JPWO2015060047A1 - Precision polishing apparatus and method - Google Patents

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Abstract

曲面を有する被加工物に対しても精度良く効率的に研磨することができる精密研磨装置を提供することを目的とする。ガスクラスターイオンビームB2を照射する照射源SBと、被加工物WAを固定するステージ41aと、ステージ41aに直接的に固定され、被加工物WAの一部を覆うアパーチャー42と、を備え、アパーチャー42は、当該アパーチャー42の開口部内側面42eの照射源SB側の縁42gが被加工物WAの表面90sから所定距離だけ離れるように配置されており、ガスクラスターイオンビームB2は、ガスクラスターイオンビームB2の進行方向がアパーチャー42の縁42gを含む基準面STに垂直な軸に対するガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度を0°より大きくするように照射される。It is an object of the present invention to provide a precision polishing apparatus capable of accurately and efficiently polishing a workpiece having a curved surface. An aperture comprising: an irradiation source SB that irradiates the gas cluster ion beam B2, a stage 41a that fixes the workpiece WA, and an aperture 42 that is directly fixed to the stage 41a and covers a part of the workpiece WA. 42 is arranged such that the edge 42g on the irradiation source SB side of the opening inner side surface 42e of the aperture 42 is separated from the surface 90s of the workpiece WA by a predetermined distance, and the gas cluster ion beam B2 is a gas cluster ion beam. Irradiation is performed so that the traveling direction of B2 is such that the inclination angle of the gas cluster ion beam B2 with respect to an axis perpendicular to the reference plane ST including the edge 42g of the aperture 42 is greater than 0 °.

Description

本発明は、金型や光学素子を精密に研磨するための精密研磨装置及び当該精密研磨装置を用いた精密研磨方法に関する。   The present invention relates to a precision polishing apparatus for precisely polishing a mold or an optical element and a precision polishing method using the precision polishing apparatus.

レンズ等の光学素子として回転軸対称の球面レンズや非球面レンズ等が存在し、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。成形型の転写面が粗面の場合には、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。また、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。   As optical elements such as lenses, rotationally symmetric spherical lenses and aspherical lenses exist, and in order to mass-produce them, press molding using a molding die, injection molding or the like is an effective processing means. When the transfer surface of the molding die is rough, the surface roughness of the lens after molding also increases, and flare occurs in the optical device. In addition, when the shape accuracy of the lens molded by the molding die is poor, aberration occurs in an optical device such as a camera in which the lens is incorporated, so that the function of the optical device is degraded.

光学素子及びその成形型について面粗さを改善し形状誤差を修正するために、荷電粒子ビームの一種であるガスクラスターイオンビーム(GCIB)を用いる研磨方法がある(特許文献1及び2参照)。これらの技術を実現するためには、被加工物内の所望の範囲しかビームが当たらないようにする必要がある。   There is a polishing method using a gas cluster ion beam (GCIB), which is a kind of charged particle beam, for improving the surface roughness and correcting the shape error of the optical element and its mold (see Patent Documents 1 and 2). In order to realize these techniques, it is necessary to make the beam hit only a desired range in the workpiece.

特許文献1の研磨方法では、金型加工時において、GCIBを照射することによって切削痕の微小な凹凸が平滑化されて、面粗さが改善する。ここで、特許文献1において、GCIBの照射角度が0°(垂直照射)の場合に面粗さが改善し、一方、ビームを傾けて照射角度を大きくすることによってある角度(照射限界入射角)を超えた場合に面粗さが照射前に比べて悪化することが開示されている。この特許文献1の研磨方法では、光学素子やその金型のような曲率を持った被加工物に対する研磨については同時に全域を垂直照射できないため、面粗さに影響が生じ得る。この特許文献1では、凸形状の金型を研磨する方法を示しているが、金型の中心付近の頂上面等に対してビームを垂直に照射すると、周辺では照射角度が照射限界入射角を超える。このため、照射位置に応じて照射角度が常に照射限界入射角を超えないように、被加工物に対するビームの角度を変えながら照射している。この際、照射源側に配置され照射範囲を限定する内部アパーチャー(aperture)によってビーム径を小さくする必要があり、例えば被加工対象の中央付近を垂直に近い角度で照射するときは被加工対象の周辺側にビームが当たらないようにし、被加工対象の周辺側を垂直に近い角度で照射するときは被加工対象の中心付近にビームが当たらないようにしている。なお、特許文献1では、内部アパーチャーは、所望の照射範囲と同形状の開口部を有する平板である。   In the polishing method disclosed in Patent Document 1, fine irregularities of the cutting trace are smoothed by irradiating GCIB during mold processing, and the surface roughness is improved. Here, in Patent Document 1, when the GCIB irradiation angle is 0 ° (vertical irradiation), the surface roughness is improved, while on the other hand, the irradiation angle is increased by tilting the beam (irradiation limit incident angle). It is disclosed that the surface roughness is worse than before irradiation when exceeding. In the polishing method of this patent document 1, since the entire area cannot be vertically irradiated with respect to a workpiece having a curvature such as an optical element or its mold, the surface roughness may be affected. This Patent Document 1 shows a method of polishing a convex mold. However, when a beam is irradiated perpendicularly to the top surface near the center of the mold, the irradiation angle becomes the irradiation limit incident angle in the periphery. Exceed. Therefore, irradiation is performed while changing the angle of the beam with respect to the workpiece so that the irradiation angle does not always exceed the irradiation limit incident angle according to the irradiation position. At this time, it is necessary to reduce the beam diameter by an internal aperture which is arranged on the irradiation source side and limits the irradiation range. For example, when irradiating near the center of the object to be processed at an angle close to the vertical, The beam is prevented from hitting the peripheral side, and when the peripheral side of the workpiece is irradiated at an angle close to vertical, the beam is prevented from hitting the vicinity of the center of the workpiece. In Patent Document 1, the internal aperture is a flat plate having an opening having the same shape as the desired irradiation range.

特許文献2の研磨方法には、GCIBの照射ドーズ量(注入された物質の総量)と加工深さとが線形であることが開示されている。下式のように、照射ドーズ量は照射時間に比例するため、照射時間によってナノオーダーという非常に小さい量の加工深さを制御できる。
照射時間
=(照射ドーズ量×照射面積×電気素量)/(検出イオン電流量)
上記特許文献2では、被加工物の形状を測定し、その形状誤差から各位置における必要除去量を算出し、除去量を照射時間に変換する。その後、照射源側に配置され所望の加工位置のみに対応する部分が開口された内部アパーチャー越しにGCIBを計算した照射時間だけ照射する。このような工程を必要に応じて内部アパーチャーを交換しながら繰り返すことによって、形状誤差が修正され、被加工物の形状創成を行うことができる。また、特許文献2の研磨方法においても特許文献1と同様に、内部アパーチャーは、所望の照射範囲と同形状の開口部を有する平板である。
The polishing method of Patent Document 2 discloses that the GCIB irradiation dose (total amount of injected material) and the processing depth are linear. Since the irradiation dose is proportional to the irradiation time as in the following formula, a very small processing depth of nano-order can be controlled by the irradiation time.
Irradiation time = (irradiation dose x irradiation area x elementary charge) / (detection ion current)
In Patent Document 2, the shape of the workpiece is measured, the required removal amount at each position is calculated from the shape error, and the removal amount is converted into the irradiation time. Thereafter, irradiation is performed for the irradiation time calculated by GCIB through an internal aperture that is arranged on the irradiation source side and has an opening corresponding to only a desired processing position. By repeating such a process while replacing the internal aperture as necessary, the shape error is corrected and the shape of the workpiece can be created. In the polishing method of Patent Document 2, as in Patent Document 1, the internal aperture is a flat plate having an opening having the same shape as the desired irradiation range.

被加工物において所望の位置のみにビームを照射するには、内部アパーチャーの開口部のビーム進行方向の先に被加工物の所望照射位置が来るように、両者の位置を精度良く配置する必要がある。しかしながら、GCIBはビームを直接観察できないため、通常はファラデーカップという検出器を用いてビームの中心がステージのどの座標に来ているかを算出し、ファラデーカップと被加工物との相対位置から被加工物上の所望照射位置の座標を算出する必要がある。しかし、ファラデーカップはビーム中心のずれに対する感度が低く、ビーム中心座標の算出精度が悪い。この算出誤差にファラデーカップ中心と被加工物との相対位置の測定誤差が加算されるため、目的の照射位置と実際の照射位置とにずれが発生しやすい。特に、マイクロレンズやマイクロレンズアレイのような小さな面を有する被加工物の場合、このずれの影響が顕著になり、所望の照射効果を得ることができないという問題がある。   In order to irradiate only a desired position on the workpiece, it is necessary to arrange both positions with high precision so that the desired irradiation position of the workpiece comes ahead of the beam traveling direction of the opening of the internal aperture. is there. However, since the GCIB cannot directly observe the beam, the Faraday cup detector is usually used to calculate the coordinates of the center of the beam at the stage, and the workpiece is processed from the relative position of the Faraday cup and the workpiece. It is necessary to calculate the coordinates of the desired irradiation position on the object. However, the Faraday cup has low sensitivity to beam center deviation, and the accuracy of calculating the beam center coordinates is poor. Since the measurement error of the relative position between the center of the Faraday cup and the workpiece is added to this calculation error, a deviation is likely to occur between the target irradiation position and the actual irradiation position. In particular, in the case of a workpiece having a small surface such as a microlens or a microlens array, there is a problem that the effect of this deviation becomes significant and a desired irradiation effect cannot be obtained.

また、特許文献1及び2の研磨方法では、照射スポットの形状は内部アパーチャーの開口部の形状で決まる。特許文献1のように被加工物を研磨する場合は、大きな照射スポットや小さな照射スポットを使い分けた方が被加工物を効率良く研磨できる。しかし、このような手法を採用する場合、大きな開口部を有する内部アパーチャーと、小さな開口部を有する内部アパーチャーとを交換しながら照射しなければならない。また、特許文献2のように形状修正加工を行う場合、被加工物ごとに加工深さの足りない場所が異なるため、被加工物の交換に合わせて内部アパーチャーを交換しなければならない。この際、内部アパーチャーは装置内にあるため、交換の作業性が悪いという問題がある。   In the polishing methods of Patent Documents 1 and 2, the shape of the irradiation spot is determined by the shape of the opening of the internal aperture. When the workpiece is polished as in Patent Document 1, the workpiece can be efficiently polished by using a large irradiation spot or a small irradiation spot. However, when such a method is employed, irradiation must be performed while exchanging an internal aperture having a large opening and an internal aperture having a small opening. Moreover, when performing shape correction processing like patent document 2, since the place where machining depth is insufficient differs for every workpiece, an internal aperture must be replaced | exchanged according to replacement | exchange of a workpiece. At this time, since the internal aperture is in the apparatus, there is a problem that the exchange workability is poor.

