为了实现高精度的运动学支撑结构的设计, 研究了切向双脚架-运动学支撑结构的柔度。介绍了切向双脚架-运动学支撑结构的设计原理。根据单边直圆柔性铰链的柔度公式, 推导了双脚架在X、Y和Z轴方向的等效柔度Cx、Cy和Cz的解析式。采用有限元分析和试验验证的方法, 对双脚架的柔度解析式进行了分析验证。结果表明: 解析式结果与有限元结果、试验结果基本一致, 且误差均小于9.8%。研究了单边直圆柔性铰链的柔槽深度R和最小厚度t对双脚架柔度Cx、Cy和Cz的影响, 得到了双脚架的等效柔度均与柔槽深度R成正比, 与最小厚度t成反比的结论。为空间相机上的科学仪器的切向双脚架-运动学支撑结构的设计提供理论参考。

利用有限元方法对运动学支撑夹紧力引起的镜片光学表面变形进行静力学分析，并应用Zernike 多项式对镜片表面的变形进行了拟合。结果表明，夹紧力作用下镜片表面产生的几种主要像差为Defocus、Pri Trefoil 和PriHexafoil。光学检测过程中，运动学支撑结构的重复装配误差可能会影响检测精度，因此分析了运动学支撑夹紧重复性对镜面面形的影响。以夹紧力大小、夹紧力径向位置、夹紧力周向位置变化引起的镜面表面峰谷(PV)值和均方根(RMS)值的变化作为评价夹紧重复性的依据。分析结果表明，镜片表面的PV 值和RMS 值变化不明显，说明所设计的运动学支撑结构在多次重复性的检测中允许装配过程存在一定的误差。

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1.004 nm, 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0.645 nm。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。

介绍了极紫外光刻系统物镜光学元件的支撑原理和支撑要求，分析了符合运动学支撑要求的物镜支撑结构和面形检测用支撑结构；针对支撑结构性能和支撑方案中关键问题进行了深入研究，并提出了相应的解决方案。最后建立了支撑结构的有限元模型，并在此基础上进行了重力场中的镜体变形分析和温度场作用下系统的热变形分析。分析结果表明，检测用支撑与实际用支撑两种结构在重力环境下支撑出的元件面形基本相同，面形相差0.002 6 nm(RMS)；温控范围为0.05 ℃时，由机械结构热变形引起的镜体面形变化在0.001 nm(RMS)量级。研究结果表明，运动学物镜元件支撑结构能够满足极紫外光刻系统对于物镜机械支撑结构的要求。