Automatisierter optischer Durchsatz-Tester für die integrierte Photonik

Am IMS wurde ein neuer optischer Messplatz für die Charakterisierung von integrierten optischen Schaltungen aufgebaut. Dieser dient hauptsächlich zur Endkontrolle von photonischen Chips, der Charakterisierung von neuen Prozessen in der Silizium-Photonik-Linie, sowie der Qualifizierung des Designs neuer oder verbesserter photonischer Bauteile. Hierfür ist eine schnelle und zuverlässige optische Messtechnik unerlässlich. Umfangreiche Design-Parameter-Variationen sowie die zuverlässige Extraktion verschiedener Performance-Größen erfordern oftmals die Vermessung hunderter oder tausender Testschaltungen. Aus diesem Grund wurde aus einem manuell bedienbaren Messplatz, aufbauend auf einem Hexapod mit Piezo-Aufsatz und einem Halbleiter-Prober, der neue teil-automatisierte Messplatz entwickelt. So wurde ein neues Software-Framework aufgesetzt, ein kapazitiver Abstandssensor integriert, und die optischen Signalwege optimiert. Vor allem die hohe mechanische Präzision ermöglicht nun die Aufnahme von Durchsatzspektren mit einer Reproduzierbarkeit von ±0,25 dB.

Mit dem Messplatz können optische Schaltungen auf Einzelchips bis hin zu 150-mm-Wafern im Wellenlängenbereich von 1510 – 1610 nm vermessen werden. Gitterkoppler innerhalb einer Fläche von etwa 10 x 10 mm² werden dabei automatisch nacheinander mit einer Geschwindigkeit von 800 bis 1000 Durchsatzspektren pro Stunde angefahren. Darüber hinausgehen-de Bereiche eines Wafers können durch ein Verschieben der Wafer-Stage erreicht werden, was aktuell noch ein erneutes manuelles Alignment erfordert. Für die Ein- und Auskopplung des Lichts wird ein Vierfach-Glasfaser-Array verwendet, wovon eine Faser für die Einkopplung, und drei Fasern für die simultane Messung der Ausgangsleistungen genutzt werden.

Aktuell wird das optische Mess-System weiter aufgerüstet, sodass in Zukunft eine Echtzeit-Einstellung der Polarisation sowie ein Wellenlängenbereich von 1450 – 1650 nm zur Verfügung stehen werden. Weitere im laufenden Jahr geplante Aufrüstungen umfassen die Einbindung von Strom- und Spannungsquellen für die Vermessung von aktiven elektro-optischen Bauteilen sowie eine automatische Wafer-Stage zur Erreichung der Voll-Automatisierung.