(57)【要約】【課題】加工対象となる光学素子の光学有効領域の大きさのために加工装置全体が大型化するのを防ぐ。【解決手段】光学素子１の光学有効領域２を、分割線５によって複数の分割領域１１〜１４に分割し、各分割領域を、順次、イオンビーム４の加工可能領域３に位置合わせする。イオンビーム４を各分割領域においてラスター走査する工程をすべての分割領域１１〜１４において繰り返すことで、光学有効領域２の全面を加工する。イオンビーム４の走査範囲を縮小することで、加工装置全体を小型化できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子の光学有効領域を、前記光学有効領域よりも小さい加工領域を走査する加工手段によって加工する光学素子加工方法において、
前記光学有効領域を分割線によって前記光学有効領域を分割することで、複数の分割領域を得る工程と、
前記光学有効領域の前記複数の分割領域を、順次、前記加工手段の加工領域に位置合わせして、各分割領域を前記加工手段の走査によって加工する工程と、を有することを特徴とする光学素子加工方法。
【請求項２】
各分割領域において、前記加工手段をラスター走査することを特徴とする請求項１に記載の光学素子加工方法。
【請求項３】
前記加工手段が、前記光学素子の表面を加工するイオンビームであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子表面の光学有効領域においてツールを走査させることで、光学素子の加工を行う光学素子加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学素子表面に所望の光学特性を満足する光学有効領域を形成するためには、光学有効領域の形状や粗さを一定以上の精度に加工する必要がある。光学有効領域の加工に用いるツール（加工手段）の種類や加工形態は、その光学素子のベース形状や目標とする加工精度に応じて選択される。例えば、平面や球面がベースの光学素子の場合、光学有効領域と同等の大きさか、光学有効領域よりも大きなツールを用意し、光学有効領域全面を一度に加工するという形態を取ることが多い。しかし、非球面形状や自由曲面形状がベースの光学素子の場合は、場所によって曲率が異なるため、通常は光学有効領域と同等の大きさのツールや、光学有効領域よりも大きなツールを適用することはできない。この場合は、加工対象とする光学有効領域よりも小さなスポット加工形状を有するツールを用意して、光学有効領域を走査させることで、光学有効領域全面を加工する。
【０００３】
ツールの走査形態としては、ラスター走査やスパイラル走査などがある。また、しばしばツールを光学有効領域に対し一定の角度に保った状態で走査させる。
【０００４】
光学有効領域に求められる形状や粗さの精度は、その光学素子の用途や扱う光の波長などで決定される。通常は、サブナノメートルから数百ナノメートルという非常に高い精度が求められる。光学有効領域よりも小さなスポット加工形状を有するツールを光学素子表面で走査させ、光学有効領域をこのような高い精度で加工する場合、ツールの走査経路は光学有効領域全域を包含する連続線とする（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２６７２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようにツールの走査経路を光学有効領域全域を包含する連続線とするためには、加工手段の加工可能領域が、この連続線を描くのに必要な大きさを満足していなければならない。これはすなわち、加工対象となる光学有効領域の大きさで加工手段に求められる加工可能領域が制約され、加工装置全体の大きさにも影響を及ぼすということである。従来は、加工対象となる光学有効領域が大きくなればなるほど、加工装置に必要な加工可能領域も大きくなり、これが、加工装置小型化の大きな障害の一つとなっていた。
【０００７】
本発明は、加工対象となる光学有効領域の大きさによって加工手段の加工可能領域が制約されることなく、加工装置の小型化を促進できる光学素子加工方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の光学素子加工方法は、光学素子の光学有効領域を、前記光学有効領域よりも小さい加工領域を走査する加工手段によって加工する光学素子加工方法において、前記光学有効領域を分割線によって前記光学有効領域を分割することで、複数の分割領域を得る工程と、前記光学有効領域の前記複数の分割領域を、順次、前記加工手段の加工領域に位置合わせして、各分割領域を前記加工手段の走査によって加工する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
