JP2002365637A - 液晶配向膜評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 液晶配向膜評価装置は、エリプソメータ
と、サンプルステージと、サンプルステージをＸ軸方向
に移動させるためのＸ軸ユニットと、サンプルステージ
をＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ユニットと、サンプ
ルステージを測定点において所定の角度範囲において回
転させるθ軸ユニットと、サンプルステージ上の液晶配
向膜の測定点に対してエリプソメータを対峙させ且つＺ
軸方向に移動させるためのＺ軸ユニットと、ベース部、
支柱部および支持梁部を有した石定盤とを備え、θ軸ユ
ニット、Ｘ軸ユニットおよびＹ軸ユニットは、石定盤の
ベース部の上に積み重ねるようにして配置され、Ｚ軸ユ
ニットは、石定盤の支持梁部に配置されている。 【効果】 液晶配向膜の広い領域に亘っての評価を高速
度で且つ高い精度でもって行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶配向膜評価装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶のディスプレイは、パソコンのモニ
ターや携帯電話、家電製品等に多く使用されている。こ
のような液晶ディスプレイは、非常に薄い２枚のガラス
板の周りをシール材で貼り合わせたもので、その２枚の
ガラス板の間に、いわゆる液晶と称する物質を封入して
なるものである。液晶は、液体と結晶の合成語である。
結晶は分子、原子が繋がれ立体的に並んでいるものを言
い、液体はバラバラでデタラメな方向を向いているもの
である。液晶は、その中間の状態、液体でありながら固
体のような振る舞いもするものである。液晶において
は、分子、原子が液体のようにバラバラでありながら結
晶のように一定の方向を向いて揃っているのである。液
晶を挟んで上下にプラス、マイナスの電極を設けて液晶
に電圧をかけると、光の通る割合、光の透過率が変わ
る。この性質を利用して表示装置としたのが液晶ディス
プレイである。

【０００３】液晶ディスプレイの表示動作にとって、液
晶を上下のガラス基板の間で上手く分子を並べて配置す
ることが重要であり、このために、液晶配向膜が使用さ
れている。液晶配向膜の一例として、ガラス基板の表面
にポリイミドの薄膜を形成し、その薄膜表面をラビング
してなるものがある。ラビングとは、「擦る」という意
味で、ナイロン等で形成されたロールまたは刷毛等で薄
膜の表面を擦る動作である。配向膜の表面を擦ると微細
な傷ができ、その傷に沿って平行に液晶分子は並ぶ性質
がある。このようなガラス基板の配向膜のラビング状態
は、液晶の配向状態に大きな影響を与えるものであり、
したがって、液晶ディスプレイの表示動作に重大な影響
を与えるものである。

【０００４】したがって、液晶ディスプレイの製造工程
において、液晶配向膜のラビング状態を正確に評価する
ことが必要であり、そのための液晶配向膜評価方法およ
び装置の開発が行われてきている。

【０００５】有機薄膜の従来の評価方法としては、赤外
線吸収分光法やラマン散乱分光法等の如き分子振動から
分子の状態を観測する方法を中心として種々の方法があ
るが、いずれも、液晶配向膜等の広い面積に亘る分子配
向の一様性等の評価を短時間にて正確に行うには適した
ものでなく、実用的なものではなかった。また、特開平
９−９０３６８号公報には、液晶配向膜中の微小領域で
の分子配向状態の評価を可能とし且つ分子配向の面内均
一性を高速にて観測できるものとしての液晶配向膜検査
方法および検査装置が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開平９−９０３６８
号公報に開示された液晶配向膜検査方法および検査装置
は、配向膜中の分子状態を実用的に正確に評価しうる基
本的構成をとるものではある。しかし、将来実用化され
る次世代液晶ディスプレイの場合、ガラス基板のマトリ
ックス（格子状の電極）の一辺は現在のものに比べて数
段小さく数十μｍへと微細化していくことが予想され
る。このような次世代液晶ディスプレイの製造工程にお
いて液晶配向膜の分子の配向状態を正確に評価し液晶デ
ィスプレイの生産の歩留まりを高く維持するためには、
特開平９−９０３６８号公報に開示された基本的構成だ
けでは、対応しきれるものではなく、より具体的且つ実
際的な構成上または機構上の工夫が必要である。

【０００７】本発明の目的は、前述したような現状に鑑
み、次世代液晶ディスプレイの製造工程においてはもと
より、種々な液晶配向膜の条件付けの研究等において
も、液晶配向膜の評価をより高い精度にて行えるような
液晶配向膜評価装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一つの観点によ
れば、液晶配向膜のラビング状態を評価する液晶配向膜
評価装置において、エリプソメータと、評価すべき液晶
配向膜を載置するためのサンプルステージと、該サンプ
ルステージをＸ軸方向に移動させるためのＸ軸ユニット
と、前記サンプルステージをＹ軸方向に移動させるため
のＹ軸ユニットと、前記サンプルステージを測定点にお
いて所定の角度範囲において回転させるθ軸ユニット
と、前記サンプルステージ上の液晶配向膜の測定点に対
して前記エリプソメータを対峙させ且つＺ軸方向に移動
させるためのＺ軸ユニットと、ベース部、支柱部および
支持梁部を有した石定盤とを備えており、前記θ軸ユニ
ット、前記Ｘ軸ユニットおよび前記Ｙ軸ユニットは、前
記石定盤のベース部の上に積み重ねるようにして配置さ
れており、前記Ｚ軸ユニットは、前記石定盤の支持梁部
に配置されていることを特徴とする液晶配向膜評価装置
が提供される。

【０００９】本発明の一つの実施の形態によれば、前記
サンプルステージは、前記θ軸ユニット、前記Ｘ軸ユニ
ットおよび前記Ｙ軸ユニットの積み重ね体の上に３点支
持あおり調整チルトテーブルを介して配置されており、
前記エリプソメータは、前記Ｚ軸ユニットによって駆動
されるエリプソ取付けブラケットに取り付けられてい
る。

