イオンビーム加工方法及び加工装置
【課題】被加工物の加工に際し、加工手段として用いられるイオンビームのビーム径の大きさを容易に変更させることができ、加工時間の短縮化が図れ、高精度の加工が可能となるイオンビーム加工方法及び加工装置を提供する。
【解決手段】被加工物１００９にイオンビーム１００３を照射し、前記被加工物を加工するイオンビーム加工方法または装置を、つぎのように構成する。
前記被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じて、前記イオンビームのビーム径１００４を変更すると共に、前記イオンビームの前記被加工物に対する照射時間を制御して加工する構成とする。
【解決手段】被加工物１００９にイオンビーム１００３を照射し、前記被加工物を加工するイオンビーム加工方法または装置を、つぎのように構成する。
前記被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じて、前記イオンビームのビーム径１００４を変更すると共に、前記イオンビームの前記被加工物に対する照射時間を制御して加工する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体、硝子、セラミックス、金属単体または金属酸化物の単結晶及び多結晶等の硬脆材料の表面を、イオンビームによって加工する加工方法および加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、半導体、硝子、セラミックス、金属単体または金属酸化物の単結晶等の硬脆材料の表面を、研磨装置等で精密研磨加工する方法として、例えば、特許文献１のような加工方法が知られている。
この加工方法では滞留時間制御と呼ばれる手段が用いられており、これを図１１を用いてさらに説明する。
図１１において３０は研磨装置であり、研磨装置３０は被加工物３６の表面を加工する研磨ヘッド５０等からなる研磨加工部と、形状計測部を備えている。
この研磨装置では、或る第１の研磨ヘッドによる単位時間の加工量及び加工形状（以下、これを単位除去形状と記す）を一定とし、あらかじめ計測した被加工物の形状データを元に、目標とする加工形状との差を求める。
そして、より多く加工する必要のある部分には長時間、少なく加工する必要しかない部分には短時間研磨工具を当てて、前述した加工量を変える滞留時間制御と呼ばれる方法で加工するものである。
その際、第１回の修正研磨が終了した時点で研磨ヘッド５０を被加工物から隔離し、被加工物を上記形状計測部へ移動させ、第２回目の形状計測を行う。
この修正研磨と形状計測を繰り返し、被加工物の形状が目標とする設計形状に対する公差内に入ったかどうか等により、更に修正研磨と形状計測を繰り返すか、研磨を終了させるかを判断する。
このような修正研磨を複数回繰り返し行うに際し、通常、研磨工具はそれぞれの修正研磨において加工したい形状に合せ、大きさの異なる研磨工具に適宜交換して加工が行われる。
【特許文献１】特開平５−５７６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例の加工方法においては、つぎのような問題を有している。
この加工方法による場合、例えば、まず最初の修正研磨により被加工物の表面を一通り加工した後、表面形状を測定すると、大きな領域の形状誤差をなくすことができる。
しかし、より高精度に研磨するためには、次回以降の修正研磨において、研磨工具の大きさを、順次より小型の物に変えて加工することが要求される。
研磨工具を交換するためには加工装置を停止し、研磨工具を取り外し、取り付けしなければならなず、そのために加工時間を要することとなる。
さらに、その大きさの研磨工具固有の単位除去形状を求める必要があるので、一旦、被加工物と同材質の試料を加工後、その加工痕を計測し、演算しなければならない。
これを怠ると、研磨工具毎の単位除去形状が異なるため、高精度な加工が望めないことから、このような計測等により作業効率が低下する。
また、加工中に研磨工具の大きさを変えるとより短時間の加工が可能となるが、加工途中の研磨工具の交換は不可能である。
また、研磨工具による加工では、被加工物の端部においては研磨工具の一部が被加工物からはずれると、研磨が不安定になって精度が落ちるため、被加工物の有効でない部分を大きく採ることが必要となる。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑み、被加工物の加工に際し、加工手段として用いられるイオンビームのビーム径の大きさを容易に変更させることができるようにする。
それにより、加工時間の短縮化が図れ、高精度の加工が可能となるイオンビーム加工方法及び加工装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のように構成したイオンビーム加工方法及び加工装置を提供するものである。
本発明は、被加工物にイオンビームを照射し、前記被加工物を加工するイオンビーム加工方法を、つぎのように構成したことを特徴としている。
すなわち、前記被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じて、前記イオンビームのビーム径を変更すると共に、前記イオンビームの前記被加工物に対する照射時間を制御して加工する工程を有する構成とする。
その際、前記イオンビームのビーム径を、前記予め求められた加工量に応じて、加工中に変更しながら加工を行うようにすることができる。
また、本発明は、被加工物にイオンビームを照射し、前記被加工物を加工するイオンビーム加工装置を、つぎのように構成したことを特徴としている。
すなわち、前記被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じて、前記イオンビームのビーム径を選択する手段及び前記イオンビームの前記被加工物に対する照射時間を制御する手段を有する構成とする。その際、本発明のイオンビーム加工装置においては、前記イオンビームのビーム径を選択する手段を、前記イオンビームのビーム径を、前記予め求められた加工量に応じて加工中に変更可能とする構成を採ることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、被加工物の加工に際し、加工手段として用いられるイオンビームのビーム径の大きさを容易に変更させることができ、加工時間の短縮化が図れ、高精度の加工が可能となるイオンビーム加工方法及び加工装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施の形態におけるイオンビーム加工方法は、上記した本発明を適用してイオンビーム加工するに際し、例えば、つぎのように実施することができる。
まず、イオンビームのエネルギー、イオン電流、ビーム径を使用予定の或る値に調整した後、そのイオンビームを用いて被加工物と同じ種類の材料を加工し、そのイオンビームによる単位除去形状を求めておく。
次に、使用予定である、先ほどと別なイオンビームのエネルギー、イオン電流、ビーム径を決めて、先ほどと同様な方法でそれらの単位除去形状を求めておく。次に、被加工物の表面形状を測定し、ここで測定された測定データと設定形状の差から、加工量に相当する除去量を算出する。求めた各部の除去量中で、最も除去量の小さい部分を基準とし、各部の除去量を算出する。
次に、上記した方法により予め求められた単位除去形状と、上記被加工物の除去量から各部の加工必要時間を算出する。このとき、大きなエリアの除去部分は径の大きなイオンビームを選択するようにして、被加工物の表面上をイオンビームでスキャンしながら加工する。
このように、本実施の形態によれば、例えば被加工物の形状誤差を計測した値に対し、加工すべき位置とその除去量を演算から求めて加工する場合に、除去領域の形状に合せてイオンビームの径を選択して加工することができる。
そのため、効率の良い加工ができ、加工時間を短縮することができる。
その際、イオンビームのビーム径を変更する方法として、例えば、数種類の大きさの穴があいた板を移動又は回転可能にし、イオンビームガンと被加工物の間に設ける構成を採ることができる。
このような構成によると、イオンビーム径の変更が容易であり、予め各々のアパーチャー径に対する単位除去形状を求めておけば、イオンビーム径を変更した後に、直ちに加工を開始することができる。
更に、加工中であってもイオンビーム径の変更が可能であるので、除去領域が大きい部分ではイオンビーム径を大きくして除去レートを大きくすることにより、加工時間の短縮化が図れる。
また、イオンビームのビーム径を換える他の方法として、複数の可動板、例えば、４枚以上の可動板によって形成されるアパーチャーにより、イオンビームが通過する径を制御する構成を採ることにより、アパーチャーの大きさの変更が、さらに容易となる。
また、イオンビームのビーム径を換える他の方法として、例えばイオン源のイオン密度、引き出し電圧、加速電圧、収束レンズにかける電圧のいずれか１つ、または２つ以上の要素を変更して、イオンビームのビーム径を変更する方法を用いる。
