使用視覺技術實現可靠的晶圓探針機對位
在先進晶圓測試中，探針對位是要求最嚴苛的視覺任務之一。襯墊間距小於 25 µm，且每片晶圓上有超過 150,000 個接觸點，因此有賴檢測晶圓和探針卡上的標記來進行對準，以維持統一的座標系統。Basler 穩定的影像、光學精度及智慧型演算法，可協助系統製造商實現快速、精確且可重複的對位，即使在變形或晶片移位的情況下也不例外。
為什麼校準十分關鍵？
隨著半導體產業邁向先進封裝與多晶片架構，晶圓探針測試在確保已知良好晶片 (KGD) 品質方面扮演關鍵的角色。每次探觸測試都必須達到微米級的精確度，因為在 2.5D 和 3D 封裝時，即使是輕微的錯位，也可能導致接觸不良或焊盤損壞，大幅增加下游成本。
與可以離線執行的探針針尖 QA 不同，每次測試觸點時都需進行校正。系統必須在整個晶圓上執行微米級的座標校正，使用多個定位標記和座標轉換，來補償晶圓翹曲和熱漂移造成的變化。因此校準可謂晶圓測試中最具挑戰性的視覺任務之一。
利用視覺技術解決校準挑戰
光學元件限制下的次微米精度
探針間距小於 25 µm 時，光學物理本身會對對準精確度造成限制，包括畫素取樣率、光學像差、景深限制、反射、雜訊和對比度。傳統的畫素尺寸無法直接偵測到次微米的位移，而鏡頭像差與景深曲度會放大大視場的誤差。
Basler 相機可透過下列方式，達到測量等級的精準度：
高解析度感光元件
遠心光學元件可消除透視誤差
內插至畫素一小部分的次畫素演算法
相機之間的一致性十分重要。Basler 可確保：
嚴格的批次間品質控制
均勻的色彩反應、靈敏度與雜訊效能
在多相機設定中，將重新校準次數減至最少
反光表面下的照明
銅焊襯墊和鎳/金凸點會產生鏡面反射，造成感光元件飽和；而超薄晶圓會變成半透明狀，產生干涉圖案。傳統的亮場照明在這些條件下通常會失效。
同軸照明可穿透表面薄膜，同時減少金屬炫光。暗場技術可使光滑的金屬看起來較暗，同時保持對準標記的可視性。偏光裝置可消除鏡面反射。 HDR (高動態範圍) 相機可同時拍下亮金屬區域和暗基板區域的細節，而防眩光架構可防止亮反射污染鄰近畫素。
高雜訊環境下的標記辨識
生產晶圓上的標記通常會被 CMP 殘留物、微粒、刮痕和複雜圖案所遮蔽。這些雜訊會遮蔽或看起來像是真正的標記，導致模板配對失敗。
強大的辨識能力，需要搭配能夠保留銳利邊緣的雜訊濾除技術、以及適用於不同對比度的多尺度範本配對，以及修正不均勻光照的適應性閾值處理。Shape Centroid Finder 等工具可計算出參考圖案的幾何中心，進行精確對位，進一步改善定位功能。
這些演算法可在主機電腦上使用以下功能高效率執行，pylon vTools或在相機或影像擷取卡中使用以下功能進行即時加速 VisualApplets 或是 Basler 影像擷取卡，提供靈活的架構選擇。
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雙重標記座標，可進行精確校準
在探針機中，視覺系統不僅能辨識整個晶圓標記，還能辨識在微影製程中在探針卡上形成的固定參考標記。
將兩組標記相互關聯，系統可建立起統一的座標架構，用以補償熱漂移、組裝公差和機械偏移，實現全自動高精度對準。這種雙標記關聯是探針穩定著陸和可重複測試的基礎。
視覺技術可修正熱漂移和晶粒偏移
在測試期間，晶圓和探針卡會暴露在 -40°C 到 +150°C 的溫度下，產生熱膨脹錯誤比對，造成凸點位置偏移數微米。在晶圓切單後，安裝在薄膜框架上的裸片，也可能發生不可預測的移動，因此它們的實際凸點位置不再與標稱的探針卡佈局相符。從視覺工程師的角度來看，這兩個問題都可以用相同的工具來解決：透過模板比對來進行標記辨識，然後進行仿射變換，以計算平移、旋轉和比例修正。由此產生的仿射修正矩陣會傳送至平台控制器，以確保探針即使在發生漂移或晶片移動的情況下，仍能一致地落在正確的測試襯墊上。
成像穩定性與處理效率
在先進的晶圓探針機中，對位精度不僅取決於解析度與光源，還仰賴整個成像鏈的幾何穩定性與處理效率。即使是輕微的失真或延遲，也可能轉化為微米級的誤差。Basler 藉由整合硬體層面，確保同步與可靠的成像。 失真校正 並可直接在相機或擷取卡中進行即時演算法加速。這可降低主機負載，提高系統產能，讓整合商在高產能測試中保持速度、精確度和可重複性。
對位在紙面上看似簡單，但在實際生產中，卻是最難保持穩定的視覺任務之一。我們的相機部署在無數的對位系統中，從晶圓探針到接合階段，一致性和可靠性是關鍵。讓 Basler 脫穎而出的是我們的相機在長時間、一批又一批、全天候的情況下都能保持精確度。
透過視覺實現可重複的晶圓對位
其結果是專為先進探針對位需求量身打造的視覺解決方案：不僅解析度高，而且具有強大的標記辨識、即時仿射校正和穩定的影像，可確保探針在所有熱和機械條件下都能穩定地落在目標襯墊上。
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透過最佳化光源、強化基準標記辨識、進行仿射校正以及加速即時演算法，Basler 的視覺解決方案確保成像穩定且具重現性，為先進多晶粒封裝中達成已知良品（KGD）所需的低缺陷率奠定堅實基礎。
與 Basler 合作的主要優勢：
經過校準應用的驗證：可靠的相機效能，跨越晶圓探測與接合，確保持久的精確度。
整合就緒：光學系統諮詢、失真校正和 FPGA 選項可簡化系統設計。
一致的設計：卓越的批次間影像穩定性，支援 24/7 全天候運作，只需最少的重新校準。
這種完整的影像鏈設計可在生產環境中實現快速整合和一致的效能。
此方案所用產品
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