(57)【要約】  アレイ検査装置（１０）は、角度位置に応じて個々のチップ（１１１）の光学遠視野測定を偏光分解することに基づいて、半導体デバイスのアレイ（１１）の個々のチップ（１１１）を特性化する。ＴＭおよびＴＥの検出器（４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂ）の２つのペアまたは９０度で置き換え可能な１つのペアは、垂直アークの経路または水平アークの経路で移動するかまたはアレイの選択されたデバイスの固定位置の周囲に固定されて遠視野をサンプリングする。
2007514165.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学アレイの個々のチップを選別する検査装置であって、
測定目的のための固定基準位置から定まる固定位置において、前記電気光学アレイを固定するホルダと、
前記固定基準位置に応じて前記個々のチップの光学測定を偏光分解する遠視野測定システムと、
を含むことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記遠視野測定システムは、少なくとも１つの光学特性器を少なくとも１つの相対方向において前記電気光学アレイの前記固定位置に対して且つ前記固定基準位置に対して移動させる移動自在な測定システムを含み、前記移動自在な測定システムは、
前記固定位置において前記電気光学アレイの選択されたチップを選択的にプローブするプローバと、
発光を集めるために、前記選択されたチップの周囲を空間移動する偏光選択フィルタと狭帯域波長選択フィルタとを含む一群から選択された少なくとも１つの部材を有する前記少なくとも１つの光学特性器と、
前記選択されたチップに対する前記少なくとも１つの光学特性器の角度位置に応じて、前記発光を分解することによって前記光学測定をまとめるコントローラと、
を有することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光学特性器は、少なくとも１つの光検出器を含むことを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光学特性器は、前記チップが小さい発散角で発光するときには積分球を含むことを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項５】
前記チップは半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含み、前記積分球は増幅した自然放出（ＡＳＥ）を集めるために、選択されたＳＯＡの方に横方向に移動することを特徴とする請求項４記載の検査装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光検出器は、
前記選択されたチップの遠視野ＴＭ発光パターンを集めるＴＭ光検出器の少なくとも第１のペアと、
前記選択されたチップの遠視野ＴＥ発光パターンを集めるＴＥ光検出器の少なくとも第２のペアと、
第１のモータ駆動アームと、
第２のモータ駆動アームと、
前記第１および第２のモータ駆動アームの少なくとも１つの動きを制御するモーションコントローラと、
を含み、前記ＴＭ光検出器のペアのうちの１つは遠視野水平アークの経路で集め、前記ＴＭ光検出器のペアのうちの１つは遠視野水平アークの経路で集め、前記ＴＥ光検出器のペアのうちの１つは遠視野垂直アークの経路で集め、前記ＴＥ光検出器のペアのうちの１つは遠視野垂直アークの経路で集め、前記第１のモータ駆動アームは、前記選択されたチップに対して前記遠視野水平アークの経路で第１のＴＭおよびＴＥの光検出器を実装し且つ移動させて水平遠視野をサンプリングし、前記第２のモータ駆動アームは、前記選択されたチップに対して前記遠視野垂直アークの経路で第２のＴＭおよびＴＥの光検出器を実装し且つ移動させて垂直遠視野をサンプリングし、前記モーションコントローラは、前記固定基準位置に対して前記アークの経路で当該ＴＭおよびＴＥの光検出器のペアのうちの少なくとも１つを移動させることを特徴とする請求項３記載の検査装置。
【請求項７】
前記チップは、増幅した自然放出光（ＡＳＥ）を有する半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含み、当該ＴＭおよびＴＥの光検出器の少なくとも第１および第２のペアが、前記選択されたＳＯＡのＡＳＥ遠視野像を集めることを特徴とする請求項６記載の検査装置。
【請求項８】
前記チップはレーザを含み、当該ＴＭおよびＴＥの光検出器の少なくとも第１および第２のペアが選択されたレーザの遠視野出力測定を集めることを特徴とする請求項６記載の検査装置。
【請求項９】
前記偏光選択フィルタは、前記光検出器によって受け取られるべきＴＭ偏光ベクトルを選択するＴＭ偏光フィルタを含むことを特徴とする請求項６記載の検査装置。
【請求項１０】
前記偏光選択フィルタは、前記光検出器によって受け取られるべきＴＥ偏光ベクトルを選択するＴＥ偏光フィルタを含むことを特徴とする請求項７記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体または他の電気光学デバイスの検査に関し、特に、チップ製造における中間体構造であるバー，スタックまたは他のアレイの検査に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザのような電気光学デバイスは、重要な商業用の構成部品となっている。当該電気光学デバイスは、コンパクトディスクにおけるレーザを使用する読み出し源から光ファイバ通信システムにおける送信器に及ぶ幅広い用途において使用されている。半導体光増幅器（ＳＯＡ）は、基本的に、レーザ共振器を形成するためのミラーを有さないレーザである。ＳＯＡは、例えば増幅，超高速スイッチングのためのアレイ，相互接続，波長変換および２Ｒ−３Ｒ再生のような光通信において幅広い用途をも有している。レーザ，ＳＯＡおよび変調器のような他の構成部品は、例えば送信器，トランシーバ，スイッチ，再生器または集積変調チップのような集積デバイスを形成するために組み合わされ得る。
【０００３】
