JP5156306B2 - 光学異方性測定装置および光学異方性測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、光学異方性を測定するための光学異方性測定装置および光学異方性測定方法に関し、より特定的には薄膜の光学異方性を測定する技術に関する。

従来から、さまざまな分野において薄膜の光学異方性を測定するための技術が利用されている。この光学異方性の測定技術は、代表的に、高分子薄膜、自己組織膜、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ膜、液晶分子配向膜、バイオ材料（特に、バイオセンサー用薄膜材料）といった有機材料を用いた薄膜の評価や検査に用いられる。また、無機材料を用いた薄膜においても、斜め蒸着等により形成された配向膜材料の評価や検査に用いられている。さらに、半導体プロセスにおける超微細構造の評価や検査にも用いられている。

特に最近では、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）の製造プロセスにおいて、液晶分子の配向を制御する素子の材料として用いられる有機薄膜の評価や検査のために、この光学異方性の測定技術を適用することが注目されている。この有機薄膜は光学異方性を有し、液晶分子の初期配向を与えるために使用される。近年の液晶ディスプレイの製造プロセスにおける大型サイズ化に伴って、ディスプレイ内における有機薄膜の光学異方性の特性ムラ（バラツキ）が最終製品の性能に影響を与えることが予想されているからである。そのため、このような光学異方性を有する有機薄膜（以下「光学異方性薄膜」とも記す。）の特性を迅速に評価することが要望されている。

一般的な光学異方性の測定方法として、光学異方性薄膜（以下「被測定物」とも記す。）に偏光を照射し、その透過光に基づいてリタデーション（複屈折位相差）を測定する方法が知られている。一般的に、光学異方性薄膜で生じるリタデーションは非常に小さい。また、この方法を用いて、液晶ディスプレイの光学異方性を測定する場合には、偏光が光学異方性薄膜の基板であるガラスを透過する必要がある。偏光がガラス基板を伝搬する際には、ガラス歪みなどによって複屈折が生じるため、透過光のリタデーションには、このガラス基板に由来するリタデーションの成分が相対的に多く含まれることになる。その結果、光学異方性薄膜に由来するリタデーションを十分に検出できないという問題がある。

これに対して、被測定物に偏光を照射し、その反射光に基づいて光学異方性を測定する方法が提案されている。このような方法は、たとえば、特開平０９−２１８１３３号公報（特許文献１）、特開平０９−０９０３６８号公報（特許文献２）、特開２００２−３６５６３７号公報（特許文献３）、特開平０４−０９５８４５号公報（特許文献４）などに開示されている。

この方法は、所定の偏光状態の入射光を被測定物に照射するとともに、被測定物で反射して生じる反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差を測定することで、被測定物の光学異方性を測定するものである。
特開平０９−２１８１３３号公報 特開平０９−０９０３６８号公報 特開２００２−３６５６３７号公報 特開平０４−０９５８４５号公報

このような従来の構成では、被測定物に対する入射光の入射回転角を順次変えてゆき、
この入射回転角の変化に対応させて、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差または振幅比の変位を観測することで、被測定物の光学異方性を評価する。

しかしながら、液晶ディスプレイの表面に形成された光学異方性薄膜に現れる光学異方性は非常に小さい。従来の構成を用いて、このような非常に小さな光学異方性を測定するためには、測定装置が大がかりなものとなり、装置の柔軟性や自由度が低下するという問題があった。その結果、実際に被測定物を測定する際には、操作性などにおいて不便が生じていた。

さらに、光学異方性が非常に小さいので、この光学異方性に起因するリタデーションに比較して、測定対象とする部分以外（下層の構造物やガラス基板など）からの反射光に含まれるリタデーションが相対的に大きく、この影響によって測定精度を高めることができないという問題もあった。

したがって、精度を高めるには、非常に小さな光学異方性であっても、上述の位相差や振幅比に、より大きな変動を生じさせ、かつ対象とする部分以外からの反射光に起因する不要な信号を抑制することが重要である。

本来的に、光学異方性薄膜の光吸収率（もしくは、反射率）は、波長依存性を有するため、入射回転角の変化に伴う位相差や振幅比の変動の大きさは、入射光の波長に依存するはずである。しかしながら、従来の構成では、単色光（単波長光）を入射光として使用しており、このような点を考慮していなかった。そのため、被測定物の種類によっては十分な測定精度を得ることができないという課題があった。また、反射型の測定構成を採用したとしても、入射光が測定対象の下層に位置するガラス基板まで達するため、測定対象とする光学異方性薄膜以外で反射した反射光の影響を受けて、十分な測定精度を得ることができないという課題もあった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、被測定物の特性に応じて、より高精度に光学異方性を測定できる光学異方性測定装置および光学異方性測定方法を提供することである。

この発明のある局面に従う光学異方性測定装置は、所定の紫外波長範囲を含む光を発生する光源と、光源からの光を所定の偏光状態にした上で、被測定物に向けて照射する照射部と、照射部からの入射光が被測定物で反射されて生じる反射光を分光し、分光された各光の強度を検出する分光部と、被測定物から分光部までの反射光の光学搬経路上に配置された偏光素子を含んだ受光部と、偏光素子の状態および分光部からの検出結果に基づいて、反射光の紫外波長範囲のうち特定波長の偏光状態を示す特性値を取得する偏光状態取得部と、被測定物に対する入射光の入射回転角を変更可能な回転機構と、回転機構による入射回転角の変化に伴う偏光状態を示す特性値の特性変化に基づいて、入射光の照射位置における被測定物の光学異方性を算出する光学異方性取得部とを備える。

好ましくは、紫外波長範囲は、１８５ｎｍから４００ｎｍである。
好ましくは、偏光状態取得部は、偏光状態を示す特性値として、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との位相差または振幅比を取得する。

好ましくは、回転機構は、照射部および受光部を所定の位置関係を保って保持する保持部と、入射光の照射位置を通る回転軸を中心として保持部を回転させる回転駆動部とを含む。

好ましくは、光学異方性取得部は、入射回転角の変化によって生じる偏光状態を示す特性値の最大値と最小値との差に基づいて、光学異方性を取得する。

また好ましくは、光学異方性取得部は、入射回転角の変化によって生じる偏光状態を示す特性値が最大値または最小値をとる入射回転角に基づいて、光学異方性を取得する。

好ましくは、光学異方性測定装置は、被測定物における入射光の照射位置を測定対象面に沿って移動させる移動機構と、照射位置の変化に応じて、照射位置の各々における光学異方性を当該照射位置と対応付けて記憶する記憶部とをさらに備える。

好ましくは、光学異方性測定装置は、分光部によって分光された各光成分の偏光状態を示す特性値に基づいて、特定波長を決定する波長選択部をさらに備える。

この発明の別の局面に従えば、光学異方性測定装置を用いた被測定物の光学異方性測定方法を提供する。光学異方性測定装置は、所定の紫外波長範囲を含む光を発生する光源と、光源からの光を所定の偏光状態にした上で、被測定物に向けて照射する照射部と、照射部からの入射光が被測定物で反射されて生じる反射光を分光し、分光された各光の強度を検出する分光部と、被測定物から分光部までの反射光の光学搬経路上に配置された偏光素子を含んだ受光部と、被測定物に対する入射光の入射回転角を変更可能な回転機構とを備える。光学異方性測定方法は、照射部から被測定物へ入射光を照射するステップと、偏光素子の状態および分光部からの検出結果に基づいて、反射光の紫外波長範囲のうち特定波長の偏光状態を示す特性値を取得するステップと、被測定物に対する入射光の入射回転角を順次変化させるステップと、入射回転角の変化に伴う偏光状態を示す特性値の特性変化に基づいて、入射光の照射位置における被測定物の光学異方性を算出するステップとを備える。

