JP2011134590A

JP2011134590A - イオンビーム加工装置

Info

Publication number: JP2011134590A
Application number: JP2009293072A
Authority: JP
Inventors: Akira Imaizumi; 陽今泉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】ニュートラライザの寿命を向上させるとともに、被加工物の帯電を効果的に除去し、ビーム加工位置を長時間に亘って安定させて成果物の品質を向上させる。
【解決手段】ニュートラライザ１０２は、印加される電圧Ｖ_Ｎに応じた照射量の電子を被加工物に照射する。変位量算出部１２５は、被加工物の目標加工位置を基準とするビーム加工位置の変位量ΔＧを算出する。電圧値設定部１２６は、変位量算出部１２５で算出された変位量ΔＧが所定閾値を上回った場合、ニュートラライザ１０２に印加する電圧の電圧値Ｖ_Ｎ ^＊を、被加工物の中和に必要な荷電粒子の照射量となる第１電圧値に設定する。また、電圧値設定部１２６は、変位量ΔＧが所定閾値を下回った場合、電圧値Ｖ_Ｎ ^＊を、第１電圧値よりも低い第２電圧値に設定する。電源部１１２ｂは、電圧値設定部１２６にて設定された電圧値Ｖ_Ｎ ^＊に対応する電圧Ｖ_Ｎをニュートラライザ１０２に印加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、イオンビームで光学ガラス表面などの被加工物を加工するイオンビーム加工装置に関するものである。

従来の超精密面加工用のイオンビーム加工装置においては、Ａｒ等のガスからプラズマを生成するイオン源と、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極とを有して構成されるイオンビームガンが利用される。さらに、イオンビーム加工装置は、出射されたイオンビームにより表面が加工される被加工物が収容される加工用真空チャンバと、任意の位置を加工できるように被加工物を位置決め制御するステージとを備えている。ステージを駆動して、被加工物全面をビーム走査することにより、大面積の精密面加工が実施される。

このようなビーム加工装置においては、イオンビームの持つ電荷が被加工物表面に帯電し、帯電により被加工物表面が破損したり、電荷の存在によりイオンビームが曲げられてビーム照射位置がずれたりする等の問題が発生する。そのため、このようなイオンビーム加工装置には、イオンビームの持つ電荷と逆極性の荷電粒子を被加工物に照射して被加工物表面を中性化するニュートラライザが設置されている。この種のニュートラライザとして、フィラメントから熱電子を放出するものや、マイクロ波放電によりプラズマを発生させ、このプラズマから電子を放出するものが知られている（特許文献１参照）。

特開昭６３−１５７８８７号公報

しかし、被加工物の帯電量を直接測定することは困難であるので、イオンビームが被加工物の帯電により斥力を受けて軌道が曲がらないようにニュートラライザを常に高出力で動作させる必要がある。上述したイオンビーム加工装置により、光学ガラス表面のような超精密大面積加工を実施する場合、ビームによる単位時間あたりの加工量が微量であることから、全面を加工するには長い加工時間を必要とする。このような場合、ニュートラライザを長時間に亘って動作させることとなる。このように、ニュートラライザを長時間に亘って高出力で動作させると、ニュートラライザが過熱し、出力が低下することがあった。そして、ニュートラライザの出力にムラがあると、被加工物の中和不足が生じる場合があり、イオンビームによる被加工物のビーム加工位置が安定しないという問題があった。さらに、ニュートラライザを長時間に亘って高出力で動作させると、ニュートラライザの劣化が激しくなり、寿命が短くなるという問題があった。

例えば、フィラメントを利用したニュートラライザにおいては、フィラメントに流れる電流値を高め、長時間に亘って過熱すると、フィラメントの消耗が激しくなり、ニュートラライザの寿命が短くなる。また、フィラメントの過熱、劣化に伴い、熱電子放出量にムラが生じてしまうため、被加工物の中和不足が生じる。マイクロ波放電を利用したニュートラライザにおいては、マイクロ波電力の増大に伴いイオン運動が活発となり、ニュートラライザの筐体内面をスパッタする作用が発生する。そのため、スパッタされたニュートラライザ構成材料がマイクロ波導入窓に付着し、マイクロ波導入効率の低下を引き起こし、ニュートラライザの寿命が短くなる。

