JP2007163711A - 配向層形成装置および配向層形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、配向層の配向方向を均一にするための配向層形成装置および方法を提供することにある。
【解決手段】 配向層形成装置１０は、イオンビーム２８を生成するイオンソース１２と、基板２４とイオンソース１２との間に設けられる１つまたは複数のマスク２０と、を含み、マスク２０は基板側に反射面３４を有する。配向層となる基板上の薄膜２６とマスク２０の反射面３４との間でイオンビーム２８を反射させ、最終的に薄膜２６に照射されたイオンビームにより配向層を形成する。マスクの反射面の形状、配置により、液晶の配向方向を均一にすることができる。したがって、明度むらや色むらのない液晶表示装置を製造することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、イオンビーム照射により液晶配向層を形成する装置および方法に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ）は、基板上の配向層によって液晶の配向方向を制御している。ポリイミドまたは無機材料の薄膜にイオンビームを照射することで薄膜の原子間結合が切断され配向層が形成される。イオンビーム照射により薄膜表面に液晶配向に有効な配向膜加工、すなわち配向処理を行う場合、イオンビーム照射方向の分布がそのまま液晶配向方向の分布となるため、基板上の薄膜全体にわたってイオンビーム照射方向の広がりを小さくし、かつ一定方向にそろうことが望ましい。

従来、図１（ａ）、（ｂ）のように、基板２４をイオンソース１２に向けて近づける方向、あるいは離す方向で移動させながら薄膜２６にイオンビーム２８を照射する。後述するように、イオンビーム２８はビームの広がりを有しており、マスク（遮蔽板）２０は、配向層の形成に寄与させたいイオンビーム２８のみをスリット２２を通して薄膜２６に照射するためのものである。薄膜全面にわたり一様な方向の配向処理を行うには、均一なイオン密度でイオン同士がお互いに平行なビームとなって照射されるのが理想である。

すなわち液晶配向方向は、配向層全体にわたり均一である必要がある。液晶配向方向がそろわず均一でないと、液晶パネルの輝度むら、色むら等の原因となる。従って高画質の液晶パネルを製造するために、更なる液晶配向方向の均一化が求められている。

均一な配向を得るためには、イオンソースから出射されるイオンビームの密度分布を均一にする必要があり、イオンソースのプラズマ生成室内部のガスおよび自由電子の発生密度を制御することでイオンビーム密度の均一化を図ってきた。

図１に示すように、一般にイオンビーム２８を生成するイオンソースは板状体のグリッド１１を備える。このグリッド１１には、イオン射出口が複数設けられている。各射出口から出射されるイオンビーム２８はある広がりを有している。イオンビーム強度分布を均一にするために、イオンビーム２８を生成するイオンソースのグリッド１１の複数のイオン射出口の大きさをイオンソースのイオン密度によって変えることによりイオンビームの密度分布を均一にする方法が特開２００４−３７８７５号公報に開示されている。

さらに図１（ｂ）に示すＸ方向、すなわち基板の進行方向に垂直な方向でイオンビームが照射される領域方向でのイオンビーム強度分布が一様でない場合には、配向処理された薄膜２６において配向方向の不均一が生じ得る。

これに対して、スリット２２を形成するマスク２０のエッジ３２ａの形状を液晶の配向方向をもとに補正する方法を採用することにより、イオンビーム２８の照射方向を揃える方法が特開２００４−６２０９８号公報に開示されている。

上記従来の方法においては、イオンソースに対するイオンビーム密度分布の均一化のためのグリッド加工、照射方向を揃えるためのマスクエッジ形状加工など装置の製作精度の向上が要求されること、およびビーム照射領域が狭まるためにイオンビーム照射に必要なプロセス時間が増加するという問題がある。
特開２００４−３７８７５号公報 特開２００４−６２０９８号公報

本発明の目的は、イオンビーム照射により液晶配向層を形成するときに、グリッド加工、マスクエッジ形状加工など装置の製作精度を緩和し、ビーム照射領域を狭めずに、配向層の配向方向を均一にする装置および方法を提供することにある。配向方向を均一にすることにより輝度むら、色むらをなくし、画質が均一な液晶画面が得られる。

本発明の別の目的は、イオンビーム照射により液晶配向層を形成するときに、液晶のプレチルト角を所望の値に変えることが可能な装置および方法を提供することにある。液晶のプレチルト角を所望の角度に変えることにより、視野角特性を含む液晶画面の画質を向上させることが可能となる。

本発明の配向層形成装置の要旨は、基板上の配向層に対してイオンビームを照射するためのイオンソースと、基板とイオンソースとの間に設けられ、イオンビームを基板側に反射する反射面を有するマスク（遮蔽板）とを含む。マスクの反射面によりイオンビームを基板上の薄膜に向け所定の方向、即ち配向方向に反射させることにより、配向層を形成することで液晶の配向方向を均一に揃えることを含む。