この発明によれば、被測定物の特性に応じて、より高精度に光学異方性を測定できる光学異方性測定装置および光学異方性測定方法を実現できる。

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

（装置構成）
図１は、この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置１００の概略構成図である。

この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置１００は、少なくとも所定の紫外波長範囲を含む光（入射光）を被測定物に照射し、この入射光が被測定物で反射されて生じる反射光についての特定波長における分光エリプソパラメータを測定することにより、被測定物の光学異方性を測定する。この特定波長は、被測定物で吸収ピークを生じる波長に選択することが好ましい。

被測定物としては、代表的に、高分子薄膜、自己組織膜、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ膜、液晶分子配向膜、バイオ材料（特に、バイオセンサー用薄膜材料）といった有機薄膜や斜め蒸着等により形成された配向膜材料といった無機薄膜などである。本実施の形態に従う光学異方性測定装置１００は、液晶ディスプレイなどの生産ラインの一部に組み込まれ、液晶ディスプレイの表面に形成（コーティング）された有機薄膜の光学異方性を測定する構成について例示する。

図１を参照して、光学異方性測定装置１００は、台座部１０２と、検査ステージ１０４
と、Ｙ軸移動部ステージ１０６と、Ｘ軸移動ステージ１０８と、回転駆動部１１０と、回転シャフト１１２と、回転ブロック１２４と、光源１１８と、照射部１１４と、受光部１１６と、分光部１２０とを備える。本明細書では、便宜上、被測定物ＯＢＪの搬送面における搬送方向を「Ｙ軸方向」と規定し、搬送面における「Ｙ軸方向」と直交する方向を「Ｘ軸方向」と規定し、「Ｘ軸方向」および「Ｙ軸方向」のいずれにも直交する方向を「Ｚ軸方向」と規定する。

検査ステージ１０４は、台座部１０２で支持されるとともに、その上表面は、液晶ディスプレイの生産ラインの一部として構成される。検査ステージ１０４には、被測定物ＯＢＪの代表例である製造中の液晶ディスプレイが順次搬送される。

Ｙ軸移動部ステージ１０６は、被測定物ＯＢＪを跨ぐように、検査ステージ１０４の上表面に配置される。Ｙ軸移動部ステージ１０６は、門型（ガントリ型）構造を有しており、両方の足部が検査ステージ１０４の上表面にそれぞれ形成されたガイドに沿ってＹ軸方向に移動可能になっている。より詳細には、Ｙ軸移動部ステージ１０６の一方の足部はガイドレール１３０に嵌合しており、図示しないリニアモータによってＹ軸方向への移動に必要な駆動力を発生する。また、他方の足部は、Ｙ軸移動部ステージ１０６の移動に要する負荷を小さくするためにエアベアリングにより空気浮上するように構成されている。

Ｘ軸移動ステージ１０８は、Ｙ軸移動部ステージ１０６の上部に形成されたガイドレール１３２に沿って、Ｘ軸方向への移動が可能に構成される。より詳細には、Ｘ軸移動ステージ１０８は、ガイドレール１３２に嵌合しており、図示しないリニアモータによってＸ軸方向への移動に必要な駆動力を発生する。

回転駆動部１１０は、Ｘ軸移動ステージ１０８上に配置されるとともに、回転シャフト１１２を介して回転ブロック１２４と連結されている。回転駆動部１１０は、内蔵のモータが発生する回転駆動力を用いて、回転シャフト１１２の中心軸（すなわち、Ｚ軸）を中心として回転ブロック１２４を回転可能に構成される。本明細書において、回転シャフト１１２の中心軸（Ｚ軸）を中心とした回転ブロック１２４の角度を「入射回転角」とも称す。なお、入射回転角の基準位置（角度がゼロの位置）は任意に設定すればよい。

回転ブロック１２４では、その上面に光源１１８および分光部１２０が配置されるとともに、その側面に照射部１１４および受光部１１６が配置される。さらに、照射部１１４および受光部１１６は、回転ブロック１２４の側面に形成されたガイドに沿って、被測定物ＯＢＪに対する入射角および受光角を変更できるように構成される。ここで、入射角および受光角（もしくは、反射角）とは、被測定物ＯＢＪの測定平面（すなわち、Ｘ−Ｙ平面）に対するそれぞれお入射光および反射光の角度（仰角）を意味する。

光源１１８および照射部１１４は、所定の紫外波長範囲を含む入射光を被測定物ＯＢＪに照射するための部位である。照射部１１４は、光源１１８から光ファイバなどを介して伝搬される光を所定の偏光状態にした上で、被測定物ＯＢＪへ照射する。

これに対して、受光部１１６および分光部１２０は、入射光が被測定物ＯＢＪで反射されて生じる反射光を受光するとともに、分光するための部位である。すなわち、受光部１１６は、照射部１１４から照射される入射光が被測定物ＯＢＪで反射されて伝搬する反射経路上に配置され、その反射光を受光する。より詳細には、受光部１１６は、その被測定物ＯＢＪに対する受光角が被測定物ＯＢＪに対する照射部１１４の入射角と一致するように構成される。分光部１２０は、受光部１１６で受光された反射光を所定の波長単位で分光し、分光された各波長の光の強度を検出する。

このように、光学系の構成部品が共通の回転ブロック１２４に配置されるので、回転ブロック１２４の回転に伴う光学系への影響を排除できる。

上述のように、回転駆動部１１０が、光源１１８、照射部１１４、受光部１１６および分光部１２０が配置された回転ブロック１２４を任意に入射回転角に回転させるとともに、Ｙ軸移動部ステージ１０６およびＸ軸移動ステージ１０８が、被測定物ＯＢＪの測定対象面に沿って、任意の測定位置（Ｘ座標およびＹ座標）に回転駆動部１１０を移動させる。これにより、比較的大型の被測定物ＯＢＪを検査ステージ１０４に配置した後には、回転ブロック１２４が任意の測定位置に移動して、各測定位置の光学異方性を測定することができる。そのため、被測定物ＯＢＪ自体を移動および回転させる構成に比較して、より構成を簡素化できるとともに、必要な設置面積を低減できる。さらに、測定に要する時間を短縮することもできる。

なお、Ｙ軸移動部ステージ１０６およびＸ軸移動ステージ１０８は、後述するデータ処理部２（図２）からの制御指令に応じて所定の測定位置に移動するとともに、回転駆動部１１０についても、データ処理部２からの制御指令に応じて所定の入射回転角を実現する。

また、回転シャフト１１２の中は空洞になっており、光源１１８に電源を供給する電源ケーブルや、分光部１２０で検出された信号を搬送するデータ信号ケーブルなどは、この空洞を貫通して後述するデータ処理部２などと接続される。これらのケーブルの途中には、回転ブロック１２４が自在回転できるように、ロータリーカップリングなどが設けられている。

図２は、この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置１００における主要部を説明するための図である。

図２を参照して、光源１１８は、所定の紫外波長範囲（たとえば、１８５ｎｍ〜４００ｎｍ）を含む波長範囲の光を発生する。代表的に、光源１１８は、キセノンランプ（Ｘｅランプ）または重水素ランプ（Ｄ_２ランプ）などの、紫外域から可視域までの波長を発生可能な白色光源で構成される。光源１１８で発生した光は、光ファイバ１２６を介して照射部１１４へ導かれる。

照射部１１４は、偏光子１１４ａおよび１／４λ波長板１１４ｂを含む。光源１１８からの光は、偏光子１１４ａによって直線偏光へと変えられた後、１／４λ波長板１１４ｂによって円偏光となる。そして、照射部１１４から被測定物ＯＢＪには、この円偏光の光が照射される。偏光子１１４ａは、紫外域を含む光に対応するために、グランテーラープリズムなどの偏光プリズムで構成される。また、１／４λ波長板１１４ｂは、代表的に石英またはＭｇＦ_２などからなる。

