半導體切割設備視覺定位：如何讓 Mark、平台與切割路徑對齊？

先看結論：哪些半導體切割情境需要視覺定位？

並非每一台半導體切割設備都必須配置視覺定位。若工件能被穩定的機構基準限制，外形與內部圖案關係固定，且切割容許範圍足以涵蓋上料與治具差異，其他可驗證的定位方式可能已足夠。反之，只要工件實際位置會變動，或切割結果必須對應圖案與有效區，視覺定位就應納入評估。

工件實際位置會偏離 CAD 座標

CAD 路徑描述的是設計上的理論位置，但工件進入設備後，可能因人工放料、自動取放、Tape 或 Frame 公差、吸附滑移、旋轉、前段加工偏移與載具裝配差異，使實際位置與理論座標不一致。

若設備只按照 CAD 路徑直接切割，這些差異可能轉換成切割道偏移。視覺定位可用來辨識工件實際基準，再把偏移量轉換成平台或切割工具可執行的補正。

切割路徑接近有效圖案或功能區

當切割道接近電路、Pad、元件、功能圖案或其他敏感區域時，即使工件只有位置或角度上的小幅變化，也可能影響切割結果。此時應確認視覺特徵與有效區之間是否具有穩定的幾何關係。

若特徵與真正切割目標來自不同製程基準，辨識成功也不一定代表補正後路徑正確。

工件外形不能代表內部圖案位置

部分工件的外形、Frame 或載具位置相對穩定，但內部電路、切割道或圖案可能因前段曝光、貼合、加工或材料伸縮而產生差異。若切割目標必須跟隨內部圖案，僅依外形或載具定位可能不足。

料號、批次或前段製程造成圖案差異

不同料號、批次、圖面版本及前段製程，可能改變 Mark、圖案、切割道或工件外觀。視覺系統需確認特徵是否能跨越這些正常變異穩定辨識，並避免把不同版本的路徑與產品錯誤配對。

自動上下料後需要確認實際位置

Robot、Tray、Cassette、Frame 或其他自動上料方式可以提升搬送一致性，但不代表工件每次進入切割位置後都完全相同。取放、吸附、載具公差及工件姿態仍可能影響實際位置，因此加工前可能需要再次確認。

