JPS60242308A - 薄いサンプルの厚さの測定方法及びその装置並びに薄いサンプルの特性の測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の技術分野」 物質のエネルギーの相互作用によりサンプルの厚さを測
定する測定方法及びその装置並びに薄いサンプルの特性
の測定方法及びその装置に関する。

特に、この発明は、入射したとき及び反射したときのエ
ネルギービームの特性を分析して、サンプルの特性の測
定及び又は決定に関する。後述する実施例において、サ
ンプルにより反射され、及び又は透過される偏光放射ビ
ームを分析して、屈折率、サンプルの厚さ等の物質の特
性などの光学的特性が推定される。

さらに、単語薄いフィルム″により、測定されるサンプ
ルの厚さを限定している。この発明の説明を容易化する
ために、以降この単語により、化学、機械、真空蒸着等
により位置付けられる薄いフィルムを示している。典型
的な厚さは、０に近い２０００００　（オングストロー
ム）までである。放射エネルギービームを使用した、フ
ィルム状のサンプルの厚さの分析結果は、試験のときに
少なくとも部分的にサンプルを透過するエネルギービー
ムに従属しているので、分析されるサンプルは、透過性
、半透過であるか、又は少なくても部分的に入射ビーム
を透過する。

し従来の技術］ この発明の装置及び方法を使用して、測定されたサンプ
ルの厚さと比較するために、サンプルの厚さを測定する
公知の機械装置の他に、放射エネルギービーム、特にレ
ーザビームを使用してフィルム状のサンプルの厚さを測
定する、多くの公知の技術及び装置がある。

第１の従来の測定方法には、エリプソメータ（ｅ　ｌ　
ｌ　ｉｐｓｏｍｅｔｅｒ）、即ち偏光プリズム及びリタ
ーデイション板を備えたスベクトロメ−夕であり、主と
して、薄い蒸着膜の研究にとして、楕円偏光の光の分析
に使用される。エリプソメトリ−（ｅ　ｌ　Ｉ　ｉ　ｐ
ｓｏｍｅｔｒｙ）において、平行ビームが、偏光子を透
過し、その後四分の一すターデイション板を透過して、
サンプルにより反射される。この反射ビームは、一般的
にはアナライザーである偏光字により屈折される。３個
の光学的要素の２個は相互的に回転され、この結果、第
２の偏光子によるビームの消光が生じる。要素の角度の
位置は、このとき正確に測定され、サンプルの厚さが得
られる。

後述するように、薄いフィルム状のサンプルの表面に、
一定の角度で入射する入射ビームは、偏光角に従属する
異なった大きさで、反射される。

既知の入射角に従って、サンプルの反射率、入射角の２
個のコヒーレントな偏光成分の大きさ、及び２本のビー
ムの成分の夫々による反射ビームの量を検出する検出器
からの重要な情報により、サンプルの厚さが決定される
。薄いフィルム状のサンプルを測定するとき、このエリ
プソメトリ−が、多用されるが、この測定方法は、光学
成分を機械的に回転させ、かつ回転角の正確な測定が必
要である。作業者により手で部材を回転させるような手
作業が、実行され、ナル（ｎｕｌｌ）を捜して、角度の
変化により判断を行なうことは、大きな利点がなく、し
かも、これらを自動化するには、費用が高い。エリプソ
メータを自動化するために、ナルを相互的に検出する部
材を回転させるサーボと、正確な測定の為に必要であり
、正確な角度を測定する角度エンコーダ（ａｎｇｕｌａ
ｙ　ｅｎｃｏｄｅｒ）とが必要である。

第２の従来の測定方法には、周波数又は波長が変化する
光ビームの光源を使用し、光源からの光ビームは、所定
の角度でサンプルの表面に入射される。サンプルの屈折
率、ビームの入射角が既知であり、反射光の最大値が、
示される入射光の波長を正確に測定することにより、サ
ンプルの厚さが、決定される。入射角の略半波長の大き
さである増加誤差（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ　ｅｒｒ。

ｒｓ）は、最終結果に影響を与える。このことは、サン
プルを透過し、サンプルの上面で反射する反射光と合成
する光ビームにより、サンプルを透過する距離が、入射
光の波長に等しい時、この反射光を最大限に強振させる
。サンプルを透過する距離が、半波長に等しい時、この
反射光を最大限に打消し合う。最大の強振と最大の打ち
消しの変化は、サンプルを透過する距離の関数として周
期的に繰返えされ、反射光の特定値が、各周期に２回ず
つ生じる。サンプルの上面と下面とから反射されるビー
ムの位相の差は、明らかに一周期以上である。この半波
長の増加誤差は、反射ビームを使用した薄いサンプルの
厚さの測定方法の全てに生じる。この問題は、変化させ
る周波数の測定方法の時、大きくなる。何故ならば波長
か変化するので、厚さの計算用の複雑な式に他の要因が
付加され、確実な結果を得る前に、ある付加的な情報が
、計算に組入れらなくてはいけない。薄いサンプルの厚
さの測定には有効であるが、この方法の問題点が、以下
のように理解されうる。

始めに、反射ビームのピークが検出されたとき、振動数
の変化する光源の正確な波長が、高価で正確な装置によ
り測定されなくてはいけない。さらに、波長に対する反
射強度の関係を示すグラフは、そのカーブのピークが大
きく、ピークがゆっくりと変化するどので、不確かなカ
ーブの正確なピーク地点を決定する必要がある。この結
果、反射強度のレベル内のピークを決定するとき、不確
かなカーブによる誤差を考慮する必要がある。この技術
による厚さの測定方法の信頼性を確立する重要な要因は
、測定される特定なサンプルの屈折率が、反射ビームの
エネルギーのピークを発生させる入射光の正確な振動数
により知られるという事実である。この決定は、分析の
ときのサンプルのパラメータのばらつき、即ち入射光の
波長の変化に伴う屈折率の変化により影響される。サン
プルの厚さを決定する式にばらつきの要因を組入れるこ
とにより、処理のコ、ストが高くなり、その処理は通常
の使用者にとって非現実的である。また、サンプルに与
えられた正確なばらつきは、沈着の過程の変化を変える
。従って、ばらつきの要因が測定に考慮されるので、大
まかな値のみ得られる。

また、この測定方法を単純化した第３の従来の方法とし
て、サンプルの表面には、単一波長の波長の光ビームを
入射させ、入射ビームと反射ビームの強度が測定される
。入射角、サンプルの屈折率、及び入射ビームの正確な
波長を知ることにより、入射ビームの強度に対する反射
ビームの強度の比率は、例えば完全なサンプルの場合に
は、サンプルの上面及び下面からの反射ビームの成分に
よる干渉による損失の量が得られる。即ち、打消し又は
強振の大きさを知ることにより、サンプル内を透過する
光路が決定され、かつ計算によりサンプルの厚さが決定
される。この単純化した方法の大きな問題点は、反射ビ
ームの強度のレベルは、必ずしも光の波長の干渉によっ
て、決定されるものではない。サンプルの入射ビームの
入射地点のきず、例えば引掻ききす、ごみ、表面の不均
一等により、光源から検出器に入射するビームの一部が
、損失す゛る。サンプルのある領域が測定され、啼 一律した結果が決定されるまで、サンプルの真の厚さが
、確定されない。さらに、表面上のきすは、サンプルの
全体になされ、又は入射面を跨いでなされることもある
ので、最終結果からサンプルのきずを無視できる測定数
が確保された、測定の有効な表面の領域は存在しない。

上記の従来の技術において、第１の従来の技術の換金に
は、正確な機械的回転体を製作し、それを測定する必要
があり、第２の従来の技術の場合には、光検出器に入射
する光路の決定されていない光の絶対値と薄いサンプル
の絶対値を測定する必要があり、第３の従来の技術の場
合には、変化の小さい光のレベルのピーク値を決定して
、ピーク値のときの正確な波長を知る必要があり、分散
によりその波長の時の屈折率が推定されている。

分析結果のサンプルの厚さの正確性は、入射ビームの大
きさの測定と、装置のパラメータのドリフト、例えば温
度、供給電圧、表面の欠点、検出器の電気的、機械的状
態のドリフト、ノイズ等に従属し、これら全ての条件は
、厚さの計算誤差に寄与する。何故ならば、検出器の出
力は、波の干渉による光エネルギーの損失か、調整ミス
、サンプルの欠点、又はパラメータのドリフトによる損
失かを識別する情報がない。

［発明の概要］ この発明の目的は、上記の問題点が無く、薄いフィルム
状のサンプルの厚さを測定できる薄いサンプルの厚さの
測定方法及びその装置を提供することである。特に、こ
の発明に従えば、パラメータのドリフトの入力、固有の
ノイズの成分、光源の出力の変化、光路の損失、サンプ
ルのきす等の欠点、サンプルのばらつき、検出器のレス
ポンスの位置の変化、温度による検出器の変化、予備電
気回路のドリフト等は、サンプルの厚さの測定計算に考
慮されない。これらの利点により１、光源ビームの１個
の偏光の特性及びビームの１個の入射角の使用をもたら
す。光源ビームの１個以上の偏光の特性を使用したとき
、絶対的というよりも相対的に、反射光の測定が必要と
される。

更に、反射ビームの相違する偏光により、１個の検出器
の同じ位置にタイムシェアを引起こす。

装置のパラメータのドリフトに関する時間の変化より、
タイムシェアする測定の振動数を大きくする。さらに、
通常の光路、装置、及びビームの光源と検出器が組入れ
られた通常の電気回路の使用により、分離した光路及び
分割型検出器が必要とされる場合に、考慮されるべき影
響を無視できる。

この発明において、入射ビームがサンプルに入射したと
き、透過率がＯより大きい値をを備えたサンプルの厚さ
の測定方法及びその装置に関する。

所定の波長の光源ビームのとき、サンプルの屈折率が知
られている必要がある。代わりに、厚さが知られている
場合には、屈折率は決定される。この発明の実施例にお
いて、未知の厚さと屈折率とが測定される。単一の光の
波長のみが使用されるので、ばらつきの要因が、厚さの
測定計算に考慮されない。

タイムシェアに関わらず、−組の放射ビームがサンプル
の入射面に入射し、各ビームが夫々相違する２個の偏光
角を有し、２個のビームもまた夫々入射角が異なる。サ
ンプルにより反射される（又は屈折される）２本のビー
ムが、検出されて、分析されて、各ビームの２個の成分
の比率が決定される。このとき、所定の波長の光源ビー
ム、分析のときの所定のサンプルの屈折率、２本の入射
光源ビーム、及び２本のビームの夫々の２個の成分の比
率の大きさからサンプルの厚さを示す数学モードから、
サンプルの厚さが決定される。