これによって、上記アパーチャーによりビーム径を容易に変更することができることに加え、イオン粒子がアパーチャーに当たって発生するパーティクルを防止することが可能となる。
【実施例】
【０００８】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１は、本発明の構成を適用してイオンビーム加工方法及び加工装置を構成したものである。
図１に本実施例のイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図を示す。図１において、１００１は真空室であり、図示しない排気装置により圧力５×１０-4Ｐａ程度に保たれている。
１００２はカウフマン型のイオンビームガンであり、図示しないＡｒガスの配管が接続されていて、ガスを適量流しながら内部のフィラメントに電流を流すことにより、熱電子を発生させＡｒガスをイオン化している。また、内部にイオンの加速電極が設置され、図示しない導線が接続されている。この導線は真空室外部に導き出され、高圧電源につながっている。この高圧電源により、加速電極に電圧が加えられる。
【０００９】
また、１００３はイオンビーム、１００４はアパーチャー通過後のイオンビーム、１００５はアパーチャー板、１００６はアパーチャーの回転軸であり、また１００７は回転軸１００６の回転方向を示している。このパーチャー板１００５には、アパーチャー径の大きい孔１０２５および順次径の小さい孔１０２４、１０２３が形成され、回転軸１００６によりアパーチャー板１００５を回転させることでアパーチャー径が変更可能に構成されている。
１００８はファラデーカップ、１００９は被加工物、１０１０は固定治具、１０１２は５軸ステージである。
この被加工物１００９は材質が合成石英の外径φ２００ｍｍ、曲率半径４００ｍｍの凸型球面ミラーであり、固定治具１０１０により５軸ステージ１０１２に固定されている。
【００１０】
ファラデーカップ１００８は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。ファラデーカップ１００８の開口はφ０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ１０１２をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流密度分布を測定できるようになっている。ここで、イオンの加速電圧２ｋＶ、総イオン電流値が１００μＡのイオンビームを照射してイオンビームのプロファイルをファラデーカップ１００８により測定すると、図３の（ａ）のようなプロファイルが測定された。
【００１１】
次に、イオンビームガン１００２と被加工物１００９の間に上記したように回転式によりアパーチャー径が変更可能に構成されているアパーチャー板１００５を設置した。このアパーチャー板１００５は、具体的には図２に示す形状をしており、点１０２２を中心に回転することにより、イオンビームのビーム径を変更することができるようになっている。
先ず、アパーチャー径の大きい孔１０２５を通してイオンビームのビーム径を制御し、ファラデーカップ１００８を用いてビームプロファイルを測定したところ、図３の（ｄ）図に示す様にイオンビームの半値幅が１０ｍｍになった。ここで、この制御されたビーム径に対する単位除去形状を求めておく。
イオンビームの単位除去形状は、事前に被加工面と同様な材質のテストピース上で、実際の加工で用いるのと同一のイオンビームガン、照射条件、イオンビーム径で一定時間の加工を行う。
得られた除去窪みを形状計測し、それを単位時間あたりに換算することによって得られる。
【００１２】
また、イオンビームによる除去加工は、ビームエネルギーが同じであればイオン電流値に比例するので、イオン電流密度の分布を測定し、所望のイオンビームプロファイルに調整すると、加工の都度の単位除去形状測定は不要である。
続けて、アパーチャー板１００５にある他の直径の孔１０２３と１０２４に付いてのイオンビームプロフィルを求めておく。図３の（ｂ）は孔１０２３に、図３の（ｃ）は孔１０２４にそれぞれ対応している。
【００１３】
以下に、加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物１００９の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。
この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、１ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状とあらかじめ求めたφ１０ｍｍのイオンビームによる単位除去形状で演算し各加工点の加工時間に変換した。
【００１４】
図４は被加工物１００９上をスキャンするときの軌跡を示し、１０４２の線にそって被加工物上をイオンビームの照射をしながら加工する。この時、除去量の多い部分では被加工物の移動を長時間止め、また、除去量の少ない部分では被加工物の移動停止を短時間にし、さらに除去が不要な部分では被加工物１００９を速やかに移動する。
【００１５】
また、図５は除去加工の説明をするために、被加工物の一部を示した図である。
図５の１０５１は被加工物１０５６の移動方向である。
１０５２はイオンビームガンで、１０５３は径を制御していないイオンビーム、１０５４はアパーチャーを通過した後の径を制御したイオンビームである。イオンビーム照射中の加工点１０５７では被加工物の移動を５秒間止め、未加工点１０５８では３秒間被加工物の移動を止める。
以上のように、各部の除去量に合せて移動停止時間を調整し加工を進めていく。
【００１６】
図４に示すスキャンが一通り終了した後、表面の形状を測定し、設定形状との差を求めた。それによると、空間波長が１０ｍｍ以上の長さの凹凸は無くなり、更に空間波長が小さな長さの凹凸が見られた。そこで、次の加工はあらかじめ求めておいたφ５ｍｍのビームを用いてスキャンを行った。
このときのスキャンはスキャン間隔（図４における１０４４）を前回の半分で行った。前回と同様にスキャンが終了した後、再度計測し、こんどはφ２ｍｍのイオンビームを用いてイオンビーム加工を行った。このようにして、最終的には設定値を表す線１０５９に近づけた。
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２０ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物である球面ミラーは設定形状に対し、１．２ｎｍ以内の誤差であった。また、このようにイオンビームの径を切替式のアパーチャーを用いて制御すると、工具の段取り変えの時間が短縮され、効率のよい加工を行うことができた。
【００１７】
［実施例２］
本発明の実施例２は、本発明の構成を適用してイオンビーム加工方法及び加工装置を構成したものである。
図６に本実施例のイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図を示す。図６において、２００１は真空室であり、図示しない排気装置により圧力５×１０-4Ｐａ程度に保たれている。
２００２はカウフマン型のイオンビームガンであり、図示しないＡｒガスの配管が接続されていて、ガスを適量流しながら内部のフィラメントに電流を流すことにより、熱電子を発生させＡｒガスをイオン化している。また、内部にイオンの加速電極が設置され、図示しない導線が接続されている。この導線は真空室外部に導き出され、高圧電源につながっている。この高圧電源により、加速電極に電圧が加えられる。
【００１８】
また、２００３はイオンビーム、２００４はアパーチャー通過後のイオンビーム、２００５はアパーチャー機構である。２００８はファラデーカップ、２００９は被加工物、２０１０は固定治具、２０１２は５軸ステージである。この被加工物２００９は、材質が低膨張ガラスの外径φ１６０ｍｍ、曲率半径約３８０ｍｍの凸型非球面ミラーであり、固定治具２０１０により５軸ステージ２０１２に固定されている。
【００１９】
ファラデーカップ２００８は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。ファラデーカップ２００８の開口はφ０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ２０１２をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流密度分布を測定できるようになっている。ここで、イオンの加速電圧２ｋＶ、総イオン電流値が１００μＡのイオンビームを照射してイオンビームのプロファイルをファラデーカップ２００８により測定したところ実施例１と同様に、図３の（ａ）のようなプロファイルが測定された。
【００２０】
次に、イオンビームガン２００２と被加工物２００９の間に可動板式のアパーチャー機構２００５を設置した。このアパーチャー機構２００５は図７（ａ）に示す構造をしており、３対の可動板２０７２を持ち、図示しない動力機構により移動出来る様になっている。可動板２０７２を移動すると、イオンビーム通過孔となるアパーチャー２０７１の大きさを変化させることができ、結果として、イオンビームの径を制御することが可能になる。
