JP3275944B2 - 異方性薄膜検査法、異方性薄膜検査装置、液晶配向膜検査方法、液晶配向膜検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はセンサーや配線材
料に用いられる有機薄膜、および液晶表示素子において
液晶分子の配向を制御する有機薄膜を評価する方法およ
び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機薄膜の膜中分子の配向状態はそれを
用いたデバイスの機能に与える影響が大きい。特に液晶
表示素子において液晶分子の配向を制御する液晶表示素
子で液晶分子に初期配向を与えるのに用いられる有機薄
膜においては有機薄膜分子の配向と液晶分子の配向に密
接な関係があることが知られ（石原他 リキッド クリ
スタルズ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ）４巻６号
６６９ページ１９８９年）、有機薄膜の分子配向が高い
ほど、液晶分子の配向規制力が大きいとされる。このた
めに有機薄膜の分子配向の定量的測定はデバイスの機能
を評価する上で重要である。

【０００３】有機薄膜（特に液晶配向膜）の評価は赤外
線吸収分光法やラマン散乱分光法などの分子振動から分
子の状態を観測する方法が中心である。薄膜内の分子配
向度や配向方向についての知見は分子配向に起因する膜
の光学的異方性を光の偏光を利用した二色比の測定を行
なうことで評価している（特開平６−１６０８６２号公
報 江沢他「液晶表示装置とその配向膜の特性評価方
法」）。

【０００４】振動分光法以外にも試料を透過した光の複
屈折位相差の異方性によって光学異方性を評価すること
が行なわれている（特開平６−１０２５１２号公報 倉
井他「液晶表示素子の配向評価装置および液晶表示素子
の製造方法」）。また、偏光方向が膜表面に水平、また
はそれと直交する直線偏光を入射し、その反射光強度の
差から分子配向によって生じる膜の面内の屈折率異方性
を観測する方法が提案されている（特開平４−９５８４
５号公報 石原「配向膜の液晶配向能評価方法」）。

【０００５】これら以外の方法として、原子間力顕微鏡
や走査トンネル顕微鏡によって薄膜表面の形状を二次元
的に測定することが行なわれている（磯野他 日本学術
振興会１４２委員会Ａ部会特別研究会試料３４ページ１
９９４年）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】赤外吸収等の光を用い
た振動分光による方法は、ガラス基板上に透明電極膜を
作製し、その上に液晶配向膜がある液晶表示素子を測定
する際に、ガラス基板や透明電極膜の影響を避けること
ができない。特に１５００ｃｍ^-1より低波数の赤外線は
ガラスを透過しないために吸収スペクトルの測定ができ
ない。これまでの赤外分光による液晶配向膜の分子配向
の観測は１２４０ｃｍ^-1の吸収に注目して測定を行なっ
ているので（沢他 ジャパニーズジャーナルオブアプラ
イドフィジクス Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ３３巻６２７
３ページ １９９４年）、実際に使用されている液晶表
示素子の配向膜の検査を行なうことができない。

【０００７】複屈折位相差の測定を行なう場合、通常ガ
ラス基板自身が歪等による複屈折性をもつので配向膜自
身の複屈折位相差を測定するのは困難である。従って、
従来から知られている方法で配向膜中の分子の配向状態
を正確に評価することはできない。これに加えて、複屈
折位相差は複屈折率Δｎ、膜厚ｄ、光の波長λとの間に 複屈折位相差＝２π（Δｎ・ｄ）／λ （１） なる関係があるので、複屈折位相差の測定から得られる
量は、膜厚ｄと分子配向によって生じる複屈折率Δｎの
積であることを示している。液晶表示素子に配向膜とし
て広く使われているラビング処理したポリイミド膜は、
膜全体が配向するのではなく、表面付近が配向すること
が知られている（沢他 ジャパニーズジャーナルオブア
プライドフィジクス Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ３３巻６２
７３ページ １９９４年）ので、配向した部分の厚さが
測定できなければ分子配向を定量的に知ることができな
い。

【０００８】膜からの反射光強度の入射光の偏光状態と
膜の面内入射方向の依存性から膜の面内屈折率異方性を
測定して分子配向を測定する方法が提案されているが
（特開平４−９５８４５号公報 石原「配向膜の液晶配
向能評価方法」）、複屈折位相差測定と同様に配向した
部分の膜厚を測定することができないので分子配向を測
定することができない。更に測定を行なう際の技術的な
困難として表面形状の異方性の効果が挙げられる。液晶
配向膜として広く用いられるポリイミド膜はラビングに
より膜の分子が配向するばかりでなく、表面にラビング
方向に沿って走る微細な溝状の形態が形成されることが
知られている（磯野他 日本学術振興会１４２委員会Ａ
部会特別研究会試料３４ページ１９９４年など報告多
数）。この溝の存在のために膜表面に入射した光は正反
射方向以外に散乱される光の量に面内異方性が表れるた
めに、反射光強度の入射方向の面内異方性は膜の分子配
向によって生じた光学的異方性を正確に反映した量では
ない。

【０００９】原子間力顕微鏡による観察は表面の荒さと
いった表面形態が観測されているにすぎず配向膜におい
て原子レベルの分解能で観察された例はない。液晶配向
膜の場合、この方法で観察された表面形状が液晶分子の
配向状態には殆ど影響を与えず、膜中の分子配向とも相
関がないことが報告されている（磯野他 日本学術振興
会１４２委員会Ａ部会特別研究会試料３４ページ１９９
４年）。更に、ラビングした膜の表面をアセトン等の有
機溶媒で処理した膜では、液晶分子の配向規制力はある
ものの、ラビングで生じた表面の溝状の形態がないこと
が知られている。この様に表面形態観察は液晶配向膜の
もつ液晶分子の配向規制力に対して直接的な情報を与え
ないので、適当な評価法ではない。

【００１０】一方、薄膜の光学的評価法として一定の方
向と入射角および偏光状態で試料表面に光を入射したと
きに生じる反射光の偏光状態から膜厚、屈折率、吸収率
等を測定するエリプソメトリが広く行なわれている。こ
の手法は、屈折率、吸収率が既知で等方的な基板上の一
層の薄膜の膜厚、屈折率、吸収率の３つの量のうちの２
つ以下の量を、反射光のＳ偏光成分（試料表面に平行な
偏光成分）とそれに垂直なＰ偏光成分の位相差Δと強度
比 (tan ψ)2、入射角、光の波長から計算する（アザ
ム(Azzam) 他 「エリプソメトリアンドポーラライズド
ライト」（Ellipsometry and Polalized light) ノー
スホーランド（North-Holland) 1987 年及び ザグラウ
ル(Zaghloul)他 アプライドオプチックス(Applied Opt
ics ）２１巻４号７３９ページ 1987 年）。この計算に
あたっては基板及び薄膜ともに光学的に等方的な物質と
して扱っている。

【００１１】一方、液晶配向膜は基板上に等方的な部分
の上に光学的異方性をもつ部分が存在し、実質的には２
層の膜が基板上にあり、さらに一方は光学的に非等方的
であるので、従来のエリプソメトリでは等方的部分と非
等方的部分のそれぞれの厚さや屈折率は測定できない。

【００１２】それ故、本発明の第１の課題は、ガラス基
板上に作製された配向膜中の分子配向の状態を評価する
ことが可能な方法と装置を提供することにある。

【００１３】本発明の第２の課題は、ガラス基板上に作
製された液晶配向膜の最表面の分子配向した部分の厚
さ、主座標系、主誘電率（誘電率テンソルが対角行列と
して表現される座標系とその対角成分の値 （吉原「物
理光学」 共立出版 昭和４１年 １８６ページ））の
膜表面に対する配置、および無配向部分の屈折率と厚さ
を測定し、液晶配向膜表面の分子配向を評価することが
可能な方法と装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記第１の課題を解決す
るために、本発明は薄膜試料表面に一定の偏光状態の単
色光を入射し、それによって生じた反射光の偏光状態を
測定することで、薄膜の分子配向を測定する。本発明で
は反射光を観察しているので、歪をもったガラス基板の
上に作製された薄膜の分子配向を測定することができ
る。

【００１５】本発明は反射光の強度でなく、偏光状態を
測定するので荒れや溝等の表面形状の異方性に起因する
散乱光強度の変化に影響されずに膜の光学的異方性が測
定できる。

【００１６】通常、空間のある固定した位置で観測され
る角周波数ωの光の時刻ｔでの電場ベクトル強度は光の
伝搬方向に対し垂直な面上に定義された互いに直交する
２つの方向ＸＹについて ｘ成分 Ａ１×ｅｘｐ（ｉ（ωｔ＋δ１）） ｙ成分 Ａ２×ｅｘｐ（ｉ（ωｔ＋δ２）） （２） と表される。δ１、δ２はそれぞれの方向の初期位置、
Ａ１，Ａ２はそれぞれの方向の振幅である。強度の絶対
値を除いた偏光状態はこの２成分の比 （Ａ１／Ａ２）×ｅｘｐ（ｉ（δ１−δ２）） （３） となり、 ｔａｎψ＝（Ａ１／Ａ２） Δ＝（δ１−δ２） （４） で定義される２つの量ψ、Δで表される。この２つのパ
ラメータに影響を与えるのは膜の屈折率、吸収係数およ
び膜厚であるが、通常、液晶配向膜に使われるようなポ
リイミド膜の吸収係数は可視光領域で１／１０００未満
であり、波長依存性も小さいために吸収はない物質とし
て扱うことができる。そこで、測定された２つのパラメ
ータ（ψ、Δ）から膜の状態を表す２つのパラメータ
（屈折率、膜厚）を決定できる。

【００１７】この方法では、複屈折位相差測定や反射光
強度異方性測定では知ることができない、分子が配向し
ている部分の膜厚と屈折率を独立に求めることができ、
分子配向について定量的な測定が可能である。

