JJF 1932-2021 橢偏儀校準(zhǔn)規(guī)范

?UMI蘆

中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范

JJF1932—2021

橢偏儀校準(zhǔn)規(guī)范

CalibrationSpecificationforEllipsometers

2021-12-08發(fā)布

2022-06-08實(shí)施

國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布

JJF1932—2021

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橢偏儀校準(zhǔn)規(guī)范

CalibrationSpecificationforEllipsometers

歸口單位：全國(guó)光學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì)

主要起草單位：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院

中國(guó)兵器工業(yè)第二O五研究所

參加起草單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所

上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

陜西省計(jì)量科學(xué)研究院

本規(guī)范委托全國(guó)光學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)解釋

JJF1932—2021

本規(guī)范主要起草人：

劉文德（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院）

陳赤（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院）

王雷（中國(guó)兵器工業(yè)第二O五研究所）

參加起草人：

孫權(quán)社（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所）葉軍安（上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院）

李奕（陜西省計(jì)量科學(xué)研究院）

學(xué)兔兔標(biāo)準(zhǔn)下載

目錄

引言 （n）

i翻 （1）

2引用文件 （1）3術(shù)語(yǔ)和計(jì)量單位 （1）4碰 （2）5計(jì)量特性 （3）5.1波長(zhǎng)示值誤差 （3）5.2光譜帶寬 （3）5.3人射角示值誤差 （3）5.4橢偏角測(cè)量重復(fù)性 （3）5.5波片延遲量示值誤差 （3）5.6橢偏角示值誤差 （3）6校準(zhǔn)條件 （3）

6.1環(huán)境條件 （3）6.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備 （3）7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法 （4）

7.1校準(zhǔn)前檢查 （4）7.2波長(zhǎng)示值誤差 （4）7.3光譜帶寬 （4）7.4橢偏角測(cè)量重復(fù)性 （4）7.5人射角示值誤差 （4）7.6波片延遲量示值誤差 （5）7.7橢偏角的示值誤差 （6）8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá) （6）9復(fù)校時(shí)間間隔 （7）附錄A校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)頁(yè)格式（供參考） （8）附錄B校準(zhǔn)原始記錄格式（供參考） （10）附錄C不確定度評(píng)定示例 （12）附錄D硅表面氧化硅的橢偏光學(xué)模型 （15）附錄E波片調(diào)節(jié)示例 （16）

引言

JJF1001《通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義》、JJF1059.1《測(cè)量不確定評(píng)定與表示》和JJF1071《國(guó)家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫(xiě)規(guī)則》共同構(gòu)成支撐本規(guī)范編訂的基礎(chǔ)性系列規(guī)范。本規(guī)范為首次發(fā)布。

JJF1932—2021

橢偏儀校準(zhǔn)規(guī)范

1范圍

本規(guī)范適用于波長(zhǎng)范圍在250nm?2000nm內(nèi)的橢偏儀的校準(zhǔn)。

2引用文件

本規(guī)范引用了下列文件：

JJF1497偏光儀校準(zhǔn)規(guī)范

GJB/J5463光學(xué)薄膜折射率和厚度測(cè)試儀檢定規(guī)程

SEMIE141-0705用于集成計(jì)量的橢偏儀設(shè)備特性指南(Guideforspecificationofellipsometerequipmentforuseinintegratedmetrology)

HandbookofEllipsometry,楠偏術(shù)手冊(cè)，HGTompkinsandEAIrene(eds.)>WilliamAndrewPublishing,2005

EllipsometryandPolarizedLight,櫛偏術(shù)和偏振光，RMAAzzamandNMBashara,North-HollandPhysicsPublishing,1977

凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本規(guī)范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。

3術(shù)語(yǔ)和計(jì)量單位

3.1人射面planeo￡incidence

人射光束和反射光束張成的面［SEMIE141-0705橢偏裝置6］。人射(反射)角規(guī)定為人射(反射)光與樣品表面法線之間的夾角，參見(jiàn)圖1(a)。

