(57)【要約】【課題】液晶配向膜などの異方性薄膜を簡易に評価できるようにする。【解決手段】偏光解析法を利用してΔおよびΨの少なくともいずれか一方についての極値を計測し、極値を与える回転角iiiが、異方性薄膜の分子の配向方向iと相関があることに基づいて、極値を与える回転角を算出して異方性薄膜の配向状態を評価するようにし、あるいは、ΔまたはΨの極大値と極小値との差が、異方性薄膜の主誘電率εz、チルト角θ、異方性膜厚d1と相関があることに基づいて、ΔまたはΨの極大値と極小値との差を算出して異方性薄膜の配向状態を評価するようにしており、異方性のパラメータを全て算出する従来の手法に比べて、簡易に異方性薄膜の配向状態を評価するようにしている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回転角方向から異方性薄膜試料に対して光を入射させ、前記異方性薄膜試料からの反射光または透過光の偏光状態を測定して異方性薄膜を評価する方法であって、
前記偏光状態の測定値であるΔおよびψの少なくともいずれか一方について、極値を与える回転角を算出することを特徴とする異方性薄膜評価方法。
【請求項２】
複数の回転角方向から異方性薄膜試料に対して光を入射させ、前記異方性薄膜試料からの反射光または透過光の偏光状態を測定して異方性薄膜を評価する方法であって、
前記偏光状態の測定値であるΔおよびψの少なくともいずれか一方について、極大値と極小値との差を算出することを特徴とする異方性薄膜評価方法。
【請求項３】
前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した回転角に基いて、異方性薄膜の分子の配向方向を評価する請求項１に記載の異方性薄膜評価方法。
【請求項４】
算出した回転角に基いて、異方性薄膜の分子の方位角を算出する請求項３に記載の異方性薄膜評価方法。
【請求項５】
前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した回転角と予め定めた閾値とを比較する請求項１に記載の異方性薄膜評価方法。
【請求項６】
前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した極大値と極小値との差に基いて、異方性薄膜の主誘電率、チルト角および膜厚の少なくともいずれか一つを評価する請求項２に記載の異方性薄膜評価方法。
【請求項７】
前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した極大値と極小値との差を、予め定めた閾値と比較する請求項２に記載の異方性薄膜評価方法。
【請求項８】
複数の回転角方向から異方性薄膜試料に対して光を入射させ、前記異方性薄膜試料からの反射光または透過光の偏光状態を測定して異方性薄膜を評価する装置であって、
前記偏光状態の測定値であるΔおよびψの少なくともいずれか一方について、極値を与える回転角を算出する演算手段を備えることを特徴とする異方性薄膜評価装置。
【請求項９】
複数の回転角方向から異方性薄膜試料に対して光を入射させ、前記異方性薄膜試料からの反射光または透過光の偏光状態を測定して異方性薄膜を評価する装置であって、
前記偏光状態の測定値であるΔおよびψの少なくともいずれか一方について、極大値と極小値との差を算出する演算手段を備えることを特徴とする異方性薄膜評価方法。
【請求項１０】
前記反射光の偏光状態を測定するものであって、前記演算手段は、算出した回転角に基いて、異方性薄膜の分子の方位角を算出する請求項８に記載の異方性薄膜評価装置。
【請求項１１】
前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した回転角と予め定めた閾値とを比較する比較手段を備える請求項８に記載の異方性薄膜評価装置。
【請求項１２】
前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した極大値と極小値との差を、予め定めた閾値と比較する比較手段を備える請求項９に記載の異方性薄膜評価装置。
【請求項１３】
算出された回転角、方位角、または、前記閾値との比較結果を出力する出力手段を備える請求項８、１０または１１のいずれか１項に記載の異方性薄膜評価装置。
【請求項１４】
算出した極大値と極小値との差または前記閾値との比較結果を出力する出力手段を備える請求項９または１２に記載の異方性薄膜評価装置。
【請求項１５】
前記異方性薄膜試料が配置されるステージ、または、前記異方性薄膜試料に光を入射させるとともに、前記異方性薄膜試料からの反射光を受光する光学系のいずれかを回転させて前記偏光状態を測定する請求項８〜１４のいずれか１項に記載の異方性薄膜評価装置。
【請求項１６】
所定の回転角範囲の光を一括して前記異方性薄膜試料に入射させる投光光学系と、前記異方性薄膜試料からの前記所定の回転角範囲の反射光を一括して受光する受光光学系とを備え、前記受光光学系の出力に基いて、反射光の偏光状態を測定する請求項８〜１４のいずれか１項に記載の異方性薄膜評価装置。
【請求項１７】
前記投光光学系と前記受光光学系とからなる光学系の組を複数備え、異なる方向から反射光の偏光状態を測定する請求項１６に記載の異方性薄膜評価装置。
【請求項１８】
前記受光光学系には、前記所定の回転角範囲にわたって、前記異方性薄膜試料の入射角を一定にするようにスリットが配置されている請求項１０または１１に記載の異方性薄膜評価装置。
【請求項１９】