光学素子の光学有効領域が加工手段の加工領域よりも大きい場合に、光学有効領域を複数の分割領域に分割し、各分割領域を加工手段の加工領域に順次ステップ移動させ、加工手段を走査させる。加工装置には、１個分の分割領域を走査する加工領域を設けるだけでよいから、加工装置全体の大型化を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る光学素子加工方法を説明するもので、（ａ）は光学素子とイオンビームを示す斜視図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）〜（ｆ）は光学有効領域を４分割して加工する工程を示す工程図、（ｇ）は従来例による加工方法を説明する図である。
【図２】イオンビームの加工可能領域を説明するもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は平面図ある。
【図３】光学素子の第１の分割領域を加工する工程における光学素子及びイオンビームを示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図４】光学素子の第２の分割領域を加工する工程における光学素子及びイオンビームを示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図５】光学素子の第３の分割領域を加工する工程における光学素子及びイオンビームを示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図６】光学素子の第４の分割領域を加工する工程における光学素子及びイオンビームを示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図７】一変形例による光学素子加工方法を説明するもので、（ａ）は光学素子の全体形状を示す斜視図、（ｂ）は光学有効領域の分割を説明する斜視図、（ｃ）は光学有効領域の分割を説明する平面図である。
【図８】図７の光学素子の分割領域を示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図９】図７の光学素子を加工する工程を示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図１０】イオンビームのラスター走査を説明するもので、（ａ）はイオンビームの加工可能領域における走査経路を示す平面図、（ｂ）は光学素子の各分割領域における走査経路を示す平面図である。
【図１１】一実施例に係る光学素子加工方法を示すもので、（ａ）は光学素子を示す立面図、（ｂ）はその平面図である。
【図１２】図１１の実施例に係る加工装置を示す斜視図である。
【図１３】図１１の装置の動作を説明する図である。
【図１４】図１１の実施例による光学素子加工方法を説明する工程図である。
【図１５】一従来例による光学素子加工方法を説明する図である。
【図１６】図１５の従来例に係る加工装置を示す斜視図である。
【図１７】図１６の装置を示す立面図である。
【図１８】図１６の装置の動作を示す立面図である。
【図１９】図１６の装置の別の動作を示す立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１（ａ）〜（ｆ）に示すように、光学素子１の光学有効領域２を、光学有効領域２よりも小さい加工可能領域（加工領域）３の範囲内で走査される加工手段であるイオンビーム４によって加工する。従来は、イオンビーム４を光学素子１の表面で走査させ、光学有効領域２を高い精度で加工する場合、図１（ｇ）に示すように、イオンビーム４の走査経路５０は、光学有効領域２の全域に及ぶ連続線としていた。このため、加工装置の加工可能領域３が、イオンビーム４に走査経路５０を描かせるのに必要な大きさを満足していなければならず、加工可能領域３は加工対象とする光学有効領域２の大きさによって制約されることとなる。光学有効領域２が大きい場合は、加工装置の加工可能領域３もそれに合わせて大きくしなければならず、加工装置全体の小型化が困難であった。
