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JP2000081371A - 薄膜分子配向評価方法、評価装置及び記録媒体 - Google Patents

薄膜分子配向評価方法、評価装置及び記録媒体

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Publication number
JP2000081371A
JP2000081371A JP25266298A JP25266298A JP2000081371A JP 2000081371 A JP2000081371 A JP 2000081371A JP 25266298 A JP25266298 A JP 25266298A JP 25266298 A JP25266298 A JP 25266298A JP 2000081371 A JP2000081371 A JP 2000081371A
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JP
Japan
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thin film
sample thin
sample
polarization state
incident
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Application number
JP25266298A
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English (en)
Inventor
Ichiro Hirozawa
一郎 廣沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Priority to US09/391,049 priority patent/US6151116A/en
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G01J4/04—Polarimeters using electric detection means

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  • Pathology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意の基板上に形成された異方性を有する薄
膜の分子配向状態を知ることができる評価方法及び装置
を提供する。 【解決手段】 光源（ＦＴ−ＩＲ装置４）から出射し、
試料薄膜（試料９）に入射した赤外線の反射光の偏光状
態の入射方位依存性を測定することにより、薄膜の分子
配向状態を決定する。反射赤外線の面方位依存性を測定
する際には、試料表面上で赤外線があたる領域を一定に
するために、試料を測定領域を中心にして面内回転す
る。面内分布を測定する場合には、赤外線があたる位置
を通る軸を中心に回転する回転ステージの上に、２方位
の平行移動ステージを設置した構成にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶分子に初期配
向を与える液晶配向膜などの分子配向に異方性がある薄
膜の分子配向状態を評価する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】分子配向に異方性がある薄膜（異方性薄
膜）の評価法としては、これまで、各種の方法が提案さ
れている。可視光線を使用するものとしては、(1)可視
光線を用いて複数の波長を入射した際に発生する反射光
強度の入射角依存性を測定する方法（特開平05-005699
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04-329333号公報：磯部「異方性薄膜の屈
折率及び膜厚を測定する方法」）、(2)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（特開平03-0
65637号公報：磯部「薄膜の屈折率膜厚測定法」）、(3)
直線偏光した入射光をレンズを用いて集光し、Ｓ偏光成
分のみおよびＰ偏光成分のみのをもつ入射光による反射
光強度の入射角および入射方位依存性を能率的に測定す
る方法（特開平08-152307号公報：宇川「光学定数測定
方法および測定装置」）、(4)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（特開平09-218133号公報：広沢「異方性
薄膜評価法及び評価装置」）、などが提案されている。
【０００３】これらの可視光線を用いる方法によれば、
結晶性が高い無機物の薄膜については、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。特に、本発明者による特開平08-218133号公報
（「異方性薄膜評価法及び評価装置」）に開示された技
術によれば、光学的異方性ばかりでなく、試料膜厚も決
定することができる。
【０００４】しかしながら、有機薄膜は、一般に結晶性
がきわめて悪いために、膜の光学的異方性から分子配向
を決定することが困難である。さらに液晶配向膜に代表
される高分子薄膜は、分子鎖同士が相互に絡み合ってい
ることが予想され、高分子鎖を構成する基本単位の光学
的特性が高分子鎖の光学的特性を正確に反映しないこと
が予想される。つまり、可視光線による光学的異方性を
測定することによっては、結晶性が悪い薄膜や液晶配向
膜のような高分子有機薄膜の分子配向を決定することが
できない。
【０００５】有機薄膜の分子配向状態を評価するため
に、直線偏光した赤外線をもちいた赤外線吸収分光法が
広く行われている［例えば、R. Arafune et al., Appl.
Phys.Lett., 71, 2755(1997)（荒船他、アプライドフ
ィジクスレターズ、７１巻、２７５５頁、１９９７年）
など］。この方法は、試料を透過する赤外線の偏光方位
と試料方位との相対的角度に対する赤外線強度の変化量
を測定するものである。つまり、赤外線吸収量が分子配
向方位によって違うという二色性を検出して、配向方位
を評価する手法である。この手法の適用範囲は、シリコ
ンやフッ化カルシウム（ホタル石: ＣａＦ2）など赤外
線が透過する基板上に作成された膜に限られる。赤外線
はガラス基板を透過しないために、この手法では、液晶
配向膜のようにガラス基板上に作成した膜の分子配向状
態を測定することはできない。
【０００６】また近年、薄膜表面に赤外線を当てた際に
発生する反射光の偏光状態の波長分散を測定する赤外エ
リプソメトリが開発され、シリコン基板と炭素膜の結合
状態の評価［T. Heitz et al., Appl. Phys. Lett., 7
2, 780(1998)（ハイツ他、アプライドフィジクスレター
ズ、７２巻、７８０ページ、１９９８年）］や、シリコ
ン基板上のホウリンケイ酸ガラス（boronphosphosilica
