(57)【要約】【課題】  被加工物の表面に存在する突起の範囲がイオンビームの照射面積より大きい場合であっても、高い形状精度で形状を創成するための研磨加工シミュレーション方法を提供すること。【解決手段】  測定装置によって測定した被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、表面形状を設計形状に加工するために必要な被加工物の表面を除去する除去量を算出し、イオンビームの照射ドーズ量とイオンビームの照射により除去される上記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得し、取得した関係とイオンビームのプロファイルとに基づいて、表面形状を設計形状に加工するための研磨照射条件を算出することを特徴とする。【選択図】      図３
2006289371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションする研磨加工シミュレーション方法において、
測定装置によって測定した前記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するために必要な前記被加工物の表面を除去する除去量を算出し、
前記イオンビームの照射ドーズ量と前記イオンビームの照射により除去される前記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得し、
前記取得した関係と前記イオンビームのプロファイルとに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出する、
ことを特徴とする研磨加工シミュレーション方法。
【請求項２】
前記取得した前記関係と前記プロファイルとに基づいて、イオンビーム加工装置によるイオンビーム照射後の被加工物表面の形状を予測する、
ことを特徴とする請求項１に記載の研磨加工シミュレーション方法。
【請求項３】
イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションする研磨加工シミュレーション方法において、
測定装置によって測定した前記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するために必要な前記被加工物の表面を除去する除去量を算出し、
前記イオンビームの照射ドーズ量と前記イオンビームの照射により除去される前記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得し、
イオンビーム加工装置がイオンビームを前記被加工物表面に照射して得られる除去形状を用いてイオンビームの除去照射条件を算出し、
前記取得した関係と前記除去照射条件とに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出する、
ことを特徴とする研磨加工シミュレーション方法。
【請求項４】
前記取得した関係と前記算出した除去照射条件とに基づいて、イオンビーム加工装置によるイオンビーム照射後の被加工物表面の形状を予測する、
ことを特徴とする請求項３に記載の研磨加工シミュレーション方法。
【請求項５】
イオンビームを用いて被加工物を研磨加工する研磨加工方法であって、
請求項１乃至４の何れか１項に記載の研磨加工シミュレーション方法により算出した研磨照射条件に従って、前記被加工物の研磨加工を行なうこと、
を特徴とする研磨加工方法。
【請求項６】
イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションするコンピュータ実行可能な研磨加工シミュレーションプログラムにおいて、
測定装置によって測定した前記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するために必要な前記被加工物の表面を除去する除去量を算出する除去量算出手順と、
前記イオンビームの照射ドーズ量と前記イオンビームの照射により除去される前記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得する照射ドーズ量−除去量関係取得手順と、
前記照射ドーズ量−除去量関係取得手順によって取得した前記関係と前記イオンビームのプロファイルとに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出する研磨照射条件算出手順と、
を実行させるための研磨加工シミュレーションプログラム。
【請求項７】
イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションするコンピュータ実行可能な研磨加工シミュレーションプログラムにおいて、
測定装置によって測定した前記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するために必要な前記被加工物の表面を除去する除去量を算出する除去量算出手順と、
前記イオンビームの照射ドーズ量と前記イオンビームの照射により除去される前記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得する照射ドーズ量−除去量関係取得手順と、
イオンビーム加工装置がイオンビームを前記被加工物表面に照射して得られる除去形状を用いてイオンビームの除去照射条件を算出する除去照射条件算出手順と、
前記照射ドーズ量−除去量関係取得手順によって取得した関係と前記除去照射条件算出手順によって算出した除去照射条件とに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出する研磨照射条件算出手順と、
を実行させるための研磨加工シミュレーションプログラム。
【請求項８】
イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションする研磨加工シミュレーション装置において、
測定装置によって測定した前記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するために必要な前記被加工物の表面を除去する除去量を算出する除去量算出手段と、
前記イオンビームの照射ドーズ量と前記イオンビームの照射により除去される前記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得する照射ドーズ量−除去量関係取得手段と、
前記照射ドーズ量−除去量関係取得手段によって取得した前記関係と前記イオンビームのプロファイルとに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出する研磨照射条件算出手段と、
を備えることを特徴とする研磨加工シミュレーション装置。
【請求項９】
イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションする研磨加工シミュレーション装置において、
測定装置によって測定した前記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するために必要な前記被加工物の表面を除去する除去量を算出する除去量算出手段と、
前記イオンビームの照射ドーズ量と前記イオンビームの照射により除去される前記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得する照射ドーズ量−除去量関係取得手段と、
イオンビーム加工装置がイオンビームを前記被加工物表面に照射して得られる除去形状を用いてイオンビームの除去照射条件を算出する除去照射条件算出手段と、
前記照射ドーズ量−除去量関係取得手段によって取得した関係と前記除去照射条件算出手段によって算出した除去照射条件とに基づいて、前記表面形状を前記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出する研磨照射条件算出手段と、
を備えることを特徴とする研磨加工シミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カメラや顕微鏡などに用いられる光学素子または光学素子成形用金型を製造するための研磨加工シミュレーション方法、研磨加工方法、研磨加工プログラムおよび研磨加工シミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラや顕微鏡などに用いられる光学素子または光学素子成形用金型の研磨加工では、被加工物である光学面の形状が光学性能に大きく影響するため、高い形状精度が要求されている。光学面の形状精度が悪い場合は収差が発生する要因となり光学機器としての機能の低下に繋がる。
【０００３】
この高い形状精度を実現するために、光学素子又は光学素子成形用金型の加工工程においてイオンビーム技術を用いた研磨方法が提案されている。
イオンビーム技術を用いた研磨方法によって、帯電した一つの原子または分子からなるモノマーイオンビームや、数個から数千個の原子または分子の集合体（クラスタ）からなるクラスタイオンビームを被加工物の表面に照射すると、ビーム中の原子または分子が被加工物表面に衝突して相当する質量の原子または分子を除去する。これにより機械的研磨では不可能な原子レベルでの超精密研磨加工が可能となる。
【０００４】
このようなイオンビーム技術を用いた具体的な研磨方法として、クラスタイオンビームによる超精密研磨加工方法がある（例えば、特許文献１参照。）。これはクラスタイオンビームのラテラルスパッタリング効果を利用したものであり、被加工物へ照射されたクラスタイオンは被加工物との衝突で壊れ、その際クラスタ構成原子または分子及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な方向の運動が顕著になる。その結果、被加工物表面の凸部が主に除去され、原子サイズでの平坦な超精密研磨が得られる。
【０００５】
また、薄膜磁気ヘッド装置及びその製造方法（例えば、特許文献２参照。）では、クラスタイオンビームを被加工物に照射して得る２次荷電粒子を検出することで被加工物の表面形状を観察している。この研磨加工の際には、観察像から特定した凸部に対して集中的にクラスタイオンビームを照射して平坦加工を行なうものである。イオンビームの照射範囲を選択することによりクラスタサイズより大きい形状の修正が可能となる。
【特許文献１】特許第３４５１１４０号公報
【特許文献２】特開２００３−２１７１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたような技術では、イオンビームを構成する１個の原子半径は数Å程度であり、これらの原子が数個から数千個集まったクラスタにおいてもそのサイズは数ｎｍ〜数十ｎｍ程度であるため、クラスタサイズ以下の微小面積に対しては面粗さの向上ができるが、それ以上の範囲の突起がある場合は形状を修正できないという問題点があった。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたような発明では、被加工物の表面に存在する突起に対してイオンビームを集中的に照射するため、イオンビームの照射面積を超える範囲の突起がある場合は形状の修正が困難であるという問題点があった。
【０００８】