このように、照射部１１４は、光源１１８からの光を所定の偏光状態（代表的に、円偏光）にした上で、その光を被測定物ＯＢＪに向けて照射する。後述するように、本実施の形態に従う光学異方性測定装置１００では、回転検光子法を用いて、紫外波長範囲のうち特定波長についての偏光状態を取得するので、当該特定波長において最も測定精度がよくないように、偏光子１１４ａの向きや、１／４λ波長板１１４ｂの数および特性などを適宜変更してもよい。

受光部１１６は、検光子１１６ａおよび回転モータ１１６ｂを含む。入射光が被測定物ＯＢＪで反射されて生じる反射光は、検光子１１６ａに入射する。検光子１１６ａは、被測定物ＯＢＪから分光部１２０までの反射光の光学搬経路上に配置された偏光素子であり
、反射光を直線偏光へと変える。この直線偏光に変えられた後の反射光は、光ファイバ１２８を介して分光部１２０へ導かれる。検光子１１６ａは、回転モータ１１６ｂと連結されており、この回転モータ１１６ｂの回転位置に応じた偏光方向に直線偏光を生成する。なお、回転モータ１１６ｂは、データ処理部２からの制御指令に応じて、指定された回転位置まで回転する。

分光部１２０は、回折格子１２０ａおよびマルチチャンネルフォトディテクタ１２０ｂを含む。回折格子１２０ａは、受光部１１６からの反射光を分光し、分光された各波長の光成分はマルチチャンネルフォトディテクタ１２０ｂへ入射する。マルチチャンネルフォトディテクタ１２０ｂは、代表的に、ＣＣＤ（Charge Couple Device）やＰＤＡ（Photo Detector Array）などの多波長の光検出器から構成される。マルチチャンネルフォトディテクタ１２０ｂは、その検出結果を反射光のスペクトルとしてデータ処理部２へ出力する。

データ処理部２は、分光部１２０からの検出結果に基づいて、被測定物ＯＢＪの分光エリプソパラメータを測定することにより、被測定物ＯＢＪの光学異方性を測定する。このデータ処理部２における処理の詳細については、後述する。

上述した図１および図２と本願発明との対応関係については、光源１１８が「光源」に相当し、照射部１１４が「照射部」に相当し、受光部１１６が「受光部」に相当し、分光部１２０が「分光部」に相当し、回転駆動部１１０および回転ブロック１２４が「回転機構」に相当し、回転ブロック１２４が「保持部」に相当し、回転駆動部１１０が「回転駆動部」に相当し、Ｙ軸移動部ステージ１０６およびＸ軸移動ステージ１０８が「移動機構」に相当する。

（液晶ディスプレイ用の光学異方性薄膜）
図３は、この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置１００における被測定物ＯＢＪの代表例である液晶ディスプレイ用の有機薄膜の概略構造図である。

図３を参照して、液晶ディスプレイ用の光学異方性有機層３００は、ガラス基板３０４上に有機材料を塗布した後に焼成を行い、さらにその表面に物理的あるいは光化学的な処理を行なうことで形成される。すなわち、この有機材料の塗布によって形成される有機薄膜層３０６には、その表面に光学異方性有機層３００が形成されるとともに、残りの部分は光学異方性をもたない等方性有機層３０２となっている。近年の典型的な液晶ディスプレイでは、有機薄膜層３０６（光学異方性有機層３００および等方性有機層３０２）の層厚は、約１００ｎｍ程度であるが、そのうち光学異方性をもつ光学異方性有機層３００の層厚は数ｎｍであると考えられている。

この数ｎｍの光学異方性有機層３００が光学異方性を発現させる理由としては、その層内における分子の配向と、その表面に形成される指向性を持った物理的溝とが考えられる。

光学異方性有機層３００の層内では、物理的あるいは光化学的な処理によって、等方性有機層３０２に比較して有機分子の配向量が多くなっている。このような有機分子は誘電体であり、誘電体は多少なりとも紫外光との相互作用により電子分極するので、一般的には、紫外光のようなエネルギーの高い電磁波と共鳴することによる吸収を観測できる。

また、光学異方性有機層３００に光の波長より短い周期をもつ表面構造（ＳＷＳ：Subwavelength Structured Surface；以下「ＳＷＳ」とも記す。）が形成されると、このＳＷＳに入射する光の偏光状態に応じて異なる屈折率をもった層のように振る舞う。このよう
に、表面に周期的な微細構造をもつ層については、Effective Media Theoryに基づいて、光学異方性をもつ層として取扱うことができる。表面に形成された物理的溝であるＳＷＳに起因する光学異方性層の有効屈折率ｎ_ｅｆｆは次式のようになる。

ｎ_ｅｆｆ＝ｃβ／ω
但し、ｃは真空中の光速であり、ωは光の角速度であり、βはブロッホ波の周波数であり、このβは光の伝搬方向と偏光に依存する値である。

このように、光学異方性有機層３００における光学異方性は、光の波長に依存して変化することにある。

光学異方性有機層３００は、その層厚が非常に小さいこともあり、層境界面に平行な面（Ｘ−Ｙ平面）に光学軸のある１軸性光学異方性体とみなすことができる。すなわち、Ｘ軸方向の屈折率ｎ_ｘとＹ軸方向の屈折率ｎ_ｙとは互いに異なる一方で、Ｚ軸方向の屈折率ｎ_ｚは、屈折率ｎ_ｘまたは屈折率ｎ_ｙと同一であると考えることができる。この屈折率ｎ_ｘと屈折率ｎ_ｙとの差をΔｎとし、光学異方性有機層３００の膜厚をｄとすると、両者の積であるΔｎｄがリタデーション（複屈折位相差：以下「Δｎｄ」とも記す。）と称されるもので、光学異方性薄膜の特性の１つを示すパラメータとなる。なお、Δｎだけではなく、屈折率ｎ_ｘおよび屈折率ｎ_ｙの値そのものも光学異方性の特性を決定するが、後述するように、実際に影響を与えるのは、消衰係数も加味した複素屈折率である。また、この複素屈折率には波長依存性が存在する。

本実施の形態に従う光学異方性測定装置は、特に、同一の被測定物ＯＢＪにおける複素屈折率のムラ（バラツキ）の発生有無の検査に向けられるものである。このような同一の被測定物ＯＢＪにおける複素屈折率のバラツキを検査することで、液晶ディスプレイの各種製造プロセスにおける不具合部位を特定することができるとともに、製造装置などのパラメータを最適化して、液晶ディスプレイの品質および歩留まりを向上させることができる。

（光学異方性の測定原理）
本実施の形態に従う光学異方性測定装置１００では、被測定物ＯＢＪからの反射光により光学異方性を測定する。

図２を参照して、所定の入射角において、入射光の偏光成分は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とからなる。Ｐ偏光成分は、入射面に平行な電場をもつ光成分であり、Ｓ偏光成分は、入射面に垂直な電場をもつ光成分である。

また、被測定物ＯＢＪで反射して生じる反射光についても、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とからなる。ここで、入射光の偏光状態が予め既知であれば、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差Δと振幅比Ψを測定することにより、反射表面の偏光特性、すなわち異方性特性を調べようとするものである。以下では、位相差Δおよび振幅比Ψを総称してエリプソパラメータとも称す。

ところで、所定の入射角で偏光（入射光）を被測定物ＯＢＪ表面に照射すると、たとえ被測定物ＯＢＪ表面が等方性であっても、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差Δは、ゼロにはならない。また、反射光の振幅比Ψは、入射光の振幅比Ψとは異なったものとなる。これは、Ｐ偏光およびＳ偏光の電場ベクトルと、被測定物ＯＢＪである誘電体の電気双極子との間の幾何学的相互作用の違いによるものである。

