(57)【要約】【課題】荷電粒子ビームのビーム断面積の大小に関係なく、被加工物の多様な表面形状に対する加工のための基礎データを高効率および高精度に得て、高効率かつ高精度の加工を行う。【解決手段】被照射物９にガスクラスターイオンビーム８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Ｍ１において、サンプルの被照射物９の一箇所における照射痕のプロファイルである基礎照射作用データ１９ｂを取得し、この基礎照射作用データ１９ｂから、被照射物９のビーム軸の任意の移動量Δｒの位置における加工深さｚｉを離散的に算出して照射作用データ１９ｃを生成し、この照射作用データ１９ｃを被照射物９の材質や曲率等の条件で補正した補正照射作用データ１９ｄを用いてガスクラスターイオンビーム８のドーズ量を制御しつつ被照射物９の加工を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム加工における照射作用取得方法であって、
被照射物の表面に、荷電粒子ビームを照射したときの照射作用を計測して基礎照射作用データを得る計測工程と、
前記基礎照射作用データに基づいて前記被照射物における前記荷電粒子ビームのビーム中心の位置変化に準じた照射作用データを生成する計算工程と、
を有することを特徴とする照射作用取得方法。
【請求項２】
請求項１に記載の照射作用取得方法において、
前記計算工程では、前記ビーム中心の前記位置変化が、前記荷電粒子ビームのビーム半径以下か否かに応じて、異なる方法で前記照射作用データを生成することを特徴とする照射作用取得方法。
【請求項３】
請求項１に記載の照射作用取得方法において、
前記照射作用は、前記被照射物から計測される加工痕または電流値であること、を特徴とする照射作用取得方法。
【請求項４】
請求項３に記載の照射作用取得方法において、
前記被照射物における前記加工痕の除去深さと前記電流値との相関関係に基づいて、前記電流値から前記除去深さを決定すること、を特徴とする照射作用取得方法。
【請求項５】
荷電粒子ビームを被照射物に照射する荷電粒子ビーム加工方法であって、
前記被照射物の表面形状の目標形状に対する形状誤差を計測する第１工程と、
前記被照射物とは別の第２の被照射物の表面に前記荷電粒子ビームを照射して得られる照射作用を計測して基礎照射作用データとし、前記基礎照射作用データに基づいて、前記第２の被照射物における前記荷電粒子ビームのビーム中心の位置変化に準じた照射作用データを生成する第２工程と、
前記第２工程における前記基礎照射作用データおよび前記照射作用データに基づいて、前記形状誤差を打ち消す除去深さを実現するための前記荷電粒子ビームの前記被照射物に対する照射ドーズ量を算出する第３工程と、
前記照射ドーズ量にしたがって前記荷電粒子ビームを照射して前記被照射物の表面の研磨を行う第４工程と、
を有することを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項６】
請求項５記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記第１工程では、前記形状誤差を、前記被照射物の表面上の各位置ごとに算出し、
前記第２工程では、前記基礎照射作用データおよび前記照射作用データに対して、前記目標形状における前記各位置ごとに、当該位置の曲率、荷電粒子ビームの照射条件、および前記被照射物の材料の少なくとも一つに準ずるように前記照射作用データを補正して補正照射作用データを生成し、
前記補正照射作用データを用いて、前記各位置ごとに照射作用を変化させ、且つ、複数の前記補正照射作用データが重複する位置では当該位置の各々の前記補正照射作用データの照射作用を加算し、
前記除去深さと照射ドーズ量との相関関係に基づいて、前記被照射物における前記形状誤差が減少するように前記各位置ごとの照射ドーズ量を決定する、
ことを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記形状誤差に、所定のオフセット量を加算することを特徴とする荷電粒子ビーム加工
方法。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記照射作用は、前記被照射物から計測される照射痕また電流値であることを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記照射痕の除去深さと前記電流値との相関関係に基づいて、前記電流値から前記除去深さを決定することを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項１０】
請求項５または請求項６に記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記照射ドーズ量を、前記荷電粒子ビームと前記被照射物との相対速度によって制御することを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記相対速度が、前記被照射物の回転速度および前記荷電粒子ビームに対する前記被照射物の揺動速度の少なくとも一方からなることを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記照射条件は、前記荷電粒子ビームの加速電圧、ガス種、ガス圧、照射距離、イオン化電圧、イオン化電流の少なくとも一つを含むことを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項１３】
荷電粒子ビームを被照射物に照射する照射手段と、
前記荷電粒子ビームの前記被照射物における照射作用を計測する計測手段と、
前記被照射物の一つの位置における前記照射作用に基づいて、前記被照射物の複数の位置における補正照射作用を決定し、前記補正照射作用に基づいて前記荷電粒子ビームの前記被照射物における照射位置および照射速度を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする荷電粒子ビーム加工装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電粒子ビーム加工装置において、
前記制御手段は、前記補正照射作用に基づいて前記被照射物上の各照射位置における照射ドーズ量を算出する算出手段と、前記荷電粒子ビームに対し、被加工物の照射位置および照射速度を制御する移動制御手段と、を有することを特徴とする荷電粒子ビーム加工装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の荷電粒子ビーム加工装置において、
前記計測手段は、前記荷電粒子ビームを前記被照射物に照射した際に生じる電流値を、前記被照射物の表面上の各位置ごとに計測する手段であり、
前記制御手段は、前記計測手段の計測結果を記録する記録手段を有することを特徴とする荷電粒子ビーム加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射作用取得方法および荷電粒子ビーム加工方法ならびに荷電粒子ビーム加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、光学素子の高性能化においては光学素子自体の光学機能面の平滑化や、光学素子の型成形に用いられる成形型における成形面の平滑化は不可欠であるが、研磨加工等による平滑化では光学素子に要求される光学的な性能に対して不十分な場合がある。
【０００３】
このため、たとえばガスクラスターイオンビーム等の荷電粒子ビームの照射による平滑化が注目されている。
ガスクラスターイオンビームは、気体原子または分子が数百〜数千個の塊状になったものであり、これらがイオン化され、次に加速電圧によって加速され、被加工物へ照射されるとガスクラスターイオンビームは被加工物との衝突で壊れ、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実現できる。
【０００４】
ところで、このようなガスクラスターイオンビームを用いた加工では、加工に先立って、予備的な加工結果から加工条件を決定することが考えられる。
