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温度变化对绝对检验面形变形影响与补偿器方法研究

作　者: 陈旭
导　师: 刘伟奇
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 光学
关键词: 菲索干涉仪平面绝对检验球面绝对检验非球面检验波前误差热变形模型
分类号: O439
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

菲索干涉仪通过测量参考面与被测面反射波前相干叠加产生的干涉条纹来获取被测面的面形信息。参考面面形精度和检测环境是影响菲索干涉仪面形检测精度的重要因素,而绝对检验是获得更高精度参考面面形分布的有效方法。本文根据菲索干涉原理,结合深紫外投影光刻镜头元件面形的高精度检测要求,针对温度对绝对检验面形变形的影响和光刻镜头非球面元件的补偿法检测两大问题进行了研究,主要工作如下:(1)分析了由于温度变化而使绝对检验辅助面引入的面形变形量的分布情况,提出了热变形模型,具体工作如下:a.构建了辅助平面的有限元分析模型,用于模拟绝对检验中辅助平面自身携带的面形误差,并对模型精度进行了分析;b.利用Zernike面形拟合算法,确定温度变化后的平面面形,根据已建立的有限元模型采用二维Shepard插值方法确定变形后原测量节点坐标处的面形变形量;c.根据Zernike多项式和Seidel像差之间的关系,分析了温度对绝对检验辅助平面在不同像差组合面形模式(单种像差组合面形模式﹑偶对称与偶对称像差组合面形模式﹑偶对称与奇对称像差组合面形模式)的面形变形影响,建立了热变形模型。初始面形分布给定为Seidel像差组合面形模式,有助于与Zernike多项式表示的波像差变化相联系,建立几何像差和波像差之间的联系,对菲索干涉仪面形热变形能力的评价,对提高检测精度有方向性的指导。(2)建立了绝对检验辅助镜有限元模型,研究了重力、夹持力和温度共同作用下绝对检验辅助球面镜镜面面形特性,对比了施加重力情况下温度变化时的表面节点与只施加重力的表面节点变形量,并采用Zernike多项式拟合变形面形,建立了热变形模型,为菲索干涉仪消除环境温度变化引起的面形变形量的标定提供了理论依据,研究方法适用于不同透镜装夹支撑方式。(3)对比了非球面面形检测的多种方案,针对光刻投影镜头所使用的高阶非球面的特点,设计了用于光刻投影镜头非球面检验的Offner补偿器,并进行了初步的公差分析和误差性能预算。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-16
第1章绪论  16-40
  1.1 课题研究背景及意义  16-17
  1.2 研究现状  17-37
    1.2.1 菲索干涉仪研究进展  17-22
    1.2.2 菲索干涉仪精度衡量标准与误差理论  22-27
    1.2.3 菲索干涉仪面形检测  27-37
  1.3 主要研究内容和结构安排  37-40
第2章温度变化对平面绝对检验面形变形的影响  40-84
  2.1 引言  40-42
  2.2 面形热变形理论和计算方法  42-43
  2.3 辅助平面有限元数学模型构建  43-45
    2.3.1 辅助平面有限元数学模型—网格划分  43-45
    2.3.2 网格划分精度(镜面模型精度的理论证明)  45
  2.4 辅助平面 Zernike 多项式面形拟合方法  45-53
    2.4.1 Zernike 多项式表达式  45-49
    2.4.2 面形拟合方法  49-52
    2.4.3 拟合算法精度比较  52-53
  2.5 二维插值方法选择  53-55
  2.6 温度变化对绝对检验辅助平面像差组合面形模式的影响  55-81
    2.6.1 面形像差分类  55-60
    2.6.2 同类像差组合面形模式  60-68
    2.6.3 偶对称与偶对称的像差组合面形模式  68-74
    2.6.4 偶对称与奇对称的像差组合面形模式  74-81
  2.7 有限元模型的进一步发展—辅助球面有限元基本理论研究  81-82
  2.8 本章小结  82-84
第3章绝对检验辅助球面面形变形有限元模拟与分析  84-100
  3.1 引言  84-85
  3.2 球面辅助镜有限元面形建立  85-89
    3.2.1 绝对检验辅助球面镜几何模型的建立  85-86
    3.2.2 Zernike 面形拟合方法  86-88
    3.2.3 面形变形理论计算方法  88-89
  3.3 面形节点数据拟合与分析  89-91
    3.3.1 三种材料的绝对检验辅助镜在重力、均匀温升、装夹力三者迭加及耦合作用后与只有重力、装夹力作用的表面面形情况比较  89-90
    3.3.2 热变形引起的表面变形量  90-91
  3.4 温度变化对绝对检验辅助球面面形的影响  91-98
    3.4.1 热变形模型的建立  97-98
  3.5 本章小结  98-100
第4章非球面检验补偿器设计  100-108
  4.1 引言  100
  4.2 非球面检验光路设计  100-107
    4.2.1 检验基本光路  100-101
    4.2.2 待检非球面特点分析  101-103
    4.2.3 Offner 补偿器的设计与仿真分析  103
    4.2.4 补偿镜布局  103-107
  4.3 结论  107-108
第5章总结  108-112
  5.1 论文结论  108-110
  5.2 创新点  110-112
参考文献  112-118
在学期间学术成果情况  118-120
指导教师及作者简介  120-121
致谢  121

温度变化对绝对检验面形变形影响与补偿器方法研究

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