在介紹光刻機(jī)之前，我們首先要了解一個(gè)非常重要的公式，即Rayleigh公式：

其中：分辨率代表光刻的最小線寬，有時(shí)分辨率也被標(biāo)注成關(guān)鍵尺寸CD，λ是光的波長(zhǎng),NA一般代表光刻機(jī)的數(shù)值孔徑，接觸式光刻機(jī)NA 約為0.5-0.8，投影式約為0.6-1.2； K表征光刻工藝難易程度的正比系數(shù)，通常取值1.22。

近年來(lái)，研究人員圍繞Rayleigh公式從幾個(gè)方面針對(duì)光刻的分辨率進(jìn)行提升：

1、光

眾所周知，在光的世界里面，除了我們?nèi)庋劭梢姷淖稀⑺{(lán)、綠、黃、紅等光外，仍存在著肉眼不可見的X-射線、以及紅外光。其中，我們?nèi)庋劭梢姷?80nm-780nm光以及波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅外光顯然是不適合提升光刻的分辨率的，故光刻用的波長(zhǎng)常采用紫外光。

高壓汞燈因其亮度和擁有許多尖銳譜線而被選作可靠的光源，然而汞燈的輻射光中具有365nm的i線，405nm的h線和436nm的g線，不同的曝光波長(zhǎng)可以通過(guò)使用不同波長(zhǎng)的濾光片來(lái)選擇。然而，汞燈的248nm的DUV的光源強(qiáng)度非常低，就只能增加曝光時(shí)間，會(huì)大大降低生產(chǎn)效率。因此，進(jìn)入納米時(shí)代，光源基本用的都是248nm的KrF準(zhǔn)分子激光，或者193nm的ArF激光。

2、數(shù)值孔徑

除了光刻機(jī)的曝光波長(zhǎng)外，另一條路徑即圍繞增加光刻機(jī)的數(shù)值孔徑：

其中：

NA代表光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑

n是光學(xué)介質(zhì)的折射率（refractive index），

θ是入射光線與光學(xué)軸之間的最大半角。

簡(jiǎn)單理解，折射率即樣品與鏡頭之間介質(zhì)的折射率，如果是空氣或者真空，它的折射率接近1.0或者1.0，目前最高的浸潤(rùn)式光刻機(jī)采用折射率1.46的去離子水。而θ角受到鏡頭尺寸以及鏡頭與硅片之間距離的影響，鏡頭尺寸越大，距離越短，將會(huì)增大θ角。當(dāng)然，鏡頭尺寸越大，制造難度也就越大，結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜。

下圖給出了接觸式、步進(jìn)式、EUV光刻機(jī)的實(shí)物圖，可以看到，光刻機(jī)隨著分辨率的提升，光刻機(jī)的尺寸增加了不止一倍，相應(yīng)的光刻機(jī)和光刻工藝的成本也明顯增大。然而，針對(duì)MEMS領(lǐng)域中，大部分光刻工藝的尺寸都圍繞在500nm到幾百微米，所以往往不需要深紫外、極紫外的光源以及復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)下的高數(shù)值孔徑，考慮到工藝成本，MEMS常用的光刻機(jī)為接觸式光刻機(jī)，常用于曝光2μm以上的圖形，步進(jìn)式光刻機(jī)，常用于曝光350nm以上的圖形。