これらの従来技術はいずれも被加工物表面に存在する微小な突起の除去を目的としたものであり、イオンビームの照射面積を超える範囲の突起を除去することはできない。この問題を解決するためにはイオンビームの照射位置と被加工物の表面を相対移動させる加工法が必要であるが、移動後の除去量の総和は単位時間当たりの除去形状の重ねあわせとなるので加工者が適切な加工条件を設定することは難しく、加工工程と測定工程の繰り返し回数が増えるために加工時間が膨大となると予想される。このため、イオンビームの照射位置と被加工物の表面を相対移動させる加工法において、所望の形状を得るための最適な加工条件を演算する方法が望まれている。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被加工物の表面に存在する突起の範囲がイオンビームの照射面積より大きい場合であっても、高い形状精度で形状を創成するための研磨加工シミュレーション方法、研磨加工方法、研磨加工プログラムおよび研磨加工シミュレーション装置を提供することを目的としている。
【００１０】
また、イオンビームの照射位置と被加工物の表面を相対移動させる加工方法において、所望の形状を得るために最適なイオンビームの照射条件を演算する研磨加工シミュレーション方法、研磨加工方法、研磨加工プログラムおよび研磨加工シミュレーション装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の研磨加工シミュレーション方法は、イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションする研磨加工シミュレーション方法であって、測定装置によって測定した上記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するために必要な上記被加工物の表面を除去する除去量を算出し、上記イオンビームの照射ドーズ量と上記イオンビームの照射により除去される上記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得し、上記取得した関係と上記イオンビームのプロファイルとに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出することを特徴とする。
【００１２】
これにより、被加工物の材料毎に照射ドーズ量に対する除去量の関係を求めることができるため、被加工物の材料に関わらず所望の形状を得るための最適な照射条件を演算することができる。また、イオンビームのプロファイルを用いて演算を行なうため、イオンビーム加工装置に起因するビーム断面方向のイオン密度の分布を考慮してイオンビームの研磨照射条件を最適化することができる。
【００１３】
ここで、上記照射ドーズ量に対する除去量の関係及びイオンビームのプロファイルをデータベースに格納して利用できることは言うまでもない。これにより、イオンビームの照射位置と被加工物の表面を相対移動させる加工法においても除去量を正確に制御することができ、被加工物表面の形状を所定の基準値以下に創成することができる。
【００１４】
なお、ここでいうイオンビームのプロファイルとは、例えばイオンビームの光軸と垂直方向の照射ドーズ量分布である。
また、本発明の研磨加工シミュレーション方法は、上記取得した上記関係と上記プロファイルとに基づいて、イオンビーム加工装置によるイオンビーム照射後の被加工物表面の形状を予測することが望ましい。
【００１５】
これにより、照射ドーズ量に対する除去量の関係とイオンビームのプロファイルを用いてイオンビーム照射後の被加工面の形状を演算するため、研磨加工後の面形状を高精度に予測することができる。そして、実研磨の前に研磨加工後の面形状を確認でき、研磨後の残差が所定の基準値を満たすか否かを判定できるので、残差の大きい研磨条件で実研磨されることを防止できる。また、研磨中の面形状の変化を演算することができるので、測定に要する時間を削減でき高精度にイオンビームの照射条件を演算する事ができる。
【００１６】
また、本発明の一態様によれば、本発明の研磨加工シミュレーション方法は、イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションする研磨加工シミュレーション方法であって、測定装置によって測定した上記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するために必要な上記被加工物の表面を除去する除去量を算出し、上記イオンビームの照射ドーズ量と上記イオンビームの照射により除去される上記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得し、イオンビーム加工装置がイオンビームを上記被加工物表面に照射して得られる除去形状を用いてイオンビームの除去照射条件を算出し、上記取得した関係と上記除去照射条件とに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出することを特徴とする。
【００１７】
イオンビームのプロファイルに代わり、イオンビームを被加工物表面に照射して得られる除去形状を用いているので、イオンビームのプロファイルを測定する機器を必要とせずに、所望の形状を得るための最適な照射条件を演算することができる。
【００１８】
また、本発明の研磨加工シミュレーション方法は、上記取得した関係と上記算出した除去照射条件とに基づいて、イオンビーム加工装置によるイオンビーム照射後の被加工物表面の形状を予測することが望ましい。
【００１９】
イオンビームのプロファイルに代わりに、イオンビームを被加工物表面に照射して得られる除去形状を用いてイオンビーム加工装置によるイオンビーム照射後の被加工物表面の形状を予測しているので、イオンビームのプロファイルを測定する機器を必要とせずに研磨加工後の面形状を高精度に予測することができる。
【００２０】
また、本発明の研磨加工シミュレーション方法は、上記除去量が、測定装置によって測定した上記被被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状との差分に基づいて算出することが望ましい。
