提出一种利用调制深度响应曲线的全局信息进行重叠峰识别的结构光照明显微术，采用有边界约束的最优化算法解析得到薄膜样本各表面的高度，进而实现厚度分辨力高、精度高、计算速度快的膜层厚度分布测量与表面形貌重构。根据仿真分析，在理想条件下所提方法可将厚度检测分辨力从483 nm提升至175 nm，并通过实验证明了所提方法可减少迭代次数，且具有较高的重复性精度。

为精准预测我国东部典型城市群的气溶胶光学厚度 (AOD), 基于 2010-2019 年 MODIS 数据, 分析了京津冀、长三角、珠三角区域之间以及区域内部的 AOD 时空差异特征, 构建了小波变换与 BP 神经网络相结合的 AOD 预测模型, 并对典型城市群 AOD 进行了预测。研究结果表明: 1) 各城市群气溶胶浓度峰值均出现在夏季, 京津冀地区 AOD 均值最高, 长三角次之, 珠三角最小; 2) AOD 影响因素分析表明, 生产总值指数、人口密度、温度因素与 AOD 正相关, 植被覆盖指数 (NDVI)、降水量、风速与 AOD 负相关; 3) 各地区 AOD 预测结果其平均绝对误差 (MAE) 均低于 0.12, 误差小于 BP 神经网络预测结果, R2 均大于 0.75, 说明该模型相比 BP 神经网络, 能够有效提高 AOD 预测能力。

针对现有同轴检焦方法如临界角法、博科刀口法、针孔法以及像散法等容易受光强变化的影响,且对系统装调有较高要求的问题,提出一种基于差动调制度解析的同轴检焦方法。通过物理光栅对成像空间进行编码,并采用傅里叶变换解析经基片高度调制后的编码图像调制度分布,结合差动探测系统实现对基片高度的精确测量。理论与实验表明,采用数值孔径为0.9、放大倍率为100的物镜,检焦精度优于10 nm。本文所提的检焦方法无需复杂光学元件,具有结构简单、测试精度高等优点,将为新型光刻技术提供一种新的高精度同轴检焦手段。

提出了一种基于空间频域分析的白光干涉测量算法,该算法通过消除相位信息中的2π模糊来实现高精度的表面形貌测量。在频域分析中可以同时提取样品的相干形貌和相位形貌。相干形貌虽然不受2π模糊的影响,但是包含测量误差,精度较低。相位形貌虽然能够实现较高精度的表面形貌测量,但存在2π模糊问题。因此采用相干信息与相位信息相结合的方式来消除相位信息中的2π模糊。此外,针对由背景噪声和光源扰动所引起的局部相位突变,提出了相邻像素点差分分析方法,有效消除了局部相位突变,从而提高了测量的稳定性。该方法不需要复杂的计算,工作效率较高。分别从理论和实验两个方面进行分析,以验证提出方法的有效性。

基于角谱衍射理论，对扫描积分塔尔博特光刻术进行了理论分析与数值模拟。研究了扫描距离、扫描起始位置、扫描速度非匀速以及照明光源不同特性对扫描积分塔尔博特光刻所得光栅条纹质量的影响。模拟结果表明，当扫描距离为塔尔博特周期的整数倍时，扫描起始位置、扫描速度的非匀速性对扫描积分塔尔博特光刻的成像质量影响较小；当入射光源存在一定谱宽或发散角不大于0.05°时，扫描积分塔尔博特光刻仍可得到对比度较一致的倍频光栅条纹，证实了扫描积分塔尔博特光刻具有良好的工艺适用性。扫描积分塔尔博特光刻不需要昂贵而复杂的投影光学系统，可克服塔尔博特自成像有限焦深问题，对掩模与基片的定位精度及涂胶基片的平整度容忍度较高。该方法具有在非平面基底上制备大面积、低成本、高精度周期微纳结构的应用前景。

提出一种基于复合光栅的对准方法，满足接近式光刻高精度、大范围对准需要。该复合光栅由周期具有微小差异的小周期光栅以及与之相正交的大周期小范围光栅组成。对准过程中，通过对叠栅条纹进行高精度相位解析，实现精对准；通过直接求取大周期光栅位置实现粗对准。由于两个方向上的光栅相互正交，傅里叶变换提取频谱时将不受影响。分别分析小周期光栅的叠栅条纹相位分布，以及大周期光栅的强度分布，实现大范围、高精度对准。推导了基片、掩模相对移动量与复合光栅变化之间的关系。通过计算机模拟对该对准方法进行了仿真分析，考虑噪声的基础上，对准精度可以达到16.5 nm；通过实验系统对该对准方法进行了验证与分析，对准精度可以达到30.19 nm。

提出了一种基于二维光栅叠栅效应的纳米光刻对准方法，用于接近式光刻实现二维同步对准。该方法采用两组周期接近的二维光栅重叠产生一组周期分布的叠栅条纹，条纹的周期相对于两光栅周期被大幅度放大，将光栅间的位移反应在条纹的相位信息中。利用二维光栅在傅里叶频谱中x、y 向相互独立的频谱分布，通过傅里叶变换对正交叠栅条纹横纵两个方向上的相位信息进行解析，可实现高精度二维同步对准。建立了双二维Ronchi光栅对准复振幅分布物理模型，推导了基片、掩模相对位移量与叠栅条纹相位之间的关系。通过计算机模拟对该对准方法进行了仿真分析，考虑噪声情况下，对准精度可以达到2 nm；通过实验系统对该对准方法进行测试，实验结果对准精度可以达到22 nm。

双光栅叠栅条纹对准方法具有精度高、可靠性强等特点，适用于接近接触式光刻。为了实现高精度测量，实际应用中要求掩模光栅标记与硅片光栅标记高度平行。掩模光栅标记在CCD中成像通常存在一定的倾斜角。由此，在已提出的相位斜率倾斜条纹标定方法上，提出了一种改进方法。该方法充分利用掩模光栅45°和135°两个方向的相位信息标定CCD的成像位置，以实现掩模光栅条纹的标定。对比两种方法分析表明，改进后的方法具有倾角测量范围大、抗噪性强、精度高等优点，理论极限精度优于0.001°量级。

光子筛作为一种衍射光学元件，具有较大的色散，不适用于宽光谱成像。光子筛的焦距随着入射波长的增大而减小，而正的折射透镜焦距随着入射波长的增大而增大。应用了折衍混合方法进行光子筛消色差的设计。该设计利用二者相反的色散特性，在光子筛的一侧紧密放置一平凸透镜，从而实现光子筛的消色差设计。并针对可见光光谱进行了设计，分析表明该方法能够实现消色差，且具有一定校正二级光谱的能力，消色差波长与中心波长处焦距相对误差为0.33%，成像光谱带宽为20 nm。与普通单个光子筛相比，该方法有效拓宽了光子筛的成像光谱范围。与使用波带片的折衍混合系统相比，聚焦光斑更小。