现在在半导体集成电路制造业中,晶体管的线宽尺寸已达到65nm与32nm,并正在向22nm甚至16nm尺寸迈进。当线宽单位缩小到10nm量级时,测量将进入到“关键尺寸”的范围,相应的微纳几何尺寸测量值及测量不确定度对目前的测量技术提出了巨大的挑战。为此中国计量科学研究院正在研究一套计量型紫外光学微纳几何结构计量标准装置,用于对掩膜板线宽的测量及溯源。论文着重对其中的微纳线宽测量关键技术进行了研究,并根据研究的内容,分别构建了一套显微镜自动对焦系统和光电倍增管信号放大与处理系统,最终通过两者的协同作用成功的实现了线宽轮廓信号的提取和测量。论文的工作分为以下几个方面：1、研究了计量型紫外光学显微镜的整体架构以及基于光电倍增管光电转换效应的微纳线宽测量原理和相应的分光光路结构设计,引出了线宽测量所涉及的两个重要的电气控制系统一自动对焦系统和光电倍增管信号放大处理系统。2、介绍线宽测量过程中自动对焦系统的设计。硬件方面主要包括硬件结构的设计和相应部件选取；软件方面则着重介绍了对焦评价函数的选取、对焦窗口及搜索策略的选取,通过对比不同的对焦评价函数的评价效果,最终选取基于小波分解的对焦评价函数。在软件实现方面,利用VC与MATLAB的混合编程的方法,简单有效的实现图像的小波分解,进而实现图像的清晰度评价。3、介绍了光电倍增管信号放大处理系统的设计。通过对光电倍增管所接收光强的分析,最终选取滨松H11461-09光电倍增管模块作为系统的光电转换器件。由于所选用的光电倍增管的输出信号为微弱的电流信号,所以为满足后续电路的采样需求,设计了一款基于电流负反馈的微弱信号放大器,最终实现将线宽的光强信号转换为模拟电压信号。4、通过结合前面所研究的自动对焦系统和光电倍增管信号放大处理系统,构建了一套微纳线宽测量系统。利用该系统对标准栅格样板进行扫描测量,最终验证了本文所设计的线宽测量方法的可行性和精确性。