【００１８】反射光の偏光状態の入射光波長依存性や入
射角依存性を測定することで既知量が増えることから、
膜の屈折率の深さ方向の分布を、測定した条件の数に応
じて求めることができる。

【００１９】なお、透過光の偏光状態を測定する複屈折
位相差測定では、膜を支えるガラス基板歪が大きく影響
するという問題があったが、反射光の場合は歪んだガラ
ス基板のように異方性がある物質の表面での反射の際に
発生する位相変化は、反射を起こす媒質と入射光および
反射光が伝搬する物質の屈折率の大小関係のみで決定す
るため、歪によって発生した屈折率の異方性によって反
射光の位相が変化することは殆どない。この様な事情に
よって、反射光の位相変化の異方性を測定することでガ
ラス基板の歪等の下地基板の光学的異方性に影響され
ず、表面付近の膜の異方性を測定できる。

【００２０】反射光の異方性を測定するには、まず光源
からの光を分光器と偏光子を通過させることによって偏
光状態と波長が一定の入射光をつくって試料表面に入射
させたときに発生する反射光の偏光状態を検光子を用い
て測定する。異方性の測定は、試料を面内回転すること
で光の入射方向を変え、反射光の偏光状態依存性を測定
したり、それぞれが試料表面上の同じ点で交差し、試料
への入射方向が違う複数の光線の反射光の偏光状態を測
定することで同時に異方性の測定を行う。なお、入射光
と反射光の偏光状態は試料表面に平行な成分とそれに直
交する成分で表す。入射光は表面に水平な部分とそれに
直交する成分の値が等しい状態のψ＝π／４、の場合が
膜厚と屈折率を同時に求める場合に最適である。

【００２１】前記第２の課題を解決するために、本発明
は、液晶配向膜試料表面に一定の偏光状態の単色光を入
射し、それによって生じた反射光の偏光状態（Ｓ偏光成
分とＰ偏光成分の位相差と強度比）を試料面内の複数の
方向から観測し、反射光の偏光状態の入射方向依存性か
ら膜の分子配向状態を直接反映した配向部分の主誘電
率、主座標系の膜表面に対する角度、厚さと、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で液晶配向膜表面の分子配向を評価
する。

【００２２】歪が存在しても光の吸収が極く小さい基板
表面での反射ではＳ偏光成分とＰ偏光成分の位相差には
変化が生じないので、歪のあるガラス基板に成膜された
液晶配向膜試料からの反射光のＳ偏光成分とＰ偏光成分
の位相差の面内入射方向依存性は液晶配向膜の分子配向
状態に対応した配向部分の主誘電率、主座標系の膜表面
に対する角度、厚さと、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を正確に反映する。こ
のような理由により反射光の偏光状態の面内入射方向依
存性を観測する本発明は、歪のあるガラス基板上の液晶
配向膜の分子配向を評価できる。

【００２３】本発明では反射光の強度の面内入射方向依
存性ではなく、偏光状態の面内入射方向依存性を測定す
るので、膜表面の荒れや溝等の表面形態の異方性に起因
する反射光強度の変化に影響されずに、膜の分子配向に
対応する光学的異方性の測定ができる。

【００２４】Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の面内入射方向依
存性を測定するには、光源からの光を分光器と偏光子を
通過させることによって偏光状態と波長が一定の光をつ
くる。この光を液晶配向膜試料表面の同一の点に複数の
面内方向入射させたときに発生する反射光の偏光状態
（Ｓ波、Ｐ波の位相差と振幅比）をそれぞれの面内入射
方向について検光子を用いて測定する。複数の面内入射
角での測定は、試料面上の光が当っている点を通る軸を
中心に試料を面内回転させたり、複数の光源を試料表面
上に同時に当てることで行なう。入射光はＳ偏光成分と
Ｐ偏光成分の振幅比が等しい偏光状態の時、解析がやや
簡単になる。

【００２５】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がある物質、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。この様な構造
の膜表面で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、および基板の屈折率に
依存する。この反射光の偏光状態は４×４行列法（ベル
マン (D. W. Berrman)ジャーナルオブディオプティカル
ソサエティオブアメリカ (Journal of the Optical Soc
iety of America)６２巻４号５０２ページ 1972 年）を
用いて以下の様に計算される。

【００２６】試料表面の法線ベクトルをＺ軸、試料面と
入射面の両方に平行で光の進行する向きを正方向にＸ
軸、Ｘ軸Ｚ軸に垂直にＹ軸とする座標系を定義する。光
の角周波数をω、光の電場ベクトルを（Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅ
ｚ）、磁場ベクトルを（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）は、 Ψ＝t （Ｅｘ，Ｈｙ，Ｅｙ，−Ｈｚ） （２´） なる列ベクトルを導入して、下記の数式１で表される式
（３´）をみたす。

【００２７】

【数１】 なお、式（３´）においてＭ´は４行４列の行列であ
り、光が伝播する媒質の光学的特性を反映する。

【００２８】Ｍ´がＺ＝Ｚ0 〜Ｚ0 ＋ｄの範囲で一定の
場合は、 Ψ（Ｚ0 ＋ｄ）＝ｅｘｐ（ｉωｄＭ´）Ψ（Ｚ0 ） （４´） なる関係がある。

【００２９】配向膜表面をＺ＝０、光はＺ＜０側より入
射角φ0 で入射しＺ＜０側に反射し、表面の異方層の厚
さをｄ1 、それより深い等方層の厚さをｄ2 である場
合、配向膜とガラス基板の界面での光の状態Ψ（ｄ1 ＋
ｄ2 ）は、異方層に対応する行列Ｍ´1 、等方層の行列
Ｍ´2 を用いて、 Ψ（ｄ1 ＋ｄ2 ）＝ｅｘｐ（ｉωｄ2 Ｍ´2 ）ｅｘｐ（ｉωｄ1 Ｍ´1 ）Ψ（０ ） （５´） となる。

【００３０】ここで、Ψ（０）、Ψ（ｄ1 ＋ｄ2 ）を入
射光のＳ偏光成分ＥisとＰ偏光成分のＥip、及び反射光
のＳ偏光成分Ｅrs、Ｐ偏光成分Ｅps、透過光のＳ偏光成
分Ｅts、Ｐ偏光成分Ｅtpで表すと、大気の屈折率を１、
ガラス基板の屈折率をＮ2 として、 Ψ（０）＝（( Ｅip−Ｅrp) ｃｏｓφ0 、 Ｅip＋Ｅrp、Ｅis＋Ｅrs、( Ｅip− Ｅrp) ｃｏｓφ0 ） （６´） Ψ（ｄ1 ＋ｄ2 ）＝（Ｅtpｃｏｓφ2 、 Ｎ2 Ｅtp、Ｅts、Ｎ2 Ｅrpｃｏｓφ2 ） （７´） となる。ここでφ2 は、 ｓｉｎφ0 ＝Ｎ2 ｓｉｎφ2 （８´） を満たす。

【００３１】式（６´）、（７´）を式（５´）に代入
し、Ψ（ｄ1 ＋ｄ2 ）のＥtp、Ｅtsを消去すると、 t(Ｅrp，Ｅrs) ＝Ｒ t( Ｅip，Ｅis） （９´） なる２行２列の行列Ｒが得られる。入射光のＳ成分とＰ
成分の大きさが等しい場合に行列Ｒのi 行j 列成分を、
Ｒi,j で表すと反射光は、 Ｅrp＝Ｒ1,1 ＋Ｒ1,2 （１０´） Ｅrs＝Ｒ2,1 ＋Ｒ2,2 （１１´） となり、Ｓ偏光とＰ偏光の位相差Δと振幅比 tanψは、 tan ψ・ｅｘｐ（ｉΔ）＝（Ｒ1,1 ＋Ｒ1,2 ）／（Ｒ2,1 ＋Ｒ2,2 ） （１３´ ） となる。

【００３２】以上はガラス基板の上に直接液晶配向膜を
成膜した試料の場合を計算したが、液晶配向膜とガラス
基板の間に透明電極膜や保護膜がある場合には（５´）
式は以下の様に変形される。ガラス基板の表面の位置が
Ｚ＝Ｚg 、配向膜以外の層がｈ個あり、それぞれの光学
特性を示す行列が表面から内部に向ってＨ1 ，Ｈ
2,．．，Ｈh ，膜厚がｆ1 ，ｆ2 ，．．，ｆh であると
き、 ｅｘｐ（ｉωｄ2 Ｍ´2 ）ｅｘｐ（ｉωｄ1 Ｍ´1 ）＝Ｌ （１４´） なる４行４列の行列Ｌと、 ｅｘｐ（ｉωｆj Ｈj ）＝Ｋj （１５´） なる４行４列Ｋj を導入して、 Ψ（Ｚg ）＝Ｋh ・Ｋh-1 ・．．．・Ｋ2 ・Ｋ1 ・ＬΨ（０） （１６´） となる。

【００３３】以上に示したようにして液晶配向膜からの
反射光の状態が計算できるので、測定された反射光の偏
光状態を再現するような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
厚さの最適値を求める。この値の最適化は非線形最小二
乗法で行なうと能率的である。

【００３４】液晶配向膜の下地の構造と屈折率が既知の
場合、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がより精度よ
く求められるが、下地の構造と屈折率が未知の場合で
も、それらの値を最適化されるべきパラメータとして扱
って、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と同時に最適
値を求めることにより、精度が悪いながらも液晶配向膜
の状態を評価することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を用い
て以下に説明する。