【００２１】
また、本発明の一態様によれば、本発明の研磨加工方法は、イオンビームを用いて被加工物を研磨加工する研磨加工方法であって、上述の研磨加工シミュレーション方法により算出した研磨照射条件に従って、上記被加工物の研磨加工を行なうことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の一態様によれば、本発明の研磨加工シミュレーションプログラムは、イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションするコンピュータ実行可能な研磨加工シミュレーションプログラムであって、測定装置によって測定した上記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するために必要な上記被加工物の表面を除去する除去量を算出する除去量算出手順と、上記イオンビームの照射ドーズ量と上記イオンビームの照射により除去される上記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得する照射ドーズ量−除去量関係取得手順と、上記照射ドーズ量−除去量関係取得手順によって取得した上記関係と上記イオンビームのプロファイルとに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出する研磨照射条件算出手順とを実行させるための研磨加工シミュレーションプログラムである。
【００２３】
また、本発明の一態様によれば、本発明の研磨加工シミュレーションプログラムは、イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションするコンピュータ実行可能な研磨加工シミュレーションプログラムであって、測定装置によって測定した上記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するために必要な上記被加工物の表面を除去する除去量を算出する除去量算出手順と、上記イオンビームの照射ドーズ量と上記イオンビームの照射により除去される上記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得する照射ドーズ量−除去量関係取得手順と、イオンビーム加工装置がイオンビームを上記被加工物表面に照射して得られる除去形状を用いてイオンビームの除去照射条件を算出する除去照射条件算出手順と、上記照射ドーズ量−除去量関係取得手順によって取得した関係と上記除去照射条件算出手順によって算出した除去照射条件とに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出する研磨照射条件算出手順とを実行させるための研磨加工シミュレーションプログラムである。
【００２４】
また、本発明の一態様によれば、本発明の研磨加工シミュレーション装置は、イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションする研磨加工シミュレーション装置であって、測定装置によって測定した上記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するために必要な上記被加工物の表面を除去する除去量を算出する除去量算出手段と、上記イオンビームの照射ドーズ量と上記イオンビームの照射により除去される上記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得する照射ドーズ量−除去量関係取得手段と、上記照射ドーズ量−除去量関係取得手段によって取得した上記関係と上記イオンビームのプロファイルとに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出する研磨照射条件算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の一態様によれば、本発明の研磨加工シミュレーション装置は、イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションする研磨加工シミュレーション装置であって、測定装置によって測定した上記被加工物の表面形状と設計目標として予め入力された設計形状とに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するために必要な上記被加工物の表面を除去する除去量を算出する除去量算出手段と、上記イオンビームの照射ドーズ量と上記イオンビームの照射により除去される上記被加工物と同一の材料からなる被照射物の除去量との関係を取得する照射ドーズ量−除去量関係取得手段と、イオンビーム加工装置がイオンビームを上記被加工物表面に照射して得られる除去形状を用いてイオンビームの除去照射条件を算出する除去照射条件算出手段と、上記照射ドーズ量−除去量関係取得手段によって取得した関係と上記除去照射条件算出手段によって算出した除去照射条件とに基づいて、上記表面形状を上記設計形状に加工するための研磨照射条件を算出する研磨照射条件算出手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、光学素子又は光学素子成形用金型等の被加工物の研磨加工において、被加工物表面に存在する凸部がイオンビームの照射面積より大きい場合においても所望の設計形状を得るための研磨条件を精度良く演算することができる。
【００２７】
これにより、機械研磨と比較して形状精度の高精度化を図る事ができ、被加工物が光学素子または光学素子成形用金型の場合には、収差およびフレアー等がなく良好な光学特性を有する光学素子を提供することができる。
【００２８】