たとえば、特許文献１では、その第６図に開示されているように、実際の被加工物とは異なる第２の被加工物を用いて被加工物表面の各位置における除去深さの基礎データの取得を行う場合、前記第２の被加工物を複数個用意しそれぞれに対してビームを走査する位置（中心からの半径位置）を互いにずらして同心円状に複数の位置でビームを走査させ、除去深さを測定して行っていた。
【０００５】
また、これら取得した基礎データのうち、隣り合う２つの同心円のデータを平均化することによって、基礎データを詳細化することができるとしている。
しかし、ガスクラスターイオンビームは所定面積の広がりを有しており、回転中心の付近では固体物質が重複して照射されるために除去深さが深くなるという特異な現象を引き起こすため、単純な平均化による基礎データの詳細化は困難である。
【０００６】
したがって、実際にガスクラスターイオンビームを照射して除去深さを計測する基礎データの取得工程を繰り返し実施する必要があるため、効率が悪いという技術的課題がある。
【０００７】
また、ガスクラスターイオンビームのビーム軸に略直交する断面積が、ガスクラスターイオンビームを照射すべき表面積に対して十分小さい場合において詳細な基礎データを取得するためには、ガスクラスターイオンビームを照射して除去深さを計測する基礎データの取得工程を繰り返し実施する必要がある。したがってこの観点においても、基礎データの取得効率が悪いという技術的課題がある。
【特許文献１】特開２００７−３２１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、荷電粒子ビームのビーム断面積の大小に関係なく、被加工物の多様な
表面形状に対する加工のための基礎データを高効率および高精度に得て、高効率かつ高精度の加工を行うことが可能な荷電粒子ビーム加工技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、荷電粒子ビーム加工における照射作用取得方法であって、
被照射物の表面に、相対的に静止した荷電粒子ビームを照射したときの照射作用を計測して基礎照射作用データを得る計測工程と、
前記基礎照射作用データに基づいて前記被照射物における前記荷電粒子ビームのビーム中心の位置変化に準じた照射作用データを生成する計算工程と、
を有する照射作用取得方法を提供する。
【００１０】
本発明の第２の観点は、荷電粒子ビームを被照射物に照射する荷電粒子ビーム加工方法であって、
前記被照射物の表面形状の目標形状に対する形状誤差を計測する第１工程と、
前記被照射物とは別の第２の被照射物の表面に前記荷電粒子ビームを照射して得られる照射作用を計測して基礎照射作用データとし、前記基礎照射作用データに基づいて、前記第２の被照射物における前記荷電粒子ビームのビーム中心の位置変化に準じた照射作用データを生成する第２工程と、
前記第２工程における前記基礎照射作用データおよび前記照射作用データに基づいて、前記形状誤差を打ち消す除去深さを実現するための前記荷電粒子ビームの前記被照射物に対する照射ドーズ量を算出する第３工程と、
前記照射ドーズ量にしたがって前記荷電粒子ビームを照射して前記被照射物の表面の研磨を行う第４工程と、
を有する荷電粒子ビーム加工方法を提供する。
【００１１】
本発明の第３の観点は、荷電粒子ビームを被照射物に照射する照射手段と、
前記荷電粒子ビームの前記被照射物における照射作用を計測する計測手段と、
前記被照射物の一つの位置における前記照射作用に基づいて、前記被照射物の複数の位置における補正照射作用を決定し、前記補正照射作用に基づいて前記荷電粒子ビームの前記被照射物における照射位置および照射速度を制御する制御手段と、
を有する荷電粒子ビーム加工装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、荷電粒子ビームのビーム断面積の大小に関係なく、被加工物の多様な表面形状に対する加工のための基礎データを高効率および高精度に得て、高効率かつ高精度の加工を行うことが可能な荷電粒子ビーム加工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】
【００１３】
本実施の形態の第１態様によれば、被照射物の表面にガスクラスターイオンビームを照射して得られる照射作用を計測する工程と、被照射物を対象に計測して得た照射作用データを基礎照射作用データとし、これを基に被照射物におけるビーム中心の位置変化に準じた照射作用データを生成する計算工程を実施することにより、被照射物の表面に生じる照射作用を取得することができる。
【００１４】
本実施の形態の第２態様によれば、第１態様に記載の照射作用として加工痕また電流値を被照射物から計測することで、照射作用を取得することができる。
本実施の形態の第３態様によれば、第２態様に記載の電流値が被照射物の除去深さと所定の関係があることを用いることによって、照射作用を取得することができる。
【００１５】
本実施の形態の第４態様によれば、被照射物の表面形状の目標形状に対する形状誤差を
計測する第１工程と、第２の被照射物の表面にガスクラスターイオンビームを照射して得られる照射作用を計測し、第２の被照射物を対象に計測して得た照射作用データを基礎照射作用データとして、これを基に前記第２の被照射物におけるビーム中心の位置変化に準じた照射作用データを生成することによって照射作用を取得する第２工程と、第２工程における基礎照射作用データおよび照射作用データを基礎データとし、ガスクラスターイオンビームが形状誤差分の固体物質を除去するための被照射物の表面上の照射ドーズ量を算出する第３工程と、前記照射ドーズ量にしたがって前記ガスクラスターイオンビームを照射して前記被照射物の表面の研磨を行う第４工程とにより、被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００１６】
本実施の形態の第５態様によれば、被照射物の表面形状を計測して得た被照射物の表面形状データと予め設定されている目標表面形状データから求まる形状誤差を、被照射物の表面上の各位置ごとに算出し、第２の被照射物の表面に前記ガスクラスターイオンビームが照射された場合のガスクラスターイオンビームによる照射位置に対する照射作用データを導入し、被照射物の表面上の各位置ごとに目標形状における該位置の曲率、ガスクラスターイオンビームの照射条件、そして被照射物材料に準ずるように前記照射作用データを補正して補正照射作用データを生成し、照射物表面の各位置ごとの補正照射作用データを用いて、各位置ごとに照射作用を変化させ、且つ、複数の補正照射作用データが重複する位置では該位置の各補正照射作用データの照射作用を加算し、固体物質の除去深さと照射ドーズ量との所定の関係を基に、被照射物における形状誤差が減少するように被照射物上の各位置ごとの照射ドーズ量を決定し、前記ガスクラスターイオンビームを照射させて被照射物の表面の研磨を行うにより、被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００１７】
本実施の形態の第６態様によれば、第４態様及び第５態様に記載の超精密研磨方法において、被照射物の形状誤差データに所定のオフセット量を加算することで、被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００１８】
本実施の形態の第７態様によれば、第４態様および第５態様に記載の超精密研磨方法において、照射作用として照射痕または電流値を被照射物から計測することで、被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００１９】
本実施の形態の第８態様によれば、第７態様に記載の超精密研磨方法において、電流値が被照射物の除去深さと所定の関係があることを用いることによって、被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００２０】
本実施の形態の第９態様によれば、第４態様および第５態様に記載の超精密研磨方法において、照射ドーズ量をガスクラスターイオンビームと被照射物との相対速度によって制御することにより、被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００２１】
