光学探针及其制作方法、芯片测试方法与流程 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本公开涉及半导体领域，具体地，涉及一种应用于光电子芯片晶圆级在线测试的光学探针及其制作方法与测试方法。背景技术：2.在光电子芯片与器件中，光电子芯片基本是通过端面耦合的方法互连封装。端面耦合器具有偏振不敏感、耦合损耗低、易于封装等优势。3.但是，光电子芯片测试涉及到光学对准与耦合，无法像互补金属氧化物半导体(cmos，complementary metal oxide semiconductor)工艺制备的电芯片一样，通过一个集成探针卡实现晶圆级在线测试。与此同时，端面耦合器与光学探针的损耗高、耦合时容差小。技术实现要素：4.有鉴于此，本公开实施例提出一种光学探针及其制作方法、芯片测试方法。5.根据本公开的一个方面，提供了一种光学探针，包括：6.光纤阵列，包括至少一个光纤，每一所述光纤的第一端具有斜面；7.所述斜面用于将从所述光纤的第二端射入的光信号进行反射，反射的光信号从所述光纤的侧面射出；或者，用于将从所述光纤的所述侧面射入的光信号进行反射，经由所述光纤的第二端射出；所述第一端和所述第二端为沿所述光纤延伸方向相对设置的两端；以及8.至少一个透镜，每一透镜对应一个光纤，所述透镜位于相应所述光纤的所述侧面，用于对待射入所述侧面的光信号进行会聚。9.上述方案中，所述光纤延伸方向与所述斜面之间的夹角的范围为：40°至50°。10.上述方案中，所述光纤阵列包括多个光纤，多个光纤沿垂直与所述光纤延伸的方向排列。11.上述方案中，所述透镜为凸透镜。12.上述方案中，所述透镜在所述侧面的投影至少覆盖所述斜面在所述侧面的投影。13.上述方案中，所述透镜的材料为：14.硅、二氧化硅、氮化硅或聚合物中的一种。15.根据本公开的另一方面，提供了一种光学探针的制造方法，所述方法包括：16.提供光纤阵列；所述光纤阵列包括至少一个光纤；17.切割所述光纤的第一端，形成斜面；所述斜面用于将从所述光纤的第二端射入的光信号进行反射，反射的光信号从所述光纤的侧面射出；或者，用于将从所述光纤的侧面射入的光信号进行反射，反射的光信号从所述光纤的第二端射出；所述第一端和所述第二端为沿所述光纤延伸方向相对设置的两端；18.在每一所述光纤的所述侧面上对应地形成一个透镜，所述透镜用于对待射入所述侧面的光信号进行会聚。19.上述方案中，形成所述透镜的方法包括：20.采用三维立体打印技术，在每一所述光纤的侧面上形成所述透镜。21.根据本公开的另一方面，提供了一种芯片测试方法，所述测试方法包括：22.提供晶圆；所述晶圆包括由划片槽分隔的多个芯片；每一所述芯片包含至少一个光口以及与所述光口对应的端面耦合器；所述端面耦合器位于所述芯片边缘且靠近所述划片槽；23.将上述任一光学探针伸入所述划片槽中，并将所述光学探针的所述侧面面向所述端面耦合器，所述光纤阵列中的一个光纤对应所述芯片中的一个端面耦合器；24.从所述光纤阵列第二端射入的光信号通过所述光纤阵列中的光纤，到达所述光学探针的斜面，经过所述斜面反射进入所述端面耦合器；或者，25.从所述芯片的光口发出的光信号，通过对应的端面耦合器、所述光纤的所述侧面，到达所述光学探针的斜面，经过所述斜面反射，从相应的光纤射出。26.上述方案中，所述端面耦合器包括倒锥形耦合器、悬臂梁耦合器、三叉戟耦合器或亚波长光栅耦合器。27.本公开实施例提出了一种光学探针及其制作方法、芯片测试方法。本公开各实施例中，光学探针包括由至少一个光纤组成的光纤阵列以及位于光纤上的透镜，其中，光纤阵列中的光纤的一端被切割出一个斜面作为反射面，测试过程中的光信号经过作为反射面的斜面时会发生全反射，作为反射面的斜面在尽量减小光信号能量损失的情况下，改变光信号了的传输方向，可以理解的是，通过将芯片发出的传播方向为沿平行于芯片表面的光信号改变成传播方向为竖直方向的光信号，有效地缓解了光信号限制在狭小的划片槽中难以检测的困难局面，从而方便检测；更进一步地，设置在光纤阵列的光纤侧面接收光信号的透镜，能够有效地对待射入所述侧面的光信号进行会聚、能够有效地增大光纤阵列的收光面积、能够有效地增加光纤阵列数值孔径的大小，从而适应不同的斑模，兼容各种芯片，提高光纤阵列与接收光信号之间的耦合效率及耦合容差，实现低成本、真实器件的晶圆级测试。