JP2003025201A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い形状修正能力と高い加工能率を両立させ
ることができる研磨装置と該研磨装置を用いる研磨方法
を提供する。 【解決手段】 工具面内で任意の荷重分布を形成可能な
１以上の研磨荷重発生装置５を有する研磨工具２を備え
る研磨ヘッド１は、位置決め機構４に搭載されており、
研磨加工時に常に工具軸線が被加工物Ｗの加工対象部位
の面法線と一致するように位置決め機構４により位置決
め制御され、また、工具面内の研磨荷重分布が常に目標
とする除去形状と一致するよう研磨工具２内の研磨荷重
発生装置５が制御される。研磨加工に際して、研磨荷重
分布は、変換手段９により、予め得られる被加工物Ｗの
形状測定結果に基づく誤差形状に応じた目標研磨除去量
の分布から変換され、研磨荷重発生装置５は研磨荷重制
御手段８を介して逐次制御されて被加工物Ｗ上の加工部
位に応じた研磨荷重分布を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高い形状精度が要
求される光学素子や金型等を研磨加工する研磨装置およ
び研磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非球面を含む光学面のラッピングまたは
ポリッシング方法としては、米国特許４６０６１５１号
明細書、米国特許４８０２３０９号明細書、米国特許４
８５０１５２号明細書等に開示されたものがある。これ
らに開示された方法は、予めワーク形状を計測し、計測
された形状と設計形状との形状偏差に応じてワーク上に
配置された複数の研磨工具が発生する研磨荷重を制御
し、これらの研磨荷重を柔軟なメンブレン状の研磨パッ
ドに作用させ、このメンブレン状の研磨パッドをワーク
と工具間で揺動させることで研磨加工を進めるものであ
る。これらの方法は、大型の望遠鏡ミラーやＸ線望遠鏡
用光学素子の能率的なポリッシングが可能であり、非軸
対称の誤差形状も除去可能である。

【０００３】このような方法は、ＣＣＰ（Computer Co
ntrolled Polishing ）あるいはＣＣＯＳ（Computer
Controlled Optical Surfacing）と呼ばれる研磨方式
として広く知られている。

【０００４】また、特公平５−５８８６４号公報には、
複数のアクチュエータを備える形状可変工具が記載さ
れ、特開平６−２４６６００号公報には、複数工具を有
する研磨装置が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来技術では以下のような課題が残る。

【０００６】すなわち、前記米国特許４６０６１５１号
明細書、同４８０２３０９号明細書、同４８５０１５２
号明細書等に開示された方法では、工具の大きさによっ
て最小加工単位が制限され、横（空間）分解能が不足
し、細かな形状誤差を修正できない。さらに、研磨荷重
が加工部における面法線方向に作用しないため、工具の
除去形状が加工部位によって変化し、形状修正能力が不
安定であり、これに起因して高い加工精度が望めない。
また、ＣＣＰあるいはＣＣＯＳと呼ばれる研磨方式で
は、ワークよりも小径な工具を利用した部分修正研磨で
あり、工具が１つで加工能率を上げにくく、また、形状
修正のために除去する偏差形状の空間周波数に応じて工
具径を変え複数の工程を用意することを必要とするた
め、能率が上がらず、さらに、加工後の面にリップルが
発生しやすいといった課題がある。

【０００７】前記特公平５−５８８６４号公報に記載さ
れた研磨装置では、変位アクチュエータを用いて形状可
変な工具であることを主体にしているため、工具の除去
量の制御が難しく、形状修正能力を上げにくい。

【０００８】さらに、前記特開平６−２４６６００号公
報に開示された研磨装置では、複数の研磨軸を同心円状
に配置するため、その中心部においては材料の除去が進
まず、加工部位の除去形状が不連続となり、形状修正能
力が高いとはいえない。

