(57)【要約】  【課題】  【解決手段】  シングル光−電子テストエレメントを用いたシリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハ構造に形成された光−電子デバイスのウエハレベルテスト配列であって、光及び電気テストの双方を実行する配列。ビーム操縦光学部品をテストエレメントの上に形成しても良く、光プローブ信号と、ＳＯＩ構造の上側表面の上に形成した光カップリングエレメント（例えば、プリズムカプラ、グレーティング）間のカップリングを容易にするために使用される。光テスト信号は、その後、ＳＯＩ構造の上側層に形成した光導波管に向けられる。光電子テストエレメントは、また、光−電子デバイス上の複数のボンドパッドテスト部位と接触するように位置決めされ、電気テスト動作を行う複数の電気テストピンを具える。光テスト信号の結果は、ＳＯＩ構造内で電気表示に変換され、従って、電気信号としてテストエレメントに戻る。【選択図】    図１
2007528129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハ上に形成した一体型光−電子シリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）−ベース構造に用いるウエハ−レベルテスト配列において：
前記シリコンウエハの先端主表面に取り外し可能に接触させる光−電子テストエレメントであって、
少なくとも一の光テスト信号を前記ＳＯＩ−ベース構造の方向に向ける少となくとも一の光入力信号路と；
テストされる前記光−電子ＳＯＩ−ベース構造の表面上の複数のボンドパッドとパターンが合致するように配置され、テストされる前記光−電子ＳＯＩ−ベース構造にエネルギィを与え、テストされる前記光−電子ＳＯＩ−ベース構造へ電気テスト信号を提供し、テストされる前記光−電子ＳＯＩ−ベース構造からの電気応答信号を提供する複数の電気テストピンと；
を具える光−電子テストエレメントと；
光−電子テストエレメントと、テストされる特定の前記光−電子ＳＯＩ−ベース構造の表面との間に配置した光カップリング特徴であって、前記テストされる特定の前記光−電子ＳＯＩ−ベース構造内に光テスト信号をカップリングする光カップリング特徴と；
を具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項２】
請求項１に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記少なくとも一の光入力信号路が、前記光−電子テストエレメントを通って所定の角度で配置された少なくとも一の光ファイバを具え、前記光カップリング特徴に所望の角度の光カップリングを提供することを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項３】
請求項２に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記少なくとも一の光ファイバが、光ファイバアレイを具え、各ファイバが異なる光テスト信号を供給できることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項４】
請求項２に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記少なくとも一の光ファイバが少なくとも一のレンズ付光ファイバを具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項５】
請求項１に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記配列が更に：
少なくとも一の光テスト信号の波長を調整するチューニングエレメント；
を具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項６】
請求項１に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記光−電子テストエレメントが更に：
前記少なくとも一の光入力信号路と前記テストされる光−電子構造の先端主表面との間に光の方向／フォーカッシングを提供するビーム操縦／形成光学部品；
を具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項７】
請求項６に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記光−電子テストエレメントビーム操縦／形成光学部品が、電子的に制御可能な可動ミラーを具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項８】
請求項６に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記光−電子テストエレメントビーム操縦／形成光学部品が、偏光制御エレメントと、半波長板を具え、入力光テスト信号に偏光制御を提供することを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項９】