【００２１】
先ず、可動版２０７２同士の距離を１０ｍｍにしてイオンビームのビーム径を制御し、ファラデーカップ２００８を用いてビームプロファイルを測定したところ、実施例１と同様に図３の（ｄ）に示す様にイオンビームの半値幅が１０ｍｍになった。アパーチャーは６角形であるが、アパーチャーと被加工物の距離があるため、ほとんど円形となる。ここで、この制御されたビーム径に対する単位除去形状を求めておく。単位除去形状の求め方は実施例１と同様である。
また、実施例１と同様にアパーチャーで径を制御したイオンビームのエネルギーは、径が変わっても同じであるので、イオン電流密度の分布を測定すれば、単位除去形状は推定できる。
続けて、可動版２０７２間の距離を５ｍｍ、２ｍｍにしてそれぞれイオンビームプロフィルを求めておく。
【００２２】
実施例１と同様な動作フローで被加工物２００９を加工した。
先ず、前加工した被加工物２００９の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。
この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、１ｍｍピッチで測定した。次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状とあらかじめ求めたφ１０ｍｍ相当のイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。このデータを元に、被加工物２００９上をスキャンしながらイオンビームで加工した。この時、除去量の多い部分では被加工物の移動を長時間止め、又、除去量の少ない部分では被加工物の移動停止を短時間にし、さらに除去が不要な部分では被加工物２００９を速やかに移動する。
【００２３】
スキャンが一通り終了後、表面の形状を測定し、設定形状との差を求めた。
それによると、空間波長が１０ｍｍ以上の長さの凹凸は無くなり、更に空間波長が小さな長さの凹凸が見られた。そこで、次の加工はあらかじめ求めておいたφ５ｍｍ相当のビームを用いてスキャンを行った。前回と同様にスキャンが終了した後、再度計測し、こんどはφ２ｍｍのイオンビームを用いてイオンビーム加工を行った。このようにして、最終的には表面形状全体を設定値に近づけた。
【００２４】
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２５ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物２００９は設定形状に対し、１．５ｎｍ以内の誤差であった。また、このようにイオンビームの径を可動板式のアパーチャーを用いて制御すると、工具の段取り変えの時間が短縮され、効率のよい加工を行うことができた。
また、アパーチャー機構に図７の（ｂ）のように可動板の数を増やした構成を用いると、イオンビームは更に円形に近くなり、より精度を上げることが可能となる。
【００２５】
［実施例３］
本発明の実施例３は、本発明の構成を適用してイオンビーム加工方法及び加工装置を構成したものである。
図８に本実施例のイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図を示す。図８において、３００１は真空室であり、図示しない排気装置により圧力５×１０-4Ｐａ程度に保たれている。
３００２はＲＦタイプのイオン源を持つイオンビームガンであり、図９にイオンビームガン内部の構造を示した。
また、３００３はイオンビーム、３００８はファラデーカップ、３００９は被加工物、３０１０は固定治具、３０１２は５軸ステージである。この被加工物３００９は、材質が低膨張ガラスの外径φ１８０ｍｍ、曲率半径約３００ｍｍの凹型非球面ミラーであり、固定治具３０１０により５軸ステージ３０１２に固定されている。
【００２６】
３０９２はイオン化室であり、図示しない配管が接続され、Ａｒガスが供給される。また、図示しないＲＦ電源が接続され、ＲＦパワーによりＡｒガスがイオン化される。３０９３は引き出し電極、３０９４は加速電極と呼ばれる構成部品であり、図示しない真空室の外に設置した高圧電源から高圧電圧が導かれイオン化室でイオンとなったＡｒ粒子を引き出して加速する。
また、３０９５は静電レンズであり、加速されたイオンを収束してイオンビームを所定の位置で細くする役目を持つ。
【００２７】
また、ファラデーカップ３００８は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。ファラデーカップ３００８の開口は０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ３０１１をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流プロファイルを測定できるようになっている。ここで、このようなイオンビームガン及び測定システムを用いて、φ８ｍｍ、φ４ｍｍ、φ２ｍｍ、φ１ｍｍのビーム径に調整し、さらに、中心部の加工レートが同程度になるように、ＲＦパワー、引出し電圧、加速電圧、及び静電レンズ電圧を調整した。
φ８ｍｍ径イオンビームは引き出し電圧１ｋＶ、加速電圧３ｋＶ、総イオン電流値は５０μＡで、静電レンズによりビーム径は半値幅で８ｍｍに調整した。φ４ｍｍ、φ２ｍｍ、φ１ｍｍのビームについても同様であるが、径が小さくなるにつれ電流値を下げ、加速電圧を上げるようにした。こうすることにより収束性を上げ、同時に加工レートが下がるのを防いだ。これらの各イオンビームの被加工物に照射する時の単位除去形状を実施例１と同様な方法で求めておく。
【００２８】
以下に加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物３００８の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、０．５ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状をフーリエ変換し、空間波長で分類する。このデータとあらかじめ求めた各径のイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。このデータを元に、被加工物３００８上を、イオンビームをスキャン照射しながら加工する。この時、除去面積の大きい部分では径を大きく設定したイオンビームを用いて加工した。
【００２９】
図１０は被加工物３００９上をスキャンする方法を説明する図である。３００９は被加工物を示し、３１０５は有効加工範囲を示す。３１０１はスキャンの開始点、３１０２はスキャンラインである。３１０６、３１０７、３１０８は除去形状の空間波長が長い部分である。この部分ではビーム径をφ８ｍｍに調整したビームを用いて加工した。矢印３１０９はビーム径φ８ｍｍのイオンビームでのスキャン範囲である。このように、大きなエリアは大きな径のイオンビームで速く加工し、空間波長が短い成分は、再度その上をイオンビームガンの制御条件を、あらかじめ単位除去レートを調べておいた径の小さなビームに変えて加工する。このような方法を用いると、加工時間を短縮することが出来、また、研磨工具を交換する時間も発生しないので、更に、短時間で加工を終了することができる。
【００３０】
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２８ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物３００８は設定形状に対し、１．５ｎｍ以内の誤差であった。
また、この実施例では、大径のビームで加工後に小径のビームで加工する順番の説明をしたが、先に小径ビームで空間波長の短い成分を除去してから、大径ビームで加工しても良い。
【００３１】
［実施例４］
次に、本発明の実施例４におけるイオンビーム加工方法について説明する。
本実施例においては、基本的には実施例３と同様の図８に示されるイオンビーム加工装置、図９に示されるイオンビームガン及び測定システムが用いられており、したがって実施例３と重複する説明については省略する。
本実施例においては、以上の実施例３と同様のイオンビーム加工装置、図９に示されるイオンビームガン及び測定シスイオンビーム加工装置を用いる。
また、イオンビームガン及び測定システムを用いて、φ８ｍｍ、φ４ｍｍ、φ２ｍｍ、φ１ｍｍのビーム径に調整し、さらに、中心部の加工レートが同程度になるように、ＲＦパワー、引出し電圧、加速電圧、及び静電レンズ電圧を調整した。
φ８ｍｍ径イオンビームは引き出し電圧１ｋＶ、加速電圧３ｋＶ、総イオン電流値は５０μＡで、静電レンズによりビーム径は半値幅で８ｍｍに調整した。φ４ｍｍ、φ２ｍｍ、φ１ｍｍのビームについても同様であるが、径が小さくなるにつれ電流値を下げ、加速電圧を上げるようにした。
こうすることにより収束性を上げ、同時に加工レートが下がるのを防いだ。これらの各イオンビームの被加工物に照射する時の単位除去形状を実施例１と同様な方法で求めておく。なお、本実施例の被加工物も、実施例３同様に材質が低膨張ガラスの外径φ１８０ｍｍ、曲率半径約３００ｍｍの凹型非球面ミラーとされている。
