机器视觉在半导体制程过程之应用价值

晶圆制造工序中，应用机器视觉高精度特性对成品进行芯片缺陷检测程序相当重要，判断失误会造成产品良率下滑、成本增加。DWFritz Automation

为满足半导体批量生产的效能要求，产线的高精密IC检测部署重要性增高，推动导入高端自动化检测机制，不仅可以有效减少芯片缺陷问题导致后续的重工成本，也能加速产线产速与实质生产效益…

使用机器视觉提升自动化效用

机器视觉技术用于自动化生产环境有相当多好处，除可运用机器设备不易出错的特性改善人工检测可能的错误发生，也能让不适合人工作业的高危环境或是人力检视无法负荷的工序，提供一个机器模拟视觉检测分析的解决方案，导入机器视觉除能提升检测品质、改善误判浪费生产材料问题，也能透过高速大量生产压低制造成本。

而半导体制造加工工序相当繁复，整个制造流程动辄需经历上千道加工程序，加工过程使用高精度自动化检测设备，根本无法使用肉眼检视制品品质，尤其生产半导体线宽已经达到纳米等级，更有赖机器视觉辅助进行加工料件检核。

同时，晶圆加工或转换生产设备进行不同阶段工序，若使用人工递件可能会产生失误或送料意外，导致生产中断还要耗费时间处理制程重启，这些关键递件处理也会用到自动化设备处理，透过机器视觉辅助精确判断递取动作制动机器手臂加工，也是半导体制程中相当常见使用机器视觉的导入用途。

晶圆加工精度要求高  运用机器视觉提升精确度与产速

检视晶圆在切割处理工序，机器视觉的精密度与偕同自动控制处理尤其重要！因为加工系统必须应用机器视觉系统御先检测出晶圆中的瑕疵区块，找到瑕疵再进行定位与标记处理，检测完成再处理切割工序，而再切片程序中需要运用机器视觉系统同时进行精确、快速的定位裁切，而晶圆面积大、裁切数量多，机器视觉必须能达到快速定位、辅助自动化裁切？取料，如果机器视觉在晶圆裁切处理出现状况，就可能让整片晶圆因错误裁切导致报废，显见机器视觉在半导体处理中的重要程度。

机器视觉有检测、引导(定位)、量测、与判读条码？OCR等四大用途，这些用途都能在整段半导体制程中看到相关应用。例如半导体晶圆制程中的缺陷检测，另在如芯片打线连接处理过程中，机器视觉可处理引导定位打线制程，而在封装处理部分可透过机器视觉高速判读封装体外观有无处理瑕疵等，在最后IC成品装料打包时，也能运用机器视觉检视纪录生产条码信息，藉以记录生产批量内容，而机器视觉可取代大量、高频次的判断、检查与分析，让自动化工厂的生产效能不会因为人力介入而减缓生产速度。

多芯片封装、覆晶封装  必须使用机器视觉辅助生产

以多芯片装制程为例，不同功能芯片的组构就可以使用机器视觉、视觉定位系统辅助，实现高端密度的元器件组构程序，透过视觉识别分析判断不同功能芯片进行对应组装流程，对精细IC元件或特殊构型材料识别判断进行对应组构修正，同时搭配机器手臂进行高速、高精度贴装处理，而使用了机器视觉辅助的自动化定位工作站，不仅处理细微零件速度快、取用与组构动作平稳，组构速度搭配实时机器视觉定位也能处理较人力更精准的组构水准，达到先进制程要求的高品质、低废品率、高产速的自动化制造要求。

早期产在线的CCD或数码照相影像撷取功能，多半用于工控产线的监视记录功能，一般仅使用于制作成品检测与后段成品包装与品保记录用途，但随着CCD与工控用数码镜头机在拍摄速度、画面纪录精细度(像素)等品质提升，加上智能分析、智能控制、智能定位等自动化应用更趋成熟，原有工控摄影记录用途也逐渐转向更具智能的机器视觉用途，改变原有机器视觉原有的采集、分析、记录用途，转向具传递检测信息、判断处理动作等更开放的整合用途，进阶机器视觉技术整合自动化智能控制，已成为现代化工厂与发展工业4.0应用的重电技术项目。