(a)人射面示意圖 (b)橢偏角示意圖

圖1人射面和橢偏角示意圖

n—樣品表面法線；0—人射角；rs、rp_s、p偏振復(fù)振幅反射系數(shù)的模;

83、^一s、p偏振復(fù)振幅反射系數(shù)的相位

1

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JJF1932—2021

3.2橢圓偏振角ellipsometricangle（乎，厶）

簡(jiǎn)稱(chēng)橢偏角，也可分別稱(chēng)為偏振角和相位差［GJB/J5463原理2.2］，單位為度（°）,參見(jiàn)圖1（b）。橢偏角是材料的偏振光學(xué)特性參量。以反射為例，假設(shè)P和s表示平行或垂直于人射面的兩正交偏振分量，復(fù)振幅反射系數(shù)的比值rP/rs^tan（乎）exp（込）。本規(guī)范規(guī)定乎和△的取值范圍分別為［O'?90°］和［—180°?180°］。［HandbookofEllipsometry,橢偏角的表示1.3.1］

3.3延遲器retarder

也稱(chēng)為補(bǔ)償器（compensator），是能在人射偏振光束兩正交偏振分量間引入相對(duì)相位差（一般稱(chēng)為延遲量，單位為度、弧度）的光學(xué)器件。延遲器包括波片、光彈相位調(diào)制器、液晶相位調(diào)制器、電光調(diào)制器、菲涅爾棱鏡、Soleil-Babinet補(bǔ)償器、Berek補(bǔ)償器等。［EllipsometryandPolarizedLight，Retarders］

3.4偏振態(tài)發(fā)生器polarizationstategenerator

能夠產(chǎn)生特定偏振態(tài)光的裝置，在橢偏儀中常為線偏振起偏器，或起偏器與延遲器的組合。

3.5偏振態(tài)分析器polarizationstateanalyzer

能夠部分或完全確定人射光偏振態(tài)參數(shù)的裝置，在橢偏儀中常為線偏振檢偏器，或檢偏器與延遲器的組合。

4概述

橢偏儀常用于微電子、光電子、薄膜光學(xué)、偏振光學(xué)等領(lǐng)域的橢偏角光譜測(cè)量與分析，按工作原理、結(jié)構(gòu)形式等，可劃分為反射、透射式，或單波長(zhǎng)、多波長(zhǎng)、光譜式，或消光式、旋轉(zhuǎn)偏振光學(xué)元件式、相調(diào)制型等，或固定人射角、可變?nèi)松浣鞘?，等等。橢偏儀測(cè)量橢偏角的基本原理是，由儀器發(fā)出特定偏振態(tài)的偏振光，經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射（透射）后，再經(jīng)偏振、相位延遲元件獲得光強(qiáng)度的變化，經(jīng)儀器分析得到橢偏角。現(xiàn)代橢偏儀一般由準(zhǔn)直光源、偏振態(tài)發(fā)生器、偏振態(tài)分析器、（分光）探測(cè)系統(tǒng)、樣品臺(tái)、樣品對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)組成，如圖2所示。

根據(jù)光與物質(zhì)相互作用的物理模型建立描述偏振態(tài)變化的數(shù)學(xué)模型，可由橢偏角反演分析物理模型的參數(shù)，得到材料、表面等被測(cè)對(duì)象的性質(zhì)。由于物理模型常常不唯一，模型的人為選擇等因素也會(huì)影響分析結(jié)果，因此基于橢偏光譜的橢偏儀校準(zhǔn)是所有分析的前提和保障。

圖2橢偏儀結(jié)構(gòu)示意圖（反射模式）

1一準(zhǔn)直光源；2一偏振態(tài)發(fā)生器；3一偏振態(tài)分析器；4_（分光）探測(cè)系統(tǒng);

5—被測(cè)樣品；6—樣品臺(tái)；7—樣品對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)

