有一些光學分辨率增強技術是非常依賴于圖形特征的。例如，可以通過合適方向的二極照明來增強密集線空圖形的成像性能，但是，不同方向的線空圖形需要不同方向的二極照明。一般來說，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。因此，一種利用特定掩模和照明形態優勢的方法被提出，該方法涉及將掩模版圖分解為多個分別使用特定照明形態成像的子圖形。

圖4-30為該方法的示意圖，左上角為掩模版圖，它由三個寬度為45 mm的溝槽交錯框組成。使用正交四極照明形態對完整掩模版圖進行成像，所得圖像在不同框之間的對比度較低，并且溝槽在沿框邊緣方向具有明顯的光強變化。為了利用合適方向的二板照明對線空圖形成像的優勢，將掩模版圖分為具有水平和豎直溝槽的兩種圖形。這些圖形在相應方向二極照明條件下的成像結果如圖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的兩次曝光結果組合得到的圖像。從疊加圖像可以看出，框的水平和豎直邊緣之間的對比度提升很明顯，而框拐角處的圖像質量可以通過兩個子掩模圖形的光學鄰近效應校正來優化。

類似雙重曝光的技術也被應用于集成電路的相關版圖設計。IDEAL（基于先進光刻的新型雙重曝光）的概念將密集線空圖形的第一次曝光與不規則孤立圖形的第二次曝光相結合，以實現邏輯芯片的柵極圖形更高對比度的光強分布。將基于雙二極照明形態的多重曝光技術應用于45 nm 節點器件圖形，實現了非常明顯的工藝窗口提升。其他多重曝光的例子已經在4.3.1節中介紹過，其中基于特殊設計的修剪掩模的曝光與使用交替型相移掩模的曝光相結合，可以解決相移掩模的相位沖突問題（圖4-20）。

雙重曝光技術的另一個重要應用是通過兩個相互正交的高對比度線空圖形在同一個負性光刻膠中的疊加曝光來形成接觸孔陣列圖形。

上述所有的多重曝光技術都是在標準光刻膠材料中進行的，沒有使用光學非線性材料。與使用完整掩模版圖的單次曝光相比，多重曝光技術通過疊加兩個或多個單次曝光后的圖像，提升了成像質量。然而，這種多重曝光技術無法實現工藝因子k1低于理論極限（0.25）的密集特征陣列圖形的成像（詳見5.1節和5.2節中的討論）。

基于完全相同的掩模版圖和照明形態，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定性。這種想法被應用于各種焦點鉆孔技術，如FLEX（聚焦裕度增強曝光）。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名義像面（圖頂部的豎直虛線位置）的焦點位置。第二行圖像序列的最佳焦點位置與該名義像面對齊，而第一行和第三行中的最佳焦點位置分別向左和向右平移了2μm。第四行中圖像是相對名義像面或光刻膠的三個不同焦點位置處單次曝光圖像的線性疊加結果。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 FLEX 方法增加焦深并不是沒有代價的，聚焦平均化會降低圖像對比度（特別是密集特征圖形）和圖像強度（特別是孤立亮場特征圖形）。不同的單次曝光之間的最佳焦點偏移量取決于特征圖形的類型和尺寸。不同曝光的焦點的位置變化可能是由光刻機工作期間工件臺的輕微傾斜，或曝光光源帶寬的改變并結合投影物鏡的色散行為引起的。