JP2006226995A - 光学的異方性パラメータ測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、光学的異方性薄膜の光学軸の方向と大きさ、および膜厚を高速、高精度に測定し、さらに二次元受光素子による分布測定を可能とする手法と装置を提供する。
【手段】
測定点（Ｍ）に立てられた法線（Ｚ）を中心として所定角度間隔で設定された複数の入射方向からＰ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させ、その反射光に含まれるＳ偏光の反射光強度を入射方向に応じて検出し、反射光強度の極小値を示す入射方向のうち、最大ピークとなる二つの極大値（Λ_１、Λ_２）に挟まれた極小値（Ｖ_１）が測定された入射方向（ν_１）に基づいて測定点Ｍにおける光学軸（ＯＸ）の方位角方向（Φ_Ａ）を決定し、最大ピークとなる極大値（Λ_１）とこれに隣接する中間ピークとなる極大値（Λ_３）に挟まれた極小値（Ｖ_３）が測定された入射方向に基づいて極角方向（θ）を決定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜試料の光学軸の異方性を測定する光学的異方性パラメータ測定方法及び測定装置に関し、特に、液晶配向膜の検査等に用いて好適である。

液晶ディスプレイは、表面に透明電極及び配向膜を積層した裏側ガラス基板と、表面にカラーフィルタ、透明電極及び配向膜を積層形成した表側ガラス基板が、スペーサを介して配向膜同士を向かい合わせ、その配向膜の隙間に液晶を封入した状態で封止されると共に、その表裏両側に偏光フィルタが積層された構造と成っている。

ここで、液晶ディスプレイが正常に動作するためには液晶分子が均一に同一方向に配列されている必要があり、配向膜が液晶分子の方向性を決定する。
この配向膜が液晶分子を整列させることができるのは、一軸性光学的異方性を有しているからであり、配向膜がその全面にわたって均一な一軸性光学的異方性を有していれば液晶ディスプレイに欠陥を生じにくく、光学的異方性の不均一な部分が存在すれば液晶分子の方向が乱れるため液晶ディスプレイが不良品となる。
すなわち、配向膜の品質はそのまま液晶ディスプレイの品質に影響し、配向膜に欠陥があれば液晶分子の方向性が乱れるため、液晶ディスプレイにも欠陥を生ずることになる。

したがって、液晶ディスプレイを組み立てる際に、予め配向膜の欠陥の有無を検査して品質の安定した配向膜のみを使用するようにすれば、液晶ディスプレイの歩留りが向上し、生産効率が向上する。
このため従来より、配向膜について、異方性パラメータとなる光学軸の方位角方向、極角方向、膜厚等を測定し、その配向膜の光学的異方性を評価することにより、欠陥の有無を検査する方法が提案されている。

最も一般的な手法は、エリプソメータを使用する方法であり、かなり正確に測定することが可能であるが、１測定点あたりの測定時間が２分程度と長く、一枚の配向膜の異方性を評価する際に、１００×１００の合計１万点を測定しようとすると、単純計算で約２週間もかかるため、生産ラインに乗せて全数検査を行うことは到底不可能である。

これは、薄膜試料の測定点に立てられた法線を中心として所定角度間隔で設定された複数の入射方向から前記測定点に対してＰ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させ、その反射光に含まれる偏光成分の内、照射光の偏光方向に直交する偏光成分の反射光強度を測定することにより入射方向に応じた反射光強度変化を検出することにより、光学的異方性薄膜のパラメータとなる方位角方向、極角方向及び膜厚を算出しようとするものである。
特開２００１−２７２３０８

しかしながら、これによれば、光学的異方性薄膜のパラメータを求めるには、この方法は全ての方位で測定を行う必要があるため、時間がかかるという問題がある。
また、測定は反射光強度の絶対量を必要とするため、受光素子の感度の線形性、ダイナミックレンジなどの外的要因による影響により測定精度が左右され、誤差が大きくなる可能性が高く、測定精度の向上が難しいという問題がある。
さらに、非線形最小二乗法により主誘電率の軸の方向と大きさ、膜の厚さ、および規格化定数の６つ以上のパラメータを同時に算出する必要があるため、ローカルミニマムで収束した解を算出してしまう可能性があるだけでなく、計算に膨大な時間を必要とするといった問題がある。