【００３２】
つぎに、以下に加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物３００９の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、０．５ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状をフーリエ変換し、空間波長で分類する。このデータとあらかじめ求めた各径のイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。このデータを元に、被加工物３００９上を、イオンビームをスキャン照射しながら加工する。このとき、除去面積の大きい部分では径を大きく設定したイオンビームを用いて加工した。図１０は被加工物３００９上をスキャンする方法を説明する図である。３００９は被加工物を示し、３１０５は有効加工範囲を示す。３１０１はスキャンの開始点、３１０２はスキャンラインである。３１０６、３１０７、３１０８は除去形状の空間波長が長い部分である。この部分ではビーム径をφ８ｍｍに調整したビームを用いて加工した。矢印３１０９はビーム径φ８ｍｍのイオンビームでのスキャン範囲である。このように、大きなエリアは大きな径のイオンビームで速く加工し、空間波長が短い成分は、再度その上をイオンビームガンの制御条件を、あらかじめ単位除去レートを調べておいた径の小さなビームに変えて加工する。
【００３３】
ここで、ビームを一旦シャッターにて遮断し、ファラデーカップ３００８を用いて、ビームプロファイルの確認及び調整を行った。
ビームプロファイルを設定した物に確実にしたところで次の加工を続けた。このような方法を用いると、加工時間を短縮することができ、また、研磨工具を交換する時間も発生しないので、更に、短時間で加工を終了することが出来る。また、このように一旦ビームプロファイルを確認することで、加工精度をより向上させることが出来る。
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２８ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物３００９は設定形状に対し、１．３ｎｍ以内の誤差であった。
また、この実施例では、大径のビームで加工後に小径のビームで加工する順番の説明をしたが、先に小径ビームで空間波長の短い成分を除去してから、大径ビームで加工しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１に係るイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図である。
【図２】本発明の実施例１に係るアパーチャー板を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１に係るイオンビームのビームプロファイルを説明する図である。
【図４】本発明の実施例１に係るイオンビームのスキャン方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施例１に係るイオンビームの加工方法を説明する図である。
【図６】本発明の実施例２に係るイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図である。
【図７】本発明の実施例２に係るアパーチャーの構造を説明する図である。
【図８】本発明の実施例３に係るイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図である。
【図９】本発明の実施例３に係るイオンビームガンの構造を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例３に係るイオンビームのスキャン方法を説明する図である。
【図１１】従来例である特許文献１に開示される研磨技術を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００１、２００１、３００１：真空室
１００２、２００２、３００２：イオンビームガン
１００３、２００３、３００３：イオンビーム
１００４、２００４：アパーチャー通過後のイオンビーム
１００５：アパーチャー板
１００８、２００８、３００８：ファラデーカップ
１００９、２００９、３００９：被加工物
１０１０、２０１０、３０１０：固定ジグ
１０１２、２０１２、３０１２：５軸ステージ
１０４２、３０８２：イオンビームスキャンライン
１０５１：被加工物移動方向
１０５２：イオンビームガン
１０５３：イオンビーム
１０５４：アパーチャー通過後のイオンビーム
１０５５：アパーチャー
１０５６：被加工物
１０５７：加工点
１０５８：未加工点
１０５９：加工目標線
２００５：アパーチャー機構
２０７１、２０７４：アパーチャー
２０７２、２０７５：可動板
３０９１：イオンビームガン
３０９２：イオン化室
３０９３：引き出し電極
３０９４：加速電極
３０９５：静電レンズ
３０９８：イオンビーム
３１０６、３１０７、３１０８：大径イオンビーム加工エリア
３１０９：大径イオンビームスキャンライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体、硝子、セラミックス、金属単体または金属酸化物の単結晶及び多結晶等の硬脆材料の表面を、イオンビームによって加工する加工方法および加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、半導体、硝子、セラミックス、金属単体または金属酸化物の単結晶等の硬脆材料の表面を、研磨装置等で精密研磨加工する方法として、例えば、特許文献１のような加工方法が知られている。
この加工方法では滞留時間制御と呼ばれる手段が用いられており、これを図１１を用いてさらに説明する。
図１１において３０は研磨装置であり、研磨装置３０は被加工物３６の表面を加工する研磨ヘッド５０等からなる研磨加工部と、形状計測部を備えている。
この研磨装置では、或る第１の研磨ヘッドによる単位時間の加工量及び加工形状（以下、これを単位除去形状と記す）を一定とし、あらかじめ計測した被加工物の形状データを元に、目標とする加工形状との差を求める。
そして、より多く加工する必要のある部分には長時間、少なく加工する必要しかない部分には短時間研磨工具を当てて、前述した加工量を変える滞留時間制御と呼ばれる方法で加工するものである。
その際、第１回の修正研磨が終了した時点で研磨ヘッド５０を被加工物から隔離し、被加工物を上記形状計測部へ移動させ、第２回目の形状計測を行う。
この修正研磨と形状計測を繰り返し、被加工物の形状が目標とする設計形状に対する公差内に入ったかどうか等により、更に修正研磨と形状計測を繰り返すか、研磨を終了させるかを判断する。
このような修正研磨を複数回繰り返し行うに際し、通常、研磨工具はそれぞれの修正研磨において加工したい形状に合せ、大きさの異なる研磨工具に適宜交換して加工が行われる。
【特許文献１】特開平５−５７６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例の加工方法においては、つぎのような問題を有している。
この加工方法による場合、例えば、まず最初の修正研磨により被加工物の表面を一通り加工した後、表面形状を測定すると、大きな領域の形状誤差をなくすことができる。
しかし、より高精度に研磨するためには、次回以降の修正研磨において、研磨工具の大きさを、順次より小型の物に変えて加工することが要求される。
研磨工具を交換するためには加工装置を停止し、研磨工具を取り外し、取り付けしなければならなず、そのために加工時間を要することとなる。
さらに、その大きさの研磨工具固有の単位除去形状を求める必要があるので、一旦、被加工物と同材質の試料を加工後、その加工痕を計測し、演算しなければならない。
これを怠ると、研磨工具毎の単位除去形状が異なるため、高精度な加工が望めないことから、このような計測等により作業効率が低下する。
また、加工中に研磨工具の大きさを変えるとより短時間の加工が可能となるが、加工途中の研磨工具の交換は不可能である。
また、研磨工具による加工では、被加工物の端部においては研磨工具の一部が被加工物からはずれると、研磨が不安定になって精度が落ちるため、被加工物の有効でない部分を大きく採ることが必要となる。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑み、被加工物の加工に際し、加工手段として用いられるイオンビームのビーム径の大きさを容易に変更させることができるようにする。
それにより、加工時間の短縮化が図れ、高精度の加工が可能となるイオンビーム加工方法及び加工装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のように構成したイオンビーム加工方法及び加工装置を提供するものである。