te glass：ＢＰＳＧ）の膜厚と組成評価［R. Ossikovsk
i et al., Appl. Phys. Lett., 65, 1236(1994)（ハオ
シコフスキー他、アプライドフィジクスレターズ、６５
巻、１２３６ページ、１９９４年）］などが行われてい
る。この手法によれば、分子配向を反映して特定の赤外
吸収波長において偏光状態が大きく変化するため、赤外
線吸収分光と同様の化学的組成に関する知見が得られ、
また、ガラス基板上の試料の測定も可能であるが、この
手法は、等方的な膜に関してのみ用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、可視
光線を使用する方法は、結晶性の高い無機物の薄膜には
好適に適用できるものの、有機薄膜の分子配向状態の測
定などには適用できない。赤外線の吸収を用いる方法で
は、赤外線を透過しない例えばガラス基板上に形成され
た薄膜の分子配向状態の測定を行うことができない。赤
外分光エリプソメトリでは、ガラス基板上の試料も測定
が可能であるが、分子配向が異方的な薄膜を評価できな
い。
【０００８】結局、ガラス基板上に形成された異方性を
有する有機薄膜（例えば、液晶配向膜）の分子配向状態
を測定する手法は存在しないのが現状である。
【０００９】本発明の目的は、任意の基板上に形成され
た異方性を有する有機薄膜の分子配向状態を知ることが
できる薄膜分子配向評価方法及び評価装置を提供するこ
とにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜分子配向評
価方法、試料薄膜における分子配向状態を評価する方法
であって、一定の偏光状態の赤外線を試料薄膜に入射し
たときに発生する反射赤外線の偏光状態の入射方位依存
性を、試料薄膜の表面に平行な面内で試料薄膜を回転さ
せて測定し、偏光状態の入射方位依存性から、試料薄膜
の光学的異方性を決定し、光学的異方性に基づいて、試
料薄膜における分子配向状態を決定する。
【００１１】本発明の薄膜分子配向評価装置は、試料薄
膜における分子配向状態を評価する装置であって、一定
の偏光状態の赤外線を発生して試料薄膜に入射させる光
源と、試料薄膜の表面に平行な面内で試料薄膜を回転さ
せる回転ステージと、試料薄膜から反射した赤外線を検
出する検出器と、を有し、光源からの一定の偏光状態の
赤外線を試料薄膜に入射したときに発生する反射赤外線
の偏光状態の入射方位依存性を、回転ステージによって
試料薄膜の表面に平行な面内で試料薄膜を回転させて測
定し、偏光状態の入射方位依存性から試料薄膜の光学的
異方性を決定し、光学的異方性に基づいて試料薄膜にお
ける分子配向状態を決定する。
【００１２】本発明においては、試料薄膜の表面上の複
数の測定点において入射方位依存性を測定し、試料薄膜
における分子配向状態の面内分布を求めるようにするこ
とが好ましい。一定の偏光状態の赤外線を発生する光源
としては、ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）装置と
偏光子を備えるものを用いることができる。さらに、赤
外線での測定であるので、薄膜試料と入射及び出射赤外
線の光路とを真空中あるいは不活性ガス（ここで不活性
ガスとは、窒素及び希ガスの中から選ばれた１種以上の
ガスのことである）中に配置することが好ましい。
【００１３】すなわち本発明は、試料表面に赤外線を入
射した際に発生する反射光の偏光状態の入射方位依存性
のを測定することにより、薄膜の分子配向に関する直接
的な情報を得るものである。同じ測定点の入射方位依存
性を測定するにあたり、試料面に垂直で測定点を通る回
転ステージに試料を保持し、このステージを用いた試料
回転を行うようにすればよい。さらに、分子配向の面内
分布を測定する際には、この回転ステージ上に２つの異
なった方位に平行移動するステージを設置し、その上に
試料を保持すればよい。試料面上の測定位置の走査はこ
の平行移動ステージにより行う。
【００１４】測定された反射赤外線の入射方位依存性を
４×４行列法に基づいて解析することにより、赤外線吸
収に寄与する化学的部位の配向状態についての直接的な
情報が得られる。
【００１５】《作用》反射光の偏光状態は、４×４行列
により計算できる［D. W. Berrman and T. J. Scheffe
r, Phys. Rev. Lett., 25, 577(1970)（ベルマン、シェ
ファー、フィジカルレビューレターズ、２５巻、５７７
ページ、１９７０年）］。この方法にしたがえば、入射
角βで試料に光が入射した場合、ΦI、Φr、Φtによっ
てそれぞれ入射光、反射光および基板への透過光の状態
を表すと、それぞれの間に成立する関係は、分子配向し
て単軸異方的になっている膜の場合は、４×４行列Ｌと
膜厚ｄを用いて、 Φt＝ｅｘｐ(ｉｄＬ)（ΦI＋Φr） となる。行列Ｌにおいて、要素Δ14,Δ24,Δ31,Δ32,Δ
33,Δ41,Δ42,Δ44は０であり、残りの要素は、Δ11＝
−(εe−εo) sinβ sinθ cosθ sinφ／(εe cos2θ
＋εo sin2θ),Δ12＝１−sin2β／(εe cos2θ＋εo s
in2θ),Δ13＝(εe−εo) sinβ sinθ cosθ cosφ／
(εe cos2θ＋εo sin2θ),Δ21＝εo[εe−(εe−εo)
sin2θ cos2φ]／(εe cos2θ＋εo sin2θ),Δ22＝−
εe(εe−εo) sin2θ cos2φ／(εe cos2θ＋εo sin2
θ),Δ23＝−εo(εe−εo) sinθ cosφ sinφ／(εe
cos2θ＋εo sin2θ),Δ34＝１Δ43＝εo[εe−(εe−
εo)sin2θ sin2φ]／(εe cos2θ＋εo sin2θ)−sin 2
β,で表される。これらの式中で、εe,εoは、主誘電率
座標系で表した誘電率、θは主誘電率座標の膜表面に対
する傾斜角、φは入射光の面内方位角である。これらの
式にしたがって反射光の偏光状態を計算すると、式中の
εeとεoに差があれば、反射光の偏光状態に異方性が発
生することが示される。さらに、膜表面に対する主誘電
率座標の角度の違いが入射方位依存性に反映するので、
反射赤外光の偏光状態の入射方位依存性の測定値から、
異方的誘電率と主軸の傾きを決定できる。誘電率には吸
収が反映されるため、赤外線吸収に寄与した構造単位の
向きの異方性を決定することができる。
【００１６】ここで赤外線を用いる理由を説明すれば、
赤外線は分子振動と相互作用があるために、赤外線を用
いることによって、分子振動に対応する分子構造自身の
向き（配向状態）についての知見が得られる。すなわ
ち、赤外線を用いることによって、複素誘電率が測定で
き、各分子振動自身の複素誘電率が既知であれば、分子
配向を決定できるのである。可視光や紫外光を用いた場
合には、偏光状態の測定を行ったとしても、これら波長
領域の光が分子振動との相互作用を持たないので、分子
自身の配向を決定することはできないのである。
【００１７】以上のように、本発明によれば、試料表面
からの反射赤外線の偏光状態の入射方位依存性を測定す
