(57)【要約】【課題】  比較的大面積の被加工物の表面に存在する突起を効率良く除去して形状創成を行うことが可能な技術を提供する。【解決手段】  成形型等の被加工物の形状を実測するとともに（工程Ｓ１）、異形アパーチャの形状と除去形状の関係の実験データを取得する（工程Ｓ２）。そして、目標形状と実測形状の差分から必要除去量を設定し（工程Ｓ３）、工程Ｓ２の実験データと工程Ｓ３で得られた必要除去量に基づいて、加工に必要な照射時間を演算して（工程Ｓ４）、異形アパーチャを用いてガスクラスターイオンビーム加工を開始し（工程Ｓ５）、必要に応じて異形アパーチャを交換しながら（工程Ｓ６）ガスクラスターイオンビームを照射して被加工物における形状創成を行う（工程Ｓ７）。【選択図】  図１
2006241550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に荷電粒子ビームを照射して加工する荷電粒子ビーム加工方法であって、
前記被加工物の表面形状の情報を得る第１工程と、
前記表面形状に応じた開口部を有するアパーチャを準備する第２工程と、
前記アパーチャを通して前記荷電粒子ビームを前記被加工物に照射する第３工程と、
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２】
請求項１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、さらに、前記荷電粒子ビームの照射時間と前記被加工物における加工量との相関関係情報を実測し、
前記第３工程では、さらに、前記相関関係情報と、前記被加工物の前記表面形状および目標加工形状とに基づいて前記荷電粒子ビームの照射時間を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３】
請求項１記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記第３工程では、前記アパーチャの開口部の形状にて、前記被加工物における加工範囲を制御し、前記荷電粒子ビームの照射時間にて加工深さを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４】
請求項１記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記第３工程では、さらに、前記被加工物の前記荷電粒子ビームに対する相対的な回転変位を与えることを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記第３工程では、さらに、前記アパーチャに対して前記被加工物を相対的に回転させ、前記被加工物の回転方向に前記アパーチャに形成された複数の前記開口部および当該開口部間に位置する遮蔽部との面積比を変化させることで前記被加工物における加工深さを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６】
請求項１記載の荷電粒子ビーム加工方法において、
前記荷電粒子ビームは、ガスクラスターイオンビーム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７】
被加工物の表面に対してガスクラスターイオンビームを照射して形状創成および／または研磨を行う超精密研磨方法であって、
種々の開口形状を有するアパーチャに前記ガスクラスターイオンビームを通してビーム形状を形成し、前記アパーチャの前記開口形状を順次変更しながら照射時間を制御して前記被加工物の表面の形状創成および／または研磨を行うことを特徴とする超精密研磨方法。
【請求項８】
請求項７記載の超精密研磨方法において、
前記被加工物の表面形状と前記被加工物の目標形状との形状差および前記ガスクラスターイオンビームの照射時間に対する除去形状のデータに基づいて前記被加工物の表面位置に対する前記ガスクラスターイオンビームの照射時間を算出する工程と、
算出された前記照射時間に基づいて前記ガスクラスターイオンビームの照射時に用いる前記アパーチャを変更することにより前記被加工物の表面の形状創成および／または研磨を行う工程と、
を含むことを特徴とする超精密研磨方法。
【請求項９】
被加工物の表面に対してガスクラスターイオンビームを照射して形状創成および／または研磨を行う超精密研磨方法であって、
アパーチャに前記ガスクラスターイオンビームを通してビーム形状を形成する際に前記アパーチャの開口形状を制御して前記被加工物の表面の形状創成および／または研磨を行うことを特徴とする超精密研磨方法。
