(57)【要約】【課題】薄膜試料に対する入射光の偏光状態を最適に設定することにより位相差の変化量を大きくして測定感度を高めることができ、これまで困難であった光学的異方性が小さい薄膜試料を正確に評価することができる光学的異方性薄膜評価方法及び評価装置を提供する。反射偏光の位相差を一義的に測定することができ、光学的異方性の評価作業を簡易化して評価コストを低減することができる光学的異方性薄膜評価方法及び評価装置を提供する。【解決手段】回転ステージにセットされた光学的異方性薄膜試料面に対し、該回転ステージを回転して複数の方向から偏光を照射し、各方向における光学的異方性薄膜試料面からの反射偏光の位相差に基づいて光学的異方性を評価する。光学的異方性薄膜試料面に照射される偏光状態の長軸の方位を、光学的異方性薄膜試料に応じて０度乃至３０度、６０度乃至９０度の範囲内で選択することにより各方向における反射偏光の位相差の変位量を大にする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ステージにセットされた光学的異方性薄膜試料面に対し、該回転ステージを回転して複数の方向から偏光を照射し、各方向における光学的異方性薄膜試料面からの反射偏光の位相差に基づいて光学的異方性を測定する評価方法において、光学的異方性薄膜試料面に照射する偏光状態の長軸の方位を、光学的異方性薄膜試料に応じて０度乃至３０度、６０度乃至９０度の範囲内で選択することにより各方向における反射偏光の位相差の変位量を大にした光学的異方性薄膜評価方法。
【請求項２】
請求項１において、光源と光学的異方性薄膜試料との間に偏光子を配置し、該偏光子を回転して光学的異方性薄膜試料面に入射される偏光状態の長軸の方位を可変可能にした光学的異方性薄膜評価方法。
【請求項３】
請求項１において、光源と光学的異方性薄膜試料との間に偏光子及び回転機構を有した位相子を配置し、該位相子を回転して光学的異方性薄膜試料面に入射される偏光状態の長軸の方位を可変可能にした光学的異方性薄膜評価方法。
【請求項４】
請求項１において、光学的異方性薄膜試料からの反射偏光を受光する受光側には回転する位相板、検光子及び受光部を順に配置して反射偏光における位相差を一義的に測定可能にした光学的異方性薄膜評価方法。
【請求項５】
セットされた光学的異方性薄膜試料を所望の角度毎に回転させる回転ステージの入射側に、光源、回転機構を備えた偏光子を光経路の上流側から順に配置すると共に受光側に回転機構を備えた位相板、検光子及び受光部を光経路の上流側から順に配置し、偏光子を回転して光学的異方性薄膜試料面に照射される偏光状態の長軸の方位を、光学的異方性薄膜試料に応じて０度乃至３０度、６０度乃至９０度の範囲内で選択すると共に回転する位相板により光学的異方性薄膜試料からの反射偏光の位相差を一義的に測定可能にした光学的異方性薄膜評価装置。
【請求項６】
セットされた光学的異方性薄膜試料を所望の角度毎に回転させる回転ステージの入射側に、光源、偏光子及び回転機構を備えた位相子を光経路の上流側から順に配置すると共に受光側に回転機構を備えた位相板、検光子及び受光部を光経路の上流側から順に配置し、回転する位相子により光学的異方性薄膜試料面に照射される偏光状態の長軸の方位を光学的異方性膜試料に応じて０度乃至３０度、６０度乃至９０度の範囲内で選択すると共に回転する位相板により光学的異方性薄膜試料からの反射偏光の位相差を一義的に測定可能にした光学的異方性薄膜評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶表示デバイスに使用する液晶配向膜等のように光学的異方性を有した薄膜を評価する光学的異方性薄膜評価方法及び評価装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば液晶デバイスを構成する液晶配向膜のように光学的異方性を有した薄膜にあっては、分子の初期配向状態がデバイスの機能に大きく影響している。このため、デバイス機能を評価する上において、薄膜の光学的異方性を正確に評価する必要がある。
【０００３】
従来、この評価方法としては、例えば特許文献１に示す異方性薄膜検査法が知られている。この異方性薄膜検査法は、薄膜試料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薄膜試料面内の複数の方向について測定し、反射光の偏光状態の異方性から薄膜試料の分子配向を確認できるようにしている。（以下、従来例１とする）
【０００４】
また、薄膜試料からの反射光の偏光状態を測定するために検光子を１回転（３６０度）させて反射光の偏光状態に基づいて薄膜試料の光学的異方性を評価する回転検光子法も知られている。回転検光子方による場合、反射光におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分の位相差デルタをｃｏｓデルタで規定して光学的異方性を評価可能にしている。（以下、従来例２とする）
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２１８１３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来例１にあっては、薄膜試料面に対する入射光の入射角度が異なるのみで、入射偏光状態の長軸の方位が常に一定の角度にセットされているため、各方向における位相差の変位量が小さくなり、光学的異方性が小さい薄膜試料にあっては測定が困難であった。
