根据掩模与硅片的相对距离不同，光刻机可分为接触式、接近式和投影式三种。
接触式光刻机采用加压或真空吸附的方法使掩模板与硅片紧密接触。
接近式光刻机克服了接触式光刻机掩模板在使用过程中受到污染的缺点，在掩模与基片之间存在几微米的间隙，增加了掩模板的使用周期。
接近式光刻机也是按 1:1 的比例复制掩模图案的，掩模板的成本仍然很昂贵。
投影式光刻机的出现大大降低了掩模成本，它是目前普遍使用的工作方式，原理如图 1-1 所示。
投影式光刻机的特点是用一个缩小成像的中继系统-投影物镜将掩模面的线条图案成像到硅片上。
与前两种曝光方式相比，在硅片上制作相同线宽电路图案所需的掩模板的制作难度明显减小。
而无论接触式、接近式、还是投影式光刻机，都要求曝光光源（或称光刻光源）能满足下述条件：光源的功率密度大、亮度高、辐射通量大，并且通过光学系统能形成均匀的平行光束。
光刻光源的辐射光谱应与光致刻蚀剂（即光刻胶）的吸收光谱相匹配。
光源的红外辐射尽可能的弱，以免引起光刻胶产生热聚合交联，导致分辨率下降。
光刻光源的辐射波长应尽量短。
众所周知：根据CD=k1*λ/NA公式，光刻图形的分辨率取决于曝光光源的波长。
波长愈短，可刻图形的条纹就愈细。
随着大规模和超大规模集成电路的发展，对微细加工用的光刻光源提出了新的要求。
采用短紫外波长是提高光刻分辨率的重要手段之一。
过去的几十年中，光刻的曝光波长先从汞灯的 436nm 缩小到 356nm，再进化到深紫外波长248nm的KrF准分子激光，193nm 的ArF准分子激光和更短波长的157nm F2 准分子激光 ，接着迈入到代表了目前世界领先水平的 13.5nm 的极紫外光刻（Extreme Ultraviolet Lithography，EUVL）。
而在极紫外光刻之外，高光谱辐射强度、低碎屑6.7 nm附近激光等离子体光源已成为极紫外光学领域新的研究热点。
一，汞蒸气弧光灯利用汞放电时产生汞蒸气获得可见光的电光源。
汞灯可分为低压汞灯、高压汞灯和超高压汞灯三种。
低压汞灯低压汞灯点燃时汞蒸气压小于一个大气压，此时汞原子主要辐射波长为253.7nm的紫外线。
常用的"日光灯"灯管内壁涂以卤磷酸钙荧光粉，再将紫外线转变为可见光。
节能型荧光灯内壁涂有稀土荧光粉，发光效率更高。
高压汞灯高压汞灯高压汞灯指汞蒸气压力为51~507kPa，主要发射波长在365.0nm，相当能量为327.3kJ/mol的汞蒸气弧光灯，点燃时汞蒸气压为2~5个大气压，内管用石英玻璃。
高压汞灯辐射的紫外线光谱加宽，且偏蓝绿，可用于光化反应、光刻机、紫外线探伤及荧光分析等。
高压汞灯是紫外固化的标准灯，发热大，要用空气或水冷却，但功率高，适用于要求固化速率快的光固化涂料、油墨涂覆流水线。
1879年白炽灯问世以来，人们便与电灯结下了不解之缘。
随着科学技术的不断发展，电光源家族中新灯辈出，大放光彩。
高压汞灯也是一种效率高、寿命长的电光源。
它由荧光泡壳和放电管两部分组成。
放电管又细又短、只有人的手指大小、内装高压水银蒸气，放电管外面有一棉球形的荧光泡壳。
通电后放电管产生很强的可见光和紫外线，紫外线照射在荧光泡壳上，发出大量可见光。
高压汞灯发出的光中不含红色，它照射下的物体发青，因此只适于广场、街道的照明。
高压汞灯工作时，电流通过高压汞蒸气，使之电离激发，形成放电管中电子、原子和离子间的碰撞而发光。
放电时波长 253.7nm的共振线(辐外光谱)被吸收,可见谱线强度增加,主要辐射的是404.7nm、435.8nm、546.1nm和577.0~579.0nm的可见谱线,此外还辐射较强的365.0nm的长波紫外线。
光刻机早期也是曾选用高压汞灯作为光源的，因其功率高达 2000W，在短时间内提供足够的曝光量，提高了光刻机生产效率。
高压汞灯具有从可见光到深紫外的宽光谱范围，光谱分布如图 1-6 所示，常用的谱线有 g 线、h 线和 i 线，每条谱线的功率约占总辐射功率的 2%，可知单一谱线的辐射功率约为 40W。
为了用其中某一谱线作为曝光波长，要使用滤波装置和液冷装置分别去除其他频率的光谱和光源发出的大量热能。
此外，高压汞灯的光谱范围虽然包括 DUV 谱段，不过相应谱线辐射功率很低，不满足曝光能量要求。
高压汞灯的特点是发光面积小，发散角度大。
为了提高光能利用率要用抛物面或椭球面反射镜使出射光束会聚 [17] 。