この点において、ビーム又はサンプルから反射されるビ
ームが、サンプルの厚さ及び又は反射率の測定のために
使用される。所定のサンプルに対して、この発明の範囲
内で、サンプルを透過するビーム又はビームを分析する
ことができる。即ち、この説明では、゛反射され″、及
び゛透過され″が交換可能であり、相違する光路が、厚
さの測定に考慮される。

この発明の実施例において、１個のレーザ発振器からの
単一波長の光源ビームが、複数のビームに分割されて、
サンプルの一地点に集束する。各ビームの偏光方向が、
増加的に又は連続的に変化されて、タイムシェアの関係
が生じ、第１の方向に偏光されるビームの第１の偏光成
分と、第１の方向と相違する第２の方向、好ましくは第
１の方向から第２の方向に９０”に偏光される偏光ビー
ムの第２の偏光成分とに、変化される。偏光角が変化す
るビームが、第１の所定の角度で薄いサンプルの入射面
に入射され、第１の所定の角度で反射されるビームは、
検出され、分析されて、反射された第１、第２の偏光成
分の相対的大きさの比率を決定する。偏光角が変化する
ビームが、第２の所定の角度で薄いサンプルの入射面に
入射され、第２の所定の角度で反射されるビームは、検
出され、分析されて、反射された第１、第２の偏光成分
の相対的大きさの比率を決定する。そして、第１の所定
の角度での第２の成分の大きさに対する第１の成分の大
きざの比率と、第２の所定の角度での第２の成分の大き
さに対する第１の成分の大きさの比率とが、比較される
。サンプルの厚さは、上記の関係からサンプルの厚さを
示す数学モードから計算される。

各ビームの偏光される２つの成分間の角度は、この発明
の概念に従った所望の結果を生じさせ、サンプルに対し
てビームのＳとＰビームの成分で規定し、互いに直交す
る第１、第２の偏光成分になる。以下に使用するように
、ビームのＳの偏光角は、サンプルの水平面に対して平
行であり、ビームのＰの偏光角は、サンプルの水平面に
対して直角である。

上述したように光源ビームの偏光角を変化させ、第１、
第２の偏光成分を形成させることは、単一波長の１個の
波長がビームの偏光角に関して、タイムシェアされたこ
とを表わしている。タイムシイアを発生させる簡単な方
法において、−組の偏光板が、レーザから射出されたビ
ームの光路内に交互に置かれ、この結果、偏光角が交互
に変化する連続した一群が伝達される。

レーザ発振器から射出するビームは、四分の一波長板を
透過して、交互に直線偏光ビーム（レーザ発振器は、ビ
ームを発生させるものと仮定する）又は、円偏光ビーム
に変換する。円偏光ビームは、偏光板を収納し、所定の
角速度で回転させる回転モータの中空軸を通過する。部
材の組合わせの全部の影響により、連続的に変化する光
ビームが発生する。増加又は連続的に偏光を変化させる
技術は、この発明の最も広い範囲内で適用され、ある利
点が、角偏光に寄与している。しかし、検出の技術及び
交互に交換する処理を使用した分析をより簡略化させる
場合には、大きな相違点がある。

この発明の実施例において、ビームを分割する独特な装
置が使用されている。この装置は、エネルギー単位が等
しく、所望の偏光角に偏光された複数の平行ビームを発
生させることに対して、有利なので、従来のビームを分
割する装置が、使用されていない。−例として、回折格
子は、複数の入射ビームが幾何的に入射するようにされ
ているが、入射ビームの偏光特性を乱し、不要な位置で
不要な光ビームのゴースト（ｃｈｈｏｓｔ）が発生する
。さらに、回折格子が、平行でなくエネルギー準位の異
なる射出ビームを発生させる。同様な困難性が、機械の
不整合により連続した誤差が生じる、ビームを分割する
キューブに関連している。

この発明に従う好ましいビームスプリッタが、機械的不
整合に関わらず略等しいエネルギーの平行ビームを発生
させる。

サンプルの厚さを測定するために、レーザ光を使用した
測定装置において、ドリフトを検知する最も感度の良い
部材は、検出器である。サンプルの厚さの測定での誤差
を発生させる大きな要因は、光ビームの絶対値の正確性
である。光源ビームが、知られずにきず等の欠点のある
サンプルに入射したとき、ことことによりデータが無用
となる。Ｓ偏光角とＰ偏光角のビーム（断続的又は連続
的に）が使用され、Ｓ偏光角とＰ偏光角のビームは、サ
ンプルの同じ地点に入射し、サンプルの表面の欠点によ
り同じように影響される。同様に、Ｓ偏光角とＰ偏光角
を備えた単一のビームを検出するために、同じ検出器が
使用され、検出器に通じる光路内の欠点と、回路のドリ
フト又は検出器のノイズによる測定値の誤差は、無視さ
れる。

１　Ｓ偏光角とＰ偏光角のとき、即ちＳ偏光角とＰ偏光
角が、交互に又は連続的に変化して、高い割合で抽出さ
れているとき、サンプルからの反射（又は等か）エネル
ギーの量を測定することにより、単純化してコンピュー
タが、Ｓ偏光角とＰ偏光角の相対的大きさを比較し、サ
ンプルの厚さの結果の使用する状態となる。Ｓ偏光角の
偏光とＰ偏光角の偏光の準位の比率をとるまで、前述の
表面の欠点にとり、Ｐ成分とＳ成分との大きさが同じパ
ーセントで引下げられる。従って、Ｐ成分とＳ成分との
大きさの比率をとるとき、サンプルの表面の欠点及びパ
ラメータのドリフトによる損失が、無視される。

この発明は、サンプルの表面に入射するときの入射角を
２個に限定するものではない。反対に、１個入射角を使
用したときのほうが不利であり、相違する入射角を備え
た２個以上のビーム（夫々Ｓ成分とＰ成分とに変化する
）を使用することができる。

入射角を多くするほど、多くの情報が集まる。

例えば、入射角を２個使用して、屈折率が公知の場合に
は、上述したようにサンプルの厚さが決定される。もし
、サンプルの厚さが、限定された範囲内で公知である場
合（処理が沈澱する制御されたサンプルの場合が多い）
、１個の入射角は、屈折率又は厚さを推定するために使
用され、２個の入射角は、厚さと屈折角が正確に知られ
ていないとき、厚さと屈折角の測定に使用される。４個
の入射角が使用されたとき、多くの周期上で、厚さと屈
折率が測定され、即ち、Ｓ成分とＰ成分との多くの比率
を使用して、サンプル上の反射光と透過光どにより生じ
る暗い干渉及び明るい干渉を発生させる。多数の入射角
を使用することにより、付加的な利点がある。この発明
の実施例において。

入射ビームの偏光角を連続的に変化させて、屈折率又は
厚さを見付ける説明は、グラフで２個の曲線の交点を見
付けることと同様である。

「実施例」 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、入射する光のビームの入射角に対して、表面
反射（ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｅｆｌｅｃｔｉ。

ｎ）の大きさを示すグラフである。このグラフの軸の個
々の値は、−例であり、この場合は、大気から略１．５
の屈折率を有するグラスへの反射角に対応している。実
線１２は、偏光されていない光の表面反射の特性を示し
、破線１４は入射するとき水平方向を偏光された光の表
面反射を示し、点線１６は入射面に対して垂直方向に偏
光された光の反射を、示している。このグラフにより、
入射するエネルギービームの入射角の関数として、大気
からグラスへ入射するときの変化が理解できる。また入
射角が略５５°のとき、実線１６は、実質的に反射率が
Ｏに落ちる。この角度は、反射光と屈折光とが、互いに
９０°をなすときに生じ令ブルースター角に関連してい
る。即ち、破線１４に示される偏光角の場合には、ブル
ースター角のとき光の１５％が反射され、点線１６に示
される偏光角の場合には、入射エネルギービームは、全
透過される。第１図に示されている基本原理は、後述す
る他の図の説明においても、重要である。

厚さの薄いサンプルが測定されるとき、即ち、サンプル
の厚さが、入射する光のビームの波長のオーダであると
き、複雑な表面から反射された光線により干渉が生じ、
表面の正確な反射率が、大気からグラスへの入射の場合
と比較して顕著に相違する。

第２図には、この現象が図示されている。

第２図において、平行光線である入射ビーム３は、−組
の第１の反射面２′と第２の反射面４′とにより遮断さ
れる波面Ａ−，−Ａ″を有する。同時に、波面Ａ　−Ａ
　″は、反射面２の位置Ａに入射される。

位置Ａでの波面の一部は、第１の反則面２−と第２の反
射面４′との間の空間を透過し、部分的に全反射される
第２の反射面４−に入射される。このとき、位置８で反
射される反射波は、第１の反射面２′を透過して、上方
に伝達される。一方では、位１ｆＡ−の波面の先端は位
置Ｃで反射され、この位置Ｃで２本の光線が再合成され
る。もし、入射波と位置Ｂからの反射波とが、位置Ｃで
同調しあうとき、これら入射波と反射波とは、互いに加
えられて強振し合い、この結果明るい干渉が生じ、位置
り方向に放射される光のエネルギー量は、単に第１の反
射面２′の位置Ｃで反射される光のエネルギー量より大
きい。他方、入射波と反射波とが、半波長ずれて位置Ｃ
で合成されたならば、これら入射波と反射波とは、互い
に打消し合い、暗い干渉が生じる。第２図において単一
光線（Ｓｉｍｐｌｅ　ｒａｙ）により、位置り方向に伝
達される入射波と反射波との合成の効果が、図示されて
いるが、もし、波面Ａ　−Ａ　″に沿った入射波が、他
の光線で示されているならば、干渉の明るい部分と暗い
部分とが、位置りから位置Ｈまでの間に向かった光線内
で、明確化される。

