大面积、高深-宽比微纳结构（HARMS）的超精密在线测量基础技术研究

从"亚接触式"测量机理出发，克服传统扫描探针测量设备在测量范围、速度以及深-宽比三个重要测量参数之间无法平衡的缺陷，提出如下研究策略：（1）开发一种全新的、有别于传统直角坐标系扫描模式（Raster Mode），而基于极坐标系的螺旋高速扫描模式（Spiral Mode），此模式不仅可以提高测量速度和测量范围，同时螺旋扫描模式正是金刚石超精密切削加工复杂三维微纳结构的标准装置，可以实施在线测量，以此新技术为创新思想和手段，开发大面积、高深-宽比三维微纳结构超精密在线测量设备；（2）研制可靠的长-径比大于50:1的纯钨材质扫描探针制作技术；（3）解决高速、高深-宽比微纳结构在线测量过程若干关键基础技术问题，对高速扫描过程中探针的动力学特性、端部磨损以及自寻位模型等进行研究，实现微纳结构三维形貌超的精密测量，进而形成大面积、高深-宽比三维微纳结构超精密加工质量控制关键技术。

本项目针对大面积、高深-宽比微纳结构（HARMS），基于“亚接触式”测量机理，从关键组件到超精密测量系统进行了深入研究，克服传统扫描探针测量设备在测量范围、速度以及深-宽比三个重要测量参数之间无法平衡的缺陷。首先采用电化学蚀刻工艺，在传统蚀刻工艺基础上进行了蚀刻过程分析与数学建模，优化电解研磨参数改进制作工艺，研发了批量生产大长径比99.999％纯钨扫描探针制作设备。进一步的研究了大长-径比探针和被测微纳表面之间的机械特性耦合以及稳态动力学特性，从而基于实验室自制的优质钨丝探针自主开发了跨尺度超精密测量系统，实现了微结构掩膜板的大范围超精密测量，并对深度达到20μm以上的高深-宽比结构进行了关键参数评估。最后建立基于螺旋扫描模式的高速、大面积扫描系统对于双正弦平面光栅结构实现了大范围扫描，并形成基于螺旋扫描模式的超精密测量装置自寻位模型。