【００１０】本発明の別の実施の形態によれば、前記エ
リプソ取付けブラケットには、画像処理用のＣＣＤカメ
ラが配置されている。

【００１１】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記Ｚ軸ユニットには、下降を抑止するための重りが関
連付けられている。

【００１２】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
エリプソ取付けブラケットには、エリプソメータの位置
微調整を行うためのエリプソＸ方向微調整マイクロメー
タおよびエリプソＹ方向微調整マイクロメータが設けら
れている。

【００１３】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記Ｘ軸ユニット、前記Ｙ軸ユニットおよび前記Ｚ軸ユ
ニットは、リニアモータで構成され、前記θ軸ユニット
は、メガトルクモータで構成される。

【００１４】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記サンプルステージの水平は、前記石定盤のベース部
上に前記θ軸ユニット、前記Ｘ軸ユニットおよび前記Ｙ
軸ユニットを積み重ねる際にキサゲ加工を行うことによ
り保たれる。

【００１５】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記θ軸ユニット、前記Ｘ軸ユニットおよび前記Ｙ軸ユ
ニットのための配線または配管は、各ユニットの中心に
形成された通し穴スペースを通して配置されている。

【００１６】本発明の別の観点によれば、液晶配向膜の
ラビング状態を評価する液晶配向膜評価装置において、
エリプソメータと、評価すべき液晶配向膜を載置するた
めのサンプルステージと、該サンプルステージをＸ軸方
向に移動させるためのＸ軸スライダーと、前記エリプソ
メータを前記サンプルステージ上の液晶配向膜に対峙さ
せ且つＹ軸方向に移動させるためのＹ軸ユニットと、前
記エリプソメータを測定点において所定の角度範囲にお
いて回転させるθ軸ユニットと、前記サンプルステージ
上の液晶配向膜の測定点に対して前記エリプソメータを
対峙させ且つＺ軸方向に移動させるためのＺ軸ユニット
とを備えることを特徴とする液晶配向膜評価装置が提供
される。

【００１７】本発明の一つの実施の形態によれば、ベー
ス部および支柱部を有した石定盤を備えており、Ｘ軸ス
ライダーは、前記石定盤のベース部の上に配置されてお
り、Ｚ軸ユニットは、前記石定盤の支柱部に配置され、
前記Ｙ軸ユニットは、前記Ｚ軸ユニットによってＺ軸方
向に駆動させられるようになっており、前記θ軸ユニッ
トは、前記Ｙ軸ユニットに配置されたＹ軸スライダーの
下側に配置されている。

【００１８】本発明の別の実施の形態によれば、前記サ
ンプルステージは、前記Ｘ軸スライダーの上に３点支持
あおり調整チルトテーブルを介して配置されており、前
記エリプソメータは、前記θ軸ユニットに取り付けられ
ている。

【００１９】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記θ軸ユニットには、画像処理用のＣＣＤカメラが配
置されている。

【００２０】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記Ｘ軸ユニット、前記Ｙ軸ユニットおよび前記Ｚ軸ユ
ニットは、リニアモータで構成され、前記θ軸ユニット
は、メガトルクモータで構成される。

【００２１】本発明のさらに別の実施の形態によれば、
前記サンプルステージの水平は、前記石定盤のベース部
上に前記Ｘ軸スライダーを積み重ねる際にキサゲ加工を
行うことにより保たれる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、添付図面に基づいて、本発
明の実施の形態および実施例について、本発明をより詳
細に説明する。

【００２３】図１は、本発明の一実施例としてのオフラ
イン用液晶配向膜評価装置の概略構成を示す正面図であ
り、図２は、図１の装置の右側面図である。これら図１
および図２に示されるように、この実施例のオフライン
用液晶配向膜評価装置は、主として、設置場所の床面に
載置されたときに水平をとるためのレベル調整を行える
ようにするアジャスタ１１を底部４隅に設けた架台１０
と、この架台１０の上に載置されるベース部２１、支柱
部２２および支持梁部２３を有した石定盤２０と、この
石定盤２０のベース部２１の上に配置されるメガトルク
モータθ軸ユニット３０と、このメガトルクモータθ軸
ユニット３０の上に配置されるリニアモータＸ軸ユニッ
ト４０と、このリニアモータＸ軸ユニット４０の上に配
置されるリニアモータＹ軸ユニット５０と、このリニア
モータＹ軸ユニット５０の上に配置される３点支持あお
り調整チルトテーブル６０と、この３点支持あおり調整
チルトテーブル６０の上に配置されるサンプルステージ
７０と、石定盤２０の支持梁部２３に取り付けられたリ
ニアモータＺ軸ユニット８０と、このリニアモータＺ軸
ユニット８０にプーリ８１に掛けられたワイヤ８３介し
て接続されたＺ軸の重り８２と、リニアモータＺ軸ユニ
ット８０に関連して配置されたエリプソ取付けブラケッ
ト９０と、このエリプソ取付けブラケット９０にエリプ
ソＹ方向微調整マイクロメータ９３およびエリプソＸ方
向微調整マイクロメータ９４を介して取り付けられたエ
リプソレーザー投光部９５、エリプソレーザー受光部９
６、ゴニオラック投光部９７、ゴニオラック受光部９８
およびＣＣＤカメラ９９とを備えている。

【００２４】次に、この実施例のオフライン用液晶配向
膜評価装置の構成部分の各々についてより詳細に説明す
る。

【００２５】先ず、架台１０は、重い石定盤２０を載せ
て移動し易くするために図１の正面図によく示されるよ
うにキャスタ１２を備えるとよく、また、本装置を設置
する場所によっては、除振装置をオプションで設けるこ
ともできる。この架台２０は、アジャスタ１１を用いて
重い石定盤２０を水平に設置するレベル調整を行えるよ
うにしたものである。