本発明は、被加工物にイオンビームを照射し、前記被加工物を加工するイオンビーム加工方法を、つぎのように構成したことを特徴としている。
すなわち、前記被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じて、前記イオンビームのビーム径を変更すると共に、前記イオンビームの前記被加工物に対する照射時間を制御して加工する工程を有する構成とする。
その際、前記イオンビームのビーム径を、前記予め求められた加工量に応じて、加工中に変更しながら加工を行うようにすることができる。
また、本発明は、被加工物にイオンビームを照射し、前記被加工物を加工するイオンビーム加工装置を、つぎのように構成したことを特徴としている。
すなわち、前記被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じて、前記イオンビームのビーム径を選択する手段及び前記イオンビームの前記被加工物に対する照射時間を制御する手段を有する構成とする。その際、本発明のイオンビーム加工装置においては、前記イオンビームのビーム径を選択する手段を、前記イオンビームのビーム径を、前記予め求められた加工量に応じて加工中に変更可能とする構成を採ることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、被加工物の加工に際し、加工手段として用いられるイオンビームのビーム径の大きさを容易に変更させることができ、加工時間の短縮化が図れ、高精度の加工が可能となるイオンビーム加工方法及び加工装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施の形態におけるイオンビーム加工方法は、上記した本発明を適用してイオンビーム加工するに際し、例えば、つぎのように実施することができる。
まず、イオンビームのエネルギー、イオン電流、ビーム径を使用予定の或る値に調整した後、そのイオンビームを用いて被加工物と同じ種類の材料を加工し、そのイオンビームによる単位除去形状を求めておく。
次に、使用予定である、先ほどと別なイオンビームのエネルギー、イオン電流、ビーム径を決めて、先ほどと同様な方法でそれらの単位除去形状を求めておく。次に、被加工物の表面形状を測定し、ここで測定された測定データと設定形状の差から、加工量に相当する除去量を算出する。求めた各部の除去量中で、最も除去量の小さい部分を基準とし、各部の除去量を算出する。
次に、上記した方法により予め求められた単位除去形状と、上記被加工物の除去量から各部の加工必要時間を算出する。このとき、大きなエリアの除去部分は径の大きなイオンビームを選択するようにして、被加工物の表面上をイオンビームでスキャンしながら加工する。
このように、本実施の形態によれば、例えば被加工物の形状誤差を計測した値に対し、加工すべき位置とその除去量を演算から求めて加工する場合に、除去領域の形状に合せてイオンビームの径を選択して加工することができる。
そのため、効率の良い加工ができ、加工時間を短縮することができる。
その際、イオンビームのビーム径を変更する方法として、例えば、数種類の大きさの穴があいた板を移動又は回転可能にし、イオンビームガンと被加工物の間に設ける構成を採ることができる。
このような構成によると、イオンビーム径の変更が容易であり、予め各々のアパーチャー径に対する単位除去形状を求めておけば、イオンビーム径を変更した後に、直ちに加工を開始することができる。
更に、加工中であってもイオンビーム径の変更が可能であるので、除去領域が大きい部分ではイオンビーム径を大きくして除去レートを大きくすることにより、加工時間の短縮化が図れる。
また、イオンビームのビーム径を換える他の方法として、複数の可動板、例えば、４枚以上の可動板によって形成されるアパーチャーにより、イオンビームが通過する径を制御する構成を採ることにより、アパーチャーの大きさの変更が、さらに容易となる。
また、イオンビームのビーム径を換える他の方法として、例えばイオン源のイオン密度、引き出し電圧、加速電圧、収束レンズにかける電圧のいずれか１つ、または２つ以上の要素を変更して、イオンビームのビーム径を変更する方法を用いる。
これによって、上記アパーチャーによりビーム径を容易に変更することができることに加え、イオン粒子がアパーチャーに当たって発生するパーティクルを防止することが可能となる。
【実施例】
【０００８】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１は、本発明の構成を適用してイオンビーム加工方法及び加工装置を構成したものである。
図１に本実施例のイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図を示す。図１において、１００１は真空室であり、図示しない排気装置により圧力５×１０-4Ｐａ程度に保たれている。
１００２はカウフマン型のイオンビームガンであり、図示しないＡｒガスの配管が接続されていて、ガスを適量流しながら内部のフィラメントに電流を流すことにより、熱電子を発生させＡｒガスをイオン化している。また、内部にイオンの加速電極が設置され、図示しない導線が接続されている。この導線は真空室外部に導き出され、高圧電源につながっている。この高圧電源により、加速電極に電圧が加えられる。
【０００９】
また、１００３はイオンビーム、１００４はアパーチャー通過後のイオンビーム、１００５はアパーチャー板、１００６はアパーチャーの回転軸であり、また１００７は回転軸１００６の回転方向を示している。このパーチャー板１００５には、アパーチャー径の大きい孔１０２５および順次径の小さい孔１０２４、１０２３が形成され、回転軸１００６によりアパーチャー板１００５を回転させることでアパーチャー径が変更可能に構成されている。
１００８はファラデーカップ、１００９は被加工物、１０１０は固定治具、１０１２は５軸ステージである。
この被加工物１００９は材質が合成石英の外径φ２００ｍｍ、曲率半径４００ｍｍの凸型球面ミラーであり、固定治具１０１０により５軸ステージ１０１２に固定されている。
【００１０】
ファラデーカップ１００８は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。ファラデーカップ１００８の開口はφ０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ１０１２をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流密度分布を測定できるようになっている。ここで、イオンの加速電圧２ｋＶ、総イオン電流値が１００μＡのイオンビームを照射してイオンビームのプロファイルをファラデーカップ１００８により測定すると、図３の（ａ）のようなプロファイルが測定された。
【００１１】
次に、イオンビームガン１００２と被加工物１００９の間に上記したように回転式によりアパーチャー径が変更可能に構成されているアパーチャー板１００５を設置した。このアパーチャー板１００５は、具体的には図２に示す形状をしており、点１０２２を中心に回転することにより、イオンビームのビーム径を変更することができるようになっている。
先ず、アパーチャー径の大きい孔１０２５を通してイオンビームのビーム径を制御し、ファラデーカップ１００８を用いてビームプロファイルを測定したところ、図３の（ｄ）図に示す様にイオンビームの半値幅が１０ｍｍになった。ここで、この制御されたビーム径に対する単位除去形状を求めておく。
イオンビームの単位除去形状は、事前に被加工面と同様な材質のテストピース上で、実際の加工で用いるのと同一のイオンビームガン、照射条件、イオンビーム径で一定時間の加工を行う。
得られた除去窪みを形状計測し、それを単位時間あたりに換算することによって得られる。
【００１２】
また、イオンビームによる除去加工は、ビームエネルギーが同じであればイオン電流値に比例するので、イオン電流密度の分布を測定し、所望のイオンビームプロファイルに調整すると、加工の都度の単位除去形状測定は不要である。
続けて、アパーチャー板１００５にある他の直径の孔１０２３と１０２４に付いてのイオンビームプロフィルを求めておく。図３の（ｂ）は孔１０２３に、図３の（ｃ）は孔１０２４にそれぞれ対応している。
【００１３】
以下に、加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物１００９の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。
この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、１ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状とあらかじめ求めたφ１０ｍｍのイオンビームによる単位除去形状で演算し各加工点の加工時間に変換した。
【００１４】
図４は被加工物１００９上をスキャンするときの軌跡を示し、１０４２の線にそって被加工物上をイオンビームの照射をしながら加工する。この時、除去量の多い部分では被加工物の移動を長時間止め、また、除去量の少ない部分では被加工物の移動停止を短時間にし、さらに除去が不要な部分では被加工物１００９を速やかに移動する。
