JP3425923B2

JP3425923B2 - 異方性多層薄膜構造体の評価法及び評価装置

Info

Publication number: JP3425923B2
Application number: JP2000086736A
Authority: JP
Inventors: 一郎廣沢
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001272308A; US20010026365A1; TW475057B; KR20010090592A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】液晶分子に初期配向を与える液晶
配向膜等、光学的な異方性がある異方性多層薄膜構造体
の評価に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】異方性薄膜の評価法として反射光を利用
するものは、反射光強度の入射角及び入射方位依存性か
ら測定する方法（磯部「薄膜の屈折率膜厚測定法」特開
平03-065637号公報）、試料を面内回転させ反射光の偏
光状態の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（広沢「異方性薄膜評価法及び評価装置」特願平
08-49320）、赤外線を用いて二色差を用いるもの（石橋
ら「配向膜評価装置」特開平07-151640号公報）、可視
光線を利用し、入射角を変化させるもの（磯部「異方性
薄膜の屈折率及び膜厚測定方法」特開平05-005699号公
報）が提案されている。また、異方性薄膜として液晶表
示素子に用いられている。膜に配向処理を施した液晶配
向膜と呼ばれる膜の評価法として、膜に直線偏光を入射
した際に発生する反射光強度を測定することにより異方
性を評価する方法（石原ら「配向膜の液晶配向能評価方
法」特開平04-095845号公報）が提案されている。

【０００３】

【解決しようとする課題】異方性薄膜の評価法として、
（磯部「薄膜の屈折率膜厚測定法」特開平03-065637号
公報）、（磯部「異方性薄膜の屈折率及び膜厚測定方
法」特開平05-005699号公報）、（広沢「異方性薄膜評
価法及び評価装置」特開平09-218133）、（石橋ら「配
向膜評価装置」特開平07-151640号公報）が提案されて
いる。これらの方法は結晶性が高い無機物の薄膜では、
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。しかし、いずれの方法において
も一回で測定できる面積が狭い、あるいは、測定に時間
を要するという問題がある。一方、薄膜試料にP偏光し
た光を基板のブリュースター角で入射し、反射光のS偏
光成分の強度を測定することにより膜の異方性を評価す
る方法が提案されている（伊藤「配向膜評価法及び評価
装置ならびに配向膜評価プログラムの記録媒体」特願
平１０−２９１７２６）。

【０００４】この方法はP偏光した光を基板のブリュー
スター角で入射することで、反射光中のP偏光成分の強
度を極く小さくすることが可能になり、膜の異方性によ
り発生したS偏光成分の光の強度測定の精度を高めるこ
とを目的としたものである。基板の上に直接形成された
異方性膜の場合は、この提案のように基板のブリュース
ター角で入射することにより反射光のP偏光成分を極く
小さくすることができるが、一般に液晶表示素子のよう
に多層膜構造の試料では、反射光のP偏光成分がなくな
るブリュースター角を明確に定義することができず、適
用が困難である。

【０００５】同様に反射光強度を測定することにより、
異方性薄膜を評価する手法が提案されている（石原ら
「配向膜の液晶配向能評価方法」特開平04-095845号公
報）。

【０００６】この発明は、配向膜表面に直線偏光を入射
したときの配向膜表面での反射光の光量により配向膜の
液晶配向能を評価するもので、配向膜表面に入射する直
線偏光の偏波面が配向膜の配向処理方向と直交あるいは
平行である。この場合、実施例１のように直線偏光を試
料面に垂直に入射する場合、入射光と反射光が同じ光路
を通ることになる。光源と光強度検出器を同じ光路上に
置くことは不可能であるため、垂直入射を実現すること
ができない。ビームスプリッタを用いると光源と検出器
を必ずしも同一光路上に配置する必要は無くなるが、反
射光、透過光の偏光状態を保存するようなビームスプリ
ッタは存在しないため、垂直入射を実現することはでき
ない。実施例１中に引用されている図１では光は膜面に
垂直ではなく、膜表面に対して傾斜角をもって入射され
ている。その場合、入射光及び反射光は試料面に平行な
振動成分であるS偏光成分と、光の進行方向とS偏光成分
の両方に垂直な振動成分であるP偏光成分の２つの成分
をもつことになる。試料が光学的に等方的な場合におい
てもP偏光とS偏光成分の反射率が異なる。

