湖 北 省 地 方 计 量 技 术 规 范
JJF (鄂)112—2024
氧化层膜厚标准样片校准规范
Oxide Film Thickness Standard Sample Calibration Specification
2024-05-14 发布 2024-09-01 实施
湖 北 省 市 场 监 督 管 理 局 发 布
JJF（鄂） 112—2024
氧化层膜厚标准样片校 JJF（鄂）112—2024
准规范
Oxide Film Thickness Standard Sample
Calibration Specification
归 口 单 位：湖北省市场监督管理局 主要起草单位：中国船舶集团有限公司第七〇九研究所 武汉大学
本规范委托中国船舶集团有限公司第七〇九研究所负责解释
JJF（鄂）112—2024
本规范主要起草人：
罗锦晖 （中国船舶集团有限公司第七〇九研究所）
薄 涛 （中国船舶集团有限公司第七〇九研究所）
熊 瑊 （中国船舶集团有限公司第七〇九研究所）
梁 康 （武汉大学）
张 骋 （中国船舶集团有限公司第七〇九研究所）
沈 威 （武汉大学）
丁 超 （中国船舶集团有限公司第七〇九研究所）
郑 锋 （中国船舶集团有限公司第七〇九研究所）
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目 录
引 言 ................................................................................................................................... （II）
1 范围 ..................................................................................................................................... （1）
2 引用文件 ............................................................................................................................. （1）
3 术语和计量单位 ................................................................................................................. （1）
3.1 膜厚标准样片 .................................................................................................................. （1）
3.2 标准样片 .......................................................................................................................... （1）
3.3 薄膜厚度 .......................................................................................................................... （1）
4 概述 ..................................................................................................................................... （1）
4.1 原理 .................................................................................................................................. （1）
4.2 用途 .................................................................................................................................. （1）
5 计量特性 ............................................................................................................................. （2）
5.1 标准样片厚度的测量范围 .............................................................................................. （2）
5.2 标准样片的厚度标称值 .................................................................................................. （2）
5.3 标准样片应具备的参数及性能要求 .............................................................................. （2）
6 校准条件 ............................................................................................................................. （2）
6.1 环境条件 .......................................................................................................................... （2）
6.2 校准用设备 ...................................................................................................................... （2）
7 校准项目和校准方法 ......................................................................................................... （2）
7.1 校准项目 .......................................................................................................................... （2）
7.2 校准方法 .......................................................................................................................... （3）
