(57)【要約】ガラス又は他の基板上の膜の光学的異方特性を測定する方法及びシステムが与えられる。この技術は、超高画素密度ディスプレイに対してであっても、製造環境に適しており、ＬＣＤパネル上のＴＦＴ又はＣＦアクティブ領域によって強い影響を受けるわけではない。光学的異方性の程度及び配向を測定する方法も与えられる。これらの方法及びシステムは、反射又は透過構成において異方性材料を測定する光学的異方性測定装置を含む。方法及びシステムは、異方性の程度及び配向を計算するべく一以上の回転角度において試料のミュラー行列、ダイアテニュエーション配向又はリターダンスを測定することができる。
2016535281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料の光学的異方特性を測定する装置における方法であって、
（１）前記材料のミュラー行列、（２）前記材料のダイアテニュエーション配向、及び（３）前記材料のリターダンス程度の一つを測定することと、
（１）前記材料のミュラー行列、（２）前記材料のダイアテニュエーション配向、及び（３）前記材料のリターダンス程度の測定された一つに基づいて前記材料の異方性程度に比例する値を決定することと
を含む方法。
【請求項２】
（１）前記材料のミュラー行列、（２）前記材料のダイアテニュエーション配向、及び（３）前記材料のリターダンス程度の前記測定された一つに基づいて前記材料の異方性配向を決定することをさらに含む請求項１の方法。
【請求項３】
材料の光学的異方特性を測定する装置における方法であって、
第１角度において前記材料のミュラー行列を測定することと、
前記第１角度において測定されたミュラー行列に基づいて前記材料のダイアテニュエーション配向を決定することと、
前記材料を第２角度へと回転することと、
前記第２角度において前記材料のミュラー行列を測定することと、
前記第２角度において測定されたミュラー行列に基づいて前記材料のダイアテニュエーション配向を決定することと、
決定された前記ダイアテニュエーション配向と前記第１角度及び第２角度とのデータセットを格納することと、
決定された前記ダイアテニュエーション配向と前記第１角度及び第２角度との格納された前記データセットに式の曲線当てはめを行って当てはめパラメータを決定することと、
決定された前記当てはめパラメータを使用して前記材料の異方性配向と、異方性程度に比例する値とを決定することと
を含む方法。
【請求項４】
（１）前記材料を異なる角度へと回転させることと、
（２）前記異なる角度において前記材料のミュラー行列を測定することと、
（３）前記異なる角度において測定されたミュラー行列に基づいて前記材料のダイアテニュエーション配向を決定することと
を繰り返し行うことをさらに含む請求項３の方法。
【請求項５】
前記式は、Ｐ＝Ａ＋Ｂｓｉｎ（２θ＋φＢ）＋Ｃｓｉｎ（θ＋φＣ）であり、
Ｐは前記ダイアテニュエーション配向であり、
θは前記材料の回転角度であり、
Ｂは前記材料の異方性程度に比例し、
φＢは前記材料の異方性配向である請求項４の方法。
【請求項６】
Ｃは（１）前記材料のプレチルト及び（２）測定におけるチルト誤差の一つに比例し、
φＣは前記測定におけるチルト誤差の方向に比例する請求項３の方法。
【請求項７】
決定されたダイアテニュエーション配向と前記第１角度、第２角度及び異なる角度との格納された前記データセットへの前記式の曲線当てはめを行い当てはめパラメータを決定することと、
決定された前記当てはめパラメータを使用して前記材料の異方性配向と異方性程度に比例する値とを決定することと
をさらに含む請求項６の方法。
【請求項８】
前記材料を２０度増分で３６０度回転させることと、
前記２０度増分の各増分角度において前記材料のミュラー行列を測定することと、
前記２０度増分の各角度において測定されたミュラー行列に基づいて前記材料のダイアテニュエーション配向を決定することと
をさらに含む請求項６の方法。
【請求項９】
材料の光学的異方特性を測定する装置であって、
偏光計と、
プロセッサと
を含み、
前記偏光計は、前記材料のミュラー行列を測定するべく構成され、
前記プロセッサは、前記材料の測定されたミュラー行列に基づいて前記材料の異方性程度に比例する値を決定するべく構成される装置。
【請求項１０】
前記材料の測定されたミュラー行列に基づいて前記材料の異方性配向を決定することをさらに含む請求項９の装置。
【請求項１１】
材料の光学的異方特性を測定する装置であって、
偏光計と、
回転治具と、
プロセッサと
を含み、
前記偏光計は、