哪些情況可能不需高階視覺補正？

若工件由可靠的機構基準限制，切割路徑與外形關係穩定，上料差異可由治具吸收，且切割容許範圍相對充足，可以先評估簡化的定位方式。

是否能省略相機或高階補正，仍需使用實際工件、治具、上料方式與切割結果驗證，不能只依理論公差判斷。

半導體切割視覺定位需求判斷表

下表用於依工件狀態與製程風險，初步判斷可評估的定位基準與補正方向。表中內容不代表固定演算法或設備配置，實際方式需依樣品、平台與切割條件確認。

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第一步：先定義真正要對準的是什麼

視覺定位專案常從「找 Mark」開始，但 Mark 只是影像特徵，不是最終製程目標。真正要對準的可能是切割中心線、有效區邊界、開槽位置、外形輪廓或特定電路圖案。

對準切割道、有效區、外形還是內部圖案？

應先明確說明切割路徑要相對於哪一個產品特徵。例如刀片或雷射要沿切割道中心移動、保持與有效區的距離，或依內部圖案完成局部加工。

若只要求「對準 Mark」，卻未說明 Mark 與切割道的幾何關係，視覺系統無法判斷補正後結果是否真正符合製程。

定位目標與品質結果要能對應

定位結果應能對應切割位置、切割道、有效區距離、開槽位置、外形輪廓或其他可驗收的製程結果。軟體顯示的偏移量本身不是最終品質證據。

定位基準必須和切割路徑有穩定關係

若 Mark 在前段製程中可能偏移，而切割道或功能圖案使用另一組基準，即使相機每次都能穩定找到 Mark，也可能無法代表真正切割目標。

定位基準應盡量來自與切割路徑具有穩定關係的特徵，或透過圖面、製程與樣品證明兩者的幾何關係。

驗收應量測補正後的切割結果

視覺定位驗收不能只確認相機找到 Mark、軟體顯示補正完成，或平台移動到計算位置。應進一步檢查補正後的實際切割路徑、有效區關係及不同工作區結果。

量測方式需依材料、切割方式及品質條件確認，不宜以單一方法套用所有產品。

第二步：Mark、fiducial、邊緣、孔位與圖案特徵怎麼選？

定位特徵的選擇順序，應從特徵與切割路徑的關係、製程穩定性、影像對比及量產變異判斷，而不是預設 Mark 一定比邊緣或圖案更適合。

專用 Mark 點

專用 Mark 通常便於建立明確的搜尋及判定條件，但需確認其與切割路徑的相對位置、尺寸、形狀、影像對比、前段製程穩定、污染與反光狀態。

如果 Mark 容易被切割液、粉塵、鍍膜、貼附或其他製程遮蔽，應建立替代特徵或異常處理方式。

Fiducial 或電路圖案基準

當切割路徑必須直接對應電路、Pad 或功能圖案時，可評估使用 fiducial 或圖案特徵作為定位基準。其優點是較接近實際製程目標，但需確認不同料號及批次下是否維持一致。