そこで本発明は、光学的異方性薄膜の光学軸の方向と傾きを高速、高精度に測定し、さらに二次元受光素子による分布測定を可能とする方法と装置を提供することを技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、薄膜試料の異方性パラメータとなる光学軸の方位角方向と極角方向を測定する光学的異方性パラメータ測定方法であって、薄膜試料上の測定点に立てられた法線を中心として所定角度間隔で設定された複数の入射方向から前記測定点に対してＰ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させ、その反射光に含まれる偏光成分の内、照射光の偏光方向に直交する偏光成分の反射光強度を入射方向に応じて検出し、前記反射光強度の極小値を示す入射方向のうち、最大ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値又は中間ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向に基づいて測定点における光学軸の方位角方向を決定し、前記反射光強度が最大ピークとなる極大値とこれに隣接する中間ピークとなる極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向、もしくは、最大ピークとなる極大値が測定された入射方向に基づいてその測定点における光学軸の極角方向を決定することを特徴とする。

本発明によれば、まず、薄膜試料上の測定点に立てられた法線を中心として所定角度間隔で設定された複数の入射方向から前記測定点に対してＰ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させ、その反射光に含まれる偏光成分の内、照射光の偏光方向に直交する偏光成分の反射光強度を測定することにより入射方向に応じた反射光強度変化を検出する。
入射方向を０〜３６０°の間で変化させたときに、光学異方性を有する薄膜試料の反射光強度の測定値は、最大ピークとなる二つの極大値が隣接すると共に、中間ピークとなる二つの極大値が隣接し、夫々の極大値の間に四つの極小値を有する波形となる。

ここで、薄膜試料の光学軸の方位角方向の角度、即ち、測定面内における光学軸の向きは最大ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が測定された方向に等しいので、その方向を方位角方向と決定し、その角度をその測定点における方位角方向Φ_Ａ＝０と置く。
なお、この方向は、中間ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が測定される方向から１８０°ずれているので、中間ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が測定される方向からも特定できる。

次に、薄膜試料の光学軸の極角方向の角度、即ち、基板平面に対する光学軸の傾斜角は、式（２）もしくは式（３）により算出できる。
ここで、式（２）（３）中、極角方向の角度θ以外の変数は、すべて既知もしくは測定値であるから、式（２）によるときは、最大ピークとなる極大値と中間ピークとなる極大値に挟まれた極小値が測定される角度を検出することにより、また、式（３）によるときは、最大ピークとなる極大値が測定される角度を検出することにより算定できる。

Φ_Ａ：最大ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向（＝方位角方向＝０）
Φ_Ｂ：最大ピークとなる極大値と中間ピークとなる極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向
Φ_Ｃ：最大ピークとなる極大値が測定された入射方向
Φ_Ｄ：最大ピークとなる極大値が測定された入射方向
θ ：基板平面からの光学軸の極角方向の角度（傾斜角）
μ ：＋／−（Ｓ偏光入射に対するＰ偏光の反射強度のとき「＋」、Ｐ偏光入射に対するＳ偏光の反射強度のとき「−」）
φ_０：薄膜への入射角度
φ_２：基板へ抜けた時の光の角度
Ｎ_２：基板の屈折率
ε_０：薄膜試料の常光誘電率

さらに、薄膜試料上の任意の測定エリアに対して、Ｐ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させ、その反射光に含まれる偏光成分の内、照射光の偏光方向に直交する偏光成分の反射光強度分布を二次元的に検出することにより、測定エリア内に存する各測定点について反射光強度を入射方向に応じて検出することにより、複数の測定点について個別に方位角方向、極角方向を算出できる。

