TW201520557A - 原子力顯微鏡系統及其決定邊界點的掃描方法、掃描樣本的方法 - Google Patents

Abstract

一種掃描一樣本的方法，該方法包含下列步驟：以一第一弦波軌跡掃描該樣本之一第一區域。自該第一弦波軌跡掃描該第一區域之一實際路徑與該樣本之關係，而獲得一第一區域參數。以該第一區域參數預測掃描該樣本之一第二區域之一第二弦波軌跡。以該第二弦波軌跡掃描該第二區域。

Description

原子力顯微鏡系統及其決定邊界點的掃描方法、掃描樣本的方法

本發明是關於一種掃描裝置及其掃描方法，特別是關於一種掃描樣本的裝置及其掃描樣本的方法。

原子力顯微鏡(Atom Force Microscope,AFM)可建立導体或是非導體樣本的三維表面輪廓，其解析度可達到奈米等級的解析度，因此是一種非常實用的量測儀器。

請參閱第一圖，其為習用的AFM系統10。習用的AFM系統包含一掃描平台109、一探測器104、一雷射源裝置105、一光學感測器106、一xy軸控制器107、以及一z軸控制器108。該掃描平台109包含一xy軸平台101、一z軸平台102。該探測器104包含一懸臂1041以及一探針1042。欲掃描之樣本103置於掃描平台109上藉由該探測器104掃描。掃描時可藉由設定掃描軌跡來控制該xy軸控制器107，以控制該xy軸平台101的xy軸之水平面移動的軌跡，掃描時亦可依據設定的掃描軌跡來移動探測器104而xy軸平台101保持不動，或是依據設定的掃描軌跡來移動xy軸平台101而探測器104保持不動。探測器104與掃描平台109之間可使用接觸或非接觸的方式來掃描，探測器104的探針1042通常包含一壓電元件(未顯示)，當以非接觸的方 式來掃描樣本103時，由於探測器104與樣本103之間存在著交互作用力，探測器104的懸臂1041會以z軸方向振盪，一般而言，生物樣本不希望受到破壞，故會盡量採用非接觸的方式來掃描。利用非接觸的方式來掃描可在探針1042與樣本之間設定一特定距離，但這種方式在當樣本103的表面高低起伏不平時，探針1042或樣本103亦都有容易被損壞的可能，故z軸控制器108除了設定z軸平台102的座標之外，還會根據設定的回授資訊FB2來控制該z軸平台102，以維持探針1042與樣本103之間在z軸方向上的距離，一般而言，探針1042與樣本103之間的距離典型地約為數十奈米左右。

在第一圖中，根據設定的掃描軌跡以及回授資訊FB1，xy軸控制器107可控制xy軸平台101在xy軸的水平面上的移動軌跡。請參閱第二圖(a)以及(b)，第二圖(a)為xy軸的水平面上的柵欄式掃描軌跡的示意圖，第二圖(b)為三角波掃描軌跡的示意圖，P代表柵欄間距，A1代表xy軸水平面上的掃描振幅，T1代表xy軸水平面上的掃描週期。傳統上，AFM在xy軸之水平面上的掃描軌跡係使用三角波式或是柵欄式等不平滑的掃描軌跡來掃描，不平滑的掃描軌跡容易引發水平面方向的機械共振頻率變大，此將會使掃描到的AFM影像失真。為了避免上述問題，在掃描樣本103時必須降低掃描速率。

除此之外，在第二圖(a)中的柵欄式掃描軌跡經過了樣本103與樣本110，當兩樣本103,110相距較遠時，則多餘的掃描軌跡造成掃描時間的浪費。在第二圖(b)中的三角波掃描軌跡經過了樣本111，並涵蓋樣本111的所有區域，在樣本111外的區域之掃描軌跡亦是多餘的，其亦造成掃描時間的浪費。

有鑑於此，本發明提出一種新的掃描樣本的方法，可免除多餘的掃描軌跡，節省掃描時間而可加快掃描速度。本發明先使用光學顯微鏡來輔助AFM之掃描，在AFM對樣本進行細部的掃描之前，光學顯微鏡先搜集樣本在掃描平台上的位置資訊來規劃在樣本之間的路徑掃描，以及蒐集涵蓋每一單一樣本的範圍的資訊，以決定每一樣本的掃描起始點以及掃描結束點。在樣本之間的掃描路徑規畫完後，再對每一樣本進一步做掃描。在掃描之前，樣本的形狀之細節資訊並未得知，在進一步對每一樣本掃描時，掃描中心軌跡與振幅可適應性地根據實際偵測到的樣本的形狀而改變，此可節省不必要的掃描軌跡，增進掃描的效率。

依據上述構想，本發明提供一種用於一光學輔助原子力顯微鏡系統的掃描方法，該光學輔助原子力顯微鏡包含一掃描平台以及一探測器，該方法包含下列步驟：於該掃描平台上提供一第一樣本與一第二樣本。決定該第一樣本的一第一掃描區域以及該第二樣本的一第二掃描區域，該第一掃描區域具有一第一掃描起始點以及一第一掃描結束點，該第二掃描區域具有一第二掃描起始點以及一第二掃描結束點。將該探測器移動至該第一掃描起始點、或移動該掃描平台而使該第一掃描起始點到達該探測器的垂直投影位置，以對該第一樣本進行掃描，其中該第一掃描起始點至該探測器的距離小於或等於該第二掃描起始點至該探測器的距離，該探測器與該第一掃描起始點相距一第一距離，該第一距離為該探測器與該第一掃描區域之間的最短距離。在掃描完該第一樣本後，將該探測器自該第一掃描結束點移動至該第二掃描起始點、或移動該掃描平台而使該第二掃描起 始點到達該探測器的垂直投影位置，以對該第二樣本進行掃描，其中該第一掃描結束點與該第二掃描起始點相距一第二距離，該第二距離為該第一掃描結束點與該第二掃描區域之間的最短距離。

依據上述構想，本發明提出一種掃描裝置，包含一掃描平台、一光學輔助顯微鏡、以及一探測器。該掃描平台承載一第一樣本以及一第二樣本。該光學輔助顯微鏡蒐集一探測點、該第一樣本的一第一區域、以及該第二樣本的一第二區域的資訊，其中該第一區域具有一第一掃描起始點和一第一掃描結束點，該第二區域具有一第二掃描起始點和一第二掃描結束點。該探測器自該探測點移動至該第一掃描起始點或移動該掃描平台而使該第一掃描起始點到達該探測點以對該第一樣本進行掃描，其中該探測點至該第一掃描起始點的一第一距離為該探測點至該第一區域之間的最短距離，在掃描完該第一樣本後，該探測器自該第一掃描結束點移動至該第二掃描起始點或移動該掃描平台而使該第二掃描起始點到達該探測點以對該第二樣本進行掃描，其中該第一掃描結束點至該第二掃描起始點的一第二距離為該第一掃描結束點至該第二區域之間的最短距離。

依據上述構想，本發明提出一種決定邊界點之掃描方法，該方法包含下列步驟：決定一第一掃描軌跡，該第一掃描軌跡包含一第一取樣點以及一第二取樣點。擷取該第一取樣點的一第一x軸座標與一第一z軸座標、以及該第二取樣點的一第二x軸座標與一第二z軸座標。當該第一斜率的絕對值大於或等於一門檻值時，判定包含該第一取樣點與該第二取樣點之間存在該第一掃描軌跡上的一第一邊界點。

依據上述構想，本發明提出一種掃描一樣本的方法，該方法 包含下列步驟：以一第一弦波軌跡掃描該樣本之一第一區域。自該第一弦波軌跡掃描該第一區域之一實際路徑與該樣本之關係，而獲得一第一區域參數。以該第一區域參數預測掃描該樣本之一第二區域之一第二弦波軌跡。以該第二弦波軌跡掃描該第二區域。

依據上述構想，本發明提出一種掃描一樣本的裝置，其中該樣本包含N個區域，該裝置包含一探測器、一控制器、以及一處理單元。該控制器控制該探測器以N個弦波軌跡分別掃描該N個區域，並獲得分別對應該N個區域中一第一區域以後之N-1個區域參數。該處理單元電連接於該控制器，並分別根據該N-1個區域參數而決定N-1個弦波軌跡以分別掃描該樣本的含一第二區域以後之該N-1個區域。