そこで、被測定物ＯＢＪの光学異方性を示すエリプソパラメータを測定するために、被
測定物ＯＢＪに対する入射光の入射方向を回転させて、その回転に応じたエリプソパラメータの相対的な変位を測定する。このような測定方法によれば、被測定物ＯＢＪが等方性であれば、エリプソパラメータは入射光の入射方向に依存することなく一定値を示す。これは、エリプソパラメータを決定する要因である電気双極子との相互作用、すなわち被測定物ＯＢＪの屈折率が方向（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）にかかわらず一定であるためである。

これに対して、層境界面に平行な面（Ｘ−Ｙ平面）に光学軸のある１軸性光学異方性体の場合には、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ異なる屈折率をもつため、Ｚ軸を中心にして入射光の入射方向を回転させることにより、入射光は異なる屈折率をもつ被測定物ＯＢＪに入射することになるから、反射光のエリプソパラメータも入射方向（入射回転角）に応じて変化することになる。

上記の内容を数学的に導くと以下のようになる。
被測定物ＯＢＪに入射する入射光の電場ベクトルをＥ_ｉとし、被測定物ＯＢＪで反射されて生じる反射光の電場ベクトルをＥ_ｒとし、反射特性を示すJones matrixをＲとすると、以下のような関係が成立する。

Ｅ_ｒ＝Ｒ・Ｅ_ｒ
Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分の別に記載すると、

となる。ここで、被測定物ＯＢＪが等方性の物質であれば、反射率Ｒ_ｐｓ＝Ｒ_ｓｐ＝０であるので、上記の式は以下のように表わすことができる。

ここで、δｐｐおよびδｓｓは、それぞれＰ偏光成分およびＳ偏光成分が反射した際に生じる位相差である。

上記の式から、エリプソパラメータである位相差Δおよび振幅比Ψは、次のように導くことができる。

次に、図３に示すように、単純なガラス基板の上に１つの薄膜層が形成された被測定物ＯＢＪの場合について考える。ここで、雰囲気層を添え字「０」、薄膜層を添え字「１」、基板層を添え字「２」とすると、各層の複素屈折率は、添え字ｉを用いて次にように表
わすことができる。

Ｎ_ｉ＝ｎ_ｉ−ｊｋ_ｉ
ここで、ｎ_ｉはｉ層における屈折率であり、ｋ_ｉはｉ層における消衰係数である。

互いに異なる屈折率をもつ層の界面では光の反射が生じるため、屈折率の異なるｉ層とｉ＋１層との間の各境界面でのＰ偏光成分およびＳ偏光成分の振幅反射率（Fresnel係数）は次の式のように表わすことができる。

ここで、φ_ｉは、ｉ層における入射角である。この入射角φ_ｉは、以下のようなSnellの法則によって、最上層の雰囲気層（０層）における入射角から計算できる。

Ｎ_０ｓｉｎφ_０＝Ｎ_ｉｓｉｎφ_ｉ
光が干渉可能な厚さをもつ薄膜内では、上式で表される反射率で反射する光が薄膜内を何度も往復する。そのため、表面で直接反射した光と薄膜内を多重反射した後の光との間ではその光路長が異なるため、位相が互いに異なったものとなり、薄膜表面において光の干渉がおきる。このような、各薄膜内における光の干渉効果を示すために、ｉ層の薄膜における光の位相角β_ｉを導入すると、以下のように表わすことができる。

ここで、ｄ_ｉはｉ層の厚さを示し、λは入射光の波長を示し、φ_ｉはｉ層における入射角を示す。

これらのパラメータを用いて、雰囲気層、薄膜層、基板層の３層についての、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分の複素反射係数を計算すると次の式のようになる。

以上の式から、エリプソパラメータ（位相差Δおよび振幅比Ψ）は、複素屈折率Ｎ_ｉ、膜厚ｄ_ｉ、入射角φ_ｉ、入射光波長λの関数であることがわかる。

一方、被測定物ＯＢＪが光学異方性をもつ場合には、Ｒ_ｐｓ≠Ｒ_ｓｐとなる。また、上述のFresnel係数を表わすにはｒ_{ｉ，ｉ＋１ｐ}，ｒ_{ｉ，ｉ＋１ｓ}だけでなく、ｒ_{ｉ，ｉ＋１ｐｓ}，ｒ_{ｉ，ｉ＋１ｓｐ}も必要となる。さらに、位相角β_ｉもＰ偏光成分の位相角β_ｐｉおよびＳ偏光成分の位相角β_ｓｉが必要である。このとき着目すべきは、１軸性光学異方性体には、２つの複素屈折率Ｎ_ｉｘおよびＮ_ｉｙが存在することであり、それは次のように表される。

Ｎ_１ｘ＝ｎ_１ｘ−ｊｋ_１ｘ
Ｎ_１ｙ＝ｎ_１ｙ−ｊｋ_１ｙ
一般的に複屈折現象と呼ばれる現象は、上式において、消衰係数ｋ_１ｘおよび消衰係数ｋ_１ｙが実質的にゼロとなり、かつ屈折率ｎ_１ｘと屈折率ｎ_１ｙとが異なる波長域において生じるものである。先行技術に示すような光学異方性測定装置は、いずれも、消衰係数ｋ_１ｘおよび消衰係数ｋ_１ｙが実質的にゼロとなり波長帯において、屈折率ｎ_１ｘと屈折率ｎ_１ｙとの違いによって被測定物の光学異方性を測定するものである。

一方、光学異方性薄膜において相対的に大きな吸収が生じる波長帯域においては、消衰係数ｋ_１ｘおよび消衰係数ｋ_１ｙを実質的にゼロとみなすことはできない。さらに、一般的な考察として、物理的あるいは光化学的な処理によって分子が配向させられることにより、ｋ_１ｘ≠ｋ_１ｙとなる二色性（dichroism）現象が生じている可能性が高い。

すなわち、光学異方性薄膜の吸収波長を用いて測定することで、屈折率ｎ_１ｘと屈折率ｎ_１ｙとの違いに加えて、消衰係数ｋ_１ｘと消衰係数ｋ_１ｙとの違いによるエリプソパラメータの変動量を大きくできる。これにより、測定精度をより高めることができる。

（吸収波長）
上述したように、消衰係数が非ゼロの値をとるような波長の入射光を用いることで、入射回転角の変化に伴うエリプソパラメータの変動量を大きくでき、その結果、測定精度を高めることができる。

そこで、以下では、このような消衰係数が非ゼロとなるような波長、すなわち入射光のうち相対的に多くの成分が被測定物ＯＢＪに吸収されてしまう波長について説明する。

図４は、液晶ディスプレイに使用される光学異方性薄膜の相対透過率についてのスペクトルの一例である。なお、実際の製造プロセスでは、図３に示すようにガラス基板上に成膜されるため、測定される透過率はガラス基板の透過特性の影響を受けるが、図４に示す測定結果においては、紫外透過性のある石英基板上に光学異方性薄膜を成膜した上で、紫外域から可視域にわたって測定したものである。

図４を参照して、この光学異方性薄膜では、３４０ｎｍ近傍に吸収ピークが存在していることがわかる。これに対して、可視域（４５０ｎｍ〜７５０ｎｍ）では、相対透過率がほぼ１に近い値を維持しているのがわかる。これは、対象とする光学異方性薄膜が液晶ディスプレイといった人間が可視域で使用するデバイスに使用されるためであると考えられる。すなわち、液晶ディスプレイに使用される光学異方性薄膜の光学異方性を測定しようとする場合には、可視域以外の波長を選択することが好ましいことになる。そこで、本実施の形態に従う光学異方性測定装置１００では、１８５ｎｍ〜４００ｎｍの紫外波長範囲を測定に利用する。