第１角度において前記材料のミュラー行列を測定することと、
前記第２角度において前記材料のミュラー行列を測定することと
を行うべく構成され、
前記回転治具は、前記材料を第２角度へと回転させるべく構成され、
前記プロセッサは、
前記第１角度において測定されたミュラー行列に基づいて前記材料のダイアテニュエーション配向を決定することと、
前記第２角度において測定されたミュラー行列に基づいて前記材料のダイアテニュエーション配向を決定することと、
決定された前記ダイアテニュエーション配向と前記第１角度及び第２角度とのデータセットを格納することと、
決定されたダイアテニュエーション配向と前記第１角度及び第２角度との格納された前記データセットに式の曲線当てはめを行って当てはめパラメータを決定することと、
決定された前記当てはめパラメータを使用して前記材料の異方性配向と異方性程度に比例する値とを決定することと
を行うべく構成される装置。
【請求項１２】
（１）前記回転治具によって前記材料を異なる角度へと回転させることと、
（２）前記偏光計によって前記異なる角度における前記材料のミュラー行列を測定することと、
（３）前記プロセッサによって、前記異なる角度測定されたミュラー行列に基づく前記材料のダイアテニュエーション配向を決定することと
を繰り返し行う請求項１１の装置。
【請求項１３】
前記式は、Ｐ＝Ａ＋Ｂｓｉｎ（２θ＋φＢ）＋Ｃｓｉｎ（θ＋φＣ）であり、
Ｐは前記ダイアテニュエーション配向であり、
θは前記材料の回転角度であり、
Ｂは前記材料の異方性程度に比例し、
φＢは前記材料の異方性配向である請求項１２の装置。
【請求項１４】
Ｃは（１）前記材料のプレチルト及び（２）測定におけるチルト誤差の一つに比例し、
φＣは前記測定におけるチルト誤差の方向に比例する請求項１３の装置。
【請求項１５】
前記プロセッサさらに、
決定されたダイアテニュエーション配向と前記第１角度、第２角度及び異なる角度との格納された前記データセットへの前記式の曲線当てはめを行い当てはめパラメータを決定することと、
決定された前記当てはめパラメータを使用して前記材料の異方性配向と異方性程度に比例する値とを決定することと
を行うべく構成される請求項１４の装置。
【請求項１６】
前記材料を２０度増分で３６０度回転させることと、
前記２０度増分の各増分角度において前記材料のミュラー行列を測定することと、
前記２０度増分の各角度において測定されたミュラー行列に基づいて前記材料のダイアテニュエーション配向を決定することと
をさらに含む請求項１４の装置。
【請求項１７】
材料の光学的異方特性を測定する装置における方法であって、
前記材料のミュラー行列を測定することと、
前記材料の測定されたミュラー行列に基づいて前記材料の異方性程度に比例する値を決定することと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、光学的異方性測定の方法及び装置に関する。詳しくは、本発明は、光学的異方性ポリイミド（ＰＩ）膜又は他の高分子薄膜を測定して当該膜の異方性程度及び異方性配向を決定する方法及び装置に関する。
【０００２】
関連出願
本願は、２０１４年１０月２日出願の米国出願第１４／５０４，４２６号及び２０１３年１０月４日出願の米国仮出願第６１／８８７，１６３号の優先権を主張する。これらは参照としてここに組み入れられる。
【背景技術】
【０００３】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む液晶デバイスの製造において、ポリイミド膜のような膜がＬＣＤガラスに適用される。膜はその後、当該膜の機械的なラビング、又は当該膜を偏光にさらすという比較的新しい技術のいずれかにより、異方性とされる。ひとたび膜が異方性とされると、液晶（ＬＣ）分子は、当該膜の異方性軸に自己整合するようになる。さらに、膜の異方性の程度は、ＬＣ分子及び膜間のアンカリングエネルギーに関連し、ラビングＰＩの場合、ＬＣ分子のプレチルト角を決定する。液晶デバイスにおける光学的異方性膜の異方性の程度及び配向は、液晶デバイスの性能を決定する主要因子であり、製造者は、これらのパラメータを測定する手段を必要としている。
【０００４】
光学的異方性は典型的に、膜の正常屈折率及び異常屈折率間の差Δｎ＝ｎｏ−ｎｅである。膜は、この異方性ゆえに、位相遅延又はリターダンスという偏光特性を示す。異方性材料を通過する光ビームに対し、当該ビームが受ける位相リターダンスは、δ＝Δｎ×ｔとなる。ここで、ｔは当該材料の厚さである。
【０００５】