ることにより、膜の分子配向状態を決定することができ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照して説明する。
【００１９】《第１の実施形態》図１は、本発明の薄膜
分子配向評価方法を実施するためのものであって、試料
回転ステージを備えた評価装置の構成の一例を示す図で
ある。
【００２０】この評価装置では、赤外線の光路が、希ガ
スあるいは窒素ガスなどの不活性ガス、または真空中を
通るようにするために、試料や光学素子を含めた装置の
主要部分が容器１内に収納されている。容器１には、ガ
スの導入口としてのバルブ２と、排出口としてのバルブ
３と、試料導入用の扉１２とが備えられている。容器１
としては、厚さ１ｃｍのアクリル樹脂製のものと、覗き
窓がついたステンレス製のものの２種類を用意して、後
述する測定を実際に行った。容器１内には、タングステ
ン(Ｗ)フィラメントによる赤外線源と干渉計とを含めた
ＦＴ−ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）装置４が設けられ
ている。ここでは、ＦＴ−ＩＲ装置４としては、Ｂｉｏ
−ｒａｄ製のＳＰＣ−３２００を流用し、さらに、ＦＴ
−ＩＲ装置４の試料部にミラーを配置して赤外線をＦＴ
−ＩＲ装置４の外部に導くようにした。
【００２１】試料９はステージ１０上に載置されるもの
とし、ＦＴ−ＩＲ装置４を出た赤外線が、偏光子５と光
弾性素子６を通過して試料９に入射し、試料９の表面で
反射された赤外線が検光子７を通過して検出器８に入射
するように、偏光子５、光弾性素子６、検光子７、検出
器８及びステージ１０が容器１内に配置されている。こ
こで光弾性素子６は、例えば４０ｋＨｚの変調振動数に
より偏光状態を変調させるものであり、検出器８は、赤
外線の強度を検出するためのものである。さらに、入射
赤外線に対する試料面の傾きを確認するために、容器１
内にオートコリメータ１１を取り付けた。なお、試料９
の傾きの調整の作業能率を向上するために、オートコリ
メータ１１での試料９からの反射光位置をＣＣＤカメラ
によりモニターし、モニター画像を容器１外に設けられ
たディスプレイ１３に映し出すようにした。
【００２２】容器１が設けられたことを除いてこの装置
における光学系の配置は、これまでに報告されている配
置［B. Drevillon et al., Thin Solid Films, 236, 20
4(1993)（ドレヴィロン他、シンソリッドフィルムス、
２３６巻、２０４ページ、１９９３年）］と基本的に同
様であるが、本実施の形態では、ステージ１０は、試料
９への赤外線の入射方位を調整するために、回転ステー
ジと回転面内移動用の２つの平行移動ステージとの組み
合わせより構成されている。図２は、ステージ１０の詳
細な構成を示す図である。
【００２３】入射方位調整用の回転ステージ２１は、そ
の回転軸が試料表面上の赤外線があたる位置を通るよう
に配置されている。２つの平行移動ステージ２２,２３
が、それらの移動方向が回転軸と直交するともに相互に
平行移動の方向が直交するように、回転ステージ２１の
上に積層されている。試料を載置するための取り付け用
板２６は、上側の平行移動ステージ２２の上に設けられ
ている。ここで試料表面のあおり角を調整するためにノ
ブ２４が取り付け用板２６に設けられており、ノブ２４
を調節することによって取り付け用板２６の傾き角を調
整できるようになっている。さらに、回転ステージ２１
の下側には、回転ステージ２１に回転軸方向に移動する
平行移動ステージ２５が取り付けられている。この平行
移動ステージ２５は、厚さの異なる試料の測定に対応す
るためのものである。なお、図２中の矢印は、回転ステ
ージ２１、各平行移動ステージ２２,２３,２５の移動方
向を示している。
【００２４】この評価装置では、試料９の表面に形成さ
れている薄膜の異方性の面内分布の測定を自動で行なう
ために、制御用のコンピュータ１４を容器１の外部に設
け、このコンピュータ１４によって、ＦＴ−ＩＲ装置
４、光弾性素子６、検出器８、ステージ１０の動作およ
びデータの取り込みを制御している。
【００２５】この評価装置を組み立てるにあたり、測定
試料の位置を決定するために、以下の方法を用いた。ま
ず、偏光子５、光弾性素子６及び検光子７を取り除いた
状態で、表面を金（Ａｕ）でコートした直径１０ｍｍの
鏡を試料位置におき、検出器８での反射赤外線強度が最
大になるように、ステージ１０を調整した。次に、表面
に金をコートした領域を有する複数の研磨された光学ガ
ラス片を用意し、金がコートされた領域の直径が、５ｍ
ｍ、３ｍｍ、１ｍｍと段階的に小さくなるようにして各
光学ガラス片を試料位置に配置し、同様の調整を行っ
た。金がコートされた領域の直径が１ｍｍである鏡（光
学ガラス片）を用いて赤外線強度が最大になった状態
で、オートコリメータ１１の位置調整をおこなった。そ
の後、偏光子５、光弾性素子６及び検光子７を取り付け
て同様な手順で再調整した。以上の作業は、雰囲気を保
持する容器１の側壁が一部存在しない状態で行い、この
作業終了後に側壁を取り付けてから再度配置を確認し
た。なお、試料９の入射側（ＦＴ−ＩＲ装置４の側）及
び反射側（検出器８の側）には、それぞれ、光ビームを
絞るためのアパーチャ（不図示）が取り付けられてい
る。ここでは、各アパーチャとして、円形のものを用い
た。
【００２６】次に、上述した評価装置を用いて、試料に
おける薄膜の分子配向の異方性を評価した例について説
明する。
【００２７】まず、試料の作成手順を説明する。ガラス
基板（コーニング(Corning)社７０５９）上に、日産化
学製ポリイミドＰＩ−Ｃをスピンコートし、９０℃で３
０分加熱した後、２５０℃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Ｍ
ＡＲＹ−１０２を用い、入射角７０°で試料Ｃのポリイ
ミド膜の膜厚を測定したところ、７２ｎｍであった。そ
の後、試料Ｃに対し、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、ベーキング（焼成）後にラビン
グ処理を施さない試料もあわせて作成した。ラビング処
理を施さない試料面上の１０点をＨｅ−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。
【００２８】上述したように容器１としてアクリル樹脂
製のものとステンレス製のものを用意したが、ここで
は、アクリル製の容器１を用いてこれら２つの試料の測
定を行った。容器１内にはアルゴン（Ａｒ）ガスを導入
して測定を行ったが、雰囲気中に残存する水分に起因す
るピークが目立たなくなるまで、約５０分を要した。試
料の高さ位置は、反射赤外線強度が最大になるように調
整し、あおりは、オートコリメータ１１によって調整し
た。
【００２９】測定は、試料表面に対する赤外線の入射角
を６２°とし、偏光子５によって直線偏光とした赤外線
を試料に照射し、検光子７を回転させながら、試料から
反射してきた赤外線を検出器８で検出して反射赤外線の
偏光状態（Ｓ成分の振幅とＰ成分の振幅）を観測するこ
とによって実行する。よく知られているように、Ｓ成分
は試料表面に平行な方向の偏光成分であり、Ｐ成分はＳ
