JP4054567B2 - 研磨工具の評価方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高精度な自由曲面の光学素子の製造に用いる研磨工具の評価方法に関し、評価する研磨工具は詳しくは研磨加工すべき対象形状が回転楕円面、楕円筒面、又は、子線と母線の曲率半径差が比較的大きいトロイダル面、高次の次数を持つ回転対称な非球面等、従来の被加工面とほぼ同等な大きさを持つ研磨工具を被加工面に対して相対運動させる研磨方法では加工が困難な形状の光学素子を加工する研磨工具を対象とするのに好適なものである。ここで評価する研磨工具の大きさは通常被加工面よりも小径であり、研磨部を構成する材質は発泡ポリウレタンシート、アスファルトピッチ等の材料である。また、光学素子材料としては、一般的な光学用ガラス材料、石英ガラス、低熱膨張ガラス、ＣＶＤ−ＳｉＣ、フッ化化合物等の短波長光学素子材料が使われることが多い。
【０００２】
【従来の技術】
従来、合成石英ガラス、低熱膨張ガラス、ＣＶＤ−ＳｉＣ材は高価であるにもかかわらず、その物理化学特性が優れていることから、高エネルギー短波長光用のレンズ、ミラーとして採用されている。これらのレンズ、ミラーの形状としては、平面、球面等の単純な形状が使用されてきたが、近年のエキシマレーザ光源、 ＳＯＲ施設等の発達により、高次の次数を持つ回転対称非球面レンズ、子線の曲率半径と母線の曲率半径との差が大きいトロイダル面、楕円筒面のミラー等の複雑な形状の要求も増してきている。
【０００３】
これらの光学素子の代表的な構造として合成石英ガラス材を例に説明する。合成石英ガラス材を短波長光用のレンズとする工程は、最終形状に近い形状にする研削工程、そして、研削面の形状誤差、うねり、表面粗さ等を低減し、表面品質を向上させる研磨工具を用いた研磨工程からなる。
【０００４】
この最終工程の研磨工程では、被加工面全域について形状計測を行い、誤差量の多いところを長時間研磨するような小径研磨工具の滞留時間分布を算出し、その小径研磨工具を一定な運動（揺動、自転、又は周転等）をさせながら被加工面上を前述の所定の滞留時間を実現するように走査させる。このときに、酸化セリウム、酸化ジルコニウム微粉、又はダイアモンド微粉等の研磨材を水に分散した研磨液を介在させるものが一般的である。この研磨工程を繰り返すことで、所定の自由曲面形状を仕上げていくものである。
【０００５】
ここで研磨に用いる小径な研磨工具は通常工具直径以上の周期を持つ誤差形状に対しては一定な運動をする研磨工具の滞留時間制御研磨で低減、平滑化が可能である。本発明はこれら研磨工具の持つ滞留時間制御研磨における加工感度を空間周波数帯域上（本件で用いる空間周波数は、被加工面の断面形状に現れる波形を単位長さあたりの周期数で示したものであり、断面形状に現れる波形波長の逆数となる）で精密に、そして合理的に評価検証する方法を提供する。
【０００６】
従来、例えば、本願発明者らにより参考文献「精密工学会１９９０年度秋季大会講演予稿集６５３〜６５４ページ」に報告されている干渉計観察の例（参考文献、６５４ページ、図８）に示されるように、平面のような単純な形状の上に一定周期のサインカーブ状の数周期が連続する形状（特定形状）を形成し、その特定形状の高さを平均的に求め、事前に成形しようとした予定のサインカーブ状形状の高さから評価すべき研磨工具の空間分解能力を評価していた。
【０００７】
すなわち、評価上重要な数値であるサインカーブ状の形状の高さは干渉計、その他の測定器により得られる断面形状から測定者が目視により数値化し、空間周波数（又は空間波長）は数周期の長さを測定し数値化していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例のように測定者が目視により数値化するのでは、測定者間の値にばらつきが生じてしまい、再現性の高い研磨工具の評価が困難であった。
【０００９】
また、評価する特定形状の波形は個々のテストピース上に作られていたため、研磨工具の評価は時間のかかる作業となっていた。
【００１０】
また、１個の工具を評価するのに数枚のテストピースを使うのであるが、それらすべてで同一の研磨除去量を再現することは困難であり、テストピースごとの除去量差を補正する作業が必要であった。そして、この除去量差の補正作業自体の精度が高いものではなかった。
【００１１】
また、加工された波形は単一のものであり、それらの離散的な波長ごとの加工感度からでデータを内挿することで研磨工具の空間分解能評価を行っていたため、加工感度が急峻に変化する部分の数値化は困難であり、精密な評価カーブを得るためには追試験を多く行う必要があった。
【００１２】
以上のように従来の研磨工具加工感度の評価法では、高精度な自由曲面の短波長光学素子を合理的に研磨加工しようとしたときに要求される信頼性の高い、高精度な研磨工具情報を得ることは困難であり、また多大な労力が必要であった。
【００１３】
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであり、高精度で合理的な、測定者に左右されない再現性の高い研磨工具の空間分解能力を、選定した空間周波数帯域について１回の評価加工を行うことで得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明の研磨工具の評価方法は、滞留時間分布に基づいて研磨工具を変速走査させながら被加工物を研磨するための研磨工具の評価方法であって、前記研磨工具から空間周波数帯域を選定する手順と、前記空間周波数帯域の間を連続して変化する空間周波数分布を持つ特定形状を被加工物上に研磨加工するために滞留時間分布を算出する手順と、前記算出した滞留時間分布に従って、前記研磨工具を変速走査することで前記被加工面上に前記特定形状を研磨加工する手順と、評価すべき空間周波数ごとに、前記研磨加工された特定形状の加工深さと加工予定形状の加工予定深さを比較して、研磨工具を評価する手順とを有する点に特徴を有する。
【００１５】
また、本発明の研磨工具の評価方法の他の特徴とするところは、前記研磨工具を評価する手順は、加工感度＝加工深さ／加工予定深さから加工感度を算出する手順である点にある。
【００１６】
また、本発明の研磨工具の評価方法の他の特徴とするところは、前記研磨工具を評価する手順は、それぞれの空間周波数ごとに加工予定形状であるサインカーブ状の断面形状を高速フーリエ変換処理することで卓越周波数のスペクトル強度を算出する手順と、前記研磨加工された特定形状の同一空間周波数の断面形状を高速フーリエ変換処理することで卓越周波数のスペクトル強度を算出する手順と、前記スペクトル強度の比からその空間周波数での加工感度を算出する手順とを有する点にある。
【００１７】
また、本発明の研磨工具の評価方法の他の特徴とするところは、前記研磨工具を空間周波数領域が０．０５ｍｍ-1〜１．０ｍｍ-1での領域で評価する点にある。
【００１８】
また、本発明の研磨工具の評価方法の他の特徴とするところは、前記特定形状は、Ｘ方向には空間周波数が連続して変化し、Ｙ方向には数周期同一の空間周波数を繰り返す形状である点にある。
【００１９】
また、本発明の研磨工具の評価方法の他の特徴とするところは、前記特定形状は、動径回転方向には空間周波数が連続して変化し、放射方向には数周期同一の空間周波数を繰り返す形状である点にある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の研磨工具の評価方法の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１のフローチャートを参照して、本実施の形態での研磨工具の評価手順について説明する。
【００２２】
まず、（１）空間周波数領域において研磨工具の空間分解能（加工感度）を評価すべき空間周波数帯域を選定する（ステップＳ１０１）。ここでは、評価対象の研磨工具の有効径近傍やや高い空間周波数からそれよりも低空間周波数側、（空間波長で示すと研磨工具の有効径の概略３倍程度）を選択する。これは研磨工具の有効径よりも低空間周波数側は工具の滞留時間制御で通常平滑化加工するべき領域であり、本発明で評価すべき工具の空間分解能力の評価が必要な領域だからである。また、空間周波数が１ｍｍ-1を越えて高空間周波数側は通常表面粗さとして考慮すべき空間周波数域であり、評価対象の工具の平滑化能力から分離される領域である。
【００２３】
次に、（２）評価用の被加工物（テストピース）上に特定形状を研磨加工する滞留時間分布を形成する（ステップＳ１０２）。ここで、特定形状とは、選定した空間周波数帯域を連続的に、かつ、それぞれの空間周波数においては概略サインカーブが数周期以上連続して繰り返される形状であり、例えば本願発明者らが特開平５−５７６０６号公報に開示しているように、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置により所望の空間周波数帯域で数周期以上を繰り返すサインカーブ状の形状を評価用テストピース上に成形する滞留時間分布を形成する。このとき、評価すべき空間周波数に相当する波形を例えばＸ方向に滑らかに連続させ、Ｙ方向にはそのＸ座標に対応した空間周波数の波形を数周期連続して繰り返すような滞留時間分布がよい。また、通常サインカーブ状の波形の高さは３０〜１００ｎｍ程度が適当であり、評価する帯域ではその形状の高さを全域で揃えるような滞留時間分布とする。