製造ラインに配置されてインラインで異方性薄膜を評価する請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の異方性薄膜評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光解析を利用して、液晶配向膜等のような光学的異方性を有する薄膜を評価する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば半導体プロセスにおいては、基板の大型化や、デザインルールの微細化に伴い、不良に対する莫大な損害の可能性や微妙な異常に対する管理の必要性が出てきており、検査の重要性がますます高まってきている。また、ＬＣＤ(Liquid  Crystal  Display)やＰＤＰ(Plasma  Display  Panel)、に代表されるＦＰＤ(Flat  Panel  Display)プロセスにおいても、ガラス基板の大型化が進む中で、大画面化・高精細化・高品位化が急速に進んでおり、高品質の製品を高歩留まりで生産するために、検査の重要性がますます高まってきている。
【０００３】
異方性薄膜の誘電率の状態が半導体やＦＰＤなどのデバイスの機能に与える影響は大きい。特にＦＰＤにおけるガラス基板の大型化が進む中で、液晶の初期配向に影響すると言われている異方性薄膜（液晶配向膜）の誘電率を評価することは重要である。
【０００４】
ここで、誘電率とは、電束密度Ｄと電場Ｅとの関係Ｄ＝εＥを与えるεをいう。等方性物質では定数であるが、異方性物質では2階のテンソルとなり、光学的異方性をもつ。誘電率テンソルは、直交座標系の方向を選んで
【０００５】
【数１】
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【０００６】
の形で表すことができる。εｘ、εｙ、εｚ、はすべて負でない値をもつ。このような座標系を電気的主座標系、εｘ、εｙ、εｚを主誘電率という（光学概論II、辻内順平著、p.145）。
【０００７】
また、液晶配向膜とは、液晶分子を所定の方向に揃えるために、パネル内部に設けられる有機薄膜（液晶ディスプレイ製造装置用語辞典第2版、p.68）である。
【０００８】
液晶配向膜には、主にラビング処理されたポリイミド膜が用いられ、その誘電率は光学的異方性をもつことが知られている。
【０００９】
図２４にラビング工程の概略図を示す。同図（ａ）に示すようにガラス基板３５上にポリイミド３６を塗布し、同図（ｂ）に示すように焼成（乾燥）を行い、同図（ｃ）に示すようにラビングローラ３７で表面を摺ることで光学的異方性を発現させる。液晶配向膜の誘電率と液晶分子の配向には密接な関係があることが知られており、液晶配向膜の誘電率を評価することは、液晶表示素子を評価する上で重要である。
【００１０】
液晶配向膜を高感度に測定する手法として、異方性薄膜からの反射光の偏光状態を計測して異方性薄膜を評価する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３２７５９４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ポリイミド膜をラビングした場合、表面付近の数nmから10nm程度の部分が均一に配向していることが知られている。
【００１２】
液晶配向膜のモデルとして、図２５（ａ）の斜視図および図２５（ｂ）の断面図に示すように、最表面層に異方性がある領域（異方性層）３６ｂ、その下の無配向相を等方的な領域（等方性層）３６ａの２層からなる膜が提案されている。その際のパラメータは、異方性層３６ｂの主誘電率をεｘ、εｙ、εｚ、電気的主座標系の膜表面に対する傾き角（チルト角）θ、および面内の方位角α、異方性３６ｂの膜厚d1、等方性層３６ａの誘電率ε0、膜厚d0があり、8個のパラメータを有している。
【００１３】
しかし、液晶配向膜は一軸性の異方性を持つことが知られており、異方性層３６ｂの主誘電率はεｘ＝εｙ≠εｚの関係が成り立つ。等方性層３６ａの誘電率は、異方性層３６ｂの誘電率の平均値に等しいと考えられるため、等方性層３６ａの誘電率と異方性層３６ｂの誘電率には、３ε0＝２εｙ＋εｚの関係が成立する。したがって、液晶配向膜の配向状態を表す独立したパラメータは6個となる（廣沢、“液晶”、第7巻、第2号、2003年）。
【００１４】
光を用いた異方性薄膜計測では、これらの6つのパラメータを算出することになる。しかし、計測した偏光状態と、液晶配向膜の状態を表す6個のパラメータは非線形性が高く、解析的に直接解を決定することが困難である。したがって、最小二乗法などを用いて計算値が測定値を再現するようにパラメータを最適化する必要があり、全てのパラメータを簡易に測定することはできず、かかる全てのパラメータを測定することなく、簡易に異方性薄膜を評価できるようにすることが望まれる。
【００１５】
また、従来は、試料を回転させて計測を行うために、試料を配置するステージの回転機構が必要であり、このため、大きく高価な検査装置を用いて、オフラインで検査を行っていた。すなわち、プロセス中に製品を抜き取り、離れたところにある検査装置まで持って行き、測定・確認するという作業である。この手順では、測定した結果が管理基準からはずれていた場合、その情報をフィードバックしてプロセスに反映し修正するまでの時間を要し、また抜き取りを行っていない製品については管理基準から外れているかの判定ができず、歩留まりを低下させるという問題があった。
【００１６】
そこで製造ラインに組み込み、製造ラインから基板を抜き取ることなく全数測定が可能なインライン計測を行い、製品歩留まりを向上したいというニーズが大きくなっている。
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、その主たる目的は、半導体やFPDなどで用いられる異方性薄膜を簡易に評価できるようにすることであり、更に他の目的は、インライン計測を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
【００１８】
（１）本発明の異方性薄膜評価方法は、複数の回転角方向から異方性薄膜試料に対して光を入射させ、前記異方性薄膜試料からの反射光または透過光の偏光状態を測定して異方性薄膜を評価する方法であって、前記偏光状態の測定値であるΔおよびψの少なくともいずれか一方について、極値を与える回転角を算出するものである。
【００１９】
