エリプソメトリーは、非破壊で表面特性を測定する光学的手法の一つです。エリプソメトリーでは、偏光した電磁波をある入射角（Angular of Incident: AOI）で照射し、サンプルを観察する方法です。照射される光の波長（またはエネルギー）は、紫外から赤外までのスペクトル範囲のものがよく用いられます。エリプソメトリーは、試料表面からの反射によって生じる偏光の変化を検出し、定量化します（図1）。

エリプソメトリー測定では、試料表面のわずかな変化に対して敏感です。特に、平坦で反射率の高い試料表面に施された透明または半透明の薄膜コーティングの特性評価に優れています。1nm以下の薄膜層（単原子層や単分子層）、数ミクロンの厚みを持つ層や複数の層を持つ積層講造も測定することも可能です。

エリプソメトリーの精度を高めるには、どのような工夫が必要なのでしょうか。それは、2つの重要な要素に集約されます：

1. 干渉透明または半透明の薄膜層内での多重反射によって発生する現象で、反射した光の振幅と位相が薄膜層の厚さと屈折率に非常に強く依存する（図2）。

2. で試料をプロービングすると偏光軽くて斜めAOIは、異なる入射偏光状態における（相対的な）位相変化を知ることができる。この情報は、通常入射時や偏光制御がない場合には失われることになる（図3）。

反射率測定法などの他の光学測定法では、薄膜の特性評価には反射光の強度（反射波の振幅）のみを使用しますが、エリプソメトリーではさらに、試料に起因するプローブ波の（相対的な）位相シフトを利用することができます。この付加的な位相感度が、薄膜層の特性評価における優れた精度と感度を生み出すのです。

エリプソメトリー測定では、試料の偏光特性を、プローブ光のエネルギーごとに2つの実数、いわゆるエリプソメトリーパラメーターに落とし込みます。Δ (「Delta」、位相情報)およびΨ(「Psi」、振幅情報)。

これらの量の詳細な意味を理解するためには、試料表面による偏光電磁波（EM）の鏡面反射の数学的記述を紹介する必要があります。一般に、反射によって入射電磁波の振幅と位相は変化する。しかし、斜めAOIでは、P偏波とS偏波でこれらの変化量が異なるため（図3）、次のように書くことができる：

Ep,s とEp,s'  は複素数(i 虚数単位）であり、試料表面で反射する前のP偏波とS偏波の電界振幅と位相をそれぞれ表している；
rp,s と δp,s は、それぞれの試料に起因する振幅と位相の変化である。

最後に、エリプソメトリックパラメータの数学的定義を示します。 Δ  とΨ:

したがって、Δ  は、P偏光とS偏光のEM波の試料起因の位相差であるのに対して Ψ  は、これらの波の試料による振幅変化の比を定量化したものです。