【００２４】
次に、（３）前記算出した空間周波数帯域を形成する滞留時間分布に従って、評価対象の研磨工具を変速走査するＮＣプログラムを生成する（ステップＳ１０３）。例えば、前述の特開平５−５７６０６号公報に開示された形状創成研磨装置で、滞留時間分布データを、装置の各駆動軸の移動指令値となるＮＣ指令プログラムとして計算することである。
【００２５】
次に、（４）前記生成したＮＣプログラムで評価対象の研磨工具をプログラム運転加工が可能な研磨装置に搭載して変速走査することでテストピース上に前記特定形状を研磨加工する（ステップＳ１０４）。すなわち、前記ステップＳ１０３で得られたＮＣ指令プログラムを形状創成研磨装置で起動させ、評価対象の研磨工具で前記特定形状を研磨加工する。このとき、加工は通常１パスの加工とする。また、テストピースは通常は平面、球面等の単純な形状を用いるが、非球面形状の上に加工してもよい。
【００２６】
次に、（５）前記研磨加工された特定形状について、それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに加工高さ（深さ）を計測する（ステップＳ１０５〜Ｓ１０８）。すなわち、評価すべき空間周波数帯域からデータ化する空間周波数帯域を選定するとともに（ステップＳ１０５）、その選定した空間周波数についての予定形状の高さ（深さ）を算出する（ステップＳ１０６）。そして、その選定した空間周波数帯域内の数点で、前記ステップＳ１０３で加工されたテストピース上の形状の深さを計測する（ステップＳ１０７）。ここで通常の単純な形状であれば、例えばフィゾー型の干渉計により一括の面形状データとして波形データを取り込めばよい。
【００２７】
次に、（６）それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに計測された加工深さを加工予定深さと比較し、「加工感度＝加工深さ／加工予定深さ」を算出する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）。すなわち、前述の測定データから、評価すべき空間周波数ごとに予定加工深さと実際に加工した結果の加工深さの比を計算する。このとき、予定通りの深さで加工できていれば、深さに差はなく、その比は１（＝１００％）となり、その空間周波数帯域ではその研磨工具の加工感度は１００％となり、滞留時間制御研磨加工が事前の計算結果と同じに行うことができることを示す。
【００２８】
次に、（７）評価すべき代表的な空間周波数ごとの加工感度を、横軸を空間周波数又は空間波長、縦軸を加工感度としたチャート上に記録し、研磨工具の加工感度特性を得る（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）。前記ステップＳ１０９、Ｓ１１０で得られた空間周波数帯域ごとの加工感度値をチャート上にまとめる作業である。このとき、横軸を空間周波数でプロットするか、空間波長に直してプロットするかは任意でよく、また、加工感度が急峻に変化する部分ではプロットする点数を状況に合わせて増やすことができる。このときも、新たな加工評価を行うことなく、評価空間周波数を増やすだけでよい。
【００２９】
以上述べた手順で研磨工具を評価することで、高精度で合理的な、測定者に左右されない再現性の高い、研磨工具の空間分解能特性評価（空間波長加工感度評価）が可能である。
【００３０】
また、特定形状として、単純なサインカーブ状の波形ばかりではなく、三角波形、四角波形等の高い周波数を含む任意の波形でも実施することができ、汎用性の高い新規な研磨工具の評価法である。
【００３１】
また、前記研磨工具の評価法では、除去量についての補正作業が必要ない。また、実際の光学素子の形状に展開も可能な汎用性の高い新規な研磨工具の空間分解能力の評価法である。
【００３２】
また、空間分解能（加工感度）が急峻に変化する帯域が存在する場合でも、追試験は必要なく、改めて加工後の形状をより緻密に測定することで、精度の高い加工感度曲線を算出することが可能な新規な研磨工具の空間分解能力の評価法である。
【００３３】
なお、事前に準備すべき滞留時間分布により作る特定形状は、加工後に図２に示すようなＸ方向に空間周波数分布をもち、Ｙ方向に波形すなわち山、谷が数周期繰り返すパターンが基本である。
【００３４】
また、これらの特定形状を加工するときには、通常、Ｙ方向に研磨工具を変速走査し、Ｘ方向には工具を例えば０．５ｍｍピッチ送りするラスター走査による１パス研磨加工で行うことが基本である。
【００３５】
以下、研磨工具の評価法について、いくつかの実施例を説明する。評価対象である研磨工具１は、例えば図３に示されるが、通常自由曲面上滞留時間制御研磨加工する工具である。本願発明者らにより特開平６−１２６６０８号公報に提案されているように、工具シャンク１−２と、研磨面構成材１−３との間に被加工面の形状変化に追随するフレキシブルな形状追随層１−４を有する。形状追随層１−４は、ポリビニルアルコール系の発泡素材、ポリクロロプレン材等の粘弾性材料、又は、それらの発泡材料で、偏分布荷重によって大きく変形する材料である。
【００３６】
（第１実施例）
本実施例では、評価対象の研磨工具１は、工具シャンク１−２と、研磨面構成材１−３であるポリウレタン発泡材シートとの間に被加工面の形状変化に追随するポリクロロプレン材からなる形状追随層１−４を有する。研磨工具１の有効径は６ｍｍである。研磨面構成材１−３であるポリウレタン発泡材シートの厚みは０．８ｍｍである。なお、研磨液は、溶媒として精製水４０リットルに平均粒径０．５μｍの酸化セリウム系研磨砥粒を重量濃度で０．１％攪拌し、分散剤を加え、２４時間攪拌してある。また、評価用の被加工物であるテストピースは、平面の石英ガラスである。
【００３７】
前記評価対象の研磨工具１に対して、図１のフローチャートに従った評価方法を実施する。「（１）空間周波数領域において研磨工具の空間分解能（加工感度）を評価すべき空間周波数帯域を選定する（ステップＳ１０１）」手順では、研磨工具１の有効径は６ｍｍであることから、研磨工具の有効径近傍やや高い空間周波数である０．２ｍｍ-1からそれよりも低空間周波数側で、研磨工具有効径の概略３倍である０．０５ｍｍ-1を選択した。これは、空間波長に直すと、５ｍｍから２０ｍｍの範囲となる。
【００３８】
「（２）テストピース上に特定形状を研磨加工する滞留時間分布を形成する（ステップＳ１０２）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置により所望の空間周波数帯域（０．０５ｍｍ-1から０．２ｍｍ-1）の間を滑らかに連続して空間周波数が変化するサインカーブ状の形状で、Ｘ方向には周波数が滑らかに連続的に変化、Ｙ方向にはそのＸ座標に対応した空間周波数のサインカーブ上の波形を数周期連続して繰り返す、をテストピースの上に研磨加工する滞留時間分布を算出する。このとき、加工すべき特定形状を離散的な点群で記述し、評価される研磨工具の単位除去形状でデコンボリューションすることで滞留時間分布を求めた。また、加工すべき特定形状たるサインカーブ状の波形の深さは１００ｎｍとした。そして、評価する空間周波数帯域ではその高さが全域で一定となるようにした。
【００３９】
「（３）前記算出した空間周波数帯域を形成する滞留時間分布に従って、評価対象の研磨工具を変速走査するＮＣプログラムを生成する（ステップＳ１０３）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置で滞留時間分布データを装置の各駆動軸の移動指令値となるＮＣ指令プログラムに変換した。加工は１パスのラスター走査研磨とした。
【００４０】
「（４）前記生成したＮＣプログラムで評価対象の研磨工具をプログラム運転加工が可能な研磨装置に搭載して変速走査することでテストピース上に前記特定形状を研磨加工する（ステップＳ１０４）」手順では、ＮＣ指令プログラムを形状創成研磨装置で起動させ、評価対象である直径６ｍｍのポリウレタン製の研磨工具で特定形状を研磨加工した。研磨工具の運動条件は、相対運動：１軸方向の揺動運動、揺動のストローク：±２ｍｍ、揺動周波数：４Ｈｚ、研磨荷重：０．５ｋｇｆであり、揺動方向は変速走査に対して直行方向である。また、ラスター走査の送りピッチは０．５ｍｍである。加工は通常の１パスの加工とした。
【００４１】
「（５）前記研磨加工された特定形状について、それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに加工高さ（深さ）を計測する（ステップＳ１０５〜Ｓ１０８）」手順では、加工されたテストピース上の形状を計測した。ここでは、形状創成研磨装置の形状計測装置を用いて０．２ｍｍピッチの等方に形状を測定している。測定された特定形状全面のデータから必要な空間周波数部分の断面データをそれぞれ出力する。このときＹ方向には同一の周波数で数周期のサインカーブ状の起伏があるので、それらの代表となる高さ（深さ）値をｎｍ単位で読み取った。
【００４２】