10‧‧‧習用AFM系統

101‧‧‧xy軸平台

102‧‧‧z軸平台

103,110,111,25,27,29‧‧‧樣本

104‧‧‧探測器

1041‧‧‧懸臂

105‧‧‧雷射源裝置

1042‧‧‧探針

106‧‧‧光學感測器

107‧‧‧xy軸控制器

108‧‧‧z軸控制器

109,21‧‧‧掃描平台

20‧‧‧本發明AFM系統

22‧‧‧測量系統

23‧‧‧平台控制系統

24‧‧‧處理單元

211‧‧‧xy平面電磁掃描平台

212‧‧‧xy平面壓電掃描平台

213‧‧‧z軸壓電掃描平台

221‧‧‧量測單元

222‧‧‧調整單元

231,232,233‧‧‧平台控制器

204‧‧‧雷射干涉計

205‧‧‧壓力計

203‧‧‧探測控制單元

206‧‧‧鎖定控制單元

201‧‧‧光學輔助顯微鏡

P‧‧‧柵欄間距

P1‧‧‧第一中心點

P2‧‧‧第二中心點

P3‧‧‧第三中心點

d1‧‧‧第一距離

26‧‧‧第一區域

d2‧‧‧第二距離

28‧‧‧第二區域

260‧‧‧第一矩形掃描區域

261‧‧‧第一邊緣

280‧‧‧第二矩形掃描區域

262‧‧‧第二邊緣

263‧‧‧第三邊緣

264‧‧‧第四邊緣

281‧‧‧第五邊緣

282‧‧‧第六邊緣

283‧‧‧第七邊緣

284‧‧‧第八邊緣

260W‧‧‧第一矩形寬度

280W‧‧‧第二矩形寬度

260L‧‧‧第一矩形長度

280L‧‧‧第二矩形長度

P1X1‧‧‧第一中點

P1Y1‧‧‧第一掃描起始點

P1X1‧‧‧第二掃描起始點

P1Y2‧‧‧第一掃描結束點

P2X2‧‧‧第二掃描結束點

31‧‧‧第一掃描軌跡

33‧‧‧第二掃描軌跡

34‧‧‧第三掃描軌跡

35‧‧‧第四掃描軌跡

X1‧‧‧第一取樣點

X2‧‧‧第二取樣點

X3‧‧‧第三取樣點

X4‧‧‧第四取樣點

PB1‧‧‧第一邊界點

PB2‧‧‧第二邊界點

PB3‧‧‧第三邊界點

PB4‧‧‧第四邊界點

32‧‧‧z軸方向掃描軌跡

PBC1‧‧‧第一中心點

Sin1‧‧‧第一弦波軌跡

PBC2‧‧‧第二中心點

Sin2‧‧‧第二弦波軌跡

Pth1‧‧‧第一中心路徑

Pth3‧‧‧第三中心路徑

Pth2‧‧‧第二中心路徑

Reg1‧‧‧第一區域

Reg2‧‧‧第二區域

PT1‧‧‧第一弦波軌跡的結束點

PT2‧‧‧第二弦波軌跡的結束點

OFS1‧‧‧偏移值

36,37‧‧‧掃描軌跡

Amp1‧‧‧第一振幅

Amp2‧‧‧第二振幅

第一圖：習用的AFM系統。

第二圖(a)：xy軸的水平面上的柵欄式掃描軌跡的示意圖。

第二圖(b)：三角波掃描軌跡的示意圖。

第三圖：本發明AFM系統的示意圖。

第四圖(a)：本發明第一較佳實施例掃描路徑規畫的示意圖。

第四圖(b)：本發明第一較佳實施例掃描路徑規畫的示意圖。

第五圖：本發明第一較佳實施例用於光學輔助AFM系統的掃描方法。

第六圖：偵測樣本的邊界點的示意圖。

第七圖：本發明第二較佳實施例決定邊界點的掃描方法的示意圖。

第八圖：本發明第三較佳實施例預測掃描路徑與掃描振幅的示意圖。

第九圖：本發明第三較佳實施例掃描一樣本的方法的示意圖。

請參閱第三圖，其為本發明AFM系統20的示意圖。本發明AFM系統20包含一掃描平台21、一測量系統22、一平台控制系統23、一處理單元24、一光學輔助顯微鏡201、一探測器202、一探測控制單元203、一雷射干涉計204、一壓力計205、以及一鎖定控制單元206。該探測器202包含一懸臂2021以及一探針2022。該鎖定控制單元206例如為一放大器，其接收測量系統22在探測器202的z軸上的回授資訊FB6，用以維持樣本25與探針2022之間的距離，探測控制單元203可控制探測器的移動，並將探測器202的狀態回饋給鎖定控制單元206。該掃描平台21包含一xy平面電磁掃描平台211、一xy平面壓電掃描平台212、以及一z軸壓電掃描平台213。該平台控制系統23包含一平台控制器231,232,233分別控制該xy平面電磁掃描平台211、該xy平面壓電掃描平台212、以及該z軸壓電掃描平台213，用以控制該掃描平台21的xy軸平面方向以及z軸方向的移動軌跡。該量測單元221用以量測該探測器202的x軸、y軸、以及z軸的座標位置，該調整單元222可對該量測單元221校正。

在第三圖中，該處理單元24根據參考振幅資訊241以及回授資訊FB4來傳送控制資訊Info3至該平台控制器233，該平台控制器233接收該控制資訊Info3而發出控制訊號CTRL3以控制該z軸壓電掃描平台213。該處理單元24根據弦波軌跡資訊242以及回授資訊FB3來傳送控制資訊Info2至該平台控制器232，該平台控制器232接收該控制資訊Info2而發出控制訊號CTRL2以控制該xy平面壓電掃描平台212。該處理單元24根據參考軌跡資訊 241以及回授資訊FB5來傳送控制資訊Info1至該平台控制器231，該平台控制器231接收該控制資訊Info1而發出控制訊號CTRL1以控制該xy平面電磁掃描平台211。參考振幅資訊243是相關於樣本25在z軸方向上的振盪振幅，弦波軌跡資訊242以及參考軌跡資訊241是相關於樣本25在xy平面上的軌跡資訊。雷射干涉計204與壓力計205分別響應回授資訊FB7,FB8而分別產生回授資訊FB5,FB3。

本發明第一較佳實施例是藉由該光學輔助顯微鏡201來規劃掃描平台21上的複數個樣本25,27,29的掃描路徑。請參閱第四圖(a)與(b)，其為本發明第一較佳實施例掃描路徑規畫的示意圖。在掃描平台21上包含一第一樣本25、一第二樣本27、一第三樣本29，第一樣本25與第二樣本27分別具有一第一區域26與一第二區域28。該掃描平台21承載第一樣本25、第二樣本27、以及第三樣本29，該光學輔助顯微鏡201蒐集一探測點PP、該第一樣本25的第一區域26、以及該第二樣本27的第二區域28的資訊，例如第一樣本25的一第一中心點P1的座標、第二樣本27的一第二中心點P2的座標、涵蓋第一樣本25的最小之第一區域26的資訊、以及涵蓋第二樣本27的最小之第二區域28的資訊，而該探測點PP的位置是位於該探測器202的垂直投影與該掃描平台21的交集上，其中該第一區域26具有一第一掃描起始點P1Y1和一第一掃描結束點P1Y2，該第二區域28具有一第二掃描起始點P2X1和一第二掃描結束點P2X2。該探測器202自該探測點PP移動至該第一掃描起始點P1Y1或移動該掃描平台21而使該第一掃描起始點P1Y1到達該探測點PP以對該第一樣本25進行掃描，其中該探測點PP至該第一掃描起始點P1Y1的一第一距離d1為該探測點PP至該第一區域26之間的最短距離。在掃描完 該第一樣本25後，該探測器202自該第一掃描結束點P1Y2移動至該第二掃描起始點P2X1或移動該掃描平台21而使該第二掃描起始點P2X2到達該探測點PP以對該第二樣本27進行掃描，其中該第一掃描結束點P1Y2至該第二掃描起始點P2X1的一第二距離d2為該第一掃描結束點P1Y2至該第二區域28之間的最短距離。