請求項６に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記配列が更に：
前記シリコンウエハの表面に対する前記光信号の位置決めを調節するために前記ＳＯＩ構造と前記ビーム操縦／形成光学部品との間に配置したフィードバック成分；
を具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項１０】
請求項１に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記配列が更に：
前記光テスト入力信号の波長を調節して改善されたカップリング効率を提供するために、前記ＳＯＩ構造と前記光入力信号路との間に配置したフィードバック成分；
を具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項１１】
請求項１に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記光信号路が、偏波保持ファイバ、シングルモード光ファイバ、レンズ付偏波保持シングルモードファイバ、およびレンズ付シングルモードファイバからなる群から選択された導波管構造を具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項１２】
請求項１に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記光カップリング特徴が、前記ＳＯＩ構造の前記先端主表面の選択された領域の上に配置されたエバネッセントカップリング層を具え、当該エバネッセントカップリング層が、シリコンの屈折率より低い屈折率を示すことを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項１３】
請求項１に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記光カップリング特徴が、所定の入力光カップリング位置に配置された少なくとも一の光カップリングプリズムを具え、前記ＳＯＩ構造にエバネッセントカップリングを提供することを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項１４】
請求項１に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記光カップリング特徴が、前記ＳＯＩ構造内の所定の入力光カップリング位置に形成した少なくとも一の光グレーティングを具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項１５】
請求項１に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記光−電子テストエレメントが更に、少なくとも一の光テスト応答信号を受信する少なくとも一の光出力信号路を具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項１６】
請求項１５に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記光カップリング特徴が更に、所定の出力光カップリング位置に配置した少なくとも一の光カップリングプリズムを具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項１７】
請求項１５に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記光カップリング特徴が更に、所定の出力光カップリング位置において前記ＳＯＩ構造内に形成した少なくとも一の光グレーティングを具えることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項１８】
請求項１５に記載のウエハ−レベルテスト配列において、前記少なくとも一の光出力信号路が、偏波保持ファイバ、シングルモード光ファイバ、レンズ付偏波保持シングルモードファイバ、レンズ付シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、およびレンズ付マルチモードファイバ、からなる群から選択されることを特徴とするウエハ−レベルテスト配列。
【請求項１９】
シリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハに形成した光−電子回路のウエハレベルでの光および電気テストを実行する方法であって、各光−電子回路が前記光−電子構造の表面導波管層へおよびこの表面導波管層から光カップリングを提供する少なくとも一のカップリングエレメントを具える方法において：
ａ）並進および回転移動が可能な多軸ステージ上に前記ＳＯＩウエハを位置決めするステップと；
