投影物镜波像差(Wavefront Aberration)是影响步进扫描投影光刻机性能的重要指标，可以用泽尼克(Zernike)多项式及其系数来表征。波像差直接影响光刻机成像质量、光刻分辨率以及关键尺寸(CD)均匀性等光刻技术指标，因此投影物镜波像差是光刻机中最关键的检测指标之一。为了提高光刻分辨率，目前光刻机投影物镜的数值孔径(NA)正逐步逼近其制造极限，因此，只获得Zernike多项式中的低阶系数是远远不够的，需要同时获得所有更高阶数的Zernike系数，一般要达到37级（即Z37）甚至64级，从而对波像差检测技术及其系统提出了极为严峻的挑战和考验。

光电材料与微纳制造研究部刘世元教授领导的纳米光学测量研究小组一直以来在微纳测试技术、精密光学仪器、100nm分辨率步进扫描投影光刻机自主研制等方面开展了卓有成效的研究。为了克服目前各种波像差在线检测技术的不足，刘世元教授领导的研究小组通过深入研究光刻机中的部分相干成像理论，提出一种基于二元光栅掩模标记的波像差在线检测新技术，采用制造工艺最为简易的二元光栅结构作为掩模标记，充分考虑部分相干照明的影响，可以实现高达37级Zernike系数的波像差在线精确检测，精测精度达到0.1mλ。

该项研究工作得到了国家自然科学基金、国家863计划和教育部新世纪优秀人才计划的支持，结果发表在Optics Express（2009, 17(21): 19278-19291）上。