請同時參閱第四圖(a)與(b)，該光學輔助顯微鏡201蒐集該第一樣本25在該掃描平台21上的一第一中心位置P1以及決定該第二樣本27在該掃描平台21上的一第二中心位置P2，該第一中心位置P1具有一第一x座標P1XC和一第一y座標P1YC，該第二中心位置P2具有一第二x座標P2XC和一第二y座標P2YC。該處理單元24將該第一掃描區域26設定為一第一矩形掃描區域260，其中該第一矩形掃描區域260為涵蓋該第一樣本25的最小區域，並具有平行於y軸的一第一邊緣261和一第二邊緣262、以及平行於x軸的一第三邊緣263和一第四邊緣264，該第一邊緣261或該第二邊緣262的長度為該第一矩形掃描區域260的一第一矩形長度260L，該第三邊緣263或該第四邊緣264的長度為該第一矩形掃描區域260的一第一矩形寬度260W，該第一邊緣261、該第二邊緣262、該第三邊緣263、以及該第四邊緣264分別具有一第一中點P1X1、一第二中點P1X2、一第三中點P1Y1、以及一第四中點P1Y2，該第一中點P1X1、該第二中點P1X2、該第三中點P1Y1、以及該第四中點P1Y2的x座標分別為該第一x座標P1XC減去該第一矩形寬度260W的一半、該第一x座標P1XC加上該第一矩形寬度260W的一半、該第一x座標P1XC、以及該第一x座標P1XC，該第一中點P1X1、該第二中點P1X2、該第三中點P1Y1、以及該第四中點P1Y2的y座標分別為該第一y座標P1YC、 該第一y座標P1YC、該第一y座標P1YC減去該第一矩形長度260L的一半、以及該第一y座標P1YC加上該第一矩形長度260L的一半，該第一掃描起始點為該第一中點P1X1、該第二中點P1X2、該第三中點P1Y1、以及該第四中點P1Y4的其中之一，當該第一掃描起始點為該第一中點P1X1時，該第一掃描結束點預定為該第二中點P1X2，當該第一掃描起始點為該第二中點P1X2時，該第一掃描結束點預定為該第一中點P1X1，當該第一掃描起始點為該第三中點P1Y1時，該第一掃描結束點預定為該第四中點P1Y2，且當該第一掃描起始點為該第四中點P1Y2時，該第一掃描結束點預定為該第三中點P1Y1。

類似地，該處理單元24將該第二掃描區域28設定為一第二矩形掃描區域280，其中該第二矩形掃描區域280為涵蓋該第二樣本27的最小區域，並具有平行於y軸的一第五邊緣281和一第六邊緣282、以及平行於x軸的一第七邊緣283和一第八邊緣284，該第五邊緣281或該第六邊緣282的長度為該第二矩形掃描區域280的一第二矩形長度280L，該第七邊緣283或該第八邊緣284的長度為該第二矩形掃描區域280的一第二矩形寬度280W，該第五邊緣281、該第六邊緣282、該第七邊緣283、以及該第八邊緣284分別具有一第五中點P2X1、一第六中點P2X2、一第七中點P2Y1、以及一第八中點P2Y2，該第五中點P2X1、該第六中點P2X2、該第七中點P2Y1、以及該第八中點P2Y2的x座標分別為該第二x座標P2XC減去該第二矩形寬度280W的一半、該第二x座標P2XC加上該第二矩形寬度280W的一半、該第二x座標P2XC、以及該第二x座標P2XC，該第五中點P2X1、該第六中點P2X2、該第七中點P2Y1、以及該第八中點P2Y2的y座標分別為該第 二y座標P2YC、該第二y座標P2YC、該第二y座標P2YC減去該第二矩形長度280L的一半、以及該第二y座標P2YC加上該第二矩形長度280L的一半，該第二掃描起始點為該第五中點P2X1、該第六中點P2X2、該第七中點P2Y1、以及該第八中點P2Y2的其中之一，當該第二掃描起始點為該第五中點P2X1時，該第二掃描結束點預定為該第六中點P2X2，當該第二掃描起始點為該第六中點時P2X2，該第二掃描結束點預定為該第五中點P2X1，當該第二掃描起始點為該第七中點時P2Y1，該第二掃描結束點預定為該第八中點P2Y2，當該第二起始點為該第八中點P2Y2時，該第二結束點預定為該第七中點P2Y1。

請參閱第五圖，其為本發明第一較佳實施例用於光學輔助AFM系統的掃描方法。第三圖中的AFM系統20可為光學輔助AFM系統，其包含光學輔助顯微鏡201、掃描平台21以及探測器202。請同時參閱第三圖、第四圖(a)~(b)、以及第五圖，該方法包含下列步驟，在步驟S101中，於該掃描平台21上提供一第一樣本25與一第二樣本27。在步驟S102中，決定該第一樣本25的一第一掃描區域26以及該第二樣本27的一第二掃描區域28，該第一掃描區域26具有一第一掃描起始點P1Y1以及一第一掃描結束點P1Y2，該第二掃描區域28具有一第二掃描起始點P2X1以及一第二掃描結束點P2X2。在步驟S103中，將該探測器202移動至該第一掃描起始點P1Y1、或移動該掃描平台21而使該第一掃描起始點P1Y1到達該探測器202的垂直投影位置，以對該樣本25進行掃描，其中該第一掃描起始點P1Y1至該探測器202的距離小於或等於該第二掃描起始點P2X1至該探測器202的距離，該探測器202與該第一掃描起始點P1Y1相距一第一距離d1，該第一距離d1為該 探測器202與該第一掃描區域26之間的最短距離。在步驟S104中，在掃描完該第一樣本25後，將該探測器202自該第一掃描結束點P1Y2移動至該第二掃描起始點P2X1、或移動該掃描平台21而使該第二掃描起始點P2X1到達該探測器202的垂直投影位置，以對該第二27樣本進行掃描，其中該第一掃描結束點P1Y2與該第二掃描起始點P2X1相距一第二距離d2，該第二距離d2為該第一掃描結束點P1Y2與該第二掃描區域28之間的最短距離。

在第一較佳實施例中，第二樣本27至第三樣本29之間的路徑規畫也是取最短路徑，最短路徑規畫的方法可推廣到n個樣本。由於在第一樣本25、第二樣本27、以及第三樣本之間的掃描軌跡是樣本之間的最短直線，因此可免除任何曲線的掃描軌跡，故可加快掃描速度。在樣本之間的掃描路徑規劃號之後，便可依序對第一樣本25、第二樣本27、以及第三樣本29做進一步的掃描。在進一步掃描之前，光學輔助顯微鏡201只獲得樣本的所在位置資訊與樣本的區域大小之概略資訊，樣本的形狀之細節的資訊並未得知，為了要適應性地根據樣本的形狀來調整掃描軌跡的中心路徑與掃描軌跡的振幅，下面所描述的方法就是藉由偵測樣本的形狀或大小來預測掃描軌跡的中心路徑與掃描軌跡的振幅。

請參閱第六圖，其為偵測樣本的邊界點的示意圖。偵測樣本的邊界點之掃描設備同樣使用第三圖中的AFM系統20。在第六圖中，當一第一掃描軌跡31掃過第一樣本25時，在z軸方向上會形成z軸方向掃描軌跡32，探測器202感測到在掃描平台21上第一樣本25的第一區域26外的第一取樣點X1與在掃描平台21上第一樣本25的第一區域26內的第二取樣點X2的z軸座標有變化時，則處理單元24會判斷探測器202已經掃描到第一樣本25的 邊界點而準備掃描第一區域26。例如，在第六圖中第一取樣點X1在x軸與z軸方向上的座標為(x[1],z[1])，第二取樣點X2在x軸與z軸方向上的座標為(x[2],z[2])，第二取樣點X2與第一取樣點X1兩點所構成的直線之斜率m1=(z[2]-z[1])/(x[2]-x[1])，當斜率m1大於或等於一門檻值時，則處理單元24判斷包含第一取樣點X2與第二取樣點X1之間存在一第一邊界點PB1。同理，第三取樣點X3與第四取樣點X4的座標分別為(x[k],z[k]),(x[k+1],z[k+1])，其中k=1,2,...,n，當掃描同一個區段的取樣點愈多時n愈大，則取樣愈精密，邊界點的位置也愈精準。第三取樣點X3與第四取樣點X4所構成的直線之斜率m2=(z[k+1]-z[k])/(x[k+1]-x[k])的絕對值大於或等於該門檻值時，處理單元24亦可判斷包含第四取樣點X4與第三取樣點X3之間存在一第二邊界點PB2，而第一邊界點PB1與第二邊界點PB2的座標便可確定。