なお、薄膜試料として例えば液晶配向膜を用いた場合は、ラビングにより光学軸が揃い、そのラビング方向近傍とこれに直交する方向近傍から入射させたときに、反射光強度が最小となる極値が存在する。
また、反射光強度が最大ピーク又は中間ピークとなる極大値が存在する角度（方向）は、極角方向に依存し、液晶配向膜を製造する場合、ラビング強度（圧力）によって経験的におおよその極角方向をコントロールしているので、その極角方向に基づき式（３）より特定可能である。
したがって、ラビング方向とこれに直交する方向を中心に例えば所定の角度範囲において光を入射させたり、ラビング方向と反射光強度が最大ピークとなる極大値が存在すると予想される角度（方向）を中心に所定の角度範囲において光を入射させることにより、測定範囲を絞ることができる。
なお、この角度範囲は、液晶配向膜の製造ラインなどにおいては、経験的に測定された方位角方向等の統計上のバラツキに基づき、バラツキが少なければ±２０°程度の限定された範囲で足り、ばらつきが多い場合は±４５°程度と範囲を広げればよい。

このように、反射光の極小値・極大値の入射方向さえわかれば光学軸の方位角方向と極角方向を決定することができ、さらに、これらの値が既知となった測定点について薄膜試料の異方性層の膜厚ｔ、常光誘電率ε_０、異常光誘電率ε_ｅを測定する場合は、２ないし３方向からエリプソメータあるいはリフレクトメータで測定を行なえば足り、極めて短時間且つ正確にこれらの光学異方性パラメータを測定できる。

本発明は、光学的異方性薄膜の光学軸の方向と傾きを高速、高精度に測定するという目的を達成するため、薄膜試料上の測定点に立てられた法線を中心として所定角度間隔で設定された複数の入射方向から前記測定点に対してＰ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させ、その反射光に含まれる偏光成分の内、照射光の偏光方向に直交する偏光成分の反射光強度を入射方向に応じて検出し、前記反射光強度の極小値を示す入射方向のうち、最大ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向に基づいて測定点における光学軸の方位角方向を決定し、前記反射光強度が最大ピークとなる極大値とこれに隣接する中間ピークとなる極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向に基づいてその測定点における光学軸の極角方向を決定するようにした。

図１は本発明に係る光学的異方性パラメータ測定装置の一例を示す説明図、図２は反射光強度の最小値を示す入射方向と、光学軸の方位角方向及び極角方向の関係を示す概念図、図３は反射光強度の測定結果を示すグラフ、図４は他の光学的異方性パラメータ測定装置を示す説明図、図５は薄膜試料の回転に伴う各測定点の位置の推移を示す説明図、図６は傾斜角分布の測定結果を示す説明図、図７はさらに他の光学的異方性パラメータ測定装置を示す説明図、図８及び図９はその測定結果を示すグラフである。

図１及び図２に示す光学的異方性パラメータ測定装置１は、ステージ２に載置された薄膜試料３の異方性パラメータとなる光学軸ＯＸの方位角方向Φ_Ａと極角方向θを測定するためのもので、薄膜試料３上の測定点Ｍに立てられた法線Ｚを中心として所定角度間隔で設定された複数の入射方向から前記測定点Ｍに対してＰ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させる発光光学系４と、その反射光に含まれる偏光成分の内、照射光の偏光方向に直交する偏光成分の反射光強度を入射方向に応じて検出する受光光学系５と、その測定結果に基づいて測定点Ｍにおける光学軸の極角方向を決定する演算処理装置６とを備えている。

ステージ２は、ベース１１上に、ステージ２を昇降させる昇降テーブル１２と、ステージ２を回転させる回転テーブル１３と、ステージ２を回転テーブル１３の回転中心Ｚに対してＸＹ方向に水平移動させるＸＹテーブル１４と、回転テーブル１３の回転時にステージ２のあおりを調整するあおり調整テーブル１５を備えている。
なお、ステージ２の上方には、ステージ２のあおり量を光学的に測定するオートコリメータ７が配されており、その測定結果に基づき、あおり量の調整を行う。

発光光学系４は、波長６３２.８ｎｍ、光強度２５ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザ２１が回転テーブル１３の回転中心Ｚに向けて、測定精度がより良いブリュースター角付近の入射角（本例では６０°）となるように配置され、その照射光軸Ｌ_IRに沿って、Ｐ偏光を透過させる２個のグラントムソンプリズム（消光比１０^―６）からなる偏光子２２、２２が配されており、これにより純粋なＰ偏光のみを照射できるようになっている。