紫外波長範囲の上限を４００ｎｍとした第１の理由は、測定対象とする光学異方性薄膜が液晶ディスプレイなどの光学デバイスとして利用されるならば、一般的に４００ｎｍ以上の可視域では高い透過率を保持すべきであり、４００ｎｍ以上に吸収ピークが存在することはないと考えられるからである。また、第２の理由は、上述したように、一般的に、液晶ディスプレイなどのガラス基板は４００ｎｍ以下の波長から急速に透過率が減少するからである。

また、紫外波長範囲の下限を１８５ｎｍとした第１の理由は、連続波長を発生する光源が空気中の酸素の影響を受けずに（すなわち、窒素パージを要することなく）利用できる波長範囲にあるからである。また、第２の理由は、分光部１２０のマルチチャンネルフォトディテクタ１２０ｂを構成するＣＣＤやＰＤＡなどの光検出器が十分感度よく検出できる波長範囲にあるからである。第３の理由は、光学異方性薄膜の構造的な見地から、１８５ｎｍ以上に吸収ピークが存在する可能性が高いからである。

第３の理由としては、液晶ディスプレイ用の有機薄膜の光学異方性を測定する場合などにおいて、ガラス基板や下層などによる測定への影響を低減するためである。すなわち、対象とする光学異方性薄膜の消衰係数ｋ_１ｘおよび消衰係数ｋ_１ｙが実質的にゼロ（光吸収がない）の波長（たとえば、可視域）での光学異方性測定では、光学異方性薄膜に入射した入射光はガラス基板まで達する。さらに、ガラス基板自体も透過率が高いため、入射光はガラス基板の裏面まで達する可能性もある。すると、ガラス歪みによって測定結果が影響を受ける可能性もある。また、光学異方性薄膜が均質でない場合など、光学異方性を示す表面層ではなく、内部のいわゆるバルク層に起因する測定への影響も考えられる。さらには、実用的部品レベルでの測定では、対象となる光学異方性薄膜の下層にさらに何らかの膜層（透明電極など）や構造物の層が成膜されている場合があり、これらの不均一性などに起因する測定への影響も考えられる。

これに対して、本実施の形態に従う光学異方性測定装置が使用する紫外波長範囲では、一般的な液晶ディスプレイに使用されているガラス基板の透過率は低い（３５０ｎｍにおいて透過率約４０％程度）。そのため、ガラス基板の裏面で反射された光がガラス基板の表面まで達する量はほとんど無視できるので、ガラス歪みによる影響を受けない。

たとえば、図４に示す光学異方性薄膜の膜厚は、分光エリプソメトリを用いて約８０ｎｍであると測定された。この膜厚で、入射光を光学異方性薄膜に垂直に入射して測定した場合の相対透過率は３４０ｎｍで約８０％である。反射光学系において、入射角を６０度〜７０度程度に設定して測定する場合、有機層の光路長は、入射光を垂直に入射する場合に比較して長くなり、かつ、この有機層を最低１往復しなければ表面には現れない。すなわち、有機層の裏面で反射した光が光学異方性薄膜の表面に現れるためには、光学異方性薄膜の裏面まで達した入射光が、その裏面で反射して有機層を経て雰囲気層に抜けなければならない。しかしながら、有機層と隣接する下層との膜界面の反射率は、両者の屈折率差が空気界面と比較すると小さいため、非常に小さい値となる。さらに、入射光が垂直ではなく、斜めに入射することを考慮すると、約１００ｎｍの有機層において、有機層に裏面に達する入射光は入射光の約６５％である。有機層と隣接する下層との膜界面の反射率が約１％程度だと想定すると、有機層表面まで戻る光は、入射光の約０．４％にすぎない。この値は、光学異方性薄膜の表面で反射する反射光の１／１０以下である。

以上の条件により、本実施の形態に従う光学異方性測定装置が使用する紫外波長範囲（たとえば、１８５ｎｍ〜４００ｎｍ）では、光学異方性薄膜の有機膜を経由した反射光は非常に小さく、この反射光による測定への影響は無視できるといえる。

なお、１８５ｎｍ〜４００ｎｍの紫外波長範囲を光学異方性測定に利用するためには、
少なくとも回折格子１２０ａおよびマルチチャンネルフォトディテクタ１２０ｂがこれらの紫外波長範囲についての分光スペクトルを検出できればよい。しかしながら、光学異方性特性に加えて、被測定物ＯＢＪの反射率などの分光データを同時に測定できるようにしてもよい。この場合には、回折格子１２０ａおよびマルチチャンネルフォトディテクタ１２０ｂが紫外域から可視域にわたって分光スペクトルを検出できるようにすればよい。

ところで、図３に示すような液晶ディスプレイ用の有機薄膜に対して、上述のような吸収ピークを生じる波長を透過率測定で求めることは困難である場合が多い。上述したように、液晶ディスプレイなどに用いられるガラス基板は、紫外域の光の透過率が低いためである。

そこで、回転検光子法を用いて、このようなサンプルに対するエリプソパラメータ（位相差Δと振幅比Ψ）を測定することで、上述したような吸収ピークの波長を特定することができる。

図５は、図４において対象とした光学異方性薄膜と同一の光学異方性薄膜についてのエリプソパラメータの測定結果を示す図である。図５（ａ）は、振幅比Ψ（ｔａｎΨ）の波長依存特性を示し、図５（ｂ）は、位相差Δ（ｃｏｓΔ）の波長依存特性を示す。

図５（ｂ）に示すように、位相差Δの分光スペクトルには、図４と同様の位置（３４０ｎｍ近傍）でピーク的に減少している部分が存在する。すなわち、位相差Δを示すｃｏｓΔの値は、消衰係数が０である波長においては、「１」または「−１」近傍の値をとるが、消衰係数が大きい波長においては、それ以外の値になるからである。

また、測定対象とする光学異方性薄膜の膜厚が一般的な液晶ディスプレイに用いられている約１００ｎｍ程度であれば、膜内干渉による影響が少ないため、被測定物ＯＢＪについての位相差Δ（ｃｏｓΔ）の分光スペクトルを測定することで、当該被測定物ＯＢＪの吸収ピークを特定することができる。

なお、一般的に、光学異方性薄膜の材質や焼成条件などが変化すると、吸収ピーク波長も変動する可能性があり、位相差Δの分光スペクトルを適宜取得することが重要となる。

（データ処理部の構成）
図６は、この発明の実施の形態に従うデータ処理部２の概略のハードウェア構成を示す模式図である。

図６を参照して、データ処理部２は、代表的にコンピュータによって実現され、オペレーティングシステム（ＯＳ：Operating System）を含む各種プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）２００と、ＣＰＵ２００でのプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶するメモリ部２１２と、ＣＰＵ２００で実行されるプログラムを不揮発的に記憶するハードディスク部（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）２１０とを含む。また、ハードディスク部２１０には、後述するような処理を実現するためのプログラムが予め記憶されており、このようなプログラムは、ＦＤＤドライブ２１６またはＣＤ−ＲＯＭドライブ２１４によって、それぞれフレキシブルディスク２１６ａまたはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）２１４ａなどから読取られる。

ＣＰＵ２００は、キーボードやマウスなどからなる入力部２０８を介してユーザなどからの指示を受取るとともに、プログラムの実行によって測定される測定結果などをディスプレイ部２０４へ出力する。また、ＣＰＵ２００は、インターフェイス部２０６を介して、Ｙ軸移動部ステージ１０６、Ｘ軸移動ステージ１０８、回転駆動部１１０および受光部
１１６へ制御指令を与えるとともに、分光部１２０から検出結果を取得する。