成分に直交する方向の偏光成分である。偏光子５による
直線偏光の方向は、光弾性素子６で変調を加えない状態
で、試料に入射する光におけるＳ成分とＰ成分の振幅が
等しくなる方向に設定した。ここでは、ＦＴ−ＩＲ装置
４の動作と同期して検出器８において赤外線の検出を行
うことにより、各波長ごとに偏光状態を測定することが
できる。
【００３０】本実施の形態では、試料によって反射され
た光の偏光状態を表わすために、(1) 反射赤外線におけ
るＳ成分の振幅ＡSに対するＰ成分の振幅ＡPの振幅比
（ＡP／ＡS）の逆正接ψ（＝ｔａｎ-1(ＡP／ＡS)）と、
(2) Ｓ成分の位相δSとＰ成分の位相δPとの位相差Δ
（＝δP−δS）と、を使用する。
【００３１】検光子７を回転させたときに検出器８で検
出される光の強度変化を測定し、検光子角についての検
光子７を通過する光の強度のフーリエ和から、振幅比の
逆正接ψと位相差Δとを求めることができる。なお、周
期関数であることから位相差Δについては値が２つ得ら
れるが、光弾性素子６によって偏光状態を変化させて測
定を行い、偏光状態を変化させても変化しなかった方の
値を位相差Δの最終的な値として採用する。
【００３２】ＦＴ−ＩＲ装置４から出射する赤外線の波
数（波長）を変えながら、上記のψとΔを測定し、ψ及
びΔの赤外線波数依存性すなわち波数分散を求めた。そ
のとき、回転ステージ２１を操作し、入射方位が０°
（図３〜図６において白丸）と６０°（図３において黒
丸）の両方について波数分散を求めた。なお、入射方位
は、回転ステージ２１に設定した基準方位からの相対方
位で表わされている。
【００３３】図３は、ラビング処理を行っていない試料
（参照試料）すなわち等方性膜における振幅比の逆正接
ψの赤外線波数依存性を示すグラフである。また、図４
は、ラビング処理を行っていない試料における位相差Δ
の赤外線波数依存性を示すグラフである。これらに対
し、図５は、ラビング処理を行った試料（試料Ｃ）すな
わち異方性膜における振幅比の逆正接ψの赤外線波数依
存性を示すグラフであり、図６は、ラビング処理を行っ
た試料における位相差Δの赤外線波数依存性を示すグラ
フである。
【００３４】等方性膜に対する結果を示す図３と図４に
おいては、入射方位の０°（白丸）と６０°（黒丸）と
の間には有意な差が認められないが、異方性膜に対する
けかを示す図５及び図６では、波数１５００ｃｍ-1及び
１７００ｃｍ-1付近の微細構造に注目すると、わずかで
はあるが入射方位の差による違いが見られる。結局、こ
れらグラフを比較すると、ラビングを施すことによって
分子配向に異方性が発生したと考えられる試料には、ラ
ビングを施さない試料には観測されなかった微細構造が
みられたことになる。これにより、入射方位依存性を測
定しなくても膜の異方性の有無に関する判断ができる可
能性があるといえる。
【００３５】次に、ラビングを施さない試料（参照試
料）とラビングを施した試料（試料Ｃ）について、回転
ステージ２１を操作することにより、６０°間隔で入射
方位依存性の測定を行った。図７は、波数１５００ｃｍ
-1のピークについての位相差Δの入射方位依存性を示
し、図８は、波数１５００ｃｍ-1のピークについての振
幅比の逆正接ψの入射方位依存性を示している。これら
の図において、ラビング処理を施さない試料の結果を白
丸で示し、ラビングを施した試料の結果を黒丸で示して
いる。これらのグラフから、位相差Δ、振幅比の逆正接
ψとも、ラビングを施した試料の方が、ラビングを施し
ていない試料よりも、入射方位の違いによる偏光状態の
差が大きく、ラビングによって分子配向に異方性が発生
していることが分かる。
【００３６】以上述べた測定を窒素ガス雰囲気下でも行
ったが、容器１内の水分等のパージに要する時間が約４
０分に若干短縮されたこと以外には、大きな差はなかっ
た。
【００３７】《第２の実施形態》雰囲気置換のためのパ
ージ時間を短縮するためには、真空排気とガスの再導入
が効果的であるが、アクリル容器は、容器の内外の圧力
差に耐えられない。そこでこの実施の形態では、ステン
レス製の容器１を用いて測定を行った。赤外線の光路の
調整や試料位置の調整は、上述した第１の実施の形態で
のアクリル容器の場合と同じである。さらに、赤外線ビ
ームを絞るために用いるアパーチャの形状を円から楕円
に変更した。円形のアパーチャを用いて絞った円形断面
の赤外線をビームを用いると、この赤外線ビームが試料
表面に対して斜めに入射することにより、試料表面上の
赤外線があたる領域の形状は、入射方位に長軸をもつ楕
円となる。そして図９に示すように、入射方位が変化す
ることによってこの楕円の長軸の向きも変化するため
に、偏光状態の入射方位依存性の測定精度が低下するこ
とが予想される。そこでこの実施の形態では、アパーチ
ャの形状をＳ偏光方向に長軸をもった楕円にすることに
よって、試料面上の赤外線のあたる領域を円形にするこ
とができた。このようなアパーチャを用い、容器１内を
ロータリポンプで排気して、２つの試料（ラビングを施
した試料とラビングを施さない試料）の測定を行った。
試料の作成方法は、第１の実施形態の場合と同様であ
る。
【００３８】図１０及び図１１は、それぞれ、位相差Δ
及び振幅比の逆正接ψの入射方位依存性の測定結果を示
すグラフである。ここでは、白丸によってラビング処理
を施さない試料の結果を示し、黒丸によってラビング処
理を施した試料の結果を示している。これら図１０及び
図１１から分かるように、ラビング処理を行っていない
試料では、第１の実施形態での図７及び図８と比較し
て、位相差Δ、振幅比の逆正接ψともに、入射方位依存
性が小さくなっている。これにより、第１の実施形態で
みられたラビング処理を施していない試料での位相差
Δ、振幅比の逆正接ψの入射方位による違いは、膜の面
内不均一性を反映したものと考えられる。なお、楕円形
のアパーチャを用いる代わりに、第１の実施形態の装置
において、赤外線を導出するために用いているＦＴ−Ｉ
Ｒ装置４の試料部に円筒鏡をおいてビーム形状を整形を
試みたが、赤外線強度が若干強くなった以外は、楕円形
のアパーチャを用いる場合と比較して、優位な効果は得
られなかった。
【００３９】図１０及び図１１に示すデータに基づき、
ポリイミド中のフェニル基に対応する波数１５００ｃｍ
-1付近のピークに注目し、フェニル基の向きを以下の方
法で決定した。まず、反射赤外線の偏光状態の入射方位
依存性を測定する。より詳細には、上述の「課題を解決
するための手段」の欄の（作用）の項で示したとおり、
４×４行列によって、反射赤外線の偏光状態を計算す
る。ポリイミド膜に対応する４×４行列は、上記（作
用）の項に記したものと同じである。一方、窒素や希ガ
スなどの不活性ガス中を透過する入射光や反射光の４×
４行列は、要素Δ14,Δ24,Δ31,Δ32,Δ33,Δ41,Δ42,
Δ44が０であるほか、各要素が、 Δ11＝０, Δ12＝１−sin2β, Δ13＝０, Δ21＝１, Δ22＝０, Δ23＝０, Δ34＝１, Δ43＝１−sin2β, となる。これらの行列は、試料表面法線に平行にＺ軸、
赤外線の入射平面及び試料表面に平行にＸ軸、Ｘ軸とＺ
軸の両方に垂直にＹ軸を定義したものである。ここで、