特開2009−108368号公報JP 2009-108368 A 特開2006−241550号公報JP 2006-241550 A

本発明は、曲面を有する被加工物に対しても精度良く効率的に研磨を行うことができる精密研磨装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a precision polishing apparatus that can accurately and efficiently polish a workpiece having a curved surface.

また、本発明は、上述の精密研磨装置を用いた精密研磨方法を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a precision polishing method using the above-described precision polishing apparatus.

上記課題を解決するため、本発明に係る精密研磨装置は、荷電粒子ビームを照射する照射源と、被加工物を固定するステージと、ステージに直接的に又は間接的に固定され、被加工物の一部を覆うアパーチャーと、を備え、アパーチャーは、当該アパーチャーの開口部内側面の照射源側の縁が被加工物の表面から離間して配置されており、荷電粒子ビームは、荷電粒子ビームの進行方向がアパーチャーの縁によって規定される基準面に垂直な軸に対する荷電粒子ビームの傾斜角度を0°より大きくするように照射される。ここで、基準面は、例えばアパーチャーの縁を全体的に含む平面となる。   In order to solve the above-described problems, a precision polishing apparatus according to the present invention includes an irradiation source that irradiates a charged particle beam, a stage that fixes a workpiece, and a workpiece that is directly or indirectly fixed to the stage. An aperture that covers a part of the aperture, and the aperture is arranged such that the edge of the inner surface of the opening of the aperture on the irradiation source side is spaced apart from the surface of the workpiece, and the charged particle beam Irradiation is performed such that the traveling angle of the charged particle beam with respect to an axis perpendicular to the reference plane defined by the edge of the aperture is greater than 0 °. Here, the reference plane is, for example, a plane that entirely includes the edge of the aperture.

上記精密研磨装置によれば、アパーチャーと被加工物とを一体的に扱えるため、両者の位置関係を精度良く合わせることができる。また、両者は比較的近い位置にあるため、目的とする所望の位置からのずれが照射位置に与える影響が少ない。また、アパーチャーの位置におけるビームの照射位置又は照射中心がアパーチャーの中心から多少ずれていても加工位置に影響を与えない。また、ビームの傾斜角度を調整することで、アパーチャーを交換することなく大きさを調整できる照射スポットを形成することができる。また、アパーチャーが直接的に又は間接的にステージに固定されるため、実質的にアパーチャーが被加工物に固定されることになり、被加工物の交換と同時にアパーチャーを交換することができる。以上のことから曲面を有する被加工物に対しても精度良く効率的に研磨することができる。   According to the precision polishing apparatus, since the aperture and the workpiece can be handled integrally, the positional relationship between the two can be accurately matched. Further, since they are relatively close to each other, the influence of the deviation from the desired desired position on the irradiation position is small. Further, even if the irradiation position or irradiation center of the beam at the aperture position is slightly deviated from the center of the aperture, the processing position is not affected. Further, by adjusting the tilt angle of the beam, an irradiation spot whose size can be adjusted without exchanging the aperture can be formed. Further, since the aperture is fixed to the stage directly or indirectly, the aperture is substantially fixed to the workpiece, and the aperture can be replaced simultaneously with the replacement of the workpiece. From the above, even a workpiece having a curved surface can be polished with high accuracy and efficiency.

上記課題を解決するため、本発明に係る精密研磨方法は、被加工物をステージに固定する工程と、被加工物の一部を覆うようにアパーチャーをステージに直接的に又は間接的に固定する工程と、照射源を用いて荷電粒子ビームを照射する工程と、を備え、アパーチャーは、当該アパーチャーの開口部内側面の照射源側の縁が被加工物の表面から離間して配置されており、荷電粒子ビームは、荷電粒子ビームの進行方向がアパーチャーの縁によって規定される基準面に垂直な軸に対する荷電粒子ビームの傾斜角度を0°より大きくするように照射する。   In order to solve the above problems, a precision polishing method according to the present invention includes a step of fixing a workpiece to the stage, and an aperture directly or indirectly fixed to the stage so as to cover a part of the workpiece. And the step of irradiating a charged particle beam using an irradiation source, and the aperture is arranged such that the edge on the irradiation source side of the inner surface of the opening of the aperture is spaced from the surface of the workpiece, The charged particle beam is irradiated so that the inclination angle of the charged particle beam with respect to an axis perpendicular to the reference plane defined by the edge of the aperture is greater than 0 °.

上記精密研磨方法によれば、アパーチャーと被加工物との位置関係を精度良く合わせることができる。また、ビームの傾斜角度を調整することで、アパーチャーを交換することなく大きさを調整できる照射スポットを形成することができる。また、アパーチャーが直接的に又は間接的にステージに固定されるため、実質的にアパーチャーが被加工物に固定されることになり、被加工物の交換と同時にアパーチャーを交換することができる。以上のことから曲面を有する被加工物に対しても精度良く効率的に研磨することができる。   According to the precision polishing method, the positional relationship between the aperture and the workpiece can be accurately matched. Further, by adjusting the tilt angle of the beam, an irradiation spot whose size can be adjusted without exchanging the aperture can be formed. Further, since the aperture is fixed to the stage directly or indirectly, the aperture is substantially fixed to the workpiece, and the aperture can be replaced simultaneously with the replacement of the workpiece. From the above, even a workpiece having a curved surface can be polished with high accuracy and efficiency.

第1実施形態に係る精密研磨装置を説明する断面概念図である。1 is a conceptual cross-sectional view illustrating a precision polishing apparatus according to a first embodiment. 図2Aは、荷電粒子ビームの傾斜角度が比較的大きい場合の照射状態を説明する図であり、図2Bは、荷電粒子ビームの傾斜角度が比較的小さい場合の照射状態を説明する図である。FIG. 2A is a diagram illustrating an irradiation state when the tilt angle of the charged particle beam is relatively large, and FIG. 2B is a diagram illustrating an irradiation state when the tilt angle of the charged particle beam is relatively small. 図3A及び3Bは、荷電粒子ビームの傾斜角度と被加工物の被加工対象の面角度との関係を説明する図である。3A and 3B are diagrams for explaining the relationship between the tilt angle of the charged particle beam and the surface angle of the workpiece of the workpiece. 図4A及び4Bは、アパーチャーと被加工物の寸法関係を説明する図である。4A and 4B are diagrams illustrating the dimensional relationship between the aperture and the workpiece. 図5Aは、アパーチャー及び被加工物をステージに固定した状態を説明する図であり、図5Bは、図5Aのステージを傾斜させた状態を説明する図である。FIG. 5A is a diagram for explaining a state in which the aperture and the workpiece are fixed to the stage, and FIG. 5B is a diagram for explaining a state in which the stage of FIG. 5A is tilted. 第2実施形態に係る精密研磨装置のうちアパーチャー等を説明する部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view explaining an aperture etc. among precision polishing equipment concerning a 2nd embodiment. 第3実施形態に係る精密研磨装置のうちアパーチャー等を説明する部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view explaining an aperture etc. among precision polishing equipment concerning a 3rd embodiment. 図8Aは、第4実施形態に係る精密研磨装置のうちアパーチャー等を説明する部分拡大断面図であり、図8B及び8Cは、図8Aの装置の変形例である。FIG. 8A is a partially enlarged cross-sectional view for explaining an aperture and the like in the precision polishing apparatus according to the fourth embodiment, and FIGS. 8B and 8C are modifications of the apparatus of FIG. 8A.

〔第1実施形態〕
以下、図面を参照して、第1実施形態の精密研磨装置、これを用いた精密研磨方法について説明する。
[First Embodiment]
The precision polishing apparatus of the first embodiment and the precision polishing method using the same will be described below with reference to the drawings.

図1に示すように、本実施形態の精密研磨装置100は、装置本体10と、支持装置駆動部70と、制御装置80とを備える。   As shown in FIG. 1, the precision polishing apparatus 100 of the present embodiment includes an apparatus main body 10, a support device driving unit 70, and a control device 80.

精密研磨装置100の装置本体10は、真空技術を利用してエッチングによる研磨を行う装置であり、ソースチャンバー11とイオンチャンバー12とプロセスチャンバー13とを備える。各チャンバー11,12,13には、真空ポンプを含む排気装置4a,4b,4cが付随している。各チャンバー11,12,13内は、それぞれに適する真空度に維持されている。   The apparatus main body 10 of the precision polishing apparatus 100 is an apparatus that performs polishing by using a vacuum technique, and includes a source chamber 11, an ion chamber 12, and a process chamber 13. Each chamber 11, 12, 13 is accompanied by exhaust devices 4a, 4b, 4c including a vacuum pump. Each chamber 11, 12, 13 is maintained at a vacuum degree suitable for each chamber.

ソースチャンバー11は、ガスを真空中に噴射する部分であり、上記排気装置4aの他に、ガス源21が付随し、ノズル22とスキマー23とを備える。ガス源21から供給されるガスは、例えばアルゴンガス、酸素ガス、窒素ガス、SFガス、ヘリウムガスの他、化合物の炭酸ガス等であり、2種以上のガスを混合することも可能である。ノズル22には、ガス源21から、0.1〜1.0MPa程度の高圧ガスが供給されており、高圧ガスを真空中に超音速で噴射する。これにより、高圧ガスが断熱膨張し、ガスクラスターが生成される。ソースチャンバー11とイオンチャンバー12とを仕切るスキマー23は、開口を有し、ノズル22から噴射された高圧ガスのうち中心側のガスクラスターを選択的に通過させてビーム化する。つまり、ソースチャンバー11からは、ガスクラスタービームB1が射出される。The source chamber 11 is a part that injects gas into vacuum, and in addition to the exhaust device 4a, a gas source 21 is attached, and a nozzle 22 and a skimmer 23 are provided. The gas supplied from the gas source 21 is, for example, argon gas, oxygen gas, nitrogen gas, SF 6 gas, helium gas, carbon dioxide gas of a compound, etc., and two or more kinds of gases can be mixed. . The nozzle 22 is supplied with a high pressure gas of about 0.1 to 1.0 MPa from the gas source 21 and injects the high pressure gas into a vacuum at supersonic speed. As a result, the high-pressure gas is adiabatically expanded and gas clusters are generated. The skimmer 23 that partitions the source chamber 11 and the ion chamber 12 has an opening, and selectively passes through a gas cluster on the center side of the high-pressure gas ejected from the nozzle 22 to form a beam. That is, the gas cluster beam B <b> 1 is emitted from the source chamber 11.

