光刻是微纳制造的关键技术,制约着微光学元件加工技术的发展。本文针对DMD无掩模光刻质量问题,在研究数字光刻原理的基础上,从掩模设计和制作工艺两方面进行分析。提出分模曝光方法改善图形质量,并在掩模设计中对轮廓畸变问题进行优化。根据数字微镜阵列对灰度掩模的空间调制原理,设计出匹配的分模掩模。通过选择曝光时间、显影时间、刻蚀气体流量等工艺参数,对微透镜阵列的面形进行控制。利用SEM和轮廓仪对制作微透镜阵列的面形进行检测。研究结果表明,利用分模曝光方法制作球面面形微透镜阵列,图形轮廓整体平滑自然,四模曝光面形平均误差为0.54μm,相比传统单模曝光面形平均误差值0.93μm,平均误差减小了0.39μm。该方法有效减小了灰度掩模在投影光刻中的灰度级失真,弥补了由投影物镜焦深限制所造成的技术问题,提高了图形质量。