「（６）それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに計測された加工深さを加工予定深さと比較し、「加工感度＝加工深さ／加工予定深さ」を算出する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）」手順では、前述の測定データ（各周波数ごとの加工後のサインカーブ状の特定形状の深さ値）から、評価すべき空間周波数ごとに予定加工深さと実際に加工した結果の加工深さの比を計算した。
【００４３】
「（７）評価すべき代表的な空間周波数ごとの加工感度を、横軸を空間周波数又は空間波長、縦軸を加工感度としたチャート上に記録し、研磨工具の加工感度特性を得る（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）」手順では、得られた各周波数ごとの加工感度値を、図４に示すようにチャート上にまとめた（同図の黒丸点でプロットした特性曲線）。ここでは、横軸を空間波長に直してプロットした。なお、加工感度が急峻に変化する部分（空間波長８ｍｍ〜１２ｍｍ）では、プロットする点数を２点増やした。
【００４４】
以上述べたようにして、滞留時間制御加工用の研磨工具の空間分解能（空間波長加工感度）を１回の研磨加工により、精度よく、追試験も必要なく得ることができた。
【００４５】
（第２実施例）
本実施例における評価対象の研磨工具１は、研磨工具１の有効径を４ｍｍとしたこと以外は前記第１実施例と同じである。なお、使用した研磨液も前記第１実施例と同じである。また、評価用の被加工物であるテストピースも、前記第１実施例と同様に平面の石英ガラスである。
【００４６】
前記評価対象の研磨工具１に対して、図１のフローチャートに従った評価方法を実施する。「（１）空間周波数領域において研磨工具の空間分解能（加工感度）を評価すべき空間周波数帯域を選定する（ステップＳ１０１）」手順では、研磨工具１の有効径は４ｍｍであることから、研磨工具の有効径近傍の空間周波数である０．２５ｍｍ-1からそれよりも低空間周波数側で、研磨工具有効径の概略３倍である０．０６２５ｍｍ-1を選択した。これは、空間波長に直すと、４ｍｍから１６ｍｍの範囲となる。
【００４７】
「（２）テストピース上に特定形状を研磨加工する滞留時間分布を形成する（ステップＳ１０２）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置により所望の空間周波数帯域（０．０５ｍｍ-1から０．２５ｍｍ-1）の間を滑らかに連続して空間周波数が変化するサインカーブ状の形状で、Ｘ方向には周波数が滑らかに連続的に変化、Ｙ方向にはそのＸ座標に対応した空間周波数のサインカーブ上の波形を数周期連続して繰り返す、をテストピースの上に研磨加工する滞留時間分布を算出する。このとき、加工すべき特定形状を離散的な点群で記述し、評価される研磨工具の単位除去形状でデコンボリューションすることで滞留時間分布を求めた。また、加工すべき特定形状たるサインカーブ状の波形の深さは５０ｎｍとした。評価する空間周波数帯域ではその高さが全域で一定となるようにした。
【００４８】
「（３）前記算出した空間周波数帯域を形成する滞留時間分布に従って、評価対象の研磨工具を変速走査するＮＣプログラムを生成する（ステップＳ１０３）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置で滞留時間分布データを装置の各駆動軸の移動指令値となるＮＣ指令プログラムに変換した。加工は１パスのラスター走査研磨とした。
【００４９】
「（４）前記生成したＮＣプログラムで評価対象の研磨工具をプログラム運転加工が可能な研磨装置に搭載して変速走査することでテストピース上に前記特定形状を研磨加工する（ステップＳ１０４）」手順では、ＮＣ指令プログラムを形状創成研磨装置で起動させ、評価対象である直径４ｍｍのポリウレタン製の研磨工具で特定形状を研磨加工した。研磨工具の運動条件は、相対運動：１軸方向の揺動運動、揺動のストローク：±１ｍｍ、（揺動周波数：８Ｈｚ）、研磨荷重：０．３ｋｇｆであり、揺動方向は変速走査に対して直行方向である。また、ラスター走査の送りピッチは０．５ｍｍである。加工は通常の１パスの加工とした。
【００５０】
「（５）前記研磨加工された特定形状について、それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに加工高さ（深さ）を計測する（ステップＳ１０５〜Ｓ１０８）」手順では、加工されたテストピース上の特定形状の各断面形状を計測した。ここではフィゾー型の干渉計を用いて０．１ｍｍピッチのデータ密度で形状を測定している。測定された特定形状のデータから必要な空間周波数部分の断面データをそれぞれ出力する。このときＹ方向には同一の周波数で数周期のサインカーブ状の起伏があるので、断面データはＹ方向に切り出した。それら波形の代表となる高さ（深さ）値をｎｍ単位で読み取った。
【００５１】
「（６）それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに計測された加工深さを加工予定深さと比較し、「加工感度＝加工深さ／加工予定深さ」を算出する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）」手順では、前述の測定データ（各周波数ごとの加工後のサインカーブ状の特定形状の深さ値）と、評価すべき空間周波数ごとに予定されていた深さとの比を計算した。
【００５２】
「（７）評価すべき代表的な空間周波数ごとの加工感度を、横軸を空間周波数又は空間波長、縦軸を加工感度としたチャート上に記録し、研磨工具の加工感度特性を得る（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）」手順では、得られた各周波数ごとの加工感度値を、図４に示すようにチャート上にまとめた（同図の黒四角点でプロットした特性曲線）。ここでは、横軸を空間波長に直してプロットした。なお、加工感度が急峻に変化する部分（空間波長６ｍｍ〜９ｍｍ）では、プロットする点数を増やした。
【００５３】
以上述べたようにして得られた研磨工具の「空間周波数分解能力」チャートから、直径４ｍｍの工具は空間波長７ｍｍで直径６ｍｍの工具より加工感度が約３倍大きいことがわかる（直径４ｍｍ工具では加工感度が約６０％であるのに対して、直径６ｍｍでは加工感度が約２０％である）。このように、有効径４ｍｍの研磨工具の空間周波数分解能力を１回の評価実験で合理的に評価することができた。
【００５４】
（第３実施例）
本実施例における評価対象の研磨工具１は、研磨工具１の有効径を２ｍｍとしたこと以外は前記第１、２実施例と同じである。なお、使用した研磨液も前記第１、２実施例と同じである。また、評価用の被加工物であるテストピースも、前記第１実施例と同様に平面の石英ガラスである。
【００５５】
前記評価対象の研磨工具１に対して、図１のフローチャートに従った評価方法を実施する。「（１）空間周波数領域において研磨工具の空間分解能（加工感度）を評価すべき空間周波数帯域を選定する（ステップＳ１０１）」手順では、研磨工具１の有効径は２ｍｍであることから、研磨工具の有効径近傍やや高い空間周波数である０．６ｍｍ-1からそれよりも低空間周波数側で、研磨工具有効径の概略３倍である０．１２５ｍｍ-1を選択した。これは、空間波長に直すと、１．８ｍｍから８ｍｍの範囲となる。
【００５６】
「（２）テストピース上に特定形状を研磨加工する滞留時間分布を形成する（ステップＳ１０２）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置により所望の空間周波数帯域（０．１２５ｍｍ-1から０．６ｍｍ-1）の間を滑らかに連続して空間周波数が変化するサインカーブ状の形状で、Ｘ方向には周波数が滑らかに連続的に変化、Ｙ方向にはそのＸ座標に対応した空間周波数のサインカーブ上の波形を数周期連続して繰り返す、をテストピースの上に研磨加工する滞留時間分布を算出する。このとき、加工すべき特定形状を離散的な点群で記述し、評価される研磨工具の単位除去形状（点群で示す）でデコンボリューションすることで滞留時間分布を求めた。また、加工すべき特定形状たるサインカーブ状の波形の深さは５０ｎｍとした。このとき、単位除去形状が約２ｍｍと微小であることから、点群の展開ピッチは０．４ｍｍとした。
【００５７】
「（３）前記算出した空間周波数帯域を形成する滞留時間分布に従って、評価対象の研磨工具を変速走査するＮＣプログラムを生成する（ステップＳ１０３）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置で滞留時間分布データを装置の各駆動軸の移動指令値となるＮＣ指令プログラムに変換した。加工は１パスのラスター走査研磨とした。
【００５８】
「（４）前記生成したＮＣプログラムで評価対象の研磨工具をプログラム運転加工が可能な研磨装置に搭載して変速走査することでテストピース上に前記特定形状を研磨加工する（ステップＳ１０４）」手順では、ＮＣ指令プログラムを形状創成研磨装置で起動させ、評価対象である直径２ｍｍのポリウレタン製の研磨工具で特定形状を研磨加工した。ラスター走査の送りピッチは０．４ｍｍである。（）研磨工具の運動条件は、相対運動：１軸方向の揺動運動、揺動のストローク：±０．５ｍｍ、（揺動周波数：８Ｈｚ）、研磨荷重：０．１５ｋｇｆであり、揺動方向は変速走査に対して直行方向である。