そこで、本発明は、ニュートラライザの寿命を向上させるとともに、被加工物の帯電を効果的に除去し、ビーム加工位置を長時間に亘って安定させて成果物の品質を向上させることができるイオンビーム加工装置を提供することを目的とする。

本発明は、イオンビームを出射するイオン出射部を備え、前記イオン出射部により出射されたイオンビームを被加工物に照射して前記被加工物の加工を行うイオンビーム加工装置において、イオンビームが照射される前記被加工物のビーム加工位置を検出する検出部と、イオンビームとは逆極性であって、印加される電圧に応じた照射量の荷電粒子を、前記被加工物に照射するニュートラライザと、前記被加工物の目標加工位置を基準とする前記ビーム加工位置の変位量を算出する変位量算出部と、前記変位量算出部で算出された変位量が所定閾値を上回った場合、前記ニュートラライザに印加する電圧の電圧値を、前記被加工物の中和に必要な荷電粒子の照射量となる第１電圧値に設定し、前記変位量が前記所定閾値を下回った場合、前記電圧値を、前記第１電圧値よりも低い第２電圧値に設定するニュートラライザ用の電圧値設定部と、前記ニュートラライザ用の電圧値設定部にて設定された電圧値に対応する電圧を前記ニュートラライザに印加するニュートラライザ用の電圧印加部と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、変位量が所定閾値を上回る場合は、被加工物の中和に必要な照射量で荷電粒子が被加工物に照射される。したがって、被加工物の帯電が効果的に除去され、ビーム加工位置のズレを防止することができ、被加工物の加工面形状を精度良く創成することが可能となる。さらに、変位量が所定閾値を下回る場合には、変位量が所定閾値を上回るときよりもニュートラライザに印加される電圧が低くなるので、荷電粒子の照射量が減少する。したがって、被加工物の帯電の除去が必要ないときには、ニュートラライザの出力が低下され、ニュートラライザが常に高出力で動作するのを回避することができるので、ニュートラライザの寿命を向上させることができる。ゆえに、ニュートラライザの出力が長時間に亘って安定し、ビーム加工位置が長時間に亘って安定するので、成果物の品質を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係るイオンビーム加工装置の概略構成を示す説明図である。イオンビーム加工装置の演算装置の機能ブロック図である。図２のニュートラライザ用の電圧値設定部における制御動作を示すフローチャートを示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るイオンビーム加工装置の概略構成を示す説明図である。図１に示すイオンビーム加工装置１００は、イオンビームＩを被加工物Ｗに照射して被加工物Ｗの加工を行うものである。被加工物Ｗは、例えばレンズとなる石英等の絶縁体である。このイオンビーム加工装置１００は、イオンビームＩを出射するイオン出射部であるイオンビームガン１０１と、被加工物ＷにイオンビームＩとは逆極性の荷電粒子を照射するニュートラライザ１０２とを備えている。イオンビームガン１０１によりイオンビームＩを被加工物Ｗに照射することにより、被加工物Ｗの加工が行われる。本実施の形態では、イオンビームガン１０１は、Ａｒのプラズマを生成してＡｒ^＋の正イオンのイオンビームＩを照射する。従って、ニュートラライザ１０２は、被加工物Ｗに荷電粒子として電子を照射する。これにより、ニュートラライザ１０２は、イオンビームＩによる加工点付近の帯電を中和する。このニュートラライザ１０２は、フィラメント１０２ａを有し、フィラメント１０２ａに電圧が印加されて電流が流れることにより、フィラメント１０２ａから熱電子が放出される。そして、ニュートラライザ１０２は、この印加される電圧の大きさに応じた照射量の電子を放出し、被加工物Ｗに照射する。

