ガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラム
【課題】ガスクラスターイオンビーム加工において、被加工物における目的の品質を確実に得る。
【解決手段】ガスクラスターイオンビーム９を被加工物１１に照射して加工を行うガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍにおいて、相対走査速度と照射ドーズ量との関係ｆ１、被加工物１１の回転軸からの距離と照射ドーズ量との関係ｆ２、表面粗さや形状精度等の品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との関係ｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ６を予め測定して記憶しておき、被加工物１１に要求される品質と、関係ｆ１から関係ｆ６とに基づいて被加工物１１に対するガスクラスターイオンビーム９の相対走査速度を決定し、この相対走査速度によるガスクラスターイオンビーム９の照射によって被加工物１１の加工を行うことで、被加工物１１に目的の品質を実現する。
【解決手段】ガスクラスターイオンビーム９を被加工物１１に照射して加工を行うガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍにおいて、相対走査速度と照射ドーズ量との関係ｆ１、被加工物１１の回転軸からの距離と照射ドーズ量との関係ｆ２、表面粗さや形状精度等の品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との関係ｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ６を予め測定して記憶しておき、被加工物１１に要求される品質と、関係ｆ１から関係ｆ６とに基づいて被加工物１１に対するガスクラスターイオンビーム９の相対走査速度を決定し、この相対走査速度によるガスクラスターイオンビーム９の照射によって被加工物１１の加工を行うことで、被加工物１１に目的の品質を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクラスターイオンビームを用いる加工技術に関し、たとえば、光学素子や金型の製造工程における精密加工技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、光学素子においては、光学機能面の平坦度が光学性能に大きな影響を与える。このため、光学素子やその製造に用いられる金型においては、素子の光学機能面や金型の成形面に高度な平坦加工が必要となる。
【０００３】
そこで、従来から光学素子や金型の表面の平滑化には研磨剤と研磨工具を用いた接触研磨加工が用いられてきた。接触研磨加工以上に表面粗さを低減させる場合には、非接触研磨加工でガスクラスターイオンビームを用いる例がある。
【０００４】
たとえば、特許文献１には、被加工物の各部におけるガスクラスターイオンビームの照射時間を制御することで、被加工物の表面に存在する突起のピッチＰ以下のスポット径に設定したガスクラスターイオンビームであっても、被加工物の表面の突起を除去して形状創成を可能にしようとする技術が開示されている。
【０００５】
従来から用いられている接触研磨加工では、達成できる表面粗さは、算術平均粗さＲａで、３〜１０ｎｍ程度が限界であり、研磨工具や研磨砥粒のばらつきや塵等の混入により研磨面にキズが発生することもあり加工安定性は決して高いとは言えない。
【０００６】
上述の特許文献１では、揺動手段を用いてガスクラスターイオンビームが被加工物に対して垂直になるように照射することが記載されているが、被加工物の各照射位置における具体的な揺動速度の制御については言及がないために、揺動速度の最適化ができず目標とする表面粗さや形状精度を得ることが困難である。
【０００７】
また、ガスクラスターイオンビームは、被加工物とガスクラスターイオンビームのなす角度が垂直であるときの照射角度を９０°としたときに、この照射角度が６０°以下になると被加工物の表面が粗面化してしまうことがある。
【０００８】
特許文献１では、単にガスクラスターイオンビームが被加工物に対して垂直になるように照射するのみであり、照射角度の変化に伴う被加工物の粗面化の制御も困難である。
すなわち、被加工物に、目標とする表面粗さや形状精度を確実に得る技術が求められている。
【特許文献１】特開２００５−１２０３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ガスクラスターイオンビーム加工において、被加工物における目的の品質を確実に得ることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の観点は、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工方法であって、前記被加工物に対する前記ガスクラスターイオンビームの相対走査速度を制御して目標とする品質を得るガスクラスターイオンビーム加工方法を提供する。
【００１１】
本発明の第２の観点は、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工装置であって、
前記ガスクラスターイオンビームに対する前記被加工物の姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記被加工物に目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように前記ガスクラスターイオンビームの前記被加工物における各照射位置での相対走査速度を算出する算出手段と、
算出された前記相対走査速度となるように前記姿勢制御装置を動作させる制御手段と、
を含むガスクラスターイオンビーム加工装置を提供する。
【００１２】
本発明の第３の観点は、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工に用いられる数値制御プログラムを作成する加工プログラムであって、
被加工物における目標とする品質の入力を受け付ける第１ステップと、
前記品質が得られる照射ドーズ量となるように前記ガスクラスターイオンビームの前記被加工物における各照射位置での前記相対走査速度を算出する第２ステップと、
前記相対走査速度が実現されるように前記ガスクラスターイオンビームに対する前記被加工物の姿勢を変化させる前記数値制御プログラムを出力する第３ステップと、
をコンピュータに実行させる加工プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガスクラスターイオンビーム加工において、被加工物における目的の品質を確実に得ることが可能な技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本実施の形態の第１態様では、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工する方法であって、被加工物とガスクラスターイオンビームの相対速度を制御することによって目標とする品質を得る。
【００１５】
また、第２態様では、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工する加工方法であって、相対速度と照射ドーズ量の関係を求める第１工程と、被加工物の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量の関係を求める第２工程と、目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との関係を求める第３工程と、前記第１工程、第２工程、第３工程で得られた関係を用いて目標の品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する第４工程と、算出された相対速度に基づいて加工する第５工程からなることによって、目標とする品質を得る。
【００１６】
また、第３態様では、上述の第１態様または第２態様において、目標とする品質が表面粗さである場合、前記品質に影響するパラメータが照射角度であることから、照射角度と照射ドーズ量の関係を求め、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出し、算出された相対速度に基づいて加工することによって、目標とする表面粗さを得る。
【００１７】
また、第４態様では、上述の第１態様または第２態様において、目標とする品質が形状精度の場合、前記品質に影響するパラメータが照射角度と除去量であることから、照射角度と照射ドーズ量、除去量と照射ドーズ量の関係を求め、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出し、算出された相対速度に基づいて加工することによって、目標とする形状精度を得る。
【００１８】
また、第５態様では、上述の第２態様における前記第４工程において、被加工物におけるガスクラスターイオンビームの照射範囲の中で、加工中に加速電極から被加工物の表面までの距離（すなわち飛程）が異なる場合には、加速電極から被加工物の表面までの距離と除去量の関係をも加味して、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を補正して算出することで目標の品質を得る。
【００１９】
また、第６態様では、上述の第２態様における第４工程において、ガスクラスターイオンビームのビーム強度プロファイルとして検出イオン電流量を測定し、検出イオン電流量と除去量の関係と相対速度と照射ドーズ量の関係から、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を補正することで目標とする品質を得る。
【００２０】
また、第７態様では、上述の第１態様から第６態様のいずれかにおいて、被加工物の形状は、平面および曲面を有する場合においても、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となる各照射位置での相対速度を算出し、算出された相対速度に基づいて加工することによって目標とする品質を得る。
【００２１】
また、第８態様では、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビームの加工装置であって、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する算出手段と、算出された相対速度に基づいて被加工物とガスクラスターイオンビームを相対的に動かすための制御手段と、被加工物の姿勢を制御するための姿勢制御装置からなるガスクラスターイオンビーム加工装置を用いることによって目標とする品質を得る。
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法を実施するガスクラスターイオンビーム加工装置の構成の一例を示す概念図であり、図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。
【００２３】
［構成］
図１に示すように、ガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍは、ソース部１と差動排気部２とイオン化部３の３つのチャンバーによって構成されている。差動排気部２にはガスクラスターイオンビーム９の出射経路の開閉を行うことで、ガスクラスターイオンビーム９の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御するシャッター６が配置されている。
【００２４】
ソース部１、差動排気部２、イオン化部３の各チャンバー内は、照射前の準備として不純物ガス，水，酸素および窒素等をできるだけ排除するために不図示のポンプにて所望の真空度まで減圧されている。
【００２５】
ソース部１に設けられたノズル４には不図示のガスボンベより、０．３〜１．０ＭＰａ程度の高圧ガスを供給する。このガスは、例えばアルゴンガス、酸素ガス、窒素ガス、ＳＦ６ガス、ヘリウムガスの他、化合物の炭酸ガスあるいは２種以上のガスを混合することも可能である。
【００２６】
このような高圧ガスが超音速でノズル４から噴出する瞬間に断熱膨張によってガスクラスターが生成され、このガスクラスターの流れは、ノズル４の後段に配置されたスキマー５を通過することでビーム径が整えられる。このときのガスクラスターイオンビーム９は中性ビームであるが、差動排気部２を経由してイオン化部３に入り、タングステン製のフィラメント７の熱電子の衝突によってイオン化される。
【００２７】
次にガスクラスターイオンビーム９は加速電極８で加速される。このとき、ガスクラスターイオンビーム９の径は、たとえば数十ｍｍ程度であるが、加速電極８と被加工物１１の間にアパーチャー１０を配置することによって所望の口径（断面積）を有するガスクラスターイオンビーム９を得ることができる。
【００２８】
ガスクラスターイオンビーム９の出射方向の下流には、ガスクラスターイオンビーム９の照射方向と略対向する位置に被加工物１１を配設する。本実施の形態では、図１の上下方向をＹ方向と定義し、紙面に垂直な方向をＸ方向と定義する。また、ガスクラスターイオンビーム９が被加工物１１に向かう照射方向をＺ方向と定義する。
【００２９】
被加工物１１は被加工物ホルダー１２を介して後述のような構成の姿勢制御装置２０に設置される。
すなわち、被加工物ホルダー１２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向が互いに直行する第１ＸＹＺステージ１３に設置され、さらにこれらは回転ステージ１４に設置されている。この構成によって、被加工物１１に対する回転ステージ１４の回転軸の位置を任意に変更することができる。
【００３０】
回転ステージ１４は、部材１５を介して第２ＸＹＺステージ１６に支持され、さらに第２ＸＹＺステージ１６は、揺動ステージ１７に搭載されている。この第２ＸＹＺステージ１６は、被加工物１１と揺動ステージ１７の揺動の旋回中心との位置関係を調整する機構である。
【００３１】
被加工物１１に対して前出の揺動ステージ１７と第２ＸＹＺステージ１６と第１ＸＹＺステージ１３の構成を維持した状態で被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の相対的な位置を変更できるように第３ＸＺステージ１８を設置している。この第３ＸＺステージ１８は、ベース１９に設置されている。そして、これらのステージ等の構成からなる姿勢制御装置２０を用いて、ガスクラスターイオンビーム９に対して被加工物１１を相対的に動かしながらガスクラスターイオンビーム９を被加工物１１に照射する。
【００３２】
姿勢制御装置２０を構成する回転ステージ１４は、ステッピングモータやサーボモータなどのモータを駆動源としてこれを回転動力とし、被加工物１１に伝達できるように複数の歯車を噛み合わせるなどして構成されている。揺動ステージ１７も回転ステージ１４と同様に、ステッピングモータやサーボモータなどを駆動源とし、これを回転動力として被加工物１１に伝達することで、揺動角度と揺動速度を設定することが可能になっている。また、回転ステージ１４の動力であるモータにエンコーダを具備させることで、回転ステージ１４における回転速度だけではなく、回転角度も制御することが可能になっている。