高速電気通信網における新しい用途が出てきているが、チップは信頼性があり且つ製造可能であるということを如何に確実にするかということが最も困難な課題である。この課題に対する１つの実績のある方法は、多くの面でデバイスを特性化する検査システムを使用することによって、きっちりとした品質管理を実施することである。
【０００４】
チップは、ウエハまたは基板上に製造される。当該ウエハまたは基板は加工されてセクションまたは４分の１にさらに分離される。このセクションは、スクライブラインに沿って当該セクションを割ったりまたは切断することによって、バーまたは他のアレイにさらに分離される。レーザとして使用するために、セクションは、当該セクションの細長い面に沿って端面を形成するように切断される。レーザのバーまたはアレイは、多くのレーザダイオードを含む。同様に、ＳＯＡチップは、スクライブラインに沿って割った半導体のセクションから形成される。端面が反射ミラーとして作用することを防ぐために、切断されたＳＯＡの両端面は、反射防止（ＡＲ）膜で被覆されるかまたは端面は、ＳＯＡストライプに対してある角度をもって切断される。１つのＳＯＡのバーまたはセクションは多くのＳＯＡを含み、各バーにおいて１〜１００個またはそれ以上である。
【０００５】
ウエハから個々のチップの最終パッケージまでのアレイまたはバーの製造工程中に、これらのチップが、電気特性および光学特性の両方を示す第１段階は、バーまたはアレイが形成されるときである。従って、チップがバーまたはアレイの形態であるときに、バッチプロセスにおいて全てのチップをプローブしたり検査することによって、初期の段階で特性を明らかにするかまたは合格のものを選別することが望ましい。規格を満たさないチップまたは他のデバイスは、さらなる労働コストまたは時間コストのかかる段階、すなわちパッケージおよび寿命試験または通電テストに入る前に廃棄されるであろう。
【０００６】
通常は、レーザバー検査の全工程は、プローブされる各レーザに対して６つの測定を含む。それらは、前端面光対電流，後端面光対電流，電圧対電流，水平遠視野像，垂直遠視野像および光スペクトル分析である。これらの測定機能の一つまたは全てを実施するシステムは、レーザバー検査装置と呼ばれている。
【０００７】
ＳＯＡを検査する従来のやり方は、２つの光ファイバ（１つは入力として、もう１つは出力として使用される）を使用することを含む。入力ファイバによってＳＯＡ中に光が注入され、出力光は、出力ファイバによってＳＯＡから集められる。例えば光利得，偏光依存利得（ＰＤＧ），利得傾斜，雑音指数などのファイバ間のパラメータが測定される。従って、ＳＯＡの検査は、完全にまたは部分的にパッケージされたデバイスに制限され、ここでは入力ファイバおよび出力ファイバは、永久的にピグテールで固定されるかまたはＳＯＡと正確に近接していなければならない。ピグテールで固定された場合に関しては、悪いデバイスは、材料およびデバイス当たりの労働時間についての多大なる浪費になる。近接させる場合に関しては、ＳＯＡに対してファイバを位置調整することが極めて時間がかかるため、測定処理能力が遅い。従来のファイバ−ファイバのシステムは、構築するために費用がかかり且つ維持するのも難しい。従って、初期の製造段階でＳＯＡを選別することができる、高処理能力の測定システムは、コストを削減し、歩留まりを改善し且つ設計変更に対する迅速なフィードバックを与えるために不可欠である。
【０００８】
従って、効率を最大化しつつ検査工程によるチップに対する破損を最小化するために、半導体のバーまたはアレイの検査装置を改良する必要がある。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の１つのアスペクトは、角度位置に応じて個々のチップの光学遠視野測定を偏光分解且つ波長分解することに基づいて、半導体デバイスのアレイの個々のチップを特性化する検査装置である。
【００１０】
他のアスペクトにおいて、本発明は、ＴＭおよびＴＥの検出器の少なくとも２つのペアまたはＴＭまたはＴＥの測定のために置き換えられ得る検出器の１つのペアを含み、各々のＴＭおよびＴＥのペアは、垂直アークの経路および水平アークの経路で移動するかまたはアレイの選択されたデバイスの固定位置の周囲に固定され、遠視野をサンプリングする。
【００１１】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に説明されるであろう。部分的には、その説明から当業者に明らかであるかまたは詳細な説明、特許請求の範囲および添付図面を含み本願で説明されている発明を実施することによって認識されるであろう。
【００１２】
前述の概略および以下の詳細な説明は、本発明の単なる例であり、特許請求の範囲にあるように本発明の本質および特徴を理解するための概要または構造を与えることを意図している、ということが理解されるべきである。添付図面は、本発明のさらなる理解を与えるために含まれており、本明細書に取り込まれ且つ本明細書の一部を構成するものである。図面は、本発明のさまざまな実施例を示しており、説明とともに本発明の原理および動作を説明する働きをしている。
【好ましい実施例の詳細な説明】
【００１３】
本発明の現在の好ましい実施例に対する言及が、詳細になされるであろう。その例は、添付図面において示されている。可能な限り、同一の参照番号が同一または同等部を言及するために図面の至るところに使用されるであろう。しかし、図面を簡略化するために、全ての類似部がラベルされている訳ではない。本発明のアレイ検査装置の例示的な実施例は、図１に示されており、参照番号１０で示されている。
【００１４】
本発明によると、検査装置およびアレイ１１の個々の半導体デバイスの特性を特性化する方法に関する本発明は、固定位置にアレイを固定するホルダ１２を有する。アレイまたはバーを固定して取り付けることについての利点は、操作の容易さおよびアレイ１１が動くことによる検査エラーの最小化である。たった一つの例が示されているが、固定されたレーザアレイを取り囲む、可動または非可動の他の検出器システムが、本発明の教示により使用され得る。
【００１５】