【００１２】
イオンビーム４と光学素子１が相対的に移動（走査）できる範囲である加工可能領域３は、加工装置に具備された駆動ステージの可動範囲や、イオンガンに設置された偏向電極が、イオンビーム４を偏向可能な範囲などで規定される。
【００１３】
本実施形態においては、光学素子１の表面に定義された光学有効領域２の大きさは、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、加工装置の加工可能領域３よりも大きいため、光学有効領域２を分割線５によって複数の領域に分割して加工を行う。まず、分割線５により４分割された光学有効領域２の分割領域１１〜１４うちの、分割領域１１を加工可能領域３に位置合わせする。そして、分割領域１１のみをイオンビーム４の走査によって加工する。その後、光学素子１をステップ移動させ、順次、分割領域１２、分割領域１３、分割領域１４を加工装置の加工可能領域３に位置合わせして、各分割領域をイオンビーム４の走査によって加工することで、光学有効領域２の全面の加工を完了させる。この方法によって、光学有効領域２が加工装置の加工可能領域３より大きくても、光学有効領域２の全面を加工することができる。加工装置の加工可能領域３は光学有効領域２の大きさに制約されないため、加工装置の小型化が可能となる。
【００１４】
次に、本実施形態による光学素子加工方法を詳しく説明する。まず、図２に示すように、被加工物ステージ６の上方からイオンビーム４が照射され、イオンビーム４は、駆動ステージによって図示しないイオンガンが移動されることで、イオンビーム位置４ａ〜４ｄ及びその内部の任意の位置に照射することができる。すなわち、イオンビーム４は、駆動ステージによって加工可能領域３を走査し、加工可能領域３の範囲内で光学素子１の加工を行う。
【００１５】
図３に示すように、被加工物ステージ６に、被加工物である光学素子１が設置される。光学素子１の光学有効領域２が加工対象領域であるが、光学有効領域２は加工可能領域３よりも大きいため、まず、イオンビーム４の加工可能領域３を光学有効領域２の第１の分割領域１１に位置合わせしてイオンビーム４を走査し、加工する。次に、図４に示すように、光学素子１を被加工物ステージ６上で矢印Ｒ１で示す方向にステップ移動させ、第２の分割領域１２の加工を行う。さらに、図５に示すように、光学素子１を被加工物ステージ６上で矢印Ｒ２で示す方向にステップ移動させ、第３の分割領域１３加工を行う。
【００１６】
最後に、図６に示すように、光学素子１を被加工物ステージ６上で矢印Ｒ３で示す方向にステップ移動させ、第４の分割領域１４の加工を行う。このようにして、光学有効領域２の全面を加工する。
【００１７】
光学素子１を被加工物ステージ上でステップ移動させるだけで、光学有効領域２の全面を加工することができるため、加工装置の加工可能領域３は光学有効領域２の大きさに制約されることなく、加工装置の小型化が可能となる。
【００１８】
なお、光学有効領域２及び加工可能領域３は矩形領域で表示したが、これに限定するものではない。また、光学有効領域２は４つの領域に分割して加工を行ったが、分割数や分割形状はこれに限定するものではない。矢印Ｒ１〜Ｒ３で示す光学素子１のステップ移動は、一度光学素子１を被加工物ステージ６上から取り外し、位置を変えて再度取り付けるという作業を人手で行う形態でもよいし、光学素子１を移動させる専用の機構を設けて行う形態でもよい。また、イオンビーム以外のツール（加工手段）を用いてもよい。イオンビーム４の加工可能領域３内での移動（走査）は、図示しないイオンガンを移動させることによるものとしたが、光学素子１を移動させる形態でもよいし、イオンガンと光学素子１の両方を移動させる形態でもよい。
【００１９】
図７は、一変形例を示すもので、（ａ）に示すように、光学素子２１の光学有効領域２２は回転対称形状であり、（ｂ）に示すように、光学有効領域２２を、回転対称形状の回転対称軸（中心軸）２７を含む平面２８で複数の領域に分割する。その結果、光学有効領域２２は、図７（ｃ）に示すように、回転対称軸２７を通る分割線２５によって分割される。図８に示すように、回転対称軸２７を通る分割線２５は、互いに直行する２本の線であり、光学有効領域２２は分割領域３１〜３４に４分割される。
【００２０】
