(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物をイオンビーム加工して製造する被加工物の製造方法において、
絶縁性材料からなる開口部材を備えた電流密度測定手段に、イオンビームを電子ビームとともに照射してイオンビームの電流密度分布を測定する工程と、
前記イオンビームの電流密度分布によって検知された単位除去形状に基づいて加工プログラムを作成する工程と、
前記加工プログラムに従って、イオンビームを電子ビームとともに被加工物に照射しながら走査することによりイオンビーム加工を行う工程と、を有することを特徴とする被加工物の製造方法。
【請求項２】
前記開口部材は、前記電流密度測定手段に照射されるイオンビームと電子ビームのうちでイオンビームのみを通過させる開口を備えることを特徴とする請求項１に記載の被加工物の製造方法。
【請求項３】
被加工物をイオンビーム加工する加工方法において、
絶縁性材料からなる開口部材を備えた電流密度測定手段に、イオンビームを電子ビームとともに照射してイオンビームの電流密度分布を測定する工程と、
前記イオンビームの電流密度分布によって検知された単位除去形状に基づいて加工プログラムを作成する工程と、
前記加工プログラムに従って、イオンビームを電子ビームとともに被加工物に照射しながら走査することによりイオンビーム加工を行う工程と、を有することを特徴とする加工方法。
【請求項４】
前記開口部材は、前記電流密度測定手段に照射されるイオンビームと電子ビームのうちでイオンビームのみを通過させる開口を備えることを特徴とする請求項３に記載の加工方法。
【請求項５】
被加工物をイオンビーム加工する加工装置において、
被加工物に照射するためのイオンビームと電子ビームを発生するビーム発生手段と、
前記ビーム発生手段から発生されるイオンビームの電流密度分布を測定するための電流密度測定手段と、
前記電流密度分布に基づいて作成される加工プログラムに従って、前記ビーム発生手段から発生されるイオンビームと電子ビームを被加工物に照射しながら走査する手段と、
前記電流密度測定手段の入射部に配置された絶縁性材料からなる開口部材と、を有することを特徴とする加工装置。
【請求項６】
前記開口部材は、前記ビーム発生手段から前記電流密度測定手段に照射されるイオンビームと電子ビームのうちでイオンビームのみを通過させる開口を備えることを特徴とする請求項５に記載の加工装置。
【請求項７】
前記開口部材の開口軸に対する電子ビームの照射角度θが、以下の式で表わされる関係を満たすことを特徴とする請求項５または６に記載の加工装置。
θ＞ｔａｎ−１ａ／ｂ
ここで、ａ：開口径
ｂ：開口深さ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズ等の光学素子を製造するためのイオンビームによる被加工物の製造方法、加工方法、及び加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学素子の形状を高精度に仕上げる加工方法として、イオンビームを被加工物上に走査させて加工を行う形状修正加工方法がある（特許文献１参照）。図７に、従来の加工装置の一例を示す。イオンビーム発生装置１０１は、真空状態を保持するためのチャンバー１０２内に固定されており、そこからイオンビーム１０３が射出される。イオンビーム１０３に対向する側には、駆動ステージであるステージ１０４が配設される。ステージ１０４上には絶縁性材料からなる光学素子材料１０５とイオンビームの電流密度分布（ビームプロファイル）を測定する電流密度測定手段１０６が設置される。
【０００３】
まず、図７（ａ）に示すように、イオンビーム１０３を電流密度測定手段１０６に照射することで、図８（ｂ）に示すようなビームプロファイルが測定される。電流密度測定手段１０６には、図８（ａ）に示すように、イオンビームを通過させるための小径の開口が開いた板である開口部材１０９が設けられており、開口部材１０９は、通常は導電性材料からなる。開口部材１０９を通過したイオンビームは、電流捕捉手段１１０及び電流計１１１により、電流密度の分布関数として計測される。電流捕捉手段１１０としては、ファラデーカップやマルチチャンネルプレート（ＭＣＰ）等が広く知られている。
【０００４】
続いて、図示しない加工プログラム計算部にて、把握されたビームプロファイルから単位時間あたりの除去形状である単位除去形状を算出する。この単位除去形状と光学素子の所望の加工形状とから、加工プログラムが作成される。
【０００５】