即ち、反射ビーム５は、入射ビーム３の一部分を示し、
その大きさは、前述した第１の反射表面２′と、位置Ａ
１位置Ｂ及び位置Ｃを連結する光路又は入射ビーム３を
横切る光路に沿って伝達される屈折ビーム及び反射ビー
ムとにより決定される。この合成において、ビームの幅
は、３０から１００までであり、度々、理解を容易にし
て明確化するように、サンプル２の厚さ及びの大きさが
、決定される。サンプル２の位！Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃ
間の距離が、正確に等しくない場合、又は入射ビームの
半波長の奇数番号に一致しない場合、反射ビーム５の反
射光の値が、明るい干渉縞の最大値と暗い干渉縞の最小
値との間で変化する。位置Ｃに関しての位相の決定にお
いて、サンプル２の屈折率が、第１の反射面２′に入射
した入射ビーム３の反射に生じる位相変化と同じように
考えられる。第１の反射面２′上の位相変化は、この発
明を実施する場合に重要であり、マツフグロウヒル社（
ＭｃＧｒａｗ　ｈｉｌｌ　ｂｏｏｋ　Ｃｏｍｐａｎｙ、
Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ　１９６６）刊行の現代の光技術（
”Ｍｏｄｅｒｎ　０ｐｔｉｃａｌ　ｌ：ｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ”）の１３頁から１４頁に、詳細に記述されてい
る。

屈折率Ｎ１が小さい媒体から屈折率Ｎ２が大きい媒体、
この場合は、サンプル２へ入射するとき、位相の変化が
生じる。このときの位相は、急に１８０’即ち半波長変
化する。入射ビームが、屈折率の小さい媒体に入射する
場合、例えば、屈折率Ｎ２の大きいサンプルから屈折率
Ｎ３の小さい基板４に入射するときは、生じない。つま
り、第２図に示す反射率の関係の場合には、位置Ａ′、
位置Ｃ及び位置りを通過する光路に従って、光の位相が
位置Ｃで変化し、第２の反射面４′の位置Ｂで反射する
場合には、位相が変化しない。

位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃを通過する光路と、位置Ａ′
及び位置Ｃを通過する光路との差により、位置り方向の
反射ビームの位相関係が決定される。

屈折率が、媒体中の光速度と逆比例の関係にあるので、
第１の反射面２′の反射により生じる位相の変化が考察
され、位置Ａ′と位置Ｃを通過する光路間の振動数が、
１／２＋ＮＩ　Ａ”Ｃ／λで与えられることを示すこと
は、基本的光学分析において容易なことである。上式内
の半周期は、第１の反射面２′の位置Ｂで、位相が変化
した反射を示している。同様に、位置Ａ、位置Ｂ及び位
置Ｃを通過する光路間の周期数は、式Ｎ２ＡＢＣ／λで
与えられる。これやの式を用いて、２式の値の差が整数
である場合には、波長は強振する。もし、２式の値の差
が整数プラス半波長である場合には、波長は打消し合う
。上記周期数に波長λを掛けることにより得られる光路
の差を考えるとき、その差が波長の整数倍であるならば
これらの波長は、強め合い、その差が波長の整数倍と半
波長の総和であるならば、これらの波長は打消し合う。

つまり、同じ結果が得られる。第２図において、光路差
（ＯＰＤ）は、次式で与えられる。

０ＰＤ＝λ／２＋ＮＩ　Ａ−Ｄ−Ｎ２　ＡＢにの式内の
λ／２により、位相の変化が生じる。

第１図と第２図とで説明した基本原理に基づいた、第３
図に示す従来技術の構成体について説明する。第３図に
おいて、レーザ光源６により、基板４により支持される
サンプル２に入射さる入射ビーム５が発生される。反射
ビーム５は、反射ビーム５内のエネルギーの量の電気的
な信号９を送る検出器８により、遮断される。入射角工
と入射角Ｒとは、入射地点１０からサンプル２の表面の
噴　法線方向に延びる垂直線から、測定される。光のビ
ームを分離するキューブ７が、入射ビーム３の光路に挿
入され、前記電気的信号９と比較するために、電気出力
１１を備えた光検出器１１により入射ビーム３のエネル
ギーレベルを例示する。第１図の第１の反射面２′での
反射の原理を具体化し、かつ第１の反射面２′での位相
変化及び第２の反射面４″での反射エネルギーの寄与を
説明することにより、反射ビーム５内の光のエネルギー
５が、予測される。入射ビーム化及び反射ビームのエネ
ルギー準位を測定し、反射ビーム５へと反射させる媒体
の屈折率を知ることにより、サンプル２の厚さが測定さ
れる。

第３図に示す従来技術の方法は、サンプル２の厚さに関
して不正確で不必要な情報を与えるという問題点がある
。第１に、入射ビーム３がサンプル２の不完全な領域に
入射した場合には、反射ど一ム５の正しいエネルギー値
へ寄与する反射エネルギー及び屈折エネルギーの損失に
より、最終結果を予測できず、説明することができない
。何故ならば、反射ビーム５へ寄与するエネルギーの全
体量が不明であり、かつ不確かである。この方法の使用
に関して欠点を補正するために、反射面上の新しい入射
地点１０に入射するように、入射ビーム又はサンプルを
移動させ、これらの結果により、最初の測定に対しての
一貫性を確定するように繰返される。もし２回の測定が
等しければ、選択された２個の入射地点の反射面のきず
により、反射ビームが夫々影響されるか、又は連続した
表面のきずにより、等しい光の拡散が生じる場合がある
ので、３回以上の測定が必要となる。

第２に、レーザビーム又はサンプルの位置を変化させる
ために、適当な時間が必要であるので、その間に検出器
１１と検出器８とが、温度変化、電圧変化等によりこれ
ら検出器の特性が、変化する可能性がある。さらに、分
離した光検出器が入射ビーム３用と反射ビーム５用とし
て使用されているので、光検出器の１個に１片のほこり
により、最終の計算結果にオフセットエラー（ｏｆｆｓ
ｅｔ　ｅｒｒｏｒ）が生じる可能性がある。後者の問題
は、既知の厚さのサンプルを測定し、正確な計算結果の
ための装置を調整することにより、解消することができ
る。しかし、未知のサンプルの次の測定が、他の一片の
ほこり又は繊維が、その間に存在するような環境の下で
実行されるかを確定する手段が無い。つまり、時間を経
た光検出器の感度の変化とその環境とを、実際に制御す
ることはできない。即ち、誤差が大きく、正確な結果を
得ることができず、単に媒体の厚さを推定するだけであ
る。

第３図に示す従来技術の装置における第３の欠点は、フ
ィルム状のサンプルの相違する厚さのために、僅かに相
違する入射ビーム及び反射ビーム内の光エネルギーの絶
対値を、検出する必要のあることである。　′ことは、
サンプルの厚さに対する検出される一ネルギーの大きさ
との関係が、図示された第４図で、説明される。第４図
のグラフから、検出された反射エネルギーの僅かな測定
誤差により、測定されるサンプルの厚さが、大きく異な
ることが理解できる。

上述した典型的な従来の測定方法の問題点のほかに、他
の問題点も、後述する概念を適用した本願の発明により
解消することができる。

本癌の発明の特徴のひとつとして、サンプルは、１個以
上の入射角から光ビームが入射される。第５図において
、入射角の相違する場合の問題を説明する。第１に、入
射ビームが正確に所望の地点に入射することができ、入
射角が正確にかつ安定するように、第５図に示す装置に
は、サーボ装置が設けられている。さらにこの装置には
、サンプルの位置を上下方向及び水平方向の状態を維持
させる手段、例えば、ピッチ及びロールが設けられてい
る。第５図に示す装置の動作は、ビー、ム５がスプリッ
ト検出器（ｓｐｌｉｔ　ｄｅｔｅｃｔ。

ｒ）８Ａ、８Ｂに入射する前の、部分的反射鏡８Ｃに入
射し、ビームを分離するキューブ（ｃｕｂｅ）７に向か
って再帰反射する光ビームの部分的反射に、依存してい
る。この再帰反射されるエネルギーは、光検出器１１Ａ
、光検出器１１Ｂ１光検出器１１Ｇ及び光検出器１１Ｄ
により検出される。

第５図内のサンプルは、３箇所の位置が示されている。

実線の部分は、測定するときの通常の状態であり、太い
破線は、測定位置から上昇した位置を示し、細い破線は
、傾斜した位置を示している。サンプル２の通常の位置
において、入射ビーム３は、反射面の位置１０Ｂで反射
され、ビームの一部は、光検出器８Ａ及び光検出器８Ｂ
に入射される。図示するために、第５図に示すビームは
、細い線で描かれているが、実際のこれらのビームは、
ミリメートルの単位であり、ビーム５は、実際では光検
出器８Ａ及び光検出器８Ｂの間のスリットにまたがって
いる。即ち、サンプル２が正確に位置決めされていると
き、同じ量の光が、光検出器８Ａと光検出器８Ｂとに入
射され、そこからの出力９３は、光検出器の増幅器７５
及び差動増幅器７７に、同じ信号として検知され、この
結果、サーボプロセッサ８１には、誤信号が送られない
。

同様にして、再帰反射ビームは入射ビーム３と一致する
光路を進行し、光検出器１１Ａと光検出器１１Ｃの間に
位置する８間と、光検出器１１Ａと光検出器１１Ｃとの
間に位置するｌｌＪ！間とにまたがるビームの一部５Ｆ
を発生させて、ライン９１上に等しい出力を供給し、か
つ順に光検出器の増幅器７１と差動増幅器７３から適宜
な出力が伝達される。この結果サーボプロセッサ８１に
は、誤信号が送られない。

ピッチとロールとの自動制御装置の実行は、実質的に同
じなので、ピッチとロールとは、以下において゛傾斜″
と表現されている。光検出器の増幅器７１が、合成した
信号により実行され、この結果、協働する光検出器１１
Ｇ及び光検出器１１Ｄと、協働する光検出器１１Ａ及び
光検出器１１Ｂとが、このピッチの検出器を実行し、協
働する光検出器１１４及び光検出器１１Ｃと、協働する
光検出器１１Ｂ及び光検出器１１Ｄとが、このローラの
検出器を実行していることが、理解できる。

差動光検出器７３は、このとき、２個の差動増幅器から
構成され、一方の増幅器はピッチ用に使用され、他方の
増幅器は、ローラ用に使用される。

この構成体内の光検出器の使用は、ビデオディスクプレ
イヤ〜が走行する技術から理解され、この発明内の光検
出器は、技術的説明が無くても、熟練した作業者の能力
内で充分に作動可能である。