また、本発明によれば、イオンビームの照射位置と被加工物の表面を相対移動させる加工法においても、高精度に形状創成が可能な条件を演算できるため、測定と加工を繰り返す回数を低減して研磨加工に要する時間を大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明を適用した研磨加工システムの概要を説明するための図である。
【００３０】
図１において、研磨加工システム１００は、イオンビーム加工装置２０と、研磨加工シミュレーション装置３０と、測定装置４０と、材料データベース５０と、設計値データベース６０と、プロファイルデータベース７０とを備える。
【００３１】
研磨加工シミュレーション装置３０は、イオンビームを用いて被加工物を研磨加工するイオンビーム加工装置２０とおよび被加工物の表面を測定する測定装置４０と接続され、イオンビーム加工装置２０がイオンビームを用いて被加工物を研磨加工するための工程をシミュレーションする研磨加工シミュレーション方法を実行する。
【００３２】
また、研磨加工シミュレーション装置３０は、材料データベース５０と、設計値データベース６０と、プロファイルデータベース７０と接続されている。材料データベース５０は、被加工物材料の種類に応じて求めたイオンビームの照射ドーズ量に対する除去量との関係が格納され、設計値データベース６０は、設計目標として予め入力された被加工物の表面の設計形状を格納し、プロファイルデータベース７０は、イオンビーム加工装置から照射されるイオンビームのプロファイルを格納する。
【００３３】
図２は、イオンビーム加工装置の構成を示す図である。
図２において、イオンビーム加工装置２０にはイオンビーム２の発生源であるイオンビーム発生装置１が配設されている。この下流側にシャッター３を経てアパーチャ４が配設されており、イオンビーム発生装置１から出射したイオンビーム２を所望のスポット径に調整する。このアパーチャ４は板材に穴を開けるだけの簡単な構造なため、数十μｍ〜数十ｍｍまでスポット径を任意に且つ高精度に設定することができる。
【００３４】
アパーチャ４の下流側にはイオン電流を測定するビームプロファイルモニタ１４が配設されており、イオンビーム２の入射方向に対して垂直な平面のイオン密度分布を測定する。
【００３５】
ビームプロファイルモニタ１４は不図示の移動装置によって移動が可能であり、研磨加工中にはイオンビーム２の光軸を遮らないように移動する。
アパーチャ４の下流側には、被加工物としての自由曲面成形型５があり、その自由曲面として形成される表面５ａがイオンビーム２の入射方向に対して垂直になるように配設されている。自由曲面成形型５はイオンビーム２の入射方向と垂直なＸ軸ステージ６に搭載されていて、Ｘ軸ステージ６は図２の紙面に対して垂直方向（Ｘ方向）に移動可能である。また、Ｘ軸ステージ６はＹ軸ステージ７に搭載されていて、図２の紙面に対して上下方向（Ｙ方向）に移動可能である。Ｙ軸ステージ７は、ステージ保持部８に固定され、ステージ保持部８は回転自在可能な揺動ステージ９に搭載されている。揺動ステージ９はイオンビーム加工装置２０のベース１０に固設されている。
【００３６】
なお、自由曲面の形状ｄ（ｘ，ｙ）は、イオンビーム２の入射方向を自由曲面の軸（Ｚ軸）として周知のＸＹの多項式（式（１））で表すことができる。
【００３７】
【数１】
2006289371.tif 000003
【００３８】
………式（１）
Ｘ軸ステージ６、Ｙ軸ステージ７及び揺動ステージ９には不図示のサーボモータあるいはステッピングモータが搭載されており、制御手段としての制御部１５により制御自在となっている。このＸ軸ステージ６、Ｙ軸ステージ７及び揺動ステージ９とによって、移動手段が構成されている。
【００３９】
自由曲面成形型５は電流計測部１１と接続されており、イオンビーム２が照射されると電流値が流れて、ケーブル１２を介して電流計１３にて計測される。
図３は、第１の実施の形態における研磨加工シミュレーション処理の流れを示すフローチャートである。
【００４０】
超硬である自由曲面成形型５の表面５ａ（以下、加工面５ａと称する）を研磨加工して自由曲面形状を創成する例を用いて説明する。
まず、ステップＳ３１において、触針式の測定装置４０を用いて自由曲面成形型５の加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）を測定する。
【００４１】
図４は、自由曲面成形型の加工面の測定形状の一例を示す図である。
次に、図３のステップＳ３２において、ステップＳ３１で測定装置４０によって測定した自由曲面成形型５の加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）と設計目標として予め入力された設計形状ｄ（ｘ，ｙ）とに基づいて、上記加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）を上記設計形状ｄ（ｘ，ｙ）にするために必要な自由曲面成形型５の加工面５ａを研磨することによって除去する誤差ｅ（ｘ，ｙ）を算出する。
【００４２】
ここで、加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）と設計形状ｄ（ｘ，ｙ）との関係は下記の式（２）のように表され、誤差ｅ（ｘ，ｙ）を０に近づけることで形状精度を向上させることができる。
ｄ（ｘ，ｙ）＝ｆ（ｘ，ｙ）＋ｅ（ｘ，ｙ）  ………式（２）
図５は、加工面の形状ｆ（ｘ，ｙ）と設計形状ｄ（ｘ，ｙ）との関係（式（２））を説明するための図である。
【００４３】
図５において、（ａ）は測定装置４０によって測定した自由曲面成形型５の加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）を表し、（ｂ）は設計目標として予め入力された設計形状ｄ（ｘ，ｙ）を表し、（ｃ）は加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）を上記設計形状ｄ（ｘ，ｙ）にするために必要な自由曲面成形型５の加工面５ａを研磨することによって除去する誤差ｅ（ｘ，ｙ）を表す。
