分光エリプソメータを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の解析方法、複合膜の解析方法及び多層膜の解析方法
【課題】膜状の有機層の組成を非破壊状態で容易に精度よく解析することができる分光エリプソメータを用いた、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の解析方法を提供する。
【解決手段】ステップＳ１で解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定する。ステップＳ２で前記スペクトルに基づいて試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して多次元の誘電関数を設定する。ステップＳ３で分光エリプソメータで試料のエリプソパラメータΔ，ψを測定する。ステップＳ４で前記誘電関数を用いて試料のエリプソパラメータΔ，ψを計算し、前記エリプソパラメータΔ，ψの計算値と分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるように回帰解析法でフィッティングを行い最適な誘電関数を推定する。ステップＳ５で屈折率ｎ及び消衰係数ｋが求められる。
【解決手段】ステップＳ１で解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定する。ステップＳ２で前記スペクトルに基づいて試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して多次元の誘電関数を設定する。ステップＳ３で分光エリプソメータで試料のエリプソパラメータΔ，ψを測定する。ステップＳ４で前記誘電関数を用いて試料のエリプソパラメータΔ，ψを計算し、前記エリプソパラメータΔ，ψの計算値と分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるように回帰解析法でフィッティングを行い最適な誘電関数を推定する。ステップＳ５で屈折率ｎ及び消衰係数ｋが求められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光エリプソメータを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の解析方法、複合膜の解析方法及び多層膜の解析方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、エレクトロルミネッセンスをＥＬと表記する場合もある。）の製造方法において、ホスト材料とドーパント材料を所定の混合比となるように混合して発光層を構成する方法が提案されている。そして、ホスト材料に対するドーパント材料の混合比（ドーパント濃度）を求める方法として、液体クロマトグラフィーを用いることが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
また、分光エリプソメータを用いた極薄膜２層構造の解析方法が提案されている（特許文献２参照。）。特許文献２の方法では、まず、分光エリプソメータを用いて計測対象の基板表面の極薄膜２層構造を測定し、入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反射光の偏光の変化である測定スペクトルΨE （λi ）とΔE （λi ）を得る。そして、分光エリプソメータを用いて得たデータ（以下、エリプソデータと表記する場合もある。）の解析には、第１段階として実際の試料に良く合うと思われるモデルを複数選択して初期値を決定する。モデルをたてる際には、各薄膜の材料（Ｍａｔ１，Ｍａｔ２）の考えられる複素屈折率（Ｎ１，（ｎ１，ｋ１）），（Ｎ２，（ｎ２，ｋ２））、各層の膜厚（ｄ１，ｄ２）を利用し、いくつかのモデルをたてる。次の第２段階としてその初期値をもとに広範囲極小計算法（Extended Best Local Minimum Calculation ）を行う。次に第３段階としてその結果を利用して最終的なフィッティング、確認、保存を行って各層の光学定数（屈折率ｎ及び消衰係数ｋ）と膜厚を求める。
【特許文献１】特開２００４−１３４１５４号公報（明細書の段落［００１３］）
【特許文献２】特開２００３−３０２３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液体クロマトグラフィーを用いてホスト材料中のドーパント量を求めるためには、膜を溶媒に溶かす必要があり、試料である膜を非破壊状態では測定できない。また、溶解のための手間がかかり、材料によっては適正な溶媒がなく分析が困難な場合もある。
【０００５】
特許文献２では、エリプソデータの解析に際して、第１段階として実際の試料に良く合うと思われるモデルを複数選択して初期値を決定する。試料が無機物の場合は、解析に使用するモデルを複数選択するためのリファレンスとして利用可能な既知のデータが多い。しかし、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の場合は、そのようなリファレンスとして利用可能な既知のデータが非常に少ない。
【０００６】
従って、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の場合にはエリプソデータの解析に際して、薄膜の材料の複素屈折率を既知のデータから選択してモデルをたてることが難しい。そのため、エリプソデータの解析に際して、物質の誘電率の波長依存性を示す式である分散式を使用する。しかし、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の場合は、分子構造が複雑である上、物質の種類が多く誘電関数が複雑であることと、利用可能な既知のデータが少ないため、適当な誘電関数を設定するのが難しく、試行錯誤の回数が多くなり組成を容易に解析することが難しい。その上、解析結果の精度を上げることも困難であった。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は膜状の有機層を非破壊状態で容易に精度よく解析することができる分光エリプソメータを用いた有機物質の解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、分光エリプソメータを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の解析方法である。そして、解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定するステップと、前記スペクトルに基づいて前記試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して多次元の誘電関数を設定するステップと、分光エリプソメータで試料のエリプソパラメータΔ，ψを測定するステップとを備えている。また、前記誘電関数を用いて試料のエリプソパラメータΔ，ψの理論値を計算し、そのエリプソパラメータΔ，ψの理論値と前記分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるように回帰解析法で前記誘電関数のフィッティングパラメータのフィッティングを行って最適推定誘電関数を求めるステップを備えている。なお、Δはｓ偏光とｐ偏光との位相差、ψはｓ偏光とｐ偏光との振幅比である。
【０００９】