【００１５】
また、図５は除去加工の説明をするために、被加工物の一部を示した図である。
図５の１０５１は被加工物１０５６の移動方向である。
１０５２はイオンビームガンで、１０５３は径を制御していないイオンビーム、１０５４はアパーチャーを通過した後の径を制御したイオンビームである。イオンビーム照射中の加工点１０５７では被加工物の移動を５秒間止め、未加工点１０５８では３秒間被加工物の移動を止める。
以上のように、各部の除去量に合せて移動停止時間を調整し加工を進めていく。
【００１６】
図４に示すスキャンが一通り終了した後、表面の形状を測定し、設定形状との差を求めた。それによると、空間波長が１０ｍｍ以上の長さの凹凸は無くなり、更に空間波長が小さな長さの凹凸が見られた。そこで、次の加工はあらかじめ求めておいたφ５ｍｍのビームを用いてスキャンを行った。
このときのスキャンはスキャン間隔（図４における１０４４）を前回の半分で行った。前回と同様にスキャンが終了した後、再度計測し、こんどはφ２ｍｍのイオンビームを用いてイオンビーム加工を行った。このようにして、最終的には設定値を表す線１０５９に近づけた。
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２０ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物である球面ミラーは設定形状に対し、１．２ｎｍ以内の誤差であった。また、このようにイオンビームの径を切替式のアパーチャーを用いて制御すると、工具の段取り変えの時間が短縮され、効率のよい加工を行うことができた。
【００１７】
［実施例２］
本発明の実施例２は、本発明の構成を適用してイオンビーム加工方法及び加工装置を構成したものである。
図６に本実施例のイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図を示す。図６において、２００１は真空室であり、図示しない排気装置により圧力５×１０-4Ｐａ程度に保たれている。
２００２はカウフマン型のイオンビームガンであり、図示しないＡｒガスの配管が接続されていて、ガスを適量流しながら内部のフィラメントに電流を流すことにより、熱電子を発生させＡｒガスをイオン化している。また、内部にイオンの加速電極が設置され、図示しない導線が接続されている。この導線は真空室外部に導き出され、高圧電源につながっている。この高圧電源により、加速電極に電圧が加えられる。
【００１８】
また、２００３はイオンビーム、２００４はアパーチャー通過後のイオンビーム、２００５はアパーチャー機構である。２００８はファラデーカップ、２００９は被加工物、２０１０は固定治具、２０１２は５軸ステージである。この被加工物２００９は、材質が低膨張ガラスの外径φ１６０ｍｍ、曲率半径約３８０ｍｍの凸型非球面ミラーであり、固定治具２０１０により５軸ステージ２０１２に固定されている。
【００１９】
ファラデーカップ２００８は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。ファラデーカップ２００８の開口はφ０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ２０１２をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流密度分布を測定できるようになっている。ここで、イオンの加速電圧２ｋＶ、総イオン電流値が１００μＡのイオンビームを照射してイオンビームのプロファイルをファラデーカップ２００８により測定したところ実施例１と同様に、図３の（ａ）のようなプロファイルが測定された。
【００２０】
次に、イオンビームガン２００２と被加工物２００９の間に可動板式のアパーチャー機構２００５を設置した。このアパーチャー機構２００５は図７（ａ）に示す構造をしており、３対の可動板２０７２を持ち、図示しない動力機構により移動出来る様になっている。可動板２０７２を移動すると、イオンビーム通過孔となるアパーチャー２０７１の大きさを変化させることができ、結果として、イオンビームの径を制御することが可能になる。
【００２１】
先ず、可動版２０７２同士の距離を１０ｍｍにしてイオンビームのビーム径を制御し、ファラデーカップ２００８を用いてビームプロファイルを測定したところ、実施例１と同様に図３の（ｄ）に示す様にイオンビームの半値幅が１０ｍｍになった。アパーチャーは６角形であるが、アパーチャーと被加工物の距離があるため、ほとんど円形となる。ここで、この制御されたビーム径に対する単位除去形状を求めておく。単位除去形状の求め方は実施例１と同様である。
また、実施例１と同様にアパーチャーで径を制御したイオンビームのエネルギーは、径が変わっても同じであるので、イオン電流密度の分布を測定すれば、単位除去形状は推定できる。
続けて、可動版２０７２間の距離を５ｍｍ、２ｍｍにしてそれぞれイオンビームプロフィルを求めておく。
【００２２】
実施例１と同様な動作フローで被加工物２００９を加工した。
先ず、前加工した被加工物２００９の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。
この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、１ｍｍピッチで測定した。次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状とあらかじめ求めたφ１０ｍｍ相当のイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。このデータを元に、被加工物２００９上をスキャンしながらイオンビームで加工した。この時、除去量の多い部分では被加工物の移動を長時間止め、又、除去量の少ない部分では被加工物の移動停止を短時間にし、さらに除去が不要な部分では被加工物２００９を速やかに移動する。
【００２３】
スキャンが一通り終了後、表面の形状を測定し、設定形状との差を求めた。
それによると、空間波長が１０ｍｍ以上の長さの凹凸は無くなり、更に空間波長が小さな長さの凹凸が見られた。そこで、次の加工はあらかじめ求めておいたφ５ｍｍ相当のビームを用いてスキャンを行った。前回と同様にスキャンが終了した後、再度計測し、こんどはφ２ｍｍのイオンビームを用いてイオンビーム加工を行った。このようにして、最終的には表面形状全体を設定値に近づけた。
【００２４】
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２５ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物２００９は設定形状に対し、１．５ｎｍ以内の誤差であった。また、このようにイオンビームの径を可動板式のアパーチャーを用いて制御すると、工具の段取り変えの時間が短縮され、効率のよい加工を行うことができた。
また、アパーチャー機構に図７の（ｂ）のように可動板の数を増やした構成を用いると、イオンビームは更に円形に近くなり、より精度を上げることが可能となる。
【００２５】
［実施例３］
本発明の実施例３は、本発明の構成を適用してイオンビーム加工方法及び加工装置を構成したものである。
図８に本実施例のイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図を示す。図８において、３００１は真空室であり、図示しない排気装置により圧力５×１０-4Ｐａ程度に保たれている。
３００２はＲＦタイプのイオン源を持つイオンビームガンであり、図９にイオンビームガン内部の構造を示した。
また、３００３はイオンビーム、３００８はファラデーカップ、３００９は被加工物、３０１０は固定治具、３０１２は５軸ステージである。この被加工物３００９は、材質が低膨張ガラスの外径φ１８０ｍｍ、曲率半径約３００ｍｍの凹型非球面ミラーであり、固定治具３０１０により５軸ステージ３０１２に固定されている。
【００２６】
３０９２はイオン化室であり、図示しない配管が接続され、Ａｒガスが供給される。また、図示しないＲＦ電源が接続され、ＲＦパワーによりＡｒガスがイオン化される。３０９３は引き出し電極、３０９４は加速電極と呼ばれる構成部品であり、図示しない真空室の外に設置した高圧電源から高圧電圧が導かれイオン化室でイオンとなったＡｒ粒子を引き出して加速する。
また、３０９５は静電レンズであり、加速されたイオンを収束してイオンビームを所定の位置で細くする役目を持つ。
【００２７】
また、ファラデーカップ３００８は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。ファラデーカップ３００８の開口は０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ３０１１をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流プロファイルを測定できるようになっている。ここで、このようなイオンビームガン及び測定システムを用いて、φ８ｍｍ、φ４ｍｍ、φ２ｍｍ、φ１ｍｍのビーム径に調整し、さらに、中心部の加工レートが同程度になるように、ＲＦパワー、引出し電圧、加速電圧、及び静電レンズ電圧を調整した。
