电子束光刻机是一种利用高能电子束在光刻胶上直接绘制微纳米图形的精密仪器。与传统光刻不同，它不依赖光掩膜，而是通过电子束精确扫描来实现高分辨率微结构的制造。电子束光刻机的结构复杂，由电子光学系统、样品台系统、真空系统、控制与定位系统以及辅助系统等组成。

首先，电子光学系统是电子束光刻机的核心部分，其作用是生成、加速并聚焦电子束，最终将电子束精确投射到样品表面。该系统通常包括电子枪、透镜系统和偏转系统。电子枪负责产生电子束，常用的有热阴极型和场发射型两种，其中场发射型电子枪可产生亮度更高、能量分散小的电子束，有利于高分辨率刻蚀。电子束在枪中加速后进入电子透镜系统，透镜一般为电磁透镜，能够调节电子束的直径和焦点位置，保证束斑尺寸最小化。为了精确控制电子束位置，电子光学系统还包含扫描偏转器，通过在水平和垂直方向上偏转电子束，实现对样品的逐点扫描。高端系统可能还配备光阑和光栅系统，用于调整电子束形状和消除杂散电子。

其次，样品台系统负责固定和移动待加工的晶片或基底。为了满足电子束光刻对精度的苛刻要求，样品台需要具备纳米级或亚纳米级的平移精度和稳定性。样品台通常为三维电动驱动，可实现X、Y、Z方向的微调，并能够旋转和倾斜样品以补偿电子束扫描中的畸变。为减少热漂移和机械振动对刻蚀精度的影响，样品台通常采用低热膨胀材料和减震支撑结构。

第三，真空系统是保证电子束光刻顺利运行的重要组成部分。电子束在空气中会被散射，导致束斑扩展和分辨率下降，因此光刻机必须在高真空环境下工作。真空系统包括粗抽泵、分子泵、涡轮分子泵和真空腔体，能够将腔体压力降至10⁻⁶~10⁻⁸ Torr的范围。真空环境不仅减少电子散射，还避免光刻胶被空气中杂质污染，从而保证图形精度。

电子束光刻机还包含测量与定位系统，用于实现高精度对位。由于半导体制造中不同图形层之间需要精确叠合，光刻机配备了光学或电子对位系统，通过检测样品表面的标记来校准电子束位置。高端设备还可实时检测电子束偏移和样品漂移，并通过闭环反馈控制进行修正。

最后，控制与辅助系统包括计算机控制单元、图形处理器和软件接口，用于生成电子束扫描路径、控制电子枪工作参数、驱动样品台移动，以及记录加工数据。辅助系统可能还包含冷却系统、辐射防护和防振系统，确保设备长期稳定运行。

综上所述，电子束光刻机的结构设计体现了电子束精密控制、样品微动控制与真空环境控制的高度集成。电子光学系统提供高亮度、高精度的束流，样品台系统实现纳米级定位，真空系统保证束流不受空气散射影响，测量与控制系统确保加工精度与对位精确，整个系统通过计算机与辅助装置协调运行，实现微纳米级图形直接写入的功能。这些结构特点使电子束光刻机成为半导体、纳米器件及微机电系统等领域不可替代的高端制造工具。