(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物にイオンビームを照射して前記被加工物を加工するに際し、前記イオンビームの照射による前記被加工物の各部の加工に必要とされる加工時間を予め求めておき、
前記予め求められた加工時間に応じて、前記被加工物の各部に対する前記イオンビームの照射時間を変化させて加工する被加工物の製造方法であって、
前記イオンビームが単位時間に除去する単位除去量を求める工程と、
前記被加工物の表面形状の測定データを求める工程と、
前記測定データと設定形状データとの差から、前記被加工物における加工が不要な部分と、加工すべき部分及び該部分における除去量と、を求める工程と、
前記加工が不要な部分は、前記イオンビームの照射をＯＦＦにするようにして、前記加工すべき部分における除去量と前記単位除去量とから前記イオンビームを照射する加工時間を予め求めておく工程と、
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】
前記イオンビームの照射は、機械的シャッターによってＯＦＦにされ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】
前記イオンビームの照射は、前記イオンビームを前記被加工物に対して照射するイオンビームガンの加速電極にかかる電圧によって、ＯＦＦにされ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４】
前記イオンビームの照射は、前記イオンビームを前記被加工物に対して照射するイオンビームガンの静電偏向電極にかかる電圧によって、ＯＦＦにされ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５】
前記被加工物は、非球面ミラーであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の被加工物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体、硝子、セラミックス、金属単体または金属酸化物の単結晶及び多結晶等の硬脆材料の表面を加工する被加工物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、半導体、硝子、セラミックス、金属単体または金属酸化物の単結晶等の硬脆材料の表面を、研磨装置等で精密研磨加工する方法として、例えば、特許文献１のような加工方法が知られている。
この加工方法では滞留時間制御と呼ばれる手段が用いられており、これを図９を用いてさらに説明する。
図９において３０は研磨装置であり、研磨装置３０は被加工物３６の表面を加工する研磨ヘッド５０等からなる研磨加工部と、形状計測部を備えている。
この研磨装置では、或る第１の研磨ヘッドによる単位時間の加工量及び加工形状を一定とし、あらかじめ計測した被加工物の形状データを元に、目標とする加工形状との差を求める。
そして、より多く加工する必要のある部分には長時間、少なく加工する必要しかない部分には短時間研磨工具を当てて、前述した加工量を変える滞留時間制御と呼ばれる方法で加工するものである。
その際、研磨ツールは加工開始から終了まで、被加工物の表面に接触したままの状態となっている。
また、特許文献２においては、イオンビームを使用してミラーの表面に積層した膜を除去する除去装置が提案されている。
【特許文献１】特開平５−５７６０６号公報
【特許文献２】特開２００３−９８２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例の加工方法においては、つぎのような問題を有している。
上記従来例の加工方法による場合、加工の開始から終了まで研磨ツールあるいはイオンビームが被加工物表面を加工し続けるため、本来加工しなくても良い部分まで加工してしまうこととなって、加工量が全体として大きくなり、加工時間が増大してしまう。
このとき、加工時間短縮のために加工速度を速くすると、加工精度が落ちることになり、場合によっては形状精度を加工前よりも悪化させてしまう危険性が生じる。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑み、高精度の加工を短時間で行うことが可能となる被加工物の製造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】
【０００５】
本発明は、以下のように構成した被加工物の製造方法を提供するものである。
本発明の被加工物の製造方法は、被加工物にイオンビームを照射して前記被加工物を加工するに際し、前記イオンビームの照射による前記被加工物の各部の加工に必要とされる加工時間を予め求めておき、
前記予め求められた加工時間に応じて、前記被加工物の各部に対する前記イオンビームの照射時間を変化させて加工する被加工物の製造方法であって、
前記イオンビームが単位時間に除去する単位除去量を求める工程と、
前記被加工物の表面形状の測定データを求める工程と、