附图说明28.图1a为本公开实施例提供的光学探针结构的侧视图；29.图1b为本公开实施例提供的光学探针结构的主视图；30.图2为本公开实施例提供的光学探针制造方法的流程示意图；31.图3为本公开实施例提供的光学探针在线测试芯片的主视图；32.图4为本公开实施例提供的在线测试晶圆的结构示意图；33.图5为本公开实施例提供的光学探针在线测试芯片的结构示意图。具体实施方式34.为使本发明实施例的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方法，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻的理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。35.在下列段落中参照附图以举例方式更具体的描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。36.可以理解的是，本发明中的“在……上”、“在……之上”和“在……上方”的含义应当以最宽方式被解读，以使得“在……上”不仅表示其“在”某物“上”且其间没有居间特征或层(即直接在某物上)的含义，而且还包括在某物“上”且其间有居间特征或层的含义。37.此外，为了便于描述，可以在本文中使用诸如“在……上”、“在……之上”、“在……上方”、“上”“上部”等的空间相对术语来描述如图所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。除了在附图中所描绘的取向之外，空间相对术语旨在涵盖设备在使用或操作中的不同取向。装置可以以其它方式定向(旋转90度或处于其它取向)并且同样可以相应地解释本文使用的空间相对描述词。38.在本发明实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以及，除非另有明确具体的限定。39.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。40.需要说明的是，本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。41.目前，光电子芯片基本是通过端面耦合的方法互连封装。端面耦合器具有偏振不敏感、耦合损耗低、易于封装等优势。但是，由于光电子芯片在晶圆上呈密集分布排列，且光口一般在光电子芯片边缘位置，导致留给设置端面耦合器的空间极小，不利于晶圆级在线测试。此外，端面耦合器与光学探针还存在损耗高、耦合时容差小的问题。42.基于此，为解决上述问题中的一个或多个，本公开实施例提供了一种光学探针，所述光学探针包括：光纤阵列，包括至少一个光纤，所述光纤的第一端具有斜面；所述斜面用于将从所述光纤的第二端射入的光信号进行反射，反射的光信号从所述光纤的侧面射出；或者，用于将从所述光纤的所述侧面射入的光信号进行反射，经由所述光纤的第二端射出；所述第一端和所述第二端为沿所述光纤延伸方向相对设置的两端；以及43.至少一个透镜，每一透镜对应一个光纤，所述透镜位于相应所述光纤的所述侧面，用于对待射入所述侧面的光信号进行会聚。44.图1a本公开实施例提供的光学探针结构的侧视图，图1b本公开实施例提供的光学探针结构的主视图。下面将结合图1a和图1b对本公开实施例提供的光学探针进行详细的说明。45.如图1a、1b所示，光学探针1包括：光纤阵列12’以及至少一个透镜13；其中，所述光纤阵列包括一个或多个光纤12(图1b中示出了光纤阵列包括三个光纤的情况)，每一光纤12的第一端具有斜面16，斜面16作为反射面，改变光信号方向，每一光纤12具有侧面17；所述透镜13的数量与光纤的数量相关，每一透镜对应一个光纤，每一透镜设置在对应的一个光纤12的侧面17上，所述透镜17用于对待射入侧面17的光信号进行会聚。