本実施の形態の第１０態様によれば、第９態様に記載の超精密研磨方法において、相対速度が被照射物の回転速度およびガスクラスターイオンビームに対する被照射物の揺動速度であることにより、被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００２２】
本実施の形態の第１１態様によれば、第５態様に記載の超精密研磨方法において、ガスクラスターイオンビームの照射条件が加速電圧、ガス種、照射距離、イオン化電圧、イオン化電流であることを利用することによって、被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００２３】
本実施の形態の第１２態様によれば、ガスクラスターイオンビームを所定方向に、所定
出力で照射する照射手段と、前記ガスクラスターイオンビームの被照射物における照射位置および照射速度を制御する制御手段と、前記ガスクラスターイオンビームの被照射物における照射作用を計測する計測手段と、によって被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００２４】
本実施の形態の第１３態様によれば、第１２態様に記載の超精密研磨装置において、制御手段は、被照射物上の各照射位置における照射ドーズ量を算出する算出手段と、ガスクラスターイオンビームに対し、被加工物の照射位置および照射速度を制御する移動制御手段とを有することで被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００２５】
本実施の形態の第１４態様によれば、第１２態様に記載の超精密研磨装置において、計測手段は、前記ガスクラスターイオンビームを被照射物に照射した際に生じる電流値を、前記被照射物の表面上の各位置ごとに計測する計測手段と、計測結果を記録する記録手段とを有することで、被照射物の表面粗さ低減および形状精度の向上を達成できる。
【００２６】
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）
〔構成〕
図１は、本発明の一実施の形態である照射作用取得方法および荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置の構成の一例を示す概念図である。
【００２７】
本実施の形態では、荷電粒子ビーム加工装置の一例としてガスクラスターイオンビーム加工装置を例にとって説明する。
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Ｍ１は、ソース部１（照射手段）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。前記チャンバー内は、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をする。
【００２８】
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。
【００２９】
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、次にソース部１と差動排気部２の境界に配置されたスキマー５を通過してビーム径を整える。
【００３０】
このときのガスクラスターイオンビーム８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６の熱電子の衝突によってイオン化される。
【００３１】
次にガスクラスターイオンビーム８は加速電極７で加速される。このとき、ガスクラスターイオンビーム８の径は数十ｍｍ程度であり、被照射物９に対するガスクラスターイオンビーム８の形状は、以下に示すアパーチャ１１にて形成する。
【００３２】
このアパーチャ１１は、ガスクラスターイオンビーム８を所望の形状に形成するものであり、被照射物９より上流に、アパーチャホルダ１２によって設置される。このアパーチャ１１はステンレス鋼を円柱形状に加工したものである。他にも、板材に穴を開けるなどの構造でもよく、加工手段おいても、レーザ加工、プレス加工、機械加工などから適宜選択すれば良い。また、開口部の形状は円形状以外にも、楕円、矩形などでも良い。
【００３３】
アパーチャ１１の下流側には、アパーチャ１１を通過したガスクラスターイオンビーム８の照射方向と略対向する位置に被照射物９が設置されている。
このとき上下方向をＹ方向、紙面の垂直方向をＸ方向、そしてガスクラスターイオンビーム８の上流から下流に向かう方向をＺ方向とし、それらは互いに直交するものとする。
【００３４】
アパーチャホルダ１２は、アパーチャ１１が高精度に繰り返し位置出しできるように加工精度で保証されている。アパーチャホルダ１２は、移動ステージ１３に載置され、ガスクラスターイオンビーム８の光軸（Ｚ方向）に直交する方向（Ｘ，Ｙ方向）に可動にされている。
【００３５】
アパーチャ１１を通過したガスクラスターイオンビーム８が照射される被照射物９は支持台１０に取り付けられ、Ｚ軸と平行な回転軸を中心として回転可能な回転手段としての回転ステージ１４に搭載され、さらに移動ステージ１５に搭載されている。
【００３６】
移動ステージ１５は移動ステージ１５ａ、移動ステージ１５ｂ、移動ステージ１５ｃから構成され、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動可能である。
本実施の形態では、上記の被照射物９の表面形状を回転軸対称形状とし、その回転軸を中心に回転させながら上記被照射物９の表面に生じる照射作用の取得、および超精密研磨を行うものとする。
【００３７】
照射処理時の被照射物９に対する照射方法は、詳しくは後述するが、本実施の形態では被照射物９を軸回転させながらその半径方向へ水平にガスクラスターイオンビーム８を走査させる。これにより、被照射物９の表面全体に対して照射を実施することができる。
【００３８】
また、回転ステージ１４および移動ステージ１５はＹ軸に平行な回転軸を有する揺動ステージ１６に搭載されており、ガスクラスターイオンビーム８に対する被照射物９の位置を様々に変化させることができる。被照射物９の駆動方法はこの方法だけに留まらず、所望の位置に制御可能であれば他の機構を用いても構わない。
【００３９】
また被照射物９には電流計測器１７（計測手段）が接続されている。回転ステージ１４、移動ステージ１５、そして揺動ステージ１６は、たとえば数値制御装置等の制御器１８（移動制御手段）に接続され、この電流計測器１７と制御器１８は、制御コンピュータ１９（制御手段）と接続されている。
【００４０】
制御コンピュータ１９では、被照射物９の表面の各位置ごとにおいて電流計測器１７を介して電流値を検出することで照射中の照射ドーズ量をモニタリングし、照射すべきガスクラスターイオンビーム８の照射ドーズ量となるように、制御器１８を介して回転ステージ１４の回転速度および移動ステージ１５の移動速度を制御する。
【００４１】
また、制御コンピュータ１９は、生成して照射作用データを保存する。
すなわち、制御コンピュータ１９は、計算プログラム１９ｐ（算出手段）を備え、この計算プログラム１９ｐは、後述のように、基礎照射作用データ１９ｂから、照射作用データ１９ｃ、補正照射作用データ１９ｄ、照射位置、ドーズ量、照射速度（被照射物９の相対移動速度）、等を計算する。
【００４２】
また、制御コンピュータ１９はメモリ１９ａ（記録手段）を備え、このメモリ１９ａには、計算プログラム１９ｐによって処理される後述の基礎照射作用データ１９ｂ、照射作用データ１９ｃ、補正照射作用データ１９ｄが格納され、制御コンピュータ１９は、これらの情報に基づいて、制御器１８を介してガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍ１の全
体を制御することで、後述のようなガスクラスターイオンビーム８による被照射物９の加工を実現する。
〔作用〕
まず、図２から図１０を用いて本実施の形態の照射作用取得方法を説明する。
【００４３】
本実施の形態では、被照射物９の表面形状が平面である場合について述べる。さらに、アパーチャ１１によって切り出されたガスクラスターイオンビーム８の断面が円形状であり、そのビーム半径をＲとする。
【００４４】