この装置が、誤信号を発生さることもなく、サーボプロ
セッサ８１に送信しているとするば、サンプル２に連結
された機械的動作を有し、このサンプル２を傾斜させる
傾斜サーボ８５と、サンプル２に連結された機械的動作
を有し、このサンプル２を昇降させる昇降サーボ８７と
は、通常に位置に維持されている。しかし、装置に装着
されたサンプル２の振動、温度変化及び不注意な衝突に
より、サンプル２が上昇した場合、又は以前に測定され
たサンプルより厚さが、厚い場合には、入射ビーム３は
、ビームの一部５Ｂのように光検出器８Ｂに向かって反
射される。光検出器８Ｂより光検出器８Ａのエネルギー
のほうが、大きいので、誤差信号が発生するので、通常
の電気技術を使用して、差動増幅器７７からサーボプロ
セッサ７７へ誤差信号が送信され、かつ昇降サーボ８７
へ駆動信号が送られ−るので、プラットフォーム８７が
下降され、光検出器８Ａと光検出器８Ｂとから等しい出
力が得られる。また、サンプル２が上昇されたとき、通
常の位置又は昇降された位置からの再帰反射ビームは、
同じ光路を経てキューブ７に戻され、光検出器１１Ａと
光検出器１１Ｂとから、等しい出力がライン９１に発信
される。

サンプル２の昇降の動作に伴って、光検出器８Ａ、光検
出器８Ｂ、光検出器の増幅器７５、差動増幅器７７、サ
ーボプロセッサ８１及び傾斜サーボ８５を有する閉ルー
プサーボ装置が、サンプル２に対して固定された垂直方
向の位置に維持されている。

通常の状態と多少異なるとき、すなわち、サンプル２が
傾斜されたとき、入射ビーム３は、ビームの一部５Ａに
示すように、光検出器８Ａと光検出器８Ｂに対して垂直
ではない。同時に、再帰反射ビーム５Ｃは、ビームの一
部５Ａの入射角と等しい角度で反射されるので、第５図
に示すようにサンプル２の左側に入射し、入射ビーム３
の光路樗　から外れている光路に沿ったビームの一部５
Ｄが形成される。第５図に示す角度は、その概念を示す
ために強調されている。しかし、僅少な角度の変化では
、サンプルの厚さの測定の正確さには、関係がない。従
ってビームの一部５Ｅは、キューブ７で反射され、角度
を変化されたビームの一部５Ｄの一部を示し、かつこの
ビームの一部５Ｅは、光検出器１１Ｂより光検出器１１
Ａに集中するので、作動増幅器７３から作動出力が発生
し、最終的の傾斜サーボ８５に駆動信号が、送信される
。

即ち、光検出器１１Ａと光検出器１１Ｂの出力は、サン
プル２の高さの変化して無関係であるが、サンプル２の
傾斜により、光検出器８Ａと光検出器８Ａとは影響され
る。しかし、各サーボ装置の間の誤差の調整をするタイ
マーが設けられ、特別な場合には、このタイマー８３に
より、はとんど昇降サーボ８７より傾斜サーボ８５を速
く作動させるので、光検出器８Ａ及び光検出器８Ｂから
の出力の変化は、光検出器１１Ａ及び光検出器１１Ｂか
らの出力の変化より遅い。この構成体において、サンフ
ル２の高さの変化が生じたとき、光検出器１１Ａ及び光
検出器１１Ｂからの誤差信号が発生しないので、昇降サ
ーボ８７には、この閉ループ装置を実行させるために適
宜な訂正がなされる。他方、サンプル２の傾斜が生じた
とき、差動増幅器７３及び差動増幅器７７から差動出力
が発生する。けれども、傾斜サーボ８５は、実質的に昇
降サーボ８５より速く反応するので、昇降サーボ８５が
訂正に影響する駆動信号に反応するまでに、光検出器８
Ａ及び光検出器８Ｂの出力の変化に対して、傾斜サーボ
８５が既に反応している。

即ち、光検出器８Ａ及び光検出器８Ｂの出力の変化は、
実質的に影響されない。このように、昇降サーボ８７及
び傾斜ザーボ８５は、互いに独立し。

かつサンプル２の急激な変化がないので、昇降サーボ８
７と傾斜サーボ８５との周期時間が異なっていても、不
利なことはない。昇降サーボ８７と傾斜サーボ８５との
異なるサンプル率（ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｒｔｅｓ）を確
立するためにタイマーを設けるというよりは、光検出器
の増幅器７１．７５及び又は作動増幅器７３．７７が、
夫々の光検出器からの出力変化に対応する異なる振動数
を有する。昇降サーボ８７と傾斜サーボ８５との振動数
の応答を等しくするために、共通の変動変数からこれら
のサーボ装置を独立させる必要がある。

根本的に、この発明に従う厚さの測定技術は、１個以上
の入射角で入射する可変の偏光エネルギービームの使用
及び検出を有する。これら２個の基本技術の結合から、
この発明の独特の概念及び有効性が生じる。第６図には
、この発明の基本型が示されている。第６図に示すよう
に、レーザ光源６から発生する入射ビーム３は、入射ビ
ーム３とサンプル２の表面とによりなす、先述した入射
角によりサンプル２に入射する。入射角に等しい反射角
で反射され、反射ご一部５Ａは、光検出器８Ａにより遮
断される。入射ビーム３がレーザ光源６から発振された
とき、この入射ビーム３は、モータ２２により作動され
る振動技１８のアーム２０の端部に設けられた第１の偏
光板１６又は第２の偏光板１６を透過する。第１、第２
の偏光板１６は、夫々９０°の偏光角を有し、レーザ光
源から発振される入射ビーム３は、選択的に直角位相の
関係で偏光される。ビーム３Ａは、第７図に示すビーム
スプリッタ２４を通過し、サンプル２１に向かって入射
角を変化させずに、ビーム３Ｂが発振される。

第６図の装置を調整するために、サンプル２は、ビーム
３が光路３Ｃに沿って、直接光検出器８Ｄに入射するよ
うに移動可能である。光検出器８Ｄは、全ての入射ビー
ムを遮断するので、この状態で測定されるＳ偏光とＰ偏
光との比率は、Ｓ偏光とＰ偏光との比率を変化させるた
めに挿入されたサンプル２と共に、後に測定されるＳ偏
光とＰ偏光との比率に分割するために使用ことができる
。

光検出器８Ｄは、光検出器８Ａ及び光検出器８Ｃの代わ
りに、送信する測定装置内で、サンプル検出器として使
用することができる。調整後、サンプル２が、サンプル
２の実線で示す入射角度の位置に挿入され、光検出器８
Ａは、偏光プレート１６が入射ビームの光路内にある間
、各時間の特殊な出力を示す。

この発明の次の説明として、入射ビームと反射ビームと
が９０’の角度を成すと仮定する。この場合、入射ビー
ムと反射ビームとのなす角度は、９０’でなくてもよい
が、入射ビームと反射ビームとが、直角位相に位置付け
られていることにより、数学、計算回数、及び手順が、
簡略化される。

さらに、一方の偏光角は、Ｓ偏光角としてサンプル２の
表面に対して平行であり、他方の偏光角は、Ｐ偏光角と
してサンプル２の平行表面に対して垂直である。光検出
器８Ａは、入射ビーム５Ａの反射エネルギーの大きさを
、入射ビームのＳ偏光角とＰ偏光角とに選択的に示す出
力を送信する。第６図に示す点線の位置にサンプル２を
傾斜させることにより、反射ビーム５Ｃが発生し、光検
出器５Ｃにより遮断される。多数の光検出器が使用され
るか、又は１個の光検出器を８Ａ及び８Ｂの位置に回転
させるために、１個の移動可能なキャリッジが設けられ
ている。この分割型光検出器が、第６図等に簡略して示
されている。状態が良ければ正確さを失うことなく、多
数の光検出器を使用することができる。Ｓ偏光とＰ＠光
との比率のみ必要なので、発信される光の絶対の信頼性
は、重要ではない。

即ち、光検出器８Ｃの出力は、交互にＳ偏光とＰ偏光と
の方向のレスポンスを発生し、かつこのとき、サンプル
２の表面に対して異なる入射角の為に、夫々異なる値を
有する。第１図及び第２図で説明したように、遮断され
るＳ偏光とＰ偏光のビームの成分間のエネルギー準位は
、入射角の等しいときに異なるのではなく、入射角の異
なるときに、このエネルギー単位が異なり、かつ入射角
が異なるとき、大きざの比率も異なる。即ち、反射ビー
ム５Ａ内のＳ偏光とＰ偏光との比率は、反射ビーム５Ｃ
内のＳ偏光とＰ偏光との比率と異なり、かつ調整ビーム
３Ｃ内のＳ偏光とＰ偏光との比率と異なる。

サンプル２の表面を反射するビーム５Ａ、５Ｃにより、
明るい干渉と暗い干渉が生じ、サンプル２の厚さは正確
に変化せず、複雑である。また、２個の入射角により、
Ｓ偏光とＰ偏光との比率からサンプル２の厚さを決定さ
せる数学的関係を、公式化することができる。数学的関
係を使用せずにこの概念を説明する場合には、第６図の
装置の全ての要素、例えば、サンプルの厚さ、屈折率及
びＳ（Ｉ光とＰ偏光とを有する入射ビームの入射角等が
、既知である必要があり、このとき、２個の入射角によ
りＳ偏光とＰ偏光との比率の特性値を決定することがで
きる。更に、要素の１個が分らず、Ｓ偏光とＰ偏光との
比率が測定されたとき、この不明な要素が推定される。

後述するようにこの装置の損失のために、夫々の入射角
により反射ビームのＳ偏光とＰ偏光との比率絶対値を予
測することが、できない。Ｓ偏光とＰ偏光との比率を利
用することにより、反射ビームの成分の絶対値は、必要
とされない。入射ビームが入射する地点のサンプルの表
面のきずにより、Ｓ偏光とＰ偏光との両方に同じように
影響されるので、Ｓ偏光とＰ偏光との比率は、変化しな
い。光検出器のドリフト（ｄｒｉｆｔ）が無視できるよ
うな装置のドリフトにおいて、偏光板１８の変化率が、
装置のドリフトの比率に関係している。この点に関して
装置のドリフトは、温度、供給電圧の変化等に関連し、
かつ１秒以上の間隔で比較的に安定でいる。即ち、１〜
１００Ｈｚのオーダである第６図のアーム２０により、
最終結果への装置のドリフトの影響を小さくする。

光検出器８Ｄは、抽出されない入射ビームの光路を遮断
するために使用することができ、サンプル２により反射
される前のＳ偏光とＰ偏光との正確な比率を、与えるこ
とができる。前述した光検出器８Ａ、８Ｃの出力から得
られるＳ偏光とＰｇＡ光との比率により決定されるサン
プルの厚さの計算に、このような情報が組入れられる。

