(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信フォトニクスモジュールと、
受信フォトニクスモジュールと、
前記送信フォトニクスモジュールに結合された送信導波路と、
前記送信導波路と一体化された第１の光スイッチと、
前記第１の光スイッチに光学的に結合された診断導波路と、
前記受信フォトニクスモジュールに結合された受信導波路と、
前記診断導波路に結合された光タップと、
前記光タップに結合された光結合器であって、面外結合器を含む光結合器と、
前記受信導波路と一体化され、前記診断導波路に光学的に結合された第２の光スイッチと、
を備えた、フォトニクスシステム。
【請求項２】
前記送信フォトニクスモジュール、前記受信フォトニクスモジュール、前記送信導波路、前記第１の光スイッチ、前記診断導波路、前記光タップ、前記光結合器、および前記第２の光スイッチは、未ダイシングの光ＡＳＩＣの一部である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光タップに結合された検出器をさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記面外結合器が、傾斜ファセット又は面発光格子構造の少なくとも一方を備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記診断導波路に光学的に結合された第２の面外結合器をさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
試験回路又はリンク検証回路の少なくとも一方をさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の光スイッチ及び前記第２の光スイッチが可変結合器を備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
フォトニックデバイスの試験を実行する方法であって、
試験パターンを生成するステップと、
未ダイシングの光ＡＳＩＣウェハの送信フォトニクスモジュールを用いて、前記試験パターンに関連する光信号を生成するステップと、
送信導波路を介して前記光信号を送信するステップと、
前記光信号の少なくとも一部を診断導波路に結合させて、診断信号を提供するステップと、
前記診断信号の少なくとも一部を受信導波路に結合させるステップと、
前記ＡＳＩＣウェハをダイシングする前に、前記診断信号を試験するステップと、
を含む、方法。
【請求項９】
前記試験パターンを生成する前記ステップが、オンチップ回路を使用するサブステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記試験パターンを生成する前記ステップが、送信フォトニクスをプロービングするサブステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記光信号の少なくとも一部を前記診断導波路に結合させる前記ステップが、電気的又は熱的作動により可変結合器を介して光を結合させるサブステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記光信号の少なくとも一部を取り出すステップと、前記光信号の少なくとも一部に関連するパワーを測定するステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記光信号の少なくとも一部を取り出すステップと、前記光信号の一部を前記フォトニックデバイス外に結合させるステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
オフチップ光信号を受信するステップと、前記オフチップ光信号の一部を前記受信導波路に結合させるステップと、受信フォトニクスを用いて前記オフチップ光信号の一部を受信するステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記試験するステップが、前記診断信号を検出するサブステップと、信号対雑音比、エラー検出、信号帯域幅、光周波数、光波長、変調フォーマット、又はアイダイアグラムのうちの少なくとも１つを解析するサブステップとを含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本願は、２０１２年８月１０日付け出願の米国仮特許出願第６１／６８２，１２２号「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」の優先権を主張し、その全開示内容をあらゆる目的のために本明細書に援用する。
【発明の概要】
【０００２】