本実施の形態の場合、取得する照射作用としては被照射物９の表面に生じる照射痕（加工痕）の除去深さとする。除去深さの計測は、例えば触針式表面形状測定器などが挙げられるが、除去深さを正確に測定可能である計測器であれば何を用いても良い（計測工程）。
【００４５】
また、照射作用の取得において、照射条件（単位照射ドーズ量、ガス種、ガス圧、ガス流量、加速電圧、イオン化電圧、イオン化電流、被照射物の回転速度）は固定とする。
図２Ａに示すように被照射物９の回転軸２０とガスクラスターイオンビーム８のビーム軸２１が一致している状態においてガスクラスターイオンビーム８を照射すると、図２Ｂに例示されるように被照射物９の表面にはビーム半径Ｒと等しい同心円状の照射痕２２が生じる。
【００４６】
したがって、図２Ｃに示すようにある一断面データ２３（この場合ではＸ軸断面すなわちＸ軸とＺ軸（回転軸２０）とを含む平面での断面）で前記照射痕２２の形状を表現することができる。ここで、この図２Ｃに示す除去深さの断面データを基礎照射作用データとし、以下のように定義する。
【００４７】
ｚ＝ｆ（ｘ）      …（１）
したがって、Ｘ軸上の点ｘｉにおける除去深さｚｉは、
ｚｉ＝ｆ（ｘｉ）  …（２）
と求めることができる。
【００４８】
この基礎照射作用データ１９ｂを用いて、被照射物９におけるガスクラスターイオンビーム８のビーム中心（ビーム軸２１）の半径方向への位置変化に応じた照射作用データ１９ｃを生成する（計算工程）。
【００４９】
すなわちビーム軸２１がＸ軸方向に移動量Δｒだけ移動した場合における、Ｘ軸上の点ｘｉ（−∞＜ｉ＜∞）における除去深さｚｉを被照射物９の表面全体に対しても求める。
ここでビーム軸２１の移動量Δｒとビーム半径Ｒとの関係について説明する。移動量Δｒがビーム半径Ｒ以下の場合（Δｒ≦Ｒ）では、図３Ａに示すように被照射物９の回転軸付近ではビームが重複して照射され、除去深さが深くなる領域が存在し、その断面形状は複雑になる。したがってビームの重なりを考慮した除去深さの計算が必要である。
【００５０】
一方で、移動量Δｒがビーム半径Ｒより大きい場合は、前記のようなビームが重複して照射される領域がないため、図３Ｂに示すような輪帯状の照射痕となる。なおこの輪帯状の照射痕の幅は、ビーム半径がＲであることからΔｒによらず常に２Ｒとなる。
【００５１】
これらの検討結果より移動量Δｒとビーム半径Ｒの関係によって照射痕２２が大きく異なることから、移動量Δｒに伴った照射作用データ１９ｃの導出方法を考慮する必要がある。
【００５２】
そこで、本実施の形態では、以下のように、Δｒ≦Ｒと、Δｒ＞Ｒの二つの場合で異なる方法で照射作用データ１９ｃを生成する。
すなわち、まず、移動量Δｒがビーム半径Ｒ以下の場合（Δｒ≦Ｒ）における、照射作用データ１９ｃの生成方法について述べる。
【００５３】
図４は、ビーム半径Ｒ、ビーム中心の移動量Δｒにおいて、ガスクラスターイオンビーム８を相対的に被照射物９の回転軸周りに微小回転量Δθずつ１回転させる場合において、ガスクラスターイオンビーム８が回転軸を中心に回転角度θｎ（ｎ回目の回転移動）だけ回転した場合の、Ｘ軸上の点Ｘｉ（ｘｉ、０）における除去深さｚｉを求める工程を説明したものである。
【００５４】
被照射物９の相対的な１回転分で考える理由は、基礎照射作用データ１９ｂの取得時の回転数と、半径方向にビーム軸２１を移動させた場合の回転数は同じであるからである。ガスクラスターイオンビーム８を回転軸周りに微小回転量Δθずつ１回転させることから、その微小移動回数の最大値Ｎは以下の（３）式で求めることができる。
【００５５】
Ｎ＝２π／Δθ  …（３）
また、ｎ回目（ｎ≦Ｎ）の回転移動の際の回転角度θｎは以下の（４）式で求めることができる。
【００５６】
θｎ＝ｎΔθ（０≦ｎ≦Ｎ）  …（４）
移動量がΔｒであるので、回転前のビーム中心は点Ｐ（Δｒ、０）にある。回転角度θｎだけ回転させると、ビーム中心Ｐｎは以下のようになる。
【００５７】
Ｐｎ（Ｘ、Ｙ）＝（Δｒｃｏｓθｎ、Δｒｓｉｎθｎ）…（５）
ここでＸ軸上の点Ｘｉにおける除去深さは、点Ｐｎとの距離Ｄｉを求め、図２Ｃの基礎照射作用データ１９ｂを参照することで求められる。
【００５８】
すなわち、被照射物９の照射痕２２が同心円状であることから、ビーム中心Ｐｎとの距離が定まれば、基礎照射作用データ１９ｂを参照し、距離Ｄｉに対応した除去深さを求めることができるためである。
【００５９】
したがって、点Ｘｉと点Ｐｎとの間の距離Ｄｉは幾何学的な関係より、以下の（６）式のように求めることができる。
Ｄｉ＝（（ｘｉ−Δｒｃｏｓθｎ）２＋（Δｒｓｉｎθｎ）２）１／２  …（６）
ここで、（１）式を用いることで、回転角度θｎにおける点Ｘｉにおける除去深さｚｉθは以下のように求めることができる。
【００６０】
ｚｉθ＝ｆ（Ｄｉ）
＝ｆ（（（ｘｉ−Δｒｃｏｓθｎ）２＋（Δｒｓｉｎθｎ）２）１／２）  …（７）
よって、ガスクラスターイオンビーム８が一回転するまでに点Ｘｉにおける除去深さｚｉは、θｎごとに求めた除去深さの総和として求めることができるので、点Ｘｉにおける除去深さｚｉは、（０≦ｎ≦Ｎ）の範囲において以下のようになる。
【００６１】
ｚｉ＝Σｆ（（（ｘｉ−Δｒｃｏｓθｎ）２＋（Δｒｓｉｎθｎ）２）１／２）  …（８）
この（８）式を用いて被照射物９上の全ての点Ｘｉにおいて、除去深さｚｉを求めることで、移動量Δｒにおける照射痕２２の除去深さのプロファイル、すなわち照射作用データ１９ｃを求めることができる。
【００６２】
次に、移動量Δｒがビーム半径Ｒより大きい場合（Δｒ＞Ｒ）における、照射作用データ１９ｃの生成方法について述べる。
前述のように移動量Δｒがビーム半径Ｒより大きいと、被照射物９の表面には輪帯状の照射痕２２が形成される。
【００６３】
図５に示すように、移動量Δｒ１、移動量Δｒ２（Δｒ１＜Δｒ２）のそれぞれにおける照射面積がＳ１、Ｓ２（Ｓ１＜Ｓ２）である場合について考える。照射面積Ｓ１、照射面積Ｓ２は移動量Δｒ１、Δｒ２、そしてビーム半径Ｒを用いて以下の様に表現できる。
【００６４】
Ｓ１＝４πΔｒ１Ｒ  …（９）
Ｓ２＝４πΔｒ２Ｒ  …（１０）
ガスクラスターイオンビーム８の照射によって被照射物９の表面から除去される除去体積Ｖは、図６に示すようにガスクラスターイオンビームの照射ドーズ量Ｄと比例関係にあることから以下の（１１）式のように定義することができる。
【００６５】
Ｖ＝ｋＤ（ｋ：比例定数）  …（１１）
除去体積Ｖは、ガスクラスターイオンビーム８の照射面積Ｓと除去深さｄの積であることから、（１１）式は以下の（１２）式のように書き換えることができる。
【００６６】
ｄ＝ｋＤ／Ｓ  …（１２）
この結果、照射ドーズ量Ｄは一定であるから除去深さｄは照射面積Ｓに反比例することがわかる。
【００６７】
ここで、移動量Δｒ１、Δｒ２における除去深さを、それぞれｄ１、ｄ２とすると（１２）式より以下のようになる。
移動量Δｒ１のとき  ｄ１＝ｋＤ／Ｓ１  …（１３）
移動量Δｒ２のとき  ｄ２＝ｋＤ／Ｓ２  …（１４）
これら（１３）および（１４）式を整理し、かつ（９）式および（１０）式を代入すると
ｄ２＝ｄ１（Δｒ１／Δｒ２）  …（１５）
となる。
【００６８】
したがって、除去深さｄ２は、移動量Δｒ１、Δｒ２、そして除去深さｄ１から求めることが可能であると言える。
これは、ある移動量Δｒにおける除去深さｄを基準とすることで、他の移動量Δｒにおける輪帯状の照射痕２２の除去深さｄを（１５）式を用いることで導出できることを示している。
【００６９】
そこで、図７に示すように、移動量Δｒがビーム半径Ｒと等しい場合の除去深さを基準とする。このときの除去深さをｚｉＲとすると、上記の（６）、（８）式において、Δｒ＝Ｒについて求めることができ、（０≦ｎ≦Ｎ）の範囲で以下の（１６）式で与えられる。
【００７０】
ｚｉＲ＝Σｆ（（（ｘｉ−Ｒｃｏｓθｎ）２＋（Ｒｓｉｎθｎ）２）１／２）  …（１６）
したがって、Δｒ＞Ｒのときの移動量Δｒにおける除去深さｚｉは（１５）、（１６）式を用いて、（０≦ｎ≦Ｎ）の範囲で以下の（１７）式のように表現できる。
【００７１】
ｚｉ＝（Ｒ／Δｒ）Σｆ（（（ｘｉ−Ｒｃｏｓθｎ）２＋（Ｒｓｉｎθｎ）２）１／２）    …（１７）
以上の手法を用いることで、被照射物９の表面の各位置ごとの照射作用データ１９ｃを、基礎照射作用データ１９ｂから導出することができる。
