカプラの光結合をより安定的に行うことで、実施例１〜４と比べてさらに安定して精度良く光回路の傷を検出・判定することできる。
【実施例５】
【００７１】
図１６は、本発明の実施例５の光回路の構成を示す平面図である。図１６で、点線で区画された矩形領域は、シリコン光回路チップ５１００を示しており、図２８で説明された従来技術の光変調器および受信器の集積回路と全く同様の回路から構成される。シリコン光回路チップ５１００は、シリコンウエハ上の１つのチップ領域でもあり、また、ウエハからチップに切り出した場合には、単一のシリコン光回路チップとなる。図１６において、従来技術と同一の構成を持つ光変調器および受信器は点線で示されており、構成および動作の説明は省略する。図１６の点線で示した光変調器および受信器は、傷を検出すべき対象となる所定の機能を実現するための対象回路である。【００７２】
本実施例の光回路は、図１６において点線で描いた対象回路である光変調器および受信器に加えて、実線で描いた検査用光回路を備える。検査用光回路は、光導波路５１０１、５１０２、５１０３と、光導波路５１０１、５１０３の両端に接続されたグレーティングカプラ対５１０４とで構成される。グレーティングカプラ対５１０４の各々の構成は実施例１〜４と同様であり、また実施例４と同様に２つのグレーティングカプラが近接してまとめて配置されている。【００７３】
本実施例では、実施例２〜４と同様に対象回路を囲むように光導波路が配置されているが、特に対象回路が複数の副対象回路（光変調器および受信器）から成る集積回路であるため、各副対象回路をそれぞれ囲むように複数の折り返し光導波路５１０１、５１０２、５１０３が配置されている。副対象回路は、１つのチップに切り出される領域の対象回路が、異なる機能を有する少なくとも２つの回路部分を持つとき、この回路部分のことを言う。副対象回路は異なる機能を有するため、チップ上でお互いに離して配置することが可能であり、場合によっては、互いに離して配置するのが好ましい場合もある。本実施例のように２以上の副対象回路を含む場合には、２つの副対象回路の間の空間において、２つの副対象回路の両方にまたがって、各副対象回路の外郭を囲むように、検出用光導波路５１０２を配置することができる。【００７４】
本実施例では、検出用光導波路は３つの導波路部分から構成されており、１つ目は光変調器回路（第１の副対象回路）の上側の外郭に沿って配置された折り返し導波路部分であり、２つ目は上述の２つの副対象回路の間の導波路部分５１０２であり、３つ目は受信器（第２の副対象回路）の下側の外郭に沿って配置された折り返し導波路部分５１０３である。本実施例の図１６の実際の検出用光導波路は、配置光導波路の３つの導波路部分５１０１、５１０２、５１０３が直列に連続して配置された一体の光導波路であって、別個の導波路を別個に作製して接続するような必要はない。光導波路の３つの導波路部分５１０１、５１０２、５１０３からなる一体の光導波路の両端に２つのグレーティングカプラ対５１０４が設置されている。【００７５】
本実施例の構成は、副対象回路が３つ以上の場合であっても同様に適用が可能である。すなわち、検出用光導波路が、チップ内の端部に位置する副対象回路の一部の外郭に沿って配置された折り返し導波路部分と、異なる２以上の副対象回路にまたがって、それらの副対象回路の外郭に沿って配置された副対象回路間の導波路部分とを少なくとも含むものであれば良い。折り返し導波路部分および副対象回路間の導波路部分をどのような順序でどのように配置して一体の光導波路を構成するかは、副対象回路の構成・配置に応じてさまざまに選択が可能であって、図１６の構成に何ら限定されない。本実施例のように、複数の副対象回路のそれぞれの外郭を囲むように折り返し光導波路部分、副対象回路間の導波路部分を構成することで、チップの内側において対象回路の一部の副対象回路の領域のみに生じるような小さな傷であっても、傷の検出の精度を高めることができる。【００７６】
したがって本実施例の光回路は、対象回路が、同一もしくは異なる機能を有する少なくとも２つの副対象回路を含み、検出用光導波路は、グレーティングカプラ対の一方のカプラから第１の副対象回路の外郭に沿って、前記第１の副対象回路を囲むように配置された往路部分と、前記往路部分に概ね平行に折り返して配置された復路部分とを有する折り返し導波路部分５１０１、５１０３、並びに、前記第１の副対象回路の前記折り返し導波路部分から連続して、前記第１の副対象回路の外郭の前記折り返し導波路部分では囲まれていない外郭の一部に沿って、もしくは、前記第１の副対象回路とは異なる第２の副対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って配置された副対象回路間の導波路部分５１０２を少なくとも含み、前記グレーティングカプラ対は、ファイバ部品との結合時の入射角が同じ方向になるように近接して並行に配置されたものとして実施できる。【００７７】
