光学投影光刻的分辨力早在21世纪初就已经超越衍射极限分辨力，与摩尔定律的预测基本一致。将浸没式光刻和双重曝光技术相结合，目前光学光刻已进入32nm节点的时代，光刻工艺因子k1也降到0.2的历史最低点。采用更高折射率的浸没液体以及多重曝光技术将使光学光刻分辨力更上一个台阶，继续续写着“光学光刻永存”的预言。然而，多重曝光技术在降低工艺因子k1的同时，也降低了工艺因子k2，大大缩短有用焦深，进而影响多层套刻精度。因此，有必要研究高精度的检焦方法。　　 本论文首先简述光刻技术和检焦技术的发展现状和趋势，分析投影光刻系统的焦深性质和改善焦深的原理；建立光学检焦的数学物理模型，并从理论上分析存在的误差及其消除或补偿方法，在此基础上，建立一种新的光栅干涉莫尔条纹检焦方法的理论模型；利用光栅的周期性和可调制性，重点研究基于偏振调制的双光栅光学检焦方法，分析检焦光路中各种光学晶体的性质及设计方法；结合典型的投影光刻系统参数设计并加工装配一套基于宽波段光强调制的新型检焦方法，将检焦信号全部转化为高频的交流信号，便于去除背景噪声、微弱检焦信号的放大和提取；最终实验结果验证了偏振光栅检焦方法的可行性，在实验室条件下取得了优于110nm(3σ)的重复性检焦精度，对环境扰动的检测灵敏度优于10nm。