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随着光刻关键尺寸的下降，由于光学衍射效应造成的光学临近效应对光刻图形造成的畸变会导致光刻的输出图形与目标图形有一定差距，甚至会影响集成电路的功能。为克服这一问题，目前广泛采用基于模型的掩模优化方法，通过对光刻过程进行模拟及掩模逆向优化设计，对光刻中使用的掩模板图形进行一定的校正，从而提高输出图形与目标图形的相似性。本文对光刻掩模图形优化中的两大关键技术，包括光刻成像仿真与掩模逆向优化算法的理论与方法进行了研究，并通过仿真分析对提出的方法进行了验证。研究了基于部分相干成像的光刻成像原理，引进了基于傅立叶变换的方法实现成像过程中交叉传递系数矩阵的快递计算，并通过奇异值分解实现部分相干核函数计算，从而实现光刻空间像的快速计算。基于MATLAB的仿真实验表明，此空间像计算的理论可以实现部分相干空间像快速计算，其计算精度与商业软件PROLTIH相比可以达到10-3量级，适用于掩模图形优化的正向建模。研究了基于多边形表征的光学临近校正技术，提出了基于单个基本掩模图形的空间像计算方法，通过预先计算一个掩模图形与部分相干核函数的卷积，然后使用查表法实现部分相干核函数与掩模图形的快速卷积计算及空间像计算。仿真实现说明该方法非常容易应用于基于多边形表征的掩模优化，并且可以大大减小传统查表法中的存储量。研究了基于像素表征的逆光刻技术，建立了基于最速梯度下降法的掩模优化方法的基本流程，并通过在目标函数中加入二进制惩罚项与复杂度惩罚项，使用正则化方法提高了优化掩模的可制造性。通过MATLAB仿真将此方法用于非相干成像与部分相干成像下的掩模优化，其正则化方法也可以简化优化的掩模图形并提高其可制造性。以上研究是光刻掩模优化的基础理论，将可以在实际的光刻掩模图形设计中得到应用，相关理论也可以应用于解决光刻其它问题，如光源掩模同步优化、波像差检测、关键尺寸测量等。