中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1932--2021
椭偏仪校准规范
Calibration Specification for Ellipsometers
2022-06-08实施
2021-12-08发布
国家市场监督管理总局发布 JJF1932—2021
椭偏仪校准规范
JJF19322021
Calibration Specification for Ellipsometers
归口单位：全国光学计量技术委员会主要起草单位：中国计量科学研究院
中国兵器工业第二O五研究所
参加起草单位：中国电子科技集团公司第四十一研究所
上海市计量测试技术研究院陕西省计量科学研究院
本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释 JIE1932—2021
本规范主要起草人：
刘文德（中国计量科学研究院）陈赤（中国计量科学研究院）王雷（中国兵器工业第二〇五研究所）
参加起草人：
孙权社（中国电子科技集团公司第四十一研究所）叶军安（上海市计量测试技术研究院）李奕（陕西省计量科学研究院） JJF 1932--2021
目录
引言
(1) (1) (1) (1) (2) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (4) (4) (4) (4) (4) (4) (5) (6) (6) (7) (8) (10) (12) (15) (16)
范團· 2 引用文件 3 术语和计量单位.
1
概速0000 5计量特性·· 5.1 波长示值误差 5.2 光潜带宽..·· 5.3人射角示值误差.·· 5.4 偏角测量重复性 5.5 波片延迟量示值误差。 5.6 信角示值误差 6校准条件...。 6.1 环境紧件。 6.2测量标准及其他设备· ！校准项目和校准方法· 7.11 校准前检查 7.2 波长示值误差.. 7.3光谱带宽....0 7.4 推偏角测量重复性· 7.5 人射角示值误差... 7.6 波片延量示值误差 7.7精偏角的示值误差…· 8 校准结果表达 9 复校时间间隔·· 附录A校准证书内页格式（供参考）附录 B 校准原始记录格式（供参考）附录C 不确定度评定示例附录D 硅麦面氧化硅的箱偏光学模型附录E 波片调节示例
4
3.6
9
06
90
D
o0a
T JJF1932—2021
引言
JF1001《通用计量术语及定义》、JJF1059.1《测量不确定评定与表示》和 JJF1071《国家计量校准规范编写规则》共同构成支撑本规范编订的基础性系列规范
本规范为首次发布。
Ⅱ JJF1932—2021
椭偏仪校准规范
1范围
本规范适用于波长范围在250nm～2000nm内的椭偏仪的校准。
2引用文件
本规范引用了下列文件： JJF1497偏光仪校准规范 GJB/J5463光学薄膜折射率和厚度测试仪检定规程 SEMIE141-0705用于集成计量的椭偏仪设备特性指南（Guideforspecificationof
ellipsometerequipment foruse inintegratedmetrology)
HandbookofEllipsometry，椭偏术手册，HGTompkinsandEAIrene（eds.）， William AndrewPublishing，2005
EllipsometryandPolarizedLight，椭偏术和偏振光，RMAAzzamandNMBashara， North-Holland Physics Publishing，1977
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。
3术语和计量单位
3.1人射面planeofincidence
人射光束和反射光束张成的面［SEMIE141-0705椭偏装置6]。入射（反射）角规定为人射（反射）光与样品表面法线之间的夹角，参见图1（a）。
-
（a）人射面示意图
（b）椭偏角示意图
图1入射面和椭偏角示意图
n一样品表面法线；6一人射角；r，、r，一s、P偏振复振幅反射系数的模；
8.、8,一s、P偏振复振幅反射系数的相位
1 JJF1932—2021
3.2椭圆偏振角ellipsometricangle（亚，△）