【請求項１０】
請求項９記載の超精密研磨方法において、
前記被加工物の表面形状と前記被加工物の目標形状との形状差および前記ガスクラスターイオンビームの照射時間に対する除去形状のデータに基づいて前記被加工物に対するガスクラスターイオンビームの照射時間を算出する工程と、
算出された前記照射時間に基づいて前記アパーチャの前記開口形状を作製して前記ガスクラスターイオンビームを前記被加工物の表面に一様に照射することにより前記被加工物の表面の形状創成および／または研磨を行う工程と、
を含むことを特徴とする超精密研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム加工技術および超精密研磨技術に関し、特に、たとえば光学素子を成形するための成形型等の被加工物表面を加工および／または研磨するために用いる超精密研磨／加工技術等に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レンズ等の光学素子には回転軸対称の球面レンズや非球面レンズ等があり、これらを大量生産するためには成形型を使用したプレス成形や射出成形等が有力な加工手段となっている。この場合、成形型によって成形されたレンズの形状精度が悪いと、レンズが組み込まれたカメラ等の光学機器に収差が発生するため、光学機器としては機能が低下する。また、成形型の面粗さが粗面の場合には、成形後のレンズの面粗さも大きくなり、光学機器にフレアーが発生する。このようにレンズの成形においては、レンズの加工精度が重要になっているが、レンズの加工精度を左右するのは、レンズに転写される成形型の表面の形状精度である。
【０００３】
特許文献１に示す従来技術には、成形型等の被加工物の表面に対して、ガスクラスターイオンビームを照射することにより、その表面を超精密研磨する方法が開示されている。ガスクラスターイオンビームは被加工物に照射されることによる被加工物との衝突によって壊れ、その際に、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、被加工物の表面に対して水平方向への運動が顕著となる。これにより、被加工物の表面における突起が主に削られ、原子サイズでの平坦な超精密研磨が可能となるものである。
【０００４】
また、特許文献２に示す従来技術では、磁気へツド素子部の加工工程を備えた薄膜磁気へツド装置の製造方法であって、静電レンズを用いてクラスターイオンビームを集束させて磁気へツド部素子部に照射して得られる２次荷電粒子を２次荷電粒子検出器にて検出して、それを２次荷電粒子像として観察し、観察像から特定した凸部に対して、集中的に集束されたクラスターイオンビームを照射して平坦化を行うものである。
【０００５】
特許文献１の技術では、ガスクラスターイオンビームを構成する１個の原子半径は数Åであり、これの原子が数百〜数千個集まったクラスターであってもクラスターサイズは数ｎｍ〜数十ｎｍレベルのサイズであるため、極小面積に対しては面粗さの向化を図れるが金型の全体形状を創成することができないという技術的課題がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載の技術では、金型の全体形状を創成するために集束されたクラスターイオンビームにて突起を選択的に除去する方法があるが、ビーム径がミクロン台であるため、カメラのような外径が１０ｍｍ以上のレンズ用金型の形状を修正する際は、金型全体の面積に対して突起除去加工面積の占める割合が小さく加工時間が膨大となりコストアップになる。
【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】
【０００７】
本発明は、比較的大面積の被加工物の表面に存在する突起を効率良く除去して、低コストにて形状創成を行うことが可能な技術を提供することを目的とする。
また、本発明は、被加工物の形状創成を行う加工プロセスにおいて、ガスクラスターイオンビームの加工原理を利用することにより、極小面積における面粗さを向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、レンズ等の光学素子の成形に用いられる成形型を高精度に加工し、収差およびフレアー等の誤差の無い高品質の光学素子を製造可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、被加工物に荷電粒子ビームを照射して加工する荷電粒子ビーム加工方法であって、
前記被加工物の表面形状の情報を得る第１工程と、
