如何提升良率并提高工艺稳定性

面向先进半导体制造的机器视觉与人工智能

MVTec 提供集成深度学习技术的高性能机器视觉软件,用于实现精确且高度自动化的半导体制造。我们的软件覆盖完整的工艺链——从晶圆生产和前端光刻,到先进封装和后端组装——并提供稳健的工具,用于缺陷检测、代码读取、精密对准、2D/3D 位置识别、晶圆 OCR 以及计量测量。

机器视觉可以为您的半导体生产带来哪些价值?

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半导体行业的优势

机器视觉与人工智能提高产能,稳定工艺流程,并帮助制造企业在高速产线和亚微米结构条件下满足严格的质量与良率要求。

它们还可通过在缺陷或晶圆错位导致设备堵塞、损坏或停机之前提前检测,从而减少非计划停机时间。

典型的机器视觉任务

贯穿半导体工艺链的机器视觉

前端工艺
沉积、涂覆、光刻、蚀刻、离子注入、CMP、清洗、AOI 与测试
  • 高精度晶圆与掩膜对准
  • 表面检测:裂纹、划痕与颗粒
  • 光刻图案与光罩检测
  • 2D/3D 晶圆计量测量,包括形貌评估
  • 通过 OCR 以及条形码与二維码读取,实现可靠的晶圆识别
先进封装
再布线层制作、微凸点制备、互连形成、固晶、底部填充、封装成型
  • 堆叠晶圆与芯片之间的亚微米级对准
  • 对焊球、凸点、柱状凸点、焊盘及再布线进行快速检测与亚像素级精密测量
  • 凸点高度与共面性检测
  • 表面下硅通孔检测
  • 复杂 3D 封装中的空洞与裂纹检测
后端工艺
切割、键合、模塑、最终自动光学检测、搬运与出货
  • 晶圆切割前的对准
  • 切割过程中的边缘破损或裂纹检测
  • 固晶与键合检测
  • 完整性检查与产线末端自动光学检测
点播网络研讨会
如何最大化晶圆生产良率

观看本次网络研讨会,了解先进视觉技术如何改变晶圆检测,并推动半导体制造中的质量提升与产能提高。

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由 MVTec 软件支持

半导体关键应用

基于深度学习的 OCR 与二維码读取

晶圆识别

晶圆在整个生产过程中必须保持唯一可识别性。常见标记包括批次号、日期、制造商代码以及其他工艺信息。

MVTec 的基于深度学习的 OCR 与码读取技术,即使在复杂光照、低对比度或标记质量波动的情况下,也能可靠读取字符和二維码。系统会自动将字符分组成词,从而提高识别精度,并减少对外观相近字符的误判,例如在晶圆分选机和设备前端模块(EFEMs)中。

采用 SEMI 字体(OCR)的晶圆与芯片标识识别
通过 OCR 识别晶圆批次号
检测划痕、裂纹与颗粒等缺陷

缺陷检测

晶圆 AOI 缺陷检测

划痕、微裂纹和颗粒会直接影响良率和设备可靠性。

MVTec 软件将基于规则的图像处理与基于深度学习的方法(如异常检测)结合,可检测晶圆、芯片裸片和封装上的各类缺陷。

即使在高纹理或高噪声背景下,软件也能提供稳健结果,并支持高速节拍与半导体设备集成。

2D / 3D 计量学

再分配层检查

再分布层(RDL)是芯片与基板之间互连的关键结构。为了满足设计规则,必须在微米尺度检测其几何形状。MVTec 提供亚像素精度的匹配和计量测量方法,用于精确对准,并将 2D 结构测量精度提升至 1/50 像素。工具箱式方法使使用者能够针对每个检测配置和目标对象,选择最合适的算法组合。

图片来源:Sawyer, Brett, Yuya Suzuki, Zihan Wu, Hao Lu, Venky Sundaram, Kadappan Panayappan, and Rao Tummala. 2015. “Design and Demonstration of 40 Micron Bump Pitch Multi-Layer RDL on Panel-Based Glass Interposers.” IMAPSource Proceedings 2015 (1): 379–85. https://doi.org/10.4071/isom-2015-WP24

再分布层(RDL)
放大视图下的铜柱凸点

3D 视觉

凸起检测

先进封装需要高精度的凸点结构,以确保可靠的电互连。

MVTec 的 3D 视觉工具集支持基于表面的 3D 匹配、3D 对象处理以及用于凸点几何与共面性检查的 3D 表面检测。它可处理多种 3D 传感器技术的数据,包括电子显微镜,并提供高速、高精度的 3D 计量测量。即使是弧形或球面,也能被精确重建并完成分析。

图片来源:arthasarathy, Ravi, and Umut Tosun. 2023. “Defluxing of Copper Pillar Bumped Flip Chips.” IMAPSource Proceedings 2023 (DPC): 438–82. https://doi.org/10.4071/001c.90768

精密对准

光刻与光掩膜对准

基于形状的匹配通过精确计算位移和旋转,将当前晶圆位置对齐到已有图案。

探针测试、晶圆切割、芯片贴装

仅凭一幅图像即可确定晶圆的方向。HALCON 中的算子可估计旋转角度,并在探针测试或抓取放置等关键步骤前确保正确对准。

EUV 光刻的掩膜对准
在探针台测试后检查探针压痕
在贴装后确定芯片裸片的位置

位置识别

芯片贴装、焊球键合与引线键合

精确定位与键合对可靠的电连接至关重要。

MVTec 软件提供亚像素精度的 2D 和 3D 测量,并可在复杂背景下检测微小的位置偏差或空洞。沿局部轴向的截面轮廓可用于对键合进行细致分析。

白皮书
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MVTec Software

受益于我们的解决方案

面向复杂检测的深度学习

MVTec 将经典的基于规则算法与 AI 方法相结合,例如基于深度学习的分类、分割和异常检测。

这可实现:

  • 在复杂背景下稳健检测缺陷。
  • 在光照或结构变化时仍能做出稳定判断。
  • 快速适配新产品与工艺变化。

这种组合帮助制造企业减少报废,提高良率,并缩短新器件的投产周期。

我们的深度学习方法

为什么 MVTec HALCON 适用于半导体应用

  • 覆盖完整技术范围:从高级斑点分析与匹配到 3D 视觉与深度学习。
  • 算法针对高速场景优化:支持并行处理,以及硬件与 AI 加速。
  • 提供亚微米级测量与匹配精度。
  • 工业场景验证,可用于 24/7 连续运行。
  • 硬件无关且易于集成,支持长期灵活性。

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