极紫外(Extreme Ultraviolet,EUV)光刻是实现11nm及以下节点光刻技术中最具潜力的光刻技术。EUV光刻投影物镜系统使用反射式光学元件,且必须设计多层膜来获得高反射率。然而,11nm及以下节点光刻技术牵引EUV光刻投影物镜设计向超高NA、组合倍率方向发展,导致光刻投影物镜系统的入射角和入射角范围急剧增大,现有的规整膜和横向梯度膜设计方案难以满足物镜系统反射率及像质要求。同时,国外光刻机企业对我国一直进行相关技术的封锁,针对大视场、超高数值孔径(Numerical Aperture,NA:0.30～0.50)EUV光刻投影物镜系统的膜系设计研究鲜见报道。在此背景下,为进一步支撑我国实现自主研制超高NA EUV光刻系统,本文针对适用于11nm及以下节点光刻技术的超高NA EUV光刻投影物镜系统的多层膜设计方法展开深入研究,提出了在系统中同时采用横、纵梯度膜的混合设计方法,并应用于课题组设计的超高NA EUV光刻投影物镜系统,确保系统拥有高反射率的同时维持高成像性能,对超高NA EUV光刻投影物镜系统的研制具有重要的工程意义。在国家科技重大专项的支持下,本文主要进行了以下研究:本文建立了横、纵梯度膜混合设计法。通过对EUV多层膜光学特性的分析,结合EUV光刻投影物镜系统发展趋势,提出了在系统中同时采用横、纵梯度膜的混合设计方法,依据系统各反射镜的入射角分布,确定各反射镜适合的梯度膜并进行设计,用横向梯度膜提高反射率,用纵向梯度膜提高反射率均匀性,并降低膜层引入的像差。该方法适用于具有大入射角和大入射角范围的反射系统。本文首次针对适用于7nm技术节点的NA0.50新型组合倍率EUV光刻投影物镜系统进行了梯度膜设计。通过对该物镜系统的分析,兼顾高反射率与高像质要求,确定了合理的膜系设计方案,完成了该系统梯度膜的设计与含膜物镜系统的分析。设计结果有力地支撑了新型超高NA组合倍率EUV光刻投影物镜在未来EUV光刻系统中的实际应用。本文针对课题组设计的适用于11～8nm技术节点的NA0.30、NA0.33两套共轴EUV光刻投影物镜系统进行了梯度膜设计。确定了有效的膜系设计策略并在此基础上完成梯度膜的设计及含膜物镜系统的分析,提高了EUV光刻投影物镜系统的实际应用价值。本文对直接构造法用于组合倍率EUV光刻投影物镜设计进行了探索研究。为保持课题组在新型组合倍率EUV光刻系统研究中的国际领先地位,提出了直接构造法用于该种物镜的设计方案。通过对简化的组合倍率反射系统的优化设计,验证了直接构造法在组合倍率EUV光刻投影物镜设计中的可行性。