前記測定データと設定形状データとの差から、前記被加工物における加工が不要な部分と、加工すべき部分及び該部分における除去量と、を求める工程と、
前記加工が不要な部分は、前記イオンビームの照射をＯＦＦにするようにして、前記加工すべき部分における除去量と前記単位除去量とから前記イオンビームを照射する加工時間を予め求めておく工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の被加工物の製造方法は、前記イオンビームの照射は、機械的シャッターによってＯＦＦにされることを特徴とする。
また、本発明の被加工物の製造方法は、前記イオンビームの照射は、前記イオンビームを前記被加工物に対して照射するイオンビームガンの加速電極にかかる電圧によって、ＯＦＦにされることを特徴とする。
また、本発明の被加工物の製造方法は、前記イオンビームの照射は、前記イオンビームを前記被加工物に対して照射するイオンビームガンの静電偏向電極にかかる電圧によって、ＯＦＦにされることを特徴とする。
また、本発明の被加工物の製造方法は、前記被加工物が非球面ミラーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高精度の加工を短時間で行うことが可能となる被加工物の製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施の形態におけるイオンビーム加工方法は、上記した本発明を適用してイオンビーム加工するに際し、例えば、つぎのように実施することができる。
まず、イオンビームを用いて被加工物と同じ種類の材料を加工し、そのイオンビームによる単位時間あたりの除去量を求めておく。次に被加工物の表面形状を測定し、ここで測定された測定データと設定形状の差から、加工量に相当する除去量を算出する。求めた各部の除去量中で、最も除去量の小さい部分を基準とし各部の除去量を算出する。
また、あらかじめ求めた単位時間あたりの除去量と被加工物の除去量から各部の加工必要時間を算出し、被加工物の表面上をイオンビームでスキャンしながら加工する。
このとき、加工時間に合せてスキャンを止め、必要な量を除去する。また、加工が不要な部分はビームを遮蔽又はＯＦＦし、除去加工を行わない。このようにして加工することにより、加工精度を上げながら加工時間を短縮することができる。
このように、本実施の形態によれば、例えば被加工物の形状誤差を計測した値に対し、加工すべき位置とその除去量を演算から求め加工する場合に、除去すべき位置でのみイオンビームを照射する。
そして、除去加工不要の位置ではイオンビームを止めることにより、被加工物全体の加工量が最小量で済ますことができ、加工精度を上げるためにイオンビームの照射量を減少させて除去レートを小さくした場合であっても、加工時間を短くて済ますことができる。
更に、加工すべき部分のみにイオンビームを照射し、そのときの加工量が小さく設定されていることにより、加工精度が多少ばらついて加工しすぎた場合にも、加工前よりも形状誤差を悪化させることはない。
また、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ機構に機械的シャッターを用いた場合には、構造が簡単で容易にイオンビームのＯＮ／ＯＦＦを実現できる。
また、本実施例によれば、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦをする手段を、イオンの引き出し電圧及び加速電圧をＯＮ／ＯＦＦさせる構成により実現することができる。
これによると、真空室内部に機械的導入をすることが不要なため良好な真空を保つことが容易になり、さらに、イオンがシャッターに当たりパーティクルを発生させることが無いので、シャッターの材料による汚染をなくすことができる。
また、本実施例によれば、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦをする手段を、イオンビームガン内部に設けた静電偏向電極にかける電圧をＯＮ／ＯＦＦさせる構成によっても実現することができる。
これによると、真空室内部に機械的導入をすることが不要なため良好な真空を保つことが容易であり、またビームを横に曲げるだけなので、ビームのＯＮ／ＯＦＦの応答性がよく、特にビームＯＮ時の安定性が良く精度の高い加工が可能となる。
【実施例】
【０００８】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１は、本発明の構成を適用して被加工物の製造方法を構成したものである。
図１に本実施例の被加工物の製造方法を説明する図を示す。図１において、１００１は真空室であり、図示しない排気装置により圧力５×１０−４Ｐａ程度に保たれている。
また、１００２はカウフマン型のイオンビームガンであり、図示しないＡｒガスの配管が接続されていて、ガスを適量流しながら内部のフィラメントに電流を流すことにより、熱電子を発生させＡｒガスをイオン化している。
