硅光晶圆测试设备及其光纤位姿调整机构、方法及系统与流程

本发明涉及硅光晶圆测试，特别是涉及一种硅光晶圆测试设备的光纤位姿调整机构、硅光晶圆测试设备、硅光晶圆测试设备的光纤位姿调整方法以及硅光晶圆测试系统。

背景技术：

1、硅光晶圆测试设备主要用于对硅光晶圆上加工形成的硅光芯片是否能够正常工作进行测试的设备；在实际测试过程中，需要借助于光纤或光纤阵列，将光信号传输至对晶圆上呈阵列排布的硅光芯片内，并基于硅光芯片输出的光信号进行光学性能测试。

2、在对硅光波导进行性能测试的过程中，保证光纤的端口和晶圆上的硅光波导之间的有效对位耦合，是提高测试准确性的重要因素之一。由此，如何实现硅光晶圆测试过程中光纤阵列的端口和晶圆上硅光波导的光接口之间的对位耦合，是业内重点关注的问题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种硅光晶圆测试设备的光纤位姿调整机构、耦合方法以及测试系统，实现硅光晶圆测试过程中，光波导和光纤端口之间更简单的对位，降低测试设备成本的基础上，降低对位耦合难度。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种硅光晶圆测试设备的光纤位姿调整机构，包括微显成像组件，探针台，光纤耦合模组及驱动组件；所述微显成像组件包括相机组件和偏折光路组件；所述探针台用于承载硅光晶圆；所述驱动组件用于驱动所述探针台和所述偏折光路组件相互切换地移动至所述相机组件的成像视野中；

3、当所述驱动组件驱动承载有所述硅光晶圆的所述探针台移动至所述相机组件的成像视野中时，所述相机组件调整至相机组件坐标系与所述硅光晶圆的切割道平行；

4、当所述驱动组件驱动所述偏折光路组件移动至所述相机组件的成像视野中时，所述相机组件用于采集所述偏折光路组件偏折传导输入的所述光纤端部至少两个不同方向的侧向画面对应的侧向图像；所述光纤耦合模组用于根据所述侧向图像和所述相机组件坐标系的方向对所述光纤端部进行位姿调整，以使所述光纤端部与所述硅光晶圆初步对位。

5、在本技术中的一种可选地实施例中，所述相机组件的摄像头内设置有十字光标；

6、当所述驱动组件驱动承载有所述硅光晶圆的所述探针台移动至所述相机组件的成像视野中时，所述相机组件用于采集所述硅光晶圆的晶圆图像，并通过所述晶圆图像将所述相机组件中摄像头的十字光标调整至和所述硅光晶圆上的切割道相互平行。

7、在本技术中的一种可选地实施例中，所述偏折光路组件包括至少两个反光元件；

8、当所述驱动组件驱动所述偏折光路组件移动至所述相机组件的成像视野中时，所述相机组件用于通过所述偏折光路组件采集所述光纤阵列的光纤端部在第一水平方向上的第一侧向图像和在第二水平方向上的第二侧向图像；利用所述光纤耦合模组根据所述第一侧向图像和所述第二侧向图像将所述光纤端部的端面调节至水平面；其中，所述第一水平方向和所述第二水平方向相互垂直；

9、所述相机组件还用于从竖直方向采集所述光纤端部的垂直图像；所述光纤耦合模组用于根据所述垂直图像将所述光纤端部的轮廓线调整至和所述摄像头的十字光标相互平行。

10、在本技术中的一种可选地实施例中，所述偏折光路组件包括和所述探针台相连接的承载台，设置在所述承载台上的第一反射元件和第二反射元件；

11、还包括设置在所述承载台上的第一光源组件和第二光源组件；

12、其中，所述第一光源组件用于沿所述第一水平方向向所述第一反射元件输出光束，所述第一反射元件用于将入射的光束沿竖直向上的方向反射；所述第二光源组件用于沿所述第二水平方向向所述第二反射元件输出光束，所述第二反射元件用于将入射的光线沿竖直向上的方向反射；且所述第一光源组件和所述第一反射元件之间的光路，与所述第二光源组件和所述第二反射元件之间的光路相互交叉于设定交叉区域；

13、当所述偏折光路组件通过所述第二驱动组件移动至所述相机组件的下方时，所述光纤端部位于所述设定交叉区域；

14、所述相机组件用于当所述摄像头平移至所述第一反射元件的正上方时采集所述第一侧向图像，当所述摄像头平移至所述第二反射反射元件的正上方时采集所述第二侧向图像。

15、在本技术中的一种可选地实施例中，所述光纤耦合模组用于连接所述光纤端部的末端连接结构上还设置有探高结构；

16、相应地，所述承载台上对应于所述设定交叉区域还设置有校准基板；

17、当所述驱动组件驱动所述偏折光路组件移动至所述探高结构的下表面和所述校准基板的上表面之间相距在设定高度范围内，则所述光纤端部位于所述设定交叉区域。

18、在本技术中的一种可选地实施例中，所述探高结构为纳米电容位移传感器。

19、在本技术中的一种可选地实施例中，所述第一光源组件包括第一面光源和第三反射元件；所述第二光源组件包括第二面光源和第四反射元件；

20、且第一反射元件、所述第二反射元件、第三反射元件和第四反射元件均为直角三棱镜，且所述直角三棱镜的斜边反射面上设置有反射膜层；

21、所述第三反射元件的斜边反射面位于所述第一面光源的输出光路上，用于将所述第一面光源输出的光束沿所述第一水平方向反射经过所述设定交叉区域并入射至所述第一反射元件，以使所述第一反射元件将携带有所述光纤端部的侧向轮廓信息的光线反射；