【０００７】実施例２に示されているように光を試料表
面に対して一定の角度で入射する場合は、入射光の偏光
状態はS偏光に特定される（P偏光成分は膜表面に対して
水平もしくは垂直の振動方向にならない。配向処理方向
であるラビング方向に平行な振動方位の光を入射するた
めにはS偏光の光をラビング方向に垂直に入射な方向か
ら試料に入射する必要があり、ラビング方向に垂直な振
動方向の光を入射するためにはS偏光の光をラビング方
向に平行に入射する必要がある。）。特に膜表面を布で
擦るラビングによる配向処理を施した液晶配向膜の場
合、ラビング方位とほぼ平行に膜表面に溝状の異方的な
凹凸が生じる。異方的な表面形態を反映して入射方位に
より反射光強度が異なるため、この発明に記載された方
法では膜の光学的異方性を正確に測定することができな
い。更に、配向方位が未知の試料ではS偏光方位が配向
方位に平行、もしくは垂直になるように光を入射するこ
とができない。以上のような理由によりこの発明にある
ように試料表面に直線偏光を入射した際に生じる反射光
強度の測定から、膜の異方性を正確に評価することがで
きない。

【０００８】

【解決するための手段】本発明は、試料表面にＰ偏光ま
たはＳ偏光の一方の偏光成分を異方性多層薄膜構造体に
対し一定の角度で入射して発生する反射光が、前記反射
光の入射光とは異なる偏光成分の強度が最大になる入射
角及び入射方位で光を入射させて、入射光とは異なる偏
光成分の強度を測定し、異方性多層薄膜構造体の光学的
異方性を決定することを可能にする。これは、等方的な
媒質にＳ偏光の光を入射した場合に発生する反射光の偏
光状態はＳ偏光、Ｐ偏光の光を入射した場合に発生する
反射光の偏光状態はＰ偏光になるのに対して、異方的な
媒質に光が入射する場合、Ｓ偏光を入射してもＰ偏光成
分を有する反射光が生じ、Ｐ偏光を入射してもＳ偏光成
分を有する反射光が生じることを利用したものである。
試料にＳ偏光またはＰ偏光を入射し、異方性によって生
じたＰ偏光もしくはＳ偏光成分を検出するために入射側
に偏光子、検出側に検光子を備えた装置構成になる。な
お、「配向膜の液晶配向能評価方法」（特開平０４−０
９５８４５）に記載された実施例２、３と図２には、本
発明と同様に入射側に偏光子、反射側に検光子を備えた
構成が記載されている。しかし、これらの例では検光子
は基板裏面からの反射の影響を除去してＳ／Ｎを向上さ
せることを目的として用いられ、反射光中の偏光成分の
分離を目的としたものではない。また、光源、検出器を
複数個並列に配置し、あるいは、試料ステージを平行移
動させることにより、短時間で広範囲な測定を可能にす
るものである。更に試料を回転させて試料への光の入射
方位に対する検出強度依存性を測定することによって配
向方位が未知な膜についても測定できる。また、一定の
太さの断面をもつ光を試料面に入射した際に発生した反
射光のうち、検光子を通過した光の強度分布を２次元Ｃ
ＣＤ等の２次元位置敏感検出器をもちいて測定すること
により、異方性の面内分布を同時に測定することができ
る。測定の精度を高めるためには偏光子、検光子が高い
消光比をもつことが必要である。偏光子、検光子の特性
には波長分散があるために、測定に用いる光は連続スペ
クトルではなく、入射光は狭い波長幅であることが必要
であるため、単色光を入射する、ないしは連続光を入射
して反射光を分光するなどの方法で測定精度を向上させ
る。作用本発明は試料表面にＳまたはＰ偏光の光を一定
の角度で入射した際に発生する反射光中のＰ偏光成分の
強度またはＳ偏光成分の強度を測定することにより膜の
光学的異方性を評価することを可能にする。異方的な媒
質に光が入射する場合、Ｓ偏光を入射してもＰ偏光成分
