曝光过程中的光强由掩模板在空间上调制，并由光刻设备的光学器件进一步优化。我们这里只考虑玻璃光掩模中的长空间，所以晶片平面上的光强度 I 是只有一个变量的函数 I(x)，其中 x 是晶片平面上沿垂直于空间的方向。为了简化讨论，我们还假设涂有抗蚀剂膜的基板是平坦且不反射的。由基板形貌和反射率引起的影响将在后面讨论。这个简单模型的基本假设是显影后剩余的光刻胶厚度 T(x) 由曝光能量剂量 E(x) = I(x) ꞏ t 决定，其中 t 是曝光时间：

        对于非常薄或高对比度的光刻胶，这是一个合理的假设。对于正性光致抗蚀剂，更高的曝光导致更薄的抗蚀剂膜，而负性抗蚀剂在更高的曝光下保持更厚。目前的讨论仅限于正性光刻胶。

        T_E(E) 的典型曲线，归一化为初始厚度T₀，如图1所示，被称为抗蚀剂的“特征曲线”（characteristic curve）。这样的曲线可以是通过用不同的曝光能量对晶圆上的区域进行曝光，然后在显影后测量这些区域的剩余厚度来获得。准确地说，特性曲线不仅是光刻胶的特性，也是整个光刻胶工艺的特性，它取决于显影剂和烘烤温度等工艺参数。

图1 光刻胶的典型特性曲线，显示显影后剩余的厚度与曝光剂量的关系。抗蚀剂厚度以线性刻度绘制，而曝光剂量以对数刻度绘制，以产生在 E₀ 附近近似线性的曲线。

        应该注意曲线的几个特征。首先，在低曝光下有一个平坦区域，几乎没有去除抗蚀剂。在曲线的这部分，最终厚度可能不等于曝光前的抗蚀剂膜的厚度T₀，因为即使未曝光，显影剂也可能去除一些抗蚀剂。通常，未曝光或曝光较少区域的抗蚀剂厚度损失为20至200 Å。其次，有一个曝光剂量E₀，超过该剂量光刻胶膜被完全去除。该剂量被称为清除剂量或E₀。最后，曲线在E₀附近的区域是线性的（横坐标为对数刻度）：

（1）

        对于 E < E_0，斜率γ称为抗蚀剂工艺的“对比度”，由方程式 (1)定义。γ 的典型值如表1所示。

表1 所选光刻胶的抗蚀剂对比度。如前所述，对比度是抗蚀剂工艺的一种特性，而不仅仅是抗蚀剂材料。此表中列出的对比适用于典型的优化流程。

        最终抗蚀图案的形状对抗蚀工艺的依赖性可以从以下分析中看出。抗蚀剂侧壁的斜率很简单

（2）

        其中导数在抗蚀剂轮廓和基板相交的点 x₀ 处进行估算（图2）。另请注意。方程（2）也可表示为：

（3）

图2 （正）抗蚀剂中的空间是通过曝光和显影产生的。抗蚀剂厚度T(x)是x的函数。

        等式 (3) 巧妙地划分了决定抗蚀剂轮廓的因素。第一个因素 dT_E/dE是光刻胶和显影过程的特征，与曝光工具无关，而第二个因素 dE/dx 完全由曝光系统的光学特性决定。一种方法是通过对如图1所示的曲线进行微分来获得 dT_E/dE，但在线性标度上。在 x₀附近，T_E(E) 由方程式描述 (4)。这导致抗蚀剂轮廓斜率的以下表达式：

（4）

        使用高对比度抗蚀剂（γ值大）和陡峭的光学轮廓产生更陡峭的抗蚀剂轮廓，它们具有较大的归一化导数 (1/E)(dE/dx) 值。我们的简单模型基于这样的假设，即在大曝光区域中测量的抗蚀剂显影行为可以直接应用于在小尺寸上调制光强度的情况。这等效于假设 T(x) 仅是 E(x) 的函数。在我们的假设有效的范围内，轮廓斜率的依赖性被清晰地分为光学因子[(1/E)(dE/dx)] 和光刻胶工艺（由 γ 表示）的贡献， 每个都可以独立研究。