JP2001041850A - 異方性薄膜の評価方法及び評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示素子に用いられる液晶配向膜等の異
方性薄膜の分子配向評価法と評価装置を提供する。 【解決手段】 異方性配向膜の分子配向状態を試料から
の反射光の偏光状態を測定することにより評価する方法
において、試料の測定面内回転移動機構の回転ステージ
２０１と、試料の測定面内方向に互いに直交した方向に
水平移動する機構の平行移動ステージ２０２・２０３、
及び試料測定面傾斜の微調整機構の傾き角調整機構２０
４、上下に移動して試料の測定面高さを調整できるＺ軸
ステージ２０５をもつ試料ステージを保持することによ
り、被測定試料表面内の高さに異なる部分を有する場合
においても全画素の評価が可能となる。かつ、回転ステ
ージの精度不足による位置ずれを平行移動ステージ２０
２・２０３による微調整により補うことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶分子に初期配
向を与える液晶配向膜等、分子配向に異方性がある薄膜
における分子配向状態の評価方法及びその装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子に用いられる液晶配向膜等
の異方性薄膜の評価法は、可視光線を用いる方法として
は、複数の波長を入射した際に発生する反射光強度の入
射角依存性を測定する方法（特開平５−５６９９号公
報、特開平４−３２９３３３号公報）や、反射光強度の
入射角及び入射方位との依存性から測定する方法（特開
平３−６５６３７号公報）、直線偏光した入射光をレン
ズにより集光した後、Ｓ偏光成分のみ及びＰ偏光成分の
みをもつ入射光を用いて、反射光強度の入射角及び入射
方位依存性を能率的に測定する方法（特開平８−１５２
３０号公報）、試料を面内回転させ反射光の偏光状態に
おける入射方位依存性から配向部の誘電率、膜厚及び主
誘電率座標の方向、無配向部の誘電率と膜厚を決定する
方法（特開平９−２１８１３３号公報）等が提案されて
いる。一方、可視光線を用いない方法としては、有機薄
膜の分子配向状態を評価するために直線偏光した赤外線
を用いた赤外線吸収分光による方法が広く行われている
（R. Arafune et al., Appl. Phys. Lett. 71, 2755, 1
997、他）。これらは試料を透過する赤外線の強度の偏
光方位と試料方位の相対的角度に対する変化量を測定す
るものである。つまり赤外線吸収量が分子配向方位によ
って違う二色性を検出して配向方位を評価する手法であ
る。この手法はシリコンや弗化カルシウム（ホタル石：
ＣａＦ₂ ）など赤外線が透過する基板上に作成された膜
に限られる。前者の可視光線を利用する方法は、結晶性
が高い無機物の薄膜においては結晶構造と光学的異方性
の相関が明らかになっているものも多いため、分子配向
と等価な結晶配向に関して定量的な評価が可能である。
特に、特開平９−２１８１３３号公報は光学的異方性ば
かりでなく、試料膜厚も決定することが可能である点か
ら有効な手段と考えられる。

【０００３】図２０は、試料に一定の偏光状態の光を一
定の入射角にて入射した場合に生じる反射光の偏光状態
の入射方位依存性を測定する際に用いられる従来の測定
装置の概略の構成を示すブロック図である。図２０にお
いて、１０１は光源、１０２は偏光子、１０３は試料、
１０４は試料ステージ、１０５は回転機能を持つ１／４
波長板等からなる位相差板、１０６は回転機能を持つ検
光子、１０７は光強度検出器である。１０９はコンピュ
ータであり、偏光測定装置（光源１０１、偏光子１０
２、位相差板１０５、検光子１０６、光強度検出器１０
７を指し示す総称とする）、試料ステージを制御し、測
定値の格納と処理を行う。

【０００４】１１０はレンズであり、入射光側のレンズ
な焦点位置における径調整に用いられ、反射光側のレン
ズは光強度検出器に入射する光が平行光線となるように
制御する。１１１は画像出力装置であり白黒のコントラ
ストの階調により配向度の面内分布を表す。また、偏光
子方位は入射光と反射光とにより定義される散乱面に対
して４５°程度の角度に設定され、また検光子１０６の
偏光方位は偏光子１０２に対して９０°の角度になされ
ている（いわゆる直交ニコル）。

【０００５】図２１は、図２０に示された試料ステージ
１０４の詳細な構成を示す斜視図である。２０１は試料
を試料表面に対し面内回転させるための回転ステージ、
２０２と２０３は試料表面に対し平行に移動する平行移
動ステージ（２０２はＸステージ、２０３はＹステー
ジ）である。回転ステージ２０１の回転軸は試料１０３
表面上の入射光があたる焦点位置を通るように配置され
ている。回転ステージ２０１の上に設置された２つの平
行移動ステージ２０２、２０３は移動方向が回転軸と直
交するように配置され、かつそれぞれの平行移動の方向
が直交している。なお、図２１中の矢印は各ステージの
移動方向を示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】液晶表示素子の各画素
は薄膜トランジスタや配線により構成され、それぞれの
画素の縦横の長さは数十μｍ程度である。これら実際の
液晶表示素子上における液晶配向膜の評価を行う場合に
は、絞りやレンズ等により径を絞った光を用いるととも
に、回転ステージの機械的精度が要求される。例えば、
試料表面においての光の径が１０μｍである場合には、
回転ステージには回転中心のぶれが１μｍ以下であるこ
とが要求される。しかしながら、軸精度が１μｍ以下の
回転ステージを製作することは困難な状況にある。更
に、液晶表示素子の液晶配向膜を測定する場合、画素を
構成するための下地構造が液晶配向膜の下に存在するた
めにガラス基板の裏面と液晶配向膜表面が必ずしも平行
とは限らない。そして、品種によってガラス基板の厚さ
や画素を構成する薄膜の厚さも異なるため、回転ステー
ジと試料を保持するステージと平行移動ステージだけで
は異なる品種の液晶表示素子の液晶配向膜評価をするこ
とができない。また、カラーフィルタ付きの画素の場合
は各カラーフィルタの色ごとに下地の厚さが違う場合が
多いため、同一の基板上においても従来の装置構成では
全画素の評価が困難である。

