IC 愈做愈小的关键技术在于光刻技术（Optical Lithography）。光刻技术简单来说，就是制作元件时，将元件组成材料依所需位置「印」在半导体晶圆上的技术。能印出愈精细的图案，就能制作愈小的元件。
衡量元件尺寸的关键指标之一为「电晶体闸极长度」（Gate length），这数字与IC 速度直接相关。以场效电晶体来说，闸极长度愈小，电流就可花更少时间通过电晶体汲极和源极。
如果要表示元件微缩程度，另一个关键指标为线宽和周距（Pitch），通常以金属层线与线的周距为参考基准，周距愈小，线宽也愈小，元件微缩程度愈高。
那IC 目前到底缩小多少？先有个概念，如果把每个世代视为实际尺寸，自从1980 年代有光刻技术技术以来，线宽从一开始5,000 纳米降到现在5 纳米，甚至往3 纳米迈进。线宽不断缩小，每代约缩小上一代0.7 倍，到5 纳米是第21 代。经过「代代相传」，线宽缩小1,000 倍，换算下来，同面积能放入的元件数量高达原本100 万倍！
光刻技术技术如魔法把线宽一步步缩小，靠的是多年来研发人员一步步努力。林本坚院士在「光刻技术缩IC 百万倍」科普讲座，细数关键改良点及挑战。
半周距：一条线宽加上线与线间距后乘以0.5。曝光解析度高时，半周距可做得愈小，代表线宽愈小。
k1：系数，与制程有关，缩小半周距的关键，是所有半导体工程师致力缩小的目标。
λ：微影制程的光源波长，从一开始436 纳米降到13.5 纳米。
sinθ：与镜头聚光至成像面的角度有关，基本上由镜头决定。
故增加曝光解析度（半周距↓）的努力方向为：增加sinθ、降低λ0、降低k1、增加n。
另一方面，为了让微影制程有够大曝光清晰范围，镜头成像景深（DOF）数字愈大愈好（注），但景深变大的副作用是半周距也会跟着变大，因此制程改良必须考虑两者平衡或相互牺牲。
第二个方法是缩短波长。虽说改变光源就能得到不同波长，但不同波长光经过透镜后折射方向不同，镜头材料也必须改变。林本坚表示，当波长愈缩愈短，「我们能选择的镜头材料也愈来愈少，最后就只有那两三种可以用。」
用少数几种材枓调适光源的频宽愈来愈难。后来大家转而选择单一种合适的材料，并针对适合这种材料的波长，将频宽尽量缩窄。林本坚说：「连雷射的频宽都不够窄小，现在频宽缩窄到难以想像的程度。」
另一种解决问题的方法，是在镜头组成加入反射镜，称为反射折射式光学系统（Catadioptric system）。因不管什么波长的光，遇到镜面的入射角和反射角都相等，若能以一些反射镜面取代透镜，就能增加对光波频宽的容忍度。
曝光波长改变还会牵涉到曝光光阻，光阻材料从化学性质、透光度到感光度等各项特性，都必须随曝光波长改变调整，「这是浩大的工程，且感光速度非常重要，是节省制造成本的关键。」林本坚说。
值得一提的是，光阻材料的感光速度在微缩IC 历史上相当重要。1980 年代，时任IBM 的CG Willson 和H. Iro 率先提出以化学方式放大光阻感光速度的方法，将感光速度提升10~100 倍，大幅增加曝光效率。这项重大发明，让CG Willson 在2013 年荣获「日本国际奖」（Japan Prize），可惜当时H. Iro 博士已过世，无法一同受奖。
提高解析度还能用双光束成像（2-beam Imaging）法，分别有「偏轴式曝光」（Off-Axis Illumination，OAI）及「移相光罩」（Phase Shift Mask，PSM）两种。
偏轴式曝光是调整光源入射角度，让光线斜射进入光罩，原本应通过光罩绕射的三束光（1 阶、0 阶与-1 阶），会去掉外侧一束光（1 阶或-1 阶），只留下两束光（如0 阶和1 阶）。透过角度调整，很巧妙让两道光相互干涉成像，使解析度增加并增加景深。
移相光罩则在光罩动手脚，让穿过相邻透光区的光有180 度相位差。相位差180 度的光波强度不会改变，只是振幅方向相反。如此一来，相邻透光区的光两两干涉之后，刚好会在遮蔽区相消（该暗的地方更暗），增加透光区与遮蔽区的对比，进而提高解析度。
「这两种做法都可让k1 减少一半。」林本坚笑说：「可惜这两种方法都是用2-beam Imaging 概念，不能叠加使用。」
目前业界多半采偏轴式曝光，林本坚表示：「移相光罩一方面比较贵，另一方面不能任意设计图案，必须考量邻近相位不抵消的问题。」利用各种降低k1 的技术，已将k1 降到0.28，「这几乎是这些技术能达到的k1 极限了。」
要进一步降低k1 ，还有办法！就是用两个以上光罩，称为「多图案微影」。简单说，将密集图案分工给两个以上图案较宽松的光罩，轮流曝光至晶圆，可避免透光区过于接近，使图案模糊的问题。缺点则是曝光次数加倍，等于效率降低一半。
这很考验机台放水的装置，如何让水流快速均匀又不起漩涡？这是个大学问，至今放水装置起码重新设计了6~8 次。
水的另一个特点，就是「很好的清洗剂」。使用浸润式微影技术时，水很容易把镜头等所有接触物品上的杂质都洗掉，「结果就是晶圆有上千个缺陷（defects）。我们花了很多工夫把缺陷数从几千个降到几百个、几十个，最后降到零。」林本坚说：「那需要投入很多人力和晶圆才能做到。」
林本坚强调，这不是简单的事，因「真的有学不完的东西」。半导体可分成材料、制程、设计、元件四领域，「希望学生至少精通一个领域，有本领深入钻研（专才）。但对其他领域，也得有某种程度的认识（通才），才能彼此合作，解决问题。」