【００７２】
図８は、上述の基礎照射作用データ１９ｂから照射作用データ１９ｃを生成する処理を、制御コンピュータ１９の計算プログラム１９ｐにおいて自動的に実行させる場合の一例を示すフローチャートである。
【００７３】
制御コンピュータ１９（計算プログラム１９ｐ）は、基礎照射作用データ１９ｂを入力してメモリ１９ａに格納する（ステップ２０１）。
次に、移動量Δｒの入力を受け付ける（ステップ２０２）。
【００７４】
そして、各位置を示す添え字の変数ｉ（この場合、０≦ｉ≦imaxの範囲で変化させる）を０に初期化する（ステップ２０３）。ここでi＝iｍａｘのとき、点Ｘｉは最大値ｘｍａｘを示すものとする。
【００７５】
その後、移動量Δｒがビーム半径Ｒよりも大きいか否かを判別する（ステップ２０４）。
そして、移動量Δｒがビーム半径Ｒよりも大きい場合には、上述の（１７）式で、点Ｘｉにおける除去深さｚｉを演算し（ステップ２０５）、移動量Δｒがビーム半径Ｒよりも小さい場合（Δｒ≦Ｒ）には、上述の（８）式でｚｉを演算する（ステップ２０６）。
【００７６】
そして、当該除去深さｚｉを照射作用データ１９ｃに追加して格納する（ステップ２０７）。
そして、添え字の変数ｉが最大値iｍａｘを超過したか否かを判定し（ステップ２０８）、超過していない場合には、変数ｉをインクリメントして（ステップ２０９）、上述のステップ２０４以降を反復する。
【００７７】
これにより、照射作用データ１９ｃには、ビーム半径Ｒと移動量Δｒとの大小関係で場合分けされた除去深さｚｉ（０≦ｉ≦iｍａｘ）からなる照射作用データ１９ｃがデータテーブルとして格納され、後述の補正照射作用データ１９ｄ等の演算に用いられる。
【００７８】
図９は上記の照射作用データ１９ｃの取得工程によって導出した、被照射物９の表面の各位置ごとにおける照射作用データ１９ｃを重ねてグラフ表示させたものである。この図９では、横軸に被照射物９の半径位置（ｍｍ）、縦軸に除去深さ（μｍ）を示している。
【００７９】
このように、ただ一つの基礎照射作用データ１９ｂを利用することで、ビーム中心Ｐｎの半径方向変化に応じた照射作用データ１９ｃを生成できることがわかる。
ここまで、本実施の形態では被照射物９の表面に生じる照射作用を照射痕２２の除去深さｄであるとしていたが、一般に被照射物９に生じる電流値は照射痕２２における固体物質の除去量と相関があることが知られている。このことを利用し、照射作用として、被照射物９から測定可能な電流値Ｉｉを用いても良い。
【００８０】
この場合、これまでの照射作用取得工程における除去深さｚｉを、以下の関係の下に書き換えればよい。
Ｉｉ＝ａｚｉ（ａ：比例定数）  …（１８）
この（１８）式における比例定数ａは図１０に示すような、各種の被照射物９の材料との相関から求めることができる。すなわち、比例定数ａは、被照射物９を構成する素材に応じて、比例定数ａ１，ａ２，ａ３．．．、のように設定される。
【００８１】
次に、図１１から図２４を用いて、本実施の形態のガスクラスターイオンビーム加工装
置Ｍ１にて実施される超精密研磨方法の一例を、順を追って説明する。
図１１は、本実施の形態における超精密研磨方法の一例を示すフローチャートである。
【００８２】
本実施の形態では超精密研磨を実施する被照射物９が、一例として、直径：１０ｍｍの凸レンズであるとし、この凸レンズにおける目標表面形状（凸レンズの理想形状）からの形状誤差が回転軸対称に生じているものとする。
【００８３】
まず、超精密研磨処理前の凸レンズにおいて目標表面形状からの表面形状誤差を計測する（ステップ１０１）。超精密研磨前の凸レンズの表面形状計測は、例えば触針式表面形状測定器などが挙げられるが、表面形状を正確に測定可能である計測器であれば何を用いても良い。
【００８４】
次に、ステップ１０１の測定によって得た表面形状データと、目標表面形状データとを凸レンズ表面上の各位置ごとに比較することによって、その表面形状に対する凸レンズの表面形状の誤差を凸レンズの表面上の各位置において算出する（ステップ１０２）（第１工程）。
【００８５】
この際、基準点（誤差が０である位置）は、測定領域全体において誤差の値が負にならないように（すなわち、測定形状が目標形状を下回らないようにする）設定した。このようにして得られた誤差データは、制御コンピュータ１９に送られ、そこで保存される。
【００８６】
図１２は、上述のステップ１０１およびステップ１０２の工程で得られた誤差データをグラフ表示したものである。すなわち、この図１２は、横軸に凸レンズの表面上の位置（ｍｍ）をとり、縦軸に各表面上の位置における誤差量（μｍ）をとり、凸レンズの目標形状からの誤差の変化をグラフ表示させたものである。
【００８７】
この図１２において、一点鎖線は目標表面形状２４を、また、目標形状からの誤差分布２５を実線で示している。同図に示されているように、本実施の形態で加工対象とした凸レンズは、回転軸上で最大の誤差量（０．１５μｍ）を有し、回転軸から半径方向に５ｍｍ程度離れた位置で最小の誤差量（０μｍ）を有している。この最小誤差量である部位は、目標表面形状２４と一致している箇所であり、後の超精密研磨処理ではこの領域を除く他の領域の超精密研磨が必要である。
【００８８】
図１１におけるステップ１０３の工程では、被照射物９とは別の第２の被照射物にガスクラスターイオンビーム８が照射された場合の、ビーム照射範囲において、基礎照射作用データ１９ｂから、被照射物の表面の各位置ごとにおける、ガスクラスターイオンビーム８による照射作用データ１９ｃを取得する。
【００８９】
この照射作用データ１９ｃの取得は、前述の照射作用取得方法によって実施する。これら取得した照射作用データ１９ｃは、制御コンピュータ１９に保存される。なお、照射作用データは、基礎照射作用データを含めた全てを示すものとする。
【００９０】
図１１におけるステップ１０３の工程に続く処理として、制御コンピュータ１９において、照射作用データ１９ｃから被照射物９の表面の各位置の曲率、ガスクラスターイオンビームの照射条件、そして被照射物９を構成する材料に準じた補正照射作用データ１９ｄを生成する（ステップ１０４）（第２工程）。
【００９１】
そこで、まず被照射物９の表面の各位置の曲率に準じて照射作用データ１９ｃを補正する手順を述べる。
図１３は、被照射物９が平面の場合における照射作用データ１９ｃ（照射作用データ２
６）のうちの一つを抜き出して示したものである。
【００９２】
図１４のようにガスクラスターイオンビーム８の加速電極７の出射口から被照射物９の表面までの距離（照射距離）と除去量には比例関係ｋ１がある。
したがって本実施の形態のような曲面形状を有する被照射物９の場合では、ガスクラスターイオンビーム８の出射口から被照射物９の表面までの距離が一定ではなく、照射距離に応じて照射作用データ１９ｃを補正する必要がある。
【００９３】
図１５は、図１３に示した被照射物９が平面の場合における照射作用データ１９ｃを、本実施の形態で研磨対象とする凸レンズに適合させる手法の一例を示している。なお、図１５中の一点鎖線は図１３において示した照射作用データ２６である。
【００９４】
前述のように、除去量はガスクラスターイオンビーム８の出射口から被照射物９の表面までの距離に比例する。ここで、凸レンズ形状の表面上のある点Ｘｉ（ｘ＝ｘｉ）において、照射作用データ２６の基準面２７および凸レンズの表面形状２８の場合を比較した際のビーム軸２１の方向の距離の変化量がΔｚであるとすると、被照射物９が曲面である場合における補正照射作用データｇ（ｘｉ）は以下の（１９）式のように求まる。
【００９５】
ｚｉ＝ｇ（ｘｉ）＝ｆ（ｘｉ）−ｐΔｚ  …（１９）
ここでｐは図１４の除去量とガスクラスターイオンビーム８の出射口から被照射物９の表面までの距離の関係（上述の比例関係ｋ１）より求まる比例定数である。
【００９６】
このように、被照射物９が本実施の形態のように曲面である場合であっても、ガスクラスターイオンビーム８の出射口から被照射物９の表面までの距離の比例関係ｋ１を用いることによって、照射作用データ２６を補正することができる。
【００９７】
次に、ガスクラスターイオンビーム８の照射条件に準じて照射作用データ１９ｃ（照射作用データ２６）を補正する手順を述べる。
