纳米级线宽的精确测量一直是纳米计量领域的重点和难点。集成电路的迅猛发展需要为线宽测量提供更高的精度。在众多显微镜当中,原子力显微镜被广泛地用于纳米范围的线宽测量,然而其探头尺寸和测量原理导致了线宽测量存在误差。本文针对可以消除探针尺寸所带来误差的双探针原子力显微镜进行深入研究。双探针原子力显微镜的关键是两个探针在三个维度上的对准,为后面两个探针扫描得到的线宽轮廓拼接提供基点。本文设计了应用于双探针对准的位移台,具体研究内容如下:1、根据原子力显微镜的使用需求确定位移台的设计指标。探针的对准要求位移台的精度达到纳米级,为了满足对针需求采用柔性铰链作为运动执行机构,以压电陶瓷来驱动平台,通过电容传感器实现位移测量。探针的对准要求位移台在x、y与z方向上具有大行程,选取杠杆式位移放大机构确保位移台的行程。为保证系统可以稳定运行设计配套的针尖夹持机构和预紧机构。2、建立位移台的理论模型,并计算得到平台的工作刚度、耦合刚度、集中应力、固有频率的数学公式。根据位移性能分析结果,明确位移台结构参数对性能的影响,根据对针需求确定位移台的结构参数,通过有限元仿真验证设计的可靠性。3、针对压电陶瓷存在的迟滞和蠕变特性进行分析,设计并搭建实验系统装置,对压电陶瓷的迟滞和蠕变特性进行检测。为减小压电陶瓷的非线性误差,对其进行闭环控制。4、搭建位移台的实验系统,通过实验验证位移台在x、y和z方向上的线性度、重复性、迟滞误差、累积耦合误差和最小分辨率。x方向上的最大行程为110μn,最大线性度误差为0.00451%,最大累积耦合误差为97nm,最小分辨率小于10nm。y方向上的最大行程为110μm,最大线性度误差为0.005%,最大累积耦合误差为136nm,最小分辨率小于10nm。左侧z方向上的最大行程为55μm,最大线性度误差为0.0117%,最大累积耦合误差为87nm,最小分辨率小于10nm。右侧z方向上的最大行程为50μn,最大线性度误差为0.0138%,最大累积耦合误差为112nm,最小分辨率小于10nm。该位移台的最终性能符合双探针原子力显微镜对针的设计规格和要求。