5計(jì)量特性

5.1波長(zhǎng)示值誤差

對(duì)光譜式橢偏儀：在（250?850）nm波段，不超過(guò)士0.5nm（光譜掃描式）或士1.0nm（多通道式）；在（850?2000）nm波段，不超過(guò)土4.0nm。5.2光譜帶寬

一般不超過(guò)±10nm。

5.3人射角示值誤差

一般不超過(guò)±0.05°o

5.4橢偏角測(cè)量重復(fù)性

以空氣為自然基準(zhǔn)測(cè)量，在（400?800）nm波段，氺和△的測(cè)量重復(fù)性一般不超過(guò)士0.03°；其他波段，測(cè)量重復(fù)性一般不超過(guò)士0.06°。

5.5波片延遲量示值誤差

在633nm波長(zhǎng)，對(duì)延遲量名義值90°的波片，一般不超過(guò)±4°。

5.6橢偏角示值誤差

在633nm波長(zhǎng)測(cè)量橢偏角標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，乎和△的示值誤差不超過(guò)±0.5°。以上指標(biāo)不適用于合格性判別，僅供參考。

6校準(zhǔn)條件

6.1環(huán)境條件

6.1.1環(huán)境溫度：（20±5）°C。

6.1.2相對(duì)濕度：不大于80%。

6.1.3電源電壓：（220±ll）V。

6.1.4校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)背景光源、振動(dòng)干擾應(yīng)對(duì)測(cè)量無(wú)影響，或影響可忽略。

6.2測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備

6.2.1波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)光源：根據(jù)需要選擇合適的波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)光源，如低壓汞燈、低壓鈉燈、He-Ne激光器等。

6.2.2角度標(biāo)準(zhǔn)器：至少具有兩光學(xué)反射面，其夾角大小滿足入射角校準(zhǔn)的需要，見(jiàn)7.5?？梢允墙?jīng)檢定合格的正多面棱體，或經(jīng)校準(zhǔn)的專(zhuān)用棱體；被校準(zhǔn)的人射角度一般為70°或75°O

6.2.3延遲量標(biāo)準(zhǔn)樣品：快軸方位已標(biāo)出的波片，在工作波長(zhǎng)633nm下，延遲量名義值為90°，不確定度優(yōu)于0.2°a=2），其計(jì)量特性可參照J(rèn)JF1497偏光儀校準(zhǔn)規(guī)范。6.2.4橢偏角標(biāo)準(zhǔn)樣品：?jiǎn)尉Ч璞砻鍿iO2薄膜（至少包含名義厚度50nm、120nm各一片），中央?yún)^(qū)域至少有5mmX5mm范圍內(nèi)橢偏角.（波長(zhǎng)633nm）的非均勻性?xún)?yōu)于0.3%（標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值），年變化量小于2%,表面干凈光潔，以干凈塑料專(zhuān)用容器保存。

6.2.5其他（必要時(shí)）：自準(zhǔn)直儀（檢定合格，見(jiàn)7.5）,適用于所考察波段的輔助起偏棱鏡（消光比達(dá)到100000:1）,波片和起偏棱鏡的旋轉(zhuǎn)、裝夾機(jī)構(gòu)。

7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法

7.1校準(zhǔn)前檢查

標(biāo)準(zhǔn)樣品表面應(yīng)光潔無(wú)塵埃及明顯油污、指紋等，否則應(yīng)當(dāng)清洗后再校準(zhǔn)（例如，可用丙酮沖洗、高純干燥氣體吹干、使樣品在清潔環(huán)境中達(dá)到穩(wěn)定；不建議超聲清洗）。波片標(biāo)準(zhǔn)樣品快軸方向清晰。應(yīng)有型號(hào)、編號(hào)等標(biāo)識(shí)。