在找到第一邊界點PB1與第二邊界點PB2的座標後，兩邊界點的第一中心點PBC1之座標就可以得知，兩邊界點PB1,PB2的距離DB1亦可得知，距離DB1的一半就是振幅，因此也可以得知第一樣本25實際上應該使用的掃描振幅為何，為了要預測下一個掃描軌跡的中心路徑與下一個週期的掃描軌跡的振幅，至少還須另一條實際的掃描線來偵測另外兩個邊界點。

請參閱第七圖，其為本發明第二較佳實施例決定邊界點的掃描方法的示意圖。該方法包含下列步驟，在步驟S201中，決定一第一掃描軌跡31，該第一掃描軌跡31包含一第一取樣點X1以及一第二取樣點X2。在步驟S202中，擷取該第一取樣點X1的一第一x軸座標x[1]與一第一z軸座標z[1]、以及該第二取樣點X2的一第二x軸座標x[2]與一第二z軸座標z[2]。在 步驟S203中，將該第二z軸座標z[2]減去該第一z軸座標z[1]而得到一第一z軸變化量△z、將該第二x軸座標x[2]減去該第一x軸座標x[1]而得到一第一x軸變化量△x、並將該第一z軸變化量△z除以該第一x軸變化量△x而得到一第一斜率m1。在步驟S204中，當該第一斜率m1的絕對值大於或等於一門檻值時，判定包含該第一取樣點X1與該第二取樣點X2之間存在該第一掃描軌跡31上的一第一邊界點PB1。

請參閱第八圖，其為本發明第三較佳實施例預測掃描路徑與掃描振幅的示意圖。在第八圖中，第一掃描軌跡31從第一掃描起始點P1Y1開始掃描，其通過第一樣本25的邊界點PB1,PB2，第一弦波軌跡Sin1包含第一掃描軌跡31、第二掃描軌跡33，以及第三掃描軌跡34。當該第二掃描軌跡33掃描通過第一樣本25時，探測器202可偵測到一第三邊界點PB3與一第四邊界點PB4的座標。處理器24會根據該第三邊界點PB3的座標與該第四邊界點PB4的座標來計算一第二中心點PBC2的座標、依據該第三邊界點PB3的座標與該第四邊界點PB4的座標來計算一第二中點PBC2的座標、依據該第一中點PBC1的座標和該第二中點PBC2的座標來預測掃描軌跡35,36,37。

第三較佳實施例中所使用的掃描一樣本的裝置與第一較佳實施例的AFM系統相同，其包含探測器202、一平台控制系統23、以及處理單元24。例如平台控制系統23為一控制器。在第八圖中，第一掃描軌跡31與第二掃描軌跡33所形成的掃描軌跡為第一弦波軌跡Sin1的半波軌跡，其所掃描通過第一樣本25的區域為一第一區域Reg1，虛線的掃描軌跡35,36通過第一樣本25所形成的區域為一第二區域Reg2，依此類推而可將該第一樣本25分成N個區域。該控制器控制該探測器202以N個弦波軌跡分別掃描該N個 區域，並獲得分別對應該N個區域中一第一區域Reg1以後之N-1個區域參數。該處理單元24電連接於該控制器，並分別根據該N-1個區域參數而決定N-1個弦波軌跡以分別掃描該樣本的含一第二區域Reg2以後之該N-1個區域。

在第八圖中，第一中心點PBC1的座標以及第二中心點PBC1的座標可由第二較佳實施例的方法來求得，第一中心點PBC1的座標與第二中心點PBC2的座標是實際掃描後藉由偵測到的邊界點PB1,PB2,PB3,PB4座標來計算出來的，這些座標皆可稱為第一區域參數。在一較佳實施例中，第一中心點PBC1的x軸座標以及第二中心點PBC2的x軸座標分別為xc1[1]與xc2[1]，其可預測一第二弦波軌跡Sin2的結束點PT2之x座標Pxc[2]=xc2[1]+ρ1×(xc2[1]-xc1[1])，其中參數ρ1與AFM系統20的規格以及使用者需求有關。第一弦波軌跡Sin1的結束點PT1與該第一掃描起始點P1Y1所連成的直線之路徑為第一弦波軌跡Sin1的一第一中心路徑Pth1，其中該第一弦波軌跡Sin1具有涵蓋第一樣本25的N個區域中最大區域的最小振福，其係為一第一振幅Amp1，也可以說是該第一振幅Amp1是掃描該樣本25的所有振幅中最大的，其中N為大於1的自然數。第二弦波軌跡Sin2的結束點PT2與該第一弦波軌跡Sin1結束點PT1所連成的直線之路徑為第二弦波軌跡Sin2的一第二中心路徑Pth2，其中該第二弦波軌跡Sin2具有涵蓋第二區域Reg2的最小振福，其係為一第二振幅Amp2。

承上所述，第二弦波軌跡Sin2的結束點PT2之座標Pxc[2]可在獲得第一區域參數後估算得到，也就是說第二弦波軌跡Sin2的第二中心路徑Pth2可以被預測。同樣地，第二振幅Amp2的預測亦可由第一區域參數來 估算獲得，例如，根據實際掃描所偵測到的邊界點PB1,PB2來計算第一掃描軌跡31在第一區域Reg1的一第一截距線段長度，根據實際掃描所偵測到的邊界點PB3,PB4來計算第二掃描軌跡33在第一區域Reg1的一第二截距線段長度，然後將該第二截距線段長度減去該第一截距線段長度來求得其一第一截距線段長度變化量。在第八圖中，實際的弦波之中心路徑應該是第一中心點PBC1與第二中心點PBC2所連成的直線路徑稱為第三中心路徑Pth3來行進，而不是以第一中心路徑Pth1來行進，也就是說應該以第一中心點PBC1為弦波掃描的起始點，以該第一截距線段長度的一半做為振幅來開始掃描；或是以第二中心點PBC2為弦波掃描的起始點，以該第二截距線段長度的一半做為振幅來開始掃描，因此第一中心路徑Pth1必須有所修正成為第二中心路徑Pth2。既然第一中心路徑Pth1與應行進的第三中心路徑Pth3有所偏移，在第一弦波軌跡Sin1掃描至結束點PT1後，預定的第二弦波軌跡Sin2的振幅必須加上偏移值OFS1來修正。在一較佳實施例中，偏移值OFS1為第二中心點PBC2至第一中心路徑Pth1的垂直距離，經估算後可預測第二振幅Amp2=(1/2)×{該第二截距線段長度+ρ2×該第一截距線段長度變化量+偏移值OFS1的絕對值}+δ1，其中參數ρ2,δ1與與AFM系統20的規格以及使用者需求有關。

在第三較佳實施例中，預測掃描中心路徑與掃描振幅整理如下。當第一掃描起始點P1Y1的x座標Pxc[1]=x0時，AFM系統20可預測第二弦波軌跡Sin2的結束點PT2之x座標Pxc[2]=xc2[1]+ρ1×(xc2[1]-xc1[1])，並可推廣預測第n弦波軌跡Sinn的結束點PTn之x座標Pxc[n]=xc2[n-1]+ρ1×(xc2[n-1]-xc1[n-1])，其中n為在2至N之間且包含2與N的自然 數。當第一弦波軌跡Sin1在x軸方向上的第一振幅Amp1為第一矩形寬度260W的一半時，AFM系統20可預測第二弦波軌跡Sin2在x軸方向上的第二振幅Amp2=(1/2)×{該第二截距線段長度+ρ2×該第一截距線段長度變化量+偏移值OFS1的絕對值}+δ1，並可推廣預測第n弦波軌跡Sinn在x軸方向上的第n振幅Ampn=(1/2)×{第n-1弦波軌跡的第(n-1)₂截距線段長度+ρ2×第n-1截距線段長度變化量+偏移值OFSN的絕對值}+δn，其中該第n-1截距線段長度變化量=第n-1弦波軌跡的第(n-1)₂截距線段長度-第n-1弦波軌跡的第(n-1)₁截距線段長度。因此以x軸方向上的弦波來掃描第一樣本25之x軸方向的第n弦波軌跡方程式如下：x_N(t)=Pxc[n-1]+Vx[n](t-t_n-1)+Ampn*sin(2πf(t-t_n-1))y軸方向的第n弦波軌跡方程式如下：y_n(t)=y0+(P/T)*t其中y0代表第一掃描起始點P1Y1的y妯座標，T代表第n弦波軌跡的週期，f代表第n弦波軌跡的頻率，P代表第n弦波軌跡的結束點的x軸座標與第n-1弦波軌跡的結束點的x軸座標之偏移量，Vx[n]=(Pxc[n]-Pxc[n-1])/T，其中Vx[n]代表第N弦波的中心路徑在x軸方向上的偏移速率。在第三較佳實施例中，n個弦波軌跡的週期T以及頻率f都是固定的，若是有提高精密度的需求，頻率f亦可同時調變來掃描第一樣本25。