この発明では、解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定し、そのスペクトルに基づいて試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して多次元の誘電関数を設定するため、エリプソデータの解析に際して、適切な誘電関数が設定される確率が高くなる。設定された誘電関数を用いて試料のエリプソパラメータΔ，ψを計算した理論値と、分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるように回帰解析法でフィッティングを行う。その結果、最適に推定された誘電関数が求められる。また、この誘電関数から、物質固有の光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋが求めらる。従って、膜状の有機層を非破壊状態で容易に精度よく解析することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、単層膜中に複数の有機物質が存在する複合膜の分光エリプソメータを用いた解析方法である。そして、前記複合膜の各構成材料に関して単独で単層膜を作成するとともに請求項１の手法によって最適推定誘電関数を求め、その最適推定誘電関数を使用するとともに前記複数の有機物質の組成比をフィッティングパラメータとして有効媒質近似を利用して前記複合膜に対するフィッティングを行って複合膜の組成比の推定値及び複合膜の最適推定誘電関数を求める。この発明では、複合膜を構成する複数種の有機物質に関してそれぞれ単独の適正な誘電関数を求めて、それに基づいて全体の組成が解析されるため、最初から混合状態の有機物質に対応する誘電関数を設定する場合に比較して容易に精度よく複合膜を解析することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記複合膜はホスト及びドーパントからなる有機材料で構成されている。
請求項４に記載の発明は、単層膜が複数積層された多層膜の分光エリプソメータを用いた解析方法であって、各単層膜について請求項１又は請求項２の手法によって単層膜の最適推定誘電関数を求め、各単層膜の積層順と膜厚をフィッティングパラメータとして前記分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行って積層順及び膜厚の推定値を求める。この発明では、多層膜であっても非破壊状態で容易に精度よく解析することができる。この発明では、例えば、有機ＥＬ素子の正孔輸送層、発光層、電子輸送層等の積層順や膜厚を非破壊状態で解析することができる。各層はホストとドーパントから成る層（複合膜）であっても、単独の材料からなる層であっても、あるいは両者が混合された層であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、膜状の有機層を非破壊状態で容易に精度よく解析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面を参照して説明する。
まず、解析すべき試料が一種類の有機物質で構成された単層膜の場合について図１のフローチャートに従って説明する。
【００１４】
ステップＳ１において、解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定する。測定は波長λが２５０〜１０００ｎｍの範囲で行われる。
次にステップＳ２において、ステップＳ１で得られたスペクトルデータに基づいて試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して、多次元の誘電関数を設定する。誘電関数としてGaussian振動子型の誘電関数が使用される。
【００１５】
Gaussian振動子型の誘電関数及びフィッティングパラメータは次式で表される。
εｎ＝εｎ１＋ｉεｎ２
εｎ２＝Ａｍｐｎ・ｅｘｐ｛−（Ｅ−Ｅｎｎ）／Ｂｒｎ｝＋Ａｍｐｎ・ｅｘｐ｛−（Ｅ＋Ｅｎｎ）／Ｂｒｎ｝
【００１６】
【数１】
εｎ１はKramers-Kronig（Ｋ−Ｋ）の関係を満足する。
【００１７】
Ａｍｐｎ：ｎ番目の振動子の振幅、Ｅｎｎ：ｎ番目の振動子の中心エネルギー
Ｂｒｎ：ｎ番目の振動子の広がり
次にステップＳ３において、分光エリプソメータで解析すべき試料の単層膜のエリプソパラメータΔ，ψを測定する。Δはｓ偏光とｐ偏光との位相差、ψはｓ偏光とｐ偏光との振幅比である。
【００１８】
次にステップＳ４において、試料のエリプソパラメータΔ，ψの理論値と測定値との回帰解析法によるフィッティングが行われる。回帰解析法には、例えばLevenberg-Marquardt 法に基づく回帰解析法が使用される。「フィッティング」とは、モデルに含まれている未知数（層の厚さや誘電関数のパラメータ等）を変化させながら、測定値に合わせていくことを意味する。ステップＳ４の作業はコンピュータによって行われる。
【００１９】
詳述すれば、ステップＳ２で設定した誘電関数のフィッティングパラメータを用いて試料のエリプソパラメータΔ，ψを計算する。そして、その計算値と、ステップＳ３で得られた分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差（Mean Squared Error：ＭＳＥ）が許容範囲内になるようにフィッティングが回帰解析法により行われる。即ち、設定した誘電関数から理論的に求められるエリプソパラメータΔ，ψの理論値と測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内か否かを判断し、平均２乗誤差が最小又は許容範囲内でなければ、誘電関数のパラメータを変更した後、エリプソパラメータΔ，ψの理論値を計算し、測定値との平均２乗誤差を演算する。そして、フィッテイグを繰り返して平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になると最適に推定された誘電関数が求まり、ステップＳ５に進む。例えば、平均２乗誤差が２０以下になるまでフィッテイグを繰り返す。
【００２０】
ステップＳ５において、最適推定誘電関数から屈折率ｎ及び消衰係数ｋが求められる。屈折率ｎ及び消衰係数ｋは物質固有の光学定数である。
次に解析すべき試料が、単層膜中に複数の有機物質が存在する複合膜の場合について説明する。解析すべき試料が複合膜の場合は、複合膜の各構成材料に関して単独で単層膜の試料を作成する。そして、各試料に関して前記ステップＳ１〜ステップＳ４の作業を行うことにより、複合膜を構成する複数種の有機物質に関してそれぞれ単独の最適に推定された誘電関数を求める。
【００２１】
次に複合膜を構成する各有機物質の構成比をフィッティングパラメータとして、有効媒質近似を利用して複合膜の誘電関数を計算する。有効媒質近似には、例えばブラグマンの有効媒質近似（Bruggeman’s Effective Medium Approximation）が利用される。
【００２２】
また、分光エリプソメータで解析すべき試料の複合膜のエリプソパラメータΔ，ψを測定する。
次に複合膜の誘電関数を使用して複合膜のエリプソパラメータΔ，ψの理論値を計算する。そして、その理論値と、分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるようにフィッティングが回帰解析法により行われる。平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になると、複合膜を構成する各有機物質の組成比と、複合膜の最適推定誘電関数が求められる。
【００２３】
次に解析すべき試料が、単層膜が複数積層された多層膜の場合について説明する。解析すべき試料が多層膜の場合は、各単層膜毎に上述の手法によって各単層膜の誘電関数を求める。また、分光エリプソメータで解析すべき試料の多層膜のエリプソパラメータΔ，ψを測定する。そして、各単層膜の積層順と膜厚をフィッティングパラメータとして、各単層膜の誘電関数、各単層膜の積層順及び膜厚を使用して計算したエリプソパラメータΔ，ψの理論値と、分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行う。理論値と、分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になると、積層順と膜厚の推定値が求められる。
【実施例】
【００２４】
以下、有機物質として有機ＥＬの正孔輸送層、発光層、電子輸送層の材料として使用される有機材料としての有機エレクトロルミネッセンス材料を試料とした実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、それらは例示であって、本発明を限定するものではない。各実施例において分光エリプソメータとして、Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製、Ｍ−２０００Ｕを使用した。