橢偏儀應(yīng)附帶使用和維護(hù)說(shuō)明書(shū)，工作正常，無(wú)影響性能的機(jī)械損傷。

儀器預(yù)熱：一般需至少預(yù)熱10min（具體參照使用說(shuō)明書(shū)）；光源開(kāi)啟后一般需預(yù)熱10min。

7.2波長(zhǎng)示值誤差

將波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)光源的輸出引入探測(cè)光路，待信號(hào)強(qiáng)度足夠或最大化、波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)光源正常工作5min后，用橢偏儀測(cè)量特征譜線圖譜（相對(duì)光譜功率分布）。取峰值波長(zhǎng)或半高全寬中心波長(zhǎng)作為波長(zhǎng)示值A(chǔ):，按式（1）計(jì)算波長(zhǎng)示值誤差。

式中：

A——波長(zhǎng)示值誤差；

N——測(cè)量次數(shù)，

A￡——波長(zhǎng)第i次測(cè)量值；

As——波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)值。

7.3光譜帶寬

掃描束燈的253.7nm或546.1nm特征譜線，記錄對(duì)應(yīng)圖譜，測(cè)量半高全寬作為儀器的光譜帶寬。

7.4橢偏角測(cè)量重復(fù)性

橢偏儀入射、反射角設(shè)定為90°;具有機(jī)械掃描式單色儀的光譜橢偏$，g重復(fù)測(cè)量時(shí)，每次均從同一波長(zhǎng)起始點(diǎn)開(kāi)始掃描；按式（2）得到橢偏角平均值否和K。 -IN qN

平傘"=77（2）

式中，N為重復(fù)測(cè)量次數(shù)，N>6。計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差和?作為橢偏角測(cè)量重復(fù)性。

7.5人射角示值誤差

如人射光路出口處有聚焦元件（如微光斑附件），應(yīng)取下，使人射光接近準(zhǔn)直光束。利用人射光從角度標(biāo)準(zhǔn)器工作面反射，并與人射光重合，通過(guò)比較人射臂儀器示值與角度標(biāo)準(zhǔn)器標(biāo)準(zhǔn)角度，得到示值誤差。典型的校準(zhǔn)方法如圖3所示。

（1） 調(diào)整角度標(biāo)準(zhǔn)器的0工作面與橢偏儀工作時(shí)被測(cè)樣品表面平行；

（2） 調(diào)節(jié)人射臂角度，必要時(shí)在保證（1）條件下微調(diào)角度標(biāo)準(zhǔn)器方位角，使得人射光經(jīng)角度標(biāo)準(zhǔn)器工作面反射后與人射光重合，記錄此時(shí)儀器顯示的人射臂角度示值；

（3） 當(dāng)重復(fù)測(cè)量時(shí)，需取下角度標(biāo)準(zhǔn)器，重復(fù)（1）?（3）的過(guò)程；

（4）如果難以實(shí)現(xiàn)（2）的操作（例如人射角為固定式），可利用自準(zhǔn)直儀對(duì)準(zhǔn)角度標(biāo)準(zhǔn)器0工作面，調(diào)節(jié)樣品臺(tái)傾角，使反射光與人射光重合，記錄自準(zhǔn)直儀在調(diào)節(jié)前后的示值差值作為人射角示值誤差。

重復(fù)測(cè)量N次（N>9），所得各次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)小于0.05°,否則應(yīng)重新測(cè)量。用式（3）計(jì)算人射角的示值誤差。

1N

么氏—I （3）

式中：

么——人射角0的示值誤差；

N——測(cè)量次數(shù)，

0i——人射角第i次測(cè)量值；

么——人射光對(duì)準(zhǔn)的工作面與0工作面的夾角（標(biāo)準(zhǔn)值）。

圖3入射角校準(zhǔn)示意圖

0—人射角示值（儀器讀數(shù)）；0，一人射光對(duì)準(zhǔn)的工作面與o工作面夾角（標(biāo)準(zhǔn)值）7.6波片延遲量示值誤差

橢偏儀入射設(shè)置為90°，將波片標(biāo)準(zhǔn)樣品C1置于橢偏儀光路中（見(jiàn)圖4），調(diào)節(jié)光軸（快軸）平行于人射面，測(cè)量所得橢偏角△就是C1延遲量的測(cè)量值。波片調(diào)節(jié)可參照附錄E。

