半导体结构的测量方法及设备

技术领域

本申请实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体结构的测量方法及设备。

背景技术

随着半导体工业的发展，集成电路线宽不断缩小，集成电路器件结构设计愈加复杂，只有通过严格的工艺控制才能获得功能完整的电路和高速工作的器件。

光学关键尺寸(Optical Critical Dimension，OCD)测量技术作为一种重要测量技术，是当前半导体制造工艺中先进工艺控制的一个重要部分。OCD测量技术的基本工作原理可描述为：(1)根据模型拟合出与待测半导体结构的形貌相对应的理论光谱；(2)通过OCD测量设备获得待测半导体结构的测量光谱；(3)调整上述模型的参数，使上述拟合出的理论光谱与测量光谱匹配成功，根据上述模型最终的参数即可得到待测半导体结构的结构参数。

然而，随着半导体技术的发展，需要测量的半导体结构所采用的材料越来越复杂，工艺控制对测量精度的要求也越来越高，因此如何提高半导体结构的量测精准度是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种半导体结构的测量方法及设备，可以有效提高半导体结构的测量精准度。

第一方面，本申请实施例提供一种半导体结构的测量方法，该方法包括：

建立待测半导体结构对应的第一仿真模型，以及参考半导体结构对应的第二仿真模型，所述待测半导体结构与所述参考半导体结构之间至少存在一个参数值相同的第一结构参数，以及至少存在一个参数值不同的第二结构参数；

分别测量所述待测半导体结构与所述参考半导体结构的光谱，得到第一标准光谱与第二标准光谱；

调节所述第一仿真模型与所述第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数，当所述第一仿真模型与所述第二仿真模型调节后的各个第一结构参数相同，且根据调节后的所述第一仿真模型与所述第二仿真模型拟合出的光谱分别与所述第一标准光谱与所述第二标准光谱匹配成功时，将调节后的所述第一仿真模型的各个结构参数的参数值确定为所述待测半导体结构的各个结构参数的参数值。

在一种可行的实施方式中，所述待测半导体结构与所述参考半导体结构分别具有周期性光栅结构，所述分别测量所述待测半导体结构与所述参考半导体结构对应的光谱，包括：

测量所述待测半导体结构中的周期性光栅结构，得到所述第一标准光谱，以及测量所述参考半导体结构中的周期性光栅结构，得到所述第二标准光谱。

在一种可行的实施方式中，所述待测半导体结构中的周期性光栅结构与所述参考半导体结构中的周期性光栅结构均为强透射性材料。

在一种可行的实施方式中，所述待测半导体结构的结构参数至少包括所述待测半导体结构中的周期性光栅结构对应的侧壁角、高度、宽度以及占空比；

所述参考半导体结构的结构参数至少包括所述参考半导体结构中的周期性光栅结构对应的侧壁角、高度、宽度以及占空比。

在一种可行的实施方式中，所述调节所述第一仿真模型与所述第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数，包括：

同时调节所述第一仿真模型与所述第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数，并将调节后的所述第一仿真模型拟合出的第一光谱与所述第一标准光谱匹配进行匹配，以及将调节后的所述第二仿真模型拟合出的第二光谱与所述第二标准光谱进行匹配。

在一种可行的实施方式中，所述调节所述第一仿真模型与所述第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数，包括：

分别将所述第一仿真模型与所述第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数划分为多个分组；

按照已划分的分组，依次调节所述第一仿真模型与所述第二仿真模型各个分组内的结构参数，并将调节后的所述第一仿真模型拟合出的第一光谱与所述第一标准光谱匹配进行匹配，以及将调节后的所述第二仿真模型拟合出的第二光谱与所述第二标准光谱进行匹配。

在一种可行的实施方式中，所述将调节后的所述第一仿真模型拟合出的第一光谱与所述第一标准光谱匹配进行匹配，以及将调节后的所述第二仿真模型拟合出的第二光谱与所述第二标准光谱进行匹配，包括：

基于严格耦合波分析理论，将调节后的所述第一仿真模型拟合出的第一光谱与所述第一标准光谱进行匹配，以及将调节后的所述第二仿真模型拟合出的第二光谱与所述第二标准光谱进行匹配。

