步进扫描投影光刻机，当芯片光刻特征线宽从微米级发展到纳米级时，对各个分系统的要求到了非常苛刻的地步，使原来近乎独立的晶圆传输系统直接参与到整机中来，它的传输结果直接影响整机精度和生产效率。对于100nm线宽的光刻机，要求精对准精度小于10nm，在晶圆传输过程中，机械手从片盒取出的晶圆存在±2mm范围的随机偏心以及随机缺口方向，在工程中要从毫米级一次对准到10nm的精度是非常困难的，目前普遍采用的方法是晶圆在传送到工件台之前要先进行微米级晶圆预对准，来保证纳米级精对准的实现。因此，晶圆预对准平台就是保证晶圆传输精度的关键部件。本课题在国家863计划重大项目(编号：200X AA4C3000)和上海市重点项目《100nm步进扫描投影光刻机之课题四——8英寸晶圆的预对准系统的研究》支持下，以100nm线宽的光刻机为对象，对狭小空间内晶圆预对准装置的关键技术进行了系统的研究，主要有以下几个方面：　　 一、根据步进扫描投影光刻机对晶圆预对准分系统技术指标和狭小空间的要求，设计了一款能在规定的狭小空间内能可靠工作的低成本微米级定位的晶圆预对准系统。设计了机构紧凑的四自由度执行机构(X-Y-θ-Z)，以实现水平、旋转和垂向的运动；采用了小体积、高采样率的激光位移传感器和光透传感器融合感知机构，配合旋转扫描运动，可实现晶圆边缘整周检测。　　 二、研究基于激光检测的晶圆边缘精确测量法。设计以转台编码为数据采集卡外部触发信号的采集原理，实现各传感器数据采集的同步性与实时性。由于激光传感器数据受尖脉冲干扰严重，分析各种滤波算法的应用特点，提出一种改进的防脉冲滤波算法，根据最小方差原理确定滤波参数，实验结果表明该滤波算法可以有效地消除尖脉冲，同时大大减少后续处理的计算量。对缺口段数据超量程点进行拉格朗日线性插值，完整再现晶圆边缘整周数据。　　 三、提出了分区域积分组合晶圆形心和缺口方向特征识别算法。此方法与最小二乘圆拟合法做性能分析比较，具有形心识别精度高，抗干扰能力强，可以适用于任意形状的物体。缺口方向的识别分两步——先识别缺口角点，角点之间的数据段再代入分区域积分组合形心法计算缺口形心。当晶圆无偏时，提出一种基于传感器边缘检测阈值分割的角点识别方法；当晶圆带偏时，提出一种基于坐标平移的变化率极值角点识别方法。应用无偏和带偏两种缺口方向识别算法，分别提出晶圆形心、缺口异步与同步两种预对准算法。　　 四、提出了系统误差补偿综合算法。该方法从分析影响系统定位精度的主要误差源出发，发现了引起晶圆边缘检测误差的转台回转误差和传感器安装偏心误差、引起晶圆预对准调整误差的水平向位移台平行度和垂向位移台垂直度安装误差。对转台回转的动态误差，通过涡流传感器在线芯轴检测，提出了改进的两点法误差分离技术对其进行补偿。对传感器以及位移台的安装的静态误差，通过检测获取误差值，然后建立误差修正模型对误差进行补偿。设计了静态误差的自检法和外设检测法，用自检检测结果对比外设检测结果，验证了自检法的可行性。　　 五、搭建了晶圆预对准重复性定位精度检测的实验平台，针对文中提出的晶圆异步与同步两种预对准算法进行重复性定位精度检测实验，以验证前三点所提晶圆边缘检测、晶圆特征识别、系统误差补偿算法的有效性。通过实验数据分析，可以知道异步预对准算法重复性定位精度已经满足系统指标要求，而同步预对准算法虽然在时间上有优势，但是精度略超出系统指标要求。所以平台可以根据效率指标和精度指标的侧重分别选择不同的预对准算法。