【００３３】
姿勢制御装置２０は、たとえばＮＣプログラム１０１ｃによって動作する数値制御装置等からなる制御部１００に接続されて制御される。
この制御部１００は、さらに、たとえばパーソナルコンピュータ等で構成される制御端末１０１に接続されて制御される。
【００３４】
本実施の形態の場合、制御端末１０１は、加工プログラム１０１ａ、記憶部１０１ｂを備えている。記憶部１０１ｂは、後述のようして得られた関係ｆ１（第１の関係）から関係ｆ６等の情報が、コンピュータによって利用可能なデータテーブルや関数等の情報形式で格納されている。
【００３５】
加工プログラム１０１ａは、制御端末１０１を構成する図示しないマイクロプロセッサ等のコンピュータで実行されることにより、記憶部１０１ｂに格納されている情報を参照して後述のような動作や処理を実現する。
【００３６】
すなわち、制御端末１０１の加工プログラム１０１ａでは、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となる各照射位置での相対走査速度を算出し、算出結果に基づいて姿勢制御装置２０を動かすためのＮＣプログラム１０１ｃを作成する。
【００３７】
この相対走査速度とは、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９が相対的に動く（走査する）ときの速度であり、本実施の形態では、相対走査速度は揺動ステージ１７を用いた揺動速度を示す。
【００３８】
姿勢制御装置２０の制御部１００は制御端末１０１に接続され、制御端末１０１で作成したＮＣプログラム１０１ｃに基づいて姿勢制御装置２０の揺動ステージ１７の相対走査速度、すなわち揺動速度を制御する。
【００３９】
［作用］
本実施の形態では、図１に示す姿勢制御装置２０を用いて、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９を相対的に動かして、被加工物１１の表面が目標の品質となるように、ガスクラスターイオンビーム９を照射するための工程を説明する。
【００４０】
本実施の形態の場合、この工程は第１工程から第５工程に分けられ、これらをフローチャートに示すと図２Ａのようになる。
第１工程２１０では、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の相対走査速度の関係ｆ１を求める。
【００４１】
第２工程２２０では、被加工物１１の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量の関係ｆ２（第２の関係）を求める。
第３工程２３０では目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との関係（関係ｆ３から関係ｆ６（第３の関係））を求める。
【００４２】
そして、第４工程２４０では上述の第１工程２１０〜第３工程２３０の各々で得られた関係ｆ１から関係ｆ６を用いて目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対走査速度を算出する。
【００４３】
第５工程２５０では第４工程２４０で算出された相対走査速度に基づいてガスクラスターイオンビーム９の照射による被加工物１１の加工を実行する。
よって以下ではこれらの工程における詳細を順に述べていく。
【００４４】
まず、第１工程２１０では、相対走査速度と照射ドーズ量の関係ｆ１を求める。図３には、回転速度ω（ｒａｄ／ｓ）で回転している被加工物１１に対して、ガスクラスターイオンビーム９を、当該被加工物１１の回転軸から径方向に移動ながら照射を行う場合の模式図を示している。
【００４５】
被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の位置関係は、図３に示すようにガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａから被加工物１１の回転軸までの距離Ｒで示す。この場合、被加工物１１において、図４の斜線部で示すように輪帯状の領域にガスクラスターイオンビーム９が照射されることになる。
【００４６】
図４は被加工物１１の回転軸から径方向の距離がＲＡ、ＲＢ（ＲＡ＜ＲＢ）である場合における、被加工物１１を回転速度ω（ｒａｄ／ｓ）で回転したときに得られるガスクラスターイオンビーム９の照射痕の軌跡からなる照射面積ＳＡ、ＳＢを示している。
【００４７】
照射ドーズ量の単位は、ｉｏｎｓ／ｃｍ２であり、（１）式のように、表現できる。
照射ドーズ量＝（検出イオン電流量×照射時間）／（面積×電気素量ｅ）…（１）
ここで、検出イオン電流量と電気素量ｅが一定とすれば照射ドーズ量をＤ、照射時間をｔ、照射面積をＳとすると、ｋを比例定数として、以下の（２）式のようになる。
【００４８】
Ｄ＝ｋ×（ｔ／Ｓ） …（２）
したがって、照射ドーズ量Ｄは照射時間ｔに比例し、照射面積Ｓに反比例することがわかる。
【００４９】
ここで、図５に例示されるように、被加工物１１の回転軸から半径Ｒの円周上をビーム軸９ａが移動しながらガスクラスターイオンビーム９が被加工物１１の表面を照射するときの当該ガスクラスターイオンビーム９のビーム径をｒとする。
【００５０】
また、ビーム径ｒのガスクラスターイオンビーム９が通過する領域の面積をＳとするとＳ＝２Ｒπ×ｒで示せるので半径ＲＡ、ＲＢとすると（ただし、ＲＡ＜ＲＢ）、以下のようになる。
【００５１】
Ｓ＝２πＲ×ｒ…（３）
ＳＡ＝２πＲＡ×ｒ…（４）
ＳＢ＝２πＲＢ×ｒ…（５）
ＲＡ、ＲＢにおける円周の長さをそれぞれＬＡ、ＬＢとすると、ＬＡ、ＬＢはそれぞれ、以下の（６）式、（７）式になる。
【００５２】
ＬＡ＝２πＲＡ…（６）
ＬＢ＝２πＲＢ…（７）
図６のように、被加工物１１上のＰ点、Ｑ点に着目すると、それぞれが回転軸を中心にω（ｒａｄ）回転するまでに要する時間は等しい。ＲＡ、ＲＢにおける速度をＶＡ、ＶＢとすれば、距離＝速度×時間の関係より１回転する時間をｔとし、ＬＡ、ＬＢの関係を求めると以下のように表現できる。
【００５３】
ＬＡ＝ＶＡ×ｔ…（８）
ＬＢ＝ＶＢ×ｔ…（９）
したがって、（３）〜（９）式より
ＳＡ＝ＶＡ×ｔ×ｒ…（１０）
ＳＢ＝ＶＢ×ｔ×ｒ…（１１）
（２）式よりＲＡ、ＲＢにおける照射ドーズ量をそれぞれＤＡ、ＤＢとすれば、
ＤＡ＝ｋ（ｔ／ＶＡｔΔｄ）＝（ｋ／ＶＡｒ）…（１２）
ＤＢ＝ｋ（ｔ／ＶＡｔΔｄ）＝（ｋ／ＶＡｒ）…（１３）
となる。速度ＶＡ、ＶＢはＶ＝Ｒωで求められるので、
ＲＡ＝ＶＡ／ω…（１４）
ＲＢ＝ＶＢ／ω…（１５）
となる。（１４）式および（１５）式において、ＲＡ＜ＲＢであるからＶＡ、ＶＢの間には以下の関係が成り立つ。
【００５４】
ＶＡ＜ＶＢ…（１６）
したがって、（１２）〜（１６）式よりＤＡ＞ＤＢとなり、相対走査速度Ｖが小さいほど照射ドーズ量Ｄが多くなる。さらに（１２）式、（１３）式より、相対走査速度と照射ドーズ量の関係は反比例することがわかる。したがって、相対走査速度と照射ドーズ量には図７に示すような関係ｆ１にあるとわかる。
【００５５】
このようにして第１工程２１０における相対走査速度と照射ドーズ量の関係ｆ１を求めることができた。
次に第２工程２２０における、被加工物１１の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量の関係ｆ２を求める。
【００５６】
（２）式よりＲＡ＜ＲＢのとき、ＤＡ＞ＤＢとなる。また被加工物１１の径方向からの距離と照射ドーズ量の関係は反比例することがわかる。したがって、被加工物１１の径方向からの距離と照射ドーズ量には、図８に示すような関係ｆ２にあるとわかる。
【００５７】
このようにして第２工程２２０における被加工物１１の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量の関係ｆ２を求めることができた。
次に第３工程２３０において目標とする品質が表面粗さや形状精度である場合において、目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量の関係を求める。
【００５８】
第１の場合として、目標とする品質が表面粗さである場合について述べる。この場合、目標とする品質に影響するパラメータは照射角度である。
まず、表面粗さと照射ドーズ量の関係ｆ３を求める。この関係を求める手法は、一例として以下のようになる。
【００５９】
すなわち、被加工物１１と同じ材料で表面粗さＲｙ（基準長さ毎の最低谷底から最大山頂までの高さ）の異なるサンプルに対して、サンプルとガスクラスターイオンビーム９のなす角度を垂直として、様々な照射ドーズ量でガスクラスターイオンビーム９を照射した場合の表面粗さの変化を測定した。
【００６０】
表面粗さＲｙの測定には、表面粗さ計を用いたが表面粗さが測定できれば他のものでも良い。この結果を図９に示す。照射ドーズ量を増加させるほど表面粗さＲｙは減少する、という関係ｆ３が得られた。したがって、照射ドーズ量を増加させることで表面粗さを小さくすることができることがわかる。
【００６１】
次に照射角度と表面粗さの関係ｆ４を求める。この関係を求める手法は、一例として以下のようになる。
すなわち、図１０に示すように被加工物１１と同じ材料の平面サンプル２１を傾斜台２２に設置し、傾斜台２２の傾斜角度αを変化させ、照射後の表面粗さを測定して照射角度が表面粗さに及ぼす影響を調査した。この照射角度とは図１０に示す角度βであり、平面サンプル２１の表面に対するガスクラスターイオンビーム９の入射する角度を示すものとする。なお照射ドーズ量は１．０１７ｉｏｎｓ／ｃｍ２と一定の値にして行った。また表面粗さの測定器には表面粗さ測定計を用いた。
【００６２】
この結果を図１１に示す。この図１１の関係ｆ４から判るように、図１０の角度βが６０°以下になると照射後の表面粗さは、照射前と比較して大きくなった。
したがって、この関係ｆ４から、表面粗さを低減する場合には、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の照射角度を表面粗さが大きくならない範囲、すなわち図１０に示す角度βが６０°〜９０°になるようにすれば良い。逆に、表面粗さを大きくする場合には、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の照射角度を目標とする表面粗さの大きな粗い面を得られる範囲、すなわち図１０に示す角度βが６０°以下になるようにすれば良い。
【００６３】
第２の場合として、目標とする品質が形状精度である場合において述べる。この場合、目標とする品質に影響するパラメータは被加工物１１の除去量と照射角度である。
そこでまず除去量と照射ドーズ量の関係ｆ５を求める。この関係を求める手法として、様々なドーズ量で図１２に示すようにガスクラスターイオンビーム９を、マスク２４を部分的に被着させた平面サンプル２３の表面に垂直に照射したときの段差Δｈを測定した。
【００６４】
本実施の形態における除去量は、この段差Δｈによって評価する。
段差Δｈの測定には、段差測定器を用いたが、段差Δｈが測定できれば他のものでも良い。また、被加工物１１である平面サンプル２３の材料としては、被加工物１１と同じ材料を用いるが、今回の実験においては異種材料を用いて照射ドーズ量と除去量の傾向を取得し、この傾向を被加工物１１への照射に反映させた。この関係ｆ５の測定結果を図１３に示す。図１３の点線は照射ドーズ量と除去量の実験結果の近似直線であり、照射ドーズ量が増えるほど段差Δｈ、すなわち除去量は多くなる比例関係であった。
【００６５】
照射角度と照射ドーズ量の関係ｆ６は、一般に被加工物１１に対してガスクラスターイオンビーム９が垂直に照射される場合が最も除去量が多くなると言われている。
このようにして、第３工程２３０において目標とする品質が表面粗さや形状精度である場合において、目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量の関係（関係ｆ３、関係ｆ４、関係ｆ５、関係ｆ６）を求めることができた。
【００６６】
なお、本実施の形態の場合、上述のようにして得られた関係ｆ１から関係ｆ６は、加工プログラム１０１ａから参照可能なように、制御端末１０１の記憶部１０１ｂに、データテーブルや関数の形式で格納される。
【００６７】
次に第４工程２４０において、上述の第１工程２１０から第３工程２３０で得られた関係ｆ１からｆ６を用いて目標の品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対走査速度を算出する手法（アルゴリズム）の一例を示す。
【００６８】
本実施の形態では被加工物１１をガスクラスターイオンビーム９に対して揺動および回転させ、被加工物１１の表面において照射ドーズ量の分布を均一にして形状精度を維持したまま表面粗さを低減する場合について述べる。
【００６９】
また、被加工物１１が１つの球面を有しているとする。照射ドーズ量の分布は、図３に示すようにガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａの移動軌跡を導出することで求められる。
【００７０】
図１４の実験例Ｅｘ１の上段図は被加工物１１を速度一定で揺動および回転させた場合における、被加工物１１の表面に対する図３に示すようなガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａの移動軌跡を示している。
【００７１】
これは、被加工物１１を回転させながら被加工物１１の径方向にガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａを一定の速度で揺動させたときのビーム軸９ａの照射痕の軌跡を示している。
【００７２】
この移動軌跡から被加工物１１に対する照射ドーズ量分布を求めると図１４の実験例Ｅｘ１の下段図のように中央付近のドーズ量が多い山なりの分布となり、照射ドーズ量の最大値と最小値の差ΔＤが大きくなった。したがって均一性は良くないと言え、均一性向上のためには照射ドーズ量を中央付近では減少するように、そして外周部では増加するようにすれば良い。そこで、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の揺動速度を制御することで、均一性の向上を図る。
【００７３】
図７の関係ｆ１に示したように、相対走査速度と照射ドーズ量は反比例の関係にある。したがって照射ドーズ量を減少させるためには揺動速度を速くする、逆に照射ドーズ量を増加させるためには、揺動速度を遅くすればよい。
【００７４】
図１４の右側の実験例Ｅｘ２は、図１４の左側の実験例Ｅｘ１における一定の揺動速度と比較して、被加工物１１の中央付近では揺動速度を速くして、外周部では揺動速度を遅くした場合の被加工物１１の表面におけるガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａの移動軌跡と照射ドーズ量の分布を示している。照射ドーズ量分布における最大値と最小値の差ΔＤが図１４の実験例Ｅｘ１の場合と比較して、１／３程度となった。この結果から揺動速度を制御することで被加工物１１の表面に対するガスクラスターイオンビーム９の照射ドーズ量を制御できることがわかる。
【００７５】