第二方面，本申请实施例提供一种半导体结构的测量装置，该装置包括：

模型建立模块，用于建立待测半导体结构对应的第一仿真模型，以及参考半导体结构对应的第二仿真模型，所述待测半导体结构与所述参考半导体结构之间至少存在一个参数值相同的第一结构参数，以及至少存在一个参数值不同的第二结构参数；

测量模块，用于分别测量所述待测半导体结构与所述参考半导体结构的光谱，得到第一标准光谱与第二标准光谱；

调节模块，用于调节所述第一仿真模型与所述第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数，当所述第一仿真模型与所述第二仿真模型调节后的各个第一结构参数相同，且根据调节后的所述第一仿真模型与所述第二仿真模型拟合出的光谱分别与所述第一标准光谱与所述第二标准光谱匹配成功时，将调节后的所述第一仿真模型的各个结构参数的参数值确定为所述待测半导体结构的各个结构参数的参数值。

在一种可行的实施方式中，所述待测半导体结构与所述参考半导体结构分别具有周期性光栅结构，所述测量模块用于：

测量所述待测半导体结构中的周期性光栅结构，得到所述第一标准光谱，以及测量所述参考半导体结构中的周期性光栅结构，得到所述第二标准光谱。

在一种可行的实施方式中，所述待测半导体结构中的周期性光栅结构与所述参考半导体结构中的周期性光栅结构均为强透射性材料。

在一种可行的实施方式中，所述待测半导体结构的结构参数至少包括所述待测半导体结构中的周期性光栅结构对应的侧壁角、高度、宽度以及占空比；

所述参考半导体结构的结构参数至少包括所述参考半导体结构中的周期性光栅结构对应的侧壁角、高度、宽度以及占空比。

在一种可行的实施方式中，所述调节模块用于：

同时调节所述第一仿真模型与所述第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数，并将调节后的所述第一仿真模型拟合出的第一光谱与所述第一标准光谱匹配进行匹配，以及将调节后的所述第二仿真模型拟合出的第二光谱与所述第二标准光谱进行匹配。

在一种可行的实施方式中，所述调节模块用于：

分别将所述第一仿真模型与所述第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数划分为多个分组；

按照已划分的分组，依次调节所述第一仿真模型与所述第二仿真模型各个分组内的结构参数，并将调节后的所述第一仿真模型拟合出的第一光谱与所述第一标准光谱匹配进行匹配，以及将调节后的所述第二仿真模型拟合出的第二光谱与所述第二标准光谱进行匹配。

在一种可行的实施方式中，所述调节模块用于：

基于严格耦合波分析理论，将调节后的所述第一仿真模型拟合出的第一光谱与所述第一标准光谱进行匹配，以及将调节后的所述第二仿真模型拟合出的第二光谱与所述第二标准光谱进行匹配。

第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如第一方面提供的半导体结构的测量方法。

本申请实施例所提供的半导体结构的测量方法及设备，在对待测半导体结构进行测量前，设置与该待测半导体结构对应的参考半导体结构，并建立待测半导体结构对应的第一仿真模型，以及参考半导体结构对应的第二仿真模型，其中，待测半导体结构与参考半导体结构之间存在部分结构参数的参数值不同；在对待测半导体结构进行测量时，利用OCD测量技术分别对待测半导体结构与参考半导体结构进行测量，寻找同时能够满足第一仿真模型与第二仿真模型的结构参数，并将第一仿真模型的最终确定的各个结构参数的参数值作为待测半导体结构的结构参数，从而可以有效减小待测半导体结构的测量结果的误差，提高待测半导体结构的测量精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例中提供的一种半导体结构的测量方法的流程示意图；

图2为本申请实施例中提供的一种待测半导体结构的结构示意图；

图3为本申请实施例中提供的待测半导体结构与参考半导体结构的对照示意图；

图4为本申请实施例中提供的一种半导体结构的测量装置的程序模块示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