【００３６】実施の形態１ 本発明の一実施例として入射光に単一波長の光線を用い
た装置について図１を参照して実施例を説明する。入射
光光源１から出た光は偏光子２によってψ＝π／４、Δ
＝０（ψ，Δは（４）式の定義のとおり）の直線偏光に
される。直線偏光にされた入射光は、試料表面の法線か
ら一定の入射角をもって試料６表面に入射される試料よ
り上流におかれた位相板３はΔの象現決定を行うために
出し入れする。本測定ではＨｅ−Ｎｅレーザーの６３３
ｎｍの光を光源に、位相板として１／４波長板を用い
た。光は必要があれば表面上の測定範囲を、スリット
４、レンズ５を用いて制限することができる。但し、レ
ンズを用いて集光を行うと試料に対する入射角のボケが
大きくなって測定精度が犠牲になる。試料６で反射した
光は検光子７に入り、そこを通過した光の強度は受光管
８で測定される。本測定では受光管としてフォトダイオ
ードを用いた。

【００３７】検光子を回転させて、検光子の角度によっ
て光の強度を測定し、検光子を通過する光の強度を検光
子角についてのフーリェ和からψとΔを求める。周期関
数であるためにΔが２つの値をもつ。そこで、位相板を
入れて入射光の偏光状態を変えた測定を行い、位相板が
ない場合に求めたのと同じ値のΔを最終的な値として採
用する。

【００３８】試料６は回転ステージ９の上にあり、ステ
ージを回転させることによって異方性の測定を行う。

【００３９】なお、本測定例では反射光の偏光状態を決
定するために回転検光子法を用いたが、同じ光学素子の
配置で検出される反射光強度が０になる検光子、偏光子
の角度から偏光状態を決める消光点法（大塚 日本金属
学会会報２０巻７号６１４ページ１９８１年）でも測定
可能であると考えられる。

【００４０】この装置を用いて以下の３種類の試料を測
定した。

【００４１】（試料Ａ）コーニング社製７０５９ガラス
の表面にポリイミド原料液の日立化成ＬＱ１２０（商品
名）をスピンコート装置を用いて塗布した後、２５０℃
で２時間加熱による焼成を行った。

【００４２】（試料Ｂ）試料Ａと同様な方法で焼成した
後、半径４０ｍｍバフ布ローラで、布の押込み長さ０．
４ｍｍ、回転数８００ｒｐｍ、移動速度２０ｍｍ／ｓで
ラビングを行った。

【００４３】（試料Ｃ）ローラ回転数８０ｒｐｍとした
以外は試料Ｂと同じラビング条件である。

【００４４】図２は入射角度を７０°として回転ステー
ジ９を回転させながら測定した試料Ａ、Ｂ、ＣのΔと試
料回転角との関係を示す図である。縦軸はΔは３５６．
５°からの変化量を示している。

【００４５】図２から読取れるように、ラビング処理を
しない試料Ａは分子配向がないために光学的異方性が観
測されないが、試料Ｂは角度依存がみられ分子の配向に
起因する光学異方性が特にΔについて顕著に観測され
る。

【００４６】図２の反射光の偏光状態はラビングの正方
向入射と逆方向入射で有意の差が認められる。この差は
膜中の分子が膜表面に対する配向方向が膜表面に平行で
ないことに起因し、その差から表面に対する分子の傾き
角度がわかる。

【００４７】試料Ｂの測定結果からポリイミド分子の配
向部分膜厚と分子の傾斜角を以下の様にして求めた。膜
構造の解析を行うにあたり、試料Ｂのポリイミド膜の構
造は表面付近のポリイミド分子が配向した層とそれより
深度の分子が配向していない（ランダム）領域の２つの
部分から成ると仮定し、それぞれの膜厚を求めた。表面
付近の分子が配向している部分は光学的異方性が極く小
さい単軸結晶として扱い、誘電率マトリックスの主軸方
向を求めてポリイミド分子の配向方向とした。この様な
構造をした試料からの反射光の偏光状態は以下の様にし
て計算される。

【００４８】光を含む電磁波の伝搬はＭａｘｗｅｌｌの
方程式を解くことで記述される。角周波数ωの単色光の
場合の方程式は ｒｏｔＥ＝ｉωＢ ｒｏｔＨ＝ｉωＤ （５） となる。これを解くのにあたり電場Ｅ、磁場Ｈの正規直
交座標成分を成分とするベクトル Ｇ＝（Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚ，Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ） （６） と Ｃ＝（Ｄｘ，Ｄｙ，Ｄｚ，Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ） （７） を導入する。光が伝搬する媒質の性質を示す誘電率テン
ソルと透磁率テンソルを対角部分にもつ６行６列のテン
ソルＭを用いると Ｃ＝ＭＧ （８） となる。一方、上の（５）式も左辺の回転操作に対応す
る非対角要素のみからなる行列Ｐを用いて、 ＰＧ＝ｉωＭＧ Ｇ＝ｉω（Ｐ^-1Ｍ）Ｇ＝ｉωＬＧ Ｌ＝（Ｐ^-1Ｍ） （９） となる。この式において、測定された光の状態はＧに反
映されＰは既知であるので、ポリイミド膜の状態を決定
することはＭの成分を解くことに対応する。この試料Ｂ
の様に光学的特性が異なる構造では、 Ｌ＝Ｌ₁ Ｌ₂ Ｌ₃ （10） となり、Ｌ₁ ，Ｌ₂ ，Ｌ₃ はそれぞれ、ガラス基板、ポ
リイミド膜の無配向部分、配向部分に対応する。このう
ちＬ₁ ，Ｌ₂ には既知の値を用いることができる。な
お、全てのテンソルに共通して、磁気的効果は殆どない
ため透磁率は等方的に１とした。具体的には４〜６行４
〜６列の９個の要素のうち対角要素が１で他は０とし
た。また、ポリイミド表面、およびポリイミド−ガラス
界面はＺ軸に垂直、、ラビング方向がＸ軸となるように
座標系を定義した。

【００４９】まず、ガラス基板の屈折率を知るためにポ
リイミド膜についてのすべての測定が終了した後、試料
Ａ、Ｂ、Ｃの裏面をｐｈｏｔｏｄｅｖｉｃｅ社製エリプ
ソメータ ＭＡＸＹ−１０２で測定して、ガラス基板自
身の屈折率を求めたところ、１．５２７０±０．００１
なる値を得た。これよりテンソルＭ１の１〜３行１〜３
行１〜３列の９個の要素のうち対角要素を２．３３１と
し、他は０とした。

【００５０】次いで試料Ａのポリイミド膜をｐｈｏｔｏ
ｄｅｖｉｃｅ社製エリプソメータＭＡＸＹ−１０２で測
定した結果を、ガラス基板の屈折率１．５２７０として
計算すると屈折率１．６１、膜厚１０６８Ａを得た。な
お、この測定はガラス基板の裏面の測定に先立って行っ
た。テンソルＭ２は１〜３行１〜３列の９個の要素のう
ち対角要素を２．５９２として、他の要素は０と置い
た。

【００５１】分子が配向した領域のテンソルは以下の様
に表した。分子の傾斜角をθ、ラビング方向に対する入
射光の面内角をφとする。ポリイミドの誘電率テンソル
を主軸表示して１行１列成分ｕ２行２列および３行３列
成分をｖ他の非対角要素を０とする。このｕ，ｖを求め
ることになる。試料表面の法線がＺ軸となる座標系にお
けるテンソルＭ３のｉ行ｊ列の成分Ｍijは以下の様にな
る。

【００５２】 Ｍ11＝ｕ cos² θ cos² φ＋ｖ cosθ sin² φ−ｖ sin² θ cosφ Ｍ12＝−ｕ cos² θ sinφ cosφ−ｖ sinφ cosφ Ｍ13＝−ｕ sinθcos θ cos² φ＋ｖ sinθ sin² θ＋ｖ sinθ cosθcos φ Ｍ21＝ｕ cos² θ sinφ cosφ＋ｖ cosθ sinφ cosφ＋ｖ sin² θ sinφ Ｍ22＝ｕ cosθ sin² φ＋ｖ cos² φ Ｍ23＝−ｕ sinθ cosθ sinφ cosφ ＋ｖ sinθ sinφ cosφ＋ｖ sinθ cosθ sinφ Ｍ31＝ｕ sinθ cosθ cosφ−ｖ sinθ cosθ Ｍ32＝ｕ sinθ sinφ Ｍ33＝−ｕ sin² θ cosφ＋ｖ cos² θ （11） となる。

【００５３】式（９）の右辺の演算子Ｐ^-1は、この場合
は実質的にＺ成分についての微分になり、右辺の行列要
素中のθの値を測定値から求めることが分子配向を決定
することに対応する。しかし、解析的に求めるのは計算
が繁雑で能率が悪いので、パラメータを一定の値に決め
て反射光の状態をこの式にしたがって計算し、パラメー
タを少しずつ変化させながら測定結果に近い計算値とな
る値を探した。このパラメータ最適化のプロセスは最小
二乗法によって行うことがより能率的と考えられるが、
今回は試行錯誤で行った。

