JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF 1932—2021
椭偏仪校准规范
Calibration Specification for Ellipsometers
2021-12-08发布
2022-06-08实施
国家市场监督管理总局发布 JJF1932—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） JJF1932—2021
目 录
引言 1
(Ⅱ) (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)
范围· 2 引用文件. 3
术语和计量单位 4 概述 5 计量特性 5.1波长示值误差 5. 2 光谱带宽 5.3 入射角示值误差·. 5.4 椭偏角测量重复性·. 5.5波片延迟量示值误差 5.6 椭偏角示值误差. 6校准条件 6.1环境条件 6.2 测量标准及其他设备 7校准项目和校准方法.. 7.1校准前检查· 7.2波长示值误差· 7. 3 光谱带宽 7. 4 椭偏角测量重复性·· 7.5入射角示值误差· 7. 6 波片延迟量示值误差 7. 7 椭偏角的示值误差.·· 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 硅表面氧化硅的椭偏光学模型附录E 波片调节示例
..
I JJF1932—2021
引言
JJF1001《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
ellipsometer equipment for use in integrated metrology)
HandbookofEllipsometry，椭偏术手册，HGTompkins andEAIrene（eds.）， WilliamAndrewPublishing,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
射光束和反射光束张成的面［SEMIE141-0705椭偏装置6］。人射（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）。
Ys
tan=rp/r
=
（a）人射面示意图
（b）椭偏角示意图
图1人射面和椭偏角示意图
n一样品表面法线；9一入射角；r、rp一s、p偏振复振幅反射系数的模；
a、,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表示平行或垂直于人射面的两正交偏振分量，复振幅反射系数的比值r/r三tan（亚）exp（）。 本规范规定亚和△的取值范围分别为［o°～90°和［一180°～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，或固定人射角、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。 现代椭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，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。
椭偏仪
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
对光谱式椭偏仪：在（250～850）nm波段，不超过士0.5nm（光谱扫描式）或土1.0nm（多通道式）；在（850～2000）nm波段，不超过士4.0nm。 5.2光谱带宽
一般不超过士10nm。 5.3人射角示值误差
一般不超过士0.05°。
5.4椭偏角测量重复性
以空气为自然基准测量，在（400～800）nm波段，亚和△的测量重复性一般不超过士0.03°；其他波段，测量重复性一般不超过士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波长测量椭偏角标准样品时，亚和△的示值误差不超过士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±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，其夹角大小满足人射角校准的需要，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 各一片），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%，表面干净光洁，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），波片和起偏棱镜的旋转、装夹机构。
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