【００２６】次に、石定盤２０は、本装置を設置する場
所での微妙な温度変化にも各ユニットとユニット相互の
狂いを防ぎ、経年変化せず、また重いことで作業者や他
の装置からの振動で試料（サンプル）の検査（評価）に
影響が出ないようにするためのものである。

【００２７】次に、メガトルクモータθ軸ユニット３０
について説明するに、この実施例においては、精級メガ
トルクモータを使用する。この精級メガトルクモータ
は、内側の回転子に減速機なしで直結させる構成とする
ことにより、位置決め精度が高く、例えば、±１５秒
で、繰り返し位置決め精度は、±２秒、最小の設定単位
は０．００１°である。減速機を使用していないためバ
ックラッシュ調整、給油が不要である。また、ギヤの磨
耗による精度劣化がなくメンテナンスフリーである。こ
の実施例では、メガトルクモータθ軸ユニット３０の旋
回軸が一番下側に位置し、その上部にリニアモータＸ軸
ユニット４０とリニアモータＹ軸ユニット５０とが配置
される構成であるので、旋回軸の上にＸ軸とＹ軸を接続
する際に、双方の摺り合わせ面を、「キサゲ」加工して
水平を保ようにする。「キサゲ」とは、手作業で削りな
がら計測作業を並行して行う、ミクロン単位レベルで組
み立てる熟練工の仕事である。これは、「スクレーパ」
とも言い、工作物の摺り合わせ面を極めて薄く削り取り
正確な平面や曲面とするための工具で、普通超硬工具鋼
で作られている。電動スクレーパを用いれば相当荒い面
でも直接キサゲ作業ができる。平面の摺り合わせは標準
定盤を用いて仕上げた平面の正否を見る。一般に光明丹
を薄く塗って刷り合わせる「赤アタリ」と、何も塗らな
いで刷り合わせる「黒アタリ」（精密仕上げ）とがあ
る。

【００２８】次に、リニアモータＸ軸ユニット４０につ
いて説明するに、サンプルステージ７０を移動させるモ
ータのユニットは、最小駆動単位と繰り返し位置決め精
度を、例えば、１μｍ以下にしないと、旋回する試料の
次世代液晶マトリックス（格子状の電極）のサイズか
ら、レーザー光が外れていく時の補正を正しく行えなく
なってしまう。この実施例では、放電加工機用に開発さ
れたリニアモータを使用する。このリニアモータは、ボ
ールねじ等ギヤがなく、ベース部に電磁石とリニアモー
ション（ＬＭ）ガイド、スライダ部に永久磁石で駆動さ
せ、位置決めはスケールをセンサで計測することで精密
な位置決め運転ができるようにしている。絶対（累積）
位置精度は、スケール精度によって決まる。

【００２９】リニアモータＹ軸ユニット５０は、前述の
リニアモータＸ軸ユニット４０がサンプルステージ７０
をＸ軸方向に移動させるためのものであるのに対して、
Ｙ軸方向に移動させるためのものであり、それ以外の点
については、前述したリニアモータＸ軸ユニット４０と
同様である。

【００３０】次に、３点支持あおり調整チルトテーブル
６０について説明するに、サンプルステージ７０は、エ
リプソ投光と受光の中心を垂直とすれば、これに対して
水平でなければならない。この水平を調整するために３
点支持あおり調整チルトテーブル６０が設け、その上に
サンプルステージ７０を取り付ける構造としている。サ
ンプルステージ７０には、後述するように、試料を吸着
させるための真空ポンプからのバキュームホースが接続
し、先端には試料を吸着するノズルが装着されている。
試料のサイズにより固定用の位置決めピンを位置変更し
脱着できるようにしているが、吸着用ノズルは各試料サ
イズ位置にある。試料が小さい場合、使われない吸着用
ノズルは閉めないと真空にならないので、例えば、試料
のサイズ２００×２００ｍｍ²と、９０×１２０ｍｍ
²と、３０×３０ｍｍ²用の位置での吸着ノズルを選択
し、配管を変更するバルブが装着されている。この３点
支持あおり調整チルトテーブル６０は、３点支持し、１
点は焼き入れしたロケートピン（針状のピン）で支持し
上下位置は固定、２点の螺子（ねじ）付きのピンは上下
させるダイヤルで調整し、水平を出せるようにしてい
る。このダイヤルにより上下方向、例えば、±２ｍｍが
最大の傾きで、この場合、±０．５２°のチルト角であ
る。３０°ダイヤルを廻すことにより、０．００７°ず
つ調節できるようにしている。この「あおり調整」は、
レーザー光の投光と受光状態によりパソコンのモニター
画面で水平を指示できるようにすることもできる。ま
た、２点の支持に、サーボモータのアクチュエータを使
用して自動制御のあおり調整とすることもできる。

