光学投影物镜是商用集成电路制造设备光刻机的核心部分。随着分辨率要求的提高,投影物镜像差控制越严格。在刻机的多重曝光技术采用多极和自定义照明模式,导致投影物镜的热像差具有随时间变化、模式种类多的特征。消除热像差成为先进光刻机研制中必须解决的难题。目前投影物镜采用折反式的光学结构,波前校正器件可作为反射元件引入到物镜中。这样使主动光学方法应用在投影物镜中补偿热像差成为可能。然而光刻物镜要求全视场像差小于1nm。相比之下,常规主动&自适应光学的波前校正器镜面的变形精度在数十纳米级别且仅对单个波前补偿,难以满足在光刻物镜中的应用要求。本文围绕高精度波前补偿器件实现和全视场像差补偿过程,这两个当前主动光学忽视的问题开展研究。本文的研究工作以理论分析和数值仿真为主要研究方法,并结合实验验证。主要研究工作包括,(1)提高分析方法的精度:对数值仿真进行误差分析,提高有限元方法和Zernike拟合方法在光机系统分析的计算精度;(2)研究光学模式变形的实现条件:分别用弹性理论推导和数值仿真计算两种方法,得出薄平板镜面实现前36项Zernike模式变形的理想力学条件,归纳出不同模式变形实现难易的模式势能图;(3)确定工程实现主动自由曲面的技术路线:基于实际的集中载荷促动器和力矩促动器性能,总结研制主动镜中要面对的镜面定位精度、促动器耦合和模式误差三类误差;(4)实验研究主动镜安装工艺、促动器影响函数和耦合特性;(5)设计主动自由曲面结构:针对不同变形要求,提出边缘促动方案和背面促动方案两种设计方法,同时为减少促动单元数目,提出混合促动的改进思路,能获得更好的球差变形能力;(6)探究光学系统像差补偿过程:基于深紫外光刻物镜模型,完成矩形孔径的主动镜设计;为表达矩形镜面的变形和光学系统的全视场像差,提出矩形正交多项式;经过补偿,全视场PV=15nm像差降低为PV=3.1nm。论文的创新点有:1.提出一种由数据点分布自动计算权值的带权值Zernike拟合方法,解决了非均匀分布数据点增大Zernike拟合误差的问题,提高了拟合精度。2.提出并设计了一种新的边缘促动主动自由曲面的方案,能以少量促动单元实现特定Zernike模式的高精度变形。3.推导了用于矩形区域的正交多项式通式,解决了矩形孔径镜面面形高精度表示的问题。