本文针对目前AFM测量线宽中所存在的一些问题,进行了基于AFM的纳米尺度线宽测量技术的研究.研究了AFM的工作原理、成像过程、仪器结构和工作模式,并给出AFM测量线宽样本图像的几何解释.对AFM探针的膨胀作用、压电晶体的非线性以及测量环境和仪器参数的设置等影响测量线宽精度较大的因素也进行了详细分析.为了获得样本的真实几何尺寸信息,剔除测量方法和仪器本身对测量结果的影响,本文建立了一个用于AFM测量技术的线宽测量模型和相应算法.该算法将被测样本的截面轮廓用20个关键点分成5个部份共19段,用最小二乘直线来拟合实际曲线,这样截面轮廓可以用一组直线和6个点,或一个20×2矩阵加一个6×2辅助矩阵来表示.根据AFM的扫描过程和特点,针对影响较大的误差来源和噪声提出了处理方法.由于扫描校准粒子重建探针方法误差较大,提出一种平均法,对同一标称直径的多个校准粒子进行扫描并平均重建的探针图像,以此来减小由于校准粒子直径不准确所引入的误差.对AFM在扫描过程中所引入的高频噪声、脉冲噪声和高斯噪声,以及样本的位置误差也分别进行了探讨.研究了不同的滤波方法对线宽测量的影响,以及样本位置误差的计算和修正方法.依据测量不确定度估计的相关理论,完成了使用AFM测量纳米尺度线宽的不确定度分析.分别计算了各误差来源的标准不确定度分量,并在分析它们对线宽测量影响的基础上计算各分量的灵敏度系数,最后合成得到线宽测量结果的合成标准不确定度和扩展不确定度.对各不确定度分量的性质、来源、影响程度和解决方法分别进行了探讨.为解决碳纳米管探针测量线宽样本时只有单侧边墙能得到较真实图像的缺点,提出一种双图像拼接方法.测量得到一幅图像后,把样本绕z轴旋转180°然后再次进行测量,得到一幅另一侧边墙较真实的图像,选取各自好的一侧边墙图像数据拼接成一幅更接近真实样本的图像.采用图像配准技术来消除两幅图像之间的位置差别.对于配准后的两幅图像像素点并不重合的问题,通过双线性拟合法得到变换后图像在整数像素点位置的数值,然后拼接两幅图像并计算出刻线样本的宽度、高度和边墙角等特征尺寸.计算结果表明,刻线宽度和边墙角都得到了较好地改善.