（制御構造）
図７は、この発明の実施の形態に従うデータ処理部２における制御構造を示すブロック図である。図７に示すブロック図は、ＣＰＵ２００がハードディスク部２１０などの予め格納されたプログラムをメモリ部２１２などに読み出して実行することで実現される。

図７を参照して、データ処理部２は、位置制御部２１と、入射回転角制御部２２と、波長抽出部２３と、波長選択部２４と、エリプソパラメータ算出部２５と、エリプソパラメータバッファ部２７と、光学異方性評価部２８と、マッピング部２９とをその機能として含む。

位置制御部２１は、被測定物ＯＢＪに関するデータである被測定物情報を受取り、この被測定物情報に基づいて、Ｙ軸移動部ステージ１０６およびＸ軸移動ステージ１０８を任意の測定位置へ移動させるための指令（Ｘ座標およびＹ座標）を出力する。この被測定物情報は、被測定物ＯＢＪが搬送される毎にユーザが入力してもよいが、多くの場合、生産ラインを制御する上位コンピュータなどから当該情報を受信する構成が一般的である。

より具体的には、位置制御部２１は、被測定物ＯＢＪに対して所定の間隔毎に光学異方性を評価すべき座標を決定し、Ｙ軸移動部ステージ１０６およびＸ軸移動ステージ１０８をこの決定した測定位置に順次移動させる。

入射回転角制御部２２は、位置制御部２１で決定された測定位置の各々において、回転シャフト１１２を所定の角度ずつ回転させるための指令（入射回転角）を回転駆動部１１０へ出力する。すなわち、入射回転角制御部２２は、測定位置の各々において、被測定物ＯＢＪに対する入射光の入射回転角を順次変更する。また、入射回転角制御部２２は、エリプソパラメータ算出部２５に対して、各タイミングにおける入射回転角を通知する。

波長抽出部２３は、分光部１２０（図２）から出力される分光結果（分光スペクトル）のうち、所定の吸収波長の成分を抽出してエリプソパラメータ算出部２５へ出力する。ここで、吸収波長は被測定物ＯＢＪの物性に依存するので、波長抽出部２３は、上述の被測定物情報に基づいて、抽出すべき波長を決定する。

これに代えて、波長選択部２４が分光部１２０（図２）によって分光された各光成分のエリプソパラメータの値に基づいて、波長抽出部２３で抽出すべき波長を決定してもよい。より具体的には、波長選択部２４は、波長抽出部２３およびエリプソパラメータ算出部２５を協働させて、図５に示すようなエリプソパラメータの波長依存特性を算出する。そして、波長選択部２４は、このエリプソパラメータが特徴的な挙動を示す波長、たとえば、反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差Δから得られるｃｏｓΔが極小値（バレイ）となる波長を吸収波長であると判断する。波長選択部２４は、このように決定し吸収波長を波長抽出部２３へ設定する。なお、波長選択部２４における動作は、ある種類の被測定物ＯＢＪが検査ステージ１０４上に初めて搬入されたタイミングで実行すればよい。そして、同種の被測定物ＯＢＪが連続的に搬送される場合には、決定した同一の吸収波長をそのまま使用すればよい。

エリプソパラメータ算出部２５は、各測定位置（Ｘ座標，Ｙ座標）の各入射回転角について、エリプソパラメータ（反射光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差Δまたは振幅比Ψ）を算出する。ここで、エリプソパラメータ算出部２５は、公知のエリプソメータと同様に、回転検光子法を用いてエリプソパラメータを算出する。すなわち、エリプソパラメータ算出部２５は、検光子制御部２６に指令を与えて、受光部１１６に含まれる検光子１
１６ａ（図２）を連続的に回転させる。検光子制御部２６は、エリプソパラメータ算出部２５からの指令に従って、回転駆動指令を回転モータ１１６ｂ（図２）へ出力する。そして、エリプソパラメータ算出部２５は、この検光子１１６ａの回転に伴う吸収波長の受光強度変化に基づいて、エリプソパラメータを算出する。

また、エリプソパラメータ算出部２５は、データバッファ部２５ａを含んでおり、それぞれ検光子１１６ａの回転および入射回転角の変化に伴う吸収波長の受光強度変化をこのデータバッファ部２５ａに一時的に蓄える。そして、エリプソパラメータ算出部２５は、この一時的に蓄えた受光強度変化に基づいて、エリプソパラメータを算出する。

このように、エリプソパラメータ算出部２５は、偏光素子である検光子１１６ａの状態および分光部１２０からの検出結果に基づいて、反射光の紫外波長範囲のうち特定波長の偏光状態を取得する。

エリプソパラメータバッファ部２７は、エリプソパラメータ算出部２５で算出されたエリプソパラメータを入射回転角に対応付けて一次的に格納する。光学異方性評価部２８は、このエリプソパラメータバッファ部２７に格納された、入射回転角の変化に伴うエリプソパラメータの変化に基づいて、各測定位置における被測定物ＯＢＪの光学異方性を算出する。

図８は、この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置１００を用いて光学異方性薄膜を測定した結果の一例を示す図である。図８（ａ）は、入射回転角の変化に伴う位相差Δの特性変化を示し、図８（ｂ）は、入射回転角の変化に伴う振幅比Ψの特性変化を示す。なお、光学異方性薄膜としては、図３に示すような液晶ディスプレイ用の有機薄膜を用いた。

図９は、この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置１００を用いて等方性物質を測定した結果の一例を示す図である。

図８（ａ）を参照して、入射光の分光スペクトルのうち、３４０ｎｍ（紫外域）および６３３ｎｍ（可視域）の成分についてそれぞれ算出した位相差Δを比較すると、入射回転角の変化に伴う変動量は、３４０ｎｍについての位相差Δの方が６３３ｎｍについての位相差Δに比較して大きいことがわかる。これは、図３に示すような光学異方性薄膜では、相対的に大きな吸収が生じる吸収波長が紫外域に存在するためである。

また、図８（ｂ）を参照して、図８（ａ）と同様に、３４０ｎｍについての振幅比Ψの変動量は、６３３ｎｍについての振幅比Ψの変動量に比較して大きいことがわかる。なお、図８（ｂ）における振幅比Ψは、実際の振幅比＝ｔａｎΨとして取り扱った場合の角度を示す。

このように、分光部１２０で検出される分光スペクトルのうち、被測定物ＯＢＪの吸収波長の成分を用いてエリプソパラメータを算出することで、より精度の高い測定を実現することができる。

これに対して、図９に示すように、等方性物質（代表的に、図３に示すガラス基板３０４）を測定した場合には、位相差Δは入射回転角によらず常にゼロとなる。

図１０は、この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置１００を用いて同一の光学異方性薄膜の異なる２点を測定した結果の一例を示す図である。

図１０を参照して、光学異方性薄膜である被測定物ＯＢＪにおいて、その表面に光学異方性のムラがあるとすると、互いに異なる光学異方性をもつ測定位置Ａおよび測定位置Ｂにおいて測定されるエリプソパラメータには差異が生じる。具体的には、入射回転角の変化に伴う測定位置Ａにおける位相差Δの最大値と最小値との差（振幅Ａ）は、入射回転角の変化に伴う測定位置Ｂにおける位相差Δの最大値と最小値との差（振幅Ｂ）に比較して大きいことがわかる。この位相差Δの最大値と最小値との差の大きさは、光学異方性の大きさに依存するので、光学異方性評価部２８（図７）は、この位相差Δの最大値と最小値との差を、光学異方性を示す特徴量として出力する。

なお、本実施の形態に従う光学異方性測定装置１００は、対象とする被測定物ＯＢＪの表面における光学異方性のムラを評価することを一つの目的としており、位相差Δの最大値と最小値との差の絶対値ではなく、この位相差Δの最大値と最小値との差の相対的な変動を評価する。