【０００９】そこで、本発明は、前述した従来技術の有
する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、高い
形状修正能力と高い加工能率を両立させることができる
研磨装置および該研磨装置を用いる研磨方法を提供する
ことを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の研磨装置は、１つ以上の研磨荷重発生装置
を有する研磨工具と該研磨工具を保持する工具保持部材
とからなる研磨ヘッドと、工具軸線が被加工物の加工対
象部位の面法線と一致するように研磨工具および被加工
物の位置決めを行う位置決め機構と、研磨工具と被加工
物を相対的に走査可能な走査機構と、加工時における研
磨工具と被加工物の相対運動中に常に工具軸線が前記面
法線を追従するように研磨工具と被加工物の位置関係を
制御する位置制御手段と、研磨工具が被加工物と接触す
る工具面内において前記研磨荷重発生装置を作動させて
任意の研磨荷重分布を形成する研磨荷重制御手段と、被
加工物の誤差形状に応じた目標研磨除去量の分布を研磨
荷重の分布に変換する変換手段と、研磨工具が被加工物
に作用する位置に応じた研磨荷重分布の指令を前記研磨
荷重制御手段に出す指令発生手段とを備えることを特徴
とする。

【００１１】本発明の研磨装置において、研磨荷重発生
装置は、流体の圧力を利用する形態、電磁力を利用する
形態、あるいは、アクチュエータにより駆動される弾性
体を有し、該弾性体の変位を利用する形態とすることが
できる。

【００１２】本発明の研磨装置において、走査機構は、
直交座標系または円柱座標系とすることができる。

【００１３】本発明の研磨方法は、前述した研磨装置を
用いる研磨方法であって、（１）被加工物の加工対象面
の形状を予め測定して誤差形状を算出し、（２）誤差形
状を目標除去体積に変換し、（３）目標除去体積を研磨
荷重分布データに変換し、（４）研磨荷重分布データに
したがって研磨工具の位置に応じた研磨荷重分布を工具
面内に形成し、（５）研磨工具と被加工物の相対運動に
より研磨加工を実施し、（６）研磨加工後の形状を測定
して、求められる精度と比較し、（７）許容誤差内であ
れば加工を終了し、（８）許容誤差を超える場合、前記
（２）の段階に戻って研磨加工を繰り返すことを特徴と
する。

【００１４】本発明の研磨方法においては、研磨荷重分
布データにしたがった研磨荷重制御とともに、形状誤差
に応じた研磨工具の滞留時間分布データに基づく研磨工
具と被加工物の相対運動制御を行うことが好ましい。

【００１５】さらに、本発明の他の研磨装置は、１つ以
上の研磨荷重発生装置を有する研磨工具と該研磨工具を
保持する工具保持部材とからなる研磨ヘッドと、工具軸
線が被加工物の加工対象部位の面法線と一致するように
研磨工具および被加工物の位置決めを行う位置決め機構
とを有する装置を１つの研磨ユニットとして、該研磨ユ
ニットを複数配置してなる研磨ユニット群を１つ以上有
するとともに、各研磨ユニット群を一体にして被加工物
に対して相対的に走査可能にしかつ各研磨ユニットの研
磨工具を被加工物の加工対象部位に作用させることが可
能な走査機構と、加工時における研磨工具と被加工物の
相対運動中に常に工具軸線が前記面法線を追従するよう
に研磨工具と被加工物の姿勢および位置関係を制御する
位置制御手段と、研磨工具が被加工物と接触する工具面
内において前記研磨荷重発生装置を作動させて任意の研
磨荷重分布を形成する研磨荷重制御手段と、被加工物の
誤差形状に応じた目標研磨除去量の分布を研磨荷重の分
布に変換する変換手段と、研磨工具が被加工物に作用す
る位置に応じた研磨荷重分布の指令を前記研磨荷重制御
手段に出す指令発生手段とを備えることを特徴とする。

【００１６】本発明の他の研磨装置において、研磨荷重
発生装置は、流体の圧力を利用する形態、電磁力を利用
する形態、あるいは、アクチュエータにより駆動される
弾性体を有し、該弾性体の変位を利用する形態とするこ
とができる。

【００１７】本発明の他の研磨装置において、走査機構
は、直交座標系または円柱座標系とすることができる。

【００１８】本発明の他の研磨装置においては、研磨ユ
ニット群における研磨ユニットがライン状にあるいはマ
トリックス状に配置されていることが好ましい。

【００１９】本発明の他の研磨方法は、前述した研磨装
置を用いる研磨方法であって、（１）被加工物の加工対
象面の形状を予め測定して誤差形状を算出し、（２）誤
差形状を目標除去体積に変換し、（３）目標除去体積に
基づいて研磨ユニット群の走査軌跡から定められる各工
具位置に対応する研磨荷重分布データに変換し、（４）
研磨荷重分布データにしたがって工具面内に研磨荷重分
布を形成し、（５）研磨ユニット群と被加工物の相対運
動により研磨加工を実施し、（６）研磨加工後の形状を
測定して、求められる精度と比較し、（７）許容誤差内
であれば加工を終了し、（８）許容誤差を超える場合、
前記（２）の段階に戻って研磨加工を繰り返すことを特
徴とする。