前記表面形状に応じた開口部を有するアパーチャを準備する第２工程と、
前記アパーチャを通して前記荷電粒子ビームを前記被加工物に照射する第３工程と、
を含む荷電粒子ビーム加工方法を提供する。
【００１０】
本発明の第２の観点は、被加工物の表面に対してガスクラスターイオンビームを照射して形状創成および／または研磨を行う超精密研磨方法であって、
種々の開口形状を有するアパーチャに前記ガスクラスターイオンビームを通してビーム形状を形成し、前記アパーチャの前記開口形状を順次変更しながら照射時間を制御して前記被加工物の表面の形状創成および／または研磨を行う超精密研磨方法を提供する。
【００１１】
本発明の第３の観点は、被加工物の表面に対してガスクラスターイオンビームを照射して形状創成および／または研磨を行う超精密研磨方法であって、
アパーチャに前記ガスクラスターイオンビームを通してビーム形状を形成する際に前記アパーチャの開口形状を制御して前記被加工物の表面の形状創成および／または研磨を行う超精密研磨方法を提供する。
【００１２】
本発明によれば、被加工物の表面位置に応じて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時間および／またはアパーチャの形状を制御して加工や研磨を行うため、被加工物の形状精度を高精度化することができると共に、被加工物の面粗さを向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、比較的大面積の被加工物の表面に存在する突起を効率良く短時間に除去して、低コストにて形状創成を行うことが可能となる。
また、被加工物の形状創成を行う加工プロセスにおいて、ガスクラスターイオンビームの加工原理を利用することにより、極小面積における面粗さを向上させることが可能となる。
【００１４】
また、レンズ等の光学素子の成形に用いられる成形型を高精度に加工し、収差およびフレアー等の誤差の無い高品質の光学素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の荷電粒子ビーム加工方法および超精密研磨方法の作用の一例を示すフローチャートである。図２は、本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法および超精密研磨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３Ａ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の一部を取り出して示す平面図、図３Ｂ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の一部を取り出して示す断面図である。
【００１６】
図２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は、ソース部１と、差動排気部２とイオン化部３との３つのチャンバーによって構成されていると共に、後述のような制御動作を行う制御部１００に接続されている。
【００１７】
これらのチャンバー内においては、ガスクラスターイオンビーム照射前の準備として不純物ガス、水、酸素および窒素等を極力排除する必要があり、このため不図示のポンプにより所望の真空度まで減圧されるようになっている。
【００１８】
ソース部１の内部には、ノズル部４およびスキマー５が配置される。ノズル部４には不図示のガスボンベから０．６〜１．０ＭＰａ程度の高圧ガスを供給される。このガスとしては、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、炭酸ガスあるいは２種以上を混合したガスを用いることができる。このような高圧ガスが超音速でノズル部４から噴出する瞬間の断熱膨張によってガスクラスターイオンが生成され、次に、スキマー５を通過してガスクラスターイオンのビーム径を整えられる。
【００１９】
差動排気部２には、ガスクラスターイオンビーム１０を開閉するシャッター１８が配設されている。ソース部１を出た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、差動排気部２を経由してイオン化部３に入り、イオン化部３内のタングステンフィラメント６の熱電子の衝突によってイオン化される。従って、ガスクラスターイオンを生成するノズル部４および熱電子の衝突によってイオン化を行うタングステンフィラメント６とによって照射手段が構成される。
【００２０】