【００５９】
「（５）前記研磨加工された特定形状について、それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに加工高さ（深さ）を計測する（ステップＳ１０５〜Ｓ１０８）」手順では、加工されたテストピース上の特定形状の各断面形状を計測した。ここではフィゾー型の干渉計を用いて０．０８ｍｍピッチのデータ密度で形状を測定している。測定された特定形状のデータから必要な空間周波数部分の断面データをそれぞれ出力する。このときＹ方向には同一の周波数で数周期のサインカーブ状の起伏があるので、断面データはＹ方向に切り出した。それら波形の代表となる高さ（深さ）値をｎｍ単位で読み取った。
【００６０】
「（６）それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに計測された加工深さを加工予定深さと比較し、「加工感度＝加工深さ／加工予定深さ」を算出する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）、及び、（７）評価すべき代表的な空間周波数ごとの加工感度を、横軸を空間周波数又は空間波長、縦軸を加工感度としたチャート上に記録し、研磨工具の加工感度特性を得る（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）」手順では、前記第１、２実施例とは異なる手法により、前記数値を算出した。特定形状はサインカーブ状であり、加工予定形状の断面形状及び加工後に測定された断面形状に対して以下の処理を行った。
【００６１】
（ａ）評価すべき空間周波数の加工予定形状、加工形状（研磨加工された特定形状）のそれぞれの断面データをコンピュータに入力し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理した。その結果を、横軸を空間周波数、縦軸をパワースペクトラム値とするチャート上にプロットし、評価すべき空間周波数について、加工予定形状、加工形状の卓越周波数とスペクトル強度を数値化した。
【００６２】
（ｂ）これらの作業を評価すべきすべての空間周波数において実施し、各周波数について加工：加工予定のスペクトル強度の比を求めた。このスペクトル強度の比を表す表は研磨工具の加工感度にあたる。
【００６３】
（ｃ）この表をチャート上にまとめた（同図の黒三角点でプロットした特性曲線）。このとき、横軸を空間波長にしてプロットした。加工感度が急峻に変化する部分も含め、１８点（１８断面）のデータを採用した。これは本発明の特徴である空間周波数を連続的に変化させている特徴をよく利用している。このように１回の研磨加工で精度の高い空間分解能の特性曲線を得ることができる。
【００６４】
以上述べたようにして得られた研磨工具の「空間周波数分解能力」チャートから、滞留時間制御加工する研磨工具の空間周波数分解能を極めて高い精度でかつ合理的に求めることができた。
【００６５】
以上述べた研磨工具の評価法により、高精度で合理的な、測定者に左右されない再現性の高い、研磨工具の空間分解能力の評価を行うことができる。また、一度の加工で特性曲線を得られる能率の高い方法である。また、再試験を行う必要がない信頼性の高い評価法である。そして、各種サイズの研磨工具に共通の手法が適用できる汎用性の高い評価法である。また、手順が明確になっているので評価作業を進めるのが容易である。
【００６６】
（その他の実施の形態）
なお、上記実施の形態の説明した研磨工具の評価法を実施する装置を構成する場合、当該装置は１つの装置から構成されてもよいし、複数の装置を組み合わせて構成されてもよい。
【００６７】
また、上記実施例中では、所望の空間周波数帯域の間を滑らかに連続して空間周波数が変化するサインカーブ状の形状で、Ｘ方向には周波数が滑らかに連続的に変化、Ｙ方向にはそのＸ座標に対応した空間周波数のサインカーブ上の波形を数周期連続して繰り返す形状を加工、計測する例を示したが、同心円状に波形を配置してもよい。このとき、数周期同一の空間周波数を繰り返すことを、放射方向に配置し、空間周波数を滑らかに変更することを同心円の中心からの動径回転方向に分布させるとよい。
【００６８】
この場合、同心円状に配置されたサインカーブ状の起伏は周方向に不連続な部分が生じる。例を図５に示す。図５では、空間周波数０．５ｍｍ-1（空間波長２ｍｍ）、から０．１２５ｍｍ-1（空間波長８ｍｍ）の範囲のサインカーブ状の波形を周方向に連続的に生成している。ここで、略同心円の中心から放射上には同一周波数の形状が連続する。
【００６９】
また、上述した実施の形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置或いはシステム内のコンピュータに対し、前記実施の形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（ＣＰＵ或いはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００７０】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体は本発明を構成する。そのプログラムコードの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネット等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いることができる。
【００７１】
さらに、前記プログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、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、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００７２】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施の形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施の形態に含まれることはいうまでもない。
【００７３】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの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格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることはいうまでもない。
【００７４】
なお、前記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、高精度で合理的な、測定者に左右されない再現性の高い研磨工具の空間分解能力を、選定した空間周波数帯域について１回の評価加工を行うことで得ることができる。また、空間分解能（加工感度）が急峻に変化する帯域が存在する場合でも追試験は必要なく、改めて加工後の形状をより緻密に測定することで精度の高い研磨工具の評価（加工感度曲線の算出等）を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の研磨工具の評価手順を示すフローチャートである。
【図２】特定形状を説明するための図である。
【図３】研磨工具の構成を説明するための模式図である。
【図４】第１〜３実施例により得られた研磨工具の加工感度を表すチャート示す図である。
【図５】空間周波数０．５ｍｍ-1（空間波長２ｍｍ）、から０．１２５ｍｍ-1（空間波長８ｍｍ）の範囲のサインカーブ状の波形を周方向に連続的に生成していることを示す図である。
【符号の説明】
１ 研磨工具
１−２ 工具シャンク
１−３ 研磨面構成材
１−４ 形状追随層
【発明の属する技術分野】
本発明は高精度な自由曲面の光学素子の製造に用いる研磨工具の評価方法に関し、評価する研磨工具は詳しくは研磨加工すべき対象形状が回転楕円面、楕円筒面、又は、子線と母線の曲率半径差が比較的大きいトロイダル面、高次の次数を持つ回転対称な非球面等、従来の被加工面とほぼ同等な大きさを持つ研磨工具を被加工面に対して相対運動させる研磨方法では加工が困難な形状の光学素子を加工する研磨工具を対象とするのに好適なものである。ここで評価する研磨工具の大きさは通常被加工面よりも小径であり、研磨部を構成する材質は発泡ポリウレタンシート、アスファルトピッチ等の材料である。また、光学素子材料としては、一般的な光学用ガラス材料、石英ガラス、低熱膨張ガラス、ＣＶＤ−ＳｉＣ、フッ化化合物等の短波長光学素子材料が使われることが多い。
【０００２】
【従来の技術】
従来、合成石英ガラス、低熱膨張ガラス、ＣＶＤ−ＳｉＣ材は高価であるにもかかわらず、その物理化学特性が優れていることから、高エネルギー短波長光用のレンズ、ミラーとして採用されている。これらのレンズ、ミラーの形状としては、平面、球面等の単純な形状が使用されてきたが、近年のエキシマレーザ光源、 ＳＯＲ施設等の発達により、高次の次数を持つ回転対称非球面レンズ、子線の曲率半径と母線の曲率半径との差が大きいトロイダル面、楕円筒面のミラー等の複雑な形状の要求も増してきている。