ｂ）光−電子テストエレメントを、個別ＳＯＩ光−電子構造を規定する前記ＳＯＩウエハ表面の選択された領域に接触させるステップであって、前記光−電子テストエレメントが、前記個別ＳＯＩ光−電子構造上の同じように配置された複数のボンドパッドと少なくとも一の光プローブ入力信号路を接触させるための複数の電気テストポイントを具え、少なくとも一の入力光テスト信号を前記個別ＳＯＩ光−電子構造の前記少なくとも一のカップリングエレメント内にカップリングするステップと；
ｃ）少なくとも一の光テスト信号と少なくとも一の電気テスト信号を前記個別ＳＯＩ光−電子構造に前記光−電子テストエレメントを介して印加するステップと；
ｄ）前記ＳＯＩ光−電子構造からの少なくとも一の応答信号を前記光−電子テストエレメントを介して戻すステップと；
ｅ）前記個別ＳＯＩ光−電子構造の特性を決定する評価配列に、前記少なくとも一の応答信号を提供するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、ステップｄ）を実行するに際して、少なくとも一の電気応答信号が前記光−電子テストエレメントに戻ることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法において、ステップｄ）を実行するに際して、少なくとも一の光応答信号が前記光−電子テストエレメントに戻ることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法において、ステップｄ）を実行するに際して、少なくとも一の光応答信号と少なくとも一の電気応答信号が前記光−電子テストエレメントに戻ることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法が更に：
ｆ）前記光−電子テストエレメントの位置を前記シリコンウエハに対して並進させて、前記光−電子テストエレメントを別の個別ＳＯＩ光−電子構造の上に位置させるステップと；
ｇ）前記別の個別ＳＯＩ光−電子構造についてステップｂ）乃至ｅ）を繰り返すステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法が更に：
ｈ）前記シリコンウエハ表面に形成されている各個別ＳＯＩ光−電子構造について、ステップｆ）およびｇ）を繰り返すステップ；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法が更に：
ｉ）前記光及び電気応答信号を所定の受け入れ可能な値に評価するステップと；
ｊ）ステップｉ）の評価に不適格な個別ＳＯＩ光−電子構造を、続く廃棄用にマーキングするステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法が更に：
ｋ）各個別ＳＯＩ光−電子構造についてのテスト結果のソフトウエアベースでの記録を作るステップであって、当該ソフトウエアベースの記録が、テストされる特定のウエハのアイデンティティと、前記ウエハ表面の各個別ＳＯＩ光−電子構造の一のマップを含むステップ；
を具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本出願は、２００４年３月８日に出願した米国暫定出願第６０／５５１，３１６号の利益を請求する。
【０００２】
技術分野
本発明は、ウエハレベルテストの提供に関し、特に、単一のテストエレメントを用いて、シリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）構造上に形成された様々なエレメントの光学的、電気的、および光−電子テストを提供する性能に関する。
【０００３】
発明の背景
半導体業界では、比較的大きなシリコンウエハ（一般的に直径数インチのオーダのもの）を処理して、複数の同じ集積回路を形成する。このウエハを完全に処理すると、「ダイス」に切って個別の集積回路を形成する。ほとんどの場合、数百個の同一回路がウエハ表面上に形成される。個別の回路の性能が、ダイスに切る前にテストされないと、「悪い」チップが更に処理されてパッケージングされることになり、貴重な時間と費用を無駄にすることになる。
【０００４】
ウエハレベルでのテストは、半導体業界ではよく知られており、伝統的に、このテストを用いて、まだウエハ形状にある状態で各集積回路の様々な電気パラメータを測定して、集積回路が予め規定されたスペックに合致していることを認証するようにしている。このスペックとの合致を認証する能力以外に、集積回路業界におけるウエハレベルのテストはプロセスの問題を同定する固有の能力を有し、適格／不適格の基準を提供し、データを収集して、ウエハ上で特別なテストを作り／実行する（すなわち、カスタマ−固有テスト）。
【０００５】
単一のＳＯＩ構造上の集積電子部品および光学部品を使用することが増えており、電子部品および光学部品双方についてウエハレベルでのテストの開発が要求されている。このタイプのウエハレベルでのテストは、カプラ、ファイバ、その他の形での光入力／出力と、テストパッド／ポイントの形での電気的入力／出力が必要である。光をＳＯＩ導波管（例えば、逆ナノテーパおよび三次元テーパなど）内にカップリングするのに通常使用されている方法では、導波管構造内にカップリングするのに、チップ（またはダイ）のエッジにアクセスする必要がある。D.E.Nikonov et al.に付与された米国特許第６，８５９，５８７号は、光回路をウエハレベルでテストする、一の例示的な「エッジ」カップリング法を示している。この場合は、第１の光ファイバが光回路の第１の「エッジ」に接続されており、これを用いてプローブ／テスト光信号を光回路中に導入するようにしている。第２の光ファイバは、回路の反対側の「エッジ」に接続されており、出力／テスト光信号を回集するのに使用されている。回路の「エッジ」にアクセスする必要性は、この特定のウエハレベルでの光テスト方法の厳しい制限であると考えられている。
