《橢偏儀性能測試》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）編制說明

橢偏儀性能測試

CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制說明

一、目的和意義

橢偏儀是測量微納米尺度薄膜厚度的主要方法之一，具有測量精度高、非接

觸、無破壞且不需要真空等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、微電子、光電子、

材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域的研究、開發(fā)和制造過程中。膜厚的準(zhǔn)

確測量，對器件制造的一致性和可靠性起著決定性作用。因此，規(guī)范橢偏儀的

性能測試，對保證儀器性能可靠和薄膜厚度準(zhǔn)確測量的意義重大。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

了橢偏儀的性能測試方法，通過制定該標(biāo)準(zhǔn)，將統(tǒng)一橢偏儀的性能測試過程，

對科學(xué)研究、高新產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量監(jiān)控具有指導(dǎo)作用，并推動和促進(jìn)橢偏

儀的推廣和應(yīng)用。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了橢偏儀的性能測試方法，通過制定該標(biāo)準(zhǔn)，將統(tǒng)一橢偏儀的

性能測試過程，對科學(xué)研究、高新產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量監(jiān)控具有指導(dǎo)作用，并推

動和促進(jìn)橢偏儀的推廣和應(yīng)用。

二、工作簡況

1任務(wù)來源

項目名稱：橢偏儀性能測試

任務(wù)來源：2019年CSTM制修訂計劃，立項批準(zhǔn)號：CSTMLX0000

00293-2019。

起草單位：中國計量科學(xué)研究院

歸口單位：CSTM

2編制和協(xié)作單位

中國計量科學(xué)研究院（以下簡稱“中國計量院”）成立于1955年，隸屬國家

市場監(jiān)督管理總局，是國家最高的計量科學(xué)研究中心和國家級法定計量技術(shù)機(jī)

構(gòu)，屬社會公益型科研單位。建院以來，中國計量院瞄準(zhǔn)國際計量科學(xué)前沿，在

國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和科技進(jìn)步中發(fā)揮了重要的支撐作用。中國計量院現(xiàn)有

國家計量基準(zhǔn)128項，標(biāo)準(zhǔn)359項，有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1603項，國際計量局（BIPM）

公布的國際互認(rèn)的校準(zhǔn)和測量能力1574項，國際排名第三、亞洲排名第一。隨

著技術(shù)能力的持續(xù)提升，中國計量院的服務(wù)水平不斷增強(qiáng)。2018年，中國計量

院為社會提供30余萬臺/件儀器的量值傳遞與溯源服務(wù)。國家計量院作為國家最

高計量科學(xué)研究中心和國家級法定計量技術(shù)機(jī)構(gòu)，擔(dān)負(fù)著確保國家量值統(tǒng)一和國

際一致、保持國家最高測量能力、支撐國家發(fā)展質(zhì)量提升、應(yīng)對新技術(shù)革命挑戰(zhàn)

等重要而光榮的使命。自1955年成立以來，國家計量院在推動我國科技創(chuàng)新、

經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和滿足國家戰(zhàn)略需求方面做出了重要貢獻(xiàn)。

3工作過程

2018年8月組建了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組，由計量、檢測、研發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)和應(yīng)

用企業(yè)的工作人員組成，包括具有標(biāo)準(zhǔn)制定經(jīng)驗的科研人員、分析技術(shù)人員。標(biāo)

準(zhǔn)起草工作組討論了具體的工作過程、擬定了相應(yīng)的工作計劃。經(jīng)過討論，標(biāo)準(zhǔn)

的名稱為《橢偏儀性能測試》，本標(biāo)準(zhǔn)的制定是為了統(tǒng)一橢偏儀的性能測試方法，

對推進(jìn)橢偏儀性能測試標(biāo)準(zhǔn)化具有積極的意義。具體工作計劃如下：

2018年8月，組建了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組，由計量、檢測、研發(fā)及生產(chǎn)企業(yè)和

應(yīng)用企業(yè)的工作人員組成。標(biāo)準(zhǔn)起草工作組討論了具體的工作過程、擬定了相應(yīng)