【０００３】
これらの光学素子の代表的な構造として合成石英ガラス材を例に説明する。合成石英ガラス材を短波長光用のレンズとする工程は、最終形状に近い形状にする研削工程、そして、研削面の形状誤差、うねり、表面粗さ等を低減し、表面品質を向上させる研磨工具を用いた研磨工程からなる。
【０００４】
この最終工程の研磨工程では、被加工面全域について形状計測を行い、誤差量の多いところを長時間研磨するような小径研磨工具の滞留時間分布を算出し、その小径研磨工具を一定な運動（揺動、自転、又は周転等）をさせながら被加工面上を前述の所定の滞留時間を実現するように走査させる。このときに、酸化セリウム、酸化ジルコニウム微粉、又はダイアモンド微粉等の研磨材を水に分散した研磨液を介在させるものが一般的である。この研磨工程を繰り返すことで、所定の自由曲面形状を仕上げていくものである。
【０００５】
ここで研磨に用いる小径な研磨工具は通常工具直径以上の周期を持つ誤差形状に対しては一定な運動をする研磨工具の滞留時間制御研磨で低減、平滑化が可能である。本発明はこれら研磨工具の持つ滞留時間制御研磨における加工感度を空間周波数帯域上（本件で用いる空間周波数は、被加工面の断面形状に現れる波形を単位長さあたりの周期数で示したものであり、断面形状に現れる波形波長の逆数となる）で精密に、そして合理的に評価検証する方法を提供する。
【０００６】
従来、例えば、本願発明者らにより参考文献「精密工学会１９９０年度秋季大会講演予稿集６５３〜６５４ページ」に報告されている干渉計観察の例（参考文献、６５４ページ、図８）に示されるように、平面のような単純な形状の上に一定周期のサインカーブ状の数周期が連続する形状（特定形状）を形成し、その特定形状の高さを平均的に求め、事前に成形しようとした予定のサインカーブ状形状の高さから評価すべき研磨工具の空間分解能力を評価していた。
【０００７】
すなわち、評価上重要な数値であるサインカーブ状の形状の高さは干渉計、その他の測定器により得られる断面形状から測定者が目視により数値化し、空間周波数（又は空間波長）は数周期の長さを測定し数値化していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例のように測定者が目視により数値化するのでは、測定者間の値にばらつきが生じてしまい、再現性の高い研磨工具の評価が困難であった。
【０００９】
また、評価する特定形状の波形は個々のテストピース上に作られていたため、研磨工具の評価は時間のかかる作業となっていた。
【００１０】
また、１個の工具を評価するのに数枚のテストピースを使うのであるが、それらすべてで同一の研磨除去量を再現することは困難であり、テストピースごとの除去量差を補正する作業が必要であった。そして、この除去量差の補正作業自体の精度が高いものではなかった。
【００１１】
また、加工された波形は単一のものであり、それらの離散的な波長ごとの加工感度からでデータを内挿することで研磨工具の空間分解能評価を行っていたため、加工感度が急峻に変化する部分の数値化は困難であり、精密な評価カーブを得るためには追試験を多く行う必要があった。
【００１２】
以上のように従来の研磨工具加工感度の評価法では、高精度な自由曲面の短波長光学素子を合理的に研磨加工しようとしたときに要求される信頼性の高い、高精度な研磨工具情報を得ることは困難であり、また多大な労力が必要であった。
【００１３】
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであり、高精度で合理的な、測定者に左右されない再現性の高い研磨工具の空間分解能力を、選定した空間周波数帯域について１回の評価加工を行うことで得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明の研磨工具の評価方法は、滞留時間分布に基づいて研磨工具を変速走査させながら被加工物を研磨するための研磨工具の評価方法であって、前記研磨工具から空間周波数帯域を選定する手順と、前記空間周波数帯域の間を連続して変化する空間周波数分布を持つ特定形状を被加工物上に研磨加工するために滞留時間分布を算出する手順と、前記算出した滞留時間分布に従って、前記研磨工具を変速走査することで前記被加工面上に前記特定形状を研磨加工する手順と、評価すべき空間周波数ごとに、前記研磨加工された特定形状の加工深さと加工予定形状の加工予定深さを比較して、研磨工具を評価する手順とを有する点に特徴を有する。
【００１５】
また、本発明の研磨工具の評価方法の他の特徴とするところは、前記研磨工具を評価する手順は、加工感度＝加工深さ／加工予定深さから加工感度を算出する手順である点にある。
【００１６】
また、本発明の研磨工具の評価方法の他の特徴とするところは、前記研磨工具を評価する手順は、それぞれの空間周波数ごとに加工予定形状であるサインカーブ状の断面形状を高速フーリエ変換処理することで卓越周波数のスペクトル強度を算出する手順と、前記研磨加工された特定形状の同一空間周波数の断面形状を高速フーリエ変換処理することで卓越周波数のスペクトル強度を算出する手順と、前記スペクトル強度の比からその空間周波数での加工感度を算出する手順とを有する点にある。
【００１７】
また、本発明の研磨工具の評価方法の他の特徴とするところは、前記研磨工具を空間周波数領域が０．０５ｍｍ-1〜１．０ｍｍ-1での領域で評価する点にある。
【００１８】
また、本発明の研磨工具の評価方法の他の特徴とするところは、前記特定形状は、Ｘ方向には空間周波数が連続して変化し、Ｙ方向には数周期同一の空間周波数を繰り返す形状である点にある。
【００１９】
また、本発明の研磨工具の評価方法の他の特徴とするところは、前記特定形状は、動径回転方向には空間周波数が連続して変化し、放射方向には数周期同一の空間周波数を繰り返す形状である点にある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の研磨工具の評価方法の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１のフローチャートを参照して、本実施の形態での研磨工具の評価手順について説明する。
【００２２】
まず、（１）空間周波数領域において研磨工具の空間分解能（加工感度）を評価すべき空間周波数帯域を選定する（ステップＳ１０１）。ここでは、評価対象の研磨工具の有効径近傍やや高い空間周波数からそれよりも低空間周波数側、（空間波長で示すと研磨工具の有効径の概略３倍程度）を選択する。これは研磨工具の有効径よりも低空間周波数側は工具の滞留時間制御で通常平滑化加工するべき領域であり、本発明で評価すべき工具の空間分解能力の評価が必要な領域だからである。また、空間周波数が１ｍｍ-1を越えて高空間周波数側は通常表面粗さとして考慮すべき空間周波数域であり、評価対象の工具の平滑化能力から分離される領域である。
【００２３】
次に、（２）評価用の被加工物（テストピース）上に特定形状を研磨加工する滞留時間分布を形成する（ステップＳ１０２）。ここで、特定形状とは、選定した空間周波数帯域を連続的に、かつ、それぞれの空間周波数においては概略サインカーブが数周期以上連続して繰り返される形状であり、例えば本願発明者らが特開平５−５７６０６号公報に開示しているように、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置により所望の空間周波数帯域で数周期以上を繰り返すサインカーブ状の形状を評価用テストピース上に成形する滞留時間分布を形成する。このとき、評価すべき空間周波数に相当する波形を例えばＸ方向に滑らかに連続させ、Ｙ方向にはそのＸ座標に対応した空間周波数の波形を数周期連続して繰り返すような滞留時間分布がよい。また、通常サインカーブ状の波形の高さは３０〜１００ｎｍ程度が適当であり、評価する帯域ではその形状の高さを全域で揃えるような滞留時間分布とする。
【００２４】
次に、（３）前記算出した空間周波数帯域を形成する滞留時間分布に従って、評価対象の研磨工具を変速走査するＮＣプログラムを生成する（ステップＳ１０３）。例えば、前述の特開平５−５７６０６号公報に開示された形状創成研磨装置で、滞留時間分布データを、装置の各駆動軸の移動指令値となるＮＣ指令プログラムとして計算することである。
【００２５】
次に、（４）前記生成したＮＣプログラムで評価対象の研磨工具をプログラム運転加工が可能な研磨装置に搭載して変速走査することでテストピース上に前記特定形状を研磨加工する（ステップＳ１０４）。すなわち、前記ステップＳ１０３で得られたＮＣ指令プログラムを形状創成研磨装置で起動させ、評価対象の研磨工具で前記特定形状を研磨加工する。このとき、加工は通常１パスの加工とする。また、テストピースは通常は平面、球面等の単純な形状を用いるが、非球面形状の上に加工してもよい。
【００２６】