【００３１】次に、サンプルステージ７０について説明
するに、この実施例では、３重構造としている。チルト
テーブル６０に接続の８インチのサンプルステージと脱
着式のサンプルステージとレギュレータで圧力調節の真
空ポンプによる試料バキュームチャッキングとである。
上側の２種ステージは、要求に応じて交換可能なチェン
ジキットとすることができる。試料のサイズの違いに応
じて、吸着ノズル位置と試料位置決めピンを決定するこ
とができ、また、要求に応じて、表面処理、表面粗さ、
表面うねり、表面材質を選択できる。標準のステージ
は、表面粗さ１μｍ（０．１μｍも可能）、「うねり」
５μｍ以内、表面処理はミクロデント処理とする。ここ
で、ミクロデント処理について説明しておくと、液晶や
半導体等精密電子光学機器分野に多く採用されている金
属表面の化学定着の防錆処理であり、膜厚５±２μｍ、
処理温度は１２０℃焼成、長期の防錆力に優れ膜厚が薄
く、均一で密着性が良く低温加工のため歪みのでないも
のである。また、このようなミクロデント処理は、耐薬
品性、導電性、静電気防止、乱反射防止（ハレーション
防止）に有効であり、燐片状剥離を起こさず微粉状剥離
でグリース等潤滑効果を妨害しないものである。さらに
また、皮膜の乾燥飛散性がなく、クリーン度の機能低下
もない。ＡＬおよびその合金は、無電解Ｎｉメッキの下
地処理が必要である。膜厚の５μmのうち２μmは、母材
の中に一部食い込む電解層（クロム酸化物の層）、３μ
mはアクリル系樹脂コーティング層、アクリル樹脂はク
ロム酸化物の層にも含侵する。そして、ミクロデント処
理により、バネ特性が向上し、高耐磨耗性が得られ、耐
溶剤性が得られる。

【００３２】次に、リニアモータＺ軸ユニット８０につ
いて説明するに、このリニアモータＺ軸ユニット８０
は、エリプソ部を上下させるリニアモータである。通常
のエリプソメータは、Ｚ軸と一体にはしていない。ま
た、このリニアモータＺ軸ユニット８０は、エリプソ・
ＣＣＤのオートフォーカス機能のエリプソ上下動にも使
用される。サンプルステージ７０の駆動によるアキシャ
ル振れの誤差は、装置の性能として記憶し、Ｚ軸の制御
で補正する。

【００３３】次に、Ｚ軸の重り８２について説明する
に、この重り８２は、電源が停電や切断やオフ等により
切れた場合に、リニアモータＺ軸ユニット８０が下降し
てしまうことにより、サンプルステージ７０上の試料や
エリプソ投光部９５およびエリプソ受光部９６が破損さ
せられてしまうのを防止するため、ユニットに常時上方
への引っ張り力を加えておくためのものである。リニア
モータＺ軸ユニット８０を単独にしてメガトルクモータ
θ軸ユニット３０、リニアモータＸ軸ユニット４０およ
びリニアモータＹ軸モータ５０と接続するようにしてい
ないのは、旋回させることにより狂いが生じるθ軸のラ
ジアル方向振れを減らすためである。また、Ｚ軸の上昇
時エリプソ部を振動させないため、リニアモータへの負
荷を軽減するためでもある。

【００３４】エリプソ取付けブラケット９０は、後述す
るようなエリプソ部をＺ軸に取り付けるもので、リニア
モータＺ軸ユニット８０によってＺ軸方向、すなわち、
上下方向に駆動され、エリプソ部を上下動させうるよう
にしているものである。

【００３５】次に、エリプソＹ方向微調整マイクロメー
タ９３について説明するに、これは、エリプソ取付けブ
ラケット９０とエリプソ部をＹ軸方向に取り付け位置を
微調整させるためのマイクロメータである。このような
調整で、サンプルステージ７０のθ軸の中心と、エリプ
ソ部の投光と受光の中心を合わせるようにすることがで
きる。

【００３６】エリプソＸ方向微調整マイクロメータ９４
は、前述のエリプソＹ方向微調整マイクロメータ９３が
Ｙ軸方向の微調整のためのものであったの対して、Ｘ軸
方向の微調整のためのものであるという点以外は、エリ
プソＹ方向微調整マイクロメータ９３と同様の動作を行
うものである。

【００３７】次に、エリプソ部の一部を構成するエリプ
ソ投光部９５について説明するに、この実施例では、こ
れは、エリプソ（楕円）ＨｅＮｅレーザーの投光部とさ
れており、レーザー光は、例えば、直径１０μｍであ
る。

【００３８】エリプソ部の一部を構成するエリプソ受光
部９６は、この実施例では、エリプソＨｅＮｅレーザー
の受光部とされており、旋回する試料からのレーザー光
の反射から、Δ（位相差）、Ψ（振幅比）で、偏光状態
を測定するものである。

【００３９】エリプソ部の一部を構成するゴニオラック
投光部９７は、レーザーの投光の角度を調整するための
ものであり、「ゴニオラック」の「ゴニオ」は、方向を
意味し、「ラック」は、歯車を意味している。ステッピ
ングモータの自動制御により、入射角を４５°から８０
°に調整できるものである。なお、投光角と受光角と
は、原則として、同期調整される。

【００４０】エリプソ部の一部を構成するゴニオラック
受光部９８は、レーザーの受光の角度を調整するための
ものであり、前述のゴニオラック投光部９７と同様の構
成により、同じく４５°から８０°に調整できるもので
ある。

【００４１】次に、ＣＣＤカメラ９９について説明する
に、これは、画像処理による制御に用いるものであり、
また、試料の表面の観察にも使用するものであり、この
実施例では、倍率の違うレンズの交換により視野を変更
できるようにしている。

【００４２】図１および図２において参照符号１００
は、本装置において重要な軸線である装置中心線を示し
ており、この装置中心線１００の役割について説明して
おく。液晶配向膜の評価装置の測定精度として、Δ±
０．０１°、Ψ±０．０１°を設定すると、エリプソの
投光、受光の中心と、サンプルステージ７０の旋回する
θ軸を通る中心の取り付け精度は、それ以上、すなわ
ち、±０．０１°より高くなければならない。本装置の
θ軸の底面より、サンプルステージの上面までの高さ
を、例えば、４２０ｍｍ前後として、その振れは、±
０．０００６７°とする。ＣＣＤカメラ９９による測定
では、サンプルステージ７０の旋回中心でのラジアル振
れ（Ｘ、Ｙ方向）は、±５μｍ以内である。試料サンプ
ルである液晶ガラス基板の、次世代マトリックス（格子
状の電極・ピクセル）の一辺のサイズは、数十μｍと微
細となり、前述の±５μｍの振れでも、その投光中心が
電極の大きさより外れ、測定上精度が悪く使えない。そ
こで、ＣＣＤカメラ９９で、この振れ量を旋回単位の位
置５°毎で測定し、サンプルステージ７０のＸ、Ｙ軸
を、逆方向に０．１μｍ分解能で移動させる補正を行
う。