タイムシェア（ｔ　ｉｍｅ−ｓｈａｒｅｄ）されたＳ偏
光とＰ偏光−の偏光方向及び２個の入射角を利用して、
２個の未知数を有する２個の方程式を得ることができる
。即ち、第６図において、サンプル２の厚さを決定する
だけでなく、サンプル２の未知の反射率が、決定される
。サンプル２の光嗜　学的厚さが、光の入射ビームの半
波長を越えているとき、サンプル２の厚さを決定する式
により、２個の別々の解が得られる。しかし、基本的な
光学分析により、連続的に変化するサンプル２の厚さが
、Ｓ偏光とＰ偏光の比率から周期的な波長の形状を決定
する。例えば、１／４の光学的厚さ、３／４の光学的厚
さ、５／４の光学的厚さ等のとき、Ｓ偏光とＰ偏光の比
率が、等しいか又は略等しい。このとき、第６図の関係
で規定される方程式は、３個の未知数を規定する。実際
の厚さを表わす周期的曲線に位置する第３の未知数は、
第３の入射角、及びＳ偏光とＰ偏光の比率の出力を発生
する第３の光検出器から得ることが出来る。さらに、フ
ィルム状のサンプルの厚さ測定装置の典型的な利用は、
サンプルから測定される微少な波長変化を得ることであ
り、このことは、熟練した作業者の知識の範囲内である
。

このように、第６図に示すサンプル２の厚さと反射率を
決める独特の測定には、３個の反射角が必要であり、典
型的な使用での厚さの範囲は、微少な波長の値であり、
２個の入射角が必要である。

第７図において、回折格子ようなビームスプリッタ２Ｏ
Ａにより、入射ビーム３Ｂは複数の成分に分割される。

分割されたビーム３Ｅは集光レンズ３２を通過して、集
束され、サンプル２の表面の入射地点１０に入射する。

反射ビーム３Ｆ、反射ビーム３Ｇ及び反射ビーム３日は
、夫々光検出器３４Ａ１光検出器３４Ｂ及び光検出器３
４Ｃに入射され、３個の未知数を測定するときに、又は
その他の測定を必要とするときに、３個の出力を与える
ように、これら光検出器３４Ａ、３４８゜３４０が、円
形の行路３３に沿って設けられていることが好ましい。

ビーム３１．３Ｊ、３Ｋ及び光検出器３４Ｆ、３４Ｇ、
３４Ｈは、夫々第６図のビーム３Ｄ及び光検出器８Ｄと
同じ機能を有する。光検出器３４Ｆ、３４Ｇ、３４は、
夫々移動可能な光検出器である。また第７図には、ビー
ム３Ｂを複数のビームに分割する代わりの装置として、
ビームスプリッタ３０Ｂが示されている。

このビームスプリッタ３０Ｂは、１本の入射ビーム３Ｂ
及び複数の平行な出力ビーム３Ｄ１、出力ビーム３Ｄ２
、出力ビーム３Ｄ３、出力ビーム３Ｄ４及び出力ビーム
３Ｄ４が示された第８図の装置を、概略化したものであ
る。第８図において、ビームスプリッタ３Ｂは、反射率
の大きい後面４４と反射率の小さい前面４２とを備えた
光学的に透明なブロック４ｏを、有する。入射ビーム３
Ｂは、前面４２に覆われることなくブロック４０に入射
し、入射ビームの標準的な屈折が、第８図のポイントａ
で生じる。そして、ポイントｂで全反射が生じ、ポイン
トＣで部分反射が生じる。同様の効果が、後面４４と前
面４２どの他の入射地点で生じる。前面４２により部分
的に反射されるので、ビームの一部ｂｃのある部分は、
ビームの一部３Ｄ１としてブロック４０に生じる。ビー
ムが透明なブロック４０を通過するときの、微少な光の
エネルギーを除いて、５本のビームの一部３Ｄ１．３Ｄ
２３Ｄ３．３Ｄ４．３Ｄ５は、実質的に等しい光エネル
ギーの値を有し、かつ互いに平行である。この５本のビ
ームの一部の出力は、有効に利用され、そのうちの４本
は、Ｓ偏光とＰ偏光との比率の測定に利用され、残りの
１本は、第５に示す傾斜サーボ及び昇降サーボ内の参照
ビームとして利用される。

ビームの一部ＤＩ　、Ｄ２３Ｄ３．３Ｄ４．３Ｄ５に、
夫々等しい光の強度を与えるために、部分的に反射させ
る前面４２は、ポイントｃ、ｅ、ｇｉにおいて反射率の
変化が可能であり、ポイントｉに向かって反射率が小さ
くなっている。例えば。

以下のようにポイン１〜Ｃ，ｅ、Ｑ、１の反射率を決め
れば、等しい出力が得られる。この場合、多少の内部損
失は無視される。

ポイン１〜　反射される率　伝達率　反Ｉｌｊ率Ｃ８０
％　２０％　８０％ ｅ　６０％　２０％　７５％ ０　４０％　２０％　６７％ １　２０％　２０％　５０％ ｋ　０％　２０％　０％ また、Ｓ偏光とＰ偏光との比率は、夫々の入射角のみ必
要なので、ビームの一部ＤＩ　、Ｄ２３Ｄ３．３Ｄ４．
３Ｄ５が、必ずしも等しくする必要はない。部分的に反
射する前面４２の反射率を一定にし、ビームスプリッタ
３０Ｂ上の光強度の最小値が、略１０％であるならば、
このとき、一定の反射率を例えば６０％にした場合、ビ
ームの一部ＤＩ　、Ｄ２３Ｄ３．３Ｄ４．３Ｄ５の光の
強度は、略以下のようになる。

ポイント　反射される率　伝達率　反射率０　６０％　
４０％　６０％ ６　３６％　２４％　６０％ ０　２２％　１４％　６０％ ｉ　１３％　９％　６０％ ｋ　Ｑ％　１３％　０％ 入射角を大きくするほど、光の反射は大きくなる。即ち
、波線からの角度が大きくなるほど、多くの光のビーム
が反射し、このことは、意識的に分離したビームの一部
の光の強度を変更する場合に有利である。そして、入射
角を最小にしたときが、１本のビームの一部が、最大の
強度になる。

第９図には、この発明の第２の実施例が示されている。

第２の実施例の装置には、シャフト６８により支持され
、シャフト６８に連結したモータ６９により回転される
回転ディスク６２が設けられ、この回転ディスク６２に
より、Ｓ偏光とＰ偏光の偏光角は、交互にタイムシェア
される。特に、列を成している第１列の開口部は、回転
ディスク６２の第１の範囲に設けられ、各開口部６６に
は、第１の偏光角を有するビーム５０Ａが入射する。第
１列の開口部６６と位置の異なる第２列の開口部６４に
は、偏光板５８を通過し、ビーム５０Ａの偏′　光角に
対して直角であるビーム５０’Ｅの偏光角に方向付けら
れるビーム５０Ｃが入射する。開口部６６の開口の数と
開口部６４の開口の数とは異なり、サンプルの反射ビー
ムを遮断する光検出器でのビームは、ＦＭ・の分解能の
技術を利用して、検知される。即ち反射ビームは１個の
偏光角で脈動し、他の偏光角では、異なる周波数が生じ
るので、この異なる周波数により、後にあるポイントで
得られる２個の角度を決定し、合成の検知信号をＦＭで
識別することは、熟練した作業者にとって、容易なこと
である。第９図において、開口部６４の数は、この発明
の概念を例示するために、開口部６６に対して正確に半
分である。後にポイントで得られる偏光角を決定するた
めに、回転ディスク６２からのタコメータの信号を与え
るような他の技術により、開口部６６と異なる開口部６
４の必要性が無視できる。タコメータの同期の技術は、
良く知られているので、タコメータ装置の特殊なタイプ
の詳細な説明は行なわない。

全ての場合において、光学的装置は、ビームを分割する
キューブ５２．６０及びミラー５４．４６を有し、入射
ビーム３は、２本の平行ビームの一部５０Ａ１５０Ｃに
分割される。キューブ５２から横方向に反射されるビー
ムの一部５０Ｂは、ミラー５４に入射し、回転部ディス
ク６２の内側に位置する回転ディスク６２・を通過する
。入射ビームの外側に位置する反射しないビームの一部
５０Ａは、回転ディスク６２の外側に位置する開口部６
６を通過し、偏光プレート５８により偏光されたビーム
の一部５０Ｅと共に、ビームを調整するキューブ６０に
より合成され、合成ビーム５゜Ｆが形成される。偏光を
循環させるために、偏光プレート５８がビームの一部５
０Ｄの光路内に配設され、この結果、偏光されるビーム
の一部５０Ｅが、適用な関係でビームの一部５０Ａと合
成して、合成ビームが生じる。

回転ディスク６２が、１〜１．００　Ｈｚの範囲で回転
されているとき、合成ビーム５０Ｆは、互いに直行する
ように偏光されたビームの一部の列を有し、これら構成
体の初期段階、例えばレーザ光源６及び偏光板５８によ
り、前述した偏光された偏光波Ｓと偏光波Ｐが、発生さ
れる。キューブ２４及びその他の下流側に−する第９図
の構成体は、第６図及び第８図で説明した特性と機能に
対応する。

検査として入射ビームが、サンプルの表面に入射したと
き、Ｓ偏光とＰ偏光との成分の影響を分析することが、
この発明の特徴の１つである。反射ビーム又はビームに
関する限り、入射ビームがＳ偏光とＰ偏光との成分に分
割されるか、又はす樗 ンプルに入射して、反射後にＳ偏光とＰ偏光との成分に
分割することが生じる。

第１０図には、例えば偏光されない光、円偏光、又は偏
光板７２．７４の偏光角に対して４５°が好ましい直線
偏光の入射ビーム３を利用した、厚さの測定装置が示さ
れている。入射ビーム５が光検出器８に入射する前に、
モータ装置７８により矢印７６に移動される偏光板７２
と偏光板７４とに交互に、反射ビームが遮断される。

モータ装置７８が、光検出器の回路に利用されるライン
７９に同期信号を送信し、この信号と光検出器８からの
出力とにより、同期が生じる。即ち、光検出器８により
遮断されるビームの一部の偏光極性が、どのポイントで
も存在することを示すために、光検出器８により遮断さ
れる信号を分析する必要があり、ライン７９上の同期信
号により、この情報が得られる。