采用高压汞灯作为光源的光刻照明系统如图 1-7 所示，光源 1 位于椭球面反射镜 2 的前焦点处，光源发出的光束经过椭球面反射镜后会聚到其后焦点 3 上，在 3 位置设置滤波器及液冷装置滤去其他杂光，光束经准直镜 4 使其平行出射，再入射到蝇眼透镜阵列 5 上进行匀光，被 5分割的每个子光束在聚光镜 6 的后焦面上叠加，得到均匀照明分布，该叠加面即为掩模面 7。
这种照明系统的特点是：结构简单；空间尺寸较小；可见光波段可用的透射材料种类多，像差校正相对容易；非相干光源在掩模面上没有干涉噪声；掩模面上的照明光束具有远心性，消除了聚光镜放大率误差。
不足之处在于滤掉其他频率光谱的同时也损失了大量能量，还会引入杂光；大发散角度扩展光源增加了准直镜的设计难度；汞灯每个谱线带宽为几个纳米，产生较大色差，二级光谱校正困难。
高压汞灯灯内永蒸汽压一般达2-10大气压，并辅以若干毫米汞柱氨气形成的近紫外光源、其紫外辐射为带光谱，并有较宽的连续谱，紫外辐射集中在近紫外区，约占全部辐射的50%，例250瓦高压汞灯，内径18毫米，极间距10.5毫米，充汞量3.7毫克/厘米3，工作电压130伏，电流2安培，其辐射谱见下图，能量分配见表一，紫外发光效率250x17%=42流明/瓦，一般为35-65流明/瓦.。
高压汞灯虽然有较强的近紫外光谱辐射，且红外辐射又较少，但灯的功率密度低，亮度也不够，又难于通过光学系统形成高辐射强度的均匀平行光，难于保证辐照均匀性。
因此随着LSI集成度的提高及硅片尺寸的增加，高压汞灯已不能适应光刻的需要。
超高压汞灯超高压球形汞灯是在高压汞灯的基础上，加大汞蒸汽压力，使之达80-90个大气压、甚至超过一百大气压。
它具有电弧尺寸小、功率密度大、亮度远大于高压汞灯的优点，是一种光刻机常用的较理想的紫外光源。
当汞蒸汽压力为150大气压时，中心亮度可达100，000熙提，而且在光刻胶的光谱吸收范围内，存在3650埃、4047埃、4358埃为中心的加宽线光谱，红外辐射又相对较少，它的光谱见图二。
一般超高压汞灯在紫外和近紫外的有效辐射占总辐射量的25%，但远紫外功率较小。
如Orignial hamal公司的200瓦水冷汞灯在2600埃以下仅占2%。
美国Callit公司生产的CA2800 型光刻机就是使用的200瓦超高压汞灯，一般寿命为400一600 小时( 连续点燃下降到80 %)。
日本牛尾(USHIO) 公司的超高压汞灯光谱寿命见图三。
超高压球形汞灯有直流和交流两种点燃方式。
在电弧稳定、寿命等方面，直流汞灯要比交流点燃更优越。
表2是国内外超高压球形汞灯主要性能指标目前，国内外光刻、制版设备大都采用超高压汞灯作为曝光光源，该灯功率大、电流大、点燃后可辐射出很强的紫外光谱，这些谱线基本上覆盖了聚脂胶类抗蚀剂（光刻胶）的感光灵敏区。
但该灯具有难点燃、易爆碎、价格昂贵、寿命短的缺点，其控制电源的性能直接影响了该灯的使用寿命和光强的稳定性。
曝光光源的光强、光均匀性是分步投影光刻机的关键指标之一，它直接影响分步投影光刻机的生产效率。
随着超大规模集成电路技术的发展，对曝光光源的功率要求越来越大，对光强的稳定性要求越来越高。
因此，对于一台性能优良的分步投影光刻机，必须要有一个安全、可靠、光强恒定不变的曝光光源来实现高效率生产。
国外同类设备中，超高压汞灯电源的电控形式很多，目的都是为了获得稳定的光强。
普遍采用的电控方式有恒流控制技术，恒光强控制技术和恒功率控制技术。
众所周知，大功率超高压汞灯的价格昂贵，寿命仅250小时左右。
为了延长灯的寿命，在启动时采用脉冲式工作，即“弱启动”或“软点燃”的办法。
一台好的超高压汞灯电源还应该有可靠的高压点火线路，极限功率控制，灯室的温度控制等一系列有效措施。
如日本USHIO公司生产的USH-1005D型超高压汞灯，其原理如下。
其工作原理按方框图可分三个阶段简述如下：1，开灯阶段。
电源接通后，按下启动按钮，立即进入开灯阶段。
这时高压汞灯回路相当于短路状态。
由于扼流圈的扼流作用，使启动电流大大降低，这时延时继电器带电计时，使交流接触器动作，触点闭合，将大功率VMCOS恒流管短路（起保护作用）。
同时高压电源也处于最大输出状态，通过限流电阻加到灯的两端，使灯内电极进行电弧放电，点燃超高压汞灯。