46.本公开实施例提供的光学探针1中光信号的传输方式具体为：光信号从光纤12的顶端入射，到达斜面16，斜面16与从光纤12的顶端入射的光信号有一定的夹角，可以理解的是，光信号在空气中的传播速度与在光纤中的传播速度是不一样的，当光信号从光纤射到空气中时，会在两者的交界处(也即斜面16)会发生折射和反射，而且折射光的角度会随入射光的角度变化而变化，当入射光的角度达到或者超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来。这里，斜面16与从光纤12的顶端入射的光信号的夹角满足只有反射光，没有折射光的全反射条件。也就是说，作为反射面的斜面16在尽量减小光信号能量损失的情况下，改变光信号了的传输方向。接下来，经过全反射后的光信号到达光纤12的侧面17，此时，绝大部分的光信号从侧面17射出，只有很少部分的光信号会在侧面17发生反射。47.相应地，作为从光纤12侧面17入射的光信号射入侧面17然后到达斜面16，在斜面16出发生全反射，光信号从光纤12的顶端射出。48.从上述光学探针中光信号的传输方式可以看出，斜面可以较好的实现光信号的转向，从而本公开实施例提供的光学探针可以方便的深入狭缝中进行光学的测试。49.在一些具体实施例中，所述光纤阵列中光纤的材料为硅、二氧化硅、氮化硅或聚合物中的一种。50.在一些实施例中，所述光纤阵列包括多个光纤，多个光纤沿垂直于所述光纤延伸的方向排列。51.需要说明的是，光纤阵列中光纤的个数可以根据所要检测的芯片的光口数量进行调整。当待检测的芯片仅具有一个光口和对应的一个端面耦合器，那么该光纤阵列可以仅包括一个光纤，也可以包括多个光纤，可以理解的是，当设置多个光纤时，可以仅使用其中的一个光纤对准所述光口即可；当待检测的芯片具有n个光口和对应的n个端面耦合器，那么该光纤整阵列可以包括n个及n个以上的光纤，这里，所述n为大于1的正整数。示例性地，图1b中示出的光纤阵列包括3个光纤，该光学探针可以检测具有一个、两个或三个光口的芯片。52.同时，多个光纤的排布规律应该和待测试芯片中光口及端面耦合器的排列规律匹配，使得从多个光纤侧面射出的光信号可以对准待测试芯片中的多个光口。53.在一些实施例中，所述光学探针中光纤延伸的方向与所述斜面之间的夹角的范围为：40°至50°。优选的，所述光学探针中光纤延伸的方向与所述斜面之间的夹角为45°。54.可以理解的是，光从基本竖直的方向转变成基本水平的方向或者从基本水平的方向转变成基本竖直的方向改变的角度为90°左右，满足如此光路的反射面应与竖直方向入射的光的夹角为45°左右，也即作为反射面的斜面与所述光学探针中光纤延伸方向的夹角为45°。55.在利用所述光学探针1进行测试的时候，一般是沿着光纤延伸的方向的放置，但在实际操作过程中，光学探针的放置角度可以微调，从而满足测试时光路的走向。当光纤延伸的方向与所述斜面之间的夹角为40°至50°的范围时，可以满足光学探针放置微调的范围，以配合相关的测试夹具。56.在一些实施例中，所述透镜为凸透镜。57.可以理解的是，设置在光纤12侧面的凸透镜有会聚光线的作用、增大光纤阵列中的光纤的收光面积。58.还可以理解的是，透镜的设置能够有效地增加光纤阵列数值孔径的大小，从而适应不同的斑模，从而能够有效地兼容各种芯片，从而提高光纤阵列与入射光的耦合效率以及增大耦合容差。59.在一些实施例中，所述光纤侧面上设置的透镜在所述侧面的投影至少覆盖所述斜面在所述侧面的投影。60.可以理解的是，设置在光纤12侧面的透镜在侧面的投影覆盖所述斜面在侧面的投影可以使所有能到达斜面16的光信号均接收透镜的会聚作用。61.在一些实施例中，所述透镜的材料为：硅、二氧化硅、氮化硅或聚合物中的一种。62.