図９は、光学素子２１を加工装置に設置した状態を示す。被加工物ステージ２６の上に光学素子２１が設置され、上方からイオンビーム２４が照射される。イオンビーム２４は図示しない駆動ステージによって走査され、加工可能領域２３の範囲内で加工対象の加工を行う。光学有効領域２２が加工対象の領域であるが、光学有効領域２２は加工可能領域２３よりも大きい。そこで、矢印Ｒ４で示す方向に光学素子２１を被加工物ステージ２６上で回転させ、順次、各分割領域ごとに９０°回転させて位置合わせを行い、イオンビーム２４による加工を行う。すべての分割領域の加工を同様に行うことで、光学有効領域２２の全面を加工する。このように、光学素子２１を被加工物ステージ上で回転させるだけで、光学有効領域２２の全面を加工することができる。加工装置の加工可能領域２３が光学有効領域２２の大きさに制約されないため、加工装置の小型化が可能となる。
【００２１】
なお、分割線２５を互いに直行する２本の線とした場合を示したが、分割線の本数や、分割線のなす角はこれに限定されない。また、光学素子２１の回転は、一度光学素子２１を被加工物ステージ２６上から取り外し、回転させて再度取り付けるという作業を人手で行う形態でもよいし、光学素子２１を回転させる専用の回転機構を設けてもよい。また、光学有効領域２２は回転対称形状の全部としたが、回転対称形状の一部であってもよい。
【００２２】
光学素子２２の回転方向は逆向きでも構わず、回転角度は９０°でなくてもよい。また、イオンビーム２４の代わりに他のツールを用いてもよい。イオンビーム２４の加工可能領域２３内での移動（走査）は、図示しないイオンガンを移動させることによるものとしたが、光学素子２１を移動させる形態でもよいし、イオンガンと光学素子２１の両方を移動させる形態でもよい。
【００２３】
図１０は、図１に示した加工可能領域３において、イオンビーム４を走査経路４０に沿ってラスター走査させる形態を示す。ラスター走査は、ライン走査を往復状に繰り返し、ラインを徐々にずらしていくことによって、所望の面内を走査する走査形態である。図１０（ａ）に示すように、ラスター走査は、その形態上、ラインとラインをつなぐステップ部４１が必要となる。光学有効領域２は、イオンビーム４を走査できる加工可能領域３よりも大きいため、光学有効領域２を複数の領域に分割して全面の加工を行う。ラスター走査で所望の加工形状を得るために重要なのはライン部分であり、ステップ部４１では予期せぬ除去が生じ加工精度が劣化するため、通常は、図１０（ｂ）に示すように、光学有効領域２の外に配置する。しかし、光学有効領域２内にあるステップ部４２のために加工精度が劣化する。これを防ぐため、光学有効領域２内のステップ部４２ではイオンビーム４の照射を停止するか、あるいは照射量を低下させ、ステップ部４２の影響を排除又は低減する。このようにして、光学有効領域２の加工精度を保つことができる。
【００２４】
光学有効領域２内のステップ部４２で照射を停止あるいは低減させるためには、ビーム形態又はジェット形態のツールが有効である。イオンビーム４のラスター走査は、イオンガンを走査させることによるものとしたが、光学素子１を走査させる形態でもよいし、イオンガンと光学素子１の両方を走査させる形態でもよい。
【実施例】
【００２５】
図１１に示すように、光学素子である凸レンズ１０１に、光学有効領域１０２より小さい加工可能領域（加工領域）１０３を有するイオンビーム１０４を照射し、光学有効領域１０２の形状を加工する。凸レンズ１０１を加工するイオンビーム１０４は、後述するように、光学有効領域１０２を４分割した分割領域１１１〜１１４をそれぞれ走査経路１４０に沿って走査する。凸レンズ１０１の外径は２２５ｍｍ、光学有効領域１０２の直径は２００ｍｍであり、凸レンズ１０１の凸半径は２００ｍｍである。走査経路１４０はラスター走査とし、光学有効領域１０２の内側におけるラスター走査のラインとラインをつなぐステップ部１４２では、イオンビーム１０４の照射を遮断した。
【００２６】
図１２は加工装置を示すもので、凸レンズ１０１は、被加工物ステージ１０６により、光学面を−Ｚ方向に向けて設置されている。被加工物ステージ１０６には回転機構が設けられており、Ｚ軸回りに回転可能となっている。凸レンズ１０１の中心軸と被加工物ステージ１０６の回転軸は一致させた。凸レンズ１０１に対向する位置に、イオンガン１２１が設置されている。イオンガン１２１からはイオンビーム１０４が射出される。イオンガン１２１は５軸ステージ上に設置され、水平移動を司るＸステージ１２２とＹステージ１２３、垂直方向移動を司るＺステージ１２４、Ｘ軸周りの回転機構１２５とＹ軸周りの回転機構１２６の２つの回転機構によって、３次元動作が可能となっている。加工プロセスを安定させ、高精度な加工を実現するため、イオンガン１２１を凸レンズ１０１に対し常に一定距離に保ち、イオンビーム１０４は凸レンズ１０１に対し常に垂直に入射させる。被加工物ステージ１０６側とイオンガン１２１側はフレーム１２７により一体となっている。これら装置全体は真空チャンバー１２８に包含されており、加工環境全体が高真空に保たれている。