[0002]本発明の実施形態は、フォトニックデバイスに関し、より詳細には、自己試験を含むフォトニックデバイスの試験のための装置及び方法に関する。一例としては、フォトニックデバイスの光学自己診断が実行可能である。
【０００３】
[0003]本発明の一実施形態によれば、フォトニクスシステムが提供される。このフォトニクスシステムは、送信フォトニクスモジュールと、受信フォトニクスモジュールとを備える。また、このフォトニクスシステムは、送信フォトニクスモジュールに結合された送信導波路と、送信導波路と一体化された第１の光スイッチと、第１の光スイッチに光学的に結合された診断導波路とを備える。このフォトニクスシステムは、受信フォトニクスモジュールに結合された受信導波路と、受信導波路と一体化され、診断導波路に光学的に結合された第２の光スイッチとをさらに備える。
【０００４】
[0004]本発明の別の実施形態によれば、フォトニックデバイスの試験を実行する方法が提供される。この方法は、試験パターンを生成するステップと、試験パターンに関連する光信号を生成するステップとを含む。また、この方法は、送信導波路を介して光信号を送信するステップと、光信号の少なくとも一部を診断導波路に結合させて、診断信号を提供するステップとを含む。この方法は、診断信号の少なくとも一部を受信導波路に結合させるステップと、診断信号を試験するステップとをさらに含む。
【０００５】
[0005]本発明の実施形態は、フォトニックデバイスに関し、より詳細には、自己試験を含むフォトニックデバイスの試験のための装置及び方法に関する。
【０００６】
[0006]本発明によれば、従来技術を超える多くの利益が実現される。例えば、本発明の実施形態は、オンウェハ試験、試験時間の短縮（製造時のコスト削減につながる）、自己校正、光回路の自動構成、組み込み自己試験機能、及びオンボード診断等を可能にする方法及びシステムを提供する。本発明のこれら実施形態及び他の実施形態は、その利点及び特徴の多くと共に、以下の記述及び添付の図面と併せて、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】フォトニック回路の自己試験を実行するシステムを示した簡易模式図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る可変結合器として機能するマッハツェンダ干渉計を示した簡易模式図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る可変結合器として機能する共鳴リング干渉計を示した簡易模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るフォトニックデバイスの試験の実行方法を示した簡易フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0011]図１は、フォトニック回路の自己試験を実行するシステムを示した簡易模式図である。図示のフォトニック設計は、本明細書に記載の通り、様々な構成で試験可能である。図１に示すように、本発明の実施形態は、デバイスの光学的な自己試験を可能にする。このようなデバイスとしては、フォトニックモジュール、送受信ポートを備えたフォトニック送受信機、再構成可能光分岐挿入多重化装置（ＲＯＡＤＭ）、光スイッチ、増幅器、フィルタ等が挙げられるが、これらに限定されない。図１に示すように、処理基板の一部は、未ダイシングのダイ状の光ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）１００の形態で示される。図には示していないが、図示のダイの１つ又は複数の辺には、隣接ダイが存在する。ダイが未ダイシングの状態であるため、送受信ポートを用いた光学試験は利用できない。本発明の実施形態は、送信ポート及び受信ポートを有し、通常はダイシング済み又は分割ダイの縁部に形成される従来のフォトニック送受信機では利用できない機能を提供する。このような従来の送受信機では、送受信ポートへのアクセスにより送受信機の外部ループバック試験を実行するため、送受信機をダイの形式とする必要がある。
【０００９】
[0012]本発明の実施形態は、組み込み自己試験及び自動校正（Ｂｕｉｌｔ  Ｉｎ  Ｓｅｌｆ−Ｔｅｓｔ  ＆  Ａｕｔｏ  Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）機能によって可能となるウェハレベル試験を提供する。本発明の実施形態によれば、例えば送信経路中の光の波長等、様々な性能特性を校正可能である。本明細書に記載の通り、（面外、例えば面法線）結合器を用いて光をチップから逸らすことによって、波長試験ツールに光を供給することができる。いくつかの実施形態においては、診断素子がチップ上に集積されており、チップ上でパラメータの測定及び調整の両者を行うことができる。一例としては、検出器を用いてパワーをモニタリング可能であるとともに、組み込み自己試験回路及びリンク検証（Ｂｕｉｌｔ−ｉｎ  Ｓｅｌｆ−Ｔｅｓｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ａｎｄ  Ｌｉｎｋ  Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ）モジュールを備えたフィードバックループを用いて、Ｔｘ（送信）フォトニクスのパワーを調整可能である。したがって、オンチップ測定装置の製造及び稼働並びにオフチップ測定装置の稼働も本発明の範囲に含まれる。
