ガスクラスターイオンビーム加工方法および加工制御プログラム
【課題】被加工物に対するガスクラスターイオンビームの照射位置を相対的に変化させながら加工する際における被加工物の加工精度を向上させる。
【解決手段】ノズル５から噴出するガス流から、タングステンフィラメント７、引出し電極８、加速電極９を用いてガスクラスターイオンビーム１０形成し、アパーチャ２２を介して姿勢制御装置１３に保持された被加工物２１に照射して微細加工を行うガスクラスターイオンビーム加工装置１００において、加工中に、ガスクラスターイオンビーム１０が出射される加速電極９から被加工物２１の加工点に至る距離Ｌ（ガスクラスターイオンビーム１０の飛程）を一定の距離Ｌ０に制御して、ガスクラスターイオンビーム１０の飛程のばらつきに起因する加工量のばらつきを抑止し、被加工物２１の高精度の加工を実現する。
【解決手段】ノズル５から噴出するガス流から、タングステンフィラメント７、引出し電極８、加速電極９を用いてガスクラスターイオンビーム１０形成し、アパーチャ２２を介して姿勢制御装置１３に保持された被加工物２１に照射して微細加工を行うガスクラスターイオンビーム加工装置１００において、加工中に、ガスクラスターイオンビーム１０が出射される加速電極９から被加工物２１の加工点に至る距離Ｌ（ガスクラスターイオンビーム１０の飛程）を一定の距離Ｌ０に制御して、ガスクラスターイオンビーム１０の飛程のばらつきに起因する加工量のばらつきを抑止し、被加工物２１の高精度の加工を実現する。
【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加工方法および加工制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、光学素子や光学素子成形用金型等のように、良好な面粗度を要求される被加工物に対しては、一般的に研磨加工方法が適用されている。
しかし、この研磨加工方法は、被加工物と研磨工具との摺動によって加工表面を機械的に除去するものであり、達成できる面粗さは、中心線平均粗さＲａ＝３〜１０ｎｍ程度が限界である。また、研磨工具や研磨砥粒のばらつき、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。
【０００３】
より面粗さの小さい平滑面を得るための手段として、ガスクラスターイオンビームを被加工物に照射して固体表面を超精密研磨する方法がある。被加工物へ照射されたガスクラスターイオンビームは被加工物との衝突でクラスターイオンが壊れ、その際クラスター構成原子または分子および被加工物構成原子または分子とに多体衝突が生じ、被加工物表面に対して水平方向への運動が顕著になり、表面の凸部が主に削られ原子サイズでの平坦な超精密研磨ができるものである。
【０００４】
このガスクラスターイオンビームを用いた加工技術として、特許文献１（特開２００５−１２０３９３号公報）に開示された技術が知られており、図１２、図１３を用いて説明する。
【０００５】
この技術では、被加工物２００に対するガスクラスターイオンビーム２０２の照射位置を相対的に変化させる移動手段２０３を設け、照射位置毎に照射時間を制御することによって除去量を制御して被加工物２００の形状を修正する。そして、移動手段２０３では、ガスクラスターイオンビーム２０２の入射方向に垂直な面内での移動及びガスクラスターイオンビーム２０２の入射方向と平行な１つの面内での旋回が可能となっており、曲面形状を有する被加工物に対しても、目的の加工位置に対してガスクラスターイオンビーム２０２を垂直に照射することが可能になっている。
【０００６】
この特許文献１の技術では、照射時間は以下の関係式に基づいて決定されている。
照射時間＝（照射ドーズ量×照射面積×電気素量ｅ）／（検出イオン電流量）・・・（１）
一方、ガスクラスターイオンビーム２０２のエネルギー密度は、ガスクラスターイオンビーム加工装置２０１における加速電極２０４から出射方向への距離（飛程）が長くなるほど小さくなることが既に知られている。
【０００７】
これは加速電極２０４から出射したガスクラスターイオンビーム２０２が発散することと、クラスターイオンと真空中の残留ガスとが衝突してエネルギーを失うためである。すなわち、ガスクラスターイオンビームによる加工では、被加工物のガスクラスターイオンビームの出射方向における位置によって加工量が変化することになる。
【０００８】
上述の（１）式の関係はエネルギー損失がないものとして導かれた原理式であり、これに基づいてガスクラスターイオンビームの照射時間を決定している従来例においては、ガスクラスターイオンビームの出射方向における位置によって加工量が変化するため、計算上の加工量と実際の加工量との間に乖離が生じ、形状修正が困難となったり、または形状修正に多大な加工時間を要することになる。
【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、被加工物に対するガスクラスターイオンビームの照射位置を相対的に変化させながら加工する際における被加工物の加工精度を向上させ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、被加工物に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、
加工中に前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記被加工物の加工位置との距離を一定に保つ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、被加工物に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、
前記被加工物の加工位置における加工量を決定する工程と、
前記加工位置における前記加工量に応じて前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記加工位置との距離を加工中に変化させる工程と、
を含むガスクラスターイオンビーム加工方法を提供する。
【００１２】
本発明の第３の観点は、ガスクラスターイオンビームを生成する発生部と、
前記ガスクラスターイオンビームに対する被加工物の相対的な姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記姿勢制御装置を制御するコンピュータと、
を含むガスクラスターイオンビーム加工装置の加工制御プログラムであって、
前記コンピュータに、加工中に前記発生部と前記被加工物の加工位置との距離を一定に保つように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させる加工制御プログラムを提供する。
【００１３】
本発明の第４の観点は、ガスクラスターイオンビームを生成する発生部と、
前記ガスクラスターイオンビームに対する被加工物の相対的な姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記姿勢制御装置を制御するコンピュータと、
を含むガスクラスターイオンビーム加工装置の加工制御プログラムであって、
前記コンピュータに、前記被加工物の加工位置における加工量に応じて前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記加工位置との距離を加工中に変化させるように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させる加工制御プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被加工物に対するガスクラスターイオンビームの照射位置を相対的に変化させながら加工する際における被加工物の加工精度を向上させ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】
【００１５】
本実施の形態の第１の態様では、被加工物の目的の加工位置に対して、ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御しながら行うガスクラスターイオンビームを用いた除去加工方法において、ガスクラスターイオンビーム装置の加速電極と前記被加工物の目的の加工位置との距離（ガスクラスターイオンビームの飛程）を、加工中一定に保つ。
【００１６】
これにより、前記被加工物の加工範囲内における加工量を均等にすることができるため、前記被加工物の形状精度を維持したまま面粗さの向上が達成できる。
また、第２の態様では、被加工物の目的の加工位置に対して、ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御しながら行うガスクラスターイオンビームを用いた除去加工方法において、加工前の前記被加工物の形状データと目標形状データとの差分から前記被加工物の各加工位置に対する必要除去量を算出し、前記必要除去量に応じてガスクラスターイオンビーム装置の加速電極と前記被加工物上の目的の加工位置との距離を、加工中に可変に制御する。