を有する反射光が生じ、Ｐ偏光を入射してもＳ偏光成分
を有する反射光が生じることを利用し、試料にＳ偏光を
入射した際に発生する反射光中のＰ偏光成分、またはＰ
偏光を入射した際に発生するＳ偏光成分の強度を測定す
ることにより、膜の異方性を評価することができる。Ｓ
偏光を入射した際に発生する反射光中のＰ偏光成分、Ｐ
偏光を入射した際に発生する反射光中のＳ偏光成分の強
度を測定するので、単に直線偏光を入射した場合に発生
する反射光の強度を測定する場合に影響のある異方的な
表面形態の影響を受けずに測定できる。装置は、異方性
によって生じたＰ偏光もしくはＳ偏光成分を検出するた
めに入射側に偏光子、検出側に検光子を備えた装置構成
になる。なお、「配向膜の液晶配向能評価方法」（特開
平０４−０９５８４５）に記載された実施例２、３と図
２には、本発明と同様に入射側に偏光子、反射側に検光
子を備えた構成が記載されている。しかし、これらの例
では検光子は基板裏面からの反射の影響を除去してＳ／
Ｎを向上させることを目的として用いられ、反射光中の
偏光成分の分離を目的としたものではない。実施例２の
中に記載がある通り、この発明において反射側の検光子
は基本には不要であり、検光子の存在はこの発明におい
て技術的必然性を有するものではない。また、光源、検
出器を複数個並列に配置し、あるいは、試料ステージを
平行移動させることにより、短時間で広範囲な測定を可
能にするものである。更に試料を回転させて試料への光
の入射方位に対する検出強度依存性を測定することによ
って配向方位が未知な膜についても測定できる。また、
一定の太さの断面をもつ光を試料面に入射した際に発生
した反射光のうち、検光子を通過した光の強度分布を２
次元ＣＣＤ等の２次元位置敏感検出器をもちいて測定す
ることにより、異方性の面内分布を同時に測定すること
ができる。なお、Ｓ偏光、もしくはＰ偏光を入射面が配
向方位平行になるように入射した場合、反射光中の入射
光の偏光方向に直交する成分は膜の異方性の有無に関わ
らず０となるため、膜の光学的異方性の測定には適さな
い。更に、異方性部分の主誘電率座標軸が膜表面に平行
な場合は、Ｐ偏光もしくはＳ偏光の光が配向方向に垂直
に入射した場合にも反射光中のＳ偏光成分、もしくはＰ
偏光成分が０となるために測定方位としては不適当であ
る。そこで、試料面にＳ偏光、もしくはＰ偏光を入射面
が配向方位平行になるように入射し、試料を回転するこ
とによって光の試料への入射方位を変えながら、検光子
を通過して検出される光の強度が最大となる方位を探
し、試料方位を決める。検出強度は入射方位と同様に入
射角依存性も有するので、検出強度が最大となる入射角
を選択することで、一般的には極く弱いＳ偏光、もしく
はＰ偏光を入射面が配向方位平行になるように入射した
場合に発生する反射光中の入射光の偏光方向に直交する
成分の強度を大きくして、Ｓ／Ｎ比の高い測定が可能と
なる。更に検出される光強度の入射方位依存性は試料の
異方性の大きさや、主誘電率座標の試料表面に対する傾
き角、配向方位を反映する。従って、検出される光強度
の入射方位依存性は試料の異方性の大きさや、主誘電率
座標の試料表面に対する傾き角、配向方位を決定するこ
とができる。回転機能を有する試料ステージを備えるこ
とにより、この測定が実現される。さらに検出強度は膜
の異方性の状態に応じて入射角にも依存するため入射方
位依存性と共に入射角依存性を測定することにより、更
に精度よく膜の異方性の状態を決定することが可能とな
る。さらに、測定と計測、及び膜の異方性の状態の決定
の手順をコンピュータコントロールにより自動化するこ
とにより、能率よく評価することができる。