受光光学系５は、前記レーザ２１から照射されて薄膜試料３で反射された反射光軸Ｌ_RFに沿って、試料３からの裏面反射による光を消去するピンホールスリット２３と、Ｓ偏光を透過させる２個のグラントムソンプリズム（消光比１０^―６）からなる検光子２４、２４と、波長選択フィルタ２５と、光電子増倍管２６が配されており、光電子倍増管２６の検出信号が演算処理装置６に出力されるようになっている。
なお、検光子２４を２個使用することにより、純粋なＳ偏光のみを光電子倍増管２６で検出しうるようになっている。

演算処理装置６では、回転テーブル１３を所定角度回転するたびごとに、光電子倍増管２６から出力される検出信号を入力し、その回転角度（入射方向）と反射光強度の関係を記憶する。
光学異方性を有する薄膜試料３について入射方向を０〜３６０°まで変化させたときに検出される反射光強度変化は、一般に、図３のグラフＧ_１に示すように、最大ピークとなる二つの極大値Λ_１、Λ_２と、中間ピークとなる二つの極大値Λ_３、Λ_４と、夫々の間に、四つの極小値Ｖ_１〜Ｖ_４を有する波形となる。
すなわち、図２に示すように、平面図でみて光学軸ＯＸの長手方向から入射されたときに最小値Ｖ_１、Ｖ_２が測定され、光学軸ＯＸを含む縦断面において光学軸に対して直交する方向から入射されたときに極小値Ｖ_３、Ｖ_４が測定される。

そして、反射光強度の極小値を示す入射方向ν_１〜ν_４のうち、最大ピークとなる二つの極大値Λ_１、Λ_２に挟まれた極小値Ｖ_１が測定された入射方向ν_１に基づいて測定点における光学軸の方位角方向Φ_Ａが決定される。すなわち、入射方向ν_１を方位角方向Φ_Ａ＝０とする。
次いで、反射光強度が最大ピークとなる極大値Λ_１とこれに隣接する中間ピークとなる極大値Λ_３に挟まれた極小値Ｖ_３が測定された入射方向ν_３、反射光強度が最大ピークとなる極大値Λ_２とこれに隣接する中間ピークとなる極大値Λ_４に挟まれた極小値Ｖ_４が測定された入射方向ν_４、もしくは、最大ピークとなる極大値Λ_１又はΛ_２が測定された入射方向λ_１又はλ_２に基づいてその測定点における光学軸の極角方向θが決定される。
この場合、式（２）に基づいて算出する場合は、
Φ_Ｂ＝ν_３−ν_１＝ν_４−ν_１
とし、式（３）に基づいて算出する場合は、
｜Φ_Ｃ｜＝｜Φ_Ｄ｜＝｜λ_１−λ_２｜／２＝｜λ_３−λ_４｜／２
とすればよい。

以上が本発明装置の一構成例であって、次に本発明方法に付いて説明する。
その後、薄膜試料３の光学軸ＯＸの方位角方向Φ_Ａ、極角方向θが既知となるので、任意の2方向からエリプソメータ、あるいはリフレクトメータで測定を行なえば、薄膜試料の主誘電率の大きさ及び厚さを求めることができる。

薄膜試料３として、ガラス基板８上にポリアミック酸（日産化学製ＰＩ−Ｃ）をスピンコーターによりスピンコートしたのち、２６０℃で焼成し、バフ布によりラビングを行ったものを準備した。
ラビング前の薄膜の膜厚Ｔ＝８０ｎｍ、誘電率ε＝３.００であった。
ラビング後の試料３を従来公知の手法により予め測定したところ、ラビング方向を０°としたときに光学軸ＯＸの方位角方向ν_１＝０.７°、極角方向θ＝２４.２°、常光誘電率ε_０＝２.８３、異常光誘電率ε_ｅ＝３.４３、異方性層の膜厚ｔ＝１２ｎｍであった。このときの測定時間は一測定点で約６０秒であった。

