微納米計量技術是微納米科技發展的基礎和保障，大力發展微納米計量工作，建立簡潔高效的計量體系對我國科技、經濟發展意義重大。

文/李源（上海市計量測試技術研究院教授級高級工程師，主要從事微納米計量測試領域的研究工作。）

當今，微納米科技已成為許多國家提升核心競爭力的戰略選擇，世界各國都在加強對微納米科技的研究，新技術、新突破接踵而至，并帶來深刻的科技革命。目前，微納米科技已逐步應用到納米制造、微電子、新材料、環境監測、超精密加工等前沿科技領域。

如果說微納米測量與表征技術是微納米科技與高科技產業發展的基礎和保障，那么微納米計量技術就是保證納米測量與表征準確性和可溯源性的重要手段，通過建立完整的微納米尺寸計量量值溯源體系，為高科技產業、先進制造業和科技進步提供技術保障。微納米計量技術從米定義波長基準開始，將波長物理參數通過標準裝置、標準樣板傳遞到高科技產業、先進制造業等相關儀器和裝置上，保障研究成果和開發產品的準確性和可靠性。微納米尺寸計量量值溯源體系的建立包括3個要素：微納米計量標準器（標準樣板）的研制、微納米尺寸計量方法的研究和微納米幾何量表征。

建立我國溯源標準至關重要且迫在眉睫

在微納米科技水平不斷提高的大背景下，大量的納米加工制備儀器和測量儀器快速發展。以半導體制造領域為例，離子刻蝕機、電子刻蝕機等加工儀器和電子顯微鏡、原子力顯微鏡（AFM）、臺階儀、線寬儀等測量儀器的需求增長迅速，這些納米加工和檢測儀器大多依賴進口，單臺儀器的價值數以百萬元計。由于缺乏對這些儀器進行驗收的有效手段和方法，其主要技術指標受制于相關儀器的出口廠家，貿易公平受到技術壁壘的挑戰。此外，為了保證測量儀器數值的準確可靠，不少使用者不得不從國外進口納米尺度標準樣品并定期送至國外機構計量，費用高、耗時長，而且未從根本上解決量值溯源問題。因此，無論就經濟利益還是就國家戰略發展的政治意義而言，建立我國溯源標準至關重要且迫在眉睫。

通過建立我國的納米測量溯源標準，并使之作為溝通國際貿易和國際技術合作的紐帶，可以消除相關貿易體系的技術壁壘，推動我國納米相關產業的有序發展。以上海為中心的長三角地區，是我國經濟和貿易最為發達的地區，也是以半導體、精密加工技術為代表的先進制造業的中心，在上海建立全國領先的納米測量溯源標準，對推動上海的半導體等先進制造業的發展有非常重要的作用。

微納米測量儀器

微納米計量的被測對象包括被測結構的三維尺寸、位置和形貌特征等。目前，廣泛采用的檢測方法和儀器主要包括顯微干涉、共聚焦顯微、光學式輪廓儀、光學顯微視覺檢測等光學方法，原子力顯微鏡、掃描探針等掃描探針顯微方法，機械式輪廓儀，以及高精度坐標測量方法等幾種。除此之外，還有幾種針對微結構幾何量測量的光學方法，如三角測量法、激光光切法、光柵投影法等。

對于所有基于光學原理的幾何量測量方法，由于存在衍射受限，系統的橫向分辨率由物鏡的數值孔徑決定，一般在微米量級，這也就決定了它們不能分辨微米量級以下更細微的形貌特征。雖然有些光學測量方法能達到很高的縱向分辨率，但受橫向分辨的限制，其評定出的表面參數常常與其他類型儀器的測量結果有一定的差別。此外，光探針方法在測量含有較大傾斜角的輪廓表面時會出現部分光不能反射回物鏡的情況，造成測量誤差。在測量臺階邊緣時，光探針法會夸大測量結果，造成信號嚴重失真。對于干涉顯微法，在表面形貌上陡峭的斜坡產生的干涉條紋很細很密，以至于用面陣電荷耦合器件（CCD）難以探測和分辨，另外，基于光學干涉方法的儀器一般要求被測表面的材料必須相同。除此之外，在測量對象上，光學方法也受到了很多限制，即對曲面、溝槽等特殊結構無法進行測量。掃描探針顯微鏡（SPM）最初作為圖像觀察儀器而發明，雖然它具有亞納米級分辨率，但是不能達到同等量級的測量精度。SPM的缺點也比較突出，主要體現在測量速度慢、效率低、測量范圍小。通過結合附加定位測量平臺的方法，進一步擴展SPM的應用領域，也是當前微納米計量領域的熱點研究工作。