【０００７】本発明の課題は上述した従来技術の問題を
解決することであり、その目的は、液晶配向膜試料等の
異方性薄膜を評価する為、一定の偏光状態の光を一定の
入射角にて入射し、その反射光における偏光状態の入射
方位依存性の面内分布を求める際に、回転ステージの軸
精度が１μｍ以下の場合と同等の精度に補うことができ
るようにすることである。また、被測定試料表面の高さ
や傾きに異なる部分の有る場合にも、面内全領域の評価
を高精度に行い得るようにすることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、薄膜試料の表面に一定の偏光状態
の単色光を一定の角度から入射した際に発生する反射光
の偏光状態の入射方位依存性を評価する方法であって、
（１）試料が搭載された回転ステージを回転させて試料
に対する光入射方位を所定の方位に設定する過程と、
（２）回転ステージが回転したことに伴う試料表面の平
面方向の位置ずれを補正する過程と、（３）前記単色光
を入射して反射光の偏光状態を測定する過程と、を有す
ることを特徴とする異方性薄膜の評価方法、が提供され
る。そして、好ましくは、前記第（１）の過程の後、前
記第（２）の過程に先立って、若しくは、前記第（２）
の過程の後、前記第（３）の過程に先立って、回転ステ
ージが回転したことに伴う試料表面の高さのずれ、及び
／又は、試料表面の傾きを補正する過程が挿入される。
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、液
晶配向膜等の異方性薄膜の分子配向状態を評価するため
に用いる評価装置における試料を搭載するステージとし
て、試料表面の法線方向に対し平行移動する機能を持つ
ステージ（Ｚステージ）、測定点を中心に試料を面内回
転させる機能を持つステージ（回転ステージ）、試料表
面内に平行移動する機能を持つステージ（Ｘステージと
Ｙステージ）、及びスイベル（swivel）等により試料面
の入射光に対する傾き角を微調整する機構（傾き角調節
機構）を備えているものが提供される。

【０００９】

【作用】試料表面の法線方向に平行移動する機能を持つ
ステージ（Ｚステージ）とスイベル等により基板の傾き
を調整する機構（傾き角調節機構）の利用により被測定
試料表面の高さや傾きに面内で異なる部分が有る場合に
も高い精度の評価が可能となる。また、反射光の入射方
位依存性を測定する際に回転ステージを用いて試料方位
を変えるが、回転ステージの機械的精度不足によって生
じる測定位置のずれは、試料表面内に平行移動する機能
を持つステージ（ＸステージとＹステージ）の利用によ
り試料を移動させることによって補正できる。さらに、
Ｚステージと傾き角調節機構とを利用することにより、
回転ステージが回転する都度、高さ及び傾きを補正する
ことが可能になり、より高い精度の測定が可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明の異方性薄
膜の評価装置の概略の構成を示すブロック図である。１
０１は単一波長光の光源であり、例えば波長６３３ｎｍ
程度のＨｅ−Ｎｅレーザー光源が用いられる。１０２は
偏光子、１０３は試料、１０４は試料ステージ、１０５
は回転機能を持つ位相差板であり１／４波長板等が用い
られる。１０６は回転機能を持つ検光子、１０７はフォ
トマルチプライヤーなどからなる光強度検出器である。
１０８は試料１０３の傾きを測定するオートコリメータ
と測定位置近傍を観察する顕微鏡でありＣＣＤカメラに
よって画像情報が取得される。オートコリメータ及び顕
微鏡１０８の像取り込み部分は試料の測定位置の上方に
設置される。１０９はコンピュータであり、偏光測定装
置（光源１０１、偏光子１０２、位相差板１０５、検光
子１０６、光強度検出器１０７を指し示す総称とす
る）、試料ステージ１０４、オートコリメータ及び顕微
鏡１０８を制御し、測定値の格納と処理を行う。１１０
はレンズ、１１１は画像出力装置であり白黒等のコント
ラストの階調等により配向度の面内分布を表す。

【００１１】また、偏光子１０２の偏光方位は入射光と
反射光とにより定義される散乱面に対して４５°程度の
角度とし、検光子１０６の偏光方位は偏光子１０２の偏
光方位に直交するようにする。入射光側の偏光子１０２
と試料１０３との間に設けたレンズ１１０は、焦点位置
におけるビーム径を調整するためのもので例えば径を１
０μｍ程度となるようにする。また、反射光側は焦点距
離が入射光側とおなじレンズ１１０を検光子１０６と光
強度検出器１０７の間に入れ、検出される光が平行光線
となるようにする。

【００１２】図２は、図１に示された試料ステージ１０
４の具体的な構成を示す斜視図である。２０１は回転ス
テージ、２０２、２０３は平行移動ステージ（２０２は
Ｘステージ、２０３はＹステージ）、２０４は傾き角調
節機構、２０５はＺステージ、２０６は試料を保持する
ステージである。回転ステージ２０１の回転軸は試料１
０３表面上の入射光があたる焦点位置を通るように配置
される。回転ステージ２０１の上に設置された２つの平
行移動ステージ２０２、２０３は移動方向が回転軸と直
交するように配置され、それぞれの平行移動の方向は直
交している。さらに平行移動のステージの上にスイベル
等からなる試料表面の傾きを調整する傾き角調節機構２
０４が設けられ、直接に試料１０３が置かれるステージ
２０６の傾き角を調整する。Ｚステージ２０５は、回転
ステージ２０１の下にとりつけられた回転軸と平行に移
動し、厚さの違う試料に対応して試料表面の高さを最適
化する。なお、図２中の矢印は各ステージの移動方向を
示している。