【００５４】第０近似 傾き角を０とすると Ｍ11＝ｕ cos² φ＋ｖ sin² φ Ｍ12＝ｕ sinφ cosφ−ｖ sinφ cosφ Ｍ13＝０ Ｍ21＝−ｕ sinφ cosφ＋ｖ sinφ cosφ Ｍ22＝ｕ sin² φ＋ｖ cos² φ Ｍ23＝０ Ｍ31＝０ Ｍ32＝０ Ｍ33＝ｖ （12） となる。更にラビング方向のφ＝０では Ｍ11＝ｕ Ｍ12＝０ Ｍ13＝０ Ｍ21＝０ Ｍ22＝ｖ Ｍ23＝０ Ｍ31＝０ Ｍ32＝０ Ｍ33＝ｖ （13） φ＝９０°の場合は Ｍ11＝ｖ Ｍ12＝０ Ｍ13＝０ Ｍ21＝０ Ｍ22＝ｕ Ｍ23＝０ Ｍ31＝０ Ｍ32＝０ Ｍ33＝ｖ （14） となって対角行列になり測定値との比較が容易になる。
しかし、この傾斜角θ＝０とした近似では２回対称の角
度依存をもつことになって実際の状態をあらわさないの
で、θ＝０°とφ＝１８０°の平均値、φ＝９０°とφ
＝１８０°の平均値を用いてｕ，ｖを解く。すると、こ
の場合はＥｚとＤｚ，ＨｚとＢｚの関係が恒等式となる
ので、それに関わる行列成分のＭｉ３，Ｍ３ｊ、Ｍｉ
６，Ｍ６ｊを無視できる。するとφ＝０°、１８０°の
場合にテンソルＭは対角要素のみになり、最表面の層が
屈折率（ｕ）^1/2 の均一な膜の試料について成立する式
と同じになる。φ＝９０°、２７０°の場合も同様に屈
折率が（ｕ）^1/2 の膜が最表面にのっている場合と同じ
になる。つまりｕ，ｖの第０近似値はφ＝０°、１８０
°の測定値、φ＝９０°、２７０°の測定値から得られ
る。最表面の層（配向部）の膜厚とその下にある無配向
層の膜厚も未知なパラメータであるが、試料Ａの測定か
らポリイミド膜全体の厚さが１０７０Ａ程度と求められ
ているので、配向部分の厚さをｄ、その下の未配向部分
の厚さを１０７０−ｄと仮定すると、ｄ，ｕ，ｖを一義
的に決めることができる。試料Ｂの場合 ｕ＝（1.635)² ＝2.673 ｖ＝（1.534)² ＝2.353 ｄ＝150 Ａ （15） となる。θ＝０°、ｕ＝（１．６３５）² ＝２．６７
３、ｖ＝（１．５３４）²＝２．３５３、ｄ＝１５０Ａ
の場合のΔの変化を図３に○印で示す。

【００５５】第１近似このｕ，ｖを初期値として、θ、
ｕ、ｖ、ｄの値の最適化を図った。その手順としてφ＝
０°では Ｍ11＝ｕ cos² θ−ｖ sin² θ Ｍ12＝０ Ｍ13＝０ Ｍ21＝０ Ｍ22＝ｖ Ｍ23＝０ Ｍ31＝０ Ｍ32＝０ Ｍ33＝ｖ （16） φ＝１８０°では Ｍ11＝ｕ cos² θ＋ｖ sin² θ Ｍ12＝０ Ｍ13＝０ Ｍ21＝０ Ｍ22＝ｖ Ｍ23＝０ Ｍ31＝０ Ｍ32＝０ Ｍ33＝ｖ （17） となる。０°と１８０°の見かけ上の屈折率の差はθを
微小量として展開し、近似的にｖθ² となる。θの２次
までを考慮する近似で解いてθ〜６°を得る。

【００５６】第２近似 ｕ＝（１．６３５）² ＝２．６７３ ｖ＝（１．５３
４）² ＝２．３５３ ｄ＝１５０Ａ θ＝６°を初期値として、全測定点の値
に近くなる様にｕ，ｖ，ｄ，θの値を最適化する。この
プロセスは試行錯誤により、最終的に ｕ＝（1.648)² ＝2.716 ｖ＝（1.501)² ＝2.253 ｄ＝120 Ａ θ＝７° （18） を得た。この値より得られた計算値を図３に◇印で示
す。

【００５７】試料Ｃも同様な方法で ｕ＝2.658 ｖ＝2.440 ｄ＝120 Ａ θ＝７° （19） を得た。

【００５８】（比較例）図４は従来技術と比較のために
示した試料Ａ、試料Ｂの複屈折位相差の測定例である。
この測定においても光源はＨｅ−Ｎｅレーザーの６３３
ｎｍの光を用いた。図４に示した透過で測定した複屈折
位相差の偏光状態の変化量は試料Ｂ最大で±０．１５°
程度であるが、図２に示した反射光の場合は最大±０．
９°に達し、より敏感であることがわかる。図４におい
て角度３００°が光がラビング方向に平行に入射した配
置であり、１２０°が逆向きに入射した場合に対応す
る。さらに図４に示した透過測定による複屈折位相差に
はラビング方向の正負に対応した有意な差は見られない
が、図２の反射光の偏光状態はラビングの正方向入射と
逆方向入射で有意の差が認められる。この差は膜中の分
子が膜表面に対する配向方向が平行でないことに起因
し、その差から表面に対する分子の傾き角度がわかる。

【００５９】実施の形態２ 基板歪が測定に与える影響を調べた。

【００６０】（試料Ｄ）歪をもつと思われるソーダライ
ムガラスの表面にポリイミド原料液の日立化成ＬＱ１２
０（商品名）をスピンコート装置を用いて塗布した後、
２５０°で２時間加熱による焼成を行った。

【００６１】（試料Ｅ）同様な方法で焼成した後、半径
４０ｍｍバフ布ローラで、布の押込み長さ０．４ｍｍ、
回転数８００ｒｐｍ、移動速度２０ｍｍ／ｓでラビング
を行ったものである。

【００６２】（比較例）試料Ｄ、Ｅについての透過によ
る複屈折位相差測定の結果を図５に示す。ラビングを行
った試料Ｅ（●）とラビングしない試料Ｄ（◇）差は極
く小さく、基板の歪の影響でポリイミドの分子配向の測
定は困難であることが示されている。

【００６３】同様の試料Ｄ、Ｅの表面に６３３ｎｍの光
を入射角７０°で入射したときに生じた反射光の偏光状
態の入射方向依存性を測定した。図６に反射光の位相差
の測定結果を示す。ラビングを行わない試料Ｄにおいて
反射光の位相差に異方性はなく（図６中の○）、一方、
ラビングした試料では実施例１の試料Ｂ、Ｃで観測され
たような分子配向に起因した異方性が見られた。このよ
うに反射光の位相差測定はガラス基板歪の影響を受けな
い。

【００６４】実施の形態３ 本発明の実施の形態として試料上で交差する２本の光線
を用いた装置について図７を用いて説明する。図７は試
料の法線方向から見た装置の配置を示し、２つの光線の
進行方向は互いに直交している。入射光光源１から出た
２本の光は偏光子２によってψ＝π／４ Δ＝０の直線
偏光にされる。試料より上流におかれた位相板３はΔの
象現決定を行うために出し入れする。本測定では光源は
水銀ランプを用い、回折格子とスリットを組合せたモノ
クロメーター３６，４６で単色化した。また、位相板と
して１／４波長板を用いた。光は表面上の測定範囲を、
スリット４、レンズ５を用いて制限し、２つの光線が試
料にあたる部分を一致させた。試料６で反射した光は検
光子７に入り、そこを通過した光の強度は受光管８で測
定される。本測定では受光管としてフォトダイオードを
用いた。この配置で偏光状態は回転検光子法、消光点法
のいずれでも測定できる。試料６は回転ステージ９の上
におかれた平行移動するＸＹステージ３９の上におかれ
る。このステージを用いて配向部分の膜厚と任意の方向
の屈折率の面内分布を測定する。

【００６５】この装置を用いて、コーニング社製７０５
９ガラスの表面に日立化成ＬＱ１２０をスピンコート装
置を用いて塗布し、２５０℃で２時間加熱による焼成を
行ったのち、半径４０ｍｍバフ布ローラで、布の押込み
長さ４ｍｍ、回転数８００ｒｐｍ、移動速度１０ｍｍ／
ｓのラビングを行った試料を測定した。測定波長に４０
０ｎｍと６３３ｎｍを選択し入射角を５０°、５５°、
６０°、７０°に選んだ。

【００６６】２つの光線の方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方
向とする。試料のラビング方向にＸ方向の光線が平行に
なる配置で測定された各波長λおよび入射角でのＸ、Ｙ
方向それぞれで観測されたΔ、ψを下記の表１及び表２
に記す。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】 この試料においては入射角６０°の場合に偏光状態、特
にΔの異方性が最も大きく精度、感度ともに高い測定が
できることを示している。

【００６９】それぞれの波長において膜厚と屈折率を求
めることを試みた。実施例１の試料Ｂの結果から表面近
傍の１２０Ａ程度の領域が配向していると考えられるの
で４層に分割しそれぞれの層の膜厚と屈折率を求めるこ
とを試みた。配向した部分が１２０Ａ程度であることが
考えられるので、分子配向の深さ方向の分布を知るため
に表面近傍の１６０Ａごとの屈折率（膜厚固定）とそれ
より深い部分の膜厚と屈折率を求めた。この解析では入
射方向が２方向のみであり、屈折率に関しても４つのパ
ラメータがあることから傾斜角を求めることはしなかっ
た。実施例１より求められた傾斜角は７°程度のために
屈折率に与える影響は小さいので（ｓｉｎθ〜０．１の
ため１０％程度）各層ともに屈折率が異なった等方的な
膜として扱った。表面から順番に各層を第１層、第２
層、第３層、第４層、第５層（バルク部分）として、そ
れぞれの層の屈折率をＮ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５＝
１．６１として、第ｋ層のテンソルＭ（ｋ）のｉ行ｊ列
の要素は ［Ｍ（ｋ）］１１＝［Ｍ（ｋ）］２２＝Ｎｋ² （ｋ＝１，〜５） ［Ｍ（ｋ）］ｉ，ｊ＝０ （ｉ≠） （20） となり、Ｌ＝Ｌ（ｇｌａｓｓ）Ｌ（５）Ｌ（４）Ｌ
（３）Ｌ（２）Ｌ（１）を得る。測定値にあう様に試行
錯誤でＮｋを決めた。Ｎｋの初期値は最表面が膜厚１２
０Ａの一様な膜、その下が１０５０Ａ、屈折率１．６１
の均一な膜、基板の屈折率は１．５２７として、最表面
の屈折率を求めた。このモデルの近似が低いため入射角
の違いによって差があり、 Ｘ軸方向 １．７１±０．６ Ｙ軸方向 １．５
４±０．５ となった。試行錯誤が各層の値を最適化するにあたり、
先ず第４層の屈折率の適値を求め、最表面の方が初期値
よりＸ方向では大きな値、Ｙ軸方向では小さな値となる
様にした。また、より深い層の屈折率はそれより上の層
の屈折率よりバルクの値に近くなるようにした。下記の
表３及び表４にその結果を示す。