本発明は、異方性薄膜試料に対して光を入射させ、異方性薄膜試料からの反射光または透過光の偏光状態を測定するものであって、偏光解析法を利用するものである。
【００２０】
本発明では、Δまたはψの極値を与える回転角を算出できればよく、Δまたはψ以外を用いて算出してもよい。
【００２１】
「複数の回転角方向」は、０°〜３６０°の回転角方向の全範囲であってもよいし、偏光状態の測定値であるΔまたはψについて、極値を求めることができる回転角方向の範囲であってもよく、あるいは、偏光状態の測定値であるΔまたはψについて、極値を求めることができる複数の回転角方向であってもよい。
【００２２】
「極値」は、単数に限らず、複数であってもよく、また、極大値でもよいし、極小値でもよく、その両者でもよい。
【００２３】
算出された極値を与える回転角をモニタし、異方性薄膜の配向状態を管理するのが好ましい。
【００２４】
本発明によると、偏光状態の測定値であるΔまたはψの極値を与える回転角は、異方性薄膜の分子の配向状態と相関があるので、回転角を算出することによって、異方性薄膜の配向状態を評価することができ、しかも、Δ、ψの極値の計測は、異方性のパラメータを全て算出する従来の手法に比べて、簡易に計測することができるので、従来例に比べて、異方性薄膜の配向状態を簡易に評価できる。
【００２５】
（２）本発明の異方性薄膜評価方法は、複数の回転角方向から異方性薄膜試料に対して光を入射させ、前記異方性薄膜試料からの反射光または透過光の偏光状態を測定して異方性薄膜を評価する方法であって、前記偏光状態の測定値であるΔおよびψの少なくともいずれか一方について、極大値と極小値との差を算出するものである。
【００２６】
極大値と極小値とは、０°〜３６０°の回転角方向の全範囲における極大値と極小値であってもよく、あるいは、回転角方向に隣合う極大値と極小値であってもよい。
【００２７】
算出した極大値と極小値との差をモニタし、異方性薄膜の配向状態を管理するのが好ましい。
【００２８】
本発明によると、偏光状態の測定値であるΔまたはψの極大値と極小値との差は、異方性薄膜の主誘電率、チルト角、膜厚と相関があるので、Δまたはψの極大値と極小値との差を算出することによって、異方性薄膜の配向状態を評価することができ、しかも、Δ、ψの極値の計測は、異方性のパラメータを全て算出する従来の手法に比べて、簡易に計測することができるので、従来例に比べて、異方性薄膜の配向状態を簡易に評価できる。
【００２９】
（３）上記（１）の異方性薄膜評価方法の一つの実施形態は、前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した回転角に基いて、異方性薄膜の分子の配向方向を評価するものである。
【００３０】
この実施形態によると、偏光状態の測定値であるΔまたはψの極値を与える回転角は、異方性薄膜の分子の配向方向と相関があるので、回転角の変化から異方性薄膜の分子の配向方向の変化を把握することができる。
【００３１】
（４）上記（３）の実施形態において、算出した回転角に基いて、異方性薄膜の分子の方位角を算出するようにしてもよい。
【００３２】
この実施形態によると、異方性薄膜の既知のパラメータ等を用いて、算出した回転角から異方性薄膜の分子の方位角を算出し、方位角を評価することができる。
【００３３】
（５）上記（１）の異方性薄膜評価方法の一つの実施形態は、前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した回転角と予め定めた閾値とを比較するものである。
【００３４】
「閾値」は、一つに限らず複数であってもよく、例えば、異方性薄膜の良否を判定するための上限および下限の閾値であってもよい。
【００３５】
この実施形態によると、算出した回転角と閾値とを比較して、異方性薄膜の配向状態の良否を判定するといったことが可能となる。
【００３６】
（６）上記（２）の異方性薄膜評価方法の一つの実施形態は、前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した極大値と極小値との差に基いて、異方性薄膜の主誘電率、チルト角および膜厚の少なくともいずれか一つを評価するものである。
【００３７】
この実施形態によると、極大値と極小値との差の変化から異方性薄膜の主誘電率、チルト角または膜厚の変化を把握して評価することができる。
【００３８】
（７）上記（２）の異方性薄膜評価方法の他の実施形態は、前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した極大値と極小値との差を、予め定めた閾値と比較するものである。
【００３９】
この実施形態によると、極値の差と閾値とを比較して、異方性薄膜の配向状態の良否を判定するといったことが可能となる。
【００４０】
（８）本発明の異方性薄膜評価装置は、複数の回転角方向から異方性薄膜試料に対して光を入射させ、前記異方性薄膜試料からの反射光または透過光の偏光状態を測定して異方性薄膜を評価する装置であって、前記偏光状態の測定値であるΔおよびψの少なくともいずれか一方について、極値を与える回転角を算出する演算手段を備えている。
【００４１】
本発明によると、偏光状態の測定値であるΔまたはψの極値を与える回転角は、異方性薄膜の分子の配向状態と相関があるので、回転角を算出することによって、異方性薄膜の配向状態を評価でき、しかも、Δ、ψの極値の計測は、異方性のパラメータを全て算出する従来の手法に比べて、簡易に計測することができるので、従来例に比べて、異方性薄膜の配向状態を簡易に評価できる。
【００４２】
（９）本発明の異方性薄膜評価装置は、複数の回転角方向から異方性薄膜試料に対して光を入射させ、前記異方性薄膜試料からの反射光または透過光の偏光状態を測定して異方性薄膜を評価する装置であって、前記偏光状態の測定値であるΔおよびψの少なくともいずれか一方について、極大値と極小値との差を算出する演算手段を備えている。
【００４３】