他のさまざまな固定ホルダ装置からの１つの例として本願で具体化され且つ図１に示されているように、ホルダ１２はアレイ１１に適用される真空吸引１４の選択的アプリケーションを含む。アレイ１１は、例えば真空チャックのような適切な備品に対して境を接している。当該備品は、その備品においてアレイ１１を開放したりまたは固定したりする。他の固定ホルダ装置は、クランピングまたは他の取り付けアプリケーションを含み、発光の中心があるところに位置調整されて測定目的のための固定された基準を形成する。
【００１６】
本発明によると、アレイ検査装置１０に対する本発明は、さらに測定システムの固定部または可動部１６を含む。この測定システムは、少なくとも１つの相対方向である、角を形成して垂直な方向２１，角を形成して水平な方向２２または少なくとも偏光分解のために、（状況に応じて、少なくとも１つの相対方向２１，２２，２３または２３’に応じて個々の半導体デバイスの波長分解の光学測定を含む）レーザアレイ１１に対して２つの直交方向２３または２３’のうちの１つに横方向に水平な方向に動かす。測定システムの可動部１６は、位置合わせおよび耐性問題を最小限にし、アレイ１１についての高速で柔軟性があり正確な特性評価を与える。
【００１７】
図１に示されて本願で具体化されているように、測定システムの可動部１６は、プローブ位置によって定義される選択された固定位置で、アレイ１１の選択されたデバイスを選択的にプローブするためのプローバまたはプロービング器具２４を含む。測定システムの可動部１６は、適切な検出器または他の特性器を選択的に使用して且つそれらを固定して使用することによってまたは図２〜４に見られるように、アレイ１１の選択されたデバイス１１１の周囲にそれらを動かすことによって光測定を行うことができ、所望の測定をなすこととなる。
【００１８】
例えば、図１，２，５に見られるように、垂直偏波（ＴＭ）および電場（ＴＥ）の検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂの少なくとも２組が、選択されたデバイスからの発光５１のＴＭおよびＴＥの遠視野測定を得るために与えられる。知られているように且つ図５の平面図に示されているように、発光５１は、２つの直交成分であるＴＥ偏光成分とＴＭ偏光成分とから構成されている。これらの成分は、それらの電解によって示されている。
【００１９】
検出器または光学変換器（optical characterizer）４１ａ，４１ｂ，４２ａおよび４２ｃの各々は、状況に応じて狭周波数帯選択フィルタ１，偏光選択フィルタ２および光検知器３を有するが、図面を簡略化するために、全てのパーツが図示されている訳ではなくまたはラベルされている訳ではない。偏光選択フィルタ２は、光検出器３に送信するためにＴＭ偏光ベクトルを選択する偏光スプリッタまたは偏光器であることができ、ＴＭ光検知器を形成する。一方、偏光選択フィルタ２は、光検出器３に送信するためにＴＥ偏光をベクトルを選択し、ＴＭフィルタから９０度移動されている、同じ偏光スプリッタまたは偏光器であることができ、ＴＥ光検出器を形成する。従って、ＴＥ偏光器はＴＥ偏光成分のみを伝達するが、ＴＭ偏光器はＴＭ偏光成分を伝達する。幾つかの用途において、検出器は、１つずつまたは同時にＴＭおよびＴＥの偏光測定を測定する当該検出器の前に選択的に移動されるＴＭまたはＴＥ偏光器とともに固定され得る。
【００２０】
ＴＭおよびＴＥに対する一組の分離した偏光器２の代わりに、ビームスプリッタの配置または他の周知のバリエーションが、受信されたビームをＴＭおよびＴＥモードに変換するように光学的に調整され得る。別のバリエーションとして、同じ偏光器が単にＴＭ偏光測定のために移動されて、ＴＥ測定のために９０°移動させられ得る。
【００２１】
状況に応じて、狭帯域波長選択フィルタ１は、偏光器の前に配置され、波長分解された測定として、λ−Δλ／２からλ＋Δλ／２の間の帯域幅において光検出器３に波長λを伝送する狭帯域フィルタとしてさらに含まれることができる。狭帯域フィルタ１が、光検出器３の受信用の開口を覆うために偏光器２の前に示されていたとしても、その順番は他の実施例において変更され得る。Δλは、約２ｎｍであることが好ましい。
【００２２】
移動可能な、偏光分解されたシステムが使用される場合には、第１のモータ駆動アーム４３が、選択されたデバイスに対して水平な弧状経路２２においてＴＭおよびＴＥの検出器の第１のペア４２ａ−４２ｂを動かし、水平遠視野を抽出する。同様に、第２のモータ駆動アーム４４が、選択されたデバイスに対して垂直な弧状経路２１においてＴＭおよびＴＥの検出器の第２のペア４１ａ−４１ｂを動かし、垂直遠視野を抽出する。選択されたデバイス１１１の発光とのより良い角度調節のために、ＴＭおよびＴＥ検出器のペアは、図２に見られるように、弓状の実装アレンジメント１２０で、それぞれ放射状に位置合わせされることが好ましい。この態様において、発光中心との最適な位置合わせが実現されることが認識される。周知のオフセット工程が、許容範囲または軸外調整を処理するために使用され得る。
【００２３】
これに対して、例えばＳＯＡのようなデバイスが、中心線から離れて傾斜した面を有する場合には、垂直遠視野アームは、中心線からずれている発光中心からの完全な縦型電界を得ることができるように適切なオフセット角で配置されることが好ましい。同様に、水平遠視野アームは、放射の中心から完全な水平遠視野を得ることができる、もう１つの適当なオフセット角に配置されることが好ましく、当該放射の中心は中心線から移動させられている。
【００２４】
図１，２および５を参照すると、プログラム可能なモータまたは他の適当なモーションコントローラ４６が、アーム４３および４４を作動させる。しかし、アーム４３および４４は、他の電気的または機械的なメカニズムによって動かされ得る。測定システムの可動部１６は、２つの小型モータ駆動のアーム４３および４４を使用して、２対のピンサイズのＴＭおよびＴＥの光検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂ（アーム４３および４４上にそれぞれ１セット）を動かし、水平および垂直の遠視野２１および２２の両方をサンプリングする。モーションコントローラ４６のモータ上のエンコーダは、検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂを高精度で（０．０２内で）位置合わせすることを可能にする。検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂのそれぞれの電気経路にある、例えばトランスインピーダンス増幅器５４６のようなプリアンプは、検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂの各々に対して、広い範囲のダイナミックゲインを保証する。検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂの各々のサイズは、直径約１００μｍであるように選択され、検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂの１つからチップ端２０４までの距離は、約６０ｍｍである。角度の遠視野分解能は、約０．２°であるように見積もられる。