イオンビームガン１０１、ニュートラライザ１０２及び被加工物Ｗは、真空チャンバ１０３内に配置されている。イオンビームガン１０１及びニュートラライザ１０２は、真空チャンバ１０３に固定され、被加工物Ｗは、イオンビームガン１０１のビームライン上に配置された移動ステージ１０４に載置される。移動ステージ１０４は、ＸＹＺの並進３軸、及び回転２軸の５軸ステージである。この移動ステージ１０４により被加工物Ｗを移動させることにより、被加工物Ｗの表面にイオンビームＩが走査され、被加工物Ｗの表面全体がイオンビームＩによって加工される。このとき、移動ステージ１０４の動作によりイオンビームガン１０１と、イオンビームガン１０１のイオンビーム出射方向の直線上に位置する被加工物Ｗの目標加工位置との距離Ｌは、一定に保持される。

また、イオンビーム加工装置１００は、被加工物Ｗを撮像し、被加工物Ｗのビーム加工位置Ｐの発光を検出する検出部としてのＣＣＤカメラ１０５を備えている。このＣＣＤカメラ１０５は、光学レンズ１０５ａとＣＣＤ素子１０５ｂとを有し、光学レンズ１０５ａは、目標加工位置に焦点が合わせられている。この光学レンズ１０５ａにより被加工物Ｗのビーム加工位置Ｐの発光光がＣＣＤ素子１０５ｂに結像され、ＣＣＤ素子１０５ｂによりビーム加工位置Ｐが検出される。このように、イオンビーム加工において、イオンビームＩが被加工物Ｗに照射された際に、被加工物Ｗの構成分子との相互作用により発生する２次光を検出することでビーム加工位置Ｐのインプロセス検出を行う。このＣＣＤカメラ１０５は、真空チャンバ１０３の外部に配置され、真空チャンバ１０３には、外部からビーム加工位置Ｐの発光を検出できるようにビューポート１０６が設置されている。なお、このＣＣＤ素子１０５ｂの代わりに、２次元ＰＳＤ素子を用いてもよい。

イオンビームガン１０１によりイオンビームＩを被加工物Ｗの表面に照射すると、被加工物Ｗの表面が加工される。このときの被加工物Ｗのビーム加工位置Ｐにおける発光プロファイルは、照射するイオンビームＩのビームプロファイルと相似な形状となる。本実施の形態では、イオンビームＩのプロファイルはガウス分布となっており、ビーム直径はピーク値に対する半値幅で２ｍｍ程度となっている。半値幅２ｍｍのビームをＣＣＤカメラ１０５のＣＣＤ素子１０５ｂに結像して位置検出を行う場合、光学レンズ１０５ａがＣＣＤ素子１０５ｂのサイズに対して１／２程度のサイズのスポット径となるように拡大する。本実施の形態において使用するＣＣＤ素子１０５ｂのサイズは８ｍｍ×８ｍｍで、素子数は１０００×１０００であるため、光学レンズ１０５ａは×２倍の拡大光学系を使用する。ＣＣＤ素子１０５ｂからは１２ビットパラレルＬＶＤＳ信号として各画素の輝度情報が出力される。つまり、ＣＣＤカメラ１０５によりビーム加工位置Ｐの情報を含む画像が取得される。

ところで、真空チャンバ１０３内は、イオンビームガン１０１及びニュートラライザ１０２への通電による電磁場の変動があり、イオンビームＩの軌道が電磁場の影響で曲がってしまうため、イオンビームＩによる加工を高精度に行うために補正する必要がある。そこで、本実施の形態では、イオンビーム加工装置１００は、イオンビームガン１０１により出射されたイオンビームＩを偏向するビーム偏向部１０７を備えている。このビーム偏向部１０７は、イオンビームガン１０１と被加工物Ｗとの間のビームライン上に配置され、電圧が印加される。これにより、ビーム偏向部１０７は、イオンビームガン１０１のイオンビーム出口近傍に電界又は磁界を発生させ、印加された電圧、即ち、発生させた電界又は磁界に応じた偏向角度でイオンビームＩを偏向する。