再度、図７を参照して、マッピング部２９は、位置制御部２１によるＹ軸移動部ステージ１０６およびＸ軸移動ステージ１０８に移動に応じて、光学異方性評価部２８で算出される測定位置の各々における光学異方性を当該測定位置と対応付けて記憶する。より具体的には、マッピング部２９は、上述のように光学異方性評価部２８から出力される位相差Δの最大値と最小値との差を、位置制御部２１からの各測定位置における座標（Ｘ，Ｙ）と対応付けて記憶することで、被測定物ＯＢＪの表面のいずれの部位に光学異方性のムラが生じているかを評価することができる。なお、マッピング部２９は、この対応付けを行なったマッピング結果をディスプレイ部２０４（図６）で表示したり、インターフェイス部２０６を介して上位コンピュータへ伝送したり、ハードディスク部２１０に格納したりする。

上述した図７と本願発明との対応関係については、エリプソパラメータ算出部２５が「偏光状態取得部」に相当し、光学異方性評価部２８が「光学異方性取得部」に相当する。

（変形例）
なお、測定対象とする光学異方性薄膜の種類によっては、その表面に光学異方性のムラが存在していても、入射回転角の変化に伴う位相差Δの最大値と最小値との差がそれほど大きく変化しない場合がある。

図１１は、この発明の実施の形態の変形例に従う光学異方性測定装置１００を用いて同一の光学異方性薄膜の異なる２点を測定した結果の一例を示す図である。

図１１を参照して、その表面に光学異方性のムラがあるとすると、位相差Δが最大値または最小値をとる入射回転角に差異が生じ得る。具体的には、入射回転角の変化に伴う測定位置Ａにおける位相差Δが最大値を生じる入射回転角がθＡｍａｘとなり、入射回転角の変化に伴う測定位置Ｂにおける位相差Δが最大値を生じる入射回転角がθＢｍａｘ（≠θＡｍａｘ）となった場合には、測定位置Ａと測定位置Ｂとの間には光学異方性のムラがあると判断できる。

同様に、入射回転角の変化に伴う測定位置Ａにおける位相差Δが最小値を生じる入射回転角がθＡｍｉｎとなり、入射回転角の変化に伴う測定位置Ｂにおける位相差Δが最小値を生じる入射回転角がθＢｍｉｎ（≠θＡｍｉｎ）となった場合には、測定位置Ａと測定位置Ｂとの間には光学異方性のムラがあると判断できる。

このように、入射回転角の変化に伴って位相差Δが最大値または最小値をとる入射回転角に基づいて、光学異方性を評価できるので、光学異方性評価部２８（図７）は、この位
相差Δが最大値または最小値をとる入射回転角を、光学異方性を示す特徴量として出力する。

なお、上述の説明では、エリプソパラメータとして位相差Δを用いる場合について例示したが、位相差Δに代えて振幅比Ψを用いてもよい。

（処理手順）
上述したような被測定物ＯＢＪに対する光学異方性の測定方法をまとめると、次のような処理手順となる。

図１２は、この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置１００を用いた光学異方性測定に係る処理手順を示すフローチャートである。

図１２を参照して、データ処理部２のＣＰＵ２００（図６）は、検査ステージ１０４（図１）に被測定物ＯＢＪがセットされたか否かを判断する（ステップＳ１００）。一例として、ＣＰＵ２００は、被測定物ＯＢＪの搬送を検知するセンサ（図示しない）、もしくは上位コンピュータなどからの情報に基づいて、被測定物ＯＢＪについてのセットの有無を判断する。被測定物ＯＢＪがセットされなければ（ステップＳ１００においてＮＯ）、被測定物ＯＢＪがセットされるまで待つ。

被測定物ＯＢＪがセットされると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、ＣＰＵ２００は、測定パラメータを含む被測定物情報を取得する（ステップＳ１０２）。ここで、被測定物情報は、ユーザによって設定されてもよいし、上位コンピュータによって設定されてもよい。次に、ユーザは、照射部１１４および受光部１１６（図１）の入射角および反射角を所定値に設定する（ステップＳ１０４）。ここで、照射部１１４の入射角（受光部１１６の反射角）は、擬似ブリュースター角となるように設定することが望ましい。なお、擬似ブリュースター角とは、入射光の被測定物ＯＢＪ表面でのＰ偏光成分の反射率Ｒ_ｐが最小値をとる角度である。さらに、ユーザは、照射部１１４における偏光子１１４ａおよび１／４λ波長板１１４ｂを調整する（ステップＳ１０６）。すなわち、ユーザは、入射光が所定の偏光状態となるように、偏光子１１４ａの回転角度や１／４λ波長板１１４ｂの数や特性などを適宜設定する。

なお、本実施の形態においては、上述のステップＳ１０４およびステップＳ１０６をユーザが実施する場合について例示するが、調整機構や交換機構などをさらに付加して、自動的に実施できるようにしてもよい。

次に、ＣＰＵ２００は、Ｙ軸移動部ステージ１０６およびＸ軸移動ステージ１０８（図１）に移動指令を与えて、回転ブロック１２４を所定の測定位置に移動させる（ステップＳ１０８）。続いて、ＣＰＵ２００は、回転駆動部１１０に回転指令を与えて、被測定物ＯＢＪに対する照射部１１４の入射回転角を所定の角度に設定する（ステップＳ１１０）。その後、ＣＰＵ２００は、光源１１８に指令を与えて、被測定物ＯＢＪに対する入射光の照射を開始する（ステップＳ１１２）。

入射光の照射開始後、ＣＰＵ２００は、受光部１１６の回転モータ１１６ｂに回転駆動指令を与えて、検光子１１６ａの回転角度を所定値に設定する（ステップＳ１１４）。そして、ＣＰＵ２００は、このときに分光部１２０から出力される分光スペクトルのうち、吸収波長の成分を抽出して格納する（ステップＳ１１６）。その後、ＣＰＵ２００は、現在の測定位置および入射回転角において、検光子１１６ａに設定されるすべての回転角度について測定が完了したか否かを判断する（ステップＳ１１８）。まだ、測定すべき検光子１１６ａの回転角度が存在している場合（ステップＳ１１８においてＮＯの場合）には
、ＣＰＵ２００は、ステップＳ１１４以下の処理を繰返す。

これに対して、検光子１１６ａに設定されるすべての回転角度について測定が完了している場合（ステップＳ１１８においてＹＥＳの場合）には、ＣＰＵ２００は、現在の測定位置において、設定されるすべての入射回転角度について測定が完了したか否かを判断する（ステップＳ１２０）。まだ、測定すべき入射回転角度が存在している場合（ステップＳ１２０においてＮＯの場合）には、ＣＰＵ２００は、ステップＳ１１０以下の処理を繰返す。

これに対して、設定されるすべての入射回転角度について測定が完了している場合（ステップＳ１２０においてＹＥＳの場合）には、ＣＰＵ２００は、測定結果に基づいて、入射回転角度の各々について、エリプソパラメータを算出する（ステップＳ１２２）。さらに、ＣＵ２００は、入射回転角の変化に伴うエリプソパラメータの変化に基づいて、当該測定位置における被測定物ＯＢＪの光学異方性を算出する（ステップＳ１２４）。

その後、ＣＰＵ２００は、すべての測定位置について測定が完了したか否かを判断する（ステップＳ１２６）。まだ、測定すべき測定位置が存在している場合（ステップＳ１２６においてＮＯの場合）には、ＣＰＵ２００は、ステップＳ１０８以下の処理を繰返す。

これに対して、すべての測定位置について測定が完了している場合（ステップＳ１２６においてＹＥＳの場合）には、ＣＰＵ２００は、測定位置の各々において算出された光学異方性を当該測定位置と対応付けて記憶する（ステップＳ１２８）。さらに、ＣＰＵ２００は、測定位置に対応付けた光学異方性を測定結果として出力する（ステップＳ１３０）。そして、処理は終了する。