随着半导体集成电路制造工业的发展，半导体制作工艺中半导体结构的关键尺寸越来越小，需要控制的器件结构参数也越来越多，传统的光学成像分析的方法已无法满足工艺关键尺寸的测量。因此，新的成像技术不断地应用于半导体工艺形貌的测量中，如扫描电子显微镜、原子力显微镜等，可实现高精度的关键尺寸、沟槽深度尺寸的测量，但其测量过程复杂，对待测样品具有破坏性，无法实现在线测量。光学薄膜测量仪可以在无图形区域对多层不同材料的薄膜厚度进行测量，但不能对有图形区域，例如周期性光栅结构进行测量。由于OCD测量技术有非接触性、非破坏性、可同时测量多个工艺特征、可实现工艺的在线测量等诸多优势，因此越来越广泛地应用于半导体制造工业中。

OCD测量技术作为一种重要测量技术，其基本工作原理为：根据模型拟合出与待测样品的形貌相对应的理论光谱；通过OCD测量设备获得待测样品的测量光谱；调整上述模型的参数，使拟合出的理论光谱与测量光谱匹配成功后，基于上述模型调整后的参数即可得出待测样品的结构参数。

其中，根据模型拟合出与待测样品的形貌相对应的理论光谱，即根据光栅的模型计算具有该模型描述的待测样品的理论光谱。作为一个示例，其代表性的计算方法是：严格耦合波分析理论(Rigorous Coupled-Wave Analysis，简称RCWA)方法。待测样品的理论衍射光谱s(x，λ)可通过建立模型使用相关理论(如RCWA)计算得到。一般地，可用参数向量x＝(x

通过OCD测量设备获得待测样品的测量光谱的过程可描述为：衍射光谱仪的光源经过起偏器入射至待测样品的周期性结构区域，经过待测样品的衍射，各级衍射光中包含了待测样品的结构、材料等信息。通常零级衍射光通过检偏器被衍射探测器接收。衍射仪将接收到的衍射光信号处理为包含了待测样品信息的测量光谱。

调整模型参数，使拟合出的理论光谱与测量光谱匹配成功，基于上述模型调整后的参数即可得出待测样品的结构参数，包括：光谱匹配过程首先根据待测样品的制造工艺信息建立待测样品周期性结构的结构模型，结构模型由待测结构参数决定。根据周期性结构的光衍射原理，可以计算出由一组具体结构参数来确定的结构模型的衍射理论光谱。调整结构模型的参数，就会有不同的理论光谱。光谱匹配过程就是寻找一组待测结构参数，具有该参数形貌的待测样品其理论光谱与测量光谱实现最佳匹配。这样，就可以用这组参数决定的形貌表征待测样品的实际形貌，从而实现了对待测样品的线宽等结构参数的测量。

进一步的，随着集成电路不断降低尺寸，形成集成电路的组件特征的尺寸如电器件和互连线宽度也在不断降低。例如，在存储电路或器件如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)等中，降低特征尺寸的趋向是明显的。举例来说，DRAM典型地包含数百万相同的称为存储单元的电路元件。在其最普通的形式中，存储单元典型地由两种电器件组成：存储电容器和存取场效应晶体管。每一个存储单元是可以存储数据的一个位(二进制数字)数据的可寻址位置。可以通过晶体管将位写入到单元中，并且通过从参比电极侧感应在存储电极上的电荷进行读取。通过降低组件电器件和然后接触的导线的尺寸，可以降低结合这些特征的存储器的尺寸。另外，通过将更多的存储单元安装到存储器中，可以增加存储容量。

特征尺寸的连续降低对用于形成所述组件特征的技术寄予更高的要求。例如，通常使用光刻将衬底上的特征如导线形成图案。可以使用间距的概念描述这些特征的尺寸。间距定义为在两个相邻的特征中的相同点之间的距离。这些特征典型地由相邻的特征之间的空间限定，所述空间典型地由一种材料如绝缘体填充。上述间距可以被视为特征宽度和隔开该特征与相邻特征的空间的宽度之和。然而，每一种光刻技术均具有最小间距，在该最小间距之下，特定的光刻技术不能可靠地形成特征。因此，光刻技术的最小间距可能限制特征尺寸的降低。

