《椭偏仪性能测试》团体标准（征求意见稿）编制说明

椭偏仪性能测试

CSTM标准编制说明

一、目的和意义

椭偏仪是测量微纳米尺度薄膜厚度的主要方法之一，具有测量精度高、非接

触、无破坏且不需要真空等优点，已被广泛应用于半导体、微电子、光电子、

材料、物理、化学、生物、医药等领域的研究、开发和制造过程中。膜厚的准

确测量，对器件制造的一致性和可靠性起着决定性作用。因此，规范椭偏仪的

性能测试，对保证仪器性能可靠和薄膜厚度准确测量的意义重大。该标准规定

了椭偏仪的性能测试方法，通过制定该标准，将统一椭偏仪的性能测试过程，

对科学研究、高新产业产品研发、质量监控具有指导作用，并推动和促进椭偏

仪的推广和应用。

本标准规定了椭偏仪的性能测试方法，通过制定该标准，将统一椭偏仪的

性能测试过程，对科学研究、高新产业产品研发、质量监控具有指导作用，并推

动和促进椭偏仪的推广和应用。

二、工作简况

1任务来源

项目名称：椭偏仪性能测试

任务来源：2019年CSTM制修订计划，立项批准号：CSTMLX0000

00293-2019。

起草单位：中国计量科学研究院

归口单位：CSTM

2编制和协作单位

中国计量科学研究院（以下简称“中国计量院”）成立于1955年，隶属国家

市场监督管理总局，是国家最高的计量科学研究中心和国家级法定计量技术机

构，属社会公益型科研单位。建院以来，中国计量院瞄准国际计量科学前沿，在

国家经济建设、社会发展和科技进步中发挥了重要的支撑作用。中国计量院现有

国家计量基准128项，标准359项，有证标准物质1603项，国际计量局（BIPM）

公布的国际互认的校准和测量能力1574项，国际排名第三、亚洲排名第一。随

着技术能力的持续提升，中国计量院的服务水平不断增强。2018年，中国计量

院为社会提供30余万台/件仪器的量值传递与溯源服务。国家计量院作为国家最

高计量科学研究中心和国家级法定计量技术机构，担负着确保国家量值统一和国

际一致、保持国家最高测量能力、支撑国家发展质量提升、应对新技术革命挑战

等重要而光荣的使命。自1955年成立以来，国家计量院在推动我国科技创新、

经济社会发展和满足国家战略需求方面做出了重要贡献。

3工作过程

2018年8月组建了标准起草工作组，由计量、检测、研发及生产企业和应

用企业的工作人员组成，包括具有标准制定经验的科研人员、分析技术人员。标

准起草工作组讨论了具体的工作过程、拟定了相应的工作计划。经过讨论，标准

的名称为《椭偏仪性能测试》，本标准的制定是为了统一椭偏仪的性能测试方法，

对推进椭偏仪性能测试标准化具有积极的意义。具体工作计划如下：

2018年8月，组建了标准起草工作组，由计量、检测、研发及生产企业和

应用企业的工作人员组成。标准起草工作组讨论了具体的工作过程、拟定了相应

的工作计划。

2018年9月-2019年3月：标准起草单位参加由中国计量科学研究院主导的

石墨烯材料X射线衍射法的实验及草案的编制。

2019年4月，标准草案完成。

2019年4月，标准草案通过立项函审，CSTM标准委员会批准立项。

2020年10月，开展比对，回收数据，整理数据，形成征求意见稿。

2022年12月，计划召开本标准的审查会。

2022年12月，计划标准表决，报批，正式发布出版。

三、标准编制原则

标准中相应的部分依据的标准编号依据的标准名称

标准的结构GB/T1.1–2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》

国际单位ISO80000-1-2009《量和单位第1部分：总则》

“参考文献”的编写GB/T7714-2005《文后参考文献著录规则》

椭圆偏振仪测量硅表面上二氧化硅薄层厚度的方法

GB/T31225-2014

Ellipsometry—Principles

术语ISO23131:2021

—

IECTR63258:2021NanotechnologiesAguidelineforellipsometryapplication

toevaluatethethicknessofnanoscalefilms

四、确定标准主要内容的论据

椭偏仪是利用椭圆偏振光在被测样品表面发生反射时的偏振变换，通过菲涅

尔公式得到光学参数和偏振态之间的关系来确定被测样品厚度和折射率。椭偏术

的数学模型见公式（1）。

i（）

taned,n0,n1,n2,,1

式中：

ρ——椭偏函数；

Ψ——偏振角；

∆——两个偏振分量的相位差经薄膜后所发生的变化；

d——薄膜厚度；

n0——空气折射率；

n1——薄膜折射率；

n2——衬底折射率；

φ——入射角度；

λ——入射光波长。

五、实验方法及结果分析

名称内容

试验目的椭偏仪性能测试

试验对象二氧化硅薄膜

试验方法采用椭偏法，对薄膜厚度进行测量

试验仪器椭偏仪

具体实验部分见“椭偏仪性能测试”正文部分。

比对验证：标准编制工作组所在实验室作为主导实验室，组织了4家实验室

进行比对试验，每家比对参加实验室4个硅基底上不同厚度的二氧化硅薄膜样