【００１０】
[0013]本発明の実施形態を利用することによって、外部の光ファイバケーブルを用いることなく、Ｔｘ及びＲｘ（受信）の両機能を含めて、送受信機の機能の電気的試験をウェハレベルで実行可能である。また、送受信機の稼働寿命期間においては、オンチップ構成要素を用いて送受信機の完全性を試験することにより、モジュールのヘルスモニタリングを行うことができる。
【００１１】
[0014]一例として、本発明の実施形態は、Ｒｘフォトニクス１３０とＴｘフォトニクス１１０間のフィードバックループを用いた試験パターンのオンチップ生成を可能とする。校正は、Ｔｘフォトニクスに限らず、Ｒｘフォトニクスにも適用可能である。また、自己試験回路と併せてＢＩＳＴ試験ルーチン（ＢＩＳＴ  Ｔｅｓｔ  Ｒｏｕｔｉｎｅ）のソフトウェアを用いることにより、例えば変調フォーマットを制御する光学素子を校正可能である。したがって、チップ上で生成された信号を用いることにより、Ｔｘフォトニクスを駆動するとともにＲｘフォトニクスを測定することができる。また、送信フォトニクス及び／又は受信フォトニクスのウェハレベルプロービングも利用可能である。さらに、特定の試験プロトコルの必要に応じて、オンチップ試験及びプロービング試験の組み合わせも利用可能である。当業者であれば、多くの変形、改良、及び代替が認識されよう。一例として、試験パターンは、外部で生成した後、Ｔｘフォトニクスに適用することも可能である。或いは、試験パターンをチップ上で生成して、外部入力を削除又は削減することも可能である。試験パターンは、Ｒｘフォトニクスを用いて読み込むことにより、例えば送受信機の性能を特性化可能である。
【００１２】
[0015]本発明の実施形態は、可変結合器（例えば、光スイッチ）を用いて、光学ループバックを可能とする。図１に示すように、送信（すなわち、Ｔｘ）フォトニクスモジュール１１０が発した光は、初めに送信導波路１１１を伝搬し、自己試験中、可変結合器１１５によって送信導波路１１１からオンチップ光学ループバック導波路１１３（診断導波路とも称する）へと方向が変更される。本明細書に記載の通り、送信導波路１１１からの光は、可変結合器１１５を用いてオンチップ光学ループバック導波路１１３に結合させ、可変結合器１１７を用いて受信（すなわち、Ｒｘ）フォトニクス１３０へと向かわせることができる。オンチップ光学ループバック導波路１１３は、ＴｘフォトニクスとＲｘフォトニクスとをリンクさせてウェハレベル試験を可能とする診断ループの一要素である。
【００１３】
[0016]デバイスの動作中（ダイシング及びパッケージング後）、光は、送信導波路の終端部１１２を通過して、Ｔｘポート１４０から発せられ、通常はそこでファイバに結合される。同様に、動作中、光は、通常はファイバからＲｘポート１４２で受信され、受信導波路１３１の終端部１３２に結合される。ダイシング及びパッケージング後は、ファイバをＴｘポート及びＲｘポートの両者に結合させることによって、ループバック試験を実行可能である。ただし、従来の送受信機で未ダイシングの状態では、Ｔｘポート及びＲｘポートへの光アクセスが存在しないため、外部のファイバを用いてこのようなループバック試験を行うことができない。このため、本発明の実施形態は、送信導波路１１１から受信導波路１３１に信号を供給する機構を設けることによって、ループバック試験を可能とする。自己試験機能を送受信機と一体化することによって、ダイシングに先立つウェハスケール試験（例えば、ループバック試験）及び稼働中（すなわち、ダイシング及びパッケージング後）の試験が可能となる。
【００１４】
[0017]光学素子が光ＡＳＩＣウェハ上に集積された用途においては、通常、集積化後並びにダイシング及びパッケージング前に光学素子を試験することはできない。本発明の実施形態は、本明細書に記載の診断ループを用いることによって、集積化された光学素子のウェハスケールでの完全な電気的及び光学的試験を可能とする。ウェハダイシングの前には、ループバック試験の実行、送信パワーの測定、適当な検出器及び関連する電子機器を用いた送信信号のその他特性の測定、又は表面結合器を用いた光出力によって、多様な試験機器に光入力を供給することができる。このため、性能が所定の閾値を下回るダイを識別することによって、ダイシング及びパッケージング作業前の歩留まりを向上可能である。
