光刻機是生產大規模集成電路的核心設備，制造和維護需要高度的光學和電子工業基礎，世界上只有少數廠家掌握。因此光刻機價格昂貴，通常在3，000至5，0000萬美元。

1984年，日本人Takanashi在一項美國中定義了浸入式光刻機zui基本的結構特征，即在zui后一級物鏡與光刻膠之間充入一層透明的液體。

浸入式光刻是指在光刻機投影鏡頭與半導體硅片之間用一種液體充滿，從而獲得更好分辯率及增大鏡頭的數值孔徑，進而實現更小曝光尺寸的一種新型光刻技術（圖1）。

讓我們看一下光刻系統分辨率的Rayleigh方程：
           R=kλ/NA
式中λ是光的波長，NA是系統中透鏡的數值孔徑，k是分辨率系數，代表了所有的其它工藝變量。顯而易見，減小曝光光源的波長并增加投影透鏡的NA都可以提高分辨率。自從193nm波長成為主攻方向以后，增大NA成為了業界人士孜孜不倦的追求。表1是提高193nm ArF浸入式光刻機NA的方案。由此可見，浸入液、光刻設備和其它相關環節的緊密配合是浸入式光刻技術前進的保證。

將液體置于主鏡頭和硅片之間，入射光線自然而然地就會穿透比空氣折射率更高的液體，這種方式本身并沒有提高特定投影圖像的分辨率，但是它卻能夠賦予光刻機的鏡頭更高的數值孔徑。

NA=n sinα，其中n是透鏡周圍介質的折射系數，α是透鏡的接受角。傳統的“干法”光刻系統中，介質是折射系數為1的空氣，則NA的理論zui大值為1。采用具有更高折射系數的液體，浸入技術有可能使系統的NA>1。比如使用折射率為1.44的去離子水后，NA的理論zui大值即為1.44。在193nm曝光系統中，分辨率R=kλ/NA就可以達到k*193/1.44=132mn。如果液體不是水而其它液體，但折射率比1.44高時，則實際分辨率可以非常方便地再次提高，也這是浸入式光刻技術能很快普及的原因。浸入式光刻的數值孔徑大小是與使用液體的折射率是直接相關的。因此，人們正在著眼于尋找除水以外具有更大折射率的液體。

早在2005年SPIE Microlithography的年會上，JSR和DuPont等公司就已經公布了它們的高折射率液體的研發計劃。在選擇高折射率液體時，考慮的重點包括：與光刻膠沒有反應；光透過率高；折射率高；其它各種特性良好（表2）。已研發出的第二代浸入液的折射率為1.64，該液體氧氣的吸收很少，即便被曝露于空氣中性能也十分穩定。并且由于蒸汽壓很低，所以很難發生熱分解。這個折射率數值能夠把193nm光刻機的有效波長降低到大約116nm左右。至于第三代浸入液，它的折射率應為1.8左右，同時還需要有更高折射率的鏡頭才能達到約1.65的NA值。

浸入液體在未來仍有許多問題亟待解決：什么樣的液體更適合浸入式光刻的需求；液體的供給與回收；液體傳輸中的流速、氣泡、溫度、壓力的控制；液體特性，例如流速、氣泡、溫度、壓力變化對光學性能（折射率，吸收，散射、雙折射、像差）的影響及其測量與控制；偏振光照明時，液體與抗蝕劑的相互作用；液體折射率與液體兩側元件折射率匹配；液體與光刻環境中相關元件的兼容性等。

對于光刻設備來說，鏡頭是制約發展的主要瓶頸之一。通過改善光學主鏡頭來提高光刻機NA的主要途徑有兩個：一是用彎曲主鏡頭替代平面鏡頭。但彎曲主鏡頭的表面很難控制浸入液體的流動，用于浸入式光刻機有一定難度；二是尋找高折射率的光學主鏡頭材料。目前193nm ArF浸入式光刻機主鏡頭折射率為1.56，IBM與JSR聯合推出Nemo系統主鏡頭采用高密度石英材料，其折射率為1.6。

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