照射条件として、加速電圧、ガス種、ガス圧、照射距離、イオン化電圧、イオン化電流を考える。これらは除去深さと相関があり、図１４、図１６、図１７、図１８に示すように比例関係を示す。これらの比例係数ｋ２，ｋ３，ｋ４，ｋ５に応じて照射作用データ２６を補正する。
【００９８】
すなわち、照射作用データ２６を取得した際の照射条件における比例係数を１とするときの、他の照射条件の比例係数ｋ２〜ｋ５の比率を図１３の照射作用データ２６の各位置で乗算することで、補正照射作用データ１６ｄを求めることができる。
【００９９】
次に被照射物９の材料に準じて照射作用データ２６を補正する手順を述べる。この場合も、照射条件に準じて補正した手順をとる。
図１９は各種材料における照射ドーズ量と除去深さの関係を示しており、これらは比例関係を示すので、これらの比例係数ｋ５に応じて照射作用データ２６を補正する。
【０１００】
すなわち、照射作用データ２６を取得した際の被照射物９の材料における比例係数を１とするときの、他の被照射物９、すなわち実際の加工対象の被照射物９の材料の比例係数ｋ５の比率を図１３の照射作用データの各位置で乗算することで、補正照射作用データ１６ｄを求めることができる。
【０１０１】
このように照射作用データ２６を補正することで、例えば図２０に示すような補正照射作用データ３１（補正照射作用データ１９ｄ）を生成することができる。
図１１におけるステップ１０４の工程に続く工程として、上述のステップ１０１の工程
で得た誤差データ（誤差分布２５）を用いてその補正照射作用データ３１をもとに被照射物９の表面の各位置ごとの照射ドーズ量の算出処理が実施される（後述のステップ１０５、ステップ１０６、ステップ１０７）。
【０１０２】
上述したように、研磨対象としている凸レンズは図１２に示されるような誤差分布２５の形状誤差を有している。したがって研磨処理においては、その誤差量分の固体物質を除去しなければならない。
【０１０３】
図２１は、上述の図１２の誤差グラフを当該図１２の横軸を中心に上下に反転して示した図である。
この図２１において除去が必要な領域は、斜線で示した横軸と除去曲線２９に囲まれている領域である。理論的にはこの斜線領域のみを除去すれば良いが、ガスクラスターイオンビーム８は被照射物９の表面の照射位置において所定の広がりを持つため、ビームが全く照射されない領域はなく、図２１中における点Ｑ（この位置では固体物質の除去量が０とされている）においても必要最小限の固体物質が除去されることになる。
【０１０４】
そこで、本実施の形態の場合には、上述の誤差のない領域が受ける加工作用の影響を考慮して、上記理想の除去曲線２９を基に実際の除去曲線を生成する。
図２２はその必要最小限の固体物質の除去量（最小除去量）を含めて生成した固体物質除去分布（実際の除去分布曲線３０）である。
【０１０５】
この除去分布曲線３０は図２１に示される除去曲線２９の全体を上記最小除去量（オフセット量）Ｌだけ下方にスライド（オフセット）することで生成している（ステップ１０５）。
【０１０６】
このとき、被照射物９の固体物質の除去が必要な領域はその横軸とその除去分布曲線３０とで囲まれている斜線領域であり、誤差のない点Ｑにおいても最小除去量Ｌの固体物質除去が可能となる。
【０１０７】
なお最小除去量Ｌはガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍ１の構成上可能な高速回転速度と半径方向に走査されるガスクラスターイオンビーム８の最高走査速度によって必然的に除去されてしまう固体物質の除去量（除去深さ）とすることができる。
【０１０８】
ここで、上述のようにして求めた補正照射作用データ３１（図２０）を、除去分布曲線３０（図２２）に合わせこむ処理を実施する（ステップ１０６）。
この処理では、補正照射作用データ３１として構成されている被照射物９の表面の各位置における補正照射作用データ３１の関数曲線全体に個別の係数を乗じてその関数曲線を変形し、それぞれの補正照射作用データ３１の変形後の関数曲線をその半径上の各位置で足し合わせてなる曲線が上述の除去分布曲線３０に一致または略一致するように上記係数を決定する。
【０１０９】
図２３および図２４は上記合わせこみの処理を説明するための概念図である。図２３は、一つの補正照射作用データの関数曲線の変形処理を説明するための図であり、図２４は各補正照射作用データと除去分布曲線３０との比較図である。
【０１１０】
図２３に示される補正照射作用データ３２は、上述の図２０の補正照射作用データ３１のうち半径方向位置ｘｉにおける補正照射作用データ３１を抜き出して示したものである。
【０１１１】
ここで、半径方向位置ｘｉに中心を持つ補正照射作用データ３１の関数曲線をＦｉ（ｘ
）で示すと、各補正照射作用データ３１を重ね合わせて得られるその半径上（０ｍｍから５ｍｍの範囲）のプロファイルｈ（ｘ）はｈ（ｘ）＝Σｇ（ｘｉ）と表すことができる。
【０１１２】
そして未定の除去分布曲線Ｘ（除去分布曲線３０）をｅ（ｘ）としてｅ（ｘ）−ｈ（ｘ）の値を検証する。この値が正であればｇ（ｘｉ）に１＋ｅ（ｅは正の値）の値を乗算して新しいｇ（ｘｉ）とする。
【０１１３】
逆にｅ（ｘ）−ｈ（ｘ）の値が負であればｇ（ｘｉ）に１＋ｅ（ｅはその絶対値が１を超えない負の値）の値を乗算して新しいｇ（ｘｉ）とする。ここでｅはｅ（ｘ）−ｈ（ｘ）の絶対値が大きくなるに従って大きな値をとるように設定しておく。
【０１１４】
図２３の関数曲線Ｘは、関数曲線Ｘを対象とするｅ（ｘ）−ｈ（ｘ）の値が正で合った場合に１＋ｅ（ｅは正の値）を乗算して得られた新たしい補正照射作用データ３１である。ｅが正であることから、関数曲線Ｘよりも１＋ｅ倍だけ深い除去深さの関数曲線が得られている。
【０１１５】
このように、補正照射作用データ３１の関数曲線Ｘに１＋ｅを乗じることによる新たなｇ（ｘｉ）の決定を照射開始位置（本実施の形態では半径方向位置ｘｉ＝０）から始め、更に半径方向に補正照射作用データ３１を一つずつずらしながら行っていき、照射終了位置まで到達したら照射開始位置に再び戻って同様に決定処理を行っていく。
【０１１６】
このような一連の決定処理をΔＺｓ＝Σ（ｅ（ｘ）−ｈ（ｘ））の値ΔＺｓが予め決められた閾値ΔＺ０以下になるまで繰り返す。なお、この閾値ΔＺ０の値は小さい値（例えば略０）に設定しておく。
【０１１７】
こうして、最終的に得られた半径方向位置Ｘｉごとにおける各係数（１＋ｅ）ｉを各補正照射作用データｇ（ｘｉ）に与える係数とする。
以上の処理により、図２４の各補正照射作用データ３２を足し合わせた曲線の形状が同図の除去分布曲線３３で示される形状に合わせこまれることになる。
【０１１８】
ところで、ガスクラスターイオンビーム８の照射ドーズ量は、照射が行われた位置における除去量と比例関係にあることが知られている。したがって、照射作用データ２６を生成した際の照射ドーズ量に、上述のように算出された係数（１＋ｅ）ｉを乗算することで、図２４の除去分布曲線Ｘ（除去分布曲線３３）に対応する固体物質を除去するために必要な照射ドーズ量を、被照射物９の表面の各半径位置ごとに得ることができる（ステップ１０７）（第３工程）。
【０１１９】
以上のように照射ドーズ量が得られると、図１１のステップ１０７の工程に続いて、上記照射ドーズ量に従ってガスクラスターイオンビーム８を被照射物９である凸レンズの表面に照射し、被照射物９の表面の研磨を行う（後述のステップ１０８、ステップ１０９、ステップ１１０、ステップ１１１）。
【０１２０】
具体的には、凸レンズの表面の半径上に、上述のステップ１０５の工程で得た各位置の照射ドーズ量に従ってガスクラスターイオンビーム８が照射されるように、例えばその照射ドーズ量を被照射物９の表面上へのビーム走査速度に変換するなどして図１の制御器１８で制御する。
【０１２１】
ガスクラスターイオンビーム８の照射時間と照射ドーズ量の間には以下の（１９）式の関係が成り立つ。
照射時間＝（照射ドーズ量×照射面積×電気素量）／検出イオン電流量  …（２０）
上記照射面積はガスクラスターイオンビーム８を照射することで被照射物９の表面に生じる照射痕２２であり、電気素量は定数であり、また検出イオン電流量は照射条件によって決まる一定の値である。したがって照射ドーズ量が決まっていれば、（２０）式より照射時間を求めることができる（ステップ１０８）。
【０１２２】