本実施例では、対象回路のチップに含まれる２つの副対象回路として、異なる機能の光変調器および受信器を例として示したが、同一の機能の複数の副対象回路が１つのチップに含まれるような場合にも適用できるのは言うまでもない。すなわち、同一の機能の複数の副対象回路が離れて構成されるような場合には、図１６に示したように副対象回路間の導波路部分５１０２によって、チップの内部側に生じる傷を検出することができる。【００７８】
本実施例においても、実施例３および実施例４と同様に、光導波路５１０１、５１０２、５１０３の直線部分はコア幅を拡大してマルチモード導波路とし、伝搬損失を低減している。光導波路５１０１、５１０２、５１０３の曲線部分のコア幅は０．５μｍであり、直線部分のコア幅は１．５μｍである。直線部分と他の部分の接続する部分はテーパ導波路によりコア幅が連続に変換されるようになっており、各テーパ導波路の長さは１５μｍである。【００７９】
上述の実施例１〜４と同様に、光導波路５１０１、５１０２、５１０３は、光の結合が生じない範囲で、対象回路の各副対象回路の最外郭の導波路に、なるべく隣接させて配置されることが望ましい。対象回路の導波路と検出用光導波路との間の隣接間隔は大きくとも５０μｍであることが適当である。【００８０】
また本実施例では、実施例４と同様に２つのグレーティングカプラが隣接し、チップの矩形領域の１つのコーナーの位置の近くにまとめて配置されている。単一の光プローブを使用してグレーティングカプラの光結合をより安定的に行うことができる構成となっている。グレーティングカプラ対５１０４の間隔は、検査装置の設計に依存するが、光ファイバの被覆径を考慮した上でなるべく近接させるのが位置精度の観点で望ましく、大きくとも１ｍｍであるのが適当である。【００８１】
本実施例でも、光回路の製造工程内の検査で得られた光透過特性を用いて光回路上の傷を検出する方法は、これまでの実施例と全く同様であり説明は省略する。【００８２】
以上のように、本実施例によれば、ウエハ上でのシリコン光回路の製造工程で生じる傷を、ウエハ状態のままの検査でより早期に客観的に検出することができる。さらに、チップ内に複数の副対象回路がある場合に、それぞれの副対象回路を囲む折り返し導波路を順次直列に接続した一体の検出用光導波路を利用することで、単一の対象回路だけを含む光回路よりもより複雑で大規模な光回路にも、本発明を適用できる。
【実施例６】
【００８３】
図１７は、本発明の実施例６の光回路の構成を示す平面図である。上述の実施例１〜５の本発明の光回路は、後に個々のチップとして切り出される対象回路を含むチップ領域毎に光回路上に生じる傷を検出するように構成されていた。本実施例は、複数のチップに渡ってより効率的に傷の検出が可能となるように、ウエハ上に配列された複数の対象回路に対して同時に検査を行い、傷の検出が可能となる回路構成と手法を示す。【００８４】
図１７で、点線で区画された各矩形領域は、シリコン光回路チップ６１００〜６１０３を示しており、図２８で説明された従来技術の光変調器および受信器の集積回路と全く同様の回路から構成される。シリコン光回路チップ６１００〜６１０３は、それぞれシリコンウエハ上の１つのチップ領域でもあり、また、ウエハからチップへ切り出した場合には、単一のシリコン光回路チップとなる。図１７において、従来技術と同一の構成を持つ光変調器および受信器は点線で示されており、構成および動作の説明は省略する。図１７の各矩形領域内において点線で示した光変調器および受信器は、傷を検出すべき対象となる所定の機能を実現するための対象回路である。【００８５】
本実施例の光回路は、図１７において点線で描いた対象回路である光変調器および受信器に加えて、実線で描いた検査用光回路を備える。検査用光回路は、チップ領域６１００においては、対象回路を囲むように配置された光導波路６１０４と、光導波路６１０４の両端に接続されたグレーティングカプラ対６１０８とを備える。また、チップ領域６１０１においては、対象回路を囲むように配置された光導波路６１０５と、光導波路６１０５の両端に接続されたグレーティングカプラ対６１０９とを備える。同様に、チップ領域６１０２においては、対象回路を囲むように配置された光導波路６１０６と、光導波路６１０６の両端に接続されたグレーティングカプラ対６１１０とを備え、チップ領域６１０３においては、対象回路を囲むように配置された光導波路６１０７と、光導波路６１０７の両端に接続されたグレーティングカプラ対６１１１とを備える。【００８６】
