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半導體 2026/05/02

晶圓精密定位與視覺量測:解析度、校正及 GR&R 方法

把像素轉成可追溯的物理量測,必須同時處理 FOV、光學、校正、機構穩定與量測系統分析。

把像素轉成可追溯的物理量測,必須同時處理 FOV、光學、校正、機構穩定與量測系統分析。。

PROCESS OUTCOME · 製程改善重點

這項解法應改善什麼?

RESOLUTION

先計算物件端像素尺寸:視野寬度 ÷ 水平像素;這只是起點,不等於最終量測能力。

IMAGE QUALITY

模糊、低訊噪比、飽和與光學畸變都會降低定位與邊緣量測穩定性。

CALIBRATION

像素必須透過校正轉成實際座標;相機、鏡頭、治具或工作距離變更後需重新確認。

MSA/GR&R

最終以代表性樣品、重複量測與製程允差判斷是否可用,不能由演算法名稱保證微米結果。

PHOTO · 應用情境照片

應用情境照片

晶圓精密定位與視覺量測:解析度、校正及 GR&R 方法

應用情境照片(同類應用參考,非本頁實測影像)

SOLUTION FRAME · 解法框架

先確認製程問題,再選 Cognex 技術路徑

製程任務

先定義要辨識、檢測、定位或量測的對象,以及允收與不允收邊界。

證據與驗收

以 Cognex 官方文件建立技術邊界,再用代表性樣品與可重現方法驗證。

產品與整合

確認成像、視野、節拍、介面與資料需求後,才進入產品及架構選型。

重點先說

晶圓視覺量測能否做到微米等級?

可以評估,但不能只靠相機解析度或 PatMax 名稱保證。最終能力由視野、像素、鏡頭、成像、校正、治具、運動、溫漂與量測方法共同決定,並須以代表性樣品及 GR&R 驗證。

第一步:從視野計算物件端像素尺寸

物件端像素尺寸 = 視野寬度 ÷ 水平像素數。這個結果只代表每個像素對應的實際尺寸,不等於最小可量測尺寸,也不等於重複性或準確度。若視野、工作距離或鏡頭變更,整套計算與校正都要重新確認。

第二步:建立定位與量測座標

PatMax/PMAlign 可尋找 fiducial、角落或其他穩定幾何特徵,輸出位置、角度與尺度;Caliper/Edge 工具則用於尋找單邊或邊對。定位結果需放在校正後的座標系中,才能將像素量轉成有物理意義的距離與角度。

影響結果的主要誤差來源

  • 影像品質:失焦、運動模糊、低訊噪比、飽和與對比不足。
  • 光學:畸變、景深、遠心需求、工作距離與焦距漂移。
  • 機構:治具重複定位、振動、平台運動、相機固定與熱膨脹。
  • 演算法:圖樣是否穩定、邊緣是否唯一、搜尋區域及判定門檻。
  • 校正:校正板、座標對應、校正範圍及設備變更後的再確認。

如何驗收:不要只看一次量測值

驗收應同時看準確度、重複性、再現性、線性、穩定性與失敗條件。GR&R 的樣品與重複方式需依實際製程允差設計;若量測對溫度、上料或表面狀態敏感,這些因素必須納入測試,而不能只在最佳影像上量測。

對製程帶來的優化

  • 以一致的定位與量測規則取代人工讀值。
  • 把 X/Y/角度/寬度等結果送往 PLC、robot、MES 或 SPC。
  • 留下影像、校正版本與量測值,支援漂移追查。
  • 在導入前以解析度與 GR&R 判斷可行性,避免只按型號採購。

評估前請準備

  • 量測項目、允差、最小特徵與判定方式。
  • 視野、工作距離、景深、節拍與機構空間。
  • 代表性樣品、表面變化、治具與溫度條件。
  • 需要輸出的座標、單位、PLC/robot/MES 介面。

帶量測項目與允差找 VSK 工程師 →

FAQ · 工程決策問題

這項製程解法的常見問題

只看相機解析度就能保證微米量測嗎?

不能。相機解析度只能決定物件端像素尺寸的起點;鏡頭、景深、訊噪比、模糊、畸變、校正、治具、振動與溫漂都會影響最終量測。

PatMax 在精密量測中負責什麼?

PatMax/PMAlign 用於尋找並對齊受訓練的幾何特徵,輸出位置、角度與尺度等結果;它可以提供穩定基準,但不會單獨保證整套系統的物理量測精度。

晶圓視覺量測應如何做 GR&R?

應以代表實際允差與表面變異的樣品,在固定量測程序下重複取得結果,分離設備重複性、治具/上料與操作條件影響,再與製程允差及驗收門檻比較。

什麼時候需要 3D 而不是 2D?

若任務只在穩定平面上量測 X、Y、角度或寬度,2D 可能足夠;若高度、翹曲、共面度或 Z 向差異是判定依據,就應評估 3D 量測路徑。

TECHNICAL BASIS · 技術依據

技術依據與下一步選型

本頁將 Cognex 官方文件整理成可執行的製程判斷;若需求方向相符,可依上方 VSK 產品路徑進一步確認規格,或提供樣品與站點條件和工程師討論。

查核 Cognex 官方技術來源
  1. PatMax Accuracy Maximization:說明圖樣穩定、影像品質與光學畸變會影響 PMAlign/PatMax 準確度,並以半導體晶圓 fiducial 為例。 參考文件
  2. Finding Edges with the Caliper Tool:說明單邊與邊對量測時的 Caliper 選擇與邊緣設定。 參考文件
  3. N-Point Calibration and Fixturing:說明以唯一特徵點建立校正與座標對應的原則。 參考文件

來源用於界定技術能力與適用邊界;實際結果仍須以客戶樣品、成像條件與驗收資料確認。

要評估這項半導體製程?

提供樣品照片、最小特徵或碼規、視野、節拍與設備介面,VSK 工程師可協助確認成像、產品路徑及驗收方式。

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