本実施の形態では、被照射物９をガスクラスターイオンビーム８に対して相対的に回転させ、かつ被照射物９の半径方向へ走査させる形態をとるため、被照射物９の表面に対してスパイラル状に照射が行われる。
【０１２３】
上記（２０）式の照射面積は、補正照射作用データ３１の各点（各照射作用データ２６の中心の半径位置）を始点に一回転または複数回転した後に隣の点（隣の各照射作用データ２６の中心の半径位置）に到達するスパイラル状の照射溝の面積となる。
【０１２４】
したがって、照射時間は凸レンズが上記複数回転する間に、補正照射作用データ３１のある点（各照射作用データ２６の中心の半径位置）から隣の点（隣の各照射作用データ２６の中心の半径位置）にガスクラスターイオンビーム８の中心（ビーム軸２１）が移動するまでの時間となる。
【０１２５】
上述の（２０）式の照射時間と半径方向へのビームの走査速度との関係は、以下（２１）式で定義できる。
走査速度＝隣り合う照射作用データの中心間距離／照射時間  …（２１）
この（２１）式を用いることで、被照射物９の表面の各照射位置における照射ドーズ量に対応した、それぞれの位置から隣の位置までの走査速度を求めることができる（ステップ１０９）。
【０１２６】
このようにして求めた走査速度を数値制御（ＮＣ）プログラム等のステージ制御プログラム１８ａ（研磨プログラム）として構成し（ステップ１１０）、それを制御コンピュータ１９に保存し、このステージ制御プログラム１８ａを制御器１８に与えて実行させてガスクラスターイオンビーム加工装置Ｍ１を制御することによって被照射物９の表面の超精密研磨を実施する（ステップ１１１）（第４工程）。
【０１２７】
本実施の形態によれば、被照射物９の回転軸とガスクラスターイオンビーム８のビーム軸２１が一致している状態において生じる照射作用を基準として、ビーム中心（ビーム軸２１）の半径方向への位置変化に準じた照射作用データ１９ｃを計算によって生成することができる。
【０１２８】
また、照射作用として、被照射物９から計測された電流値を用いた場合では、検出電流値と被照射物９における除去量との関係（比例係数ｋ４）を用いることによって、照射作用データ１９ｃを取得できる。また基礎照射作用データの取得の際に用いる被照射物は平面以外にも曲面を用いても良い。
【０１２９】
また、生成された照射作用データ１９ｃを用いることで、曲面形状を有する被照射物９において、その表面を原子レベルで平坦化すると共に、被照射物９の表面形状を目標形状へ限りなく近づけることができる。
【０１３０】
ここで事前に取得しておく照射作用データ１９ｃは被照射物９の半径方向に細かく取得するほど、被照射物９の表面形状を目標形状へより近づけることができることは言うまでもない。
（効果）
本実施の形態における照射作用取得方法によれば、従来のような実際に照射して照射痕
を複数取得する手法と比較して、点状の一箇所の基礎照射作用データ１９ｂから、所望の範囲の照射作用データ１９ｃや補正照射作用データ１９ｄに展開して生成するので、超精密研磨を行うための基礎データを効率的に取得することが可能となり、研磨処理工程全体の効率化が実現できる。
【０１３１】
さらに、照射作用データ１９ｃは、被照射物９の表面形状、ガスクラスターイオンビーム８の照射条件、そして被照射物９の材料と除去量との関係を用いることで補正可能であるため、被照射物９の表面形状および条件がいかなる場合においても適用可能な多様性のある汎用的な照射作用取得技術であると言える。
【０１３２】
すなわち、本発明の実施の形態によれば、高効率および高精度な手法により基礎データを生成し、被加工物が、平面、曲面、そして表面の各位置で曲率が異なる面のいかなる場合においても適用しうるガスクラスターイオンビームを用いた表面研磨方法および装置を提供することができる。
【０１３３】
以上詳細に説明したように、本実施の形態に係わるガスクラスターイオンビーム加工における、照射作用取得方法および超精密研磨方法、および装置によれば、照射作用データの取得の効率的に取得し、さらに被照射物の表面形状を目標形状へ限りなく近づけることができる。
【０１３４】
すなわち、ガスクラスターイオンビーム８等の荷電粒子ビームのビーム断面積の大小に関係なく、被加工物（被照射物９）の多様な表面形状に対する加工のための基礎データ（基礎照射作用データ１９ｂ、照射作用データ１９ｃ、補正照射作用データ１９ｄ等）を高効率および高精度に得て、高効率かつ高精度の加工を行うことが可能な荷電粒子ビーム加工技術を実現することができる。
【０１３５】
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。
上述の説明では、一例としてガスクラスターイオンビーム加工によって被照射物における表面を平滑化する技術、とりわけ形状精度が要求されるレンズ等の光学素子、またこれら光学素子の成型金型等の表面を研磨する超研磨方法および装置に適用した場合を開示したがこれに限定されない。
［付記１］
ガスクラスターイオンビーム加工における、被照射物の表面に生じる照射作用の取得方法であって、前記被照射物の表面に前記ガスクラスターイオンビームを照射して得られる照射作用を計測する工程と、前記被照射物を対象に計測して得た照射作用データを基礎照射作用データとし、これを基に前記被照射物におけるビーム中心の位置変化に準じた照射作用データを生成する計算工程と、を有することを特徴とする照射作用取得方法。
［付記２］
前記照射作用が、前記被照射物から計測される加工痕または電流値であること、を特徴とする付記１に記載の照射作用取得方法。
［付記３］
前記被照射物の除去深さと前記電流値が所定の関係があること、を特徴とする付記２に記載の照射作用取得方法。
［付記４］
ガスクラスターイオンビームを被照射物に照射して該被照射物の表面を研磨する超精密研磨方法であって、被照射物の表面形状の目標形状に対する形状誤差を計測する第１工程と、第２の被照射物の表面に前記ガスクラスターイオンビームを照射して得られる照射作用を計測し、前記第２被加工物を対象に計測して得た照射作用データを基礎照射作用データとして、これを基に前記第２被照射物におけるビーム中心の位置変化に準じた照射作用
データを生成することによって照射作用を取得する第２工程と、第２工程における基礎照射作用データおよび照射作用データを基礎データとし、ガスクラスターイオンビームが前記形状誤差分の固体物質を除去するための前記被照射物の表面上の照射ドーズ量を算出する第３工程と、前記照射ドーズ量にしたがって前記ガスクラスターイオンビームを照射して前記被照射物の表面の研磨を行う第４工程と、を有することを特徴とする超精密研磨方法。
［付記５］
ガスクラスターイオンビームを被照射物に照射して該被照射物の表面を研磨する超精密研磨方法であって、前記被照射物の表面形状を計測して得た被加工物の表面形状データと予め設定されている目標表面形状データから求まる形状誤差を、前記被照射物の表面上の各位置ごとに算出し、第２の被照射物の表面に前記ガスクラスターイオンビームが照射された場合の該ガスクラスターイオンビームによる照射位置に対する照射作用データを導入し、前記被照射物の表面上の各位置ごとに前記目標形状における該位置の曲率、ガスクラスターイオンビームの照射条件、そして被照射物材料に準ずるように前記照射作用データを補正して補正照射作用データを生成し、前記照射物表面の各位置ごとの補正照射作用データを用いて、前記各位置ごとに照射作用を変化させ、且つ、複数の補正照射作用データが重複する位置では該位置の各補正照射作用データの照射作用を加算し、固体物質の除去深さと照射ドーズ量との所定の関係を基に、前記被照射物における前記形状誤差が減少するように前記被照射物上の各位置ごとの照射ドーズ量を決定し、前記ガスクラスターイオンビームを照射させて該被照射物の表面の研磨を行うこと、を特徴とする超精密研磨方法。
［付記６］
前記被照射物の形状誤差データに、所定のオフセット量を加算すること、を特徴とする付記４及び５に記載の超精密研磨方法。
［付記７］
前記照射作用が、前記被照射物から計測される照射痕また電流値であること、を特徴とする付記４、５に記載の超精密研磨方法。
［付記８］
前記被照射物の除去深さと前記電流値が所定の関係があること、を特徴とする付記７に記載の超精密研磨方法。
［付記９］