橢偏儀設(shè)定為工作模式，測(cè)量波片的橢偏角21Ci,用式（4）計(jì)算延遲量示值誤差。

式中：

——橢偏角△的示值誤差；

N——測(cè)量次數(shù)，

△C：——波片延遲量第i次測(cè)量值；

Zlcs——波片延遲量標(biāo)準(zhǔn)值。

7.7橢偏角的示值誤差

橢偏儀人射、反射角設(shè)定為70°或75°，橢偏角標(biāo)準(zhǔn)樣品置于樣品臺(tái)上，調(diào)節(jié)樣品臺(tái)使樣品表面與自準(zhǔn)直儀光軸垂直。測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品橢偏角（乎，△），按式（5）和式（6）計(jì)算示值誤差。

lyt=l

式中：

么——橢偏角乎，A的示值誤差;N ——測(cè)量次數(shù)，N>6；

△:——第i次橢偏角測(cè)量值；

A——橢偏角標(biāo)準(zhǔn)值。

8校準(zhǔn)結(jié)果表達(dá)

校準(zhǔn)結(jié)果以校準(zhǔn)證書(shū)（或校準(zhǔn)報(bào)告）的形式給出。校準(zhǔn)證書(shū)至少應(yīng)包括下列信息：

1） 標(biāo)題：如“校準(zhǔn)證書(shū)”；

2） 實(shí)驗(yàn)室名稱(chēng)和地址；

3） 進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)；

4） 證書(shū)或報(bào)告的唯一性標(biāo)識(shí)（如編號(hào)），每頁(yè)及總頁(yè)數(shù)的標(biāo)識(shí)；

5） 送校單位的名稱(chēng)和地址；

6） 被校對(duì)象的描述和明確標(biāo)識(shí)；

7） 進(jìn)行校準(zhǔn)的日期，如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí)，應(yīng)說(shuō)明被校對(duì)象的接收日期；

8） 如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性或應(yīng)用有關(guān)時(shí)，應(yīng)對(duì)被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說(shuō)明；

9） 對(duì)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí)，包括名稱(chēng)及代號(hào)；

10） 本次校準(zhǔn)所用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說(shuō)明；

11） 校準(zhǔn)環(huán)境的描述；

12） 被校儀器工作的波長(zhǎng)范圍；

13） 校準(zhǔn)結(jié)果及測(cè)量不確定度的說(shuō)明；

14） 對(duì)校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說(shuō)明；

15） 校準(zhǔn)證書(shū)或校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識(shí)，以及簽發(fā)日期；

16） 校準(zhǔn)結(jié)果僅對(duì)被校對(duì)象有效的聲明；

17） 未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書(shū)面批準(zhǔn)，不得部分復(fù)印證書(shū)或報(bào)告的聲明。

9復(fù)校時(shí)間間隔

橢偏儀的復(fù)校時(shí)間間隔根據(jù)使用情況由用戶確定，建議復(fù)校時(shí)間間隔為1年。但當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)樣品清潔后、更換重要部件、維修或?qū)x器性能有懷疑時(shí)，應(yīng)隨時(shí)校準(zhǔn)。

17

附錄A

校準(zhǔn)證書(shū)內(nèi)頁(yè)格式（供參考）

證書(shū)編號(hào)：

共 頁(yè)第 頁(yè)

校準(zhǔn)依據(jù)技術(shù)文件（代號(hào)、名稱(chēng)）校準(zhǔn)的環(huán)境條件：

溫度： 相對(duì)濕度： 校準(zhǔn)地點(diǎn):

校準(zhǔn)使用的主要計(jì)量器具:

名稱(chēng)

