基于空间像主成分分析的波像差检测技术是一种原位光刻机投影物镜波像差检测技术。本文对该技术的检测模型和工程技术进行了系统研究。分析了照明条件、检测标记、空间像扫描范围等影响因素对检测精度的影响。研究了空间像传感器模型，并通过仿真和实验验证了传感器模型的有效性。研究了空间像定心误差对检测精度的影响，对比了不同定心方法下波像差检测模型的性能表现。分析了不同降噪方法的空间像降噪效果，并基于空间像噪声模型，提出了一种新的空间像降噪方法。仿真与实验结果表明，在各种影响因素中，照明部分相干因子和F方向采样范围对像差检测精度影响较大。定心方面，在X方向上六项模型定心精度更高，F方向上三项模型与六项模型各有优劣。平均值降噪法可以有效滤除空间像噪声，提高像差求解精度。像差漂移量仿真测试结果表明，该技术可用于校正光刻机的短期像差漂移。本文对该技术还给出了工程应用建议。

提出了一种基于空间像的极紫外光刻掩模相位型缺陷检测方法，用于检测多层膜相位型缺陷的类型、位置和表面形貌。缺陷的类型、位置和表面形貌均会影响含缺陷掩模的空间像的分布。因此，采用深度学习模型构建含缺陷掩模的空间像与待测缺陷信息之间的映射，利用训练后的模型可从含缺陷掩模的空间像中获取待测缺陷信息。采用卷积神经网络（CNN）模型构建含缺陷空白掩模的空间像和缺陷类型与位置之间的关系，建立用于缺陷类型和位置检测的CNN模型。在获取缺陷的类型与位置后，基于测得的缺陷位置对空间像进行截取，利用截取后的空间像的频谱信息和多层感知机模型获取缺陷表面形貌参数。仿真结果表明，所提方法可对多层膜相位型缺陷的类型、位置和表面形貌参数进行准确检测。

提出了一种基于多偏振照明的浸没式光刻机投影物镜高阶波像差快速检测技术。通过采用一元线性采样方式,在不同偏振照明条件下采集浸没式光刻机投影物镜的空间像进行主成分分析,在快速建模的同时实现高阶波像差的高精度检测。与基于Box-Behnken Design统计抽样方法的超高数值孔径光刻投影物镜高阶波像差检测方法相比,所提技术有效降低了采样数,提高了采样效率,加快了建模速度。采用光刻仿真软件PROLITH对所提技术进行了仿真验证,并分析了照明方式对高阶波像差检测精度的影响。仿真结果表明,该技术对高阶波像差(Z₅~Z₆₄)的检测精度优于1.03×10 ^-3λ,同时其建模速度提升了约30倍。

提出了一种基于八角度孤立空检测标记的超高NA光刻投影物镜高阶波像差检测方法。通过对八角度孤立空检测标记的空间像进行主成分分析(PCA)和多元线性回归分析，构建了超高NA光刻投影物镜的空间像光强分布与高阶波像差之间的线性模型，并基于该模型实现了高阶波像差的检测。与使用六角度孤立空检测标记的传统方法相比，本方法提高了光瞳面波前的采样效率，拓展了波像差检测范围，实现了超高NA光刻投影物镜高阶波像差(Z5~Z64)的高精度检测。光刻仿真软件PROLITH的仿真结果表明，该方法可实现60项泽尼克系数(Z5~Z64)的检测，检测精度优于1.03×10-3λ。

提出了一种基于空间像主成分分析的超大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测方法。通过采用偏振光照明和矢量光刻成像模型并考虑投影物镜的偏振像差，准确表征了超大数值孔径光刻机的空间像，从而提高了像差检测模型的精度，实现了超大数值孔径光刻机投影物镜33项泽尼克像差(Z₅~Z₃₇)的高精度检测。相比于原基于空间像主成分分析的投影物镜成像差检测技术(AMAI-PCA)方法，所提方法适用于超大数值孔径光刻机投影物镜波像差检测。采用光刻仿真软件PROLITH 对所提方法的检测精度进行了仿真验证，并分析了空间像采样间隔对波像差检测精度的影响。仿真结果表明，该方法对泽尼克像差(Z₅~Z₃₇)的检测精度优于0.85×10^-3λ。

光刻空间像仿真作为各种计算光刻技术的基础,受到越来越多的重视.提出一种基于互强度傅里叶分析的光刻机投影成像快速模拟方法,从光刻成像互强度传播过程入手,基于傅里叶光学原理对成像要素进行多次空域-频域变换,得到一种快捷的空间像模拟途径.通过与标准解析空间像对比,发现该方法的计算精度可达10-4(最大光强归一化).该方法避免了部分相干成像的Hopkins方程中繁琐的积分运算,操作性强、计算精度高.该方法适用于各种灵活多变的曝光成像条件,具备广阔的工程应用前景.

提出一种基于阶梯相位环空间像主成分分析的光刻投影物镜波像差检测方法。通过对相位环空间像进行主成分分析和多元线性回归分析，构建了空间像光强分布与波像差之间的线性模型，并基于该模型实现了波像差检测。与使用孤立空检测标记的传统方法相比，使用新检测标记能够消除不同种类波像差之间的串扰问题，提高像差检测精度。同时，分析了空间像的离焦误差对波像差检测精度的影响，并提出了一种迭代算法用于确定实测空间像的离焦误差，其测量精度优于1 nm。光刻仿真软件Dr.LiTHO的仿真结果表明，该法有能力检测12项泽尼克系数（Z5~Z16），最大系统误差约为1×10-3λ，检测速度可提高一倍以上。

提出了一种基于空间像自适应降噪的投影物镜波像差检测方法。通过对空间像进行统计分析，获取空间像的噪声模型和噪声标准差模型。以噪声标准差为权重因子，利用加权最小二乘法对空间像进行主成分分解，可以实现对空间像的自适应、无损降噪，从而得到更为精确的主成分系数和泽尼克系数。使用光刻仿真软件PROLITH的仿真结果表明，在相同的噪声水平下，0.1λ像差幅值内，与基于空间像主成分分析的波像差检测技术相比，精度提高30%以上。在使用光刻实验平台测量Z8调整量的实验中，该方法的精度更高。

在成像电子光学系统中, 均方根半径不仅可以表示系统的时间和空间分辨率特性, 而且可以作为计算调制传递函数的一个辅助评价指标, 具有计算量小, 直观方便等优点。研究和推导了成像电子光学系统中逸出光电子的初角度为朗伯分布,初能量分别为余弦分布、贝塔分布和麦克斯韦分布下的系统时间和横向像差的均方根半径表达式, 求解了不同初能分布下的时间和横向像差的均方根半径的最小值及其对应的最佳像平面位置, 并对其进行了比较分析。结果表明, 该研究不仅对计算和评价成像系统空间和时间分辨率具有实际意义, 而且为选择合适的光阴极以满足不同要求的像管和条纹管的设计提供了理论指导。