次に、図７（ｂ）に示すように、作成された加工プログラムに従って、光学素子材料１０５をステージ１０４により駆動（走査）して、光学素子材料１０５の所望の位置にイオンビーム１０３を照射し、光学素子材料１０５の形状加工を行う。その際、光学素子材料１０５が絶縁性である場合には、イオンビーム１０３の照射部がイオンにより帯電してしまうことを防ぐために、イオンビーム１０３を照射すると同時に、電子ビーム発生装置１０７から発生される電子ビーム１０８を照射する。これは、イオンビーム１０３の照射部がイオンにより帯電し、ビームプロファイルあるいはビーム照射位置が不測の変動をしてしまわないように、照射部の帯電中和を目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３４３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のとおり、絶縁性材料をイオンビーム加工する場合は、イオンビームを照射すると同時に電子ビームを照射する必要がある。従来は、電子ビームによりイオンビームの照射部が帯電中和をされている場合は、被照射部が絶縁性材料であるか導電性材料であるかに関わらず、ビームプロファイルは等しいとみなされていた。そのため、導電性材料からなる開口部材を有する電流密度測定手段にイオンビームのみを照射してビームプロファイルを測定し、加工プログラムを作成して、形状加工の制御を行っていた。
【０００８】
しかしながら本発明者は、電子ビームにより被照射部の帯電中和がなされている場合は、電流密度測定手段の開口部材が絶縁性材料であるか導電性材料であるかにより、ビームプロファイルが異なることを見出した。図６には、紫外線カメラを用いて撮像したイオンビーム照射部の発光強度分布を示す。図６（ａ）は、導電性材料にイオンビームと電子ビームを同時に照射した場合の、照射部の発光強度分布であり、（ｂ）は絶縁性材料にイオンビームと電子ビームを同時に照射した場合の、照射部の発光強度分布である。これらの発光強度分布は、イオンが固体に衝突した際に、励起状態から基底状態に遷移するときに放出される光の強度分布である。また、この発光強度分布は、微弱な強度分布であるものの、イオンビームの電流密度分布とは、ほぼ相似の形状をなすことが知られている。図６から分かるように、被照射物が導電性材料と絶縁性材料の場合では、ビームプロファイルが異なり、絶縁性材料に照射した場合のビームプロファイルは、裾部に広がりが見られるのが特徴的である。このように、導電性材料の開口部材を有する電流密度測定手段を用いて把握されたビームプロファイルは、実際に絶縁性材料を加工中のビームプロファイルとは異なっており、この差異に起因する加工誤差が発生し、光学素子の形状精度を劣化させていた。この劣化を修繕するために追加加工を実施することで、余分な時間及び費用、労力が必要となり、その結果として生産コストを増大させてしまっていた。
【０００９】
本発明は、被加工物が絶縁性材料である場合に、電流密度分布をより高精度に測定し、イオンビームによる加工精度を向上させることのできる被加工物の製造方法、加工方法、及び加工装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の被加工物の製造方法は、被加工物をイオンビーム加工して製造する被加工物の製造方法において、絶縁性材料からなる開口部材を備えた電流密度測定手段に、イオンビームを電子ビームとともに照射してイオンビームの電流密度分布を測定する工程と、前記イオンビームの電流密度分布によって検知された単位除去形状に基づいて加工プログラムを作成する工程と、前記加工プログラムに従って、イオンビームを電子ビームとともに被加工物に照射しながら走査することによりイオンビーム加工を行う工程と、を有することを特徴とする。
本発明の加工方法は、被加工物をイオンビーム加工する加工方法において、絶縁性材料からなる開口部材を備えた電流密度測定手段に、イオンビームを電子ビームとともに照射してイオンビームの電流密度分布を測定する工程と、前記イオンビームの電流密度分布によって検知された単位除去形状に基づいて加工プログラムを作成する工程と、前記加工プログラムに従って、イオンビームを電子ビームとともに被加工物に照射しながら走査することによりイオンビーム加工を行う工程と、を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の加工装置は、被加工物をイオンビーム加工する加工装置において、被加工物に照射するためのイオンビームと電子ビームを発生するビーム発生手段と、前記ビーム発生手段から発生されるイオンビームの電流密度分布を測定するための電流密度測定手段と、前記電流密度分布に基づいて作成される加工プログラムに従って、前記ビーム発生手段から発生されるイオンビームと電子ビームを被加工物に照射しながら走査する手段と、前記電流密度測定手段の入射部に配置された絶縁性材料からなる開口部材と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
