介绍了我们研制的一种高精度、具有计量学意义的原子力显微镜测头.该显微测头与其它部件协同工作在50 mm×50 mm×2 mm的测量范围内实现纳米级精度的测量.测头采用光束偏转法检测探针悬臂的微小偏移,由单模保偏光纤引入半导体激光作为光源.该测头安装有3个立体反射镜作为激光干涉仪的参考镜.样品与原子力显微镜测头的相对位置可以由激光干涉仪直接读数,可溯源到米国际定义及国家基准上.激光干涉仪的布置无阿贝误差.测头采用立体光路设计,结构紧凑.测头厚度小于20 mm,质量约200g,却实现了100mm的反射光程.使用该测头测得与量块表面的力-距离曲线,还测得标称高度300 nm SiO2台阶样板的图像,分辨率优于0.05 nm.

现代集成电路制造业、数据存储工业和微机电系统等行业的不断发展，对纳米尺度线宽的测量提出了越来越高的要求。目前的一些测量方法分别存在各自的缺点与不足，在缺少更高准确度计量标准的情况下，往往采用比对的方法使计量结果趋于一致。国际计量局在1998年把纳米尺度线宽计量确定为纳米尺度基本特征国际关键比对项目之一。文章对它的主要研究内容以及进展情况作了介绍。

几何量计量已经走进纳米空间,本文在讨论纳米计量的必要性、可能性和特殊性的基础上介绍并总结了几何量纳米计量的基本方法和仪器。

介绍了一种新型的纳米级精度位移测量激光干涉仪。提出了耦合差动干涉的地光程差倍增，提高了干涉仪的分辨率和稳定性，该干涉仪洁紧凑，光路布局对称性好，不存在死光程，容易装调，符合阿贝原则和结构变形最小原则，在１０ｍｍ测量范围内，获得了λ／１６００的分辨率和纳米级的测量精度。

研制了双成象单元扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）可同时对参考样品的原子晶格和被测样品扫描成象，计数原子晶格的数目，即可精确测定被测样品图象的尺度，以原子尺寸实现产格的纳米计算，本文介绍了成象单元的ＳＴＭ的原理和仪器系统，讨论原子尺纳米计量的可行性，给出了被测样品图象的米计量结果。

从计量与仪器科学技术的作用和重要性方面论述其基本特征和发展趋势。其中用顶天立地４个字来概括；顶天是它的发展与所有尖端和前沿科学技术密切相关；立地是指其应用遍及国民经济的各个部门以及人民生活的各个方面。对计量与仪器科学技术在纳米计量微形仪器表面与亚表面、制造科学和技术等领域的发展应用作了进一步的论述，提出了对策和建议。

介绍了一种新型的主级精度位移测量激光干涉仪的设计原理与应用，该干涉仪以独特的光学原理被命名为“耦合差动式激光干涉仪”，其结构简洁紧凑，性能稳定，光路布局对称性好，不存在死光程，光程差倍增，容易装调，符合阿贝原则和结构变形最小原则，在１０ｍｍ测量范围内，获得了λ／８００的分辨力和纳米级的测量精度。

计量型原子力显微镜纳米测量系统主要由扫描器、测针位置传感器和一体化微型激光干涉三维测量系统等部分构成．针对计量型原子力显微测量系统，采用三维激光干涉测量系统作为测量基准，以实现原子力测量系统的纳米尺度量值溯源和校准工作．建立了校准模型，分析了扫描器9项主要误差项，并将该模型应用到原子力显微镜扫描器的校准中．校准后的结果表明，除z轴位置误差不超过±2nm外，其他8项的残余误差均不超过±1nm．通过台阶高度国际比对，建立了台阶高度标准计算方法及不确定度分析模型．台阶高度国际比对的测量结果表明，计量型原子力显微镜的测量值与参考值相差均小于1．5nm．

提出了将时间相移显微干涉测量方法用于微结构和器件的几何特性检测上．该方法速度快、无损、非接触、易在晶片级进行，具有亚微米级的水平分辨力，垂直分辨力在纳米量级．测量系统采用Mirau显微干涉物镜，利用高性能压电陶瓷物镜纳米定位器实现垂直方向的相移，并通过健壮的5帧Hariharan算法获取表面的相位信息．通过测量美国国家标准研究院（NIST）认证的标准台阶对系统进行了精度标定，并通过测量微谐振器和压力传感器微薄膜的几何尺寸说明了该方法作为测量和过程表征工具的功能．

分析了现有线边缘粗糙度（Line Edge Roughness,LER）表征参数的不足,针对二维LER的表征参数信息量缺失,提出了基于子波中面的LER参数表征.子波理论给LER的综合评定提供了恰当的工具.利用子波在空间和频率域内都具有的定位特性,可以在任意细节上分析信号特征,且构造的子波基准线不存在拟合误差,可以分析LER来源,改进刻线边缘加工工艺.给出了基于子波分析的几个LER评定参数,并分析了这些参数如何应用于工艺和元件电气性能的表征.