【００２５】
全ての光学的測定に関して、接触したアレイ１１および接触プルーブの先端部は、固定された位置に維持されている。光学的測定の１つの好ましい実施例は、ビーム品質を特性化するのに極めて重要である遠視野スキャンである。通常、半導体チップは、その放射５１において楕円形のビーム径を有している。その理由は、導波路の幅は、通常、厚みよりも大きいからである。従って、遠視野の完全な特徴付けは、２つの直交軸２１および２２に沿った発散ビーム５２にわたってスキャニングすることを必要とする。
【００２６】
今までのところ記載されたバーまたはアレイのテスター１６は、従来のファイバ−ファイバシステムよりも、構築および維持するのにかなり安上がりである。このバーテスターの設計は、標準的な電子機器および光学関連部品のみを使用し、デバイス１１１と遠視野検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂの間の位置合わせは、とても重要であるけれども、それらの間の相対的に大きな距離のために容易になされる。
【００２７】
要約すれば、一対のＴＭおよびＴＥの検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂは、遠視野アーム４３、４４上にそれぞれ実装される。各光検出器３は、偏光フィルタ２で覆われ、ＴＥまたはＴＭの偏光のどちらかを伝送するように選択する。各光検出器３は、帯域フィルタ１でも覆われ、（λ−Δλ／２，λ＋Δλ／２）における波長のみを伝送する。例えば、Δλは約２ｎｍであり得る。
【００２８】
図５を参照すると、同期検出スキームは、雑音を除去し且つ信号対雑音比を改善するように導入される。アナログ対デジタル（Ａ／Ｄ）またはデータ収集（ＤＡＱ）カードまたはボード３６１は、遠視野発光をサンプリングするために使用される。受信された発光の部分は、ＴＭおよびＴＥの光検出器４１ａ，４１ｂ，４２ａおよび４２ｂの各々によって受信された、特定の垂直または水平な角度に依存している。対応する検出器によってもたらされた光電流は、増幅され且つ対応するトランスインピーダンス増幅器によって電圧に変換される。トランスインピーダンス僧服器からの電圧信号は、２つの対応するＴＥまたはＴＭのロックイン増幅器５４ａまたは５４ｂの１つにそれぞれ入力される。これらのロックイン増幅器５４ａおよび５４ｂは、ＤＡＱボード３６１の出力チャンネルＡＯ１において供給された変調周波数と同期される。変調周波数は、変調電流供給モジュール１６２によって選択されたデバイス１１１に供給された注入電流の振幅を変調する。電流供給モジュール１６２は、コントローラ３６によって処理されるように、ＤＡＱボード３６１の出力チャンネルＡＯ０によって制御される。この同期検出スキームは、雑音を除去し且つ測定システム１６の信号対雑音比を改善するために使用される。注入電流の振幅変調は、約５００ＨＺであることが好ましく、ロックイン増幅器５４ａおよび５４ｂは、ＤＡＱボード３６１の出力チャンネルＡＯ１に利用できるトリガー信号によって、この同じ５００Ｈｚで電流変調と同期させられる。この変調周波数の下での電流は、準ＣＷ電流である。注入電流の最大振幅は、ＤＡＱボード３６１によって変動し、偏光分解され且つ波長分解された遠視野パターンは、異なる注入レベルで測定されるようになる。このことは、図７の水平なＴＥ遠視野（ＦＦ），垂直なＴＥ遠視野，水平なＴＥ遠視野および垂直なＴＥ遠視野において示されている。しかし、例えば２ｋＨｚのような５００Ｈｚ以外の他の変調周波数も実現可能である。
【００２９】
可能な電気的レイアウトの例として、高速ＤＡＱボード３６１がチャンネルＡＯ０を通って変調された電流の供給モジュール１６２の内部の電流増幅器に電流変調信号を与えるために使用される。電流供給モジュール１６２の電流増幅器からの電流出力の振幅は、変調信号の振幅に比例している。一式のＴＭおよびＴＥの検出器４１ａ，４１ｂ，４２ａおよび４２ｂによって検出された各遠視野の光電流は、２ｘ１の電気スイッチ５６ａまたは５６ｂによって選択され、トランスインピーダンス増幅器５４６によって増幅される。トランスインピーダンス増幅器５４６の出力の各々は、対応する２つのロックイン増幅器５４ａおよび５４ｂのうちの１つに入力される。その後、ロックイン増幅器５４ａおよび５４ｂの出力は、チャンネルＡＩ０およびチャンネルＡＩ１でＤＡＱボード３６１に入力される。電流供給モジュール１６２の内部にある２Ω抵抗器にわたる電圧は、チャンネルＡＩ２でＤＡＱボード３６１によって測定され、選択されたデバイスすなわちチップ１１１中に注入された電流を較正する。
【００３０】
コントローラ３６は、チャンネルＡＩ０およびＡＩ１でボード３６１を読み取り、ロックイン増幅器５４ａおよび５４ｂそれぞれからの出力として検出されるＴＭおよびＴＥの遠視野発光をそれぞれ得ることとなる。コントローラ３６は、電流供給モジュール１６２に対するチャンネルＡＯ０でのボード３６１の出力を制御し、変調された注入電流の振幅を変動させることとなる。さらに、コントローラ３６は、ステッパ，割り送られたまたは制御されたモータ４６を制御し、それによって垂直角または水平角が所定の手順を通して軸方向または放射状に進められ、光検出器の受信角度を変化させる。当該受信角度において、水平方向および垂直方向のそれぞれに対して、θは水平角でありΨは垂直角である。
【００３１】