φ８ｍｍ径イオンビームは引き出し電圧１ｋＶ、加速電圧３ｋＶ、総イオン電流値は５０μＡで、静電レンズによりビーム径は半値幅で８ｍｍに調整した。φ４ｍｍ、φ２ｍｍ、φ１ｍｍのビームについても同様であるが、径が小さくなるにつれ電流値を下げ、加速電圧を上げるようにした。こうすることにより収束性を上げ、同時に加工レートが下がるのを防いだ。これらの各イオンビームの被加工物に照射する時の単位除去形状を実施例１と同様な方法で求めておく。
【００２８】
以下に加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物３００８の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、０．５ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状をフーリエ変換し、空間波長で分類する。このデータとあらかじめ求めた各径のイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。このデータを元に、被加工物３００８上を、イオンビームをスキャン照射しながら加工する。この時、除去面積の大きい部分では径を大きく設定したイオンビームを用いて加工した。
【００２９】
図１０は被加工物３００９上をスキャンする方法を説明する図である。３００９は被加工物を示し、３１０５は有効加工範囲を示す。３１０１はスキャンの開始点、３１０２はスキャンラインである。３１０６、３１０７、３１０８は除去形状の空間波長が長い部分である。この部分ではビーム径をφ８ｍｍに調整したビームを用いて加工した。矢印３１０９はビーム径φ８ｍｍのイオンビームでのスキャン範囲である。このように、大きなエリアは大きな径のイオンビームで速く加工し、空間波長が短い成分は、再度その上をイオンビームガンの制御条件を、あらかじめ単位除去レートを調べておいた径の小さなビームに変えて加工する。このような方法を用いると、加工時間を短縮することが出来、また、研磨工具を交換する時間も発生しないので、更に、短時間で加工を終了することができる。
【００３０】
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２８ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物３００８は設定形状に対し、１．５ｎｍ以内の誤差であった。
また、この実施例では、大径のビームで加工後に小径のビームで加工する順番の説明をしたが、先に小径ビームで空間波長の短い成分を除去してから、大径ビームで加工しても良い。
【００３１】
［実施例４］
次に、本発明の実施例４におけるイオンビーム加工方法について説明する。
本実施例においては、基本的には実施例３と同様の図８に示されるイオンビーム加工装置、図９に示されるイオンビームガン及び測定システムが用いられており、したがって実施例３と重複する説明については省略する。
本実施例においては、以上の実施例３と同様のイオンビーム加工装置、図９に示されるイオンビームガン及び測定シスイオンビーム加工装置を用いる。
また、イオンビームガン及び測定システムを用いて、φ８ｍｍ、φ４ｍｍ、φ２ｍｍ、φ１ｍｍのビーム径に調整し、さらに、中心部の加工レートが同程度になるように、ＲＦパワー、引出し電圧、加速電圧、及び静電レンズ電圧を調整した。
φ８ｍｍ径イオンビームは引き出し電圧１ｋＶ、加速電圧３ｋＶ、総イオン電流値は５０μＡで、静電レンズによりビーム径は半値幅で８ｍｍに調整した。φ４ｍｍ、φ２ｍｍ、φ１ｍｍのビームについても同様であるが、径が小さくなるにつれ電流値を下げ、加速電圧を上げるようにした。
こうすることにより収束性を上げ、同時に加工レートが下がるのを防いだ。これらの各イオンビームの被加工物に照射する時の単位除去形状を実施例１と同様な方法で求めておく。なお、本実施例の被加工物も、実施例３同様に材質が低膨張ガラスの外径φ１８０ｍｍ、曲率半径約３００ｍｍの凹型非球面ミラーとされている。
【００３２】
つぎに、以下に加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物３００９の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、０．５ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状をフーリエ変換し、空間波長で分類する。このデータとあらかじめ求めた各径のイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。このデータを元に、被加工物３００９上を、イオンビームをスキャン照射しながら加工する。このとき、除去面積の大きい部分では径を大きく設定したイオンビームを用いて加工した。図１０は被加工物３００９上をスキャンする方法を説明する図である。３００９は被加工物を示し、３１０５は有効加工範囲を示す。３１０１はスキャンの開始点、３１０２はスキャンラインである。３１０６、３１０７、３１０８は除去形状の空間波長が長い部分である。この部分ではビーム径をφ８ｍｍに調整したビームを用いて加工した。矢印３１０９はビーム径φ８ｍｍのイオンビームでのスキャン範囲である。このように、大きなエリアは大きな径のイオンビームで速く加工し、空間波長が短い成分は、再度その上をイオンビームガンの制御条件を、あらかじめ単位除去レートを調べておいた径の小さなビームに変えて加工する。
【００３３】
ここで、ビームを一旦シャッターにて遮断し、ファラデーカップ３００８を用いて、ビームプロファイルの確認及び調整を行った。
ビームプロファイルを設定した物に確実にしたところで次の加工を続けた。このような方法を用いると、加工時間を短縮することができ、また、研磨工具を交換する時間も発生しないので、更に、短時間で加工を終了することが出来る。また、このように一旦ビームプロファイルを確認することで、加工精度をより向上させることが出来る。
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２８ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物３００９は設定形状に対し、１．３ｎｍ以内の誤差であった。
また、この実施例では、大径のビームで加工後に小径のビームで加工する順番の説明をしたが、先に小径ビームで空間波長の短い成分を除去してから、大径ビームで加工しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１に係るイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図である。
【図２】本発明の実施例１に係るアパーチャー板を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１に係るイオンビームのビームプロファイルを説明する図である。
【図４】本発明の実施例１に係るイオンビームのスキャン方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施例１に係るイオンビームの加工方法を説明する図である。
【図６】本発明の実施例２に係るイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図である。
【図７】本発明の実施例２に係るアパーチャーの構造を説明する図である。
【図８】本発明の実施例３に係るイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図である。
【図９】本発明の実施例３に係るイオンビームガンの構造を説明する図である。
【図１０】本発明の実施例３に係るイオンビームのスキャン方法を説明する図である。
【図１１】従来例である特許文献１に開示される研磨技術を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００１、２００１、３００１：真空室
１００２、２００２、３００２：イオンビームガン
１００３、２００３、３００３：イオンビーム
１００４、２００４：アパーチャー通過後のイオンビーム
１００５：アパーチャー板
１００８、２００８、３００８：ファラデーカップ
１００９、２００９、３００９：被加工物
１０１０、２０１０、３０１０：固定ジグ
１０１２、２０１２、３０１２：５軸ステージ
１０４２、３０８２：イオンビームスキャンライン
１０５１：被加工物移動方向
１０５２：イオンビームガン
１０５３：イオンビーム
１０５４：アパーチャー通過後のイオンビーム
１０５５：アパーチャー
１０５６：被加工物
１０５７：加工点
１０５８：未加工点
１０５９：加工目標線
２００５：アパーチャー機構