ガスクラスターイオンビーム１０は、次に加速電極７により加速される。このガスクラスターイオンビーム１０の断面径は通常、数〜数十ｍｍ程度あり、以下に示す異形アパーチャ１１にてガスクラスターイオンビーム１０のビーム形状が形成される。
【００２１】
前記加速電極７の下流側には、アパーチャホルダー８に異形アパーチャ１１が配設されている。異形アパーチャ１１は、ガスクラスターイオンビーム１０を所望のビーム形状に形成するものである。この異形アパーチャ１１は板材３０に窓穴３１を開けるだけの簡単な構造であり、レーザ加工、プレス加工、ワイヤ放電加工、機械加工等にて任意形状に且つ高精度に容易に作製することができる。アパーチャホルダー８の下流側には、被加工物として成形型１２あるいは除去形状のデータ取得用の平面サンプル１２ａが配設されている。
【００２２】
アパーチャホルダー８は芯出しアパーチャ９が高精度位置に交換できるように加工精度で保証されている。成形型１２の近傍には電流計測部１９が配設されており、芯出しアパーチャ９を通してガスクラスターイオンビーム１０が照射されると電流が流れて、ケーブル２０を介して電流計２１にて計測される。電流計測部１９を詳しく説明したものが図３Ａおよび図３Ｂである。電流計測部１９では、外周部には中空のセラミックス等の絶縁体２３が配設しており、この絶縁体２３の中心部に円柱状の導電体２２が嵌合されている。導電体２２からは電流を通すためのケーブル２０が接続されている。導電体２２の径は、芯出しアパーチャ９の穴径と同等にすることが望ましい。
【００２３】
この成形型１２はガスクラスターイオンビーム１０の入射方向と平方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１３に搭載されていて、回転ステージ１３は紙面に対して前後方向に移動可能なＸ軸ステージ１４に搭載されている。回転ステージ１３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、自在に制御が可能である。Ｘ軸ステージ１４は不図示のネジにて手動微調整が可能である。または、サーボモータあるいはステッピングモータで自動駆動させて微調整が可能である。
【００２４】
また、ガスクラスターイオンビーム１０の高さ位置については、Ｘ軸ステージ１４のＸ軸に対して垂直なＹ軸方向に位置調整ができるＹ軸ステージ１５で調整し、このＹ軸ステージ１５がＸ軸ステージ１４の側面に固設されている。Ｙ軸ステージ１５は不図示のネジにて手動微調整が可能である。または、サーボモータあるいはステッピングモータで自動駆動させて微調整が可能である。
【００２５】
上述の回転ステージ１３とＸ軸ステージ１４とＹ軸ステージ１５は、ブラケット１６に搭載されており、このブラケット１６は本装置のベース１７に固設されている。
制御部１００は、ガスクラスターイオンビーム加工装置の全体の動作を制御するとともに、回転ステージ１３、Ｘ軸ステージ１４、Ｙ軸ステージ１５、電流計２１、形状測定器１０１等を制御して、成形型１２の表面形状の実測データの収集、試し加工によるガスクラスターイオンビーム１０のドーズ量と加工深さの関係データの収集を行う。
【００２６】
形状測定器１０１は、成形型１２の表面形状を測定し、そのデータを制御部１００に送れるようになっている。
また、制御部１００は、目標の加工形状と加工前の実測形状の差分に基づいて、必要なガスクラスターイオンビーム１０の照射ドーズ量を算出する算出手段としての算出部１０２と、算出結果を記憶し、加工時に参照させるための記憶部１０３を有しており、成形型１２の加工形状や加工量に応じたガスクラスターイオンビーム１０の照射時間を設定および制御することができる。
【００２７】
以下、本実施の形態の作用の一例について説明する。
以上のような構成のガスクラスターイオンビーム加工装置による成形型１２の加工を行う前に必要な準備について説明する。
【００２８】
照射位置が動かない状態のガスクラスターイオンビーム１０と成形型１２の中心位置を合わせる。やり方としてはアパーチャホルダー８に芯出しアパーチャ９を取り付けて、シャッター１８を開いてガスクラスターイオンビーム１０を照射し、Ｘ軸ステージ１４とＹ軸ステージ１５を移動させながら電流計測部１９に当たるように概略設定する。電流計測部１９にガスクラスターイオンビーム１０が照射されると電流計２１の電流値が大きくなっていくので、Ｘ軸ステージ１４とＹ軸ステージ１５を微調整しながらピーク値を設定し、このピーク値が機械原点位置になり、この基準位置を元に成形型１２の中心位置をガスクラスターイオンビーム１０の軸に合わせる。
【００２９】
