纳米位移定位技术是现代精密工程的基础，以集成电路领域为例，针对大行程晶圆台的超精密定位技术是光刻机中的关键核心技术之一。在套刻误差分配中，光刻机晶圆台的纳米定位误差通常占总套刻十分之一，要求定位精度达到亚纳米级别，这对纳米位移定位校准技术的准确度和可靠性提出了严格要求。传统校准技术受限于单一溯源链路，难以兼顾高精度、大行程与高环境适应性，限制了其在超精密定位领域的应用。

针对这一难题，中国计量科学研究院施玉书研究员团队，联合国家集成电路微纳检测设备产业计量测试中心（上海）程鑫彬教授团队，基于一维铬纳米光栅标准物质研制了光栅衍射干涉法微纳米位移定位校准装置，为我国微纳米位移定位校准溯源链路扩充与能力提升提供了关键技术支撑。目前双方联合研究成果已发表于《计量科学与技术》。

图1、微纳米位移定位校准装置双溯源链路

该研究在原激光干涉法单溯源链路的基础上，创新性地引入光栅衍射干涉法，构建了双溯源链路。在以激光溯源至波长基准的溯源链路中，采用六自由度激光干涉计量系统测量位移台X、Y、Z轴的位移和转角，以短链的方式极大减小了测量过程中的误差累积，通过633 nm激光波长实现测量结果向国际单位制（SI）“米”定义直接溯源。在以光栅栅距溯源至波长基准的溯源链路中，以同济大学国家集成电路微纳检测设备产业计量测试中心程鑫彬教授团队研制的国家一级标准物质（一维铬纳米光栅）为核心，基于利特罗结构搭建了光栅干涉仪。该光栅以激光波长作为物理学基准，利用原子光刻技术在纳米光栅上制造出与半基准波长相对应的栅距，从而实现栅距的精确定义和直接溯源。当光栅在光栅矢量方向上的运动时，衍射光由于多普勒效应频率发生变化。将±m级次衍射光合束后，基于差频干涉原理，光栅每移动1/2栅距的位移，信号相位变化2π，即栅距为光栅位移系统的测量基准，可直接溯源至“米”定义。

图2、(a)(b)六轴激光干涉仪实物图与示意图，(c)(d)光栅干涉仪实物图和示意图

该研究创新性地融合激光干涉法与光栅衍射干涉法两大量值溯源体系，突破单一量值溯源链局限，其双溯源链路均了对中间变量的依赖，实现了直接溯源，减少了误差积累，降低了对设备和环境的要求。该研究为相关行业的精密测量提供了标准化、高准确性的参考依据，有助于完善我国在微纳米定位平台校准相关的计量体系，为微纳米定位技术的发展提供了重要的技术支撑。研究工作得到了国家重点研发计划和中国计量科学研究院基本科研业务费重点领域等基金项目资助。