【００２０】

【作用】本発明の研磨装置および研磨方法によれば、研
磨工具と被加工物間で相対的に自転、公転、周点および
直線往復、揺動運動のいずれかあるいはそれらを複合し
た運動が与えられる研磨ヘッドに内部に１以上の研磨荷
重発生装置を有する研磨工具を取り付け、そして、工具
軸線が被加工物の加工対象部位の面法線と一致するよう
に研磨工具と被加工物を位置決め可能な位置決め機構に
研磨ヘッドを搭載し、加工時に常に工具軸線が被加工物
の加工対象部位の面法線と一致するように位置決め制御
すると同時に、常に工具面内の研磨荷重分布が目標とす
る除去形状と一致するよう工具内に配置された研磨荷重
発生装置を制御しながら加工を進める。これによって、
工具面内の誤差形状がどのような空間周波数成分を持っ
ていても、工具面内研磨荷重分布がその誤差形状に一致
するように複数の研磨荷重発生装置を制御することで形
状修正が可能である。このため工具の形状修正能力は工
具内に配置された複数の研磨荷重発生装置の大きさや配
置間隔に起因する空間周波数成分まで不感帯を持つこと
がなく、高精度な形状修正能力を有する。さらに、工具
自体を大きく製作することで高精度な形状修正能力を維
持したまま高能率な加工が実現可能である。

【００２１】工具面内研磨荷重分布は、工具の被加工物
上の位置変化に追従して、その時々の工具位置において
設計形状からの誤差形状を修正することを目標とする除
去形状に合致するよう制御される。また、１以上の研磨
荷重発生装置を制御する研磨荷重制御手段には個々の研
磨荷重発生装置が発生した研磨荷重を検出する荷重検出
手段を備えれば、その出力を監視しながら個々の研磨荷
重発生装置が発生する荷重の制御を行うことでより高精
度な加工を可能にする。

【００２２】また、研磨ヘッドに内部に１以上の研磨荷
重発生装置を有する研磨工具を取り付け、工具軸線が被
加工物の加工対象部位の面法線と一致するように研磨工
具と被加工物を位置決め可能な位置決め機構に研磨ヘッ
ドを搭載してこれを１つの研磨ユニットとして、複数の
研磨ユニットを配置してなる研磨ユニット群を１つ以上
有し、各研磨ユニット群の工具を被加工物の加工対象部
位に作用させることが可能でかつ研磨ユニット群と被加
工物を相対的に走査可能な走査機構に研磨ユニット群を
搭載して、加工時に常に工具軸線が被加工物の加工対象
部位の面法線と一致するように位置決め制御すると同時
に、常に工具面内の研磨荷重分布が目標とする除去形状
と一致するよう工具内に配置された研磨荷重発生装置を
制御しながら加工を行う構成とすることによって、被加
工物表面の形状に倣うように複数の研磨ユニットの工具
が配置され、各工具面内で高い空間周波数成分を持つ形
状誤差を修正し、同時に研磨ユニット群として低い空間
周波数成分を持つ形状誤差を修正することが可能であ
り、高能率でより高い形状修正加工が進められる。ま
た、複数の研磨ユニット群を備えた構成や被加工物の加
工対象面と同等程度あるいはそれ以上の大きさの研磨ユ
ニット群を備えた構成とすることにより、高能率加工と
ともにリップル成分の少ない高精度な加工が実現でき
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２４】図１は、本発明に係る研磨装置の一実施例
を示す概略構成図であり、本実施例の研磨装置における
研磨ヘッド１は、研磨工具２と工具保持部材３とからな
り、位置決め機構４に搭載されている。研磨工具２は内
部に１つ以上の研磨荷重発生装置５を有し、その下面の
被加工物Ｗに対向する面に研磨シート６が貼り付けられ
ている。位置決め機構４は、位置制御手段７により制御
され、研磨加工時に研磨工具２の軸線が常に被加工物Ｗ
の加工対象部位の面法線を追従するように研磨工具２の
位置決めを設定することができるように構成されてい
る。また、研磨工具２の１つ以上の研磨荷重発生装置５
は、研磨荷重制御手段８にそれぞれ接続され、個別に研
磨荷重が設定されるように構成されており、その大き
さ、個数、配置、構成等は任意に組み合わせることがで
き、それぞれの荷重発生装置がすべて同一である必要は
ない。研磨荷重制御手段８は、変換手段９および指令発
生手段１０に接続され、変換手段９は、被加工物Ｗの誤
差形状に応じた目標研磨除去量の分布を研磨荷重の分布
に変換するためのものであり、指令発生手段１０は、変
換手段９により変換された研磨荷重分布に基づいて、研
磨工具が被加工物Ｗに作用する部位に応じて研磨荷重分
布の指令を研磨荷重制御手段８に送るものである。ま
た、図１において、１１は被加工物Ｗを載置して保持す
る加工テーブルであって、走査制御手段１３により制御
される走査機構１２により駆動され、研磨工具２と被加
工物Ｗを相対的に走査可能な構成である。