当灯两端电压升高到规定值时，高压点火控制器断开高压电源，由低压电源维持供电，灯进入稳定阶段。
如果高压接通30秒钟时间，灯还没有点燃，延时继电器自动断开高压电源，说明点灯失败。
2，稳定阶段。
灯点燃后，扼流圈将启动电流限制在极限值以内。
灯两端的电压继续升高，灯的电流继续下降，当灯的电流接近额定电流时，保护大功率VMCOS 恒流管的交流接触器动作，触点断开，大功率VMCOS恒流管起恒流调节作用，也就是说对灯的电流进行控制。
随着时间的增加，灯及灯室的温度也在增加，当灯两端电压接近额定电压时，定时器开通风扇开始对灯室进行冷却，直到灯两端电压上升到额定值时，稳定过程完成。
此过程大约需要30分钟时间。
3，工作阶段。
当稳定过程完成后，这时灯两端电压为额定电压。
根据大功率VMCOS恒流管压降变化量的大小，通过施密特触发器，可逆计数器，D/A转换器，触发脉冲移相电路对可控硅进行正负8级电压调节。
从而对灯的电流进行精确控制。
超高压汞灯的主要组成部分包括：触发电路（同步信号的产生及电压粗调）、恒流电路（恒流过程及保护）、高压电火线路。
超高压汞灯是一种体积小，亮度高的点光源，主要被广泛用于光刻、制版设备。
如果对汞灯的发光过程作进一步的分析研究会发现，要获得绝对稳定不变的光强很困难。
由于超高压汞灯的参数具有离散性，即使汞灯的功率为一恒定常数，其发出的光强却不一定恒定，它受到很多因素的影响。
如1，电网电压的波动，汞灯老化则光强就会发生改变。
2，汞灯内部的平均温度，环境温度以及泡壁表面温度，它们影响着汞汽泡程度及泡壁的失透率。
3，汞灯的电弧形状，它和电极的烧蚀形状、极距，工作电流的大小等因素有关，并直接影响汞灯的发光率。
汞氙灯汞氙灯是在超高压球型汞灯的基础上，加入适量氙气而制成。
由于氙的激励电位、电离电位均比汞高，正常工作时，灯的光电特性基本取决于汞的蒸汽压。
因此灯内电流密度大、亮度高、易启动，且在远紫外区200-300毫微米内辐射相当丰富，红外辐射又少，是远紫外光刻较理想的曝光光源。
汞氙灯在国外应用已不少，日本Canon公司PLA-521Fr及PLA一521FA是世界上第一代用远紫外( 200-270毫微米 ) 进行曝光的光刻机，光源系500 瓦Hg一Xe灯，并被宣称为独特的技术成果。
对于230毫微米，光谱寿命己达400小 时( 仅下降30%)。
Hg一Xe灯的辐射谱见图四，常用产品规格见表3。
汞氙灯按辐射可分为紫外灯和远紫外灯两类，以日本USHIO公司为例，典型光谱分布数据列于表4，灯的光谱寿命见图五。
超高压毛细管汞灯为了适应光刻机理想的狭缝曝光，有时要求使用超高压毛细管汞灯。
它内部充以50-200大气压力汞的蒸汽、工作在电位梯度达300-1000伏/厘米，管壁负载达50-100瓦/平方厘米，在整个照明区光强均匀性达2.5%，它是一种高亮度光源，辐射的紫外能量一般占辐射总能量的40-50%，它的工作参数见表5。
该灯一般可采用强迫风冷，在一个大气压力下，流速约为200升/分。
由于电极溅射及蒸发，使管内壁发黑，因此毛细管汞灯寿命较短，一般为50-100小时，有时甚至更短。
减少开关次数，可延长灯的寿命。
另外，该灯的亮度分布也不够均匀。
美国CGA公司4800型（DSW）型步进式缩小投影光刻机，采用350瓦毛细管汞灯，它的能量集中在60-70角度范围内，汞弧设计近似椭圆形。
又例美国Perkin-Elmer公司1979年产品M2000系列1：1射投影光刻机全部采用1-1.7kW弧形超高压毛细管永灯，弧长2-3厘米/kW。
图六是美国公司Actinic Spectra公司的1000瓦毛细管汞灯的辐射光谱图，表六是Actinic Spectra公司1kW毛细管超高压汞灯的辐射能量分配表，该灯的电光效率为46.4%。
超高压球形汞灯与超高压毛细管永灯的性能比较见表七。
小结：汞蒸气弧光灯,包括低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、超高压汞灯。
在高压汞灯基础上可添加各种金属卤化物制成金属卤化物蒸汽灯，也就是将铋（Bi）、镉（Cd）和镓（Ga）等发光金属同卤素或这些金属的卤化物与启动用金属及汞一起充入发光管内而制成。
它比汞灯有更多的紫外辐射。
碘化嫁或碘化汞制成的金属卤化物灯，能与光刻胶很好光谱匹配，使光刻效率提高50%。