【００４３】画像処理は、例えば、１画素当り１μｍの
分解能とする。しかし、視野を狭くすれば画素数は小さ
くなり、また、画像処理ソフトで単純に画素数で割る分
解能より小さくすることも可能である（サブピクセ
ル）。さらにまた、この実施例では、３６０°回転対応
としている。機械的な移動による補正は、Ｘ、Ｙ軸とも
リニアモータを使用し、最小駆動単位は、０．１μｍ、
繰り返し位置決め精度は、±０．４μｍとしている。こ
うすることにより、サンプルステージ７０が旋回して
も、レーザー投光と受光の中心位置は、±１μｍ以内で
固定させることができる（精密位置決め技術）。

【００４４】図１および図２において参照符号１０１
は、本装置において設けられる配線配管用の通し穴スペ
ースを示している。従来の構造においては、θ軸のメガ
トルクモータの周りにケーブル類が「とぐろ」を巻くよ
うに配設されており、これは、旋回していく時には問題
ないのであるが、３６０°旋回後スタート地点に戻る時
には長いケーブル類自身に押されてジグザグ状になり、
ストレスを与えられ断線の問題が生じてしまう。このよ
うな問題を解決するため、通し穴スペース１０１は、装
置中心線１００にそって、石定盤２０のベース部２１、
メガトルクモータθ軸ユニット３０、リニアモータＸ軸
ユニット４０およびリニアモータＹ軸ユニット５０を通
して形成されているものである。本装置においては、リ
ニアモータＸ軸ユニット４０に接続されるＸ軸方向のた
めのケーブルとリニアモータＹ軸ユニット５０に接続さ
れるＹ軸方向のためのケーブルとをペア処理した後、ユ
ニット４０および５０の中心から通し穴スペース１０１
を通して垂らして、３６０°旋回方向は、ケーブル類が
通し穴スペース１０１内にて伸び切り、戻る時には、ケ
ーブル類が通し穴スペース１０１内にて上手く「とぐ
ろ」を巻いてストレスが与えられないようにしている。

【００４５】次に、前述したような全体構成を有する液
晶配向膜評価装置において、液晶配向膜を評価する際の
全体動作について説明する。

【００４６】先ず、本装置のエリプソ部を構成するエリ
プソメータについて説明すると、このエリプソメータ
は、試料からの反射光の偏光状態を測定し薄膜の屈折
率、膜厚を測るのに使用されているものである。エリプ
ソメータは、試料に対する入射角を正確に設定し、この
時のΨとΔを求め、この情報をコンピュータで読み取
り、ｎ、ｋ、ｄを算出する装置である。これまでに多く
の方法が提案されているが、大きく分けると消光法と測
光法の２つの手法がある。

【００４７】消光法によるシステムは、光源Ｌ、偏光子
Ｐ、試料Ｓ、位相子（１／４波長板）Ｃ、検光子Ａおよ
び光検出器Ｄを備える。光が各光学素子を通る順番か
ら、これをＰＳＣＡ系と呼んでいる。各光学素子（Ｐ、
Ｃ、Ａ）を回転し、光検出器において強度が０になる点
を探し、この時の各素子の方位角からｔａｎ{Ψ}とΔを
求める。この方法は、消光位置を探すのに時間がかかる
ので、速い変化をとらえる場合には不向きであるが、測
定精度は非常に高いものである。この方法では消光位置
付近での光量を確保する必要があるので、光源にはレー
ザーや超高圧水銀灯等輝度の高いものが用いられる。

【００４８】測光法の一つとして回転検光法があり、本
装置は、この回転検光法を利用するものである。回転検
光法によれば、光学素子をモータ等で連続的に回転さ
せ、検出器で光強度変化を測定し、これをフーリエ解析
することによりｔａｎ{Ψ}とΔを求める。入射角は５０
度と７０度とし、試料を３６０度回転させて測定する。
このエリプソメータを用い、試料の一点で試料を面内回
転させることにより反射光の偏光状態の異方性を測定し
配向膜の分子配向状態を評価する。

【００４９】また、測光法の別の一つとして、回転位相
子法がある。回転検光子法の装置で偏光子と検光子を固
定し、位相子を回転させると回転位相子法のエリプソメ
ータとなる。

【００５０】液晶配向膜のように分子配向した薄膜の場
合、膜の屈折率が異方的になるために反射光の偏光状態
が入射方位によって変化する。したがって、液晶ガラス
基板の測定点を中心に、試料を回転させて、回転検光法
によるエリプソメータを用いることにより液晶配向膜の
評価を容易に行えることが分かる。

【００５１】図４は、本装置において回転検光法による
エリプソメータにて液晶配向膜上の測定点のマッピング
の仕方を図式的に示している。図４に示すように、本装
置によれば、液晶配向膜１を評価する際に、その液晶配
向膜１の上の全体の領域に亘ってマトリックス状に複数
の測定点２がマッピングされる。図４に示した例では、
測定点２間の間隔であるピッチＰは、１ｍｍとされ、Ｘ
軸方向の幅Ｘは、１２ｍｍ、Ｙ軸方向の幅Ｙは、１２ｍ
ｍである。