被加工物が絶縁性材料である場合に、電流密度測定手段に絶縁性材料の開口部材を用いることで、電子ビームとともに照射されるイオンビームのビームプロファイルをより高精度に把握することができる。その結果、ビームプロファイルから作成される加工プログラムもより高精度なものとなり、イオンビームによる形状加工の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１による加工方法を説明する図である。
【図２】実施例１に係るもので、（ａ）は電流密度測定手段を示す模式図、（ｂ）はイオンビームのビームプロファイルを示すグラフである。
【図３】開口部材と電子ビームの照射方向との関係を説明する図である。
【図４】実施例２による加工方法を説明する図である。
【図５】実施例２に係るもので、（ａ）は電流密度測定手段を示す模式図、（ｂ）はイオンビームのビームプロファイルを示すグラフである。
【図６】紫外線カメラを用いて撮像したイオンビーム照射部の発光強度分布である。
【図７】従来例による加工方法を説明する図である。
【図８】従来例に係るもので、（ａ）は電流密度測定手段を示す模式図、（ｂ）はイオンビームのビームプロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、一実施形態による加工方法及び加工装置を示すもので、イオンビーム発生装置１は、真空状態を保持するためのチャンバー２内に固定されており、そこからイオンビーム３が射出される。イオンビーム３に対向する側には、走査手段であるステージ４が配設され、ステージ４上には、合成石英（絶縁性材料）からなる被加工物である光学素子材料５と、ビームプロファイルを測定するための電流密度測定手段６が設置される。イオンビーム３を電流密度測定手段６に照射することで、図２（ｂ）に示すようなビームプロファイル（電流密度分布）が検知される。このとき、電流密度測定手段６に対して、電子ビーム発生装置７より照射される電子ビーム８を加工中と同じ条件でイオンビーム３とともに照射する。
【００１５】
光学素子材料５のイオンビーム加工においては、まず、図２（ａ）に示すように、入射部に絶縁性材料からなる開口部材９を備えた電流密度測定手段６に、イオンビーム３と電子ビーム８を照射してビームプロファイルを測定する（図１（ａ）参照）。そしてビームプロファイルをもとに単位加工形状を算出し、加工プログラムを作成する。加工プログラムの作成方法としては、まず、加工前にあらかじめ計測されたワーク形状と、設計形状の差である誤差値の形状である目標加工形状を求める。次に、ビームプロファイルから単位加工形状を算出し、目標加工形状から計算形状（実際の滞留時間制御を行った場合に加工されると予想される計算上の形状）を差し引いた値である残差形状が最小となるようなビームの滞留時間分布を算出する。そして、この滞留時間分布に従って、ステージ４の走査速度を制御するための加工プログラムが作成される。このようにして作成された加工プログラムに従って、図１（ｂ）に示すように、イオンビーム３を電子ビーム８とともに光学素子材料５に照射し、帯電中和をしながら加工を行う。
【００１６】
電流密度測定手段６の入射部には、絶縁性材料からなる開口９ａを有する開口部材９が設けられ、電流密度分布の測定中は、電流密度測定手段６に対し、イオンビーム３を照射すると同時に電子ビーム８を照射する。図３に示すように、開口部材９の開口径ａと、開口深さｂと、開口軸Ｏに対する電子ビーム８の照射角度θとが、以下の式で表わされる関係を満足するように構成することで、イオンビーム３のみを通過させることができる。
θ＞ｔａｎ−１ａ／ｂ          （１）
【００１７】
式（１）は、以下のように導出される。開口部材９に、イオンビームを部分的に通過させるために開けられた開口９ａの開口軸Ｏと、開口９ａの対角線のなす角度φは、φ＝ｔａｎ−１（ａ／ｂ）となる。電子ビーム８と開口軸Ｏのなす角を照射角度θとすると、θ＞φ（＝ｔａｎ−１ａ／ｂ）であれば、電子ビーム８が開口９ａを通過し得なくなるので、イオンビーム３のみを通過させることができる。このようにして、電流密度測定手段６の電流捕捉手段に流れ込む電流が、イオンビームと電子ビームで相殺されることを防止する。
【００１８】
続いて、図示しない加工プログラム計算部にて、把握されたビームプロファイルから単位時間あたりの除去形状である単位除去形状を算出し、この単位除去形状と光学素子の所望の加工形状とから、加工プログラムを作成する。
【００１９】
このようにして加工プログラムを作成し、その加工プログラムに従って、前述のように、イオンビーム３を照射すると同時に電子ビーム８を照射し、帯電中和をしながら加工を行う。
【実施例１】
【００２０】
