近年来,基于数字微镜器件(DMD)的无掩模数字光刻技术引起了人们的极大的关注。DMD作为数字光刻系统的掩模发生器,具有灵活、低成本、分辨率高、速度快以及可以显示任意形状的掩模图形且可以实时修改等优点。已经在高精度掩模制作和微光学器件等领域得到了广泛的应用。目前这一技术在国际上仍处于探索研究阶段。研究数字光刻成像理论以及快速精确的数字图形优化算法,对于研制高分辨率数字光刻设备具有重要的理论和实践意义。本论文以研究快速的数字光刻成像算法以及提高数字光刻成像质量为目标,对数字光刻技术进行了深入的研究。主要研究内容和创新点如下:1.研究了部分相干成像理论模型,针对传输交叉矩阵计算复杂度高的缺点,结合DMD微镜的特点,提出了一种快速的部分相干成像方法。该方法具有计算速度快、算法效率高的特点,适合于利用计算机模拟仿真技术来分析数字掩模对DMD数字光刻成像质量的影响。为了进一步提高算法的性能,提出了两种加速方法。利用SVD方法,提出了加速方法一,该方法通过降低矩阵的特征向量数的方法,提高算法的执行效率。针对常用曝光光源对称的特点,提出了加速方法二,该方法通过降低曝光光源采样数的方法,提高了算法的计算速度,适合于对称曝光光源的光刻成像分析。计算机仿真结果表明了算法的有效性。2.分析了DMD微镜作为数字掩模的特点,建立了单个微镜成像的系统响应函数,并提出了一种像素级光刻成像算法。该方法将光刻成像系统看作线性不变系统,利用单个微镜成像的叠加来实现整DMD数字掩模的成像。该算法为分析DMD微镜状态对数字光刻成像质量的影响提供了一种有效的分析方法。计算机仿真验证算法的有效性。3.针对DMD数字掩模光刻成像质量不高的问题,通过精细采样方法将DMD灰阶掩模用二元掩模来表示,提出了基于逆光刻理论的数字掩模优化方法。该方法通过梯度优化算法优化二元掩模,并最终确定微镜的灰阶值。同时,针对DMD成像时微镜之间的相互干扰,提出了关键像素和边界像素的概念,简化了优化过程。该方法克服了直接利用二元脉宽调制方法实现DMD灰阶成像计算复杂度高的缺点,具有计算过程简单、优化速度快、优化效果较好的特点。计算机仿真表明,算法可以有效的提高DMD数字光刻成像的质量。4.针对利用DMD灰阶成像方法构造的三维微器件质量不高的特点,提出了利用共轭梯度算法提高DMD构造三维微器件质量的方法。建立了以每一个DMD微镜的曝光时间为优化变量,以期望的三维器件刻蚀高度与实际重构的高度之差为评价指标的优化模型。建立了DMD微镜像素与抗蚀剂像素之间的对应关系表,降低优化过程的计算量。仿真表明,本方法可以有效地提高三维微器件的构造质量,具有较好的工程应用前景。