ICS 17.040.01 J 04 GB 中华人民共和国国家标准 GB/T 31225—2014 椭圆偏振仪测量硅表面上二氧化硅 薄层厚度的方法 Test method for the thickness of silicon oxide on Si substrate by ellipsometer 2014-09-30发布 2015-04-15实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T 31225—2014 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279）归口。 本标准起草单位：上海交通大学、纳米技术及应用国家工程研究中心。 本标准主要起草人：金承钰、李威、梁齐、路庆华、何丹农、张冰。 I GB/T 31225—2014 引言 现有椭圆偏振术测量薄膜样品厚度的普适、通用仪器多为变角度变波长的光谱型椭圆偏振仪，相对 于定波长定角度的消光法椭偏测量，可以获得更多的椭偏信息用于模型拟合，以获取精准的薄膜厚度结 果；此外，由于可溯源标准物质为硅表面二氧化硅薄层的原因，本标准规定了使用连续变波长、变角度的 光谱型椭圆偏振仪测量硅表面二氧化硅薄层厚度的方法。 Ⅱ GB/T31225—2014 椭圆偏振仪测量硅表面上二氧化硅 薄层厚度的方法 1范围 本标准给出了使用连续变波长、变角度的光谱型椭圆偏振仪测量硅表面上二氧化硅薄层厚度的 方法。 本标准适用于测试硅基底上厚度均匀、各向同性、10nm～1000nm厚的二氧化硅薄层厚度，其他 对测试波长处不透光的基底上单层介电薄膜样品厚度测量可以参考此方法。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 JJF1059.1—2012测量不确定度评定与表示 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 椭圆偏振术 ellipsometer 利用偏振光束在界面和薄膜上反射或透射时出现的偏振态的变化，研究两媒质间界面或薄膜中发 生的现象及其特性的一种光学方法。 3.2 非涅耳反射定律fresnellawofreflection 当自然光入射到分界面时，可分解为相互垂直的两个大小相等的平面偏振光，以s表示垂直人射 面，力表示平行人射面，且s分量和力分量的振动是相互独立的 3.3 线偏振光linearlypolarizedlight 光量只沿某一方向振动，即光在传播过程中电矢量的振动只限于某一确定平面内，又称平面偏 振光。 3.4 椭圆偏振光 ellipticalpolarizedlight 两列频率相同、振动方向互相垂直且沿同一方向传播的线偏振光的合成，其电矢量的端点在波面内 描绘的轨迹为一圆。 4工作原理 椭圆偏振术可用薄膜的椭圆函数β表示薄膜反射形成椭偏偏振光的特性，可表示为式（1）和式（2）： 1 GB/T 31225—2014 [, [ [,] .(1) p=tan()eis ....(2 ) R, 式中： Ep p偏振的电场强度分量； E, 偏振的电场强度分量； R, p偏振分量的总反射系数； R, s偏振分量的总反射系数； 椭圆函数； 由于反射、与入射平面平行和相垂直的电矢量振动的振幅的微分变化； 由于反射、与人射平面平行和相垂直的电量振动的相位的微分变化； 虚数单位； rp p偏振分量的费涅耳反射系数； s偏振分量的费涅耳反射系数； r. p偏振的相位差； 偏振的相位差。 由于椭圆函数是环境折射率、薄膜膜层折射率、薄膜厚度、衬底折射率、入射光波长、人射角的函数 可表示为式（3)： p=tan()eis=p(ni+n2,d,p,ng,a) ....(3) 式中： 椭圆函数； 由于反射、与人射平面平行和相垂直的电矢量振动的振幅的微分变化； 由于反射、与人射平面平行和相垂直的电矢量振动的相位的微分变化； j 虚数单位； ni 环境折射率； n2 薄膜膜层折射率； d 薄膜厚度； 入射角； 9 n3 衬底折射率； 入 人射光波长。 般情况下，在人射光波长、人射角、环境折射率、衬底折射率确定的条件下，椭圆函数只是薄膜厚 度和薄膜膜层折射率的函数。 5环境条件 5.1环境温度 环境温度应在20℃士5℃范围内。 5.2林 相对湿度 相对湿度应不大于60%。 5.3光源、电源和其他环境要求 无直射强光源、清洁无尘、无振动、无腐蚀性气体；有良好的独立地线，供电电压、频率及电源稳定性 2