また、内部にイオンの引き出し電極と加速電極が設置され、それぞれ図示しない導線が接続されている。これらの導線は真空室外部に導き出され、高圧電源につながっている。これらの高圧電源により、引き出し電極および加速電極にそれぞれ電圧が加えられる。
【０００９】
また、このイオンビームガン１００２の内部には、静電レンズが設置されている。これらのレンズ電極はそれぞれ図示しない導線により真空室外部に接続され、高圧電圧がかけられるようになっている。
ここで、イオンビームで得られる単位除去量（以下、これを単位除去形状と記す。）を求めておく。
イオンビームの単位除去形状は、事前に被加工面と同様な材質のテストピース上で、実際の加工で用いるのと同一のイオンビームガン、照射条件で一定時間の加工を行い、得られた除去窪みを形状計測し、それを単位時間あたりに換算することによって得られる。
また、イオンビームによる除去加工はビームエネルギーが同じであればイオン電流値に比例するので、イオン電流密度の分布を測定し、所望のイオンビームプロファイルに調整すると、加工の都度の単位除去形状測定は不要である。
【００１０】
また、１００３はイオンビーム、１００４はシャッター、１００７はファラデーカップ、１００８は被加工物、１００９は固定ジグ、１０１１は５軸ステージである。この被加工物１００８は、材質が合成石英の外径φ２００ｍｍ、曲率半径４００ｍｍの凸型球面ミラーであり、固定治具１００９により５軸ステージ１０１１に固定されている。
【００１１】
またファラデーカップ１００７は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。
ファラデーカップ１００７の開口はφ０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ１０１１をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流密度分布を測定できるようになっている。
ここで、イオンビームガンの引き出し電圧１ｋＶ、加速電圧６ｋＶ、総イオン電流値は１０μＡで、ビーム径は図２に示す様な半値幅を３ｍｍに調整した。
【００１２】
以下に、本実施例における加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物１００８の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、１ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状とあらかじめ求めたイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。
この時、加工量が零の領域はイオンビームをＯＦＦするようにプログラムした。
【００１３】
図３は被加工物１００８上をスキャンするときの軌跡を示し、１０３３の線にそって被加工物上をイオンビームの照射をしながら加工する。
この時、除去量の多い部分では被加工物の移動を長時間止め、又、除去量の少ない部分では被加工物の移動停止を短時間にし、さらに除去が不要な部分ではイオンビームの照射を止めて被加工物を移動する。
【００１４】
また、図４は除去加工の説明をするために、被加工物の一部を示した図である。
図４の１０４１は被加工物１０４９の移動方向である。１０４２はイオンビームガンで、１０４３はイオンビームである。
イオンビーム照射中の加工点１０４５では被加工物の移動を３秒間止め、加工点１０４６では５秒間被加工物の移動を止める。
次に、徐々に加工が進み、加工終了点１０４７の場所にイオンビームが来たときには、イオンビームガンのイオン出口付近に設置したシャッター１０４４を動作させイオンビームを止める。
【００１５】
ビームを止めている間は加工しないので、次の加工開始点１０４８まですばやく被加工物を移動することが出来る。イオンビームが次の加工開始点１０４８に来た時にイオンビームの照射を開始し各点の加工時間の制御により加工を続行する。
このようにして加工を行うと加工量が最小で効率のよい加工ができる。
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２０ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、球面ミラーは設定形状に対し、１．５ｎｍ以内の誤差であった。
【００１６】
［実施例２］
本発明の実施例２は、本発明の構成を適用して被加工物の製造方法を構成したものである。
図５に本実施例の被加工物の製造方法を説明する図を示す。図５において、２００１は真空室であり、図示しない排気装置により圧力５×１０−４Ｐａ程度に保たれている。
また、２００２はＲＦタイプのイオン源を持つイオンビームガンであり、図６にイオンビームガン内部の構造を示す。
２０６２はイオン化室で図示しない配管が接続され、Ａｒガスが供給される。
また、図示しないＲＦ電源が接続され、ＲＦパワーによりＡｒガスがイオン化される。
【００１７】
また、２００３はイオンビーム、２００７はファラデーカップ、、２００８は被加工物、２００９は固定ジグ、２０１１は５軸ステージである。
