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顯微鏡自動對焦:用于設備設計的主動式與被動式方法

瀏覽次數(shù):353 發(fā)布日期:2024-11-12  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負

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

此類設計方案的一個重要組成部分是主動式自動對焦技術。當該技術與顯微鏡的電動Z軸——機械裝置、照明系統(tǒng)、物鏡和/或數(shù)碼相機結合使用時,便可實現(xiàn)自動對焦。這些裝置使用主動式方法對焦樣本,讓光學檢測系統(tǒng)設計受益良多。

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,并探究它對于光學檢測設備設計(如半導體檢測)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)返回的光進行對焦。該技術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(移動到初始焦點平面上方或下方的情況下檢測焦點方向,從而使對焦快速且易于跟蹤。在單點自動對焦系統(tǒng)中,焦點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行對焦。這種技術(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)點是價格相對便宜。
圖1. 被動式自動對焦方法示意圖
 
使用多點系統(tǒng)開發(fā)主動式自動對焦
 

半導體設計的復雜化或小型化為顯微鏡檢查時的自動對焦帶來了新的挑戰(zhàn)。布線圖案更精細,階梯結構更復雜。
 
這些自動對焦的挑戰(zhàn)(圖2)包括:
  • 當樣本稍微側移時,焦點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,導致對焦誤差信號的信噪比 (SNR) 變差。


圖2. 半導體樣本聚焦不穩(wěn)定的原因:(左)焦點位置的變化和(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檢測點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系統(tǒng)的中繼鏡的光軸,將焦點位置偏移到所需的觀察位置。這就消除了焦點不穩(wěn)定的問題(圖4和圖5)。


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

 
這種自動對焦技術可以作為一個組件提供,以集成到更大的光學檢測設備中。它主要用于半導體檢測設備。


圖4. 焦
點位置偏移功能


(a) 在單點系統(tǒng)中,將樣本移到一側會移動焦點位置


(b) 在多點系統(tǒng)中,將同一樣本移到一側不會改變焦點位置

圖5. 階梯狀樣本橫向錯位與焦點穩(wěn)定性比較(亮點表示焦點內的檢測點)

 
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