第１１図には、この発明の第３の実施例が示され、この
実施例において、入射ビーム３の偏光角は、中空軸８８
を備えたモータ８４により連続的に回転される。第１に
、偏光された入射ビーム３は円偏光板８０を通過して、
円偏光ビーム８２が発生する。この円偏光ビーム８２は
、モータ８４の中空軸８８を通過し、このモータ８４に
は、供給ライン８６により動力が供給される。中空軸８
８には、中空軸８８　、！Ｊ［略１０ＲＰＳ〜１０゜０
ＲＰＳの範囲で回転する偏光板９０が、収納されている
。この結果、ビームの一部９２の偏光角は、中空軸８８
の回転の割合で連続的に変化する。

Ｓ偏光とＰ偏光の偏光角は、１回転につき２回生じるの
で、Ｓ偏光とＰ偏光との比率を抽出する割合は、１秒間
に２０〜２００回である。

ビームの一部９２は、第８図で説明したビームスプリッ
タ４０に入射する。５本のビームの一部３Ｄ１．３Ｄ２
．３Ｄ３．３Ｄ４．３Ｄ５が、集中レンズ３２を通過し
、前述したようにサンプル２の表面に入射する。

第６図及び第９図の実施例において、サンプル２の表面
に入射する入射ビームのエネルギーは、交互にタイムシ
ェアされるビームの一部となり、これらビームの一部は
、後に隣接したビームの一部に対して、９０°の角度を
成すように回転される。このような光学的構成体が、こ
の発明の実行に必要なビームの特性の１つを与えている
。即ち、この特性は、入射ビーム又は反射ビームの交互
するＳ偏光とＰ偏光との比率である。

第１１図の第３の実施例は、ビームの一部を、不連続な
角度に変換するのではなく、ビームの一部９２が、偏・
光角Ｓと偏光角Ｐとの間で連続的に変化する。入射ビー
ムの不連続な偏光角が必要とされないので、目盛り装置
（ｃａ　ｌ　１ｂｕｒａｔｉｏｎ　ｃｌｅｖｉｃｅｓ）
が必要ない。即ち、初期段階のレーザ装置による角度の
変更、又はサンプル２に入射するビームの光路内の他の
装置による角度の変更に関係なく、ビームの一部が、連
続的に変化するので、ある時間のとき、ビームの変更角
のＳ偏光角が連続的に変化し、即ち、サンプル２の水平
面に対して平行である。他の時間は、Ｐ偏光角であり、
即ち、入射ビームの電場が、サンプル２の表面に対して
垂直である。サンプル２で反射した後、分離型の光検出
器３４、又はライン３３に沿って位置３４−１０から位
置３４−１に移動する１個の光検出器が、使用される。

サンプル２の厚さが、入射角を変化させたときのＳ偏光
とｐｇ光との比率を測定することにより得られるので、
不連続なＳ偏光とＰ偏光との角度が、入射ビームに含ま
れないということが、第１１図に示す構成体の特徴であ
る。しかし、ビームの偏光角がモータ４４により回転さ
れるので、サンプル２での最大反射のとき、即ち、Ｓ偏
光角が生じるとき、の時間が存在する。ビームの偏光角
が、モータ８４により回転されるので、サンプル２の表
面で生じる反射が最大の時、即ち、入射ビームの偏光角
が、正確にＰ偏光角である場合が存在する。ここで、あ
る材質のサンプルの場合には、Ｐ偏光角のとき反射が最
大となり、Ｓ偏光角のとき反射が最小となる。

第１図で説明したように、反射ビームのＳ偏光の成分の
みに注目して、その入射角が、略４５゜であるならば、
第１図のグラフより、Ｓ成分（Ｓｌ）が略１０％であり
、Ｐ成分のみの測定により、略１％の反射面であること
を示している。この結果は、Ｓ偏光とＰ偏光との比率が
、１０であることを示している。

位置周期後、Ｓ偏光方向内で検出された反射エネルギー
は、最大１０％の反射エネルギー（偏光角がＳ方向にあ
るとき）から、最小１％の反射エネルギー（偏光角がＰ
方向にあるとき）まで変化する。このことは、第１２図
のグラフの点線１１２に示され、この場合には、入射角
が一定であり、サンプル２からサンプル２の水平面対し
て平行に反射する反射エネスギーのみ、検出する検出器
で測定された場合に、対応するＳ偏光を示している。

同様にして、Ｐ偏光方向、即ちサンプル２の表面に垂直
方向内のエネルギーのみ測定する光検出器及び偏光板を
用いて、第１２図の点線１１３に示す波型と同類の波型
は、Ｐ方向に反射されるエネルギーの点線の曲面で示さ
れている。他方、光検出器が、単に偏光されずに反射ビ
ームを遮断するために使用されたとき、第１２図に示す
波１１２と波１１３の合成が、実行される。この合成は
、第１２図の実線１１０として示されている。光検出器
の出力が、アナログ信号の出力の山と谷を検知する検出
器に伝達され、波１１０の山は、反射ビームのＳ成分を
示し、波１１０の谷は、反射ビームのＰ成分を示してい
る。ＳとＰの比率は、この装置が作動されたとき、決定
される。第１１図において、この装置には、アナログ（
ａｎａｌ。

Ω）をデジタル（ｄｉｑｉｔａｌ）に変換するコンバー
タ９４が、アナログの波１１０をデジタル化して、この
デジタル化した波を、一連のデジタル化した情報に変換
する。この情報は、波１１０の山と谷を検出する有用な
デジタルプロセッサの変化により、影響される。第１１
図には、ピーク（ｐｅａｋ）／パリ（ｖａ　Ｉ　ｌ　ｅ
ｙ）検出器９６が示され、かつ例えば公知のサンプル及
びホールド回路を使用して、出力９８は不連続なＳとＰ
との表示に変換され、最終的にマイクロプロセッサの計
算機能が使用される。マイクロプロセッサ１１０は、各
入射角の場合のＳレベルとＰレベルに作用し、マイクロ
プロセッサの技術として公知の手段により、この結果を
プリンタ１０６又はディスプレイ１０４に送られる。

この発明の目的は、独創的な光学的技術を利用して、サ
ンプルの厚さ及び光学的特性を測定する測定方法及び装
置を提供することである。光学機械が、複数の入射角の
ときのＳとＰとの比率の説明で示され、各入射角を説明
するためにＳとＰとの比率が、重要である。

この発明に従う方法等のにより得られる利点は、従来技
術の利点の拡張だけでない。何故ならば、基本的な利点
が、従来の技術から説明できない。

大きな利点として、反射ビームの絶対値の測定を無くし
、複数の光源及び複数の検出器の使用による誤差を無（
し、ドリフトによる装置の変数より大きい割合で、Ｓと
Ｐとの偏光角が変化するので、ドリフトの変数を無くし
ている。さらに、サンプルの厚さの測定の正確さを増し
、余分の情報を提供し、及び又は未知の厚さのサンプル
の反射率を測定することが、可能であり、これら全ての
利点は、不利な点を生じることなく実行可能である。

最終的な厚さと反射率の結果を得るために、必要な実際
の計算は、熟練した作業者により実行可能である。第１
１図の構成体の変化する偏光角のとき、分析を補助する
マイクロプロセッサを設けることが、有利である。

サンプルの厚さの分析として利用される光ビームのある
特性の変化として、歪曲（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）のデ
フィニション（ｄ　ｉ　ｆ　ｉ　ｎ　ｉ　ｔ　１ｏｎ）
を利用して、この発明に関する一般的な説明をすること
ができる。そのパラメータの定量（又は同量）が知られ
た識別可能な２個のモード（例えばＳとＰの偏光角内の
エネルギーが、等しい大きさの歪曲（表面のきす、ドリ
フト等）を生じる工程により、伝達され、かつ同時に各
エネルギーモードの伝達として、決められた特性（例え
ば厚さ、反射率）の第２のパラメータ歪曲が、存在する
とき、伝達の工程の感度が全体の吸収より小さい場合に
は、他のモードの絶対伝達のパラメータ歪曲（増大、減
少）のために、一方のモード啼　の絶対伝達の歪曲に関
係する公式が、２個の伝達されるエネルギーの出力比を
測定することにより得られる。さらに、伝達装置の歪曲
の大きざが、同じ装置のパラメータ（厚さ、反射率等）
の公知の関数として変化されるとき、１個以上の装置の
パラメータ（反射角等）が変化している場合に、伝達さ
れる出力比のＮ測定を行なうことにより、伝達する歪曲
の関数の１個の値を備えた、Ｎの他の装置のパラメータ
が、計算される。

所望のパラメータが、周期的伝達歪曲の関数である場合
には、測定に必要な出力比の数は、所望のパラメータの
範囲及び変化されるパラメータの伝達の歪曲関数の特性
に、従属する。一般に、正確性は、特殊なパラメータの
装置の伝達の感度と、出力比の正確性に従属している。

この点に関して、２個の伝達された出力比（特に、これ
らの出力が同時に生じるか、又は伝達装置のドリフトの
大きさよりも大きい割合の時間で生じるとき）の測定は
、比較的正確なパラメータを備えた伝達の歪曲を測定す
ることより、容易である。

上述この発明に従って、サンプルの特性を失うことなく
、厚さ及び反射率の正確な測定を行なうことができる。

このことは、ＳとＰとの比と、１個の波長の光源により
実行可能である。１個の波長による入射角の変化により
、サンプルの付加的特性が測定され、及び又は測定の正
確さが付加される。この点について述べれば、シリコン
上の二酸化ケイ素等のフィルム状の材料の反射率は、入
射光の波長の変化したとき、一定であり、即ち、分散の
要因は、無視される。このような材料のとき、複数の波
長のビームの代わりに、複数の入射角を使用することが
でき、同じパラメータを決定する数学的モードが得られ
る。即ち、分散が要因でないとき、ビームの入射角Ｎを
使用する代わりに、入射角Ｎと異なる入射光の波長が使
用されて、同じ分析が得られる。便宜的に、相違する波
長のエネルギーを発振する複数の光源からの複数のビー
ムの代わりに、一定した複数の波長のエネルギービーム
を発振する公知の装置を使用することが、有利であり、
この公知の装置の例として、へりラム−ネオンレーザ装
置が、特殊なコーティングが成された選択的なミラーに
より、０．６３３ミクロン、１．１５２ミクロン及び３
．３９１ミクロンを発振する。一定した複数の波長のビ
ームが使用されたとき、ＳとＰの比率を厚さ及び又は反
射率に変換する数学的モードのみ必要とする。第６図の
装置には、一定した複数の波長のレーザビームを発振す
る光源６と、角度を一定に維持させる手段とが設けられ
ている。