該所定の方向が液晶の配向方向であり、所定のプレチルト角に対応させて前記薄膜への入射角を変える反射面を有するマスクを備えることを含む。すなわち、該マスクの反射面からのイオンビーム反射を用いて、基板上の薄膜への入射角度を所望のプレチルト角に対応付けて変えることを含む。

マスクの基板側に形成されたマスクの反射面は平面であって前記基板の表面に対して傾斜させイオンビームを前方反射させる。さらに基板を搬送する、該基板の進行方向に対しても傾斜させることで広がり角を持ったイオンビームの進行方向を配向方向に揃える。また配向方向は基板の進行方向に平行にすることができる。マスクの反射面は基板の進行方向に対して傾斜し、その傾斜の角度はイオンビームの所定の方向つまり配向方向からのずれ角度に対応させることができる。マスクの反射面の基板に対するあおり角度、すなわち空間的な傾きを変えるためのマスクあおり制御部を備えることで、該マスクあおり制御部を用いてマスクの反射面の設定位置の微調整ができる。マスクの反射面をのこぎり刃形状の表面に形成された平面もしくは曲面とすることにより所望の方向に反射させることも可能である。またマスクの反射面は前記基板上の配向層となる薄膜と同じ材料から構成することもできる。

マスクの反射面について、イオンビームの広がり角の大きいイオンビーム照射領域に対応するマスクの端部に基板の進行方向に対する傾斜角度を設けることを含む。またイオンビーム照射領域に対応するマスクの中央部から端部にむけて、マスクの反射面について段階的に基板の進行方向に対する傾斜角度を大きくすることでイオンビームの広がり角度に対応してイオンビームを配向方向に揃えることが可能となる。

本発明の配向層形成方法の要旨は、基板上の薄膜に液晶配向層を形成する方法であって、液晶配向層となる薄膜が形成された基板を準備し、基板側に反射面を有するマスクを基板とイオンソースとの間に設け、基板を搬送させるとともにイオンソースから出射されるイオンビームを基板上の薄膜に照射し、薄膜とマスクの反射面との間でイオンビームを反射させて、マスクの反射面によりイオンビームを配向方向に反射させることを含む。さらに、マスクの反射面の基板に対するあおり角度を変化させて、マスクの反射面の基板に対する傾斜を調整することを含む。マスクの反射面により前記イオンビームを基板上の薄膜に向けかつ液晶の配向方向に反射させることにより、液晶配向層を形成し、液晶配向方向を均一にそろえることができる。イオンビームの照射方向は基板の進行方向と同じ、すなわち基板をイオンソースから離れる方向に搬送することを含む。この場合マスクの反射面はイオンビームの広がり角度を補正するように形成される。

液晶配向層に所定のプレチルト角を形成する方法であって、該所定のプレチルト角に対応する基板上の薄膜への入射角となるように、マスクの反射面を用いてイオンビームを基板上の薄膜に反射させることを含む。これにより、プレチルト角を所望の角度に変えることが可能となる。

本発明によると、イオンビームのマスクの反射面からの２次反射（偶数次の反射を含む）を用いて、基板上の薄膜へのイオンビームのビーム広がり角（入射方向のばらつき）あるいは入射角度を制御することによって、均一な配向層を形成すること、あるいは液晶のプレチルト角を制御することができる。それにより、輝度むらや色むらのない、高画質の液晶表示装置を製造することが可能となる。

本発明の配向層形成装置および形成方法の実施の形態について、図面を用いて説明する。
液晶の配向方向は、液晶分子を基板２４に投影したときのＸ−Ｙ平面での液晶分子の長軸のそろう方向である。液晶の配向方向は、図２における角度φ、言い換えると図１におけるＸ−Ｙ平面（基板２４やマスク２０と平行な平面）にイオンビーム２８を投影し、その投影されたイオンビーム２８とＹ軸と（実際にはＹ軸と平行な直線）との角度φ（方位角）及びイオンビーム２８の密度分布で決定される。なお、図２において角度α（仰角）はＸ−Ｙ平面に対するイオンビーム２８の入射角度を表す。