薄膜試料３をステージ２に乗せて、オートコリメータ７で試料のあおり量を検出し、あおり調整テーブル１５で試料３が水平になるよう調整した。さらに、試料３からの反射光が受光素子に入るよう昇降テーブル１２により試料３の高さの最適化を行なった。
試料３のあおり、高さの調整後、回転テーブル１３を回転させ、入射方向に対するＳ偏光の反射光強度を測定した。
ラビングされた薄膜試料３は、方位角方向Φ_Ａがそのラビング方向（Ｘ方向）と略平行であると予想でき、極角方向θがこれと略直交する位置にあると予想できるので、本例では、ラビング方向を中心に±２０°、これと直交する方向（Ｙ方向）を中心に±２０°の範囲で２°間隔で反射光強度を測定した。
なお、この測定範囲は、光学軸の予想し得る方位角方向と、経験的に測定されている実際の方位角方向のずれを勘案して、例えば、±４５°、±３０°など任意の角度範囲に設定すればよい。

図３の拡大グラフＧ_２、Ｇ_３は、Ｘ方向及びＹ方向を中心とした夫々の測定範囲における反射光強度変化である。
この測定データから、光学軸ＯＸの方位角方向Φ_Ａ、極角方向θを求めた。
傾斜角θを求める際、式（２）の常光誘電率はラビング前のポリイミド膜の誘電率ε_０＝３.００と設定した。
グラフＧ_２の測定結果に対してフィッティング計算を行い、受光強度が極小となる方位ν_１を算出したところ、ν_１＝０.４°であった。したがって、光学軸ＯＸの方位角方向Φ_ＡはＹ軸から０_．４°傾いていることがわかる。
また、グラフＧ_３の測定結果に対してフィッティング計算を行い、受光強度が極小となる方位ν_３を算出し、Φ_Ｂ＝ν_３−ν_１、常光誘電率ε_０＝３.００（ラビング前のポリイミド膜の誘電率）として式（２）に基づいて傾斜角θを算出したところθ＝２２.５°であった。
なお、このときの一測定点の測定時間は約２秒であった。

この結果をもとに、試料の光学軸の方位角方向とそれに直交する方向の２方向で、エリプソメータで測定をおこなったところ、常光誘電率ε_０＝２.７９、異常光誘電率ε_ｅ＝３.４４、異方層の膜厚ｔ＝１１ｎｍであった。この常光誘電率ε_０の値から傾斜角θを再計算すると２４.５°であった。
このとき、エリプソメータで測定する時間を入れても、測定時間は一測定点あたり約４秒であり、従来手法と同等の結果を高速に測定することができた。

図４は光学的異方性パラメータ測定装置の他の実施形態を示し、図１と共通する部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
本例の光学的異方性パラメータ測定装置３１において、発光光学系４は、キセノンランプ３２が配され、その照射光軸Ｌ_IRに沿って、反射鏡３３の集光点にピンホールスリット３４、その透過光を平行化するコリメートレンズ３５、干渉フィルタ３６、Ｐ偏光を透過させる偏光子２２が配されている。
このとき、干渉フィルタ３５は中心波長４５０ｎｍ、半値全幅２ｎｍに選定され、薄膜試料３に照射されるビーム径は１０ｍｍ^２、入射角度はブリュースター角付近である６０°となるように設定した。

また、受光光学系５は、その反射光軸Ｌ_RFに沿って、Ｓ偏光を透過させる検光子２４、波長選択フィルタ３７、２次元ＣＣＤカメラ３８が配されている。
これにより、試料３に照射された１０ｍｍ^２の測定エリアＡに含まれる複数の測定点Ｍijからの反射光強度を同時に測定することができる。

試料３はＳｉ基板上にポリアミック酸（日産化学製ＰＩ−Ｃ）をスピンコートし、２６０℃で焼成し、バフ布によりラビングを行ったものを用意した。ラビングの際、試料３の左側より右側のほうがラビング強度が大きくなるようにラビングを行なった。
この試料３の傾斜角θを従来方法で１０×１０＝１００ポイントを測定したところ、右側が３０〜３４°、左側が２７〜２９°の分布であった。
また、測定時間は１００ポイントで約１００分であった。