次に、ガスクラスターイオンビーム加工装置による成形型１２の加工工程を図１のフローチャート等を用いて説明する。
工程Ｓ１として、まず図２に示す形状測定器１０１を用い、加工する成形型１２の表面位置に対する突起高さを測定する。図４は、測定した突起高さの一例を示し、目標形状をフラットとして回転軸対称に凹凸形状になっている。最も高い部位と最も低い部位の高低差は約０．２μｍであり、これを形状精度ＰＶ（ｐｅａｋ  ｔｏ  ｖａｌｌｅｙ）値と設定している。このＰＶ値を小さくすることが、この場合、形状精度を向上（設計値からの誤差を小さくする）させることである。
【００３０】
工程Ｓ２として、突起を除去するために必要な除去形状の実験データをあらかじめ把握しておく。例えば図５に示すように、窓穴３１の幅Ｗが約２０００μｍ、直径Ｄであるリング状の異形アパーチャ１１を用いる。リング状の窓穴３１を得る場合、Ｂ部のような細いブリッジ３２ａを設けることによりＡ部のような円形の遮蔽部３２を保持することができる。このような特殊形状を有する異形アパーチャ１１を用いて照射ドーズ量を３×１０16（ｉｏｎｓ／ｃｍ２）に固定しておき、回転ステージ１３を一定速度で回転させながら平面サンプル１２ａに照射して除去形状を取得する。計測方法は触針式の形状測定器（フォームタリサーフ）にて計測を行い、この断面データを図６に示すように基準の除去形状として設定する。すなわち、異形アパーチャ１１における窓穴３１の存在により、成形型１２上には、窓穴３１と同径の直径Ｄで幅Ｗ、深さＨ３１の円形の溝が加工されることになる。
【００３１】
さらに、照射ドーズ量を６×１０16（ｉｏｎｓ／ｃｍ２）と９×１０16（ｉｏｎｓ／ｃｍ２）に増やしたデータを取得する。その結果の一例を図７の線図に示す。この図７に示すように照射ドーズ量に対する加工痕深さは線形であることの確認ができたので、照射ドーズ量の大小によって、除去形状が相似倍的に変化することが言える。すなわち、以下の（１）式に示すように、照射時間と照射ドーズ量は常に比例関係にあるので照射時間の大小によって、除去形状が相似倍的に変化することも言える。
【００３２】
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）
さらに、図８に示すように、異形アパーチャ１１の窓穴３１の位置（直径Ｄ、幅Ｗ、等）を径方向に変更したものを複数種作製して、各々において上記と同様に除去形状を取得する。成形型１２の中心部の突起を除去するために異形アパーチャ１１の中心部に関しては、図９に示すようにリング状ではなく直径Ｄの真円の窓穴３１になることもある。
【００３３】
また、真円の窓穴３１の大きさ（直径Ｄ）を任意に設定できるように、図１０に示すように複数の絞り羽４１により可変できる異形アパーチャ１１ａを使用することも可能である。また、窓穴３１の幅Ｗが約２０００μｍではなく、図１１に示すように窓穴３１の幅Ｗ１の狭い（幅Ｗ１＜Ｗ）、異形アパーチャ１１を使用して幅の狭い突起を除去したり、あるいは図１２に示すように窓穴３１の幅Ｗ２の広い（Ｗ２＞Ｗ）、異形アパーチャ１１を使用して幅の広い突起を除去することも可能である。
【００３４】
工程Ｓ３として、予め記憶部１０３に記憶されている成形型１２の目標形状と形状測定器１０１の測定結果により得られた成形型１２の加工前の突起高さおよび突起の径位置の点列データを使用して、径位置における必要除去量を設定する。
【００３５】
工程Ｓ４として、工程Ｓ３で得られた必要除去量と工程Ｓ２で取得した除去形状データとを算出部１０２にて算出して径位置における照射時間を演算する。
工程Ｓ５として、研磨を行う加工方法の実際について説明すると、まず成形型１２に存在する突起位置に対して同位置に窓穴３１があいてある異形アパーチャ１１をアパーチャホルダー８に取り付けて、シャッター１８を開けてガスクラスターイオンビーム１０を異形アパーチャ１１に通して照射を行う。このときに成形型１２に対して均一に照射を行うために回転ステージ１３を常時一定回転させておく。上記の図４等で説明したように、成形型１２の突起の高さは事前に測定済みであり、ガスクラスターイオンビーム１０を照射する際は突起を除去するのに必要な分だけのガスクラスターイオンビーム１０を照射する。
【００３６】
工程Ｓ６として、照射が完了すると次に除去をしたい突起位置に対応した同じ位置に窓穴３１が開口している別の異形アパーチャ１１に交換して同様にガスクラスターイオンビーム１０の照射を行い、このサイクルを順次繰り返し、工程Ｓ７として成形型１２の全面の形状創成を効率的に行う。また、この加工に使用する異形アパーチャ１１の交換する順番は任意で構わない。