この発明の実施の形態によれば、紫外波長範囲（一例として、１８５ｎｍから４００ｎｍまでの範囲）を含む入射光を被測定物に照射する。光学異方性有機薄膜などのように、有機分子が配向することで光学異方性を示す被測定物などでは、紫外光との共鳴によって光の吸収が生じる。このような光吸収が生じる（消衰係数がゼロではない）波長を用いることで、入射回転角の変化に伴うエリプソパラメータの変動量を大きくできる。これにより、検出感度を高めることができるので、より高精度に光学異方性を測定できる。特に、被測定物において吸収ピークを生じる波長を用いることで、より測定精度を高めることができる。さらに、ガラス基板上に形成された光学異方性有機薄膜を測定する場合などには、測定に用いる紫外波長範囲の入射光がガラスで減衰するので、多重反射などによる測定誤差を回避できる。

また、この発明の実施の形態によれば、入射光に含まれる紫外波長範囲の分光スペクトルを求めた上で、必要な波長を抽出して光学異方性の測定に使用するので、測定対象の種類に応じて適切な波長に基づいて光学異方性を測定できる。

また、この発明の実施の形態によれば、被測定物の上部に配置された回転ブロックが任意の測定場所において、任意の入射回転角を実現するので、測定に際して測定物を回転などさせる必要がない。特に、液晶ディスプレイなどの大型な被測定物に対して、光学異方性を測定しようとした場合にも、測定装置に係る構成を簡素化できるとともに、必要な設置面積を低減できる。さらに、測定に要する時間を短縮することもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置における主要部を説明するための図である。 この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置における被測定物の代表例である液晶ディスプレイ用の有機薄膜の概略構造図である。 液晶ディスプレイに使用される光学異方性薄膜の相対透過率についてのスペクトルの一例である。 図４において対象とした光学異方性薄膜と同一の光学異方性薄膜についてのエリプソパラメータの測定結果を示す図である。 この発明の実施の形態に従うデータ処理部の概略のハードウェア構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態に従うデータ処理部における制御構造を示すブロック図である。 この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置を用いて光学異方性薄膜を測定した結果の一例を示す図である。 この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置を用いて等方性物質を測定した結果の一例を示す図である。 この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置を用いて同一の光学異方性薄膜の異なる２点を測定した結果の一例を示す図である。 この発明の実施の形態の変形例に従う光学異方性測定装置を用いて同一の光学異方性薄膜の異なる２点を測定した結果の一例を示す図である。 この発明の実施の形態に従う光学異方性測定装置を用いた光学異方性測定に係る処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

２ データ処理部、２１ 位置制御部、２２ 入射回転角制御部、２３ 波長抽出部、２４ 波長選択部、２５ エリプソパラメータ算出部、２５ａ データバッファ部、２６
検光子制御部、２７ エリプソパラメータバッファ部、２８ 光学異方性評価部、２９
マッピング部、１００ 光学異方性測定装置、１０２ 台座部、１０４ 検査ステージ、１０６ Ｙ軸移動部ステージ、１０８ Ｘ軸移動ステージ、１１０ 回転駆動部、１１２ 回転シャフト、１１４ 照射部、１１４ａ 偏光子、１１４ｂ １／４λ波長板、１１６ 受光部、１１６ａ 検光子、１１６ｂ 回転モータ、１１８ 光源、１２０ 分光部、１２０ａ 回折格子、１２０ｂ マルチチャンネルフォトディテクタ、１２４ 回転ブロック、１２６，１２８ 光ファイバ、１３０，１３２ ガイドレール、２０４ ディスプレイ部、２０６ インターフェイス部、２０８ 入力部、２１０ ハードディスク部（ＨＤＤ）、２１２ メモリ部、２１４ ＣＤ−ＲＯＭドライブ、２１４ａ ＣＤ−ＲＯＭ、２１６ ＦＤドライブ、２１６ａ フレキシブルディスク、３００ 光学異方性有機層、３０２ 等方性有機層、３０４ ガラス基板、３０６ 有機薄膜層、ＯＢＪ 被測定物。

Claims (9)

1. 所定の紫外波長範囲を含む光を発生する光源と、
   前記光源からの光を所定の偏光状態にした上で、被測定物に向けて照射する照射部と、
   前記照射部からの入射光が前記被測定物で反射されて生じる反射光を分光し、分光された各光の強度を検出する分光部と、
   前記被測定物から前記分光部までの前記反射光の光学搬経路上に配置された偏光素子を含んだ受光部と、
   前記偏光素子の状態および前記分光部からの検出結果に基づいて、前記反射光の前記紫外波長範囲のうち前記被測定物で吸収ピークを生じる特定波長の偏光状態を示す特性値を取得する偏光状態取得部と、
   前記被測定物に対する前記入射光の入射回転角を変更可能な回転機構と、
   前記回転機構による前記入射回転角の変化に伴う前記偏光状態を示す特性値の特性変化に基づいて、前記入射光の照射位置における前記被測定物の光学異方性を算出する光学異方性取得部とを備える、光学異方性測定装置。
2. 前記紫外波長範囲は、１８５ｎｍから４００ｎｍである、請求項１に記載の光学異方性測定装置。
3. 前記偏光状態取得部は、前記偏光状態を示す特性値として、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との位相差または振幅比を取得する、請求項１または２に記載の光学異方性測定装置。
4. 前記回転機構は、
   前記照射部および前記受光部を所定の位置関係を保って保持する保持部と、
   前記入射光の照射位置を通る回転軸を中心として前記保持部を回転させる回転駆動部とを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学異方性測定装置。
5. 前記光学異方性取得部は、前記入射回転角の変化によって生じる前記偏光状態を示す特性値の最大値と最小値との差に基づいて、前記光学異方性を取得する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学異方性測定装置。
6. 前記光学異方性取得部は、前記入射回転角の変化によって生じる前記偏光状態を示す特性値が最大値または最小値をとる入射回転角に基づいて、前記光学異方性を取得する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学異方性測定装置。
7. 前記被測定物における前記入射光の照射位置を測定対象面に沿って移動させる移動機構と、
   前記照射位置の変化に応じて、前記照射位置の各々における前記光学異方性を当該照射位置と対応付けて記憶する記憶部とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学異方性測定装置。
8. 前記分光部によって分光された各光成分の前記偏光状態を示す特性値に基づいて、前記特定波長を決定する波長選択部をさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学異方性測定装置。
9. 光学異方性測定装置を用いた被測定物の光学異方性測定方法であって、
   前記光学異方性測定装置は、
   所定の紫外波長範囲を含む光を発生する光源と、
   前記光源からの光を所定の偏光状態にした上で、被測定物に向けて照射する照射部と、
   前記照射部からの入射光が前記被測定物で反射されて生じる反射光を分光し、分光された各光の強度を検出する分光部と、
   前記被測定物から前記分光部までの前記反射光の光学搬経路上に配置された偏光素子を含んだ受光部と、
   前記被測定物に対する前記入射光の入射回転角を変更可能な回転機構とを備え、
   前記光学異方性測定方法は、
   前記照射部から前記被測定物へ前記入射光を照射するステップと、
   前記偏光素子の状態および前記分光部からの検出結果に基づいて、前記反射光の前記紫外波長範囲のうち前記被測定物で吸収ピークを生じる特定波長の偏光状態を示す特性値を取得するステップと、
   前記被測定物に対する前記入射光の入射回転角を順次変化させるステップと、
   前記入射回転角の変化に伴う前記偏光状態を示す特性値の特性変化に基づいて、前記入射光の照射位置における前記被測定物の光学異方性を算出するステップとを備える、光学異方性測定方法。

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