针对极紫外(EUV)光刻机工作过程中，多层膜反射镜表面沉积碳污染造成的反射率下降问题展开研究，讨论了多层膜反射镜表面碳污染清洗方法。首先描述了在EUV曝光过程中多层膜表面的碳污染形成过程，简单阐述了碳污染对多层膜反射镜的危害。然后从清洗机理、速率以及效果等方面详细描述了多种EUV多层膜表面碳污染清洗方法，分析对比了各清洗技术在清洗速率和效果等方面的优缺点。分析表明: 离子体氧和活化氧清洗速率相差不多，可达到2 nm/min，但清洗过程中容易造成表面氧化; 等离子体氢和原子氢的清洗速率相对较慢，一般在0.37 nm/min左右，但清洗过程中不易产生氧化。最后针对不同方法应用于在线清洗EUV多层膜反射镜过程中将遇到的问题和难点进行了讨论。

研制了光发射电子显微镜(PEEM )高精度微聚焦系统，以实现上海光源软X射线PEEM光束线的高质量聚焦。根据上海光源PEEM光束线的概况，给出微聚焦系统光学元件的基本参数。基于Kirkpatrick-Baez(KB镜)两镜方案，设计了PEEM线微聚焦系统。介绍了KB镜姿态调整机构的设计方案，即利用三垂直线性驱动装置和两水平线性驱动装置相结合来实现五维调节，分析了姿态调节机构的原理与工作过程，给出了微聚焦系统的整体设计方案。测试了KB镜系统的机械性能，给出水平调节机构以及第一面镜子Pitch运动的测试结果，结果显示: 水平调节机构分辨率为0.6 μm，重复精度为0.85 μm，Pitch角度分辨率为0.4″，重复精度为0.5″，优于指标要求。其它参数的测试结果亦均优于指标要求。实验表明，微聚焦系统机械指标的实现保证了PEEM线光斑的高质量聚焦。

掠入射X射线反射(GIXR)由于检测精度高且对检测薄膜的无损伤而被广泛用于薄膜检测和高精度表征。GIXR是一种基于数值拟合的间接检测方法, 因此在薄膜微观结构的求解, 特别是复杂多层膜膜系的求解过程中对数值优化算法的要求较高。为此提出了基于量子衍生遗传算法(QIGA)的薄膜GIXR拟合求解方法, 并基于QIGA对Si单层膜和等周期Mo/Si多层膜的GIXR分别进行拟合求解。结果表明, 该方法具有求解速度快、拟合精度高的明显优势, 说明QIGA在光学薄膜表征方面有潜在的应用价值。

变包含角平面光栅单色器具有分辨率高和光通量高等优点，被广泛应用于各科研领域，并且随着相关领域研究的不断深入，迫切需要提高其光谱分辨率，以满足使用需求。为研究探索极高分辨率变包含角平面光栅单色器，结合上海同步辐射光源光束线，重点研究影响单色器分辨率的关键因素;对单色器光学元件表面热负载进行分析，设计冷却系统，降低热负载产生的影响;研究变包含角平面光栅单色器转角精度等检测方法。结果表明，根据推导出的变包含角平面光栅单色器光学放大倍数与单色器分辨率的关系式，达到优选极高分辨率工作模式的目的;加入冷却系统后，单色器前置平面镜因受热负载影响而产生的最大斜率误差由81 μrad降到31 μrad;设计可应用于变包含角光栅单色器分辨率达5×104的转角精度检测方法，检测精度可达0026″。该研究将为第三代同步辐射光源中建造极高分辨变包含角单色器提供帮助。

介绍了上海光源X射线干涉光刻(XIL)光束线的基本情况。为实现光束线的光束偏转和光路切换，完成了其偏转镜系统的研制。分析了偏转镜系统的功能，设计了偏转镜的调节机构、切换机构和冷却结构。论述了调节机构的关键运动，即镜箱外直线运动转化为超高真空内旋转运动的实现过程；讨论了切换机构重复精度与承载能力之间的关系，并完成了精密丝杆的校核。采用镜子支撑方式和冷却方式集成的方案设计了冷却结构，并通过数值模拟分析了冷却结构和冷却效果。模拟结果表明镜子子午面形误差和弧矢面形误差分别约为6.5 rad和7 rad。应用激光干涉仪和光电自准直仪对调节机构和切换机构进行了测试， 结果表明：调节机构的线性分辨力可达0.2 μm，切换机构的重复精度满足设计要求。

针对变包含角平面光栅单色器前置平面镜(PM)受热负载而导致的单色器分辨率降低问题，提出优化聚焦常数(Cff)补偿分辨率的方法。首先，计算不同Cff值时PM的热功率吸收谱，在此基础上对镜面热负载进行热-结构耦合分析，得到不同热负载时PM表面热变形的变化量; 然后，结合理想分辨率公式和光线追迹软件求出加热负载的单色器分辨率; 最后，优化Cff实现分辨率的补偿。研究结果表明，以软X射线谱学显微光束线站为例，当出射光能量为1 000 eV时，将Cff由18优化至184，单色器分辨率即可与无热负载时的相同，该优化方法可有效补偿单色器分辨率的降低。

为有效评估和预测在极紫外光辐照下，极紫外光刻机中残留的碳氢化合物气体在多层膜光学元件表面造成的碳污染状况，建立了光学元件表面碳沉积的复杂理论模型，描述了残留碳氢化合物在光学表面的传输，在极紫外光子和二次电子激发下引起的分子分解，并在光学表面形成碳沉积层的过程。模型预测结果和实验数据吻合得很好。理论分析表明引起碳氢化合物分解的主要原因是光子分解而不是二次电子分解。碳层的增长依赖于碳氢化合物气体偏压和极紫外光强，具有较轻分子量的碳氢化合物（<～100 amu）对污染的贡献很小。同时当基底温度适度增加时（～30 ℃），能够加速表面碳氢化合物分子的解吸附，可有效减少碳污染。

针对上海光源X射线干涉光刻(XIL)光束线对狭缝精度的要求, 提出了一种应用于超高真空的精密四刀狭缝机构及热缓释方案。给出了四刀狭缝机构的工作原理, 其四个缝片独立运动, 采用线性驱动装置及精密直线导轨来实现开合。根据XIL光束线的特点, 设计了一种合理有效的热缓释方案, 对缝片进行了热-结构耦合分析。对狭缝的精度指标进行了测试。结果显示：该四刀狭缝的分辨率优于0.1 μm、运动重复精度优于2 μm、刀口直线度优于2.5 μm、平行度优于0.5 mrad, 可以精确实现狭缝在水平和垂直方向-5～250 μm的开度, 缝片在热负载下的最大热变形控制在0.034 μm。得到的结果表明, 该精密四刀狭缝具有高的精度和稳定性, 可满足XIL光束线的使用要求, 现已实际使用并制备出了100 nm周期的刻蚀线结构。

针对上海光源谱学显微光束线站的性能要求，对其核心部件单色器进行结构设计。阐述了单色器的扫描运动原理，论述了波长扫描机构的设计方案，具体分析平面镜和光栅的转角重复精度影响因素；描述光栅切换机构，着重分析其水平偏差、垂直偏差、滚角、摆角和投角的精度问题；采用六杆并联机构的方案完成镜箱调节机构的设计，分析其支杆的调节范围和分辨力情况。给出了单色器的结构，并且对其精度进行了测试。测试结果表明，平面镜和光栅的转角重复精度分别为0.166″和0.149″；光栅切换机构的滚角、摆角和投角的重复精度分别为0.08″、0.12″和0.05″。这说明了单色器的结构设计方案和机械精度满足技术要求。