機器視覺在半導體製程過程之應用價值

晶圓製造工序中，應用機器視覺高精度特性對成品進行晶片缺陷檢測程序相當重要，判斷失誤會造成產品良率下滑、成本增加。DWFritz Automation

為滿足半導體批量生產的效能要求，產線的高精密IC檢測部署重要性增高，推動導入高階自動化檢測機制，不僅可以有效減少晶片缺陷問題導致後續的重工成本，也能加速產線產速與實質生產效益…

使用機器視覺提升自動化效用

機器視覺技術用於自動化生產環境有相當多好處，除可運用機器設備不易出錯的特性改善人工檢測可能的錯誤發生，也能讓不適合人工作業的高危環境或是人力檢視無法負荷的工序，提供一個機器模擬視覺檢測分析的解決方案，導入機器視覺除能提升檢測品質、改善誤判浪費生產材料問題，也能透過高速大量生產壓低製造成本。

而半導體製造加工工序相當繁複，整個製造流程動輒需經歷上千道加工程序，加工過程使用高精度自動化檢測設備，根本無法使用肉眼檢視製品品質，尤其生產半導體線寬已經達到奈米等級，更有賴機器視覺輔助進行加工料件檢核。

同時，晶圓加工或轉換生產設備進行不同階段工序，若使用人工遞件可能會產生失誤或送料意外，導致生產中斷還要耗費時間處理製程重啟，這些關鍵遞件處理也會用到自動化設備處理，透過機器視覺輔助精確判斷遞取動作制動機器手臂加工，也是半導體製程中相當常見使用機器視覺的導入用途。

晶圓加工精度要求高  運用機器視覺提升精確度與產速

檢視晶圓在切割處理工序，機器視覺的精密度與偕同自動控制處理尤其重要！因為加工系統必須應用機器視覺系統御先檢測出晶圓中的瑕疵區塊，找到瑕疵再進行定位與標記處理，檢測完成再處理切割工序，而再切片程序中需要運用機器視覺系統同時進行精確、快速的定位裁切，而晶圓面積大、裁切數量多，機器視覺必須能達到快速定位、輔助自動化裁切？取料，如果機器視覺在晶圓裁切處理出現狀況，就可能讓整片晶圓因錯誤裁切導致報廢，顯見機器視覺在半導體處理中的重要程度。

機器視覺有檢測、引導(定位)、量測、與判讀條碼？OCR等四大用途，這些用途都能在整段半導體製程中看到相關應用。例如半導體晶圓製程中的缺陷檢測，另在如晶片打線連接處理過程中，機器視覺可處理引導定位打線製程，而在封裝處理部分可透過機器視覺高速判讀封裝體外觀有無處理瑕疵等，在最後IC成品裝料打包時，也能運用機器視覺檢視紀錄生產條碼資訊，藉以記錄生產批量內容，而機器視覺可取代大量、高頻次的判斷、檢查與分析，讓自動化工廠的生產效能不會因為人力介入而減緩生產速度。

多晶片封裝、覆晶封裝  必須使用機器視覺輔助生產

以多晶片裝製程為例，不同功能晶片的組構就可以使用機器視覺、視覺定位系統輔助，實現高階密度的元器件組構程序，透過視覺辨識分析判斷不同功能晶片進行對應組裝流程，對精細IC元件或特殊構型材料識別判斷進行對應組構修正，同時搭配機器手臂進行高速、高精度貼裝處理，而使用了機器視覺輔助的自動化定位工作站，不僅處理細微零件速度快、取用與組構動作平穩，組構速度搭配即時機器視覺定位也能處理較人力更精準的組構水準，達到先進製程要求的高品質、低廢品率、高產速的自動化製造要求。

早期產線上的CCD或數位照相影像擷取功能，多半用於工控產線的監視記錄功能，一般僅使用於製作成品檢測與後段成品包裝與品保記錄用途，但隨著CCD與工控用數位相機機在拍攝速度、畫面紀錄精細度(像素)等品質提升，加上智能分析、智慧控制、智慧定位等自動化應用更趨成熟，原有工控攝影記錄用途也逐漸轉向更具智慧的機器視覺用途，改變原有機器視覺原有的採集、分析、記錄用途，轉向具傳遞檢測資訊、判斷處理動作等更開放的整合用途，進階機器視覺技術整合自動化智能控制，已成為現代化工廠與發展工業4.0應用的重電技術項目。

