中文摘要：

数字光刻是用计算机优化产生的一系列"虚拟"的数字图形控制投影曝光设备把图形一幅幅地投影到基片上，理论上它甚至可通过数字分析光学检测系统反馈回基片的光场分布信息，优化调控下一时刻数字图形的结构，以获得最佳的光刻图形质量。它是一种全数字、低图形畸变、高对准精度、高效自动化、无掩模而低成本的光学光刻新技术。该技术的兴起将对未来光刻技术的走向及微电子、微光学、微系统研究的发展产生深刻的影响。本项目拟基于部分相干成像和光化学反应动力学理论，深入研究DLP产生的系列灰度图形在光刻过程中的成像机理，搭建数字光刻实验装置并通过实验研究其光刻工艺条件，分析图形传递过程成像系统、抗蚀剂中的非线性因素及曝光工艺中的各种参量影响，建立可实用的数字光刻理论模型和模拟计算软件。针对数字光刻高数据传输率的要求，在兼顾成像质量的基础上，提出一体化系列数字图形优化设计的新方法。为数字光刻技术的实用化发展提供理论和实验依据。

结论摘要：

近年来，无掩模光学光刻受到微电子领域广泛关注。空间光调制器可便捷、灵活、并行、低成本和高速度地产生曝光图形，其作为无掩模光刻系统的图形发生器，可在小批量微电、光、机器件制作和高精度掩模生产中发挥了重要作用。本课题基于部分相干光成像理论，在深入分析数字空间光调制器工作原理基础上，探索数字光学光刻成像机理。根据微结构图形制作的需要，提出针对数字微镜特点的数字灰度光刻成像和曝光显影模型，编制了可描述数字灰度光刻全过程的计算机模拟软件。在成像系统设计、搭建和微结构制作实验方面，讨论了DMD偏转对成像质量的影响和空间像光场分布的时间积累效应，加工了10倍缩小成像物镜，并搭建了3到10倍缩小成像数字光刻实验装置，分析DMD栅格效应、光相干性等影响。通过模拟分析和工艺摸索建立了数字灰度图形与抗蚀剂表面曝光剂量分布的关系，提出通过优化曝光图形的像素灰度的方法校正光刻图形传递过程的非线性畸变，在实验装置上制作出了光栅、微透镜等样品。此外，课题组提出了一种无掩模纳米干涉光刻新方法，其与SLM相结合可望实现多种图形的超分辨光刻。这些成果为无掩模光学光刻技术的进一步发展提供了理论依据，有重要应用和参考价值。