微电子掩模板的线条宽度、台阶高度、膜厚等几何参数的测量和标定是当前精密计量领域的热点之一。本课题根据国际和国内微电子工业的发展趋势，与中国计量科学研究院联合建立了一台掩模板标准测量装置，其主要技术指标达到：轴向测量分辨率优于1nm，量程3～6μm；测量范围(x×y)为150×150mm，全量程内点对点的定位精度50nm。 提出了一种外差干涉与共焦显微技术融合用于掩膜板台阶高度测量的方法，建立了双频干涉共焦显微系统DICM。相对于传统共焦显微镜，DICM实现了更高的轴向分辨率(亚纳米)；与一般的干涉显微镜比，DICM则突破了测量阶跃干涉信号时不能超过半波长的限制，达到较大量程(5微米以上)。DICM采用横向塞曼He-Ne双频激光器作光源，频差为81.2kHz，频差稳定性达±0.3kHz。运用光学传递函数分析了共焦系统的轴向响应，通过外差干涉理论阐明了当相位测量的分辨率为0.1°时DICM可以达到0.1nm的轴向测量分辨率。 利用锁相放大器测量双频交流信号的幅值得到共焦系统的光强，与传统共焦方法测量直流光强相比有利于克服外界噪声的影响。实验比较了3组物镜数值孔径NA、放大倍数β条件下的共焦显微系统轴向响应曲线，证实了纯共焦方法在轴向分辨率提高方面的局限性；同时表明当光强探测器前的针孔尺寸为20μm时，选用β为10、20、50的显微物镜时其轴向光强线性变化范围分别达到8μm、3μm和0.8μm，且光强变化足以区分干涉条纹的级次。将该系统应用于微电子掩模板台阶高度标准的测量，实验表明DICM的测量值与国际比对结果相符合，系统具有良好的复现性，极限偏差小于5nm。 设计了采用伺服电机驱动气浮大行程三维工作台和压电陶瓷微动台结合的掩模板标准测量仪器的系统方案；并对工作台的定位方法作了一种可行性研究：提出光学八倍频光栅定位干涉仪DGI，采用±1级输出主极大的达曼光栅作为分光和传感元件，该定位系统具有等光程、共光路的优点，具有良好的抗外界环境干扰的能力，当光栅栅距20μm时采用测相法可得到0.7纳米的定位分辨率。通过差动双频外差纳米干涉仪(分辨率亚纳米，非线性误差2nm)对DGI进行了实验比对，结果表明在现有条件下DGI的测量误差为25nm。 在上述实验的基础上，利用矢量分析法讨论了DICM和DGI的非线性误差来源及其对测量结果的影响，由此对系统设计、调节提出改进措施。