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。

研究了一种基于数字微镜器件 (DMD)的数字掩模投影光刻 (DMPL)技术,以400 nm飞秒激光作为光源, 结合高缩放比投影系统,来缩小光刻胶与光子束的反应区域,通过调控不同DMD像素投影光场强度分布,将投影光刻的线宽分辨率推进至亚微米 尺度,实现了具有跨尺度加工能力(单次曝光面积在百微米以上,曝光精度在百纳米)的DMPL技术,同时详细对比分析了DMPL 中存在的几何和 物理光学模型,阐明了像素个数与加工结构尺寸的关系,并进一步基于物理光学模型分析了DMPL中极限分辨率的关键科学问题。

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。

考虑用CaF2材料制作投影光刻物镜可以明显提高其性能指标, 本文研究了CaF2材料加工工艺的全流程, 以实现CaF2材料的全频段高精度加工。首先, 利用沥青抛光膜和金刚石微粉使CaF2元件有较好的面形和表面质量。然后, 优化转速、抛光盘移动范围、压力等加工工艺参数, 并使用硅溶胶溶液抛光进一步降低CaF2元件的高频误差, 逐渐去除加工中产生的划痕并且获得极小中频误差(Zernike残差)和高频粗糙度。 最后, 在不改变CaF2元件高频误差的同时利用离子束加工精修元件面形。对100 mm口径氟化钙材料平面进行了加工和测试。结果表明: 其Zernike 37项拟合面形误差RMS值可达0.39 nm, Zernike残差RMS值为0.43 nm, 高频粗糙度均值为0.31 nm, 实现了对CaF2元件的亚纳米精度加工, 为研发高性能深紫外投影光刻物镜奠定了良好基础。

目前，高数值孔径(NA)投影光刻物镜都普遍采用非球面元件来提升光学系统的成像质量并降低系统的复杂度，但是高精度非球面检测一直是光学检测领域的一大难题，也是限制高NA投影光刻物镜制造的关键因素。为了解决这一难题，针对高NA投影光刻物镜中的一偶次高次非球面，论述了计算全息图(CGH)相位与空间频率的关系，以及相位与空间频率的计算方法；采用点光源照明模式，详细分析了CGH设计时的关键参数的选择方法和避免CGH非工作衍射级次的干扰的方法；采用所选定的设计参数，加工制作了CGH，并用此CGH完成了对非球面的高精度检测。经过多轮加工检测迭代，最终非球面的收敛精度的均方根（RMS）达到了0.46 nm。

针对45 nm节点投影光刻物镜的应用, 开展了工作波长为193 nm的深紫外浸没式高数值孔径(NA)投影光刻物镜的研究和研制。设计了数值孔径(NA)为1.30的离轴三反射镜投影光刻物镜和NA为1.35的同轴两反射镜投影光刻物镜, 并对两个设计方案的优劣进行对比分析, 选择了同轴式结构作为最终的设计方案。分析了系统在不同NA情况下可变光阑与其远心度之间的关系, 提出了用双可变曲面光阑的设计方案来优化系统的远心度。实验表明, 应用本文设计方案, 光刻物镜的波像差小于1 nm, 畸变小于1 nm; 新型的可变光阑使系统NA在0.85~1.35变化时的最大远心度由5.83~17.57 mrad降低至0.26~3.21 mrad。本文提出的设计方案为45 nm节点高数值孔径投影光刻物镜的研制提供了有益的理论依据和指导。