浸没式光刻机是采用折射和反射相结合的光路设计可以减少投影系统光学元件的数目，控制像差和热效应，实现1.35的数值孔径NA。浸没式光刻机工作时并不是把晶圆完全浸没在水中，而只是在曝光区域与光刻机透镜之间充满水。光刻机的曝光头（exposure head）必须特殊设计，以保证：（1）水随着光刻机在晶圆表面做步进-扫描运动，没有泄露；（2）水中没有气泡和颗粒。在193nm波长下，水的折射率是1.44，可以实现NA大于1。

图1是浸没式光刻机曝光头设计示意图，去离子水经过进一步去杂质、去气泡（degassing）、恒温之后流入曝光头，填充在晶圆与透镜之间，然后流出光刻机。除了表面张力，曝光头还设计有特殊的风流（air knife），保证水不易从侧面泄露出去。