上述の各チップにおける検査用光回路の構成は、図１６に示した実施例５と同じである。本実施例では、さらに各チップ領域の４つの光導波路６１０４〜６１０７にそれぞれに沿って配置されており、かつ、光導波路６１０４、光導波路６１０５、光導波路６１０７、光導波路６１０６の順に、４つのチップを周回するように直列に接続された１本の共通の検出用光導波路６１１２が設置されている点に特徴がある。共通の検出用光導波路６１１２の両端には、グレーティングカプラ対６１１３ａ、６１１３ｂが接続されている。グレーティングカプラ対６１０８、６１０９、６１１０、６１１１のぞれぞれの構成は、これまで説明した実施例と同様である。【００８７】
従って本実施例では４つの対象回路をそれぞれ囲うように配置された４つの個別の検出光導波路と、これらに加えて、４つの対象回路の各々に順次沿うように配置された共通の１つの検出用光導波路を備えており、各々検出用光導波路に対して、グレーティングカプラ対を介して光プローブを使って透過スペクトルまたは挿入損失を測定できる構成になっている。【００８８】
本実施例では、実施例５と同様に各々のチップ内の対象回路が複数の副対象回路から成る集積回路であるため、１つのチップ内において各副対象回路を囲むように折り返し光導波路部分および副対象回路間の導波路部分が直列に配置された一体の光導波路と、その両端にグレーティングカプラが設置される構成となっている。これにより、集積化された対象回路の一部の副対象回路の領域のみに生じるような小さな傷であっても、その検出の精度を高めることができる。【００８９】
また実施例３、実施例４、実施例５と同様に、光導波路の直線部分はコア幅を拡大してマルチモード導波路とし、光導波路における伝搬損失を低減している。光導波路の曲線部分のコア幅は０．５μｍであり、直線部分のコア幅は１．５μｍである。直線部分と他の部分の接続する部分はテーパ導波路によりコア幅が連続に変換されるようになっており、各テーパ導波路の長さは１５μｍである。【００９０】
また本実施例においても上述のすべての実施例と同様に、光導波路は対象回路の各副対象回路の最外郭の導波路に、光の結合が生じない範囲でなるべく隣接させて配置されることが望ましい。対象回路の導波路と検出用光導波路との間の隣接間隔は大きくとも５０μｍであることが適当である。【００９１】
また本実施例では、実施例４、実施例５と同様に、グレーティングカプラ対６１０８、６１０９、６１１０、６１１１において２つのグレーティングカプラが隣接し、チップ領域の各矩形領域の１つのコーナーの近くにまとめて配置されている。共通の検出用光導波路６１１２のグレーティングカプラ対６１１３ａ、６１１３ｂは、図１７では、チップ領域６１０２のコーナーに配置されているが、４つのチップ領域の内のいずれのチップの上にあっても良い。いずれのグレーティングカプラ対も、単一の光プローブとの光結合を安定的行うことができる構成となっている。２つのグレーティングカプラの間隔は、検査装置の設計に依存するが、光ファイバの被覆径を考慮した上で、なるべく近接させるのが位置精度の観点で望ましく、大きくとも１ｍｍであるのが適当である。【００９２】
次に、本実施例の光回路において、光回路の製造工程内検査で得られる光透過特性を用いて光回路上の傷をより効率的に検出する方法について説明する。上述の実施例１〜５では、個々のチップ領域に対して別々に１回ずつ光回路上の傷の検出・判定を行っていた。これに対して、本実施例では複数のチップ領域に対して光回路上の傷の検出・判定を行い、必要に応じて、個別のチップ領域に対して別々に１回ずつ光回路上の傷の検出・判定を行う。すなわち、共通の検出用光導波路における傷の検出・判定と、個別の検出用光導波路における傷の検出・判定とからなる、階層的な傷の検出・判定を行う。【００９３】
図１８は、実施例６の光回路において、対象回路の内の１つの光回路に製造工程内で引っ掻き傷が生成された状態を示した図である。図１７に示した本実施例の光回路において、光回路の製造工程内でチップ領域６１０３の対象回路の一部（光変調回路）に傷６２００が生じた例を示す。ここで、図１７に示した本実施例の共通の検出用光導波路６１１２と、個別の検出用光導波路６１０４〜６１０７を単純化して描くことによって、階層化された傷の検出・判定がより簡単に理解されるだろう。【００９４】
