L'integrazione di strutture o elementi fotonici (ad esempio guide d'onda, laser e fotodiodi, multiplexer) su un chip di silicio presenta, già a livello di wafer, una moltitudine di nuove sfide per la tecnologia di test di questi elementi. Per trasmettere il progetto della struttura, dal concetto alla sua qualifica fino alla produzione in serie, è necessaria una grande quantità di dati sulle prestazioni del relativo elemento.
Tenendo conto dell'alto costo del processo fino a quando il chip SiPh è finalmente impacchettato, i chip difettosi dovrebbero essere identificati presto in modo che possano essere rimossi dal processo di produzione in corso.
Per un'implementazione efficace ed efficiente di questo compito, FormFactor ha sviluppato sonde per wafer SiPh completamente automatizzate. Molte fasi del processo qui impiegate, seguono standard consolidati nell'industria dei semiconduttori. Tuttavia, per testare la funzionalità e la qualità delle strutture fotoniche, devono essere testate anche le proprietà ottiche. A questo scopo, le fibre di vetro che trasportano il segnale devono essere allineate con alta precisione all'elemento fotonico da testare. L'allineamento deve essere fatto in sei gradi di libertà (sia spostamenti che rotazioni) poiché il test fornisce informazioni complete solo con un accoppiamento di potenza ottica ottimale. Nelle sonde per wafer SiPh di FormFactor, il Fast Multi-Channel Photonics Alignment-System (FMPA) di PI si assume questo compito centrale.
Processo di Allineamento Sofisticato
Il processo di allineamento è sottoposto a una serie di requisiti molto ambiziosi. In particolare:
- Mantenere la distanza ottimale tra la sonda (fibra di vetro) e la struttura fotonica per minimizzare la perdita di segnale e per simulare idealmente le condizioni operative
- Allineamento in tutti i sei gradi di libertà per sovrapporre al meglio l'asse ottico della struttura da testare con la fibra di prova
- Evitare a tutti i costi un contatto fisico tra la sonda e il wafer
L'obiettivo iniziale dei requisiti elencati è quello di essere in grado di reagire con alta flessibilità ai diversi design dei chip. Gli emettitori di bordo, per esempio, richiedono un allineamento orizzontale della fibra di prova, mentre gli accoppiatori a griglia richiedono un allineamento verticale a livello del wafer. Con l'allineamento sugli emettitori di bordo, diventa possibile anche il test a livello di die.
L'alta velocità del processo di allineamento è un ulteriore importante obiettivo per raggiungere una produzione in serie conveniente dei componenti SiPh. In un wafer sono presenti migliaia di strutture fotoniche. Più veloce è l'allineamento delle fibre di vetro che trasportano il segnale, più veloce e, quindi, più conveniente è il test. I sistemi FMPA di PI posizionano le fibre di vetro e le strutture fotoniche nei wafer fotonici di silicio di FormFactor in una frazione di secondo. Questo rende possibile testare un wafer in ore o pochi giorni, invece di richiedere convenzionalmente settimane o addirittura mesi.
Indipendentemente da velocità e precisione, è assolutamente necessario evitare un contatto diretto tra la sonda e il wafer. Dietro questo requisito, l'obiettivo è quello di evitare danni diretti alle strutture dei chip e la formazione di particelle. A questo scopo, vengono utilizzate anche le tecnologie dei sensori di PI.
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