传统三维光刻矢量成像模型中将投影系统物方电磁场表示为二维形式，实现方式分为两种：采用局部坐标和忽略掩模衍射频谱的轴向分量。后者在浸没式光刻系统仿真中的适用性需要进一步分析。简述了忽略掩模频谱轴向分量的矢量成像模型和引入该分量的全光路三维光刻矢量成像模型，利用这两种模型和商业仿真软件，研究了掩模衍射频谱轴向分量对光刻胶中成像特征尺寸的影响并对结果进行了讨论。研究结果表明，相干照明和部分相干照明条件下，掩模衍射频谱轴向分量对光刻成像的影响随着数值孔径的变化趋势存在较大差异。这说明相干照明下的分析结论并不适用于部分相干照明条件，且只有全光路三维矢量成像模型才能满足浸没式高分辨光刻仿真的要求。

根据傅立叶光学理论从光栅的衍射频谱中可以反推光栅本身的多种信息,包括其形貌特征.利用矩形相位光栅的傅立叶变换,推导出零级和一级衍射光强和矩形相位光栅膜层厚度之间的函数关系,据此可在测得零级和一级次光强后,推算出光栅膜层厚度.以台阶仪作为标准,该方法的测量误差在4%以内.

对于傍轴光束,提出了介质平面波导衍射场的近场模场半宽度、远场发散角半宽度和光束传输因子M2等光束参量之间满足简单的关系式,三个光束参量均可直接由波导模式场分布精确计算,或由可实际精确测量的远场衍射频谱分布精确计算。M2因子的计算公式可表述为以二阶矩和微分算子定义的近场模场半宽度的比值,或以二阶矩和微分算子定义的远场发散角半宽度的比值。最后推导出介质平面波导TE0模衍射场光束参量的解析函数和光束参量的范围。

本文设计并制作了一种按Fibonacci数列规则(n=9)排列的准周期衍射光栅,从理论和实验两方面计算与显示了该光栅的自相似衍射频谱.这对准晶体光学中非周期的频率分析研究有一定的理论和实用价值.