由上可知，光纤阵列中的光纤的一端被切割出一个斜面作为反射面，测试过程中的光信号经过作为反射面的斜面时会发生全反射，作为反射面的斜面在尽量减小光信号能量损失的情况下，改变光信号了的传输方向，可以理解的是，通过将芯片发出的传播方向为沿平行于芯片表面的光信号改变成传播方向为竖直方向的光信号，有效地缓解了光信号限制在狭小的划片槽中难以检测的困难局面，从而方便检测；更进一步地，设置在光纤阵列的光纤侧面接收光信号的透镜，能够有效地对待射入所述侧面的光信号进行会聚、能够有效地增大光纤阵列的收光面积、能够有效地增加光纤阵列数值孔径的大小，从而适应不同的斑模，兼容各种芯片，提高光纤阵列与接收光信号之间的耦合效率及耦合容差，实现低成本、真实器件的晶圆级测试。63.根据本公开的另一方面，本公开实施例又提供了一种光学探针的制造方法。图2为本公开实施例提供的光学探针制造方法的流程示意图。如图2所示，本公开实施例提供的光学探针的制造方法包括以下步骤：64.s100：提供光纤阵列；所述光纤阵列包括至少一个光纤；65.s200：切割所述至少一个光纤的第一端，形成斜面；所述斜面用于将从所述光纤的第二端射入的光信号进行反射，反射的光信号从所述光纤的侧面射出；或者，用于将从所述光纤的侧面射入的光信号进行反射，反射的光信号从所述光纤的第二端射出；所述第一端和所述第二端为沿所述光纤延伸方向相对设置的两端；66.s300：在每一所述光纤的所述侧面上对应地形成一个透镜，所述透镜用于对待射入所述侧面的光信号进行会聚。67.应当理解，图2中所示的步骤并非排他的，也可以在所示操作中的任何步骤之前、之后或之间执行其他步骤；图2中所示的各步骤可以根据实际需求进行顺序调整。68.在一些实施例中，所述斜面是切割所述光纤的一端形成的。69.可以理解的是，直接切割光纤阵列的一面而由斜切面作为反射面，它利用了光纤本身的性质，光入射或者出射时在反射面发生全发射，从而改变光的传播方向，所用的工艺更加简单，便捷，成本更低。70.在一些具体实施例中，切割所用的方法包括但不限于深刻蚀和浅刻蚀，所述深刻蚀包括但不限于反应离子刻蚀(rie，reactive ion etching)，所述浅刻蚀包括但不限于电感耦合等离子(icp，inductively coupled plasma)刻蚀。71.可以理解的是，光纤中传输的光信号除了要满足信号在纤芯界面上的全反射条件，还需要满足传输过程中的相干加强条件，因此，对于特定的光纤结构，只有满足一定条件的光信号才可以在光纤中进行有效的传输。斜面的形成改变了光纤的结构，但是因为在光纤侧面设置了透镜，该透镜可以有效地增加光纤阵列数值孔径的大小，可以兼容不同的光信号光模，因此，在制作作为反射面的斜面时无需考虑特殊的光模与光纤匹配的问题，就能达到光模与光纤阵列兼容的目的。72.在一些实施例中，形成所述透镜的方法包括：采用三维立体打印技术。73.可以理解的是，三维立体打印技术更方便地在微小的光纤侧面上形成微小的凸透镜，一方面有利于精准的控制凸透镜的形成，另一方面，有利于节约材料。74.根据本公开的另一方面，本公开实施例又提供了一种芯片测试，图3为本公开实施例提供的光学探针在线测试芯片的主视图，如图3所示，所述方法包括：75.提供晶圆；所述晶圆包括由划片槽分隔的多个芯片；每一所述芯片包含至少一个光口以及与所述光口对应的端面耦合器；所述端面耦合器位于所述芯片边缘且靠近所述划片槽；76.上述任一光学探针伸入所述划片槽中，并将所述光学探针的所述侧面面向所述端面耦合器，所述光纤阵列中的一个光纤对应所述芯片中的一个端面耦合器；77.从所述光纤阵列第二端射入的光信号通过所述光纤阵列中的光纤，到达所述光学探针的斜面，经过所述斜面反射进入所述端面耦合器；或者，78.从所述芯片的光口发出的光信号，通过对应的端面耦合器、所述光纤的所述侧面，到达所述光学探针的斜面，经过所述斜面反射，从相应的光纤射出。79.图4为为本公开实施例提供的在线测试晶圆的结构示意图；图5为本公开实施例提供的光学探针在线测试芯片的结构示意图。下面将结合图3至图5对本公开实施例提供的芯片测试方法进行详细的说明。80.如图4所示，提供晶圆10；所述晶圆10包括由划片槽15分隔的多个芯片11；每一芯片包含至少一个光口以及与光口对应的端面耦合器14；端面耦合器14位于所述芯片边缘且靠近所述划片槽15；81.