試料３をステージ２に設置し、あおり、高さを調整後、回転テーブル１３を回転させ、入射方向に対する反射光強度の２次元分布測定を行なった。
図５（ａ）は回転前の測定エリアＡ内の測定点Ｍij（ｉ，ｊ＝１〜１０）を示す。
図５（ｂ）は回転テーブル１３の回転に伴い回転した画像を示すもので，各測定点Ｍijを極座標Ｍij＝（ｒ_ｎ，α_ｍ）で表わせば、回転テーブル１３が角度γだけ回転したときのＭijの位置はＭij＝（ｒ_ｎ，α_ｍ＋γ）で表わされる。
したがって、Ｍij＝（ｒ_ｎ，α_ｍ＋γ）に対応するＣＣＤカメラ３９の画素領域で反射光強度を測定すればよい。

このようにして、合計１００ポイントの各測定点Ｍijについて、実施例１と同様、ラビング方向（Ｘ方向）を中心に±２０°、これと直交する方向（Ｙ方向）を中心に±２０°の範囲で２°間隔で反射光強度を測定し、式（７）を用いて傾斜角θの分布を求めた。このときの１００ポイントの測定点の測定時間は２秒であった。

この結果をもとに、試料の各測定点Ｍijについて、光学軸ＯＸの方位角方向Φ_Ａと、それに直交する方向の２方向で、エリプソメータで測定をおこない、常光誘電率ε_０、異常光誘電率ε_ｅ、異方層の膜厚ｔを測定した。
図６は、測定された常光誘電率ε_０の値から再計算された傾斜角θの分布を示す。
これによれば、右側が３０〜３４°、左側が２７〜２９°の分布であり、従来方法で測定したのと同様の結果が得られた。
このとき、エリプソメータで測定する時間を入れても１００ポイントの測定点についての測定時間は約６秒であり、従来手法と同等の結果を極めて高速に測定することができた。

図７は光学的異方性パラメータ測定装置の他の実施形態を示し、図１と共通する部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
本例の光学的異方性パラメータ測定装置４１は、試料３を回転させることなく、光学異方性パラメータを測定するものである。

発光光学系４は、ラビング方向（Ｘ方向）を中心に±２０°、これと直交するＹ方向を中心に±２０°の範囲に、ブリュースター角付近の入射角（本例では６０°）で測定点Ｍに向けて光を照射する複数の照射光軸Ｌ_IRが５°間隔で設定されている。
各照射光軸Ｌ_IRには、波長７８０ｎｍ、光強度２０ｍWの半導体レーザ４２、Ｐ偏光を透過させる偏光子２２が配されている。

受光光学系５は、各レーザ４２から照射されて薄膜試料３で反射された夫々の反射光軸Ｌ_RFに沿って、試料３からの裏面反射による光を消去するピンホールスリット２３と、Ｓ偏光を透過させる検光子２４、波長選択フィルタ２５と、光電子増倍管２６が配されており、各光電子倍増管２６の検出信号が演算処理装置６に出力されるようになっている。

試料３は、ガラス基板（白板ガラス）上にポリアミック酸（日産化学製ＰＩ−Ｃ）をスピンコーターによりスピンコートしたのち、２６０℃で焼成し、バフ布によりラビングを行ったものを準備した。
ラビング前の薄膜の膜厚Ｔ＝９３ｎｍ、誘電率ε＝２.９８であった。
ラビング後の試料３を従来公知の手法により予め測定したところ、ラビング方向を０°としたときに光学軸ＯＸの方位角方向ν_１＝１.５°、極角方向θ＝２０.４°、常光誘電率ε_０＝２.７８、異常光誘電率ε_ｅ＝３.３２、異方性層の膜厚ｔ＝１２ｎｍであった。このときの測定時間は一測定点で約６０秒であった。