図３に示すように、イオンソースから出射されたイオンビーム２８は、通常、ある広がりの分布、つまり目標とする照射方向に対してのずれを持っている。すなわち、イオンソースは、通常イオンビーム２８を取り出すための多数の射出口があり、射出口から出射される複数のイオンビーム２８は、それぞれ異なる方向に進行する。例示的にいえば、薄膜２６のある点、たとえば図３のＢ付近では、複数の方向よりイオンビーム２８が照射される、つまりイオンビームは広がり（ＢとＢ”の間）あるいは狭まり（ＢとＢ’の間）を持ち、必ずしも平行な方向に進行するわけではない。上記の角度φが配向層となる薄膜表面の場所によって異なると、液晶が１方向に整列しなくなる。そのため、液晶表示装置の輝度（明度）むら、色むらの原因となる。図３に示すように、薄膜２６の各点Ａ，Ｂ，Ｃでイオンビーム２８ａ，２８ｂ，２８ｃの角度φがバラバラであると、液晶の配向方向は不均一になる。図２でＹ軸方向を目標配向方向とすると、薄膜２６のすべての点で角度φがゼロ（０）、即ちＹ軸方向に平行になることが望ましい。以降の説明で角度φを配向方向からのずれ角φと呼ぶ。

薄膜２６の上の各場所で配向に寄与する膜表面の原子間結合を切断できうるエネルギーを有する、最後に照射されるイオンビーム２８が液晶の配向方向に影響を与えることを見出した。即ち薄膜２６の全ての点において、最後に照射されるイオンビーム２８の方向を揃えることが有効であることが判明した。本発明はマスクの基板側に反射面を設け、広がりを持った即ち目標配向方向からずれたイオンビームの目標照射方向からのずれを補正するように前方反射させ、目標配向方向がＹ軸方向の場合、Ｙ軸方向に対して平行な方向にイオンビームを進行させることを特徴とする。すなわち、イオンビーム照射領域のマスクの反射面について傾斜角度を調整することにより、目標とする配向方向にイオンビームを揃えることを可能とする配向膜形成装置および形成方法を提供する。

マスクの反射面を用いた配向層形成装置の一実施形態を説明する。図４に示すように、配向層形成装置１０は、イオンビーム２８を生成するイオンソース１２と、基板２４とイオンソース１２との間に設けられる１つまたは複数のマスク２０と、を含み、マスク２０は基板側に反射面３４を有する。従来、図１（ａ）のように基板２４と平行な平面に２枚のマスク２０が配置され、そのマスク２０のエッジ３２ａ、３２ｂによってスリット２２が形成される。ここでは２枚のマスクで構成したが、１枚の一体型のマスクを使用しても良い。またスリットを設けることは望ましいが省略することも可能である。マスク２０の基板側に反射面３４を設け、基板２４を移動させる台（図示せず）に載置して、イオンソースから離れる方向、即ち図４の矢印の基板進行方向に基板を通常、一定速度で移動させながらイオンビームを基板上の薄膜２６に照射する、このとき配向層となる基板上の薄膜２６とマスク２０の反射面３４との間でイオンビーム２８を反射させ、最終的に薄膜２６に照射されたイオンビームにより配向層が形成される。これはマスクの反射面３４からの反射イオンビームで薄膜の原子間結合が切断されることに基づく。

イオンソース１２は、プラズマ生成室１６と、プラズマ生成室１６にガスを送り込むガス導入口１４と、プラズマ生成室１６で発生したイオンを加速させる加速電極１８と、加速されたイオンを外部に射出するためのイオン射出口を含む板状体のグリッド１１とを含む。グリッド１１は、例えば、形状が長方形であり、複数のイオン射出口が均一に並べられている。ガスは、例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスを使用する。アルゴンガスの場合には、プラズマ生成室１６では、アルゴンイオン（Ａｒ＋）が発生する。ガス種はアルゴンに限定されわけではなく、ネオン、キセノンなどの不活性ガスでも良い。さらに配向膜を構成しえる元素を含む、水素、窒素、メタン、アセチレンのようなガスおよびこれらのガス混合物でも良い。