【０００７】
また、上記した従来例２にあっては、得られる位相差をｃｏｓデルタで規定しているが、ｃｏｓデルタ自体、０〜９０°と２７０〜３６０°或いは９０°〜１８０°と１８０°〜２７０°の２つの領域で得られるため、反射偏光状態を決定するには、ｃｏｓデルタがどの領域にあるかを判定する必要がある。
【０００８】
位相差であるｃｏｓデルタの領域を判定する方法として、薄膜試料に対する光の入射側に位相板を設けて出し入れすることにより判定することができるが、光学的異方性薄膜にあっては、光学的等方性薄膜と異なり、位相板を使用することにより入射光自体の偏光状態が異なって薄膜試料からの複素振幅反射率比が異なってしまい、ｃｏｓデルタの領域を判定できず、従って光学的異方性を評価できなかった。
【０００９】
本発明は、上記した従来の課題を解決するために発明されたものであり、その課題とするところは、薄膜試料に対する入射光の偏光状態を最適に設定することにより位相差の変化量を大きくして測定感度を高めることができ、これまで困難であった光学的異方性が小さい薄膜試料を正確に評価することができる光学的異方性薄膜評価方法及び評価装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の課題は、反射偏光の位相差を一義的に測定することができ、光学的異方性の評価作業を簡易化して評価コストを低減することができる光学的異方性薄膜評価方法及び評価装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る光学的異方性薄膜試料評価方法は、回転ステージにセットされた光学的異方性薄膜試料面に対し、該回転ステージを回転して複数の方向から偏光を照射し、各方向における光学的異方性薄膜試料面からの反射偏光の位相差に基づいて光学的異方性を測定する評価方法において、光学的異方性薄膜試料面に照射される偏光状態の長軸の方位を、光学的異方性薄膜試料に応じて０度乃至３０度、６０度乃至９０度の範囲内で選択することにより各方向における反射偏光の位相差の変位量を大にしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る光学的異方性薄膜評価装置は、セットされた光学的異方性薄膜試料を所望の角度毎に回転させる回転ステージの入射側に、光源、回転機構を備えた偏光子を光経路の上流側から順に配置すると共に受光側に回転機構を備えた位相板、検光子及び受光部を光経路の上流側から順に配置し、偏光子を回転して光学的異方性薄膜試料面に照射される偏光状態の長軸の方位を、光学的異方性薄膜試料に応じて０度乃至３０度、６０度乃至９０度の範囲内で選択すると共に回転する位相板により光学的異方性薄膜試料からの反射偏光の位相差を一義的に測定可能にしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の光学的異方性薄膜評価装置は、セットされた光学的異方性薄膜試料を所望の角度毎に回転させる回転ステージの入射側に、光源、偏光子及び回転機構を備えた位相子を光経路の上流側から順に配置すると共に受光側に回転機構を備えた位相板、検光子及び受光部を光経路の上流側から順に配置し、回転する位相子により光学的異方性薄膜試料面に照射される偏光状態の長軸の方位を光学的異方性膜試料に応じて０度乃至３０度、６０度乃至９０度の範囲内で選択すると共に回転する位相板により光学的異方性薄膜試料からの反射偏光の位相差を一義的に測定可能にしたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施形態】
以下本発明を、実施形態に基づいて説明する。
図１において、光学的異方性薄膜評価装置１の回転ステージ３には評価対象である光学的異方性薄膜試料５が載置され、該光学的異方性薄膜試料５を所定の分解能に応じた角度毎に回転し、複数方向からの光学的異方性薄膜試料５における複素振幅反射率比を測定可能にしている。
【００１５】
該回転ステージ３の光入射側には特定波長のレーザ光を出力する単色光源７、第１偏光子９、１／４波長板１１及び第１回転機構１３に取付けられた第２偏光子１５が、上流側から順に配置されている。上記した第１偏光子９、１／４波長板１１は第２偏光子１５の方位に規定されずに光学的異方性薄膜試料５に照射される光の光量を常に一定にさせる。
【００１６】
そして第２偏光子１５は第１回転機構１３により光学的異方性薄膜試料５に対する入射偏光の長軸の方位を、最適の０度乃至３０度と６０度乃至９０度の範囲内で設定される。
【００１７】
上記した回転ステージ３の光反射側には、第２回転機構１６に取付けられた回転位相板１７、検光子１９及びフォトダイオード等の光強度検出器２１が、上流側から順に配置される。上記した回転位相板１７は測定の間、駆動される第２回転機構１６により常に回転するように構成され、回転位相板１７の回転に伴って光強度検出器２１から出力される電気信号に基づいて取込まれる光強度により光学的異方性薄膜試料５からの反射偏光状態を規定する複素振幅反射率比を測定するように構成される。
【００１８】
尚、光学的異方性薄膜評価装置１で測定する光学的異方性薄膜試料５としては、以下の手順で作成した物を使用した。即ち、洗浄したガラス基板上にポリイミド原料液をスピンコート装置により塗布した後に、ガラス基板を温度：２５０℃、加熱時間：６０分で焼成した後、ポリイミド塗布面をバフ布ローラで、布の押し込み長さ：０．０５ｍｍ、回転速度：８００ｒｐｍ、基板移動速度：３０ｍｍ／ｓｅｃ．でラビングして配向処理した。ただし、本発明における光学的異方性薄膜試料５としてはこれに限定されるものではない。