【００４４】
また、この測定によって加工面５ａに存在する凸部の水平断面の面積が判明するため、この凸部の面積よりも小さいアパーチャ４を選定してイオンビーム２のスポット径を設定する。
【００４５】
そして、図３のステップＳ３３において、ステップＳ３２で算出した誤差ｅ（ｘ，ｙ）が設計事項の規格以下か否かを判断する。規格以下であれば（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、本研磨加工シミュレーション処理を終了する。
【００４６】
他方、規格以下でなければ（ステップＳ３３：Ｎｏ）、ステップＳ３４において、イオンビーム２の照射条件を演算するために必要な実験データとして、照射ドーズ量に対する除去量の関係を取得する。具体的には、照射ドーズ量を１×１０16（ｉｏｎｓ／ｃｍ2）に固定しておき、加工面５ａの直前に配設したビームプロファイルモニタ１４によりイオンビーム２の光軸と垂直方向の断面における単位時間当たりのイオン密度分布Ｉ（ｘ，ｙ）を測定する。
【００４７】
図６は、ビームプロファイルモニタ１４により測定したビーム断面方向のイオン密度分布を示す図である。
次に、図３のステップＳ３５において、被加工物である自由曲面成形型５と同一材料の超硬な平面サンプル材料に対して、同一条件でイオンビーム２を照射して得られた除去形状を光学干渉式の深さ測定器を用いて測定する。
【００４８】
図７は、イオンビームを照射して得られる除去形状の一例を示す図である。
次に、図３のステップＳ３６において、ビーム照射条件を最適化する演算を行なう。具体的には、まず、前述のビームプロファイルモニタ１４により測定したイオン密度分布Ｉ（ｘ，ｙ）の平均値Ｉと得られた除去形状の平均値ｇとから、上記平面サンプル材料における照射ドーズ量と除去量との関係式として式（３）を得る。なお、式（３）において定数kは被加工物の材料などによって決まる比例定数である。
ｇ＝ｋ・Ｉ  ………式（３）
さらに、加工面５ａにおいてイオンビーム２を照射位置（ｘ，ｙ）に対して時間ｔ（ｘ，ｙ）で照射すると、除去量δ（ｘ，ｙ）は、下記の式（４）の重畳積分で表される。式（４）において、ｇ（ｘ，ｙ）はイオンビーム２を照射して得られる単位除去形状である。
【００４９】
【数２】
2006289371.tif 000004
【００５０】
………式（４）
式（２）から加工面５ａにおいて所望の形状を得るために必要な除去形状はｄ（ｘ，ｙ）−ｆ（ｘ，ｙ）で表され、式（３）から単位除去形状ｇ（ｘ，ｙ）はｋ・Ｉ（ｘ，ｙ）で表される。これらと式（４）とから次式の式（５）を得る。
【００５１】
【数３】
2006289371.tif 000005
【００５２】
………式（５）
そして、式（５）を満たす加工面５ａ上の各位置におけるイオンビーム２の照射時間分布ｔ（ｘ，ｙ）を周波数領域において演算する。
【００５３】
最後に、ステップＳ３７において、前述の演算により決定したイオンビームの照射条件に基づいて研磨加工を行った後に、ステップＳ３１に戻り、加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）と設計形状ｄ（ｘ，ｙ）との関係を示した式（２）における誤差ｅ（ｘ，ｙ）が規格以下になるまで以降の処理を繰り返す。
【００５４】
図８は、研磨加工方法を説明するための図である。
まず、予め加工面５ａ上の加工開始点Ａを定めておき、イオンビーム２が自由曲面成形型５のＡ地点近傍に照射できるようＸ軸ステージ６及びＹ軸ステージ７を移動する。その後、制御部１５によりシャッター３を制御してイオンビーム２を決められた時間だけ照射する。自由曲面成形型５の形状創成を行なうため、Ｘ軸のプラス方向にイオンビーム２が走査されるようにＸ軸ステージ６を移動させ、イオンビーム２の照射を行なう。このとき、前述したように、凸部の高さと位置が事前の測定から把握されており、イオンビーム２を照射する際は上記演算から決定した各位置毎の照射時間を設定して、イオンビーム２を照射する。
【００５５】
次に、Ｘ軸方向が完了すると、Ｙ軸のプラス方向にイオンビーム２が走査されるようにＹ軸ステージ7を移動させ、図９に示すように、イオンビーム２が自由曲面成形型表面５ａに対してラスター走査を行なうように、このサイクルを繰り返して行い、自由曲面成形型５の全面の形状創成を行なう。
【００５６】
なお、本第１の実施の形態においては、シャッター３により制御されるイオンビーム２の照射時間を用いて照射ドーズ量を制御しているが、これと同様にソースガス流量やイオン加速電流を制御する方法を用いてもよい。
【００５７】
本第１の実施の形態によれば、イオンビーム２の断面方向のプロファイルと照射ドーズ量に対する除去量の関係とを用いて照射条件を演算するため、イオンビーム２の照射位置と被加工物である自由曲面成形型５の加工面５ａを相対移動させる加工法においても除去量を正確に制御することができる。これにより、照射ビームの照射面積に対して加工面５ａに存在する凸部の範囲が大きい場合においても自由曲面成形型５を所定の形状精度以下に創成することが可能である。
【００５８】
次に、第２の実施の形態を説明する。
第２の実施の形態の基本的な構成及び作用は、第１の実施の形態と同様である。
図１０は、第２の実施の形態における研磨加工シミュレーション処理の流れを示すフローチャートである。
【００５９】
第１の実施の形態と同様、超硬である自由曲面成形型５の加工面５ａを研磨加工して自由曲面形状を創成する例を用いて説明する。さらに、第２の実施の形態では、より微小な凸部を修正するために、演算を複数回行なうとともにその際に、加工面５ａ上に存在する凸部の面積に応じて開口径の異なるアパーチャ４を選択する。このアパーチャ４は板材に穴を開けるだけの簡単な構造なため、数十μｍ〜数十ｍｍまでスポット径を任意に且つ高精度に設定することができる。