在第八圖中，弦波是在x軸方向上左右來回地掃描，弦波的中心路徑的行進則是在y軸方向上逐步修正，弦波的振幅則是在x軸方向上逐步修正以符合實際第一樣本25在x軸方向上的形狀。當然另一方面，弦波也可在y軸方向上上下來回地掃描，弦波的中心路徑的行進則是在x軸方向 上逐步修正，弦波的振幅則是在y軸方向上逐步修正以符合實際第一樣本25在y軸方向上的形狀。

請參閱第九圖，其為本發明第三較佳實施例掃描一樣本的方法的示意圖，該方法包含下列步驟。在步驟S301中，以一第一弦波軌跡Sin1掃描該樣本25之一第一區域Reg1。在步驟S302中，自該第一弦波軌跡Sin1掃描該第一區域Reg1之一實際路徑31,33與該樣本25之關係，而獲得一第一區域參數。在步驟S303中，以該第一區域參數預測掃描該樣本25之一第二區域Reg2之一第二弦波軌跡Sin2。在步驟S304中，以該第二弦波軌跡Sin2掃描該第二區域Reg2。

實施例

1.一種用於一光學輔助原子力顯微鏡系統的掃描方法，該光學輔助原子力顯微鏡包含一掃描平台以及一探測器，該方法包含下列步驟：於該掃描平台上提供一第一樣本與一第二樣本。決定該第一樣本的一第一掃描區域以及該第二樣本的一第二掃描區域，該第一掃描區域具有一第一掃描起始點以及一第一掃描結束點，該第二掃描區域具有一第二掃描起始點以及一第二掃描結束點。將該探測器移動至該第一掃描起始點、或移動該掃描平台而使該第一掃描起始點到達該探測器的垂直投影位置，以對該第一樣本進行掃描，其中該第一掃描起始點至該探測器的距離小於或等於該第二掃描起始點至該探測器的距離，該探測器與該第一掃描起始點相距一第一距離，該第一距離為該探測器與該第一掃描區域之間的最短距離。在掃描完該第一樣本後，將該探測器自該第一掃描結束點移動至該第二掃描起始點、或移動該掃描平台而使該第二掃描起始點到達該探測器的 垂直投影位置，以對該第二樣本進行掃描，其中該第一掃描結束點與該第二掃描起始點相距一第二距離，該第二距離為該第一掃描結束點與該第二掃描區域之間的最短距離。

2.如實施例1所述的方法，更包含下列步驟：決定該第一樣本在該掃描平台上的一第一中心位置以及決定該第二樣本在該掃描平台上的一第二中心位置，該第一中心位置具有一第一x座標和一第一y座標，該第二中心位置具有一第二x座標和一第二y座標。將該第一掃描區域設定為一第一矩形掃描區域，其中該第一矩形掃描區域為涵蓋該第一樣本的最小區域，並具有平行於x軸的一第一邊緣和一第二邊緣、以及平行於y軸的一第三邊緣和一第四邊緣，該第一邊緣或該第二邊緣的長度為該第一矩形掃描區域的一第一矩形長度，該第三邊緣或該第四邊緣的長度為該第一矩形掃描區域的一第一矩形寬度，該第一邊緣、該第二邊緣、該第三邊緣、以及該第四邊緣分別具有一第一中點、一第二中點、一第三中點、以及一第四中點，該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的x座標分別為該第一x座標減去該第一矩形寬度的一半、該第一x座標加上該第一矩形寬度的一半、該第一x座標、以及該第一x座標，該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的y座標分別為該第一y座標、該第一y座標、該第一y座標減去該第一矩形長度的一半、以及該第一y座標加上該第一矩形長度的一半，該第一掃描起始點為該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的其中之一，當該第一掃描起始點為該第一中點時，該第一掃描結束點預定為該第二中點，當該第一掃描起始點為該第二中點時，該第一掃描結束點預定為該第一中點，當該第一掃描起始點為 該第三中點時，該第一掃描結束點預定為該第四中點，且當該第一掃描起始點為該第四中點時，該第一掃描結束點預定為該第三中點。將該第二掃描區域設定為一第二矩形掃描區域，其中該第二矩形掃描區域為涵蓋該第二樣本的最小區域，並具有平行於x軸的一第五邊緣和一第六邊緣、以及平行於y軸的一第七邊緣和一第八邊緣，該第五邊緣或該第六邊緣的長度為該第二矩形掃描區域的一第二矩形長度，該第七邊緣或該第八邊緣的長度為該第二矩形掃描區域的一第二矩形寬度，該第五邊緣、該第六邊緣、該第七邊緣、以及該第八邊緣分別具有一第五中點、一第六中點、一第七中點、以及一第八中點，該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的x座標分別為該第二x座標減去該第二矩形寬度的一半、該第二x座標加上該第二矩形寬度的一半、該第二x座標、以及該第二x座標，該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的y座標分別為該第二y座標、該第二y座標、該第二y座標減去該第二矩形長度的一半、以及該第二y座標加上該第二矩形長度的一半，該第二掃描起始點為該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的其中之一，當該第二掃描起始點為該第五中點時，該第二掃描結束點預定為該第六中點，當該第二掃描起始點為該第六中點時，該第二掃描結束點預定為該第五中點，當該第二掃描起始點為該第七中點時，該第二掃描結束點預定為該第八中點，且當該第二起始點為該第八中點時，該第二結束點預定為該第七中點。

3.一種掃描裝置，包含一掃描平台、一光學輔助顯微鏡、以及一探測器。該掃描平台承載一第一樣本以及一第二樣本。該光學輔助顯微鏡蒐集一探測點、該第一樣本的一第一區域、以及該第二樣本的一第 二區域的資訊，其中該第一區域具有一第一掃描起始點和一第一掃描結束點，該第二區域具有一第二掃描起始點和一第二掃描結束點。該探測器自該探測點移動至該第一掃描起始點或移動該掃描平台而使該第一掃描起始點到達該探測點以對該第一樣本進行掃描，其中該探測點至該第一掃描起始點的一第一距離為該探測點至該第一區域之間的最短距離，在掃描完該第一樣本後，該探測器自該第一掃描結束點移動至該第二掃描起始點或移動該掃描平台而使該第二掃描起始點到達該探測點以對該第二樣本進行掃描，其中該第一掃描結束點至該第二掃描起始點的一第二距離為該第一掃描結束點至該第二區域之間的最短距離。

