在介绍光刻机之前，我们首先要了解一个非常重要的公式，即Rayleigh公式：

其中：分辨率代表光刻的最小线宽，有时分辨率也被标注成关键尺寸CD，λ是光的波长,NA一般代表光刻机的数值孔径，接触式光刻机NA 约为0.5-0.8，投影式约为0.6-1.2； K表征光刻工艺难易程度的正比系数，通常取值1.22。

近年来，研究人员围绕Rayleigh公式从几个方面针对光刻的分辨率进行提升：

1、光

众所周知，在光的世界里面，除了我们肉眼可见的紫、蓝、绿、黄、红等光外，仍存在着肉眼不可见的X-射线、以及红外光。其中，我们肉眼可见的380nm-780nm光以及波长更长的红外光显然是不适合提升光刻的分辨率的，故光刻用的波长常采用紫外光。

高压汞灯因其亮度和拥有许多尖锐谱线而被选作可靠的光源，然而汞灯的辐射光中具有365nm的i线，405nm的h线和436nm的g线，不同的曝光波长可以通过使用不同波长的滤光片来选择。然而，汞灯的248nm的DUV的光源强度非常低，就只能增加曝光时间，会大大降低生产效率。因此，进入纳米时代，光源基本用的都是248nm的KrF准分子激光，或者193nm的ArF激光。

2、数值孔径

除了光刻机的曝光波长外，另一条路径即围绕增加光刻机的数值孔径：

其中：

NA代表光学系统的数值孔径

n是光学介质的折射率（refractive index），

θ是入射光线与光学轴之间的最大半角。

简单理解，折射率即样品与镜头之间介质的折射率，如果是空气或者真空，它的折射率接近1.0或者1.0，目前最高的浸润式光刻机采用折射率1.46的去离子水。而θ角受到镜头尺寸以及镜头与硅片之间距离的影响，镜头尺寸越大，距离越短，将会增大θ角。当然，镜头尺寸越大，制造难度也就越大，结构也就越复杂。

下图给出了接触式、步进式、EUV光刻机的实物图，可以看到，光刻机随着分辨率的提升，光刻机的尺寸增加了不止一倍，相应的光刻机和光刻工艺的成本也明显增大。然而，针对MEMS领域中，大部分光刻工艺的尺寸都围绕在500nm到几百微米，所以往往不需要深紫外、极紫外的光源以及复杂光学系统下的高数值孔径，考虑到工艺成本，MEMS常用的光刻机为接触式光刻机，常用于曝光2μm以上的图形，步进式光刻机，常用于曝光350nm以上的图形。