また、第３工程２３０では目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量の関係（関係ｆ３からｆ６）を述べた。したがって揺動速度によって照射ドーズ量を制御することで、目標とする品質および前記品質に影響するパラメータを制御できる。
【００７６】
このようにして第４工程２４０では、第１工程２１０から第３工程２３０において求めた関係（関係ｆ１から関係ｆ６）を用いて、被加工物１１の表面における照射ドーズ量分布をガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａの移動軌跡から求め、被加工物１１の目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対走査速度の最適値を算出することができる。
【００７７】
図２Ｂのフローチャートを参照して、本実施の形態の制御端末１０１における加工プログラム１０１ａによって実現される、上述の第４工程２４０の詳細例を説明する。
すなわち、加工プログラム１０１ａ（制御端末１０１）は、被加工物１１において実現されるべき目的の品質（この場合、表面粗さ、および加工精度の少なくとも一方）の情報の入力をユーザ等から受け付ける（ステップ２４１）。
【００７８】
次に、記憶部１０１ｂから既知の上述の関係ｆ１から関係ｆ６の情報を読み込む（ステップ２４２）。
次に、入力された上述の品質の情報と、記憶部１０１ｂから読み込んだ既知の関係ｆ１から関係ｆ６とに基づいて、上述の第４工程２４０に例示したアルゴリズムに基づいて、当該品質を達成するガスクラスターイオンビーム９の照射デーズ量を実現する相対走査速度を算出する（ステップ２４３）。
【００７９】
次に、加工プログラム１０１ａは、ステップ２４３で算出された相対走査速度で被加工物１１の姿勢がガスクラスターイオンビーム９に対して変化するように、姿勢制御装置２０を制御部１００が制御するためのＮＣプログラム１０１ｃを生成して、制御部１００に出力する（ステップ２４４）。
【００８０】
最後に第５工程２５０では、第４工程２４０で算出された相対走査速度に基づいて加工を行う。
まず、被加工物１１を姿勢制御装置２０の被加工物ホルダー１２に設置する。この被加工物ホルダー１２は第１ＸＹＺステージ１３に設置されており、被加工物１１の表面に複数の球面や非球面を有する場合においても被加工物１１の回転軸を所望の位置に変更させることができる。
【００８１】
次に、部材１５を介して設置された第２ＸＹＺステージ１６を用いて、被加工物１１と揺動ステージ１７の揺動の旋回中心の位置を調整する。本実施の形態では、被加工物１１が球面を有しているため、球面の曲率中心と揺動ステージ１７の旋回中心が一致するように調整させた。また第３ＸＺステージを１８用いることで、被加工物１１と揺動ステージ１７の旋回中心が一致した状態で被加工物１１のＸ、Ｚ方向を所望の位置まで移動させることができる。
【００８２】
第４工程２４０で算出された相対走査速度に基づいて、制御端末１０１を用いて生成され、姿勢制御装置２０を制御するためのＮＣプログラム１０１ｃを制御端末１０１から入力する。
【００８３】
そして姿勢制御装置２０に接続された制御部１００において、制御端末１０１で作成したＮＣプログラム１０１ｃを実行して姿勢制御装置２０を動作させることにより、ガスクラスターイオンビーム９に対して被加工物１１の姿勢を制御しながらガスクラスターイオンビーム９の照射を行うことでガスクラスターイオンビーム加工を実行する。なお、この加工時の回転ステージ１４の回転速度は一定とした。
【００８４】
この結果を図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂに示す。図１５Ａおよび図１５Ｂは、照射前後の表面粗さＲｙを示しており、それぞれ、照射前の図１５Ａでは、Ｒｙ＝７．５ｎｍ、照射後の図１５Ｂでは、Ｒｙ＝６．０ｎｍであることから照射後に表面粗さＲｙを低減できたと言える。
【００８５】
また、図１６Ａおよび図１６Ｂは照射前後の形状精度Ｐ−Ｖ（Peak to valley）を示しており、それぞれ、照射前の図１６Ａでは、Ｐ−Ｖ＝０．１０９μｍ、照射後の図１６Ｂでは、Ｐ−Ｖ＝０．０９９μｍ、であることから形状精度を維持しているといえる。
【００８６】
このようにして、第５工程２５０において第４工程２４０で算出された相対走査速度に基づいて加工を行うことで目標とする品質を得ることができる。
［効果］
本実施の形態１によれば、目標の品質を得るための照射ドーズ量となるように被加工物１１の各照射位置における相対走査速度を算出し、算出された相対走査速度に基づいてガスクラスターイオンビーム加工が行われるように姿勢制御装置２０を制御して被加工物１１の姿勢を変化させながらガスクラスターイオンビーム９を照射することによって、被加工物１１に目標の表面粗さや形状精度等の品質を得ることができる。
【００８７】
（実施の形態２）
図１７は、本発明の他の実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法および加工プログラムが実施されるガスクラスターイオンビーム加工装置の作用を示す概念図である。
【００８８】
図１８は、本発明の他の実施の形態における加速電極から被加工物と同じ材料のサンプルまでの距離と除去量の関係ｆ７を示す線図である。
この実施の形態２では、上述の実施の形態１の構成と同様のガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍを用いるが、被加工物１１が段差形状１１ａを持つために図１７に示すように、ガスクラスターイオンビーム９の照射範囲の中で加速電極８から被加工物１１の表面までの距離（ガスクラスターイオンビーム９の飛程）が異なる。
【００８９】
図１７に示すように被加工物１１が段差形状１１ａを持つ場合には、ガスクラスターイオンビーム９の照射範囲において加速電極８から被加工物１１の表面までの距離がＬ１、Ｌ２と変化する。
【００９０】
このように、ガスクラスターイオンビーム９の飛程がＬ１とＬ２のように異なる場合において均一な除去量を得るための手段の一例を述べる。
そこで、被加工物１１と同じ材料のサンプルを用いて、加速電極８から当該サンプルまでの距離（ガスクラスターイオンビーム９の飛程）を変化させたときの段差を求めた。
【００９１】
ここで用いた被加工物１１の材料はシリコンであったので、サンプルにもシリコンを用いた。
この結果、図１８に示すように加速電極８から被加工物１１と同じ材料のサンプルの表面までの距離が離れるほど除去量が少なくなる、関係ｆ７（第４の関係）が得られた。
【００９２】
この関係ｆ７のように加速電極８から被加工物１１表面までの距離が遠くなるほど除去量が少なくなるのは、ガスクラスターイオンビーム９が真空中の残留ガスと衝突してエネルギーを失うことなどが原因である。
【００９３】
そこで、距離が離れることで除去量が少なくなる距離Ｌ２の部位においても、距離Ｌ１の部位と同じ除去量２５が得られるような照射ドーズ量となるように各照射位置での相対走査速度を補正する。
【００９４】
図７において相対走査速度と照射ドーズ量は反比例の関係ｆ１にあることから、除去量が少なくなるＬ２がＬ１と同じ除去量となるように、相対走査速度が遅くなるように補正することで照射ドーズ量を増やせばよい。
【００９５】
具体的には、図１７における被加工物１１の段差形状１１ａの凹凸に応じて変化する相対走査速度制御プロファイルＶｐとなるように相対走査速度を制御する。
このように相対走査速度を制御することで、照射範囲において加速電極８から被加工物１１の表面までの距離が異なる場合においても同じ除去量が得られるようにする。
【００９６】
このようにして算出された相対走査速度に基づいて被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９を相対的に動かすように、姿勢制御装置２０を制御するＮＣプログラム１０１ｃを制御端末１０１で作成する。このＮＣプログラム１０１ｃを用いて姿勢制御装置２０に接続された制御部１００において、姿勢制御装置２０の揺動ステージ１７の揺動速度を制御してガスクラスターイオンビーム９を照射することで加工を実行する。
【００９７】
この結果、照射範囲において加速電極８から被加工物１１までの距離が図１７のＬ１、Ｌ２のように異なる場合おいても、目標とする均一な除去量２５を除去することができる。
［効果］
本実施の形態２によれば、被加工物１１の加工範囲に段差形状１１ａ等の凹凸が存在し、加工中に、加速電極８から被加工物１１の表面までの距離が変動する場合にも、すなわちガスクラスターイオンビーム９の飛程が変動する場合でも、この飛程の変動の影響を打ち消すような相対走査速度制御プロファイルＶｐで加工を行うことで、ガスクラスターイオンビーム９の各照射位置での相対走査速度を補正して照射することで目標とする品質を得ることができる。
【００９８】
（実施の形態３）
図１９Ａは、本発明のさらに他の実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法および加工プログラムを実施するガスクラスターイオンビーム加工装置の構成例を示す概念図、図１９Ｂは、その一部を取り出して例示した拡大斜視図、図２０は、その作用の一例を示す線図である。
［構成］
本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍでは、ガスクラスターイオンビーム９のビーム強度プロファイルを作成するために図１９Ａに示すようにガスクラスターイオンビーム９を照射して検出イオン電流量を測定できる検出イオン電流量測定器２６を具備した点が、上述の実施の形態１の場合と異なっており、その他の構成は、同様である。従って、ガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍの上述の実施の形態１との相違点説明し、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して重複した説明は省略する。
【００９９】
図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍの場合、ガスクラスターイオンビーム９の通過経路上に検出イオン電流量測定器２６が配置され、この検出イオン電流量測定器２６は、外部に設けられた出力部１０２に接続されている。
【０１００】
図１９Ｂに示すように、検出イオン電流量測定器２６のガスクラスターイオンビーム９に対向する表面には、複数の検出イオン電流量測定素子２７が配置されており、個々の検出イオン電流量測定素子２７の測定結果は出力部１０２によって検出される構成となっている。
【０１０１】
検出イオン電流量測定器２６の表面に配置された複数の検出イオン電流量測定素子２７の数が多いほど、高い分解能でガスクラスターイオンビーム９の断面内における検出イオン電流量のプロファイルを取得できる。検出イオン電流量測定素子２７で測定された結果は、出力部１０２から出力される。
【０１０２】
［作用］
ガスクラスターイオンビーム９の断面内におけるイオン電流量のプロファイルを取得する場合、ガスクラスターイオンビーム９を図１９Ｂの検出イオン電流量測定器２６の表面にある検出イオン電流量測定素子２７に向かって照射する。
【０１０３】
図２０は、図１９Ｂのガスクラスターイオンビーム９の線Ａ−Ａ´断面におけるガスクラスターイオンビーム９の検出イオン電流量の測定結果を測定した結果を示している。
図２０のａ，ｂ，ｃの各測定点は図１９ＢのＡ−Ａ´断面に位置する個々の検出イオン電流量測定素子２７と対応している。この結果、検出イオン電流量の測定結果は均一ではなかった。
【０１０４】
ここで、検出イオン電流量と照射ドーズ量の関係は上述の（１）式で定義され、
照射時間、面積、電気素量ｅが一定のとき照射ドーズ量Ｄは、検出イオン電流量Ａと比例関係にあり、ｋを比例係数とすると、（１７）式のようになる。
【０１０５】
Ｄ＝ｋ・Ａ …（１７）
照射ドーズ量と除去量の関係は、図１２に示すように比例している。したがって（１７）式の関係から、検出イオン電流量Ａが少なくなると、照射ドーズ量Ｄも低下する。
【０１０６】
また、照射ドーズ量Ｄが少ない場合には、図１３に示すように除去量も少なくなる。つまり、図２０に示すような検出イオン電流量が少ないａ点とｃ点はｂ点よりも除去量が少なくなる、という関係ｆ８（第５の関係）が得られる。
【０１０７】
そこで、図２０にように得られたガスクラスターイオンビーム９の断面内の径方向位置（ａ点，ｂ点，ｃ点）の除去量と検出イオン電流量との関係ｆ８に基づいて、検出イオン電流量が低いために除去量の少ないａ点とｃ点においても、ｂ点と同じ除去量になるように相対走査速度を補正することを考える。
【０１０８】
これには、実施の形態１の図７に示したように相対走査速度と照射ドーズ量が反比例の関係ｆ１にあることを用いる。例えば、ガスクラスターイオンビーム９の断面内において検出イオン電流量が少ない両端のａ点とｃ点が、中央のｂ点と同じ除去量となるように、実施の形態１における第４工程２４０の手法（アルゴリズム）を用いて、ａ点とｃ点における相対走査速度がｂ点よりも遅くなるように補正することによって照射ドーズ量を増やせば良い。このように相対走査速度を制御することで、検出イオン電流量が少ない断面内の両端のａ点とｃ点においても、断面中央のｂ点と同じ除去量が得られるようにする。
【０１０９】
このようにして算出された相対走査速度に基づいて被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９を相対的に動かす（走査する）ように、姿勢制御装置２０を制御するＮＣプログラム１０１ｃを制御端末１０１の加工プログラム１０１ａによって作成する。そして、このＮＣプログラム１０１ｃを制御部１００が実行することで、制御部１００が姿勢制御装置２０の揺動ステージ１７の揺動速度を制御してガスクラスターイオンビーム９の照射を実行する。
【０１１０】
この結果、検出イオン化電流量の測定結果がガスクラスターイオンビーム９の断面内で不均一である場合にも被加工物１１における均一な除去量を得ることができる。
［効果］
この実施の形態３によれば、上述の実施の形態１および実施の形態２に例示の加工方法においてガスクラスターイオンビーム９の断面内における検出イオン電流量が不均一な場合であっても、上述の関係ｆ１から関係ｆ６に、さらに検出イオン化電流量の分布と除去量との関係ｆ８を加味した情報に基づいて目標の品質を得るための照射ドーズ量となる各照射位置での相対走査速度を補正し、この補正された相対走査速度にてガスクラスターイオンビーム９を被加工物１１に照射することにより、より高精度に目標とする品質を得ることができる。
【０１１１】
以上詳細に説明した本発明に係わる上述の実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工技術によれば、目標とする品質を達成するための照射ドーズ量となるように各照射位置でのガスクラスターイオンビーム９と被加工物１１の相対走査速度を算出でき、被加工物１１における目標とする形状精度や表面粗さ等の品質を確実に得ることができる、という効果が得られる。
【０１１２】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、上述の各実施の形態では、ガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍを制御する制御部１００と制御端末１０１を別個に設けているが、制御端末１０１からガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍを直接的に制御する構成としてもよい。