简称椭偏角，也可分别称为偏振角和相位差［GJB/J5463原理2.2］，单位为度（°），参见图1（b）。椭偏角是材料的偏振光学特性参量。以反射为例，假设p和s表示平行或垂直于入射面的两正交偏振分量，复振幅反射系数的比值rp/r。三tan（亚）exp（i）。 本规范规定亚和△的取值范围分别为［0°～90°］和［-180°～180。［Handbookof Ellipsometry，椭偏角的表示1.3.1] 3.3延迟器retarder
也称为补偿器（compensator），是能在人射偏振光束两正交偏振分量间引人相对相位差（一般称为延迟量，单位为度、弧度）的光学器件。延迟器包括波片、光弹相位调制器、液晶相位调制器、电光调制器、菲涅尔棱镜、Soleil-Babinet补偿器、Berek补偿器等。[EllipsometryandPolarizedLight，5.2.1.2Retarders] 3.4偏振态发生器polarizationstategenerator
能够产生特定偏振态光的装置，在椭偏仪中常为线偏振起偏器，或起偏器与延迟器的组合。 3.5偏振态分析器polarizationstateanalyzer
能够部分或完全确定入射光偏振态参数的装置，在椭偏仪中常为线偏振检偏器，或检偏器与延迟器的组合。
4概述
椭偏仪常用于微电子、光电子、薄膜光学、偏振光学等领域的椭偏角光谱测量与分
析，按工作原理、结构形式等，可划分为反射、透射式，或单波长、多波长、光谱式，或消光式、旋转偏振光学元件式、相调制型等，或固定入射角、可变入射角式，等等。 椭偏仪测量椭偏角的基本原理是，由仪器发出特定偏振态的偏振光，经被测对象表面反射（透射）后，再经偏振、相位延迟元件获得光强度的变化，经仪器分析得到椭偏角。 现代偏仪一般由准直光源、偏振态发生器、偏振态分析器、（分光）探测系统、样品台、样品对准系统以及计算机组成，如图2所示。
根据光与物质相互作用的物理模型建立描述偏振态变化的数学模型，可由椭偏角反演分析物理模型的参数，得到材料、表面等被测对象的性质。由于物理模型常常不唯一，模型的人为选择等因素也会影响分析结果，因此基于椭偏光谱的椭偏仪校准是所有分析的前提和保障。
偏仪
计算机系统
7
.&
光谱
图2椭偏仪结构示意图（反射模式）
1一准直光源；2一偏振态发生器；3一偏振态分析器；4一（分光）探测系统；
5一被测样品；6一样品台；7一样品对准系统
2 JJF1932—2021
5计量特性
5.1波长示值误差
对光谱式偏仪：在（250～850）nm波段，不超过士0.5nm（光谱扫描式）或士1.0nm（多通道式）；在（850～2000）nm波段，不超过士4.0nm。 5.2光谱带宽
般不超过士10nm。 5.3入射角示值误差
一般不超过士0.05°。 5.4偏角测量重复性
以空气为自然基准测量，在（400～800）nm波段，和A的测量重复性一般不超
过土0.03，其他波段，测量重复性般不超过士0.06°。
.
5.5波片延迟量示值误差
在633nm波长，对延迟量名义值90的波片，一般不超过士4° 5.6椭偏角示值误差
在633nm波长测量偏角标准样品时，和A的示值误差不超过土0。5° 以上指标不适用于合格性判别，仅供参考。
6 校准条件
6.1环境条件 6.1.1环境温度：（20士5)℃。 6.1.2相对湿度：不大于80%。 6.1.3电源电压：（220士11)V。 6。1。4校准现场背景光源、振动干扰应对测量无影响，或影响可忽略。 6.2测量标准及其他设备 6.2.1波长标准光源：根据需要选择合适的波长标准光源。如低压汞灯、低压钠灯、 He-Ne激光器等。 6.2.2角度标准器：至少具有两光学反射面，其夹角大小满足入射角校准的需要。见 7.5。可以是经检定合格的正多面棱体，或经校准的专用棱体：被校准的入射角度一般为70°或75° 6.2.3延迟量标准样品：快轴方位已标出的波片，在工作波长633nm下，延迟量名义值为90°，不确定度优于0.2°（k=2），其计量特性可参照JJF1497偏光仪校准规范。 6.2.4椭偏角标准样品：单晶硅表面SiO2薄膜（至少包含名义厚度50nm、120nm 各片），中央区域至少有5mm×5mm范围内椭偏角.（波长633nm）的非均匀性优于0.3%（标准偏差/平均值），年变化量小于2%，表面于净光洁，以干净塑料专用容器保存。 6.2.5其他（必要时）：自准直仪（检定合格，见7.5），适用于所考察波段的辅助起偏棱镜（消光比达到100000：1），波片和起偏梭棱镜的旋转、装夹机构。
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