随着半导体技术不断向着更为细小的技术节点迈进,与其相关的薄膜沉积、光刻、刻蚀、掺杂技术等工艺被要求快速发展,其中更短的曝光光源波长及更大的透镜开口率在实现微细加工中得到应用,致使曝光焦点深度变浅,因而曝光时,光刻胶表面纳米程度的起伏都可能会影响曝光精度,所以就提出了对光刻胶薄膜的平坦度进行测量的要求。基于光刻胶薄膜表面形貌测量的必要性,本文提出“光学测量和机械多探针相结合”的测量方法,建立广域光-机械多探针表面形貌测量平台,探索该测量模型在扫描测量中的误差分离理论,应用方程组的最小二乘解实现表面形貌重构,以实现光刻胶表面高精度、高速地测量,同时设计并应用MEMS技术制作了二维分布的Si基-Si3N4弹性膜独立多探针。以下是本文的主要研究内容：第一,依据光刻技术的发展及光刻胶的涂布特点,提出测量光刻胶薄膜表面形貌；概述现有表面测量方法,并比较它们的优缺点,为提出新的测量方法打下基础；对扫描探针、多探针的发展及应用进行了介绍。这些内容为本文测量方法的提出及多探针的设计制备奠定了基础知识。第二,受接触式AFM工作原理的启发,结合光学测量的特点,提出广域光-机械多探针的测量方法；阐述该测量方法的特点,讨论其工作原理及扫描方式,理论探究该方法的可行性；设计广域光-机械多探针测量系统,并将悬臂梁式球状多探针搭建到白光干涉仪上,通过标准槽的高度测量实验和半透明树脂薄膜材料的测量实验验证该方法的可行性。第三,针对提出的广域光-机械多探针测量方法,研究系统的误差分离方法。阐述一种既可以除去扫描中的平移误差,又可以考虑多探针零点误差的方法——线性方程组法最小二乘解,其中需要应用角度仪来除去扫描中的回转误差。建立了适合于光-机械多探针测量方法的自校正理论计算模型,讨论本文中适用的误差分离理论所需要的实验基础构造,针对系统误差、偶然误差进行处理,进行了测量不确定度评价。第四,设计并制备了9×9二维阵列分布的多探针——Si基-Si3N4弹性膜独立多探针。利用有限元软件分析探针高弹性薄膜结构的厚度和面积尺寸对探针测量范围的影响规律,得到优化的几何参数后,基于仿真结果运用MEMS技术中的硅基工艺、薄膜工艺、光刻工艺完成了多探针的硅杯腐蚀、Si3N4高弹性薄膜沉积及SU-8胶质探针制作,制备了独立多探针并完成了探针相关参数的测量。本文研究内容为广域测量薄膜类表面形貌提供了新的测量思路,研究了针对该测量方法的误差分离理论,对二维多探针的设计和制备进行了探索,有一定的参考和借鉴价值。