【０００６】
２００３年７月３日に公開された米国特許出願公開２００３／１２３７９３号（Johannessen）は、代替の「光プローブ」配列を記載している。ここでは、平面光回路のテストを、選択された位置で回路材料の先端表面部分を除去することによって行っており、導波管構造へのアクセスを獲得し、光プローブを導波管に直接接触させるようにしている。この配列は、「エッジ」コンタクトを実施することが不要になる一方、このタイプの配列は、テストを実行するのに回路の一部を除去しなくてはならないので、「破壊的テスト」であると考えられる。明らかに、一のウエハ上の複数の回路位置でテストを繰り返す場合、破壊的テストは好ましい選択ではない。更に、このタイプの光プローブが、シングルモードの通信アプリケーションへの使用が増えていることがわかっているサブミクロン寸法の光導波管と共に使用できるかどうかが明らかでない。更に、これらの従来技術の配列は両方とも、光プローブとウエハの間にインデックスマッチング液を使用する必要があり（測定の再現とコンタミネーションに関する問題が生じる）、光学的テストのみを提供している。ウエハ上の電子部品を分析してテストするために、従来の電子「プローブカード」が必要とされる。
【０００７】
従って、従来のウエハレベルでのテスト方法論には、光及び電気テストを単一の構造にまとめる必要が残っている。
【０００８】
発明の概要
従来技術に残る必要性に本発明は取り組んでいる。これは、ウエハレベルでのテストの提供に関し、特に、単一のテストエレメントを用いて、シリコン−オン−インシュレータ（ＳＯＩ）構造の上に形成した様々なエレメントについての光学的、電気的及び光−電子テストを提供する性能に関するものであり、従来の電子部品のウエハ−レベルテストに関連する知識の主要部分に有利に影響を及ぼす。
【０００９】
本発明によれば、光−電子テストエレメントは、光テストおよび電気テストの双方に必要な部材を具えるように構成されている。我々の継続中の出願のいくつかに開示されているとおり（例えば、２００４年１１月８日に公開された米国公開出願第２００４／０２１３５１８号、または、２００４年９月７日に出願された米国特許出願第１０／９３５，１４６号参照）、光−電子チップのサブミクロン寸法の光導波管（ＳＯＩ層）部分への直接の光カップリングは、ＳＯＩ構造の表面に配置した光プリズムまたはグレーティング構造によって行われ、この構造のＳＯＩ層に直接に光をカップリングさせる。ビーム操縦／形成光学部品が、本発明の光−電子テストエレメントに含まれていてもよく、これを用いてプリズム／グレーティング構造へ、およびプリズム／グレーティング構造からの効率的なカップリングを提供している。複数の電子テストポイント（プローブ）が従来のスタイルでテストエレメント上に形成されており、ＳＯＩ構造の所望の電気テストを実行する。
【００１０】
好ましい実施例では、ＳＯＩ構造と光−電子テストエレメントのビーム操縦部分との間にフィードバック信号が印加されて、ＳＯＩ構造上のカップリングエレメントに対するビーム位置を調整する。
【００１１】
入力および出力光テスト信号は、光ファイバアレイ、好ましくは偏波保持ファイバを用いて、カップリングされる。外部レンズ（またはファイバ端面に形成した一体型レンズ）を用いて、光カップリング効率を強化することもできる。入力波長のチューニングを実行して、ウエハ表面でテストする導波管のモード角をマッチングさせ、これによってカップリング効率を強化し、ウエハからの一またはそれ以上のフィードバック信号を利用してチューニングを制御する。
【００１２】
本発明のその他のおよび更なる変形および態様は、以下の記載によって、添付図面を参照して明らかになる。
【００１３】
詳細な説明
上記に簡単に述べたとおり、ＳＯＩベースの光学構造用の光テストエレメントの開発における最大の挑戦は、繰り返し可能な態様で、テストする非常に薄い導波管に信頼性を持って光ビームをカップリングしなければならないことである。この薄い導波管に光が入射するのに必要な角度は、導波管の厚さと光信号の波長に強い相関関係があることが知られている（すなわち、ＳＯＩ構造に入射する光のモード角を良く制御して、導波管内で特定のモードを励起する必要がある）。本発明の一の態様は、許容できるカップリングが、反復可能なベースで信頼性を持って実現できるような範囲にテスト信号の波長を「調整」する能力である。プロセスのバリエーションによって、ウエハごとに導波管層の厚さと、関連するエバネッセントカップリング層の厚さが変わる限り、本発明によるテスト波長をモニタして、「調整」する能力は、光−電子部品のウエハレベルでのテストにおける有意な進展であると考えられる。
