JP2006241550A - 荷電粒子ビーム加工方法および超精密研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【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
Description
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
……(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。
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。
(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。
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。
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。
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
Claims (10)
- 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。 - 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。 - 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。
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