【００２５】
＜実施例１＞
厚さ０．５ｍｍのガラス基板を用意し、洗浄後、ガラス基板上に真空蒸着装置により、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）を蒸着して膜厚１４．９ｎｍの単層膜の試料を作成した。その試料のGaussian振動子型の誘電関数におけるフィッティングパラメータのＡｍｐｎ、Ｅｎｎ及びＢｒｎを３種類ずつ次のように設定した。
【００２６】
Amp1 ０．７８４
En1 ３．１００
Br1 ０．４２８
Amp2 １．７１９
En2 ５．７６９
Br2 ３．３１４
Amp3 ３．７４１
En3 ４．５８５
Br3 ０．３１３
なお、上記フィッティングパラメータは、小数点第４位を四捨五入し、小数点第３位までの値を示した。
【００２７】
前記単層膜の試料について分光エリプソメータによりエリプソパラメータΔ，ψを測定した。測定は入射角を６０°、６５°及び７０°に設定して、それぞれ波長λが２５０〜１０００ｎｍの範囲で行った。
【００２８】
そして、前記誘電関数から計算したエリプソパラメータΔ，ψの理論値と、分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行った。その結果、ＭＳＥ＝３．６であった。
【００２９】
結果を図２〜図５に示す。図２〜図４は波長分散特性を表し、図２は透過率と波長との関係を示すグラフ（図２において、図中のＥｘｐとは、入射角を９０度に設定して、透過率スペクトルを測定したものである。）、図３はΔと波長の関係を示すグラフ、図４はψと波長の関係を示すグラフ、図５は光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフである。図２〜図４からフィッティングが良好に行われ、誘電関数が精度よく推定されたことが確認される。
【００３０】
＜実施例２＞
厚さ０．５ｍｍのガラス基板を用意し、洗浄後、ガラス基板上に真空蒸着装置により、キナクリドンを蒸着して膜厚２３．８ｎｍの単層膜の試料を作成した。その試料のGaussian振動子型の誘電関数におけるフィッティングパラメータのＡｍｐｎ、Ｅｎｎ及びＢｒｎを６種類ずつ次のように設定した。
【００３１】
Amp1 ２．３５５
En1 ２．１８９
Br1 ０．１６２
Amp2 ０．９３１
En2 ２．３６０
Br2 ０．１０７
Amp3 １．０６３
En3 ２．３９５
Br3 ０．４４６
Amp4 ０．０９９
Br4 ０．１５４
En5 ３．６８５
Amp5 １．４５８
En5 ４．３７５
Br5 ０．５１８
Amp6 ２．７９５
En6 ５．６３５
Br6 ２．２４６
なお、上記フィッティングパラメータは、小数点第４位を四捨五入し、小数点第３位までの値を示した。
【００３２】
前記単層膜の試料について分光エリプソメータによりエリプソパラメータΔ，ψを測定した。測定は入射角を６０°、６５°及び７０°に設定して、それぞれ波長λが２５０〜１０００ｎｍの範囲で行った。
【００３３】
そして、前記誘電関数から計算したエリプソパラメータΔ，ψの理論値と、分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行った。その結果、ＭＳＥ＝１４．７であった。
【００３４】
結果を図６〜図９に示す。図６〜図８は波長分散特性を表し、図６は透過率と波長の関係を示すグラフ（図６において図中のＥｘｐとは、入射角を９０度に設定して、透過率スペクトルを測定したものである。）、図７はΔと波長の関係を示すグラフ、図８はψと波長の関係を示すグラフ、図９は光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフである。図６〜図８からフィッティングが良好に行われ、誘電関数が精度よく推定されたことが確認される。
【００３５】
＜実施例３＞
厚さ０．５ｍｍのガラス基板を用意し、洗浄後、ガラス基板上に真空蒸着装置により、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（４−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ１）を蒸着して膜厚２５．９ｎｍの単層膜の試料を作成した。その試料のGaussian振動子型の誘電関数におけるフィッティングパラメータのＡｍｐｎ、Ｅｎｎ及びＢｒｎを６種類ずつ次のように設定した。
【００３６】
Amp1 １．２５７
En1 ２．２９１
Br1 ０．２１３
Amp2 ２．１５２
En2 ２．４７０
Br2 ０．３４２
Amp3 ２．５０９
En3 ２．６６８
Br3 ０．４８７
Amp4 １．１０６
En4 ３．１２２
Br4 ０．８３１
Amp5 ３．５５８
En5 ９．９５７
Br5 ５．４５０
Amp6 ０．９３１
En6 ４．１４３
Br6 １．１７０
なお、上記フィッティングパラメータは、小数点第４位を四捨五入し、小数点第３位までの値を示した。
【００３７】
前記単層膜の試料について分光エリプソメータによりエリプソパラメータΔ，ψを測定した。測定は入射角を６０°、６５°及び７０°に設定して、それぞれ波長λが２５０〜１０００ｎｍの範囲で行った。
【００３８】
そして、前記誘電関数から計算したエリプソパラメータΔ，ψの理論値と、分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行った。その結果、ＭＳＥ＝６．７であった。
【００３９】
結果を図１０〜図１３に示す。図１０〜図１２は波長分散特性を表し、図１０は透過率と波長の関係を示すグラフ（図１０において、図中のＥｘｐとは、入射角を９０度に設定して、透過率スペクトルを測定したものである。）、図１１はΔと波長の関係を示すグラフ、図１２はψと波長の関係を示すグラフ、図１３は光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフである。図１０〜図１２からフィッティングが良好に行われ、誘電関数が精度よく推定されたことが確認される。
【００４０】
＜実施例４＞
次に解析すべき試料が、単層膜中に複数の有機物質が存在する複合膜の場合の実施例について説明する。
【００４１】
厚さ０．５ｍｍのガラス基板を用意し、洗浄後、ガラス基板上に真空蒸着装置により、
Ａｌｑ３をホストとし、キナクリドンをドーパントとして膜厚１６．２ｎｍの複合膜の試料を作成した。キナクリドンはＡｌｑ３に対して５ｗｔ％になるように作成した。
【００４２】
前記複合膜の試料について分光エリプソメータによりエリプソパラメータΔ，ψを測定した。測定は入射角を６０°、６５°及び７０°に設定して、それぞれ波長λが２５０〜１０００ｎｍの範囲で行った。
【００４３】
そして、実施例１、２で推定したＡｌｑ３とキナクリドンの誘電関数、及びフィッティンブパラメータであるこれら２つの物質の体積分率（組成比）からブラグマンの有効媒質近似を用いて計算したエリプソパラメータΔ，ψの理論値と、分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行った。その結果、ＭＳＥ＝１０．５９であった。
【００４４】
結果を図１４〜図１７に示す。図１４〜図１６は波長分散特性を表し、図１４は透過率と波長の関係を示すグラフ（図１４において、図中のＥｘｐとは、入射角を９０度に設定して、透過率スペクトルを測定したものである。）、図１５はΔと波長の関係を示すグラフ、図１６はψと波長の関係を示すグラフ、図１７は光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフである。図１４〜図１６からフィッティングが良好に行われ、２つの物質の組成比と複合膜の誘電関数が精度よく推定されたたことが確認される。
【００４５】
＜実施例５＞
次にＡｌｑ３をホストとし、キナクリドンをドーパントとした複合膜における複素屈折率波長分散の仕込み量依存性について調べた実施例について説明する。