測(cè)量范圍

不確定度/準(zhǔn)

確度

證書(shū)編號(hào)

證書(shū)有效期至

YYYY-MM-DD

證書(shū)編號(hào)：

共 頁(yè)第

頁(yè)

1.光譜帶寬：

校準(zhǔn)結(jié)果

（光譜線： ）

2.波長(zhǎng)示值誤差 單位：nm

標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)

測(cè)量值

平均值

示值誤差

注：示值誤差=平均值一標(biāo)準(zhǔn)值

3.人射角示值誤差

角度標(biāo)準(zhǔn)值：久=

序號(hào)

測(cè)量值/（°）

1

2

3

4

5

6

:

平均值

示值誤差

4.波片延遲量示值誤差

波片延遲量標(biāo)準(zhǔn)值：4Cs=

序號(hào)

測(cè)量值/（°）

1

2

3

4

5

6

平均值

示值誤差

5.橢偏角示值誤差

樣品： （編號(hào)： ）

標(biāo)準(zhǔn)值：^3= ，= 。

人射角：

序號(hào)

乎/(°)

△/(°)

1

2

3

4

5

6

:

平均值

示值誤差

橢偏角校準(zhǔn)結(jié)果不確定度的描述：u9= a=2）；uA= a=2）。校準(zhǔn)員 核驗(yàn)員

附錄B

校準(zhǔn)原始記錄格式（供參考）

證書(shū)編號(hào)：

年月日

送檢信息

儀器名稱(chēng)

型號(hào)規(guī)格

制造廠家

出廠編號(hào)

送檢單位名稱(chēng)

校準(zhǔn)前檢查

□儀器

1.開(kāi)關(guān)、鍵、鈕損傷：□無(wú)/□有（ ）

2.顯示、軟件和存儲(chǔ)功能：□正常/□不正常（ ）

3.機(jī)械結(jié)構(gòu)外觀：□正常/□不正常（ ）

4.其他：

□樣品

1.樣品完整性：□正常/□不正常（ ）

2.樣品表面是否干凈：□是/□否（ ）

3.其他：

校準(zhǔn)記錄

標(biāo)準(zhǔn)

器

名稱(chēng)

測(cè)量范圍

不確定度/準(zhǔn)確度等級(jí)

證書(shū)編號(hào)

證書(shū)有效期至

YYYY-MM-DD

技

術(shù)

依

據(jù)

測(cè)

量

條

件

1.偏振元件方位角設(shè)定：

□起偏器

□檢偏器

□相位延遲器（類(lèi)型：□波片□其他： ）

2.波長(zhǎng)

3.如校準(zhǔn)橢偏儀用標(biāo)準(zhǔn)樣品，則幾何條件：□樣品幾何中心

□其他：

4.如校準(zhǔn)橢偏儀，儀器狀態(tài)：

□光信號(hào)水平：

□積分時(shí)間：□自適應(yīng)/□手動(dòng)（ ）

□其他：

測(cè)

量結(jié)

果

樣品：

人射角：口70°，口90°，□其他

樣品：

人射角：口70°，090°,□其他

序號(hào)

^/(°)

△/(')

序號(hào)

△/O

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

三

:

平均值

平均值

標(biāo)準(zhǔn)值

標(biāo)準(zhǔn)值

示值誤差

示值誤差

橢偏光

譜

（適用于光譜橢偏儀，儀器軟件生成的圖或者光譜數(shù)據(jù)，可另附頁(yè)）

導(dǎo)出

參數(shù)分析

結(jié)

果

（儀器軟件采用的光學(xué)模型、參數(shù)，擬合分析得到的導(dǎo)出參數(shù)值）

不確定度描述

= （k=2）；UA= （k=2）

（導(dǎo)出參數(shù)分析不確定度描述，參照附錄D）

備

注

溫度 °C,相對(duì)濕度 %,地點(diǎn)：

校準(zhǔn)員

核驗(yàn)員

附錄c

不確定度評(píng)定示例

C.1測(cè)量模型

人射角、波片延遲量、橢偏角（乎，△）的示值誤差的測(cè)量模型為:

8?=0一03

(C.1)

汐Ret(久)=2Ac(A)—Acs(又)

(C.2)

=^(A)一^sCA)+ +1乎+》bw乎

(C.3)

KA)=Z\(A)—Zls(A) 80^+么2\+<^bw^

(C.4)

式中：

A ——

-波長(zhǎng)；

么 ——

-人射角示值誤差；

9

-人射角示值算術(shù)平均值；

os ——

-角度標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)值；

汐Ret

-波片延遲量示值誤差；

△C

-波片延遲量測(cè)量值算術(shù)平均值；

△Cs

-波片延遲量標(biāo)準(zhǔn)值；

-橢偏角的示值誤差；

￥,Z —

-橢偏角測(cè)量值算術(shù)平均值；

乎，，zAs

-橢偏角標(biāo)準(zhǔn)值；

8改，8g^

-人射角引人的橢偏角示值誤差；

-波長(zhǎng)引人的橢偏角示值誤差；

谷BW乎，

-帶寬引人的橢偏角示值誤差。

注意，橢偏角示值誤差么與人射角、波長(zhǎng)和樣品均有關(guān)，在給定人射角和波

長(zhǎng)條件下，采用橢偏角分析導(dǎo)出參數(shù)（膜厚、薄膜光學(xué)常數(shù)等）及其不確定度時(shí)，需逐

個(gè)樣品單獨(dú)進(jìn)行。

C.2輸出量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

u(Sg)=^u2(^)+u\9s)

(C.5)

u(^Ret)=/\/U2(Z\c)U2(Z\cs)

(C.6)

U:

=aA2(^)+W2(氺s)+wi(乎)(氺)+mbw(乎)

(C.7)

U（^）

=a/u2(zA)+w2(Zls)4-lie (Zl)+Mbw(△)

(C.8)

C.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定

C.3.1人射角示值誤差的不確定度

C.3.1.1人射角標(biāo)準(zhǔn)值I的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由檢定證書(shū)，角度標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確度等級(jí)為四等，根據(jù)檢定規(guī)程，不確定度為ra=

2),因此角度標(biāo)準(zhǔn)器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

i〃

w(0S)=—=0.5〃?0.0001°

乙

C.3.1.2測(cè)量重復(fù)性引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

取下角度標(biāo)準(zhǔn)器，重新裝載、調(diào)整、測(cè)量，^復(fù)9次，計(jì)算平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，作為入射角測(cè)量重復(fù)性引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，即《(力=0.005°。

C.3.1.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與擴(kuò)展不確定度

由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=^u2(O')+Us(^)=0.005°

取包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度為：

Ud)=k? =0.01。(是—2)

C.3.2波片延遲量示值誤差測(cè)量不確定度

C.3.2.1波片延遲量標(biāo)準(zhǔn)值△。，的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

波片標(biāo)準(zhǔn)樣品送上級(jí)計(jì)量部門(mén)校準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)延遲量值A(chǔ)Cs的不確定度為0.2°(k=

2),則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u(zlCs)=0.2°/2=0.1°

C.3.2.2測(cè)量重復(fù)性引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

重新裝載波片，重復(fù)6次，考察重復(fù)性。632.8nm波長(zhǎng)延遲量極差為0.1°,單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差5=0.172.53=0.04°,重復(fù)性引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

-、0.04°u(Z\c)= 0.02

76

C.3.2.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與擴(kuò)展不確定度

由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

?(谷Ret)=a/m2(Z1cs)+M2(^c)=0.1°

取包含因子k=2,則擴(kuò)展不確定度為：

UC^Ret)=k?U(^Ret)=0.2。(走=2)

c.3.3橢偏角示值誤差的測(cè)量不確定度

采用橢偏儀標(biāo)準(zhǔn)樣品評(píng)價(jià)橢偏角示值誤差，名義厚度為50nm、120nm的兩個(gè)樣品編號(hào)分別為CRM50、CRM120。