【０１１３】
［付記１］
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工する方法であって、被加工物とガスクラスターイオンビームの相対速度を制御して目標とする品質を得ることを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１４】
［付記２］
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工する加工方法であって、相対速度と照射ドーズ量の関係を求める第１工程と、被加工物の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量の関係を求める第２工程と、目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との関係を求める第３工程と、前記記載の第１、第２、第３工程を用いて目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する第４工程と、算出された相対速度に基づいて加工する第５工程からなることを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１５】
［付記３］
前記付記１、付記２に記載の目標とする品質が表面粗さであり、前記品質に影響するパラメータが照射角度であることを特徴とする付記１、付記２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１６】
［付記４］
前記付記１、付記２に記載の目標とする品質が形状精度であり、前記品質に影響するパラメータが照射角度と除去量であることを特徴とする付記１、付記２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１７】
［付記５］
前記記載の被加工物において、ガスクラスターイオンビームを照射した被加工物の照射範囲の中で、加速電極から被加工物の表面までの距離が照射中の被加工物の表面の照射範囲で異なる場合には、加速電極から被加工物の表面の任意の点までの距離と除去量の関係を付加して、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する工程と、算出された相対速度に基づいて加工する工程からなることを特徴とする付記１、付記２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１８】
［付記６］
前記付記１、付記２に記載の目標の品質とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する第４工程において、ガスクラスターイオンビームのビーム強度プロファイルと除去量の関係から目標の品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を補正して算出することを特徴とする付記２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１９】
［付記７］
付記１から付記７に記載の被加工物の形状は、平面および曲面を有することを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１２０】
［付記８］
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビームの加工装置であって、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する算出手段と、算出された相対速度に基づいて被加工物とガスクラスターイオンビームを相対的に動かすための制御手段と、被加工物の姿勢を制御するための姿勢制御装置からなるガスクラスターイオンビーム加工装置。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法を実施するガスクラスターイオンビーム加工装置の構成の一例を示す概念図である。
【図２Ａ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。
【図２Ｂ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用を説明する概念図である。
【図４】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用を説明する概念図である。
【図５】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用を説明する概念図である。
【図６】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用を説明する概念図である。
【図７】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法における相対走査速度と照射ドーズ量が反比例の関係ｆ１を示す線図である。
【図８】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法における被加工物の回転軸からの距離と照射ドーズ量との関係ｆ２を示す線図である。
【図９】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法における表面粗さＲｙと照射ドーズ量との関係ｆ３を示す線図である。
【図１０】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの照射角度の定義を説明する概念図である。
【図１１】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法における表面粗さＲｙと照射角度との関係ｆ４を示す線図である。
【図１２】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの加工量の測定方法の一例を示す概念図である。
【図１３】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法における被加工物の除去量と照射ドーズ量との関係ｆ５を示す線図である。
【図１４】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの相対走査速度と照射ドーズ量の分布の測定結果を示す説明図である。
【図１５Ａ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの照射前の被加工物の表面粗さの測定結果を示す線図である。
【図１５Ｂ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの照射後の被加工物の表面粗さの測定結果を示す線図である。
【図１６Ａ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの照射前の被加工物の形状精度の測定結果を示す線図である。
【図１６Ｂ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの照射後の被加工物の形状精度の測定結果を示す線図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法および加工プログラムが実施されるガスクラスターイオンビーム加工装置の作用を示す概念図である。
【図１８】本発明の他の実施の形態における加速電極から被加工物と同じ材料のサンプルまでの距離と除去量の関係ｆ７を示す線図である。
【図１９Ａ】本発明のさらに他の実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法および加工プログラムを実施するガスクラスターイオンビーム加工装置の構成例を示す概念図である。
【図１９Ｂ】その一部を取り出して例示した拡大斜視図である。
【図２０】その作用の一例を示す線図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１ ソース部
２ 差動排気部
３ イオン化部
４ ノズル
５ スキマー
６ シャッター
７ フィラメント
８ 加速電極
９ ガスクラスターイオンビーム
９ａ ビーム軸
１０ アパーチャー
１１ 被加工物
１１ａ 段差形状
１２ 被加工物ホルダー
１３ 第１ＸＹＺステージ
１４ 回転ステージ
１５ 部材
１６ 第２ＸＹＺステージ
１７ 揺動ステージ
１８ 第３ＸＺステージ
１９ ベース
２０ 姿勢制御装置
２１ 平面サンプル
２２ 傾斜台
２３ 平面サンプル
２４ マスク
２５ 除去量
２６ 検出イオン電流量測定器
２７ 検出イオン電流量測定素子
１００ 制御部
１０１ 制御端末
１０１ａ 加工プログラム
１０１ｂ 記憶部
１０１ｃ ＮＣプログラム
１０２ 出力部
Ｍ ガスクラスターイオンビーム加工装置
Ｖｐ 相対走査速度制御プロファイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクラスターイオンビームを用いる加工技術に関し、たとえば、光学素子や金型の製造工程における精密加工技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、光学素子においては、光学機能面の平坦度が光学性能に大きな影響を与える。このため、光学素子やその製造に用いられる金型においては、素子の光学機能面や金型の成形面に高度な平坦加工が必要となる。
【０００３】
そこで、従来から光学素子や金型の表面の平滑化には研磨剤と研磨工具を用いた接触研磨加工が用いられてきた。接触研磨加工以上に表面粗さを低減させる場合には、非接触研磨加工でガスクラスターイオンビームを用いる例がある。
【０００４】
たとえば、特許文献１には、被加工物の各部におけるガスクラスターイオンビームの照射時間を制御することで、被加工物の表面に存在する突起のピッチＰ以下のスポット径に設定したガスクラスターイオンビームであっても、被加工物の表面の突起を除去して形状創成を可能にしようとする技術が開示されている。
【０００５】
従来から用いられている接触研磨加工では、達成できる表面粗さは、算術平均粗さＲａで、３〜１０ｎｍ程度が限界であり、研磨工具や研磨砥粒のばらつきや塵等の混入により研磨面にキズが発生することもあり加工安定性は決して高いとは言えない。
【０００６】
上述の特許文献１では、揺動手段を用いてガスクラスターイオンビームが被加工物に対して垂直になるように照射することが記載されているが、被加工物の各照射位置における具体的な揺動速度の制御については言及がないために、揺動速度の最適化ができず目標とする表面粗さや形状精度を得ることが困難である。
【０００７】
また、ガスクラスターイオンビームは、被加工物とガスクラスターイオンビームのなす角度が垂直であるときの照射角度を９０°としたときに、この照射角度が６０°以下になると被加工物の表面が粗面化してしまうことがある。
【０００８】
特許文献１では、単にガスクラスターイオンビームが被加工物に対して垂直になるように照射するのみであり、照射角度の変化に伴う被加工物の粗面化の制御も困難である。
すなわち、被加工物に、目標とする表面粗さや形状精度を確実に得る技術が求められている。
【特許文献１】特開２００５−１２０３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ガスクラスターイオンビーム加工において、被加工物における目的の品質を確実に得ることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の観点は、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工方法であって、前記被加工物に対する前記ガスクラスターイオンビームの相対走査速度を制御して目標とする品質を得るガスクラスターイオンビーム加工方法を提供する。
【００１１】
本発明の第２の観点は、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工装置であって、
前記ガスクラスターイオンビームに対する前記被加工物の姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記被加工物に目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように前記ガスクラスターイオンビームの前記被加工物における各照射位置での相対走査速度を算出する算出手段と、
算出された前記相対走査速度となるように前記姿勢制御装置を動作させる制御手段と、
を含むガスクラスターイオンビーム加工装置を提供する。
【００１２】
本発明の第３の観点は、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工に用いられる数値制御プログラムを作成する加工プログラムであって、
被加工物における目標とする品質の入力を受け付ける第１ステップと、
前記品質が得られる照射ドーズ量となるように前記ガスクラスターイオンビームの前記被加工物における各照射位置での前記相対走査速度を算出する第２ステップと、
前記相対走査速度が実現されるように前記ガスクラスターイオンビームに対する前記被加工物の姿勢を変化させる前記数値制御プログラムを出力する第３ステップと、
をコンピュータに実行させる加工プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガスクラスターイオンビーム加工において、被加工物における目的の品質を確実に得ることが可能な技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本実施の形態の第１態様では、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工する方法であって、被加工物とガスクラスターイオンビームの相対速度を制御することによって目標とする品質を得る。
【００１５】
また、第２態様では、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工する加工方法であって、相対速度と照射ドーズ量の関係を求める第１工程と、被加工物の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量の関係を求める第２工程と、目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との関係を求める第３工程と、前記第１工程、第２工程、第３工程で得られた関係を用いて目標の品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する第４工程と、算出された相対速度に基づいて加工する第５工程からなることによって、目標とする品質を得る。
【００１６】