邊緣與外形定位

工件外形、邊緣或角點可作為定位特徵，前提是外形穩定，毛邊、缺口、翹曲與光學對比可被控制，且外形與內部圖案的關係具有製程證據。

若外形和切割道來自不同製程基準，應避免只依邊緣推算內部路徑。

孔位與載具基準

孔位、定位銷或載具特徵可用於建立工件位置，但需確認孔位加工誤差、毛邊、變形、載具裝配公差，以及工件與載具之間是否存在滑移或間隙。

圖案比對

圖案比對可利用產品上的特定輪廓、電路或紋理進行定位，但需確認圖案唯一性、不同批次差異、反光、遮蔽、搜尋範圍及誤匹配風險。

若畫面中存在多個相似圖案，設備還需建立方向、區域、相對位置或其他限制條件，避免找到錯誤特徵。

沒有穩定特徵時應先改善基準設計

若 Mark、邊緣、孔位及圖案都缺乏穩定性，應優先評估產品基準、載具或前段製程是否可改善。增加演算法複雜度不一定能補救不穩定的定位基準。

第三步：CAD、相機、平台、工件與切割工具座標如何連接？

半導體切割視覺定位不是單一影像座標轉換，而是 CAD、像素、相機校正後實體座標、平台、工件與切割工具之間的完整座標鏈。

CAD 切割路徑座標

CAD 路徑代表產品設計上的理論切割位置，通常不包含每片工件上料後的平移、旋轉、材料伸縮、局部變形與載具誤差。

使用 CAD 前應確認版本、原點、軸向、單位、切割道、禁切區及有效區，並避免錯誤版本被載入設備。

影像像素座標

相機取得的特徵位置，首先存在於影像的像素坐標中。像素位置受到視野、鏡頭畸變、工件高度、相機姿態及影像校正狀態影響，不能直接當作平台移動量。

校正後的實體座標

相機校正的目的，是把影像中的像素位置轉換成設備可使用的實體坐標，並建立影像位置與實際空間之間的比例、方向與幾何關係。

校正板、方法、工作距離與相機安裝應依專案條件決定，不宜預設固定配置。

平台座標

平台座標代表運動控制系統實際執行的位置。影像補正值必須轉換到平台使用的坐標系，並確認原點、方向、軸正交、單位及多軸關係。

工件實際座標

工件實際座標由上料、載具、治具、吸附、滑移、旋轉及材料變形共同決定。視覺系統應以實際工件特徵建立加工前的位置，而不是假設工件完全符合治具理論位置。

切割工具或雷射工作點座標

相機看到的位置與刀片、雷射焦點或其他切割工具的作用位置通常存在機構偏移。這個工具中心或工作點關係需要被校正，並透過實際切割結果確認。

校正與每片工件的執行時補正不同

校正用來建立相機、平台與切割工具之間相對固定的空間關係；執行時補正則根據每片工件的實際特徵，修正理論切割路徑。

校正完成後仍可能因相機移動、機構碰撞、鏡頭調整、設備維護或環境變化而失效，因此需建立重新確認的條件。

第四步：平移、旋轉、尺度與多點補正如何判斷？

補正層級應依工件的實際誤差型態決定。不是所有工件都需要多點補正，也不能假設增加更多特徵就一定能得到更好的切割結果。

平移補正

若工件主要只有 X、Y 方向的位置偏移，且角度、尺度與局部形變可忽略，可評估以位置偏移修正整條切割路徑。

實際是否只需平移補正，仍需觀察不同上料位置與完整工作區的切割結果。

平移與旋轉補正

若工件同時存在位置與角度差異，需評估能否由兩個以上具有穩定幾何關係的特徵建立旋轉方向及位置修正。

特徵間的距離、方向、辨識穩定性及與切割路徑的關係，都會影響結果。

尺度或整體幾何差異

若工件不同位置的偏差呈現整體尺度差異，應先確認原因是材料伸縮、前段圖案偏差、影像校正、工件變形，還是載具與治具問題。

視覺補正不應直接掩蓋持續變動的材料或治具問題，必要時需先改善製程或固定方式。

多點補正

大面積工件、多區域加工或局部差異不可忽略時，可將多點或分區補正納入評估。其目的在於取得不同區域的實際位置，不是單純增加計算點數。

多點補正需同步確認搜尋時間、圖案唯一性、誤匹配、平台路徑、區域拼接及驗收方式。

局部翹曲或非剛性變形不一定能完全補正

視覺可以辨識局部特徵的位置，但如果材料同時存在高度變化、翹曲、扭曲或內部非剛性變形，平面座標補正未必能處理焦距、切割深度與支撐問題。

此時需同步評估治具、真空吸附、工作平面及切割工具的高度條件。

補正複雜度應與製程風險相符

增加特徵與補正區域，可能提高搜尋、運算、誤匹配與 Cycle time 的負擔。補正方式應以最終切割品質與產品風險為基準，而不是以演算法複雜度作為選型目標。

第五步：相機、鏡頭、光源與搜尋範圍要確認什麼？

視覺定位要穩定，必須讓特徵在預定視野、工作距離、工件姿態與量產變異下具有可重複的影像對比。相機解析度只是其中一項條件。

FOV 必須涵蓋上料偏差與搜尋範圍

視野需要涵蓋工件可能出現的位置差異及特徵搜尋區域。視野過小可能造成特徵超出畫面，視野過大則可能降低單位區域可呈現的影像細節。

