随着精密仪器研究技术的持续进步以及相关制造产业的不断发展,各种微米甚至纳米级别的器件广泛应用于微电子、超精密材料、装备制造、生物技术等领域。随着越来越多的微纳器件被加工和制造,传统的接触式测量手段有时无法满足其形貌测量的要求,因此,光学等非接触式测量的方法日益受到各个领域的重视。其中,白光显微干涉技术就是其中重要测量手段之一。白光显微干涉技术可以快速地测量出微米级甚至纳米级的器件表面的三维形貌,并且随着相关算法的不断改进,已经能够满足日常测量要求。但是,白光显微干涉技术仍然存在一些需要解决的问题。“蝙蝠翼”和“鬼步”就是其中需要重点解决的问题。为了能解决上述问题并提高白光显微干涉测量的精确性,本文主要进行了如下研究工作:论文从低相干光干涉衍射原理出发,研究了基于白光显微干涉技术实现微纳结构表面三维形貌测量的物理机制,根据相应的衍射理论,文章对“蝙蝠翼”现象的产生原因进行了理论分析和数值仿真,并成功实现了对该现象的模拟。文章搭建了白光显微干涉测量系统并研发了相应的软件。基于该系统,论文提出了基于改进的具有自适应噪声的完整集合经验模式分解（improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,imp CEEMDAN）的间隙匹配算法。通过对微纳结构物体的表面三维形貌进行实际的测量,证明了本文所提出的算法能有效减小台阶边缘处的高度误差以及克服了“鬼步”现象。本文还对标准高度的台阶样品进行了测量。测量结果表明,与常用的傅里叶变换算法和移相算法对比,本文所提出的算法能有效提高测量精度,测量误差在允许偏差之内,符合测量的要求。