這篇文(wen)章將深入(ru)探討主(zhu)(zhu)動(dong)(dong)式自動(dong)(dong)對焦方法(fa)——了解它是什么，比(bi)較它與其他方法(fa)的(de)優劣，并探究它對于(yu)光學檢測(ce)設備(bei)設計（如(ru)半導體檢測(ce)）的(de)主(zhu)(zhu)要(yao)優勢。

顯微鏡的自動對焦方法對比：主動式與被動式

一般來說，有兩種類型的自動對(dui)焦系(xi)統：

1、主動式系統將來自專用自動對焦光源的光照射到樣本上，并根據返回的光進行對焦。該技術(shu)適(shi)用于樣本缺乏對(dui)比(bi)度的(de)高級檢(jian)(jian)測系(xi)統(tong)(tong)，如平板(ban)和裸(luo)晶圓(yuan)檢(jian)(jian)測系(xi)統(tong)(tong)。主動(dong)式自動(dong)對(dui)焦(jiao)(jiao)技術(shu)也有不同的(de)類型。瞳(tong)孔分(fen)離系(xi)統(tong)(tong)允許在不將樣本（移(yi)動(dong)到初始(shi)焦(jiao)(jiao)點(dian)平面上方或(huo)下方的(de)情況(kuang)下檢(jian)(jian)測焦(jiao)(jiao)點(dian)方向，從而使對(dui)焦(jiao)(jiao)快速且(qie)易于跟蹤。在單點(dian)自動(dong)對(dui)焦(jiao)(jiao)系(xi)統(tong)(tong)中，焦(jiao)(jiao)點(dian)位于樣本表面的(de)視(shi)場中心。

2、被動系統使用觀察到的圖像進行對焦。這種技術（圖 1）通常被稱(cheng)為(wei)圖像對(dui)比法(fa)。在(zai)被動(dong)式(shi)方法(fa)中，難以確定對(dui)焦方向，因此必須在(zai)Z方向上(shang)下移動(dong)載(zai)物(wu)臺(tai)以檢測(ce)樣(yang)本對(dui)比度的增加或減少。這會減慢對(dui)焦速(su)度，并使人難以掌握對(dui)焦情況(kuang)。然(ran)而，這種方法(fa)的優點是價格(ge)相對(dui)便(bian)宜。

圖 1.被(bei)動式(shi)自動對(dui)焦方法示意圖

使用多點系統開發主動式自動對焦

半導體設計的復(fu)雜(za)化(hua)(hua)或小型化(hua)(hua)為(wei)顯微鏡檢查時的自動對焦帶(dai)來(lai)了新的挑戰。布線圖案(an)更精(jing)細，階梯結(jie)構(gou)更復(fu)雜(za)。

這(zhe)些自(zi)動對焦的挑(tiao)戰（圖 2）包括：

1、當(dang)樣本(ben)稍微側移時，焦點位置在階梯頂(ding)部(bu)和底部(bu)之間的不穩定移動。

2、由(you)于階梯邊緣的自(zi)動(dong)對焦光的散(san)射，導(dao)致對焦誤差(cha)信號(hao)的信噪比 (SNR) 變差(cha)

圖(tu) 2.半導體樣本(ben)聚焦(jiao)不穩定的原因：（左）焦(jiao)點位(wei)置的變化和（右(you)）階梯邊緣的散(san)射。

為了(le)解決這些問(wen)題，我(wo)們(men)(men)開發了(le)一(yi)種使(shi)用多個焦(jiao)點檢測點的(de)(de)主動式自動對焦(jiao)系(xi)統（圖 3，右）。我(wo)們(men)(men)還增添了(le)一(yi)個功能，通過移動自動對焦(jiao)光學系(xi)統的(de)(de)中(zhong)繼鏡的(de)(de)光軸，將焦(jiao)點位(wei)置偏移到所需的(de)(de)觀察位(wei)置。這就消除了(le)焦(jiao)點不(bu)穩(wen)定的(de)(de)問(wen)題（圖 4 和(he)圖 5）。

圖(tu) 3.樣本表面(mian)對(dui)(dui)(dui)焦檢測點(dian)對(dui)(dui)(dui)比：（左(zuo)）單點(dian)自動對(dui)(dui)(dui)焦系統(tong)，（右）多點(dian)自動對(dui)(dui)(dui)焦系統(tong)。

這種自動(dong)對焦技術可(ke)以作為一個(ge)組件提供，以集成到(dao)更大(da)的光學(xue)檢(jian)測設(she)備中(zhong)。它主要(yao)用于半導體檢(jian)測設(she)備。

圖 4.焦點(dian)位置偏移(yi)功能。

(a) 在單點(dian)系統中，將樣本(ben)移到一(yi)側會移動(dong)焦(jiao)點(dian)位置。

(b) 在多(duo)點(dian)(dian)系統(tong)中，將同一樣本(ben)移到一側(ce)不會(hui)改變焦點(dian)(dian)位置。

圖 5.階梯狀樣本橫向錯位與(yu)焦(jiao)(jiao)點穩定性比較（亮點表示焦(jiao)(jiao)點內(nei)的檢測(ce)點）。