前記照射ドーズ量を前記ガスクラスターイオンビームの前記被照射物との相対速度によって制御すること、を特徴とする付記４、５に記載の超精密研磨方法。
［付記１０］
前記相対速度が、被照射物の回転速度およびガスクラスターイオンビームに対する被照射物の揺動速度であること、を特徴とする付記９に記載の超精密研磨方法。
［付記１１］
ガスクラスターイオンビームの照射条件が加速電圧、ガス種、ガス圧、照射距離、イオン化電圧、イオン化電流であること、を特徴とする付記５に記載の超精密研磨方法。
［付記１２］
ガスクラスターイオンビームを所定方向に、所定出力で照射する照射手段と、前記ガスクラスターイオンビームの被照射物における照射位置および照射速度を制御する制御手段と、前記ガスクラスターイオンビームの被照射物における照射作用を計測する計測手段と、を有することを特徴とする超精密研磨装置。
［付記１３］
前記制御手段は、被照射物上の各照射位置における照射ドーズ量を算出する算出手段と、前記ガスクラスターイオンビームに対し、被加工物の照射位置および照射速度を制御する移動制御手段とを有することを特徴とする付記１２に記載の超精密研磨装置。
［付記１４］
前記計測手段は、前記ガスクラスターイオンビームを前記被照射物に照射した際に生じ
る電流値を、前記被照射物の表面上の各位置ごとに計測する計測手段と、計測結果を記録する記録手段とを有することを特徴とする付記１２に記載の超精密研磨装置。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置である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２Ａ】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における照射状態の一例を示す斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における照射痕の一例を示す斜視図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における照射痕の断面プロファイルを示す線図である。
【図３Ａ】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法におけるビーム中心の移動量が照射痕に及ぼす影響の説明図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法におけるビーム中心の移動量が照射痕に及ぼす影響の説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法においてビームが回転軸を中心に回転した場合における除去深さの導出手順の説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法におけるビーム中心の移動量が輪帯状の照射痕に及ぼす影響の説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法における照射ドーズ量と除去体積の関係の一例を示す線図である。
【図７】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法におけるビーム中心の移動量がビーム半径よりも大きい場合における除去深さの導出手順の一例を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法における基礎照射作用データからの照射作用データの導出手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における照射作用データの一例を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における除去深さと電流値の関係の一例を示す線図である。
【図１１】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における超精密研磨方法の工程の一例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における被照射物の誤差データの一例を示す線図である。
【図１３】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における照射作用データの一例を示す線図である。
【図１４】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における照射距離と除去量の関係を説明する説明図である。
【図１５】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法における照射作用データを凸レンズ形状に適合させる工程の一例を示す線図である。
【図１６】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における加速電圧と除去深さの関係の一例を示す線図である。
【図１７】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置におけるガス圧と除去量の関係の一例を示す線図である。
【図１８】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法におけるイオン化電流およびイオン化電圧と除去量の関係の一例を示す線図である。
【図１９】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法における照射ドーズ量および被照射物の材料と除去深さの関係の一例を示す線図である。
【図２０】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法における補正照射作用データの一例を示す線図である。
【図２１】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法における図１２の誤差データの上下反転させた説明図である。
【図２２】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法における被照射物の固体物質除去量の説明図である。
【図２３】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法における補正照射作用データの変形処理の一例を示す線図である。
【図２４】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法を実施する荷電粒子ビーム加工装置における補正照射作用データと除去曲線との比較した線図である。
【符号の説明】
【０１３７】
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  フィラメント
７  加速電極
８  ガスクラスターイオンビーム
９  被照射物
１０  支持台
１１  アパーチャ
１２  アパーチャホルダ
１３  移動ステージ
１４  回転ステージ
１５  移動ステージ
１５ａ  移動ステージ
１５ｂ  移動ステージ
１５ｃ  移動ステージ
１６  揺動ステージ
１６ｄ  補正照射作用データ
１７  電流計測器
１８  制御器
１８ａ  ステージ制御プログラム
１９  制御コンピュータ
１９ａ  メモリ
１９ｂ  基礎照射作用データ
１９ｃ  照射作用データ
１９ｄ  補正照射作用データ
１９ｐ  計算プログラム
２０  回転軸
２１  ビーム軸
２２  照射痕
２３  一断面データ
２４  目標表面形状
２５  誤差分布
２６  照射作用データ
２７  基準面
２８  表面形状
２９  除去曲線
３０  除去分布曲線
３１  補正照射作用データ
３２  補正照射作用データ
３３  除去分布曲線
Ｍ１  ガスクラスターイオンビーム加工装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１４】
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【図１６】
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