本発明によると、偏光状態の測定値であるΔまたはψの極大値と極小値との差は、主誘電率、チルト角、膜厚と相関があるので、極値の差を算出することによって、異方性薄膜の配向状態を評価することができ、しかも、Δ、ψの極値の計測は、異方性のパラメータを全て算出する従来の手法に比べて、簡易に計測することができるので、従来例に比べて、異方性薄膜の配向状態を簡易に評価できる。
【００４４】
（１０）上記（８）の異方性薄膜評価装置の一つの実施形態は、前記反射光の偏光状態を測定するものであって、前記演算手段は、算出した回転角に基いて、異方性薄膜の分子の方位角を算出するものである。
【００４５】
この実施形態によると、既知の異方性パラメータ等を用いて、算出した回転角から異方性薄膜の分子の方位角を算出することができる。
【００４６】
（１１）上記（８）の異方性薄膜評価装置の他の実施形態は、前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した回転角と予め定めた閾値とを比較する比較手段を備えている。
【００４７】
この実施形態によると、算出した回転角と閾値とを比較して、異方性薄膜の配向状態の良否を判定するといったことが可能となる。
【００４８】
（１２）上記（９）の異方性薄膜評価装置の一つの実施形態は、前記反射光の偏光状態を測定するものであって、算出した極大値と極小値との差を、予め定めた閾値と比較する比較手段を備えている。
【００４９】
この実施形態によると、極大値と極小値との差と閾値とを比較して、異方性薄膜の配向状態の良否を判定するといったことが可能となる。
【００５０】
（１３）上記（８）、（１０）、（１１）の実施形態において、算出された回転角、方位角、または、前記閾値との比較結果を出力する出力手段を備えるのが好ましい。
【００５１】
「出力手段」は、算出された回転角、方位角、または、前記閾値との比較結果を他の装置、例えば、製造ラインを管理する管理装置などに出力するものであってもよいし、算出された回転角等を、表示出力、印字出力、あるいは、音声出力等するものであってもよい。
【００５２】
この実施形態によると、出力される回転角、方位角、または、前記閾値との比較結果に基いて、異方性薄膜の配向状態を容易に把握して管理することができる。
【００５３】
（１４）上記（９），（１２）の実施形態において、算出した極大値と極小値との差または前記閾値との比較結果を出力する出力手段を備えるのが好ましい。
【００５４】
この実施形態によると、出力される閾値との比較結果に基いて、異方性薄膜の配向状態を容易に把握して管理することができる。
【００５５】
（１５）上記（８）〜（１４）のいずれかの実施形態において、前記異方性薄膜試料が配置されるステージ、または、前記異方性薄膜試料に光を入射させるとともに、前記異方性薄膜試料からの反射光を受光する光学系のいずれかを回転させて前記偏光状態を測定するようにしてもよい。
【００５６】
この実施形態によると、ステージまたは光学系を回転させることにより、０°〜３６０°の広範囲の回転角方向から光を入射させるとともに、反射光を受光して偏光状態を測定することができる。
【００５７】
（１６）上記（８）〜（１４）のいずれかの実施形態は、所定の回転角範囲の光を一括して前記異方性薄膜試料に入射させる投光光学系と、前記異方性薄膜試料からの前記所定の回転角範囲の反射光を一括して受光する受光光学系とを備え、前記受光光学系の出力に基いて、反射光の偏光状態を測定するものである。
【００５８】
「所定の回転角範囲」とは、偏光状態の測定値であるΔおよびψの少なくともいずれか一方の極値を与える回転角を含む範囲をいい、極値を与える回転角が、所定の回転角範囲の中心であるのが好ましい。
【００５９】
「投光光学系」は、光源、ビームエキスパンダー、偏光子、波長板およびレンズを備えるのが好ましく、「受光光学系」は、レンズ、検光子および検出器を備えるのが好ましい。
【００６０】
この実施形態によると、ステージまたは光学系を回転させることなく、所定の回転範囲の光を一括して入射させるとともに、反射光を一括して受光して偏光状態を測定することができるので、ステージや光学系の回転機構が不要となって当該異方性薄膜評価装置の小型化および低価格化、並びに、測定時間の短縮化を図ることができ、インライン計測に好適である。
【００６１】
（１７）上記（１６）の実施形態において、前記投光光学系と前記受光光学系とからなる光学系の組を複数備え、異なる方向から反射光の偏光状態を測定するようにしてもよい。
【００６２】
この実施形態によると、異なる組の光学系を用いて、異なる極値、例えば、極大値と極小値とをそれぞれ測定することができる。
【００６３】
（１８）上記（１１）の実施形態において、前記受光光学系には、前記所定の回転角範囲にわたって、前記異方性薄膜試料の入射角を一定にするようにスリットが配置されているのが好ましい。
【００６４】
受光光学系の検出器、例えば、ラインＣＣＤでは、それを構成する検出画素に入射される光の入射角が、中央部分と両端部分とでは異なるのであるが、この実施形態によると、入射角を一定にするようにスリットを配置しているので、極値計測の精度が低下するのを防止することができる。
【００６５】
（１９）上記（１６）〜（１８）の実施形態において、製造ラインに配置されてインラインで異方性薄膜を評価してもよい。
【００６６】
この実施形態によると、製造ラインに配置してインラインで異方性薄膜を評価することができ、異方性薄膜を有する製品の歩留まりを高めることができる。
【発明の効果】
【００６７】
本発明によれば、Δ、ψの極値を計測して異方性薄膜の配向状態を評価するので、異方性のパラメータを全て算出する従来の手法に比べて、異方性薄膜の配向状態を簡易に評価できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００６９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る異方性薄膜評価装置の光学系の概略構成を示す図である。
【００７０】