【００４６】
キナクリドンの仕込み量、即ちホストであるＡｌｑ３に対するキナクリドンの濃度を表１に示すように変えた４種類の試料を作成して、実施例４と同様にしてキナクリドンのドープ濃度（組成比）を求めた。
【００４７】
結果を図１８及び表１に示す。
【００４８】
【表１】
表１からキナクリドンのドープ濃度（組成比）が精度よく求められていることを確認できた。
【００４９】
＜実施例６＞
次に解析すべき試料が、単層膜が複数積層された多層膜の場合の実施例について説明する。
【００５０】
有機ＥＬ層を正孔輸送層、発光層及び電子輸送層の３層構造とした場合の一例として、正孔輸送層を構成するＴＰＴＥ層、発光層を構成するＡｌｑ３をホストとしキナクリドンをドーパントとしたキナクリドン／Ａｌｑ３層、電子輸送層を構成するＡｌｑ３層の３層構成である多層膜の試料を作成した。そして、各層の積層順、膜厚及びキナクリドン／Ａｌｑ３におけるキナクリドンのドープ濃度を求めた。
【００５１】
まず、実施例１〜３と同様の手順により、ＴＰＴＥ、Ａｌｑ３及びキナクリドンの誘電関数を推定した。次に、得られた誘電関数、積層順、Ａｌｑ３とキナクリドンの組成比及び各層の膜厚からエリプソパラメータΔ、ψの理論値を計算した。ここでは、積層順、Ａｌｑ３とキナクリドンの組成比及び各層の膜厚がフィッティングパラメータである。そして、エリプソパラメータの理論値と測定値とのフィッティングを行った。
【００５２】
仕込み量と、エリプソパラメータΔ，ψによるフィッティングで得られた解析値の値を表２に示す。表２において、上から順に、陽極からの積層順を示す。
【００５３】
【表２】
表２から、試料が多層膜であっても、積層順、キナクリドンのドープ濃度（組成比）及び各層の膜厚が比較的精度よく求められていることを確認できた。
【００５４】
この実施形態では以下の効果を有する。
（１）解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定し、そのスペクトルに基づいて試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して多次元の誘電関数を設定する。そして、分光エリプソメータにより測定されたエリプソデータの解析に際して、前記誘電関数を用いて計算したエリプソパラメータΔ，ψの計算値と、分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるように回帰解析法でフィッティングを行う。その結果、最適に推定された誘電関数が求められる。従って、従来の分析手法（液体クロマトグラフィー）では分析困難であった膜状の有機層を、非破壊状態で容易に精度よく解析することができる。
【００５５】
（２）単層膜中に複数の有機物質が存在する複合膜を解析する場合は、複合膜の各構成材料に関して単独で単層膜を作成するとともに、各単層膜の材料に関して前記手法によって誘電関数を求め、その誘電関数を使用するとともに有効媒質近似を利用して複合膜に対するフィッティングを行う。従って、最初から混合状態の有機物質に対応する誘電関数を設定する場合に比較して容易に精度よく複合膜の解析することができる。
【００５６】
（３）複合膜がホスト及びドーパントからなる有機ＥＬ材料で、膜厚が１０〜３０ｎｍ程度の薄い膜であっても非破壊状態で組成を解析することができる。
（４）単層膜が複数積層された多層膜の試料を解析する場合は、各単層膜毎に前記手法によって誘電関数を求め、各単層膜の積層順と膜厚を変更して分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行う。従って、多層膜であっても組成を非破壊状態で容易に解析することができる。有機ＥＬ素子は、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を有する多層構成が一般的なため、有機ＥＬ素子の有機ＥＬ材料の組成を非破壊状態で解析することができる。
【００５７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ 誘電関数としてGaussian振動子型の誘電関数以外の関数を使用してもよい。例えば、Tauc-Lorentz振動子型の誘電関数を用いてもよい。
【００５８】
○ ブラグマンの有効媒質近似以外の有効媒質近似法を使用してもよい。
○ 試料のエリプソパラメータΔ，ψの計算値と、分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるようにフィッティングを行う回帰解析法は、Levenberg-Marquardt 法に基づく回帰解析法に限らない。
【００５９】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記誘電関数はGaussian振動子型の誘電関数である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】試料の解析方法の手順を示すフローチャート。
【図２】実施例１の透過率と波長の関係を示すグラフ。
【図３】同じくΔと波長の関係を示すグラフ。
【図４】同じくψと波長の関係を示すグラフ。
【図５】同じく光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフ。
【図６】実施例２の透過率と波長の関係を示すグラフ。
【図７】同じくΔと波長の関係を示すグラフ。
【図８】同じくψと波長の関係を示すグラフ。
【図９】同じく光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフ。
【図１０】実施例３の透過率と波長の関係を示すグラフ。
【図１１】同じくΔと波長の関係を示すグラフ。
【図１２】同じくψと波長の関係を示すグラフ。
【図１３】同じく光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフ。
【図１４】実施例４の透過率と波長の関係を示すグラフ。
【図１５】同じくΔと波長の関係を示すグラフ。
【図１６】同じくψと波長の関係を示すグラフ。
【図１７】同じく光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフ。
【図１８】実施例５の各試料の屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６１】
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５…ステップ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光エリプソメータを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の解析方法、複合膜の解析方法及び多層膜の解析方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、エレクトロルミネッセンスをＥＬと表記する場合もある。）の製造方法において、ホスト材料とドーパント材料を所定の混合比となるように混合して発光層を構成する方法が提案されている。そして、ホスト材料に対するドーパント材料の混合比（ドーパント濃度）を求める方法として、液体クロマトグラフィーを用いることが開示されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
また、分光エリプソメータを用いた極薄膜２層構造の解析方法が提案されている（特許文献２参照。）。特許文献２の方法では、まず、分光エリプソメータを用いて計測対象の基板表面の極薄膜２層構造を測定し、入射光の波長を変えて各波長λi ごとの入射光と反射光の偏光の変化である測定スペクトルΨE （λi ）とΔE （λi ）を得る。そして、分光エリプソメータを用いて得たデータ（以下、エリプソデータと表記する場合もある。）の解析には、第１段階として実際の試料に良く合うと思われるモデルを複数選択して初期値を決定する。モデルをたてる際には、各薄膜の材料（Ｍａｔ１，Ｍａｔ２）の考えられる複素屈折率（Ｎ１，（ｎ１，ｋ１）），（Ｎ２，（ｎ２，ｋ２））、各層の膜厚（ｄ１，ｄ２）を利用し、いくつかのモデルをたてる。次の第２段階としてその初期値をもとに広範囲極小計算法（Extended Best Local Minimum Calculation ）を行う。次に第３段階としてその結果を利用して最終的なフィッティング、確認、保存を行って各層の光学定数（屈折率ｎ及び消衰係数ｋ）と膜厚を求める。
