自重变形对超高精度Fizeau干涉仪的光学性能影响

为实现λ/100峰谷值(PV)的光刻投影物镜面形检测精度要求，深入分析了自重变形对大口径超高精度Fizeau干涉仪的光学性能产生的影响。设计的球面标准具结构，其系统波像差达到λ/1000(PV)、像方数值孔径（NA）值为0.36，用于口径超过300 mm的球面镜面形检测。使用Patran/Nastran软件通过有限元方法（FEM）对标准具镜组中一块镜子在胶结辅助支撑和压圈切向支撑两种支撑方式下的自重变形进行分析的基础上，得出在假定载荷作用下各光学元件表面的变形量及刚体位移量。利用泽尼克多项式将变形量大小进行拟合，得到镜子的波像差大小，完成光机转换，分析得到适合的支撑方式。将此支撑方式运用到整个系统，实现了在自重变形下系统的波像差大小优于λ/100(PV)水平。结果证明采用这种支撑方式，可以满足超高精度检测要求，为合理的干涉仪设计提供了数据依据、为提高系统精度奠定了基础。 : "自重变形对超高精度Fizeau干涉仪的光学性能影响" 主要探讨了在高精度光刻投影物镜面形检测中，自重变形如何影响大口径Fizeau干涉仪的光学性能。该研究针对λ/100 PV的检测精度需求，设计了一种球面标准具结构，具有λ/1000 PV的系统波像差和0.36的像方数值孔径，适用于直径超过300 mm的球面镜检测。 : 研究中采用了Patran/Nastran软件，利用有限元方法（FEM）来分析标准具镜组中一块镜子在两种支撑方式（胶结辅助支撑和压圈切向支撑）下的自重变形。通过这种方法，可以计算出光学元件表面的变形量和刚体位移量。通过泽尼克多项式拟合这些数据，转化成波像差信息，从而确定最合适的支撑方式。将所选的支撑方式应用到整个系统后，能够在自重变形条件下保持系统波像差优于λ/100 PV，满足了超高精度检测的要求。 【核心知识点】: 1. **Fizeau干涉仪**: 是一种精密光学仪器，用于测量反射或透射光波的相位差异，以评估光学表面的质量。在本研究中，用于检测大口径球面镜的面形。 2. **自重变形**: 物体由于自身重量引起的形状变化，对高精度光学仪器的性能有显著影响，尤其是在大口径设备中。 3. **有限元方法 (FEM)**: 一种数值计算方法，用于模拟结构的力学行为，分析复杂几何形状物体在各种载荷下的变形和应力分布。 4. **球面标准具**: 设计用于检测的特殊光学组件，其球面形状有助于减小波像差，提升检测精度。 5. **波像差**: 描述光波通过光学系统后的相位失真程度，是衡量光学系统性能的关键指标。λ/1000 PV的波像差表示系统非常精密，能捕捉到极微小的不平整。 6. **数值孔径 (NA)**: 表示光学系统的集光能力，影响分辨率和成像质量。0.36的NA值在本应用中是合适的。 7. **支撑方式选择**: 支撑方式直接影响到光学元件的稳定性，从而影响其光学性能。研究比较了胶结辅助支撑和压圈切向支撑，找到了最优方案。 8. **光机转换**: 将机械结构的变形转换为光学性能的影响，是分析自重变形对光学系统影响的关键步骤。 9. **泽尼克多项式**: 用于拟合和描述波前误差的数学工具，帮助研究人员理解和量化自重变形对波像差的影响。 通过以上研究，不仅为设计高精度Fizeau干涉仪提供了数据支持，也为提高整体系统的检测精度打下了基础，对于高精度光学检测领域具有重要的实践意义。