特徵尺寸與單位像素代表的範圍

特徵在影像中需具有足以支援穩定辨識的形狀、邊緣及對比。高畫素相機若搭配過大視野、工件振動或不穩定光學條件，仍不代表實際定位結果較好。

工作距離、景深及安裝空間

相機與工件之間的工作距離、景深及安裝角度，會影響成像、設備空間與工件高度變化的容許程度。若工件翹曲或載具高度不同，需確認特徵是否仍能保持清楚。

鏡頭畸變與視野位置差異

特徵位於視野不同區域時，可能受到鏡頭畸變與校正狀態影響。若定位特徵分布範圍較大，應確認整個使用視野，而不只是畫面中心。

反光、透明、粗糙及多層表面打光

金屬、鍍膜、玻璃、陶瓷、粗糙面及多層結構，可能在不同角度下產生反光、陰影與背景干擾。光源方向與曝光需讓定位特徵在良品與正常製程變異下維持穩定。

曝光時間、平台停穩及運動模糊

若取像時平台尚未停穩，或設備採移動中取像，可能出現運動模糊與特徵位置變化。曝光、觸發、平台動態與切割節拍應共同評估。

影像對比應在不同批次下驗證

前期樣品的 Mark 對比良好，不代表不同批次、表面處理、污染與工件姿態下仍能穩定辨識。建議使用代表性與邊界樣品建立光學可行性。

相機、鏡頭、FOV、工作距離、景深與打光的深入判斷，可參考相機、鏡頭、FOV 與打光選型。

第六步：平台、治具與上料如何影響視覺補正？

視覺計算出的補正值，還需要由平台、治具、上料與切割工具正確執行。若工件在辨識後滑移，或相機與工具的機構關係不穩，影像結果再好也無法保證實際切割位置。

平台重複定位會影響補正後的實際位置

視覺系統可以計算需要移動的距離與方向，但平台能否在實際負載、速度、工作區與環境下重複執行，仍需透過量測與切割結果確認。

定位、直線度、平面度、角度與熱漂移的判讀，可參考定位平台精度規格怎麼看。

治具滑移會讓視覺結果失效

如果工件在取像後因吸附不足、搬送、切割力、氣流或治具變形而滑移，執行時補正將不再對應實際位置。治具需維持工件在辨識與加工之間的相對關係。

工件翹曲可能同時影響位置與焦距

翹曲不只改變平面位置，也可能改變相機成像、切割深度、刀具接觸或雷射焦距。視覺平面補正未必能處理高度方向的製程問題。

真空吸附分布可能改變工件形狀

真空吸附可以固定工件，也可能因分布、漏氣、支撐與局部變形改變圖案位置或表面高度。吸附不能只看壓力或訊號，應觀察實際工件形狀與切割結果。

翹曲、滑移、刮傷及污染的治具設計，可延伸閱讀薄片工件真空吸附治具設計。

相機與切割工具的機構關係需保持穩定

相機、平台、刀片、雷射或其他切割工具之間的相對位置若因碰撞、維護、溫度或組裝改變，原有校正可能失效。設備應定義需要重新確認校正狀態的情境。

自動上料誤差會影響搜尋範圍與對位時間

上料位置差異越大，視覺搜尋範圍、辨識時間與超出視野的風險也可能增加。改善上料與治具重複性，通常能降低視覺系統負擔，兩者不應分開規劃。

視覺座標鏈與路徑補正驗證表

下表整理從 CAD 路徑到實際切割結果的座標鏈。每一個階段都需要對應的基準與證據，不能只驗證相機或平台其中一段。

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第七步：Mark 缺失、辨識錯誤與補正異常怎麼處理？

視覺定位不能只設計正常辨識流程。Mark 超出視野、被污染、找到錯誤圖案、校正失效或平台未正確執行，都可能直接影響切割結果。

Mark 不在搜尋範圍內

特徵超出視野時，可依設備需求評估擴大搜尋、回到安全位置、重新上料、人工確認或停止加工。實際流程需配合上料方式、產品風險及設備安全。

Mark 被污染、刮傷或反光遮蔽

污染、刮傷、鍍膜、液體及表面反光可能改變特徵對比。可評估調整光學、使用替代特徵、要求人工複判或把產品列為異常，但不應在影像條件不足時強制接受結果。

找到錯誤特徵或重複圖案

若搜尋區存在多個相似圖案，應使用區域、方向、尺寸、相對位置、產品識別或其他條件降低誤匹配。辨識到特徵不代表辨識到正確特徵。

多個基準點結果互相矛盾

多點結果不一致可能來自誤辨識、材料變形、校正問題、治具滑移或前段圖案差異。設備應判斷矛盾是否超出可接受範圍，而不是直接選擇其中一組結果繼續加工。

校正狀態失效或相機位置改變

鏡頭調整、相機移動、工具更換、機構碰撞、維護及溫度變化，都可能影響相機、平台與工具間的空間關係。設備應定義需要重新確認校正的情境。

視覺成功但平台或切割工具未正確執行

視覺辨識與補正計算成功後，平台、Recipe、工具位置及加工流程仍可能出錯。驗收應以補正後實際切割結果為核心，而不是只檢查視覺模組狀態。

異常後的重試、人工介入與資料紀錄

應確認哪些異常可重新取像，哪些需要重新上料、人工判斷、停止切割或分流。是否保存影像、補正值、警報與操作紀錄，需依品質與追溯需求確認。