膜中での４×４行列を行列Ａとし、不活性ガス（窒素あ
るいは希ガス）中の４×４行列を行列Ｂとし、さらに、
膜厚をｄとする。入射光、反射光、膜中の透過光の電磁
場の状態を、それぞれ、４つの電磁場成分Ｅx,Ｈy,Ｅy,
−Ｈxを要素とする列ベクトルΦI,Φr,Φtとすると、こ
れらのベクトル間には、 (ΦI＋Φr) exp(-ｉωＡｚ) exp(−ｉωＢｄ)＝Φt で示される関係が成立する。ｚは、試料表面からの距離
であるため任意の値をとる。ΦI,Φrはｚの値に依存す
るが、試料からの反射率は、ΦrとΦIの比から計算され
るために、ｚの値には依存しない。そこでｚ＝０とする
と、 (ΦI＋Φr) exp(−ｉωＢｄ)＝Φt が得られる。具体的にexp(−ｉωＢｚ)の計算は、ｉω
Ｂｚについてテーラー展開を行い２４次の項まで考慮し
て行った。Ｂの累乗の計算は、ケーリーハミルトンの定
理を用いて高速化をはかった。ΦIは入射光であるので
任意の値を用いることができる。さらに、スネルの法則
により、ΦIよりΦtを直接計算できる。以上より、Φr
を一義的に決定することができる。Φrの電場成分Ｅrx,
Ｅryと、反射赤外線の試料面に平行なＳ成分Ｅrs、及び
Ｓ成分と赤外線の進行方向にともに垂直な成分（Ｐ成
分）Ｅrpの間には、 Ｅrs＝Ｅry, Ｅrp＝Ｅrx cosβなる関係がある。つまり反射光の偏光
状態（Δr,ψr）は、 exp(ｉΔr) tanψr＝Ｅrx cosβ／Ｅry より決定される。以上の計算を各測定方位について行
う。
【００４０】図１２は、入射方位依存性を決定するため
の以上の計算手順を示すフローチャートである。まず、
波長、入射角及び膜構造パラメータを入力し（ステップ
１０１）、４×４行列を計算し（ステップ１０２）、こ
の４×４行列の固有値と固有ベクトルを計算する（ステ
ップ１０３）。次に、ケーリーハミルトンの定理を用い
て、実験室座標系での電磁場を計算し（ステップ１０
４）、光固有の座標で表現した偏光状態を計算し（ステ
ップ１０５）、結果を出力する（ステップ１０６）。そ
して、全ての方位についての計算が完了したかどうかを
判定し（ステップ１０７）、完了している場合には、入
射方位依存性測定の処理手順を終了し、完了していない
場合には、試料方位を変更し（ステップ１０８）、ステ
ップ１０２からの処理を繰り返す。
【００４１】次に、以上の手続きより計算された反射赤
外線の偏光状態の入射方位依存性と、測定結果とを比較
して、計算結果が測定結果と一致するように、膜構造パ
ラメータを最適化する。パラメータの最適化は以下のよ
うにして行った。単軸異方性を仮定した場合、反射光の
偏光状態は、上述（「課題を解決するための手段」の欄
の（作用）の項）したように、４×４行列法により計算
できる。波数１５００ｃｍ-1のピークの入射方位依存性
に注目した場合、このピークは、フェニル基の伸縮振動
に対応するため、このピークの吸収係数の異方性を決定
することにより、フェニル基の分子配向を決定できる。
吸収の存在を考慮すると、主誘電率座標系で表わした２
つの異方的誘電率εe,εoは複素数となり、それぞれ、 εe＝εer＋ｉεei, εo＝εor＋ｉεoi と表わされる。ｉは虚数単位である。そして膜構造パラ
メータの中でも、この４つのパラメータ（εer,εei,ε
or,εoi）と主誘電率座標の膜表面に対する傾き角θと
膜厚ｄが、決定すべき６個のパラメータになる。分子配
向の規則性を反映した量である誘電率の４つの成分（ε
er,εei,εor,εoi）のうち、吸収に対応する部分であ
る２つの虚数成分（εei,εoi）が分子配向に関するよ
り直接的な情報を与える。
【００４２】今回、測定により得られたのは、６方位
（全円周を６０°刻みで測定すると６方位になる）の反
射光の偏光状態を示す１２個の値であるから、膜構造を
示すこれら６個のパラメータを決定するには十分であ
る。しかし、各測定値は誤差を含むため、解析的に求め
たパラメータは大きな誤差を含むことが予想される。ま
た、計算式の非線形性が高いため、解析的に６個のパラ
メータを決定することは大変困難である。そこで最小自
乗法によってパラメータを求めることとし、６個の未知
パラメータに暫定的な値を代入し、そこから計算される
偏光状態の入射方位依存性と測定値とを比較して差の２
乗和が最小になる値をパラメータの決定値とした。ここ
で全残差Ｒと各測定点の残差ｒj（ｊ番目の測定点）と
して、 Ｒ＝Σ(Ｗ1(Δobs―Δcal)2＋Ｗ2(ψobs―ψcal)2), ｒj＝Ｗ1(Δobs―Δcal)2＋Ｗ2(ψobs―ψcal)2 と定義した。ここでΔobs,Δcalは、それぞれ、各入射
方位における位相差Δの測定値と計算値であり、ψobs,
ψcalは、それぞれ、各入射方位における振幅比の逆正
接ψの測定値と計算値である。Ｗ1,Ｗ2は、加重（重み
付け係数）であって、最適化過程において、位相差Δの
一致を優先するのか、振幅比の逆正接ψの一致を優先す
るのか、の優先度を調節する。和（Σ）は、すべての測
定方位について行う。ここで述べた実施形態では、測定
方位は６点である。
【００４３】最小二乗法の計算は、修正マーカット法を
主体とし、計算アルゴリズムとしては、小柳著「最小二
乗法によるデータ解析」（東京大学出版会）を参考にし
た。具体的には、全残差Ｒのパラメータ依存性を決定す
るため、各測定方位における残差ｒjを決定する６個の
パラメータそれぞれについて偏微分を計算し、それぞれ
を行列要素とした微分行列を決定する。この場合は６行
６列の行列Ａになる。さらに、残差ｒjを要素とする列
ベクトルＢを定義する。
【００４４】ＡＰ＝Ｂ を満たす列ベクトルＰがパラメータ修正ベクトルであ
り、この値をＡ,Ｂを計算する際に用いたパラメータに
足して新たな膜構造パラメータとし、測定結果と計算結
果が一致するまでこの手続きをすることを基本とする。
しかし、膜構造パラメータの算出問題では非線形性が高
いため、この方法で修正したパラメータより得られた全
残差が修正前よりも小さくなるとは限らない。そこで修
正ベクトルの値を半分にする操作を全残差Ｒが修正前の
値より小さくなるまで繰り返した。この修正ベクトルの
大きさを半分にする手順の繰り返しを４回行っても全残
差が減少しない場合には、微分行列の対角要素に任意の
数（ダンピング）を付加する操作を行って修正ベクトル
を改めて計算した。付加する値は、行列Ａの行列式の値
の４分の１を基準にし、各ダンピング操作で得られた修
正ベクトルについても全残差が修正前の残差より小さく
なるまで４回以下の回数で修正ベクトルの値を半減させ
た。ダンピング付加によっても全残差が減少しない場合
は、ダンピング値を４倍ずつ大きくする操作を５回を限
度に行った。
【００４５】図１３は、以上の処理を具体的に示すフロ
ーチャートである。まず、初期値パラメータを設定し
（ステップ１１１）、偏光状態を計算し（ステップ１１
２）、計算値と測定値とを比較して全残差Ｒを計算する
（ステップ１１３）。そして、全残差Ｒが所定の収束条
件を満足しているかどうかを判断し（ステップ１１
４）、収束した場合には、ステップ１１６に移行して結
果を出力して、処理を終了する。一方、ステップ１１４
で収束していない場合には、反復回数が上限に達したか