的工作計劃。

2018年9月-2019年3月：標(biāo)準(zhǔn)起草單位參加由中國計量科學(xué)研究院主導(dǎo)的

石墨烯材料X射線衍射法的實驗及草案的編制。

2019年4月，標(biāo)準(zhǔn)草案完成。

2019年4月，標(biāo)準(zhǔn)草案通過立項函審，CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會批準(zhǔn)立項。

2020年10月，開展比對，回收數(shù)據(jù)，整理數(shù)據(jù)，形成征求意見稿。

2022年12月，計劃召開本標(biāo)準(zhǔn)的審查會。

2022年12月，計劃標(biāo)準(zhǔn)表決，報批，正式發(fā)布出版。

三、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的部分依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)編號依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)名稱

標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)GB/T1.1–2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》

國際單位ISO80000-1-2009《量和單位第1部分：總則》

“參考文獻(xiàn)”的編寫GB/T7714-2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》

橢圓偏振儀測量硅表面上二氧化硅薄層厚度的方法

GB/T31225-2014

Ellipsometry—Principles

術(shù)語ISO23131:2021

—

IECTR63258:2021NanotechnologiesAguidelineforellipsometryapplication

toevaluatethethicknessofnanoscalefilms

四、確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)

橢偏儀是利用橢圓偏振光在被測樣品表面發(fā)生反射時的偏振變換，通過菲涅

爾公式得到光學(xué)參數(shù)和偏振態(tài)之間的關(guān)系來確定被測樣品厚度和折射率。橢偏術(shù)

的數(shù)學(xué)模型見公式（1）。

i（）

taned,n0,n1,n2,,1

式中：

ρ——橢偏函數(shù)；

Ψ——偏振角；

?——兩個偏振分量的相位差經(jīng)薄膜后所發(fā)生的變化；

d——薄膜厚度；

n0——空氣折射率；

n1——薄膜折射率；

n2——襯底折射率；

φ——入射角度；

λ——入射光波長。

五、實驗方法及結(jié)果分析

名稱內(nèi)容

試驗?zāi)康臋E偏儀性能測試

試驗對象二氧化硅薄膜

試驗方法采用橢偏法，對薄膜厚度進(jìn)行測量

試驗儀器橢偏儀

具體實驗部分見“橢偏儀性能測試”正文部分。

比對驗證：標(biāo)準(zhǔn)編制工作組所在實驗室作為主導(dǎo)實驗室，組織了4家實驗室

進(jìn)行比對試驗，每家比對參加實驗室4個硅基底上不同厚度的二氧化硅薄膜樣

品，樣品編號及對應(yīng)的厚度名義值如表1所示，按標(biāo)準(zhǔn)中方法依次對不同厚度樣

品進(jìn)行5次重復(fù)性測試，記錄實驗條件、保存實驗數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

