光学投影光刻机的核心部件是投影曝光光学系统，该系统最重要的组成部分是照明系统和投影物镜系统。照明系统主要功能是为掩模面提供均匀照明、控制曝光剂量和实现不同照明模式。随着光刻机性能的逐步提高，对照明系统的性能要求也越来越高。高NA光刻曝光系统对照明均匀性的要求优于99％或更高；在功能方面，要求实现各种照明模式、相干因子调整、偏振控制等等。作为光刻机重要组成部分的照明系统对提高整个光刻机性能至关重要，照明技术的提高和新的照明方式的应用，是进一步提高光刻质量的关键因素，也是目前国际上光刻技术研发的热点。　　 本论文主要研究了高均匀复杂光刻照明系统的实现方法及照明系统的光瞳性能和照明均匀性补偿方法。针对准分子激光光源特性，提出了基于光棒和复眼的实现对掩膜面高均匀照明的两种方法。针对入射准分子激光强度的波动性和强度分布的随机性，提出采用阵列型照明模式变换元件对光束进行变换，以实现各种照明模式下光瞳的对称性和一致性。研究了相干因子调整系统中可能存在的各种误差源对相干因子、光瞳椭圆度、光瞳极平衡性、远心度的影响。研究了沿扫描方向实现梯形光强分布的方法，并分析了基于复眼的各种误差源对照明均匀性、远心度的影响。基于设计的照明系统，采用追迹海量光线的方法，全面仿真分析了照明系统性能，包括掩模面上照明的均匀性，光瞳椭圆度、光瞳极平衡性、远心度以及各视场点光瞳的一致性等。仿真结果证明了设计的正确性和合理性。　　 论文研究了引起光瞳失对称的原因，以及光瞳性能补偿方法。提出采用扩束整形系统补偿由于激光在水平和垂直方向发散角不一致引起的光瞳椭圆度。采用光瞳补偿器用以补偿光瞳极平衡性和光瞳椭圆度。　　 论文研究了引起照明不均匀性的原因，提出了补偿照明不均匀性的方法。并设计了均匀性补偿器用以仿真补偿效果。　　 上述研究的成果，为光刻照明系统的设计和工程化提供了参考。