【００７０】

【表３】

【００７１】

【表４】 このように、表面近傍の１２０Ａでは分子配向は表面か
ら膜中にむかって徐々に変化するが、１２０〜１６０Ａ
の深さ付近で不連続的に分子配向が失われることが屈折
率の変化からわかる。

【００７２】回転ステージを用いて、この状態から試料
を４５°回転させた場合のΔ、ψの測定結果は、下記の
表５及び表６に示すように、

【００７３】

【表５】

【００７４】

【表６】 となり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の差が殆どみられない。解
析の結果も各層の屈折率は波長６３３ｎｍでは、１．６
１５〜１．６２１の範囲になり、４００ｎｍでは、１．
６３０〜１．６３３となった。

【００７５】実施の形態４ 本発明の実施例として試料上で交差する２本の光線を用
いた装置について図８を用いて説明する。図８は試料の
法線方向から見た装置の配置を示し、２つの光線の進行
方向は互いに直交している。入射光光源１から出た２本
の光は偏光子２によってψ＝π／４ Δ＝０の直線偏光
にされる。試料より上流におかれた位相板３はΔの象現
決定を行うために出し入れする。本測定ではＨｅ−Ｎｅ
レーザーの６３３ｎｍの光を光源に、位相板として１／
４波長を用いた。光は表面上の測定範囲を、スリット
４、レンズ５を用いて制限し、２つの光線が試料にあた
る部分を一致させる。但し、レンズを用いて集光を行う
と試料に対する入射角のボケが大きくなって測定精度が
犠牲になる。試料６で反射した光は検光子７に入り、そ
こを通過した光の強度は受光管８で測定される。本測定
では受光管としてフォトダイオードを用いた。この配置
で偏光状態は回転検光子法、消光点法のいずれでも測定
できる。試料は平行移動するＸＹステージ１９の上にお
かれる。このステージを用いて配向部分の膜厚と屈折率
の面内分布を測定する。

【００７６】この装置を用いて以下の条件で作製した試
料Ｆ、Ｇの測定を行った。

【００７７】（試料Ｆ）コーニング社製７０５９ガラス
の表面にポリイミド原料の日産化学ＳＥ７３１１をスピ
ンコート装置を用いて塗布し、２５０℃で３時間加熱に
よる焼成を行った。

【００７８】（試料Ｇ）同様な方法で焼成した後、半径
４０ｍｍバフ布ローラで、布の押込み長さ４ｍｍ、回転
数６００ｒｐｍ、移動速度４０ｍｍ／ｓでラビングを行
った。

【００７９】測定は１００ｍｍ×１００ｍｍの正方形の
範囲を縦横それぞれ２０ｍｍ間隔で測定した。下記の表
７、表８、表９、及び表１０に試料Ｆ、Ｇの測定結果を
示す。なお、測定位置ＸＹの値は装置自身がもつ座標で
ある。試料Ｇはラビングの順方向が一方の光の進行方向
と一致するように配置した。表７は、試料ＦのＸ方向に
光線を入射させた時の測定結果、表８は試料ＦのＹ方向
に光線を入射させた時の測定結果、表９は試料ＧのＸ方
向に光線を入射させた時の測定結果、表１０は試料Ｇの
Ｙ方向に光線を入射させた時の測定結果を示す。

【００８０】

【表７】

【００８１】

【表８】

【００８２】

【表９】

【００８３】

【表１０】 測定結果（表７、８、９、１０）が示すようにラビング
処理した試料Ｇの屈折率の異方性はどの点においてもほ
ほ同じで、分子配向状態が測定範囲内でほぼ一様である
ことがわかる。一方、膜厚は試料Ｆ、Ｇともに入射方向
の違いにより１ｎｍ程度の差があるが、これは膜厚に関
する測定精度がこの装置の場合１ｎｍ程度であることを
示す。この測定は、測定点が多く、実施の形態１で行っ
た詳細な解析は多くの時間がかかるために、簡略な解析
にとどめた。配向膜の配向状態の面内分布をみるには以
下の理由から、実施の形態３で行ったように、それぞれ
の入射方向において試料構造は屈折率が違う等方的な多
層膜であるとして扱う解析で十分と思われる。まず、分
子の傾斜角は実施の形態１の結果、および、同じポリイ
ミド（日産化学製ＳＥ７３１１（商品名））を測定した
赤外吸収の結果（沢他 ジャパニーズジャーナルオブア
プライドフィジクス Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ３３巻６
２７３ページ１９９４年）から１０°程度と小さいこと
が予想され、配向部分を等方的な物質と考えた場合のテ
ンソル成分との差は最大でも２０％未満である。そこ
で、試料Ｆの試料構造のモデルとして基板の屈折率を
１．５２７とし、ポリイミドは等方的な膜として膜厚と
屈折率を求めた。

【００８４】テンソルＭはガラス基板を表示した対角テ
ンソル（Ｍ１１〜Ｍ３３の値は全て２．３３２）、とポ
リイミドを示す対角テンソル（Ｍ１１からＭ３３の値は
全て等しい値ε）になり、ε＝２．５６７〜２．５８８
を得た。表７に試料ＦのΔ、ψ、膜厚、屈折率を示す。
この結果が示すように、ポリイミドＳＥ７３１１の等方
的な状態の屈折率は１．６０４±０．０３であり、この
例の条件で作製された際の膜厚は７５０Ａと決まった。
一方、試料Ｇは赤外吸収や（沢他 ジャパニーズジャー
ナルオブアプライドフィジクス Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊ
ｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
３３巻６２７３ページ １９９４年）実施の形態１か
ら、配向部分の厚さが１５０Ａ程度と予想されるので、
構造モデルとして屈折率１．５２７のガラス基板、ポリ
イミドの等方的な部分を示す屈折率１．６１０、膜厚６
００Ａの膜、そして屈折率と膜厚が不明な配向部分なる
３層構造を採用した。配向部分の扱いは屈折率と膜厚が
不明の等方的な膜とした。その結果を表９、表１０に示
す。表９、表１０に示したように屈折率、膜厚に入射方
向により系統的な差が見られる。また、同一の入射方向
では屈折率、膜厚ともに各点の値がほぼ等しく均一な膜
が作製されていることを示している。なお、入射方向に
よって屈折率ばかりでなく、配向部の膜厚にも系統的な
差が見られるが、これは解析に際して配向層の異方性を
考慮しなかったことが原因と考えられれる。

【００８５】実施の形態５ 実際に製造されている液晶表示素子に近い構造をもつ試
料を作製し反射光の偏光状態の入射角度依存性を測定し
た。

【００８６】（試料Ｈ）厚さ１．１ｍｍのコーニング社
製７０５９ガラスの表面にスパッタリングによって厚さ
４００ｎｍのシリコン酸化膜を形成し、３２ｎｍのＩＴ
Ｏ（酸化インジウム・酸化錫）膜を真空蒸着によって形
成した。この上にポリイミド原料の日産化学ＳＥ７３１
１をスピンコート装置を用いて塗布し、２５０℃で３時
間加熱による焼成を行い、半径４０ｍｍバフ布ローラ
で、布の押込み長さ０．４ｍｍ、回転数６００ｒｐｍ、
移動速度４０ｍｍ／ｓでラビング処理をした。

【００８７】（試料Ｉ）厚さ１．１ｍｍのコーニング社
製７０５９ガラスの表面にスパッタリングによって厚さ
２００ｎｍのシリコン酸化膜を形成し、３２ｎｍのＩＴ
Ｏ（酸化インジウム・酸化錫）膜を真空蒸着によって形
成した。この上にポリイミド原料の日産化学ＳＥ７３１
１をスピンコート装置を用いて塗布し、２５０℃で３時
間加熱による焼成を行い、半径４０ｍｍバフ布ローラ
で、布の押込み長さ０．４ｍｍ、回転数６００ｒｐｍ、
移動速度４０ｍｍ／ｓでラビング処理をした。

【００８８】測定は実施の形態３で用いた装置で行い、
波長６３３ｎｍの光を用いた。試料Ｅは、入射角７０
°、６５°、６０°、５５°、５０°で反射光の偏光状
態を測定し、試料Ｆは入射角７０°、５５°、４０°で
測定した。どちらの試料もラビング方向がＸ軸と平行に
なるように配置した。下記の表１１及び表１２に測定結
果を示す。

【００８９】

【表１１】

【００９０】

【表１２】 この測定結果が示すように試料Ｈでは実施例３と同様に
反射光の偏光状態の異方性が入射角６０°付近で最大に
なることが明らかになった。一方、試料Ｉにおいては配
向膜の下地の構造の違いを反映して入射角が４０°付近
で偏光状態の異方性が最大になる。これらの測定結果を
ふまえて反射光の偏光状態を計算した結果、ガラス基
板、絶縁膜、透明電極膜、ポリイミド配向膜を構成要素
の一部とする液晶表示素子の場合、最も感度が高い入射
角は３５°〜６５°の間にあることがわかった。