【００１３】なお、動作させたステージ等より上部にあ
るステージ等は動作させたステージ等と一体となって動
くものであり、各ステージの組み合わせとしては、Ｘス
テージ、Ｙステージと傾き角調節機構は回転ステージ２
０１の上部に配置される必要があり、Ｚステージの設置
位置には特に制限はない。一例として、試料を保持する
ステージから遠い順に回転ステージ、Ｚステージ、Ｘス
テージ、Ｙステージ、傾き角調節機構といった組み合わ
せができる。回転ステージ２０１には自作のものを用い
た。平行移動ステージ２０２、２０３には市販の品を用
い、駆動は５相のステップモータにより行った。バック
ラッシュ等による位置決め精度の再現性の低下を避ける
ため、位置決め分解能向上のために用いられるレデュー
サ（減速機）を用いることなく、ステップモータの軸に
取り付けられたウオーム軸を直接ステージに固定した。
位置決め分解能１μｍを達成するために、ステップモー
タドライバを、１００００パルスに１回転程度に設定し
た。

【００１４】［回転ステージの位置ずれの測定］回転ス
テージの位置ずれの測定を以下のように行った。先ず、
位置ずれデータ作成用試料を作成する。直径１５μｍ程
度の金薄膜を１辺１０ｍｍ程度のガラス基板上に４５μ
ｍ程度の間隔にて格子状に真空蒸着した。ガラス基板の
裏面には保護膜を作成した。保護膜はアセトン洗浄の
後、ポリアミン酸を塗布し、３００℃程度にて６０分程
度焼成して得られたポリイミド膜である。この基板を温
度２０℃程度の濃度８％の弗化水素水に５５秒浸した。
濃度１規定の水酸化ナトリウム水溶液に１２０分程度浸
漬することにより、弗酸によるガラス面のエッチング反
応を停止させるとともに、基板裏面のポリイミド保護膜
を除去した。その後、４０℃程度の純水にて２回洗浄し
た後、アセトンへの３０分の浸漬と純水洗浄及び裏面の
布による拭き取りを３回繰り返して裏面のポリイミド膜
を完全に除去した。最後に流水洗浄後に８０℃程度窒素
雰囲気のオーブンにより乾燥を行った。以上のようにし
て図３に示すような円形の金薄膜が格子状に蒸着された
板を得た。実際に金薄膜格子が蒸着している範囲は１辺
５ｍｍ程度の正方形の範囲であるが図３はその一部分を
模式的に示したものである。図３の３０１は金蒸着部
分、３０２は弗酸によるエッチングによりスリガラス状
になった部分である。

【００１５】上記のように作成された位置ずれデータ作
成用試料を試料ステージに設置して回転ステージの位置
精度を測定した。オートコリメータによって試料表面の
傾きを測定し傾き角調節機構を動作し調整しようとした
ところ、スリガラスの部分が多く、反射光強度が弱い
上、反射像の周囲の境界があいまいになったため、傾き
調整の精度は他の試料の場合よりも劣っていた。そのた
め位置ずれデータ作成用試料と同じ厚さと形状をもつ光
学研磨されたガラス基板を使用して傾き角を調整し、ス
テージのおよその高さを決定した後、再び位置ずれデー
タ作成用試料を設置し直した。

【００１６】続いて、回転ステージの目盛りが示す入射
方位を０°にしておき、平行移動ステージを微調整程度
に移動させながら検出される反射光強度が付近にて最大
になる位置を捜し、そこを座標（０、０）とした。この
時、試料を試料測定部分表面内に平行移動させる機能を
持ち特定方向に移動するステージをＸステージ、それと
は表面内にて直交する方向に移動するステージをＹステ
ージとし、Ｘステージの移動する方向をＸ方向、Ｙステ
ージの移動する方向をＹ方向とした。なお、このときの
光の入射角は４５°程度に設定したため、試料表面上に
て光は入射方向に１４μｍ程度、それに対し垂直方向に
１０μｍ程度の楕円形になっていると考えられる。この
状態にて回転ステージを１０°ずつ回転させ、それぞれ
の入射方位ごとにＸステージ及びＹステージを移動させ
ることによって検出される反射光強度が最大になる位置
を探した。図４、５に上記の方法にて測定された、回転
ステージのＸ方位とＹ方位における位置補正量を示す。
以上のようにして回転ステージ起動時の位置ずれ補正の
ための参照用データが取得された。なお、金を位置ずれ
データ作成用試料を用いたのは光の反射率が高いため、
反射光の観測からスリガラス状になった部分との判別が
付き易い為等による。

【００１７】上述のようにして取得できた回転ステージ
精度補正の参照用データは、回転ステージを回転間隔１
０°にて回転させた際の、離散的な入射方位に対するＸ
ステージ及びＹステージの補正量のデータであるため、
データを取得した以外の入射方位についても補正できる
ようにするには、また、コンピュータにて自動位置ずれ
補正を行うプログラムを作成するためには、参照用デー
タを補間することが必要である。回転ステージの光入射
方位をＡとする。得られている回転ステージ精度補正の
参照用データのある方位は回転ステージを１０°間隔に
て回転させているので、１０×Ｉ（Ｉは整数）であり、
Ｘ及びＹ方向の位置ずれをＸ（Ｉ）、Ｙ（Ｉ）と定義す
る。任意の入射方位角Ａにおいての位置ずれは測定され
た位置ずれを補間して、Ａ／１０の整数部分をＪとした
ときに、Ｘ、Ｙ方向の位置ずれを各々式（１）、式
（２）とすると、 ｛Ｘ（Ｊ＋１）−Ｘ（Ｊ）｝×（Ａ／１０−Ｊ）＋Ｘ（Ｊ） （１） ｛Ｙ（Ｊ＋１）−Ｙ（Ｊ）｝×（Ａ／１０−Ｊ）＋Ｙ（Ｊ） （２） と表せる。このようにして求めた位置ずれの補間の式に
基づき、ＸステージとＹステージにより各方位ごとに移
動し補正することができる。