マスクの反射面を用いた液晶配向層の形成方法を説明する。図４に示すように、薄膜２６を形成した基板２４をイオンソース１２から離れる方向（イオンビームを照射する方向と同じ方向）に１〜１００ｍｍ／秒の範囲の速度で、図４の基板進行方向（Ｙ方向）に搬送させながら、５０〜１０００ｅＶのエネルギーを有するイオンビーム２８を基板上の薄膜２６に照射する。基板の進行方向に垂直な方向（図４で紙面に垂直な方向）で複数のイオン射出口が均一に並べられた方向に対応する、イオンビームが照射される領域の方向をイオンビーム照射領域方向（Ｘ方向）と呼ぶ。以降の説明では、図４に示すように、イオンビーム照射領域方向をＸ方向、基板進行方向をＹ方向、Ｘ−Ｙ面内に垂直な方向をＺ方向と定義して用いる。基板２４上の薄膜表面に入射したイオンビーム２８は基板上の薄膜表面で１次反射し、次にマスクの反射面３４で２次反射して再び薄膜表面に到達し、膜表面の原子間結合を切断することにより配向膜、すなわち薄膜上の配向層が形成される。イオンビームのエネルギーの調整により、さらに４次、６次反射による原子間結合の切断を用いることも可能である。また、図４に示すように、マスクあおり制御部４０を設けて、マスクのあおり動作をコントローラ４２によって制御して、マスクの反射面の基板に対するあおり角度、すなわち空間的な傾きを変えるようにマスクの設定位置の調整を行うことが可能となる。これにより、マスク２０の反射面３４の傾き角度を変えてイオンビームの反射する方向を制御できる。さらに、薄膜上のイオンビーム照射のずれ方向をたとえば光学的に検出し、検出した情報に応じてマスクあおり制御部を自動的に制御するコンピュータ・システムを利用することも可能である。このように本発明は基板上の薄膜にマスクの反射面から反射されたイオンビームを照射することによって、該イオンビームが薄膜の原子間結合を切断できうるエネルギーを有し、最終的に薄膜に照射された反射成分が配向層の液晶配向を決定することに基づく。

従来、マスク２０の基板側は平面であって基板に対して平行に配置される。このマスクは一般にイオンソースから照射されるイオンビームの照射領域を制限するために用いられる。図５に基板側が平行平面のマスク２０で反射すると想定した場合のイオンビーム２８の進行方向の例を示す。図５の（ａ）は平面図、（ｂ）はイオンビーム照射領域方向からみた前面図、（ｃ）は基板進行方向からみた側面図である。図５の（ａ）のように、たとえばマスク２０の基板側の面がイオンビーム２８を反射したとするとマスク２０が基板２４に平行に配置されているので反射方向は一直線となり、反射方向が変わることはなく広がりを持ったイオンビームはそのまま基板上の薄膜２６に照射される。言い換えれば、マスク２０の基板側に基板表面に対して平行平面の反射面３４を設けることにより、照射方向に対して一直線の方向に反射されたイオンビームの２次反射が基板上の薄膜に到達する（図５では反射面を記載せず）。つまり、イオンビームの照射方向が目標とする配向方向に揃っている場合はそのまま方向を変えずに２次反射による配向層の形成を行うことができる。これに対して図４のようにマスク２０の基板側の面に反射面３４を設け、図６に示すように、この反射面３４を基板に対して斜めに傾ける、即ちＸ軸方向の傾斜角度γによって、基板の薄膜から上方に１次反射されたイオンビームを前方反射させて薄膜へ向け、Ｙ軸方向の傾斜角度βによって目標の方向（例えば基板進行方向であるＹ軸方向を目標の方向とするとＹ軸に平行な方向）へ向けることを含む。なお、図６の（ａ）は平面図、（ｂ）はイオンビーム照射領域方向からみた前面図、（ｃ）は基板進行方向からみた側面図である。これ以降の説明では、図６の配置を「平面反射面の傾斜配置」と呼ぶ。イオンビームの基板膜面への第一回目の照射方向の目標配向方向からのずれ角φを補正して、目標配向方向に前方反射させることを含む。これは、単一方向にイオンビームが目標とする方向からずれている場合に特に有効である。以下の説明で、基板の進行方向（Ｙ軸方向）に対して反射面をどれだけ傾けるかを配向補正傾斜角度βと呼び、基板表面に対してどれだけ傾けるか面傾斜角度γと呼ぶ。通常この面傾斜角度γはイオンビームの基板の薄膜上への入射角度αが維持される角度に合わせることが望ましいが、その角度に限定されるわけではない。

図７に平面反射面の傾斜配置を用いて、配向方向からのずれ角φが配向補正傾斜角度βを変化させた場合にどのように補正されるかを示す。配向方向からのずれ角φがマイナス１（相対値）で入射したイオンビームを用いて説明する。図７に示すように平面反射面を傾斜して、配向補正傾斜角度βを０度（即ち傾斜無しの平面反射）から１５度まで変化させた場合、液晶の配向方向からのずれ角φはマイナス１からプラス０．３（相対値）まで変化する。ここで液晶の配向方向からのずれ角φは、一般に配向処理した基板を重ね合わせ、シール材料で接着したパネル（空容器）に、液晶を注入して得られた液晶パネルを光学的に測定することで求めることができる。あるいは基板上の薄膜の表面状態をたとえば光学的に検出することにより、配向方向からのずれ角を求めることも可能である。図７より、この実施例では配向補正傾斜角度βを約１３度にすることで、配向方向からのずれ角φをゼロ、即ち目標配向方向にそろえることが可能であることがわかる。言い換えれば、配向方向からのずれ角φを平面反射面の傾斜配置において配向補正傾斜角度βを変化させることにより、液晶の配向方向の制御が可能である。