測定の間に、狭帯域フィルタ１のそれぞれを通過し、ＴＥまたはＴＭのフィルタ２の１つによって偏光された狭いスペクトル幅の光は、対応するＴＭまたはＴＥの検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂの各々の開口受信窓に達する。全ての３次元出力光の発光または全出力（Ｐ）のある角度分散のみが、光検出器３の開口部を備えた受信窓に方向付けられる。このことは、コントローラ３６に方向付けられる前に増幅される電気出力を生じさせる。コントローラ３６では、光検出器３の開口部を備えた窓受信位置に対応する検出光および所定の位置角度θおよびΨが測定される。（λ−Δλ／２，λ＋Δλ／２）の範囲内且つ１つの偏光（ＴＭまたはＴＥ）についての、検出器３における入射出力対遠視野角度が記録される。
【００３２】
遠視野像は、レーザに関しては、発光する劈開面からの光強度または光出力の角度依存性またはＳＯＡに関しては、増幅した自然放出（ＡＳＥ）の角度依存性として定義される。
【００３３】
ほとんどのレーザからの発光は、狭い光周波数でコヒーレントに発光し、単一に偏光される（ＴＥ偏光のみ）ので、本発明の波長分解され且つ偏光分解された態様は、ＳＯＡに対してと同様にレーザに対して必要とされない。しかし、ＴＭおよびＴＥモードを有するレーザが要求される場合には、レーザに対する方程式は、ＳＯＡの場合に対して使用されるようにレーザの場合に対して同様に得られ得る。
【００３４】
異なる偏光モードが発生すると、ＴＥおよびＴＭに対する遠視野像が測定されなければならない。さらに、遠視野像は、異なる電流レベルでとられ得る。
【００３５】
ＳＯＡに対して、偏光分解され且つ波長分解された全てのＡＳＥ出力は、偏光分解され且つ波長分解された遠視野像を統合したものである。遠視野像は、発光、この場合には、波長帯（λ−Δλ／２，λ＋Δλ／２）にわたったＴＥおよびＴＭの偏光に対するＡＳＥに対して測定される。
【００３６】
ＴＥ偏光遠視野像，強度対角度は,水平方向および垂直方向のそれぞれに対して、式（１）、（２）のように書かれる。
【００３７】
【数１】
2007514165.tif 000003
【００３８】
【数２】
2007514165.tif 000004
【００３９】
式（１）、（２）において、θは水平角であり、Ψは垂直角である。ｈTE（θ）およびｖTE（Ψ）は、１に等しい最大値で規格化された関数であり、ＡTEは、ＴＥに対する最大強度である。
【００４０】
その後、角度領域（θ、Ψ）におけるＴＥ偏光の２次元（２−Ｄ）遠視野像は、本発明によって式（３）であることが教示されている。
【００４１】
【数３】
2007514165.tif 000005
【００４２】
水平角θおよび垂直角Ψにわたった積分は、波長帯（λ−Δλ，λ＋Δλ）においてＴＥに対する全ＡＳＥ出力を与える。
【００４３】
【数４】
2007514165.tif 000006
【００４４】
同様に、ＴＭ偏光に対しては式（５）が与えられる。
【００４５】
【数５】
2007514165.tif 000007
【００４６】
従って、所望の波長帯（λ−Δλ／２，λ＋Δλ／２）におけるＴＥに対する全ＡＳＥ出力を計算するために、ＴＥ垂直遠視野像ＶTE（Ψ），ＴＥ水平遠視野像ＨTE（θ）および最大値ＡTEを知る必要がある。
【００４７】
同じことが、所望の波長帯（λ−Δλ／２，λ＋Δλ／２）におけるＴＭに対する全ＡＳＥ出力に適用される。計算された合計は、図７のＴＥ  ＡＳＥおよびＴＭ  ＡＳＥ対電流のグラフに示されている。これらのＴＥ  ＡＳＥおよびＴＭ  ＡＳＥ曲線は、図７の４つの水平／垂直のＴＥ／ＴＭ遠視野像曲線から計算される。さらに、遠視野測定は、図６〜７の強度グラフ（ＴＥ曲線は、通常ＴＭ曲線よりも幅広い肩を有する）に見られるように異なる電流レベルでとられ得る。従って、（λ−Δλ／２，λ＋Δλ／２）の範囲内且つ１つの偏光（ＴＭまたはＴＥ）についての全てのＡＳＥ積分出力は、注入電流に応じて求められる。
【００４８】
近視野のモードフィールド径（ＭＦＤ）は、一般に、チップ設計およびチップ結合効率に対するファイバの評価のための別の重要なパラメータである。近視野像は、遠視野像のフーリエ変換であり、その逆も成り立つので、波長分解され且つ偏光分解された遠視野像は、特定の偏光および波長に対する近視野像を見積もるためにも使用される。遠視野像および近視野像の両方がガウシアンである場合には、近視野のモードフィールド径は次式によって近似される。
ＭＦＤ＝２λ／πtan（０．８５＊ＦＷＨＭ）
上記の式において、FWHMは特定の波長および偏光での遠視野像に対する半値全幅であり、図６の水平および垂直のＦＷＨＭ対準連続波電流のグラフにおいて見られることができる。
【００４９】
全てのＡＳＥ積分出力が図６の面積グラフからわかった後に、他のチップパラメータが測定され得る。例えば、チップ利得は、適当な要素でＡＳＥに関連しているので、全ての積分ＡＳＥ出力から計算され得る。既に知られているように、ＳＯＡのＡＳＥ出力は、式（１０）として得られる。（考えられる中間式（６）〜（９）は示さない。）
【００５０】
【数６】
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【００５１】
式（１０）において、ωは角度の光周波数である。Δωはサンプリング間隔である。ｎspは反転分布のファクターである。ｈは量子効率である。η＝（ｇ−α）／ｇであり、ｇおよびαは、それぞれ材料利得および導波路損失である。
【００５２】
十分な電流注入の下で、ｎspおよびηは電流注入と無関係である定数であり、波長範囲において式（１０）は式（１１）のように簡略化される。
【００５３】
【数７】
2007514165.tif 000009
【００５４】
式（１１）でＣ（Δλ，λ）は、波長に依存した係数である。
【００５５】
偏光依存性を含めると、式（１１）は式（１２）、（１３）のように表現される。
【００５６】
【数８】
2007514165.tif 000010
【００５７】
【数９】
2007514165.tif 000011
【００５８】
式（１２）、（１３）は、ＡＳＥ出力測定から光利得を見積もる基礎となる。ASE出力および利得は、偏光および波長に依存している。係数ＣTE（Δλ，λ）およびＣTM（Δλ，λ）
は計算され得るが、ＡＳＥ出力およびチップ利得を相互に関連付けることによって実験的により便利に見出され得る。つまり、例えば、従来のファイバ−ファイバシステムで測定され得る。