【００１８】被測定試料は以下のように作成した。２５
μｍの間隔にて幅１０μｍのクロム配線が蒸着されたガ
ラス基板（コーニング７０５９）上に日産化学製ポリイ
ミドＰＩ−Ｂをスピンコートし、９０゜Ｃにて３０分加
熱した後、２５０゜Ｃ程度にて６０分加熱した。その後
に直径５０ｍｍの布ローラーを用いて、押し込み長０．
１ｍｍ、回転速度８００ｒｐｍ、基板移動速度３０ｍｍ
／ｓにて２回のラビングを行った。位置ずれ補正の有無
による違いを示す例として、後述する偏光状態の入射方
位依存性を位置ずれ補正せずに測定した結果と、位置ず
れ補正を行って測定した結果を各々図６、図７に示す。
図６には位置ずれのため入射光の一部が配線にかかり、
測定された偏光状態が異常な値になっている方位がある
と考えられる。位置補正を行うと図７のように全方位に
わたって異常値が現れることはなくなる。

【００１９】偏光測定に先立って回転ステージの回転中
心と測定位置、及び試料表面の測定位置における法線と
回転ステージの軸が一致するように、Ｚステージと傾き
角調節機構によって試料位置の調整を行う。試料高さの
最適化は検出器に入る反射光強度を最大化するようにＺ
ステージにより調整し、試料傾きの最適化はオートコリ
メータにて傾き状態を測定しながら傾き角調節機構によ
り試料表面が水平になるように傾き調整を行う。偏光の
入射方位依存性測定は、ある入射方位からの反射光の偏
光状態（Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の位相差Δ、Ｐ偏光成
分のＳ偏光成分に対する振幅比の逆正接ψ）が決定され
たのち、回転ステージによって試料を回転して、入射方
位を変える。この繰り返しによって試料が１回転を超え
るまで回転させて、反射光の偏光状態の入射方位依存性
を測定する。この際の入射方位変更の間隔は等間隔にと
るのが一般的である。なお、回転ステージを用いて入射
方位を変えるたびに傾き角調節機構による傾き調整とＺ
ステージによる高さ調整を行うことが望ましいが、近年
の液晶表示素子用ガラス基板表面の加工精度は相当に高
いため、精度のよい回転ステージを使用し同一位置の測
定であるなら、入射方位を変えるごとに測定試料表面の
高さ方向及び傾き角の調整をする必要のない場合も多
い。また、高さ方向の調整と傾き角の調整は、必要に応
じていずれか一方のみとすることができる。

【００２０】前述のようにしてあらかじめ得られた回転
ステージ精度補正の参照用データを補間した式を用い、
位置補正しながら被測定試料の偏光状態の入射方位依存
性、面内方向依存性等を従来から用いられている方法に
より以下のように測定していく。光源から出た光は偏光
子により一定の偏光状態にされ、試料表面に入射する。
試料表面からの反射光の偏光状態は回転機能を持つ検光
子、位相差板を通過することにより変調がかけられ、光
強度検出器にて光の強度が測定される。反射光の偏光状
態を測定するには、回転検光子法、回転位相子法、消光
点法（参照：大塚、日本金属学会会報、２０巻７号６１
４ページ１９８１年）などの測定法を用い、ガラス基板
上に作成された液晶配向膜中の分子配向の状態を評価す
るエリプソメトリ（Ellipsometry：偏光解析）を行い、
偏光状態を測定する。

【００２１】ある入射方位からの反射光の偏光状態が決
定されたならば、回転ステージによって試料を面内回転
して、入射方位を変える。この繰り返しによって試料が
１回転を超えるまで回転させて、反射光の偏光状態の入
射方位依存性を測定する。この際の入射方位変更の間隔
は等間隔にとるのが一般的である。そして、その際に、
本発明に従って回転ステージの位置補正がなされる。

【００２２】更に、反射光の偏光状態の入射方位依存性
から配向膜の分子配向状態を直接反映した配向部分の誘
電率、主誘電率、主座標系の膜表面に対する角度、厚さ
を求め、また、ラビング処理によっても分子配向を生じ
ない非配向部分の屈折率と厚さを求めることにより液晶
配向膜表面の分子配向を評価する。即ち、ラビング処理
によって形成された液晶配向膜は最表面相が異方性のあ
る物質、その下の無配向相を等方的な物質の２層からな
る膜と考える。このような構造の膜表面において光が反
射された際の反射光の偏光状態は異方性層の主誘電率、
主座標系の膜表面に対する角度、厚さと、非配向部分の
屈折率と厚さ、及び基板の屈折率に依存する。この反射
光の偏光状態は４×４行列Berrman法（参照：D.W.Berrm
an, Journal of the Optical Society of America, Vo
l.62-4, 502, 1972）を用いて計算され、測定された反
射光の偏光状態を再現するような最適値を求めるように
非線形最小二乗法等により解析解を求める。

【００２３】上記のように試料表面上のある特定の点に
おける偏光状態の入射方位依存性が決定されたならば、
液晶配向膜の状態は測定された反射光の偏光状態（Δ及
びψ）のうち、ψより変化が大きい位相差Δの入射方位
依存性に注目する。入射方位依存性の測定より得られた
Δの最大値Δmaxと最小値Δminの差が透過光測定におけ
る複屈折位相差に対応することはよく知られている。よ
ってΔの最大値と最小値の差を光学的異方性の指標とし
異方性度ｄDとする。同様にΔの最大値を与える配向方
位が液晶配向膜の光学軸の面内方位成分とほぼ等しいこ
ともよく知られている。よって、その値を配向方位の指
標としΔの最大値を与える配向方位をＡ０とする。

【００２４】なお、配向方位を測定結果から決める際に
は、測定する方位間隔が最小分解能となる。配向方位決
定の精度と分解能を向上させるためには所要の分解能未
満まで測定する方位間隔を小さくする必要があり、測定
時間の増大を伴う。更に、測定時に発生したノイズや試
料表面の汚れのために測定値に乱れが生じることにより
配向方位の決定精度と分解能の劣化が起こる。この測定
値の乱れは配向方位ばかりでなく異方性度の精度にも影
響を与える。一方、４×４行列Berrman法により偏光状
態の入射方位依存性は波数４までのフーリエ級数和にて
近似できることがよく知られているため、フーリエフィ
ルタリングによって偏光状態の入射方位依存性の各方位
間隔についての補間をし、異方性度ｄD及び配向方位Ａ
０を決定する。