【００１７】
これにより、被加工物の形状精度を効率良く向上させつつ面粗さの向上が達成できる。
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２は、本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工装置を構成する姿勢制御装置の構成の一例を示す斜視図である。
【００１８】
図３、図４、図５は、本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工方法および装置の作用の一例を示す説明図である。
［構成］
図１に例示されるように、本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工装置１００は、ソースチャンバー１とメインチャンバー２によって構成されている。ソースチャンバー１は排気ポンプ３によって差動排気された真空室となっており、同様にメインチャンバー２は排気ポンプ４によって差動排気された真空室となっている。
【００１９】
ソースチャンバー１の中央部にはノズル５が設けられ、ソースチャンバー１とメインチャンバー２の境界には、このノズル５と同軸にスキマー６が設けられている。
メインチャンバー２の内部には、スキマー６に対して同軸となる位置に、タングステンフィラメント７、引出し電極８、加速電極９、アパーチャ２２、が順に配置されてガスクラスターイオンビーム１０の発生部を構成し、さらに、アパーチャ２２の後方にはベース１２に載置された姿勢制御装置１３が設けられている。
【００２０】
ノズル５にはガスボンベ１１から、たとえば、０．６〜１．０ＭＰａ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。
【００２１】
このような高圧ガスが超音速でノズル５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、次にスキマー６を通過してビーム径が整えられる。スキマー６を通過するときのガスクラスターイオンビーム１０は中性ビームであるが、タングステンフィラメント７の熱電子の衝突によってイオン化され、引出し電極８にて引き出される。
【００２２】
次にガスクラスターイオンビーム１０は加速電極９にて加速される。加速電極９の先にはアパーチャ２２が配設されており、ガスクラスターイオンビーム１０がアパーチャ２２の開口部２２ａの口径に切り出された後に姿勢制御装置１３の側に出射される。
【００２３】
ガスクラスターイオンビーム１０の照射による加工面粗さは照射角度に依存することがわかっているため、被加工物２１の形状に応じて、面粗さが悪化しない範囲にのみガスクラスターイオンビーム１０が照射されるようアパーチャ２２の開口部２２ａの口径が設定されている。
【００２４】
さらに、上述のようにアパーチャ２２の先には被加工物２１が固定された姿勢制御装置１３がベース１２上に配設されている。
図２には回転軸対称形状の被加工物２１の姿勢制御を行う場合の姿勢制御装置１３が例示されている。
【００２５】
この場合、姿勢制御装置１３に保持された被加工物２１は、凸曲面からなる被加工面２１ａの頂点Ｐに関して回転対称な形状を呈している。
旋回ステージ１４は水平面内での旋回制御が可能であり、その旋回面は、アパーチャ２２から水平方向に出射されるガスクラスターイオンビーム１０の入射方向と平行となっている。
【００２６】
旋回ステージ１４の上にはガスクラスターイオンビーム１０の入射方向に進退制御可能なＺ軸ステージ１５が固定されており、さらにＺ軸ステージ１５上には旋回ステージ１４の旋回面と平行な面内でＺ軸と直交する方向に進退制御可能なＸ軸ステージ１６が固定されている。
【００２７】
ＸＺ平面と垂直な方向への進退制御可能なＹ軸ステージ１８はＹ軸ステージブラケット１７を介してＸ軸ステージ１６に固定されている。
なおＹ軸ステージ１８は、ガスクラスターイオンビーム１０のビーム軸中心と、被加工物２１の回転中心とのＹ軸方向の位置合せのために用いられるものであるため、手動ステージでも構わない。Ｙ軸ステージ１８にはスピンドルブラケット１９が固定され、スピンドルブラケット１９には被加工物２１を自転可能とするスピンドル２０が固定されている。
【００２８】
また、これらの構成要素からなる被加工物２１の姿勢制御装置１３は、演算、加工制御プログラム１０３の作成等を行うパーソナルコンピュータ等の制御端末１０１に接続された制御部１０２により制御される。
【００２９】
制御端末１０１には、加工制御プログラム１０３を作成する機能を備えたプログラム作成ソフトウェア１０１ａが実装されている。
制御部１０２は、制御端末１０１にて作成された加工制御プログラム１０３を実行することで、姿勢制御装置１３の動作を制御し、この姿勢制御装置１３に保持された被加工物２１の後述のような姿勢制御を行う。
【００３０】
制御部１０２は、たとえば、図示しないマイクロコンピュータを備えた数値制御装置（ＮＣ装置）からなり、加工制御プログラム１０３は、たとえば、制御端末１０１にて作成された数値制御プログラムである。
【００３１】
［作用］
本実施の形態における被加工物２１は回転軸対称形状であるので、ガスクラスターイオンビーム１０の照射位置が自転する被加工物２１の被加工面２１ａの子午線上を相対的に移動し、かつ目標の加工点Ｑに対してガスクラスターイオンビーム１０が常に垂直方向から照射されるように姿勢制御を行うものとする。
【００３２】
また、予めガスクラスターイオンビーム１０のビーム軸中心と、被加工物２１の回転中心とのＹ軸方向の位置は調整により一致しているものとする。
また、本実施の形態の場合、姿勢制御装置１３における旋回ステージ１４の旋回中心Ｏと、加速電極９との間の距離Ｌ０（加速電極９から旋回中心Ｏまでのガスクラスターイオンビーム１０の飛程）は一定不変である。
【００３３】
次に、被加工物２１上の加工点Ｑに対してガスクラスターイオンビーム１０を照射する際の姿勢制御方法について説明する。
図４に例示されるように、具体的にはまず、旋回ステージ１４、Ｚ軸ステージ１５、Ｘ軸ステージ１６がそれぞれの原点位置にあるときの旋回ステージ１４の旋回中心Ｏと被加工物２１の加工面の原点（すなわち頂点Ｐ）とのＸ軸方向の距離Ｘｅ、及びＺ軸方向の距離Ｚｅを把握しておく。
【００３４】
図３に例示されるように、被加工物２１の形状を表す設計式より、加工点Ｑの径方向座標、回転軸方向座標及び傾斜角度（Ｘｗ，Ｚｗ，θｗ）を計算する。
そして、図５に例示されるように、姿勢制御装置１３のＸ軸座標、Ｚ軸座標及び旋回角度（Ｘ，Ｚ，θ）を（Ｘｅ＋Ｘｗ，Ｚｅ−Ｚｗ，θｗ）の位置に移動することによって、加工点Ｑは旋回ステージ１４の旋回中心Ｏと一致し、加工点Ｑの法線はガスクラスターイオンビーム１０のビーム軸と一致する。
【００３５】
以上の座標計算を被加工物２１の加工範囲全域において所望の間隔で行って加工制御プログラム１０３を作成し、この加工制御プログラム１０３を実行する制御部１０２の指令により姿勢制御装置１３を制御して被加工物２１の姿勢制御を行う。
【００３６】
すなわち、この加工制御プログラム１０３の実行によって制御部１０２が、加工中に、姿勢制御装置１３に保持された被加工物２１の姿勢制御を行うとき、被加工物２１上の加工点Ｑには常にガスクラスターイオンビーム１０が垂直に照射され、かつ加工点Ｑは常に旋回ステージ１４の旋回中心Ｏと一致しているため、ガスクラスターイオンビーム１０の照射方向の加工位置（ガスクラスターイオンビーム１０の飛程）は、加速電極９から旋回中心Ｏに至る距離Ｌ０で、一定不変に制御される。
【００３７】
また、この加工制御プログラム１０３による加工中の姿勢制御装置１３の制御において、被加工物２１の移動（送り）速度、言い換えれば各加工点Ｑでのガスクラスターイオンビーム１０の照射時間は、上述の（１）式に従って行う。
【００３８】
被加工物２１の被加工面２１ａの全面を均等に除去加工する際は、各加工点Ｑにおけるガスクラスターイオンビーム１０の照射時間が一定となるように、加工制御プログラム１０３を作成して、姿勢制御装置１３による被加工物２１の送り速度を制御する。
【００３９】
図６は、本実施の形態１の加工制御プログラム１０３を生成するために制御端末１０１で実行されるプログラム作成ソフトウェア１０１ａの作用の一例を示すフローチャートである。
【００４０】
まず、被加工物２１の被加工面２１ａ等の形状の設計データの入力を受け付け（ステップ１５１）、さらに、姿勢制御装置１３の旋回中心Ｏと、姿勢制御装置１３に保持された被加工物２１の原点（この場合、頂点Ｐ）との距離Ｘｅ、距離Ｚｅの入力を受け付ける（ステップ１５２）。
【００４１】
