有一些光学分辨率增强技术是非常依赖于图形特征的。例如，可以通过合适方向的二极照明来增强密集线空图形的成像性能，但是，不同方向的线空图形需要不同方向的二极照明。一般来说，孤立特征图形更喜欢较多入射角的覆盖，包括轴上照明形态。因此，一种利用特定掩模和照明形态优势的方法被提出，该方法涉及将掩模版图分解为多个分别使用特定照明形态成像的子图形。

图4-30为该方法的示意图，左上角为掩模版图，它由三个宽度为45 mm的沟槽交错框组成。使用正交四极照明形态对完整掩模版图进行成像，所得图像在不同框之间的对比度较低，并且沟槽在沿框边缘方向具有明显的光强变化。为了利用合适方向的二板照明对线空图形成像的优势，将掩模版图分为具有水平和竖直沟槽的两种图形。这些图形在相应方向二极照明条件下的成像结果如图4-30的左下和中下图所示。右下图所示为上述两张局部图像的叠加图像，其代表了基于不同掩模图形和照明形态的两次曝光结果组合得到的图像。从叠加图像可以看出，框的水平和竖直边缘之间的对比度提升很明显，而框拐角处的图像质量可以通过两个子掩模图形的光学邻近效应校正来优化。

类似双重曝光的技术也被应用于集成电路的相关版图设计。IDEAL（基于先进光刻的新型双重曝光）的概念将密集线空图形的第一次曝光与不规则孤立图形的第二次曝光相结合，以实现逻辑芯片的栅极图形更高对比度的光强分布。将基于双二极照明形态的多重曝光技术应用于45 nm 节点器件图形，实现了非常明显的工艺窗口提升。其他多重曝光的例子已经在4.3.1节中介绍过，其中基于特殊设计的修剪掩模的曝光与使用交替型相移掩模的曝光相结合，可以解决相移掩模的相位冲突问题（图4-20）。

双重曝光技术的另一个重要应用是通过两个相互正交的高对比度线空图形在同一个负性光刻胶中的叠加曝光来形成接触孔阵列图形。

上述所有的多重曝光技术都是在标准光刻胶材料中进行的，没有使用光学非线性材料。与使用完整掩模版图的单次曝光相比，多重曝光技术通过叠加两个或多个单次曝光后的图像，提升了成像质量。然而，这种多重曝光技术无法实现工艺因子k1低于理论极限（0.25）的密集特征阵列图形的成像（详见5.1节和5.2节中的讨论）。

基于完全相同的掩模版图和照明形态，在不同离焦位置处的多重曝光可用于提高最终工艺的全程焦距稳定性。这种想法被应用于各种焦点钻孔技术，如FLEX（聚焦裕度增强曝光）。FLEX 的基本原理如图4-31所示，前3行图像显示了宽度0.5μm的孤立接触孔图形在不同焦点位置处（采样间隔为1μm）的仿真空间像。行与行之间图像序列的不同之处在于相对名义像面（图顶部的竖直虚线位置）的焦点位置。第二行图像序列的最佳焦点位置与该名义像面对齐，而第一行和第三行中的最佳焦点位置分别向左和向右平移了2μm。第四行中图像是相对名义像面或光刻胶的三个不同焦点位置处单次曝光图像的线性叠加结果。显然，与单次曝光成像相比，叠加图像沿光轴的变化量较小，具有更大的焦深。

通过 FLEX 方法增加焦深并不是没有代价的，聚焦平均化会降低图像对比度（特别是密集特征图形）和图像强度（特别是孤立亮场特征图形）。不同的单次曝光之间的最佳焦点偏移量取决于特征图形的类型和尺寸。不同曝光的焦点的位置变化可能是由光刻机工作期间工件台的轻微倾斜，或曝光光源带宽的改变并结合投影物镜的色散行为引起的。