第６図から第１０図において、夫々の実施例に最適なよ
うに、光源から発振するビームが偏光されないか、円偏
光されるか、又は角度を偏向される。例えば直線偏向は
、交互する２個の水平面の偏向角に対して、４５°の角
度を成すことが好ましく、ＳとＰの比率が、適宜に決定
される。

第６図の２個の偏光板１６を保持するアーム２０は、ビ
ーム３の光路に出入する１個の偏光板を備えたアーム２
０に変換することができ、これにより、第９図のビーム
５０Ｆの角度の特性と同様な変化をするビーム３Ａが、
発生する。また、１個の偏光板を使用することができる
。

第２図において、サンプル内の第１次の反射について考
察する。第２図のビームの他に、ビームの一部ＡＢ（及
び同様な要素）が、図面の下方に向かって通過するとき
、第１の反射面２′の下側から反射する第２次の光線が
生じる。これらが識別できる場合には、この反射は、第
２の反射面４−で再び発生し、この結果、サンプル２に
入射する合成ビームの最終の強度及び位相の特性を与え
る３次以上の反射が、発生する。正確性を増すために、
これら高いオーダの反射が、後述するように無限級数の
解を利用して、厚さと反射率の計算に組入れられる。

厚さ及び又は反射率に影響する要因に基づく公式を利用
して、手計算により示される法定式は存在しないので、
この明細書の参考文献としてコンピュータのプリントア
ウトが、同封されている。

このプリントアウトは、１６進法のフォーマットであり
、アップル製のコンピュータＩＩｅのモニタプログラム
により、解読可能であり、実行される。

アップル製のコンピュータ■ｅにプログラムリストが入
力されたとき、指示メツセージに従って、使用者が、必
要な全てのデータを入力した後、サンプルの厚さ及び反
射率が、表示される。特殊なデータ用のプロンプト／ア
ンサのコピーは、プログラムリストに従う。表示するた
めに、応答されたプロンプト／アンサのシートは、使用
者の入力データとこのデータの解が示されている。等号
又はクエスチョンマークの次に示される英数字は、使用
者が入力したデータである。このプログラムにおいて、
テストサンプルに与えられ、又は他の測定方法により測
定された゛強制的な”（ｆｏｒｃｄ）サンプルの反射率
の入力でも良い。プログラムの実行が終了したとき、強
制的なインデックスのサンプルの厚さが、表示されるの
で、この発明により測定された結果と比較することがで
きる。

プロンプト／アンサの部分は、この発明の理解に不適切
な情報を除外するために、プリントアウトされていない
。プログラムリストもプリントアウトされていない。上
記の説明によりプロンプト／アンサの部分は、自明であ
る。

上記の説明により、この発明は、多くの変形が可能であ
る。即ち、この発明の範囲内で上記の実施例に限定され
ることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は偏光されない光、入射平面内に偏光される光、
及び入射平面に対して垂直に偏光される光の入射角に対
して表面での反射の大きさを示すグラフ、第２図は入射
ビームが反射され、透過されたときの入射ビームによる
光路を示す図、第３図は放射エネルギービームを使用し
た従来の薄いサンプルの厚さの測定方法を示す図、第４
図は入射ビームの特別な偏光角のときのサンプルの厚さ
に対する反射エネルギーの大きさを示す図、第５図はこ
の発明の第１の実施例を示し、サンプルの傾斜と、サン
プルの上下関係の誤りを自動的に感知し訂正する光源ビ
ームの装置及び光検出器を示す図、第６図はサンプルの
表面に対して相違する２個の入射角のときの入射ビーム
の偏光角を変化させる概念を示す図、第７図はこの発明
の実施例に使用され、サンプルの表面に対して相違する
入射角で複数の入射ビームを入射させる構成体と、サン
プルを移動させて装置全体の調整を実行する構成体とを
示す図、第８図は１本の光源ビームからエネルギーの等
しい複数の平行ビームを発生させる、通常のビーム分割
のスプリッタ、第９図はこの発明の第２の実施例を示し
、特にビームを相違する偏光角に交互にタイムシェアを
発生させることを示す図、第１０′図はビームが通常の
検出器に入射する前に、タイムシェアの関係にある反射
エネルギービームを検出する方法を示す図、第１１図は
この発明の第３の実施例を示し、特に第８図のスプリッ
タに組合わせて、連続的に変化する偏光角を備えた入射
ビームを発生させる工程を示す図、第１２図は測定周期
の時間の関数としてＳ偏光角とＰ偏光角とに偏光される
光ビームの関係を示すグラフである。 ２・・・サンプル、３・・・入射ビーム、５・・・反射
ビーム、６・・・レーザ光源。 図面の浄書（内容に変更なし） １、事件の表示 特願昭６０−０１２７２０号 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ローレンスａエスーキャニノ ４、代理人 昭和６０年５月２８日