その後、被加工物２１の被加工面２１ａにおける任意の加工点Ｑを選択し（ステップ１５３）、この加工点Ｑをガスクラスターイオンビーム１０に入射方向に正対させる加工位置への移動座標（Ｘｗ，Ｚｗ，θｗ）を計算する（ステップ１５４）。
【００４２】
さらに、本実施の形態では、加工点Ｑが、加速電極９から距離Ｌ０の位置にある旋回中心Ｏに一致するように上述の移動座標を補正し、（Ｘｅ＋Ｘｗ，Ｚｅ−Ｚｗ，θｗ）として出力する。同様に、当該加工点Ｑにおける照射時間（送り速度）の情報も出力する（ステップ１５５）。
【００４３】
このステップ１５３からステップ１５５までの処理を、すべての加工点Ｑについて実行した後（ステップ１５６）、（Ｘｅ＋Ｘｗ，Ｚｅ−Ｚｗ，θｗ）の加工軌跡を実現する加工制御プログラム１０３として出力する（ステップ１５７）。
【００４４】
こうして生成された加工制御プログラム１０３は、制御部１０２に転送され、制御部１０２がこの加工制御プログラム１０３を実行して姿勢制御装置１３を制御することにより、上述のように、被加工物２１の任意の加工点Ｑを、加工中、加速電極９から一定の距離Ｌ０にある旋回中心Ｏに常に一致するように被加工物２１の姿勢を制御する動作が実現される。
【００４５】
［効果］
実施の形態１の形態によれば、加工中にガスクラスターイオンビーム加工装置１００の加速電極９と被加工物２１の加工点Ｑとの距離を距離Ｌ０で一定に保つことができるため、ガスクラスターイオンビーム１０の被加工物２１に対する飛程の変動に起因する照射エネルギー密度のばらつきが防止され、加工点Ｑでのガスクラスターイオンビーム１０の照射エネルギー密度は、距離Ｌ０の飛程に対応した値で常に一定となり、被加工物２１の被加工面２１ａは均等に除去加工されるため被加工物２１の形状精度を維持しつつ、被加工物２１の被加工面２１ａを高精度に平坦化する加工を行うことができる。
【００４６】
すなわち、被加工物２１に対するガスクラスターイオンビーム１０の照射位置を相対的に変化させながら加工する際における被加工物２１の加工精度を向上させることが可能となる。
［実施の形態２］
図７、図８、図９、および図１０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制御プログラムの作用を説明する線図である。
［構成］
本実施の形態２のガスクラスターイオンビーム加工装置１００の構成は上述の実施の形態１と同様であるが、アパーチャ２２の開口部２２ａの口径は被加工物２１の形状に応じて、所望の面粗さが得られる範囲にのみガスクラスターイオンビーム１０が照射され、かつ被加工物２１の形状修正が可能なビーム径となるように設定されている。
【００４７】
［作用］
この実施の形態２では、まずガスクラスターイオンビーム加工装置１００の加速電極９と加工点との距離Ｌと、単位照射時間ｔ当りの除去量ｒとの関係を予備実験により把握しておき、図７に例示されるようなＬ−ｒデータ１１０として、グラフ化、又は近似式化、又はデータテーブル化しておく。
【００４８】
図８は、加速電極９と被加工物２１との距離を変えたときの、被加工物２１の加工量を実際に測定した際のデータ（Ｌ−ｒデータ１１０）をグラフにしたものである。
このときの照射条件は、加速電圧が２０ｋＶ、イオン化電流が３００ｍＡ、イオン化電圧が３００Ｖ、照射時間が６０分の条件で被加工物２１の材質はシリコンであった。
【００４９】
次に、被加工物２１の子午線上の変位を測定し、測定値より目標形状との誤差データを得る。得られた誤差データ１２０の一例が図９である。
そして図７のＬ−ｒデータ１１０における最大除去量と最小除去量の差Δｒが、誤差データ１２０のＰ−Ｖ値Δｅよりも大きくなるように、照射時間（単位照射時間ｔ）を調整して図７の除去量分布を相似倍（正規化）する。このときの単位照射時間をｔ’とする。こうして図７のＬ−ｒデータ１１０を正規化した結果が、図１０（ａ）に例示される正規化Ｌ−ｒデータ１１０Ａである。
【００５０】
そして、図９の誤差データ１２０の符号を反転させたデータ（単位時間当たりの除去量（加工量）は距離Ｌに反比例するため）に、定数δを加算して、被加工物２１を形状修正するために必要な各加工点（Ｘ）での除去量Ｒ（Ｘ）を算出し、誤差補正加工データ１２０Ａとする。ここで定数δは、除去量Ｒ（Ｘ）の最大値ｅｍａｘと最小値ｅｍｉｎが、図１０（ａ）の正規化Ｌ−ｒデータ１１０Ａの除去量分布の範囲（Δｒ’）に収まるように設定する。
【００５１】
こうして得られた誤差補正加工データ１２０Ａが図１０（ｂ）である。この図１０（ｂ）の誤差補正加工データ１２０Ａは、横軸に設定された被加工物２１の半径方向位置（加工点（Ｘ））と、縦軸に設定された加工点（Ｘ）に対応した除去量Ｒ（Ｘ）との関係を示す曲線である。
【００５２】
以上により、各加工点Ｘでの除去量Ｒ（Ｘ）が得られるときの加速電極９と加工点との距離Ｌが求められる。
すなわち、図１０（ｂ）の誤差補正加工データ１２０Ａにおいて得られる任意の加工点（Ｘ）に対応した除去量Ｒ（Ｘ）から、図１０（ａ）の正規化Ｌ−ｒデータ１１０Ａを用いて、当該除去量Ｒ（Ｘ）に対応する距離Ｌ（ガスクラスターイオンビーム１０の飛程）を決定することができる。
【００５３】
以降は、ガスクラスターイオンビーム１０のビーム軸方向の距離（飛程）（この場合、加速電極９と被加工物２１の加工点（Ｘ）との距離）を、除去量Ｒ（Ｘ）に対応して上述のように求めた距離Ｌに制御しながら、各加工点Ｑ（加工点（Ｘ））での照射時間がｔ’で一定となるように、被加工物２１の移動（送り速度）を制御することによって被加工物２１の被加工面２１ａの形状が修正される。
【００５４】
この場合、被加工物２１の加工軌跡は、加速電極９に対する距離Ｌを含むため、上述の実施の形態１の場合を踏まえると、被加工物２１を保持した姿勢制御装置１３のＸ軸座標、Ｚ軸座標及び旋回角度（Ｘ，Ｚ，θ）を、（Ｘｅ＋Ｘｗ＋（Ｌ−Ｌ０）・ｓｉｎθｗ，Ｚｅ−Ｚｗ＋（Ｌ−Ｌ０）・ｃｏｓθｗ，θｗ）の位置に移動することによって実現される。
【００５５】
図１１は、本実施の形態２における上述の姿勢制御装置１３の制御を実現する加工制御プログラム１０３を生成するために制御端末１０１で実行されるプログラム作成ソフトウェア１０１ａの作用の一例を示すフローチャートである。
【００５６】
Ｌ−ｒデータ１１０の入力を受け付け（ステップ１６１）、さらに誤差データ１２０の入力を受け付ける（ステップ１６２）。
そして、誤差データ１２０の範囲に応じてＬ−ｒデータ１１０を正規化し誤差データ１２０を生成する（ステップ１６３）。
【００５７】
さらに、ステップ１６２で入力された誤差データ１２０について、符号反転および定数δの加算によって誤差補正加工データ１２０Ａを生成する（ステップ１６４）。
次に、誤差補正加工データ１２０Ａおよび正規化Ｌ−ｒデータ１１０Ａを使用して、加工点Ｘ（加工点Ｑ）の除去量Ｒ（Ｘ）に対応して距離Ｌを変化させる加工軌跡（Ｘｅ＋Ｘｗ＋（Ｌ−Ｌ０）・ｓｉｎθｗ，Ｚｅ−Ｚｗ＋（Ｌ−Ｌ０）・ｃｏｓθｗ，θｗ）を実現する加工制御プログラム１０３を生成する（ステップ１６５）。
【００５８】
こうして生成された加工制御プログラム１０３は、制御部１０２に転送され、制御部１０２がこの加工制御プログラム１０３を実行して姿勢制御装置１３を制御することにより、上述のように、たとえば、一定の送り速度で、加工点Ｘ（加工点Ｑ）の除去量Ｒ（Ｘ）に対応して距離Ｌを変化させるように被加工物２１の位置を制御する動作が実現される。
【００５９】
［効果］
実施の形態２の形態によれば、ガスクラスターイオンビーム加工装置１００のガスクラスターイオンビーム１０が出射される加速電極９と、被加工物２１の加工点Ｑとの距離を、当該加工点Ｑでの必要除去量（Ｒ）に応じて可変に制御することによって、被加工物の形状を効率良く修正しながら面粗さの小さい平滑面を得ることができる。
【００６０】
換言すれば、被加工物２１の加工点Ｑにおける除去量Ｒに応じてガスクラスターイオンビーム１０の被加工物２１に至る飛程（距離Ｌ）を変化させて加工能力を制御することで、被加工物２１の送り速度を比較的大きな値に一定に制御して加工することが可能となり、被加工物２１の全体の加工所要時間を短縮することができる。
【００６１】
以上説明したように、発明の各実施の形態によれば、ガスクラスターイオンビーム加工装置１００において加速電極９から被加工物２１の加工点Ｑに至るガスクラスターイオンビーム１０の飛程（距離Ｌ）を、一定もしくは可変に制御することによって被加工物２１における加工量を安定して制御することができるため、被加工物２１において形状精度が高く、かつ面粗さの非常に良好な平滑面を得ることができる。
【００６２】
例えば撮像用のレンズ等の被加工物２１に用いた場合には、高画質化を図ることができ光学機器等の製品の品質の向上に寄与することができる。
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。
【００６３】
ガスクラスターイオンビームの飛程の起点となる発生部としては、加速電極９に限らず、たとえば、アパーチャ２２、引出し電極８等の他の構成要素でもよい。