光学的異方性はまた、消衰係数又は屈折率の虚部について正常消衰係数と異常消衰係数との差Δｋ＝ｋｏ−ｋｅとなり得る。この場合、異方性は、二色性又はダイアテニュエーションの偏光特性を示す。ここで、光ビームの透過率又は反射率は、当該光ビームの偏光状態に応じて変化する。
【０００６】
現代の液晶デバイスでは、ＰＩ膜の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍのオーダーとされる傾向がある。ラビングＰＩに対し、異方性は、ほぼΔｎ≒０．００５となる傾向がある。そして、このラビングＰＩ膜のリターダンスは、０．２５ｎｍ〜０．５ｎｍのオーダーとなる。いくつかのタイプの光配向性ＰＩに対し、異方性はかなり大きく、恐らくはΔｎ≒０．０５となる。この場合、予測される異方性膜の最大リターダンスは、ほぼ５ｎｍとなる。
【０００７】
リターダンスが０．２５ｎｍ〜５ｎｍの範囲にある試料に対してリターダンスの程度及び配向を正確に測定することは従来より、適切な機器なしには困難であるが、いくつかの市販の測定システム（例えばアラバマ州ハンツビルのＡｘｏｍｅｔｒｉｃｓ社によるＡｘｏＳｃａｎ（登録商標））は、この測定を十分な精度で行うことができる。しかしながら、この測定を行うことに関する問題は、ＰＩ層が適用されるガラス基板も、当該ガラス内に製造中に生じたわずかな応力に起因するリターダンスを示す点にある。ガラスのリターダンスは極めて小さいが、異方性ＰＩ層のリターダンスも小さい。そして、これら２つのリターダンス源を測定において分離することは困難である。したがって、このアプリケーションにとって、透過光における試料のリターダンスのみを測定する簡単な測定技術が十分であることは証明されていない。
【０００８】
エリプソメトリーは、薄膜の厚さ及び屈折率を、光が試料表面から反射するときに光の偏光状態を膜がどのようにして変化させるのかの測定に基づいて測定する光学的技術である。一般化エリプソメトリー（ＧＥ）は、異方性試料の試験を可能にする標準エリプソメトリーの拡張である。ＧＥ法は正確かつ精密である。しかしながら、この方法は時間を要するので、製造環境においてＧＥ測定を使用することが常に実用的とは限らない。ＧＥ法のさらに難しい点は、被測定試料が複合的になるにつれて益々測定が困難になることにある。試料が多層の薄膜の場合、付加的な波長が必要となり得る。または、試料の膜に、測定光ビームの直径よりも小さな外形のパターンが施されている場合、ＧＥ技術は完全に失敗する。こうした難しさゆえに、ＧＥ法は、現代の高解像度ＬＣＤディスプレイのカラーフィルタ（ＣＦ）ガラス又は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ガラス上にＰＩが堆積されている場合には適切とはいえない。このため、ＧＥ技術での試験ガラス上のＰＩ測定が制限される。
【０００９】
異方性ＰＩ膜の特性を決定するべく行われる他の努力は、以下の文献に記載される。かかる技術は主に、ラビングＰＩ膜に焦点を当てている。これは、ラビングＰＩ膜が、数十年にわたり液晶ディスプレイ産業で使用されているからである。しかしながら、かかる方法もまた、光配向性ＰＩ膜の測定にも適用可能とすべきである。かかる方法は以下に記載される。
【００１０】
ラビングＰＩ膜の配向及び異方性は、リターダンス測定、赤外二色性測定及び表面第二高調波発生（ここに参照として組み入れられる非特許文献１を参照）によって研究されている。リターダンス測定においては基板からのリターダンスを考慮する必要があり、赤外二色性測定は極薄膜ゆえに十分な感度が得られず、表面第二高調波発生は複雑な測定セットアップを必要とする。微小角入射Ｘ線散乱法が、高感度で異方性ＰＩ膜を研究することができる（ここに参照として組み入れられる非特許文献２を参照）。一般化エリプソメトリー法もまた、異方性ＰＩ膜の程度及び配向を研究するべく使用されている（ここに参照として組み入れられる非特許文献３及び４双方を参照）。最近では、１０ｎｍ表面層に対して１０−５もの低さの光学的異方性を定量する偏光変換ガイドモード技術が開発されている（ここに参照として組み入れられる非特許文献５及び６双方を参照）。この方法は、試料に接触するプリズムカプラ及び屈折率整合流体を必要とする。反射異方性分光法（ここに参照として組み入れられる非特許文献７）、すなわち、法線入射における半導体電子的表面状態の特性を決定するべく使用される技術も、ガラス上のＰＩ膜の異方特性を試験するべく使用される。上述した方法のほとんどは難しいため、製造環境における使用を目的として実装し又は十分な精度を有することができない。
