极平衡作为光刻物镜的一项重要指标，受到多种误差因素综合调制，因此有必要准确区分各种误差源的独立贡献量。提出了一种标定方法，将远心度误差所引入的调制效果进行了解耦，对极平衡指标进行了标定，并与质心标定方法进行对比研究。实现途径是以Matlab程序作为载体，调用Code V进行远心度运算，对LightTools的光瞳强度仿真结果进行重新定位，从而获取远心分离后的极平衡性指标。此外，设计了一个光刻物镜方案作为研究对象，对标定程序进行了仿真验证。结果表明，该标定方法可有效分离远心误差对极平衡的调制作用，程序执行效率较高。

针对投影物镜温度控制系统具有多重扰、多时滞和时间常数较大等问题, 搭建了投影物镜温控实验平台; 研究了实验平台的结构、激励信号设计、数据预处理方法和建模算法, 建立了超高精度温度响应模型。首先, 考虑光刻机对震动和洁净度的严格要求, 设计了远距离串级水冷控制系统; 进行了物镜温度的阶跃响应实验, 采用两点法建立了物镜的温度响应传递函数(粗建模)。然后, 根据获得的物镜阶跃响应传递函数, 设计二位式伪随机辨识输入信号的参数, 并采用分段线性化方法对输入输出数据进行预处理。最后, 设计迭代最小二乘算法,辨识得到物镜的ARMAX温度响应模型(精建模)。基于该模型的物镜温控实验结果表明：在环境温度波动幅值达0.6 ℃并加入3 W的热扰动条件下, 物镜温度稳态误差控制在±0.001 ℃以内, 满足光刻机对投影物镜的超高精度温度控制要求。

基于光学中一种特殊的胶接模型, 设计一种新的实验方案研究恒温下低应力光学结构胶固化过程中内应力随时间的变化, 实验利用电测原理, 通过监测固化过程中被粘物体 (钢片)中心点的变形, 反推胶的固化性质。本文先从理论上分析结构胶固化过程的规律, 然后选取两种低应力光学结构胶 3140RTV和 UV295进行为期一周的测试, 并对实验曲线进行了分析。此外, 通过对实验模型做一些理论上的假设, 并结合有限元软件计算结构胶残余应力对钢片的影响, 进而比较出两种结构胶性能的好坏, 该计算结果和实验曲线分析进一步阐述了实验设计的目的及意义。

为满足高分辨率光刻机控制大时间热响应常数投影物镜温度时响应速度和超高精度的要求, 设计了前馈——串级水冷投影物镜温控系统。该系统以物镜为主控对象、冷却循环水为副控对象。针对物镜的慢动态温度变化特征, 采用模型预测控制作为外环主控制算法; 针对冷却水远传回路的纯时滞特性, 采用带Smith预估器的PID控制作为内环副控制算法; 为解决光刻机在不同工况下激光光路对物镜温度的严重扰动, 引入前馈补偿控制激光热扰动。最后, 在不同控制结构和热干扰条件下, 进行了模拟物镜温度控制实验。结果显示,物镜温度稳态误差曲线在±0.01 ℃内波动。实验证明该系统极大地提高了物镜的温度收敛速度,具有较强的抗干扰能力, 能满足物镜的超高精度温度控制要求。

提出了一种超越型函数，用来描述激光强度分布，并给出了这种函数的拟合方法。该超越型函数是基于高斯类分布函数提出的，并根据多变量寻优的方法，采用方向搜索法及最小二乘法对该函数进行拟合。计算表明这种超越型函数比高斯类函数更适于描述激光强度分布；且在算法方面，采用方向搜索法的时间复杂度O(∑4i=1Ni)也较传统枚举法的时间复杂度O(∏4i=1Ni)有显著降低。

为了对光刻物镜的像差进行补偿，设计了一种主动液体透镜，并分析了该主动液体透镜变形过程中的像差变化特性。用去离子水、氟化锂设计了一种主动液体透镜，在考虑重力及静水压力的情况下，分别计算了一点至六点均布、各点均匀施加载荷作用下镜片的变形；然后对变形镜片的挠度进行了Zernike多项式拟合，得到了各标准Zernike多项式系数所表示的像差与机械挤压力之间的函数关系。计算表明：主动液体透镜的各标准Zernike多项式系数值随受力大小呈强线性关系；除一点受力变形外，在多点受力变形情况下主动液体透镜像差的前三项均为piston，defocus及n-foil；主动液体透镜对piston项及defocus项这两种像差的调节能力随受力点的增加有增强趋势，而对其他类型像差的调节能力则呈下降趋势。

采用有限元方法对高精度物镜波纹管致动器的几何非线性变形进行了分析，并引入线性度对波纹管致动器的性能进行了评估.通过有限元方法分析了常见的U型、S型、C型、方型及三角型波纹管的几何非线性变形，并结合最小二乘法，得到了上述各种波纹管致动器的行程及线性度.计算结果表明：在设计大行程波纹管致动器时，S型波纹管的线性度最好，为0.161%；而在设计小行程波纹管致动器时，三角形波纹管的线性度最好，为0.135%.

在光机系统胶接结构中，为研究胶接剂固化收缩对镜片的影响，对胶接剂采用粘弹性模型进行了仿真计算，通过本构方程得到理论解，并采用当量温差法利用有限元分析软件 ANSYS模拟收缩，分析了固化时间对镜片面形误差的影响。通过和线弹性模型对比，分析了粘弹性模型的优势。通过改变固化时间，分析了不同固化时间对镜片的不同影响。结果表明，仿真结果和理论解高度一致，且采用粘弹性模型可以很好地反映最终收缩应力随固化时间变化的关系，更好地模拟了收缩应力的生成过程；同时发现，对同一种胶接剂，通过改变环境适当延长固化时间，减小了对镜片面形误差的影响，因此可以适当延长固化时间以减小收缩应力。

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 小比例模型。最后通过数值仿真分析了1：4 小比例模型及原型上的热场分布，计算结果表明它们之间的热场分布具有相似性。结论表明：在进行光刻物镜恒温水套小比例模型的稳定传热实验设计时，需要满足几何相似、雷诺数相似、普朗特数相似、毕奥数相似及边界条件相似。

绝对检验是提高菲佐（Fizeau）型干涉仪参考面面形精度的重要方法。研究了过程中温度、重力和夹持力对绝对检验精度的影响。采用Gram-Schmidt拟合方法对参考面面形的变形量进行了拟合，分析了K9、融石英和微晶材料的参考镜均匀温度变化下的热变形及由于热变形导致的相应泽尼克（Zernike）系数的变化。最后，分析了变形量对应的面形误差，建立了每种材料的热变形模型。结果表明，经过重力、夹持力和温度三者的叠加耦合，温度变化产生的变形量与温度变化量仍呈近似的线性关系。在相同的外界条件下，融石英材料产生的整体变形量最小；而微晶材料产生的热变形量最小。微晶参考面由于热变形产生的面形变化量均方根为0.37 nm/℃。