図１に示すように、電子ビーム発生装置７とともにビーム発生手段を構成するイオンビーム発生装置１は、真空状態を保持するためのチャンバー２内に固定されており、そこからイオンビーム３が射出される。イオンビーム３に対向する側には、ステージ４が配設され、ステージ４上には合成石英からなる光学素子材料５及びビームプロファイルを測定するための電流密度測定手段６が設置される。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、ビームプロファイルの測定中は、電流密度測定手段６に対し、イオンビーム３とともに電子ビーム８を、加工中と同じ条件（同じエネルギー、同じ電子電流、同じ照射角度）で照射する。電流密度測定手段６は、図２（ａ）に示すように、サファイアガラス（絶縁性材料）からなる開口部材９と、導電性材料からなるカップ電極（電流捕捉手段）１０と、二次電子を遮蔽するためのサプレッサー電極１１と、からなるファラデーカップである。イオンビーム３に対して、開口９ａを有する開口部材９の開口軸Ｏが平行に配置されている。一方、電子ビーム８は、開口軸Ｏに対してθ＝３０°の角度で照射される。開口部材９の開口径は０．２ｍｍであり、開口深さは、０．５ｍｍである。サプレッサー電極１１には、イオンビームのエネルギーに応じて負の電圧が印加される。
【００２２】
続いて、図示しない加工プログラム計算部にて、測定されたビームプロファイルから単位時間あたりの除去形状である単位除去形状を算出する。この単位除去形状と光学素子の所望の加工形状とから、加工プログラムが作成される。次に、図１（ｂ）に示すように、作成された加工プログラムに従って光学素子材料５をステージ４により駆動（走査）して、光学素子材料５の所望の位置にイオンビーム３及び電子ビーム８を同時に照射し加工を行う。ステージ４は簡略化して示すが、例えば、イオンビーム３が常に光学素子材料５の表面に対して一定の角度で入射するよう、光学素子材料５を３次元的に駆動可能な形態としてもよい。また、被加工物である光学素子材料５を駆動する形態としたが、被加工部をイオンビームに対して相対移動可能であればよい。例えば、イオンビーム発生装置１及び電子ビーム発生装置７を駆動する形態としてもよいし、イオンビーム発生装置１及び電子ビーム発生装置７と、光学素子材料５の両方を駆動する形態でもよい。
【００２３】
被加工物が絶縁性材料である場合に、加工中のビームプロファイルをより高精度に把握することが可能となり、その結果、作成される加工プログラムも高精度なものとなり、より高精度なイオンビーム加工を行うことができる。
【実施例２】
【００２４】
図４は、実施例２による加工方法及び加工装置を示す。イオンビーム発生装置２１は、真空状態を保持するためのチャンバー２２内に固定されており、そこからイオンビーム２３が射出される。イオンビーム２３に対向する側には、ステージ２４が配設され、ステージ２４上にはＵＬＥ（商標名）からなる光学素子材料２５及びビームプロファイルを測定するための電流密度測定手段２６が設置される。
【００２５】
まず、図４（ａ）に示すように、イオンビーム２３を、電流密度測定手段２６に照射することで、図５（ｂ）に示すようなビームプロファイルが測定される。このビームプロファイルの測定中は、電流密度測定手段２６に対し、電子ビーム発生装置２７より照射される電子ビーム２８を加工中と同じ条件（同じエネルギー、同じ電子電流、同じ照射角度）で照射する。電流密度測定手段２６は、図５（ａ）に示すように、ＵＬＥ（商標名）からなる開口９ａを備えた開口部材２９と、ＭＣＰ（マルチチャンネルプレート）３０と、それらの間に配設される二次電子を遮蔽するためのサプレッサー電極３１とからなる。イオンビーム２３に対して、開口部材２９の開口軸Ｏは平行に配置されている。一方、電子ビーム２８は、開口軸Ｏに対してθ＝３０°の角度で照射される。開口部材２９の開口径は０．０５ｍｍであり、深さは、０．２ｍｍである。サプレッサー電極３１には、イオンビームのエネルギーに応じて負の電圧が印加される。
【００２６】
続いて、図示しない加工プログラム計算部にて、測定されたビームプロファイルから単位時間あたりの除去形状である単位除去形状を算出する。この単位除去形状と光学素子の所望の加工形状とから、加工プログラムが作成される。次に、図４（ｂ）に示すように、作成された加工プログラムに従って光学素子材料２５をステージ２４により走査して、光学素子材料２５の所望の位置にイオンビーム２３及び電子ビーム２８を同時に照射し加工を行う。
【符号の説明】
【００２７】
１、２１    イオンビーム発生装置
３、２３    イオンビーム
４、２４    ステージ
５、２５    光学素子材料
６、２６    電流密度測定手段
７、２７    電子ビーム発生装置
８、２８    電子ビーム
９、２９    開口部材
９ａ、２９ａ    開口
【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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