在竞争激烈的芯片制造领域，器件必须向更小更快的方向发展才能跟上器件集成度每两年翻番的规律。下面几章将深入讨论决定集成度能否翻番的一项关键工艺——光刻。我们将关注当前关于分辨率增强技术的理论与实现方法，包括曝光量的优化、相移掩膜版、光学邻近修正和亚分辨率辅助特性。贯穿本书的重点是设计和分辨率增强的相互影响。理解光学增强与设计之间的相互影响效应以及针对分辨率增强技术的设计优化需求，是65nm以及小于65nm节点技术成功实现光刻成像的关键。对于100nm和65nm节点，图形的形成仍是基于光学方法的光刻。当成像图形的特征尺寸小到与光刻采用的光的波长可以相比拟时，就不能采用光学系统实现这种小尺寸图形的成像。下述方程描述了特征尺寸与波长之间的关系：
式中，k通常称为k因子，在光学系统中，能达到的最小k值是k=0.25；λ是所用光的波长；NA是投影光学的数值孔径；d是特征尺寸的半节距。
图3-1 具有一定尺寸的掩膜图形成像的波动光学解释
（尺寸一定的图形产生了衍射光束，其衍射角由Bragg条件确定。衍射光束强度场分布是均匀的。透镜将衍射光束聚焦。聚焦通过相移实现，而该相移取决于到中心的距离。衍射光束的干涉重新形成了图像的调制。如果衍射光束没有穿过透镜，将不会形成像）
图3-1所示为该方程的基本物理含义，在相干光照射下，节距p=2d的掩膜图形将形成一系列衍射光束，其衍射角α满足方程nλ=p·sinα，式中n是任意整数。因此，随着节距的减小，衍射角将增大。对于这些衍射光，再通过具有确定数值孔径NA的透镜发生干涉，使发散的衍射光束重新聚焦成像。如果透镜的数值孔径太小，不能捕获对应于n=±1的衍射光束，则生成的像将没有空间调制。对图3-1所示情况，入射光垂直照射掩膜版，至少可以通过对应于n=0，±1的三列光束成像。值得注意的是，即使透镜捕获了第一衍射级，生成的图像仍然会严重退化：即通过正方形掩膜图形生成的图像强度I呈现正弦分布，虽然还保留着空间间距，但是已不能明确显示所有的边界。
随着光刻图形特征尺寸越来越小，照射掩膜的将不再是简单的垂直入射光。控制投射到掩膜版上的入射光的角度分布是控制成像质量的光刻设备关键工艺参数之一。图3-2说明了常规照明的概念，具有一定入射角的入射光照射到掩膜版上。说明不同照明方式的简单办法是在一个平面上观察图像，与中心点的距离代表入射角，中心点对应于垂直入射。采用这种表示方法，常规照明看起来像一个圆，圆外径对应于锥形入射光的最大角。还有其他几种常用照明方式：环形、四极和偶极照明，也得到越来越广泛的使用。后面几章将对它们进行更详细的讨论。
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图3-2 照明
（在光刻中使用的几种不同照明方式，图中显示了常规、环形和四极照明方式。图中描述了投射到掩膜版上光的角分布）
图3-3与图3-4所示为照明方式影响成像过程的机理。不同角度的光照射掩膜形成的衍射图形是每个角度衍射光的叠加。也就是说，对于如果只受到垂直入射时将生成如图3-3b所示的衍射图形的掩膜，在如图3-3a中所示的照明模式作用下，最后形成的衍射图形将如图3-3c所示。正如上面简单实例中讨论的，衍射图形中落在系统数值孔径定义的圆的外面的那一部分，对于成像没有任何贡献。当掩膜图形尺寸缩小时，衍射级次发生的角度越来越大。这样，一级衍射光中将会有越来越大的比例不能穿过透镜，导致成像性能退化，如图3-4所示。
图3-3 部分相干光情况下图像形成过程示意图
a）透镜和照明设置 b）掩膜衍射级次 c）衍射图形
图3-4 相干对成像性能的影响：图像调制随着图形尺寸的减小而逐渐衰退
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