半导体加工技术是半导体产业发展的基础,其制造水平将直接影响半导体产品的关键性能参数,因此需要发展与当前加工精度相匹配的检测技术。白光干涉光谱测量技术作为一种可以实现复杂结构样品表面高精度测量的技术手段,开始被应用于半导体检测的前沿技术研究中。本文开发了一套基于Linnik结构的白光干涉光谱线测量系统,并提出了对于待测样品表面形貌与膜结构厚度的解算算法,实现了待测样品表面形貌与膜结构厚度的同时测量,实验结果表明当前系统具有良好的测量性能。论文主要完成以下工作:一、文中系统地论述了在进行表面三维形貌检测时常用的非接触式与接触式测量技术手段,以白光干涉光谱测量技术为重点,对基于干涉原理的相关方法进行了简要概述,并对于各类方法的优势与适用场景进行了分析与对比。二、设计并搭建了Linnik型白光干涉光谱线测量系统,在系统控制方面使用Lab VIEW开发了硬件控制与数据采集程序,在数据处理方面使用MATLAB开发了后续解算程序,实现了系统采集与数据计算的自动化,提高了测量效率。三、完善了待测样品表面形貌的测量算法,在斜率法的基础上,通过计算干涉信号中的级次信息,实现了样品表面形貌的高精度解算,并结合在系统中干涉光谱成像端相机的逐行标定,修正了由于成像畸变带来的解算结果失真。四、完善了待测样品膜结构厚度的测量算法,建立了多层膜结构非线性相位的物理模型,并采用傅里叶变换和粗搜索相结合的方法确定膜厚初值,通过将总相位进行分解可以实现样品表面形貌与膜结构厚度的同时解算。五、在测量实验的部分中,利用台阶标准样品的高度测量实验与薄膜标准样品的厚度测量实验实现了系统的测量性能评定,结果表明当前系统可以为10nm级别高度的台阶样品与1μm级别厚度的膜结构样品提供可靠的高精度测量结果。