【００１１】
異方性の程度及び配向を測定する他の装置も記載されている（ここに参照として組み入れられる特許文献１及び２）。この技術は、法線入射における再帰反射の測定をするべく回転リターダー及びハーフミラーを使用する。
【００１２】
知られていることだが、ガラス上のＰＩ膜の異方性配向と相対的な異方性程度は、ｓ平面内で偏光された光（入射平面に平行な偏光）に対して傾斜した角度で試料を照射し、その反射ビームを（入射平面に垂直な）ｐ平面に沿って配向された偏光子を通して収集し、及び、当該試料がその法線まわりに３６０度回転されるときの信号を観測することによって測定することができる（ここに参照として組み入れられる特許文献３を参照）。この信号対回転データに曲線当てはめを適用することにより、異方性配向及び相対的な異方性程度を測定することができる。相対的な異方性程度とは、実際の異方性程度が変化するときに変化する測定パラメータのことである。相対的な値は、実際の値へと十分に較正されないかもしれないが、製造工程中の変動監視にはこれで十分である。
【００１３】
ここに参照として組み入れられる特許文献３に記載の技術は、製造環境での使用にとって十分に高速であり、この技術が現在のところ、ＬＣＤ産業において使用されている。この技術は、ＬＣＤガラスのアクティブ領域上で測定が行われる場合に少なくとも一つの不利益を被る。アクティブ領域が、パターン付き画素を有するガラスの領域、すなわちカラーフィルタ（ＣＦ）又は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）いずれかの領域である。ＣＦ又はＴＦＴのアクティブ領域を測定する場合、この技術は、微視的測定ビームを一つの画素に合焦させ、かつ、この点のまわりに精密に、当該測定ビームが被試験画素の中心のままとなるように測定装置を回転させる必要がある。現代の携帯電話及びタブレットディスプレイの画素密度は一インチ当たり３００画素以上まで増加しているので、回転中に測定点が当該画素を中心としたままにする要求は、システムの複雑性及び価格を有意に増加させる。したがって、これら及び他の関連問題を解決する方法及びシステムが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−７６３２４号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４６４５号公報
【特許文献３】台湾特許第０９５１０２０１３号明細書
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】N. A. J. M. van Aerle, et. al., “Effect of rubbing on the molecular orientation within polyimide orienting  layers of liquid crystal displays,” J. Appl. Phys. 74(5), 3111-3120 (1993)
【非特許文献２】M. F. Toney, et. al., “Near-surface alignment of polymers in rubbed films,” Nature 374(20), 709-711 (1995)
【非特許文献３】I. Hirosawa, “Method of characterizing rubbed polymide film for liquid crystal display devices using reflection ellipsometry,” Jpn. J. Appl. Phys. 35, 5873-5875 (1996)
【非特許文献４】I. Hirosawa, “Relation between molecular orientation and rubbing strength observed by reflection ellipsometry,” Jpn. J. Appl. Phys. 36, 5192-5196 (1997)
【非特許文献５】F. Yang, et. al., “Polarization-Conversion Guided Mode (PCGM) technique for exploring thin anisotropic surface layers,” Optics Express 15(18), 11234-11240 (2007)