また、第３態様では、上述の第１態様または第２態様において、目標とする品質が表面粗さである場合、前記品質に影響するパラメータが照射角度であることから、照射角度と照射ドーズ量の関係を求め、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出し、算出された相対速度に基づいて加工することによって、目標とする表面粗さを得る。
【００１７】
また、第４態様では、上述の第１態様または第２態様において、目標とする品質が形状精度の場合、前記品質に影響するパラメータが照射角度と除去量であることから、照射角度と照射ドーズ量、除去量と照射ドーズ量の関係を求め、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出し、算出された相対速度に基づいて加工することによって、目標とする形状精度を得る。
【００１８】
また、第５態様では、上述の第２態様における前記第４工程において、被加工物におけるガスクラスターイオンビームの照射範囲の中で、加工中に加速電極から被加工物の表面までの距離（すなわち飛程）が異なる場合には、加速電極から被加工物の表面までの距離と除去量の関係をも加味して、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を補正して算出することで目標の品質を得る。
【００１９】
また、第６態様では、上述の第２態様における第４工程において、ガスクラスターイオンビームのビーム強度プロファイルとして検出イオン電流量を測定し、検出イオン電流量と除去量の関係と相対速度と照射ドーズ量の関係から、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を補正することで目標とする品質を得る。
【００２０】
また、第７態様では、上述の第１態様から第６態様のいずれかにおいて、被加工物の形状は、平面および曲面を有する場合においても、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となる各照射位置での相対速度を算出し、算出された相対速度に基づいて加工することによって目標とする品質を得る。
【００２１】
また、第８態様では、被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビームの加工装置であって、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する算出手段と、算出された相対速度に基づいて被加工物とガスクラスターイオンビームを相対的に動かすための制御手段と、被加工物の姿勢を制御するための姿勢制御装置からなるガスクラスターイオンビーム加工装置を用いることによって目標とする品質を得る。
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法を実施するガスクラスターイオンビーム加工装置の構成の一例を示す概念図であり、図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。
【００２３】
［構成］
図１に示すように、ガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍは、ソース部１と差動排気部２とイオン化部３の３つのチャンバーによって構成されている。差動排気部２にはガスクラスターイオンビーム９の出射経路の開閉を行うことで、ガスクラスターイオンビーム９の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御するシャッター６が配置されている。
【００２４】
ソース部１、差動排気部２、イオン化部３の各チャンバー内は、照射前の準備として不純物ガス，水，酸素および窒素等をできるだけ排除するために不図示のポンプにて所望の真空度まで減圧されている。
【００２５】
ソース部１に設けられたノズル４には不図示のガスボンベより、０．３〜１．０ＭＰａ程度の高圧ガスを供給する。このガスは、例えばアルゴンガス、酸素ガス、窒素ガス、ＳＦ６ガス、ヘリウムガスの他、化合物の炭酸ガスあるいは２種以上のガスを混合することも可能である。
【００２６】
このような高圧ガスが超音速でノズル４から噴出する瞬間に断熱膨張によってガスクラスターが生成され、このガスクラスターの流れは、ノズル４の後段に配置されたスキマー５を通過することでビーム径が整えられる。このときのガスクラスターイオンビーム９は中性ビームであるが、差動排気部２を経由してイオン化部３に入り、タングステン製のフィラメント７の熱電子の衝突によってイオン化される。
【００２７】
次にガスクラスターイオンビーム９は加速電極８で加速される。このとき、ガスクラスターイオンビーム９の径は、たとえば数十ｍｍ程度であるが、加速電極８と被加工物１１の間にアパーチャー１０を配置することによって所望の口径（断面積）を有するガスクラスターイオンビーム９を得ることができる。
【００２８】
ガスクラスターイオンビーム９の出射方向の下流には、ガスクラスターイオンビーム９の照射方向と略対向する位置に被加工物１１を配設する。本実施の形態では、図１の上下方向をＹ方向と定義し、紙面に垂直な方向をＸ方向と定義する。また、ガスクラスターイオンビーム９が被加工物１１に向かう照射方向をＺ方向と定義する。
【００２９】
被加工物１１は被加工物ホルダー１２を介して後述のような構成の姿勢制御装置２０に設置される。
すなわち、被加工物ホルダー１２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向が互いに直行する第１ＸＹＺステージ１３に設置され、さらにこれらは回転ステージ１４に設置されている。この構成によって、被加工物１１に対する回転ステージ１４の回転軸の位置を任意に変更することができる。
【００３０】
回転ステージ１４は、部材１５を介して第２ＸＹＺステージ１６に支持され、さらに第２ＸＹＺステージ１６は、揺動ステージ１７に搭載されている。この第２ＸＹＺステージ１６は、被加工物１１と揺動ステージ１７の揺動の旋回中心との位置関係を調整する機構である。
【００３１】
被加工物１１に対して前出の揺動ステージ１７と第２ＸＹＺステージ１６と第１ＸＹＺステージ１３の構成を維持した状態で被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の相対的な位置を変更できるように第３ＸＺステージ１８を設置している。この第３ＸＺステージ１８は、ベース１９に設置されている。そして、これらのステージ等の構成からなる姿勢制御装置２０を用いて、ガスクラスターイオンビーム９に対して被加工物１１を相対的に動かしながらガスクラスターイオンビーム９を被加工物１１に照射する。
【００３２】
姿勢制御装置２０を構成する回転ステージ１４は、ステッピングモータやサーボモータなどのモータを駆動源としてこれを回転動力とし、被加工物１１に伝達できるように複数の歯車を噛み合わせるなどして構成されている。揺動ステージ１７も回転ステージ１４と同様に、ステッピングモータやサーボモータなどを駆動源とし、これを回転動力として被加工物１１に伝達することで、揺動角度と揺動速度を設定することが可能になっている。また、回転ステージ１４の動力であるモータにエンコーダを具備させることで、回転ステージ１４における回転速度だけではなく、回転角度も制御することが可能になっている。
【００３３】
姿勢制御装置２０は、たとえばＮＣプログラム１０１ｃによって動作する数値制御装置等からなる制御部１００に接続されて制御される。
この制御部１００は、さらに、たとえばパーソナルコンピュータ等で構成される制御端末１０１に接続されて制御される。
【００３４】
本実施の形態の場合、制御端末１０１は、加工プログラム１０１ａ、記憶部１０１ｂを備えている。記憶部１０１ｂは、後述のようして得られた関係ｆ１（第１の関係）から関係ｆ６等の情報が、コンピュータによって利用可能なデータテーブルや関数等の情報形式で格納されている。
【００３５】
加工プログラム１０１ａは、制御端末１０１を構成する図示しないマイクロプロセッサ等のコンピュータで実行されることにより、記憶部１０１ｂに格納されている情報を参照して後述のような動作や処理を実現する。
【００３６】
すなわち、制御端末１０１の加工プログラム１０１ａでは、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となる各照射位置での相対走査速度を算出し、算出結果に基づいて姿勢制御装置２０を動かすためのＮＣプログラム１０１ｃを作成する。
【００３７】
この相対走査速度とは、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９が相対的に動く（走査する）ときの速度であり、本実施の形態では、相対走査速度は揺動ステージ１７を用いた揺動速度を示す。
【００３８】
姿勢制御装置２０の制御部１００は制御端末１０１に接続され、制御端末１０１で作成したＮＣプログラム１０１ｃに基づいて姿勢制御装置２０の揺動ステージ１７の相対走査速度、すなわち揺動速度を制御する。
【００３９】
［作用］
本実施の形態では、図１に示す姿勢制御装置２０を用いて、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９を相対的に動かして、被加工物１１の表面が目標の品質となるように、ガスクラスターイオンビーム９を照射するための工程を説明する。
【００４０】
本実施の形態の場合、この工程は第１工程から第５工程に分けられ、これらをフローチャートに示すと図２Ａのようになる。
第１工程２１０では、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の相対走査速度の関係ｆ１を求める。
【００４１】
第２工程２２０では、被加工物１１の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量の関係ｆ２（第２の関係）を求める。
第３工程２３０では目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との関係（関係ｆ３から関係ｆ６（第３の関係））を求める。
【００４２】
そして、第４工程２４０では上述の第１工程２１０〜第３工程２３０の各々で得られた関係ｆ１から関係ｆ６を用いて目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対走査速度を算出する。
【００４３】
第５工程２５０では第４工程２４０で算出された相対走査速度に基づいてガスクラスターイオンビーム９の照射による被加工物１１の加工を実行する。
よって以下ではこれらの工程における詳細を順に述べていく。
【００４４】
まず、第１工程２１０では、相対走査速度と照射ドーズ量の関係ｆ１を求める。図３には、回転速度ω（ｒａｄ／ｓ）で回転している被加工物１１に対して、ガスクラスターイオンビーム９を、当該被加工物１１の回転軸から径方向に移動ながら照射を行う場合の模式図を示している。
【００４５】
被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の位置関係は、図３に示すようにガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａから被加工物１１の回転軸までの距離Ｒで示す。この場合、被加工物１１において、図４の斜線部で示すように輪帯状の領域にガスクラスターイオンビーム９が照射されることになる。
【００４６】
図４は被加工物１１の回転軸から径方向の距離がＲＡ、ＲＢ（ＲＡ＜ＲＢ）である場合における、被加工物１１を回転速度ω（ｒａｄ／ｓ）で回転したときに得られるガスクラスターイオンビーム９の照射痕の軌跡からなる照射面積ＳＡ、ＳＢを示している。
【００４７】
照射ドーズ量の単位は、ｉｏｎｓ／ｃｍ２であり、（１）式のように、表現できる。
照射ドーズ量＝（検出イオン電流量×照射時間）／（面積×電気素量ｅ）…（１）
ここで、検出イオン電流量と電気素量ｅが一定とすれば照射ドーズ量をＤ、照射時間をｔ、照射面積をＳとすると、ｋを比例定数として、以下の（２）式のようになる。
【００４８】
Ｄ＝ｋ×（ｔ／Ｓ） …（２）
したがって、照射ドーズ量Ｄは照射時間ｔに比例し、照射面積Ｓに反比例することがわかる。
【００４９】
ここで、図５に例示されるように、被加工物１１の回転軸から半径Ｒの円周上をビーム軸９ａが移動しながらガスクラスターイオンビーム９が被加工物１１の表面を照射するときの当該ガスクラスターイオンビーム９のビーム径をｒとする。
【００５０】
また、ビーム径ｒのガスクラスターイオンビーム９が通過する領域の面積をＳとするとＳ＝２Ｒπ×ｒで示せるので半径ＲＡ、ＲＢとすると（ただし、ＲＡ＜ＲＢ）、以下のようになる。
【００５１】
Ｓ＝２πＲ×ｒ…（３）
ＳＡ＝２πＲＡ×ｒ…（４）
ＳＢ＝２πＲＢ×ｒ…（５）
ＲＡ、ＲＢにおける円周の長さをそれぞれＬＡ、ＬＢとすると、ＬＡ、ＬＢはそれぞれ、以下の（６）式、（７）式になる。
【００５２】
ＬＡ＝２πＲＡ…（６）
ＬＢ＝２πＲＢ…（７）
図６のように、被加工物１１上のＰ点、Ｑ点に着目すると、それぞれが回転軸を中心にω（ｒａｄ）回転するまでに要する時間は等しい。ＲＡ、ＲＢにおける速度をＶＡ、ＶＢとすれば、距離＝速度×時間の関係より１回転する時間をｔとし、ＬＡ、ＬＢの関係を求めると以下のように表現できる。
【００５３】
ＬＡ＝ＶＡ×ｔ…（８）
ＬＢ＝ＶＢ×ｔ…（９）
したがって、（３）〜（９）式より
ＳＡ＝ＶＡ×ｔ×ｒ…（１０）
ＳＢ＝ＶＢ×ｔ×ｒ…（１１）
（２）式よりＲＡ、ＲＢにおける照射ドーズ量をそれぞれＤＡ、ＤＢとすれば、
ＤＡ＝ｋ（ｔ／ＶＡｔΔｄ）＝（ｋ／ＶＡｒ）…（１２）
ＤＢ＝ｋ（ｔ／ＶＡｔΔｄ）＝（ｋ／ＶＡｒ）…（１３）
となる。速度ＶＡ、ＶＢはＶ＝Ｒωで求められるので、
ＲＡ＝ＶＡ／ω…（１４）
ＲＢ＝ＶＢ／ω…（１５）
となる。（１４）式および（１５）式において、ＲＡ＜ＲＢであるからＶＡ、ＶＢの間には以下の関係が成り立つ。
【００５４】
ＶＡ＜ＶＢ…（１６）
したがって、（１２）〜（１６）式よりＤＡ＞ＤＢとなり、相対走査速度Ｖが小さいほど照射ドーズ量Ｄが多くなる。さらに（１２）式、（１３）式より、相対走査速度と照射ドーズ量の関係は反比例することがわかる。したがって、相対走査速度と照射ドーズ量には図７に示すような関係ｆ１にあるとわかる。
【００５５】
このようにして第１工程２１０における相対走査速度と照射ドーズ量の関係ｆ１を求めることができた。
次に第２工程２２０における、被加工物１１の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量の関係ｆ２を求める。
【００５６】
（２）式よりＲＡ＜ＲＢのとき、ＤＡ＞ＤＢとなる。また被加工物１１の径方向からの距離と照射ドーズ量の関係は反比例することがわかる。したがって、被加工物１１の径方向からの距離と照射ドーズ量には、図８に示すような関係ｆ２にあるとわかる。
【００５７】
このようにして第２工程２２０における被加工物１１の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量の関係ｆ２を求めることができた。
次に第３工程２３０において目標とする品質が表面粗さや形状精度である場合において、目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量の関係を求める。
【００５８】
第１の場合として、目標とする品質が表面粗さである場合について述べる。この場合、目標とする品質に影響するパラメータは照射角度である。