22、所述第四反射元件的斜边反射面位于所述第二面光源的输出光路上，用于将所述第二面光源输出的光束沿所述第二水平方向反射经过所述设定交叉区域并入射至所述第二反射元件，以使所述第二反射元件将携带有所述光纤端部的侧向轮廓信息的光线反射。

23、在本技术中的一种可选地实施例中，所述光纤耦合模组包括依次连接的三个平移组件和三个旋转组件，以及末端连接结构；

24、其中，三个所述平移组件分别用于驱动所述末端连接结构沿第一方向、第二方向和第三方向进行平移运动三个所述旋转组件分别用于驱动所述末端连接结构以第一旋转轴、第二旋转轴、第三旋转轴为中心旋转；所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直；所述第一旋转轴、所述第二旋转轴和所述第三旋转轴两两垂直

25、一种硅光晶圆测试设备，包括如上任一项所述的硅光晶圆测试设备的光纤位姿调整机构。

26、一种硅光晶圆测试设备的光纤位姿调整机构的耦合方法，应用于如上任一项所述的硅光晶圆测试设备的光纤位姿调整机构，所述光纤位姿调整方法包括：

27、控制驱动组件驱动硅光晶圆平移至相机组件的成像视野中，通过所述相机组件采集的晶圆图像，对所述相机组件进行调节，以使相机组件坐标系和所述硅光晶圆上的切割道相互平行；

28、控制所述硅光晶圆从所述相机组件的成像视野中移出，并将偏折光路组件移动至所述相机组件的成像视野中，通过所述相机组件采集所述偏折光路组件偏折传导输入的光纤端部至少两个不同方向的侧向画面对应的侧向图像；

29、根据所述侧向图像和所述相机组件坐标系的方向控制光纤耦合模组对所述光纤端部进行位姿调整，控制所述驱动组件驱动所述硅光晶圆平移至所述相机组件的成像视野中，以使所述光纤阵列与所述硅光晶圆初步对位。

30、在本技术中的一种可选地实施例中，通过所述相机组件采集的晶圆图像，对所述相机组件进行调节，以使相机组件坐标系和所述硅光晶圆上的切割道相互平行，包括：

31、控制所述驱动组件驱动承载有所述硅光晶圆的所述探针台移动至所述相机组件的成像视野中；

32、通过所述相机组件用于采集所述硅光晶圆的晶圆图像；

33、通过所述晶圆图像对所述相机组件进行调节，使得所述相机组件中摄像头的十字光标调整至和所述硅光晶圆上的切割道相互平行。

34、在本技术中的一种可选地实施例中，根据所述侧向图像和所述相机组件坐标系的方向控制光纤耦合模组对所述光纤端部进行位姿调整，以使所述光纤阵列与所述硅光晶圆初步对位，包括：

35、通过所述相机组件采集通过所述偏折光路组件反射所述光纤端部在第一水平方向上和第二水平方向上的侧向画面，获得第一侧向图像和第二侧向图像；其中，所述第一水平方向和所述第二水平方向相互垂直；