【００５９】
ＧTE（λ）とＧTM（λ）との間の差異は、偏光依存利得（ＰＤＧ）と呼ばれている。多くの電流レベルで、遠視野像に式（４），（５），（１２）および（１３）を適用することで、利得が電流に応じて測定される。
【００６０】
図６を参照すると、光学ＳＯＡのバー測定のＴＭおよびＴＥの線についての例のスクリーンショットが本発明の教示によって処理された、個々の特性化されたチップに対して表示されたさまざまなパラメータとともに示されている。ＳＯＡのバー検査工程は、複数のバーの全てのチップに対して特徴付けを行う。
【００６１】
図７を参照すると、異なる設計および波長のあるチップに対する個々の曲線が、図６に共に示されているように、幾つかのチップに対して代わりに示されている。ＴＥおよびＴＭの曲線も、それらの差異を示すために異なるプロットに分けられている。
【００６２】
ＳＯＡのバーは、真空チャック上に搭載される。複数のバーが、同時に収容される。制御ソフトウエアが、コンタクトプローブの下に１つのＳＯＡを位置付け、このコンタクトプローブは、接触をとるために下げられる。制御ソフトウエアは、正しい振幅と周波数を有する変調された信号の列を電流増幅器に送信する。電流増幅器の出力は、ＳＯＡに加えられる。水平遠視野アーム４３がスキャンして、ＴＥ遠視野像ＨTE（θ）およびＴＭ遠視野像ＨTM（θ）が得られる。垂直遠視野アーム４４がスキャンして、ＴＥ遠視野像ＶTE（φ）およびＴＭ遠視野像ＶTM（φ）が、図７における強度対角度のプロットに見られるように得られる。ＶTE（φ）およびＶTM（φ）は、ＶTE（φ），ＡTE，ＶTM（φ）およびＡTMを計算するために規格化される。ここで、ＡTEおよびＡTMは関数の最大値である。式（４）、（５）は、ＡＳＥ出力を計算するために使用される。この工程が、多くの電流レベルに対して繰り返される。その後、式（１２）、（１３）が利得を計算するために使用される。この工程は、多くの電流レベルに対して繰り返され、図７の見積もられたチップ利得対電流のグラフに見られるように、電流に応じてチップ利得をプロットする。
【００６３】
遠視野像のもう１つの例示的な用途は、利得−傾斜測定（gain-tilt determination）のためである。第１の狭帯域フィルタ１と比べて異なる要求波長λ2を有する少なくとも第２の狭帯域フィルタが、第１のフィルタと共に使用される場合には、第１の波長フィルタ１の帯域幅と比較して、光出力すなわち発光５１のうちの大体λ2−Δλ2/2からλ2＋Δλ2/2の間の第２の帯域幅において伝送された波長は、利得−傾斜として差異を光学的に特徴付けるために異なる波長で比較される。異なる透過波長の帯域フィルタ１で覆われた検出器のペアをさらに加えることによって、異なる波長での利得が測定され得る。その結果、波長帯にわたった利得の差異として定義される利得傾斜が特性化される。
【００６４】
式（１２）、（１３）は、偏光分解され且つ波長分解されたＡＳＥ出力が如何に測定されるかを指定しない、ということが知られている。本発明において教示されるように、１つの効果的な方法は、遠視野測定である。しかし、他の方法も教示されている。
【００６５】
別の方法は、変更フィルタ２および小さい光検出器３と比較して大面積の光検出器を使用することによって、偏光分解された出力を測定することである。偏光フィルタ２は、並進ステージ上に取り付けられる。ＴＥ偏光のＡＳＥを測定するために、ＴＥ偏光フィルタ３は、ＳＯＡの出力面と大面積光検出器との間にあるように移動される。ＴＭ偏光のＡＳＥを測定するために、ＴＭ偏光フィルタは、ＳＯＡの出力面と大面積光検出器との間にあるように移動される。偏光フィルタ２とＳＯＡの出力面との間の距離は、ＳＯＡからのビームが間違いなく偏光フィルタ３の開口部によって完全にカバーされているようにするために、出来る限り短くされるべきである。
【００６６】
波長分解されたＡＳＥ出力を測定するためのもう１つの方法は、光信号を測定するために波長選択フィルタ１および大面積光検出器を使用することによるものである。別の例は、多モードファイバを使用して光を集め、光信号を光学分光計アナライザ（ＯＳＡ）５２に送信するものである。これらの代替的な方法は、遠視野測定の方法と比べて、ＳＯＡデバイスを検査することにおいて高速であり得る。その理由は、偏光フィルタ２および狭帯域波長フィルタ１が並進ステージによって動かされない限り、そのパーツは固定されているからである。しかし、大きな光角度発散を有するＳＯＡに関しては、偏光フィルタ２および波長フィルタ１が平面である場合には、偏光および波長の選択性が悪影響を受ける。
【００６７】
光学特性器の別の例として、光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）５２が、図１に見られるように、光スペクトル分析を与えるコントローラ３６と積分球２８とに接続される。
【００６８】
光スペクトル分析を完結するために、測定システム１６は、電流供給１６２によってプログラムで供給される異なる電流レベルで、選択されたデバイス１１１の発光５１の波長を自動的に記録する。
【００６９】
測定システムの別の任意部分１６として、２つの直交する水平方向２３または２３’の１つにおいて、スライド自在な積分球２８が、発光５１を集めるために選択されたデバイス１１１の方に横方向に移動するスライダ３２に接続される。積分球２８は、選択された電気光学チップ１１１からの全ての発光５１を測定することができる。ビーム発散５２が十分に小さい場合には、一対のＴＭおよびＴＥの積分球２８ａ、２８ｂは、それぞれ既に述べられた、同様な偏光フィルタ２および波長フィルタ１の一式とともに使用されることができ、第１セットおよび第２セットのＴＭおよびＴＥの検出器４１ａ−４１ｂおよび４２ａ−４２ｂに取って代わることとなる。
【００７０】
半導体デバイス１１１としてＳＯＡとともに使用するために、２つの直交する方向２３または２３’のうちの１つにおいて、一対の積分球２８ａ−２８ｂが、増幅された自然放出（ＡＳＥ）を集めるために選択されたＳＯＡの方に横方向に移動する。
【００７１】
図１から４を参照すると、図１のアレイ１１の拡大が、図１の測定システム１６の特定部分に関して図２〜４に示されている。適切に設計されたアレイフィクスチャは、アレイを容易にロードおよびアンロードする方法，良好な導電率を与える方法および温度制御する方法を提供する。
