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半个世纪以来，半导体产业一直遵循摩尔定律迅猛发展，集成电路每个芯片上的晶体管数量已经从60年代的仅几十个倍增到现在的上亿个。随着每个芯片上容纳的电学元件数目成倍增长，电路的关键尺寸(CD)不断减小，电路对关键尺寸均匀性(CDU)的要求也越来越高。 光刻工艺决定了集成电路的关键尺寸，是集成电路制造过程中的核心关键技术。焦深是光刻机的重要性能参数之一，在焦深范围之内，曝光系统可以清晰的曝光成像。随着光刻机分辨率的不断提高，可用焦深范围不断减小。在大规模集成电路芯片制造步入1x nm技术节点后，光刻机的对焦控制精度必须达到60-80nm。因此，必须采用精密对焦控制技术，来保证硅片表面在有效的焦深范围内曝光，从而获得满足技术要求的电路图形。 本文从光刻机对焦原理和先进光刻机对焦控制系统架构出发，首先识别出一系列影响对焦精度的误差源，然后研究分析这些误差源对总离焦误差的贡献方式和统计特性;同时开展统计分析方法研究，找到合适的浸没光刻机对焦控制系统性统计分析方法，并开展仿真分析研究;研究结果最终用于指导光刻机对焦控制技术的设计与研发。研究结果表明:由于光刻对焦误差源中存在非正态分布误差贡献项，采用常规正态统计分布使用的系统性对焦控制3σ控制原则时，28nm节点浸没光刻机的对焦成功率只有95.9％，远小于IC制造过程中99.7％对焦成功率要求;为了达到99.7％光刻机系统对焦成功率技术要求，浸没光刻机对焦控制应采用4σ控制原则。 为保证硅片表面在有效的焦深范围内曝光，需要采用调焦调平技术实时调整硅片当前曝光场的高度及倾斜状态。本文基于一种空间分光的调焦调平测量系统，研究了调焦调平测量系统的工作原理，分析了调焦调平测量系统的线性精度，对其测量高度进行多项式拟合，确定拟合阶数为5阶，使得在保证计算效率的前提下，拟合高度与真实高度的误差最小，单次扫描得到的拟合偏差约为12nm(3σ)。进行多通道分析，确定测量通道不同对线性精度的影响。在我们自制的实验研究系统中，中心测量通道M4计算得到的拟合高度与真实高度偏差最小。边缘通道M8计算得的拟合高度相比于真实高度偏差相当大一些，单次扫描得到的拟合偏差约为13.2nm(3σ)。