図１９は、本発明の実施例６の光回路における検出用光導波路の階層的な構成を概念的に示した図である。図１８に示した傷の状態と対応しており、チップ領域６１０３の対象回路の一部（光変調回路）に傷６２００が生じた例を示している。個別の検出用光導波路６１０４〜６１０７は、それぞれ、対応する１つのチップ領域内のみに存在し、対応する１つのチップ領域内の光回路上に生じる傷だけを検出できる。これに対し、共通の検出用光導波路６１１２は、４つのチップに渡って構成された１本の光導波路であって、４つのチップ領域内のいずれか１つの光回路に傷があれば、これを検出することができる。一方で、共通の検出用光導波路６１１２において傷が無いと判定されれば、１本の検出用光導波路６１１２の１回の検査によって４つのチップ領域内のどこにも傷が無いことを同時に確認できる。【００９５】
本実施例の光回路では、以下の手順で光回路における傷の検出が行われる。第１の測定として、４つの対象回路を連続的に囲むように配置された共通の光導波路６１１２の透過スペクトルをグレーティングカプラ対６１１３ａ、６１１３ｂを介して測定する。４つの対象回路の何れかで傷が生じている場合、共通の光導波路６１１２上に生じた傷（欠陥）において大きな損失が発生するため、共通の光導波路６１１２で測定される透過スペクトルにもその損失が反映される。【００９６】
図２０は、実施例６の光回路において、傷がある場合と無い場合に見られる透過スペクトルを示した図である。図１８のように対象回路の１つに傷６２００が生じた場合、図２０において「傷あり」の透過スペクトルが取得される。一方で、図１７のように４つの対象回路の何れにも傷が無い場合、図２０においては「通常」の透過スペクトルが取得される。第１の測定において「通常」の透過スペクトルが取得され、共通の光導波路６１１２で傷が検出されなければ、４つの対象回路は全て傷が無いと判断され、これらの４つのチップ領域に対する製造工程内の検査は合格として、傷の検出・判定を終了し、次の別の４つのチップ領域の工程に進むことができる。【００９７】
第１の測定で「傷あり」の透過スペクトルが取得され、傷があると判断された場合、第２の測定に進む。第２の測定では、４つの対象回路それぞれのみを囲むように配置された個別の光導波路６１０４〜６１０７の各透過スペクトルを、グレーティングカプラ対６１０８〜６１１１を介して、それぞれ測定する。【００９８】
図２１は、実施例６における第２の測定で、測定された４つの対象回路の透過スペクトルを示す図である。（ａ）は、対象回路を含むチップ領域６１００においてグレーティングカプラ対６１０８で測定されるスペクトルであり、以下同様に（ｂ）はチップ領域６１０１のグレーティングカプラ対６１０９のスペクトル、（ｃ）はチップ領域６１０２のグレーティングカプラ対６１１０のスペクトル、（ｄ）はチップ領域６１０３のグレーティングカプラ対６１１１のスペクトルを示す。図１８のように対象回路の１つのチップ領域６１０３に傷６２００が生じた場合、図２１の（ｄ）のように、傷のある対象回路に対応する光導波路の透過スペクトルに大きな損失が見られる。第２の測定を行うことで、傷のある対象回路を特定し検出することができる。もし、第１の測定において得られる透過損失値によって、４つの対象回路の中で傷が１箇所であると推定できれば、第２の測定を４つの対象回路のすべてに対して行う必要も無い。傷のある対象回路が発見された段階で、第２の測定を打ち切ることも可能となる。例えば、第１の測定で傷が１箇所であると判定した場合に、第２の測定の最初の対象回路の測定で傷が特定されれば、引き続く残りの３つの対象回路の検査を省略することも可能となる。結果として、４つの対象回路に対する傷の検査は、２回の測定で済むことになる。【００９９】
通常、ウエハ内に複数のチップ領域が配列された光回路に傷が生じるのは稀な現象であって、ウエハあたり数回路で検出されるか、または、全く検出されない程度の頻度である。このような発生頻度の下においては、本実施例における第１の測定において傷が無いと判断される場合がほとんどであり、実施例１〜５のように、全てのチップ領域毎に対象回路の外郭に沿った個別の検出用光導波路を測定して傷を検出する場合と比較して、測定回数を約１／４に減らすことができる。【０１００】
本実施例のように、共通の検出用光導波路の測定と、個別の検出用光導波路の測定を組み合わせる階層的な検出方法によって、光回路上に生じる傷の検出のための検査の時間を大幅に減らし、製造・試験工程の効率化を図ることができる。上述の本実施例の説明では、共通の検出用光導波路６１１２は、４つのチップ領域に渡って構成されているが、共通の検出用光導波路が通過するチップ領域の数は、１つのチップ内の光回路の規模や、チップサイズに応じて適宜変更することができる。したがって、共通の検出用光導波路が通過するチップ領域の数を増やせば、第１の測定によって傷の検出可能な対象回路の数を増やすことができる。傷の発生の頻度が少ない製造工程であれば、チップ領域の数に逆比例して、１つのウエハにおいて必要な測定の数を減らすことができる。【０１０１】