C.3.3.1測(cè)量重復(fù)性引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

設(shè)定橢偏儀的人射角為70\各樣品測(cè)量重復(fù)6次，用極差法確定平均值的不確定度。

表C.1測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

- CRM50

CRM120

?(乎)/(°)

0.01

0.02

?(△)/(')

0.06

0.02

C.3.3.2標(biāo)準(zhǔn)值^s,Z\s引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

橢偏角標(biāo)準(zhǔn)樣品送上級(jí)部門(mén)校準(zhǔn)，橢偏角的標(biāo)準(zhǔn)不確定度如表C.2所示。

表C.2橢偏角標(biāo)準(zhǔn)值引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

CRM50

CRM120

u（^s）/（°）a=2）

0.3

0.4

u（z\s）/（°）a=2）

0.4

0.4

?（^s）/（°）

0.15

0.2

或)/(0)

0.2

0.2

C.3.3.3人射角引入的不確定度

根據(jù)“空氣/SiO2/Si”的橢偏光學(xué)模型（見(jiàn)附錄D），計(jì)算人射角在70°變化±0.05°時(shí)橢偏角的變化量絕對(duì)值，取最大值8沙、8e厶,然后按均勻分布（包含因子取73）計(jì)算人射角引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，如表C.3所示。

表C.3入射角引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

CRM50

CRM120

W(°)

0.004

0.04

<w(o)

0.24

0.25

0.002

0.02

0.14

0.14

C.3.3.4波長(zhǎng)引人的不確定度

在632.9nm處，根據(jù)模型計(jì)算（參考附錄D），波長(zhǎng)變化0.1nm對(duì)橢偏角的影響按均勻分布處理，引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度如表C.4所示。

表C.4波長(zhǎng)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

CRM50

CRM120

UA(^)/(°)

0.002

0.013

wa(Z\)/(°)

0.003

0.007

C.3.3.5帶寬引人的不確定度

針對(duì)本示例所用儀器，調(diào)節(jié)狹縫寬度，并用汞燈考察相應(yīng)帶寬，在4.2nm.2.5nm和1.2nm三種帶寬下測(cè)量633nm波長(zhǎng)下橢偏角，結(jié)果表明，橢偏角隨帶寬的變化（么w乎、不明顯，變化量和標(biāo)準(zhǔn)偏差基本在同一量級(jí)，取最大差值按均勻分布考慮，計(jì)算帶寬引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

mbw（乎）=0.027^3 0.01°

?BW（Z\）=0.057^3 0.03°

C.3.3.6合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與擴(kuò)展不確定度

由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

M（抑）=+U2（^s）+w|（^） +uiw（^）

M（＜52\） +M2（Z\s）+w|（zA）+Wa（zA）+Ubw（^）

計(jì)算擴(kuò)展不確定度時(shí)，取包含因子k=2,結(jié)果如表C.5所示。

表C.5橢偏角的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與擴(kuò)展不確定度

波長(zhǎng)/nm

CRM50

CRM120

?(W/(°)

0.15

0.20

! u(^)/(°)

0.25

0.25

u(紳)/(o)a=2)

0.3

0.4

U(M)/(°)a=2)

0.5

0.5

附錄D

硅表面氧化硅的橢偏光學(xué)模型

在（250?2000）nm波段范圍，透明材料的折射率作為波長(zhǎng)的函數(shù)（色散關(guān)系），

常用Cauchy模型描述:

n(A)=A+

B?104

(D.l)

波長(zhǎng)A的單位為nm,A、B和C為待定參數(shù)；此外，也常采用Lorentz、Tauc-Lorentz等色散模型。

單晶硅的光學(xué)常數(shù)一般取自文獻(xiàn)，硅基底SiO2薄膜標(biāo)準(zhǔn)樣品如