光刻机是芯片制造中的核心设备 ， 涉及各种高端先进技术 ， 是半导体制造中技术含量最高的设备 。
光刻机主要由投影物镜、光源、以及工作台三个核心系统构成 。
工作台由硅片台与掩模台组成 ， 负责完成步进运动、曝光扫描、对准扫描、上下硅片及掩模等功能 ， 其运动控制性能的优劣直接决定了光刻机最终的分辨率、套刻精度和生产率等性能指标 。
目前世界上做的最好的就是荷兰ASML的光刻机 。
ASML的硅片台为 8 轴运动结构 ， 由洛伦兹平面电动机实现水平向3自由度的精密微动 ， 垂向调平调焦运动由3个直流电动机驱动的精密凸轮机构实现 ， 共同组成微动台 。
大行程粗动台采用气浮轴承支撑 ， 由直线电动机驱动使其跟随微动台完成水平两个方向高速、大范围的运动 ， 掩模台运动结构与硅片台相似 ， 只是缺少一个方向的粗动跟随 。
同时 ， ASML工作台采用高精度激光干涉仪进行微动台位移测量并构建闭环控制系统 ， 实现高速、大行程和纳米级的超精密同步运动行程和纳米级的超精密同步运动 。
光刻机分辨率地逐级提高对工作台的运动控制性能提出较高要求 ， 光刻技术也面临着焦深不断减小的挑战 ， 需要花费更多时间进行调平调焦和对准以提高精度 。
在2000年之前 ， 普通的光刻设备装置只有一个工作台 ， 晶圆片制作中所有的的对准与曝光流程都在同一个平台上完成 ， 单工作台每小时可以处理80片 。
直到2001年 ， ASML发明了双硅片台结构 ， 一个硅片台进行扫描曝光的同时 ， 另一硅片台进行上片、对准、调平调焦、下片等操作 ， 并在第一时间得到结果反馈 。 当曝光完成之后 ， 两个工作台再互换位置 ， 如此循环往复实现光刻机的高效生产 。
双工作台的处理速度多达每小时270--300片 ， 芯片制造效率提升35% ， 精度提升10%以上 。
虽然相比于单工作台来说 ， 双工作台系统看起来仅仅是加了一个工作台 ， 但技术难度增加了不少 ， 光刻机双工作台对其精度以及其转移速度都有非常高的要求 。
对准精度与所需要测量的对准标记数量成反比 ， 大量的测量必然会导致工作台光刻机的生产效率降低 ， 一般情况下 ， 曝光的时间要大于测量校正的时间 。
而在双工作台光刻机系统中工作可以保证做更多复杂的测量 ， 但是不会影响产能 。
可以说 ， ASML的这项双工作台技术 ， 在保证精度的同时还保证了生产效率 。
二
无奈的“现状”
中国芯片制造因为光刻机技术的落后 ， 一直迟迟未得到更新 。 我国也早就已经意识到技术被国外“卡脖子”的困境 。
因此 ， 自“八五”以来 ， 我国一直立项追赶国外先进的光刻技术 。 工作台方面 ， 曾有中国科学院上海光学精密机械研究所 ， 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 ， 清华大学 ， 浙江大学 ， 电子45所等单位进行了跟踪研究 。
主要结构为气浮支撑及双台叠加的形式 ， 该时期的工作台技术属于分步重复投影阶段 ， 也是我国目前市场化的主流机型 。
工作原理如图 。
掩模台承载刻有电路图案的掩模 ， 硅片台则承载需要被曝光的硅片 。
曝光扫描时 ， 硅片台运动到投影物镜下方指定的曝光位置 ， 掩模台运动至曝光光源下方 ， 同步开启曝光快门 ， 硅片台与掩模台继续匀速相向运动 ， 曝光光源遂将掩模图案投射至硅片上 ， 工作台运动到指定位置后 ， 曝光光源关闭 ， 由此完成一次扫描曝光过程 。
该过程要求掩模台与硅片台严格匀速同步 ， 并保持固定的速度比4：1(由投影物镜的缩小比例决定) 。
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