撿料、送料、缺陷分析  都少不了機器視覺輔助

也是基於對高精度、自動化生產的要求不同，半導體業者較一般電子產品製造產線不同的是導入機器視覺餐與自動化生產的時間更早，在晶片生產流程使用不同機器視覺處理生產程序所需的是撿料、送料、缺陷分析、定位與處理等自動加工，加上半導體技術與製程隨著摩爾定律快速進展，晶圓面積越做越大、IC內部單位線寬愈來越窄，產量與產速呈現指數暴增，人工檢核分析甚至操作組裝已經無法因應生產需求，而半導體生產為了節省成本，必須在不同產段就能判別剃除故障料件、避免生產廢品，在各產段或是生產設備部署機器視覺檢測方案已是保證生產率和零次品率的提升關鍵。

在半導體製造過程中，機器視覺系統一般可區分為PC Base機器視覺系統、嵌入式機器視覺系統兩大種類。以PC為運行基礎的機器視覺標準配件，即包含工業用的視覺光源、工業光學鏡頭、工業用數位相機模組、圖像擷取卡、機器視覺軟體與工控電腦組構搭建而成，機器視覺系同系統相當複雜，組裝部署需要運用光學、機械、圖像演算法、工業控制等專業技術進行設置，部署複雜度相對較高。常見的系統部署狀態，會在機器視覺硬體完成產線或生產機台的設置後，再搭配生產現場需求或專案要求進行系統二次開發與機器視覺設備調校才能上線使用。

一般自動化需求可用嵌入式視覺系統減低部署成本

至於嵌入式機器視覺系統則是將輔助光源、機器視覺鏡頭、數位相機、擷取圖像處理功能與機器視覺分析軟體的高度模組化整合，甚至可在部署機器視覺硬體設備後、僅用簡單的軟體設置就能讓機器視覺系統上線運作，嵌入式機器視覺系統又有智慧工控相機、機器視覺感測器等不同產品名稱，其實指的都是嵌入式機器視覺系統產品。

一般半導體製程，因為製程的特殊性要求，使用套裝式的嵌入式機器視覺模組多半無法因應現場需求，反而是具高度功能擴展性的PC Base機器視覺系統較受現場機台部署需求青睞，尤其在重點經援或處理製程方面，多半會選用可高度客製化的PC Base機器視覺系統進行功能部署，而嵌入式機器視覺系統多用於一般電子產品產線或是晶片生產的常規自動化處理機器視覺應用。

嵌入式機器視覺系統有部署速度快、視覺系統性能穩定、人機介面操作簡單、視覺模組體積小等優點，適合在檢測系統安裝空間有限的加工工序進行部署，加上不需二次開發整合，也常用於一般生產自動化應用中。

機器視覺3D檢測技術重要性日增

若將半導體製程可簡單區分前？中？後三段製造程序，機器視覺部署策略也可因應需求進行調整，例如，在半導體前？中段製程，機器視覺主要為介入處理半導體晶片在精密定位、高階視覺檢測應用上；而在中段晶片製程中多為半導體製造最重要的處理流程，例如運用機器視覺進行極微小線寬、接點加工狀態量測；後段半導體製程機器視覺則多用於處理檢測晶圓成品瑕疵、晶片切割、IC封裝加工等工序輔助處理。

而機器視覺在3D檢測分析的需求，也因為新一代半導體進階製程與工序導入成為重點項目，例如晶片生產已導入如Flip覆晶封裝晶片、多晶片封裝等應用需求，為確保進階多晶片封裝處理工序在不同功能晶片的連接電氣特性、與線路連接精準度，這類機器視覺檢測工序需以高精度3D視覺系統搭配完成，不僅可檢測個接點線路狀態，還可判斷接點表面立體狀態是否能因應工序處理要求，擴大工序缺陷檢測的判定效用。