有一些光學(xué)分辨率增強(qiáng)技術(shù)是非常依賴于圖形特征的。例如，可以通過(guò)合適方向的二極照明來(lái)增強(qiáng)密集線空?qǐng)D形的成像性能，但是，不同方向的線空?qǐng)D形需要不同方向的二極照明。一般來(lái)說(shuō)，孤立特征圖形更喜歡較多入射角的覆蓋，包括軸上照明形態(tài)。因此，一種利用特定掩模和照明形態(tài)優(yōu)勢(shì)的方法被提出，該方法涉及將掩模版圖分解為多個(gè)分別使用特定照明形態(tài)成像的子圖形。

圖4-30為該方法的示意圖，左上角為掩模版圖，它由三個(gè)寬度為45 mm的溝槽交錯(cuò)框組成。使用正交四極照明形態(tài)對(duì)完整掩模版圖進(jìn)行成像，所得圖像在不同框之間的對(duì)比度較低，并且溝槽在沿框邊緣方向具有明顯的光強(qiáng)變化。為了利用合適方向的二板照明對(duì)線空?qǐng)D形成像的優(yōu)勢(shì)，將掩模版圖分為具有水平和豎直溝槽的兩種圖形。這些圖形在相應(yīng)方向二極照明條件下的成像結(jié)果如圖4-30的左下和中下圖所示。右下圖所示為上述兩張局部圖像的疊加圖像，其代表了基于不同掩模圖形和照明形態(tài)的兩次曝光結(jié)果組合得到的圖像。從疊加圖像可以看出，框的水平和豎直邊緣之間的對(duì)比度提升很明顯，而框拐角處的圖像質(zhì)量可以通過(guò)兩個(gè)子掩模圖形的光學(xué)鄰近效應(yīng)校正來(lái)優(yōu)化。

類似雙重曝光的技術(shù)也被應(yīng)用于集成電路的相關(guān)版圖設(shè)計(jì)。IDEAL（基于先進(jìn)光刻的新型雙重曝光）的概念將密集線空?qǐng)D形的第一次曝光與不規(guī)則孤立圖形的第二次曝光相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)邏輯芯片的柵極圖形更高對(duì)比度的光強(qiáng)分布。將基于雙二極照明形態(tài)的多重曝光技術(shù)應(yīng)用于45 nm 節(jié)點(diǎn)器件圖形，實(shí)現(xiàn)了非常明顯的工藝窗口提升。其他多重曝光的例子已經(jīng)在4.3.1節(jié)中介紹過(guò)，其中基于特殊設(shè)計(jì)的修剪掩模的曝光與使用交替型相移掩模的曝光相結(jié)合，可以解決相移掩模的相位沖突問(wèn)題（圖4-20）。

雙重曝光技術(shù)的另一個(gè)重要應(yīng)用是通過(guò)兩個(gè)相互正交的高對(duì)比度線空?qǐng)D形在同一個(gè)負(fù)性光刻膠中的疊加曝光來(lái)形成接觸孔陣列圖形。

上述所有的多重曝光技術(shù)都是在標(biāo)準(zhǔn)光刻膠材料中進(jìn)行的，沒(méi)有使用光學(xué)非線性材料。與使用完整掩模版圖的單次曝光相比，多重曝光技術(shù)通過(guò)疊加兩個(gè)或多個(gè)單次曝光后的圖像，提升了成像質(zhì)量。然而，這種多重曝光技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)工藝因子k1低于理論極限（0.25）的密集特征陣列圖形的成像（詳見(jiàn)5.1節(jié)和5.2節(jié)中的討論）。

基于完全相同的掩模版圖和照明形態(tài)，在不同離焦位置處的多重曝光可用于提高最終工藝的全程焦距穩(wěn)定性。這種想法被應(yīng)用于各種焦點(diǎn)鉆孔技術(shù)，如FLEX（聚焦裕度增強(qiáng)曝光）。FLEX 的基本原理如圖4-31所示，前3行圖像顯示了寬度0.5μm的孤立接觸孔圖形在不同焦點(diǎn)位置處（采樣間隔為1μm）的仿真空間像。行與行之間圖像序列的不同之處在于相對(duì)名義像面（圖頂部的豎直虛線位置）的焦點(diǎn)位置。第二行圖像序列的最佳焦點(diǎn)位置與該名義像面對(duì)齊，而第一行和第三行中的最佳焦點(diǎn)位置分別向左和向右平移了2μm。第四行中圖像是相對(duì)名義像面或光刻膠的三個(gè)不同焦點(diǎn)位置處單次曝光圖像的線性疊加結(jié)果。顯然，與單次曝光成像相比，疊加圖像沿光軸的變化量較小，具有更大的焦深。

通過(guò) FLEX 方法增加焦深并不是沒(méi)有代價(jià)的，聚焦平均化會(huì)降低圖像對(duì)比度（特別是密集特征圖形）和圖像強(qiáng)度（特別是孤立亮場(chǎng)特征圖形）。不同的單次曝光之間的最佳焦點(diǎn)偏移量取決于特征圖形的類型和尺寸。不同曝光的焦點(diǎn)的位置變化可能是由光刻機(jī)工作期間工件臺(tái)的輕微傾斜，或曝光光源帶寬的改變并結(jié)合投影物鏡的色散行為引起的。