提出一种基于交替相移掩模空间像的光刻机投影物镜偏振像差检测方法。采用泡利-泽尼克系数表征偏振像差，结合X和Y两种线性偏振照明方式，用像传感器测量不同照明条件下掩模空间像的成像位置偏移与最佳焦面偏移，利用标定的偏振像差灵敏度矩阵计算获得泡利-泽尼克系数。采用光刻仿真软件对本文方法的有效性进行了验证，结果表明其检测精度优于3.07 mλ。