この実施形態の異方性薄膜評価装置は、反射型の偏光解析を利用して異方性薄膜を評価するものであり、単色、単入射角のエリプソメータ（回転検光子法）である。
【００７１】
ここで、実施形態の説明に先立って、反射型の偏光解析法の計測原理について説明する。
図２に反射型偏光解析法を説明するための概略図を示す。同図において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【００７２】
入射角θの入射光が測定対象５により反射して、出射光となるとき、入射光と出射光との関係は次式で表される。
【００７３】
【数２】
2007171032.tif 000004
【００７４】
Ａp、Ａｓは入射光の電場のp方向、s方向成分、Ｂp、Ｂsは出射光の電場のp方向、s方向成分である。ｒppは、p偏光を入射したときの、p偏光の複素振幅反射率係数、ｒpsは、s偏光を入射したときの、p偏光の複素振幅反射率係数、ｒspは、p偏光を入射したときの、s偏光の複素振幅反射率係数、ｒssは、s偏光を入射したときの、s偏光の複素振幅反射率係数であり、これらを表す行列式をジョーンズ行列という。測定対象５が等方性媒質の場合は、ｒps＝ｒsp＝Oとなるが、異方性媒質の場合は、これらは0にならず、値を持つことになる。
【００７５】
p、s偏光の振幅反射率係数の比（複素振幅反射率比Ｐ）は、式（３）のように表される。
【００７６】
【数３】
2007171032.tif 000005
【００７７】
Ｘ＝Ａp/Ａｓであり、入射光の電場のp方向、s方向成分の比である。Δは電場のｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差をあらわし、ψは、電場のｐ偏光成分とｓ偏光成分の振幅比をあらわす。
【００７８】
図３は、反射型の偏光解析装置であるエリプソメータ（回転検光子法）の光学系の構成を示す図である。
【００７９】
光源１からの光は、偏光子２および波長板３を介して測定試料５に入射し、測定試料５で反射した光は、回転される検光子６を介して検出器７で検出される。
【００８０】
検出器７における受光強度は、以下のように表される。
【００８１】
【数４】
2007171032.tif 000006
【００８２】
ここで、φは図２（ｂ）に示す回転角、Ａは検光子６の角度、Ｐは偏光子２の角度、Ｃは波長板３の角度、δは波長板３の位相遅れを表す。このときのΔ、ψは、
【００８３】
【数５】
2007171032.tif 000007
【００８４】
で表される。これより、異方性媒質のΔ、ψを計測することができ、式（３）と比較することで異方性媒質のパラメータを測定することができる。
【００８５】
再び、図１を参照して、この実施形態の異方性薄膜評価装置は、反射型偏光解析装置を利用したものであり、その光学系も図３と同様の構成である。この実施形態では、光源1からでた光は、偏光子２、波長板３を通過して、回転ステージ４上の測定対象５に照射され、測定対象５から反射した光は、回転される検光子６を通って検出器７で観測され、回転ステージ４を回転して、Δ、ψの回転角による変化を計測するものである。測定対象５は、例えば、半導体、ＦＰＤなどで用いられる異方性薄膜が形成された基板である。
【００８６】
この実施形態では、Δ、ψの極値を測定して、異方性薄膜の評価を行うものであり、このΔ、ψに基く異方性薄膜の評価方法について詳細に説明する。
【００８７】
図４に、上述の式（３）から、Δ、ψの回転角による変化をシミュレーションした結果を示す。
【００８８】
同図（ａ），（ｂ）では、チルト角を10°（実線）、30°（仮想線）、60°（破線）と変化させたときのΔ、ψの波形をそれぞれ示しており、その他のパラメータは図の左端の表に示している。同図（ａ），（ｂ）において、極値の部分を円形の領域で示している。
Δ、ψの波形の横軸は回転角であり、Δ、ψの波形が回転角によって変化している様子がわかる。分子の配向方向は、回転角0°の位置と同じに設定してシミュレーションを行った。図４より、Δ、ψの極大値または極小値を与える回転角は、分子の配向方向（回転角０°）とは一致しておらず、一定量だけずれた位置に存在することがわかる。
【００８９】
図５は、測定対象５の基準方向、分子の配向方向および極値を与える回転角の関係を説明するための図である。
【００９０】
同図において、iは測定対象５である基板の分子の配向方向を、iiは基板の基準方向を、iiiは図４（ａ）のΔの2番目の極値（極大値）を与える回転角が成す方向をそれぞれ示している。この図５では、Δ，ψの極値を与える回転角の内、Δの2番目の極値を与える回転角を代表的に示しており、また、基準方向を、基板の一辺に沿う方向としている。
【００９１】
異方性薄膜の方位角αは、基板の基準方向iiに対する分子の配向方向iが成す角度である。
【００９２】
分子の配向方向iとΔ，ψの極値を与える回転角とは、他の異方性パラメータが決まれば一意に決まるものであり、したがって、図６のように、分子の配向方向iがθ１°ずれると、極値を与える回転角も同様にθ１°ずれることになり、Δ，ψの極値を与える回転角は、分子の配向方向を反映した値になっている。
【００９３】
方位角αは、上述のように分子の配向方向iと基準方向iiとの成す角度であり、測定対象５である基板の基準方向iiは同じであるので、分子の配向方向iがずれると、同じだけ方位角αもずれることになる。したがって、分子の配向方向iがずれて、方位角αがずれると、同じだけ極値を与える回転角がずれることになる。
【００９４】
ここで、極値を与える回転角のずれは、厳密には、分子の配向方向iだけではなく、上述の図２５で示した異方性層３６ｂの主誘電率εz、チルト角θ、膜厚d1および等方性層３６ｂの誘電率ε0、膜厚d0によってもずれるのであるが、後述のように、極値を与える回転角のずれに対しては、分子の配向方向の影響が最も大きなものとなっている。
【００９５】
