精密光学系统的热像差

为了精确控制与补偿物镜的热像差,设计了一套三镜实验光学系统,基于该系统验证了热像差计算方法的准确性。介绍了热像差分析方法及验证实验方案。开展不同热载工况下热像差测试实验,并与仿真结果进行了对比。最后,综合实验与仿真结果,分析了特定热载条件下系统热像差中非轴对称像差成分以及系统最佳焦面的变化趋势,获得了热像差的瞬态特性。实验结果显示:在输入热载大小之比为1∶4∶9的情况下,实验和仿真获得的热像差均方根(RMS)值之比分别为1∶3.75∶9和1∶4.01∶9.01,光学系统所加热载和热像差之间呈线性关系;在实验热载荷作用下,系统最佳焦面的稳态时间小于450min,而热像差中一阶像散(标准Zernike Z4)的稳态时间小于48min,一阶四叶(标准Zernike Z11)的稳态时间小于9min,最佳焦面稳态时间远大于非轴对称成分的稳态时间。基于该三镜实验光学系统所获得的热像差特性能够为投影光刻物镜或其它精密光学系统的热像差控制与补偿提供有力支撑。     

胶粘剂对光机结构动力学特性的影响

胶粘剂广泛应用于光机结构中,其对光机结构的动力学特性有不可忽视的影响。本文采用有限元建模的方法对含胶粘剂的透镜镜组进行动力学特性分析。建立忽略胶层、节点耦合以及"粘合单元"连接胶合面三种有限元模型,并分别对两种胶粘剂粘接的透镜镜组进行模态分析。为了验证三种建模方法的有效性,对不同透镜镜组进行模态测试,获取一阶模态频率与振型。仿真计算与测试结果对比表明:忽略胶层影响的模型计算结果存在较大误差,节点耦合以及"粘合单元"连接胶合面所建立的模型的一阶模态频率与实验测试误差小于5%,振型也与测试结果一致。这表明节点耦合以及"粘合单元"连接胶合面两种有限元模型是有效的。进一步分析胶粘剂材料属性对透镜模态频率的影响,胶粘剂的杨氏模量对模态频率影响明显,泊松比与密度影响较小,对光机结构中胶粘剂的选用具有参考意义。     

电容传感器线性度标定平台

设计了一种电容位移传感器在线标定平台,用于位移的高精度调节和检测。该平台的运动对称中心轴、测量光路的对称中心轴和传感器的传感轴共轴,故从测量原理上减小了阿贝误差。标定平台具有z/tip/tilt调节功能,保证了传感器的传感面和被测面板的被测面之间的装调对准。介绍了标定平台的组成和标定方法的原理,采用对称平行四边形机构实现了微位移调节,基于柔度矩阵法(CMM)分析了导向机构的输出柔度和行程。试验测得动平台行程为735.162μm,和有限元法(FEM)、CMM计算结果的误差分别为7.410%和4.633%,满足行程误差要求。经过标定补偿后,传感器的线性度由0.014 21%提高至0.006 231%。实验结果显示,该线性度标定方法精度高,标定后的传感器满足位移精密调节机构使用要求。     

光刻物镜恒温水套的小比例模型实验设计

为了进行光刻物镜恒温水套先期设计分析,采用相似性原理设计了一个恒温水套的小比例模型实验,并采用数值仿真的办法,证明了该小比例模型实验设计方法的正确性.首先根据恒温水套的结构形式给出了传热控制方程.接着对各控制方程进行分析,得出了稳定传热情况下模型实验设计的相似准则.然后根据相似准则设计了一个光刻物镜恒温水套的1:4小比...     

深紫外投影物镜偏心调整机构的传动比分析(英文)

在深紫外光刻投影物镜的研制中,彗差和像散的补偿主要依靠光学元件的偏心调整机构。分析其工作原理及传动比特性:首先采用速度瞬心法推导传动比理论计算公式;然后建立偏心调整机构的运动学仿真模型,对输入/输出传动比进行模拟分析,并对光学元件沿X、Y向运动的位移特性进行分析;最后,分析机构沿X、Y向分别运动时正交方向的运动耦合误差。结果表明:通过理论计算和运动学仿真分析得到的传动比极其吻合;光学元件中心沿X、Y向的输出位移和驱动器输入位移均呈强线性关系;在驱动器输入位移为100μm时,光学元件沿X向的耦合误差为0.16%,沿Y向的耦合误差为0.497%;在驱动器输入位移为2 000μm时,光学元件X向的耦合误差增大到3.486%,沿Y向的耦合误差增大到9.888%;为后续研究提供了理论依据。     

