光刻机是集成电路制造的核心设备，投影物镜系统是光刻机中最复杂、最昂贵的分系统之一。投影物镜偏振像差会引起图形位置偏移、最佳焦面偏移和焦深减小，从而降低光刻成像质量，影响光刻机的分辨率、套刻精度、CDU(CriticalDimension Uniformity)等重要性能指标。高NA(Numerical Aperture)光刻成像中，偏振像差的这些不利影响愈加突出，不容忽视。高分辨率光刻迫切要求对偏振像差进行快速、高精度的测量和控制。现有的偏振像差检测技术需要特制的测试掩模或偏振态测量装置，系统结构和计算过程相对复杂。为了简化偏振像差检测系统结构，实现偏振像差的快速精确测量，本文研究了高NA光刻机投影物镜偏振像差检测技术，主要内容包括以下几个方面:　　1.研究了偏振像差对光刻成像的影响。基于矢量部分相干成像模型，在±1级衍射光干涉条件下，推导了泡利-泽尼克系数与交替相移掩模(Alt-PSM)空间像的成像位置偏移（IPE）和最佳焦面偏移(BFS)之间的线性关系表达式。对该线性关系进行了仿真实验验证。各IPE/BFS仿真值与泡利-泽尼克系数间的线性相关系数绝对值最小达到0.987，表明了所得解析结果的正确性。在此基础上，建立了空间像偏移量（IPE和BFS）与偏振像差之间的两光瞳和四光瞳线性关系模型，为研究偏振像差检测技术提供了理论依据。　　2.研究了照明偏振角对偏振像差灵敏度(PAS)的影响。基于矢量部分相干成像模型，在±1级衍射光干涉条件下，推导了Alt-PSM空间像偏移量(IPE和BFS)的PAS与照明偏振角之间的关系表达式以及PAS的零值点和极值点条件表达式。对所得解析结果进行了仿真实验验证。以30°偏振角为例，比较了PAS的解析与仿真结果，其差异都在10-2数量级，表明了两种结果具有很好的一致性。此外，根据解析式获得的PAS零值点和极值点均与仿真结果匹配。解析结果为本文偏振像差检测技术研究中最佳照明偏振态的选择提供了理论依据。　　3.提出了一种光刻机投影物镜偏振像差原位检测方法。结合X和Y线性偏振照明条件下标定的偏振像差灵敏度系数，消除了灵敏度矩阵列向量间的线性相关性。利用不同数值孔径和部分相干因子条件下Alt-PSM空间像的偏移量（IPE和BFS），计算得到了泡利光瞳Pa0_Ph和Pa1_Im中低阶像差的泡利-泽尼克系数。仿真实验结果表明奇像差（彗差和三波差）的检测精度优于1.60mλ，球差的检测精度优于0.97mλ，像散的检测精度优于3.07mλ。该方法简化了偏振像差检测系统结构和计算过程，可用于低阶泡利-泽尼克偏振像差的快速精确测量。