在半导体结构制作工艺中，沉积层使用的材料可能为氧化物(Oxide)或氮化物(Nitride)，由于氧化物与氮化物均为高透射性材料，在使用OCD测量进行光学测量时，这些材料对光的敏感度较低，导致半导体结构的关键尺寸边界模糊，影响OCD测量结果的精准度。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种半导体结构的测量方法，先设置与待测半导体结构对应的参考半导体结构，并建立待测半导体结构对应的第一仿真模型，以及参考半导体结构对应的第二仿真模型，在对待测半导体结构进行测量时，同时利用OCD测量技术分别对待测半导体结构与参考半导体结构进行测量，寻找能够同时满足第一仿真模型与第二仿真模型的结构参数，并将第一仿真模型的最终确定的各个结构参数的参数值作为待测半导体结构的结构参数，可以有效减小待测半导体结构的测量结果的误差，提高待测半导体结构的测量精准度。具体请参照以下实施例中所描述的内容。

参照图1，图1为本申请实施例中提供的一种半导体结构的测量方法的流程示意图，在一种可行的实施方式中，上述半导体结构的测量方法包括：

S101、建立待测半导体结构对应的第一仿真模型，以及参考半导体结构对应的第二仿真模型。

其中，待测半导体结构与参考半导体结构之间至少存在一个参数值相同的第一结构参数，以及至少存在一个参数值不同的第二结构参数。

例如，假设待测半导体结构与参考半导体结构均包括侧壁角(Side Wall Angle，简称SWA)、高度(Height，简称HT)以及关键尺寸(Critical Dimension，简称CD)三个结构参数，则可以存在以下几种情况：

待测半导体结构与参考半导体结构之间存在一个结构参数(可以是CD、SWA、HT中的任意一个)相同，而剩余的两个结构参数不同。

待测半导体结构与参考半导体结构之间存在两个结构参数(可以是CD、SWA、HT中的任意两个)相同，而剩余的一个结构参数不同。

即本申请实施例中，在设置待测半导体结构的参考半导体结构时，可以采用控制变量法，改变参考半导体结构中的部分结构参数，使其与待测半导体结构中同一类型的结构参数不同；而参考半导体结构其它剩余的结构参数则全部保持与待测半导体结构一致。

S102、分别测量待测半导体结构与参考半导体结构对应的光谱，得到第一标准光谱与第二标准光谱。

在一种可行的实施方式中，可以采用OCD测量设备分别测量待测半导体结构与参考半导体结构的光谱。

可以理解的是，上述步骤S101与步骤S102之间并无先后顺序关系，即在实际测量过程中，可以先执行步骤S101，再执行步骤S102；也可以先执行步骤S102，再执行步骤S101；还可以同时执行步骤S101与步骤S102，本申请实施例中不做限定。

S103、调节第一仿真模型与第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数。

本申请实施例中，第一仿真模型与第二仿真模型的第一结构参数在调节前后始终保持预先设定的关系，可选的，此预先设定的关系可以为相等关系。第一仿真模型与第二仿真模型的第二结构参数可以根据第一仿真模型与第二仿真模型各自的实际结构情况进行调节。

在一种可行的实施方式中，可以同时调节第一仿真模型与第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数，并采用多目标计算(Multi-Targeting)方式，同时将调节后的第一仿真模型拟合出的第一光谱与待测半导体结构对应的光谱进行匹配，将调节后的第二仿真模型拟合出的第二光谱与参考半导体结构对应的光谱进行匹配。

在另一种可行的实施方式中，可以分别将第一仿真模型与第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数划分为多个分组；按照已划分的分组，分批次调节第一仿真模型与第二仿真模型各个分组内的结构参数，并将调节后的第一仿真模型拟合出的第一光谱与所述第一标准光谱匹配进行匹配，以及将调节后的第二仿真模型拟合出的第二光谱与第二标准光谱进行匹配。

可选的，可以基于严格耦合波理论来实现上述光谱匹配的过程。

可以理解的是，上述待测半导体结构和参考半导体结构的第一结构参数的类型，与上述第一仿真模型和第二仿真模型的第一结构参数的类型相同；上述待测半导体结构和参考半导体结构的第二结构参数的类型，与上述第一仿真模型和所述第二仿真模型的第二结构参数的类型相同。