この被加工物２００８は、材質が低膨張ガラスの外径φ１８０ｍｍ、曲率半径約３００ｍｍの凸型非球面ミラーであり、固定治具２００９により５軸ステージ２０１１に固定されている。
ファラデーカップ２００７は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。
ファラデーカップ２００７の開口は０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ２０１１をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流プロファイルを測定できるようになっている。
【００１８】
２０６３は引き出し電極、２０６４は加速電極と呼ばれる構成部品で、図示しない真空室の外に設置した高圧電源から高圧電圧が導かれイオン化室でイオンとなったＡｒ粒子を引き出して加速する。
２０６５は静電レンズであり、加速されたイオンを収束してイオンビームを所定の位置で細くする役目を持つ。このようなイオンビームガンを用いて被加工物に照射する時の単位除去形状を実施例１と同様な方法で求めておく。
ここで、イオンビームガンの引き出し電圧１ｋＶ、加速電圧３ｋＶ、総イオン電流値は３０μＡで、静電レンズによりビーム径は半値幅で５ｍｍに調整した。
【００１９】
以下に、本実施例における加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物２００８の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、０．５ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状とあらかじめ求めたイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。この時、加工量が零の領域はイオンビームをＯＦＦするようにプログラムする。
実施例１と同様に被加工物２００８上を、イオンビームをスキャン照射しながら加工する。
この時、除去量の多い部分では被加工物の移動停止を長時間にし、また、除去量の少ない部分では被加工物の移動停止を短時間にした。
さらに、除去が不要な部分ではイオンビームの照射を止めて被加工物を移動した。イオンビームの照射を止める時は、引き出し電圧と加速電圧を０にした。
【００２０】
このようにして、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦを行うと、真空室内部に機械的導入をすることが不要なため良好な真空を保つことが容易になる。
さらに、イオンがシャッターに当たりパーティクルを発生させることが無いので、シャッターの材料による汚染をなくし、清浄な加工をすることができる。
また、このように加工を行うと加工量が最小で効率のよい加工ができる。
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２５ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物である非球面ミラーは設定形状に対し、２ｎｍ以内の誤差であった。
【００２１】
［実施例３］
本発明の実施例３は、本発明の構成を適用して被加工物の製造方法を構成したものである。
図７に本実施例の被加工物の製造方法を説明する図を示す。図７において、３００１は真空室で図示しない排気装置により圧力５×１０−４Ｐａ程度に保たれている。
また、３００２はマイクロ波タイプのイオン源を持つイオンビームガンで、図８に内部構造を示す。
図８中３０６２はイオン化室で図示しないＡｒガスが配管されており、Ａｒガスを０．２ｓｃｃｍ流し、イオン化室の外部から図示しない導波管によりイオン化室にマイクロ波を導きプラズマを発生させ、Ａｒガスをイオン化している。３０６３はイオンの引き出し電極、３０６４は加速電極でそれぞれ図示しない導線が接続されている。これらの導線は真空室外部に導き出され、高圧電源につながっている。
これらの高圧電源により、引き出し電極および加速電極にそれぞれ電圧が加えられる。
３０６５は静電レンズであり、３個の円筒電極から構成され、加速されたイオンを収束してイオンビームを所定の位置で細くする役目を持つ。
３０６６は静電偏向電極で１対の対向した構造を持ち、図示しない導線が接続され高電圧がかけられるようになっている。
電圧をかけない場合は３０６７のように進むイオンビームが、電圧をかけた場合は３０６８のように進み、出口からは照射しなくなる。
このようなイオンビームガンで得られる単位除去形状を実施例１と同様な方法で求めておく。
【００２２】
また、３００３はイオンビーム、３００７はファラデーカップ、３００８は被加工物、３００９は固定ジグ、３０１１は５軸ステージである。
この被加工物３００８は、材質が低膨張ガラスの外径φ２００ｍｍ、曲率半径約５５０ｍｍの凹型非球面ミラーであり、固定治具３００９により５軸ステージに固定されている。
