整个光刻机测量系统分别用于光刻机焦面控制、套刻控制、像质控制的反馈测量，为实现光刻机焦面控制、套刻控制、像质控制提供数据保障。光刻机测量系统在光刻机焦面控制中用于对硅片/玻璃基板等工件上表面的微纳形貌测量，并反馈到执行机构使曝光区域运动至物镜焦深范围内。在套刻控制中，用于测量工件台位置，硅片与掩模的对准位置，使曝光区域在正确的位置曝光。在像质控制中，用于测量投影物镜波波像差，并反馈给整机进行调整，使成像质量达到最优。光刻机测量系统主要有垂向测量系统和对准测量系统。

垂向测量系统在光刻机中用于测量硅片高度，通常采用多点测量技术和基于扫描反射镜调制的光电测量技术，实现高精度的垂向测量。垂向测量基于光学上的三角测量原理，在被测对象上方斜入射一束光斑，打在被测对象上并反射，从另一端探测接收反射光束，当被测对象在垂向位置发生变化时，反射光束位置也发生变化，通过检测反射光束位置变化信息，就可以反推计算得出被测物的垂向位置信息。

为实现倾斜姿态测量，使用多光斑测量原理（3排共40个光斑），分别测量被测对象多个不同位置的垂向信息，就可以测量被测对象的倾斜姿态。

垂向测量原理示意图

对准测量系统包括硅片对准测量系统与掩模对准测量系统，其中，硅片对准分系统采用的是相位光栅衍射对准的方法，即光栅的位置变化，引起各级次衍射光束的相位变化，通过探测衍射光束相位变化引起的扫描或合成光强度变化来获得光栅的位置变化。