微电子技术的高速发展,特别是电路芯片集成度的急剧提高,导致光刻技术中的关键尺寸(Critical Dimension, CD)不断变小,随之带来焦深的急剧减小的,调焦调平系统是光刻机关键子系统之一,可以有效地补偿误差源的影响,提高套刻精度,从而提高光刻机的曝光质量。本学位论文在国家863重大专项子课题“光刻机调焦调平与自动对准系统”的资助下,重点对基于机器视觉的调焦调平系统进行了较深入的研究。针对基于机器视觉的光刻机调焦调平测量特点,设计了采用整场调焦调平和逐场调焦不调平相结合的硅片调焦调平流程,提出了硅片单点高度测量、整场调焦调平以及系统标定等模型算法。设计开发了一套光刻机调焦调平软硬件实验系统,实现了硅片单点高度测量功能。根据调焦调平测量要求,设计了调焦调平实验系统光学结构;按照光刻机整机控制系统层次结构,组建了调焦调平实验系统控制硬件平台;采用客户端-服务器端模式,编制实现了调焦调平实验系统软件。研究了基于线阵CCD的单点高度测量的图像处理算法。探讨了中值滤波、高斯滤波、平滑复合滤波等多种图像预处理算法,分析比较了这些滤波算法在调焦调平图像预处理中的滤波效果;提出了基于阈值处理的重心法和中心法两种光斑位置确定算法,分析了不同阈值对重心法重复测量精度的影响,得出了重心法的最佳阈值。