【００２５】研磨シート６の材質としては、ポリウレタ
ンやピッチ等を用いることができ、被加工物Ｗの材料に
よって様々な材質から選択可能であり、被加工物Ｗもガ
ラス材料や金属材料などの様々な種類がある。

【００２６】以上のように構成される研磨装置におい
て、被加工物Ｗの研磨に際しては、予め得られる被加工
物Ｗの形状測定データに基づき、図示しない計算機等に
より、誤差形状に応じた目標研磨除去量の分布が求めら
れ、この目標研磨除去量に対して、研磨ヘッド１の運動
により実際の研磨加工を行う。被加工物Ｗは加工テーブ
ル１１に載置保持され、研磨ヘッド１の研磨シート６が
被加工物Ｗの表面に作用して、図示しない研磨液を介し
て研磨加工による材料除去が行われる。ここで、研磨ヘ
ッド１の除去能力は、研磨シート６を介して被加工物Ｗ
に作用する荷重によって左右されることがプレストンの
式等で広く知られているところである。そこで、変換手
段９は、予め算出されている目標研磨除去量の分布を研
磨荷重の分布に変換し、これを指令発生手段１０の引き
渡す。指令発生手段１０は、変換手段９により変換され
た研磨荷重分布に基づき、そして位置制御手段７により
決まる研磨工具２の位置および姿勢と走査機構１２によ
り決まる被加工物Ｗの位置から、研磨工具２の被加工物
Ｗに作用する部位に応じて、研磨荷重制御手段８に対し
て荷重制御指令を送る。研磨荷重制御手段８は、指令発
生手段１０からの指令に基づいてそれぞれの研磨荷重発
生装置５による荷重発生を制御する。これによって研磨
シート６上には加工部位の誤差形状に応じた圧力分布が
形成されることになる。研磨加工の進行に伴い、研磨ヘ
ッド１の運動条件や被加工物Ｗとの位置関係によって変
わる加工部位の目標研磨除去量に応じて、時々刻々と研
磨シート６上の圧力分布は変わっていくことになる。

【００２７】次に、研磨ヘッドにおける研磨荷重発生装
置の各種の具体例について、図２の（ａ）ないし（ｃ）
を参照して説明する。

【００２８】図２の（ａ）に図示する研磨荷重発生装置
５ａは、流体の圧力を利用する形態であり、作動流体５
ａ. ２を受け入れる下面を開口した圧力室５ａ. １を有
し、その開口面には作動流体５ａ. ２の研磨シート６側
への漏れが生じないように配設された隔壁５ａ. ３を介
して研磨シート６が取り付けられている。圧力室５ａ.
１は、配管５ａ. ４を介して外部圧縮流体供給源５ａ.
５に接続され、外部圧縮流体供給源５ａ. ５から作動流
体５ａ. ２の供給を受ける。また、配管５ａ.４の途中
には圧力調整部５ａ. ６が設けられており、この圧力調
整部５ａ. ６は、研磨荷重制御手段８からの指令を受け
て、圧力室５ａ. １に供給される作動流体５ａ. ２の圧
力を調整するように構成されている。