薄膜試料３のあおり、高さを調整した後、各レーザ４２から出力された光の反射光強度を測定した。
図８及び図９は、それぞれＸ方向（１８０°）及びＹ方向（９０°）を中心とした±２０°の角度範囲における測定データである。
図８の測定結果に対してフィッティング計算を行い、受光強度が極小となる方位ν_１を算出したところ、ν_１＝１.８°であった。したがって、光学軸ＯＸの方位角方向Φ_ＡはＹ軸から１.８°傾いていることがわかる。
また、図９の測定結果に対してフィッティング計算を行い、受光強度が極小となる方位ν_３を算出し、Φ_Ｂ＝ν_３−ν_１、常光誘電率ε_０＝２.９８（ラビング前のポリイミド膜の誘電率）として式（２）に基づいて傾斜角θを算出したところθ＝１９.０°であった。
なお、このときの一測定点の測定時間は約０.５秒であった。

この結果をもとに、試料の光学軸の方位角方向とそれに直交する方向の２方向で、エリプソメータで測定を行ったところ、常光誘電率ε_０＝２.７６、異常光誘電率ε_ｅ＝３.３８、異方層の膜厚ｔ＝１６ｎｍであった。この常光誘電率ε_０の値から傾斜角θを再計算すると２０.５°であった。
このとき、エリプソメータで測定する時間を入れても、測定時間は一測定点あたり約２秒であり、従来手法と同等の結果を高速に測定することができた。

本発明は、光学異方性を有する薄膜製品、特に、液晶配向膜の品質検査などに適用することができる。

本発明に係る光学的異方性パラメータ測定装置の一例を示す説明図。 光学軸の方位角方向及び極角方向の関係を示す概念図。 その測定結果を示すグラフ。 他の光学的異方性パラメータ測定装置を示す説明図。 薄膜試料の回転に伴う各測定点の位置の推移を示す説明図。 極角方向分布を示す説明図。 さらに他の光学的異方性パラメータ測定装置を示す説明図。 その測定結果を示すグラフ。 その測定結果を示すグラフ。

符号の説明

１、３１、４１ 光学的異方性パラメータ測定装置
２ ステージ
３ 薄膜試料
ＯＸ 光学軸
Φ_Ａ 方位角方向
θ 極角方向
Ｍ 測定点
Ｚ 法線
４ 発光光学系
５ 受光光学系
６ 演算処理装置

Claims (13)

