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。

针对接近接触式光刻技术的特点，提出了一种实用的反射式光刻对准方案。方案采用差动叠栅条纹对准技术，以叠栅条纹相位作为对准信号的载体。在掩模和硅片上分别设计两组位置相反、周期接近的光栅对准标记。电荷耦合器件(CCD)成像系统接收叠栅条纹图像，采用傅里叶变换提取叠栅条纹相位，得到掩模与硅片的相对位置关系。设计的标记可同时探测横纵方向的对准偏差。给出了合理的光路设计方案,详细分析了整个系统对准的内在机制，建立了可行的数学模型。研究表明，当对准偏差小于1 pixel时，最大误差低于0.002 pixel。与透射式光路对比，该方案更具有实用性，满足实际对准的要求。

光刻对准中，一般将硅片和掩模对准标记制作成周期接近的光栅,通过光栅标记叠加形成的叠栅条纹的相位信息,探测掩模和硅片的相对位置关系。在实际的应用中，叠栅条纹的方向不仅与对准标记的几何位置有关，而且还与CCD的位置有关。为了将叠栅条纹的光刻对准方法推向实际应用，从矩形光栅到叠栅条纹，分析了一般光栅的相位分布规律。根据叠栅条纹相位特性分析了掩模、基片和CCD的几何位置对对准精度的影响；建立了实际对准偏差与理论值的数学关系模型。研究表明，没有角位移的情况下，当位移值小于0.4 pixel时，理论上最大对准误差低于0.002 pixel。

在线光栅用于纳米光刻对准理论的基础上，为实现光栅方向的标定和掩模硅片对准，提出一种利用相位斜率消除角位移的新方法，并给出线光栅标记及其对准原理。在对准前，掩模对准标记和硅片对准标记存在角位移，重点讨论了此种情况下叠栅条纹的特性以及与光栅物理参数的关系，并给出了相应的计算公式。基于傅里叶频域分析法，对叠栅条纹频率成分与条纹的关系做了简要分析。利用提取叠栅条纹行列方向的一维相位，通过数据拟合，得出了相位斜率与角位移的内在关系，实现了条纹方向的标定。模拟实验结果表明，该方法简单可靠，可分辨的最小角位移低于0.02°。

从莫尔条纹用于光刻对准的实际应用出发，从傅里叶光学的角度重点讨论了一般光栅及线光栅对莫尔条纹的调制规律，并对广泛应用的低频(1，-1)级莫尔条纹进行了仿真分析。最后通过仿真分析说明，在光刻对准中，对栅线重复频率相差很小的两光栅对准标记，将产生对位移具有高灵敏度特性的放大莫尔条纹，从而实现高精度光刻对准，并对采用该对准方法的光刻对准精度进行了简要分析。