在实际应用中，提供的晶圆10可以为硅基光电子芯片晶圆，芯片11可以为硅基光电子芯片。82.接下来，如图3所示，将光学探针伸入划片槽15中，所用的光学探针为上述任一中光学探针。优选地，光学探针垂直地伸入到划片槽15中。83.此时，伸入划片槽15的光学探针中的光纤的侧面17面向芯片端面耦合器14，光纤阵列中的一个光纤12对应所述芯片11中的一个端面耦合器14。84.此时，光学探针测试芯片的结构示意图如图5所示，图5中芯片包含3个光口，图中所用的光学探针包含有3根光纤，光学探针中光纤排列的方向与芯片中光口排列的方向相同，且光学探针中每一个光纤对应一个光口的端面耦合器。图5中芯片包含的光口数量，及光纤阵列包含的光纤的数量仅用于作为示例，不用于限制本公开实施例芯片包含的光口数量，及光纤阵列包含的光纤的数量。85.这里，提供的晶圆10中的芯片的光口可以沿图5中示y轴方向排布，则端面耦合器14就如同图5所示，沿y轴方向排布，此时划片槽15沿y轴方向延伸。实际应用中，晶圆10中的芯片的光口可以沿x轴方向排布，则端面耦合器14也沿x轴方向排布。对应的光学探针要随着芯片的光口以及端面耦合器的位置的调整进行调整，使光学探针中的光纤阵列中的光纤应与芯片中端面耦合器的排列方向相同。86.测试时，从光纤顶端射入的光信号通过光纤，到达光学探针的斜面16，经过16斜面反射经过侧面17以及透镜13射出，进入端面耦合器14；或者，87.从芯片11的光口发出的光信号，通过对应的端面耦合器14、光纤的侧面17，到达光学探针的斜面16，经过所述斜面16的反射，从相应的光纤12射出。88.可以理解的是，斜面16改变光的传播方向，使由芯片发出的传播方向为沿平行于芯片表面的光改变成传播方向为竖直方向的光，有效地缓解了光限制在狭小的划片槽中难以检测的困难局面，改变传播方向后的光更容易与自动化晶圆测试台相配合，从而实现芯片的晶圆级在线测试。89.进一步地，该测试方法可以应用在不同的场景中，例如，在一些实施例中，芯片的端面耦合器包括倒锥形耦合器、悬臂梁耦合器、三叉戟耦合器或亚波长光栅耦合器。90.又例如，在一些实施例中，芯片的端面耦合器的材料可以包括硅，氮化硅，多晶硅，二氧化硅，聚合物中的一种。91.在一些具体实施例中，本公开芯片测试方法可以自动化晶圆测试台使用。用带有倾斜角度的夹具将光纤阵列固定在晶圆台的机械轴上，机械轴自动将光纤阵列前端伸入划片槽的合适高度，再通过晶圆台的自动耦合算法进行自动耦合，从而实现基于端面耦合的芯片晶圆级在线测试。92.本公开实施例提供了一种芯片测试方法，包括：提供晶圆；所述晶圆包括由划片槽分隔的多个芯片；每一所述芯片包含至少一个光口以及与所述光口对应的端面耦合器；所述端面耦合器位于所述芯片边缘且靠近所述划片槽；将本公开的任意一种光学探针伸入所述划片槽中，并将所述光学探针的所述侧面面向所述端面耦合器，所述光纤阵列中的一个光纤对应所述芯片中的一个端面耦合器；从所述光纤阵列第二端射入的光信号通过所述光纤阵列中的光纤，到达所述光学探针的斜面，经过所述斜面反射进入所述端面耦合器；或者，从所述芯片的光口发出的光信号，通过对应的端面耦合器、所述光纤的所述侧面，到达所述光学探针的斜面，经过所述斜面反射，从相应的光纤射出。本公开具有如下优点：93.(1)实现真实器件的晶圆级测试；94.(2)光纤阵列成本低且不易损伤，实现了测试成本低的目标；95.(3)作为反射面的斜面可用深刻蚀与浅刻蚀制作，且无需考虑特殊的模斑匹配；同时设置的透镜能够有效地增加光纤阵列数值孔径的大小，从而适应不同的斑模，兼容各种芯片，提高光纤阵列与接收光信号之间的耦合效率及耦合容差；96.(4)更换光纤阵列与操作测试简单，实现了操作简单，安全性强的目标。97.本公开所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。98.本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。









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