基于运动学支撑的透镜光学表面面形及其复现性

根据高精度投影光刻物镜的特点,提出了一种运动学支撑结构,并采用实验结合有限元分析的方法研究了该支撑结构引起的透镜光学表面变形以及重复装配过程中透镜光学表面面形的复现性.首先,介绍了运动学支撑结构的原理及镜面变形分析的方法.然后,应用Zernike多项式拟合实测和有限元分析得到的面形,并用两种方法对运动学支撑结构夹持力引起的透镜光学表面面形进行对比,以验证有限元分析模型的正确性.同时,分析了考虑重力情况下运动学支撑结构导致的透镜光学表面变形.最后,用实验的方法测量了运动学支撑结构在重复装配过程中透镜光学表面面形的复现性.实验和分析结果显示,由运动学支撑结构夹持力引起的透镜光学表面面形均方根(RMS)值的实测值为1.004nm,分析值为0.974 nm,夹持力及重力综合作用下导致的透镜表面Fringe Zernike拟合面形RMS值为2.538 nm,产生的主要像差为离焦、初级三叶像差和二级三叶像差,重复装配过程中引起的透镜光学表面面形的复现性标准差为0.645nm.得到的结果表明,所设计的运动学支撑结构能够保证透镜光学表面面形在重复装配过程中有良好的复现性.     

高精度位移传感器线性度标定方法研究

针对光学系统中光学元件的高精度位移调节和检测问题,提出一种非接触电容位移传感器的线性度标定方法,搭建了一个运动轴、测量轴和传感轴三轴共线的标定平台,从测量原理上消除阿贝误差。介绍了标定平台的组成和标定方法的原理,采用对称平行四边形机构实现微位移调节,基于柔度矩阵法分析了调节机构的输出柔度和行程。试验结果表明,机构的柔度为13.585μm/N,运动行程为543.4μm,分辨率约为10 nm。经过标定补偿计算,传感器的线性度由0.047 14%提高至0.004 84%。该线性度标定方法精度高,标定后的传感器满足精密位移调节机构使用要求。     

光纤激光精密位移调整技术实验研究

为了将激光弯曲成形技术应用于精密位移调整领域实现亚微米精度的位移调整,自行设计和搭建了激光微位移调整与测量平台,将光纤激光通过线性透镜和扫描振镜聚焦在不锈钢薄板上作匀速扫描运动,实时监测加工过程样件自由端的输出位移。建立了样件激光微位移调整模型,在此基础上研究改变激光功率、扫描速度、光束照射位置以及离焦量等参数对调整位移的影响。结果表明,样件通过该平台实现了亚微米级重复精度的精密位移调整,改变激光照射位置是精确改变调整位移的首选;通过优化工艺参数,降低了激光加工过程中样件表面的损伤。     

面向电容式传感器线性度标定的柔性微动机构设计

针对光学精密工程中位移检测问题,研制了一种电容式位移传感器线性度标定装置。阐明了标定装置的组成和标定方法的原理,该装置采用运动轴、测量轴和传感轴三轴共线的设计方案,从测量原理上降低了阿贝误差。基于伪刚体模型和拉格朗日方程建立了机构位移、刚度、强度和固有频率的理论模型,为机构优化设计提供理论依据。计算和仿真结果表明理论模型和有限元分析误差分别为3.764%、3.908%、14.842%和2.666%。试验结果表明行程测试值与理论值、有限元计算值的误差分别为9.254%和13.524%,刚度测试值与理论值、有限元计算值的误差分别为8.472%和11.914%。标定后传感器测试线性度由0.057 48%提高至0.004 39%,测试精度改善明显,能够满足光学精密位移测试需求。表明所搭建的标定装置有效,且建立的机构理论模型和分析方法可信。     

超精密光刻物镜缓冲包装设计

采用数值模拟的方法开展光刻物镜镜组的跌落分析,结合数值寻优的方式,以光刻物镜所能承受的最大加速度为约束条件确定缓冲结构的尺寸参数,并通过跌落实验验证数值仿真的准确性与可靠性,进而指导超精密光刻物镜缓冲包装的参数设计。利用此方法对质量为10 kg、镜片口径为160 mm,径厚比为8.89光刻物镜镜组进行缓冲结构设计,实验结果表明,其从10 cm高度跌落后最大加速度为4.4 g,面形变化仅为0.36 nm,满足超精密光学设备的动力学指标要求。