また、ガスクラスターイオンビームに限らず、一般の荷電粒子ビームを用いた加工にも適用することができる。
［付記１］
被加工物の目的の加工位置に対して、ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御しながら行うガスクラスターイオンビームを用いた除去加工方法において、ガスクラスターイオンビーム装置の加速電極と前記被加工物の目的の加工位置との距離を、加工中一定に保つようにしたことを特徴とするガスクラスターイオンビームによる加工方法。
［付記２］
被加工物の目的の加工位置に対して、ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御しながら行うガスクラスターイオンビームを用いた除去加工方法において、加工前の前記被加工物の形状データと目標形状データとの差分から前記被加工物の各加工位置に対する必要除去量を算出し、前記必要除去量に応じてガスクラスターイオンビーム装置の加速電極と前記被加工物上の目的の加工位置との距離を、加工中に制御するようにしたことを特徴とするガスクラスターイオンビームによる加工方法。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【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２】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装置を構成する姿勢制御装置の構成の一例を示す斜視図である。
【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装置の作用の一例を示す説明図である。
【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装置の作用の一例を示す説明図である。
【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装置の作用の一例を示す説明図である。
【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装置の作用の一例を示すフローチャートである。
【図７】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制御プログラムの作用を説明する線図である。
【図８】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制御プログラムの作用を説明する線図である。
【図９】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制御プログラムの作用を説明する線図である。
【図１０】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制御プログラムの作用を説明する線図である。
【図１１】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装置の作用の一例を示すフローチャートである。
【図１２】従来技術のガスクラスターイオンビーム加工装置の構成を示す概念図である。
【図１３】従来技術のガスクラスターイオンビーム加工装置における被加工物の姿勢制御を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ ソースチャンバー
２ メインチャンバー
３ 排気ポンプ
４ 排気ポンプ
５ ノズル
６ スキマー
７ タングステンフィラメント
８ 引出し電極
９ 加速電極
１０ ガスクラスターイオンビーム
１１ ガスボンベ
１２ ベース
１３ 姿勢制御装置
１４ 旋回ステージ
１５ Ｚ軸ステージ
１６ Ｘ軸ステージ
１７ Ｙ軸ステージブラケット
１８ Ｙ軸ステージ
１９ スピンドルブラケット
２０ スピンドル
２１ 被加工物
２１ａ 被加工面
２２ アパーチャ
２２ａ 開口部
１００ ガスクラスターイオンビーム加工装置
１０１ 制御端末
１０１ａ プログラム作成ソフトウェア
１０２ 制御部
１０３ 加工制御プログラム
１１０ Ｌ−ｒデータ
１１０Ａ 正規化Ｌ−ｒデータ
１２０ 誤差データ
１２０Ａ 誤差補正加工データ
Ｌ 加速電極９から被加工物２１の加工点Ｑに至る距離
Ｌ０ 加速電極９から姿勢制御装置１３の旋回中心Ｏまでの距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスクラスターイオンビーム加工方法および加工制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、光学素子や光学素子成形用金型等のように、良好な面粗度を要求される被加工物に対しては、一般的に研磨加工方法が適用されている。
しかし、この研磨加工方法は、被加工物と研磨工具との摺動によって加工表面を機械的に除去するものであり、達成できる面粗さは、中心線平均粗さＲａ＝３〜１０ｎｍ程度が限界である。また、研磨工具や研磨砥粒のばらつき、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。
【０００３】
より面粗さの小さい平滑面を得るための手段として、ガスクラスターイオンビームを被加工物に照射して固体表面を超精密研磨する方法がある。被加工物へ照射されたガスクラスターイオンビームは被加工物との衝突でクラスターイオンが壊れ、その際クラスター構成原子または分子および被加工物構成原子または分子とに多体衝突が生じ、被加工物表面に対して水平方向への運動が顕著になり、表面の凸部が主に削られ原子サイズでの平坦な超精密研磨ができるものである。
【０００４】
このガスクラスターイオンビームを用いた加工技術として、特許文献１（特開２００５−１２０３９３号公報）に開示された技術が知られており、図１２、図１３を用いて説明する。
【０００５】
この技術では、被加工物２００に対するガスクラスターイオンビーム２０２の照射位置を相対的に変化させる移動手段２０３を設け、照射位置毎に照射時間を制御することによって除去量を制御して被加工物２００の形状を修正する。そして、移動手段２０３では、ガスクラスターイオンビーム２０２の入射方向に垂直な面内での移動及びガスクラスターイオンビーム２０２の入射方向と平行な１つの面内での旋回が可能となっており、曲面形状を有する被加工物に対しても、目的の加工位置に対してガスクラスターイオンビーム２０２を垂直に照射することが可能になっている。
【０００６】
この特許文献１の技術では、照射時間は以下の関係式に基づいて決定されている。
照射時間＝（照射ドーズ量×照射面積×電気素量ｅ）／（検出イオン電流量）・・・（１）
一方、ガスクラスターイオンビーム２０２のエネルギー密度は、ガスクラスターイオンビーム加工装置２０１における加速電極２０４から出射方向への距離（飛程）が長くなるほど小さくなることが既に知られている。
【０００７】
これは加速電極２０４から出射したガスクラスターイオンビーム２０２が発散することと、クラスターイオンと真空中の残留ガスとが衝突してエネルギーを失うためである。すなわち、ガスクラスターイオンビームによる加工では、被加工物のガスクラスターイオンビームの出射方向における位置によって加工量が変化することになる。
【０００８】
上述の（１）式の関係はエネルギー損失がないものとして導かれた原理式であり、これに基づいてガスクラスターイオンビームの照射時間を決定している従来例においては、ガスクラスターイオンビームの出射方向における位置によって加工量が変化するため、計算上の加工量と実際の加工量との間に乖離が生じ、形状修正が困難となったり、または形状修正に多大な加工時間を要することになる。
【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、被加工物に対するガスクラスターイオンビームの照射位置を相対的に変化させながら加工する際における被加工物の加工精度を向上させ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、被加工物に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、
加工中に前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記被加工物の加工位置との距離を一定に保つ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、被加工物に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、
前記被加工物の加工位置における加工量を決定する工程と、
前記加工位置における前記加工量に応じて前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記加工位置との距離を加工中に変化させる工程と、
