視覺系統在晶圓制造中是不可或缺的核心技術，貫穿整個工藝流程，對保證良率、提高效率和實現自動化至關重要。其主要應用在以下幾個方面：

    對準與套刻精度控制：

        光刻對準： 這是視覺系統最關鍵的應用之一。在光刻機中，高精度相機系統通過識別晶圓上預先制作的對準標記，將當前層的光刻掩模版圖案與晶圓上已有的下層圖案進行精確對準。這是實現納米級套刻精度的基礎，直接決定了電路能否正確連接和功能是否正常。

        套刻誤差測量： 光刻后或刻蝕后，專用量測設備使用高分辨率顯微鏡和圖像處理技術，測量相鄰兩層圖案之間的實際偏移量，即套刻誤差。這些數據用于反饋控制光刻機的對準參數。

    缺陷檢測：

        自動光學檢測： AOI系統是晶圓廠的主力檢測工具。它們使用高速、高分辨率相機在不同光照條件下掃描晶圓表面，捕獲圖像。

        表面污染檢測： 識別顆粒、污染物、水漬、指紋等。

        圖形缺陷檢測： 檢測光刻膠涂布缺陷、顯影缺陷、刻蝕殘留、金屬線短路/開路、橋接、缺失圖案、多余圖案等。

        薄膜缺陷檢測： 檢測CMP后的劃痕、凹陷、橘皮現象，薄膜沉積后的顆粒、剝落等。

        機器視覺算法 將捕獲的圖像與參考圖像或設計規則進行比較，自動識別并分類出異常區域，定位缺陷坐標。

    尺寸測量與形貌分析：

        關鍵尺寸測量： CD-SEM使用電子束成像，但光學CD測量工具利用特定波長的光結合散射測量技術，非接觸式測量線寬、接觸孔直徑、溝槽深度等關鍵尺寸。

        薄膜厚度測量： 利用光學干涉原理測量各層薄膜的厚度。

        三維形貌測量： 使用白光干涉儀或共聚焦顯微鏡等技術，測量CMP后的平坦度、刻蝕結構的深度和側壁角度、凸塊高度等三維形貌信息。

    晶圓識別與追蹤：

        晶圓ID讀取： 每片晶圓邊緣都有激光刻印或噴墨打印的唯一ID編碼。視覺系統在晶圓進入每個加工設備或存儲單元前，自動讀取并驗證ID，確保晶圓在正確的機臺按正確的流程加工，實現全程可追溯性。

        晶圓定位與定向： 視覺系統幫助機械手精確找到晶圓在載具中的位置和方向，確保機械手能準確、安全地取放晶圓。

    制程監控與控制：

        實時監控： 在某些設備內部集成視覺系統，監控制程狀態，例如檢查晶圓是否放置到位、設備內部有無碎片或異常。

        自動配方選擇： 基于晶圓ID或讀取的特定標記，視覺系統可以自動為設備加載對應的加工參數配方。

        反饋控制： 量測設備獲得的尺寸、套刻誤差、缺陷密度等數據，輸入先進制程控制系統，用于實時或批次間調整相關設備的參數，使制程保持在目標窗口內。

    設備自動化與機器人引導：

        機械手引導： 視覺系統為晶圓搬運機器人提供“眼睛”，使其能精確定位晶圓在FOUP、Loadport、設備腔室內的位置，實現高速、高精度、無碰撞的自動化搬運。

        晶圓預對準： 在進入精密設備前，視覺系統配合旋轉臺，找到晶圓邊緣的缺口或平邊，將晶圓精確旋轉到標準方向。

    封裝與測試環節：

        芯片/晶圓級封裝： 用于凸塊檢測、倒裝芯片對準、鍵合線檢測、Underfill填充檢測、封裝外觀檢測等。

        晶圓測試： 在探針臺或測試機中，視覺系統精確定位探針卡與晶圓上焊墊的位置，確保探針準確扎在焊墊中心。

        芯片分選與貼裝： 在切割后，視覺系統識別合格芯片的位置和方向，引導分選機拾取和放置芯片。

隨著晶圓制程節點不斷微縮（如3nm, 2nm），對視覺系統的分辨率、速度、穩定性和智能化算法提出了更高的要求。人工智能和機器學習越來越多地應用于視覺檢測中，以處理海量圖像數據，提高缺陷檢測的準確率和效率，減少誤報。視覺系統在晶圓制造中的作用只會越來越重要和深入。