포토닉스 장비 테스트 및 광 정렬을 위한 통합 시스템

최첨단 실리콘 포토닉스 웨이퍼 생산과 테스트를 위해서는 안정성과 정확도가 필수적이다. 또한 각각의 장비에 대한 요구 사항을 충족해야 하므로 개별 솔루션이 필요하다.
정밀 위치 기술 분야의 글로벌 리더인 PI는 포토닉스 장비 테스트 및 광 정렬을 위한 통합 시스템을 위하여 다양한 제품을 제공하고 있다. 피아이코리아가 제공한 이 글을 통해 피아이의 제품의 특징에 대해 알아보고자 한다.

최첨단 실리콘 포토닉스 웨이퍼 생산과 테스트를 위해서는 산업 환경의 안정성 및 우수한 정확도가 필요하며 각각의 장비에 대한 요구 사항을 충족해야 하므로 개별 솔루션이 필요하다.
이를 위해서 광 입출력 테스트를 진행해야 하는데, 이 때 필요한 정밀도는 기존의 웨이퍼 프로빙 장비보다 몇 배 높다. 입출력은 테스트 장비에 연결된 광섬유에 정확하게 정렬되어야 하며 실리콘 웨이퍼의 광 도파관은 일반적으로 150 ~ 200㎚의 코어 직경을 가지므로 손실을 피하기 위해서 정렬 장비는 최소 10배 더 높은 분해능을 가져야 한다.

정밀 광 정렬: 실시간 멀티채널 파이버 정렬
PI는 드라이브 기술 및 정밀 위치 시스템의 솔루션 공급 업체로서 광 입출력 정렬, 테스트 및 최적화된 광소스 정렬을 위한 시스템을 개발하였으며, 이 시스템을 통해 각각의 입출력 소스는 1초 이내에 정렬을 완료할 수 있다.
이 시스템은 100×100㎜의 작은 크기로 협소한 공간에 설치가 가능한 2개의 소형 포지셔닝 유닛으로 구성되며 그 중 핵심은 다양한 정렬 알고리즘과 위치 추적 기능이 내장된 컨트롤러이다. Ethernet, USB 2.0, RS-232 인터페이스를 통해 컨트롤러와 통신 가능하며 Windows, Linux, OS/X에서 사용 가능한 소프트웨어 패키지가 함께 제공된다.

다축의 고 정밀 위치 제어
위치 결정은 두 단계로 이루어진다. 먼저 closed-loop DC 모터로 구동되는 3축 포지셔닝 스테이지가 최대 50㎚의 정확도로 수십 밀리미터의 이동 범위에서 각각의 커플링 지점으로 이동하며 초기 작업을 수행한다.
그 다음 피에조 액추에이터로 구동되는 3축 포지셔닝 유닛이 100㎛ 의 이동 범위에서 1㎚의 분해능을 구현하며 ㎲ 내의 응답성으로 광섬유의 위치를 정밀하게 제어한다. 고성능 피에조 액추에이터는 마찰과 백래쉬가 없어 매우 안정적이며 내구성이 뛰어나므로 24시간 구동되는 산업 환경에 적합하다.

Angle 보정의 필요성
웨이퍼 프로빙 또는 패키징 중, 섬유를 다른 각도로 배치해야 하거나 틸팅 에러를 보정해야 하는 경우 더 많은 축이 필요하다. 기본적으로 필요한 축을 추가하는 것으로 이를 해결할 수 있으나 적용이 제한적이고, 추가 가이딩 에러로 인해 전체적으로 정밀도가 감소한다.

이를 보완하기 위해 동일한 플랫폼에서 6축으로 구동하는 헥사포드를 결합했다. 헥사포드는 시리얼 타입의 다축 스테이지에서 발생할 수 있는 적층 에러가 없어 정확도가 높고 질량이 낮아 다이내믹한 모션을 제공하며 간단한 프로그래밍으로 임의의 회전 중심이나 피벗점을 설정할 수 있다.
소형 H-811 헥사포드는 최대 34㎜의 선형, 42°의 회전 이동 거리를 제공하며 ±0.06㎛의 반복정밀도, 20㎜/s의 속도를 가진다.

고성능 소프트웨어
디지털 컨트롤러에 광섬유 정렬에 필요한 모든 알고리즘이 통합되어 있어 모든 관련 애플리케이션에 적용이 가능하다. 또한 PI의 디지털 모션 컨트롤러에는 쉬운 시작, 그래픽 인터페이스를 통한 편리한 시스템 제어, 빠르고 광범위한 소프트웨어 패키지가 제공되며 외부 프로그램과 쉽고 빠르게 통합할 수 있다.
모바일 앱을 사용하여 무선 모니터링 및 제어가 가능하며 다양한 프로그래밍 언어 및 소프트웨어 환경에서도 사용이 가능하다. 이를 통해 실리콘 포토닉스에서 웨이퍼 프로빙 및 패키징과 관련된 맞춤형 산업 애플리케이션을 구현할 수 있다.        

자료제공 : 피아이코리아