捡料、送料、缺陷分析  都少不了机器视觉辅助

也是基于对高精度、自动化生产的要求不同，半导体业者较一般电子产品制造产线不同的是导入机器视觉餐与自动化生产的时间更早，在芯片生产流程使用不同机器视觉处理生产程序所需的是捡料、送料、缺陷分析、定位与处理等自动加工，加上半导体技术与制程随着摩尔定律快速进展，晶圆面积越做越大、IC内部单位线宽愈来越窄，产量与产速呈现指数暴增，人工检核分析甚至操作组装已经无法因应生产需求，而半导体生产为了节省成本，必须在不同产段就能判别剃除故障料件、避免生产废品，在各产段或是生产设备部署机器视觉检测方案已是保证生产率和零次品率的提升关键。

在半导体制造过程中，机器视觉系统一般可区分为PC Base机器视觉系统、嵌入式机器视觉系统两大种类。以PC为运行基础的机器视觉标准配件，即包含工业用的视觉光源、工业光学镜头、工业用数码镜头模块、图像撷取卡、机器视觉软件与工控电脑组构搭建而成，机器视觉系同系统相当复杂，组装部署需要运用光学、机械、图像演算法、工业控制等专业技术进行设置，部署复杂度相对较高。常见的系统部署状态，会在机器视觉硬件完成产线或生产机台的设置后，再搭配生产现场需求或专案要求进行系统二次开发与机器视觉设备调校才能上线使用。

一般自动化需求可用嵌入式视觉系统减低部署成本

至于嵌入式机器视觉系统则是将辅助光源、机器视觉镜头、数码镜头、撷取图像处理功能与机器视觉分析软件的高度模块化整合，甚至可在部署机器视觉硬件设备后、仅用简单的软件设置就能让机器视觉系统上线运作，嵌入式机器视觉系统又有智能工控镜头、机器视觉传感器等不同产品名称，其实指的都是嵌入式机器视觉系统产品。

一般半导体制程，因为制程的特殊性要求，使用套装式的嵌入式机器视觉模块多半无法因应现场需求，反而是具高度功能扩展性的PC Base机器视觉系统较受现场机台部署需求青睐，尤其在重点经援或处理制程方面，多半会选用可高度定制化的PC Base机器视觉系统进行功能部署，而嵌入式机器视觉系统多用于一般电子产品产线或是芯片生产的常规自动化处理机器视觉应用。

嵌入式机器视觉系统有部署速度快、视觉系统性能稳定、人机界面操作简单、视觉模块体积小等优点，适合在检测系统安装空间有限的加工工序进行部署，加上不需二次开发整合，也常用于一般生产自动化应用中。

机器视觉3D检测技术重要性日增

若将半导体制程可简单区分前？中？后三段制造程序，机器视觉部署策略也可因应需求进行调整，例如，在半导体前？中段制程，机器视觉主要为介入处理半导体芯片在精密定位、高端视觉检测应用上；而在中段芯片制程中多为半导体制造最重要的处理流程，例如运用机器视觉进行极微小线宽、接点加工状态量测；后段半导体制程机器视觉则多用于处理检测晶圆成品瑕疵、芯片切割、IC封装加工等工序辅助处理。

而机器视觉在3D检测分析的需求，也因为新一代半导体进阶制程与工序导入成为重点项目，例如芯片生产已导入如Flip覆晶封装芯片、多芯片封装等应用需求，为确保进阶多芯片封装处理工序在不同功能芯片的连接电气特性、与线路连接精准度，这类机器视觉检测工序需以高精度3D视觉系统搭配完成，不仅可检测个接点线路状态，还可判断接点表面立体状态是否能因应工序处理要求，扩大工序缺陷检测的判定效用。