【００１４】
図１は、ウエハレベルの光−電子テストを提供する例示的配列を示す側面図であり、本発明によって形成した光−電子テストエレメント１０を用いている。テストエレメント１０は、少なくとも一の入力光プローブ１１を支持するように形成されている。この場合、プローブは、レンズ付端面１３を有するファイバである。図３において特に説明するように、このようなレンズ付ファイバのアレイを用いて、複数の様々な光テスト信号を提供することができると考えられる。図１を参照すると、入力光プローブ１１は、精度良く整列しており、テストエレメント１０内に固定されて、ＳＯＩ構造２０として示すように、プローブ１１がテストするウエハの方向に入力ビームＩを向けている。複数の電気テストプローブポイント１６がテストエレメント１０の上に含まれており、ＳＯＩ構造２０上の複数の電気コンタクト（例えばボンドパッド）３４に電気的に接続するものとして示されている。「ウエハ」テスト用には、別々のＳＯＩ構造が、それぞれ個別ベースで調べられテストされると考えられる。これは、通常、テストプローブに対してウエハを移動させる「ステップアンドリピート」法によって行われる。図１を参照すると、ＳＯＩ構造２０は、シリコン基板２２と、二酸化シリコン絶縁層２４と、比較的薄い（通常サブミクロンの厚さ）上側シリコン表面層２６とを具えている（以下、「ＳＯＩ層２６」という）。図１に示す特定の実施例では、比較的薄いエバネッセントカップリング層２８（例えば、二酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの、シリコンの屈折率より小さい屈折率を有する材料でできている）が、ＳＯＩ層２６の選択された部分の上に配置されており、ＳＯＩ層２６内へのおよびＳＯＩ層２６からの光信号のカップリングを補助するのに用いられている。入力光プリズム３０と出力光プリズム３２は、図１に示すように、エバネッセントカップリング層２８の選択された部分の上に配置されており、テストエレメント１０とＳＯＩ構造２０間の光カップリングに用いられている。
【００１５】
本発明の好ましい実施例では、プリズムカプラが、シリコン構造体（例えば、別のシリコン基板に形成されている）を具え、ＳＯＩ構造２０に永久的に取り付けられており、最終デバイス構造に光カップリング（同様に、更なるテスト）を提供するのに使用されている。この永久的なカップリング構造の使用を、光−電子テストエレメント用の光プローブの部分としても使用することが、本発明のこの実施例の特徴である。代替的に、一又はそれ以上のプリズム構造を光−電子テストエレメント１０上に一体的な部品として形成することもできる。
【００１６】
次いで、本発明によって、光−電子テストエレメント１０をウエハ上の選択された領域（すなわち、図１に示すような、「選択された」ＳＯＩ構造２０）に接触させることによって、ウエハ−レベルテストを実施する。光テストビームをＳＯＩ構造２０の導波管内に所定の角度で入射させる。ＳＯＩ導波管内にカップリングした信号の光パワーをモニタすることによって、入力テスト信号の波長を調整して（例えば、導波管の厚さの変動及び／又はテストエレメント製造変動を補償する）、ＳＯＩ導波管への光テスト信号のカップリングを最適化する。一旦満足の行く入力テスト信号パワーが達成されると、一連の光および電気テストが実行されて、その結果が分析装置にフィードバックされる。従来の「ステップアンドリピート」機構を用いて、別々のＳＯＩ構造をそれぞれ検査するように、テストエレメント１０に対してウエハを移動させる。あるＳＯＩ構造が一またはそれ以上のテストに合格しなかった場合（光及び／又は電気）、ウエハのその部分に「不良」のマークをつけて（例えば、磁気インクを用いて構造体にマークをつける）、ウエハを複数の個別ダイスに切るときに単純に破棄する。更に、各個別のダイに関するテスト結果を規定するウエハのソフトウエアマップを作って、将来の参考用に保存することができる。上述したとおり、本発明のテストエレメントの有意な利点は、同じテストエレメントを用いて、全てのウエハ−レベルの電気、光及び光−電子テストデータが得られ、従って、ウエハ−レベルテスト工程に関する時間と費用を大幅に低減できることである。
【００１７】
図２は、光−電子テストエレメント１０の代替の実施例を示す図であり、この場合、ビーム操縦／形成光学部品をテストエレメント１０に一体化して、テストエレメント内へおよびテストエレメントからフリースペースの光信号をカップリングさせている。ビーム操縦／形成光学部品を含むことによって、テストエレメント１０とＳＯＩ構造２０の間での、ビーム方向、フォーカシング、その他の動的な調整が可能になり、ＳＯＩ構造２０上での受信した光パワーの測定値を利用して、調整を行うことができる。図２に示す実施例の一の配列では、入力光テスト信号は、偏波保持ファイバ４０の一部を介して伝わり、次いで、テストエレメント１０のビーム操縦光学部品１２内にカップリングされる。偏波保持ファイバ４２の同じ部分を用いて、出射テスト応答信号をアウトカップリングすることもできる。本発明によれば、偏波保持ファイバ４２からの出力信号の特性を分析して、ビーム操縦／形成光学部品１２及び／又は１４内で、様々なミラー、レンズ、その他の特徴を調整して、許容できる程度の光テスト信号のカップリングを提供することができる。ビーム操縦／形成光学部品を含むことによって、入力／出力テストファイバを好ましい方向に位置させることができる（すなわち、ファイバをテストエレメント１０と同じ面に配置し、「水平入射」構造を提供することができる、または代替的に、ファイバをテストエレメント１０の面に直交するように配置して、「垂直入射」構造を提供することができる）。