【００６０】
まず、ステップＳ１０１において、触針式の測定装置４０を用いて自由曲面成形型５の加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）を測定する（第１の実施の形態のステップＳ３１と同様）。
【００６１】
次に、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で測定装置４０によって測定した自由曲面成形型５の加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）と設計目標として予め入力された設計形状ｄ（ｘ，ｙ）とに基づいて、上記加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）を上記設計形状ｄ（ｘ，ｙ）にするために必要な自由曲面成形型５の加工面５ａを研磨することによって除去する誤差ｅ（ｘ，ｙ）を算出する（第１の実施の形態のステップＳ３２と同様）。
【００６２】
そして、ステップＳ１０３において、ステップＳ１０２で算出した誤差ｅ（ｘ，ｙ）が設計事項の規格以下か否かを判断する。規格以下であれば（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、本研磨加工シミュレーション処理を終了する。
【００６３】
他方、規格以下でなければ（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ステップＳ１０４において、イオンビーム２の照射条件を演算するために必要な実験データとして、被加工物である自由曲面成形型５と同一材料の平面サンプルを用いて照射ドーズ量に対する除去量の関係を取得する。アパーチャ４の開口径を数十μm程度に設定した場合、ビームプロファイルモニタ１４はイオン密度分布を測定するために十分な分解能を持たないので、ここではイオンビームのプロファイルに代わってイオンビーム２を照射して得られる除去形状をアパーチャ４の開口径毎に測定する。
【００６４】
また、ステップＳ１０５において、照射ドーズ量と除去量との関係を得るために、照射ドーズ量を１×１０17（ｉｏｎｓ／ｃｍ2）に固定しておき、シャッター３によって制御されるイオンビーム２の照射時間を変化させて得られた除去形状を形状測定器により測定する。
【００６５】
ここで、図１１に示すようにイオンビームの照射ドーズ量に対する除去量の関係を最小自乗法により近似する。一般に照射ドーズ量と照射時間の関係は下記の式（６）で与えられるので、図１１と式（６）とから、照射時間に対する除去量を演算する。
【００６６】
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）  ………式（６）
次に、ステップＳ１０６において、すなわち、イオンビーム２の照射条件を最適にすべく演算する工程では、加工面５ａに存在する凸部の水平断面の面積よりも小さい開口径を持つアパーチャ４を選定する。ここでは、開口径φ１ｍｍのアパーチャ４を選定し、照射時間を５秒に設定した時の除去形状を基準除去形状ｇt=5（ｘ，ｙ）として、式（４）、式（６）及び図１１から得られるイオンビーム２の照射時間に対する除去量の関係とからイオンビーム２の照射時間分布ｔn=1（ｘ，ｙ）を演算する。
【００６７】
そして、ステップＳ１０７において、演算した照射時間分布ｔn=1（ｘ，ｙ）と式（４）とから、研磨加工後の加工面５ａの形状ｆn=1（ｘ，ｙ）を演算する。続いて、ステップＳ１０８において、この演算による形状ｆn=1（ｘ，ｙ）と設計形状ｄ（ｘ，ｙ）との形状誤差が設計事項の規格以下か否かを判断し、規格以下であれば（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）本研磨加工シミュレーション処理を終了してステップＳ１０９に移るが、規格以下でなければ（ステップＳ１０８：Ｎｏ）ステップＳ１０６に戻り、形状ｆn=1（ｘ，ｙ）に存在する凸部の面積に基づいて第１回目で選定した開口径よりも小さいアパーチャ４の開口径であるφ０．１ｍｍに設定して、イオンビーム２の照射時間分布ｔn=2（ｘ，ｙ）を演算する。この演算結果により、再度ステップＳ１０７において研磨加工後の加工面の形状を予測する演算をして、形状誤差を設計事項の規格以下にする。なお形状誤差が設計事項の規格以下でなければ、ステップＳ１０６からステップＳ１０８の処理を繰り返す。
【００６８】
次にステップＳ１０９において、前述のステップＳ１０６およびステップＳ１０７の演算により決定したイオンビームの照射時間分布ｔn=1（ｘ，ｙ）およびｔn=2（ｘ，ｙ）に基づいて順次研磨加工を行なう。ステップＳ１０９の具体的な加工方法は第1の実施の形態と同様である。
【００６９】
この後、ステップＳ１０１に戻って形状測定を行ない、加工面５ａの形状ｆ（ｘ，ｙ）と設計形状ｄ（ｘ，ｙ）との関係式を示した式（２）における誤差ｅ（ｘ，ｙ）が規格以下になるまで以降の処理を繰り返す。
【００７０】
また、本第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様、シャッター３により制御されるイオンビーム２の照射時間を用いて照射ドーズ量を制御しているが、これと同様にソースガス流量やイオン加速電流を制御する方法を用いてもよい。
【００７１】
本第２の実施の形態によれば、加工面５ａ上に存在する凸部の面積に応じて開口径の異なるアパーチャ４を選択するため、第１の実施の形態と比較してより微小な面積の凸部を修正することができる。また、最初に除去能力の高い大開口径のアパーチャ４を用いて研磨加工するため、小開口径のアパーチャ４のみで研磨加工した場合に比べて加工時間を大幅に短縮することができる。さらに、研磨加工後の面形状を予測する演算を行なうことで、実測定を必要とせずに照射条件の演算を複数回実施することができる。