【０００９】

【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。

【００１０】本発明の第１の実施形態として試料回転ス
テージを備えた装置の構成を図１を用いて説明する。１
は単色光源でHe-Neレーザを用いた。２は検光子、３は
試料、４は試料ステージ、５は検光子、６は光検出器で
フォトダイオードを用いた。７はオートコリメータ、８
はオートコリメータの戻り光の様子を観察するモニター
である。光源1から出た単色光線はｐ偏光のみを通す偏
光子２を通過し、試料３の薄膜表面から反射された光線
は、さらにｓ偏光のみを通す検光子５を通過し検出器６
により測定される。さらに、入射光線に対して試料面の
傾きを確認するためにオートコリメータ７を取り付け
た。なお、試料傾き調整の能率をあげるために、オート
コリメータでの試料からの反射光位置はＣＣＤカメラに
よりモニターされデイスプレイ８に映し出した。ステー
ジ４は試料を広範囲で測定するために平行移動ステージ
を設置した。このステージの詳細な構成は図２に示され
ている。図２の２１は回転ステージ、２２、２３は互い
に移動方向が直交した平行移動ステージ、２６が試料が
直接保持される台、２４は試料保持台２６の傾き角を調
整する機構、２５は試料の高さ調節するための平行移動
機構である。

【００１１】この装置をもちいて測定した試料は以下の
手順で作成した。ガラス基板（コーニング７０５９）上
に日産化学製ポリイミドＰＩ−Ｃをスピンコートし、９
０゜Ｃで３０分加熱後、２５０゜Ｃで６０分加熱して試
料Ｃとした。この際にファイブラボ社製のエリプソメー
タMARY-102を用いて入射角７０°で膜厚を測定したとこ
ろ、72nmであった。その後に直径50mmの布ローラーを用
いて、押し込み長0.05mm、回転速度800rpm、基板移動速
度30mm/sで２回のラビングを行った。また、参照試料と
して焼成後のラビングを施さない試料もあわせて作成し
た。

【００１２】ラビングを施さない試料面上の１０点をＨ
ｅ−Ｎｅレーザを光源としたエリプソメータで測定した
ところ膜厚59±4nm、屈折率1.62±0.1となった。これら
の試料を図２に示したようなステージ上におき、偏光子
方位をP偏光成分、検光子方位をS偏光成分として出力１
mWのHe-Neレーザーの光を入射角50°で入射し、検光子
を通過した光の強度をフォトダイオードで検出した。

【００１３】図２の回転ステージを用いて試料に対する
光の入射方位を変え、検出強度の入射方位依存性を測定
した。ラビング処理をしない試料の測定結果を図３ラビ
ング処理をした試料の測定結果を図４に示す。更に入射
光をＳ偏光成分として反射光のp偏光成分を測定した結
果をラビング処理をしない試料については図５、ラビン
グ処理をした試料については図６に示す。

【００１４】図５及び図６からラビングを施していない
等方性薄膜試料では、反射光強度はほとんど検出されな
かったのに対して、ラビングを施した異方性薄膜試料で
は、試料方位に依存した強度変化が観測されているのが
わかる。

【００１５】第２の実施形態を図面を用いて説明する。
第２の実施形態使用する試料を作成し、以下の手順で測
定した。

【００１６】試料はまず、ガラス基板（コーニング７０
５９）上に日産化学製ポリイミドＰＩ−Ｂをスピンコー
トし、９０゜Ｃで３０分加熱後、２５０゜Ｃで６０分加
熱して試料Ｃとした。この際にファイブラボ社製のエリ
プソメータMARY-102を用いて入射角７０°で膜厚を測定
したところ、72nmであった。その後に直径50mmの布ロー
ラーを用いて、押し込み長0.05mm、回転速度800rpm、基
板移動速度30mm/sで２回のラビングを行った。その後、
試料の一部を室温のアセトン中に６０分浸した後、室温
の純水に１０秒つけて大気中で乾燥した。この試料を図
２に示したようなステージ上におき、偏光子方位をP偏
光成分、検光子方位をS偏光成分として出力１mWのHe-Ne
レーザーの光を入射角50°で入射し、検光子を通過した
光の強度をフォトダイオードで検出した。

【００１７】まず、光の当たる位置を試料上のアセトン
につけていない部位になるように、図２中の平行移動ス
テージで試料位置を調整した。さらに図２の回転ステー
ジを用いて試料に対する光の入射方位を変えて検出強度
の入射方位依存性を測定を行った結果決定された、検出
強度が最大となる方位に試料方位を固定した。

【００１８】この状態で図２中の水平移動ステージ２２
を１mm間隔で駆動して検出強度の試料位置依存性を調べ
た。図７にこの測定の結果得られた検出強度の位置依存
性を示す。図７が示すように、測定位置によって検出強
度におおきな違いがあり、特にアセトンに浸漬した部分
では反射光中のＳ偏光成分がほとんど検出されず、異方
性が失われることがわかった。