【００９１】実施の形態６ 本発明の実施の形態６として入射光に単一波長の光線を
用いた装置について試料面法線方向から見た装置構成を
示した図９と、試料に入射する２本の光線のうちの一方
（Ｘ方向とする）についての装置構成を示した図１０を
参照して説明する。Ｘ、Ｙ方向の入射光光源１から出た
光はそれぞれレンズ群１０１によって広い径の平行光線
にされる。その後、偏光子２によってψ＝π／４ Δ＝
０の直線偏光にされる。試料より上流におかれた位相板
３はΔの象現決定を行うために出し入れする。本測定で
はＨｅ−Ｎｅレーザーの６３３ｎｍの光を光源に、位相
板として１／４波長板を用いた。２つの光線が試料表面
上の同じ範囲を測定するように、スリット４を用いて試
料に入射する光線形状の整形を行った。本測定では試料
６への光の入射角に５５°を選び、２つの光線とも試料
面上で１×１ｍｍの正方形になる様に縦０．６ｍｍ、横
１ｍｍに整形した。試料６で反射した光はスリット４を
通過後に検光子７に入れ、そこを通過した光はレンズ群
１０２，１０３を用いて１０倍に拡大され、３行３列計
９個の光ファイバーが長方形状にならんだ受光器面１０
４で結像する。なお、検光子の角度はコンピュータで制
御される。

【００９２】図１１に、Ｘ、Ｙそれぞれの方向の反射光
を検出する光ファイバーの配置を示す。２つの反射光と
も横４．０ｍｍ、縦２．３ｍｍ間隔に光ファイバーの受
光部を配置した。つまり、Ｘ方向の５１と５２、５２と
５３、５４と５５、５５と５６、５７と５８、５８と５
９の間隔が４ｍｍで５１と５４、５４と５７、５２と５
５、５５と５８、５３と５６、５６と５９の間隔が２．
３ｍｍである。もう一方の光ファイバー群６１から６９
も同様である。光ファイバーによって導かれた光の強度
はフォトダイオードで測定した。光ファイバーによって
測定された反射光強度の検光子角度依存は図９、図１０
中のコンピュータ１０６に記録され、それぞれの位置で
の反射光の偏光状態（ψ、Δ）が光の強度の検光子角に
ついてのフーリェ和を計算して求められる。なお、Δの
象現決定をする場合は、位相板を入れて入射光の偏光状
態を変えた測定の結果も用いて計算を行う。試料の光学
的異方性は入射方向が違う二つの光の反射光の偏光状態
の差に反映される。この測定の２方向の光ファイバーに
おいて５７と６１、５４と６２、５１と６３、５８と６
４、６５と５５、５２と６６、５９と６７、５６と６
８、５３と６５を対応させることで、それぞれ試料面上
の同じ位置を測定することになる。以上の組合せそれぞ
れにおいて、反射光の偏光状態を比較して各位置での試
料の分子配向状態を知ることができる。偏光状態の比較
よりも、文献（マークト アプライドオプティクス
（Ｕ．Ｍａｒｋｔ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖ
ｏｌ．２ｐｐ．３０７（１９８１））に示された方法を
用いてそれぞれの方向に対する試料の屈折率を求めて、
方向による差を比較する方がより直接的に分子配向状態
を示す量になると考えられる。例えば、 ｜Ｘ方向の屈折率−Ｙ方向の屈折率｜／｜Ｘ方向の屈折率＋Ｙ方向の屈折率｜ で定義される量が分子配向の強さに対応する量であると
考えられる。

【００９３】この装置を用いて以下の試料を測定した。
ポリイミド原料液の日産化学のＳＥ７３１１（商品名）
をコーニング社製７０５９ガラスの表面にスピンコート
装置を用いて塗布した後、２５０℃で２時間加熱による
焼成を行った後、試料面の半分にレジストを印刷塗布し
た。この状態で半径４０ｍｍバフ布ローラで、布の押込
み長さ０．４ｍｍ、回転数２００ｒｐｍ、２０ｍｍ／ｓ
５回のラビングを行った後に、レジストを剥離した。
この試料において、レジスト塗布した部分と露出してい
た部分の境界付近を測定した結果を下記の表１３に示
す。なお、以下のＸ方向位置、Ｙ方向位置はＸ、Ｙそれ
ぞれの方向の反射光を捕えた光ファイバーの図１１にお
ける番号である。なお、ラビング方向とＹ軸方向を一致
させた。

【００９４】

【表１３】 ガラス基板の屈折率を１．５２としてポリイミド膜の屈
折率を求めると、下記の表１４に示すように、

【００９５】

【表１４】 となり、６１から６５までにラビングにより生じた分子
配向による屈折率の異方性が観測される。なお、この解
析ではポリイミド膜全体が一様に配向しているものとし
て扱ったが、赤外吸収の測定から（沢他 ジャパニーズ
ジャーナルオブアプライドフィジクス Ｊａｐａｎｅｓ
ｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ ３３巻６２７３ページ １９９４年）表面のみ
が配向していることが明らかになっている。それを考慮
して膜の深い部分の屈折率は１．６０４で等方的である
と考えて改めて解析を行った結果を下記の表１５に示
す。なお、配向度は先の式で定義した量である。

【００９６】

【表１５】 配向度を白黒の８段階のコントラストで表現し、Ｙ方向
から見た場合の配向度の面内分布を画像出力装置１０７
で表したのが図１２である。

【００９７】以上の様に本実施の形態は、ラビングによ
って生じた分子配向の面内分布を同時に観測することが
できる。本実施の形態では反射光の検出に光ファイバー
をアレイ状に並べたものを用いたが、位置敏感２次元検
出器の例であるＣＣＤイメージセンサや、高感度撮像管
ＳＩＴ管（浜松フォトニクス製 ビジコンカメラＣ２７
４１）を用いることで更に高分解能の測定ができる。

【００９８】この実施の形態により微小部分の屈折率異
方性を測定することにより、液晶配向膜の微小領域にお
ける分子配向の面内分布の様子を観測することができ、
それを視覚化して観察することができる。

【００９９】実施の形態７ 入射光に単一波長の光線を用いた図１の装置を再び参照
して、入射光光源１から出た光は偏光子２によってＳ偏
光成分とＰ偏光成分の振幅が等しく、それぞれの位相差
が０の直線偏光にされる。この入射光は試料表面の法線
から一定の入射角をもって試料６表面に入射する。試料
と光源の間に置かれた位相板３は反射光のΔの象現決定
を行なうために出し入れする。本測定ではＨｅ−Ｎｅレ
ーザーの６３３ｎｍの光を光源に、位相板として１／４
波長板を用いた。この位相板を通過することにより入射
光は直線偏光から円偏光になる。入射光は必要があれば
表面上の測定範囲をスリット４、レンズ５を用いて制限
することができる。但し、レンズを用いて集光を行なう
と試料に対する入射角のボケが大きくなって偏光状態の
測定精度が犠牲になる。試料６で反射した光は検光子７
に入り、そこを通過した光の強度は受光管８で測定され
る。本測定では光電子増倍管を用いた。

【０１００】検光子を回転させて、検光子の角度ごとの
検光子を透過する光の強度を測定し、測定された強度の
検光子角についてのフーリエ和から（１３´）式で定義
された反射光のψ、Δを求める。なお、Δの象現を決定
するために位相差板を操作して直線偏光を入射した場合
に測定されたΔと円偏光を入射したときにえられるΔの
値が等しいものを最終的なΔとする。

【０１０１】試料６は回転ステージ９の上にあり、ステ
ージを回転させることで面内異方性の測定を行なう。

【０１０２】なお、本測定例では反射光の偏光状態を決
定するために上記の回転検光子法で行なったが、検光子
を通過する光が０になるような偏光子、検光子の角度か
ら偏光状態を決める消光点法（大塚 日本金属学会会報
２０巻７号６１４ページ１９８１年）でも測定可能であ
ると考えられる。

【０１０３】この装置を用いて以下の試料を測定した。

【０１０４】（試料Ａ）厚さ1.1mm のソーダライムガラ
スの表面にポリイミド原料液の日立化成ＬＱ１２０（商
品名）をスピンコート装置を用いて塗布した後、２５０
℃で２時間加熱による焼成を行なった。その後、半径４
０mmのバフ布ローラーで、布の押込み長さ0.4mm 、ロー
ラー回転数３００ｒｐｍ、基板移動速度２０ｍｍ／ｓで
ラビングを行なった。

【０１０５】図１３は７０°の入射角で試料ステージを
回転させながら１５°間隔で試料Ａを測定してえられた
Δの試料回転角に対する値である。光がラビング方向と
平行に試料に入射する状態を試料角０°としている。

【０１０６】図１４は７０°の入射角で試料ステージを
回転させながら１５°間隔で試料Ａを測定してえられた
ψの試料回転角に対する値である。光がラビング方向と
平行に試料に入射する状態を試料角０°としている。

【０１０７】この試料の配向膜の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
屈折率と厚さは式（１）、式（２´）〜式（１３´）の
手順に従ってもとめたが、以下に具体的な解析過程を示
す。 （第０近似）ガラス基板は成膜前の透過光の複屈折位相
差測定により、透過光に±１°程度の位相差が観測され
たが常光と異常光の屈折率差は平均で３×１０-6と非常
に小さく、ガラスとポリイミド界面での反射率は、歪の
ないガラスとポリイミド界面の反射率と殆ど同じであ
る。つまり、ガラス基板の歪は無視できる。

【０１０８】配向膜全体の厚さと平均的な誘電率を求め
るために、ガラス基板の上に均一な膜があると考える。
平均誘電率を< ε> とすると式（３´）のテンソルＭの
成分は、 Ｍ11＝０ Ｍ12＝１−η² ／< ε> Ｍ13＝０ Ｍ14＝０ Ｍ21＝< ε> Ｍ22＝０ Ｍ23＝０ Ｍ24＝０ Ｍ31＝０ Ｍ32＝０ Ｍ33＝０ Ｍ34＝１ Ｍ41＝０ Ｍ42＝０ Ｍ43＝< ε> −η² Ｍ44＝０ （１７´） となる。なお、 η＝ｓｉｎφ0 （１８´） である。