【非特許文献６】F. Yang, et. al., “Optical anisotropy and liquid-crystal alignment properties of rubbed polyimide layers,” Liquid Crystals 34(12), 1433-1441 (2007)
【非特許文献７】B. F. Macdonald, et. al., “Reflection anisotropy spectroscopy: A probe of rubbed polyimide liquid crystal alignment layers,” J. Appl. Phys. 93(8), 4442-4446 (2003)
【非特許文献８】M. H. Smith, “Optimization of a dual-rotating-retarder Mueller matrix polarimeter,” Applied Optics 41(13), 2488-2493 (2002)
【非特許文献９】S. Y. Lu, et. al., “Interpretation of Mueller matrices based on polar decomposition,” J. Opt. Soc. Am. A 13(5), 1106-1113 (1996)
【発明の概要】
【００１６】
材料の光学的異方特性を測定する装置における方法であって、（１）材料のミュラー行列、（２）材料のダイアテニュエーション配向、及び（３）材料のリターダンス程度の一つを測定することを含む方法が与えられる。方法はさらに、（１）材料のミュラー行列、（２）材料のダイアテニュエーション配向、及び（３）材料のリターダンス程度の測定された一つに基づいて材料の異方性程度に比例する値を決定することを含む。
【００１７】
材料の光学的異方特性を測定する装置における方法であって、第１角度において材料のミュラー行列を測定することと、第１角度において測定されたミュラー行列に基づいて材料のダイアテニュエーション配向を決定することとを含む方法が与えられる。方法はさらに、材料を第２角度へと回転させることと、第２角度において材料のミュラー行列を測定することと、第２角度において測定されたミュラー行列に基づいて材料のダイアテニュエーション配向を決定することとを含む。追加的に方法は、決定されたダイアテニュエーション配向と第１及び第２角度とのデータセットを格納することと、決定されたダイアテニュエーション配向と第１及び第２角度との格納されたデータセットに式の曲線当てはめをして当てはめパラメータを決定することと、決定された当てはめパラメータを使用して材料の異方性配向と異方性程度に比例する値とを決定することとを含む。
【００１８】
材料の光学的異方特性を測定する装置であって、材料のミュラー行列を測定するべく構成された偏光計を含む装置が与えられる。装置はまた、材料の測定されたミュラー行列に基づいて、材料の異方性程度に比例する値を決定するべく構成されたプロセッサも含む。
【００１９】
材料の光学的異方特性を測定する装置であって、第１角度において材料のミュラー行列を測定しかつ第２角度において材料のミュラー行列を測定するべく構成された偏光計を含む装置が与えられる。装置はさらに、材料を第２角度へと回転させるべく構成された回転治具も含む。装置はまた、第１角度において測定されたミュラー行列に基づいて材料のダイアテニュエーション配向を決定しかつ第２角度において測定されたミュラー行列に基づいて材料のダイアテニュエーション配向を決定するべく構成されたプロセッサも含む。プロセッサはさらに、決定されたダイアテニュエーション配向と第１及び第２角度とのデータセットを格納し、決定されたダイアテニュエーション配向と第１及び第２角度との格納されたデータセットに式の曲線当てはめをして当てはめパラメータを決定し、決定された当てはめパラメータを使用して材料の異方性配向と異方性程度に比例する値とを決定するべく構成される。
【００２０】
材料の光学的異方特性を測定する装置における方法であって、材料のミュラー行列を測定することと、材料の測定されたミュラー行列に基づいて材料の異方性程度に比例する値を決定することとを含む方法が与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る方法及びシステムによる反射構成にある典型的な光学的異方性測定装置の模式的な例示である。
【図２】本発明に係る方法及びシステムによる透過構成にある典型的な光学的異方性測定装置の模式的な例示である。
【図３】本発明に係る方法及びシステムによる異方性測定装置を使用して得られた測定光学的異方性信号の一例を示すグラフである。