4.如申實施例3所述的掃描裝置，其中該掃描裝置用以規劃該第一掃描結束點至該第二掃描起始點之間的路徑。該光學輔助顯微鏡蒐集該第一樣本在該掃描平台上的一第一中心位置以及決定該第二樣本在該掃描平台上的一第二中心位置，該第一中心位置具有一第一x座標和一第一y座標，該第二中心位置具有一第二x座標和一第二y座標。該掃描裝置更包含一處理單元，該處理單元將該第一掃描區域設定為一第一矩形掃描區域，其中該第一矩形掃描區域為涵蓋該第一樣本的最小區域，並具有平行於y軸的一第一邊緣和一第二邊緣、以及平行於x軸的一第三邊緣和一第四邊緣，該第一邊緣或該第二邊緣的長度為該第一矩形掃描區域的一第一矩形長度，該第三邊緣或該第四邊緣的長度為該第一矩形掃描區域的一第一矩形寬度，該第一邊緣、該第二邊緣、該第三邊緣、以及該第四邊緣分別具有一第一中點、一第二中點、一第三中點、以及一第四中點，該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的x座標分別為該第一x座 標減去該第一矩形寬度的一半、該第一x座標加上該第一矩形寬度的一半、該第一x座標、以及該第一x座標，該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的y座標分別為該第一y座標、該第一y座標、該第一y座標減去該第一矩形長度的一半、以及該第一y座標加上該第一矩形長度的一半，該第一掃描起始點為該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的其中之一，當該第一掃描起始點為該第一中點時，該第一掃描結束點預定為該第二中點，當該第一掃描起始點為該第二中點時，該第一掃描結束點預定為該第一中點，當該第一掃描起始點為該第三中點時，該第一掃描結束點預定為該第四中點，且當該第一掃描起始點為該第四中點時，該第一掃描結束點預定為該第三中點。該處理單元將該第二掃描區域設定為一第二矩形掃描區域，其中該第二矩形掃描區域為涵蓋該第二樣本的最小區域，並具有平行於y軸的一第五邊緣和一第六邊緣、以及平行於x軸的一第七邊緣和一第八邊緣，該第五邊緣或該第六邊緣的長度為該第二矩形掃描區域的一第二矩形長度，該第七邊緣或該第八邊緣的長度為該第二矩形掃描區域的一第二矩形寬度，該第五邊緣、該第六邊緣、該第七邊緣、以及該第八邊緣分別具有一第五中點、一第六中點、一第七中點、以及一第八中點，該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的x座標分別為該第二x座標減去該第二矩形寬度的一半、該第二x座標加上該第二矩形寬度的一半、該第二x座標、以及該第二x座標，該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的y座標分別為該第二y座標、該第二y座標、該第二y座標減去該第二矩形長度的一半、以及該第二y座標加上該第二矩形長度的一半，該第二掃描起始點為該第五中點、該第六中 點、該第七中點、以及該第八中點的其中之一，當該第二掃描起始點為該第五中點時，該第二掃描結束點預定為該第六中點，當該第二掃描起始點為該第六中點時，該第二掃描結束點預定為該第五中點，當該第二掃描起始點為該第七中點時，該第二掃描結束點預定為該第八中點，當該第二起始點為該第八中點時，該第二結束點預定為該第七中點。

5.一種決定邊界點之掃描方法，該方法包含下列步驟：決定一第一掃描軌跡，該第一掃描軌跡包含一第一取樣點以及一第二取樣點。擷取該第一取樣點的一第一x軸座標與一第一z軸座標、以及該第二取樣點的一第二x軸座標與一第二z軸座標。當該第一斜率的絕對值大於或等於一門檻值時，判定包含該第一取樣點與該第二取樣點之間存在該第一掃描軌跡上的一第一邊界點。

6.如實施例5所述的方法，更包含下列步驟：擷取一第三取樣點的一第三x軸座標與一第三z軸座標，以及一第四取樣點的一第四x軸座標與一第四z軸座標，其中該第一掃描軌跡包含該第三取樣點與該第四取樣點。將該第四z軸座標減去該第三z軸座標而得到一第二z軸變化量、將該第四x軸座標減去該第三x軸座標而得到一第二x軸變化量、並將該第二z軸變化量除以該第二x軸變化量而得到一第二斜率。當該第二斜率的絕對值大於或等於該門檻值時，判定包含該第四取樣點與該第三取樣點之間為該第一掃描軌跡上的一第二邊界點，其中該第一邊界點與該第二邊界點為一樣本在該第一掃描軌跡的邊界點。依據該第一邊界點的該第一x軸座標與該第二邊界點的該第四x軸座標來計算一第一中點座標。決定一第二掃描軌跡，以偵測得到一第三邊界點和一第四邊界點的座標。依據該第三邊界點的座標與 該第四邊界點的座標來計算一第二中點座標。依據該第一中點座標和該第二中點座標來預測一第三掃描軌跡。

7.一種掃描一樣本的方法，該方法包含下列步驟：以一第一弦波軌跡掃描該樣本之一第一區域。自該第一弦波軌跡掃描該第一區域之一實際路徑與該樣本之關係，而獲得一第一區域參數。以該第一區域參數預測掃描該樣本之一第二區域之一第二弦波軌跡。以該第二弦波軌跡掃描該第二區域。

8.如申實施例7所述的方法，其中該第一弦波軌跡具有一第一振幅以及一第一中心路徑。該實際路徑與該樣本之關係包含該實際路徑與該樣本交集所形成的複數邊界點之關係。該方法更包含：依序偵測該第一區域的一第一邊界點、一第二邊界點、一第三邊界點、以及一第四邊界點。依據該第一邊界點的座標與該第二邊界點的座標來計算一第一中心點座標和一第一截距線段長度，並依據該第三邊界點的座標與該第四邊界點的座標來計算一第二中心點座標和一第二截距線段長度。依據該第一中心點座標和該第二中心點座標來估計一第二弦波軌跡的一第二中心路徑，並依據該第一截距長度、該第二截距長度、以及該第二中點座標和該第一中心路徑的垂直距離來估計該第二弦波軌跡的一第二振福，以掃描該樣本的一第二區域，並修正該第一中心路徑至該第二中心路徑。該第一區域參數包含該複數邊界點的座標、該第一中心點座標、該第二中心點座標、該第二中心點座標與該第一中心路徑的垂直距離、該第一截距線段長度、該第二截距線段長度、以及該第一振幅。該第一振幅為涵蓋該樣本的所有區域中最大區域的最小振幅。該第一中心路徑為自該第一弦波軌跡的起始點至 該第一弦波軌跡的結束點的一第一直線路徑，該第二中心路徑為自該第二弦波軌跡的起始點至該第二弦波軌跡的結束點的一第二直線路徑。該第一中心路徑為自該第一弦波軌跡的起始點至該第一弦波軌跡的結束點的一第一直線路徑，該第二中心路徑為自該第二弦波軌跡的起始點至該第二弦波軌跡的結束點的一第二直線路徑。

9.一種掃描一樣本的裝置，其中該樣本包含N個區域，該裝置包含一探測器、一控制器、以及一處理單元。該控制器控制該探測器以N個弦波軌跡分別掃描該N個區域，並獲得分別對應該N個區域中一第一區域以後之N-1個區域參數。該處理單元電連接於該控制器，並分別根據該N-1個區域參數而決定N-1個弦波軌跡以分別掃描該樣本的含一第二區域以後之該N-1個區域。

10.如實施例9所述的裝置，其中該處理單元係決定該N-1個弦波軌跡的振幅及/或頻率，其中N為大於1的自然數。該N個弦波軌跡中的一第n弦波軌跡係由該N個區域中一第n-1區域參數所預測，其中n為在2至N之間且包含2與N的自然數。該處理單元決定該第n-1區域的複數邊界點，並依據該複數邊界點的座標來預測該N個弦波軌跡中的一第n弦波軌跡，以掃描該樣本的該N個區域中的一第n區域。該第一弦波軌跡具有一第一振幅以及一第一中心路徑，該第二弦波軌跡具有一第二振幅以及一第二中心路徑。該複數邊界點包含一第一邊界點、一第二邊界點、一第三邊界點、以及一第四邊界點，該第一弦波軌跡與該第一邊界點和該第二邊界點相交而形成一第一截距線段，該第二弦波軌跡與該第三邊界點和該第四邊界點相交而形成一第二截距線段。該第一邊界點的座標與該第二邊界點的座標用 以計算一第一中心點座標，該第三邊界點的座標與該第四邊界點的座標用以計算一第二中心點座標。該第一中心點座標和該第二中心點座標用以估計該第二弦波軌跡之該第二中心路徑，該第一截距線段的長度、該第二截距線段的長度、以及該第二中心點座標和該第一中心路徑的垂直距離用以估計該第二弦波軌跡的該第二振幅，以修正該第一中心路徑至該第二中心路徑。該第一振幅為涵蓋該樣本的所有區域中最大區域的最小振幅。該第一中心路徑為自該第一弦波軌跡的起始點至該第一弦波軌跡的結束點的一第一直線路徑，該第二中心路徑為自該第二弦波軌跡的起始點至該第二弦波軌跡的結束點的一第二直線路徑。該第n弦波軌跡的結束點之x座標等於一第n-1之x座標加上一第n-1截距變化量和一第一估計參數的乘積，其中該第n-1截距長度變化量等於第n-1弦波軌跡中的一第(n-1)₂截距長度與一第(n-1)₁截距長度的變化量。該第n弦波軌跡的一第n振幅等於(1/2)×{第n-1弦波軌跡的第二截距線段長度+ρ2×該第n-1截距線段長度變化量+一偏移值的絕對值}+δn，ρ2與δn分別為一第二估計參數和一第三估計參數。