イオンチャンバー12は、ガスクラスタービームB1を研磨用のガスクラスターイオンビームB2にする部分である。イオンチャンバー12は、イオン化部31と加速部32とレンズ部33と内部アパーチャー34とを備える。イオン化部31は、フィラメントを有し、このフィラメントからの熱電子をガスクラスタービームB1に衝突させることでガスクラスタービームB1を荷電粒子ビームとする。加速部32は、ガスクラスタービームB1から得た荷電粒子ビームを所望のエネルギーに加速する。レンズ部33は、加速部32を経た荷電粒子ビームを照射軸AXに沿って略平行に進むビームとする。この結果、イオンチャンバー12の内部アパーチャー34からは、コリメートされ比較的大きな直径を有するガスクラスターイオンビームB2が射出される。内部アパーチャー34は、シャッター機能も有しており、ガスクラスターイオンビームB2を所望のタイミングでオン・オフすることができる。ガスクラスターイオンビームB2を構成する粒子は、後述する被加工物WAに照射されることによる被加工物WAとの衝突によって壊れ、その際に、クラスター構成原子又は分子と被加工物構成原子又は分子との多体衝突が生じ、被加工物WA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WA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。   The ion chamber 12 is a part that turns the gas cluster beam B1 into a gas cluster ion beam B2 for polishing. The ion chamber 12 includes an ionization unit 31, an acceleration unit 32, a lens unit 33, and an internal aperture 34. The ionization part 31 has a filament, and makes the gas cluster beam B1 a charged particle beam by causing the thermoelectrons from the filament to collide with the gas cluster beam B1. The acceleration unit 32 accelerates the charged particle beam obtained from the gas cluster beam B1 to a desired energy. The lens unit 33 uses the charged particle beam that has passed through the acceleration unit 32 as a beam that travels substantially parallel along the irradiation axis AX. As a result, a gas cluster ion beam B2 that is collimated and has a relatively large diameter is emitted from the internal aperture 34 of the ion chamber 12. The internal aperture 34 also has a shutter function, and can turn on / off the gas cluster ion beam B2 at a desired timing. Particles constituting the gas cluster ion beam B2 are broken by collision with the workpiece WA by irradiating the workpiece WA, which will be described later, and at that time, the cluster constituent atoms or molecules and the workpiece constituent atoms or molecules And the movement in the horizontal direction becomes significant with respect to the surface of the workpiece WA. Thereby, the protrusions on the surface of the workpiece WA are mainly shaved, and flat ultra-precision polishing at the atomic size becomes possible.

以上説明したガス源21、ノズル22、スキマー23、イオン化部31、加速部32、レンズ部33及び内部アパーチャー34は、荷電粒子ビームであるガスクラスターイオンビームB2の照射源SBとなっている。ガスクラスターイオンビームB2を用いるこで、超精密研磨やナノオーダーの形状創成が可能となる。   The gas source 21, the nozzle 22, the skimmer 23, the ionization unit 31, the acceleration unit 32, the lens unit 33, and the internal aperture 34 described above serve as the irradiation source SB of the gas cluster ion beam B2 that is a charged particle beam. By using the gas cluster ion beam B2, ultraprecision polishing and nano-order shape creation are possible.

プロセスチャンバー13は、被加工物WAに対してクラスターイオンを衝突させてサブミクロン又はナノメートルのオーダーで精密研磨処理する部分であり、支持装置41とアパーチャー42とを備える。支持装置41は、ステージ41aを有し、被加工物WAをステージ41a上に支持してガスクラスターイオンビームB2に対する被加工物WAの姿勢を所望の状態に調整する。アパーチャー42は、被加工物WAとともに支持装置41のステージ41aに固定されており、被加工物WAを照射するガスクラスターイオンビームB2を部分的に遮蔽する。つまり、アパーチャー42は、マスクとして機能する。被加工物WAにはアパーチャー42の開口部42aを通過したガスクラスターイオンビームB2のみが入射する。ステージ41aは、支持装置41によって傾斜した回転軸RXのまわりに所望の回転速度で回転可能になっている。なお、支持装置41は、ステージ41aの回転軸RXの方向を自在に調整できるようになっており、例えば回転軸RXを照射軸AXを含む面内で所望の角度に傾斜させることができ、ステージ41aをプロセスチャンバー13内で3次元的に移動させることもできる。つまり、支持装置41は、ステージ41aを介して被加工物WAの3次元的な位置や姿勢を自在に制御でき、被加工物WAに対して相対的に固定されたアパーチャー42も、被加工物WAに伴って変位する。   The process chamber 13 is a portion for causing a cluster ion to collide with the workpiece WA and performing a precision polishing process on the order of submicron or nanometer, and includes a support device 41 and an aperture 42. The support device 41 has a stage 41a, supports the workpiece WA on the stage 41a, and adjusts the posture of the workpiece WA with respect to the gas cluster ion beam B2 to a desired state. The aperture 42 is fixed to the stage 41a of the support device 41 together with the workpiece WA, and partially shields the gas cluster ion beam B2 that irradiates the workpiece WA. That is, the aperture 42 functions as a mask. Only the gas cluster ion beam B2 that has passed through the opening 42a of the aperture 42 is incident on the workpiece WA. The stage 41a is rotatable at a desired rotation speed around the rotation axis RX inclined by the support device 41. Note that the support device 41 can freely adjust the direction of the rotation axis RX of the stage 41a. For example, the rotation axis RX can be inclined at a desired angle within a plane including the irradiation axis AX. It is also possible to move 41a in the process chamber 13 three-dimensionally. That is, the support device 41 can freely control the three-dimensional position and posture of the workpiece WA via the stage 41a, and the aperture 42 fixed relative to the workpiece WA also includes the workpiece 42. Displaces with WA.

支持装置駆動部70は、プロセスチャンバー13内の支持装置41を駆動して、ステージ41aの位置や姿勢を調節することができ、ステージ41aとともに被加工物WAやアパーチャー42を回転軸RXのまわりに回転させる。   The support device driving unit 70 drives the support device 41 in the process chamber 13 to adjust the position and posture of the stage 41a, and moves the workpiece WA and the aperture 42 around the rotation axis RX together with the stage 41a. Rotate.

制御装置80は、装置本体10の動作を統括的に制御している。つまり、制御装置80は、支持装置駆動部70を適宜動作させてガスクラスターイオンビームB2による被加工物WA及びアパーチャー42の照射状態を制御する。その他、制御装置80は、ガス源21、イオン化部31、加速部32、レンズ部33、排気装置4a,4b,4c等の動作状態を直接的又は間接的に監視し制御している。   The control device 80 comprehensively controls the operation of the device body 10. That is, the control device 80 controls the irradiation state of the workpiece WA and the aperture 42 by the gas cluster ion beam B2 by appropriately operating the support device driving unit 70. In addition, the control device 80 directly or indirectly monitors and controls operation states of the gas source 21, the ionization unit 31, the acceleration unit 32, the lens unit 33, the exhaust devices 4a, 4b, and 4c.

以下、図2A等を参照してステージ41a上のアパーチャー42の形状や配置関係について詳細に説明する。   Hereinafter, the shape and arrangement relationship of the apertures 42 on the stage 41a will be described in detail with reference to FIG. 2A and the like.

図2Aに示すように、アパーチャー42は、被加工物WAの表面90sを覆う筒状部分42cを有する。この筒状部分42cには、円柱状で肉厚の開口部42aが形成されている。アパーチャー42の筒状部分42cの上端は、平坦な輪帯状の端面42dとなっており、開口部42aの周囲は、円筒状の開口部内側面42eとなっている。端面42dと開口部内側面42eとの境界には、円形でエッジ状の縁42gが形成されている。詳細は後述するが、アパーチャー42において、開口部内側面42eの照射源SB側の縁42gは、被加工物WAの表面(具体的には、表面部分91b)から所定距離だけ離れるように離間して配置されている。縁42gや端面42dによって規定される平面(具体的には上側の縁42gを含み端面42dに沿って延びる平面)は、ステージ41aの回転軸RXに垂直に延びる基準面STである。つまり、縁42gや端面42dも、ステージ41aの回転軸RXと垂直になるように配置されている。ここで、縁42g又は開口部内側面42eの中心軸CXは、予めの調整によってステージ41aの回転軸RXと一致させることができる。被加工物WAのうち開口部内側面42e側の表面(具体的には、表面部分91b)とアパーチャー42とは全体的に接している。これにより、開口部内側面42eの下方の縁42hによって意図しないガスクラスターイオンビームB2又は荷電粒子ビームの侵入が妨げられるため、結果的にビームの照射範囲の外径が一定になる。   As shown in FIG. 2A, the aperture 42 has a cylindrical portion 42c that covers the surface 90s of the workpiece WA. A cylindrical and thick opening 42a is formed in the cylindrical portion 42c. The upper end of the cylindrical portion 42c of the aperture 42 is a flat ring-shaped end surface 42d, and the periphery of the opening 42a is a cylindrical opening inner side surface 42e. At the boundary between the end face 42d and the opening inner side face 42e, a circular edged edge 42g is formed. Although details will be described later, in the aperture 42, the edge 42g on the irradiation source SB side of the opening inner side surface 42e is separated from the surface of the workpiece WA (specifically, the surface portion 91b) by a predetermined distance. Has been placed. A plane defined by the edge 42g and the end face 42d (specifically, a plane including the upper edge 42g and extending along the end face 42d) is a reference plane ST extending perpendicular to the rotation axis RX of the stage 41a. That is, the edge 42g and the end surface 42d are also arranged to be perpendicular to the rotation axis RX of the stage 41a. Here, the central axis CX of the edge 42g or the opening inner side surface 42e can be made to coincide with the rotation axis RX of the stage 41a by pre-adjustment. Of the workpiece WA, the surface (specifically, the surface portion 91b) on the inner surface 42e side of the opening and the aperture 42 are entirely in contact with each other. Thereby, the unintended intrusion of the gas cluster ion beam B2 or the charged particle beam is prevented by the lower edge 42h of the opening inner side surface 42e, and as a result, the outer diameter of the irradiation range of the beam becomes constant.