【図４】異方性程度及び異方性配向のような材料異方特性を決定するための、本発明に係る典型的な方法のフローチャートを描く。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る方法及びシステムは、ガラス又は他の基板上の膜の光学的異方特性を測定する。この技術は、たとえ超高画素密度ディスプレイに対してであっても、製造環境に適しており、ＬＣＤパネル上のＴＦＴ又はＣＦアクティブ領域によって強い影響を受けるわけではない。従来型システムがアクティブ領域において測定可能な場合、本発明に係る方法及びシステムによれば、コストが有意に低減され得る。ガラスへのビームの超精密整合が不要なことにより、システムコストが低減されるからである。光学的異方性の程度及び配向を測定する方法が与えられる。かかる方法及びシステムは、反射又は透過構成において異方性材料を測定する光学的異方性測定装置を含む。方法及びシステムは、異方性の程度及び配向を計算するべく一以上の回転角度において試料のミュラー行列、ダイアテニュエーション配向又はリターダンスを測定することができる。本発明に係る方法及びシステムは、以下に記載するように、典型的な光学的異方性測定装置を使用した異方性試料の光学的異方性測定を与える。
【００２３】
本発明に係る典型的な装置は、例えば反射又は透過において、非法線入射角度でのダイアテニュエーション配向又はリターダンス（特にリターダンス程度）を測定することができる。このダイアテニュエーション配向は、特定の回転角度で測定し、その後再び様々な他の回転角度で測定することができる。得られたデータは、試料の異方特性を決定するべく使用することができる。
【００２４】
上述したダイアテニュエーション配向又はリターダンスは、例えばミュラー行列偏光計を使用した特定角度における試料の完全ミュラー行列を測定し、その後、測定されたミュラー行列からダイアテニュエーション配向又はリターダンスを計算することによって測定することができる。上述のように、この工程は様々な角度において繰り返され、各角度に対してデータ（例えばダイアテニュエーション配向及びその測定が行われた対応角度）が収集される。
【００２５】
得られたデータは、以下に述べる経験式に当てはめられる。データが当該式に対して適用かつ当てはめられると、得られた既知パラメータが、試料の異方性の程度及び配向を記述する。
【００２６】
典型的な装置は、複数セットのセンサ、又はガラスのいずれかの側へと動かすことができるセンサのいずれかを使用して透過及び反射双方における測定を行うことができる。
【００２７】
式による当てはめが行われる場合に試料の異方性パラメータの決定を与えるいくつかの偏光パラメータが特定されている。これらは、例えば、ダイアテニュエーション配向又はリターダンス程度を含む。これらの偏光パラメータが、試料に対して様々な角度で測定されると、異方性の程度及び配向を当該式によって導出することができる。
【００２８】
図１は、反射構成にある光学的異方性測定装置の一例を示す。一つの典型的な実装において、図１及び２に記載される装置の光学的構成はミュラー行列偏光計の構成であり、その設計は、ここに参照として組み入れられる非特許文献８に完全に記載されている。ミュラー行列は、試料の偏光変化特性を完全に記述する１６要素の行列である。光学的異方性測定装置は、光源１０２、コリメーティングレンズ１０４、偏光子１０６、回転リターダー１０８、回転ステージ１１２、随意的集光レンズ１１４、回転リターダー１１６、分析器偏光子１１８、及び焦点レンズ１２０付き光検出器１２２を含み得る。回転リターダーは、非特許文献８にさらに記載されている。光検出器１２２は、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管であり得る。光学的異方性の試料１１０が、回転ステージ１１２上に配置される。回転ステージ１１２は、測定が行われる場合に回転軸としての試料１１０の法線に対して回転する。一実装において、光学的装置は、すべての偏光パラメータ、すなわち完全ミュラー行列を高速度で測定することができる。
【００２９】