マスク２０の反射面３４の形状について、ビームの広がりが広範囲のイオンビーム照射に適用する場合に、基板に対して斜めに傾けた各反射面を図４のＸ軸方向に小さなピッチｐで繰り返す、のこぎり刃の表面形状を有するマスクとすることも可能である。この場合は、平面反射面の傾斜配置に比べ、マスクの反射面と基板との間の距離（ギャップ）をほぼ一定にすることができるため、反射面からのイオンビームの反射方向のばらつきがおさえられる。

図８は、のこぎり刃形状の上に形成された複数の反射面を備える一体型マスク６０を説明する図である。図８の（ａ）は平面図、（ｂ）はイオンビーム照射領域方向からみた前面図、（ｃ）は基板進行方向からみた側面図である。図８に示すように、のこぎり刃形状を有するマスクの反射面３４はＸ軸方向にピッチｐを有し、反射面は面傾斜角度γ、配向補正傾斜角度βを有する。一体型マスク６０はＹ軸方向（基板の進行方向に平行）に対して配向補正傾斜角度βを有するように配置される。基板２４上の薄膜表面２６に入射したイオンビーム２８は薄膜表面で１次反射し、次にマスクの反射面で２次反射して再び薄膜表面に到達し、薄膜表面の原子間結合を切ることにより配向層が形成される。このとき、マスク反射面が傾斜している（主として配向補正傾斜角度βの設定により）ために、２次反射したイオンビームは、マスクの反射面３４によってＹ軸方向に対する、即ちＸ−Ｙ平面（基板上の薄膜表面）内におけるイオンビームの進行方向は補正され、目標の配向方向、図８ではＹ軸方向に揃えられて、基板２４上の薄膜２６に照射される（図８の（ａ）を参照）。また基板上の薄膜表面に入射するイオンビームの入射角度αはそのまま維持されるように面傾斜角度γを設定することができる（図８の（ｃ）参照）。

一般に図１の（ｂ）のように、イオンビーム装置のグリッド射出口の端に近い部分ではビーム２８が広がりやすいので、それに対応するマスクの周辺部分（イオンビーム照射領域方向の両端）で配向補正傾斜角度を大きくとることは有効である。図９には、のこぎり刃形状の表面に形成された反射面を周辺部分に有するマスクを用いた場合の該マスクとイオンビームの進行方向との関係を示したものである。図９の（ａ）は平面図、（ｂ）はイオンビーム照射領域方向からみた前面図、（ｃ）は基板進行方向からみた側面図である。図９のように、マスク２０の基板側の反射面３４において、中央部はイオンビームの入射方向が目標とする配向方向からのずれがないので、マスクの反射面の中央部は基板に対して平面反射面を平行に配置する。この場合、中央部ではイオンビーム２８ｂは直線的に１次反射、２次反射を行い、基板２４上の薄膜２６に基板進行方向（Ｙ軸方向）に対する角度を保ったまま照射される。これに対してマスクの周辺部分ではイオンビーム２８ａ、２８ｃは目標とする配向方向からのずれ角φをもって基板２４上の薄膜２６に入射する。したがって、薄膜２６全体で均一な配向方向を得るためには、イオンビームの２次反射でずれ角φを補正して、基板進行方向（Ｙ軸方向）に合わせて、中央部でのイオンビームの進行方向と合わせることが有効である。このため、マスク２０の両端周辺部は図９の拡大図のようにのこぎり刃形状で傾斜配置をとる反射面を備える、マスク（たとえば図８のマスク）を用いてイオンビームの２次反射においてずれ角φを補正する。のこぎり刃形状としてたとえばピッチ２ｍｍ、面傾斜角度γ＝４５度とし、配向補正傾斜角度βを調整することにより、図７のようにずれ角φを減少させることができた。すなわち、イオンビームの広がりの小さい中央部はイオンビームの進行方向を変えずに反射させ、イオンビームの広がりが比較的大きい（約１度）両端周辺部はそれぞれで配向補正傾斜角度βを変えることでイオンビームの広がり角を抑えて、イオンビームの最終的な基板への照射方向を揃えることができる。

のこぎり刃形状の反射面は、加工しやすい基材（例えばアルミニウムなどの金属、プラスチックなど）の表面にスパッタ法、化学的気相堆積（ＣＶＤ）法、浸漬法などにより反射膜を付着させる方法または機械的に反射膜を貼り付ける方法により形成可能である。またイオンビーム照射でスパッタリングされにくいグラファイト材などの基材を直接、のこぎり刃形状に加工することで反射面を形成することも可能である。

