光刻机是大规模、超大规模集成电路加工过程中的关键设备,我国在这方面也一直在做着努力的研究,但目前我国所使用的高分辨率光刻机大部分还都是依靠进口,所以国家在“十一五”期间规划的国家科技重大专项中便有了“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”。本文就是源自其中的一个子项目：以一款小型光刻机投影曝光物镜(Small tools)为研究对象,对其进行结构设计与分析。本文内容主要有以下三个方面。首先,本文对小型光刻机投影曝光物镜进行光机结构设计,以光学系统设计对光机机构提出的技术要求为设计目标,确定镜片的粘结为点注胶的方式,应用低应力胶进行粘结；设计镜框结构和镜筒结构,考虑到精度和工艺性要求镜筒及镜框选用不同的材料；设计补偿机构,其中沿着镜筒轴向和径向两个补偿结构分别使用传统结构及柔性铰链结构,并根据柔性铰链的行程问题确定使用宏微两级调整结构；最终确定整机结构方案,绘制结构图纸。其次,本文对镜筒径向两自由度补偿机构进行详细分析。鉴于光刻机对光机结构精度的苛刻要求,补偿机构中使用了主要应用于精密机械的柔性铰链结构。本文先对提出的两种柔性铰链结构进行静力学分析,以镜片的面型质量为标准,确定最终结构方案；然后再对选定的结构进行进一步的有限元静力学分析,验证补偿机构进行补偿运动的可行性,并使用UG软件对简化后的刚体结构进行运动学分析,得出镜片中心的运动轨迹；最后对柔性铰链结构进行数学建模,并对其进行刚度矩阵计算与优化,在结构允许范围内确定最优的结构尺寸。最后,本文对小型光刻机投影曝光物镜整机结构进行了模态分析,发现了整机的一阶固有频率并不能达到设计要求,所以对存在问题的部分进行了分析和有针对性的改进,最终使其一阶固有频率乃至整机的振动特性达到了设计要求。本文在研究过程中,使用Ansys Workbench软件进行结构静力学和模态分析,使用UG和CATIA软件进行运动学分析、三维模型的建立和二维图纸的绘制,使用Matlab软件进行柔性铰链的刚度计算与优化。本文对小型光刻机投影曝光物镜(Small tools)进行研究的主要目的是了解像光刻投影物镜这样的高精度光机系统的设计过程以及设计过程中可能存在的问题。通过参与此次项目的研究,已经达到了目的,并且设计出了符合要求的光机结构,所设计的结构也已经通过了专家组的审核。