【００１９】以上のように膜の異方性の位置依存性を測
定することができる。

【００２０】打３の実施例として試料薄膜の光学的異方
性の面内分布測定を行うため、実施形態２で用いたもの
と同じ試料の測定を図１の構成で図２に示した試料ステ
ージをもちいて行った。

【００２１】この際、光源には1mWのHe-Neレーザ、入射
角を５０°とし、入射光側の偏光子はS偏光方向、反射
光側の検光子はP偏光方向に設定した。入射光の偏光子
方位及び反射光側の検光子方位が実施例２と異なってい
るので、光の当たる位置を試料上のアセトンにつけてい
ない部位になるように、図２中の平行移動ステージで試
料位置を調整した後、図２の回転ステージを用いて試料
に対する光の入射方位を変えて検出強度の入射方位依存
性を測定を行って決定された検出強度が最大となる方位
に試料方位を改めて固定した。

【００２２】異方性の面内分布の測定は、アセトンに浸
けた部分と浸けない部分の境界付近について、面内の互
いに直交する方位においてそれぞれ1mmずつ試料ステー
ジを平行移動させて、各点において格子状に強度を測定
した。この測定において、測定の能率を上げるために、
試料ステージの移動、計測、記録の一連の操作をコンピ
ュータコントロールにより自動で行った。

【００２３】計測制御を含めた装置構成を図８に示す。
８1は光源、８２は偏光子で方位はコンピュータ８９に
より制御される。８３は試料、８４ａ、８４b、８４ｃ
は試料ステージの駆動部分で、コンピュータ８９により
制御されている。このうち８４a、、８４b、８４dは移
動方向が互いに直交する平行移動ステージ、８４ｃは回
転ステージである。なお８５dの移動方向は回転ステー
ジ８４ｃの回転軸に平行である。

【００２４】８３の薄膜表面から反射された光線は、偏
光のみを通す検光子８５を通過し検出器８６により測定
される。検光子８５の方位の制御と検出器８６からの出
力の記録はコンピュータ８９により行われる。さらに、
入射光線に対して試料面の傾きを確認するためにオート
コリメータ８７を取り付けた。なお、試料傾き調整の能
率をあげるために、オートコリメータでの試料からの反
射光位置はＣＣＤカメラによりモニターされデイスプレ
イ８８に映し出した。

【００２５】この試料の自動測定の手順は図９に示され
る手順に従って以下のようにして行った。

【００２６】まず測定条件（初期位置座標、方位間隔、
測定間隔、測定方向）を入力し、次に試料を入力された
測定条件の示す位置位置に移動させる。その後、オート
コリメータ８７の測定結果に基づいて試料の傾きを調整
する。まず、試料の高さを最適化するために偏光子と検
光子の方位を平行に揃え、検出光強度が最大になるよう
に試料ステージの垂直方向の軸８４Cを駆動させて最大
値を捜索し、その後回転ステージにより、入力された測
定条件により決められた角度間隔で試料方位を変え、各
々の方位ごとに検光子を通過した光の強度を自動で０°
から３６０°までの範囲を測定する。この例では、方位
間隔を１０°とした。

【００２７】この測定で最大の強度が観測された方位に
改めて試料方位を設定する。その後、２つの平行移動ス
テージを自動で制御することにより、あらかじめ定めら
れた測定位置まで試料を移動させ、各点において強度を
測定する。この時測定された強度及び測定位置に関する
情報はコンピュータ８９に自動的に記録される。

【００２８】この手順のうち、コンピュータ制御で行わ
れる部分のフローチャートを図９に示す。１mm間隔で各
方向６点、計３６点の測定を行った結果を図１０に示
す。また、光源、偏光子、検光子、検出器の組み合わせ
を複数個配置することにより、同時に複数点の異方性を
測定することも可能である。

【００２９】第４の実施形態を図面を用いて説明する。
実施形態１で用いたものと同じ装置を用いて、検出強度
の入射方位依存性を測定した。

【００３０】真空蒸着で厚さ300 nmのCr膜を堆積したガ
ラス基板上に、日産化学製ポリイミドＰＩ−Aをスピン
コートし、９０゜Ｃで３０分加熱後、２５０゜Ｃで６０
分加熱して試料Ｃとした。この際にファイブラボ社製の
エリプソメータMARY-102を用いて入射角７０°で膜厚を
測定したところ、20 nmであった。その後に直径50mmの
布ローラーを用いて、押し込み長0.05mm、回転速度800r
pm、基板移動速度30mm/sで２回のラビングを行った。

