光刻机是极大规模集成电路制造工艺中的核心设备。光刻机投影物镜波像差是影响光刻机成像质量、光刻分辨率和关键尺寸均匀性的重要因素，是光刻机最主要的检测指标之一。基于夏克-哈特曼波前传感器的波像差检测技术是目前主流的投影物镜波像差在线测量方法之一。夏克-哈特曼波前传感器的标定是实现投影物镜波像差高精度检测精度的重要保证。本文基于夏克-哈特曼波前传感器波前检测方法，重点开展亚纳米精度标定用波前生成技术研究。论述了光刻投影物镜波像差检测对集成电路的重要性。研究了国内外投影物镜波像差检测方法的现状，特别是基于夏克-哈特曼传感器检测投影物镜波像差的方法现状。论述了高质量球面波对基于夏克-哈特曼传感器检测投影物镜波像差的方法的重要性。对比分析了有限元法、严格耦合波法、时域有限差分法，确定采用时域有限差分法作为本文针孔衍射球面波的仿真计算方法；基于该方法，建立了针孔衍射的严格矢量理论模型，利用FDTD Solutions软件获得针孔衍射波前的近场分布，从计算精度的角度比较了快速傅里叶变换和表面等效定理两种方法，确定采用表面等效定理作为近-远场变换方法，并通过Gram-Schmidt正交化方法对远场波前进行Fringe Zernike多项式拟合。在可见光波段下对针孔衍射进行了数值仿真计算，重点分析了针孔材料、厚度、直径大小、照明物镜像差对衍射波前质量的影响，获得与国内外相关方面研究一致的结果，证明了仿真模型和自研程序的正确性。在此基础上，进行了深紫外波段针孔衍射波前质量的研究。当针孔材料为Au，针孔直径为200nm，厚度为200nm，获得的衍射波面偏差为8.4E-4λ RMS。当照明光波有像差时，衍射球面波的误差随着照明光波的NA增大而增大。针孔直径越小，针孔的滤波效果越好。与像散、球差和离焦相比较，彗差是最难滤除的像差。仿真结果为投影物镜波像差检测中的关键部件提供理论数据。本文为基于夏克-哈特曼传感器检测投影物镜波像差方案引入了一种新型的照明光源，用针孔阵列代替单孔产生球面波，提高了能量透过率低和改善了能量均匀性。本文所做工作为基于夏克-哈特曼波前传感器标定提供高精度的球面波前，对光刻机投影物镜系统波像差的高精度检测具有重要的应用价值。