Evident向基于顯微鏡的成像系統(tǒng)制造商供應(yīng)超多規(guī)格的物鏡以及其他光學(xué)部件，為設(shè)備和儀器設(shè)計(jì)者提供支持。這些組件能幫助工程師們輕松有效地設(shè)計(jì)高質(zhì)量的光學(xué)檢測設(shè)備。

此類設(shè)計(jì)方案的一個重要組成部分是主動式自動對焦技術(shù)。當(dāng)該技術(shù)與顯微鏡的電動Z軸——機(jī)械裝置、照明系統(tǒng)、物鏡和/或數(shù)碼相機(jī)結(jié)合使用時，便可實(shí)現(xiàn)自動對焦。這些裝置使用主動式方法對焦樣本，讓光學(xué)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)受益良多。

這篇文章將深入探討主動式自動對焦方法——了解它是什么，比較它與其他方法的優(yōu)劣，并探究它對于光學(xué)檢測設(shè)備設(shè)計(jì)（如半導(dǎo)體檢測）的主要優(yōu)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焦系統(tǒng)：

• 主動式系統(tǒng)將來自專用自動對焦光源的光照射到樣本上，并根據(jù)返回的光進(jìn)行對焦。該技術(shù)適用于樣本缺乏對比度的高級檢測系統(tǒng)，如平板和裸晶圓檢測系統(tǒng)。主動式自動對焦技術(shù)也有不同的類型。瞳孔分離系統(tǒng)允許在不將樣本（移動到初始焦點(diǎn)平面上方或下方的情況下檢測焦點(diǎn)方向，從而使對焦快速且易于跟蹤。在單點(diǎn)自動對焦系統(tǒng)中，焦點(diǎn)位于樣本表面的視場中心。
• 被動系統(tǒng)使用觀察到的圖像進(jìn)行對焦。這種技術(shù)（圖1）通常被稱為圖像對比法。在被動式方法中，難以確定對焦方向，因此必須在Z方向上下移動載物臺以檢測樣本對比度的增加或減少。這會減慢對焦速度，并使人難以掌握對焦情況。然而，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格相對便宜。

• 當(dāng)樣本稍微側(cè)移時，焦點(diǎn)位置在階梯頂部和底部之間的不穩(wěn)定移動。
• 由于階梯邊緣的自動對焦光的散射，導(dǎo)致對焦誤差信號的信噪比 (SNR) 變差。

圖2. 半導(dǎo)體樣本聚焦不穩(wěn)定的原因：(左）焦點(diǎn)位置的變化和（右）階梯邊緣的散射

 
為了解決這些問題，我們開發(fā)了一種使用多個焦點(diǎn)檢測點(diǎn)的主動式自動對焦系統(tǒng)（圖3，右）。我們還增添了一個功能，通過移動自動對焦光學(xué)系統(tǒng)的中繼鏡的光軸，將焦點(diǎn)位置偏移到所需的觀察位置。這就消除了焦點(diǎn)不穩(wěn)定的問題（圖4和圖5）。

圖3. 樣本表面對焦檢測點(diǎn)對比：（左）單點(diǎn)自動對焦系統(tǒng)，（右）多點(diǎn)自動對焦系統(tǒng)

圖4. 焦點(diǎn)位置偏移功能

(a) 在單點(diǎn)系統(tǒng)中，將樣本移到一側(cè)會移動焦點(diǎn)位置

(b) 在多點(diǎn)系統(tǒng)中，將同一樣本移到一側(cè)不會改變焦點(diǎn)位置

 
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