イオンビーム加工装置１００は、イオンビーム加工装置全体を制御する制御装置１１０を備えており、ＣＣＤカメラ１０５からビーム加工位置Ｐの情報を含む画像情報を入力し、ニュートラライザ１０２及びビーム偏向部１０７に電圧を印加する。この制御装置１１０は、ＣＰＵ１１１ａ、ＲＯＭ１１１ｂ及びＲＡＭ１１１ｃを有する演算装置１１１と、ニュートラライザ１０２及びビーム偏向部１０７に電圧を印加して電力を供給する電源装置１１２とを有している。ＲＯＭ１１１ｂには、制御プログラムを予め記憶させており、ＣＰＵ１１１ａは、この制御プログラムに基づいて動作する。ＲＡＭ１１１ｃは、演算結果等が一時的に記憶される作業領域である。電源装置１１２は、指令値を示す電圧値を入力してビーム偏向部１０７に電圧値に対応する電圧を印加するビーム偏向部用の電圧印加部としての電源部１１２ａを有する。また、電源装置１１２は、指令値を示す電圧値を入力してニュートラライザ１０２に電圧値に対応する電圧を印加するニュートラライザ用の電圧印加部としての電源部１１２ｂとを有する。

以下、演算装置１１１の機能について詳細に説明する。図２は、演算装置１１１の機能ブロック図であり、上述した制御プログラムに基づくＣＰＵ１１１ａの機能を示したものである。つまり、各ブロックの制御動作は、ＣＰＵ１１１ａによって実行される。具体的には、演算装置１１１は、ビーム加工位置算出部１２１、相対位置算出部１２２、偏向角度値算出部１２３、ビーム偏向部用の電圧値設定部１２４、変位量算出部１２５及びニュートラライザ用の電圧値設定部１２６を有する。

ビーム加工位置算出部１２１は、ＣＣＤカメラ１０５から画像情報を入力し、画像情報からビーム加工位置Ｐの算出を行う。ビームスポットの形状は前述のようにガウス分布となっているため、ビーム中心部を輝度ピークとして対称なスポット形状となる。そのため、ビーム中心の輝度ピーク位置をビーム中心位置と規定する。ビーム加工位置算出部１２１は、ＣＣＤカメラ１０５からの画像情報からビーム中心位置Ｐを算出するアルゴリズムとして、以下の数１で表される演算アルゴリズムを使用する。

上記の数１において、Ｗ_ｉｊは、ＣＣＤカメラ１０５のＣＣＤ素子１０５ｂにおけるｘ−ｙ直交座標系の座標（ｉ，ｊ）における輝度の値であり、座標（Ｇ_ｘ，Ｇ_ｙ）は演算されたビーム中心位置ＰのＣＣＤ素子１０５ｂにおける座標である。数１は画像情報（輝度情報）を尺度とした重心の座標に対応している。このようなアルゴリズムにより重心位置を算出する場合、１画素以下の分解能でビーム位置変動を検出することが可能となる。

次に、相対位置算出部１２２は、被加工物Ｗの目標加工位置を基準とするビーム加工位置Ｐの相対位置を算出する。この目標加工位置は演算装置１１１に予め設定されている。具体的に説明すると、目標加工位置の座標を（Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙ）とすると、算出される相対位置は、（Ｇ_ｘ−Ｏ_ｘ，Ｇ_ｙ−Ｏ_ｙ）で表される。この目標加工位置を基準とするビーム加工位置Ｐのズレは、ビームライン上の電磁場が変動することによってイオンビームＩが曲がることによって発生する。

偏向角度値算出部１２３は、イオンビームガン１０１と被加工物Ｗの目標加工位置との距離をＬとしたとき、距離Ｌ及び相対位置（Ｇ_ｘ−Ｏ_ｘ，Ｇ_ｙ−Ｏ_ｙ）を用いて、イオンビームＩの偏向角度の指令値を示す偏向角度値（θ，φ）を算出する。即ち、偏向角度値算出部１２３は、以下の数２に示す所定の演算式を用いて偏向角度値（θ，φ）を算出する。

電圧値設定部１２４は、偏向角度値（θ，φ）に対応する偏向角度でイオンビームＩが偏向されるように、ビーム偏向部１０７に印加する電圧の指令値を示す電圧値Ｖ_Ｂ ^＊（電圧指令値）を設定する。この偏向角度値（θ，φ）は、電圧値Ｖ_Ｂ ^＊と対応関係にあり、例えば不図示のテーブルや演算式で電圧値Ｖ_Ｂ ^＊が導き出される。これらテーブルや演算式は、予め実験により求められる。このようにして生成された電圧値Ｖ_Ｂ ^＊は、電源部１１２ａに出力される。