【特許文献１】特開２００４−１３４１５４号公報（明細書の段落［００１３］）
【特許文献２】特開２００３−３０２３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液体クロマトグラフィーを用いてホスト材料中のドーパント量を求めるためには、膜を溶媒に溶かす必要があり、試料である膜を非破壊状態では測定できない。また、溶解のための手間がかかり、材料によっては適正な溶媒がなく分析が困難な場合もある。
【０００５】
特許文献２では、エリプソデータの解析に際して、第１段階として実際の試料に良く合うと思われるモデルを複数選択して初期値を決定する。試料が無機物の場合は、解析に使用するモデルを複数選択するためのリファレンスとして利用可能な既知のデータが多い。しかし、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の場合は、そのようなリファレンスとして利用可能な既知のデータが非常に少ない。
【０００６】
従って、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の場合にはエリプソデータの解析に際して、薄膜の材料の複素屈折率を既知のデータから選択してモデルをたてることが難しい。そのため、エリプソデータの解析に際して、物質の誘電率の波長依存性を示す式である分散式を使用する。しかし、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の場合は、分子構造が複雑である上、物質の種類が多く誘電関数が複雑であることと、利用可能な既知のデータが少ないため、適当な誘電関数を設定するのが難しく、試行錯誤の回数が多くなり組成を容易に解析することが難しい。その上、解析結果の精度を上げることも困難であった。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は膜状の有機層を非破壊状態で容易に精度よく解析することができる分光エリプソメータを用いた有機物質の解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、分光エリプソメータを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の解析方法である。そして、解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定するステップと、前記スペクトルに基づいて前記試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して多次元の誘電関数を設定するステップと、分光エリプソメータで試料のエリプソパラメータΔ，ψを測定するステップとを備えている。また、前記誘電関数を用いて試料のエリプソパラメータΔ，ψの理論値を計算し、そのエリプソパラメータΔ，ψの理論値と前記分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるように回帰解析法で前記誘電関数のフィッティングパラメータのフィッティングを行って最適推定誘電関数を求めるステップを備えている。なお、Δはｓ偏光とｐ偏光との位相差、ψはｓ偏光とｐ偏光との振幅比である。
【０００９】
この発明では、解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定し、そのスペクトルに基づいて試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して多次元の誘電関数を設定するため、エリプソデータの解析に際して、適切な誘電関数が設定される確率が高くなる。設定された誘電関数を用いて試料のエリプソパラメータΔ，ψを計算した理論値と、分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるように回帰解析法でフィッティングを行う。その結果、最適に推定された誘電関数が求められる。また、この誘電関数から、物質固有の光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋが求めらる。従って、膜状の有機層を非破壊状態で容易に精度よく解析することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、単層膜中に複数の有機物質が存在する複合膜の分光エリプソメータを用いた解析方法である。そして、前記複合膜の各構成材料に関して単独で単層膜を作成するとともに請求項１の手法によって最適推定誘電関数を求め、その最適推定誘電関数を使用するとともに前記複数の有機物質の組成比をフィッティングパラメータとして有効媒質近似を利用して前記複合膜に対するフィッティングを行って複合膜の組成比の推定値及び複合膜の最適推定誘電関数を求める。この発明では、複合膜を構成する複数種の有機物質に関してそれぞれ単独の適正な誘電関数を求めて、それに基づいて全体の組成が解析されるため、最初から混合状態の有機物質に対応する誘電関数を設定する場合に比較して容易に精度よく複合膜を解析することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記複合膜はホスト及びドーパントからなる有機材料で構成されている。
請求項４に記載の発明は、単層膜が複数積層された多層膜の分光エリプソメータを用いた解析方法であって、各単層膜について請求項１又は請求項２の手法によって単層膜の最適推定誘電関数を求め、各単層膜の積層順と膜厚をフィッティングパラメータとして前記分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行って積層順及び膜厚の推定値を求める。この発明では、多層膜であっても非破壊状態で容易に精度よく解析することができる。この発明では、例えば、有機ＥＬ素子の正孔輸送層、発光層、電子輸送層等の積層順や膜厚を非破壊状態で解析することができる。各層はホストとドーパントから成る層（複合膜）であっても、単独の材料からなる層であっても、あるいは両者が混合された層であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、膜状の有機層を非破壊状態で容易に精度よく解析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面を参照して説明する。
まず、解析すべき試料が一種類の有機物質で構成された単層膜の場合について図１のフローチャートに従って説明する。
【００１４】
ステップＳ１において、解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定する。測定は波長λが２５０〜１０００ｎｍの範囲で行われる。
次にステップＳ２において、ステップＳ１で得られたスペクトルデータに基づいて試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して、多次元の誘電関数を設定する。誘電関数としてGaussian振動子型の誘電関数が使用される。
【００１５】
Gaussian振動子型の誘電関数及びフィッティングパラメータは次式で表される。
εｎ＝εｎ１＋ｉεｎ２
εｎ２＝Ａｍｐｎ・ｅｘｐ｛−（Ｅ−Ｅｎｎ）／Ｂｒｎ｝＋Ａｍｐｎ・ｅｘｐ｛−（Ｅ＋Ｅｎｎ）／Ｂｒｎ｝
【００１６】
【数１】
εｎ１はKramers-Kronig（Ｋ−Ｋ）の関係を満足する。
【００１７】
Ａｍｐｎ：ｎ番目の振動子の振幅、Ｅｎｎ：ｎ番目の振動子の中心エネルギー
Ｂｒｎ：ｎ番目の振動子の広がり