どうかを判定し（ステップ１１５）、上限に達している
場合には、やはりステップ１１６に移行して結果を出力
し、処理を終了する。
【００４６】ステップ１１５で上限に達していない場
合、微分行列Ａを計算し（ステップ１１７）、修正ベク
トルＰを計算し（ステップ１１８）、修正ベクトルＰを
膜構造パラメータに加算して得た新たな膜構造パラメー
タに基づいて偏光状態を計算する（ステップ１１９）。
そして、計算値と測定値とを比較して全残差Ｒを算出し
（ステップ１２０）、修正前後で全残差Ｒが増大したか
しないかを判断する（ステップ１２１）。ステップ１２
１において全残差Ｒが増大していない場合には、ステッ
プ１１９で得た膜構造パラメータに置き換えて（ステッ
プ１２２）、ステップ１１２からの処理を繰り返す。
【００４７】ステップ１２１で全残差Ｒが増大した場合
には、修正ベクトルのノルムを半減し（ステップ１２
３）、偏光状態を計算し（ステップ１２４）、計算値と
測定値とを比較して全残差Ｒを計算し（ステップ１２
５）、再修正前後で全残差Ｒが増大したかしないかを判
断する（ステップ１２６）。ステップ１２６において全
残差Ｒが増大していない場合には、ステップ１２２に移
行してパラメータの置き換えを行い、ステップ１１２か
らの処理を繰り返す。ステップ１２６で全残差Ｒが増大
している場合には、修正ベクトルのノルムを半減するこ
とについての反復回数が上限に達したかどうかを判断し
（ステップ１２７）、上限に達していない場合にはステ
ップ１２３に戻って修正ベクトルのノルムを半減する処
理を繰り返す。ステップ１２７で上限に達していする場
合には、微分行列Ａに対するダンピングを付加する処理
の反復回数の上限に達しているかどうかを判断する（ス
テップ１２８）。ステップ１２８で上限に達している場
合には、ステップ１１６に移行して結果を出力して、処
理を終了する。ステップ１２８で上限に達していない場
合には、微分行列Ａのダンピングを変更し（ステップ１
２９）、ステップ１１８からの処理を繰り返す。
【００４８】以上のようにして、最小自乗法により、膜
構造パラメータの最適化を行うことができる。
【００４９】本実施形態において上述した試料に対する
測定結果に基づいて膜構造パラメータの最適化を行った
ところ、膜厚ｄが約５４ｎｍ、主誘電率座標の傾き角が
６３°付近、εoi,εeiがそれぞれ１．０，１．２とい
う結果が得られた。フェニル基において６員環の面内方
向と面の法線方向の吸収係数が１：２になることを考慮
すると、フェニル基の全体の約６０％が［（１．０／
１．２）÷（１／２）＝０．６］が、６員環の面を試料
表面から２７°（＝９０°―６３°）傾けた状態で配向
していると決定できた。
【００５０】《第３の実施形態》第２の実施形態と同じ
構成の装置と試料を用い、ステージ１０での移動によ
り、面内分布測定を行った。
【００５１】この測定は、図１４に示した手順により、
コンピュータ１４による制御によって自動で行った。ま
ず、測定条件をコンピュータ１４に入力すると（ステッ
プ１３１）、コンピュータ１４によって測定位置に試料
が移動し（ステップ１３２）、次に、試料方位の変更が
行われる（ステップ１３３）。その後、反射強度が最大
になるように焦点調整を行い（ステップ１３４）、偏光
測定を行う（ステップ１３５）。そして、所定の各方位
についての測定が終わったかどうか、すなわち方位回転
が完了したかどうかを判断し（ステップ１３６）、完了
していない場合にはステップ１３３に戻って試料方位を
変えた測定を繰り返す。ステップ１３６で方位回転が完
了している場合には、その測定位置での位相差Δの変化
量（最大値と最小値との差）と振幅比の逆正接ψの変化
量（最大値と最小値との差）を決定し（ステップ１３
７）、試料の全測定位置での測定が完了したかどうか、
すなわち面内測定領域が完了したかどうかを判断する
（ステップ１３８）。面内測定領域が完了している場合
には、処理を終了し、完了していない場合には、ステッ
プ１３２に戻って測定位置の移動を行い、次の測定点に
試料を移動させて上述の処理を繰り返す。
【００５２】最初の測定点において、第１の実施形態と
同様に、反射強度から試料高さを最適化し、オートコリ
メータ１１を用いてあおりを調整した。そして、第１の
実施形態と同様に、試料回転により反射赤外線の偏光状
態の入射方位依存性を測定し、その後、平行移動ステー
ジ２２,２３を制御して試料を所定の位置に移動させ、
試料回転によりその点における反射赤外線の偏光状態の
入射方位依存性を測定した。ここでは、縦横５ｍｍ間隔
で縦横各６点、一辺２５ｍｍの正方形の領域を格子状に
３６点測定した。なお、この際の入射方位間隔は各点と
も６０°である。図１５は、この測定により得られた波
数１５００ｃｍ-1のピークの各点のΔ（位相差）成分の
最大値と最小値の差の分布を示す。Δ成分の最大値と最
小値の差は、分子配向の規則性及び膜厚を反映したもの
である。膜厚のばらつきの面内分布は１０％程度である
ので、観測された位相差Δの最大値と最小値の分布は、
フェニル基の配向の規則性を反映したものと考えられ
る。
【００５３】以上、本発明の好ましい実施形態について
説明したが、第３の実施形態でも説明したように、本発
明においては、コンピュータを用いて測定を自動化する
ことが好ましい。図１６は、図１に示す評価装置におけ
るコンピュータ１４に使用されるコンピュータシステム
の具体的な構成を示すブロック図である。
【００５４】このコンピュータシステムは、中央処理装
置（ＣＰＵ）５１と、プログラムやデータを格納するた
めのハードディスク装置５２と、主メモリ５３と、キー
ボードやマウスなどの入力装置５４と、ＣＲＴなどの表
示装置５５と、磁気テープやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体
５７を読み取る読み取り装置５６と、インタフェース装
置５８とから構成されている。インタフェース装置５８
は、容器１（図１参照）内のＦＴ−ＩＲ装置４、光弾性
素子６、検出器８及びステージ１０を制御しこれらから
信号を取り込むために、これらＦＴ−ＩＲ装置４、光弾
性素子６、検出器８及びステージ１０とコンピュータシ
ステムとを接続するためのものである。ハードディスク
装置５２、主メモリ５３、入力装置５４、表示装置５
５、読み取り装置５６及びインタフェース装置５８は、
いずれも中央処理装置５１に接続している。
【００５５】このコンピュータシステムでは、上述した
各実施の形態で実行する測定を自動的に行わせるための
プログラムを格納した記録媒体５７を読み取り装置５６
に装着し、記録媒体５７からプログラムを読み出してハ
ードディスク装置５２に格納し、ハードディスク装置５
２に格納されたプログラムを中央処理装置５１が実行す
ることにより、上述した測定を自動的に行うことが可能
になる。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、反
射赤外線の偏光状態の入射方位依存性を測定することに
より、ガラス基板上に形成された、液晶配向膜に代表さ
れる有機薄膜の分子配向状態及び膜厚を決定することが
可能となる。さらに、コンピュータによって制御された
回転ステージの上に異なる２方向に移動する平行ステー