まず、表面粗さと照射ドーズ量の関係ｆ３を求める。この関係を求める手法は、一例として以下のようになる。
【００５９】
すなわち、被加工物１１と同じ材料で表面粗さＲｙ（基準長さ毎の最低谷底から最大山頂までの高さ）の異なるサンプルに対して、サンプルとガスクラスターイオンビーム９のなす角度を垂直として、様々な照射ドーズ量でガスクラスターイオンビーム９を照射した場合の表面粗さの変化を測定した。
【００６０】
表面粗さＲｙの測定には、表面粗さ計を用いたが表面粗さが測定できれば他のものでも良い。この結果を図９に示す。照射ドーズ量を増加させるほど表面粗さＲｙは減少する、という関係ｆ３が得られた。したがって、照射ドーズ量を増加させることで表面粗さを小さくすることができることがわかる。
【００６１】
次に照射角度と表面粗さの関係ｆ４を求める。この関係を求める手法は、一例として以下のようになる。
すなわち、図１０に示すように被加工物１１と同じ材料の平面サンプル２１を傾斜台２２に設置し、傾斜台２２の傾斜角度αを変化させ、照射後の表面粗さを測定して照射角度が表面粗さに及ぼす影響を調査した。この照射角度とは図１０に示す角度βであり、平面サンプル２１の表面に対するガスクラスターイオンビーム９の入射する角度を示すものとする。なお照射ドーズ量は１．０１７ｉｏｎｓ／ｃｍ２と一定の値にして行った。また表面粗さの測定器には表面粗さ測定計を用いた。
【００６２】
この結果を図１１に示す。この図１１の関係ｆ４から判るように、図１０の角度βが６０°以下になると照射後の表面粗さは、照射前と比較して大きくなった。
したがって、この関係ｆ４から、表面粗さを低減する場合には、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の照射角度を表面粗さが大きくならない範囲、すなわち図１０に示す角度βが６０°〜９０°になるようにすれば良い。逆に、表面粗さを大きくする場合には、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の照射角度を目標とする表面粗さの大きな粗い面を得られる範囲、すなわち図１０に示す角度βが６０°以下になるようにすれば良い。
【００６３】
第２の場合として、目標とする品質が形状精度である場合において述べる。この場合、目標とする品質に影響するパラメータは被加工物１１の除去量と照射角度である。
そこでまず除去量と照射ドーズ量の関係ｆ５を求める。この関係を求める手法として、様々なドーズ量で図１２に示すようにガスクラスターイオンビーム９を、マスク２４を部分的に被着させた平面サンプル２３の表面に垂直に照射したときの段差Δｈを測定した。
【００６４】
本実施の形態における除去量は、この段差Δｈによって評価する。
段差Δｈの測定には、段差測定器を用いたが、段差Δｈが測定できれば他のものでも良い。また、被加工物１１である平面サンプル２３の材料としては、被加工物１１と同じ材料を用いるが、今回の実験においては異種材料を用いて照射ドーズ量と除去量の傾向を取得し、この傾向を被加工物１１への照射に反映させた。この関係ｆ５の測定結果を図１３に示す。図１３の点線は照射ドーズ量と除去量の実験結果の近似直線であり、照射ドーズ量が増えるほど段差Δｈ、すなわち除去量は多くなる比例関係であった。
【００６５】
照射角度と照射ドーズ量の関係ｆ６は、一般に被加工物１１に対してガスクラスターイオンビーム９が垂直に照射される場合が最も除去量が多くなると言われている。
このようにして、第３工程２３０において目標とする品質が表面粗さや形状精度である場合において、目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量の関係（関係ｆ３、関係ｆ４、関係ｆ５、関係ｆ６）を求めることができた。
【００６６】
なお、本実施の形態の場合、上述のようにして得られた関係ｆ１から関係ｆ６は、加工プログラム１０１ａから参照可能なように、制御端末１０１の記憶部１０１ｂに、データテーブルや関数の形式で格納される。
【００６７】
次に第４工程２４０において、上述の第１工程２１０から第３工程２３０で得られた関係ｆ１からｆ６を用いて目標の品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対走査速度を算出する手法（アルゴリズム）の一例を示す。
【００６８】
本実施の形態では被加工物１１をガスクラスターイオンビーム９に対して揺動および回転させ、被加工物１１の表面において照射ドーズ量の分布を均一にして形状精度を維持したまま表面粗さを低減する場合について述べる。
【００６９】
また、被加工物１１が１つの球面を有しているとする。照射ドーズ量の分布は、図３に示すようにガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａの移動軌跡を導出することで求められる。
【００７０】
図１４の実験例Ｅｘ１の上段図は被加工物１１を速度一定で揺動および回転させた場合における、被加工物１１の表面に対する図３に示すようなガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａの移動軌跡を示している。
【００７１】
これは、被加工物１１を回転させながら被加工物１１の径方向にガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａを一定の速度で揺動させたときのビーム軸９ａの照射痕の軌跡を示している。
【００７２】
この移動軌跡から被加工物１１に対する照射ドーズ量分布を求めると図１４の実験例Ｅｘ１の下段図のように中央付近のドーズ量が多い山なりの分布となり、照射ドーズ量の最大値と最小値の差ΔＤが大きくなった。したがって均一性は良くないと言え、均一性向上のためには照射ドーズ量を中央付近では減少するように、そして外周部では増加するようにすれば良い。そこで、被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９の揺動速度を制御することで、均一性の向上を図る。
【００７３】
図７の関係ｆ１に示したように、相対走査速度と照射ドーズ量は反比例の関係にある。したがって照射ドーズ量を減少させるためには揺動速度を速くする、逆に照射ドーズ量を増加させるためには、揺動速度を遅くすればよい。
【００７４】
図１４の右側の実験例Ｅｘ２は、図１４の左側の実験例Ｅｘ１における一定の揺動速度と比較して、被加工物１１の中央付近では揺動速度を速くして、外周部では揺動速度を遅くした場合の被加工物１１の表面におけるガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａの移動軌跡と照射ドーズ量の分布を示している。照射ドーズ量分布における最大値と最小値の差ΔＤが図１４の実験例Ｅｘ１の場合と比較して、１／３程度となった。この結果から揺動速度を制御することで被加工物１１の表面に対するガスクラスターイオンビーム９の照射ドーズ量を制御できることがわかる。
【００７５】
また、第３工程２３０では目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量の関係（関係ｆ３からｆ６）を述べた。したがって揺動速度によって照射ドーズ量を制御することで、目標とする品質および前記品質に影響するパラメータを制御できる。
【００７６】
このようにして第４工程２４０では、第１工程２１０から第３工程２３０において求めた関係（関係ｆ１から関係ｆ６）を用いて、被加工物１１の表面における照射ドーズ量分布をガスクラスターイオンビーム９のビーム軸９ａの移動軌跡から求め、被加工物１１の目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対走査速度の最適値を算出することができる。
【００７７】
図２Ｂのフローチャートを参照して、本実施の形態の制御端末１０１における加工プログラム１０１ａによって実現される、上述の第４工程２４０の詳細例を説明する。
すなわち、加工プログラム１０１ａ（制御端末１０１）は、被加工物１１において実現されるべき目的の品質（この場合、表面粗さ、および加工精度の少なくとも一方）の情報の入力をユーザ等から受け付ける（ステップ２４１）。
【００７８】
次に、記憶部１０１ｂから既知の上述の関係ｆ１から関係ｆ６の情報を読み込む（ステップ２４２）。
次に、入力された上述の品質の情報と、記憶部１０１ｂから読み込んだ既知の関係ｆ１から関係ｆ６とに基づいて、上述の第４工程２４０に例示したアルゴリズムに基づいて、当該品質を達成するガスクラスターイオンビーム９の照射デーズ量を実現する相対走査速度を算出する（ステップ２４３）。
【００７９】
次に、加工プログラム１０１ａは、ステップ２４３で算出された相対走査速度で被加工物１１の姿勢がガスクラスターイオンビーム９に対して変化するように、姿勢制御装置２０を制御部１００が制御するためのＮＣプログラム１０１ｃを生成して、制御部１００に出力する（ステップ２４４）。
【００８０】
最後に第５工程２５０では、第４工程２４０で算出された相対走査速度に基づいて加工を行う。
まず、被加工物１１を姿勢制御装置２０の被加工物ホルダー１２に設置する。この被加工物ホルダー１２は第１ＸＹＺステージ１３に設置されており、被加工物１１の表面に複数の球面や非球面を有する場合においても被加工物１１の回転軸を所望の位置に変更させることができる。
【００８１】
次に、部材１５を介して設置された第２ＸＹＺステージ１６を用いて、被加工物１１と揺動ステージ１７の揺動の旋回中心の位置を調整する。本実施の形態では、被加工物１１が球面を有しているため、球面の曲率中心と揺動ステージ１７の旋回中心が一致するように調整させた。また第３ＸＺステージを１８用いることで、被加工物１１と揺動ステージ１７の旋回中心が一致した状態で被加工物１１のＸ、Ｚ方向を所望の位置まで移動させることができる。
【００８２】
第４工程２４０で算出された相対走査速度に基づいて、制御端末１０１を用いて生成され、姿勢制御装置２０を制御するためのＮＣプログラム１０１ｃを制御端末１０１から入力する。
【００８３】
そして姿勢制御装置２０に接続された制御部１００において、制御端末１０１で作成したＮＣプログラム１０１ｃを実行して姿勢制御装置２０を動作させることにより、ガスクラスターイオンビーム９に対して被加工物１１の姿勢を制御しながらガスクラスターイオンビーム９の照射を行うことでガスクラスターイオンビーム加工を実行する。なお、この加工時の回転ステージ１４の回転速度は一定とした。
【００８４】
この結果を図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、図１６Ｂに示す。図１５Ａおよび図１５Ｂは、照射前後の表面粗さＲｙを示しており、それぞれ、照射前の図１５Ａでは、Ｒｙ＝７．５ｎｍ、照射後の図１５Ｂでは、Ｒｙ＝６．０ｎｍであることから照射後に表面粗さＲｙを低減できたと言える。
【００８５】
また、図１６Ａおよび図１６Ｂは照射前後の形状精度Ｐ−Ｖ（Peak to valley）を示しており、それぞれ、照射前の図１６Ａでは、Ｐ−Ｖ＝０．１０９μｍ、照射後の図１６Ｂでは、Ｐ−Ｖ＝０．０９９μｍ、であることから形状精度を維持しているといえる。
【００８６】
このようにして、第５工程２５０において第４工程２４０で算出された相対走査速度に基づいて加工を行うことで目標とする品質を得ることができる。
［効果］
本実施の形態１によれば、目標の品質を得るための照射ドーズ量となるように被加工物１１の各照射位置における相対走査速度を算出し、算出された相対走査速度に基づいてガスクラスターイオンビーム加工が行われるように姿勢制御装置２０を制御して被加工物１１の姿勢を変化させながらガスクラスターイオンビーム９を照射することによって、被加工物１１に目標の表面粗さや形状精度等の品質を得ることができる。
【００８７】
（実施の形態２）
図１７は、本発明の他の実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法および加工プログラムが実施されるガスクラスターイオンビーム加工装置の作用を示す概念図である。
【００８８】
図１８は、本発明の他の実施の形態における加速電極から被加工物と同じ材料のサンプルまでの距離と除去量の関係ｆ７を示す線図である。
この実施の形態２では、上述の実施の形態１の構成と同様のガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍを用いるが、被加工物１１が段差形状１１ａを持つために図１７に示すように、ガスクラスターイオンビーム９の照射範囲の中で加速電極８から被加工物１１の表面までの距離（ガスクラスターイオンビーム９の飛程）が異なる。
【００８９】
図１７に示すように被加工物１１が段差形状１１ａを持つ場合には、ガスクラスターイオンビーム９の照射範囲において加速電極８から被加工物１１の表面までの距離がＬ１、Ｌ２と変化する。
【００９０】
このように、ガスクラスターイオンビーム９の飛程がＬ１とＬ２のように異なる場合において均一な除去量を得るための手段の一例を述べる。
そこで、被加工物１１と同じ材料のサンプルを用いて、加速電極８から当該サンプルまでの距離（ガスクラスターイオンビーム９の飛程）を変化させたときの段差を求めた。
【００９１】
ここで用いた被加工物１１の材料はシリコンであったので、サンプルにもシリコンを用いた。
この結果、図１８に示すように加速電極８から被加工物１１と同じ材料のサンプルの表面までの距離が離れるほど除去量が少なくなる、関係ｆ７（第４の関係）が得られた。
【００９２】
この関係ｆ７のように加速電極８から被加工物１１表面までの距離が遠くなるほど除去量が少なくなるのは、ガスクラスターイオンビーム９が真空中の残留ガスと衝突してエネルギーを失うことなどが原因である。
【００９３】
そこで、距離が離れることで除去量が少なくなる距離Ｌ２の部位においても、距離Ｌ１の部位と同じ除去量２５が得られるような照射ドーズ量となるように各照射位置での相対走査速度を補正する。
【００９４】
図７において相対走査速度と照射ドーズ量は反比例の関係ｆ１にあることから、除去量が少なくなるＬ２がＬ１と同じ除去量となるように、相対走査速度が遅くなるように補正することで照射ドーズ量を増やせばよい。
【００９５】
具体的には、図１７における被加工物１１の段差形状１１ａの凹凸に応じて変化する相対走査速度制御プロファイルＶｐとなるように相対走査速度を制御する。
このように相対走査速度を制御することで、照射範囲において加速電極８から被加工物１１の表面までの距離が異なる場合においても同じ除去量が得られるようにする。
【００９６】
このようにして算出された相対走査速度に基づいて被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９を相対的に動かすように、姿勢制御装置２０を制御するＮＣプログラム１０１ｃを制御端末１０１で作成する。このＮＣプログラム１０１ｃを用いて姿勢制御装置２０に接続された制御部１００において、姿勢制御装置２０の揺動ステージ１７の揺動速度を制御してガスクラスターイオンビーム９を照射することで加工を実行する。
【００９７】
この結果、照射範囲において加速電極８から被加工物１１までの距離が図１７のＬ１、Ｌ２のように異なる場合おいても、目標とする均一な除去量２５を除去することができる。
［効果］