品，样品编号及对应的厚度名义值如表1所示，按标准中方法依次对不同厚度样

品进行5次重复性测试，记录实验条件、保存实验数据，并进行数据分析。

表1实验室分组及各组样品一览表

样品编号AiBiCiDi

名义值厚度

1002005001000

（nm）

注：i为实验室编号

比对结果分析：

4家比对参加单位对样品A~D的实验结果如表2~表5所示，En值图如图2~图4

所示。

表2比对样品A测试结果

比对样

参考值厚度值扩展不确定度En

品编号

A1101.090101.1860.8500.040

A2100.436101.1090.8500.280

A3100.699101.7190.8590.422

A4100.699101.0160.8500.132

表3比对样品B测试结果

比对样

参考值厚度值扩展不确定度En

品编号

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比对样品C测试结果

比对样

参考值厚度值扩展不确定度En

品编号

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比对样品D测试结果

比对样

参考值厚度值扩展不确定度En

品编号

D11016.0461016.8532.8640.100

D21014.4011020.5762.8670.762

D31018.2331024.1232.7970.750

D41020.0141023.0202.7760.380

图1比对样品A比对En值图

图2比对样品B比对En值图

图3比对样品C比对En值图

图4比对样品D比对En值图

采用En值统计方法对测量结果离散性进行评价。根据JJF1117-2010《计量

比对》，若｜En｜≤1，则参加实验室的测量结果与参考值之差在合理的预期之内，

比对结果可接受。从表2~表5和图1~图4可知，各比对参加实验室的结果均可

接受。计算结果说明测量方法可靠、可操作，且普适性好，能保证测量方法的一

致性。

比对单位与对应编号

比对单位编号比对单位

1武汉颐光科技有限公司

2中科院福建物质结构研究所

3芷云光电（上海）有限公司

4中国计量科学研究院

六、与国内、外同类标准水平对比情况

目前，国际/国内尚未发布有关椭偏仪性能测试的相关标准。

七、与有关的现行法律、法规和强制性标准的关系

本部分编制原则符合国家的有关法规法律，与强制性标准协调一致。

八、重大分歧意见的处理经过和依据

暂无。

九、贯彻标准的要求和措施建议

暂无。

十、废止现行有关标准的建议

暂无。

十一、其他应予说明的事项

暂无。

椭偏仪性能测试

PerformanceTestingforEllipsometer

编制说明

椭偏仪性能测试

CSTM标准编制工作组

2022年10月25日

编制说明

椭偏仪性能测试

CSTM标准编制说明

一、目的和意义

椭偏仪是测量微纳米尺度薄膜厚度的主要方法之一，具有测量精度高、非接

触、无破坏且不需要真空等优点，已被广泛应用于半导体、微电子、光电子、

材料、物理、化学、生物、医药等领域的研究、开发和制造过程中。膜厚的准

确测量，对器件制造的一致性和可靠性起着决定性作用。因此，规范椭偏仪的

性能测试，对保证仪器性能可靠和薄膜厚度准确测量的意义重大。该标准规定

了椭偏仪的性能测试方法，通过制定该标准，将统一椭偏仪的性能测试过程，

对科学研究、高新产业产品研发、质量监控具有指导作用，并推动和促进椭偏

仪的推广和应用。

本标准规定了椭偏仪的性能测试方法，通过制定该标准，将统一椭偏仪的

性能测试过程，对科学研究、高新产业产品研发、质量监控具有指导作用，并推

动和促进椭偏仪的推广和应用。

二、工作简况

1任务来源

项目名称：椭偏仪性能测试

任务来源：2019年CSTM制修订计划，立项批准号：CSTMLX0000

00293-2019。

起草单位：中国计量科学研究院

归口单位：CSTM

2编制和协作单位

中国计量科学研究院（以下简称“中国计量院”）成立于1955年，隶属国家

市场监督管理总局，是国家最高的计量科学研究中心和国家级法定计量技术机

构，属社会公益型科研单位。建院以来，中国计量院瞄准国际计量科学前沿，在

国家经济建设、社会发展和科技进步中发挥了重要的支撑作用。中国计量院现有

国家计量基准128项，标准359项，有证标准物质1603项，国际计量局（BIPM）

公布的国际互认的校准和测量能力1574项，国际排名第三、亚洲排名第一。随

着技术能力的持续提升，中国计量院的服务水平不断增强。2018年，中国计量

院为社会提供30余万台/件仪器的量值传递与溯源服务。国家计量院作为国家最

高计量科学研究中心和国家级法定计量技术机构，担负着确保国家量值统一和国

际一致、保持国家最高测量能力、支撑国家发展质量提升、应对新技术革命挑战

等重要而光荣的使命。自1955年成立以来，国家计量院在推动我国科技创新、

经济