例如，假设上述待测半导体结构和参考半导体结构的第一结构参数为CD时，上述第一仿真模型和第二仿真模型的第一结构参数的类型也为CD；假设上述待测半导体结构和参考半导体结构的第二结构参数为CD时，上述第一仿真模型和第二仿真模型的第二结构参数的类型也为CD。

S104、当第一仿真模型与第二仿真模型调节后的各个第一结构参数相同，且根据调节后的第一仿真模型与第二仿真模型拟合出的光谱分别与上述第一标准光谱与上述第二标准光谱匹配成功时，将调节后的第一仿真模型的各个结构参数的参数值确定为待测半导体结构的各个结构参数的参数值。

本申请实施例中，假设待测半导体结构与参考半导体结构之间存在一个参数值相同的第一结构参数，则如果将第一仿真模型的第一结构参数与第二仿真模型的第一结构参数同时调节至某一个参数值时，不仅能够使调节后的上述第一仿真模型拟合出的第一光谱与待测半导体结构对应的第一标准光谱匹配成功，还可以使调节后的上述第二仿真模型拟合出的第二光谱与参考半导体结构对应的第二标准光谱匹配成功，则可以将该参数值确定为待测半导体结构的第一结构参数的参数值。而最终调节后的第一仿真模型的各个结构参数，包括调节后的第一结构参数及第二结构参数在内的所有结构参数的参数值，则可以确定为是待测半导体结构的各个结构参数的参数值。

另外，最终调节后的第二仿真模型的各个结构参数，包括第一结构参数及第二结构参数在内的所有结构参数的参数值，则可以确定为是参考半导体结构的各个结构参数的参数值。

本申请实施例所提供的半导体结构的测量方法，通过预先设置与待测半导体结构对应的参考半导体结构，并建立待测半导体结构对应的第一仿真模型，以及参考半导体结构对应的第二仿真模型，其中，待测半导体结构与参考半导体结构之间存在部分结构参数的参数值不同；在对待测半导体结构进行测量时，同时利用OCD测量技术分别对待测半导体结构与参考半导体结构进行测量，寻找同时能够满足第一仿真模型与第二仿真模型的结构参数，并将第一仿真模型的最终确定的各个结构参数的参数值作为待测半导体结构的结构参数，从而可以有效减小待测半导体结构的测量结果的误差，提高待测半导体结构的测量精准度。

基于上述实施例中所描述的内容，在现有的一些实施方式中，OCD测量须直接在组件区域进行测量，测量结果的精准度容易受半导体结构的底层结构影响。

为了降低半导体结构的底层结构对OCD测量结果的影响，在本申请一种可行的实施方式中，可以在待测半导体结构与参考半导体结构对应的切割道设置OCD测量区域，当待测半导体结构与参考半导体结构经过刻蚀并形成周期性光栅结构后，分别测量待测半导体结构中的周期性光栅结构对应的光谱，与参考半导体结构中的周期性光栅结构对应的光谱。

为了更好的理解本申请实施例，参照图2，图2为本申请实施例中提供的一种待测半导体结构的结构示意图。

在图2中，201表示半导体结构的底层各层材料，202表示该半导体结构经过刻蚀后形成的周期性光栅结构。该周期性光栅结构对应的结构参数包括侧壁角SWA、高度HT、关键尺寸CD以及占空比等。

其中，上述占空比指在一个周期性光栅结构中，线(line)宽占光栅结构栅距(pitch)的比例。其中，上述线宽可以由周期性光栅结构的关键尺寸CD确定。

本申请实施例所提供的半导体结构的测量方法，通过在待测半导体结构与参考半导体结构对应的切割道设置OCD测量区域，分别测量待测半导体结构中的周期性光栅结构对应的光谱与参考半导体结构中的周期性光栅结构对应的光谱，可以在后续的OCD测量中，降低半导体结构的底层结构对OCD测量结果的影响。

基于上述实施例中所描述的内容，在本申请一些实施例中，待测半导体结构的结构参数至少包括待测半导体结构中的周期性光栅结构对应的侧壁角、高度、宽度以及占空比。

可选的，待测半导体结构的第二结构参数为待测半导体结构的结构参数中的至少一项，待测半导体结构的第一结构参数为待测半导体结构的结构参数中除第二结构参数之外剩余的各项结构参数中的至少一项。