【００７２】
また、イオンビーム２のプロファイルに代わってイオンビーム２による除去形状を用いて演算を行なうため、ビームプロファイルモニタの装置を必要とせずに研磨加工シミュレーションを実施できる。
【００７３】
以上、本発明の各実施の形態を、図面を参照しながら説明してきたが、本発明が適用される研磨加工シミュレーション装置は、その機能が実行されるのであれば、上述の各実施の形態等に限定されることなく、単体の装置であっても、複数の装置からなるシステムあるいは統合装置であっても、ＬＡＮ、ＷＡＮ等のネットワークを介して処理が行なわれるシステムであってもよいことは言うまでもない。
【００７４】
また、バスに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭのメモリ、入力装置、出力装置、外部記録装置、媒体駆動装置、可搬記録媒体、ネットワーク接続装置で構成されるシステムでも実現できる。すなわち、前述してきた各実施の形態のシステムを実現するソフトェアのプログラムコードを記録したＲＯＭやＲＡＭのメモリ、外部記録装置、可搬記録媒体を、研磨加工シミュレーション装置に供給し、その研磨加工シミュレーション装置のコンピュータがプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００７５】
この場合、可搬記録媒体等から読み出されたプログラムコード自体が本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記録した可搬記録媒体等は本発明を構成することになる。
【００７６】
プログラムコードを供給するための可搬記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリーカード、ＲＯＭカード、電子メールやパソコン通信等のネットワーク接続装置（言い換えれば、通信回線）を介して記録した種々の記録媒体などを用いることができる。
【００７７】
また、コンピュータがメモリ上に読み出したプログラムコードを実行することによって、前述した各実施の形態の機能が実現される他、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現される。
【００７８】
さらに、可搬型記録媒体から読み出されたプログラムコードやプログラム（データ）提供者から提供されたプログラム（データ）が、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によっても前述した各実施の形態の機能が実現され得る。
【００７９】
すなわち、本発明は、以上に述べた各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成または形状を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明を適用した研磨加工システムの概要を説明するための図である。
【図２】イオンビーム加工装置の構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における研磨加工シミュレーション処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】自由曲面成形型の加工面の測定形状の一例を示す図である。
【図５】加工面の形状ｆ（ｘ，ｙ）と設計形状ｄ（ｘ，ｙ）との関係（式（２））を説明するための図である。
【図６】ビームプロファイルモニタにより測定したビーム断面方向のイオン密度分布を示す図である。
【図７】イオンビームを照射して得られる除去形状の一例を示す図である。
【図８】研磨加工方法を説明するための図である。
【図９】自由曲面成形型におけるイオンビームの走査方法を説明すための図である。
【図１０】第２の実施の形態における研磨加工シミュレーション処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】イオンビームの照射時間と除去量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１      イオンビーム発生装置
２      イオンビーム
３      シャッター
４      アパーチャ
５      自由曲面成形型
５ａ    自由曲面成形型表面（加工面）
６      Ｘ軸ステージ
７      Ｙ軸ステージ
８      ステージ保持部
９      揺動ステージ
１０    ベース
１１    電流計測部
１２    ケーブル
１３    電流計
１４    ビームプロファイルモニタ
１５    制御部
２０    イオンビーム加工装置
３０    研磨加工シミュレーション装置
４０    測定装置
５０    材料データベース
６０    設計値データベース
７０    プロファイルデータベース
１００  研磨加工システム
【図１】
2006289371.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図５】
2006289371.tif 000009
【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４】
2006289371.tif 000014
【図６】
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【図７】
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