ファラデーカップ３００７は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。
ファラデーカップ３００７の開口はφ０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ３０１１をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流密度分布を測定できるようになっている。
ここで、イオンビームガンの引き出し電圧１ｋＶ、加速電圧１０ｋＶ、総イオン電流値は３０μＡで、静電レンズによりビーム径は半値幅で１ｍｍに調整した。
【００２３】
以下に、本実施例における加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物３００８の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、０．２５ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。
この除去形状とあらかじめ求めたイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。
この時、加工量が零の領域はイオンビームをＯＦＦするようにプログラムする。
【００２４】
実施例１と同様に被加工物３００８上を、イオンビームをスキャン照射しながら加工する。
この時、除去量の多い部分では被加工物の移動停止を長時間にし、又、除去量の少ない部分では被加工物の移動停止を短時間にした。
さらに、除去が不要な部分ではイオンビームの照射を止めて被加工物を移動する。
イオンビームの照射を止めるために、イオンビームガンの集束レンズ直後に設けた静電偏向電極に電圧をかけ、ビームを曲げて遮蔽板に当て、イオンビームが出ないようにした。
【００２５】
このようにしてイオンビームのＯＮ／ＯＦＦを行うと、真空室内部に機械的導入をすることが不要なため良好な真空を保つことが容易になる。
さらに、イオンのエネルギーが高い場合でもイオンビームを横方向に曲げるだけなので、ビームのＯＮ／ＯＦＦの応答性がよく、特にビームＯＮ時の安定性が良いため精度の良い加工ができる。
また、このように加工を行うと加工量が最小で効率のよい加工ができる。
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は３０ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物である非球面ミラーは設定形状に対し、２ｎｍ以内の誤差であった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係る被加工物の製造方法を説明する図である。
【図２】本発明の実施例１に係るイオンビームのプロファイルを説明する図である。
【図３】本発明の実施例１に係るイオンビーム加工時のスキャン方法を説明する図である。
【図４】本発明の実施例１に係るイオンビーム加工方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施例２に係る被加工物の製造方法を説明する図である。
【図６】本発明の実施例２に係るイオンビームガンの構造を説明する図である。
【図７】本発明の実施例３に係る被加工物の製造方法を説明する図である。
【図８】本発明の実施例３に係るイオンビームガンの構造を説明する図である。
【図９】従来の技術を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１００１、２００１、３００１：真空室
１００２、２００２、３００２：イオンビームガン
１００３、２００３、３００３：イオンビーム
１００４：シャッター
１００７、２００７、３００７：ファラデーカップ
１００８、２００８、３００８：被加工物
１００９、２００９、３００９：固定ジグ
１０１１、２０１１、３０１１：５軸ステージ
１０３３：イオンビームスキャンライン
１０４１：被加工物移動方向
１０４２：イオンビームガン
１０４３：イオンビーム
１０４４：シャッター
１０４５、１０４６：加工点
１０４７：加工終了点
１０４８：加工開始点
１０４９：被加工物
１０５０：加工目標線
２０６１、３０６１：イオンビームガン
２０６２、３０６２：イオン化室
２０６３、３０６３：引き出し電極
２０６４、３０６４：加速電極
２０６５、３０６５：静電レンズ
２０６６、３０６７、３０６８：イオンビーム
３０６６：静電偏向電極
【図１】
0005177609.tif 000002
【図２】
0005177609.tif 000003
【図３】
0005177609.tif 000004
【図４】
0005177609.tif 000005
【図５】
0005177609.tif 000006
【図６】
0005177609.tif 000007
【図７】
0005177609.tif 000008
【図８】
0005177609.tif 000009
【図９】
0005177609.tif 000010