上述のように、本実施例により、ウエハ上でのシリコン光回路の製造工程で生じる傷を、ウエハ状態のままの検査でより早期に客観的に検出することができる。複数の対象回路に渡って形成された共通の検出用光導波路と、個別の検出用光導波路を使用して、階層的な検査を行うことで、さらに、透過スペクトルの測定回数を大幅に減らし、非常に効率的に傷の検出工程を実現できる。
【実施例７】
【０１０２】
図２２は、本発明の実施例７の光回路の構成を示す平面図である。本実施例でも、複数のチップに渡ってより効率的に傷の検出が可能となるよう、ウエハ上に配列された複数の対象回路に対して同時に検査を行い、より少ない測定で傷の検出が可能となる回路構成と手法を示す。本実施例では、透過スペクトルを取得する波長帯域を対象回路毎に分ける検査用光回路を含めることによってグレーティングカプラとの結合箇所を減らし、傷の検出のための測定回数を大幅に減らして、ウエハの傷の検出・判定工程をさらに効率化する。【０１０３】
図２２で、点線で区画された各矩形領域は、シリコン光回路チップ７１００〜７１０３を示しており、図２８で説明された従来技術の光変調器および受信器の集積回路と全く同様の回路から構成される。シリコン光回路チップ７１００〜７１０３は、それぞれシリコンウエハ上の１つのチップ領域でもあり、また、ウエハからチップに切り出した場合には、単一のシリコン光回路チップとなる。図２２において、従来技術と同一の構成を持つ光変調器および受信器は点線で示されており、構成および動作の説明は省略する。図２２の各矩形領域内において点線で示した光変調器および受信器は、傷を検出すべき対象となる所定の機能を実現するための対象回路である。【０１０４】
本実施例の光回路は、図２２において点線で描いた対象回路である光変調器および受信器に加えて、実線で描いた検査用光回路を備える。４つのチップ領域の各々に対する個別の検査用光回路として、チップ領域７１００では対象回路を囲むように配置された光導波路７１０４を、チップ領域７１０１では対象回路を囲むように配置された光導波路７１０５を、チップ領域７１０２では対象回路を囲むように配置された光導波路７１０６を、チップ領域７１０３では対象回路を囲むように配置された光導波路７１０７をそれぞれ備える。本実施例において検査用光回路は、波長に応じて光を４つの出力に分波する機能を有する波長合分波回路７１０８、７１０９をさらに備える。検査用の光導波路７１０４〜７１０７の各々は、その一端が第１の波長合分波回路７１０８の１つの出力に、他端が第２の波長合分波回路７１０９の１つの出力に接続するように配置されている。第１の波長合分波回路７１０８の１つの入力、および、第２の波長合分波回路７１０９の１つの入力は、それぞれグレーティングカプラ対７１１０に接続されている。グレーティングカプラ対７１１０の構成は、これまでの各実施例と同様である。【０１０５】
図２２の本実施例の検査用回路では、４つのチップ領域内の各対象回路の外郭をそれぞれ囲うように配置された４つの光導波路７１０４〜７１０７が、２つの波長合分波回路７１０８、７１０９で分岐合流され、単一のグレーティングカプラ対７１１０を介して光プローブで透過スペクトルが測定できるような構成になっている。図１７に示した実施例６の場合には、各チップ領域にそれぞれ個別にグレーティングカプラ対６１０８〜６１１１を備えていたのと対照的である。【０１０６】
また本実施例では、実施例５、実施例６と同様に、各々の対象回路が複数の副対象回路から成る集積回路である。このため、各対象回路において、各副対象回路を囲むように折り返し光導波路部分および副対象回路間の導波路部分が直列に配置された一体の光導波路７１０４〜７１０７が構成されている。本実施例では、４つの光導波路７１０４〜７１０７が、２つの波長合分波回路７１０８、７１０９に接続され、２つの波長合分波回路を介して単一のグレーティングカプラ対７１１０に接続された構成となっている。本実施例の構成によって、各チップ領域内で集積回路の一部の副対象回路の領域のみに生じるような小さな傷であっても、その検出の精度を高めると同時に、グレーティングカプラ対の数を１つで済ませることができる。【０１０７】
本実施例でも、実施例３、実施例４、実施例５と同様に、光導波路の直線部分はコア幅を拡大してマルチモード導波路とし、伝搬損失を低減している。光導波路の曲線部分のコア幅は０．５μｍであり、直線部分のコア幅は１．５μｍである。直線部分と他の部分とを接続する部分はテーパ導波路によりコア幅が連続に変換されるようになっており、各テーパ導波路の長さは１５μｍである。【０１０８】