【００２５】図８に反射光の偏光状態の入射方位依存性
の測定結果の一例を丸印にて示し、また、再構成をする
波数の上限を４として推定した偏光状態の入射方位依存
性の関数を実線にて示す。図８においては測定値と推定
値がよく一致し、このようなフーリエフィルタリングを
用いた補間が本発明の回転ステージの位置ずれ補正を行
ったことにより有効に作用することが示された。その
後、異方性度ｄＤと配向方位Ａ０の面内分布を測定する
ために、Ｘステージ、Ｙステージを用いて測定位置を走
査し、上記と同様の手順にて測定を繰り返す。

【００２６】なお、図１において１０１の光源として６
３３ｎｍ程度のＨｅ−Ｎｅレーザー光源を用いている
が、これに限定されるものではなく単一波長の光線の光
源であればよい。１０５は位相差板の代りに光弾性素子
を用いて、ＰＥＭ（Photo Elastic Modulator）法によ
るエリプソメトリを行ってもかまわない。また、位相差
板１０５及び光弾性素子はエリプソメトリにおいて位相
差Δの特定を行う際のために着脱機能を有するものとす
る。１０７の光強度検出器にはフォトマルチプライヤー
を用いているが、これに限定されるものではなく光強度
検出機能が備わっているものならばよい。１０８には試
料１０３の傾きを測定するためにオートコリメータを用
いているが、これに限定されるものではなく試料１０３
の傾きを測定する機能が備わっているものならばよい。
レンズ１１０により焦点位置の径調整をしているが、必
要であればそれを取り除いたり、さらにはスリットを代
用または付加するなどして測定範囲を制限しても構わな
い。

【００２７】また、上記において回転ステージを１０°
ずつに回転させ、各入射方位の回転ステージ精度補正用
の参照データを得ているが、測定方位間隔はこの角度に
限定されるものではない。なお、配向方位決定の精度と
分解能を向上させるためには所要の分解能未満まで測定
する方位間隔を小さくする必要があるが、小さくし過ぎ
ると時間的な効率が悪化するので注意が必要である。さ
らに上記装置において、コンピュータを用いて、Ｘ、
Ｙ、Ｚステージ制御及び傾き角調節機構制御を自動化す
ることにより測定能率を向上させることができる。か
つ、測定値のフーリエフィルタリングと、異方性度及び
配向方位の決定もあわせてコンピュータによる自動化を
図ることができる。

【００２８】

【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。 ［第１の実施例］図９は本発明の第１の実施例を示すフ
ローチャートである。これは、本発明の実施の形態に基
づき、あらかじめ測定し取得した回転ステージ精度補正
用の参照データを用いコンピュータ制御により自動位置
ずれ補正をして、試料表面上のある特定の点における偏
光状態の入射方位依存性を測定するためのプログラムの
フローチャートであり、特に試料の高さと傾きの最適化
を各入射方位について行う場合に係る。測定開始直後
に、測定方位間隔を何度（図中ａ、ａ＞０）にするかを
決定し入力する。続いて、次のステップにて、試料方位
の初期値としてＡ＝−ａが与えられる。次いで、Ａ＝ａ
＋Ａと試料方位指定がなされる。次に、今回決定された
試料方位Ａが３６０°以上でないか、すなわち被測定点
がすでに１回転してはいないかがチェックされる。１回
転以上していたら測定は終了となり、１回転未満ならば
それに基づき回転ステージが駆動される。なお、回転ス
テージの方位角を示す目盛の初期値を０°としておく。
回転ステージ駆動が行われたら、それに対しあらかじめ
取得しておいたデータに基づいた位置ずれの補間の式か
らＸ方向、Ｙ方向補正量を導出しＸステージ、Ｙステー
ジを駆動して位置を補正する。続いて、光強度検出器に
おいて反射光強度が最大となるようにＺステージを駆動
して試料高さを最適化する。次いで、オートコリメータ
によって試料表面の傾きを観測し傾き角調節機構を用い
て試料傾きを最適化する。なお、試料高さと傾きの最適
化の順序は逆にしてもよい。その後、本発明の実施の形
態に示したエリプソメトリにより偏光状態の測定を行
う。これにより、ある特定の点におけるある入射方位か
らの偏光状態が測定されたので、異なる入射方位からの
測定をするためフローチャート中の“試料方位指定”の
ステップに戻り、上記と同様のプロセスを繰り返すこと
となる。

【００２９】［第２の実施例］図１０は本発明の第２の
実施例を示すフローチャートである。これは、本発明の
実施の形態に基づき、あらかじめ測定し取得した回転ス
テージ精度補正用の参照データを用いコンピュータ制御
により自動位置ずれ補正をして、試料表面上のある特定
の点における偏光状態の入射方位依存性を測定するため
のプログラムのフローチャートであり、特に試料の高さ
と傾きの最適化を最初の測定方位についてのみ行う場合
に係る。回転ステージ精度のよいものを使用しておりか
つ試料表面の平坦性が良好な場合、最初の測定方位の時
点で試料の高さと傾きの最適化を行えば、他の方位はこ
の操作を省略しても測定精度が保たれる。本実施例はこ
のような場合に有効なプロセスである。また、入射方位
は０°から測定を開始する必要性はなく、この角度は任
意の値を取れるため本実施例は角度Ｂが最初の方位であ
る場合を示す。測定開始直後に、測定方位間隔（図中
ａ、ａ＞０）、及び測定開始方位（図中Ｂ、Ｂ＞０）を
何度とするか決定をし入力する。続いて、試料方位の初
期値としてＡ＝−ａ＋Ｂが与えられる。次に、Ａ＝ａ＋
Ａと試料方位の指定がなされる。その後、今回決定され
た試料方位Ａにより、現測定点での回転が１回転を越え
ているか否かがチェックされる。１回転以上していたら
測定は終了となり、１回転未満ならばそれに基づき回転
ステージ駆動する。なお、回転ステージの方位角を示す
目盛の初期値を０°としておく。回転ステージ駆動が行
われたら、それに対しあらかじめ取得しておいたデータ
に基づく位置ずれの補間の式からＸ方向、Ｙ方向補正量
を導出しＸステージ、Ｙステージを駆動して位置を補正
する。次に、今回の試料方位は最初の測定方位かどうか
判定し、そうである時のみ、試料高さの最適化と試料傾
きの最適化とを行う。その後、本発明の実施の形態に示
したエリプソメトリにより偏光状態の測定を行う。これ
により、ある特定の点におけるある入射方位からの偏光
状態が測定されたので、異なる入射方位からの測定をす
るためフローチャート中の“試料方位指定”に戻り、同
様のプロセスを繰り返すこととなる。