【００３１】異方性の測定は入射角５０°、方位間隔１
０°、S偏光入射、P偏光検出の条件で行った。測定され
た検出強度より膜の異方性を決定するために、膜が吸収
性のない単軸異方性媒質と考え、S偏光を入射した場合
のP偏光成分の値を膜の２つの異方的誘電率、膜厚、主
誘電率座標軸の膜表面に対する傾き角と主誘電率座標軸
の方位をパラメータとして４ｘ４行列法（アザム、バシ
ャラ著「エリプソメトリアンドポーラライズドライ
ト」ノースホーランド１９８７年（Azzam ＆ Bashara
"Ellipsometry and Polarized light" North-Holland
1987）341ページから３６３ページ）にしたがって計算
した。

【００３２】計算結果が測定結果と一致するようになる
まで最小二乗法をもちいて膜の状態を表すパラメータと
計算値と測定値の間の規格化定数を最適化した。最適化
の結果、異方的誘電率は２．６４と２．５８、膜厚２
０nm、主誘電率座標軸の膜表面に対する傾き角３５
°、主誘電率座標軸の方位２°、規格化定数９０００
０００と決定された。最適化の結果得られたパラメータ
と測定結果を図１１に示す。この最適化の手順はコンピ
ュータによって自動的に行った。この手順のフローチャ
ートを図１２に示す。

【００３３】第５の実施形態を図１３を用いて示す。図
１３においては白色光を光源とした場合の装置構成の一
例を示す。図１３において１３１は白色光源でハロゲン
ランプを用いた。１３２は偏光子、１３３は試料、１３
４は回転及び平行移動機構を備えた試料ステージ、１３
５は検光子、１３６は光検出器、１３７a、１３７b、１
３７cはスリット、１３８は分光器で回折格子を用い
た。１３９は集光ミラーである。光源１３１から出た光
線は分光器により単色化され、Ｓ偏光もしくはＰ偏光成
分のみを通過するように設定した偏光子１３２を通過す
る、試料１３３の薄膜表面から反射された光線は、入射
光と直交する偏光成分のみを通す検光子５を通過し検出
器６により測定される。図１４と図１５に第４の実施の
形態でもちいた試料と同じ試料を用いて、入射角５０度
で波長450 nmと650 nmで測定した結果を示す。検出強度
は波長が短い450nmの方が大きい。これは異方性部分を
通過する光の波数が波長が短い方が大きくなり、異方性
の効果が大きく現れるためである。

【００３４】２つの波長の測定結果を利用することによ
り、実施例４で示したような誘電率、膜厚等の膜の光学
的パラメータを更に精度よく決定することができる。さ
らに、図１６にしめすように試料に連続光線を入射し、
試料からの反射光を分光する装置構成も可能である。

【００３５】図１６において１６１は白色光源、１６２
は偏光子、１６３は試料、１６４は回転及び平行移動機
構を備えた試料ステージ、１６５は検光子、１６６は光
検出器、１６７a、１６７b、１６７cはスリット、１６
８は分光器、１６９は集光ミラーである。

【００３６】また、図１７にCCD等の２次元位置敏感検
出器をもちいて膜の異方性の面内分布を測定する装置を
構成することも可能である。図１７において１７１はHe
-Neレーザ等の単色光光源、１７２は偏光子、１７３は
試料、１７４は回転及び平行移動機構を備えた試料ステ
ージ、１７５は検光子、１７６は二次元ＣＣＤやイメー
ジ増倍管等の二次元位置敏感検出器、１７７は一定の径
の光束を得るためのビームエキスパンタ、１７８は結像
レンズ、１７９は検出された強度分布を表示するモニタ
である。