を含むガスクラスターイオンビーム加工方法を提供する。
【００１２】
本発明の第３の観点は、ガスクラスターイオンビームを生成する発生部と、
前記ガスクラスターイオンビームに対する被加工物の相対的な姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記姿勢制御装置を制御するコンピュータと、
を含むガスクラスターイオンビーム加工装置の加工制御プログラムであって、
前記コンピュータに、加工中に前記発生部と前記被加工物の加工位置との距離を一定に保つように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させる加工制御プログラムを提供する。
【００１３】
本発明の第４の観点は、ガスクラスターイオンビームを生成する発生部と、
前記ガスクラスターイオンビームに対する被加工物の相対的な姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記姿勢制御装置を制御するコンピュータと、
を含むガスクラスターイオンビーム加工装置の加工制御プログラムであって、
前記コンピュータに、前記被加工物の加工位置における加工量に応じて前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記加工位置との距離を加工中に変化させるように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させる加工制御プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、被加工物に対するガスクラスターイオンビームの照射位置を相対的に変化させながら加工する際における被加工物の加工精度を向上させ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】
【００１５】
本実施の形態の第１の態様では、被加工物の目的の加工位置に対して、ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御しながら行うガスクラスターイオンビームを用いた除去加工方法において、ガスクラスターイオンビーム装置の加速電極と前記被加工物の目的の加工位置との距離（ガスクラスターイオンビームの飛程）を、加工中一定に保つ。
【００１６】
これにより、前記被加工物の加工範囲内における加工量を均等にすることができるため、前記被加工物の形状精度を維持したまま面粗さの向上が達成できる。
また、第２の態様では、被加工物の目的の加工位置に対して、ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御しながら行うガスクラスターイオンビームを用いた除去加工方法において、加工前の前記被加工物の形状データと目標形状データとの差分から前記被加工物の各加工位置に対する必要除去量を算出し、前記必要除去量に応じてガスクラスターイオンビーム装置の加速電極と前記被加工物上の目的の加工位置との距離を、加工中に可変に制御する。
【００１７】
これにより、被加工物の形状精度を効率良く向上させつつ面粗さの向上が達成できる。
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２は、本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工装置を構成する姿勢制御装置の構成の一例を示す斜視図である。
【００１８】
図３、図４、図５は、本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工方法および装置の作用の一例を示す説明図である。
［構成］
図１に例示されるように、本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工装置１００は、ソースチャンバー１とメインチャンバー２によって構成されている。ソースチャンバー１は排気ポンプ３によって差動排気された真空室となっており、同様にメインチャンバー２は排気ポンプ４によって差動排気された真空室となっている。
【００１９】
ソースチャンバー１の中央部にはノズル５が設けられ、ソースチャンバー１とメインチャンバー２の境界には、このノズル５と同軸にスキマー６が設けられている。
メインチャンバー２の内部には、スキマー６に対して同軸となる位置に、タングステンフィラメント７、引出し電極８、加速電極９、アパーチャ２２、が順に配置されてガスクラスターイオンビーム１０の発生部を構成し、さらに、アパーチャ２２の後方にはベース１２に載置された姿勢制御装置１３が設けられている。
【００２０】
ノズル５にはガスボンベ１１から、たとえば、０．６〜１．０ＭＰａ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。
【００２１】
このような高圧ガスが超音速でノズル５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、次にスキマー６を通過してビーム径が整えられる。スキマー６を通過するときのガスクラスターイオンビーム１０は中性ビームであるが、タングステンフィラメント７の熱電子の衝突によってイオン化され、引出し電極８にて引き出される。
【００２２】
次にガスクラスターイオンビーム１０は加速電極９にて加速される。加速電極９の先にはアパーチャ２２が配設されており、ガスクラスターイオンビーム１０がアパーチャ２２の開口部２２ａの口径に切り出された後に姿勢制御装置１３の側に出射される。
【００２３】
ガスクラスターイオンビーム１０の照射による加工面粗さは照射角度に依存することがわかっているため、被加工物２１の形状に応じて、面粗さが悪化しない範囲にのみガスクラスターイオンビーム１０が照射されるようアパーチャ２２の開口部２２ａの口径が設定されている。
【００２４】
さらに、上述のようにアパーチャ２２の先には被加工物２１が固定された姿勢制御装置１３がベース１２上に配設されている。
図２には回転軸対称形状の被加工物２１の姿勢制御を行う場合の姿勢制御装置１３が例示されている。
【００２５】
この場合、姿勢制御装置１３に保持された被加工物２１は、凸曲面からなる被加工面２１ａの頂点Ｐに関して回転対称な形状を呈している。
旋回ステージ１４は水平面内での旋回制御が可能であり、その旋回面は、アパーチャ２２から水平方向に出射されるガスクラスターイオンビーム１０の入射方向と平行となっている。
【００２６】
旋回ステージ１４の上にはガスクラスターイオンビーム１０の入射方向に進退制御可能なＺ軸ステージ１５が固定されており、さらにＺ軸ステージ１５上には旋回ステージ１４の旋回面と平行な面内でＺ軸と直交する方向に進退制御可能なＸ軸ステージ１６が固定されている。
【００２７】
ＸＺ平面と垂直な方向への進退制御可能なＹ軸ステージ１８はＹ軸ステージブラケット１７を介してＸ軸ステージ１６に固定されている。
なおＹ軸ステージ１８は、ガスクラスターイオンビーム１０のビーム軸中心と、被加工物２１の回転中心とのＹ軸方向の位置合せのために用いられるものであるため、手動ステージでも構わない。Ｙ軸ステージ１８にはスピンドルブラケット１９が固定され、スピンドルブラケット１９には被加工物２１を自転可能とするスピンドル２０が固定されている。
【００２８】
また、これらの構成要素からなる被加工物２１の姿勢制御装置１３は、演算、加工制御プログラム１０３の作成等を行うパーソナルコンピュータ等の制御端末１０１に接続された制御部１０２により制御される。
【００２９】
制御端末１０１には、加工制御プログラム１０３を作成する機能を備えたプログラム作成ソフトウェア１０１ａが実装されている。
制御部１０２は、制御端末１０１にて作成された加工制御プログラム１０３を実行することで、姿勢制御装置１３の動作を制御し、この姿勢制御装置１３に保持された被加工物２１の後述のような姿勢制御を行う。
【００３０】
制御部１０２は、たとえば、図示しないマイクロコンピュータを備えた数値制御装置（ＮＣ装置）からなり、加工制御プログラム１０３は、たとえば、制御端末１０１にて作成された数値制御プログラムである。
【００３１】
［作用］
本実施の形態における被加工物２１は回転軸対称形状であるので、ガスクラスターイオンビーム１０の照射位置が自転する被加工物２１の被加工面２１ａの子午線上を相対的に移動し、かつ目標の加工点Ｑに対してガスクラスターイオンビーム１０が常に垂直方向から照射されるように姿勢制御を行うものとする。
【００３２】
また、予めガスクラスターイオンビーム１０のビーム軸中心と、被加工物２１の回転中心とのＹ軸方向の位置は調整により一致しているものとする。
また、本実施の形態の場合、姿勢制御装置１３における旋回ステージ１４の旋回中心Ｏと、加速電極９との間の距離Ｌ０（加速電極９から旋回中心Ｏまでのガスクラスターイオンビーム１０の飛程）は一定不変である。
【００３３】