36、根据所述第一侧向图像和所述第二侧向图像控制所述光纤耦合模组将所述光纤端部的端面调节至水平面；

37、通过所述相机组件从竖直方向采集所述光纤端部的垂直图像；

38、根据所述垂直图像控制所述光纤耦合模组将所述光纤端部的轮廓线调整至和所述摄像头的十字光标相互平行。

39、在本技术中的一种可选地实施例中，根据所述第一侧向图像和所述第二侧向图像控制所述光纤耦合模组将所述光纤端部的端面调节至水平面，包括：

40、根据所述光纤端部在所述第一侧向图像中成像的端面轮廓线，确定所述光纤端部的端面和所述第二水平方向之间的第一夹角；

41、控制所述光纤耦合模组驱动所述光纤端部以所述第二旋转轴为中心旋转第一夹角；其中，所述第二水平方向和所述第二旋转轴相互平行；

42、根据所述光纤端部在所述第二侧向图像中成像的端面轮廓线，确定所述光纤端部的端面和所述第一水平方向之间的第二夹角；

43、控制所述光纤耦合模组驱动所述光纤端部以所述第一旋转轴为中心旋转第二夹角；其中，所述第一水平方向和所述第一旋转轴相互平行。

44、在本技术中的一种可选地实施例中，控制所述光纤耦合模组驱动所述光纤端部以所述第二旋转轴为中心旋转第一夹角之后，还包括：

45、利用所述光纤耦合模组驱动所述光纤端部沿第一方向上平移的距离，沿所述第三方向上平移的距离；其中，为所述光纤端部和所述第二旋转轴之间的间距；为所述第一夹角；

46、相应地，控制所述光纤耦合模组驱动所述光纤端部以所述第一旋转轴为中心旋转第二夹角之后，还包括：

47、利用所述光纤耦合模组驱动所述光纤端部沿第二方向上平移的距离，沿所述第三方向上平移的距离；其中，为所述光纤端部和所述第一旋转轴之间的间距；为所述第二夹角；

48、其中，所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向两两垂直；所述第一方向和所述第一旋转轴、所述第二方向和所述第二旋转轴、所述第三方向为竖直方向；

49、且所述第一方向和所述第一水平方向相互平行；所述第二方向和所述第二水平方向相互平行。

50、在本技术中的一种可选地实施例中，根据所述垂直图像控制所述光纤耦合模组将所述光纤端部的轮廓线调整至和所述摄像头的十字光标相互平行，包括：

51、根据所述光纤端部在所述垂直图像中成像的端面轮廓线，确定所述光纤端部的端面轮廓线和所述十字光标之间的第三夹角；

52、控制所述光纤耦合模组驱动所述光纤端部以第三旋转轴旋转所述第三夹角；其中，所述第三旋转轴为竖直方向的旋转轴。

53、在本技术中的一种可选地实施例中，控制所述驱动组件驱动所述硅光晶圆平移至所述相机组件的成像视野中，以使所述光纤阵列与所述硅光晶圆初步对位之后，还包括：

54、控制所述相机组件采集所述光纤端部和所述硅光晶圆在同一画面内成像的对位图像；

55、根据所述光纤端部的光纤端口和所述硅光晶圆中光接口分别在所述对位图像中的成像位置，控制所述光纤耦合模组驱动所述光纤端部沿所述第一方向和所述第二方向平移，以使所述光纤端部的所述光纤端口和所述光接口之间初步对位耦合。

56、在本技术中的一种可选地实施例中，在所述光纤端部的所述光纤端口和所述光接口之间初步对位耦合之后，还包括：

57、控制各所述光纤端部中对应的一路光纤输出光波；

58、所述光纤耦合模组的末端连接结构所连接的压电位移台带动所述光纤端部在水平面内平移移动；

59、通过所述光纤背离所述光纤端部的一端所连接的耦合用光电探测器，检测的随所述光纤端部平移移动变化的光功率；

60、当以所述光功率最大时对应所述光纤端部所在位置为所述光纤端部和所述硅光晶圆中各波导之间的最佳耦合位置。

61、一种硅光晶圆测试系统，包括光性能测试机、控制器和如上所述的硅光晶圆测试设备；

62、所述控制器用于利用所述硅光晶圆测试设备，执行如上任一项所述的硅光晶圆测试设备的光纤位姿调整方法的步骤。

63、本发明所提供的一种硅光晶圆测试设备及其光纤位姿调整机构、光纤位姿调整方法方法以及硅光晶圆测试系统，该光纤位姿调整机构包括微显成像组件，探针台；光纤耦合模组及驱动组件；微显成像组件包括相机组件和偏折光路组件；探针台用于承载硅光晶圆；驱动组件用于驱动探针台和偏折光路组件相互切换地移动至相机组件的成像视野中；当驱动组件驱动承载有硅光晶圆的探针台移动至相机组件的成像视野中时，相机组件调整至相机组件坐标系与硅光晶圆的切割道平行；当驱动组件驱动偏折光路组件移动至相机组件的成像视野中时，相机组件用于采集偏折光路组件偏折传导输入的光纤端部至少两个不同方向的侧向画面对应的侧向图像；光纤耦合模组用于根据侧向图像和相机组件坐标系的方向对光纤端部进行位姿调整，以使光纤端部与硅光晶圆初步对位。

64、本技术中的光纤位姿调整机构中配置有偏折光路组件和光纤耦合模组，且还将偏折光路组件和探针台共同连接驱动组件，由此使得驱动组件可以将偏折光路组件和承载晶圆的探针台在相机组件的成像视野内相互切换；由此在将承载晶圆的探针台移动至相机组件的成像视野时，对相机组件进行调节，使得相机组件坐标系和晶圆上的切割道平行；而在将偏折光路组件移动切换至相机组件的成像视野内，利用偏折光路组件对光纤端部至少两个不同侧向画面偏折传导至相机组件，从而采集获得光纤端部的侧向图像，由此即可根据侧向图像以及相机组件坐标系的方向利用光纤耦合模组对光纤端部进行位姿调节，即可实现光纤端部与硅光晶圆初步对位。本技术中的测试设备中只需要配置一组相机组件即可，且该测试设备对应的对位过程简单易操作，实现光纤端部和硅光波导之间初步对位，为后续进一步地精准对位耦合提供有利的调控基础，简化整个测试设备中调节机构的结构，降低设备成本。