図２は、透過構成における同じ光学的異方性測定装置の一例を示す。図２は、図１と同一又は類似ではあるが異なる構成の部材を示す。図１及び２において、システムは、回転する試料と固定されたセンサとを備えるように示される。多くの場合、特に試料が大きな場合、試料を固定したままとする一方、センサを試料の法線軸まわりに回転させることができる。図２の透過システムは、図１の反射システムに対し、透過における測定時に光学的整合及び試料平坦性が重要とはならない点で有利である。そのため、異方性パラメータ測定は、試料が湾曲又は傾斜していても強い影響を受けることがない。図１の反射システムは、ダイアテニュエーション配向対回転角度から異方性パラメータを測定することに加え、一般化エリプソメトリー測定も行うことができるとの利点も与える。
【００３０】
回転角度の関数として測定されたダイアテニュエーション配向により、試料の異方特性の優れた決定が得られる。この測定は、ブリュースター角付近の入射角度において正確になる。このパラメータは典型的に、ＣＦ又はＴＦＴアクティブ領域の存在による影響を強く受けることがないので、この測定は高画素密度ＬＣＤパネルの試験に適している。このパラメータは典型的に、基板及び異方性層間の他の薄膜又は厚膜の存在による影響も強く受けることがない。光の波長及び入射角度は、これらの影響の測定感度を低減するべく実験的に最適化することができる。
【００３１】
ダイアテニュエーションは、試料の透過率（又は反射率）が、異なる入射偏光状態に対して変化する偏光特性である。ある偏光状態が最大透過率Ｔｍａｘを有すると、直交状態は必ず最小透過率Ｔｍｉｎを有する。ダイアテニュエーション程度は、Ｄ＝（Ｔｍａｘ−Ｔｍａｘ）／（Ｔｍａｘ＋Ｔｍａｘ）として定義される。ダイアテニュエーション配向は、Ｔｍａｘに対応する偏光状態の角度である。これらのパラメータは、ミュラー行列から決定することができる。
【００３２】
図３は、特徴的なダイアテニュエーション配向信号を、試料の回転角度として表示する。図３に示される信号は、測定された試料の光学的異方性の程度及び配向を抽出するべく使用することができる。図３におけるデータ点３０２は、偏光パラメータの測定、この場合、ダイアテニュエーション配向を表す。この測定は、０°から３６０°まで、２０°増分の試料回転角度で繰り返される。図３における連続曲線は、以下の式１によって記述される最適当てはめ曲線３０４を表す。リターダンス程度、ダイアテニュエーション程度等のような他の偏光パラメータも、測定された試料の光学的異方性の程度及び配向を抽出するべく使用することができる。方法は、以下にさらに詳述されるように、光学的異方性の程度及び配向を抽出してダイアテニュエーション配向、リターダンス程度等のような回転偏光信号を、下記関数（式１）のような経験的関数に当てはめる。
Ｐ＝Ａ＋Ｂｓｉｎ（２θ＋φＢ）＋Ｃｓｉｎ（θ＋φＣ）
【００３３】
この関数において、Ｐは、ダイアテニュエーション配向のような測定された偏光パラメータであり（かつ試料のミュラー行列測定から既知であり）、θは、やはり既知の試料の回転角度である。
【００３４】
Ｂは試料の異方性程度に比例し、φＢは異方性配向であり、これらは、当該式をデータに当てはめる前は当初未知である。ダイアテニュエーション配向Ｐが、多数の異なる角度（既知のθ）で測定されて既知となることにより、当該データ及びこの関数を、異方性程度に比例するＢと異方性配向であるφＢとを決定するべく使用することができる。Ｂ及びφＢを決定するべくＰ及び対応θのデータに対し、非線形曲線当てはめアルゴリズムを適用することができる。フーリエ分析技術も、Ｂ及びφＢの同じ決定を行うべく使用することができる。
【００３５】
さらに、考慮される偏光パラメータによっては、経験的関数の他のパラメータが、任意の物理的意味を有し又は有しない。いくつかのパラメータに対し、Ａは膜厚に比例する。ラビングＰＩ試料に対し、Ｃは、ＰＩのプレチルト角に比例する。パラメータφＣは一般に、試料の物理特性に関連しないが、その代わり、試料ステージの回転軸と試料の表面法線（すなわち垂直軸）との微小な不整合に関連する。これらのパラメータは、様々なＰ及びθ（ダイアテニュエーション配向及び対応回転角度）の対を知ることにより、非線形曲線当てはめ及び所与の式１を使用して解くことができる。他の式も可能である。
【００３６】
偏光計は、ミュラー行列、ダイアテニュエーション配向及びリターダンスのような測定値を取得する。一実施形態において、偏光計に接続された別個の治具が、試料に対して偏光計を又は偏光計に対して試料を回転させる。偏光計及び回転治具は双方とも、監視コンピュータによって制御することができる。ダイアテニュエーション配向、ミュラー行列、リターダンス及び回転角度のような様々な測定されたパラメータは、コンピュータに格納し、曲線当てはめを含む計算をコンピュータによって行うことができる。コンピュータは、偏光計、治具及び計算の制御、並びに任意の他の適切なコンポーネント又は機能を実装するソフトウェア及び／又はプロセッサのようなハードウェアを含み得る。プロセッサはまた、データをコンピュータのメモリに格納し得る。