【００７２】
より正確なアレイ測定システムを与えるために、出来る限りアレイ１１に近接したところで温度が制御され且つモニタされる。その真空ホルダ１２において、測定システム１６の部分に対するアレイの部分の参照は、測定がどこから参照をつけられているかまたは割送られているかを示すために最初に表される。図３〜４に見られるように、半導体アレイ１１のＰ−接触面２０１は、アクセスするためにプローバ２４に対して上方に向いている。レーザの発光面またはＳＯＡの側面のようなアレイ１１の出力端２０４は、図２に見られるようにアークの経路２１、２２に沿った遠視野スキャンのような測定を可能にしつつアレイの位置あわせを容易にするために、図１のホルダ１２のベース部１２３の最上部に位置した停止ブロックフィーチャー１２１の近くにある。
【００７３】
プローバ２４、好ましくは弾力性のあるプローブ端２４１の、最初の１つの一対のプローブは、図１〜２に見られるようにレーザアレイ１１の最上面２０１に接触する。プローブ端２４１のこの単一の基準点は、全ての光学測定に対する固定された基準として使用される。
【００７４】
他のプローブであるグランドプローブ２４２は、電気接地として受座（striker plate)１２２に接触する。より大きな弾力性のために、レーザアレイ１１の表面が平坦でない場合には、プローブ２４１および２４２の各々が、例えばポゴピンのような軟質ピンの形態であることが好ましい。かかるダブルプローブ設計を有することについての１つの利点は、あるアレイ検査測定のためにパルス電流動作をするときに、マイクロ波反射を最小化することです。
【００７５】
図３を参照すると、受座１２２は、停止ブロックフィーチャ１２１の反対側にあり、高台になった停止ブロックフィーチャ１２１と受座１２２との間のホルダ１２にアレイ１１を実装する。受座１２２は、良好な導電率のために金の層でめっきされ、物理的且つ電気的にホルダのベース部１２３にねじ２２２で取り付けられる。プロービングのために、ホルダのベース部１２３以外に、分離した受座を使用する利点は、より小さく使い古された受座が完全で、より大きく且つより複雑なホルダ１２の代わりに置換されさえすれば十分であるということである。
【００７６】
レーザアレイ１１のＮコンタクト２０２は、ホルダ１２のベース部分１２３に電気的且つ熱的に設置され、好ましくは金メッキされたフィクスチャとして実装される。熱電性冷却器１０４およびヒートシンク１０２は、真空ホルダ１２の下に加えられ、図１〜３に見られるように、検査中にアレイ１１の周囲の温度を制御する。
【００７７】
図４を参照すると、温度は、熱センサ１２４によって受信された熱信号を入力される熱制御モジュール１２６でモニタされる。この熱センサ１２４は、アレイ１１の近くの温度をフィードバックするためにホルダ２１の内部に実装される。２０℃から８０℃における検査温度を調整するために、温度は、温度制御器１２６として参照されるコンピュータモジュールによって制御される。
【００７８】
アレイ１１に対して、固定され且つ割り送り可能な位置を与えるために、図１のアレイ１１に対する真空ホルダ１２が、図２〜３により詳細に示されている。アレイ１１は、ホルダすなわちフィクスチャ１２のベース部分１２３における真空スロット２１４を通して加えられる真空吸引１４によって保持されることが好ましい。図１の真空スイッチ１１４をＯＮまたはＯＦＦに変化または作動させることによって、コントローラ３６によって制御されるように、アレイ１１はホルダ１２に容易にロードされたりホルダーからアンロードされたりし得る。４つのアレイ１１が同時に実装されることが好ましく、その結果ロード／アンロードによる中断時間が最小限にされる。簡略化のために、１つのアレイ１１のみが図３に示されている。
【００７９】
真空ホルダ１２の先端は、停止ブロックフィーチャ１２１として使用される三角形形状の突起部を有しており、出力側２０４上にアレイ１を位置付けることとなる。適切に設計されたツール（図示せず）がアレイ１１をホルダの停止ブロック部１２１に対して押し出し、ホルダのベース部１２３の最上部の割り送り可能な位置にアレイ１１を位置合わせする。停止ブロック部１２１の高さは、アレイ１１の能動的な最上部領域が、停止ブロック１２１の最上部ポイントより上に約５０μｍであり、このアレイを接触ダメージから保護するように設計されることが好ましい。アレイ１１は、検査システム１６にそのままでまたはバッチ操作でロードされる。つまり、チャックまたはホルダ１２は、ローディング／アンローディングのためにリモート位置に移動しない。この原位置工程（in situ procedure）は、システムの中断時間を最小限にするだけでなく、自動的なローディング／アンローディングをも可能にする。
【００８０】
図１〜４を参照すると、アレイ１１における個々のチップすなわちデバイス１１１は、水平方向の電動Ｘステージ１５２からなるプロービング機構またはシステムによって割送られる。この電動Ｘステージは、Ｘステージ１５２に実装されているアダプタプレート１５１および
プローバ２４の使用を通じてアレイホルダ１２を支持する。このプローバ２４は、プローブ端アッセンブリにおいて既述の二つの部分からなるプローブを有し、垂直方向の電動Ｙステージ１５４に接続している。Ｘステージ１５２はモーションコントローラ３６によって制御されて、図１〜２にみられるようにＸステージ１５２の最上部に配されたアレイ１１を水平に移動させる。アレイ１１の個々のデバイスすなわちチップ１１１を割送られた測定位置中または当該位置から外に移動させるために、水平方向のＸステージ１５２は、アレイフィクスチャすなわちホルダ１２をプローブ端２４１の先端に対して平行移動させる。チップ１１１が測定位置にある間に、垂直ステージ１５４はプローブ端２４１を下げて電気接触をとり、測定が行われる。チップ１１１が完全に特性化された後、図１の垂直ステージ１５４はデバイス表面２０１からプローブ端２４１を上昇させて、次のデバイスが入ってくるのを待つ。垂直ステージ１５４もモーションコントローラ３６で制御され、アレイ１１の多くのチップ１１１のうちの１つである特定のデバイス１１１が、検査のためにプローブ２４１の下に平行移動されるかまたは割送られる度に、上げられたり下げられたりする。プローバ２４の一部としてのプローブ端は、レーザアレイ１１の動きを最小限にするためにＹステージ１５４にのみ取り付けられる。デバイス１１１がプローブ端２４１の下に移動されると、プローバ２４は接触をとるために下げられ、例えば検出器のような全ての他の特性器が、さまざまな測定のためにその特定のレーザ１１１の周囲を移動する。この手順は、アレイ１１の全てのチップ１１１が検査されるまで繰り返し行われる。