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. （１）単一波長を有し、所定の方向に偏光された放射エ
   ネルギーの光源ビームと、この波長のときの屈折率が必
   ずしも既知でないサンプルとを設ける第１の工程と、 タイムシェアの関係で前記光源ビームの偏光方向を変化
   させ、ビームの第１の偏光成分が第１の方向に指向させ
   、ビームの第２の偏光成分が第１の方向と相違する第２
   の方向に指向させる第２の工程と、 サンプルの大剣表面に対して第１の所定の角度で、前記
   サンプルの表面に偏光角が変化するビームを入射させる
   第３の工程と、 サンプルにより第１の所定の角度で反射されたビームを
   検出して分析し、反射された第１の偏光成分と第２の偏
   光成分との相対的大きさを測定する第４の工程と、 サンプルの表面に対して第２の所定の角度で、サンプル
   の表面に第２の工程のビームを入射させる第５の工程と
   、 サンプルにより第２の所定した角度で反射されたビーム
   を検出して分析し、反射された第１の偏光成分と第２の
   偏光成分との相対的大きさを測定する第６の工程と、 前記第１の所定の角度で反射された第２の偏光成分のピ
   ーク値に対する第１の偏光成分のピーク値の比率と、第
   ２の所定の角度のときに、第２の偏光成分のピーク値に
   対する第１の偏光成分のピーク値の比率とを比較する第
   ７の工程と、光源ビームの波長と、第１、第２の所定の
   角度と、第１．第２の偏光成分のピーク値の比率の比較
   との関係によりサンプルの厚さを示す数学モデルから、
   サンプルの厚さを測定する第８の工程とを具備′するこ
   とを特徴とする薄いサンプルの厚さの測定方法。　３
2. （２）＃２第２の工程は、前記第１の偏光成分と第２の
   偏光成分とを、互いに直交させ、夫々ＳビームとＰビー
   ムの成分とに指向することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の薄いサンプルの厚さの測定方法。
3. （３）前記第２の工程は、２本の相違する光路に交互に
   光源ビームを進行させ、ビームの偏光角度を変化させ、
   光源ビームが少なくとも１本の光路に沿って通過したと
   き、第１、第２のビーム成分が発生し、前記第３の工程
   の前に２本のビームの成分を１本の光路内に生じさせる
   工程を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の薄いサンプルの厚さの測定方法。
4. （４）前記第２の工程は、前記光源ビームの光路内に、
   互いに直交する偏光角にさせる第１の偏光板と第２の偏
   光板とを挿入する工程を有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の薄いサンプルの厚さの測定方法。
5. （５）前記第４の工程前に、前記光源ビームを、分離し
   た光路に沿った２本のビームに分割する工程と、 この分割されたビームを前記サンプルの入射地で合成す
   るように集束させ、自動的に第３、第５の工程を実行さ
   せる工程とを有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の薄いサンプルの厚さの測定方法。
6. （６）前記第１の工程は、前記光源ビームの光路内に偏
   光子を設けて、直線偏光のビームを発生させ、この直線
   偏光のビームを四分の一波長板に透過させて、円偏光の
   ビームに変換させる工程を有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の薄いサンプルの厚さの測定方法
   。
7. （７）前記第１の工程は、前記円偏光のビームを交互に
   ２枚の偏光板に通過させて、互いに直交する第１、第２
   の偏光成分を発生させる工程を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第６項記載の薄いサンプルの厚さの測定
   方法。
8. （８）前記第４の工程は、前記円偏光のビームを交互に
   ２枚の偏光板に通過させて、これらの相対的大きさを測
   定する前に、互いに直交させる工程′を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第６項記載の薄いサンプルの厚
   さの測定方法。
9. （９）その波長のときの屈折率が既知であるサンプルの
   入射表面に、−組の単一波長の放射エネルギービームを
   入射させ、各ビームが、互いに相違する２個の偏光角の
   成分を備え、かつ各ビームが、入射表面に対して相違す
   る入射角が与えられている第１の工程と、 サンプルにより反射される２本のビームを検出して分析
   し、各ビームの２個の成分により反射エネルギーの比率
   を測定する第２の工程と、光源ビームの一定ビームの波
   長と、既知の屈折率と、相違する入射角の値と、２本野
   ビーム成分の比率の比較との関係からサンプルの厚さを
   示す数学モデルから、サンプルの厚さを決定する第３の
   工程とを有することを特徴とする薄いサンプルの厚さの
   測定方法。
10. （１０）前記２個の偏光成分が互いに直交し、夫々Ｓビ
    ームとＰビームの成分とに規定することを特徴とする特
    許請求の範囲第９項記載の薄いサンプルの厚さの測定方
    法。
11. （１１）放射エネルギーの主要の光源ビームを設ける工
    程と、 ２本の相違する光路に交互に単一主要の光源ビームを透
    過させ、ビームの偏光角を変化させ、光源ビームが少な
    くとも１本の光路に沿って通過したとき、−組の角度が
    交換するビーム成分を発生させる工程と、 前記第１の工程の前に、２本のビームの成分を１本の光
    路内に進行させる工程とを有することを特徴とする特許
    請求の範囲第９項記載の薄いサンプルの厚さの測定方法
    。
12. （１２）前記第１の工程の前に、放射ビームの主要の光
    源ビームを設ける工程と、 前記主要の光源ビームの光路内に、互いに直交する偏光
    角にさせる第１の偏光板と第２の偏光板とを挿入する工
    程を有することを特徴とする特許請求の範囲第９項記載
    の薄いサンプルの厚さの測定方法。
13. （１３）前記第１の工程の前に、放射ビームの主要の光
    源ビームを設ける工程と、 前記光源ビームを、分離した光路に沿った２本のビーム
    に分割する工程と、 この分割されたビームを前記サンプルの入射地点で合成
    するように集束させ、自動的に前記第１の工程を実行さ
    せる工程とを有することを特徴とする特許請求の範囲第
    ９項記載の薄いサンプルの厚さの測定方法。
14. （１４）前記第１の工程の前に、レーザ光の主要の光源
    ビームを設ける工程と、 このレーザ光を偏光子に通過させて、直線偏光の光源ビ
    ームを発生させる工程と、 この直線偏光のレーザ光を四分の一波長板に通過させて
    円偏光のレーザ光に変換させる工程と、所定の回転数で
    偏光子を回転させる工程とを有することを特徴とする特
    許請求の範囲第９項記載の薄いサンプルの厚さの測定方
    法。
15. （１５）前記第１の工程は、前記円偏光のビームを交互
    に２枚の偏光板に透過させて、互いに直交１　する−組
    の偏光成分を発生させる工程を有することを特徴とする
    特許請求の範囲第１４項記載の薄いサンプルの厚さの測
    定方法。
16. （１６）前記工程は、前記円偏光のビームを交互に２枚
    の偏光板に透過させて、これらの相対的ピークの大きさ
    を測定する前に、互いに直交させる工程を有することを
    特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の薄いサンプル
    の厚さの測定方法。
17. （１７）その波長のときの屈折率が既知であるサンプル
    を備え、単一波長を有し、所定の方向に偏光された放射
    エネルギーを発生する放射エネルギービームの光源を設
    ける工程と、 タイムシェアの関係にビームの方向を変化させ、ビーム
    の第１の偏光成分が第１の方向に偏光させ、ビームの第
    ２の偏光成分が第２の方向に偏光させる第１の手段と、 サンプルの表面に対して第１の所定した角度で、サンプ
    ルの表面に偏光角の変化するビームを入射させる第２の
    手段と、 サンプルにより第１の所定した角度で反射されるビーム
    を検出して分析し、第１の偏光成分と第２の偏光成分と
    の相対的大きさのピークを測定する第３の手段と、 サンプルの表面に対して第２の所定した角度で、サンプ
    ルの表面にビームを入射させる第４の手段と、 サンプルにより第２の所定した角度で反射されるビーム
    を検出した分析し、第１の偏光成分と第２の偏光成分と
    の相対的大きさのビ〜りを測定する第５の手段と、 第１の所定の角度のときに、第２の偏光成分のピーク値
    に対する第１の偏光成分のピーク値の比率と、第２の所
    定の角度のときに、第２の偏光成分のピーク値に対する
    第１の偏光成分のピーク値の比率とを比較するコンパレ
    ータと、 光源ビームに一定波長と、第１、第２の所定の角度と、
    第１．第２の偏光成分のピーク値の比率の比較との関係
    からサンプルの厚さを示す数学モデルから、サンプルの
    厚さを測定するプロセッサ手段とを具備することを特徴
    とする薄いサンプルの厚さの測定装置。
18. （１８）前記第１の偏光成分と第２の偏光成分とを、互
    いに直交させ、夫々ＳビームとＰビームの成分に規定す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１７項記載の薄い
    サンプルの厚さの測定装置。
19. （１９）前記第２の手段は、２本の相違する光路に交互
    に光源ビームを通過させる手段と、ビームの偏光角度を
    変化させ、光源ビームが少なくとも１本の光路に沿って
    進行したとき、第１、第２のビーム成分を発生させる手
    段と、サンプルに入射する前に２本のビームの成分を１
    本の光路内に入射させる手段とを有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１７項記載の薄いサンプルの厚さの
    測定装置。
20. （２０）前記第２の手段は、前記光源ビームの光路内に
    、互いに直交する偏光角にさせる第１の偏光板と第２の
    偏光板とを交互に挿入させる手段を有することを特徴と
    する特許請求の範囲第１７項記載の薄いサンプルの厚さ
    の測定装置。
21. （２１）前記光源ビームを、分離した光路に沿った２本
    のビームに分割する手段と、 この分割されたビームを前記サンプルの入射地点で合成
    するように集束させる手段とを有することを特徴とする
    特許請求の範囲第１７項記載の薄いサンプルの厚さの測
    定装置。
22. （２２）前記放射エネルギービームの光源は、直線偏光
    レーザ光の光源であり、この直線偏光レーザ光が通過し
    たとき、円偏光レーザ光に変換させる四分の一波長板と
    、所定の回転速度でこの四分の一波長板を回転させる手
    段とを有することを特徴とする特許請求の範囲第１７項
    記載の薄いサンプルの厚さの測定装置。
23. （２３）互いに偏光角が方向付けられた一組の偏光板を
    有し、前記放射エネルギービームの光源は、前記円偏光
    のビームを前記−組の偏光板に交互に通過させて、第１
    、第２の偏光成分を発生させる手段を有することを特徴
    とする特許請求の範囲第２２項記載の薄いサンプルの厚
    さの測定装置。
24. （２４）−組の偏光板を有し、前記第４の手段は、検出
    器に入射する反射ビームの前に、交互に２個の偏光板に
    反射光を通過させて、互いに直交させる手段を有するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第２２項記載の薄いサン
    プルの厚さの測定装置。
25. （２５）−組の単一波長の放射エネルギービームを発生
    させる第１の手段と、 その波長のときの屈折率が既知であるサンプルの入射表
    面に、−組の波長の放射エネルギービームを入射させ、
    各ビームが、互いに相違する２個の偏光角の成分を有し
    、かつ各ビームが、入射表面に対して相違する入射角が
    与えられている第２の手段と、 サンプルにより反射される２本のビームを分析し、各ビ
    ームの２個の成分により反射エネルギーの比率を測定す
    る第３の手段と、 光源ビームの波長と、既知の屈折率と、相違する入射角
    度の値と、２本のビーム成分の比率の比較との関係から
    サンプルの厚さを示す数学モデルから、サンプルの厚さ
    を測定する第４の手段とを有することを特徴とする薄い
    サンプルの厚さの測定装置。
26. （２６）単一波長の光源ビームと、この波長のときの屈
    折率が既知であるサンプルとを設ける工程と。 ビームを偏光させて第１の偏光成分を第１の方向に方向
    付けし、ビームの第２の偏光成分が第２の方向に方向付
    けさせる工程と、 偏光したエネルギービームを少なくとも２本のエネルギ
    ー光線に分割して、各分割された光線は、夫々第１、第
    ２の偏光成分を備え、その隣接したビームの軸に対して
    角度的に変換されるビームの軸を有する工程と、 分割された光線をサンプルの入射面に入射させる工程と
    、 サンプルにより反射されて、分割された光線を検知して
    分析し、各ビームの反射成分の大きさを測定する工程と
    、 反射された各光線により第１の成分と第２゛の成分との
    比率を比較する工程と、 光源の一定波長と、各入射ビームの角度と、第１、第２
    の偏光成分のピーク値の比率の比較との関係によりサン
    プルの厚さを示す数学モデルから、サンプルの厚さを測
    定する工程とを具備することを特徴とする薄いす□ンプ
    ルの厚さの測定方法。
27. （２７）一定した複数の波長を有し、所定の方向に偏光
    された放射エネルギーの光源ビームと、この波長のとき
    の屈折率が必ずしも既知でないサンプルとを設ける工程
    と、 タイムシェアの関係でビームの偏光方向を変化させ、ビ
    ームの第１の偏光成分が第１の方向に方向付けし、ビー
    ムの第２の偏光成分が第２の方向に方向付けする工程と
    、 所定の角度で、サンプルの入射表面にビームを入射させ
    る工程と、 サンプルにより所定の角度で反射されたビームを検出し
    て分析し、第１の波長のビームに対して第１の偏光成分
    と第２の偏光成分との相対的大きさを測定する工程と、 サンプルにより所定の角度で反射されるビームを検出し
    て分−析し、第２の波長のビームに対して第１の偏光成
    分と第２の偏光成分とのピークの相対的大きさを測定す
    る工程と、 第１の所定の角度のときに、第２の偏光成分に対する第
    １の偏光成分の比率と、第２の所定の角度のときに、第
    ２の偏光成分に対する第１の偏光成分の比率とを比較す
    る工程と、 光源ビームの波長と、所定の角度と、第１．第２の偏光
    成分の比率の比較との関係からサンプルの厚さを示す数
    学モデルから、サンプルの厚さを測定する工程とを具備
    することを特徴とする薄いサンプルの厚さの測定方法。
28. （２８）一定の波長と変化する。偏光方向を備えた放射
    ビームの光源ビームを設ける第１の工程と、偏光角の変
    化するビーム所定の角度でサンプルの表面に入射させる
    第２の工程と、 サンプルに入射するビームを検出して分析し、ビームの
    第１の偏光成分と第２の偏光成分との相対的大きさを測
    定する第３の工程と、 光源ビームの波長と、所定の角度と、第３の工程の結果
    との関係から光学的特性を示す数学モードからサンプル
    の光学的特性を測定するＭ４の工場　程とを具備するこ
    とを特徴とする薄いサンプルの特性の測定方法。
29. （２９）前記第１の工程は、光源ビームの偏光角を連続
    的に変化させる工程を有し、 前記段３の工程は、サンプルに入射したときのビームの
    第１の偏光成分と第２の偏光成分とのピークの大きさを
    測定する工程を有することを特徴とする特許請求の範囲
    第２８項記載の薄いサンプルの特性の測定方法。
30. （３０）一定の波長と変化する偏光方向を備えた放射ビ
    ームの光源ビームを設ける第１の手段と、偏光角の変化
    するビームを所定の角度でサンプルの表面に入射させる
    第２の手段と、 サンプルに入射するビームを検出して分析し、ビームの
    第１の偏光成分と第２の偏光成分との相対的大きさを測
    定する第３の手段と、 光源ビームの波長と、所定の角度と、第３の手段の結果
    との関係から光学的特性を示す数学モードからサンプル
    の特性を測定する手段とを具備することを特徴とする薄
    いサンプルの光学的特性の測定装置。
31. （３１）前記第１の手段は、光源ビームの偏光角を連続
    的に変化させる手段を有し、 前記段３の手段は、サンプルに入射したときのビームの
    第１の偏光成分と第２の偏光成分とのピークの大きさを
    測定する手段を有することを特徴とする特許請求の範囲
    第３０項記載の薄いサンプルの特性の測定装置。