在信息时代,用于芯片制备的集成电路技术正在朝着互连线条更细、密度越高、规模越大的方向发展,这极大刺激了以光刻机为代表的微电子制造装备的进步。检焦作为光刻工艺中一项关键测量技术,是保证通过调平调焦将硅片置于投影物镜焦深范围内的前提。一般而言,检焦精度需要达到物镜焦深的十分之一左右,即纳米量级。这种情况下,传统基于狭缝/小孔阵列的光强度调制检焦技术难以在精度上有更多突破,对更高精度的新型检焦技术探索迫在眉睫。基于此,本文探索一种叠栅莫尔条纹纳米检焦技术,将硅片的离焦量信息调制到莫尔条纹的空间相位变化中。结合图像处理和干涉测量的综合优势,叠栅莫尔条纹检焦可实现硅片形貌的纳米级测量,同时对光刻胶涂层、照明光强、成像镜头倍率等影响因素的变化均不敏感,与传统方法相比,抗干扰能力和工艺适应性更强。检焦的目的是为了精确计算硅片当前的倾斜离焦量以及垂直离焦量,不仅要达到纳米级高精度测量还需满足几十微米量程的大测量范围需求。针对以上需求,本文首先通过标量衍射理论分析了重叠光栅对光场调制的一般规律,探索莫尔条纹的形成机理;在此基础上完成检焦光栅标记的设计,建立了四通道空间投影检焦光路模型,采用粗精结合的检焦方案扩大离焦量检测的测量范围;然后,分别对硅片垂直离焦和倾斜离焦分别引起的莫尔条纹状态变化进行了深入研究,得出倾斜离焦引起上下组条纹相对倾斜以及垂直离焦量导致上下组莫尔条纹相对移动的结论;为了定量计量两种离焦量,又采用了基于莫尔条纹相位分析的方法对垂直离焦量和倾斜离焦量进行推算,还针对双远心投影物镜的倍率变化对检焦影响进行了讨论;另外,针对粗精结合检焦方案的结构复杂性,拓展研究了利用双频莫尔条纹进行扩大检焦范围的研究。最后搭建检焦实验平台,系统论证叠栅莫尔条纹检焦方法的可行性与精确性。实验结果表明:粗精结合检焦和双频莫尔条纹检焦两种方法均可实现几十微米的测量范围;整体垂直离焦量检测精度在±10nm之内;倾斜离焦量检测精度可达0.001°量级;能够满足设计需求。