２０７１、２０７４：アパーチャー
２０７２、２０７５：可動板
３０９１：イオンビームガン
３０９２：イオン化室
３０９３：引き出し電極
３０９４：加速電極
３０９５：静電レンズ
３０９８：イオンビーム
３１０６、３１０７、３１０８：大径イオンビーム加工エリア
３１０９：大径イオンビームスキャンライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物にイオンビームを照射し、前記被加工物を加工するイオンビーム加工方法において、
前記被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じて、前記イオンビームのビーム径を変更すると共に、
前記イオンビームの前記被加工物に対する照射時間を制御して加工する工程を有することを特徴とするイオンビーム加工方法。
【請求項２】
前記工程が、前記イオンビームのビーム径を、前記予め求められた加工量に応じて、加工中に変更しながら加工を行う工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項３】
前記工程における前記イオンビームのビーム径の変更が、２種類以上の異なった大きさの孔径のアパーチャーを有する遮蔽板の該孔径の切り替えによることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項４】
前記工程における前記イオンビームのビーム径の変更が、複数の可動板によって形成されるアパーチャーの開口径の制御によることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項５】
前記工程における前記イオンビームのビーム径の変更が、イオン源のイオン密度、引出し電圧、加速電圧、収束レンズにかける電圧の少なくとも１つ以上の要素の変更によることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項６】
前記工程が、被加工物に対するイオンビームの照射を中断し、前記イオンビームのプロファイルを所定のイオンビームプロファイルに確認・調整した後、加工を継続する工程を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項７】
被加工物にイオンビームを照射し、前記被加工物を加工するイオンビーム加工装置において、前記被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じて、
前記イオンビームのビーム径を選択する手段及び前記イオンビームの前記被加工物に対する照射時間を制御する手段、を有することを特徴とするイオンビーム加工装置。
【請求項８】
前記イオンビームのビーム径を選択する手段は、前記イオンビームのビーム径を、前記予め求められた加工量に応じて加工中に変更可能に構成されていることを特徴とする請求項７に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項９】
前記イオンビームのビーム径を選択する手段が、２種類以上の異なった大きさの孔径を有するアパーチャーと、該アパーチャーを回転させる回転手段を備え、
該回転手段によりアパーチャーの孔径を切り替えるようにした手段によって構成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項１０】
前記イオンビームのビーム径を選択する手段が、複数の可動板によるアパーチャーを備え、
該複数の可動板を移動させ、これらの可動板によって形成されるアパーチャーの開口径を変更するようにした手段によって構成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項１１】
前記イオンビームのビーム径を選択する手段が、
イオン源のイオン密度、引出し電圧、加速電圧、収束レンズにかける電圧の少なくとも１つ以上の要素を変更する手段によって構成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項１】
被加工物にイオンビームを照射し、前記被加工物を加工するイオンビーム加工方法において、
前記被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じて、前記イオンビームのビーム径を変更すると共に、
前記イオンビームの前記被加工物に対する照射時間を制御して加工する工程を有することを特徴とするイオンビーム加工方法。
【請求項２】
前記工程が、前記イオンビームのビーム径を、前記予め求められた加工量に応じて、加工中に変更しながら加工を行う工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項３】
前記工程における前記イオンビームのビーム径の変更が、２種類以上の異なった大きさの孔径のアパーチャーを有する遮蔽板の該孔径の切り替えによることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項４】
前記工程における前記イオンビームのビーム径の変更が、複数の可動板によって形成されるアパーチャーの開口径の制御によることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項５】
前記工程における前記イオンビームのビーム径の変更が、イオン源のイオン密度、引出し電圧、加速電圧、収束レンズにかける電圧の少なくとも１つ以上の要素の変更によることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項６】
前記工程が、被加工物に対するイオンビームの照射を中断し、前記イオンビームのプロファイルを所定のイオンビームプロファイルに確認・調整した後、加工を継続する工程を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項７】
被加工物にイオンビームを照射し、前記被加工物を加工するイオンビーム加工装置において、前記被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じて、
前記イオンビームのビーム径を選択する手段及び前記イオンビームの前記被加工物に対する照射時間を制御する手段、を有することを特徴とするイオンビーム加工装置。
【請求項８】
前記イオンビームのビーム径を選択する手段は、前記イオンビームのビーム径を、前記予め求められた加工量に応じて加工中に変更可能に構成されていることを特徴とする請求項７に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項９】
前記イオンビームのビーム径を選択する手段が、２種類以上の異なった大きさの孔径を有するアパーチャーと、該アパーチャーを回転させる回転手段を備え、
該回転手段によりアパーチャーの孔径を切り替えるようにした手段によって構成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項１０】
前記イオンビームのビーム径を選択する手段が、複数の可動板によるアパーチャーを備え、
該複数の可動板を移動させ、これらの可動板によって形成されるアパーチャーの開口径を変更するようにした手段によって構成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のイオンビーム加工装置。
【請求項１１】
前記イオンビームのビーム径を選択する手段が、
イオン源のイオン密度、引出し電圧、加速電圧、収束レンズにかける電圧の少なくとも１つ以上の要素を変更する手段によって構成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のイオンビーム加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−９８４３８（Ｐ２００７−９８４３８Ａ）
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９１７８２（Ｐ２００５−２９１７８２）
【出願日】平成１７年１０月４日（２００５．１０．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１５年度新エネルギー・産業技術開発機構委託研究「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システムの基盤技術開発」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月４日（２００５．１０．４）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１５年度新エネルギー・産業技術開発機構委託研究「極端紫外線（ＥＵＶ）露光システムの基盤技術開発」、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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