【００３０】［第３の実施例］図１１は本発明の第３の
実施例を示すフローチャートである。これは、本発明の
実施の形態に基づき、あらかじめ測定し取得した回転ス
テージ精度補正用の参照データを用いコンピュータ制御
により自動位置ずれ補正をして、試料の面内分布測定を
するためのプログラムのフローチャートであり、特に試
料の高さと傾きの最適化を各入射方位について行う場合
に係る。測定開始直後に、測定方位間隔を何度（図中
ａ、ａ＞０）にするか及び全測定位置と測定順序を決定
し入力する。その後、今回の測定位置が指定され、Ｘス
テージとＹステージを駆動して指定の測定位置に移動す
る。続いて、試料方位角の初期値として、Ａ＝−ａが与
えられる。続いて、Ａ＝ａ＋Ａと試料方位の指定がなさ
れる。次に、今回指定された試料方位Ａが３６０°以上
であるか否かがチェックされる。３６０°以上であれ
ば、その測定位置における測定値の補間を本発明の実施
の形態に基づきフーリエフィルタリングにより行い、そ
の後全範囲の測定が終了したか否かを判定される。全範
囲の測定が終了していれば処理を終了し、そうでなけれ
ば“測定位置指定”のステップに戻る。試料方位Ａが３
６０°未満であればそれに基づき回転ステージ駆動す
る。なお、回転ステージの方位角を示す目盛の初期値は
０°としておく。回転ステージ駆動が行われたら、それ
に対しあらかじめ取得しておいたデータに基づいた位置
ずれの補間の式からＸ方向、Ｙ方向補正量を導出し、Ｘ
ステージ、Ｙステージを駆動して測定位置を補正する。
続いて、試料高さの最適化と試料傾きの最適化を、第１
の実施例の場合と同様に行う。その後、本発明の実施の
形態に示したエリプソメトリにより偏光状態の測定を行
う。これにより、ある特定の点におけるある入射方位か
らの偏光状態が測定されたので、異なる入射方位からの
測定をするためフローチャート中の“試料方位指定”の
ステップに戻り、上記と同様のプロセスを繰り返すこと
になる。

【００３１】［第４の実施例］図１２は本発明の第４の
実施例を示すフローチャートである。これは、本発明の
実施の形態に基づき、あらかじめ測定し取得した回転ス
テージ精度補正用の参照データを用いコンピュータ制御
により自動位置ずれ補正をして、試料の面内分布測定を
するためのプログラムのフローチャートであり、特に試
料の高さと傾きの最適化を各測定位置について行う場合
に係る。本実施例のフローチャートは第３の実施例にお
いて、回転ステージの精度がある程度以上である場合
に、“試料高さ最適化及び試料傾き最適化”のステップ
を“初期値Ａ＝−ａ”が与えられた直後に移動し、各入
射方位について最適化を行っていたものを各測定位置毎
に変更した例である。その他の点については第３の実施
例と同様である。

【００３２】［第５の実施例］図１３は本発明の第５の
実施例を示すフローチャートである。これは、本発明の
実施の形態に基づき、あらかじめ測定し取得した回転ス
テージ精度補正用の参照データを用いコンピュータ制御
により自動位置ずれ補正をして、試料の面内分布測定を
するためのプログラムのフローチャートであり、特に試
料の高さと傾きの最適化を測定開始時のみ行う場合に係
る。本実施例のフローチャートは第３の実施例におい
て、回転ステージ精度が保障されている場合に、“試料
高さ最適化及び試料傾き最適化”を“測定方位間隔ａ入
力、全測定位置と測定順序入力”直後に移動し、各入射
方位について最適化を行っていたものを測定開始時のみ
に変更した例である。各画素の高さが等しくなるように
設計されている電極付き基板に対して測定を行う場合
は、本実施例のように面内分布測定を開始する最初の測
定個所の開始時にのみ試料の高さと傾きの最適化を行え
ば十分な場合が多い。その他の点については第３の実施
例と同様である。図１４は、本発明の実施の形態にて測
定したものと同じ試料を、本実施例の方法を用いて測定
し、フーリエフィルタリングによる補間から算出された
異方性度ｄＤの面内分布を示す図である。

【００３３】［第６の実施例］上述した本発明の実施の
形態においては、回転ステージの装置精度不足による測
定位置ずれの補正を、あらかじめ測定し取得しておいた
回転ステージ精度補正用の参照データを用いて行ってい
たが、液晶表示素子では、画素電極基板側、カラーフィ
ルタ基板側とも規則的な画素配置パターンを有するため
に、画像処理により測定位置のずれを検出して位置ずれ
を補正することが可能である。図１５は、典型的な画素
電極基板の画素の構成を示す平面図である。５０１は透
明電極部、５０２は薄膜トランジスタである。試料方位
を反映してこのパターンも向きを変えるため、参照画像
との単純な比較により移動量を決定することはできな
い。そこでパターンの多角形の頂点を互いに結んだ線分
の交点の一つに着目する。この点（以下、参照位置と呼
ぶ）の回転ステージ駆動後における、ステージ精度不足
から生じた位置ずれを検出することにより、測定位置の
位置ずれ補正量を得ることが可能となる。