第八步：視覺定位如何進行 FAT、SAT 與量產驗證？

視覺定位驗收應從特徵可見性、座標校正、平台執行一路驗證到實際切割結果。FAT、SAT 與量產驗證的樣品、環境、上料與批次條件可能不同，不能互相取代。

特徵辨識測試

應使用不同批次、位置、表面狀態、反光、污染及邊界樣品，確認 Mark、fiducial、邊緣、孔位或圖案是否能在實際搜尋範圍內穩定呈現。

座標校正與重複補正測試

應確認像素、實體、平台、工件與工具座標之間的方向、比例、原點與偏移，並使用不同上料位置及工作區驗證補正流程。

補正後切割結果

驗收應檢查切割路徑與有效區的關係，並涵蓋不同工作區、上料狀態、材料批次與代表性產品。相機辨識結果、平台移動與實際切割都需使用同一套判定基準。

對位時間與完整 Cycle time

視覺定位的搜尋、取像、辨識、平台移動、重新取像及異常處理，都會影響完整 Cycle time。不能只使用單次理想辨識時間代表量產節拍。

Mark 缺失及誤辨識的異常流程

應測試特徵缺失、超出視野、污染、反光、重複圖案及多點矛盾等情境，確認設備警報、重試、停止、人工介入與產品流向。

SAT 需重新確認現場振動、光線與上料條件

設備進入現場後，環境光、振動、基座、工件來料、Robot、載具與人員操作可能和廠內不同。SAT 應重新確認這些條件對取像、平台與實際切割的影響。

量產驗證需涵蓋長時間及批次變異

量產驗證應觀察不同批次、長時間運轉、相機與光源狀態、治具、上料、材料變異及維護後結果。短時間或單一批次通過，不代表長期條件自動成立。

完整的 FAT、SAT、量產驗證與未結事項管理，可參考自動化設備 FAT／SAT 與量產驗證。

哪些情況不應直接進入相機與視覺系統選型？

相機、鏡頭與演算法應由定位目標、工件特徵、上料偏差及驗收方式反推。若基準與製程仍不清楚，可先補齊樣品與路徑資料，再進入光學及補正架構討論。

不知道真正要對準的製程目標

如果只知道需要找 Mark，卻未定義切割中心、有效區、開槽或其他品質結果，無法判斷視覺系統需要輸出什麼補正。

Mark 與切割路徑的關係尚未確認

Mark 位置若不穩定，或與切割道使用不同製程基準，即使辨識成功，也可能無法代表實際切割目標。

沒有代表性樣品及影像

缺少不同批次、偏移、旋轉、污染、反光及邊界狀態時，光學測試只能在理想條件下建立初步結果。

上料、吸附及工件變形仍不穩定

若工件在取像後會滑移，或不同吸附狀態造成局部變形與焦距差異，應先改善治具與上料，而不是把所有問題交給視覺補正。

CAD、圖面或路徑版本仍未統一

產品版本與切割路徑不一致，會讓視覺補正套用到錯誤基準。應先建立圖面、Recipe、特徵與料號之間的版本關係。

驗收只寫「不能切偏」

這類描述缺少切割目標、樣品、測試位置、量測方式與允收邊界。應先轉換成可觀察、可量測與可判定的實際切割結果。

視覺定位討論前最低需要哪些資料？

以下資料只用於建立半導體切割視覺定位與路徑補正方向，不取代完整設備需求與切割設備規劃。

半導體切割視覺定位常見誤區

認為有 Mark 點就一定容易定位

Mark 仍可能受到位置漂移、反光、污染、遮蔽及前段製程影響。更重要的是，Mark 必須與真正切割目標具有穩定關係。

只看相機畫素，不看 FOV、光源與平台

高畫素只是影像條件之一。視野、鏡頭、畸變、打光、工作距離、平台、治具、上料及工具位置都會影響實際對位結果。

只驗證影像辨識，沒有驗證實際切割結果

相機找到特徵與軟體完成補正，不代表平台和切割工具已在正確位置執行。應以補正後的實際切割結果驗收整條座標鏈。

把工件翹曲與治具滑移全部交給視覺補正

視覺可以辨識平面特徵，但不能自動消除工件高度、焦距、吸附、滑移與非剛性變形。這些問題仍需由治具、平台及製程共同處理。

設備完成後才定義 Mark 缺失及辨識失敗流程

特徵缺失、超出視野、污染、誤匹配及校正失效會影響控制、操作、產品流向與資料，因此應在設備設計與驗收前建立處置方式。

結論：對位不是找到 Mark，而是讓切割結果落在正確位置

半導體切割視覺定位的第一步，是定義真正需要對準的製程目標，再選擇與切割路徑具有穩定關係的 Mark、fiducial、邊緣、孔位或圖案特徵。特徵是否容易辨識，不應取代它與有效區及切割品質之間的關係。

視覺系統必須建立 CAD、影像、相機校正後實體座標、平台、工件與切割工具之間的完整座標鏈，並依工件偏差型態決定位置、角度、分區或其他補正方式。工件翹曲、治具滑移、平台與工具偏移仍需由完整設備架構共同處理。

驗收時應以補正後的實際切割結果為核心，同時確認不同樣品、工作區、現場條件及異常流程。實際視覺、光學與補正配置需依樣品、平台、切割方式及雙方確認內容決定。