次に、被加工物２１上の加工点Ｑに対してガスクラスターイオンビーム１０を照射する際の姿勢制御方法について説明する。
図４に例示されるように、具体的にはまず、旋回ステージ１４、Ｚ軸ステージ１５、Ｘ軸ステージ１６がそれぞれの原点位置にあるときの旋回ステージ１４の旋回中心Ｏと被加工物２１の加工面の原点（すなわち頂点Ｐ）とのＸ軸方向の距離Ｘｅ、及びＺ軸方向の距離Ｚｅを把握しておく。
【００３４】
図３に例示されるように、被加工物２１の形状を表す設計式より、加工点Ｑの径方向座標、回転軸方向座標及び傾斜角度（Ｘｗ，Ｚｗ，θｗ）を計算する。
そして、図５に例示されるように、姿勢制御装置１３のＸ軸座標、Ｚ軸座標及び旋回角度（Ｘ，Ｚ，θ）を（Ｘｅ＋Ｘｗ，Ｚｅ−Ｚｗ，θｗ）の位置に移動することによって、加工点Ｑは旋回ステージ１４の旋回中心Ｏと一致し、加工点Ｑの法線はガスクラスターイオンビーム１０のビーム軸と一致する。
【００３５】
以上の座標計算を被加工物２１の加工範囲全域において所望の間隔で行って加工制御プログラム１０３を作成し、この加工制御プログラム１０３を実行する制御部１０２の指令により姿勢制御装置１３を制御して被加工物２１の姿勢制御を行う。
【００３６】
すなわち、この加工制御プログラム１０３の実行によって制御部１０２が、加工中に、姿勢制御装置１３に保持された被加工物２１の姿勢制御を行うとき、被加工物２１上の加工点Ｑには常にガスクラスターイオンビーム１０が垂直に照射され、かつ加工点Ｑは常に旋回ステージ１４の旋回中心Ｏと一致しているため、ガスクラスターイオンビーム１０の照射方向の加工位置（ガスクラスターイオンビーム１０の飛程）は、加速電極９から旋回中心Ｏに至る距離Ｌ０で、一定不変に制御される。
【００３７】
また、この加工制御プログラム１０３による加工中の姿勢制御装置１３の制御において、被加工物２１の移動（送り）速度、言い換えれば各加工点Ｑでのガスクラスターイオンビーム１０の照射時間は、上述の（１）式に従って行う。
【００３８】
被加工物２１の被加工面２１ａの全面を均等に除去加工する際は、各加工点Ｑにおけるガスクラスターイオンビーム１０の照射時間が一定となるように、加工制御プログラム１０３を作成して、姿勢制御装置１３による被加工物２１の送り速度を制御する。
【００３９】
図６は、本実施の形態１の加工制御プログラム１０３を生成するために制御端末１０１で実行されるプログラム作成ソフトウェア１０１ａの作用の一例を示すフローチャートである。
【００４０】
まず、被加工物２１の被加工面２１ａ等の形状の設計データの入力を受け付け（ステップ１５１）、さらに、姿勢制御装置１３の旋回中心Ｏと、姿勢制御装置１３に保持された被加工物２１の原点（この場合、頂点Ｐ）との距離Ｘｅ、距離Ｚｅの入力を受け付ける（ステップ１５２）。
【００４１】
その後、被加工物２１の被加工面２１ａにおける任意の加工点Ｑを選択し（ステップ１５３）、この加工点Ｑをガスクラスターイオンビーム１０に入射方向に正対させる加工位置への移動座標（Ｘｗ，Ｚｗ，θｗ）を計算する（ステップ１５４）。
【００４２】
さらに、本実施の形態では、加工点Ｑが、加速電極９から距離Ｌ０の位置にある旋回中心Ｏに一致するように上述の移動座標を補正し、（Ｘｅ＋Ｘｗ，Ｚｅ−Ｚｗ，θｗ）として出力する。同様に、当該加工点Ｑにおける照射時間（送り速度）の情報も出力する（ステップ１５５）。
【００４３】
このステップ１５３からステップ１５５までの処理を、すべての加工点Ｑについて実行した後（ステップ１５６）、（Ｘｅ＋Ｘｗ，Ｚｅ−Ｚｗ，θｗ）の加工軌跡を実現する加工制御プログラム１０３として出力する（ステップ１５７）。
【００４４】
こうして生成された加工制御プログラム１０３は、制御部１０２に転送され、制御部１０２がこの加工制御プログラム１０３を実行して姿勢制御装置１３を制御することにより、上述のように、被加工物２１の任意の加工点Ｑを、加工中、加速電極９から一定の距離Ｌ０にある旋回中心Ｏに常に一致するように被加工物２１の姿勢を制御する動作が実現される。
【００４５】
［効果］
実施の形態１の形態によれば、加工中にガスクラスターイオンビーム加工装置１００の加速電極９と被加工物２１の加工点Ｑとの距離を距離Ｌ０で一定に保つことができるため、ガスクラスターイオンビーム１０の被加工物２１に対する飛程の変動に起因する照射エネルギー密度のばらつきが防止され、加工点Ｑでのガスクラスターイオンビーム１０の照射エネルギー密度は、距離Ｌ０の飛程に対応した値で常に一定となり、被加工物２１の被加工面２１ａは均等に除去加工されるため被加工物２１の形状精度を維持しつつ、被加工物２１の被加工面２１ａを高精度に平坦化する加工を行うことができる。
【００４６】
すなわち、被加工物２１に対するガスクラスターイオンビーム１０の照射位置を相対的に変化させながら加工する際における被加工物２１の加工精度を向上させることが可能となる。
［実施の形態２］
図７、図８、図９、および図１０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制御プログラムの作用を説明する線図である。
［構成］
本実施の形態２のガスクラスターイオンビーム加工装置１００の構成は上述の実施の形態１と同様であるが、アパーチャ２２の開口部２２ａの口径は被加工物２１の形状に応じて、所望の面粗さが得られる範囲にのみガスクラスターイオンビーム１０が照射され、かつ被加工物２１の形状修正が可能なビーム径となるように設定されている。
【００４７】
［作用］
この実施の形態２では、まずガスクラスターイオンビーム加工装置１００の加速電極９と加工点との距離Ｌと、単位照射時間ｔ当りの除去量ｒとの関係を予備実験により把握しておき、図７に例示されるようなＬ−ｒデータ１１０として、グラフ化、又は近似式化、又はデータテーブル化しておく。
【００４８】
図８は、加速電極９と被加工物２１との距離を変えたときの、被加工物２１の加工量を実際に測定した際のデータ（Ｌ−ｒデータ１１０）をグラフにしたものである。
このときの照射条件は、加速電圧が２０ｋＶ、イオン化電流が３００ｍＡ、イオン化電圧が３００Ｖ、照射時間が６０分の条件で被加工物２１の材質はシリコンであった。
【００４９】
次に、被加工物２１の子午線上の変位を測定し、測定値より目標形状との誤差データを得る。得られた誤差データ１２０の一例が図９である。
そして図７のＬ−ｒデータ１１０における最大除去量と最小除去量の差Δｒが、誤差データ１２０のＰ−Ｖ値Δｅよりも大きくなるように、照射時間（単位照射時間ｔ）を調整して図７の除去量分布を相似倍（正規化）する。このときの単位照射時間をｔ’とする。こうして図７のＬ−ｒデータ１１０を正規化した結果が、図１０（ａ）に例示される正規化Ｌ−ｒデータ１１０Ａである。
【００５０】
そして、図９の誤差データ１２０の符号を反転させたデータ（単位時間当たりの除去量（加工量）は距離Ｌに反比例するため）に、定数δを加算して、被加工物２１を形状修正するために必要な各加工点（Ｘ）での除去量Ｒ（Ｘ）を算出し、誤差補正加工データ１２０Ａとする。ここで定数δは、除去量Ｒ（Ｘ）の最大値ｅｍａｘと最小値ｅｍｉｎが、図１０（ａ）の正規化Ｌ−ｒデータ１１０Ａの除去量分布の範囲（Δｒ’）に収まるように設定する。
【００５１】
こうして得られた誤差補正加工データ１２０Ａが図１０（ｂ）である。この図１０（ｂ）の誤差補正加工データ１２０Ａは、横軸に設定された被加工物２１の半径方向位置（加工点（Ｘ））と、縦軸に設定された加工点（Ｘ）に対応した除去量Ｒ（Ｘ）との関係を示す曲線である。
【００５２】
以上により、各加工点Ｘでの除去量Ｒ（Ｘ）が得られるときの加速電極９と加工点との距離Ｌが求められる。
すなわち、図１０（ｂ）の誤差補正加工データ１２０Ａにおいて得られる任意の加工点（Ｘ）に対応した除去量Ｒ（Ｘ）から、図１０（ａ）の正規化Ｌ−ｒデータ１１０Ａを用いて、当該除去量Ｒ（Ｘ）に対応する距離Ｌ（ガスクラスターイオンビーム１０の飛程）を決定することができる。
【００５３】
以降は、ガスクラスターイオンビーム１０のビーム軸方向の距離（飛程）（この場合、加速電極９と被加工物２１の加工点（Ｘ）との距離）を、除去量Ｒ（Ｘ）に対応して上述のように求めた距離Ｌに制御しながら、各加工点Ｑ（加工点（Ｘ））での照射時間がｔ’で一定となるように、被加工物２１の移動（送り速度）を制御することによって被加工物２１の被加工面２１ａの形状が修正される。
【００５４】
この場合、被加工物２１の加工軌跡は、加速電極９に対する距離Ｌを含むため、上述の実施の形態１の場合を踏まえると、被加工物２１を保持した姿勢制御装置１３のＸ軸座標、Ｚ軸座標及び旋回角度（Ｘ，Ｚ，θ）を、（Ｘｅ＋Ｘｗ＋（Ｌ−Ｌ０）・ｓｉｎθｗ，Ｚｅ−Ｚｗ＋（Ｌ−Ｌ０）・ｃｏｓθｗ，θｗ）の位置に移動することによって実現される。
【００５５】
図１１は、本実施の形態２における上述の姿勢制御装置１３の制御を実現する加工制御プログラム１０３を生成するために制御端末１０１で実行されるプログラム作成ソフトウェア１０１ａの作用の一例を示すフローチャートである。