8 校准结果的处理 ................................................................................................................. （3）
9 复校时间间隔 ..................................................................................................................... （4）
附 录 A .................................................................................................................................. （5）
附 录 B .................................................................................................................................. （6）
I
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引 言
本规范的编制依据 JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF 1001-2011《通
用计量术语及定义》、JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》编制。
本规范为首次发布。
II
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氧化层膜厚标准样片校准规范
1 范围
本规范规定了厚度在 10nm~1000nm 之间的氧化层膜厚标准样片的校准。
2 引用文件
本规范引用了下列文件：
20213060-T-604 纳米几何量标准样板测试方法
GB/T 39516-2020 微纳米标准样板（几何量）
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）适用本规范。
3 术语和计量单位
JJF1005 界定的下列术语和定义适用于本规范。
3.1 膜厚标准样片 film thickness standard sample
具有膜厚特征结构的，可用于微纳米几何量测量的标准样片。
3.2 标准样片 standard sample
又称标准样板，具有典型特征的，提供一个或多个标准值的实物样片。
3.3 薄膜厚度 film thickness
由基底表面和生长层薄膜表面所确定的厚度量值。
注：膜厚示意图见图 1 所示。
生长层薄膜
基底
薄膜厚 度(d)
图 1 膜厚示意图
4 概述
4.1 原理
膜厚标准样片（以下简称标准样片）是针对集成电路工艺参数测量设备，通过复现
集成电路关键尺寸量值，通过椭偏仪进行测量，在实际工作状态下对椭偏仪完成校准。
4.2 用途
标准样片是具备一个或多个典型值的专用标准样品，通过校准后主要用于椭偏仪的
校准、实验室比对和能力验证等。
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5 计量特性
5.1 标准样片厚度的测量范围
厚度的测量范围为 10nm~1000nm。
5.2 标准样片的厚度标称值
标准样片的厚度为离散值，具体值依据标准样片的型号而定。标准样片的计量特性见
下表。
表 1 标准样片计量特性
厚度标称值 最大允许误差
10nm ±1nm
20nm ±1nm
50nm ±2nm
100nm ±3nm
200nm ±6nm
500nm ±15nm
1000nm ±30nm
注：标准样片的标准值和测量不确定度以最终校准结果赋值为准。
5.3 标准样片应具备的参数及性能要求
5.3.1 标准样片膜厚实际值与标称值的最大允许偏差应在±20%以内。
5.3.2 标准样片膜厚的年稳定性应在 2%以内。
注：以上技术指标不做合格性判别，仅提供参考。
6 校准条件
6.1 环境条件
a) 环境温度：（20±3）℃；
b) 相对湿度：40%~65％。
6.2 校准用设备
校准用设备应经过法定计量技术机构检定或校准，满足校准使用要求，并在有效期
内。
a) X 射线衍射仪
1) 最大功率：3kW；最大管压：60kV；最大管流：60mA；
2) 测角仪：扫描方式为 θ/2θ，角度重现性为±0.0001°。
b) 计量型椭偏仪
1) 膜层厚度：0.1nm~50μm，不确定度<1%；
2) 光谱范围 190nm~2100nm。
7 校准项目和校准方法
7.1 校准项目
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a) 膜厚。
7.2 校准方法
7.2.1 膜厚
a) 采用如图 2 所示方式将标准样片安放在 X 射线衍射仪载物台上，X 射线衍射仪在
测量标准样片时，光源发出出射光以一定入射角度打在被测样片表面上发生反射
至探测器，根据反射光偏振态的变化及入射角反推被测样片结构。
光源
探测器
标准样片
图 2 膜厚校准连接图
b) 给标准样片膜厚参数校准时，测量仪器的波长范围 193nm~1700nm 连续可调，光
谱分辨率为 0.5nm，光束直径 1mm，光束发散角 0.05°，测量速度每个波长 1s~2s。
在测量时均匀地选取标准样片 5 处进行测量，测量值的平均值即为膜厚 L，见公
式：
L 5 = =∑ i Li 1 5
8 校准结果的处理
校准结果通过校准证书反映，校准证书应至少包括以下信息：
a) 标题，如“校准证书”；
b) 实验室名称和地址；
c) 进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；
d) 证书或报告的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；
e) 客户的名称和地址；
f) 被校对象的描述和明确标识；
g) 进行校准的日期；
h) 对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；
i) 本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；
j) 校准环境的描述；
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k) 校准结果及其测量不确定度的说明；
l) 如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对校准过程中被校对象的设置和操作
进行说明；
m) 对校准规范的偏离的说明；
n) 校准证书和校准报告签发人的签名或等效标识；
o) 校准结果仅对被校对象有效的声明；
p) 未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。
9 复校时间间隔
复校时间间隔可由用户根据需要自定。相邻两次校准时间间隔内，被校准标准样片的
计量性能变化应在实际需求允许的范围内。建议复校时间间隔为 1 年。
。
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附 录 A