【００２９】この研磨荷重発生装置５ａにおいては、外
部圧縮流体供給源５ａ. ５から供給される作動流体５
ａ. ２は、研磨荷重制御手段８からの指令を受けた圧力
調整部５ａ. ６によって圧力が調整されて圧力室５ａ.
１へと導かれ、圧力室５ａ. １内の作動流体５ａ. ２
は、圧力調整部５ａ. ６によって制御された圧力によ
り、隔壁５ａ. ３を介して研磨シート６に研磨荷重を付
与する。これによって、高能率加工を実現することがで
きる。

【００３０】なお、作動流体５ａ. ２としては、空気や
不活性ガス等の気体、水、シリコンオイル等の液体とい
った様々な流体が使用可能であり、また、圧力調整部５
ａ.６により調整される圧力は、正圧でも負圧でもよ
い。

【００３１】図２の（ｂ）に図示する研磨荷重発生装置
５ｂは、電磁力を利用する形態であり、作動流体５ｂ.
２を収容する圧力室５ｂ. １と圧力室５ｂ. １内を上下
方向に移動可能に配設されたピストン５ｂ. ４を有し、
圧力室５ｂ. １の下方の開口面には作動流体５ｂ. ２の
研磨シート６側への漏れが生じないように配設された隔
壁５ｂ. ３を介して研磨シート６が取り付けられてい
る。ピストン５ｂ. ４の上方部には研磨荷重制御手段８
により制御調整されるボイスコイルモータ５ｂ.５を配
設してある。

【００３２】この研磨荷重発生装置５ｂにおいては、研
磨荷重制御手段８からの指令を受けたボイスコイルモー
タ５ｂ. ５が指令に応じた推力を発生し、ピストン５
ｂ. ４を駆動し、ピストン５ｂ. ４を通じて圧力室５
ｂ. １内の作動流体５ｂ. ２、および隔壁５ｂ. ３を介
して研磨シート６に研磨荷重を作用させる。これによ
り、荷重制御の応答性を高めることができ、高速でかつ
高能率の加工を実現できる。

【００３３】上述した研磨荷重発生装置５ｂでは、荷重
の研磨シート６への伝達に作動流体５ｂ. ２を介在させ
たが、ピストン５ｂ. ４が直接隔壁５ｂ. ３に作用する
構成とすることもできる。また、電磁力を利用して研磨
荷重を発生させるために、ボイスコイルモータ５ｂ. ５
は電磁石でもよく、その場合、電磁石の反発力を研磨荷
重として研磨シート６に作用させる構成とすることもで
きる。また、ボイスコイルモータ５ｂ. ５などで発生さ
せる推力は研磨シート６の厚さ方向であれば向きはどち
らでもよい。

【００３４】図２の（ｃ）に図示する研磨荷重発生装置
５ｃは、アクチュエータを利用する形態であり、研磨荷
重制御手段８により制御されるモータ５ｃ. １と、モー
タ５ｃ. １の駆動により上下方向に伸縮するロッド５
ｃ. ２と、ロッド５ｃ. ２の下方端部に取り付けられた
弾性体５ｃ. ３を備え、弾性体５ｃ. ３の下面に研磨シ
ート６が取り付けられている。また、モータ５ｃ. １が
回転モータである場合にはモータの回転運動を直線運動
に変換する機構を含む構成とする。

【００３５】この研磨荷重発生装置５ｃにおいては、研
磨荷重制御手段８からの指令を受けたモータ５ｃ. １は
指令にしたがって回転し、回転運動を直線運動に変換す
る機構（不図示）により、ロッド５ｃ. ２を伸縮し、ロ
ッド５ｃ. ２が直接当接する弾性体５ｃ. ３を介して研
磨シート６に研磨荷重を作用させる。弾性体５ｃ. ３は
研磨荷重を研磨シート６上で均一に作用させる働きをも
つ。このように、弾性体５ｃ. ３の変位を利用して研磨
荷重を作用させるために、高精度な荷重制御が可能であ
り、高精度加工を実現することができる。

【００３６】また、アクチュエータとしては、回転モー
タ以外にも、エアシリンダ、油圧シリンダ、リニアモー
タ等様々なものが適用できる。アクチュエータの変位を
弾性体５ｃ. ３および研磨シート６に伝える部材はロッ
ド５ｃ. ２以外の形態でも構わない。また、アクチュエ
ータにより発生させる変位は研磨シート６の厚さ方向で
あれば向きはどちらでもよい。

