無掩模光刻利用直接將信息轉移到襯底上的方法，而無需利用中間靜態掩模，即直接復制的光掩模。在微光刻中，輻射轉移通常將時間常數掩模的圖像投射到光敏乳劑（或光刻膠）上。傳統上，掩模對準器、步進器、掃描儀以及其他用于高速復制微結構的非光學技術是常見的。該概念利用了高速或并行處理技術，這些技術已通過龐大而廉價的可用計算能力實現，而標準方法卻沒有問題，該方法將緩慢但精確的結構化過程從快速而高度的掩模中分離出來。并行復制過程可實現工業微結構化所需的高復制吞吐量。

無掩模光刻遵循兩個主要路徑。一種柵格化方法是通過在可電子修改的掩模上生成時變間歇圖像，該掩模以已知方式（也稱為激光直接成像和其他同義詞）進行投影，或者通過直接書寫將輻射聚焦形成窄光束，然后以矢量形式掃描穿過抗蝕劑。然后使用光束將圖像直接寫入光致抗蝕劑，一次一個或多個像素。兩種方法的組合也是已知的，并且不限于光輻射，還擴展到紫外線中，包括電子束以及經由MEMS器件的機械或熱燒蝕。

無掩模光刻的一個主要優點是能夠將光刻圖案從一次運行更改為下一次運行，而不會產生產生新的光掩模的成本。這可能對雙重圖案化或非線性材料行為的補償（例如，在使用便宜的，非苛刻的基材或補償先前結構的隨機放置誤差時）有用。

主要缺點是復制過程的復雜性和成本，光柵化相對于過采樣的限制會導致混疊偽影，尤其是使用較小的結構時，而直接矢量寫入的吞吐量受到限制。同樣，這種系統的數字吞吐量也形成了高分辨率的瓶頸，即構造直徑約707cm2的直徑300mm的晶片需要光柵化格式的大約10?Ti?B數據，而不會過采樣，因此會出現階躍偽影（混疊）。過采樣量減少了10倍以減少這些偽像，每個單晶片又增加了兩個數量級的1 PiB，必須在大約1分鐘內將其轉移到基板上才能實現大批量生產速度。因此，工業上無掩模光刻目前僅廣泛用于構造分辨率較低的基板，例如在PCB面板生產中，分辨率約為50μm（在較低的組件吞吐量要求下約為2000倍）。

當前，無掩模光刻的主要形式是電子束和光學。此外，聚焦離子束系統在故障分析和缺陷修復中已經確立了重要的利基作用。同樣，已經證明了基于機械和熱消融探針頭陣列的系統。

如今，無掩模光刻技術最常用的形式是電子束光刻技術。它的廣泛使用歸因于可利用的電子束系統范圍廣泛，獲得的電子束能量范圍也相當寬（約10 eV至約100 keV）。這已在eASIC的晶圓級生產中使用，該工藝使用常規的直接寫入電子束光刻技術來定制單個過孔層，以低成本生產ASIC。

當前正在開發的大多數無掩模光刻系統是基于多電子束的使用。目標是使用光束的平行掃描來加快大面積的圖案化。但是，這里的基本考慮是來自相鄰束的電子在多大程度上可以相互干擾（來自庫侖排斥）。由于平行束中的電子以同樣快的速度傳播，因此它們會相互排斥，而電子透鏡僅作用于一部分電子軌跡。

直接激光寫入是光學無掩模光刻的一種非常流行的形式，它在研發過程中具有靈活性，易用性和成本效益。該設備可提供亞微米分辨率的快速圖案，并在使用約200 nm或更大的特征尺寸時在性能和成本之間做出折衷。

干涉光刻或全息照相曝光不是無掩模工藝，因此盡管它們之間沒有1：1成像系統，但也不算作“無掩模”。

等離子直接寫入光刻技術通過掃描探針使用局部表面等離子體激元激發來直接曝光光刻膠。

為了提高圖像分辨率，使用波長比可見光短的紫外線來實現低至約100 nm的分辨率。當今使用的主要光學無掩模光刻系統是為產生用于半導體和LCD工業的光掩模而開發的系統。

2013年，斯威本科技大學的一個小組發表了他們的成果，將兩個不同波長的光束結合在一起，實現了9納米特征尺寸和52納米間距。

DLP技術也可用于無掩模光刻。

如今，聚焦離子束系統通常用于濺射掉缺陷或發現掩埋的特征。離子濺射的使用必須考慮到濺射材料的再沉積。

IBM Research已開發了一種基于原子力顯微鏡的替代性無掩模光刻技術。此外，浸筆式納米光刻技術是一種用于對亞微米特征進行構圖的新方法。

支持無掩模光刻的技術已經用于光掩模的生產和有限的晶圓級生產。在大批量生產中使用它之前存在一些障礙。首先，無掩模技術種類繁多。即使在電子束類別中，也有一些完全不同的體系結構和電子束能量的供應商（Multibeam、Mapper Lithography、Canon、Advantest、Nuflare和JEOL）。其次，仍然需要滿足每小時超過10個晶圓的吞吐量目標。第三，需要開發和證明處理大數據量（Tb級）的能力。

2009年，有一個歐洲計劃推動在32納米半節距節點上插入用于IC制造的無掩模光刻技術。項目名稱為MAGIC，或稱為“?用于IC制造的無掩模光刻”，在EC 7th框架內框架計劃（FP7）。

由于用于多次圖案化的掩模成本增加，因此無掩模光刻再次提高了可見度。