校准记录参考格式
第 页，共 页
送校单位： 送校单位地址：
校准依据：
标准样片名称： 型号规格：
出厂编号： 制造商：
环境温度： ℃ 相对湿度： %
校准所使用主要计量器具：
名称 型号规格 出厂编号 溯源单位 证书编号 有效期


膜厚标称值 膜厚校准结果 测量不确定度(k=2)















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附 录 B
校准结果不确定度评定示例
B.1 引言
标准样片校准的项目为膜厚，需进行测量不确定度评定。本附录以膜厚的10nm及
200nm的测量不确定度评定为例，说明膜厚标准样片校准的测量不确定度评定的程序。
B.2 不确定度评定（10nm）
B.2.1 测量模型
膜厚的校准采用直接测量的方法，X 射线衍射仪以一定角度的入射角入射到被测样片
表面上发生反射，已知被测样片结构对入射 X 射线分解的分量的反射、透射系数不同，
致使反射 X 射线偏振态改变，根据反射 X 射线波长及入射角计算被测样片厚度，该值即
为标准样片膜厚 δ，见公式：
Y=U
式中：
U
—— 标准样片膜厚 δ 的测量值，nm。
B.2.2 测量不确定度来源
a) X 射线衍射仪测量膜厚的误差；
b) X 射线衍射仪测量膜厚的重复性；
c) 标准样片各处膜厚的不均匀性；
d) 标准样片的稳定性。
B.2.3 不确定度评定
a) X 射线衍射仪测量膜厚的误差引入的不确定度分量 uB1 ：
对于标准样片 10nm 点，X 射线衍射仪测量膜厚的误差为 10pm。按 B 类评定，视为
均匀分布，
k = 1 3 ， u B1 = 10 = 5.77pm
b) X 射线衍射仪测量膜厚的重复性引入的不确定度分量 uA1 ：
在相同条件下，测量标准样片的同一膜厚值 10 次。测量结果数据如下：
表 2 膜厚(10nm)重复性数据记录
次数 1 2 3 4 5
测量值（nm） 10.667 10.523 10.698 10.557 10.449
次数 6 7 8 9 10
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测量值（nm） 10.638 10.482 10.616 10.588 10.600
单次测量值的实验标准偏差
s x ( ) = i = 1 = 79.7pm
校准结果由 10 次重复测量的平均值得到，则由测量膜厚的重复性引入的不确定度分
量
u A1 = s x ( ) = = 25.2 pm
c) 标准样片各处膜厚的不均匀性引入的不确定度分量 uA2 ：
在相同条件下，均匀测量标准样片 5 处区域。测量结果数据如下：
表 3 膜厚均匀性数据记录
位置 1 2 3 4 5
膜厚测量值（nm） 10.653 10.555 10.627 10.564 10.548
实验标准偏差
s n (x) = i = 1 = 47.4 pm
校准结果由 5 次重复测量的平均值得到，则有膜厚的不均匀性引入的不确定度分量
u
A2 = s x ( ) = = 21.2pm
d) 标准样片的稳定性引入的不确定度分量 uA3 ：
在相同条件下，每隔一个月测量标准样片膜厚共 6 次。测量结果数据如下
表 4 膜厚稳定性数据记录
位置 1 2 3 4 5
膜厚平均值（nm） 203.463 203.312 203.334 203.659 203.552
位置 6
膜厚平均值（nm） 203.566
实验标准偏差
s n (x) = = 27.7 pm
校准结果由 6 次重复测量的平均值得到，则有测量膜厚的重复性引入的不确定度分
量
u A3 = s x ( ) = s x ( ) = 11.3pm
B.2.4 合成标准不确定度
由于各分量互不相关，因此合成标准不确定度：
u
c = ∑ u Bi 2 + ∑ u Ai 2 = 35.14pm
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B.2.5 扩展不确定度
取包含因子
k = 2 ， U = k × u c = 0.07nm
B.3 不确定度评定（200nm）
B.3.1 测量模型
膜厚的校准采用直接测量的方法，X 射线衍射仪以一定角度的入射角入射到被测样片
表面上发生反射，已知被测样片结构对入射 X 射线分解的分量的反射、透射系数不同，
致使反射 X 射线偏振态改变，根据反射 X 射线波长及入射角计算被测样片厚度，该值即
为标准样片膜厚 δ，见公式:
Y=U
式中：
U
—— 标准样片膜厚 δ 的测量值，nm；
B.3.2 测量不确定度来源
a) X 射线衍射仪测量膜厚的误差；
b) X 射线衍射仪测量膜厚的重复性；
c) 标准样片各处膜厚的不均匀性；
d) 标准样片的稳定性。
B.3.3 不确定度评定
a) X 射线衍射仪测量膜厚的误差引入的不确定度分量 uB1 ：
对于标准样片 200nm 点，X 射线衍射仪测量膜厚的误差为 20pm。按 B 类评定，视为
均匀分布，
k = 1 3 ， u B1 = 20 = 11.5pm
b) X 射线衍射仪测量膜厚的重复性引入的不确定度分量 uA1 ：
在相同条件下，测量标准样片的同一膜厚值10次。测量结果数据如下：
表 5 膜厚(200nm)重复性数据记录
次数 1 2 3 4 5
测量值（nm） 203.400 203.267 203.487 203.409 203.459
次数 6 7 8 9 10
测量值（nm） 203.498 203.378 203.473 203.471 203.492
实验标准偏差
s n (x) = i = 1 = 71.9 pm
校准结果由 10 次重复测量的平均值得到，则由测量膜厚的重复性引入的不确定度分
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量
u A1 = s x ( ) = = 22.7 pm
c) 标准样片各处膜厚的不均匀性引入的不确定度分量 uA2 ：
在相同条件下，均匀测量标准样片 5 处区域。测量结果数据如下：
表 6 膜厚均匀性数据记录
位置 1 2 3 4 5
膜厚测量值（nm） 203.444 203.415 202.958 203.392 202.866
实验标准偏差
s n (x) = i = 1 = 279.1 pm
校准结果由 5 次重复测量的平均值得到，则有膜厚的不均匀性引入的不确定度分量
u
A2 = s x ( ) = = 124.8 pm
d) 标准样片的稳定性引入的不确定度分量 uA3 ：
在相同条件下，每隔一个月测量标准样片膜厚共 6 次。测量结果数据如下：
表 7 膜厚均匀性数据记录
位置 1 2 3 4 5
膜厚平均值（nm） 203.463 203.312 203.334 203.659 203.552
位置 6
膜厚平均值（nm） 203.566
实验标准偏差
s n (x) = = 137.2 pm
校准结果由 6 次重复测量的平均值得到，则有测量膜厚的重复性引入的不确定度分量
u
A3 = s x ( ) = = 56.0pm
B.3.4 合成标准不确定度us
由于各分量互不相关，因此合成标准不确定度：
u
c = ∑ u Bi 2 + ∑ u Ai 2 = 139.18pm
B.3.5 扩展不确定度
取包含因子
k = 2 ， U = k × u c = 0.28 nm
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