液晶配向膜は、上述のように6個のパラメータを持つが、等方性層３６ａの誘電率ε0、膜厚d0はラビング工程前後で変化せず、塗布、焼成後に計測するものとして既知とする。よって、ラビング工程で変化するパラメータは、異方性層３６ｂの主誘電率εz、チルト角θ、膜厚d1および方位角αの4つになる。
【００９６】
方位角α以外のパラメータをシミュレーションで変化させ、Δ、ψの波形の極値の変化を図示すると、図７〜図９のようになる。図７はチルト角に対する極値を与える回転角の変化を、図８は誘電率に対する極値を与える回転角の変化を、図９は膜厚に対する極値を与える回転角の変化をそれぞれ示しており、各図（ａ）はΔの極値を与える回転角を、各図（ｂ）はψの極値を与える回転角をそれぞれ示している。
【００９７】
図７〜図９より、異方性層の主誘電率εz、チルト角θ、膜厚d1が変化しても、極値を与える回転角の変化は0.5°以下でほとんどずれていないことがわかる。したがって、極値を与える回転角に大きく寄与するパラメータは、分子の配向方向に対応する方位角ということがわかる。なお、図１０に、Δの極値を与える回転角と方位角とのシミュレーション結果を示す。方位角がずれると、極値も同じだけずれることが分かる。
【００９８】
以上のように、Δ，ψの極値を与える回転角は、分子の配向方向、したがって、方位角と相関があるので、Δ，ψの極値を与える回転角を求めることにより、従来のように、異方性薄膜の各パラメータを最適化するなど、複雑な計算を用いることなく、分子の配向方向、したがって、方位角を間接的に計測することが可能になる。
【００９９】
したがって、例えば、予め実験等で求めた正常と判定される回転角の範囲あるいは方位角の範囲を規定し、計測した回転角あるいは方位角が、正常な範囲にあるか否かを判定することによって、異方性薄膜の配向状態を評価できることになる。
【０１００】
かかるΔ、ψの極値の計測による評価は、異方性のパラメータを全て算出する従来の手法と比較して、簡易に計測して評価することが可能である。
【０１０１】
更に、Δ、ψの極値を与える回転角に基く異方性薄膜の評価に限らず、次のようにして異方性薄膜を評価するようにしてもよい。
【０１０２】
すなわち、Δ、ψの極大値と極小値の差を計測することで、異方性薄膜のパラメータである、主誘電率εz、チルト角θ、エプシロンz、異方性膜厚d1の変化を推定するものである。
【０１０３】
主誘電率εz、チルト角θ、異方性膜厚d1は、液晶の初期配向など、液晶表示素子の品質と相関があるといわれている。したがって、主誘電率εz、チルト角θ、異方性膜厚d1の変化を管理することはプロセスの歩留まり向上の観点から重要になる。
【０１０４】
図１１〜図１３に、表面付近の異方性層のチルト角θ、主誘電率εz、および異方性膜厚d1を変化させたときの、Δ、ψの極大値と極小値の差（Δmax−Δmin、ψmax−ψmin）のシミュレーション結果を示す。
【０１０５】
各図において、（ａ）は、Δの極大値と極小値の差（Δmax−Δmin）を、（ｂ）はψの極大値と極小値の差（ψmax−ψmin）をそれぞれ示している。
【０１０６】
図１１より、チルト角が大きくなると、Δmax−Δmin、ψmax−ψmin、は減少する。また、図１２および図１３より、主誘電率εz、異方性膜厚d1が大きくなると、Δmax−Δmin、ψmax−ψmin、は増加する。
【０１０７】
このように、主誘電率εz、チルト角θ、および異方性膜厚d1の変化と、Δmax−Δmin、ψmax−ψminの変化には相関がある。したがって、例えば、予め実験等によってΔmax−Δmin、ψmax−ψminの管理値を設定することにより、液晶配向膜の管理が可能となり、歩留まり向上に貢献することができる。
【０１０８】
以上のようにして、従来のように異方性薄膜の各パラメータを最適化するなど、複雑な計算を用いることなく、極大値と極小値との差から、主誘電率εz、チルト角θ、異方性膜厚d1の変化を推定することが可能となる。
【０１０９】
図１４は、図１の光学系を含む異方性薄膜評価装置の全体構成図を示す図である。
【０１１０】
この実施形態の異方性薄膜評価装置は、投光光学系８および受光光学系９を備えるセンサ部１３と、測定対象５が配置される回転ステージ４と、受光光学系９および回転ステージ４にケーブル１０を介して接続されて所定の演算処理を行う演算処理部１１と、モニタ２２、キーボード、マウス２１等の外部Ｉ／Ｆ１２とを備えており、回転ステージ４の回転に合わせて、Δ、ψのデータを計測する。
【０１１１】
図１５は、図１４の異方性薄膜評価装置の電気的構成図である。      
【０１１２】
センサ部１３の投光光学系８から出た光信号は、測定対象５によって反射し受光光学系９で観測される。
【０１１３】
演算処理部１１は、投光光学系８、受光光学系９を制御する投受光制御部１４と、受光光学系９からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／D変換部１５と、センサ部１３と同期して回転ステージ４を駆動するステージ制御部１６と、各種のプログラムを内蔵したROM１７と、キーボード、マウス２１を接続する入力部１８と、ディスプレイなどのモニタ２２を接続する出力部１９と、これらを演算するCPU２０で構成される。
【０１１４】
図１６は、この実施形態の動作説明に供するフローチャートである。
【０１１５】
先ず、センサ部１３を設置する（ステップｎ１）。このとき、測定対象５である基板の基準方向に対して、何度に設置しているかを把握しておく。
【０１１６】
次に、測定を開始し（ステップｎ２）、回転ステージ４を回転し、Δ、ψの回転角による変化を測定し（ステップｎ３）、Δ、ψのデータから極値および極値を与える回転角を算出する（ステップｎ４）。
【０１１７】
極値を算出する方法として、例えば、図１７のように回転角180°から270°の部分を取り出して、二次曲線で近似することにより極値を求める方法がある。
【０１１８】