ジを備えた試料ステージを用いることにより、分子配向
状態の面内分布を自動で測定することが可能となった。
また、楕円形アパーチャまたは円筒鏡をもちいて試料面
にあたる赤外線形状を円形にすることにより、試料膜質
の面内不均一に起因する測定値の乱れを低減することが
可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態の薄膜分子配向評
価装置の構成を概念的に示す図である。
【図２】試料ステージの構成を示す斜視図である。
【図３】振幅比の逆正接ψを縦軸とし、波数を横軸とし
て、ラビングを施していない膜（等方性膜）からの反射
赤外線のＳ成分とＰ成分の振幅比の逆正接の波長依存性
測定結果を示すグラフ（入射方位が０°の場合を白丸、
入射方位が６０°の場合を黒丸で表わす）である。
【図４】位相差Δを縦軸とし、波数を横軸として、ラビ
ングを施していない膜（等方性膜）からの反射赤外線の
Ｐ成分のＳ成分に対する位相差Δの波長依存性測定結果
を示すグラフ（入射方位が０°の場合を白丸、入射方位
が６０°の場合を黒丸で表わす）である。
【図５】振幅比の逆正接ψを縦軸とし、波数を横軸とし
て、ラビングを施した膜（異方性膜）からの反射赤外線
のＳ波、Ｐ波の振幅比の逆正接の波長依存性測定結果を
示すグラフ（入射方位が０°の場合を白丸、入射方位が
６０°の場合を黒丸で表わす）である。
【図６】位相差Δを縦軸とし、波数を横軸として、ラビ
ングを施した膜（異方性膜）からの反射赤外線のＰ成分
のＳ成分に対する位相差Δの波長依存性測定結果を示す
グラフ（入射方位が０°の場合を白丸、入射方位が６０
°の場合を黒丸で表わす）である。
【図７】位相差Δを縦軸とし、ステージの読み値による
試料方位を横軸として、円形のアパーチャを用いて測定
した１５００ｃｍ-1の反射赤外線のＳ成分に対するＰ成
分の位相差Δの入射方位依存性を示すグラフ（ラビング
を施さない試料を白丸で表わし、ラビングを施した試料
を黒丸で表わす）である。
【図８】振幅比の逆正接ψを縦軸とし、ステージの読み
値による試料方位を横軸として、円形のアパーチャを用
いて測定した１５００ｃｍ-1の反射赤外線のＳ波、Ｐ波
の振幅比の逆正接ψの入射方位依存性を示すグラフ（ラ
ビングを施さない試料を白丸で表わし、ラビングを施し
た試料を黒丸で表わす）である。
【図９】円形アパーチャを用いた場合の試料表面に赤外
線があたる領域の形状を概念に示す図である。
【図１０】位相差Δを縦軸とし、ステージの読み値によ
る試料方位を横軸として、楕円形のアパーチャを用いて
測定した１５００ｃｍ-1の反射赤外線のＳ成分に対する
Ｐ成分の位相差Δの入射方位依存性を示すグラフ（ラビ
ングを施さない試料を白丸で表わし、ラビングを施した
試料を黒丸で表わす）である。
【図１１】振幅比の逆正接ψを縦軸とし、ステージの読
み値による試料方位を横軸として、楕円形のアパーチャ
を用いて測定した１５００ｃｍ-1の反射赤外線のＳ波、
Ｐ波の振幅比の逆正接ψの入射方位依存性を示すグラフ
（ラビングを施さない試料を白丸で表わし、ラビングを
施した試料を黒丸で表わす）である。
【図１２】反射赤外線の偏光状態の計算手順を示すフロ
ーチャートである。
【図１３】測定結果から分子配向状態を決定する手順を
示すフローチャートである。
【図１４】反射赤外線の偏光状態の入射方位依存性の面
内分布の自動測定を行うための制御手順を示すフローチ
ャートである。
【図１５】６０°間隔の入射方位幅で測定した波数１５
００ｃｍ-1での反射赤外線の位相差の最大値と最小値の
差の面内分布を、０．２°刻みの階層表示で示した図で
ある。
【図１６】コンピュータシステムの構成を示すブロック
図である。
【符号の説明】
１ 容器 ２,３ バルブ ４ ＦＴ−ＩＲ装置 ５ 偏光子 ６ 光弾性素子 ７ 検光子 ８ 検出器 ９ 試料 １０ ステージ １１ オートコリメータ １２ 扉 １３ ディスプレイ １４ コンピュータ ２１ 回転ステージ ２２,２３,２５ 平行移動ステージ ２４ ノブ ２６ 取り付け用板 ５１ 中央処理装置 ５２ ハードディスク装置 ５３ 主メモリ ５４ 入力装置 ５５ 表示装置 ５６ 読み取り装置 ５７ 記録媒体 ５８ インタフェース装置 １０１〜１０８,１１１〜１２９,１３１〜１３８ ス
テップ

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 試料薄膜における分子配向状態を評価す
    る方法であって、 一定の偏光状態の赤外線を前記試料薄膜に入射したとき
    に発生する反射赤外線の偏光状態の入射方位依存性を、
    前記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜を回転
    させて測定し、 前記偏光状態の入射方位依存性から、前記試料薄膜の光
    学的異方性を決定し、 前記光学的異方性に基づいて、前記試料薄膜における分
    子配向状態を決定する、薄膜分子配向評価方法。
  2. 【請求項２】 試料薄膜における分子配向状態を評価す
    る方法であって、 一定の偏光状態の赤外線を前記試料薄膜に入射したとき
    に発生する反射赤外線の偏光状態の入射方位依存性を、
    試料薄膜上の複数の測定点のそれぞれにおいて、前記試
    料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜を回転させて
    測定し、 前記各測定点での測定結果に基づいて、前記試料薄膜の
    分子配向状態の面内分布を評価する、薄膜分子配向評価
    方法。
  3. 【請求項３】 前記偏光状態が、前記反射赤外線の直交
    する２つの偏光成分間の位相差と、前記２つの偏光成分
    の振幅比の逆正接とである、請求項１または２に記載の
    薄膜分子配向評価方法。
  4. 【請求項４】 前記試料薄膜と入射及び反射赤外線光路
    とを不活性ガス中に配置して前記反射赤外線の偏光状態
    の入射方位依存性を測定する、請求項１乃至３いずれか
    １項に記載の薄膜分子配向評価方法。
  5. 【請求項５】 前記試料薄膜と入射及び反射赤外線光路
    とを真空中に配置して前記反射赤外線の偏光状態の入射
    方位依存性を測定する、請求項１乃至３いずれか１項に
    記載の薄膜分子配向評価方法。
  6. 【請求項６】 前記試料薄膜面上において入射赤外線が
    あたる領域の形状が円形である請求項１乃至３いずれか
    １項に記載の薄膜分子配向評価方法。
  7. 【請求項７】 試料薄膜における分子配向状態を評価す
    る装置であって、 一定の偏光状態の赤外線を発生して前記試料薄膜に入射
    させる光源と、 前記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜を回転
    させる回転ステージと、 前記試料薄膜から反射した赤外線を検出する検出器と、
    を有し、 前記光源からの一定の偏光状態の赤外線を前記試料薄膜
    に入射したときに発生する反射赤外線の偏光状態の入射
    方位依存性を、前記回転ステージによって前記試料薄膜