次にステップＳ３において、分光エリプソメータで解析すべき試料の単層膜のエリプソパラメータΔ，ψを測定する。Δはｓ偏光とｐ偏光との位相差、ψはｓ偏光とｐ偏光との振幅比である。
【００１８】
次にステップＳ４において、試料のエリプソパラメータΔ，ψの理論値と測定値との回帰解析法によるフィッティングが行われる。回帰解析法には、例えばLevenberg-Marquardt 法に基づく回帰解析法が使用される。「フィッティング」とは、モデルに含まれている未知数（層の厚さや誘電関数のパラメータ等）を変化させながら、測定値に合わせていくことを意味する。ステップＳ４の作業はコンピュータによって行われる。
【００１９】
詳述すれば、ステップＳ２で設定した誘電関数のフィッティングパラメータを用いて試料のエリプソパラメータΔ，ψを計算する。そして、その計算値と、ステップＳ３で得られた分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差（Mean Squared Error：ＭＳＥ）が許容範囲内になるようにフィッティングが回帰解析法により行われる。即ち、設定した誘電関数から理論的に求められるエリプソパラメータΔ，ψの理論値と測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内か否かを判断し、平均２乗誤差が最小又は許容範囲内でなければ、誘電関数のパラメータを変更した後、エリプソパラメータΔ，ψの理論値を計算し、測定値との平均２乗誤差を演算する。そして、フィッテイグを繰り返して平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になると最適に推定された誘電関数が求まり、ステップＳ５に進む。例えば、平均２乗誤差が２０以下になるまでフィッテイグを繰り返す。
【００２０】
ステップＳ５において、最適推定誘電関数から屈折率ｎ及び消衰係数ｋが求められる。屈折率ｎ及び消衰係数ｋは物質固有の光学定数である。
次に解析すべき試料が、単層膜中に複数の有機物質が存在する複合膜の場合について説明する。解析すべき試料が複合膜の場合は、複合膜の各構成材料に関して単独で単層膜の試料を作成する。そして、各試料に関して前記ステップＳ１〜ステップＳ４の作業を行うことにより、複合膜を構成する複数種の有機物質に関してそれぞれ単独の最適に推定された誘電関数を求める。
【００２１】
次に複合膜を構成する各有機物質の構成比をフィッティングパラメータとして、有効媒質近似を利用して複合膜の誘電関数を計算する。有効媒質近似には、例えばブラグマンの有効媒質近似（Bruggeman’s Effective Medium Approximation）が利用される。
【００２２】
また、分光エリプソメータで解析すべき試料の複合膜のエリプソパラメータΔ，ψを測定する。
次に複合膜の誘電関数を使用して複合膜のエリプソパラメータΔ，ψの理論値を計算する。そして、その理論値と、分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるようにフィッティングが回帰解析法により行われる。平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になると、複合膜を構成する各有機物質の組成比と、複合膜の最適推定誘電関数が求められる。
【００２３】
次に解析すべき試料が、単層膜が複数積層された多層膜の場合について説明する。解析すべき試料が多層膜の場合は、各単層膜毎に上述の手法によって各単層膜の誘電関数を求める。また、分光エリプソメータで解析すべき試料の多層膜のエリプソパラメータΔ，ψを測定する。そして、各単層膜の積層順と膜厚をフィッティングパラメータとして、各単層膜の誘電関数、各単層膜の積層順及び膜厚を使用して計算したエリプソパラメータΔ，ψの理論値と、分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行う。理論値と、分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になると、積層順と膜厚の推定値が求められる。
【実施例】
【００２４】
以下、有機物質として有機ＥＬの正孔輸送層、発光層、電子輸送層の材料として使用される有機材料としての有機エレクトロルミネッセンス材料を試料とした実施例により本発明をさらに詳細に説明する。ただし、それらは例示であって、本発明を限定するものではない。各実施例において分光エリプソメータとして、Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製、Ｍ−２０００Ｕを使用した。
【００２５】
＜実施例１＞
厚さ０．５ｍｍのガラス基板を用意し、洗浄後、ガラス基板上に真空蒸着装置により、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）を蒸着して膜厚１４．９ｎｍの単層膜の試料を作成した。その試料のGaussian振動子型の誘電関数におけるフィッティングパラメータのＡｍｐｎ、Ｅｎｎ及びＢｒｎを３種類ずつ次のように設定した。
【００２６】
Amp1 ０．７８４
En1 ３．１００
Br1 ０．４２８
Amp2 １．７１９
En2 ５．７６９
Br2 ３．３１４
Amp3 ３．７４１
En3 ４．５８５
Br3 ０．３１３
なお、上記フィッティングパラメータは、小数点第４位を四捨五入し、小数点第３位までの値を示した。
【００２７】
前記単層膜の試料について分光エリプソメータによりエリプソパラメータΔ，ψを測定した。測定は入射角を６０°、６５°及び７０°に設定して、それぞれ波長λが２５０〜１０００ｎｍの範囲で行った。
【００２８】
そして、前記誘電関数から計算したエリプソパラメータΔ，ψの理論値と、分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行った。その結果、ＭＳＥ＝３．６であった。
【００２９】
結果を図２〜図５に示す。図２〜図４は波長分散特性を表し、図２は透過率と波長との関係を示すグラフ（図２において、図中のＥｘｐとは、入射角を９０度に設定して、透過率スペクトルを測定したものである。）、図３はΔと波長の関係を示すグラフ、図４はψと波長の関係を示すグラフ、図５は光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフである。図２〜図４からフィッティングが良好に行われ、誘電関数が精度よく推定されたことが確認される。
【００３０】
＜実施例２＞
厚さ０．５ｍｍのガラス基板を用意し、洗浄後、ガラス基板上に真空蒸着装置により、キナクリドンを蒸着して膜厚２３．８ｎｍの単層膜の試料を作成した。その試料のGaussian振動子型の誘電関数におけるフィッティングパラメータのＡｍｐｎ、Ｅｎｎ及びＢｒｎを６種類ずつ次のように設定した。
【００３１】
Amp1 ２．３５５
En1 ２．１８９
Br1 ０．１６２
Amp2 ０．９３１
En2 ２．３６０
Br2 ０．１０７
Amp3 １．０６３
En3 ２．３９５
Br3 ０．４４６
Amp4 ０．０９９
Br4 ０．１５４
En5 ３．６８５
Amp5 １．４５８
En5 ４．３７５
Br5 ０．５１８
Amp6 ２．７９５
En6 ５．６３５
Br6 ２．２４６
なお、上記フィッティングパラメータは、小数点第４位を四捨五入し、小数点第３位までの値を示した。
【００３２】
前記単層膜の試料について分光エリプソメータによりエリプソパラメータΔ，ψを測定した。測定は入射角を６０°、６５°及び７０°に設定して、それぞれ波長λが２５０〜１０００ｎｍの範囲で行った。
【００３３】
そして、前記誘電関数から計算したエリプソパラメータΔ，ψの理論値と、分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行った。その結果、ＭＳＥ＝１４．７であった。
【００３４】
結果を図６〜図９に示す。図６〜図８は波長分散特性を表し、図６は透過率と波長の関係を示すグラフ（図６において図中のＥｘｐとは、入射角を９０度に設定して、透過率スペクトルを測定したものである。）、図７はΔと波長の関係を示すグラフ、図８はψと波長の関係を示すグラフ、図９は光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフである。図６〜図８からフィッティングが良好に行われ、誘電関数が精度よく推定されたことが確認される。