【００３４】例えば顕微鏡を用いＣＣＤカメラによって
その画像情報を取得し、図１５のようなパターンを得
る。次にそのパターンの頂点Ａ〜Ｆに注目し、頂点Ｂ、
Ｄを結ぶ線分と頂点Ａ、Ｃを結ぶ線分の交点Ｇを参照位
置としてその移動量に着目する。すなわち回転ステージ
駆動前に、ＣＣＤカメラからの情報を画像出力装置にて
写し出し、そこにＸＹ座標を付け加え交点Ｇの座標を導
出する。回転ステージを駆動させる。ＣＣＤカメラ上の
ＸＹ座標を原点中心の回転座標変換により、回転ステー
ジの回転角度分変換し仮想的なＸＹ座標を表示させる。
その上に新たにＣＣＤカメラからの情報を画像出力装置
にて写し出し新たに交点Ｇを導く。これにより仮想的な
ＸＹ座標と回転後に得られた交点Ｇとの座標の位置ずれ
を検出することができる。このずれは測定位置の位置ず
れと同じベクトルを意味している。測定位置補正はこの
ようにして求めた位置ずれのベクトルの符号を逆転させ
た分だけＸステージ、Ｙステージを平行移動して行う。
この位置補正後、確認のために再び画像を取得して交点
Ｇの位置を導出し、参照位置のずれが許容範囲内であれ
ば、ステージの高さと傾きの最適化を行ったのち偏光状
態の測定を行う。位置補正後も参照位置のずれが許容範
囲より大きい場合には、位置ずれが許容範囲に収まるま
で平行移動ステージによる位置補正を再び行う。さらに
上記においては、コンピュータを用いてＣＣＤ画像制
御、顕微鏡制御を自動化することにより測定能率を向上
させることもできる。

【００３５】図１６は本発明の第６の実施例を示すフロ
ーチャートである。これは、本発明の実施の形態に基づ
くが、回転ステージ精度補正に参照用データを用いずに
上記の画像処理により測定位置のずれを検出してコンピ
ュータ制御により位置ずれ補正を行い、試料の面内分布
測定をするためのプログラムのフローチャートであり、
特に試料の高さと傾きの最適化を各入射方位について行
う場合に係る。本実施例は、第３の実施例における“測
定位置補正”での処理を、液晶配向膜の規則的な画素配
置パターンを利用して画像処理を行い測定位置のずれを
検出して位置ずれ処理を行うように変更した例である。
その他の点については第３の実施例と同様である。

【００３６】［第７の実施例］図１７は本発明の第７の
実施例を示すフローチャートである。これは、回転ステ
ージ精度補正用の参照データを用いずに、第６の実施例
にて説明した画像処理により取得した位置ずれデータに
基づいてコンピュータ制御により位置ずれ補正を行なっ
て、試料の面内分布測定をするためのプログラムのフロ
ーチャートであり、特に試料の高さと傾きの最適化を各
測定位置について行う場合に係る。本実施例は、回転ス
テージ精度がある程度以上である場合に、第６の実施例
における“試料高さ最適化及び試料傾き最適化”のステ
ップを、“初期値Ａ＝−ａ" が与えられた直後に移動
し、各方位角毎に行っていた最適化を各測定位置毎に行
うように変更した例である。その他の点については第６
の実施例の場合と同様である。

【００３７】［第８の実施例］図１８は本発明の第８の
実施例を示すフローチャートである。これは、回転ステ
ージ精度補正用の参照データを用いずに、第６の実施例
にて説明した画像処理により取得した位置ずれデータに
基づいてコンピュータ制御により位置ずれ補正を行なっ
て、試料の面内分布測定をするためのプログラムのフロ
ーチャートであり、特に試料の高さと傾きの最適化を面
内分布測定の測定開始時のみ行なう場合に係る。本実施
例は、回転ステージ精度がある程度以上に保障されてい
る場合に、第６の実施例において“位置ずれ修正”後に
行っていた“試料高さ最適化及び試料傾き最適化”のス
テップを“測定方位間隔ａ入力、全測定位置と測定順序
入力”のステップの直後に移動し、第６の実施例で各入
射方位毎に行っていた高さと傾きの最適化を測定開始時
のみに変更したものである。各画素の高さが等しくなる
ように設計されている電極付き基板に対して測定を行う
場合においては、本実施例のように面内分布測定を開始
する最初の測定個所の開始時にのみ試料の高さと傾きの
最適化を行えば十分な場合が多い。その他の点について
は第６の実施例と同様である。

【００３８】図１９は、本発明の実施の形態にて測定し
た試料にについて、本実施例の方法を用い、入射角を５
０°、位置ずれの許容量を４μｍとし、各画素ごとの配
向方位Ａ０を測定した結果を示す面内分布図である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、回転ス
テージ、平行移動ステージ（Ｘステージ、Ｙステー
ジ）、Ｚステージ及び傾き角調節機構を備えるステージ
を用い、位置補正、高さ補正、傾き補正等を行いつつ、
異方性薄膜の分子配向状態を評価するものであるので、
回転ステージの精度不足によって位置ずれ、高さずれ、
傾きずれなどが発生することがあっても、これらを平行
移動ステージ、Ｚステージ、傾き調節機構などによって
調節することができ精度の高い測定が可能になる。ま
た、異方性薄膜試料に一定の偏光状態の光を一定の入射
角から入射した際に発生する反射光の偏光状態の入射方
位依存性の面内分布を、被測定表面内の高さや傾きに異
なる部分の有る場合においても測定することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態を説明するための評価装
置の概略構成図。

