随着集成电路的强劲需求和光刻技术的不断进步,集成电路制造工艺已经进入纳米时代。光刻机是极大规模集成电路制造的核心装备,投影光刻物镜是光刻机核心单元系统之一。投影物镜的波像差直接影响光刻机整机的分辨率、成像对比度和工艺窗口等性能。传统光刻物镜波像差检测方法主要是基于光刻胶曝光测量方法和基于空间像测量方法,这些检测方法已经不能适应高数值孔径(NA)光刻物镜波像差测量精度和时效性的要求。因此,针对高NA光刻投影物镜波像差测量,提出了基于振幅型棋盘光栅的剪切干涉技术及其波前重构算法。本文重点研究了棋盘光栅剪切干涉仪的基本原理、剪切干涉图的数据处理方法以及光栅装调误差对系统误差的影响等,主要研究内容分为四部分:根据傅里叶光学理论,推导了不同振幅型光栅的透过函数及其远场衍射分布,分析了不同振幅型光栅的远场衍射特性和衍射效率,指出振幅型棋盘光栅比振幅型交叉光栅的一级衍射效率更高,衍射级更少。设计了基于棋盘光栅的二维剪切干涉仪,该剪切干涉仪可以同时实现相移模式和傅里叶变换模式。推导了相移模式的干涉光强公式,分析了该模式下的调制度函数,根据干涉光强公式和光栅相移特性设计了适合相移剪切干涉仪的相移算法,同时给出了相移模式下剪切干涉图的数据处理流程。最后推导了傅里叶变换模式的干涉光强公式,分析了该模式下的调制度函数,同时给出了傅里叶变换模式下剪切干涉图的数据处理流程。模拟了考虑一级衍射和三级衍射的相移剪切干涉图,同时提出了通过计算相移干涉图的调制度分布确定±1级剪切区域的算法,开发了基于差分Zernike多项式拟合的波前重构算法。探讨了使用周期延拓和傅里叶变换滤波方法提取相移剪切干涉图中一级衍射信息的方法。模拟了考虑一级衍射时空间载频的剪切干涉图,开发了基于二维傅里叶变换和频域滤波提取剪切干涉图一级衍射信息的算法,以及根据一级频谱光强分布确定±1级剪切区域的算法。通过模拟的剪切干涉图对上述算法进行了验证,证明了棋盘光栅剪切干涉测量原理和干涉图数据处理算法的可行性和正确性。通过傅里叶变换方法,分析了包含占空比误差和图形偏移误差等光栅制造误差对远场衍射分布的影响。通过模拟剪切干涉测量过程,分析了相移误差对测量精度的影响。通过模拟波前重构过程,分析了剪切比误差、光瞳坐标误差对测量精度的影响。根据平面探测器坐标与球面光瞳坐标的关系,分析了光瞳坐标畸变对测量精度的影响。最后,通过几何光线追迹方法,分析了各种装调误差导致的系统误差。建立了基于棋盘光栅的二维剪切干涉仪的实验装置,同时开展了不同数值孔径物镜(NA0.25、NA0.4、NA0.6)和不同光栅周期(9μm、18μm、30μm)组合的波像差测量实验。实验结果表明:当显微物镜数值孔径小于0.4时,波像差测量重复性精度(3σ)优于3mλ。通过实验验证了棋盘光栅剪切干涉仪可以正常工作在相移模式和傅里叶变换模式,而且两种模式测量得到的各项Zernike系数之间的差异小于28 mλ。通过不同泰伯位置的波像差测量实验发现:离焦量越大,引入的系统误差越大,且主要的系统误差为四叶草像差(4θ像差)。通过不同光栅周期的波像差测量实验发现:更换光栅时会导致光栅倾斜角度不一致,导致彗差测量结果不同。开展了正负泰伯位置的系统误差标定实验,对测量系统的系统误差进行了有效的标定,标定出的系统误差与系统装调误差的仿真分析结果比较一致。最后对高NA物镜测量过程中涉及的特殊问题进行了探讨,结果提示:测量高NA物镜波像差时,需要考虑光瞳坐标畸变、光瞳边缘照度衰减的影响等。