【００１８】
偏波保持ファイバの代替として、様々なその他のタイプのファイバ（または一般的な導波管）を用いることができる。例えば、標準シングルモードファイバ、マルチモードファイバ、レンズ付ファイバ、その他のファイバを全て使用することができる。検出器アレイや、個別の検出器（オンチップまたはオフチップ）を出力ファイバの代わりに用いることができる。ビーム操縦エレメント１２および１４は、更に、偏光ビームスプリッタと半波長板のようなエレメントを具えていても良く、この半波長板を用いて、偏光の制御と回転を提供する。代替的に、オフエレメント部品を用いて、所望の偏光制御を行うようにしても良い。光源自体については、様々な構成を用いることができる。例えば、チューニング可能なレーザ（または、チューニング可能なレーザアレイ）を使用して、波長を「調整」し、様々なシステム波長で、カップリング効率及び／又はテストを最適化することができる。代替的に、面発光ＬＥＤ（ＶＣＳＥＬ）アレイを使用することができる。その他の構成も可能であり、全て、本発明の精神と範囲の中に入ると考えられる。
【００１９】
図３は、図２の配列の正面図であり、この場合、光−電子テストエレメント１０の入力において、オフエレメントの偏光制御エレメント６０を使用して、印加された光テスト信号の偏光状態を制御するようにしている。この図で明らかなことは、ＳＯＩ構造２０のボンドパッド３４に関連するテストエレメント１０の第１の側部に沿って配置された第１セットの電気テストプローブポイント１６−１と、テストエレメント１０の反対側の側部に沿って配置された第２セットの電気テストプローブポイント１６−２である。個別の入力テストファイバ４０アレイ（出力ファイバ４２も同様）も、この図に示されている。半導体の分野でよく知られているように、ウエハレベルでのテストを実行するときに、テストエレメントは、ウエハに穏かに接触しており、複数のテストポイントの端部（この例ではテストポイント１６）が、関連するボンドパッド（この図ではボンドパッド３４）にちょうど触れており、ウエハの物理的特性を妨げないようにしている。様々なテストプローブポイント１６が、出力電気テスト信号をカップリングするのに使用されている残りのテストプローブポイント１６と共に、ＳＯＩ構造２０へ電気入力テスト信号を提供するのに使用されている。ＳＯＩ構造２０内に含まれている光学構造と「モノリシック電子部品」の例示的構成が図３に示されており、本発明に従って形成された光−電子テストエレメント１０を使用することによって同時にテストされる。
【００２０】
オンチップの光／電気（Ｏ／Ｅ）検出器６２（好ましくはＳＯＩ構造２０内に一体化されている）またはハイブリッド光−電子エレメントを用いて、光プローブ信号をモニタし、信号をビーム操縦／形成光学部品１２及び／又は光源へフィードバックさせて、テスト波長を「調整」し、カップリングを改良し、一またはそれ以上のビーム操縦エレメントその他を再配置する。Ｏ／Ｅ検出器６２の選択された検出器からの電気出力信号を一またはそれ以上の電気ボンドパッド３４に向けて、選択されたテストプローブポイント１６に電気出力テスト信号を提供することができる。「光学部品」テスト信号を電気的な表示に変換することによって、光出力プローブの必要性がなくなることは、本発明の一特徴である。光及び電気テスト部品を単一のテストエレメントにまとめる能力は、このようなフィードバックをリアルタイムで提供できる能力を非常に容易にすると考えられる。
【００２１】
上述したとおり、一セットの光学グレーティングを用いて、プリズムカプラに代えてカップリングを提供することができる。図４は、本発明の例示的な実施例を示す図であり、プリズムカプラ３０、３２の代わりに一対のグレーティング５０および５２を用いて、光カップリングを提供している。図４に示す実施例では、入力グレーティング５０がＳＯＩ構造２０の入力カップリング領域内に形成されている。このようなグレーティング構造を用いて、ＳＯＩ層２６などのサブミクロン層に有効なカップリングを提供する能力は、上述した出願人の継続中の出願第１０／９３５，１４６号に詳細が述べられている。この出願は、ここで引用されている。実際、入力グレーティング５０は、ＳＯＩ層２６に直接的に形成することができ、エバネッセントカップリング層２８の一部内に形成することができ、あるいは、「ポリ−ローディッド（poly-loaded）」導波管構造を示す実施例では上にあるポリシリコン層内に形成することもできる。
【００２２】