1. 薄膜試料の異方性パラメータとなる光学軸の方位角方向と極角方向を測定する光学的異方性パラメータ測定方法であって、
   薄膜試料上の測定点に立てられた法線を中心として所定角度間隔で設定された複数の入射方向から前記測定点に対してＰ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させ、
   その反射光に含まれる偏光成分の内、照射光の偏光方向に直交する偏光成分の反射光強度を入射方向に応じて検出し、
   前記反射光強度の極小値を示す入射方向のうち、最大ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値又は中間ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向に基づいて測定点における光学軸の方位角方向を決定し、
   前記反射光強度が最大ピークとなる極大値とこれに隣接する中間ピークとなる極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向、もしくは、最大ピークとなる極大値が測定された入射方向に基づいてその測定点における光学軸の極角方向を決定することを特徴とする光学的異方性パラメータ測定方法。
2. 前記法線を中心として試料を回転させることにより複数の入射方向から前記測定点に対してＰ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させる請求項１記載の光学的異方性パラメータ測定方法。
3. 前記法線を中心として、その周囲に所定角度間隔で配された複数の発光部から前記Ｐ偏光又はＳ偏光の単色光を照射させる請求項１記載の光学的異方性パラメータ測定方法。
4. 薄膜試料を移動させることにより、複数の測定点について光学軸の異方性を測定する請求項１乃至３記載の光学的異方性パラメータ測定方法。
5. 前記法線を中心として所定角度間隔で入射されるＰ偏光又はＳ偏光の単色光の入射方向が、最大ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が存在すると予想される第一の角度と、最大ピークとなる極大値と中間ピークとなる極大値に挟まれた極小値、最大ピークとなる極大値、あるいは中間ピークとなる極大値が存在すると予想される第二の角度を中心として、それぞれ所定の角度範囲で、所定角度間隔で複数設定されてなる請求項１記載の光学的異方性パラメータ測定方法。
6. 薄膜試料の異方性パラメータとなる光学軸の方位角方向と極角方向を測定する光学的異方性パラメータ測定方法であって、
   薄膜試料上の測定エリアの中心に立てられた法線を中心として所定角度間隔で設定された複数の入射方向から前記測定エリアに対して、Ｐ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させ、
   その反射光に含まれる偏光成分の内、照射光の偏光方向に直交する偏光成分の反射光強度分布を検出することにより、測定エリア内に存する各測定点についてそれぞれの反射光強度を入射方向に応じて二次元的に検出し、
   各測定点について前記反射光強度が極小値を示す入射方向のうち、最大ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値または中間ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向に基づいてその測定点における光学軸の方位角方向を決定し、
   前記反射光強度が最大ピークとなる極大値とこれに隣接する中間ピークとなる極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向、もしくは、最大ピークとなる極大値が測定された入射方向に基づいてその測定点における光学軸の極角方向を決定することを特徴とする光学的異方性パラメータ測定方法。
7. 決定された方位角方向に基づき、少なくとも任意の２方向からエリプソメータあるいはリフレクトメータで測定を行ない、光学的異方性パラメータとなる異方性薄膜の主誘電率、膜の厚さを求める請求項１記載の光学的異方性パラメータ測定方法。
8. 薄膜試料の異方性パラメータとなる光学軸の方位角方向と極角方向を測定する光学的異方性パラメータ測定装置であって、
   薄膜試料上の測定点に立てられた法線を中心として所定角度間隔で設定された複数の入射方向から前記測定点に対してＰ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させる発光光学系と、
   その反射光に含まれる偏光成分の内、照射光の偏光方向に直交する偏光成分の反射光強度を入射方向に応じて検出する受光光学系と、
   前記反射光強度が極小値を示す入射方向のうち、最大ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値または中間ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向に基づいてその測定点における光学軸の方位角方向を決定すると共に、
   前記反射光強度が最大ピークとなる極大値とこれに隣接する中間ピークとなる極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向、もしくは、最大ピークとなる極大値が測定された入射方向に基づいてその測定点における光学軸の極角方向を決定する演算処理装置を備えたことを特徴とする光学的異方性パラメータ測定装置。
9. 前記試料が前記法線を中心として回転可能に配された請求項８記載の光学的異方性パラメータ測定装置。
10. 前記発光光学系及び受光光学系が、前記法線を中心としてその周囲に所定角度間隔で複数組配された請求項８記載の光学的異方性パラメータ測定装置。
11. 複数の測定点について光学軸の異方性を測定するために薄膜試料を移動させるテーブルを備えた請求項８記載の光学的異方性パラメータ測定装置。
12. 前記法線を中心として所定角度間隔で入射されるＰ偏光又はＳ偏光の単色光の入射方向が、最大ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が存在すると予想される第一の角度と、最大ピークとなる極大値と中間ピークとなる極大値に挟まれた極小値、最大ピークとなる極大値、あるいは中間ピークとなる極大値のいずれかが存在すると予想される第二の角度を中心として、それぞれ所定の角度範囲で、所定角度間隔で複数設定されてなる請求項８記載の光学的異方性パラメータ測定装置。
13. 薄膜試料の異方性パラメータとなる光学軸の方位角方向と極角方向を測定する光学的異方性パラメータ測定装置であって、
    薄膜試料上の測定エリアの中心に立てられた法線を中心として所定角度間隔で設定された複数の入射方向から前記測定エリアに対して、Ｐ偏光又はＳ偏光の単色光を所定の入射角度で照射させる発光光学系と、
    その反射光に含まれる偏光成分の内、照射光の偏光方向に直交する偏光成分の反射光強度分布を測定することにより、測定エリア内に存する各測定点についてそれぞれの反射光強度を入射方向に応じて検出する二次元受光素子を有する受光光学系と、
    各測定点について前記反射光強度が極小値を示す入射方向のうち、最大ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値または中間ピークとなる二つの極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向に基づいてその測定点における光学軸の方位角方向を決定すると共に、前記反射光強度が最大ピークとなる極大値とこれに隣接する中間ピークとなる極大値に挟まれた極小値が測定された入射方向、もしくは、最大ピークとなる極大値が測定された入射方向に基づいてその測定点における光学軸の極角方向を決定する演算処理装置を備えたことを特徴とする光学的異方性パラメータ測定装置。

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