【００５６】
Ｌ−ｒデータ１１０の入力を受け付け（ステップ１６１）、さらに誤差データ１２０の入力を受け付ける（ステップ１６２）。
そして、誤差データ１２０の範囲に応じてＬ−ｒデータ１１０を正規化し誤差データ１２０を生成する（ステップ１６３）。
【００５７】
さらに、ステップ１６２で入力された誤差データ１２０について、符号反転および定数δの加算によって誤差補正加工データ１２０Ａを生成する（ステップ１６４）。
次に、誤差補正加工データ１２０Ａおよび正規化Ｌ−ｒデータ１１０Ａを使用して、加工点Ｘ（加工点Ｑ）の除去量Ｒ（Ｘ）に対応して距離Ｌを変化させる加工軌跡（Ｘｅ＋Ｘｗ＋（Ｌ−Ｌ０）・ｓｉｎθｗ，Ｚｅ−Ｚｗ＋（Ｌ−Ｌ０）・ｃｏｓθｗ，θｗ）を実現する加工制御プログラム１０３を生成する（ステップ１６５）。
【００５８】
こうして生成された加工制御プログラム１０３は、制御部１０２に転送され、制御部１０２がこの加工制御プログラム１０３を実行して姿勢制御装置１３を制御することにより、上述のように、たとえば、一定の送り速度で、加工点Ｘ（加工点Ｑ）の除去量Ｒ（Ｘ）に対応して距離Ｌを変化させるように被加工物２１の位置を制御する動作が実現される。
【００５９】
［効果］
実施の形態２の形態によれば、ガスクラスターイオンビーム加工装置１００のガスクラスターイオンビーム１０が出射される加速電極９と、被加工物２１の加工点Ｑとの距離を、当該加工点Ｑでの必要除去量（Ｒ）に応じて可変に制御することによって、被加工物の形状を効率良く修正しながら面粗さの小さい平滑面を得ることができる。
【００６０】
換言すれば、被加工物２１の加工点Ｑにおける除去量Ｒに応じてガスクラスターイオンビーム１０の被加工物２１に至る飛程（距離Ｌ）を変化させて加工能力を制御することで、被加工物２１の送り速度を比較的大きな値に一定に制御して加工することが可能となり、被加工物２１の全体の加工所要時間を短縮することができる。
【００６１】
以上説明したように、発明の各実施の形態によれば、ガスクラスターイオンビーム加工装置１００において加速電極９から被加工物２１の加工点Ｑに至るガスクラスターイオンビーム１０の飛程（距離Ｌ）を、一定もしくは可変に制御することによって被加工物２１における加工量を安定して制御することができるため、被加工物２１において形状精度が高く、かつ面粗さの非常に良好な平滑面を得ることができる。
【００６２】
例えば撮像用のレンズ等の被加工物２１に用いた場合には、高画質化を図ることができ光学機器等の製品の品質の向上に寄与することができる。
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。
【００６３】
ガスクラスターイオンビームの飛程の起点となる発生部としては、加速電極９に限らず、たとえば、アパーチャ２２、引出し電極８等の他の構成要素でもよい。
また、ガスクラスターイオンビームに限らず、一般の荷電粒子ビームを用いた加工にも適用することができる。
［付記１］
被加工物の目的の加工位置に対して、ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御しながら行うガスクラスターイオンビームを用いた除去加工方法において、ガスクラスターイオンビーム装置の加速電極と前記被加工物の目的の加工位置との距離を、加工中一定に保つようにしたことを特徴とするガスクラスターイオンビームによる加工方法。
［付記２］
被加工物の目的の加工位置に対して、ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御しながら行うガスクラスターイオンビームを用いた除去加工方法において、加工前の前記被加工物の形状データと目標形状データとの差分から前記被加工物の各加工位置に対する必要除去量を算出し、前記必要除去量に応じてガスクラスターイオンビーム装置の加速電極と前記被加工物上の目的の加工位置との距離を、加工中に制御するようにしたことを特徴とするガスクラスターイオンビームによる加工方法。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【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２】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装置を構成する姿勢制御装置の構成の一例を示す斜視図である。
【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装置の作用の一例を示す説明図である。
【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装置の作用の一例を示す説明図である。
【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装置の作用の一例を示す説明図である。
【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装置の作用の一例を示すフローチャートである。
【図７】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制御プログラムの作用を説明する線図である。
【図８】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制御プログラムの作用を説明する線図である。
【図９】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制御プログラムの作用を説明する線図である。
【図１０】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制御プログラムの作用を説明する線図である。
【図１１】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装置の作用の一例を示すフローチャートである。
【図１２】従来技術のガスクラスターイオンビーム加工装置の構成を示す概念図である。
【図１３】従来技術のガスクラスターイオンビーム加工装置における被加工物の姿勢制御を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ ソースチャンバー
２ メインチャンバー
３ 排気ポンプ
４ 排気ポンプ
５ ノズル
６ スキマー
７ タングステンフィラメント
８ 引出し電極
９ 加速電極
１０ ガスクラスターイオンビーム
１１ ガスボンベ
１２ ベース
１３ 姿勢制御装置
１４ 旋回ステージ
１５ Ｚ軸ステージ
１６ Ｘ軸ステージ
１７ Ｙ軸ステージブラケット
１８ Ｙ軸ステージ
１９ スピンドルブラケット
２０ スピンドル
２１ 被加工物
２１ａ 被加工面
２２ アパーチャ
２２ａ 開口部
１００ ガスクラスターイオンビーム加工装置
１０１ 制御端末
１０１ａ プログラム作成ソフトウェア
１０２ 制御部
１０３ 加工制御プログラム
１１０ Ｌ−ｒデータ
１１０Ａ 正規化Ｌ−ｒデータ
１２０ 誤差データ
１２０Ａ 誤差補正加工データ
Ｌ 加速電極９から被加工物２１の加工点Ｑに至る距離
Ｌ０ 加速電極９から姿勢制御装置１３の旋回中心Ｏまでの距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に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、
加工中に前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記被加工物の加工位置との距離を一定に保つ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、
前記距離は、前記発生部を構成する加速電極と前記被加工物の前記加工位置との距離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３】
請求項１または請求項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、
前記被加工物の前記加工位置に対して、前記ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御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４】
被加工物に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、
前記被加工物の加工位置における加工量を決定する工程と、
前記加工位置における前記加工量に応じて前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記加工位置との距離を加工中に変化させる工程と、
