光刻是制备碲镉汞红外探测器芯片过程中非常关键的工艺。目前绝大部分碲镉汞芯片制备都是使用接触式光刻技术，但是在曝光面型起伏较大的芯片时工艺均匀性较差，并且掩膜在与芯片接触时容易损伤芯片。针对接触式光刻的这些缺点，利用尼康公司生产的缩小步进投影光刻机开发了用于碲镉汞芯片的步进式投影曝光工艺。对设备的硬件和软件均进行了小幅修改和设置，使其适用于碲镉汞芯片。经过调试后，缩小步进投影光刻机在某些面型起伏较大的芯片上取得了更好的曝光效果，光刻图形的一致性得到了提升。实验结果表明，缩小步进投影光刻技术能够提高碲镉汞芯片的光刻质量，并在一定程度上改善了芯片制备工艺。

生物材料的表面拓扑结构能够显著影响细胞的黏附、增殖、迁移和分化等行为。为有效模拟体内细胞微环境，利用飞秒激光无掩模光学投影光刻技术制备了一系列曲线型拓扑结构。结果表明：细胞在沟槽、折线和三种不同曲率的波浪形拓扑结构上严格按照拓扑结构形貌进行生长、迁移。当波浪形结构曲率过大时，细胞改变原有的迁移方向，产生沿弯曲方向的迁移行为。共聚焦荧光显微图像显示：细胞在折线结构和波浪线结构的拐角区域发生骨架重排，相较于线区域细胞圆度增加。据此提出了细胞在曲线型拓扑结构上的迁移机制。该研究揭示了细胞对曲线型拓扑结构的响应机制，将为体外植入材料的设计提供科学依据。

为探索不同尺寸的水凝胶微图案对细胞的诱导调控作用，本文采用飞秒激光无掩模投影光刻技术，将水凝胶前驱体溶液制备成所设计的图案，同时结合大面积拼接，获得了具有大面积、不同尺寸的多边形和多角星微结构。详细研究了微结构的最佳加工条件及其浸润性。带有微结构的基底与成纤维细胞共培养的实验结果表明，微结构的空间限位作用会改变细胞形貌，从而能够对细胞的生长行为进行有效地调控。尤其在小尺寸的多边形和多角星微结构上，细胞核会落入微结构的中心陷窝，细胞骨架则不断铺展分布，并逐渐与微结构形貌趋于一致。该研究证实了微结构图案单元尺寸对诱导细胞行为功能至关重要，将为利用生物相容性水凝胶微结构进行体外细胞研究提供新技术与新方法。

随着人们对光学仪器分辨率的不懈追求, 出现了超分辨这一概念。文中主要研究介绍了显微镜和投影光刻系统中的几种光学超分辨技术, 并比较了两类系统超分辨技术的不同和联系, 对光学超分辨技术进行总结。

为研究大面积激光投影光刻的调焦，利用Zemax光学设计软件模拟离焦对光程差（OPD）和调制传递函数（MTF）的影响，分析二者对投影曝光图形质量的影响，给出系统最大的离焦量值。提出一种利用显微镜的调焦方法，分析此方法的调焦误差主要来自于显微镜景深，根据景深表达式和系统最大离焦量值，选择一款景深不大于系统最大离焦量的显微镜来构建调焦系统，并基于该调焦系统进行光刻实验。实验结果表明：利用该方法对投影成像光刻进行调焦，无论是否离焦，边缘视场与中心视场的MTF均有差异，分辨率也有差异，但这种差异不影响光刻图形的质量。

在光学系统偏振传输理论的基础上，对一高数值孔径（NA）的透射式光刻系统进行了偏振分析，分析中考虑了系统的实际特性现有工艺水平可制备的增透膜、薄膜和基底材料的吸收作用以及偏振照明，以增加分析结果的可靠性。通过计算系统各光学界面的透射率、反射率、吸收率及二次衰减值等偏振参数，得到镀膜、吸收作用以及不同偏振照明对系统传输性能和成像性能的影响。结果表明镀膜能有效提高该光刻系统的性能及稳定性，并可以将不同偏振照明对该系统性能的影响减小至可忽略的水平；同时，显著的基底吸收作用是该系统能量损失的主因，但吸收引入的偏振作用相对总体而言较小。

投影光刻机普遍采用衍射光学元件(DOE)来产生各种照明模式。针对投影光刻机中准分子激光器空间相干性差的特点，提出了一种混合分区设计方法，并利用该方法对产生传统照明模式、二极照明模式和四极照明模式的DOE进行了具体的设计。仿真分析了采用常规重复分区方法和混合分区方法的两类设计结果，并对它们的远场光强分布进行了详细的比较分析。在相同的局部优化算法条件下，相对于常规重复分区方法的设计结果而言，混合分区方法设计的DOE可使传统照明模式的非均匀性从26.45%下降到1.12%，二极照明模式的非均匀性从19.93%下降到5.45%，四极照明模式的非均匀性从17.73%下降到3.54%。混合分区设计方法无需改变局部优化算法，在保持高衍射效率的同时能大幅度提高光瞳均匀性。

光刻是大规模集成电路制造过程中最为关键的工艺，光刻的分辨力主要取决于光刻投影物镜的光学性能。光刻投影物镜光学元件面形精度为纳米量级，其对光学元件的加工及物镜单镜支撑提出了极高的要求。为193 nm光刻投影物镜高精度的单镜面形，设计了一种运动学单镜支撑结构。运用有限元法(FEM)分析光刻投影物镜单镜运动学支撑结构在重力下物镜镜片的面形变化量，经分析物镜镜片的峰值(PV)值为15.46 nm，均方根(RMS)误差为3.62 nm。为了验证有限元计算精度，建立了可去除参考面面形及被测面原始面形的方法。经过分析对比，仿真结果与实验结果面形的PV值为2.356 nm，RMS误差为0.357 nm。研究结果表明，所设计的基于运动学193 nm光刻投影物镜单镜支撑结构能够满足193 nm光刻投影物镜系统对于物镜机械支撑结构的要求。