【００３７】これらの光学的異方性の測定結果から試料
の良否を判定する場合は、測定値の最大値と最大値から
判定することが望ましい。

【００３８】この際の最大値、最小値は、測定の最大、
最小のピーク、その近傍の測定値の平均値を用いる等の
手段がある。

【００３９】弱い異方性の試料を測定する際に検出感度
の向上は、Ｐ偏光、Ｓ偏光の一方の偏光に他方の偏光を
若干加える事で達成することが可能である。

【００４０】以上の説明に使用した試料は、全てガラス
基板上にポリイミドを塗布した試料を用いたが、実際の
液晶基板のようにガラス基板上に酸化シリコン膜、ポリ
シリコン膜、アルミ配線、ＳＴＯ配線等がされた状態で
ポリイミド膜が形成されたような異方性多層薄膜構造体
に対しても全く同様な結果が得られる。

【００４１】実際の液晶基板を用いて測定する場合ガラ
ス基板上の傷等の影響をさけるために試料ステージは試
料のガラス基板と略同等の屈折率を持つ材質であること
が望ましい。又試料と、試料ステージとの密着性を良く
するために試料のガラス基板と略屈折率の等しい粘性を
有する油脂とを介すると更に効果的である。

【００４２】又、光強度は、アルミ配線等の反射効率の
良い部分からの反射光のみを用いて異方性多層薄膜構造
体の光学的異方性を求めると感度良く検出することがで
きる。

【００４３】

【発明の効果】試料表面に偏光子をもちいてＰ偏光、ま
たはＳ偏光の光を入射した際に発生する反射光を入射光
と直交する方位に設定された検光子を通して検出された
光の強度を測定することにより、薄膜試料の異方性を高
速で評価することができる。さらに、試料ステージの平
行移動、あるいは光源、偏光子、検光子、検出器の組み
合わせを複数個配置する、または一定の断面積をもった
光を試料に入射し、反射光のうち入射光の偏光状態に直
交する偏光成分強度の面内分布をＣＣＤ等の二次元位置
敏感検出器で測定することにより、薄膜試料の異方性分
布を高速で測定することが可能となる。さらに、検出強
度の入射方位依存性を測定することにより、膜の異方的
誘電率、主誘電率座標軸の向き、異方性部分の膜厚を決
定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単色光光源をもちいた装置の構成図。

【図２】試料ステージの構成図

【図３】ガラス基板上の等方的な膜にS偏光の光を入射
した際に発生した反射光中のP偏光成分の検出強度の入
射方位依存性の測定結果。

【図４】ガラス基板上の異方的な膜にS偏光の光を入射
した際に発生した反射光中のP偏光成分の検出強度の入
射方位依存性の測定結果。

【図５】ガラス基板上の等方的な膜にP偏光の光を入射
した際に発生した反射光中のS偏光成分の検出強度の入
射方位依存性の測定結果。

【図６】ガラス基板上の異方的な膜にP偏光の光を入射
した際に発生した反射光中のS偏光成分の検出強度の入
射方位依存性の測定結果。

【図７】光学的に異方的な領域と等方的な領域が混在す
る試料にP偏光を入射した際に発生するS偏光成分の検出
強度の位置依存性の測定結果。

【図８】コンピュータ制御により自動で異方性測定で行
う装置の構成図。

【図９】コンピュータ制御により自動で異方性測定で行
う制御プログラムのフローチャート。

【図１０】光学的に異方的な領域と等方的な領域が混在
する試料にP偏光を入射した際に発生するS偏光成分の検
出強度の面内分布の測定結果。

【図１１】Cr蒸着基板上の異方性膜にS偏光を入射した
際に発生するP偏光成分の検出強度の入射方位依存性の
測定結果と、測定値から求めた膜の誘電率、主誘電率座
標軸の向き、異方的部分の厚さをもちいて計算した結
果。四角が測定値、曲線が計算値である。