表1實驗室分組及各組樣品一覽表

樣品編號AiBiCiDi

名義值厚度

1002005001000

（nm）

注：i為實驗室編號

比對結(jié)果分析：

4家比對參加單位對樣品A~D的實驗結(jié)果如表2~表5所示，En值圖如圖2~圖4

所示。

表2比對樣品A測試結(jié)果

比對樣

參考值厚度值擴(kuò)展不確定度En

品編號

A1101.090101.1860.8500.040

A2100.436101.1090.8500.280

A3100.699101.7190.8590.422

A4100.699101.0160.8500.132

表3比對樣品B測試結(jié)果

比對樣

參考值厚度值擴(kuò)展不確定度En

品編號

B1207.536207.3540.750-0.086

B2207.733206.1820.757-0.725

B3208.399207.8590.759-0.252

B4207.259206.5480.750-0.335

表4比對樣品C測試結(jié)果

比對樣

參考值厚度值擴(kuò)展不確定度En

品編號

C1510.504509.4402.101-0.179

C2510.797507.2922.107-0.588

C3511.540510.0492.124-0.249

C4510.114508.7292.100-0.233

表5比對樣品D測試結(jié)果

比對樣

參考值厚度值擴(kuò)展不確定度En

品編號

D11016.0461016.8532.8640.100

D21014.4011020.5762.8670.762

D31018.2331024.1232.7970.750

D41020.0141023.0202.7760.380

圖1比對樣品A比對En值圖

圖2比對樣品B比對En值圖

圖3比對樣品C比對En值圖

圖4比對樣品D比對En值圖

采用En值統(tǒng)計方法對測量結(jié)果離散性進(jìn)行評價。根據(jù)JJF1117-2010《計量

比對》，若｜En｜≤1，則參加實驗室的測量結(jié)果與參考值之差在合理的預(yù)期之內(nèi)，

比對結(jié)果可接受。從表2~表5和圖1~圖4可知，各比對參加實驗室的結(jié)果均可

接受。計算結(jié)果說明測量方法可靠、可操作，且普適性好，能保證測量方法的一

致性。

比對單位與對應(yīng)編號

比對單位編號比對單位

1武漢頤光科技有限公司

2中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所

3芷云光電（上海）有限公司

4中國計量科學(xué)研究院

六、與國內(nèi)、外同類標(biāo)準(zhǔn)水平對比情況

目前，國際/國內(nèi)尚未發(fā)布有關(guān)橢偏儀性能測試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

七、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本部分編制原則符合國家的有關(guān)法規(guī)法律，與強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。

八、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

暫無。

九、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

暫無。

十、廢止現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

暫無。

十一、其他應(yīng)予說明的事項

暫無。

橢偏儀性能測試

PerformanceTestingforEllipsometer

編制說明

橢偏儀性能測試

CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制工作組

2022年10月25日

編制說明

橢偏儀性能測試

CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制說明

一、目的和意義

橢偏儀是測量微納米尺度薄膜厚度的主要方法之一，具有測量精度高、非接

觸、無破壞且不需要真空等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、微電子、光電子、

材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域的研究、開發(fā)和制造過程中。膜厚的準(zhǔn)

確測量，對器件制造的一致性和可靠性起著決定性作用。因此，規(guī)范橢偏儀的

性能測試，對保證儀器性能可靠和薄膜厚度準(zhǔn)確測量的意義重大。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

了橢偏儀的性能測試方法，通過制定該標(biāo)準(zhǔn)，將統(tǒng)一橢偏儀的性能測試過程，

對科學(xué)研究、高新產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量監(jiān)控具有指導(dǎo)作用，并推動和促進(jìn)橢偏

儀的推廣和應(yīng)用。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了橢偏儀的性能測試方法，通過制定該標(biāo)準(zhǔn)，將統(tǒng)一橢偏儀的

性能測試過程，對科學(xué)研究、高新產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量監(jiān)控具有指導(dǎo)作用，并推

動和促進(jìn)橢偏儀的推廣和應(yīng)用。

二、工作簡況

1任務(wù)來源

項目名稱：橢偏儀性能測試

任務(wù)來源：2019年CSTM制修訂計劃，立項批準(zhǔn)號：CSTMLX0000

00293-2019。

起草單位：中國計量科學(xué)研究院

歸口單位：CSTM

2編制和協(xié)作單位

中國計量科學(xué)研究院（以下簡稱“中國計量院”）成立于1955年，隸屬國家

市場監(jiān)督管理總局，是國家最高的計量科學(xué)研究中心和國家級法定計量技術(shù)機(jī)

構(gòu)，屬社會公益型科研單位。建院以來，中國計量院瞄準(zhǔn)國際計量科學(xué)前沿，在

國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和科技進(jìn)步中發(fā)揮了重要的支撐作用。中國計量院現(xiàn)有

國家計量基準(zhǔn)128項，標(biāo)準(zhǔn)359項，有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1603項，國際計量局（BIPM）

公布的國際互認(rèn)的校準(zhǔn)和測量能力1574項，國際排名第三、亞洲排名第一。隨

著技術(shù)能力的持續(xù)提升，中國計量院的服務(wù)水平不斷增強(qiáng)。2018年，中國計量

院為社會提供30余萬臺/件儀器的量值傳遞與溯源服務(wù)。國家計量院作為國家最

高計量科學(xué)研究中心和國家級法定計量技術(shù)機(jī)構(gòu)，擔(dān)負(fù)著確保國家量值統(tǒng)一和國

際一致、保持國家最高測量能力、支撐國家發(fā)展質(zhì)量提升、應(yīng)對新技術(shù)革命挑戰(zhàn)

等重要而光榮的使命。自1955年成立以來，國家計量院在推動我國科技創(chuàng)新、

經(jīng)濟(jì)