光刻机投影物镜波像差是影响步进扫描投影光刻机性能的重要指标。随着数值孔径逐渐增大,为保证成像质量,要求投影物镜波像差足够小,因此对投影物镜波像差检测精度提出了更高的要求。二元光栅掩模标记具有容易制造且成本较低等优点,在波像差在线检测方法中获得了广泛使用;而一套对波像差灵敏的二元光栅掩模标记可以降低在线检测的误差传播率,从而提高波像差检测的精度。本学位论文以此为研究背景,重点研究了面向波像差检测的二元光栅掩模标记优化方法。利用部分相干成像的基本原理及波像差理论,通过比较完全相干成像和部分相干成像正向模型,并结合波像差Zernike系数逆求算法,提出两种情况下波像差在线检测技术的一般原理及对应检测流程。基于误差传播原理和灵敏度分析方法,对交叉传递函数和空间像进行了波像差灵敏度分析;并提出二元光栅掩模标记优化的目标函数。以完全相干成像情况下的二元光栅掩模优化为例,分析比较了约束优化问题的直接解法和间接解法,选择了合适的优化方法,并给出了用直接解法对部分相干成像情况进行二元光栅掩模进行优化的结果。运用Matlab及Prolith仿真软件,分别在完全相干照明情况下及部分相干照明情况下,分析并比较优化后二元光栅掩模组与随机选取掩模组用于波像差在线检测时的精度。仿真结果表明,掩模优化后其对应的检测方法精度提高了近10倍,再一次验证了用于波像差检测二元光栅掩模优化的必要性、可行性及实用性。上述研究在控制光刻机成像质量、光刻分辨率及特征尺寸均匀性等方面具有广阔的应用前景。