【００１５】
[0018]図２Ａは、本発明の一実施形態に係る可変結合器として機能するマッハツェンダ干渉計を示した簡易模式図である。マッハツェンダ干渉計２１０は、入力導波路２１１で（例えば、送信導波路１１１から）入力を受信し、その信号を２つの干渉計アーム２１５、２１６に分離する。これら２つのアームのうちの１つ又は複数に電圧Ｖ１、Ｖ２で表されるバイアスを印加すると、光が出力１（２２０）若しくは出力２（２２２）のいずれか、又は一部が各出力に結合される。マッハツェンダ干渉計のアームにおける光の位相を制御するバイアスは、ヒータ、位相制御用ダイオード等を用いて供給可能である。また、他のコンタクトを追加することによって、類似の機能を実行することも可能である。入力光は、Ｖ１、Ｖ２で表されるアーム中のバイアスに基づいて、印加信号に応じた出力間で可変的に切り替えられる。当業者であれば、多くの変形、改良、及び代替が認識されよう。
【００１６】
[0019]図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る可変結合器として機能する共鳴リング干渉計を示した簡易模式図である。この可変結合器の場合は、入力導波路２３１で光が受信され、共鳴リング２３５に結合される。電圧Ｖ３で表されるバイアスを印加することによって、入出力間の結合の光学共鳴波長が制御され、出力光が選択的に出力１（２４０）又は出力２（２４２）へと向かう。図２Ｂに示す実施形態においては、ヒータを介してバイアスを制御するが、ダイオードを用いた位相制御素子も可能である。図２Ａ及び図２Ｂに示す可変結合器に加えて、他の可変結合器も本発明の範囲に含まれる。これらの特定例は、本発明の範囲を制限するものではない。
【００１７】
[0020]図１に示す送信導波路１１１、オンチップ光学ループバック導波路１１３、及び受信導波路１３１を含む光路は、ループバック試験を実行可能な自己試験モードを可能とする。また、可変結合器１１５、１１７は、電気的な作動、熱的な作動等が可能である。
【００１８】
[0021]送信経路に一体化された可変結合器１１５によって、送信経路中の光の一部又は全部を診断ループすなわちループバック導波路１１３を含むループに切り替え可能である。このように、光の一部をＴｘポート１４０に結合させるとともに、一部をループバック導波路１１２に結合させることができる。
【００１９】
[0022]図１に示す診断ループには、１つ又は複数のタップを設けることにより、検出器の統合体（例えば、パワーモニタ）によって診断ループ中のパワーを測定することができる。また、このパワーを校正することによって、送信導波路中のパワー及びＴｘポートでの出力パワーを決定することができる。図１を参照して、タップ１１４は、分岐結合器を備えた導波路へと光を向かわせ、送信信号モニタ１２２又は面外結合器１２０のいずれかに到達させる。図１において、送信信号モニタは、送信導波路中の光パワーに関するデータを提供する光検出器（例えば、チップ上に集積）として示している。送信信号モニタ１２２は、パワー測定結果に加えて、波長、スペクトル特性、変調又は通信規格への準拠、高速受信機、その他の診断素子等に関する情報も提供可能である。送信パワーモニタからの電気的出力を提供することによって、ウェハスケール試験中にオフチップ診断機器との電気的接続が可能となる。このように、様々な診断システムを利用することによって、送信導波路１１１を伝搬する光信号を特性化可能である。
【００２０】
[0023]一実施形態において、面外結合器１２０は、光ＡＳＩＣダイの表面と実質的に垂直な方向へと光を向かわせるように動作可能な面法線結合器、例えば格子結合器である。ただし、垂直以外の方向も利用可能であることから、必ずしも本発明に必要なことではない。このように、垂直入射以外で動作する格子結合器も本発明の範囲に含まれる。面外結合器１２０は、タップ１１４と一体化されて、実質的に垂直な方向（又は、ウェハに対するその他の適当な角度）に光パワーを向かわせる機構を提供し、診断ループ中のパワー、周波数、波長、エラーパターン、試験パターン等の送信信号の特性を測定する光ピックアップとして使用可能な出力を提供する。面外結合器１２０を用いることによって、Ｔｘフォトニクスの特性化を実行し、送受信機の送信機部分に関連するビットレート、エラーレート、アイダイアグラム等の様々な基準を測定することができる。このように、本発明の実施形態は、１つ又は複数の面外結合器１２０を用いて光入力を提供可能なオンチップ送信信号モニタ１２２又はオフチップセンサ等の集積光学素子を用いた信号モニタリングを可能とする。
【００２１】
[0024]本発明は、パワーモニタによって示された光学モニタリング機能に限らず、様々な診断ツール及びシステムを含むことができる。