マスクの反射面全体の形状は図４のような平面に代えて曲面とすることも可能である。また図８および図９のようにのこぎり刃形状を有するマスクにおいても反射面の形状を平面あるいは曲面とすることが可能である。すなわち、図１０（ａ）のようにのこぎり刃形状の反射面３４は面傾斜角度γを有する平面反射面である。これに代えて図１０（ｂ）のようにのこぎり刃形状において、反射面３４を曲面で形成する反射面とすることもできる。

また、イオンビーム照射によりマスクの反射面がスパッタリングされ、その反射面から放出される表層の原子が基板上の配向層となる薄膜表面へ影響を与えることを抑えるために、マスクの反射面と基板上の薄膜を同じ材料で構成することは有効である。マスク反射面及び配向層となる基板上の薄膜の材質には、ポリイミド（ＰＩ）およびダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）が含まれ、膜厚はそれぞれ１〜１０００ｎｍおよび１〜１００ｎｍとすることが可能であるが、これらの材質及び膜厚に限定されるわけではない。たとえば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの有機材料およびイオンビーム処理で配向し得る無機材料が適用できる。さらにイオンビームによるスパッタ率が小さい材料で反射面を形成することにより耐久性の高いマスクを得ることができる。また反射面に堆積した付着物を必要に応じて、除去することで反射面の反射率を維持することも有効である。

通常、図１（ｂ）に示すようにイオンビームの広がり角は基板の両端で大きくなる傾向にある。図９のイオンビームの進行方向を配向方向（図９ではＹ軸方向）に揃えるマスクを用いた場合のイオンビーム２８、マスク２０、および基板上の薄膜２６のＸ−Ｙ平面での位置関係を示したものが図１１である。ここで、矢印の向きはＸ−Ｙ平面内でのイオンビームの進行方向を示す。右端矢印は基板上の薄膜２６に入射したイオンビーム、中央の矢印は１次反射されたビーム、左端矢印は２次反射されたビームであり、該２次反射されたビームが基板上の薄膜２６に２度目の入射を行う。図１１に示すように、イオンビームの広がりが中央部では極めて小さいため、イオンビーム照射領域に対応するマスク反射面の中央部は、イオンビームをそのままの方向で直線的に進行させるように基板に平行な平面で形成し、マスク反射面の両端周辺部は、配向方向（Ｙ軸方向）から互いに逆方向にずれたイオンビームを目標の配向方向に揃えるように、互いに逆方向に傾斜している反射面で形成できる。たとえば、図９の拡大部のマスク形状を用いる場合には、のこぎり刃形状の反射面の補正傾斜角度βを、マスク反射面の両端周辺部のそれぞれで補正傾斜角度β、マイナスβに設定することで互いに逆方向にずれた両端周辺部のイオンビームを目標の配向方向に揃えるように進行方向を補正することが可能となる。イオンビームの両端周辺部で配向方向のずれ角の絶対値が異なる場合は、それぞれのずれ角に合わせて反射面の補正傾斜角度βを設定したマスクを形成することも有効である。さらに、図４のマスクあおり制御部を図１１のマスクに用いてマスク位置を微調整して適正な補正傾斜角度に設定し直すことも有効である。

さらに、図１２は基板の両端に対応するマスクの両端周辺部に近づくに従ってマスク２０の反射面３４の配向補正傾斜角度βを段階的に（なだらかに変化させて）大きく形成したマスクを使用する実施例を示す。マスクの反射面をイオンビームの広がり角に対応して、イオンビームのずれ角の大きい部分は補正傾斜角度βを大きく、ずれ角の小さい部分は補正傾斜角度βを小さくすることで、基板２４上の薄膜２６全体にわたってイオンビームの進行方向を目標配向方向に補正できることを示している。さらに、図４のマスクあおり制御部を図１２のマスクに用いてマスク位置を微調整して適正な補正傾斜角度に設定し直すことも有効である。ここでは両端に向かってビームの広がり角、すなわち目標配向方向からのずれ角が大きくなる例で説明したが、補正傾斜角度をイオンビームのずれ角に対応するように設定したマスクの反射面の構造であれば有効な補正効果が得られる。このようにマスクの反射面の構造を工夫することでさらに均一な配向方向を達成することができる。目標とする液晶の配向方向に近づけるために、イオンビームを反射するマスクの反射面の形状、配置を設定する装置、方法を上述のように説明してきた。

本発明の別の実施形態として、マスクの反射面からの反射イオンビームにより液晶のプレチルト角の制御することも可能である。イオンビームを反射するマスクの反射面の形状、配置を図１３のようにして、マスクの反射面で反射したイオンビームの基板上の薄膜に対する入射角度を変えることにより所望のプレチルト角に制御することができる。