【００５２】図５は、図４に示したようにマッピングさ
れた測定点２のうちの一つに対応した本装置の試料１
（液晶配向膜）を載置したサンプルステージ７０の位置
状態を図式的に示している。このようなサンプルステー
ジ７０の位置状態は、リニアモータＸ軸ユニット４０を
作動させてサンプルステージ７０をＸ軸方向に所定量だ
け移動させ、また、リニアモータＹ軸ユニット５０を作
動させてサンプルステージ７０をＹ軸方向に所定量だけ
移動させることによって、その一つの測定点２が装置中
心線１００に一致するようにすることによって得られる
ものである。このようにしてマッピングされた各測定点
２において、メガトルクモータθ軸ユニット３０を作動
させて、サンプルステージ７０を装置中心線１００の周
りに回転させることにより、エリプソメータによる入射
方位を、例えば、１度、５度、１０度等といった単位で
３６０度まで変えながら測定を行っていくのである。

【００５３】次に、図１および図２のオフライン用液晶
配向膜評価装置において液晶ガラス基板の配向膜のラビ
ングの評価を行う場合の詳細について説明する。マザー
ガラスの一部を評価（検査）用に小さく切り出す。これ
は、ガラス基板のアライメントマークを見ながら合わせ
込んで切り出すのであるが、この加工精度は、通常、Ｎ
Ｃ工作機械で良くて±０．０１ｍｍ精度である。したが
って、サンプルステージ７０の３本の位置決めピン（図
示していない）で試料を固定した場合、Ｘ軸方向および
Ｙ軸方向にサンプルステージ７０を移動させたら電極の
マトリックスに対して平行に動くことはできない。これ
は、切り出された端面は、マークと電極に対して平行、
直角ではないからである。本装置においては、先ず、
０．００１ｍｍ精度でサンプルステージ７０を電極のマ
トリックスに対して平行移動させ、ＣＣＤカメラ９９に
接続されたモニター（図示していない）に写る電極のマ
トリックスから外れないようにする。このために３ヶ所
のアライメントマークをＣＣＤカメラ９９で観察し補正
量を計算する。このようなアライメントマークがない場
合は、わざわざ傷を付けてアライメントマークとする
か、電極をアライメントマークとして、Ｘ、Ｙ方向に補
正の移動を行う。素ガラスでの条件付けの評価は、傷か
印を付けマークとして補正する。平行に移動しなくても
良い場合は、この作業は行わない。

【００５４】以上述べたことは、試料の数カ所を評価す
る場合に評価箇所の再現性（特定する）に必要である
が、試料の旋回の評価では、電極から外れない工夫も必
要である。マトリックス状の電極のサイズを計測して中
心を検出し、旋回時のＸ、Ｙ方向のラジアル回転振れを
補正するＸ、Ｙ方向の移動が必要である。本装置では、
この補正量を記憶していて、どの角度の位置ではどれく
らいの補正が必要か、素ガラスでの評価に使用する。Ｚ
方向のアキシャル回転振れは、１μｍのダイヤルインジ
ケータを用いて各角度であらかじめ計測し記憶して補正
の移動を行う。ただし、電極の観察か、アライメントマ
ーク（素ガラスに付けたマーク）のＣＣＤカメラ９９に
よる観察のオートフォーカスによるＺ軸の移動で十分で
あれば、これ単独でもよい。それぞれ単独か、併用かの
３種のうちのどれかを選択できるようにしておくとよ
い。試料の数カ所（測定点）を評価（検査）するための
移動（補正ではない移動）は、各サイズのマトリックス
移動か、ジグザグ（Ｚ移動）か、スネーク（Ｓ字）か、
を選択できるようにしておくこともでき、また、「何ヶ
所（測定点）の評価か」の指定を行えるようにしておく
こともできる。

【００５５】前述したように、液晶配向膜評価装置は、
ガラス基板の配向膜のラビング状態を高速度で且つ高精
度にて評価（検査）できるだけでなく、ポリイミドの材
質、ラビングのローラー回転数、ラビングの布の種類、
ラビングの試料（配向膜のガラス基板）のステージ移動
速さ、ローラーの押し込み量、ラビング回数、膜表面の
洗浄液の材料および温度の影響、洗浄の浸漬時間の影
響、洗浄、乾燥時間の影響、ラビングの布のヘタリの影
響等の研究室の「条件付け」にも使用できるものであ
る。

【００５６】本装置の全体構成および全体動作は、以上
のようであるが、以下に整理して、本装置の重要な特徴
点についてまとめて示す。 （１）Ｚ軸ユニット８０をエリプソ部と接続したことに
より、θ軸とその上部の旋回部を短くし、傾きを減らす
ことができる。さらにまた、プーリ８１とワイヤー８３
と重り８２とでＺ軸ユニット８０を常時持ち上げるよう
にしたことにより、エリプソ部への振動を防ぐことがで
き、また、非常停止時に試料を破損させないようにする
ことができる。 （２）ケーブル類と配管類を、装置中心の通し穴１０１
のスペースに通したことにより、旋回とその戻る動作時
のケーブル類等に掛かるストレスを除き、断線を防止し
ている。 （３）ＣＣＤカメラ９９による画像処理を用い、θ軸の
旋回時、ラジアル振れを測定し、Ｘ、Ｙ方向に振れる逆
方向にサンプルステージ７０を移動させて補正するよう
にしている。この方法を用いることにより、サンプルス
テージ７０の試料を旋回させても、数十μｍの微細な画
素（電極、ピクセル）のマトリックスの中心にレーザー
光線の中心を合わせ評価（検査）を行うことができる。 （４）Ｚ軸の振れ（アキシャル振れ）を１μｍ目盛のダ
イヤルインジケータで計測して、その数値を記憶し、制
御で逆方向に移動し補正する。この補正値とエリプソ部
からのオートフォーカスの焦点合わせの指示とを合算し
てＺ軸を上下動させる。 （５）縦方向（正面と横）と水平方向の石定盤を、三方
向の鳥居状にして組むようにすることにより、全体の質
量を減らしている。 （６）エリプソ部とＺ軸ユニット８０との接続部に、Ｘ
方向、Ｙ方向の微調整のマイクロメータ９３および９４
を付属させることにより、この微調整により、エリプソ
部の中心と、θ部の旋回中心を容易に合わせることがで
きる。