【０１０９】測定の結果、図１３および図１４に示す通
り、Δの最小値は 354.950 °、最大値は 356.494°、
ψの最小値は 16.278 °、最大値は 16.390 °である。
この値に近い膜厚を探す。 （第一近似）液晶配向膜は誘電率１．８〜３．４の範囲
に入るものが多いため、誘電率を２．６と仮定した。ま
たガラス基板の屈折率を1.525 とした。下記の表１６に
この条件で計算した膜厚とΔ、ψを示す。膜厚は90〜10
0nm であることが予想されるので 95nm とする。

【０１１０】

【表１６】 （第二近似） 全膜厚95nmのうち、表面附近の配向した部分の厚さを赤
外吸収測定の報告（沢他 ジャパニーズジャーナルオブ
アプライドフィジクス Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎ
ａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ３３巻
６２７３ページ１９９４年）を参考に15nmと仮定する。
配向部分は光学的に単軸性と仮定し、配向部分の誘電率
εp 、εn は、無配向部の誘電率< ε> と、 < ε> ＝εp ／3 ＋ 2εn ／3 （１９´） の関係があると仮定する。

【０１１１】この場合、光学的性質を反映した行列Ｍの
成分は、εp の試料面に対する傾き角をθ、光の入射方
向の面内成分とのなす角をφとして、 εp −εn ＝Δε （２０´） εp ・cos2θ＋εn ・sin2θ＝ε3 （２１´） Ｍ11＝−（Δcos θsin θsin φ）η／ε3 Ｍ12＝１−η2 ／ε3 Ｍ13＝（Δcos θsin θcos φ）η／ε3 Ｍ21＝εn ・（εp −Δεsin2θcos2φ）／ε3 Ｍ22＝−εn ・（Δεsin2θcos φ）／ε3 Ｍ23＝−εn ・Δεsin2θsin φcos φ／ε3 Ｍ31＝０ Ｍ32＝０ Ｍ33＝０ Ｍ34＝１ Ｍ41＝０ Ｍ42＝０ Ｍ43＝εn ・（εp −Δεsin2θsin2φ）／ε3 Ｍ44＝０ （２２´） とかける。

【０１１２】式（１９´）の関係を満たすεp 、εn の
値から計算したΔの値の範囲（最小値、最大値）を下記
の表１７に示す。なお、この際に配向部のεp は表面に
平行（傾斜角０°）と仮定した。そのうち測定結果にも
っとも近いのは εp ＝2.66、εn ＝2.57 である。

【０１１３】

【表１７】 以上の計算は、分子の傾斜角を０°としたためにΔは光
の面内入射方向について２回対称になる。一方、実際の
測定では２回対称性がなく、εp の方向（主座標軸）が
面に対して傾いていることがわかる。図１５はεp の傾
きを０°、２０°、４０°、６０°として計算したΔの
入射方向依存性である。Δの値はεp の表面に対する傾
斜角に大きく依存するが、なかでも２０°が測定結果に
一番近いのでこれを採用する。 （最適化） ガラスの屈折率 1.525、無配向部の誘電率< ε> ＝2.6
、無配向部分の厚さ 80nm 、配向部分の厚さ 15nm 、
配向部分の誘電率 εp ＝2.66、εn ＝2.57 、傾斜角
２０°を初期値として、測定でえられたΔ、ψを再現す
るようにガラス基板の屈折率、無配向部の誘電率< ε>
、無配向部分の厚さ、配向部分の厚さ、配向部分の誘
電率（εp 、εn ）、傾斜角を非線形最小二乗法で最適
化した。最小二乗法はマーカット法（中川、小柳 「最
小二乗法による実験データ解析」 東大出版会 1982
年）を採用し、各測定データの重みは等しいと仮定し
た。

【０１１４】最適化の結果、ガラスの屈折率 1.527無配
向部の誘電率< ε> ＝2.64 、無配向部分の厚さ 80nm
、配向部分の厚さ 13nm 、配向部分の誘電率 εp ＝
2.74、εn ＝2.59 、傾斜角３８°なる結果をえた。図
１６および図１７に測定値と最適化によってえられたパ
ラメータによる計算値を示す。測定データのψはデータ
の揺らぎが大きくガラス基板歪の影響と考えられる。

【０１１５】実施の形態８ 無歪ガラスを用いてψの角度依存性から分子配向を議論
した。

【０１１６】（試料Ｂ）厚さ1.1mm のコーニング7059ガ
ラスの表面にポリイミド原料液の日立化成ＬＱ１２０
（商品名）をスピンコート装置を用いて塗布した後、２
５０℃で２時間加熱による焼成を行なった。その後、半
径４０mmのバフ布ローラーで、布の押込み長さ0.4mm 、
ローラー回転数３００ｒｐｍ、基板移動速度２０ｍｍ／
ｓでラビングを行なった。

【０１１７】（試料Ｃ）ラビング処理をしない以外は試
料Ｂと同じ条件である。

【０１１８】試料Ｂ、Ｃを実施の形態１と同じ装置で測
定した。ただし面内入射角は１０°ごとに変化させて測
定した。図１８にψの測定結果を示す。試料Ｃは等方的
であるが試料Ｂには分子配向による異方性が観測され
た。試料Ｂについて実施の形態７と同じ解析を行なった
ところ無配向部分の膜厚は 82nm で、他のパラメータは
試料Ａと同じであった。なお試料Ｃは全層無配向で膜厚
94nmとなった。これらの試料を以上のような条件で測定
した場合、Δの方がψよりも感度がよい。

【０１１９】実施の形態９ 試料面上で交差する２本の光線を用いた図７の装置を再
び参照して、この実施の形態９を説明する。上述したよ
うに、図７は試料の法線方向から見た装置の配置を示
し、２つの光線の進行方向は互いに直交している。入射
光光源１から出た２本の光は偏光子２によってＳ成分と
Ｐ成分の振幅が等しい直線偏光にされる。試料より光源
に近い位置に置かれた位相板３はΔの象現決定のために
出し入れする。本測定では水銀ランプを光源に、位相板
として１／４波長板を用いた。光はモノクロメータ３
９、４６により単色化される。実施の形態７と比較のた
め630nm の光を取り出した。光は表面上の測定範囲をス
リット４、レンズ５を用いて制限し、２つの光線が試料
にあたる部分を一致させる。但し、レンズを用いて集光
を行なうと試料に対する光の入射角のボケが大きくなっ
て測定精度が犠牲になる。試料６で反射した光は検光子
７に入り、そこを通過した光の強度は受光管８で測定さ
れる。本測定では受光管としてフォトダイオードを用い
た。この配置で反射光の偏光状態は回転検光子法、消光
点法のいずれでも測定できる。試料は平行移動できるＸ
Ｙステージ１９の上に置かれる。この装置をもちいて実
施の形態８で述べた試料Ｂ、Ｃを20mm×20mmの正方形の
領域をＸ、Ｙ方向共に５mm間隔で２５点測定を行なっ
た。

【０１２０】試料Ｂは入射光をラビング方向に平行に入
射した場合と垂直に入射した場合で反射光の偏光状態の
差の面内分布を比較した。入射光をラビング方向に垂直
に入射した場合と平行に入射した場合の結果をそれぞれ
下記の表１８および表１９に示す。表１８および表１９
からわかるように分子配向による光学特定の異方性を反
映してラビング方向に対して光を垂直方向より入射した
場合の方がΔの値が系統的に大きいのが観測された。

【０１２１】

【表１８】

【０１２２】

【表１９】 試料Ｃも同様な面内分布測定を行なった。入射光をラビ
ング方向に垂直に入射した場合と平行に入射した場合の
結果をそれぞれ下記の表２０および表２１に示す。表２
０および表２１に示すようにΔ、ψとも有意の差が認め
られなかった。

【０１２３】

【表２０】

【０１２４】

【表２１】 以上のように２方向からの同時測定によりえられたΔの
差から、ラビングによる分子配向の有無を観測できる。
試料の回転を行なわないので測定に要する時間が実施の
形態７の装置より短く、配向の試料面内分布測定が効率
よくできる。

【０１２５】なお、この装置は２方向のみの異方性を測
定しているため、分子配向が完全に未知な試料の配向膜
の状態（配向部分の主誘電率、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）を知るこ
とは困難である。膜の状態を詳細に求める場合は実施の
形態７と同様に試料を回転させることや、同時に入射す
る光の方向を更に増やすことが必要である。

【０１２６】しかし、実施の形態７で一旦測定した試料
と同じ構造（同じ液晶配向膜材料と同じ基板）であれ
ば、２方向からの測定で膜厚や誘電率の異方性について
ある程度推測できる。

【０１２７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、斜入射光の偏光状態の異方性の測定から、従来の方
法では測定できなかった分子の配向度と配向している部
分の厚さを定量的に測定することができる。さらに本発
明では、分子配向の膜表面に対する角度に関する情報を
得ることができる。また本発明では、入射光や波長に対
する依存性から分子配向の深さ方向の分布も測定するこ
とができる。

【０１２８】さらに、本発明によれば、斜入射光の偏光
状態の面内入射方向依存性の測定から、従来は測定でき
なかった、膜の分子配向を反映した配向部分の主誘電
率、主座標系の膜表面に対する角度、厚さと、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
と厚さを定量的に測定することができる。また本発明に
よれば、従来方法では回避できなかったガラス基板の歪
の影響をうけずに配向膜の状態を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検査装置の模式的斜視図である。