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５】
請求項４記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記距離は、前記発生部を構成する加速電極と前記被加工物の前記加工位置との距離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６】
請求項４または請求項５記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記被加工物の前記加工位置に対して、前記ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御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】
ガスクラスターイオンビームを生成する発生部と、
前記ガスクラスターイオンビームに対する被加工物の相対的な姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記姿勢制御装置を制御するコンピュータと、
を含むガスクラスターイオンビーム加工装置の加工制御プログラムであって、
前記コンピュータに、加工中に前記発生部と前記被加工物の加工位置との距離を一定に保つように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項８】
請求項７記載の加工制御プログラムにおいて、
前記距離は、前記発生部を構成する加速電極と前記被加工物の加工位置との距離であることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載の加工制御プログラムにおいて、
さらに、前記コンピュータに、前記被加工物の前記加工位置に対して、前記ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項１０】
ガスクラスターイオンビームを生成する発生部と、
前記ガスクラスターイオンビームに対する被加工物の相対的な姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記姿勢制御装置を制御するコンピュータと、
を含むガスクラスターイオンビーム加工装置の加工制御プログラムであって、
前記コンピュータに、前記被加工物の加工位置における加工量に応じて前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記加工位置との距離を加工中に変化させるように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項１１】
請求項１０記載の加工制御プログラムにおいて、
前記距離は、前記発生部を構成する加速電極と前記被加工物の加工位置との距離であることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１記載の加工制御プログラムにおいて、
さらに、前記コンピュータに、前記被加工物の前記加工位置に対して、前記ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項１】
被加工物に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、
加工中に前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記被加工物の加工位置との距離を一定に保つ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、
前記距離は、前記発生部を構成する加速電極と前記被加工物の前記加工位置との距離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３】
請求項１または請求項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、
前記被加工物の前記加工位置に対して、前記ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御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４】
被加工物に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、
前記被加工物の加工位置における加工量を決定する工程と、
前記加工位置における前記加工量に応じて前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記加工位置との距離を加工中に変化させる工程と、
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５】
請求項４記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記距離は、前記発生部を構成する加速電極と前記被加工物の前記加工位置との距離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６】
請求項４または請求項５記載のガスクラスターイオンビーム加工方法において、
前記被加工物の前記加工位置に対して、前記ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記被加工物の姿勢を制御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】
ガスクラスターイオンビームを生成する発生部と、
前記ガスクラスターイオンビームに対する被加工物の相対的な姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記姿勢制御装置を制御するコンピュータと、
を含むガスクラスターイオンビーム加工装置の加工制御プログラムであって、
前記コンピュータに、加工中に前記発生部と前記被加工物の加工位置との距離を一定に保つように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項８】
請求項７記載の加工制御プログラムにおいて、
前記距離は、前記発生部を構成する加速電極と前記被加工物の加工位置との距離であることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項９】
請求項７または請求項８記載の加工制御プログラムにおいて、
さらに、前記コンピュータに、前記被加工物の前記加工位置に対して、前記ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項１０】
ガスクラスターイオンビームを生成する発生部と、
前記ガスクラスターイオンビームに対する被加工物の相対的な姿勢を制御する姿勢制御装置と、
前記姿勢制御装置を制御するコンピュータと、
を含むガスクラスターイオンビーム加工装置の加工制御プログラムであって、
前記コンピュータに、前記被加工物の加工位置における加工量に応じて前記ガスクラスターイオンビームの発生部と前記加工位置との距離を加工中に変化させるように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項１１】
請求項１０記載の加工制御プログラムにおいて、
前記距離は、前記発生部を構成する加速電極と前記被加工物の加工位置との距離であることを特徴とする加工制御プログラム。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１記載の加工制御プログラムにおいて、
さらに、前記コンピュータに、前記被加工物の前記加工位置に対して、前記ガスクラスターイオンビームが垂直に照射されるように前記姿勢制御装置を制御する機能を実現させることを特徴とする加工制御プログラム。
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１】
【図２】
【公開番号】特開２００９−１９００６８（Ｐ２００９−１９００６８Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３４３７４（Ｐ２００８−３４３７４）
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【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８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１５日（２００８．２．１５）
【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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