【００３５】
＜実施例３＞
厚さ０．５ｍｍのガラス基板を用意し、洗浄後、ガラス基板上に真空蒸着装置により、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（４−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ１）を蒸着して膜厚２５．９ｎｍの単層膜の試料を作成した。その試料のGaussian振動子型の誘電関数におけるフィッティングパラメータのＡｍｐｎ、Ｅｎｎ及びＢｒｎを６種類ずつ次のように設定した。
【００３６】
Amp1 １．２５７
En1 ２．２９１
Br1 ０．２１３
Amp2 ２．１５２
En2 ２．４７０
Br2 ０．３４２
Amp3 ２．５０９
En3 ２．６６８
Br3 ０．４８７
Amp4 １．１０６
En4 ３．１２２
Br4 ０．８３１
Amp5 ３．５５８
En5 ９．９５７
Br5 ５．４５０
Amp6 ０．９３１
En6 ４．１４３
Br6 １．１７０
なお、上記フィッティングパラメータは、小数点第４位を四捨五入し、小数点第３位までの値を示した。
【００３７】
前記単層膜の試料について分光エリプソメータによりエリプソパラメータΔ，ψを測定した。測定は入射角を６０°、６５°及び７０°に設定して、それぞれ波長λが２５０〜１０００ｎｍの範囲で行った。
【００３８】
そして、前記誘電関数から計算したエリプソパラメータΔ，ψの理論値と、分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行った。その結果、ＭＳＥ＝６．７であった。
【００３９】
結果を図１０〜図１３に示す。図１０〜図１２は波長分散特性を表し、図１０は透過率と波長の関係を示すグラフ（図１０において、図中のＥｘｐとは、入射角を９０度に設定して、透過率スペクトルを測定したものである。）、図１１はΔと波長の関係を示すグラフ、図１２はψと波長の関係を示すグラフ、図１３は光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフである。図１０〜図１２からフィッティングが良好に行われ、誘電関数が精度よく推定されたことが確認される。
【００４０】
＜実施例４＞
次に解析すべき試料が、単層膜中に複数の有機物質が存在する複合膜の場合の実施例について説明する。
【００４１】
厚さ０．５ｍｍのガラス基板を用意し、洗浄後、ガラス基板上に真空蒸着装置により、
Ａｌｑ３をホストとし、キナクリドンをドーパントとして膜厚１６．２ｎｍの複合膜の試料を作成した。キナクリドンはＡｌｑ３に対して５ｗｔ％になるように作成した。
【００４２】
前記複合膜の試料について分光エリプソメータによりエリプソパラメータΔ，ψを測定した。測定は入射角を６０°、６５°及び７０°に設定して、それぞれ波長λが２５０〜１０００ｎｍの範囲で行った。
【００４３】
そして、実施例１、２で推定したＡｌｑ３とキナクリドンの誘電関数、及びフィッティンブパラメータであるこれら２つの物質の体積分率（組成比）からブラグマンの有効媒質近似を用いて計算したエリプソパラメータΔ，ψの理論値と、分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行った。その結果、ＭＳＥ＝１０．５９であった。
【００４４】
結果を図１４〜図１７に示す。図１４〜図１６は波長分散特性を表し、図１４は透過率と波長の関係を示すグラフ（図１４において、図中のＥｘｐとは、入射角を９０度に設定して、透過率スペクトルを測定したものである。）、図１５はΔと波長の関係を示すグラフ、図１６はψと波長の関係を示すグラフ、図１７は光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフである。図１４〜図１６からフィッティングが良好に行われ、２つの物質の組成比と複合膜の誘電関数が精度よく推定されたたことが確認される。
【００４５】
＜実施例５＞
次にＡｌｑ３をホストとし、キナクリドンをドーパントとした複合膜における複素屈折率波長分散の仕込み量依存性について調べた実施例について説明する。
【００４６】
キナクリドンの仕込み量、即ちホストであるＡｌｑ３に対するキナクリドンの濃度を表１に示すように変えた４種類の試料を作成して、実施例４と同様にしてキナクリドンのドープ濃度（組成比）を求めた。
【００４７】
結果を図１８及び表１に示す。
【００４８】
【表１】
表１からキナクリドンのドープ濃度（組成比）が精度よく求められていることを確認できた。
【００４９】
＜実施例６＞
次に解析すべき試料が、単層膜が複数積層された多層膜の場合の実施例について説明する。
【００５０】
有機ＥＬ層を正孔輸送層、発光層及び電子輸送層の３層構造とした場合の一例として、正孔輸送層を構成するＴＰＴＥ層、発光層を構成するＡｌｑ３をホストとしキナクリドンをドーパントとしたキナクリドン／Ａｌｑ３層、電子輸送層を構成するＡｌｑ３層の３層構成である多層膜の試料を作成した。そして、各層の積層順、膜厚及びキナクリドン／Ａｌｑ３におけるキナクリドンのドープ濃度を求めた。
【００５１】
まず、実施例１〜３と同様の手順により、ＴＰＴＥ、Ａｌｑ３及びキナクリドンの誘電関数を推定した。次に、得られた誘電関数、積層順、Ａｌｑ３とキナクリドンの組成比及び各層の膜厚からエリプソパラメータΔ、ψの理論値を計算した。ここでは、積層順、Ａｌｑ３とキナクリドンの組成比及び各層の膜厚がフィッティングパラメータである。そして、エリプソパラメータの理論値と測定値とのフィッティングを行った。
【００５２】
仕込み量と、エリプソパラメータΔ，ψによるフィッティングで得られた解析値の値を表２に示す。表２において、上から順に、陽極からの積層順を示す。
【００５３】
【表２】
表２から、試料が多層膜であっても、積層順、キナクリドンのドープ濃度（組成比）及び各層の膜厚が比較的精度よく求められていることを確認できた。
【００５４】
この実施形態では以下の効果を有する。
（１）解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定し、そのスペクトルに基づいて試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して多次元の誘電関数を設定する。そして、分光エリプソメータにより測定されたエリプソデータの解析に際して、前記誘電関数を用いて計算したエリプソパラメータΔ，ψの計算値と、分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるように回帰解析法でフィッティングを行う。その結果、最適に推定された誘電関数が求められる。従って、従来の分析手法（液体クロマトグラフィー）では分析困難であった膜状の有機層を、非破壊状態で容易に精度よく解析することができる。
【００５５】
（２）単層膜中に複数の有機物質が存在する複合膜を解析する場合は、複合膜の各構成材料に関して単独で単層膜を作成するとともに、各単層膜の材料に関して前記手法によって誘電関数を求め、その誘電関数を使用するとともに有効媒質近似を利用して複合膜に対するフィッティングを行う。従って、最初から混合状態の有機物質に対応する誘電関数を設定する場合に比較して容易に精度よく複合膜の解析することができる。
【００５６】
（３）複合膜がホスト及びドーパントからなる有機ＥＬ材料で、膜厚が１０〜３０ｎｍ程度の薄い膜であっても非破壊状態で組成を解析することができる。
（４）単層膜が複数積層された多層膜の試料を解析する場合は、各単層膜毎に前記手法によって誘電関数を求め、各単層膜の積層順と膜厚を変更して分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行う。従って、多層膜であっても組成を非破壊状態で容易に解析することができる。有機ＥＬ素子は、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を有する多層構成が一般的なため、有機ＥＬ素子の有機ＥＬ材料の組成を非破壊状態で解析することができる。