一般的な液晶表示装置は、ツイステッド・ネマテック（ＴＮ）モード配向として知られ、上下の基板間に挟持された液晶分子の長軸方向がそれぞれの基板面で９０度ねじれた配列をとり、印加電圧によりねじれが解けて液晶分子長軸が垂直方向に並ぶことをスイッチングに利用する。このとき、印加電圧に対する応答特性の改善、液晶の配向欠陥をなくすために、液晶分子長軸を基板（すなわち配向膜）表面に対して数度の傾きをもって配向させる必要があり、この配向膜表面に対する液晶分子長軸（電圧印加前の初期配列）の傾きの角度を一般にプレチルト角と呼ぶ。イオンビーム照射による配向処理の場合、液晶のプレチルト角は一般に配向層となる薄膜へのイオンビームの入射角度αに対応して決定されることが知られている。また広視野角の液晶として知られる、垂直（ＶＡ：vertical align）モード配向の初期配列をとる液晶表示装置においては、一般に９０度に近いプレチルト角を有し、印加電圧により液晶分子が水平方向に倒れて並ぶことをスイッチングに利用する。

図１３に示すようにマスクの反射面３４をのこぎり刃形状の繰り返し反射面とし、反射面３４をイオンビーム照射領域方向（Ｙ方向）に平行にピッチｐで配列し、反射面の面傾斜角度γを適切な角度に調整することで、液晶のプレチルト角に対応する薄膜へのイオンビームの入射角度αを所定の角度に設定可能である。図１３のように、基板上の薄膜２６からの反射イオンビームをマスクの繰り返し反射面で２次反射して薄膜２６への入射角度を垂直に近づけることができ、この２次反射の入射角度に対応して９０度に近いプレチルト角が得られる。これにより、視野角特性の優れた垂直配向を得ることができる。これは、液晶のプレチルト角を決定するのは最初に薄膜へ照射されるイオンビーム２８の入射角αではなく２次反射（膜表面の原子間結合を切り得る最後に照射されたイオンビーム）による入射角αｐであることに基づく。この場合は液晶の配向方向を変えることなく、液晶のプレチルト角を変えることが可能である。たとえば配向層形成装置の制約から、最初に薄膜へ照射されるイオンビームの入射角αが小さい場合には、２次反射を用いて垂直に近い入射角を達成できるので有効である。図１３では高プレチルト角である垂直配向モードの液晶への応用を示しているが、マスクの反射面を工夫することにより、上記ツイステッド・ネマテック（ＴＮ）モード及び印加電圧により水平面内で液晶分子を回転させることをスイッチングに用いるインプレイン・スイッチング（ＩＰＳ）モードへの応用として、低プレチルト角（１〜１０度）領域で用いられるイオンビームの入射角度の制御も可能である。

プレチルト角制御のためのマスクの反射面において、イオンビームを基板側に反射して基板に入射する角度が変わるように、のこぎり刃形状の面傾斜角度γを調整し、のこぎり刃形状をイオンビームの照射領域（紙面に垂直な方向、図３のＹ方向）にわたって延長する繰り返し反射面を有するマスクとすることができる。この場合、面傾斜角度γの設定が重要であり、配向補正傾斜角度βはゼロ、即ちイオンビームをＸ−Ｙ平面内で直線的に反射させても良い。ただしマスクの両端周辺部は配向補正傾斜角度βを有する傾斜平面とすることも有効である。また反射面は平面でも曲面でも良い。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

従来の配向層形成装置の図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１における各平面とイオンビームの関係を示す図である。 薄膜上の各点におけるイオンビームの広がり角度の関係を示す図である。 本発明に従った実施形態による配向層形成装置と基板との関係を示す図である。 基板側が平行平面のマスクで反射したイオンビームの進行方向の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はイオンビーム照射領域方向からみた前面図、（ｃ）は基板進行方向からみた側面図である。 平面反射面の傾斜配置を有するマスクと基板との関係を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はイオンビーム照射領域方向からみた前面図、（ｃ）は基板進行方向からみた側面図である。 平面反射面の傾斜配置による配向方向からのずれ角φと配向補正傾斜角度βとの関係を示す図である。 マスクの反射面の形状とイオンビームの照射及び反射方向との関係を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はイオンビーム照射領域方向からみた前面図、（ｃ）は基板進行方向からみた側面図である。 のこぎり刃形状の表面に形成された反射面を周辺部分に有するマスクを用いた場合の該マスクとイオンビームの進行方向との関係を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はイオンビーム照射領域方向からみた前面図、（ｃ）は基板進行方向からみた側面図である。 のこぎり刃形状の反射面を有するマスクを示す前面図であり、（ａ）は平面形状の反射面、（ｂ）は曲面形状の反射面を有する。 反射面の両端に配向補正傾斜角度βを有するマスクとイオンビームの照射及び反射方向との関係を示す平面図である。 反射面の両端に向けて段階的に大きくなる配向補正傾斜角度βを有するマスクとイオンビームの照射及び反射方向との関係を示す平面図である。 プレチルト角を制御するマスクの例を示す側面図（基板進行方向から見た）である。