【００２７】
まず初めに、分割領域１１１〜１１４の一つ目を加工した。このとき、Ｘ方向の加工領域は凸レンズ１０１の中心から＋Ｘ方向の半分だけである。この加工装置に求められるＸステージ駆動領域は、図１３（ａ）に示す位置から（ｂ）に示す位置までの範囲となる。今回加工した凸レンズ１０１においては、必要となったＸステージ全長は５００ｍｍであった。Ｙ方向に関しても全く同様で、加工領域は凸レンズ１０１の中心から＋Ｙ方向の半分だけでよく、必要となったＹステージ全長は５００ｍｍであった。
【００２８】
続いて、被加工物ステージ１０６をＺ軸周りに９０°回転させ、図１４に示すように一回目に加工した分割領域１１１と隣り合う分割領域１１２の加工を行った。この加工は、分割領域１１１を加工したときと同じ走査経路１４０でよく、加工装置に求められるＸＹステージ駆動領域も同じである。以下同様に、分割領域１１３、１１４の加工を行い、光学有効領域１０２全面の加工を完了した。
【００２９】
ステップ部１４２でイオンビーム１０４の照射を遮断したことにより、分割領域のつなぎ目でも加工し過ぎや加工足らずは発生せず、良好な形状精度を達成できた。
【００３０】
比較のために、従来例によって光学素子１０１を加工した場合を説明する。図１５に示すように、光学有効領域１０２を分割せずに走査経路１５０に沿ってラスター走査により一度に加工するため、加工装置に求められるステージ駆動領域も大きくなる。この場合の加工装置は、図１６に示すように、Ｘステージ２２２とＹステージ２２３には、より大きな駆動領域が求められる。被加工物ステージ２０６、Ｚステージ２２４、Ｘ、Ｙ軸回りの回転機構２２５、２２６、フレーム２２７等は、図１２に示す加工装置と同様である。この構成では、Ｘステージ２２２に関しては、加工範囲全てをカバーする駆動領域が必要であり、凸レンズ１０１の加工においては、Ｘステージ２２２の全長は８００ｍｍ必要であり、Ｙステージ２２３に関しても全く同様で８００ｍｍの全長が必要であった。
【００３１】
ＸＹステージ平面で考えると、光学有効領域を一括で行う従来例では８００ｍｍ×８００ｍｍであったのに対し、本実施例による分割領域での加工では５００ｍｍ×５００ｍｍであるから、面積比で約６０％の低減がなされ、加工装置を大幅に小型化できた。
【００３２】
なお、イオンビームの代わりに、電子ビーム、レーザービーム、磁性流体、磁性流体ジェット、液体ジェット、プラズマジェット、研磨パッド、研削砥石、ＥＥＭ工具（ＥＥＭ：Ｅｌａｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）などを用いてもよい。ステップ部で加工能力を停止又は低下させることを考えると、特にビーム系のツール及びジェット系のツールが適している。また、走査経路は直線と直線を直角に連結させ、外周から順に内周に向かって走査する形態で示したが、ラスター走査やスパイラル走査、もしくは自由曲線で描かれた走査などでもよい。光学素子は直方体、光学有効領域は矩形の平面形状で示したが、光学素子は円錐体や球体などあらゆる形状が考えられ、光学有効領域も球面形状、非球面形状、自由曲面形状など、様々な形状のものがある。光学素子の材質は金属やガラスや樹脂などであり、光学有効領域の機能は反射ミラー、透過レンズなどである。
【符号の説明】
【００３３】
１、２１    光学素子
２、２２、１０２    光学有効領域
３、２３、１０３    加工可能領域
４、２４、１０４    イオンビーム
５、２５、１０５    分割線
６、２６、１０６    被加工物ステージ
１１〜１４、３１〜３４、１１１〜１１４    分割領域
４０、１４０    走査経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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