【００５７】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成してもよい。
○ 誘電関数としてGaussian振動子型の誘電関数以外の関数を使用してもよい。例えば、Tauc-Lorentz振動子型の誘電関数を用いてもよい。
【００５８】
○ ブラグマンの有効媒質近似以外の有効媒質近似法を使用してもよい。
○ 試料のエリプソパラメータΔ，ψの計算値と、分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるようにフィッティングを行う回帰解析法は、Levenberg-Marquardt 法に基づく回帰解析法に限らない。
【００５９】
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記誘電関数はGaussian振動子型の誘電関数である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】試料の解析方法の手順を示すフローチャート。
【図２】実施例１の透過率と波長の関係を示すグラフ。
【図３】同じくΔと波長の関係を示すグラフ。
【図４】同じくψと波長の関係を示すグラフ。
【図５】同じく光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフ。
【図６】実施例２の透過率と波長の関係を示すグラフ。
【図７】同じくΔと波長の関係を示すグラフ。
【図８】同じくψと波長の関係を示すグラフ。
【図９】同じく光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフ。
【図１０】実施例３の透過率と波長の関係を示すグラフ。
【図１１】同じくΔと波長の関係を示すグラフ。
【図１２】同じくψと波長の関係を示すグラフ。
【図１３】同じく光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフ。
【図１４】実施例４の透過率と波長の関係を示すグラフ。
【図１５】同じくΔと波長の関係を示すグラフ。
【図１６】同じくψと波長の関係を示すグラフ。
【図１７】同じく光学定数である屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフ。
【図１８】実施例５の各試料の屈折率ｎ及び消衰係数ｋと波長の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６１】
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５…ステップ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光エリプソメータを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の解析方法であって、解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定するステップと、前記スペクトルに基づいて前記試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して多次元の誘電関数を設定するステップと、分光エリプソメータで試料のエリプソパラメータΔ，ψを測定するステップと、前記誘電関数を用いて試料のエリプソパラメータΔ，ψの理論値を計算し、そのエリプソパラメータΔ，ψの理論値と前記分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるように回帰解析法で前記誘電関数のフィッティングパラメータのフィッティングを行って最適推定誘電関数を求めるステップとを備えた、分光エリプソメータを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の解析方法。
【請求項２】
単層膜中に複数の有機物質が存在する複合膜の分光エリプソメータを用いた解析方法であって、前記複合膜の各構成材料に関して単独で単層膜を作成するとともに請求項１の手法によって最適推定誘電関数を求め、当該最適推定誘電関数を使用するとともに、前記複数の有機物質の組成比をフィッティングパラメータとして有効媒質近似を利用して前記複合膜に対するフィッティングを行って組成比の推定値及び前記複合膜の最適推定誘電関数を求める分光エリプソメータを用いた複合膜の解析方法。
【請求項３】
前記複合膜はホスト及びドーパントからなる有機材料で構成されている請求項２に記載の分光エリプソメータを用いた複合膜の解析方法。
【請求項４】
単層膜が複数積層された多層膜の分光エリプソメータを用いた解析方法であって、各単層膜について請求項１又は請求項２の手法によって単層膜の最適推定誘電関数を求め、各単層膜の積層順と膜厚をフィッティングパラメータとして前記分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行って積層順および膜厚の推定値を求める分光エリプソメータを用いた多層膜の解析方法。
【請求項１】
分光エリプソメータを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の解析方法であって、解析すべき試料の単層膜の透過率スペクトル又は吸収スペクトルを分光光度計で測定するステップと、前記スペクトルに基づいて前記試料の組成及び構造の少なくとも一方を予測して多次元の誘電関数を設定するステップと、分光エリプソメータで試料のエリプソパラメータΔ，ψを測定するステップと、前記誘電関数を用いて試料のエリプソパラメータΔ，ψの理論値を計算し、そのエリプソパラメータΔ，ψの理論値と前記分光エリプソメータによる測定値との平均２乗誤差が最小又は許容範囲内になるように回帰解析法で前記誘電関数のフィッティングパラメータのフィッティングを行って最適推定誘電関数を求めるステップとを備えた、分光エリプソメータを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に用いられる有機物質の解析方法。
【請求項２】
単層膜中に複数の有機物質が存在する複合膜の分光エリプソメータを用いた解析方法であって、前記複合膜の各構成材料に関して単独で単層膜を作成するとともに請求項１の手法によって最適推定誘電関数を求め、当該最適推定誘電関数を使用するとともに、前記複数の有機物質の組成比をフィッティングパラメータとして有効媒質近似を利用して前記複合膜に対するフィッティングを行って組成比の推定値及び前記複合膜の最適推定誘電関数を求める分光エリプソメータを用いた複合膜の解析方法。
【請求項３】
前記複合膜はホスト及びドーパントからなる有機材料で構成されている請求項２に記載の分光エリプソメータを用いた複合膜の解析方法。
【請求項４】
単層膜が複数積層された多層膜の分光エリプソメータを用いた解析方法であって、各単層膜について請求項１又は請求項２の手法によって単層膜の最適推定誘電関数を求め、各単層膜の積層順と膜厚をフィッティングパラメータとして前記分光エリプソメータによる測定値とのフィッティングを行って積層順および膜厚の推定値を求める分光エリプソメータを用いた多層膜の解析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００６−３４９６４８（Ｐ２００６−３４９６４８Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７９９５４（Ｐ２００５−１７９９５４）
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２０日（２００５．６．２０）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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