次に、（５）前記研磨加工された特定形状について、それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに加工高さ（深さ）を計測する（ステップＳ１０５〜Ｓ１０８）。すなわち、評価すべき空間周波数帯域からデータ化する空間周波数帯域を選定するとともに（ステップＳ１０５）、その選定した空間周波数についての予定形状の高さ（深さ）を算出する（ステップＳ１０６）。そして、その選定した空間周波数帯域内の数点で、前記ステップＳ１０３で加工されたテストピース上の形状の深さを計測する（ステップＳ１０７）。ここで通常の単純な形状であれば、例えばフィゾー型の干渉計により一括の面形状データとして波形データを取り込めばよい。
【００２７】
次に、（６）それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに計測された加工深さを加工予定深さと比較し、「加工感度＝加工深さ／加工予定深さ」を算出する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）。すなわち、前述の測定データから、評価すべき空間周波数ごとに予定加工深さと実際に加工した結果の加工深さの比を計算する。このとき、予定通りの深さで加工できていれば、深さに差はなく、その比は１（＝１００％）となり、その空間周波数帯域ではその研磨工具の加工感度は１００％となり、滞留時間制御研磨加工が事前の計算結果と同じに行うことができることを示す。
【００２８】
次に、（７）評価すべき代表的な空間周波数ごとの加工感度を、横軸を空間周波数又は空間波長、縦軸を加工感度としたチャート上に記録し、研磨工具の加工感度特性を得る（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）。前記ステップＳ１０９、Ｓ１１０で得られた空間周波数帯域ごとの加工感度値をチャート上にまとめる作業である。このとき、横軸を空間周波数でプロットするか、空間波長に直してプロットするかは任意でよく、また、加工感度が急峻に変化する部分ではプロットする点数を状況に合わせて増やすことができる。このときも、新たな加工評価を行うことなく、評価空間周波数を増やすだけでよい。
【００２９】
以上述べた手順で研磨工具を評価することで、高精度で合理的な、測定者に左右されない再現性の高い、研磨工具の空間分解能特性評価（空間波長加工感度評価）が可能である。
【００３０】
また、特定形状として、単純なサインカーブ状の波形ばかりではなく、三角波形、四角波形等の高い周波数を含む任意の波形でも実施することができ、汎用性の高い新規な研磨工具の評価法である。
【００３１】
また、前記研磨工具の評価法では、除去量についての補正作業が必要ない。また、実際の光学素子の形状に展開も可能な汎用性の高い新規な研磨工具の空間分解能力の評価法である。
【００３２】
また、空間分解能（加工感度）が急峻に変化する帯域が存在する場合でも、追試験は必要なく、改めて加工後の形状をより緻密に測定することで、精度の高い加工感度曲線を算出することが可能な新規な研磨工具の空間分解能力の評価法である。
【００３３】
なお、事前に準備すべき滞留時間分布により作る特定形状は、加工後に図２に示すようなＸ方向に空間周波数分布をもち、Ｙ方向に波形すなわち山、谷が数周期繰り返すパターンが基本である。
【００３４】
また、これらの特定形状を加工するときには、通常、Ｙ方向に研磨工具を変速走査し、Ｘ方向には工具を例えば０．５ｍｍピッチ送りするラスター走査による１パス研磨加工で行うことが基本である。
【００３５】
以下、研磨工具の評価法について、いくつかの実施例を説明する。評価対象である研磨工具１は、例えば図３に示されるが、通常自由曲面上滞留時間制御研磨加工する工具である。本願発明者らにより特開平６−１２６６０８号公報に提案されているように、工具シャンク１−２と、研磨面構成材１−３との間に被加工面の形状変化に追随するフレキシブルな形状追随層１−４を有する。形状追随層１−４は、ポリビニルアルコール系の発泡素材、ポリクロロプレン材等の粘弾性材料、又は、それらの発泡材料で、偏分布荷重によって大きく変形する材料である。
【００３６】
（第１実施例）
本実施例では、評価対象の研磨工具１は、工具シャンク１−２と、研磨面構成材１−３であるポリウレタン発泡材シートとの間に被加工面の形状変化に追随するポリクロロプレン材からなる形状追随層１−４を有する。研磨工具１の有効径は６ｍｍである。研磨面構成材１−３であるポリウレタン発泡材シートの厚みは０．８ｍｍである。なお、研磨液は、溶媒として精製水４０リットルに平均粒径０．５μｍの酸化セリウム系研磨砥粒を重量濃度で０．１％攪拌し、分散剤を加え、２４時間攪拌してある。また、評価用の被加工物であるテストピースは、平面の石英ガラスである。
【００３７】
前記評価対象の研磨工具１に対して、図１のフローチャートに従った評価方法を実施する。「（１）空間周波数領域において研磨工具の空間分解能（加工感度）を評価すべき空間周波数帯域を選定する（ステップＳ１０１）」手順では、研磨工具１の有効径は６ｍｍであることから、研磨工具の有効径近傍やや高い空間周波数である０．２ｍｍ-1からそれよりも低空間周波数側で、研磨工具有効径の概略３倍である０．０５ｍｍ-1を選択した。これは、空間波長に直すと、５ｍｍから２０ｍｍの範囲となる。
【００３８】
「（２）テストピース上に特定形状を研磨加工する滞留時間分布を形成する（ステップＳ１０２）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置により所望の空間周波数帯域（０．０５ｍｍ-1から０．２ｍｍ-1）の間を滑らかに連続して空間周波数が変化するサインカーブ状の形状で、Ｘ方向には周波数が滑らかに連続的に変化、Ｙ方向にはそのＸ座標に対応した空間周波数のサインカーブ上の波形を数周期連続して繰り返す、をテストピースの上に研磨加工する滞留時間分布を算出する。このとき、加工すべき特定形状を離散的な点群で記述し、評価される研磨工具の単位除去形状でデコンボリューションすることで滞留時間分布を求めた。また、加工すべき特定形状たるサインカーブ状の波形の深さは１００ｎｍとした。そして、評価する空間周波数帯域ではその高さが全域で一定となるようにした。
【００３９】
「（３）前記算出した空間周波数帯域を形成する滞留時間分布に従って、評価対象の研磨工具を変速走査するＮＣプログラムを生成する（ステップＳ１０３）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置で滞留時間分布データを装置の各駆動軸の移動指令値となるＮＣ指令プログラムに変換した。加工は１パスのラスター走査研磨とした。
【００４０】
「（４）前記生成したＮＣプログラムで評価対象の研磨工具をプログラム運転加工が可能な研磨装置に搭載して変速走査することでテストピース上に前記特定形状を研磨加工する（ステップＳ１０４）」手順では、ＮＣ指令プログラムを形状創成研磨装置で起動させ、評価対象である直径６ｍｍのポリウレタン製の研磨工具で特定形状を研磨加工した。研磨工具の運動条件は、相対運動：１軸方向の揺動運動、揺動のストローク：±２ｍｍ、揺動周波数：４Ｈｚ、研磨荷重：０．５ｋｇｆであり、揺動方向は変速走査に対して直行方向である。また、ラスター走査の送りピッチは０．５ｍｍである。加工は通常の１パスの加工とした。
【００４１】
「（５）前記研磨加工された特定形状について、それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに加工高さ（深さ）を計測する（ステップＳ１０５〜Ｓ１０８）」手順では、加工されたテストピース上の形状を計測した。ここでは、形状創成研磨装置の形状計測装置を用いて０．２ｍｍピッチの等方に形状を測定している。測定された特定形状全面のデータから必要な空間周波数部分の断面データをそれぞれ出力する。このときＹ方向には同一の周波数で数周期のサインカーブ状の起伏があるので、それらの代表となる高さ（深さ）値をｎｍ単位で読み取った。
【００４２】
「（６）それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに計測された加工深さを加工予定深さと比較し、「加工感度＝加工深さ／加工予定深さ」を算出する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）」手順では、前述の測定データ（各周波数ごとの加工後のサインカーブ状の特定形状の深さ値）から、評価すべき空間周波数ごとに予定加工深さと実際に加工した結果の加工深さの比を計算した。
【００４３】
「（７）評価すべき代表的な空間周波数ごとの加工感度を、横軸を空間周波数又は空間波長、縦軸を加工感度としたチャート上に記録し、研磨工具の加工感度特性を得る（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）」手順では、得られた各周波数ごとの加工感度値を、図４に示すようにチャート上にまとめた（同図の黒丸点でプロットした特性曲線）。ここでは、横軸を空間波長に直してプロットした。なお、加工感度が急峻に変化する部分（空間波長８ｍｍ〜１２ｍｍ）では、プロットする点数を２点増やした。
【００４４】