【００１９】
上記した光学的異方性薄膜評価装置１による光学的異方性薄膜試料５の評価方法の概略を説明すると、先ず、第１回転機構１３を駆動制御して第２偏光子１５の偏光状態の長軸の方位を、回転ステージ３にセットされた光学的異方性薄膜試料５に応じた０度乃至３０度と６０度乃至９０度の範囲内の適宜の角度に設定した後、回転ステージ３の回転角を、例えば０度にした状態で単色光源７からの光を光学的異方性薄膜試料５に照射し、該光学的異方性薄膜試料５からの反射光を回転位相板１７、検光子１９を介して光強度検出器２１に受光させて光強度を検出させる。
【００２０】
そして回転位相板１７が１回転する毎に回転ステージ３を所望の角度、例えば１０度毎に回転して光学的異方性薄膜試料５に対する光の照射方向を変更させた後に、上記と同様にして該照射角度における反射偏光の光強度を測定する作業を繰り返し、光学的異方性薄膜試料５に対する光の入射角度１０度毎に光学的異方性薄膜試料５からの各偏光状態を示す光強度を測定する。
【００２１】
その際、光学的異方性薄膜試料５からの複素振幅反射率比は、次の数式１により規定される。
【００２２】
【数１】
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光学的異方性薄膜試料５の複素振幅反射率比は、膜の厚さ、膜の屈折率、基板の屈折率、光の入射角度、光の入射方向、光の波長に依存している。
【００２３】
また、光学的等方性薄膜にあっては、Ｒｐｓ＝Ｒｓｐ＝０であるため、その複素振幅反射率は入射偏光状態に依存しないが、光学的異方性薄膜では複素振幅反射率が入射偏光状態に依存し、入射方向に対し、複素振幅反射率がより大きく変化する偏光状態が存在する。
【００２４】
上記のことから光学的異方性が小さい光学的異方性薄膜試料５を評価測定する際には、適切な入射偏光状態、従って入射偏光の長軸の方位を光学的異方性薄膜試料５に応じて上記した０度乃至３０度と６０度乃至９０度の範囲で選択することにより複素振幅反射率の変位量が大きくして高感度測定を可能にする。
【００２５】
一方、回転位相板１７、検光子１９を経て光強度検出器２１により取込まれる回転位相子１７の各方位における受光強度は、数式２により規定される。
【００２６】
【数２】
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【００２７】
そして得られた受光強度からこれらの係数を求めることにより光学的異方性薄膜試料５からの反射偏光状態を規定するｃｏｓデルタ、ｓｉｎデルタを測定する。これらｃｏｓデルタ、ｓｉｎデルタが共通する領域としては１つであるため、これらから反射偏光状態の位相差デルタを一義的に決定することができる。
【００２８】
図２は第１回転機構１３を駆動して第２偏光子１５による偏光状態の長軸の方位を、３０度、４５度、７０度にそれぞれ設定した際の複素振幅反射率比の位相差の測定結果であり、第２偏光子１５による偏光状態の長軸の方位を７０度に設定した入射偏光状態においては、第２偏光子１５による偏光状態の長軸の方位を３０度、４５度とした場合に比べて位相差の変化量を大きくすることができ、光学的異方性薄膜試料５の光学的異方性を高感度、従って光学的異方性が小さい場合であっても正確に測定することができる
【００２９】
図３は入射偏光状態の長軸の方位を４５°とした場合を基準にし、入射偏光状態の長軸の方位を０°と３０°、６０°と９０°に設定した際の反射偏光状態における位相差の変位量を示す。
【００３０】
図２及び図３から入射偏光状態の長軸の方位を０°乃至３０°、６０°乃至９０°とした際に反射偏光状態における位相差の変位量を大きくして光学的異方性を高感度に測定することができる。
【００３１】
本発明は、以下のように変更実施することができる。
即ち、回転ステージの入射側と単色光源との間に偏光子及び回転機構を備えた位相子を上流側から順に設け、該位相子を回転させることにより偏光子により偏光状態の長軸の方位を可変可能にする構成としてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、薄膜試料に対する入射光の偏光状態の長軸の方位を最適に設定することにより位相差の変化量を大きくして測定感度を高めることができ、これまで困難であった光学的異方性が小さい薄膜試料を正確に評価することができる。また、反射偏光の位相差を一義的に測定することができ、光学的異方性の評価作業を簡易化して評価コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光学的異方性薄膜評価装置の概略を示す説明図である。
【図２】入射偏光状態の長軸の方位を３０度、４５度、７０度に設定した際の測定される反射偏光の位相差を示すチャートである。
【図３】入射偏光状態の長軸の方位を０度、３０度、４５度、６０度、９０度に設定した際の測定される反射偏光の位相差を示すチャートである。
【符号の説明】
１−光学的異方性薄膜評価装置、３−回転ステージ、５−光学的異方性薄膜試料、７−単色光源、１３−第１回転機構、１５−第２偏光子、１６−第２回転機構、１７−回転位相板、１９−検光子、２１−光強度検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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