深紫外投影光刻机是目前高端半导体集成电路制造的主流设备,其中,光刻物镜系统是光刻机中最精密、最复杂的分系统。随着数值孔径NA的提高,高陡度、大偏离量非球面的数量及制造难度也逐渐增大。积极开展各种实现非球面亚纳米精度、超光滑表面制造的新原理、新工艺、新算法已经成为光学制造亟待解决的问题。其中,Carl Zeiss公司采用的磁流变抛光技术、小磨头平滑技术及离子束抛光技术联合工艺代表了光学制造的最高水平。磁流变抛光技术以其独特的柔性剪切机理,具有极高的面形收敛效率、超光滑表面制造能力以及无亚表面损伤等优点,被认为近二十年最具有创新的技术之一,受到国内外精密光学系统研制单位的青睐。本文以深紫外光刻物镜大偏离量非球面的高效率、高精度、高质量磁流变精抛工艺为背景,以纳米精度、超光滑表面质量制造为目标,以高稳定性磁流变去除函数研究工艺及误差补偿方法为前提,系统性开展纳米精度算法、误差控制与补偿理论,中频误差抑制方法及超光滑加工等关键理论及工艺问题研究。旨在实现高陡度、大偏离量非球面的纳米精度、超光滑表面高效收敛,同时,中频误差指标满足离子束实现亚纳米精度提升的输入条件。研究成果对推动我国下一代深紫外光刻物镜系统的发展具有重要意义及价值。论文的研究工作主要包括以下几个部分内容:(1)对磁流变抛光去除效率及稳定性的影响因素开展实验分析,具体包括加工工艺参数及材料差异变化。结合工艺实验,获取磁流变抛光过程的最优加工参数;对去除函数元件与非球面元件的材料差异而导致去除效率变化开展误差补偿理论分析及实验验证。(2)基于CCOS修形理论阐述磁流变确定性加工流程并开展纳米精度算法及误差补偿理论,对迭代算法及线性矩阵算法流程进行介绍,并基于磁流变小口径束斑提出脉冲迭代修正算法;开展磁流变去除函数偏移量补偿,提高磁流变收敛精度并减小中频误差;对磁流变边缘去除函数稳定性进行分析,基于线性时不变去除函数开展边缘误差后置处理算法;开展磁流变抛光的栅线路径及螺旋线路径速度解算;根据非球面曲面方程建立抛光模头的空间位姿解算模型并开展实验验证。(3)阐述中频误差的评价及抑制理论,对磁流变加工过程中面形收敛的不确定度进行评估,分析影响磁流变抛光系统精度对中频误差变化的因素,包括去除函数束斑的空间频谱响应能力分析;去除函数稳定性对中频误差的影响分析;去除函数偏移量修正对中频误差的影响分析;定位精度误差对中频误差的影响分析;磨头抛光速度对中频误差的影响分析。开展磁流变及小磨头的联合工艺对中频误差的抑制实验。(4)开展磁流变技术超光滑抛光工艺研究,分析0.1μm及0.5μm颗粒氧化铈构成的磁流变抛光液对光学元件表面粗糙度的影响;分析其它磁流变加工参数,如切入深度、液体粘度、磁场强度等参数对表面粗糙度的影响;优化超光滑工艺参数,开展高陡度球面光学元件超光滑表面制造实验验证。实验证明磁流变抛光技术可通过工艺的优化,获取大去除效率实现面形精度的提升及(亚)表面疵病的消除,也可获得低去除效率实现超光滑表面制造的同时控制面形精度。(5)结合本文研究的理论及工艺,对一块大偏离量非球面开展纳米精度、超光滑表面的磁流变精抛工艺实验,验证本文提出的修形算法、误差补偿理论、中频抑制方法以及超光滑制造工艺的可行性,证实磁流变精抛技术在深紫外光刻物镜系统非球面精密制造中意义及价值。