【００３７】
このような加工プロセスにて成形型１２の形状創成を行うことにより、図４に示すような形状創成（加工）前の形状に対して、図１３に示すように、形状創成後は形状を修正（この場合、平坦化）することが可能となり、ＰＶ値を、約０．２μｍから約０．０５μｍ以下にすることができる。
【００３８】
この実施の形態では、形状創成を行うプロセスにおいて、ガスクラスターイオンビーム１０の加工原理を利用して、極小面積における面粗さを向上させることができる。すなわち、ガスクラスターイオンは原子あるいは分子が緩く結合された状態であり、ガスクラスターイオンが被加工物である成形型１２に衝突した場合、ガスクラスターイオンが飛散してガスクラスターイオンによりはじき飛ばされた成形型１２の粒子が水平方向に飛散して堆積される。その結果、面粗さを向上させることが可能となるラテラルスパッタリング効果を利用できる。
【００３９】
このような実施の形態によれば、事前に測定した成形型１２の突起の高さおよび位置のデータに基づき、種々の窓穴３１の形状を有する一つまたは複数の異形アパーチャ１１を用いたガスクラスターイオンビーム１０の照射による加工プロセスにより、成形型１２の突起を選択的に除去する。このため、成形型１２の形状精度の向上を図ることができる。
【００４０】
また、異形アパーチャ１１に開口した窓穴３１等の面積を大きくするだけで、成形型１２における任意の大きさの広い範囲を一度に加工することができ、成形型１２の製造工程におけるスループットの向上による低コスト化を実現できる。
【００４１】
また、ガスクラスターイオンビーム加工の加工原理を用いることにより、成形型１２の極小面積における面粗さを向上させることも可能となる。
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法および超精密研磨方法について説明する。用いられるガスクラスターイオンビーム加工装置の構成は、上述の実施の形態１と同様である。
【００４２】
図１４は、本実施の形態２にて使用される異形アパーチャ１１の変形例を示す平面図、図１５は、その作用を示す線図、図１６は、本実施の形態２にて使用される異形アパーチャ１１のさらに他の変形例を示す平面図、図１７は、本実施の形態２の作用を説明するフローチャートである。
【００４３】
この実施の形態２では、工程Ｓ１〜工程Ｓ４までは上述の実施の形態１と同様であるが、工程Ｓ８〜工程Ｓ１１が異なっている。この場合、成形型１２の異形アパーチャ１１に対する相対的な回転による回転方向における開口部と遮蔽部の面積比を変化させることで、ガスクラスターイオンビーム１０の成形型１２に対する実効的な照射ドーズ量を変化させて、ガスクラスターイオンビーム１０の照射領域における加工深さを制御するものである。
【００４４】
図１７のフローチャートを用いて、実施の形態１と異なる本実施の形態２の作用を説明する。
工程Ｓ８について以下に説明する。実施の形態１の（１）式に示すように、ガスクラスターイオンビーム１０の照射ドーズ量と照射面積の関係は反比例の関係にある。図１４のＣ部に示すように、窓穴３１の内側に、同心円状にブリッジ３４（遮蔽部）の数を増やした窓穴３３を形成して、実施の形態１の窓穴３１の開口面積に対して１／２の開口面積にすると、成形型１２を異形アパーチャ１１に対して回転させることによるガスクラスターイオンビーム１０の照射範囲の面積は変わらないが、ガスクラスターイオンビーム１０のイオン数は１／２遮断され、照射ドーズ量が１／２になるため、同じ照射時間の場合、加工痕深さは１／２になる。
【００４５】
すなわち、成形型１２の回転方向から見た複数の窓穴３３の開口面積と、ブリッジ３４による遮蔽面積の比により、得られる加工深さは変化し、ブリッジ３４による遮蔽面積の総和を窓穴３３の開口面積の総和に対して大きく（小さく）するほど、加工痕深さは浅く（深く）なる。従って、ブリッジ３４による遮蔽面積の総和と窓穴３３による開口面積の総和の比が所望の値となるように、異形アパーチャ１１に対して窓穴３３およびブリッジ３４を形成すれば、加工深さを制御できる。この場合、成形型１２上の加工範囲は、異形アパーチャ１１の径方向における窓穴３３の最大幅寸法で規定される環状の領域となる。
【００４６】
従って、図１４のような異形アパーチャ１１を使用して平面サンプル１２ａに照射を行うと、図１５のような除去形状（窓穴３１に対応する位置には深さＨ３１の溝が形成され、窓穴３３に対応する位置には深さＨ３３の浅い溝が形成される）となり、異形アパーチャ１１の窓穴３１や窓穴３３の開口範囲や面積や、および開口面積と遮蔽面積の比、等を制御することによって成形型１２の除去形状を任意に制御できる。このように、工程Ｓ８では、工程Ｓ４で演算した径位置における照射時間を元に、異形アパーチャ１１の径位置における窓穴面積を演算する。