【００５７】図３は、本発明の別の実施例としてのイン
ライン用液晶配向膜評価装置の概略構成を示す斜視図で
ある。この図３に示されるように、この実施例のインラ
イン用液晶配向膜評価装置は、主として、設置場所の床
面に載置されたときに水平をとるためのレベル調整を行
えるようにするアジャスタ１１１を底部４隅に設けた架
台１１０と、この架台１１０の上に載置されるベース部
１２１および支柱部１２２を有した石定盤１２０と、こ
の石定盤１２０のベース部１２１の上に配置されたＬＭ
ガイド１３１とＸ軸スライダー１３２とからなるリニア
モータＸ軸ユニット１３０と、このリニアモータＸ軸ユ
ニット１３０の上に配置される３点支持あおり調整チル
トテーブル１４０と、この３点支持あおり調整チルトテ
ーブル１４０の上に配置され３本の試料位置決めピン１
５１を有したサンプルステージ１５０と、石定盤１２０
の支柱部１２２に取り付けられたリニアモータＺ軸ユニ
ット１６０と、このリニアモータＺ軸ユニット１６０に
よって上下動させられるように取り付けられＹ軸スライ
ダー１７１を有したリニアモータＹ軸ユニット１７０
と、Ｙ軸スライダー１７１の下側に配置されたメガトル
クθ軸ユニット１８０と、このメガトルクθ軸ユニット
１８０の両側に配置されたエリプソレーザー投光部１９
０、エリプソレーザー受光部１９１と、メガトルクθ軸
ユニット１８０の下側装置中心１００にそって配置され
たＣＣＤカメラ１９２と、ゴニオラック投光部１９３
と、ゴニオラック受光部１９４とを備えている。この実
施例のインライン用液晶配向膜評価装置の構成部分の詳
細については、図１および図２のオフライン用液晶配向
膜評価装置の同様の名称の構成部分とそれぞれ同様であ
るのでここでは繰り返し説明しない。以下、図１および
図２のオフライン用の装置と異なる点についてのみ詳述
する。

【００５８】この実施例のインライン用装置では、さら
に駆動部を上部に移し、サンプルステージ１５０は、Ｘ
軸ユニット１３０のみとし、サンプルステージ１５０
は、Ｘ軸スライダー１３２に対して固定としている。今
後液晶基板のサイズはさらに大型化し、液晶のマトリッ
クス（格子状の電極）は、微細化（高細密化）すること
が予想されている。これに対応するため、さらに高精度
にする工夫が必要である。この場合において、最も必要
なことは、エリプソ部の中心と、サンプルステージの旋
回中心を直線とし、装置の中心線を狂わせないことであ
る。エリプソ部の中心は、θ軸から吊るすことで自然と
垂線を描き、そのまま固定する。Ｘ軸ユニット１３０
は、水平さえ保てば傾きは無くなる。このため、図１お
よび図２の装置では必要とされたＸ、Ｙ方向の微調整の
マイクロメータは不要とされている。

【００５９】このインライン用の装置は、ガラス搬送装
置と組み合わせることで、容易に製造ラインに導入し、
「マザーガラス」基板を、損傷させず抜き取り検査（評
価）できるようにしている。

【００６０】本装置は、オフライン用として、一定のガ
ラスサイズに、抜取り検査部分をマザーガラスから切断
しなくてはならない。この装置は、さらに高精度、短時
間検査のためには、「あおり調整」を自動化する、ステ
ージとエリプソ部の水平、垂直補正機構が必要となる。
それぞれに、「３軸加速度センサ」および「２軸ジャイ
ロセンサ」と自動制御する機構が必要となる。これは、
ビデオカメラ、デジタルカメラの手ブレ検出機構や航空
機の姿勢制御の機構と同様のものである。

【００６１】

【発明の効果】本発明の方法および装置によれば、液晶
配向膜の広い領域に亘っての評価を高速度で且つ高い精
度でもって行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのオフライン用液晶配
向膜評価装置の概略構成を示す正面図である。

【図２】図１の装置の右側面図である。

【図３】本発明の別の実施例としてのインライン用液晶
配向膜評価装置の概略構成を示す斜視図である。

【図４】本装置において回転検光法によるエリプソメー
タにて液晶配向膜上の測定点のマッピングの仕方を図式
的に示す図である。

【図５】図４に示した測定点の一つに対応した本装置の
試料を載置したサンプルステージの位置状態を図式的に
示す図である。

【符号の説明】

１ 試料 ２ 測定点 １０ 架台 １１ アジャスタ ２０ 石定盤 ２１ ベース部 ２２ 支柱部 ２３ 支持梁部 ３０ メガトルクモータθ軸ユニット ４０ リニアモータＸ軸ユニット ５０ リニアモータＹ軸ユニット ６０ ３点支持あおり調整チルトテーブル ７０ サンプルステージ ８０ リニアモータＺ軸ユニット ８１ プーリ ８２ Ｚ軸の重り ９０ エリプソ取付けブラケット ９３ エリプソＹ方向微調整マイクロメータ ９４ エリプソＸ方向微調整マイクロメータ ９５ エリプソ投光部 ９６ エリプソ受光部 ９７ ゴニオラック投光部 ９８ ゴニオラック受光部 ９９ ＣＣＤカメラ １０１ 通し穴スペース