【図２】 本発明の実施の形態を説明するための試料ス
テージの斜視図。

【図３】 回転ステージ精度較正用試料の平面図。

【図４】 回転ステージの位置ずれ測定結果を示すグラ
フ（Ｘ方向）。

【図５】 回転ステージの位置ずれ測定結果を示すグラ
フ（Ｙ方向）。

【図６】 位置補正を行わない場合の反射光の位相差の
入射方位依存性を示すグラフ。

【図７】 位置補正を行った場合の反射光の位相差の入
射方位依存性を示すグラフ。

【図８】 反射光の位相差の入射方位依存性の測定結果
と補間値を示すグラフ。

【図９】 本発明の第１の実施例のフローチャート。

【図１０】 本発明の第２の実施例のフローチャート。

【図１１】 本発明の第３の実施例のフローチャート。

【図１２】 本発明の第４の実施例のフローチャート。

【図１３】 本発明の第５の実施例のフローチャート。

【図１４】 本発明の第５の実施例により得られた異方
性度の面内分布を示す図。

【図１５】 本発明の実施例を説明するための、画素電
極基板の画素部分の平面図。

【図１６】 本発明の第６の実施例のフローチャート。

【図１７】 本発明の第７の実施例のフローチャート。

【図１８】 本発明の第８の実施例のフローチャート。

【図１９】 本発明の第８の実施例により得られた配向
方位の面内分布を示す図。

【図２０】 従来の異方性薄膜評価装置の概略の構成を
示す図。

【図２１】 従来の試料ステージの斜視図。

【符号の説明】

１０１ 光源 １０２ 偏光子 １０３ 試料 １０４ 試料ステージ １０５ 位相差板 １０６ 検光子 １０７ 光強度検出器 １０８ オートコリメータ及び顕微鏡 １０９ コンピュータ １１０ レンズ １１１ 画像出力装置 ２０１ 回転ステージ ２０２ 平行移動ステージ（Ｘステージ） ２０３ 平行移動ステージ（Ｙステージ） ２０４ 傾き角調節機構 ２０５ Ｚステージ ２０６ 試料を保持するステージ ３０１ 金蒸着部分 ３０２ スリガラス状部分 ５０１ 透明電極部 ５０２ 薄膜トランジスタ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜試料の表面に一定の偏光状態の単色
   光を一定の角度から入射した際に発生する反射光の偏光
   状態の入射方位依存性を評価する方法であって、 （１）試料が搭載された回転ステージを回転させて試料
   に対する光入射方位を所定の方位に設定する過程と、 （２）回転ステージが回転したことに伴う試料表面の平
   面方向の位置ずれを補正する過程と、 （３）前記単色光を入射して反射光の偏光状態を測定す
   る過程と、を有することを特徴とする異方性薄膜の評価
   方法。
2. 【請求項２】 前記第（２）の過程における補正すべき
   位置ずれ量は、位置ずれデータ作成用試料を用いた測定
   結果に基づいて決定されることを特徴とする請求項１記
   載の異方性薄膜の評価方法。
3. 【請求項３】 前記第（２）の過程における補正すべき
   位置ずれ量は、試料上の特徴のあるパターンの位置を検
   出することによって決定されることを特徴とする請求項
   １記載の異方性薄膜の評価方法。
4. 【請求項４】 前記第（１）の過程の後、前記第（２）
   の過程に先立って、若しくは、前記第（２）の過程の
   後、前記第（３）の過程に先立って、回転ステージが回
   転したことに伴う試料表面の高さのずれ、及び／又は、
   試料表面の傾きを補正する過程が挿入されることを特徴
   とする請求項１、２または３記載の異方性薄膜の評価方
   法。
5. 【請求項５】 所定の方位間隔をおいて、前記第（１）
   の過程から前記第（３）の過程を順次繰り返し、その位
   置での測定を回転ステージが１回転するまで続けること
   を特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の
   異方性薄膜の評価方法。
6. 【請求項６】 請求項５の測定が終了した後、測定方位
   間の測定値をフーリエ級数により補間することを特徴と
   する異方性薄膜の評価方法。
7. 【請求項７】 請求項５の測定が終了した後、若しく
   は、請求項６の補間が終了した後、測定位置を移動して
   請求項５の測定、若しくは、請求項５の測定と請求項６
   の補間、を再度行い、この過程を繰り返すことにより、
   試料の面内の測定を行うことを特徴とする異方性薄膜の
   評価方法。
8. 【請求項８】 面内の測定を開始するに当たって１回の
   み、または、測定位置を移動した際に１回のみ、また
   は、回転ステージが回転した都度、試料表面の高さのず
   れ、及び／又は、試料表面の傾きを補正する過程が挿入
   されることを特徴とする請求項７記載の異方性薄膜の評
   価方法。
9. 【請求項９】 得られた反射光の偏光状態の入射方位依
   存性のうち位相差成分の最大値と最小値の差及び最大値
   を与える方位の面内分布から異方性薄膜を評価する請求
   項７記載の異方性薄膜の評価方法。
10. 【請求項１０】 薄膜試料表面に一定の偏光状態の単色
    光を一定の角度から入射した際に発生する反射光の偏光
    状態を測定して、薄膜試料の異方性を評価する装置であ
    って、試料が搭載されるステージは、入射方位制御用の
    回転ステージ、移動方向が互いに直交する、試料表面に
    平行に移動するＸステージとＹステージ、試料に入射す
    る光が所定の入射角をもつように調整するための傾き角
    調節機構及び試料表面法線方向に試料を移動させるＺス
    テージを備えていることを特徴とする異方性薄膜の評価
    装置。
11. 【請求項１１】 前記ＸステージとＹステージは、ステ
    ップモータの駆動軸に直結されていることを特徴とする
    請求項１０記載の異方性薄膜の評価装置。
12. 【請求項１２】 前記試料が搭載されるステージ上に
    は、オートコリメータ及び顕微鏡が配置されていること
    を特徴とする請求項１０記載の異方性薄膜の評価装置。
13. 【請求項１３】 前記顕微鏡には撮像機能が備えられて
    いることを特徴とする請求項１２記載の異方性薄膜の評
    価装置。