示例性的，待测半导体结构的第二结构参数为待测半导体结构的结构参数中的占空比，待测半导体结构的第一结构参数为待测半导体结构的结构参数中除占空比之外剩余的各项结构参数中的至少一项。

参考半导体结构的结构参数至少包括参考半导体结构中的周期性光栅结构对应的侧壁角、高度、宽度以及占空比。

可选的，参考半导体结构的第二结构参数为参考半导体结构的结构参数中的至少一项，参考半导体结构的第一结构参数为参考半导体结构的结构参数中除第二结构参数之外剩余的各项结构参数中的至少一项。

示例性的，参考半导体结构的第二结构参数为参考半导体结构的结构参数中的占空比，参考半导体结构的第一结构参数为参考半导体结构的结构参数中除占空比之外剩余的各项结构参数中的至少一项。

为了更好的理解本申请实施例，参照图3，图3为本申请实施例中提供的待测半导体结构与参考半导体结构的对照示意图。

在图3中，假设待测半导体结构的第一结构参数包括高度HT1与宽度CD1，参考半导体结构的第一结构参数包括高度HT2与宽度CD2；待测半导体结构的第二结构参数为占空比DK1，参考半导体结构的第二结构参数为占空比DK2。其中，HT1＝HT2，DK1＞DK2；但是由于受制程影响，在改变参考半导体结构的占空比之后，受侧面蚀刻影响，CD2会略小于CD1。

本实施例中，在确定待测半导体结构与参考半导体结构的结构参数之后，即可建立待测半导体结构对应的第一仿真模型，以及参考半导体结构对应的第二仿真模型。之后采用OCD测量技术，分别测量待测半导体结构与参考半导体结构对应的光谱，同时调节第一仿真模型的第一结构参数与第二仿真模型的第一结构参数，若第一仿真模型的第一结构参数与第二仿真模型的第一结构参数同时调节至某个相同值时，不仅能够使调节后的第一仿真模型拟合出的第一光谱与待测半导体结构对应的光谱匹配成功，还能够使调节后的第二仿真模型拟合出的第二光谱与所述参考半导体结构对应的光谱匹配成功，则将第一仿真模型调节后结构参数的参数值确定为待测半导体结构的结构参数的参数值。

在一些实施例中，上述待测半导体结构中的周期性光栅结构与参考半导体结构中的周期性光栅结构可以均为强透射性材料。例如，氧化物氮化硅等材料。

可以理解的是，当待测半导体结构与参考半导体结构顶层的周期性光栅结构为强透射性材料时，由于待测半导体结构与参考半导体结构的底层结构完全相同，所以在使用严格耦合波理论进行光谱分析时，光谱的差异几乎都是来自于顶层，通过寻找可以同时满足第一仿真模型与第一仿真模型的结构参数，可避免结构参数之间的强关联性，避免测量结果出现异常。

在一种可行的实施方式中，上述严格耦合波分析理论求解过程包括以下步骤：

步骤一：对待测光栅结构进行等厚或者等宽分层，然后在每一分层内对电磁场做傅里叶级数展开，由麦克斯韦方程组导出入射介质层和基底层电磁场的表达式；

步骤二：利用傅里叶级数展开光栅层的介电常数，推导出耦合波微分方程组，将其转化为本征模式场的求解问题；

步骤三：在不同区域边界上运用电磁场边界条件，采用一定的数学手段求解每一分层本征模式场的振幅系数和传播常数，进而确定光栅衍射效率或者近场分布情况。

基于上述实施例中所描述的内容，本申请实施例中还提供一种半导体结构的测量装置，参照图4，图4为本申请实施例中提供的一种半导体结构的测量装置的程序模块示意图。在一种可行的实施方式中，该半导体结构的测量装置包括：

模型建立模块401，用于建立待测半导体结构对应的第一仿真模型，以及参考半导体结构对应的第二仿真模型。其中，待测半导体结构与参考半导体结构之间至少存在一个参数值相同的第一结构参数，以及至少存在一个参数值不同的第二结构参数。

