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：

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。該技術適用于樣本缺乏對比度的高級檢測系統，如平板和裸晶圓檢測系統。主動式自動對焦技術也有不同的類型。瞳孔分離系統允許在不將樣本（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中，焦點位于樣本表面的視場中心。

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

使用多點系統開發主動式自動對焦

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。布線圖案更精細，階梯結構更復雜。

這些自動對焦的挑戰（圖 2）包括：

1、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定移動。

2、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，我們開發了一種使用多個焦點檢測點的主動式自動對焦系統（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，（右）多點自動對焦系統。

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) 在單點系統中，將樣本移到一側會移動焦點位置。

(b) 在多點系統中，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定性比較（亮點表示焦點內的檢測點）。