PB1‧‧‧第一邊界點

PB2‧‧‧第二邊界點

PB3‧‧‧第三邊界點

PB4‧‧‧第四邊界點

P1Y1‧‧‧第一掃描起始點

PBC1‧‧‧第一中心點

Sin1‧‧‧第一弦波軌跡

PBC2‧‧‧第二中心點

Sin2‧‧‧第二弦波軌跡

Pth1‧‧‧第一中心路徑

Pth3‧‧‧第三中心路徑

Pth2‧‧‧第二中心路徑

Reg1‧‧‧第一區域

Reg2‧‧‧第二區域

PT1‧‧‧第一弦波軌跡的結束點

PT2‧‧‧第二弦波軌跡的結束點

OFS1‧‧‧偏移值

36,37‧‧‧掃描軌跡

Amp1‧‧‧第一振幅

Amp2‧‧‧第二振幅

31‧‧‧第一掃描軌跡

33‧‧‧第二掃描軌跡

34‧‧‧第三掃描軌跡

35‧‧‧第四掃描軌跡

Claims (10)

1. 一種用於一光學輔助原子力顯微鏡系統的掃描方法，該光學輔助原子力顯微鏡包含一掃描平台以及一探測器，該方法包含下列步驟：於該掃描平台上提供一第一樣本與一第二樣本；決定該第一樣本的一第一掃描區域以及該第二樣本的一第二掃描區域，該第一掃描區域具有一第一掃描起始點以及一第一掃描結束點，該第二掃描區域具有一第二掃描起始點以及一第二掃描結束點；將該探測器移動至該第一掃描起始點、或移動該掃描平台而使該第一掃描起始點到達該探測器的垂直投影位置，以對該第一樣本進行掃描，其中該第一掃描起始點至該探測器的距離小於或等於該第二掃描起始點至該探測器的距離，該探測器與該第一掃描起始點相距一第一距離，該第一距離為該探測器與該第一掃描區域之間的最短距離；以及在掃描完該第一樣本後，將該探測器自該第一掃描結束點移動至該第二掃描起始點、或移動該掃描平台而使該第二掃描起始點到達該探測器的垂直投影位置，以對該第二樣本進行掃描，其中該第一掃描結束點與該第二掃描起始點相距一第二距離，該第二距離為該第一掃描結束點與該第二掃描區域之間的最短距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，更包含下列步驟：決定該第一樣本在該掃描平台上的一第一中心位置以及決定該第二樣本在該掃描平台上的一第二中心位置，該第一中心位置具有一第一x座標和一第一y座標，該第二中心位置具有一第二x座標和一第二y座標；將該第一掃描區域設定為一第一矩形掃描區域，其中該第一矩形掃 描區域為涵蓋該第一樣本的最小區域，並具有平行於x軸的一第一邊緣和一第二邊緣、以及平行於y軸的一第三邊緣和一第四邊緣，該第一邊緣或該第二邊緣的長度為該第一矩形掃描區域的一第一矩形長度，該第三邊緣或該第四邊緣的長度為該第一矩形掃描區域的一第一矩形寬度，該第一邊緣、該第二邊緣、該第三邊緣、以及該第四邊緣分別具有一第一中點、一第二中點、一第三中點、以及一第四中點，該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的x座標分別為該第一x座標減去該第一矩形寬度的一半、該第一x座標加上該第一矩形寬度的一半、該第一x座標、以及該第一x座標，該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的y座標分別為該第一y座標、該第一y座標、該第一y座標減去該第一矩形長度的一半、以及該第一y座標加上該第一矩形長度的一半，該第一掃描起始點為該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的其中之一，當該第一掃描起始點為該第一中點時，該第一掃描結束點預定為該第二中點，當該第一掃描起始點為該第二中點時，該第一掃描結束點預定為該第一中點，當該第一掃描起始點為該第三中點時，該第一掃描結束點預定為該第四中點，且當該第一掃描起始點為該第四中點時，該第一掃描結束點預定為該第三中點；以及將該第二掃描區域設定為一第二矩形掃描區域，其中該第二矩形掃描區域為涵蓋該第二樣本的最小區域，並具有平行於x軸的一第五邊緣和一第六邊緣、以及平行於y軸的一第七邊緣和一第八邊緣，該第五邊緣或該第六邊緣的長度為該第二矩形掃描區域的一第二矩形長度，該第七邊緣或該第八邊緣的長度為該第二矩形掃描區域的一第二矩形寬度，該第五邊緣、 該第六邊緣、該第七邊緣、以及該第八邊緣分別具有一第五中點、一第六中點、一第七中點、以及一第八中點，該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的x座標分別為該第二x座標減去該第二矩形寬度的一半、該第二x座標加上該第二矩形寬度的一半、該第二x座標、以及該第二x座標，該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的y座標分別為該第二y座標、該第二y座標、該第二y座標減去該第二矩形長度的一半、以及該第二y座標加上該第二矩形長度的一半，該第二掃描起始點為該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的其中之一，當該第二掃描起始點為該第五中點時，該第二掃描結束點預定為該第六中點，當該第二掃描起始點為該第六中點時，該第二掃描結束點預定為該第五中點，當該第二掃描起始點為該第七中點時，該第二掃描結束點預定為該第八中點，且當該第二起始點為該第八中點時，該第二結束點預定為該第七中點。
3. 一種掃描裝置，包含：一掃描平台，承載一第一樣本以及一第二樣本；一光學輔助顯微鏡，蒐集一探測點、該第一樣本的一第一區域、以及該第二樣本的一第二區域的資訊，其中該第一區域具有一第一掃描起始點和一第一掃描結束點，該第二區域具有一第二掃描起始點和一第二掃描結束點；以及一探測器，自該探測點移動至該第一掃描起始點或移動該掃描平台而使該第一掃描起始點到達該探測點以對該第一樣本進行掃描，其中該探測點至該第一掃描起始點的一第一距離為該探測點至該第一區域之間的最 短距離，在掃描完該第一樣本後，該探測器自該第一掃描結束點移動至該第二掃描起始點或移動該掃描平台而使該第二掃描起始點到達該探測點以對該第二樣本進行掃描，其中該第一掃描結束點至該第二掃描起始點的一第二距離為該第一掃描結束點至該第二區域之間的最短距離。
4. 如申請專利範圍第3項所述的掃描裝置，其中：該掃描裝置用以規劃該第一掃描結束點至該第二掃描起始點之間的路徑；該光學輔助顯微鏡蒐集該第一樣本在該掃描平台上的一第一中心位置以及決定該第二樣本在該掃描平台上的一第二中心位置，該第一中心位置具有一第一x座標和一第一y座標，該第二中心位置具有一第二x座標和一第二y座標；該掃描裝置更包含一處理單元，該處理單元將該第一掃描區域設定為一第一矩形掃描區域，其中該第一矩形掃描區域為涵蓋該第一樣本的最小區域，並具有平行於y軸的一第一邊緣和一第二邊緣、以及平行於x軸的一第三邊緣和一第四邊緣，該第一邊緣或該第二邊緣的長度為該第一矩形掃描區域的一第一矩形長度，該第三邊緣或該第四邊緣的長度為該第一矩形掃描區域的一第一矩形寬度，該第一邊緣、該第二邊緣、該第三邊緣、以及該第四邊緣分別具有一第一中點、一第二中點、一第三中點、以及一第四中點，該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的x座標分別為該第一x座標減去該第一矩形寬度的一半、該第一x座標加上該第一矩形寬度的一半、該第一x座標、以及該第一x座標，該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的y座標分別為該第一y座標、該 