一般的に、本発明によるカップリング／デカップリングプリズムまたはグレーティングの使用によって、光−電子テストエレメント１０をＳＯＩウエハのいずれかの適宜の位置に配置することが可能であり、「非侵襲的に」光テストを行うことができる（例えば、光カップリングを行うのにクラッド層の一部とおそらくは導波管層を除去する必要がある、従来技術のJohannessenの引例と比較して）。更に、ウエハレベルでのテストは、本発明によれば、ウエハ（又は各独立したダイ）の「エッジ」にアクセスする必要がなく、容易に行うことができ、光−電子回路の表面ＳＯＩ層に光テスト信号を直接カップリングさせることによって、光テストを実行することができる。要約すると、従来からのウエハレベルでの電子集積回路テストと同様のやり方で、ウエハレベルでの光−電子テストを、本発明のテストエレメントを用いて実行することができる。
【００２３】
光テストのフルバッテリを提供するためには、テストを行うウエハがテストエレメントに対して移動及び／又は回転できることが必要であり、この場合に用いられるいくつかの移動は、ＳＯＩウエハ自体の上の整列状態をテストするためのものである。図５は、多軸ステージ１００の上に搭載された例示的なＳＯＩウエハ２００（上述したように、複数の別個のＳＯＩ構造２０を具える）を示している。このステージ１００によって、図５に矢印で示すとおりの、光−電子テストエレメント１０に対するウエハ２００の並進ｘ−ｙ移動と、ウエハ２００とテストエレメント１０間の回転移動（θ）が可能になる。回転移動は、おもに、テスト配列の初期セットアップにおいて、テストエレメント１０のＳＯＩウエハ２００に対する角度のミス配列を補正するために行われる。テストエレメント１０に対するウエハ２００の「上」／「下」移動は、ステップアンドリピートプロセスにおいて、様々なＳＯＩ構造２０にテストエレメントを再整列させるために使用される。すなわち、ステージ１００は、プローブをクリアにするために下がり、次のダイ位置に移動して、次いで、持ち上がって、テストエレメント１０に再度接触する。ビジョンシステムを含め、公知の画像処理アルゴリズムを用いることで、全テスト工程を自動化することができる。
【００２４】
図５にも完全なテスト配列１２０が示されており、これは、コンピュータのコントローラ１２４を画像システム１２６に接続するバスインターフェース１２２と、ＳＯＩウエハ２００内のＳＯＩ構造上での様々な所望の光及び電気テストを実行／制御するのに使用する器械類１２８を具える。また、バス１２２には、電子インターフェース１３０と光インターフェース１３２が接続されており、電気及び光入力テスト信号をテストエレメント１０へ、また応答信号をテストエレメント１０から提供している。
【００２５】
図に示すように、様々な入力制御信号（テストエレメント１０の位置、ビーム操縦エレメント、および光テスト波長を含む）と入力テスト信号（光および電気）がバス１２２に沿って伝わり、光−電子テストエレメント１０または多軸ステージ１００に印加される。戻りのテスト信号（光および電気）も、バス１２２に沿って伝送され、コンピュータのコントローラ１２４内の適宜の診断／テストメモリユニットに保存される。コンピュータのコントローラ１２４に保存された実際のテスト結果と関連する「許容可能な」値に基づいて、特定のテストアルゴリズムを用いて、あるテストに不適格であった「許容できない」とマークされた構造とともに、各ＳＯＩ構造を評価することができる。例えば、許容できない部品の表面には、磁気インクなどの視覚的表示を回路自体にマークして、ウエハを個々の部品に切るときに、「不適格」回路を廃棄できるようにする。
【００２６】
個々のテスト、入力信号、所望の応答信号の値、その他の特徴は、光−電子ウエハのウエハレベルでのテストを実質的に全て実行するための、単一の光−電子テストエレメントの形成と使用に関する本発明の主題に密接な関係があると考えられない。更に、上述の本発明の特別な実施例は、説明のためだけのものであると考えられる。当業者は、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から外れることなく、形式及び詳細に多々の変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
ここで、図面を参照すると、
【図１】図１は、本発明の例示的な光−電子テストエレメントをテストすべきＳＯＩ構造と共に示す側面図であり、図１の実施例では、光プリズムを用いて、テストエレメントとＳＯＩ構造をカップリングしている。
【図２】図２は、本発明の代替の光−電子テストエレメントを示す図であり、テストエレメント中にビーム操縦／形成光学部品を具えており、光テスト信号のＳＯＩ構造へのカップリングを容易にしている。
【図３】図３は、本発明の代替の光−電子テストエレメントを示す側面図であり、この実施例は、ＳＯＩ構造の表面に設けた光グレーティングを用いて、入力と出力のカップリングを提供している。
【図４】図４は、本発明の例示的な光−電子テストエレメントの平面図である。
【図５】図５は、本発明に係るウエハレベルテストを実行するのに有益な例示的なテスト装置を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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