【００３７】
図１及び２において、システムは、試料の完全ミュラー行列が測定できるように示される。しかしながら、ダイアテニュエーション配向を測定する目的にとって、完全ミュラー行列を測定することが必要とは限らない。ダイアテニュエーション配向のみを測定可能な、複雑ではない測定システムもまた、異方性パラメータを決定するべく上記経験式１が必要とするデータを与える。かかるシステム最も単純な設計は、光源を、試料を照射するべく使用される回転偏光子と、反射又は透過ビームを収集する（積分球及びフォトダイオードのような）偏光非依存性検出器とに後続させることである。
【００３８】
図４は、材料の異方性程度及び異方性配向のような異方特性を決定する、本発明に係る典型的な方法のフローチャートを描く。まず、異方性試料１１０が、測定システムの回転ステージ１１２上に配置される（ステップ４０２）。次に、ミュラー行列偏光計は、反射又は透過いずれかにおいて試料のダイアテニュエーション配向を測定する（ステップ４０４）。ダイアテニュエーション配向を測定する一つの手段は、非特許文献８に記載の技術を使用してミュラー行列を測定することである（ステップ４０６）。その後、測定されたミュラー行列に基づき、ここに参照として組み入れられる非特許文献９に記載の技術を使用してダイアテニュエーション配向を計算する（ステップ４０８）。
【００３９】
次に、試料は異なる角度へと回転され（ステップ４１０）、試料１１０の他のダイアテニュエーション配向測定が行われる。これらの回転及び測定ステップは、ダイアテニュエーション配向対回転角度のデータセットが生成されるまで繰り返される（ステップ４０４〜４１２）。例えば、試料１１０は、２０度増分で完全に３６０度回転され、各増分ごとにダイアテニュエーション配向が測定される。増分角度は、必要とされる測定速度及び測定精度による。小さな増分を使用すると一般に測定精度が改善されるが、測定に必要な時間量も増加される。ダイアテニュエーション配向と回転角度との所望のデータセットが完成すると（ステップ４１２）、回転させてミュラー行列を測定し及びダイアテニュエーション配向を計算する工程は停止される。
【００４０】
次のステップは、上記式１のような経験式をデータセットに当てはめることである（ステップ４１４）。この場合、θは、測定された各増分における回転角度であり、Ｐは、測定されたダイアテニュエーション配向であり、パラメータＡ、Ｂ、φＢ、Ｃ及びφＣは当てはめパラメータである。Ｐ及びθの様々な既知データが得られると、ステップ４０４〜４１２において測定されたダイアテニュエーション配向対回転角度データセットの、式１による最適な当てはめを行う当てはめパラメータＡ、Ｂ、φＢ、Ｃ及びφＣの値を見出すべく、任意の適切な曲線当てはめ技術を使用することができる。これらの曲線当てはめ技術は当業者にとって周知である。
【００４１】
最終的に、ステップ４１４において決定された当てはめパラメータＢ及びφＢが、試料の異方性配向及び相対的異方性程度を決定するべく使用される（ステップ４１６）。式１の例において、Ｂは異方性程度に比例し、φＢは異方性配向である。試料の異方性程度が増加するとＢは増加し、試料の異方性程度が減少するとＢは減少する。試料の異方性程度がゼロであればＢはゼロである。ＬＣＤパネル製造者は、特定のＬＣＤ設計に対してＢと試料の真の異方性との関係を実験的に決定した後、測定されたＢの値を、製造されるパネルの異方性が高すぎるか、低すぎるか、又は許容可能な設計範囲内かの指標として使用する。製造者は、このフィードバックに基づいて自身の製造工程を調整する。
【００４２】
一つの典型的な装置は、公称異方性配向から４５°離れた回転角度においてのみ測定する。このシステムは、相対的異方性程度を測定できるが、異方性配向は測定できない。
【００４３】
様々な実施形態の上記説明は、例示及び記載を与えるが、網羅的であること又は本発明を精密な開示形態に制限することを意図しない。修正例及び変形例が、上記教示に鑑みて可能であり、又は本発明による実施から得られる。理解すべきことだが、本発明は、添付の請求項の要旨及び範囲内に含まれる様々な修正例及び均等構成をカバーすることを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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