符号の説明

１０：配向層形成装置
１１：グリッド
１２：イオンソース
１４：ガス導入口
１６：プラズマ生成室
１８：加速電極
２０：マスク
２２：スリット
２４：基板
２６：薄膜
２８：イオンビーム
３２ａ，３２ｂ：エッジ
３４：反射面
４０：マスクあおり制御部
４２：コントローラ
６０：一体型マスク

Claims (19)

1. 基板上の薄膜に配向層を形成する装置であって、
   イオンビームを生成するイオンソースと、
   前記基板と前記イオンソースとの間に設けられ、前記イオンビームを前記基板上の薄膜に向けて所定の方向に反射させるための反射面を有するマスクと、
   を備える、配向層形成装置。
2. 前記マスクはスリットを有し、前記イオンビームは前記スリットを通して基板表面に照射される、請求項１に記載の配向層形成装置。
3. 前記基板を搬送する該基板の進行方向と前記イオンビームを照射する方向は同じ方向である、請求項１に記載の配向層形成装置。
4. 前記所定の方向は液晶の配向方向である、請求項１に記載の配向層形成装置。
5. 前記所定の方向が液晶の配向方向であり、所定のプレチルト角に対応させて前記薄膜への入射角を変える反射面を有するマスクを備える、請求項１に記載の配向層形成装置。
6. 前記所定の方向は前記基板の進行方向に平行である、請求項４及び請求項５に記載の配向層形成装置。
7. 前記マスクの反射面は平面であって、前記基板の表面に対して傾斜している、請求項１に記載の配向層形成装置。
8. 前記マスクの反射面は平面であって、前記基板の表面及び基板の進行方向に対して傾斜している、請求項１に記載の配向層形成装置。
9. 前記マスクの反射面は前記基板を搬送する該基板の進行方向に対して傾斜し、その傾斜の角度は前記イオンビームの前記所定の方向からのずれ角度に対応している、請求項１に記載の配向層形成装置。
10. 前記マスクの反射面の前記基板に対するあおり角を変えるためのマスクあおり制御部を備える、請求項１に記載の配向層形成装置。
11. 前記マスクの反射面は平面であって、前記基板の進行方向に対する傾斜角度を前記イオンビームが照射される領域に対応する前記マスクの端部に設けることを特徴とする、請求項１に記載の配向層形成装置。
12. 前記マスクの反射面は平面であって、前記基板の進行方向に対する傾斜角度を前記イオンビームが照射される領域に対応する前記マスクの中央部から端部に向かって段階的に大きくすることを特徴とする、請求項１に記載の配向層形成装置。
13. 前記マスクはのこぎり刃形状を有し、前記マスクの反射面は前記のこぎり刃形状の表面に設けられ、平面もしくは曲面形状を有する、請求項１乃至５に記載の配向層形成装置。
14. 前記マスクの反射面は前記基板上の薄膜と同じ材料から構成される、請求項１乃至５に記載の配向層形成装置。
15. 基板上の薄膜に液晶配向層を形成する方法であって、
    液晶配向層となる薄膜が形成された基板を準備するステップと、
    基板側に反射面を有するマスクを、前記基板とイオンソースとの間に設けるステップと、
    前記基板を搬送させるとともに前記イオンソースから出射されるイオンビームを基板上の薄膜に照射し、前記薄膜と前記マスクの反射面との間で前記イオンビームを反射させて、前記マスクの反射面により前記イオンビームを配向方向に反射させるステップと
    を含む液晶配向層の形成方法。
16. 前記マスクの反射面の前記基板に対するあおり角を調整するステップを含む、請求項１５に記載の液晶配向層の形成方法。
17. 前記基板を搬送させる該基板の進行方向と前記イオンビームを照射する方向が同じ方向であることを含む、請求項１５に記載の液晶配向層の形成方法。
18. 前記マスクの反射面による前記イオンビームの反射により、前記配向層に所定のプレチルト角を形成するように前記薄膜への入射角度を変えることを含む、請求項１５に記載の液晶配向層の形成方法。
19. 前記マスクの反射面は前記イオンビームの広がり角度を補正するように形成される、請求項１５に記載の液晶配向層の形成方法。

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