ステージ41a上に固定された被加工物WAは、例えばレンズ成形用の金型部材であり、中央側に転写部90aと、周辺側に非転写部90bとを有する。転写部90aの表面部分91aは光学転写面OSを有している。本実施形態において、表面部分91aは被加工対象となっており、曲面を有する。具体的には、表面部分91aは、平面視で円形輪郭を有する軸対称非球面であり、周辺に行くほど面角度が大きくなる(例えば最大50°)凹面形状となっている。非転写部90bの表面部分91bは型合わせに際してのパーティング面に相当する平坦面を有している。ここで、表面部分91a又は光学転写面OSの光軸OX(対称軸)は、予めの調整によってステージ41aの回転軸RXと一致させてある。つまり、被加工物WAの光軸OXは、ステージ41aの回転軸RX、及びアパーチャー42の中心軸CXと一致している。よって、ステージ41aを回転駆動した場合、被加工物WAは、光軸OXのまわりに回転し、アパーチャー42の縁42g又は開口部内側面42eも、光軸OXのまわりに回転する。この際、ガスクラスターイオンビームB2は、ビームの進行方向がアパーチャー42の縁42gを含む基準面STに対して傾くように表面部分91aに照射する。これにより、被加工物WAの表面90s上には、筒状部分42cの上側の陰ができる。この結果、被加工物WAの表面90sのうち、表面部分91a又は光学転写面OSの外縁部分と、その外側の表面部分91bに含まれる周辺領域とに対応する外側領域A1がガスクラスターイオンビームB2の断続的な照射を受け、内側領域A0は、ガスクラスターイオンビームB2の照射を受けない。これにより、外側領域A1のみに選択的にガスクラスターイオンビームB2を照射することができ、外側領域A1のみをサブミクロン又はナノメートルのオーダーで選択的に精密研磨処理することができる。   The workpiece WA fixed on the stage 41a is, for example, a mold member for lens molding, and has a transfer portion 90a on the center side and a non-transfer portion 90b on the peripheral side. The surface portion 91a of the transfer portion 90a has an optical transfer surface OS. In the present embodiment, the surface portion 91a is a workpiece and has a curved surface. Specifically, the surface portion 91a is an axisymmetric aspherical surface having a circular outline in plan view, and has a concave shape in which the surface angle increases toward the periphery (for example, a maximum of 50 °). The surface portion 91b of the non-transfer portion 90b has a flat surface corresponding to a parting surface at the time of mold matching. Here, the optical axis OX (symmetry axis) of the surface portion 91a or the optical transfer surface OS is matched with the rotation axis RX of the stage 41a by a pre-adjustment. That is, the optical axis OX of the workpiece WA coincides with the rotation axis RX of the stage 41a and the center axis CX of the aperture 42. Therefore, when the stage 41a is driven to rotate, the workpiece WA rotates around the optical axis OX, and the edge 42g of the aperture 42 or the opening inner side surface 42e also rotates around the optical axis OX. At this time, the gas cluster ion beam B2 irradiates the surface portion 91a so that the traveling direction of the beam is inclined with respect to the reference plane ST including the edge 42g of the aperture 42. Thereby, an upper shade of the cylindrical portion 42c is formed on the surface 90s of the workpiece WA. As a result, out of the surface 90s of the workpiece WA, the outer region A1 corresponding to the outer edge portion of the surface portion 91a or the optical transfer surface OS and the peripheral region included in the outer surface portion 91b is a gas cluster ion beam B2. The inner region A0 is not irradiated with the gas cluster ion beam B2. As a result, only the outer region A1 can be selectively irradiated with the gas cluster ion beam B2, and only the outer region A1 can be selectively precisely polished in the order of submicron or nanometer.

図2Bは、ステージ41aの傾斜角を調整してガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θを減少させた例を示している。このように、ガスクラスターイオンビームB2の照射軸AXの傾斜角度θが減少すると、被加工物WAのうち、精密研磨の対象の領域が増加してより広い偏芯領域A2に対して精密研磨処理することができる。この場合、被加工物WAの内側領域A21では、継続的にガスクラスターイオンビームB2の照射が行われ、被加工物WAの外側領域A22では、断続的にガスクラスターイオンビームB2の照射が行われる。つまり、ガスクラスターイオンビームB2による精密研磨は、被加工物WAの内側領域A21で重点的に行われるが、光学転写面OS全体に対して行われることになる。   FIG. 2B shows an example in which the tilt angle θ of the gas cluster ion beam B2 is decreased by adjusting the tilt angle of the stage 41a. As described above, when the tilt angle θ of the irradiation axis AX of the gas cluster ion beam B2 is decreased, the area of the object to be precisely polished in the workpiece WA is increased, and the precision polishing process is performed on the wider eccentric area A2. can do. In this case, the gas cluster ion beam B2 is continuously irradiated in the inner area A21 of the workpiece WA, and the gas cluster ion beam B2 is intermittently irradiated in the outer area A22 of the workpiece WA. . That is, the precision polishing by the gas cluster ion beam B2 is performed mainly on the inner area A21 of the workpiece WA, but is performed on the entire optical transfer surface OS.

以上のように、ステージ41aによってガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θを調節するだけで、被加工物WAの光学転写面OSのうち外側領域A1(図2A参照)を選択的に研磨するこができ、かつ外側領域A1の横幅を調整することもできる。   As described above, the outer region A1 (see FIG. 2A) of the optical transfer surface OS of the workpiece WA can be selectively polished only by adjusting the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 by the stage 41a. And the lateral width of the outer region A1 can be adjusted.

また、ステージ41aによってガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θを調節することにより、被加工物WAの光学転写面OSのうち内側領域A21を深く研磨しつつ外側領域A22も研磨するこができ(図2B参照)、かつ内側領域A21の径や外側領域A22の横幅を調整することもできる。   Further, by adjusting the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 by the stage 41a, it is possible to polish the outer region A22 while deeply polishing the inner region A21 in the optical transfer surface OS of the workpiece WA (see FIG. 2B), and the inner region A21 diameter and outer region A22 width can be adjusted.

なお、図2Bに示す外側領域A22は、図2Aに示す外側領域A1と一致させても良いが一致させなくてもよい。また、ガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θは、ガスクラスターイオンビームB2の照射中に変化させることができる。あるいは、複数段階に分けてガスクラスターイオンビームB2を照射する場合、各段階でガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θを切り替えることもできる。   Note that the outer region A22 shown in FIG. 2B may or may not coincide with the outer region A1 shown in FIG. 2A. Further, the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 can be changed during the irradiation of the gas cluster ion beam B2. Alternatively, when the gas cluster ion beam B2 is irradiated in a plurality of stages, the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 can be switched at each stage.

以下、アパーチャー42及び被加工物WAの寸法関係について説明する。
図3A及び3Bに示すように、被加工物WAの光学転写面OSに相当する表面部分91a(被加工対象)のうち着目する位置Kと表面部分91aの中心である光軸OXとの間の距離をrとし、ガスクラスターイオンビームB2の進行方向と基準面STに垂直な軸(例えば光軸OX)とのなす角度である傾斜角度をθとし、表面部分91aの光軸OXからの距離がrのときの面角度をβとすると、ガスクラスターイオンビームB2又はビームBCのうち位置KでのビームBCの入射角iは、これら角度の差の絶対値|β(r)−θ|になる。なお、ガスクラスターイオンビームB2が光軸OXに沿って正面照射される場合、つまりガスクラスターイオンビームB2が基準面STに対して垂直に入射する場合、入射角i=面角度βとなる。
ビームBCの光軸OXに沿った正面照射を基準として、例えば図3Aに示すように表面部分91aの周辺の面角度β、すなわち最大面角度βmaxの位置での入射角iが面粗さが悪化し始める入射角(照射限界入射角α)より大きくなる場合、例えば図3Bに示すように正面照射に比較して傾けたビームBCの傾斜角度θがβmax−αよりも大きい角度となるようにビームBCを照射すると、表面部分91aの周辺での研磨粗さの悪化を防ぐことができる。この際、表面部分91aのうち光軸OX寄りの領域では、面角度βが小さいため(βmin)、中央寄りでの入射角i'が照射限界入射角αを超えてしまい、却って面粗さが悪化することがある。例えば、α=30°、βmax=60°、βmin=0°、θ=50°とすると、周辺の転写面部分への入射角iは|60−50|=10°となる。つまり、ビームBCの傾斜角度θが照射限界入射角αよりも小さいため、面粗さが悪化しない。しかし、光軸OX付近のビームBCの傾斜角度θは|0−50|=50°となり、中央寄りでの入射角i'が照射限界入射角αを超えるため、面粗さが悪化してしまう。この面粗さを悪化させるビームBCをアパーチャー42で遮蔽するように設計すると、面粗さが悪化することを防ぐことができる。
Hereinafter, the dimensional relationship between the aperture 42 and the workpiece WA will be described.
As shown in FIGS. 3A and 3B, between a focused position K of the surface portion 91a (object to be processed) corresponding to the optical transfer surface OS of the workpiece WA and the optical axis OX that is the center of the surface portion 91a. The distance is r, the inclination angle formed by the traveling direction of the gas cluster ion beam B2 and the axis perpendicular to the reference plane ST (for example, the optical axis OX) is θ, and the distance of the surface portion 91a from the optical axis OX is When the surface angle at r is β, the incident angle i of the beam BC at the position K of the gas cluster ion beam B2 or the beam BC becomes an absolute value | β (r) −θ | . When the gas cluster ion beam B2 is irradiated frontward along the optical axis OX, that is, when the gas cluster ion beam B2 is incident perpendicularly to the reference plane ST, the incident angle i = surface angle β.
With reference to front irradiation along the optical axis OX of the beam BC, for example, as shown in FIG. 3A, the surface angle β around the surface portion 91a, that is, the incident angle i at the position of the maximum surface angle βmax deteriorates the surface roughness. When it becomes larger than the incident angle (irradiation limit incident angle α) to start, for example, as shown in FIG. 3B, the beam BC is inclined so that the tilt angle θ of the tilted beam BC is larger than βmax−α. When BC is irradiated, it is possible to prevent deterioration of the polishing roughness around the surface portion 91a. At this time, in the region near the optical axis OX in the surface portion 91a, since the surface angle β is small (βmin), the incident angle i ′ near the center exceeds the irradiation limit incident angle α. May get worse. For example, when α = 30 °, βmax = 60 °, βmin = 0 °, and θ = 50 °, the incident angle i to the peripheral transfer surface portion is | 60−50 | = 10 °. That is, since the tilt angle θ of the beam BC is smaller than the irradiation limit incident angle α, the surface roughness does not deteriorate. However, the inclination angle θ of the beam BC in the vicinity of the optical axis OX is | 0−50 | = 50 °, and the incident angle i ′ near the center exceeds the irradiation limit incident angle α. . If the beam BC that deteriorates the surface roughness is designed to be shielded by the aperture 42, it is possible to prevent the surface roughness from being deteriorated.

図4A及び4Bを参照して、アパーチャー42の形状とビームBCの角度とについて考察する。アパーチャー42の開口部内側面42eの半径をRとし、表面部分91aの位置Kと被加工物WAの上端面(具体的には、表面部分91b)との間の距離をs(r)とする。ここで、表面部分91aの光軸OXからの距離がrの位置Kに当たる光線がアパーチャー42の開口部42aの縁42gを通って基準面STに垂直な方向に延びる線又は面を横切る被加工物WAの表面部分91bからの高さZは、次式
Z=(R+r)/tanθ−s(r)
で表すことができる。なお、s(r)は、被加工物WAの表面部分91aの位置Kと表面部分91aの中心との間の距離rの関数である。また、基準面STに垂直な軸に対するガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θは、0°より大きくなっている。
With reference to FIGS. 4A and 4B, the shape of the aperture 42 and the angle of the beam BC will be considered. The radius of the opening inner side surface 42e of the aperture 42 is R, and the distance between the position K of the surface portion 91a and the upper end surface (specifically, the surface portion 91b) of the workpiece WA is s (r). Here, a workpiece that crosses a line or a surface in which a light beam hitting a position K at a distance r from the optical axis OX of the surface portion 91a passes through the edge 42g of the opening 42a of the aperture 42 in a direction perpendicular to the reference surface ST. The height Z from the surface portion 91b of the WA is expressed by the following equation: Z = (R + r) / tan θ−s (r)
Can be expressed as Note that s (r) is a function of the distance r between the position K of the surface portion 91a of the workpiece WA and the center of the surface portion 91a. Further, the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 with respect to the axis perpendicular to the reference plane ST is larger than 0 °.