【００８１】
プロービングにおける主要問題の１つは、プローブ端２４１によるデバイス表面２０１の引っ掻きを如何に回避するかということである。プロービングシステムは、創意に富んだステップアンドチェックまたはステップ接近の方法を使用することによって引っ掻きマークを形成しないようにしている。プロービングシステムを制御するコントローラ３６におけるソフトウエアは、垂直ステージ１５４を最上部アレイ表面２０１の方に少しの増加量または小さいステップで移動させる。この移動量は、図２に見られるように、予期された接触が接近してくると小さく（１５４２）なる。検査ソフトウエアは、コントローラ３６によって促進され、当該コントローラ３６は、図１に見られるようにさまざまなモジュール１６２および１２６の形態で光学検査を行うこともできるペンティアム（登録商標）コンピュータ３６を使用して実装可能である。各増加量でコントローラ３６におけるソフトウエアは、アレイ１１と関連した電子機器との間に近接した電気ループが存在するかどうかをチェックし、例えば、電流供給１６２が電流をパスして電流が読まれることを可能にするかどうかをチェックする。図４における図２の拡大表示に見られるように、接触位置１５４９は、かかる近接したループが見出されたとき、例えば、電流測定が読み取られたときに得られる。コントローラ３６における制御ソフトウエアは、例えば、首尾よくプローブされたデバイス１１１に基づいた、次に予想される接触ポイントの位置のようなアレイ表面のパラメータを計算する。これらのパラメータは、アレイ１１の残りのチップ１１１に対する、より高速な接触アプローチ時間を得ることに役立つようにも使用される。この段階的な接触アプローチは、粗いまたは非平坦なレーザアレイ表面上への良好なプロービングをも可能にする。
【００８２】
再び図１を参照すると、例えば積分球２８に対するスライダ３２のような、全ての他の検出器または特性器も、プローブ端２４１が選択されたチップ１１１と接触をとるために下げられる位置に位置合わせされる。この位置は、システムが最初にセットアップされたときに定められる。アレイ１１の多くの個々のチップのそれぞれは、検査のために同じ最初のセットアップ位置に移動される。従って、個々のチップ１１１の全ての検出器との正確な位置合わせが保存される。
【００８３】
要約すれば、電気光学デバイスの偏光分解され且つ波長分解された光出力を測定するための、バーまたはアレイの検査装置についての本発明の教示は、特にＳＯＡに対して有用である。電気光学デバイスの偏光分解されたＴＭおよびＴＥの遠視野像は、遠視野像が波長分解されている測定である。遠視野像から電気光学デバイスの偏光分解され且つ波長分解された光出力を計算するためのこのスキームは、偏光分解され且つ波長分解されたチップ利得を計算するためにＳＯＡの増幅自然放出（ＡＳＥ）の出力を計算することに適用され得る。偏光分解され且つ波長分解されたモードフィールド径は遠視野像から見積もられる。
【００８４】
得られたＳＯＡのバー検査装置は、従来のファイバ−ファイバシステムに対して効率性および低コストという利点を有している。本発明のシステムは、製造中の初期の段階でＳＯＡデバイスを検査するので、品質管理に対する効率的なツールである。バー形状でのＳＯＡデバイスの検査は、高生産性を有するバッチ検査工程である。ＳＯＡ自身のＡＳＥが測定されるので、入力ファイバまたは出力ファイバは使用されない。従って、ファイバの位置調整の必要性または位置ずれのための問題がない。高生産性は、ファイバ−ファイバシステムにおけるデバイスにつき数時間であるということと比較して、デバイスにつき数分であるという結果をもたらす。
【００８５】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、さまざまな変更および変形が本発明になされ得るということが当業者には明らかであろう。従って、本発明の変更および変形が、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内にある場合には、本発明はそれらを包含するということが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明によるアレイ検査装置の概略図である。
【図２】本発明による図１の遠視野スキャンに関して、図１の真空保持され且つ温度制御されたアレイアセンブリ，保持されたアレイおよびプローバの拡大斜視図である。
【図３】本発明による、図２の真空保持され且つ温度制御されたアレイアセンブリおよびアレイの拡大斜視図である。
【図４】本発明による、あらかじめ選択された割送られた位置で、選択されたデバイスと接触させるための、図３の垂直方向可動プローブピン２４１の拡大斜視図である。
【図５】本発明による、側面表示でのＴＭおよびＴＥの遠視野測定特性器の電気レイアウト表示および図１の動作関連性の例として、特性器によって測定される傾斜面ＳＯＡの上面図である。
【図６】本発明による、図１の検査装置によって作成されたさまざまな光学測定グラフの表示である。
【図７】本発明による、図６において特性化されたチップに比べて異なる設計および異なる波長を有する１つのチップの分解表示である。
【図１】
2007514165.tif 000012
【図２】
2007514165.tif 000013
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007514165.tif 000016
【図６】
2007514165.tif 000017
【図７】
2007514165.tif 000018
【国際調査報告】
2007514165.tif 000019
2007514165.tif 000020
2007514165.tif 000021