本実施の形態２によれば、被加工物１１の加工範囲に段差形状１１ａ等の凹凸が存在し、加工中に、加速電極８から被加工物１１の表面までの距離が変動する場合にも、すなわちガスクラスターイオンビーム９の飛程が変動する場合でも、この飛程の変動の影響を打ち消すような相対走査速度制御プロファイルＶｐで加工を行うことで、ガスクラスターイオンビーム９の各照射位置での相対走査速度を補正して照射することで目標とする品質を得ることができる。
【００９８】
（実施の形態３）
図１９Ａは、本発明のさらに他の実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法および加工プログラムを実施するガスクラスターイオンビーム加工装置の構成例を示す概念図、図１９Ｂは、その一部を取り出して例示した拡大斜視図、図２０は、その作用の一例を示す線図である。
［構成］
本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍでは、ガスクラスターイオンビーム９のビーム強度プロファイルを作成するために図１９Ａに示すようにガスクラスターイオンビーム９を照射して検出イオン電流量を測定できる検出イオン電流量測定器２６を具備した点が、上述の実施の形態１の場合と異なっており、その他の構成は、同様である。従って、ガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍの上述の実施の形態１との相違点説明し、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して重複した説明は省略する。
【００９９】
図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍの場合、ガスクラスターイオンビーム９の通過経路上に検出イオン電流量測定器２６が配置され、この検出イオン電流量測定器２６は、外部に設けられた出力部１０２に接続されている。
【０１００】
図１９Ｂに示すように、検出イオン電流量測定器２６のガスクラスターイオンビーム９に対向する表面には、複数の検出イオン電流量測定素子２７が配置されており、個々の検出イオン電流量測定素子２７の測定結果は出力部１０２によって検出される構成となっている。
【０１０１】
検出イオン電流量測定器２６の表面に配置された複数の検出イオン電流量測定素子２７の数が多いほど、高い分解能でガスクラスターイオンビーム９の断面内における検出イオン電流量のプロファイルを取得できる。検出イオン電流量測定素子２７で測定された結果は、出力部１０２から出力される。
【０１０２】
［作用］
ガスクラスターイオンビーム９の断面内におけるイオン電流量のプロファイルを取得する場合、ガスクラスターイオンビーム９を図１９Ｂの検出イオン電流量測定器２６の表面にある検出イオン電流量測定素子２７に向かって照射する。
【０１０３】
図２０は、図１９Ｂのガスクラスターイオンビーム９の線Ａ−Ａ´断面におけるガスクラスターイオンビーム９の検出イオン電流量の測定結果を測定した結果を示している。
図２０のａ，ｂ，ｃの各測定点は図１９ＢのＡ−Ａ´断面に位置する個々の検出イオン電流量測定素子２７と対応している。この結果、検出イオン電流量の測定結果は均一ではなかった。
【０１０４】
ここで、検出イオン電流量と照射ドーズ量の関係は上述の（１）式で定義され、
照射時間、面積、電気素量ｅが一定のとき照射ドーズ量Ｄは、検出イオン電流量Ａと比例関係にあり、ｋを比例係数とすると、（１７）式のようになる。
【０１０５】
Ｄ＝ｋ・Ａ …（１７）
照射ドーズ量と除去量の関係は、図１２に示すように比例している。したがって（１７）式の関係から、検出イオン電流量Ａが少なくなると、照射ドーズ量Ｄも低下する。
【０１０６】
また、照射ドーズ量Ｄが少ない場合には、図１３に示すように除去量も少なくなる。つまり、図２０に示すような検出イオン電流量が少ないａ点とｃ点はｂ点よりも除去量が少なくなる、という関係ｆ８（第５の関係）が得られる。
【０１０７】
そこで、図２０にように得られたガスクラスターイオンビーム９の断面内の径方向位置（ａ点，ｂ点，ｃ点）の除去量と検出イオン電流量との関係ｆ８に基づいて、検出イオン電流量が低いために除去量の少ないａ点とｃ点においても、ｂ点と同じ除去量になるように相対走査速度を補正することを考える。
【０１０８】
これには、実施の形態１の図７に示したように相対走査速度と照射ドーズ量が反比例の関係ｆ１にあることを用いる。例えば、ガスクラスターイオンビーム９の断面内において検出イオン電流量が少ない両端のａ点とｃ点が、中央のｂ点と同じ除去量となるように、実施の形態１における第４工程２４０の手法（アルゴリズム）を用いて、ａ点とｃ点における相対走査速度がｂ点よりも遅くなるように補正することによって照射ドーズ量を増やせば良い。このように相対走査速度を制御することで、検出イオン電流量が少ない断面内の両端のａ点とｃ点においても、断面中央のｂ点と同じ除去量が得られるようにする。
【０１０９】
このようにして算出された相対走査速度に基づいて被加工物１１とガスクラスターイオンビーム９を相対的に動かす（走査する）ように、姿勢制御装置２０を制御するＮＣプログラム１０１ｃを制御端末１０１の加工プログラム１０１ａによって作成する。そして、このＮＣプログラム１０１ｃを制御部１００が実行することで、制御部１００が姿勢制御装置２０の揺動ステージ１７の揺動速度を制御してガスクラスターイオンビーム９の照射を実行する。
【０１１０】
この結果、検出イオン化電流量の測定結果がガスクラスターイオンビーム９の断面内で不均一である場合にも被加工物１１における均一な除去量を得ることができる。
［効果］
この実施の形態３によれば、上述の実施の形態１および実施の形態２に例示の加工方法においてガスクラスターイオンビーム９の断面内における検出イオン電流量が不均一な場合であっても、上述の関係ｆ１から関係ｆ６に、さらに検出イオン化電流量の分布と除去量との関係ｆ８を加味した情報に基づいて目標の品質を得るための照射ドーズ量となる各照射位置での相対走査速度を補正し、この補正された相対走査速度にてガスクラスターイオンビーム９を被加工物１１に照射することにより、より高精度に目標とする品質を得ることができる。
【０１１１】
以上詳細に説明した本発明に係わる上述の実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工技術によれば、目標とする品質を達成するための照射ドーズ量となるように各照射位置でのガスクラスターイオンビーム９と被加工物１１の相対走査速度を算出でき、被加工物１１における目標とする形状精度や表面粗さ等の品質を確実に得ることができる、という効果が得られる。
【０１１２】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、上述の各実施の形態では、ガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍを制御する制御部１００と制御端末１０１を別個に設けているが、制御端末１０１からガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍを直接的に制御する構成としてもよい。
【０１１３】
［付記１］
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工する方法であって、被加工物とガスクラスターイオンビームの相対速度を制御して目標とする品質を得ることを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１４】
［付記２］
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工する加工方法であって、相対速度と照射ドーズ量の関係を求める第１工程と、被加工物の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量の関係を求める第２工程と、目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との関係を求める第３工程と、前記記載の第１、第２、第３工程を用いて目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する第４工程と、算出された相対速度に基づいて加工する第５工程からなることを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１５】
［付記３］
前記付記１、付記２に記載の目標とする品質が表面粗さであり、前記品質に影響するパラメータが照射角度であることを特徴とする付記１、付記２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１６】
［付記４］
前記付記１、付記２に記載の目標とする品質が形状精度であり、前記品質に影響するパラメータが照射角度と除去量であることを特徴とする付記１、付記２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１７】
［付記５］
前記記載の被加工物において、ガスクラスターイオンビームを照射した被加工物の照射範囲の中で、加速電極から被加工物の表面までの距離が照射中の被加工物の表面の照射範囲で異なる場合には、加速電極から被加工物の表面の任意の点までの距離と除去量の関係を付加して、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する工程と、算出された相対速度に基づいて加工する工程からなることを特徴とする付記１、付記２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１８】
［付記６］
前記付記１、付記２に記載の目標の品質とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する第４工程において、ガスクラスターイオンビームのビーム強度プロファイルと除去量の関係から目標の品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を補正して算出することを特徴とする付記２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１１９】
［付記７］
付記１から付記７に記載の被加工物の形状は、平面および曲面を有することを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【０１２０】
［付記８］
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビームの加工装置であって、目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように各照射位置での相対速度を算出する算出手段と、算出された相対速度に基づいて被加工物とガスクラスターイオンビームを相対的に動かすための制御手段と、被加工物の姿勢を制御するための姿勢制御装置からなるガスクラスターイオンビーム加工装置。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法を実施するガスクラスターイオンビーム加工装置の構成の一例を示す概念図である。
【図２Ａ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。
【図２Ｂ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用を説明する概念図である。
【図４】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用を説明する概念図である。
【図５】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用を説明する概念図である。
【図６】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法およびガスクラスターイオンビーム加工装置ならびに加工プログラムの作用を説明する概念図である。
【図７】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法における相対走査速度と照射ドーズ量が反比例の関係ｆ１を示す線図である。
【図８】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法における被加工物の回転軸からの距離と照射ドーズ量との関係ｆ２を示す線図である。
【図９】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法における表面粗さＲｙと照射ドーズ量との関係ｆ３を示す線図である。
【図１０】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの照射角度の定義を説明する概念図である。
【図１１】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法における表面粗さＲｙと照射角度との関係ｆ４を示す線図である。
【図１２】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの加工量の測定方法の一例を示す概念図である。
【図１３】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法における被加工物の除去量と照射ドーズ量との関係ｆ５を示す線図である。
【図１４】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの相対走査速度と照射ドーズ量の分布の測定結果を示す説明図である。
【図１５Ａ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの照射前の被加工物の表面粗さの測定結果を示す線図である。
【図１５Ｂ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの照射後の被加工物の表面粗さの測定結果を示す線図である。
【図１６Ａ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの照射前の被加工物の形状精度の測定結果を示す線図である。
【図１６Ｂ】本発明の一実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法におけるガスクラスターイオンビームの照射後の被加工物の形状精度の測定結果を示す線図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法および加工プログラムが実施されるガスクラスターイオンビーム加工装置の作用を示す概念図である。
【図１８】本発明の他の実施の形態における加速電極から被加工物と同じ材料のサンプルまでの距離と除去量の関係ｆ７を示す線図である。
【図１９Ａ】本発明のさらに他の実施の形態であるガスクラスターイオンビーム加工方法および加工プログラムを実施するガスクラスターイオンビーム加工装置の構成例を示す概念図である。
【図１９Ｂ】その一部を取り出して例示した拡大斜視図である。
【図２０】その作用の一例を示す線図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１ ソース部