【図２】入射角を７０°として本発明の検査法を行なっ
た試料Ａ、Ｂ、およびＣのΔと試料回転角との関係を示
す図である。

【図３】試料ＢのΔの測定値と計算値を示す図である。

【図４】試料Ａ、Ｂ、およびＣについて従来の検査法を
行ったΔと試料回転角との関係を示す図である。

【図５】試料ＤおよびＥについて従来の検査法を行った
Δと試料回転角との関係を示す図である。

【図６】本発明の検査法を行った試料ＤおよびＥのΔと
試料回転角との関係を示す図である。

【図７】本発明の検査装置の模式的平面図である。

【図８】本発明の検査装置の模式的平面図である。

【図９】本発明の検査装置の模式的平面図である。

【図１０】本発明の検査装置の模式的斜視図である。

【図１１】本発明の光ファイバーの配置図である。

【図１２】本発明の検査法で得られた配向度の面内分布
を示す図である。

【図１３】入射角を７０°として本発明の検査法を行な
った試料ＡのΔと試料回転角との関係を示す図である。

【図１４】入射角を７０°として本発明の検査法を行な
った試料Ａのψと試料回転角との関係を示す図である。

【図１５】無配向部膜厚80nm、誘電率2.6 、配向部膜厚
15nm、誘電率2.66,2.57 、ガラス基板の屈折率1.525 と
して主座標系の膜表面に対する傾き角を０°、２０°、
４０°、６０°として計算したΔの試料回転角依存性を
示す図である。

【図１６】試料Ａの測定値と最適化されたパラメータか
ら計算されたΔの試料角度依存性を示す図である。

【図１７】試料Ａの測定値と最適化されたパラメータか
ら計算されたψの試料角度依存性を示す図である。

【図１８】試料ＢおよびＣの反射光のψの試料角度依存
性を示す図である。

【符号の説明】 １ 光源 ２ 偏光子 ３ 位相板 ４ スリット ５ レンズ ６ 試料 ７ 検光子 ８ 受光管 ９ 回転ステージ １９、３９ ＸＹステージ ３６、４６ モノクロメータ １０１ レンズ群 １０４ 光ファイバーアレイ １０５ 光検出器 １０６ コンピュータ １０７ 画像出力装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−95845（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−273120（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−122333（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−5656（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−50880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−269036（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−127004（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−105704（ＪＰ，Ａ) 田幸 敏治、辻内 順平、南 茂夫, 光学的測定ハンドブック，日本，朝倉書 店，1981年 ７月25日，初版，256〜265 Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ ｓ，日本，33〔11〕，6273〜6276 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐ ｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａ ｍｅｒｉｃａ，米国，62〔４〕，502〜 510 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 G01J 4/00 - 4/04 G01N 21/21 - 21/45 G01B 11/06 G01B 11/30 G02F 1/13 101 G02F 1/1337 520

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 深さ方向に分子配向の分布を持つ薄膜試
   料の表面に対して所定の偏光状態の単色光線を所定の角
   度で入射したときに生じる該薄膜試料表面からの反射光
   の偏光状態を試料表面の同一箇所に前記所定の角度で複
   数の方向から入射した入射光による複数の反射光につい
   て測定し、前記複数の反射光の偏光状態の異方性から試
   料の深さ方向の分子配向の状態を決定することを特徴と
   する異方性薄膜検査法。
2. 【請求項２】 深さ方向に分子配向の分布を持つ薄膜試
   料の表面に対して所定の偏光状態の単色光線を所定の角
   度で入射したときに生じる該薄膜試料表面からの反射光
   の偏光状態を試料表面の同一箇所に前記所定の角度で複
   数の方向から入射した入射光による複数の反射光につい
   て測定する方法であって、前記複数の入射光の波長およ
   び試料表面への入射方向依存性から試料表面の深さ方向
   の分子配向の状態を決定することを特徴とする異方性薄
   膜検査法。
3. 【請求項３】 深さ方向に分子配向の分布を持つ薄膜試
   料の表面に対して所定の偏光状態の単色光線を所定の角
   度で入射したときに生じる該薄膜試料表面からの反射光
   の偏光状態を試料表面の同一箇所に前記所定の角度で複
   数の方向から入射した入射光による複数の反射光につい
   て測定する方法であって、前記入射光を所定の面積部分
   表面に入射し、前記所定の面積部分の表面からの反射光
   を拡大し、その反射光の偏光状態の差から試料表面の深
   さ方向の分子配向の状態の前記所定の面積部分の面内分
   布を測定することを特徴とする異方性薄膜検査法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載の異方性
   薄膜検査法により得られる分子配向を、前記薄膜試料表
   面の複数の箇所から得ることで、試料表面の分子配向分
   布を決定することを特徴とする異方性薄膜検査法。
5. 【請求項５】 前記入射角は、３５°以上６５°以下で
   あることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の
   異方性薄膜検査法。
6. 【請求項６】 深さ方向に分子配向の分布を持つ薄膜試
   料を載置し、該試料を面内回転および平行移動させるこ
   とができる試料台と、該試料台上の試料表面に所定の偏
   光状態の単色光線を所定の角度で入射する手段と、前記
   試料からの反射光の偏光状態を測定する手段とからな
   り、前記反射光の偏光状態の異方性から試料表面の深さ
   方向の分子配向の状態を決定することを特徴とする異方
   性薄膜検査装置。
7. 【請求項７】 深さ方向に分子配向の分布を持つ薄膜試
   料を載置し、該試料を面内回転および平行移動させるこ
   とができる試料台と、該試料台上の試料表面の一点に所
   定の偏光状態の単色光線を所定の角度で入射する手段を
   複数設け、前記試料表面からの複数の反射光の偏光状態
   のそれぞれを測定する手段とからなり、前記複数の反射
   光の偏光状態の差から試料表面の深さ方向の分子配向の
   状態を決定することを特徴とする異方性薄膜検査装置。
8. 【請求項８】 前記所定の偏光状態の単色光線を所定の
   角度で入射する手段は入射光の波長および入射角度を変
   えることができ、反射光の偏光状態の入射角依存性から
   試料の屈折率分布を試料面内の入射方向ごとに求めて、
   試料表面の分子配向および試料内の分子配向分布を決定
   することを特徴とする請求項６または７記載の異方性薄
   膜検査装置。
9. 【請求項９】 深さ方向に分子配向の分布を持つ膜膜試
   料を載置する試料台と、該試料台上の試料表面の同一個
   所に所定の偏光状態の単色光線を所定の角度で互に交差
   するように入射する複数の手段と、前記試料表面からの
   複数の反射光を拡大する手段と、その反射光の偏光状態
   の面内分布を測定する手段とを有し、複数の反射光のそ
   れぞれについて対応する前記反射光の偏光状態の成分の
   差から試料の深さ方向の分子配向の状態の面内分布を決
   定することを特徴とする異方性薄膜検査装置。
10. 【請求項１０】 前記反射光の偏光状態の面内分布を測
    定する手段が位置敏感二次元検出器であることを特徴と
    する請求項９記載の異方性薄膜検査装置。
11. 【請求項１１】 液晶配向膜の表面に対して所定の偏光
    状態の単色光線を所定の角度で入射したときに生じる該
    液晶配向膜からの反射光の偏光状態を試料表面の同一の
    領域に前記所定の角度で複数の方向から入射した入射光
    による複数の反射光を測定し、反射光のＳ偏光成分（試
    料表面に平行な偏光成分）とそれに垂直なＰ偏光成分の
    位相差の異方性を測定することにより液晶配向膜の深さ
    方向の分子配向の状態を決定することを特徴とする液晶
    配向膜検査方法。
12. 【請求項１２】 液晶配向膜の表面に対して所定の偏光
    状態の単色光線を所定の角度で入射したときに生じる該
    液晶配向膜からの反射光の偏光状態を試料表面の同一の
    領域に前記所定の角度で複数の方向から入射した入射光
    による複数の反射光を測定し、反射光のＳ偏光成分（試
    料表面に平行な偏光成分）とそれに垂直なＰ偏光成分の
    強度比の異方性を測定することにより液晶配向膜の深さ
    方向の分子配向の状態を決定することを特徴とする液晶
    配向膜検査方法。
13. 【請求項１３】 液晶配向膜の表面に対して所定の偏光
    状態の単色光線を所定の角度で入射したときに生じる反
    射光の偏光状態を試料面内の同一の領域について複数の
    方向から測定し、反射光のＳ偏光成分（試料表面に平行
    な偏光成分）とそれに垂直なＰ偏光成分の位相差と強度
    比の異方性から、液晶配向膜の表面の分子配向層の厚
    さ、異方的な主誘電率と液晶配向膜中の分子配向層の下
    の無配向部の厚さと誘電率を求めることを特徴とする解
    析方法。
14. 【請求項１４】 液晶配向膜試料を載置し、該試料を面
    内回転させることができる試料台と、該試料台上の試料
    表面に所定の偏光状態の単色光線を所定の角度で入射す
    る手段と、前記試料からの反射光のＳ偏光成分とＰ偏光
    成分の位相差および強度比を測定する手段とからなり、
    反射光のＳ偏光成分とＰ偏光成分の位相差および強度比
    の異方性から試料の液晶配向膜の表面の分子配向層の厚
    さ、異方的な主誘電率と液晶配向膜中の分子配向層の下
    の無配向部の厚さと誘電率を決定することを特徴とする
    液晶配向膜検査装置。
15. 【請求項１５】 液晶配向膜試料を載置する試料台と、
    該試料台上の試料表面の一点に所定の偏光状態の単色光
    線を所定の角度で入射する手段を複数設け、前記試料か
    らの反射光のＳ偏光成分とＰ偏光成分の位相差および強
    度比を測定する手段とからなり、反射光のＳ偏光成分と
    Ｐ偏光成分の位相差および強度比の異方性から試料の液
    晶配向膜の表面の分子配向層の厚さ、異方的な主誘電率
    と液晶配向膜中の分子配向層の下の無配向部の厚さと誘
    電率を決定することを特徴とする液晶配向膜検査装置。