以提高共焦差动并行激光直写中光束刻写质量为目标, 分析设计了调平聚焦伺服控制系统。采用柱面镜作为像散元件, 与四象限光电探测器结合, 利用差动像散检测方法和比例积分微分(PID)反馈算法减少光源和外部干扰的误差, 获得高灵敏度、高精度、高稳定性的探测曲线。通过优化光学设计参数, 本系统能获得具有高灵敏性与一致稳定性的探测曲线, 探测范围为3 μm, 静态聚焦误差可达 ±5.0 nm; 动态聚焦压电陶瓷(PZT)伸长量可保证在焦深范围内, 焦点位置辨别精度可达纳米量级, 可探测调平台的倾斜角和俯仰角在0.01 mrad左右。利用该系统可实现光栅的刻写, 进一步为更大尺寸、更高密度的光栅刻写提供依据。

面对可用焦深日益缩短的趋势，高精度的焦面控制技术显得尤为重要。针对双工件台光刻机中采用的焦面控制技术，介绍了基于偏振调制的光栅检焦技术及其测量原理，研究了双工件台光刻机中的调平调焦技术。基于平面拟合、最小二乘法及坐标变换公式推导了曝光狭缝内离焦量计算公式；研究了一种离焦量解耦算法，该算法将曝光狭缝内离焦量解耦为调平调焦机构三个压电陶瓷的独立控制量，并使狭缝曝光场中心在调平调焦运动过程中不发生平移。经仿真分析表明，该算法可用于调平调焦精度优于10 nm 的高精度调焦调平系统, 能满足线宽小于100 nm 投影步进扫描光刻机的需要。

提出一种步进扫描投影光刻机承片台不平度检测新技术。在晶圆与承片台存在不同偏移量时,利用线性差分传感器在线测量晶圆上不同点的局部高度;通过建立临时边界条件,以递推法消除晶圆面形影响,并逐行计算出承片台的相对不平度;通过逐行计算的结果递推相邻行之间的高度差,并将该高度差叠加到每一行,以消除临时边界条件的限制,得到处于同一高度上的承片台不平度;将计算的结果作为初始值,根据最小二乘原理,以邻近的四个测量点作为参考,逐步逼近得到承片台的真实不平度。计算机仿真结果验证了该检测方法的正确性,计算结果逐步收敛并逼近真实值.实验结果表明,该方法的计算结果较好地表示了承片台的真实不平度,重复精度优于0.3 nm;同时该方法也可用于晶圆表面面形的测量。