電源部１１２ａは、電圧値Ｖ_Ｂ ^＊に対応する電圧Ｖ_Ｂをビーム偏向部１０７に印加する。これにより、ビーム偏向部１０７は、電磁場の影響を相殺するように、印加された電圧Ｖ_Ｂの大きさに応じた電界又は磁界を発生させ、イオンビームＩを偏向角度値（θ，φ）に対応する偏向角度で偏向する。従って、真空チャンバ１０３内のイオンビームガン１０１及びニュートラライザ１０２の電流変動に伴い発生する電磁場変動によるビーム加工位置Ｐのズレが補正され、ビーム位置Ｐが目標加工位置に近づけられる。これにより、真空チャンバ１０３内の電磁場の変動があっても、ビーム加工位置を安定させることができる。

演算装置１１１は、上述したビーム偏向部１０７によるビーム位置補正を、ＣＣＤカメラ１０５が画像情報を出力する度に実行する。本実施の形態においては、ＣＣＤカメラ１０５からは３０フレーム／秒のレートで画像転送され、位置補正は３０Ｈｚで実施される。

このように、イオンビームガン１０１及びニュートラライザ１０２による電磁場変動に起因する位置変動をビーム偏向部１０７により補正することができる。しかし、このビーム偏向部１０７では、被加工物Ｗが帯電することにより発生するビーム加工位置近傍の電磁場変動の影響を除去することは難しく、被加工物Ｗに帯電が発生したときにビーム加工位置Ｐの補正を十分に実施することができない。具体的には、ビーム偏向部１０７にてビーム加工位置Ｐを補正しても、被加工物Ｗの表面の帯電による電磁場発生の影響により、ビーム加工位置Ｐのズレが発生する。ところが、帯電状況（帯電している位置や帯電量）は正確に把握することができないため、ビーム加工位置Ｐのズレに及ぼす影響量は予測困難で、帯電が発生した場合には速やかに帯電を除去することが必要である。

変位量算出部１２５は、被加工物Ｗの目標加工位置を基準とするビーム加工位置Ｐの変位の大きさを示す変位量ΔＧを算出する。具体的には、以下の数３に示す演算式で算出する。

電圧値設定部１２６は、ニュートラライザ１０２に印加する電圧の指令値を示す電圧値Ｖ_Ｎ ^＊（電圧指令値）を設定する。ここで、変位量ΔＧが大きいほど、被加工物Ｗの帯電量が大きいことを示しており、電圧値設定部１２６では、被加工物Ｗの帯電の有無を、ビーム偏向部１０７によるビーム加工位置補正の成否によって判断する。

以下、図３に示すフローチャートを参照しながら説明すると、電圧値設定部１２６は、ＣＣＤカメラ１０５より取得した画像が２枚目以降であるか否かを判断する（Ｓ１）。ここで、ＣＣＤカメラ１０５より取得した画像が２枚目以降である場合は、１枚目の画像を取得した際にビーム偏向部１０７によりイオンビームＩが偏向されている。従って電圧値設定部１２６は、ＣＣＤカメラ１０５より取得した画像が２枚目以降である場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、前回の画像取得でビーム偏向部１０７よりイオンビームＩを偏向させた結果、変位量ΔＧが、予め設定した所定閾値ｔｈを上回るか下回るかを判断する。本実施の形態では、電圧値設定部１２６は、変位量ΔＧが、所定閾値ｔｈ以上であるか否かを判断する（Ｓ２）。つまり、変位量ΔＧが、所定閾値ｔｈを上回る場合は、被加工物Ｗが帯電しており、所定閾値ｔｈを下回る場合は、被加工物Ｗが帯電していないか、帯電していても僅かな帯電である。したがって、変位量ΔＧが所定閾値ｔｈを下回る場合は、イオンビームＩの加工による精度に影響がなく、非帯電とみなせる。言い換えれば、所定閾値ｔｈは、被加工物Ｗが帯電しているとみなせるか、被加工物Ｗが非帯電とみなせるかの境界に設定される値である。例えば所定閾値ｔｈは、目標加工位置の補正精度が１０μｍの場合、１０μｍに設定される。この値は、目標とするビーム位置制御精度に応じて適宜変更してよい。

