散射度量是半导体微电子制造领域中工艺过程控制与关键尺寸(CD)测量的重要技术手段,它广泛应用于微电子制造领域。根据2011年国际半导体技术蓝图(ITRS)规划,散射度量作为一种在线、实时、无损、高性价比的计量手段,将在新的技术节点,对新材料或新结构的量测发挥重要作用。周期结构的衍射模拟算法是散射度量的重要部分,切实影响着其测量的实时效率。因此衍射模拟算法的研究、改进与应用,是本文的工作重点。本文工作基于国家重大专项子课题——光学关键尺寸(OCD)检测系统产业化的横向课题展开,是实现OCD技术软件部分的关键。算法方面,以严格耦合波分析法的改进与层吸收法结合严格耦合波分析法的重构(傅里叶模态层吸收法)为重点;应用方面以OCD软件平台的衍射模拟算法模块的构建为重点,相关的给出一种基于散射度量应用的层间错位测试方法。主要内容为:1.综合当前严格耦合波分析法的各类研究成果,全面给出了其实现过程,并将之作为核心算法实施于OCD软件的算法模拟模块。主要包括典型结构的介电系数函数的Toeplitz矩阵的构造方法、特征问题矩阵的构造方法(Lalanne经验法与法向矢量法)、阶梯近似下的多层结构传输矩阵法、应用对称技术的矩阵削减法。其中对称技术的实现过程通过介绍课题组研究成果(小角度近似严格耦合波分析法)给出。同时,以上所有方法均应用于本文所述傅里叶模态层吸收法中。2.基于严格耦合波分析法,介绍了一种针对具有任意可解析边界的典型周期结构的快速法向矢量场构造方法,并给出其经验性的优选原则。对一些典型周期结构本方法能相对于非优选的法向矢量场与Lalanne经验法进一步提高2阶左右收敛。3.结合严格耦合波分析法与层吸收法,给出了傅里叶模态层吸收法的完备实现过程。改进原层吸收法中的串联倍速算法,提出了两类全场/散射场模型下的源形式,并分析了它们区别,最后通过数值分析归纳出一种适用于傅里叶模态层吸收的空间步长选择原则。对于垂直侧壁薄层结构严格耦合波分析法的计算效率约为傅里叶模态层吸收法的2倍;对于严格耦合波分析法中阶梯近似层数与傅里叶模态层吸收法的网格数相当的情况,后者计算效率则远远高于前者。同时傅里叶模态层吸收法避免了对特征值问题这一个难以并行分解的耗时过程的计算,更适合实施于具有并行计算单元(GPU)架构的计算平台。4.综合本文研究的衍射模拟算法,详细说明了OCD软件模拟算法模块的实现过程;通过优选测试的空间角度和优选衍射光关注参数,提出一种快速高精度的层间错位测试方法。