Herstellern von mikroskopischen Bildgebungssystemen bieten wir ein umfangreiches Sortiment an Objektiven und anderen optischen Teilen, um die Arbeit der Geräte- und Instrumentenentwickler zu erleichtern. Die Ingenieure können mit diesen Komponenten hochwertige optische Prüfgeräte einfach und effizient konstruieren.
Eine Hauptkomponente bei diesen Konstruktionsprojekten ist die aktive Autofokustechnologie. In Kombination mit dem motorisierten Z-Mechanismus eines Mikroskops, dem Beleuchtungssystem, den Objektiven und/oder einer Digitalkamera ermöglicht der aktive Autofokus eine automatische Fokussierung. Diese Systeme bieten viele Vorteile für die Entwicklung optischer Prüfgeräte, da sie eine aktive Methode verwenden, um die Scharfeinstellung der Probe vorzunehmen.
In diesem Beitrag befassen wir uns eingehend mit der aktiven Autofokusmethode – Sie erfahren, was sich dahinter verbirgt, wie sie im Vergleich zu anderen Methoden abschneidet und welche Vorteile sie für die Entwicklung optischer Prüfgeräte, z. B. für die Halbleiterprüfung, bietet.
Vergleich der Autofokusmethoden für Mikroskope: Aktiver oder passiver Autofokus
Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen zwei Arten von Autofokussystemen:
- Aktive Systeme strahlen Licht von einer speziellen Autofokuslichtquelle auf die Probe und nehmen die Scharfeinstellung anhand des zurückgeworfenen Lichts vor. Diese Technik eignet sich für fortschrittliche Prüfsysteme, bei denen die Probe kontrastarm ist, z. B. bei Systemen zur Prüfung von Flachbildschirmen oder Wafern. Es gibt verschiedene Arten der aktiven Autofokustechnologie. Ein Pupillenteilungssystem ermöglicht die Erkennung der Fokusrichtung, ohne die Probe über oder unter die ursprüngliche Fokusebene zu bewegen, wodurch der Fokus schnell und einfach verfolgt werden kann. Bei Einpunkt-Autofokussystemen liegt der Fokuspunkt in der Mitte des Sehfelds auf der Probenoberfläche.
- Passive Systeme fokussieren anhand des betrachteten Bildes. Diese Technik (Abbildung 1) wird häufig als Bildkontrastverfahren bezeichnet. Bei der passiven Methode ist es schwierig, die Fokusrichtung zu bestimmen, so dass der Z-Tisch auf und ab bewegt werden muss, um die Zu- oder Abnahme des Probenkontrasts zu erkennen. Dadurch verlangsamt sich die Fokusgeschwindigkeit und es ist schwierig, die Fokuseinstellung zu verfolgen. Diese Methode hat jedoch den Vorteil, dass sie relativ kostengünstig ist.
Abbildung 1. Schematische Darstellung der passiven Autofokusmethode
Entwicklung eines aktiven Autofokus mit einem Mehrpunkt-System
Komplexe oder miniaturisierte Halbleiterdesigns haben zu neuen Herausforderungen für die Autofokussierung bei mikroskopischen Prüfungen geführt. Die Schaltungen werden immer feiner und die Stufenstrukturen komplizierter.
Zu den Herausforderungen für die Autofokussierung (Abbildung 2) gehören:
- Instabile Bewegung der Fokusposition zwischen dem oberen und unteren Ende der Stufe, wenn sich die Probe leicht zur Seite bewegt
- Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) des Fokusfehlersignals durch Streuung des Autofokuslichts an der Stufenkante
Abbildung 2. Ursachen für instabilen Fokus bei Halbleiterproben: (links) Änderungen der Fokusposition und (rechts) Streuung an Stufenkanten.
Zur Behebung dieser Probleme haben wir ein aktives Autofokussystem entwickelt, das mehrere Fokuserkennungspunkte verwendet (Abbildung 3, rechts). Außerdem haben wir eine Funktion hinzugefügt, mit der die Fokusposition durch Verschieben der optischen Achse der Relaisoptik des optischen Autofokussystems an die gewünschte Beobachtungsposition angepasst werden kann. Dadurch wurde das Problem des instabilen Fokus beseitigt (Abbildungen 4 und 5).
Abbildung 3. Vergleich der Fokuspunkte auf der Probenoberfläche: (links) Einpunkt-Autofokussystem, (rechts) Mehrpunkt-Autofokussystem.
Diese Autofokustechnologie kann als Komponente zur Integration in größere optische Prüfgeräte geliefert werden. Ihr Haupteinsatzgebiet sind Halbleiterprüfgeräte.
Abbildung 4. Funktion zur Verschiebung der Fokusposition.
(a) Beim Einpunktsystem verschiebt sich die Fokusposition, wenn die Probe zur Seite bewegt wird. |
(b) Beim Mehrpunktsystem ändert sich die Fokusposition nicht, wenn die Probe zur Seite geschoben wird. |
Abbildung 5. Vergleich der Fokusstabilität bei seitlicher Fehlausrichtung einer stufenförmigen Probe (helle Flecken zeigen Fokuserkennungspunkte an). | |
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