【００２２】
[0025]図１に示すように、付加的な面外結合器１２６（例えば、垂直又はその他の入射角で動作する格子結合器）を用いることによって、オフチップからオンチップ光学ループバック導波路１１３への光注入を受信可能である。図示の実施形態において、例えばＲｘフォトニクスの校正又は試験に後で利用可能なチップ受信光は、タップにより診断ループに結合された後、可変結合器１１７によって受信導波路１３１へと向かう。光結合器を介した光の受信及び診断導波路への送信に加えて、受信光は、例えば可変結合器１１７とＲｘフォトニクス１３０間の受信導波路１３１に沿った位置又は受信導波路の終端部１３２に沿った位置に結合された付加的な面外結合器（図示せず）により、可変結合器の前段又は後段のいずれかにおいて、受信導波路に結合させることができる。当業者であれば、多くの変形、改良、及び代替が認識されよう。いくつかの試験プロトコルにおいては、外部のファイバループを用いて、面外結合器１２０からの光を受信し、面外結合器１２６へと向かわせることにより、通常はファイバループをダイシングしたデバイスのＴｘポート１４０及びＲｘポート１４２に結合させることによって行われるループバック試験を効果的に模倣する。外部試験又はループバック実施態様のいずれかにおいて、試験プロトコルは、基準試験信号、試験パターン等を含むことができる。
【００２３】
[0026]面外結合器と併せて使用可能なオフウェハ光ピックアップの一例としては、正確なＤＷＤＭ  ＢＯＬ校正用の診断が挙げられる。また、表面結合器の例としては、格子面発光器、傾斜ファセット等が挙げられる。
【００２４】
[0027]図３は、本発明の一実施形態に係るフォトニックデバイスの試験の実行方法を示した簡易フローチャートである。この方法は、試験パターンを生成するステップ（３１０）と、試験パターンに関連する光信号を生成するステップ（３１２）と、送信導波路を介して光信号を送信するステップ（３１４）とを含む。一実施形態において、送信導波路は、未ダイシングウェハの一部であって、Ｔｘフォトニクスの試験に利用可能な送信ポートを提供していない。
【００２５】
[0028]また、この方法は、光信号の少なくとも一部を診断導波路に結合させて、診断信号を提供するステップ（３１６）と、診断信号を受信導波路に結合させるステップ（３１８）と、診断信号を試験するステップ（３２０）とを含む。試験パターンは、オンチップ回路を用いた生成、Ｔｘフォトニクスのプロービングによる生成、又はそれらの組み合わせが可能である。
【００２６】
[0029]いくつかの実施形態によれば、光信号の少なくとも一部を診断導波路に結合させるステップは、電気的又は熱的作動により可変結合器を介して光を結合させるサブステップを含む。また、この方法は、光信号の少なくとも一部を取り出すステップと、光信号の少なくとも一部に関連するパワーを測定するステップとをさらに含む。パワーは、チップ上に集積可能な検出器及び関連する電子機器を用いて測定可能である。この方法は、光信号の少なくとも一部を取り出すステップと、例えば表面結合器を用いて、光信号の一部をフォトニックデバイス外に結合させるステップとをさらに含む。
【００２７】
[0030]ダイシングに先立つチップ外への信号の送信に加えて、オフチップ光信号を受信し、オフチップ光信号の一部を受信導波路に結合させ、Ｒｘフォトニクスによりオフチップ光信号の一部を受信することができる。上記試験するステップは、診断信号を検出するサブステップと、信号対雑音比、エラー検出、信号帯域幅、光周波数、光波長等のうちの少なくとも１つを解析するサブステップとを含む。
【００２８】
[0031]当然のことながら、図３に示す具体的な各ステップは、本発明の一実施形態に係るフォトニックデバイスの特定の試験方法を提供している。別の実施形態によれば、各ステップを他の順序で実行するようにしてもよい。例えば、本発明の別の実施形態では、上記概説した各ステップを異なる順序で実行してもよい。さらに、図３に示す個々のステップは、当該個々のステップの必要に応じて様々な順序で実行可能な複数のサブステップを含んでいてもよい。また、特定の用途に応じて、ステップの追加又は削除を行ってもよい。当業者であれば、多くの変形、改良、及び代替が認識されよう。
【００２９】
[0032]また、本明細書に記載の各実施例及び各実施形態は、ほんの一例として示したに過ぎず、これらを踏まえた種々改良又は変更が当業者には想到され、これらが本願の主旨及び範囲並びに添付の特許請求の範囲に含まれ得るものと理解されよう。
【図１】
0006328635.tif 000002
【図２Ａ】
0006328635.tif 000003
【図２Ｂ】
0006328635.tif 000004
【図３】
0006328635.tif 000005