電圧値設定部１２６は、変位量ΔＧが所定閾値ｔｈ以上であると判断した場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、ニュートラライザ１０２に印加する電圧の電圧値Ｖ_Ｎ ^＊を、被加工物Ｗの中和に必要な電子の照射量となる第１電圧値Ｖ１に設定する（Ｓ３）。このようにして設定された電圧値Ｖ_Ｎ ^＊は、電源部１１２ｂに出力される。

電源部１１２ｂは、電圧値Ｖ_Ｎ ^＊に対応する電圧Ｖ_Ｎをニュートラライザ１０２に印加する。これにより、ニュートラライザ１０２のフィラメント１０２ａには電圧Ｖ_Ｎの印加により電流が供給され、ニュートラライザ１０２からは被加工物Ｗの中和に必要な照射量の電子が被加工物Ｗに照射される。このようにニュートラライザ１０２を高出力で動作させると、中和に必要な電子が被加工物Ｗに照射され、被加工物Ｗの表面の帯電量が減少するので、変位量ΔＧが減少して所定閾値ｔｈを下回ることとなる。つまり、イオンビームＩの照射により被加工物Ｗの帯電が効果的に除去される。したがって、ビーム加工位置Ｐのズレを防止することができ、被加工物Ｗの加工面形状を精度良く創成することが可能となる。

次に、電圧値設定部１２６は、取得した画像が最初の１枚目であった場合（Ｓ１：Ｎｏ）、又は、変位量ΔＧが所定閾値ｔｈを下回ったと判断した場合（Ｓ２：Ｎｏ）、電圧値Ｖ_Ｎ ^＊を、第１電圧値Ｖ１よりも低い第２電圧値Ｖ２に設定する（Ｓ４）。このようにして設定された電圧値Ｖ_Ｎ ^＊は、電源部１１２ｂに出力される。電源部１１２ｂは、電圧値Ｖ_Ｎ ^＊に対応する電圧Ｖ_Ｎをニュートラライザ１０２に印加する。これにより、ニュートラライザ１０２は低出力で動作され、ニュートラライザ１０２による電子の照射量が減少する。したがって、被加工物Ｗの帯電の除去が必要ないときには、ニュートラライザ１０２の出力が低下され、ニュートラライザ１０２において不要な電力消費を抑えられると共に、ニュートラライザ１０２への負担を軽減することができる。そして、ニュートラライザ１０２が常に高出力で動作するのを回避することができるので、ニュートラライザ１０２の寿命を向上させることができる。ゆえに、ニュートラライザ１０２の出力が長時間に亘って安定し、ビーム加工位置が長時間に亘って安定するので、成果物（加工によって形成されたレンズ等）の品質を向上させることができる。

なお、ニュートラライザ１０２により電子の照射量を減少させる程度として、電子の照射量を０、つまりニュートラライザ１０２をオフ（非通電）としてもよいが、本実施の形態では、僅かに電子を照射している。即ち、ニュートラライザ１０２をオフ（非通電）とするとニュートラライザ１０２を再起動するのに時間を要するので、フィラメント１０２ａの消耗に影響のない程度にニュートラライザ１０２に電圧Ｖ_Ｎを印加してフィラメント１０２ａに電流を流している。その後、変位量ΔＧが所定閾値ｔｈを上回った場合には、ニュートラライザ１０２のフィラメント１０２ａは通電状態としているので、ニュートラライザ１０２を迅速に立ち上げることができる。

なお、上記実施の形態では、目標加工位置の座標を（Ｏ_ｘ，Ｏ_ｙ）としたが、原点座標（０，０）としてもよい。この場合、相対位置は、（Ｇ_ｘ，Ｇ_ｙ）で表されるので、ビーム加工位置Ｐの座標と同じであり、相対位置を演算するまでもないので、相対位置算出部１２２は、省略可能である。