照射限界入射角αが既知の表面部分91aの周辺の最大面角度βmaxに対して|βmax−θ|<αとなるようにθを定めたとき、rを周辺から中心に向かって変化させながら面角度β等を計算していくと、ある所定の位置(すなわち臨界位置K0)で上記差の絶対値|β(r)−θ|=αとなる。つまり、被加工物WAの表面部分91aの最大面角度と、ガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θとの差の絶対値が面粗さが悪化し始める入射角(照射限界入射角α)と等しくなる。このときの中心(光軸OX)からの距離をr0としたときに、アパーチャー42の半径Rと高さHとが下式
(R+r0)/tanθ−s(r0)<H
を満たすように設計すると、入射角が照射限界入射角αを超える光線(図3Bに示す入射角i'の光線)がアパーチャー42に遮蔽され被加工物WAの半径r0内の中央領域に当たることがなく、面粗さが悪化しない。
When θ is determined such that the irradiation limit incident angle α is | βmax−θ | <α with respect to the maximum surface angle βmax around the known surface portion 91a, the surface is changed while r is changed from the periphery toward the center. When the angle β and the like are calculated, the absolute value | β (r) −θ | = α of the difference is obtained at a certain predetermined position (that is, the critical position K0). That is, the absolute value of the difference between the maximum surface angle of the surface portion 91a of the workpiece WA and the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 is equal to the incident angle (irradiation limit incident angle α) at which the surface roughness starts to deteriorate. Become. When the distance from the center (optical axis OX) at this time is r0, the radius R and height H of the aperture 42 are expressed by the following equation (R + r0) / tan θ−s (r0) <H
If it is designed to satisfy the above condition, a light beam having an incident angle exceeding the irradiation limit incident angle α (light beam having an incident angle i ′ shown in FIG. 3B) may be shielded by the aperture 42 and hit the central region within the radius r0 of the workpiece WA. And the surface roughness does not deteriorate.

本実施形態において、ガスクラスターイオンビームB2は、基準面STに対して異なる2つ以上の傾斜角度θで照射される。具体的には、被加工物WAの表面部分91aの光軸OXと開口部内側面42e上端の縁42gとを結ぶ線分L1と、表面部分91aの光軸OXとのなす角をγとしたときに、荷電粒子ビームを開口部内側面42eに対してθ<γを満足する比較的小さな傾斜角度と、θ>γを満足する比較的大きな傾斜角度とで照射する。ビームをθ<γの傾斜角度で照射すると、被加工対象の中心付近は常にビームが当たるのに対し、周辺は回転中に照射とアパーチャーによる遮蔽とを繰り返すため、中心付近に比べて相対的にドーズ量が少なくなる。一方、ビームをθ>γの傾斜角度で照射すると、先の照射で周辺の面粗さが悪化していても、この照射によって周辺が精密に研磨される。この際、中心付近にはビームが当たらないため、中心付近は先の照射で精密に研磨されたままである。以上により、被加工対象である表面部分91aの全域が精密に研磨される。また、この照射では、周辺にしかビームが当たらないため、中心付近に比べて周辺のドーズ量が多くなる。   In the present embodiment, the gas cluster ion beam B2 is irradiated with two or more different inclination angles θ with respect to the reference plane ST. Specifically, when the angle formed by the line segment L1 connecting the optical axis OX of the surface portion 91a of the workpiece WA and the edge 42g at the upper end of the opening inner side surface 42e and the optical axis OX of the surface portion 91a is γ. In addition, the charged particle beam is irradiated to the opening inner side surface 42e at a relatively small inclination angle satisfying θ <γ and a relatively large inclination angle satisfying θ> γ. When the beam is irradiated at an inclination angle of θ <γ, the beam always hits the vicinity of the center of the object to be processed, whereas the periphery repeats irradiation and shielding by the aperture during rotation. The dose is reduced. On the other hand, when the beam is irradiated at an inclination angle of θ> γ, even if the peripheral surface roughness is deteriorated by the previous irradiation, the periphery is precisely polished by this irradiation. At this time, since the beam does not hit the vicinity of the center, the vicinity of the center remains precisely polished by the previous irradiation. As described above, the entire surface portion 91a to be processed is precisely polished. Further, in this irradiation, since the beam hits only the periphery, the peripheral dose is increased as compared with the vicinity of the center.

ガスクラスターイオンビームB2は、予め測定された被加工物WAの形状に基づいた形状誤差に応じて照射ドーズ量を調整することができる。照射のドーズ量の合計が全域で均一になるように、各照射のドーズ量を調整すると、照射前後で被加工物WAの形状が変化することを防ぐことができる。具体的には、例えば図2Bに示す外側領域A22と図2Aに示す外側領域A1とが略一致又は若干重複する場合、ドーズ量を内側と外側とで概ね一致するようにバランスさせれば、被加工対象である表面部分91aの全域が形状を大きく崩すことなく全体に亘って精密に研磨される。被加工物WAの表面部分91aの光軸OX付近の加工深さが足りない場合、一定のドーズ量でなく、θ<γのドーズ量を増やすことで、周辺に比べて中心付近のドーズ量が多くなり、中心付近を選択的に深くすることができる。また、表面部分91aの周辺の加工深さが足りない場合、一定のドーズ量でなく、θ>γのドーズ量を増やすことで、中心付近に比べて周辺のドーズ量が多くなり、周辺を選択的に深くすることができる。   The gas cluster ion beam B2 can adjust the irradiation dose according to the shape error based on the shape of the workpiece WA measured in advance. If the dose amount of each irradiation is adjusted so that the total dose amount of irradiation is uniform over the entire region, the shape of the workpiece WA can be prevented from changing before and after the irradiation. Specifically, for example, when the outer region A22 shown in FIG. 2B and the outer region A1 shown in FIG. 2A are substantially coincident or slightly overlapped, if the dose is balanced so as to substantially coincide between the inner side and the outer side, The entire area of the surface portion 91a to be processed is precisely polished over the entire surface without greatly changing the shape. When the processing depth near the optical axis OX of the surface portion 91a of the workpiece WA is insufficient, by increasing the dose amount of θ <γ instead of a constant dose amount, the dose amount near the center can be increased compared to the periphery. It becomes more and can selectively deepen the vicinity of the center. In addition, when the processing depth around the surface portion 91a is insufficient, increasing the dose amount of θ> γ instead of a constant dose amount increases the peripheral dose amount near the center, and selects the periphery. Can be deep.

以下、被加工物WAに対する精密加工方法について説明する。
まず、ガスクラスターイオンビームB2がステージ41a上に固定された被加工物WAを覆うアパーチャー42の略全体を照射するようにする。ガスクラスターイオンビームB2はビームを直接観察できないため、例えばファラデーカップ(不図示)を用いてビームの中心(照射中心)がステージ41aのどの座標に来ているかを算出し、ファラデーカップとアパーチャー42との相対位置関係から、アパーチャー42の開口部42aを通るようにガスクラスターイオンビームB2の照射軸AXをアライメントする。
Hereinafter, a precision machining method for the workpiece WA will be described.
First, the gas cluster ion beam B2 irradiates substantially the entire aperture 42 that covers the workpiece WA fixed on the stage 41a. Since the gas cluster ion beam B2 cannot directly observe the beam, for example, the Faraday cup (not shown) is used to calculate the coordinates of the center of the beam (irradiation center) on the stage 41a. Therefore, the irradiation axis AX of the gas cluster ion beam B2 is aligned so as to pass through the opening 42a of the aperture 42.

次に、被加工物WAの表面部分91a(特に光学転写面OS)の形状測定によって、加工深さが足りない部分を算出する。予め準備しておいたドーズ量と加工量との関係から、必要な加工量をドーズ量に変換する。加工深さが足りない部分のドーズ量が必要加工量分だけ他の部分に比べて相対的に多くなるように傾斜角度θと当該傾斜角度θの照射時間の組み合わせを算出する。この際、傾斜角度θが小さい方から第1の照射の条件、第2の照射の条件とする。つまり、被加工物WAの光学転写面OSのうち、光軸OXのまわりの中央側を先に研磨し、光学転写面OSの周辺側を後から研磨することを想定している。これにより、ガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度や入射角が大きくなって研磨の荒れが発生することを防止できる。   Next, a portion where the processing depth is insufficient is calculated by measuring the shape of the surface portion 91a (particularly the optical transfer surface OS) of the workpiece WA. A necessary processing amount is converted into a dose amount based on the relationship between the dose amount and the processing amount prepared in advance. The combination of the tilt angle θ and the irradiation time of the tilt angle θ is calculated so that the dose amount in the portion where the processing depth is insufficient is relatively larger than the other portions by the required processing amount. At this time, the first irradiation condition and the second irradiation condition are set from the smaller inclination angle θ. That is, it is assumed that among the optical transfer surface OS of the workpiece WA, the center side around the optical axis OX is polished first, and the peripheral side of the optical transfer surface OS is polished later. Thereby, it can prevent that the inclination angle and incident angle of gas cluster ion beam B2 become large, and the roughness of grinding | polishing generate | occur | produces.

