明治案例 | 0.01mm高精度视觉检测如何守护硅片「方寸」之间？

 

在半导体产业向3nm、2nm制程突进的今天，一枚12英寸硅片上密布着数十亿个晶体管，其加工精度堪比「在头发丝上雕刻长城」。

 

而在这场微观世界的战争中，视觉检测系统正扮演着「隐形质检员」的角色——它用0.01毫米级的「火眼金睛」，守护着硅片上每一道刻线、每一个标记点的精准度。

 

 

场景需求

测量Mark点与边线的距离；
 

测量单条刻线宽度；
 

测量刻线间距离；
 

测量四个Mark点间相互距离；
 

测量最外侧四刻线间相互距离；

精度要求<0.01mm

 

硅片作为芯片制造的基石，其表面刻蚀的Mark点、微米级刻线精度直接影响光刻机对准、晶圆切割等核心工艺。传统检测手段面临三大困境： 

1、精度瓶颈：人工千分尺测量误差达0.05mm，无法满足先进封装需求； 

2、效率桎梏：接触式测量易损伤硅片表面，且单片检测耗时超5分钟； 

3、数据盲区：无法实时捕捉刻线形貌变化，潜在缺陷难以溯源。 

某半导体设备商数据显示，因检测误差导致的晶圆良率损失每年高达数千万美元。工业视觉检测技术的突破，成为破局关键。

 

 

  解决方案  

视觉方案：从光学设计到算法突破的精密协作

 

配置清单

 

 

2000W工业相机：5496×3672的高分辨率，配合2.4μm像元尺寸，满足0.01mm精度需求。 

远心镜头WTL200-023X20：远心设计（畸变<0.1%）、高景深（±5μm）、0.23X放大倍率，确保视野内测量一致性，避免传统镜头因视角偏差导致的测量误差。

同轴光源+偏振片：同轴光源均匀照射硅片表面，偏振片过滤反射光斑，解决硅片高反光导致的成像过曝问题，提升边缘检测稳定性。 

效果对比：传统环形光源易产生光斑，导致刻线边缘模糊，测量误差增加。

 

 

 

成像效果

 

整体检测效果

 

 

 

上边线与Mark中心距离

 

 

Mark点提取效果

 

在某12英寸硅片生产线实测中，该系统交出亮眼成绩单： 

 精度验证：30次连续测量标准差<0.01mm，Mark点定位误差仅0.6μm； 

节拍优化：通过裁剪图像大小来缩短检测时间压缩至180ms，较传统方案提升6倍； 

良率提升：缺陷检出率达99.98%，助力产线良率提升0.15%。
 

这套方案配置的优势，不仅体现在0.01mm的极致精度上，更在于其通过硬件、光学、算法、软件的深度协同，构建了一个从「检测」到「智能决策」的完整闭环。