また、上記実施の形態では、変位量ΔＧが所定閾値ｔｈのときにニュートラライザ１０２を高出力で動作させる場合について説明したが、変位量ΔＧが所定閾値ｔｈのときにニュートラライザ１０２を低出力で動作させるようにしてもよい。つまり、所定閾値ｔｈは境界値であるので、どちらの出力でニュートラライザ１０２を動作させるかは、その設定する値次第である。

また、上記実施の形態では、フィラメントを有するニュートラライザを用い、熱電子の放出により被加工物に電子を照射する場合について説明したが、このニュートラライザに限定するものではなく、マイクロ波放電を利用したニュートラライザを用いてもよい。また、上記実施の形態では、被加工物の加工に用いるイオンビームが正イオンであるので、ニュートラライザが電子を照射する場合について説明したが、イオンビームが負イオンであれば、ニュートラライザは正イオンを照射するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、相対位置に対応する偏向角度値を、所定の演算式を用いて求める場合について説明したが、予め相対位置を示すデータと偏向角度値を示すデータとを対応付けたテーブルを用いて、相対位置に対応する偏向角度値を求めてもよい。

本実施例においては上述した制御アルゴリズムを用いて、口径１８０ｍｍ、最大深さ３２０ｎｍの凹非球面レンズに対して、形状修正加工をイオンビーム加工装置により実施した。なお、加工前の非球面レンズの形状精度は１．２６ｎｍ（ＲＭＳ）であった。加工にはビームエネルギが５ｋｅＶのＡｒイオンビームを使用した。イオンビーム電流は１０．０μＡ、イオンビーム径は半値幅で１．８７ｍｍであった。加工時間は８２．３時間であった。その結果、従来のイオンビーム位置補正を行わない方法で加工を実施した場合の非球面レンズの形状精度が０．６６ｎｍ（ＲＭＳ）であったのに対して、本実施例においては形状精度が０．２８ｎｍであった。これにより、被加工物である非球面レンズの形状精度の向上を確認できた。

１００イオンビーム加工装置
１０１イオンビームガン（イオン出射部）
１０２ニュートラライザ
１０５ＣＣＤカメラ（検出部）
１０７ビーム偏向部
１１２ａビーム偏向部用の電源部（ビーム偏向部用の電圧印加部）
１１２ｂニュートラライザ用の電源部（ニュートラライザ用の電圧印加部）
１２３偏向角度値算出部
１２４ビーム偏向部用の電圧値設定部
１２５変位量算出部
１２６ニュートラライザ用の電圧値設定部

Claims

イオンビームを出射するイオン出射部を備え、前記イオン出射部により出射されたイオンビームを被加工物に照射して前記被加工物の加工を行うイオンビーム加工装置において、
イオンビームが照射される前記被加工物のビーム加工位置を検出する検出部と、
イオンビームとは逆極性であって、印加される電圧に応じた照射量の荷電粒子を、前記被加工物に照射するニュートラライザと、
前記被加工物の目標加工位置を基準とする前記ビーム加工位置の変位量を算出する変位量算出部と、
前記変位量算出部で算出された変位量が所定閾値を上回った場合、前記ニュートラライザに印加する電圧の電圧値を、前記被加工物の中和に必要な荷電粒子の照射量となる第１電圧値に設定し、前記変位量が前記所定閾値を下回った場合、前記電圧値を、前記第１電圧値よりも低い第２電圧値に設定するニュートラライザ用の電圧値設定部と、
前記ニュートラライザ用の電圧値設定部にて設定された電圧値に対応する電圧を前記ニュートラライザに印加するニュートラライザ用の電圧印加部と、を備えたことを特徴とするイオンビーム加工装置。
前記イオン出射部により出射されたイオンビームを、印加される電圧に応じた偏向角度で偏向するビーム偏向部と、
前記イオン出射部と前記目標加工位置との距離、及び前記目標加工位置を基準とする前記ビーム加工位置の相対位置から偏向角度値を算出する偏向角度値算出部と、
前記偏向角度値算出部で算出された偏向角度値に対応する、前記ビーム偏向部に印加する電圧の電圧値を設定するビーム偏向部用の電圧値設定部と、
前記ビーム偏向部用の電圧値設定部で設定された電圧値に対応する電圧を前記ビーム偏向部に印加するビーム偏向部用の電圧印加部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工装置。