次に、図5Aに示すように、被加工物WA及びアパーチャー42をステージ41aに固定する。被加工物WA及びアパーチャー42は、ステージ41aに付随する治具46を利用して相互に固定される。アパーチャー42は、遮蔽に寄与する本体部分48aと、本体部分48aを支持する基部48bとを有し、基部48bを締結具46sを利用して治具46に固定することで、被加工物WAがアパーチャー42の本体部分48aと治具46との間に挟み込まれるように支持される。この際、アパーチャー42の基部48bに設けた1つ以上の付勢部材48eによって被加工物WAを側方から押すことで、被加工物WAの側面91sと、アパーチャー42の基部48bの内面48sとが密着して、被加工物WAのアパーチャー42に対する横方向(回転軸RXに垂直な方向)のアライメントが達成される。被加工物WA等を固定した治具46は、ステージ41aの回転駆動部47に固定される。治具46をステージ41aの回転駆動部47に固定すると、被加工物WAの表面部分91aの光軸OXがアパーチャー42の開口部内側面42eの中心軸CXと一致する。これにより、被加工物WAとアパーチャー42とを一体的に扱うことができる。   Next, as shown in FIG. 5A, the workpiece WA and the aperture 42 are fixed to the stage 41a. The workpiece WA and the aperture 42 are fixed to each other using a jig 46 attached to the stage 41a. The aperture 42 has a main body portion 48a that contributes to shielding, and a base portion 48b that supports the main body portion 48a. The base portion 48b is fixed to the jig 46 by using a fastener 46s, so that the workpiece WA is formed. It is supported so as to be sandwiched between the main body portion 48 a of the aperture 42 and the jig 46. At this time, the side surface 91 s of the workpiece WA and the inner surface 48 s of the base portion 48 b of the aperture 42 are pressed by pushing the workpiece WA from the side by one or more biasing members 48 e provided on the base portion 48 b of the aperture 42. Are brought into close contact with each other to achieve alignment in the lateral direction (direction perpendicular to the rotation axis RX) of the workpiece WA with respect to the aperture 42. The jig 46 to which the workpiece WA or the like is fixed is fixed to the rotation drive unit 47 of the stage 41a. When the jig 46 is fixed to the rotation drive unit 47 of the stage 41a, the optical axis OX of the surface portion 91a of the workpiece WA coincides with the central axis CX of the opening inner side surface 42e of the aperture 42. Thereby, the workpiece WA and the aperture 42 can be handled integrally.

次に、図5Bに示すように、支持装置駆動部70(図1参照)によって支持装置41を駆動して、被加工物WA及びアパーチャー42を支持する回転駆動部47の傾斜角度θを調整するとともに、被加工物WAが所定の位置になるように移動する、この際、支持装置41は、回転駆動部47をアパーチャー42の開口部42aの中央を通る傾斜軸TXのまわりに回動させる。これにより、被加工物WAやアパーチャー42の傾斜角度θにかかわらずアパーチャー42の開口部42aの位置を略一定に保つことができる。以上により、ガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θが所望の角度になるように、ステージ41aを傾けることができる。   Next, as shown in FIG. 5B, the support device 41 is driven by the support device drive unit 70 (see FIG. 1) to adjust the inclination angle θ of the rotation drive unit 47 that supports the workpiece WA and the aperture 42. At the same time, the workpiece WA moves so as to be in a predetermined position. At this time, the support device 41 rotates the rotation drive unit 47 around the tilt axis TX passing through the center of the opening 42 a of the aperture 42. Thereby, the position of the opening 42a of the aperture 42 can be kept substantially constant regardless of the inclination angle θ of the workpiece WA or the aperture 42. As described above, the stage 41a can be tilted so that the tilt angle θ of the gas cluster ion beam B2 becomes a desired angle.

次に、図2Bに示すように、被加工物WAに対して第1の照射を行う。具体的には、上述の第1の照射の条件(比較的傾斜角度小、具体的にはθ<γ)でステージ41aを介して被加工物WAを回転軸RXを中心に回転させながらガスクラスターイオンビームB2を照射する。第1の照射では、被加工物WAの表面部分91aの中心付近の傾斜角度θが照射限界入射角α(例えば、30°)を超えない入射角を実現するように設定されているため、中心付近が超精密研磨される。一方、表面部分91aの周辺では傾斜角が照射限界入射角αを超えるため、面粗さが悪化し得る。また、周辺に比べて中心付近のドーズ量が多くなるため、多くなった分だけ中心付近の加工量が多くなる。   Next, as shown in FIG. 2B, the first irradiation is performed on the workpiece WA. Specifically, the gas cluster is rotated while rotating the workpiece WA around the rotation axis RX through the stage 41a under the above-described first irradiation condition (relatively small tilt angle, specifically, θ <γ). Ion beam B2 is irradiated. In the first irradiation, the inclination angle θ near the center of the surface portion 91a of the workpiece WA is set so as to realize an incident angle that does not exceed the irradiation limit incident angle α (for example, 30 °). The neighborhood is super-precision polished. On the other hand, since the inclination angle exceeds the irradiation limit incident angle α around the surface portion 91a, the surface roughness can be deteriorated. Further, since the dose amount near the center is larger than the periphery, the machining amount near the center is increased by the increased amount.

次に、図2Aに示すように、被加工物WAに対して第2の照射を行う。具体的には、上述の第2の照射の条件(比較的傾斜角度大、具体的にはθ>γ)でステージ41aを介して被加工物WAを回転軸RXを中心に回転させながらガスクラスターイオンビームB2を照射する。ここで、第1の照射及び第2の照射において、アパーチャー42の傾斜角度θを調節するのみで照射スポットの範囲を変更できるため、アパーチャー42を交換する必要はない。第2の照射では、被加工物WAの表面部分91aの周辺の傾斜角度θが照射限界入射角αを超えない入射角を実現するように設定されているため、周辺が超精密加工される。一方、この傾斜角度θを前提とした場合、表面部分91aの中心付近では入射角が照射限界入射角αを超え得る。しかし、傾斜角度θが照射限界入射角αを超える光線経路が全てアパーチャー42で遮蔽されるように設計されているため、第2の照射において、中心付近にはビームが当たらない。よって、中心付近では、第1の照射で超精密研磨された状態を維持する。換言すれば、表面部分91aの周辺にのみビームが当たるため、そのドーズ量分だけ周辺が選択的に加工される。以上において、被加工物WAの表面部分91aの全域において超精密研磨が完成する。第1及び第2の照射における総加工量が上記で測定した形状誤差を修正するように各ドーズ量が計算されているため、照射前に存在した形状誤差を修正することができる。   Next, as shown in FIG. 2A, a second irradiation is performed on the workpiece WA. Specifically, the gas cluster is rotated while rotating the workpiece WA around the rotation axis RX via the stage 41a under the above-mentioned second irradiation condition (relatively large tilt angle, specifically θ> γ). Ion beam B2 is irradiated. Here, in the first irradiation and the second irradiation, since the range of the irradiation spot can be changed only by adjusting the inclination angle θ of the aperture 42, it is not necessary to replace the aperture 42. In the second irradiation, since the inclination angle θ around the surface portion 91a of the workpiece WA is set so as to realize an incident angle that does not exceed the irradiation limit incident angle α, the periphery is processed with ultra-precision. On the other hand, when this inclination angle θ is assumed, the incident angle can exceed the irradiation limit incident angle α in the vicinity of the center of the surface portion 91a. However, since it is designed so that all the ray paths whose inclination angle θ exceeds the irradiation limit incident angle α are shielded by the aperture 42, the beam does not hit the center in the second irradiation. Therefore, in the vicinity of the center, the state of ultra-precision polishing by the first irradiation is maintained. In other words, since the beam hits only the periphery of the surface portion 91a, the periphery is selectively processed by the dose amount. As described above, the ultraprecision polishing is completed in the entire surface portion 91a of the workpiece WA. Since each dose amount is calculated so that the total processing amount in the first and second irradiations corrects the shape error measured above, the shape error existing before the irradiation can be corrected.

以上説明した精密研磨装置によれば、アパーチャー42と被加工物WAとを一体的に扱えるため、両者の位置関係を精度良く合わせることができる。また、両者は比較的近い位置にあるため、所望の位置からのずれが照射位置に与える影響が少ない。また、アパーチャー42の位置におけるビームの照射位置又は照射中心が開口部42aの中央から多少ずれていても加工位置に影響を与えない。また、ビームの傾斜角度θを調整することで、アパーチャー42を交換することなく大きさを増減調整できる照射スポットを形成することができる。例えば、ビームの傾斜角度θを小さくすると広い範囲を一度に照射でき、傾斜角度θを大きくすると狭い範囲のみの照射できる。このように、大きなスポットと小さなスポットとを使い分けることができるため、ビームを効率良く照射することができる。また、アパーチャー42がステージ41aに固定されるため、実質的にアパーチャー42が被加工物WAに固定されることになり、被加工物WAの交換と同時にアパーチャー42を交換することができる。以上のことから曲面を有する被加工物WAに対しても精度良く効率的に研磨することができる。特に上記の例では、被加工物WAの表面部分91aの曲面に応じてガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θを適宜調整することができる。   According to the precision polishing apparatus described above, the aperture 42 and the workpiece WA can be handled integrally, so that the positional relationship between the two can be accurately adjusted. Moreover, since both are in a relatively close position, the influence from the deviation from the desired position on the irradiation position is small. Further, even if the irradiation position or irradiation center of the beam at the position of the aperture 42 is slightly deviated from the center of the opening 42a, the processing position is not affected. Further, by adjusting the beam inclination angle θ, it is possible to form an irradiation spot whose size can be increased or decreased without replacing the aperture 42. For example, when the tilt angle θ of the beam is reduced, a wide range can be irradiated at once, and when the tilt angle θ is increased, only a narrow range can be irradiated. Thus, since a large spot and a small spot can be used properly, the beam can be irradiated efficiently. Further, since the aperture 42 is fixed to the stage 41a, the aperture 42 is substantially fixed to the workpiece WA, and the aperture 42 can be replaced simultaneously with the replacement of the workpiece WA. From the above, it is possible to polish the workpiece WA having a curved surface with high accuracy and efficiency. In particular, in the above example, the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 can be appropriately adjusted according to the curved surface of the surface portion 91a of the workpiece WA.

なお、従来技術では、照射スポットの径を調整するアパーチャーが装置内にあるため、アパーチャーと被加工物WAとを一体的に扱うことや測定することができない。また、アパーチャーと被加工物WAとの距離が離れているため、両者が所望の位置から少しでもずれると、照射位置に大きく影響を与える。また、照射スポットがアパーチャーの開口部の形状で決まるため、アパーチャーを交換せずにスポットの大きさを変更することができない。また、被加工物WAの形状に応じてアパーチャーを交換する場合、アパーチャーが装置内にあるため、交換の作業性が悪くなる。   In the prior art, since the aperture for adjusting the diameter of the irradiation spot is provided in the apparatus, the aperture and the workpiece WA cannot be handled integrally or measured. In addition, since the distance between the aperture and the workpiece WA is large, if the two are slightly deviated from the desired position, the irradiation position is greatly affected. Further, since the irradiation spot is determined by the shape of the aperture opening, the size of the spot cannot be changed without exchanging the aperture. In addition, when the aperture is exchanged according to the shape of the workpiece WA, the workability of the exchange is deteriorated because the aperture is in the apparatus.

〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係る精密研磨装置等について説明する。なお、第2実施形態の精密研磨装置等は第1実施形態の精密研磨装置等を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a precision polishing apparatus and the like according to the second embodiment will be described. The precision polishing apparatus and the like of the second embodiment is a modification of the precision polishing apparatus and the like of the first embodiment, and matters that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.

