光刻机机床，通常指光刻机中用于支撑、定位、移动晶圆（Wafer）和掩模（Mask）的核心机械平台与运动系统，是光刻机实现高精度图形转移的关键基础部件之一。

一、结构组成

光刻机的机床部分一般包括以下几大模块：

晶圆台（Wafer Stage）

用于固定硅片，并在曝光过程中按照设定轨迹移动。晶圆台需要实现纳米级定位和高速扫描，同时在加速、减速过程中保持极低的振动。

掩模台（Mask Stage 或 Reticle Stage）

固定并精确移动掩模版（Photomask）。在扫描式光刻机中，掩模台与晶圆台需要严格同步运动，保持成像精度。

基座与支撑系统

机床底座负责支撑所有光学、光源、对准和运动模块，要求极高的刚性与稳定性，避免外部震动对成像精度的影响。

驱动与测量系统

包括空气轴承、磁悬浮驱动、直线电机、激光干涉仪等，用于提供高精度运动控制与位置检测。

二、核心功能

光刻机机床的功能可总结为四点：

高精度定位

在光刻过程中，需要将掩模上的微米甚至纳米级电路图形准确转移到晶圆上。机床必须在X、Y方向精确对准，Z方向保持焦平面位置。

同步扫描

在步进扫描（Step-and-Scan）光刻机中，掩模台与晶圆台需按特定比例同步运动，以保证图形在晶圆上的无畸变投影。

高速稳定运行

光刻产能很大程度取决于机床的扫描速度，要求在高速运动下仍能保持亚纳米级轨迹控制。

自动换片与对准

机床通常集成自动晶圆装卸和全自动对准功能，减少人工干预，提高产量。

三、运动精度

光刻机机床的运动精度指标极为苛刻：

定位精度：通常在纳米量级（2–5 nm范围），部分EUV机型要求更低。

重复精度：连续多次定位偏差必须小于单个晶体管线宽的1/10。

运动平稳性：即使加速度达到数个g，也不能引入超出容差的振动。

同步精度：掩模台与晶圆台的速度误差需控制在极小范围，否则会产生图形畸变。

为了达到这些精度，机床大量采用空气轴承或磁悬浮系统，使台面运动几乎无摩擦，并用激光干涉仪或光栅尺实时监控位置。

四、工作环境要求

光刻机机床的性能离不开严格的工作环境控制：

防震

外部微震（如地面车辆经过引起的微动）都可能影响曝光精度，因此机床通常安装在主动防震平台上。

恒温

温度波动会导致金属部件热膨胀，引起定位误差。机床所在环境的温度变化一般要求控制在±0.01℃以内。

洁净度

光刻车间为洁净室，机床表面需防尘，避免微粒进入运动系统或污染晶圆。

五、技术难点

极限精度与高速的平衡

高速运动增加振动风险，而高精度要求消除任何微小振动，这两者需要在机械设计和控制算法中平衡。

热稳定性

高速扫描和驱动器发热会影响尺寸稳定性，需要高效的热管理设计。

多自由度控制

晶圆台不仅需要X、Y、Z三轴运动，还要具备绕X、Y、Z的旋转控制（称为六自由度控制），以实现全面对准和焦距调整。

制造与装配精度

光刻机机床部件的加工精度往往达到微米甚至亚微米级，装配过程需在恒温环境中进行。

六、应用特点与价值

决定光刻精度

光刻机的分辨率不仅依赖光源波长和光学系统数值孔径（NA），机床的稳定性与定位精度同样关键。

影响产能

高速的晶圆扫描与快速换片机制可显著提高产量。

长寿命与可维护性

高端光刻机机床需在多年高负荷运行中保持稳定性，并允许模块化维护。

总结来说，光刻机机床是光刻系统的机械与运动核心，它像一个超高精度、超高速的“机械手”，在纳米级的误差容限下搬运和定位晶圆与掩模。没有这样稳定、精准的机床，即使光学系统再先进，也无法完成高集成度芯片的制造。