【図１２】検出強度の入射方位依存性の測定結果から試
料の誘電率、主誘電率座標軸の向き、異方的部分の厚さ
を決定するコンピュータプログラムのフローチャート。

【図１３】連続波長光源と分光器を用いた装置の構成
図。

【図１４】Cr蒸着基板上の異方性膜に波長450nmのS偏光
を入射した際に発生するP偏光成分の検出強度の入射方
位依存性の測定結果。

【図１５】Cr蒸着基板上の異方性膜に波長650nmのS偏光
を入射した際に発生するP偏光成分の検出強度の入射方
位依存性の測定結果。

【図１６】連続波長光源と分光器を用いた装置の構成
図。

【図１７】二次元位置敏感検出器をもちいて膜の異方性
の面内分布を測定する装置の構成図。

【符号の説明】

１単色光源でHe-Neレーザを用いた。２検光子３試料４試料ステージ５検光子６光検出器でフォトダイオード７オートコリメータ８オートコリメータの戻り光の様子を観察するモニタ
ー２１回転ステージ２２、２３互いに移動方向が直交した平行移動ステー
ジ２６試料が直接保持される台２４試料保持台２６の傾き角を調整する機構２５試料の高さ調節するための平行移動機構８1 光源８２偏光子８３試料８４ａ、８４b、８４d 平行移動ステージ８４ｃ回転ステージ８５検光子８６光強度検出器８７オートコリメータ８８デイスプレイ８９コンピュータ１３１白色光源（ハロゲンランプ）１３２偏光子１３３試料１３４回転及び平行移動機構を備えた試料ステージ１３５検光子１３６光検出器１３７a、１３７b、１３７c スリット１３８分光器１３９集光ミラー１６１白色光源１６２偏光子１６３試料１６４回転及び平行移動機構を備えた試料ステージ１６５検光子１６６光検出器１６７a、１６７b、１６７c スリット１６８分光器１６９集光ミラー１７１ He-Neレーザ等の単色光光源１７２偏光子１７３試料１７４回転及び平行移動機構を備えた試料ステージ１７５検光子１７６二次元ＣＣＤやイメージ増倍管等の二次元位置
敏感検出器１７７ビームエキスパンタ１７８結像レンズ１７９検出された強度分布を表示するモニタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/08 G01N 21/17 - 21/61 G01J 1/00 - 1/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｐ偏光またはＳ偏光の一方の偏光成分を
異方性多層薄膜構造体に対し一定の角度で入射して発生
する反射光が、前記反射光の入射光とは異なる偏光成分
の強度が最大になる入射角で光を入射させて、入射光と
は異なる偏光成分の強度を測定し、異方性多層薄膜構造
体の光学的異方性を決定することを特徴とする異方性多
層薄膜構造体の評価法。
【請求項２】Ｐ偏光またはＳ偏光の一方の偏光成分を
異方性多層薄膜構造体に対し一定の角度で入射して発生
する反射光が、前記反射光の入射光とは異なる偏光成分
の強度が最大になる入射角及び入射方位で光を入射させ
て、入射光とは異なる偏光成分の強度を測定し、異方性
多層薄膜構造体の光学的異方性を決定することを特徴と
する異方性多層薄膜構造体の評価法。
【請求項３】光源、偏光子、検光子、検出器の組み合
わせを複数個配置することによって、異方性多層薄膜構
造体の光学的異方性の面内分布を決定することを特徴と
する請求項１ないし２に記載の異方性多層薄膜構造体の
評価法。
【請求項４】検出器を互いに入射方位が異なるように配
置することによって、異方性多層薄膜構造体の光学的異
方性の面内分布及び方位を決定することを特徴とする請
求項１ないし２に記載の異方性多層薄膜構造体の評価
法。
【請求項５】光源、偏光子、検光子、検出器の組み合
わせを複数個配置し、かつ異方性多層薄膜構造体を平行
移動することによって、異方性多層薄膜構造体の光学的
異方性の面内分布を決定することを特徴とする請求項１
ないし２に記載の異方性多層薄膜構造体の評価法。
【請求項６】Ｐ偏光またはＳ偏光の一方の偏光成分を異
方性多層薄膜構造体に対し一定の角度で入射して発生す
る反射光が、前記反射光の入射光とは異なる偏光成分の
強度が最大になる入射角及び入射方位で光を入射する手
段と、反射光の入射光とは異なる偏光成分の強度を測定
する手段とを具備することを特徴とする異方性多層薄膜
構造体の評価装置。
【請求項７】測定条件を入力する工程と、該入力さ
れた初期位置座標データに基づいて試料を移動させる工
程と、試料の傾きを調整する工程と検出光強度が最大と
なる角度を求める工程と、前記検出光強度が最大となる
方位と測定する試料の方位とを一致させる工程と、測定
条件により定められた試料の位置の反射強度を測定する
ことで試料の面内の光学的異方性分布を測定することを
特徴とする異方性多層薄膜構造体の分布測定方法。
【請求項８】請求項７に記載の光学的異方性分布測
定プログラムを記録した記録媒体。