【００４７】
図１４に示すように、回転軸対称の窓穴３１、窓穴３３を有する異形アパーチャ１１の場合、窓穴３１と窓穴３３との径方向間隔を必要とするため、図１６に示すように非軸対称の窓穴３５にすることによって窓穴３１と窓穴３５との径方向間隔に制約を無くすことができ、径方向間隔の細かい突起を除去することが可能となる。回転軸対称においても、窓穴３１を自由曲線にすることによって同じ効果を得ることもできる。
【００４８】
すなわち、図１６では、異形アパーチャ１１において、窓穴３１および窓穴３５に着目すると、最外周の左半分には、幅Ｗの窓穴３１が形成され、右半分には、窓穴３１よりも幅Ｗ３の寸法を僅かに小さくした窓穴３５が同心円状に形成されている。この窓穴３５の内周径は窓穴３１に等しく、外周部の径は、窓穴３１よりも小さい。これにより、異形アパーチャ１１に対して成形型１２を相対的に回転させながらガスクラスターイオンビーム１０を照射した場合、窓穴３１と窓穴３５の開口部が回転方向で完全に重なり合う領域（窓穴３１の範囲の内側の領域）は、照射ドーズ量が多くなり、窓穴３１の外側では、ほぼ半周に渡って遮蔽されるため、照射ドーズ量が相対的に小さくなる。従って、窓穴３１および窓穴３５の開口範囲では、両者の開口部が完全に重なる範囲で深く、一部重なる範囲で浅い溝が径方向に連続して加工されることになる。
【００４９】
工程Ｓ９として、工程Ｓ８より設定された異形アパーチャ１１を製作する。この異形アパーチャ１１は板材３０に窓穴３１を開けるだけの簡単な構造であり、レーザ加工、プレス加工、ワイヤ放電加工、機械加工等にて任意形状に且つ高精度に容易に作製することができる。異形アパーチャ１１の材質は、金属、セラミックス、ガラス等、ガスクラスターイオンビーム１０を遮断するものであれば材質は選ばない。また、窓穴３１等の加工法については、窓穴３１を得ることのできる加工法であれば特に選ばない。一般的に異形アパーチャ１１のコストを安価にするためには、板材３０としてステンレスの材質を用いて、レーザ加工にて窓穴３１、を加工すると比較的安価に作製することができる。
【００５０】
工程Ｓ１０として、工程Ｓ９で作製した異形アパーチャ１１を装置に取り付けて、成形型１２に対して均一に照射を行うために回転ステージ１３を常時一定回転させながら、突起を除去するのに必要な分だけのガスクラスターイオンビーム１０を照射し、工程Ｓ１１として成形型１２の全面の形状創成を効率的に行うことができる。
【００５１】
このような実施の形態２によれば、異形アパーチャ１１に対して相対的に回転する成形型１２に対する窓穴の実効的な開口面積が変化するように成形型１２の形状を創成するために異形アパーチャ１１の形状を制御することで、異形アパーチャ１１を用いてガスクラスターイオンビーム１０の加工プロセスにより、多様なガスクラスターイオンビーム加工を行うことができ、たとえば、成形型１２における突起を選択的に除去する等の加工を効率的に行うことができる。
【００５２】
以上説明したように、本発明の実施の形態の荷電粒子ビーム加工方法および超精密研磨方法によれば、効率良く成形型１２等の被加工物の形状精度の高精度化と面粗さの向上が図れ、後工程の成形型１２を用いたレンズ等の光学素子の成形において、収差およびフレアーの無い光学素子等を製造することができる。
【００５３】
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。
たとえば、荷電粒子ビームとしては、ガスクラスターイオンビームに限らず、電子ビーム、ガスクラスターイオンビーム以外のイオンビームであってもよい。また、被加工物としては、成形型に限らず、精密加工を必要とする一般の加工物に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【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および超精密研磨方法の作用の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明の一実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法および超精密研磨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３Ａ】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の一部を取り出して示す平面図である。