【００３７】次に、本発明の研磨装置に適用できる研磨
ヘッドと被加工物の相対的な走査方式について説明す
る。先ず、直交座標系の走査機構をもつ研磨装置につい
て図３を用いて説明する。

【００３８】図３の（ａ）および（ｂ）において、２１
は前述した本発明に基づく研磨ヘッドであり、コラム２
７に沿ってｚ軸方向に移動可能に配設されたＺスライド
２２に保持されている。また、被加工物Ｗは、ベッド２
６上に配設されたｘ軸方向に移動可能なＸテーブル２３
およびｙ軸方向に移動可能なＹテーブル２４上に搭載さ
れている。

【００３９】この研磨装置は、各移動軸が直交座標系を
なし、Ｘテーブル２３、Ｙテーブル２４およびＺスライ
ド２２から構成され、研磨加工時の各軸の動きは通常の
工作機械と同様である。また、図示されていない研磨ヘ
ッド２１に設けられている位置決め機構により加工部位
の面法線と工具軸線が一致するように研磨工具は位置決
め制御される。

【００４０】また、研磨装置の軸構成は、一般の工作機
械と同様に様々な形態をとることができ、被加工物Ｗ側
を固定し、研磨ヘッド２１側が移動軸３軸をもってもよ
く、あるいは被加工物Ｗ側が移動軸１軸をもち、研磨ヘ
ッド２１側が移動軸２軸をもつ構成とすることもでき
る。また、被加工物Ｗの配置も本実施例のように重力方
向と被加工物Ｗの加工対象面あるいは加工基準面を直交
させるように配置してもよく、あるいは重力方向と被加
工物Ｗの加工対象面あるいは加工基準面が平行になるよ
うに配置してもよい。また、被加工物Ｗの加工対象面は
通常重力方向に対して上向きに配置する場合が多いが、
これに限らず下向き、いわば逆さまに配置しても構わな
い。このように被加工物Ｗの配置に対応して移動軸３軸
は柔軟に構成が可能である。

【００４１】本実施例による研磨装置では、被加工物Ｗ
の外形形状は円形、四角形等に限定されることがなく、
また、被加工物Ｗの加工対象面形状も球面、軸対称非球
面、非軸対称非球面、放物面、自由曲面等に限定される
ものではなく、あらゆる形状の被加工物の搭載および研
磨加工が可能である。また、研磨加工時の工具軌跡も移
動軸３軸の同期制御によりラスタ走査に限らず、スパイ
ラル走査等の任意の走査が可能である。

【００４２】次に、円柱座標系の走査機構をもつ研磨装
置について図４を用いて説明する。

【００４３】図４において、３１は前述した本発明に基
づく研磨ヘッドであり、研磨ヘッド３１はｚ軸方向に移
動するＺスライド３２に搭載保持され、Ｚスライド３２
は、コラム３７上でｘ軸方向に移動可能なＸステージ３
４に回転機構３３を介して搭載されている。回転機構３
３は研磨ヘッド３１および研磨工具を加工部位の面法線
に一致させる作用をする。被加工物Ｗはベッド３６上で
回転可能に配設された回転テーブル３５に搭載保持され
る。

【００４４】この研磨装置は、各移動軸が円柱座標系を
なし、Ｚスライド３２、回転機構３３、Ｘテーブル３
４、および、回転テーブル３５から構成され、研磨加工
時の各軸の動きは立て旋盤に似通っている。被加工物Ｗ
の外形が円形（軸対称）であった場合、被加工物Ｗを搭
載した回転テーブル３５が任意の一方向に連続回転し、
Ｘステージ３４が被加工物Ｗの半径方向に移動する。Ｚ
スライド３２は被加工物Ｗの加工部位に応じて伸縮し、
回転機構３３は研磨ヘッド３１および研磨工具が加工部
位の面法線と一致するように位置決め制御する。

【００４５】また、研磨装置の軸構成は、上述した構成
以外にも様々な形態をとることができ、被加工物Ｗ側を
固定し、研磨ヘッド３１側が直線２軸と回転２軸、合計
４軸の移動軸をもつ構成とすることもできる。また、図
１に図示する実施例のように研磨ヘッド側に工具軸線を
加工部位の面法線と一致させるための位置決め機構があ
る場合、研磨ヘッド３１側は移動軸が直線２軸と回転１
軸の３軸をもつ構成とすればよく、あるいは、被加工物
Ｗ側が回転２軸をもち、研磨ヘッド３１側が直線２軸を
もつ構成でもよい。これらの例を図５の（ａ）および
（ｂ）に示す。