フロントページの続き (72)発明者 宮原 幸夫 長野県埴科郡坂城町大字坂城6358 日本エ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2G059 AA02 BB10 BB15 EE05 GG01 GG04 JJ19 JJ20 KK04 2G086 EE10 2H088 FA12 FA30 HA03 MA18 2H090 HC18 HC20 MB01

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶配向膜のラビング状態を評価する液
   晶配向膜評価装置において、エリプソメータと、評価す
   べき液晶配向膜を載置するためのサンプルステージと、
   該サンプルステージをＸ軸方向に移動させるためのＸ軸
   ユニットと、前記サンプルステージをＹ軸方向に移動さ
   せるためのＹ軸ユニットと、前記サンプルステージを測
   定点において所定の角度範囲において回転させるθ軸ユ
   ニットと、前記サンプルステージ上の液晶配向膜の測定
   点に対して前記エリプソメータを対峙させ且つＺ軸方向
   に移動させるためのＺ軸ユニットと、ベース部、支柱部
   および支持梁部を有した石定盤とを備えており、前記θ
   軸ユニット、前記Ｘ軸ユニットおよび前記Ｙ軸ユニット
   は、前記石定盤のベース部の上に積み重ねるようにして
   配置されており、前記Ｚ軸ユニットは、前記石定盤の支
   持梁部に配置されていることを特徴とする液晶配向膜評
   価装置。
2. 【請求項２】 前記サンプルステージは、前記θ軸ユニ
   ット、前記Ｘ軸ユニットおよび前記Ｙ軸ユニットの積み
   重ね体の上に３点支持あおり調整チルトテーブルを介し
   て配置されており、前記エリプソメータは、前記Ｚ軸ユ
   ニットによって駆動されるエリプソ取付けブラケットに
   取り付けられている請求項１に記載の液晶配向膜評価装
   置。
3. 【請求項３】 前記エリプソ取付けブラケットには、画
   像処理用のＣＣＤカメラが配置されている請求項２に記
   載の液晶配向膜評価装置。
4. 【請求項４】 前記Ｚ軸ユニットには、下降を抑止する
   ための重りが関連付けられている請求項１または２また
   は３に記載の液晶配向膜評価装置。
5. 【請求項５】 エリプソ取付けブラケットには、エリプ
   ソメータの位置微調整を行うためのエリプソＸ方向微調
   整マイクロメータおよびエリプソＹ方向微調整マイクロ
   メータが設けられている請求項２または３または４に記
   載の液晶配向膜評価装置。
6. 【請求項６】 前記Ｘ軸ユニット、前記Ｙ軸ユニットお
   よび前記Ｚ軸ユニットは、リニアモータで構成され、前
   記θ軸ユニットは、メガトルクモータで構成される請求
   項１から５のうちいずれか１項に記載の液晶配向膜評価
   装置。
7. 【請求項７】 前記サンプルステージの水平は、前記石
   定盤のベース部上に前記θ軸ユニット、前記Ｘ軸ユニッ
   トおよび前記Ｙ軸ユニットを積み重ねる際にキサゲ加工
   を行うことにより保たれる請求項１から６のうちのいず
   れか１項に記載の液晶配向膜評価装置。
8. 【請求項８】 前記θ軸ユニット、前記Ｘ軸ユニットお
   よび前記Ｙ軸ユニットのための配線または配管は、各ユ
   ニットの中心に形成された通し穴スペースを通して配置
   されている請求項１から７のうちのいずれか１項に記載
   の液晶配向膜評価装置。
9. 【請求項９】 液晶配向膜のラビング状態を評価する液
   晶配向膜評価装置において、エリプソメータと、評価す
   べき液晶配向膜を載置するためのサンプルステージと、
   該サンプルステージをＸ軸方向に移動させるためのＸ軸
   スライダーと、前記エリプソメータを前記サンプルステ
   ージ上の液晶配向膜に対峙させ且つＹ軸方向に移動させ
   るためのＹ軸ユニットと、前記エリプソメータを測定点
   において所定の角度範囲において回転させるθ軸ユニッ
   トと、前記サンプルステージ上の液晶配向膜の測定点に
   対して前記エリプソメータを対峙させ且つＺ軸方向に移
   動させるためのＺ軸ユニットとを備えることを特徴とす
   る液晶配向膜評価装置。
10. 【請求項１０】 ベース部および支柱部を有した石定盤
    を備えており、Ｘ軸スライダーは、前記石定盤のベース
    部の上に配置されており、Ｚ軸ユニットは、前記石定盤
    の支柱部に配置され、前記Ｙ軸ユニットは、前記Ｚ軸ユ
    ニットによってＺ軸方向に駆動させられるようになって
    おり、前記θ軸ユニットは、前記Ｙ軸ユニットに配置さ
    れたＹ軸スライダーの下側に配置されている請求項９に
    記載の液晶配向膜評価装置。
11. 【請求項１１】 前記サンプルステージは、前記Ｘ軸ス
    ライダーの上に３点支持あおり調整チルトテーブルを介
    して配置されており、前記エリプソメータは、前記θ軸
    ユニットに取り付けられている請求項１０に記載の液晶
    配向膜評価装置。
12. 【請求項１２】 前記θ軸ユニットには、画像処理用の
    ＣＣＤカメラが配置されている請求項１１に記載の液晶
    配向膜評価装置。
13. 【請求項１３】 前記Ｘ軸ユニット、前記Ｙ軸ユニット
    および前記Ｚ軸ユニットは、リニアモータで構成され、
    前記θ軸ユニットは、メガトルクモータで構成される請
    求項９から１２のうちいずれか１項に記載の液晶配向膜
    評価装置。
14. 【請求項１４】 前記サンプルステージの水平は、前記
    石定盤のベース部上に前記Ｘ軸スライダーを積み重ねる
    際にキサゲ加工を行うことにより保たれる請求項９から
    １３のうちのいずれか１項に記載の液晶配向膜評価装
    置。