上述の実施例１〜６と同様に、光導波路７１０４〜７１０７は、光の結合が生じない範囲で、対象回路の各副対象回路の最外郭の導波路になるべく隣接させて配置されることが望ましい。対象回路の導波路と検出用光導波路との間の隣接間隔は大きくとも５０μｍとするのが適当である。【０１０９】
さらに本実施例では、実施例４、実施例５と同様に、グレーティングカプラ対７１１０の２つのグレーティングカプラが隣接し、矩形のチップ領域７１０２のコーナー近くにまとめて配置されている。図２３では、グレーティングカプラ対７１１０および２つの波長合分波回路７１０８、７１０９は、左下のチップ領域７１０２に配置されているが、４つのチップ領域のいずれにあっても良い。グレーティングカプラ対は、単一の光プローブとの光結合を安定的行うことができる構成となっている。２つのグレーティングカプラの間隔は、検査装置の設計に依存するが、光ファイバの被覆径を考慮した上でなるべく近接させるのが位置精度の観点で望ましく、大きくとも１ｍｍであるのが適当である。【０１１０】
次に、本実施例の光回路において、光回路の検査で得られる光透過スペクトルを用いて光回路上の傷をより効率的に検出する方法について説明する。上述の実施例１〜５では、個々のチップ領域に対して別々に１回ずつ光回路上の傷の検出・判定を行っていた。これに対して本実施例では、２つの波長合分波回路７１０８、７１０９を介して波長分波した試験光を４つの光導波路７１０４〜７１０７に対して供給して、光回路上の傷の検出・判定を同時に行う。【０１１１】
図２３は、実施例７の光回路において、対象回路の内の１つの光回路に製造工程内で引っ掻き傷が生成された状態を示した図である。ここではチップ領域７１０１の対象回路の一部（受信器）に、傷７２００が生じた例を示している。【０１１２】
図２４は、実施例７の光回路における波長合分波回路の分波特性を示す図である。入力ポートから４つの出力ポートのそれぞれへの透過スペクトルを示している。波長合分波機能を実現する光回路は幾つか考えられるが、本実施例ではアレイ導波路回折格子を用いた。シリコン導波路によるアレイ導波路回折格子については非特許文献１に詳しい。図２４の（ａ）は第１の波長合分波回路７１０８の透過スペクトルを、図２４の（ｂ）は波長合分波回路７１０９の透過スペクトルを示す。本実施例の光回路の２つの波長合分波回路７１０８、７１０９は、同様の設計となっており、設計上の合分波波長間隔は８ｎｍ、各出力ポートの中心波長は１５３１ｎｍ、１５３９ｎｍ、１５４７ｎｍ、１５５５ｎｍとした。ただし実際の製造時の加工誤差等により、上述の設計値と実際の中心波長との間には最大１ｎｍ程度の波長誤差が生じる。【０１１３】
本発明の光回路において光回路上の傷の検出を実現するためには、波長合分波回路７１０８、７１０９の合分波波長間隔は、上述の値に限定されることなく、任意の波長の値の設定が可能である。ただし前述の製造時の加工誤差を考慮して、波長間隔は１ｎｍより大きく設定するのが望ましい。また全ての出力ポートの中心波長が、単一のグレーティングカプラ対７１１０と光ファイバとの結合効率が比較的良好な波長域（約４０ｎｍ）の範囲内に収まっていることが望ましい。また本実施例で使用される波長合分波回路は、アレイ導波路回折格子だけに限定されることはなく、マッハ・ツェンダ干渉回路（非特許文献２）や、リング共振回路（非特許文献３）等の波長合分波機能を持つ回路を適用することも可能である。【０１１４】
したがって本実施例の光回路は、基板上に形成された複数の対象回路の各々に対して、各々の対象回路の外郭の少なくとも一部に沿って、当該各々の対象回路との間で光結合を生じない距離に近接して配置された、複数の光導波路７１０４〜７１０７と、前記複数の導波路の一端が複数の出力端にそれぞれ接続され、入力端に入力された光を、前記複数の出力端に波長合分波する第１の波長合分波回路７１０８と、前記複数の導波路の他端が複数の出力端にそれぞれ接続され、入力端に入力された光を、前記複数の出力端に波長合分波する第２の波長合分波回路であって、前記第１の波長合分波回路と同一の波長合分波特性を有し、前記複数の光導波路の各々は、２つの波長合分波回路の同一の透過波長を有する出力端同士で接続されている、第２の波長合分波回路７１０９と、前記第１の波長合分波回路の前記入力端と、前記第２の波長合分波回路の前記入力端に接続されたグレーティングカプラ対７１１０とを備えたものとして実施できる。【０１１５】
