极紫外光刻技术(Extreme Ultraviolet Lithography,EUVL)被公认为是最具潜力的下一代光刻技术之一而受到广泛研究。作为光刻整机的核心部件,极紫外光刻物镜系统几乎涵盖了应用光学、加工检测、光学薄膜等核心高端技术,在设计、评估等方面面临诸多实际问题。就此,本文围绕极紫外光刻物镜系统优化设计中若干实际问题开展了以下研究:1.针对极紫外光刻光学系统中的Mo/Si多层膜提出了基于能量守恒定律的等效界面模型。模型从严格的电磁场基本理论出发,从光学薄膜对能量的调制角度,将多层膜中复杂的相干物理光学过程转换为简洁的几何光学过程,并构造等效光学系统,以对其进行像质评价,评估光学薄膜与物镜系统的兼容性。2.极紫外光刻物镜系统中的杂散光将严重降低物镜系统成像性能。本文从杂散光基本定义和测量原理出发,借助光刻仿真,提出了用于分析极紫外光刻物镜系统中杂散光的模型,完成了物镜系统杂散光分析评估方法的建立,实现了光学元件扩展中频的准确提取,为物镜系统杂散光分析提供了一种普适、自恰的方法。3.通过分析极紫外光刻物镜结构,利用分组、解析法缩减变量数目,实现了极紫外光刻NA 0.3、弧形视场、无遮拦六镜系统初始结构的分组可视化构造,具有直观、速度快、命中率高等优点。在此基础上,对系统进行优化、仿真,分析了不同Fringe Zernike像差对曝光线条质量的影响,为以后系统优化设计提供了参考。4.实现了基于阿贝成像原理的光刻成像仿真,针对NA 0.32系统,16 nm HP密集线条完成了离轴照明参数优化;提出并实现了基于遗传算法,协同考虑系统实际照明条件的衰减型相移掩模结构和材料的优化设计方法。5.从理论上提出了一种适于高NA极紫外光刻物镜系统的新型掩模结构,通过刻蚀光学薄膜并填充吸收层的方法,使得掩模图案位于二维平面内,从而克服掩模阴影效应;同时吸收层材料的注入减小了薄膜刻蚀深度,增强了掩模机械强度,延长了使用寿命。上述研究为极紫外光刻物镜系统优化设计过程中所面临的若干实际问题提供了理论依据和技术支撑,为后续更高NA、无遮拦、产业化物镜系统的协同设计、光刻整机性能优化、开展计算光刻等工作奠定了技术基础。