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顯微鏡的自動對焦方法對比：主動式與被動式

• 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。
• 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。

• 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。
• 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

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

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