以上述べたようにして、滞留時間制御加工用の研磨工具の空間分解能（空間波長加工感度）を１回の研磨加工により、精度よく、追試験も必要なく得ることができた。
【００４５】
（第２実施例）
本実施例における評価対象の研磨工具１は、研磨工具１の有効径を４ｍｍとしたこと以外は前記第１実施例と同じである。なお、使用した研磨液も前記第１実施例と同じである。また、評価用の被加工物であるテストピースも、前記第１実施例と同様に平面の石英ガラスである。
【００４６】
前記評価対象の研磨工具１に対して、図１のフローチャートに従った評価方法を実施する。「（１）空間周波数領域において研磨工具の空間分解能（加工感度）を評価すべき空間周波数帯域を選定する（ステップＳ１０１）」手順では、研磨工具１の有効径は４ｍｍであることから、研磨工具の有効径近傍の空間周波数である０．２５ｍｍ-1からそれよりも低空間周波数側で、研磨工具有効径の概略３倍である０．０６２５ｍｍ-1を選択した。これは、空間波長に直すと、４ｍｍから１６ｍｍの範囲となる。
【００４７】
「（２）テストピース上に特定形状を研磨加工する滞留時間分布を形成する（ステップＳ１０２）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置により所望の空間周波数帯域（０．０５ｍｍ-1から０．２５ｍｍ-1）の間を滑らかに連続して空間周波数が変化するサインカーブ状の形状で、Ｘ方向には周波数が滑らかに連続的に変化、Ｙ方向にはそのＸ座標に対応した空間周波数のサインカーブ上の波形を数周期連続して繰り返す、をテストピースの上に研磨加工する滞留時間分布を算出する。このとき、加工すべき特定形状を離散的な点群で記述し、評価される研磨工具の単位除去形状でデコンボリューションすることで滞留時間分布を求めた。また、加工すべき特定形状たるサインカーブ状の波形の深さは５０ｎｍとした。評価する空間周波数帯域ではその高さが全域で一定となるようにした。
【００４８】
「（３）前記算出した空間周波数帯域を形成する滞留時間分布に従って、評価対象の研磨工具を変速走査するＮＣプログラムを生成する（ステップＳ１０３）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置で滞留時間分布データを装置の各駆動軸の移動指令値となるＮＣ指令プログラムに変換した。加工は１パスのラスター走査研磨とした。
【００４９】
「（４）前記生成したＮＣプログラムで評価対象の研磨工具をプログラム運転加工が可能な研磨装置に搭載して変速走査することでテストピース上に前記特定形状を研磨加工する（ステップＳ１０４）」手順では、ＮＣ指令プログラムを形状創成研磨装置で起動させ、評価対象である直径４ｍｍのポリウレタン製の研磨工具で特定形状を研磨加工した。研磨工具の運動条件は、相対運動：１軸方向の揺動運動、揺動のストローク：±１ｍｍ、（揺動周波数：８Ｈｚ）、研磨荷重：０．３ｋｇｆであり、揺動方向は変速走査に対して直行方向である。また、ラスター走査の送りピッチは０．５ｍｍである。加工は通常の１パスの加工とした。
【００５０】
「（５）前記研磨加工された特定形状について、それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに加工高さ（深さ）を計測する（ステップＳ１０５〜Ｓ１０８）」手順では、加工されたテストピース上の特定形状の各断面形状を計測した。ここではフィゾー型の干渉計を用いて０．１ｍｍピッチのデータ密度で形状を測定している。測定された特定形状のデータから必要な空間周波数部分の断面データをそれぞれ出力する。このときＹ方向には同一の周波数で数周期のサインカーブ状の起伏があるので、断面データはＹ方向に切り出した。それら波形の代表となる高さ（深さ）値をｎｍ単位で読み取った。
【００５１】
「（６）それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに計測された加工深さを加工予定深さと比較し、「加工感度＝加工深さ／加工予定深さ」を算出する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）」手順では、前述の測定データ（各周波数ごとの加工後のサインカーブ状の特定形状の深さ値）と、評価すべき空間周波数ごとに予定されていた深さとの比を計算した。
【００５２】
「（７）評価すべき代表的な空間周波数ごとの加工感度を、横軸を空間周波数又は空間波長、縦軸を加工感度としたチャート上に記録し、研磨工具の加工感度特性を得る（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）」手順では、得られた各周波数ごとの加工感度値を、図４に示すようにチャート上にまとめた（同図の黒四角点でプロットした特性曲線）。ここでは、横軸を空間波長に直してプロットした。なお、加工感度が急峻に変化する部分（空間波長６ｍｍ〜９ｍｍ）では、プロットする点数を増やした。
【００５３】
以上述べたようにして得られた研磨工具の「空間周波数分解能力」チャートから、直径４ｍｍの工具は空間波長７ｍｍで直径６ｍｍの工具より加工感度が約３倍大きいことがわかる（直径４ｍｍ工具では加工感度が約６０％であるのに対して、直径６ｍｍでは加工感度が約２０％である）。このように、有効径４ｍｍの研磨工具の空間周波数分解能力を１回の評価実験で合理的に評価することができた。
【００５４】
（第３実施例）
本実施例における評価対象の研磨工具１は、研磨工具１の有効径を２ｍｍとしたこと以外は前記第１、２実施例と同じである。なお、使用した研磨液も前記第１、２実施例と同じである。また、評価用の被加工物であるテストピースも、前記第１実施例と同様に平面の石英ガラスである。
【００５５】
前記評価対象の研磨工具１に対して、図１のフローチャートに従った評価方法を実施する。「（１）空間周波数領域において研磨工具の空間分解能（加工感度）を評価すべき空間周波数帯域を選定する（ステップＳ１０１）」手順では、研磨工具１の有効径は２ｍｍであることから、研磨工具の有効径近傍やや高い空間周波数である０．６ｍｍ-1からそれよりも低空間周波数側で、研磨工具有効径の概略３倍である０．１２５ｍｍ-1を選択した。これは、空間波長に直すと、１．８ｍｍから８ｍｍの範囲となる。
【００５６】
「（２）テストピース上に特定形状を研磨加工する滞留時間分布を形成する（ステップＳ１０２）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置により所望の空間周波数帯域（０．１２５ｍｍ-1から０．６ｍｍ-1）の間を滑らかに連続して空間周波数が変化するサインカーブ状の形状で、Ｘ方向には周波数が滑らかに連続的に変化、Ｙ方向にはそのＸ座標に対応した空間周波数のサインカーブ上の波形を数周期連続して繰り返す、をテストピースの上に研磨加工する滞留時間分布を算出する。このとき、加工すべき特定形状を離散的な点群で記述し、評価される研磨工具の単位除去形状（点群で示す）でデコンボリューションすることで滞留時間分布を求めた。また、加工すべき特定形状たるサインカーブ状の波形の深さは５０ｎｍとした。このとき、単位除去形状が約２ｍｍと微小であることから、点群の展開ピッチは０．４ｍｍとした。
【００５７】
「（３）前記算出した空間周波数帯域を形成する滞留時間分布に従って、評価対象の研磨工具を変速走査するＮＣプログラムを生成する（ステップＳ１０３）」手順では、滞留時間制御方式の形状創成研磨装置で滞留時間分布データを装置の各駆動軸の移動指令値となるＮＣ指令プログラムに変換した。加工は１パスのラスター走査研磨とした。
【００５８】
「（４）前記生成したＮＣプログラムで評価対象の研磨工具をプログラム運転加工が可能な研磨装置に搭載して変速走査することでテストピース上に前記特定形状を研磨加工する（ステップＳ１０４）」手順では、ＮＣ指令プログラムを形状創成研磨装置で起動させ、評価対象である直径２ｍｍのポリウレタン製の研磨工具で特定形状を研磨加工した。ラスター走査の送りピッチは０．４ｍｍである。（）研磨工具の運動条件は、相対運動：１軸方向の揺動運動、揺動のストローク：±０．５ｍｍ、（揺動周波数：８Ｈｚ）、研磨荷重：０．１５ｋｇｆであり、揺動方向は変速走査に対して直行方向である。
【００５９】
「（５）前記研磨加工された特定形状について、それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに加工高さ（深さ）を計測する（ステップＳ１０５〜Ｓ１０８）」手順では、加工されたテストピース上の特定形状の各断面形状を計測した。ここではフィゾー型の干渉計を用いて０．０８ｍｍピッチのデータ密度で形状を測定している。測定された特定形状のデータから必要な空間周波数部分の断面データをそれぞれ出力する。このときＹ方向には同一の周波数で数周期のサインカーブ状の起伏があるので、断面データはＹ方向に切り出した。それら波形の代表となる高さ（深さ）値をｎｍ単位で読み取った。
【００６０】