测量模块402，用于分别测量待测半导体结构与参考半导体结构的光谱，得到第一标准光谱与第二标准光谱。

调节模块403，用于调节第一仿真模型与第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数，当第一仿真模型与所述第二仿真模型调节后的各个第一结构参数相同，且根据调节后的所述第一仿真模型与所述第二仿真模型拟合出的光谱分别与所述第一标准光谱与所述第二标准光谱匹配成功时，将调节后的第一仿真模型的各个结构参数的参数值确定为待测半导体结构的各个结构参数的参数值。

需要说明的是，本申请实施例中的模型建立模块401、测量模块402，以及调节模块403具体执行的内容可以参阅上述方法实施例中相关内容，此处不做赘述。

本申请实施例中提供的半导体结构的测量装置，通过设置与待测半导体结构对应的参考半导体结构，在对待测半导体结构进行测量时，同时利用OCD测量技术分别对待测半导体结构与参考半导体结构进行测量，然后将得到的相同测量参数作为待测半导体结构的结构参数，可以有效减小待测半导体结构的测量结果的误差，提高待测半导体结构的测量精准度。

在一种可行的实施方式中，待测半导体结构与参考半导体结构分别具有周期性光栅结构，测量模块402用于：

测量待测半导体结构中的周期性光栅结构，得到第一标准光谱，测量参考半导体结构中的周期性光栅结构，得到第二标准光谱。

在一种可行的实施方式中，上述待测半导体结构中的周期性光栅结构与参考半导体结构中的周期性光栅结构均为强透射性材料。

在一种可行的实施方式中，待测半导体结构的结构参数至少包括待测半导体结构中的周期性光栅结构对应的侧壁角、高度、宽度以及占空比；参考半导体结构的结构参数至少包括参考半导体结构中的周期性光栅结构对应的侧壁角、高度、宽度以及占空比。

在一种可行的实施方式中，调节模块403用于：

同时调节第一仿真模型与第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数，并将调节后的第一仿真模型拟合出的第一光谱与第一标准光谱匹配进行匹配，以及将调节后的所述第二仿真模型拟合出的第二光谱与所述第二标准光谱进行匹配。

在一种可行的实施方式中，调节模块403用于：

分别将第一仿真模型与第二仿真模型的第一结构参数以及第二结构参数划分为多个分组；

按照已划分的分组，依次调节第一仿真模型与所述第二仿真模型各个分组内的结构参数，并将调节后的第一仿真模型拟合出的第一光谱与第一标准光谱匹配进行匹配，以及将调节后的第二仿真模型拟合出的第二光谱与第二标准光谱进行匹配。

在一种可行的实施方式中，调节模块403用于：

基于严格耦合波分析理论，将调节后的第一仿真模型拟合出的第一光谱与第一标准光谱进行匹配，以及将调节后的第二仿真模型拟合出的第二光谱与第二标准光谱进行匹配。

可以理解的是，上述半导体结构的测量装置中的各个功能模块所实现的功能，与上述实施例中所描述的半导体结构的测量方法中的各个步骤相对应，因此，上述半导体结构的测量装置中的各个功能模块详细的实现过程，可以参照上述实施例中所描述的半导体结构的测量方法中的各个步骤，在此不再赘述。

进一步的，基于上述实施例中所描述的内容，本申请实施例中还提供了一种电子设备，该电子设备包括至少一个处理器和存储器；其中，存储器存储计算机执行指令；上述至少一个处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以实现如上述实施例中描述的半导体结构的测量方法中的各个步骤，本实施例此处不再赘述。

进一步的，基于上述实施例中所描述的内容，本申请实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，以实现如上述实施例中描述的半导体结构的测量方法中的各个步骤。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述模块成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能模块的形式实现的集成的模块，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能模块存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。

应理解，上述处理器可以是中央处理单元(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(英文：Application Specific Integrated Circuit，简称：ASIC)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合申请所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。

存储器可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储NVM，例如至少一个磁盘存储器，还可以为U盘、移动硬盘、只读存储器、磁盘或光盘等。

总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，ISA)总线、外部设备互连(Peripheral Component，PCI)总线或扩展工业标准体系结构(ExtendedIndustry Standard Architecture，EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，本申请附图中的总线并不限定仅有一根总线或一种类型的总线。

上述存储介质可以是由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，简称：ASIC)中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于电子设备或主控设备中。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。