【図３Ｂ】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の一部を取り出して示す断面図である。
【図４】被加工物の表面形状の測定例を示す線図である。
【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および超精密研磨方法にて用いられるアパーチャの一例を示す平面図である。
【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および超精密研磨方法における試験加工結果の測定例を示す線図である。
【図７】ガスクラスターイオンビーム加工での加工深さとドーズ量の関係の一例を示す線図である。
【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および超精密研磨方法にて用いられるアパーチャの変形例を示す平面図である。
【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および超精密研磨方法にて用いられるアパーチャの変形例を示す平面図である。
【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および超精密研磨方法にて用いられるアパーチャの変形例を示す平面図である。
【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および超精密研磨方法にて用いられるアパーチャの変形例を示す平面図である。
【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および超精密研磨方法にて用いられるアパーチャの変形例を示す平面図である。
【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および超精密研磨方法による加工後の被加工物の実測例を示す線図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法および超精密研磨方法にて用いられるアパーチャの一例を示す平面図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法および超精密研磨方法における加工結果の実測例を示す線図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法および超精密研磨方法にて用いられるアパーチャの変形例を示す平面図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態である荷電粒子ビーム加工方法および超精密研磨方法の作用の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５５】
１  ソース部
２  差動排気部
３  イオン化部
４  ノズル部
５  スキマー
６  タングステンフィラメント
７  加速電極
８  アパーチャホルダー
９  芯出しアパーチャ
１０  ガスクラスターイオンビーム
１１  異形アパーチャ
１１ａ  異形アパーチャ
１２  成形型
１２ａ  平面サンプル
１３  回転ステージ
１４  Ｘ軸ステージ
１５  Ｙ軸ステージ
１６  ブラケット
１７  ベース
１８  シャッター
１９  電流計測部
２０  ケーブル
２１  電流計
２２  導電体
２３  絶縁体
３０  板材
３１  窓穴
３２  遮蔽部
３２ａ  ブリッジ
３３  窓穴
３４  ブリッジ
３５  窓穴
４１  絞り羽
１００  制御部
１０１  形状測定器
１０２  算出部
１０３  記憶部
【図１】
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【図２】
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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１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図４】
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【図１３】
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