図２５は、実施例７の光回路において２つの波長合分波回路と、４本の検出用光導波路との間の接続関係を示した図である。４本の検出用光導波路７１０４〜７１０７の各々の両端は、２つの波長合分波回路７１０８、７１０９のそれぞれの、同じ合分波波長に設計された出力ポートに接続される。ここでは、光導波路７１０４の両端は２つの波長合分波回路のそれぞれの第１出力ポート（Ｏｕｔ ＃１）に、光導波路７１０５の両端は２つの波長合分波回路の第３出力ポート（Ｏｕｔ ＃３）に、光導波路７１０６の両端は２つの波長合分波回路のそれぞれの第２出力ポート（Ｏｕｔ ＃２）に、光導波路７１０７の両端は２つの波長合分波回路のそれぞれの第４出力ポート（Ｏｕｔ ＃４）に接続される。また第１の波長合分波回路７１０８の１つの入力と、第２の波長合分波回路７１０９の１つの入力は、それぞれグレーティングカプラ対７１１０に接続している。【０１１６】
図２５の各光導波路間には幾つかの導波路交差が生じるが、これらの交差においては低損失な導波路交差構造が適用されることが望ましい。低損失な導波路交差構造については多くの公知の提案があるが、例えば非特許文献４などに示された構造を利用できる。【０１１７】
本実施例の光回路では、対象回路上に生じた傷を検出するための製造工程内の検査において、光プローブによってウエハ上の構成されたグレーティングカプラ対７１１０を介して透過スペクトルを測定する測定する。２つの波長合分波回路を介して試験光を４つの検出用光導波路に供給して、透過スペクトルを測定する。【０１１８】
図２６は、実施例７の光回路において、傷がある場合と無い場合に見られる透過スペクトルを示した図である。４つの対象回路の何れかに傷が生じている場合、光導波路７１０４〜７１０７の中で対応する光導波路上に生じた傷（欠陥）で大きな損失が発生するため、透過スペクトルの対応する波長域にその損失が反映される。図２３のようにチップ領域７１０１の対象回路（受信器）に傷７２００が生じた場合、光導波路７１０５に損失が生じる。よって光導波路７１０５が接続されている波長合分波回路７１０８、７１０９それぞれの第３出力ポート（Ｏｕｔ ＃３）に対応した波長１５４７ｎｍ付近のスペクトルに傷による損失が反映され、図２６において「傷あり」として点線で示したような透過スペクトルが取得される。一方、４つの対象回路の何れにも傷が無い場合、図２６において「通常」として実線で示したように、４つの出力ポートに対応したどの波長も同じ損失レベルを持つ透過スペクトルが取得される。【０１１９】
図２９Ａおよび図２９Ｂは、本発明における光路変換手段の他の実現例を示した図である。光変換手段は、グレーティングカプラ以外の光回路によっても実現できる。図２９Ａは、光路変換回路の基板面を見た平面図である。図２９Ｂは、図２９ＡにおけるＸＸＩＸＢ−ＸＸＩＸＢ線を含み光導波路に沿って基板面に垂直に切った断面を示した図である。この実施例ではシリコン光回路で光路変換手段を実現する例を示すが、他の材料系による光回路であっても概ね同様の構成により光路変換手段を実現可能である。図２９Ａを参照すれば、光路変換回路は検出用光導波路の一部であるシリコンで形成された導波路コア部分８１０１の端部に構成される。導波路コア部分８１０１は、図２９Ｂの断面図の光導波路８１０５に対応する。図２９Ｂを参照すれば、光路変換回路の近傍では、ＳＯＩ基板のシリコン基板部分８１０７上に、ＢＯＸ層（下部クラッド）８１０６、さらに上部クラッド８１０４がＳｉＯ２によって形成されている。導波路コア部分８１０５の厚さは０．２２μm、幅は０．５μｍ、上部クラッド８１０４の厚さはおよそ２μｍ、下部クラッド８１０６の厚さは２μｍである。【０１２０】
図２９Ａの光路変換回路は、上部クラッド８１０４、導波路コア部分８１０５および下部クラッド８１０６を加工して形成された溝部８１０２を備える。溝部８１０２は、光導波路８１０５に垂直な２つの端面を持つ。一方の端面の導波路コア８１０５を終端する端面は、シリコン基板８１０７に対してほぼ垂直に形成される。終端面に対向する他方の端面８１０３は光に対する全反射面となっており、シリコン基板８１０７に対しておおよそ４５度に形成されている。全反射面の端面８１０３は、上部クラッドおよび下部クラッドの材料すなわちＳｉＯ２の面であっても良いが、より高い反射効率を得るために、金属膜等を表面に形成していても良い。【０１２１】
ここで光導波路９１０５を図２９Ｂの右方から左方へ伝搬してきた光波は、溝部８１０２で自由空間に放射され、ほどなく全反射面８１０３に到達し、その進行方向をほぼ図２９Ｂにおける上方へ変換される。同様に図２９Ｂの上方より入力する光は前述の経路とは逆の経路をたどって光導波路９１０５に結合し、図２９Ｂの右方へ伝搬する。この光路変換回路により、図２９Ｂにおける溝部８１０２の上方に位置される光ファイバ等の入出力手段と光接続を行うことができる。従って、光導波路の終端面、および、この終端面に対向して設けられＳＯＩ基板に概ね垂直に前記終端面から出射する光を反射する全反射面を有する溝部８１０２から成る光路変換回路は、入出射光と光ファイバとを結合するカプラとして機能する。上述の各実施例における検出用光導波路の両端に、図２９Ａおよび図２９Ｂで示した光路変換回路を備えることができる。これまで説明したグレーティングカプラ対を、図２９Ａおよび図２９Ｂで示した光路変換回路によるカプラ対に置き換えることが可能である。【０１２２】