図6に示すように、被加工物WAの表面90sのうち開口部内側面42e側の少なくとも一部とアパーチャー42との間には隙間42kが設けられている。開口部42aの下側すなわち隙間42kはガスクラスターイオンビームB2を遮蔽しないため、ガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θが大きくなるほど被加工物WAの表面部分91bのうち表面部分91aよりも離れた外側の領域まで研磨が行われる。つまり、ガスクラスターイオンビームB2の照射範囲の外径はガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θに依存する。被加工物WAの外側の表面部分91bにおけるガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θは照射限界入射角αより大きくなる。しかし、表面部分91bは成形品の光学面の転写には直接影響せず、表面部分91aほどの面精度は要求されないため、問題は生じない。   As shown in FIG. 6, a gap 42k is provided between the aperture 42 and at least a part of the surface 90s of the workpiece WA on the opening inner side surface 42e side. Since the lower side of the opening 42a, that is, the gap 42k does not shield the gas cluster ion beam B2, the outer side of the surface portion 91b of the workpiece WA that is farther from the surface portion 91a as the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 increases. Polishing is performed up to the region. That is, the outer diameter of the irradiation range of the gas cluster ion beam B2 depends on the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2. The inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 on the outer surface portion 91b of the workpiece WA is larger than the irradiation limit incident angle α. However, the surface portion 91b does not directly affect the transfer of the optical surface of the molded product, and the surface accuracy as high as the surface portion 91a is not required.

本実施形態の研磨装置等によれば、被加工物WAとアパーチャー42との間に隙間42kを設けることにより、被加工物WAやアパーチャー42等を精密研磨装置100にセットする際に被加工物WAの表面にごみ等の異物が付着しても、異物が当該隙間42kに逃げ込むように入り込んで被加工物WAの被加工対象である表面部分91aに異物が溜まることを防ぐことができる。   According to the polishing apparatus or the like of the present embodiment, the workpiece 42, the aperture 42, or the like is set in the precision polishing apparatus 100 by providing the gap 42k between the workpiece WA and the aperture 42. Even if foreign matter such as dust adheres to the surface of the WA, it is possible to prevent the foreign matter from entering the gap 42k and collecting the foreign matter on the surface portion 91a that is the workpiece of the workpiece WA.

〔第3実施形態〕
以下、第3実施形態に係る精密研磨装置等について説明する。なお、第3実施形態の精密研磨装置等は第1実施形態の精密研磨装置等を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a precision polishing apparatus and the like according to the third embodiment will be described. Note that the precision polishing apparatus and the like of the third embodiment are modifications of the precision polishing apparatus and the like of the first embodiment, and items that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.

図7に示すように、アパーチャー42は、被加工物WAに直接固定されている。被加工物WA及びアパーチャー42は、被加工物WAの側面91pとアパーチャー42の側面42pとをブロック81の平面81pに突き当てることで位置合わせされる。ブロック81は、ステージ41aに固定される。つまり、アパーチャー42は、ステージ41aに間接的に固定される。   As shown in FIG. 7, the aperture 42 is directly fixed to the workpiece WA. The workpiece WA and the aperture 42 are aligned by abutting the side surface 91p of the workpiece WA and the side surface 42p of the aperture 42 against the flat surface 81p of the block 81. The block 81 is fixed to the stage 41a. That is, the aperture 42 is indirectly fixed to the stage 41a.

本実施形態の研磨装置等によれば、被加工物WAとアパーチャー42とを位置合わせした状態でアパーチャー42を被加工物WAに固定することができる。これにより、精度良く両者の位置関係を合わせることができる。   According to the polishing apparatus or the like of the present embodiment, the aperture 42 can be fixed to the workpiece WA in a state where the workpiece WA and the aperture 42 are aligned. Thereby, both positional relationship can be match | combined accurately.

なお、本実施形態において、アパーチャー42は、第2実施形態のように被加工物WAとアパーチャー42との間に隙間42kを有していてもよい。   In the present embodiment, the aperture 42 may have a gap 42k between the workpiece WA and the aperture 42 as in the second embodiment.

〔第4実施形態〕
以下、第4実施形態に係る精密研磨装置等について説明する。なお、第4実施形態の精密研磨装置等は第1実施形態の精密研磨装置等を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a precision polishing apparatus and the like according to the fourth embodiment will be described. Note that the precision polishing apparatus and the like of the fourth embodiment are modifications of the precision polishing apparatus and the like of the first embodiment, and items not specifically described are the same as those of the first embodiment.

図8Aに示すように、アパーチャー42のうち照射源SB側の開口部内側面42eの縁42gが径方向内側に突出している。縁42g以外の開口部内側面42eは、径方向外側に窪んでいる。アパーチャー42は、例えば、筒状部分42cの上端面に縁42gに対応する孔を有する薄い板状部材42mを設けることで形成される。異なる大きさの孔を有する板状部材42mを複数用意しておけば、板状部材42mを取り替えるだけで、傾斜角度θの条件と併せてガスクラスターイオンビームB2の照射範囲を調節することができる。本実施形態においても第2実施形態と同様にガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θが大きくなるほど、被加工物WAの表面部分91bのうち表面部分91aよりも離れた外側の領域まで研磨が行われる。なお、アパーチャー42における縁42gは、板状部材42mを用いずに、開口部内側面42eを逆テーパー状に傾斜させることで突出させてもよい。   As shown in FIG. 8A, the edge 42g of the opening inner surface 42e on the irradiation source SB side of the aperture 42 protrudes radially inward. The opening inner side surface 42e other than the edge 42g is recessed outward in the radial direction. The aperture 42 is formed, for example, by providing a thin plate member 42m having a hole corresponding to the edge 42g on the upper end surface of the cylindrical portion 42c. If a plurality of plate members 42m having holes of different sizes are prepared, the irradiation range of the gas cluster ion beam B2 can be adjusted together with the condition of the inclination angle θ by simply replacing the plate members 42m. . Also in the present embodiment, as in the second embodiment, as the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 increases, polishing is performed to an outer region farther from the surface portion 91a in the surface portion 91b of the workpiece WA. . The edge 42g of the aperture 42 may be projected by inclining the opening inner side surface 42e in a reverse taper shape without using the plate-like member 42m.

なお、本実施形態において、図8Bに示すように、アパーチャー42の板状部材42mに円環状の孔を形成してもよい。アパーチャー42において、外側の縁42gと内側の縁42nとは図示を省略するが複数の細い部材を介して繋がっている。この場合、被加工物WAの表面部分91bのうち表面部分91aから離れた部分でも超精密研磨することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 8B, an annular hole may be formed in the plate-like member 42 m of the aperture 42. In the aperture 42, the outer edge 42g and the inner edge 42n are connected via a plurality of thin members although not shown. In this case, even the portion of the surface portion 91b of the workpiece WA that is away from the surface portion 91a can be subjected to ultraprecision polishing.

また、本実施形態において、図8Cに示すように、アパーチャー42の縁42gの中心が、アパーチャー42の中心からずれていてもよい。この場合、比較的小さい径の照射スポットを形成し、かつ表面部分91aの全域を超精密研磨することができる。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 8C, the center of the edge 42 g of the aperture 42 may be shifted from the center of the aperture 42. In this case, an irradiation spot having a relatively small diameter can be formed, and the entire surface portion 91a can be subjected to ultraprecision polishing.

以上、本実施形態に係る精密研磨装置等について説明したが、本発明に係る精密研磨装置等は上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、被加工物WAの転写部90aの形状、大きさは、用途や機能に応じて適宜変更することができる。例えば、転写部90aは、凹形状に限らず、凸形状を有していてもよい。また、アパーチャー42の開口部42aの形状は、転写部90aの形状に応じて適宜変更することができる。なお、アパーチャー42の開口部42aは、全てが基準面ST上に配置されている必要はなく、縁42gの一部が基準面ST上に配置され、残りが回転軸RXの方向に関して異なる位置に配置されていてもよい。   Although the precision polishing apparatus and the like according to the present embodiment have been described above, the precision polishing apparatus and the like according to the present invention are not limited to the above. For example, in the above-described embodiment, the shape and size of the transfer portion 90a of the workpiece WA can be appropriately changed according to the application and function. For example, the transfer unit 90a is not limited to a concave shape, and may have a convex shape. In addition, the shape of the opening 42a of the aperture 42 can be appropriately changed according to the shape of the transfer portion 90a. Note that the openings 42a of the aperture 42 do not have to be all arranged on the reference plane ST, a part of the edge 42g is arranged on the reference plane ST, and the rest are at different positions with respect to the direction of the rotation axis RX. It may be arranged.

上記実施形態において、被加工物WAは、成形用の金型に限らず、レンズ等の光学素子でもよい。   In the above embodiment, the workpiece WA is not limited to a molding die, and may be an optical element such as a lens.

上記実施形態において、荷電粒子ビームはガスクラスターイオンビームに限らず、イオンビーム(IB)や集束イオンビーム(FIB)でもよい。   In the above embodiment, the charged particle beam is not limited to the gas cluster ion beam, but may be an ion beam (IB) or a focused ion beam (FIB).

上記実施形態において、ステージ41aを回転させたが、回転させなくてもよい。例えば、被加工物WAの転写部90aが線分に沿って延びる細長い転写面を有する場合、ステージ41aを回転させず、傾斜角度θを変更するだけでよい。また、被加工物WAを回転させずに、例えばビーム側に駆動機構を設ける等して荷電粒子ビームを回転させてもよい。   In the above embodiment, the stage 41a is rotated, but it is not necessary to rotate it. For example, when the transfer portion 90a of the workpiece WA has an elongated transfer surface extending along a line segment, the tilt angle θ need only be changed without rotating the stage 41a. Alternatively, the charged particle beam may be rotated without rotating the workpiece WA, for example, by providing a drive mechanism on the beam side.

上記実施形態において、ガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θは、2段階分けて変化させる場合に限らず、3段階以上に分けて変化させてもよい。また、例えば被加工物WAの形状誤差の修正を行う場合、ガスクラスターイオンビームB2の傾斜角度θは、1段階であってもよい。   In the above embodiment, the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 is not limited to being changed in two steps, and may be changed in three or more steps. For example, when correcting the shape error of the workpiece WA, the inclination angle θ of the gas cluster ion beam B2 may be one step.

上記実施形態において、被加工物WAが複数の表面部分91a(被加工対象)を有する場合、各表面部分91aに対応する複数の開口部42aをアパーチャー42に設けてもよい。
なお、以上の説明では被加工物WAが例えばレンズ用の転写型であるとしたが、ここでいうレンズには、複数のレンズを一体的に成形することで得られるレンズアレイも含まれる。このようなレンズアレイの成形用の型部分を精密研磨する場合、レンズアレイを構成する各レンズ要素の転写部に対応させて複数の開口部42aを設けたアパーチャー42を被加工物WAに対して固定することができる。
In the above embodiment, when the workpiece WA has a plurality of surface portions 91a (objects to be processed), a plurality of openings 42a corresponding to the respective surface portions 91a may be provided in the aperture 42.
In the above description, the workpiece WA is, for example, a transfer mold for a lens. However, the lens here includes a lens array obtained by integrally molding a plurality of lenses. When such a mold part for molding a lens array is precisely polished, an aperture 42 provided with a plurality of openings 42a corresponding to the transfer part of each lens element constituting the lens array is formed on the workpiece WA. Can be fixed.