２ 差動排気部
３ イオン化部
４ ノズル
５ スキマー
６ シャッター
７ フィラメント
８ 加速電極
９ ガスクラスターイオンビーム
９ａ ビーム軸
１０ アパーチャー
１１ 被加工物
１１ａ 段差形状
１２ 被加工物ホルダー
１３ 第１ＸＹＺステージ
１４ 回転ステージ
１５ 部材
１６ 第２ＸＹＺステージ
１７ 揺動ステージ
１８ 第３ＸＺステージ
１９ ベース
２０ 姿勢制御装置
２１ 平面サンプル
２２ 傾斜台
２３ 平面サンプル
２４ マスク
２５ 除去量
２６ 検出イオン電流量測定器
２７ 検出イオン電流量測定素子
１００ 制御部
１０１ 制御端末
１０１ａ 加工プログラム
１０１ｂ 記憶部
１０１ｃ ＮＣプログラム
１０２ 出力部
Ｍ ガスクラスターイオンビーム加工装置
Ｖｐ 相対走査速度制御プロファイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工方法であって、前記被加工物に対する前記ガスクラスターイオンビームの相対走査速度を制御して目標とする品質を得ることを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項２】
請求項１記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記相対走査速度と照射ドーズ量との第１の関係を求める第１工程と、
前記被加工物の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量との第２の関係を求める第２工程と、
前記被加工物における目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との第３の関係を求める第３工程と、
前記第１の関係、前記第２の関係および前記第３の関係の少なくとも一つを用いて目標とする前記品質が得られる照射ドーズ量となるように前記ガスクラスターイオンビームの前記被加工物における各照射位置での前記相対走査速度を算出する第４工程と、
算出された前記相対走査速度に基づいて前記被加工物を加工する第５工程と、
を含むことを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
目標とする前記品質が前記被加工物の表面粗さであり、前記品質に影響する前記パラメータが、前記被加工物に対する前記ガスクラスターイオンビームの照射角度であることを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
目標とする前記品質が前記被加工物の形状精度であり、前記品質に影響する前記パラメータが、前記被加工物に対する前記ガスクラスターイオンビームの照射角度および前記ガスクラスターイオンビームに照射に伴って発生する前記被加工物の表面の除去量であることを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記被加工物における前記ガスクラスターイオンビームの照射範囲における凹凸によって前記ガスクラスターイオンビームの飛程が異なる場合には、前記飛程と前記被加工物の表面の除去量との第４の関係を加味して、目標とする前記品質を得るための前記照射ドーズ量となるように各照射位置での相対走査速度を算出することを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項６】
請求項２記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記第４工程においては、前記ガスクラスターイオンビームのビーム強度プロファイルと前記被加工物の除去量との第５の関係から目標の前記品質を得るための前記照射ドーズ量となるように前記被加工物の各照射位置での相対走査速度を補正することを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項７】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記被加工物の形状は、平面および曲面を含むことを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項８】
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工装置であって、
前記ガスクラスターイオンビームに対する前記被加工物の姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記被加工物に目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように前記ガスクラスターイオンビームの前記被加工物における各照射位置での相対走査速度を算出する算出手段と、
算出された前記相対走査速度となるように前記姿勢制御装置を動作させる制御手段と、
を含むことを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工装置。
【請求項９】
請求項８記載のガスクラスターイオンビーム加工装置において、
前記相対走査速度と照射ドーズ量との第１の関係、
前記被加工物の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量との第２の関係、
前記被加工物における目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との第３の関係、
前記ガスクラスターイオンビームの飛程と前記被加工物の表面の除去量との第４の関係、
前記ガスクラスターイオンビームのビーム強度プロファイルと前記被加工物の除去量との第５の関係、
の少なくとも一つが設定される記憶手段をさらに備え、
前記算出手段は、前記記憶手段に設定された前記第１から第５の関係の少なくとも一つに基づいて、前記相対走査速度を算出することを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工装置。
【請求項１０】
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工に用いられる数値制御プログラムを作成する加工プログラムであって、
被加工物における目標とする品質の入力を受け付ける第１ステップと、
前記品質が得られる照射ドーズ量となるように前記ガスクラスターイオンビームの前記被加工物における各照射位置での前記相対走査速度を算出する第２ステップと、
前記相対走査速度が実現されるように前記ガスクラスターイオンビームに対する前記被加工物の姿勢を変化させる前記数値制御プログラムを出力する第３ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする加工プログラム。
【請求項１１】
請求項１０記載の加工プログラムにおいて、
前記第２ステップでは、
前記相対走査速度と照射ドーズ量との第１の関係、
前記被加工物の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量との第２の関係、
前記被加工物における目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との第３の関係、
前記ガスクラスターイオンビームの飛程と前記被加工物の表面の除去量との第４の関係、
前記ガスクラスターイオンビームのビーム強度プロファイルと前記被加工物の除去量との第５の関係、
の少なくとも一つに基づいて前記相対走査速度を算出することを特徴とする加工プログラム。
【請求項１】
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工方法であって、前記被加工物に対する前記ガスクラスターイオンビームの相対走査速度を制御して目標とする品質を得ることを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項２】
請求項１記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記相対走査速度と照射ドーズ量との第１の関係を求める第１工程と、
前記被加工物の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量との第２の関係を求める第２工程と、
前記被加工物における目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との第３の関係を求める第３工程と、
前記第１の関係、前記第２の関係および前記第３の関係の少なくとも一つを用いて目標とする前記品質が得られる照射ドーズ量となるように前記ガスクラスターイオンビームの前記被加工物における各照射位置での前記相対走査速度を算出する第４工程と、
算出された前記相対走査速度に基づいて前記被加工物を加工する第５工程と、
を含むことを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
目標とする前記品質が前記被加工物の表面粗さであり、前記品質に影響する前記パラメータが、前記被加工物に対する前記ガスクラスターイオンビームの照射角度であることを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
目標とする前記品質が前記被加工物の形状精度であり、前記品質に影響する前記パラメータが、前記被加工物に対する前記ガスクラスターイオンビームの照射角度および前記ガスクラスターイオンビームに照射に伴って発生する前記被加工物の表面の除去量であることを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記被加工物における前記ガスクラスターイオンビームの照射範囲における凹凸によって前記ガスクラスターイオンビームの飛程が異なる場合には、前記飛程と前記被加工物の表面の除去量との第４の関係を加味して、目標とする前記品質を得るための前記照射ドーズ量となるように各照射位置での相対走査速度を算出することを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項６】
請求項２記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記第４工程においては、前記ガスクラスターイオンビームのビーム強度プロファイルと前記被加工物の除去量との第５の関係から目標の前記品質を得るための前記照射ドーズ量となるように前記被加工物の各照射位置での相対走査速度を補正することを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項７】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記被加工物の形状は、平面および曲面を含むことを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工方法。
【請求項８】
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工装置であって、
前記ガスクラスターイオンビームに対する前記被加工物の姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記被加工物に目標とする品質を得るための照射ドーズ量となるように前記ガスクラスターイオンビームの前記被加工物における各照射位置での相対走査速度を算出する算出手段と、
算出された前記相対走査速度となるように前記姿勢制御装置を動作させる制御手段と、
を含むことを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工装置。
【請求項９】
請求項８記載のガスクラスターイオンビーム加工装置において、
前記相対走査速度と照射ドーズ量との第１の関係、
前記被加工物の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量との第２の関係、
前記被加工物における目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との第３の関係、
前記ガスクラスターイオンビームの飛程と前記被加工物の表面の除去量との第４の関係、
前記ガスクラスターイオンビームのビーム強度プロファイルと前記被加工物の除去量との第５の関係、
の少なくとも一つが設定される記憶手段をさらに備え、
前記算出手段は、前記記憶手段に設定された前記第１から第５の関係の少なくとも一つに基づいて、前記相対走査速度を算出することを特徴とするガスクラスターイオンビーム加工装置。
【請求項１０】
被加工物を回転させながらガスクラスターイオンビームを照射して加工するガスクラスターイオンビーム加工に用いられる数値制御プログラムを作成する加工プログラムであって、
被加工物における目標とする品質の入力を受け付ける第１ステップと、
前記品質が得られる照射ドーズ量となるように前記ガスクラスターイオンビームの前記被加工物における各照射位置での前記相対走査速度を算出する第２ステップと、
前記相対走査速度が実現されるように前記ガスクラスターイオンビームに対する前記被加工物の姿勢を変化させる前記数値制御プログラムを出力する第３ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする加工プログラム。
【請求項１１】
請求項１０記載の加工プログラムにおいて、
前記第２ステップでは、
前記相対走査速度と照射ドーズ量との第１の関係、
前記被加工物の回転軸から径方向の距離と照射ドーズ量との第２の関係、
前記被加工物における目標とする品質および前記品質に影響するパラメータと照射ドーズ量との第３の関係、
前記ガスクラスターイオンビームの飛程と前記被加工物の表面の除去量との第４の関係、
前記ガスクラスターイオンビームのビーム強度プロファイルと前記被加工物の除去量との第５の関係、
の少なくとも一つに基づいて前記相対走査速度を算出することを特徴とする加工プログラム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【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１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【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１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【公開番号】特開２００９−２７４０８５（Ｐ２００９−２７４０８５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２５６７１（Ｐ２００８−１２５６７１）
【出願日】平成２０年５月１３日（２００８．５．１３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１３日（２００８．５．１３）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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