次に、Δ、ψの極値を与える回転角およびΔ，ψの極大値と極小値の差（Δmax−Δmin、ψmax−ψmin）をモニタ２２に出力し、更に、上述の図４の左端の表に示される装置や異方性薄膜のパラメータが既知であれば、極値の回転角の値から、上述の式（３），（５）にもとついて、分子の配向方向（方位角）を算出してモニタ２２に出力する（ステップｎ５）。
【０１１９】
次に、測定対象５である基板の別の計測点、あるいは、別の基板を連続して計測するか否かを判断し（ステップｎ６）、連続計測するときは、ステップｎ３に戻る。
【０１２０】
以上のようにして、反射型偏光解析法を用いて、Δ、ψの極値を測定することで、異方性薄膜のパラメータである、方位角の間接的な測定や、主誘電率εz、チルト角θ、異方性膜厚d1の変化を推定することが可能である。Δ、ψの極値の計測は、異方性のパラメータを全て算出する手法と比較して、簡易に計測することが可能である。
【０１２１】
（実施形態２）
図１８は、本発明の他の実施形態の光学系の構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は斜視図である。
【０１２２】
この実施形態では、Δまたはψのいずれか一方の極値を計測するものであり、光源１からでた光はビームエキスパンダー２５で幅を持った平行光になり、偏光子２６、波長板２７を通過し、レンズ２８で集光されて測定対象５に照射される。測定対象５から反射した光はレンズ２９を通って平行光になり、検光子３０を通って検出器（ラインＣＣＤ）３１で観測される。その他の構成は、上述の実施形態１と同様である。
【０１２３】
測定対象５に集光して光を照射することにより、図１９（ａ）または図１９（ｂ）に示すように、Δまたはψの極値を計測できる一定の回転角範囲φ´、したがって、方位角範囲を一括で計測することが可能となる。そのため、極値を与える回転角をセンサ部１３の回転角範囲内に入るようにセンサ部１３を設置すれば、上述の実施形態１のようなステージ４の回転機構を用いることなく極値および方位角の計測が可能となる。
【０１２４】
したがって、小型かつ高速に計測が可能となり、インライン計測に適したものである。
【０１２５】
また、この実施形態では、レンズ２９と検出器（ラインＣＣＤ）３１の間にスリット３２とシリンドリカルレンズ３３とを配置している。これは入射角を一定にするためである。
【０１２６】
すなわち、図２０（ａ）のように、スリット３２とシリンドリカルレンズ３３を配置していない場合には、検出器（ラインCCD）３１上で観測される光の入射角は、各画素３１ａの入射面の違いにより、右端のグラフのように中央と両端とで異なってしまう。検出器（ラインＣＣＤ）３１上で入射角が異なると、極値計測の精度が低下するため、この実施形態では、図２０（ｂ）のような下に凸状に湾曲したスリット３２を入れ、シリンドリカルレンズ３３を用いて、スリット３２を通過した光をすべて検出器（ラインＣＣＤ）３１上に集光することで、入射角一定の情報を計測している。
【０１２７】
更に説明すると、図２１は、測定試料からの入射角と入射方位角の関係を示すものである。
【０１２８】
図２１（ａ）の状態の光をラインCCDで観測すると、入射方位角の中心（0）から20°、−20°方向に広がるにしたがって入射角が大きくなり、ラインCCD上で観測される光の入射角は、各画素によって異なる。上述の式（４）に示すΔ、ψは入射角により変化するため、極値計測の精度は低下する。
【０１２９】
図２１（ｂ）のような状態の光をラインCCDで観測することができれば、入射方位角の全範囲において入射角は一定になり、Δ、ψの変化は測定対象の異方性によってのみ変化し、極値計測の精度は向上する。
【０１３０】
図２１（ｂ）のような状態の光をラインCCDで計測できるように、この実施形態では、図２１（ｃ）のようなスリット３２を図１８のスリットの位置に配置し、シリンドリカルレンズ３３で集光して検出器（ラインCCD）３１ 上に集光させるものである。
【０１３１】
図２２は、この実施形態の動作説明に供するフローチャートである。
【０１３２】
先ず、電源を投入してシステムを起動し（ステップｎ１）、異方性薄膜の各パラメータの入力があるか否かを判断し（ステップｎ２）、パラメータが不明で入力がないときには、Δまたはψを測定して極値を与える回転角を算出し（ステップｎ３）、算出した回転角をモニタ２２に出力してステップｎ７に移る（ステップｎ４）。ステップｎ３におけるΔ、ψの測定には、上述の図１４のステージを回転する方式のものを用いる。
【０１３３】
ステップｎ２において、異方性薄膜の各パラメータの入力があったときには、入力された各パラメータに基いて、極値を与える回転角を算出し（ステップｎ５）、算出した回転角を表示部に出力してステップｎ７に移る（ステップｎ６）。
【０１３４】
ステップｎ７では、モニタ２２に出力された回転角が、センサ部１３の回転角範囲の中心になるようにセンサ部１３を設置し、図１８の装置でインラインの計測を開始する（ステップｎ８）。
【０１３５】
次に、Δまたはψの回転角分布を測定し（ステップｎ９）、Δまたはψのデータから極値および極値を与える回転角を算出する（ステップｎ１０）。
【０１３６】
次に、Δまたはψの極値を与える回転角をモニタ２２に出力し、更に、異方性薄膜のパラメータが既知であれば、極値の回転角の値から、分子の配向方向（方位角）を算出してモニタ２２に出力する（ステップｎ１１）。
【０１３７】
次に、連続計測するか否かを判断し（ステップｎ１２）、連続計測するときは、ステップｎ９に戻る。
【０１３８】
この実施形態によれば、測定試料の回転機構がないため、小型、高速計測が可能となり、インライン計測に適した装置となる。したがって、この実施形態の異方性薄膜評価装置を、製造ラインに配置してインラインで半導体、ＦＰＤなどの異方性薄膜が形成された測定対象を計測することにより、オフラインで検査する従来例に比べて歩留まりを向上させることができる。
【０１３９】
この実施形態では、Δまたはψのいずれか一方の極値を計測したけれども、他の実施形態として、一括して計測できる回転角範囲を広くして、Δおよびψの両者の極値を計測するようにしてもよい。