第一y座標、該第一y座標減去該第一矩形長度的一半、以及該第一y座標加上該第一矩形長度的一半，該第一掃描起始點為該第一中點、該第二中點、該第三中點、以及該第四中點的其中之一，當該第一掃描起始點為該第一中點時，該第一掃描結束點預定為該第二中點，當該第一掃描起始點為該第二中點時，該第一掃描結束點預定為該第一中點，當該第一掃描起始點為該第三中點時，該第一掃描結束點預定為該第四中點，且當該第一掃描起始點為該第四中點時，該第一掃描結束點預定為該第三中點；以及該處理單元將該第二掃描區域設定為一第二矩形掃描區域，其中該第二矩形掃描區域為涵蓋該第二樣本的最小區域，並具有平行於y軸的一第五邊緣和一第六邊緣、以及平行於x軸的一第七邊緣和一第八邊緣，該第五邊緣或該第六邊緣的長度為該第二矩形掃描區域的一第二矩形長度，該第七邊緣或該第八邊緣的長度為該第二矩形掃描區域的一第二矩形寬度，該第五邊緣、該第六邊緣、該第七邊緣、以及該第八邊緣分別具有一第五中點、一第六中點、一第七中點、以及一第八中點，該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的x座標分別為該第二x座標減去該第二矩形寬度的一半、該第二x座標加上該第二矩形寬度的一半、該第二x座標、以及該第二x座標，該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的y座標分別為該第二y座標、該第二y座標、該第二y座標減去該第二矩形長度的一半、以及該第二y座標加上該第二矩形長度的一半，該第二掃描起始點為該第五中點、該第六中點、該第七中點、以及該第八中點的其中之一，當該第二掃描起始點為該第五中點時，該第二掃描結束點預定為該第六中點，當該第二掃描起始點為該第六中點時，該第二掃描結束點預定 為該第五中點，當該第二掃描起始點為該第七中點時，該第二掃描結束點預定為該第八中點，當該第二起始點為該第八中點時，該第二結束點預定為該第七中點。
5. 一種決定邊界點之掃描方法，該方法包含下列步驟：決定一第一掃描軌跡，該第一掃描軌跡包含一第一取樣點以及一第二取樣點；擷取該第一取樣點的一第一x軸座標與一第一z軸座標、以及該第二取樣點的一第二x軸座標與一第二z軸座標；將該第二z軸座標減去該第一z軸座標而得到一第一z軸變化量、將該第二x軸座標減去該第一x軸座標而得到一第一x軸變化量、並將該第一z軸變化量除以該第一x軸變化量而得到一第一斜率；以及當該第一斜率的絕對值大於或等於一門檻值時，判定包含該第一取樣點與該第二取樣點之間存在該第一掃描軌跡上的一第一邊界點。
6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，更包含下列步驟：擷取一第三取樣點的一第三x軸座標與一第三z軸座標，以及一第四取樣點的一第四x軸座標與一第四z軸座標，其中該第一掃描軌跡包含該第三取樣點與該第四取樣點；將該第四z軸座標減去該第三z軸座標而得到一第二z軸變化量、將該第四x軸座標減去該第三x軸座標而得到一第二x軸變化量、並將該第二z軸變化量除以該第二x軸變化量而得到一第二斜率；當該第二斜率的絕對值大於或等於該門檻值時，判定包含該第四取樣點與該第三取樣點之間為該第一掃描軌跡上的一第二邊界點，其中該第 一邊界點與該第二邊界點為一樣本在該第一掃描軌跡的邊界點；依據該第一邊界點的該第一x軸座標與該第二邊界點的該第四x軸座標來計算一第一中點座標；決定一第二掃描軌跡，以偵測得到一第三邊界點和一第四邊界點的座標；依據該第三邊界點的座標與該第四邊界點的座標來計算一第二中點座標；以及依據該第一中點座標和該第二中點座標來預測一第三掃描軌跡。
7. 一種掃描一樣本的方法，該方法包含下列步驟：以一第一弦波軌跡掃描該樣本之一第一區域；自該第一弦波軌跡掃描該第一區域之一實際路徑與該樣本之關係，而獲得一第一區域參數；以該第一區域參數預測掃描該樣本之一第二區域之一第二弦波軌跡；以及以該第二弦波軌跡掃描該第二區域。
8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中：該第一弦波軌跡具有一第一振幅以及一第一中心路徑；該實際路徑與該樣本之關係包含該實際路徑與該樣本交集所形成的複數邊界點之關係；該方法更包含：依序偵測該第一區域的一第一邊界點、一第二邊界點、一第三邊界點、以及一第四邊界點； 依據該第一邊界點的座標與該第二邊界點的座標來計算一第一中心點座標和一第一截距線段長度，並依據該第三邊界點的座標與該第四邊界點的座標來計算一第二中心點座標和一第二截距線段長度；以及依據該第一中心點座標和該第二中心點座標來估計一第二弦波軌跡的一第二中心路徑，並依據該第一截距長度、該第二截距長度、以及該第二中點座標和該第一中心路徑的垂直距離來估計該第二弦波軌跡的一第二振福，以掃描該樣本的一第二區域，並修正該第一中心路徑至該第二中心路徑；該第一區域參數包含該複數邊界點的座標、該第一中心點座標、該第二中心點座標、該第二中心點座標與該第一中心路徑的垂直距離、該第一截距線段長度、該第二截距線段長度、以及該第一振幅；該第一振幅為涵蓋該樣本的所有區域中最大區域的最小振幅；該第一中心路徑為自該第一弦波軌跡的起始點至該第一弦波軌跡的結束點的一第一直線路徑，該第二中心路徑為自該第二弦波軌跡的起始點至該第二弦波軌跡的結束點的一第二直線路徑；該第一中心路徑為自該第一弦波軌跡的起始點至該第一弦波軌跡的結束點的一第一直線路徑，該第二中心路徑為自該第二弦波軌跡的起始點至該第二弦波軌跡的結束點的一第二直線路徑。
9. 一種掃描一樣本的裝置，其中該樣本包含N個區域，該裝置包含：一探測器；一控制器，控制該探測器以N個弦波軌跡分別掃描該N個區域，並獲得分別對應該N個區域中一第一區域以後之N-1個區域參數；以及 一處理單元，電連接於該控制器，並分別根據該N-1個區域參數而決定N-1個弦波軌跡以分別掃描該樣本的含一第二區域以後之該N-1個區域。
10. 如申請專利範圍第9項所述的裝置，其中：該處理單元係決定該N-1個弦波軌跡的振幅及/或頻率，其中N為大於1的自然數；該N個弦波軌跡中的一第n弦波軌跡係由該N個區域中一第n-1區域參數所預測，其中n為在2至N之間且包含2與N的自然數；該處理單元決定該第n-1區域的複數邊界點，並依據該複數邊界點的座標來預測該N個弦波軌跡中的一第n弦波軌跡，以掃描該樣本的該N個區域中的一第n區域；該第一弦波軌跡具有一第一振幅以及一第一中心路徑，該第二弦波軌跡具有一第二振幅以及一第二中心路徑；該複數邊界點包含一第一邊界點、一第二邊界點、一第三邊界點、以及一第四邊界點，該第一弦波軌跡與該第一邊界點和該第二邊界點相交而形成一第一截距線段，該第二弦波軌跡與該第三邊界點和該第四邊界點相交而形成一第二截距線段；該第一邊界點的座標與該第二邊界點的座標用以計算一第一中心點座標，該第三邊界點的座標與該第四邊界點的座標用以計算一第二中心點座標；該第一中心點座標和該第二中心點座標用以估計該第二弦波軌跡之該第二中心路徑，該第一截距線段的長度、該第二截距線段的長度、以及 該第二中心點座標和該第一中心路徑的垂直距離用以估計該第二弦波軌跡的該第二振幅，以修正該第一中心路徑至該第二中心路徑；該第一振幅為涵蓋該樣本的所有區域中最大區域的最小振幅；該第一中心路徑為自該第一弦波軌跡的起始點至該第一弦波軌跡的結束點的一第一直線路徑，該第二中心路徑為自該第二弦波軌跡的起始點至該第二弦波軌跡的結束點的一第二直線路徑；該第n弦波軌跡的結束點之x座標等於一第n-1之x座標加上一第n-1截距變化量和一第一估計參數的乘積，其中該第n-1截距長度變化量等於第n-1弦波軌跡中的一第(n-1)₂截距長度與一第(n-1)₁截距長度的變化量；以及該第n弦波軌跡的一第n振幅等於(1/2)×{第n-1弦波軌跡的第二截距線段長度+ρ2×該第n-1截距線段長度變化量+一偏移值的絕對值}+δn，ρ2與δn分別為一第二估計參數和一第三估計參數。