    の表面に平行な面内で前記試料薄膜を回転させて測定
    し、前記偏光状態の入射方位依存性から前記試料薄膜の
    光学的異方性を決定し、前記光学的異方性に基づいて前
    記試料薄膜における分子配向状態を決定する、薄膜分子
    配向評価装置。
  8. 【請求項８】 前記回転ステージ及び前記光源を制御し
    前記検出器から検出データを取り込むことによって、前
    記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜を回転さ
    せて前記反射赤外線の偏光状態の入射方位依存性の自動
    測定を行うコンピュータをさらに有する請求項７に記載
    の薄膜分子配向評価装置。
  9. 【請求項９】 試料薄膜における分子配向状態を評価す
    る装置であって、 一定の偏光状態の赤外線を発生して前記試料薄膜に入射
    させる光源と、 前記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜を回転
    させる回転ステージと、 前記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜を平行
    移動させる平行移動ステージと、 前記試料薄膜から反射した赤外線を検出する検出器と、
    を有し、 前記光源からの一定の偏光状態の赤外線を前記試料薄膜
    に入射したときに発生する反射赤外線の偏光状態の入射
    方位依存性を、前記平行移動ステージによって前記試料
    薄膜を走査することにより、前記試料薄膜上の複数の測
    定点のそれぞれにおいて、前記回転ステージによって前
    記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜を回転さ
    せて測定し、前記各測定点での測定結果に基づいて前記
    試料薄膜における分子配向状態を決定する、薄膜分子配
    向評価装置。
  10. 【請求項１０】 前記回転ステージ、前記平行移動ステ
    ージ及び前記光源を制御し前記検出器から検出データを
    取り込むことによって、前記各測定点において前記試料
    薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜を回転させて前
    記反射赤外線の偏光状態の入射方位依存性の自動測定を
    行うコンピュータをさらに有する請求項９に記載の薄膜
    分子配向評価装置。
  11. 【請求項１１】 前記偏光状態が、前記反射赤外線の直
    交する２つの偏光成分間の位相差と、前記２つの偏光成
    分の振幅比の逆正接とである、請求項７乃至１０いずれ
    か１項に記載の薄膜分子配向評価装置。
  12. 【請求項１２】 前記試料薄膜と前記光源から前記検出
    器に至る赤外線光路とが不活性ガス中に配置されてい
    る、請求項７乃至１１いずれか１項に記載の薄膜分子配
    向評価装置。
  13. 【請求項１３】 前記試料薄膜と前記光源から前記検出
    器に至る赤外線光路とが真空中に配置されている、請求
    項７乃至１１いずれか１項に記載の薄膜分子配向評価装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記光源が、フーリエ変換赤外分光装
    置と偏光子とを有する請求項７乃至１１いずれか１項に
    記載の薄膜分子配向評価装置。
  15. 【請求項１５】 前記試料薄膜面上において入射赤外線
    があたる領域の形状が円形である請求項７乃至１１いず
    れか１項に記載の薄膜分子配向評価方法。
  16. 【請求項１６】 一定の偏光状態の赤外線を発生して前
    記試料薄膜に入射させる光源と、前記試料薄膜の表面に
    平行な面内で前記試料薄膜を回転させる回転ステージ
    と、前記試料薄膜から反射した赤外線を検出する検出器
    と、が接続したコンピュータで用いられるプログラムを
    格納した記録媒体であって、 前記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜が回転
    するように前記回転ステージを制御する機能と、 前記検出器から検出データを取り込んで、前記光源から
    の一定の偏光状態の赤外線を前記試料薄膜に入射したと
    きに発生する反射赤外線の偏光状態の入射方位依存性を
    測定する機能と、を実現するプログラムを格納した、コ
    ンピュータで読み取り可能な記録媒体。
  17. 【請求項１７】 一定の偏光状態の赤外線を発生して前
    記試料薄膜に入射させる光源と、前記試料薄膜の表面に
    平行な面内で前記試料薄膜を回転させる回転ステージ
    と、前記試料薄膜から反射した赤外線を検出する検出器
    と、が接続したコンピュータで用いられるプログラムを
    格納した記録媒体であって、 前記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜が回転
    するように前記回転ステージを制御する機能と、 前記検出器から検出データを取り込んで、前記光源から
    の一定の偏光状態の赤外線を前記試料薄膜に入射したと
    きに発生する反射赤外線の偏光状態の入射方位依存性を
    測定する機能と、 前記偏光状態の入射方位依存性から前記試料薄膜におけ
    る分子配向状態を決定する機能と、を実現するプログラ
    ムを格納した、コンピュータで読み取り可能な記録媒
    体。
  18. 【請求項１８】 一定の偏光状態の赤外線を発生して前
    記試料薄膜に入射させる光源と、前記試料薄膜の表面に
    平行な面内で前記試料薄膜を回転させる回転ステージ
    と、前記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜を
    平行移動させる平行移動ステージと、前記試料薄膜から
    反射した赤外線を検出する検出器と、が接続したコンピ
    ュータで用いられるプログラムを格納した記録媒体であ
    って、 前記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜が回転
    するように前記回転ステージを制御する機能と、 前記試料薄膜の表面に平行な面内で前記試料薄膜が平行
    移動するように前記平行移動ステージを制御する機能
    と、 前記検出器から検出データを取り込んで、前記試料薄膜
    上の複数の測定点のそれぞれにおいて、前記光源からの
    一定の偏光状態の赤外線を前記試料薄膜に入射したとき
    に発生する反射赤外線の偏光状態の入射方位依存性を測
    定する機能と、 前記各測定点における前記偏光状態の入射方位依存性か
    ら、前記試料薄膜における分子配向状態の面内分布を決
    定する機能と、を実現するプログラムを格納した、コン
    ピュータで読み取り可能な記録媒体。
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