半导体芯片生产中经典的两种自动对焦模式

芯片生产包含近千道工序。为了保证芯片的生产质量和稳定性，在每一道工序中，检测是不可或缺的环节。随着需求的不断增加，半导体工艺技术的同步迭代升级，芯片正朝着更先进的制程、更高的集成度、更精密的特征尺寸和更复杂的设计的方向演变，同时，这使得芯片的缺陷尺寸要求越来越高，检测工艺更具有挑战性。如今的视觉检测设备，要求能检测到纳米级别的缺陷并尽可能在更早的生产环节中对识别出。

视觉检测设备

典型的视觉检测设备包括用于承载晶圆的运动平台和光学显微镜系统（相机）在内的分系统。晶圆的被测位置需要时刻对准相机的焦点。检测时，受到平台二维平面度和晶圆翘曲的影响，运动平台在运动过程中会调节相机和晶圆的距离来实现聚焦，这便是自动对焦。

自动对焦的方式

自动对焦的方式有很多种，这里我们主要介绍以下两种典型的自动对焦模式。

▶被动寻焦

这种对焦方式更准确的描述应当为寻焦。由于对焦方向未知，晶圆在相机焦距附近以一定速度运动的同时，相机持续拍摄连续的图像（类似于核磁共振切片）。上位机在找到最清晰图像后指令晶圆运动到相应位置（如图1）。这种对焦方式对运动平台的最小步进和重复定位精度有着一定的要求。但由于寻焦的工艺特性，其产率往往不高。

图1：被动寻焦示意图

▶主动对焦

主动对焦是指在运动平台进行XY向运动时，实时调节物镜和晶圆的距离（h）以保持最佳的聚焦（如图2）。距离（h）信息需要通过mapping或前馈输入给运动控制系统，并指令Z向的执行器。这有助于提高机器的产率。但对于运动平台的动态性能提出了挑战。

图2：主动寻焦示意图

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