上記実施形態において、装置本体10は、レンズ部33、内部アパーチャー34等を有していなくてもよい。   In the above embodiment, the apparatus main body 10 may not include the lens unit 33, the internal aperture 34, and the like.

上記第1実施形態において、アパーチャー42の縁42gと、被加工物WAの表面部分91aの外縁とは、円形で同芯に配置されているが、縁42gや表面部分91aの外縁は、円形に限らず様々な形状とできる。この場合も、縁42gの形状によって、表面部分91aに適正な研磨を行いうる領域を規定することができる。   In the first embodiment, the edge 42g of the aperture 42 and the outer edge of the surface portion 91a of the workpiece WA are circular and concentric, but the edge 42g and the outer edge of the surface portion 91a are circular. Not limited to various shapes. Also in this case, the region where the surface portion 91a can be properly polished can be defined by the shape of the edge 42g.

Claims (16)

荷電粒子ビームを照射する照射源と、
被加工物を固定するステージと、
前記ステージに直接的に又は間接的に固定され、前記被加工物の一部を覆うアパーチャーと、
を備え、
前記アパーチャーは、当該アパーチャーの開口部内側面の前記照射源側の縁が前記被加工物の表面から離間して配置されており、
前記荷電粒子ビームは、前記荷電粒子ビームの進行方向が前記アパーチャーの前記縁によって規定される基準面に垂直な軸に対する前記荷電粒子ビームの傾斜角度を0°より大きくするように照射されることを特徴とする精密研磨装置。
An irradiation source for irradiating a charged particle beam;
A stage for fixing the workpiece;
An aperture fixed directly or indirectly to the stage and covering a part of the workpiece;
With
The aperture is arranged such that an edge of the aperture inner surface of the aperture on the irradiation source side is spaced from the surface of the workpiece.
The charged particle beam is irradiated so that a traveling direction of the charged particle beam is greater than 0 ° with respect to an axis perpendicular to a reference plane defined by the edge of the aperture. A precision polishing device that is characterized.
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請求項1に記載の精密研磨装置。   The precision polishing apparatus according to claim 1, wherein the charged particle beam is a gas cluster ion beam. 前記被加工物は、曲面を有することを特徴とする請求項1及び2のいずれか一項に記載の精密研磨装置。   The precision polishing apparatus according to claim 1, wherein the workpiece has a curved surface. 前記被加工物の表面のうち前記開口部内側面側の少なくとも一部と前記アパーチャーとの間には隙間が設けられていることを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に記載の精密研磨装置。   4. The gap according to claim 1, wherein a gap is provided between at least a part of the surface of the workpiece on the inner side surface side of the opening and the aperture. 5. Precision polishing equipment. 前記被加工物の前記開口部内側面側の表面と前記アパーチャーとは全体的に接していることを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に記載の精密研磨装置。   The precision polishing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface of the workpiece on the inner side surface side of the opening and the aperture are in contact with each other. 前記荷電粒子ビームの進行方向と前記基準面に垂直な軸とのなす角度である傾斜角度をθとし、前記被加工物の被加工対象の最大面角度と傾斜角度θとの差の絶対値が面粗さが悪化し始める入射角と等しくなる所定位置と前記被加工対象の中心との間の距離をr0とし、前記被加工対象の前記所定位置と前記被加工物の表面との間の距離をs(r0)とし、前記アパーチャーの前記開口部内側面の半径をRとし、前記アパーチャーの高さをHとしたときに以下の条件式
(R+r0)/tanθ−s(r0)<H
を満足し、
前記被加工物を前記荷電粒子ビームに対して前記被加工対象の中心軸を回転軸として相対的に回転させた状態で前記荷電粒子ビームを照射することを特徴とする請求項1から5までのいずれか一項に記載の精密研磨装置。
An inclination angle, which is an angle formed between the traveling direction of the charged particle beam and an axis perpendicular to the reference plane, is θ, and the absolute value of the difference between the maximum surface angle of the workpiece and the inclination angle θ of the workpiece is The distance between the predetermined position where the surface roughness starts to deteriorate and the center of the workpiece is r0, and the distance between the predetermined position of the workpiece and the surface of the workpiece is r0. S (r0), where R is the radius of the inner surface of the opening of the aperture, and H is the height of the aperture, the following conditional expression (R + r0) / tan θ−s (r0) <H
Satisfied,
6. The charged particle beam is irradiated in a state in which the workpiece is rotated relative to the charged particle beam with a central axis of the workpiece as a rotation axis. The precision polishing apparatus as described in any one of Claims.
前記荷電粒子ビームを前記基準面に対して異なる2つ以上の傾斜角度で照射することを特徴とする請求項6に記載の精密研磨装置。   The precision polishing apparatus according to claim 6, wherein the charged particle beam is irradiated at two or more different inclination angles with respect to the reference plane. 前記荷電粒子ビームは、予め測定された前記被加工物の形状に基づいた形状誤差に応じて照射ドーズ量を調整することを特徴とする請求項7に記載の精密研磨装置。   The precision polishing apparatus according to claim 7, wherein the charged particle beam adjusts an irradiation dose according to a shape error based on a shape of the workpiece measured in advance. 前記ステージを有する支持装置と、前記支持装置を駆動する支持装置駆動部とをさらに備え、
前記支持装置駆動部は、前記支持装置を駆動して、前記ステージの位置及び姿勢を調節し、前記荷電粒子ビームの進行方向が前記アパーチャーの前記縁によって規定される前記基準面に対して傾くように荷電粒子ビームを照射することを特徴とする請求項1から8までのいずれか一項に記載の精密研磨装置。
A support device having the stage; and a support device driving unit that drives the support device.
The support device driving unit drives the support device to adjust the position and posture of the stage so that the traveling direction of the charged particle beam is inclined with respect to the reference plane defined by the edge of the aperture. The precision polishing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the charged particle beam is irradiated to the surface.
被加工物をステージに固定する工程と、
前記被加工物の一部を覆うようにアパーチャーを前記ステージに直接的に又は間接的に固定する工程と、
照射源を用いて荷電粒子ビームを照射する工程と、
を備え、
前記アパーチャーは、当該アパーチャーの開口部内側面の前記照射源側の縁が前記被加工物の表面から離間して配置されており、
前記荷電粒子ビームは、前記荷電粒子ビームの進行方向が前記アパーチャーの前記縁によって規定される基準面に垂直な軸に対する前記荷電粒子ビームの傾斜角度を0°より大きくするように照射することを特徴とする精密研磨方法。
Fixing the work piece on the stage;
Fixing the aperture directly or indirectly to the stage so as to cover a part of the workpiece;
Irradiating a charged particle beam with an irradiation source;
With
The aperture is arranged such that an edge of the aperture inner surface of the aperture on the irradiation source side is spaced from the surface of the workpiece.
The charged particle beam is irradiated such that a traveling direction of the charged particle beam is greater than an angle of inclination of the charged particle beam with respect to an axis perpendicular to a reference plane defined by the edge of the aperture. Precision polishing method.
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請求項10に記載の精密研磨方法。   The precision polishing method according to claim 10, wherein the charged particle beam is a gas cluster ion beam. 前記被加工物は、曲面を有することを特徴とする請求項10及び11のいずれか一項に記載の精密研磨方法。   The precision polishing method according to claim 10, wherein the workpiece has a curved surface. 前記荷電粒子ビームの進行方向と前記基準面に垂直な軸とのなす角度である傾斜角度をθとし、前記被加工物の被加工対象の最大面角度と傾斜角度θとの差の絶対値が面粗さが悪化し始める入射角と等しくなる所定位置と前記被加工対象の中心との間の距離をr0とし、前記被加工対象の前記所定位置と前記被加工物の表面との間の距離をs(r0)とし、前記アパーチャーの前記開口部内側面の半径をRとし、前記アパーチャーの高さをHとしたときに以下の条件式
(R+r0)/tanθ−s(r0)<H
を満足し、
前記被加工物を前記荷電粒子ビームに対して前記被加工対象の中心軸を回転軸として相対的に回転させた状態で前記荷電粒子ビームを照射することを特徴とする請求項10から12までのいずれか一項に記載の精密研磨方法。
An inclination angle, which is an angle formed between the traveling direction of the charged particle beam and an axis perpendicular to the reference plane, is θ, and the absolute value of the difference between the maximum surface angle of the workpiece and the inclination angle θ of the workpiece is The distance between the predetermined position where the surface roughness starts to deteriorate and the center of the workpiece is r0, and the distance between the predetermined position of the workpiece and the surface of the workpiece is r0. S (r0), where R is the radius of the inner surface of the opening of the aperture, and H is the height of the aperture, the following conditional expression (R + r0) / tan θ−s (r0) <H
Satisfied,
The charged particle beam is irradiated in a state where the workpiece is rotated relative to the charged particle beam with a center axis of the workpiece as a rotation axis. The precision polishing method as described in any one of Claims.
前記荷電粒子ビームを前記基準面に対して異なる2つ以上の傾斜角度で照射することを特徴とする請求項13に記載の精密研磨方法。   The precision polishing method according to claim 13, wherein the charged particle beam is irradiated at two or more different inclination angles with respect to the reference plane. 前記荷電粒子ビームの進行方向と前記基準面に垂直な軸とのなす角度をθとし、前記被加工対象の中心と前記開口部内側面の縁とを結ぶ線分と、前記被加工対象の中心軸とのなす角をγとしたときに、前記荷電粒子ビームを前記開口部内側面に対してθ<γを満足する傾斜角度と、θ>γを満足する傾斜角度とで照射することを特徴する請求項14に記載の精密研磨方法。   An angle between the traveling direction of the charged particle beam and an axis perpendicular to the reference plane is θ, a line segment connecting the center of the object to be processed and the edge of the inner surface of the opening, and the center axis of the object to be processed Wherein the charged particle beam is irradiated with an inclination angle satisfying θ <γ and an inclination angle satisfying θ> γ with respect to the inner surface of the opening. Item 15. The precision polishing method according to Item 14. 予め前記被加工物の形状を測定し、形状誤差を算出する工程をさらに備え、
前記荷電粒子ビームは、予め測定された前記被加工物の形状に基づいた形状誤差に応じて照射ドーズ量を調整することを特徴とする請求項14及び15のいずれか一項に記載の精密研磨方法。
Further measuring the shape of the workpiece in advance and calculating a shape error;
The precision polishing according to any one of claims 14 and 15, wherein the charged particle beam adjusts an irradiation dose according to a shape error based on a shape of the workpiece measured in advance. Method.
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