本発明の本実施例の光回路では、この１度の測定によって４つの対象回路それぞれにおける傷の有無を同時に判断することができる。従って、上述の実施例１〜５のように、全ての対象回路の各々に対応する個別の光導波路を測定して傷を検出する測定をする場合と比較して、測定の回数を約１／４に削減し、検査の時間を縮減して効率化を図ることができる。また実施例６の光回路と比較しても、グレーティングカプラと光プローブとの結合は１か所で済み、１回の測定だけで傷のある対象回路を特定できる点で、さらに検査の効率が優れている。【０１２３】
上述の本実施例の説明では、４本の検出用光導波路７１０４〜７１０７が、対応する４つのチップ領域に構成され、２つの波長合分波回路７１０８、７１０９で合流されているものとした。しかし、２つの波長合分波回路７１０８、７１０９で合流する検出用光導波路の数、すなわち傷の検出の対象回路（チップ領域）の数は、１つのチップ内の光回路の規模や、１つのチップサイズに応じて適宜変更することができる。したがって、２つの波長合分波回路７１０８、７１０９で合流する検出用光導波路の数を多くすることができれば、一回の測定によって傷の検出可能な対象回路の数を増やすことができる。この場合、損失の差異が識別できる範囲で波長間隔を狭くして、波長合分波回路のポート数を増やし、１回の測定だけで傷を発見することが可能な対象回路を増やすことができる。傷の頻度が少なく比較的不良の少ない製造工程であれば、２つの波長合分波回路７１０８、７１０９で合流する検出用光導波路（チップ領域）の数に逆比例して、１つのウエハにおける全体の測定の回数を減らすことができる。【０１２４】
上述のように、本実施例により、ウエハ上でのシリコン光回路の製造工程で生じる傷を、ウエハ状態のままの検査でより早期に客観的に検出することができる。【０１２５】
以上、本発明の光回路の７つの実施例によって、本発明の工程内検査用のシリコン光回路により、従来技術の目視検査と比べて、ウエハ上の光回路の製造工程で生じる傷を、高い検出の精度で客観的に検出できることを詳細に説明した。【０１２６】
実施例１〜実施例４では、傷を検出する対象回路をデジタルコヒーレント偏波多重方式の光変調回路とし、実施例５〜実施例７では、光変調回路および光受信回路の集積回路として説明したが、本発明のこれらの対象回路に限定されず、シリコン光導波路から構成されるあらゆる光回路に適用が可能である。【０１２７】
全ての実施例では、上部クラッドおよび下部クラッドとして石英を材料とし、厚さとして特定の数値の構成例を用いて説明したが、本発明の光回路はこれらの例だけに限定されない。シリコンよりも屈折率の低い材料はクラッドに適用可能であり、各クラッドの厚さとしてはコアに閉じ込められず僅かにコア外に染み出す光の範囲を十分超えていればよい。また上部クラッドとして特定の材料でコアを埋め込まず、空気をクラッドとすることも可能である。【０１２８】
また上述の全ての実施例では、グレーティングカプラの設計パラメータを特定の数値のものとして説明したが、本発明の光回路はこれらの例だけに限定されず、あらゆる設計のグレーティングカプラの適用が可能である。さらに本発明の実施例では、いわゆるＣ帯（波長約１５２５ｎｍ〜１５６５ｎｍ）で高効率に動作する設計の一例を示したものであって、光回路を動作させる波長等の用途に合わせて、最適なグレーティングカプラの設計を適用するのが望ましい。【０１２９】
以上述べたように、本発明の光回路によって、ウエハ上のシリコン光回路の製造工程で生じる傷を、ウエハ状態での検査で客観的に検出することができる。また本発明により、シリコン光回路の製造工程で生じる傷を、製造工程のより早い段階で精度よく検出することが可能となり、ウエハ状態の検査で見逃した不良を含む回路が後工程に流れ込むのを効果的に避けることができる。シリコン光回路を用いた製品の製造時間およびコストを削減することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、一般的に通信システムに利用することができる。特に、光通信システムのシリコン光回路に利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【国際調査報告】
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