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随着集成电路(IC, Integrated Circuit)工艺水平从超亚微米级发展到纳米级，以及亚波长光刻、铜互连等复杂工艺技术和新型材料的采用，使得集成电路制造技术面临的挑战越来越大，而先进工艺控制是影响工艺稳定性和产品成品率的关键，其中对关键尺寸(CD: Critical Dimension)的控制尤为重要。在CD测量领域，近几年出现的OCD(Optical Critical Dimension)设备，相对传统的电镜测量具有明显的优势，而OCD设备采用的最有效的快速电磁场算法是严格耦合波分析方法(RCWA:Rigorous Coupled Wave Analysis)，因此对RCWA的研究就显得至关重要。本论文详细且全面深入的研究了一维RCWA，并将该方法运用到OCD设备中，用于检测集成电路中元器件的CD，主要研究内容和成果如下：首先，全面深入的归纳、概括了针对周期性结构元件的衍射理论——RCWA理论，主要包括：对称和不对称情况下，矩形光栅在不同光偏振态下求解反射率的严格稳定的数值解，以及多层台阶型光栅在不同光偏振态下求解反射率的数值解法。其次，根据详细的推导公式，通过编写C++代码，实现了一维RCWA算法，并开发了仿真平台集成到OCD设备中。该仿真平台具有友好的界面，可以对样品建模，输入样品参数，通过简单的按钮就能实现对样品CD的分析等。通过与GSOLVER仿真结果的比较，得出了该仿真平台的计算结果正确且收敛性好的结论。再次，介绍了RCWA理论在集成电路CD测量技术中的具体应用。验证了OCD设备的稳定性。用仿真平台分析了硅沟槽和浅沟槽隔离(STI, Shallow TrenchIsolation)的CD，通过与SEM以及KLA公司的分析结果对比，得出该仿真软件可以很好的分析集成电路中元件CD。最后，利用RCWA理论的特点研究了快速的建库方法。首先通过模拟得到了部分光栅结构参数与RCWA收敛层数的规律，然后详细介绍了建库流程和方法，最后比较了利用数据库分析样品和实时样品分析的效率及结果，得出了可以用数据库准确且快速的分析样品的结论。