随着电子信息产业的快速发展,集成电路技术在计算机系统、自动化控制、精密机械、通信设备以及日常生活等诸多领域中扮演了极其重要的角色。光刻蚀技术正是高集成度电路制造的核心和关键。近几年,日益完善的193nm光刻系统及其物镜油浸技术,已经接近其理论极限。要突破22nm及以下技术节点,极紫外光刻技术已经显示出卓越的应用前景,商业化进程也趋于稳定、成熟。然而极紫外光学元件的表面污染,逐渐成为制约其商业应用的关键因素之一。为了保持光学元件的长使用周期和稳定的反射率,需要深入研究表面污染的机制并提出相应的解决方案。本论文根据有机分子在极紫外光学薄膜元件表面的运动与反应机制,建立表面碳污染的理论模型,针对造成表面碳污染的主要影响因素(分子反应横截面积σ、结合能E、碳原子比重η、二次电子产额Y)进行了定量评估,并提出了适用于不同辐照环境下的光学表面碳污染抑制方法。根据理论模型模拟结果,选择Ti O2作为极紫外投影物镜保护层材料。提出一种利用溅射反应“迟滞回线”高精度确定充氧量的工艺优化方法,制备出满足极紫外光刻反射镜的基本要求的抗污染多层膜样品。并考虑到表面污染的实际效果,提出一种对表面改性及厚度变化不敏感的非周期多层膜结构设计。模拟结果表明,当表面存在不可逆转的严重污染时,该结构较传统周期膜系具有更稳定的极紫外反射效率。适合于曝光环境恶劣、面型曲率较大的极紫外光刻聚光镜的制备。论文最后拓展极紫外反射镜保护层的相关功能。完成一种提高极紫外光谱纯度与抗表面污染能力的复合功能多层膜结构设计。模拟结果与相关实验表明,本方案可在不造成极紫外反射率过分损失的前提下,大幅度减少非工作波段光谱的反射。可降低极紫外光源系统的运行成本。本文研究内容为极紫外薄膜保护层及相关光学元件的制备提供了理论与实验依据,对商业光刻机商业使用中出现的镜面污染状况进行合理预测和评估,并为其大规模市场化推广打下坚实的基础。