「（６）それぞれの評価すべき空間周波数帯域ごとに計測された加工深さを加工予定深さと比較し、「加工感度＝加工深さ／加工予定深さ」を算出する（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）、及び、（７）評価すべき代表的な空間周波数ごとの加工感度を、横軸を空間周波数又は空間波長、縦軸を加工感度としたチャート上に記録し、研磨工具の加工感度特性を得る（ステップＳ１１１、Ｓ１１２）」手順では、前記第１、２実施例とは異なる手法により、前記数値を算出した。特定形状はサインカーブ状であり、加工予定形状の断面形状及び加工後に測定された断面形状に対して以下の処理を行った。
【００６１】
（ａ）評価すべき空間周波数の加工予定形状、加工形状（研磨加工された特定形状）のそれぞれの断面データをコンピュータに入力し、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理した。その結果を、横軸を空間周波数、縦軸をパワースペクトラム値とするチャート上にプロットし、評価すべき空間周波数について、加工予定形状、加工形状の卓越周波数とスペクトル強度を数値化した。
【００６２】
（ｂ）これらの作業を評価すべきすべての空間周波数において実施し、各周波数について加工：加工予定のスペクトル強度の比を求めた。このスペクトル強度の比を表す表は研磨工具の加工感度にあたる。
【００６３】
（ｃ）この表をチャート上にまとめた（同図の黒三角点でプロットした特性曲線）。このとき、横軸を空間波長にしてプロットした。加工感度が急峻に変化する部分も含め、１８点（１８断面）のデータを採用した。これは本発明の特徴である空間周波数を連続的に変化させている特徴をよく利用している。このように１回の研磨加工で精度の高い空間分解能の特性曲線を得ることができる。
【００６４】
以上述べたようにして得られた研磨工具の「空間周波数分解能力」チャートから、滞留時間制御加工する研磨工具の空間周波数分解能を極めて高い精度でかつ合理的に求めることができた。
【００６５】
以上述べた研磨工具の評価法により、高精度で合理的な、測定者に左右されない再現性の高い、研磨工具の空間分解能力の評価を行うことができる。また、一度の加工で特性曲線を得られる能率の高い方法である。また、再試験を行う必要がない信頼性の高い評価法である。そして、各種サイズの研磨工具に共通の手法が適用できる汎用性の高い評価法である。また、手順が明確になっているので評価作業を進めるのが容易である。
【００６６】
（その他の実施の形態）
なお、上記実施の形態の説明した研磨工具の評価法を実施する装置を構成する場合、当該装置は１つの装置から構成されてもよいし、複数の装置を組み合わせて構成されてもよい。
【００６７】
また、上記実施例中では、所望の空間周波数帯域の間を滑らかに連続して空間周波数が変化するサインカーブ状の形状で、Ｘ方向には周波数が滑らかに連続的に変化、Ｙ方向にはそのＸ座標に対応した空間周波数のサインカーブ上の波形を数周期連続して繰り返す形状を加工、計測する例を示したが、同心円状に波形を配置してもよい。このとき、数周期同一の空間周波数を繰り返すことを、放射方向に配置し、空間周波数を滑らかに変更することを同心円の中心からの動径回転方向に分布させるとよい。
【００６８】
この場合、同心円状に配置されたサインカーブ状の起伏は周方向に不連続な部分が生じる。例を図５に示す。図５では、空間周波数０．５ｍｍ-1（空間波長２ｍｍ）、から０．１２５ｍｍ-1（空間波長８ｍｍ）の範囲のサインカーブ状の波形を周方向に連続的に生成している。ここで、略同心円の中心から放射上には同一周波数の形状が連続する。
【００６９】
また、上述した実施の形態の機能を実現するべく各種のデバイスを動作させるように、該各種デバイスと接続された装置或いはシステム内のコンピュータに対し、前記実施の形態の機能を実現するためのソフトウェアのプログラムコードを供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（ＣＰＵ或いはＭＰＵ）に格納されたプログラムに従って前記各種デバイスを動作させることによって実施したものも、本発明の範疇に含まれる。
【００７０】
また、この場合、前記ソフトウェアのプログラムコード自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体は本発明を構成する。そのプログラムコードの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネット等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いることができる。
【００７１】
さらに、前記プログラムコードをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムコードを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、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、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【００７２】
また、コンピュータが供給されたプログラムコードを実行することにより、上述の実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施の形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施の形態に含まれることはいうまでもない。
【００７３】
さらに、供給されたプログラムコードがコンピュータの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格納された後、そのプログラムコードの指示に基づいてその機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合にも本発明に含まれることはいうまでもない。
【００７４】
なお、前記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、高精度で合理的な、測定者に左右されない再現性の高い研磨工具の空間分解能力を、選定した空間周波数帯域について１回の評価加工を行うことで得ることができる。また、空間分解能（加工感度）が急峻に変化する帯域が存在する場合でも追試験は必要なく、改めて加工後の形状をより緻密に測定することで精度の高い研磨工具の評価（加工感度曲線の算出等）を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の研磨工具の評価手順を示すフローチャートである。
【図２】特定形状を説明するための図である。
【図３】研磨工具の構成を説明するための模式図である。
【図４】第１〜３実施例により得られた研磨工具の加工感度を表すチャート示す図である。
【図５】空間周波数０．５ｍｍ-1（空間波長２ｍｍ）、から０．１２５ｍｍ-1（空間波長８ｍｍ）の範囲のサインカーブ状の波形を周方向に連続的に生成していることを示す図である。
【符号の説明】
１ 研磨工具
１−２ 工具シャンク
１−３ 研磨面構成材
１−４ 形状追随層
Claims (6)
- 滞留時間分布に基づいて研磨工具を変速走査させながら被加工物を研磨するための研磨工具の評価方法であって、
前記研磨工具から空間周波数帯域を選定する手順と、
前記空間周波数帯域の間を連続して変化する空間周波数分布を持つ特定形状を被加工物上に研磨加工するために滞留時間分布を算出する手順と、
前記算出した滞留時間分布に従って、前記研磨工具を変速走査することで前記被加工面上に前記特定形状を研磨加工する手順と、
評価すべき空間周波数ごとに、前記研磨加工された特定形状の加工深さと加工予定形状の加工予定深さを比較して、研磨工具を評価する手順とを有することを特徴とする研磨工具の評価方法。 - 前記研磨工具を評価する手順は、加工感度＝加工深さ／加工予定深さから加工感度を算出する手順であることを特徴とする請求項１に記載の研磨工具の評価方法。
- 前記研磨工具を評価する手順は、それぞれの空間周波数ごとに加工予定形状であるサインカーブ状の断面形状を高速フーリエ変換処理することで卓越周波数のスペクトル強度を算出する手順と、
前記研磨加工された特定形状の同一空間周波数の断面形状を高速フーリエ変換処理することで卓越周波数のスペクトル強度を算出する手順と、前記スペクトル強度の比からその空間周波数での加工感度を算出する手順とを有することを特徴とする請求項１に記載の研磨工具の評価方法。 - 前記研磨工具を空間周波数領域が０．０５ｍｍ-1〜１．０ｍｍ-1での領域で評価することを特徴とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨工具の評価方法。
- 前記特定形状は、Ｘ方向には空間周波数が連続して変化し、Ｙ方向には数周期同一の空間周波数を繰り返す形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨工具の評価方法。
- 前記特定形状は、動径回転方向には空間周波数が連続して変化し、放射方向には数周期同一の空間周波数を繰り返す形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨工具の評価方法。
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