【０１４０】
（実施形態３）
図２３は、本発明の更に他の実施形態の光学系の構成を示す平面図である。
【０１４１】
この実施形態では、上述の実施形態２のセンサ部１３を２方向から設置することによって、極値を与える回転角や方位角に加えて、主誘電率εz、チルト角θ、異方性膜厚d1の変化をインラインで管理する方法である。
【０１４２】
光源１ａからでた光はビームエキスパンダー２５ａで幅を持った平行光となり、偏光子２６ａ、波長板２７ａを通過し、レンズ２８ａで集光されて測定対象５に照射される。測定対象５から反射した光はレンズ２９ａを通って平行光になり、検光子３０ａ、スリット３２ａ、シリンドリカルレンズ３３ａを通って検出器（ラインＣＣＤ）３１ａで観測される。光源１ｂについても同様で、測定対象上では、光源１ａからでた光と同じ位置に集光している。
【０１４３】
センサ部１３を設置する２方向の回転角範囲には、Δまたはψのどちらか一方の波形の極大値と極小値がはいるように設置する。
【０１４４】
センサ部１３を２方向から設置し、極大値と極小値を計測することで、回転機構なしで極大値と極小値の差の計測可能となり、Δまたはψの極大値と極小値との差に基づいて、主誘電率εz、チルト角θ、異方性膜厚d1の変化をインラインで管理することができる。また、極値を２点計測できるため、極値を与える回転角や方位角の計測精度も向上する。
【０１４５】
（その他の実施の形態）
上述の各実施形態では、反射型の偏光解析に適用して説明したけれども、本発明は、透過型の偏光解析に適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明は、例えば、液晶配向膜などの異方性薄膜の評価に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る異方性薄膜評価装置の光学系の概略構成を示す図である。
【図２】反射型偏光解析法を説明するための概略図である。
【図３】反射型の偏光解析装置であるエリプソメータ（回転検光子法）の光学系の構成を示す図である。
【図４】Δ、ψの回転角による変化をシミュレーションした結果を示す図である。
【図５】測定対象の基準方向、分子の配向方向および極値を与える回転角の関係を説明するための図である。
【図６】分子の配向方向がずれた状態を示す図５に対応する図である。
【図７】チルト角に対する極値を与える回転角の変化を示す図である。
【図８】誘電率に対する極値を与える回転角の変化を示す図である。
【図９】膜厚に対する極値を与える回転角の変化を示す図である。
【図１０】Δの極値を与える回転角と方位角との関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】異方性層のチルト角θとΔ、ψの極大値と極小値の差（Δmax−Δmin、ψmax−ψmin）との関係を示す図である。
【図１２】主誘電率とΔ、ψの極大値と極小値の差（Δmax−Δmin、ψmax−ψmin）との関係を示す図である。
【図１３】異方性膜厚d0とΔ、ψの極大値と極小値の差（Δmax−Δmin、ψmax−ψmin）との関係を示す図である。
【図１４】図１の光学系を含む異方性薄膜評価装置の全体構成図を示す図である。
【図１５】図１４の異方性薄膜評価装置の電気的構成図である。
【図１６】動作説明に供するフローチャートである。
【図１７】極値を算出する方法を示す図である。
【図１８】本発明の他の実施形態の光学系の構成を示す図である。
【図１９】計測可能な回転角範囲を示す図である。
【図２０】スリットの作用を説明するための図である。
【図２１】測定試料からの入射角と入射方位角の関係を示す図である。
【図２２】動作説明に供するフローチャートである。
【図２３】本発明の更に他の実施形態の光学系の構成を示す図である。
【図２４】ラビング工程の概略図である。
【図２５】液晶配向膜のモデルを示す図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１    光源                      ２    偏光子
３    波長板                    ４    回転ステージ
５    測定対象                  ６    検光子
７    検出器                    １１  演算処理部
２２  モニタ                    ３２  スリット
【図１】
2007171032.tif 000008
【図２】
2007171032.tif 000009
【図３】
2007171032.tif 000010
【図４】
2007171032.tif 000011
【図５】
2007171032.tif 000012
【図６】
2007171032.tif 000013
【図７】
2007171032.tif 000014
【図８】
2007171032.tif 000015
【図９】
2007171032.tif 000016
【図１０】
2007171032.tif 000017
【図１１】
2007171032.tif 000018
【図１２】
2007171032.tif 000019
【図１３】
2007171032.tif 000020
【図１４】
2007171032.tif 000021
【図１５】
2007171032.tif 000022
【図１６】
2007171032.tif 000023
【図１７】
2007171032.tif 000024
【図１８】
2007171032.tif 000025
【図１９】
2007171032.tif 000026
【図２０】
2007171032.tif 000027
【図２１】
2007171032.tif 000028
【図２２】
2007171032.tif 000029
【図２３】
2007171032.tif 000030
【図２４】
2007171032.tif 000031
【図２５】
2007171032.tif 000032