譜線寬度技術
由放電腔發出的原始光譜寬度達幾百皮米,這樣寬的光譜帶寬無法滿足光刻等應用的要求。以目前主流的光刻光源ArF準分子雷射器為例,需要把自由振蕩的500皮米左右的寬帶光譜壓窄至亞皮米量級。光譜帶寬是影響成像能力和特徵尺寸的重要因素。由於光學材料在深紫外波長區的限制，ArF光刻系統的投影稜鏡將不可避免地產生色差現象。亞皮米的光譜線展寬所產生的影響也不可忽略,然而,可以通過壓窄光源光譜線寬來減小色差效應。為了實現90納米技術節點的集成電路光刻,必須使雷射脈衝的線寬達到亞皮米的量級。其次,採用浸沒式光刻增加數值孔徑的同時,需要更窄的譜寬相匹配。第三,窄線寬可降低光源對臨界尺寸的靈敏度,從而改善由於光源不穩定造成的光刻圖樣的不均勻。第四,較低的k，要求較窄的光譜線寬相匹配。因此,為了減小光刻的特徵尺寸,提高拉曼散射效率和螢光光譜分析精度,有必要對較寬的自然光譜進行線寬壓窄。
光刻光源一般採用多稜鏡擴束器和大尺寸光柵組合的線寬壓窄方案。稜鏡擴束器用於分離波長並保持較小的發散角,通常使用2~4塊稜鏡可以實現20~40倍的光學擴束。稜鏡材料為紫外波段高透過率的融石英或氟化鈣,在稜鏡的雷射人射和出射面通常都鍍有增透膜層。擴束後的光斑投射到大尺寸光柵上,稜鏡組與光柵的光路組成利特羅（Littrow）結構。綜合考慮稜鏡的擴束率、透過率和稜鏡增透的要求,稜鏡的入射角通常設在68~71度之間。大尺寸光柵通常為中階梯光柵,其較大的閃耀角有利於光譜的高階色散和線寬壓縮。擴束後的光束也可以先入射到高反平面鏡再反射到光柵上，轉動高反鏡可改變入射到光柵的角度,從而實現雷射中心波長的調諧和穩定控制。
為避免大氣中氧原子對紫外雷射強烈吸收造成的能量損耗,同時隔絕外界對光學元件的汙染,通常把稜鏡擴束器、反射鏡和大尺寸光柵等光學元件裝配在一個封閉的腔體內。在光刻光源中這樣的腔體被稱為線寬壓窄模塊。在光刻機工作時,線寬壓窄模塊內一般通有特定流量的高純氮氣或氦氣。
雷射的光譜寬度除了用峰值的半高全寬（FWHM)表示,同時要可以顯示光譜能量95%的積分寬度（E95)。E95指標的大小及穩定性是光刻機的重要參數之一,它影響曝光系統成像能力和臨界尺寸（CD）控制。Cymer和Gigaphoton最新機型的E95都小於0.35皮米。
光譜穩定技術
高重頻脈衝的波長抖動和短時間內波長的漂移都會引起光譜的增寬。為減少光譜變化引起的曝光像差，光刻光源的波長測量必須要實現較高的精度(相對波長)和準確度(絕對波長)。相對波長的測量可以通過一個或多個標準具來實現。這是因為雷射通過標準具形成的幹涉環條紋的寬度、間距與雷射的波長和線寬相關。另一方面,絕對波長的確定（波長校準）則可以將測得的相對波長與原子吸收線進行比較來實現。穩定的光譜帶寬對低節點光刻應用尤為重要。由於投影鏡頭的色差,光譜帶寬的變化將導致散焦誤差，引起對比度損失和產生光學鄰近誤差。此外,雷射腔工作氣體中氟氣的濃度也會影響雷射的光譜寬度。在主振蕩-放大結構中光譜寬度會隨兩腔體放電間隔時間呈近線性變化。利用這一特性,可以通過在線檢測雷射光譜參數,採用閉環控制系統動態調節放電間隔時間,從而實現對光譜進行短期的穩定控制。線寬壓窄模塊中,同樣利用實時檢測窄線寬雷射的光譜,並動態微調光柵的衍射角,以控制中心波長和線寬的穩定性。光束均勻性技術光刻機照明系統的作用是為整個掩模面提供高均勻性照明,通過控制曝光劑量和實現離軸照明模式以提高光刻系統解析度,增大焦深。高解析度投影光刻的照明系統對輸出光的波長、均勻性、光強等都有很高的要求,其中照明的均勻性要求為1.5%~1%。照明系統的質量直接影響到投影光刻的質量,高均勻照明技術是照明系統的主要關鍵技術。在對照明均勻性要求不是很高的系統中,可以通過增加補償器來改善光照均勻度,補償器原理是通過控制通光表面各處的透過率來提高光能分布的均勻性。為了更進一步提高輸出光能分布的均勻性,照明系統中通常都採用了光學均勻器(或稱光學積分器)。通常採用複眼透鏡或棒狀導光棒作為光學均勻器。提高均勻性的原理為將光束分割成許多細小的光束,使得每一子光束的均勻性比原有光柬的均勻性都有所提高,然後將所有的子光束在空間疊加,使各子光束的光能分布進一步得到補償,從而較大地提高光能分布的均勻性。
在設計照明系統的光路時,首先應進行擴束的準直系統設計。由於準分子雷射的光束截面呈矩形,需要將準分子雷射原始的矩形光斑改變成正方形分布,需要一組柱面擴束鏡進行擴束,然後由一組球面擴束鏡擴束為大小較為合適的正方形的光斑,再利用微透鏡陣列器獲得好的照明均勻性。這是因為微透鏡陣列分割了能量分布不均勻的雷射束,利用數學的積分原理可知,許多細光束疊加就得到了能量分布較為均勻的照明。最後微透鏡陣列組要與聚光鏡組配合才會得到較好的照明均勻性,通常採用柯勒照明(Kohler illumination)方式,微透鏡陣列組的前透鏡陣列被它後面的光學系統在掩模上成像時,其後透鏡陣列應該被聚光鏡組在投影物鏡的入瞳處成像,這樣既保證了像面均勻性,又保證了與投影物鏡之間的匹配。同時為了使投影系統的入瞳與照明系統的出瞳相匹配,照明系統的出瞳要在無窮遠處,此時掩模應位於聚光鏡組的後焦面處。微透鏡陣列後組應位於聚光鏡組的前焦面處,只有這樣才可以保證微透鏡陣列前組被它後面的光學系統成像在掩模上。另外,對於聚光鏡組,因為視場與孔徑角都相對較小,所以只用兩片球面透鏡像差就可以得到較好的校正。
對曝光系統光束能量利用率的問題和通過投影系統後雷射光束整體均勻性要求,都需要一些定量的評價指標，如準分子雷射光束均勻性評價指標主要有加工窗口、能量分數、平頂因子等。