【００４６】図５の（ａ）では、研磨ヘッド４１側に直
交座標系の３軸に移動機構をもち、被加工物Ｗ側に研磨
ヘッドの工具軸線と加工部位の面法線を一致させるため
の回転機構と被加工物Ｗを回転させるための回転機構の
合計３軸の回転機構をもつ。また、図５の（ｂ）では、
研磨ヘッド５１がパラレルリンク機構５２に搭載され、
このパラレルリンク機構５２が、被加工物Ｗの加工部位
の面法線に対して研磨ヘッドの工具軸線を一致させるた
めの位置決め制御とともに加工テーブル５３の移動軸で
あるｘ軸およびｙ軸に直交するｚ軸方向の移動を可能と
している。このように様々な形態をとることが可能であ
る。

【００４７】また、図４に図示する実施例に戻って、被
加工物Ｗの配置も本実施例のように重力方向と被加工物
Ｗの加工対象面あるいは加工基準面を直交させるように
配置してもよく、あるいは重力方向と被加工物Ｗの加工
対象面あるいは加工基準面が平行になるように配置して
もよい。また、被加工物Ｗの加工対象面は通常重力方向
に対して上向きに配置する場合が多いが、これに限らず
下向き、いわば逆さまに配置しても構わない。以上のよ
うに被加工物Ｗの配置に対応しても研磨装置の軸構成は
柔軟に構成が可能である。

【００４８】本実施例による研磨装置では、被加工物Ｗ
の外形形状が円形の場合や被加工物Ｗの加工対象面形状
が球面、軸対称非球面の場合に好適である。しかしなが
ら、これに限られるものではなく、各軸の同期制御によ
り被加工物Ｗの外形形状が円形以外でも、被加工物Ｗの
加工対象面形状が非軸対称非球面、放物面、自由曲面等
でも適用可能であり、これらに限定されることなく搭載
および研磨加工が可能である。また、研磨加工時の工具
軌跡もスパイラル走査に好適ではあるが、各軸の同期制
御によりスパイラル走査に限らず任意の走査が可能であ
る。このような場合、回転テーブルは任意の一方向に連
続回転するだけではなく、必要に応じて反転あるいは間
欠運動することになる。

【００４９】次に、以上のように構成される研磨装置を
用いて行う研磨方法の一実施例について図６を参照して
説明する。

【００５０】先ず、加工対象ワークである被加工物Ｗの
加工対象面を形状測定する（ステップＳ０２）。このと
き、形状測定は、干渉計方式でも、３次元測定機方式で
もよい。

【００５１】次いで、形状測定の結果を設計形状と比較
して、形状誤差を算出し（ステップＳ０３）、この形状
誤差と所望の形状精度を満足する目標形状との差分か
ら、研磨加工における目標除去体積（目標研磨除去量）
に変換する（ステップＳ０４）。そして、変換手段９に
おいて、研磨工具の除去能力に基づいて、目標除去体積
を除去可能な研磨荷重分布データに変換し（ステップＳ
０５）、指令発生手段１０において、研磨荷重分布デー
タから加工時の各工具位置における工具面内の研磨荷重
分布を求め、この研磨荷重分布を実現するために研磨荷
重制御手段８に出す研磨荷重分布指令を形成する（ステ
ップＳ０６）。

【００５２】研磨荷重制御手段８は指令発生手段１０か
らの指令に基づいて研磨荷重発生装置５による荷重発生
を制御して各加工部位の誤差形状に応じた圧力分布を形
成して、研磨加工の実施に必要な研磨装置各移動軸への
移動指令とともに研磨荷重制御指令を同期させて研磨加
工を実施する（ステップＳ０７）。

【００５３】そして、加工終了後に再び形状測定を行い
（ステップＳ０８）、形状測定の結果を設計形状と比較
して形状誤差を算出し、この形状誤差が許容値以下か否
かの判定を行う（ステップＳ０９）。ここで、形状誤差
が、許容値以下であれば加工を終了し（ステップＳ１
０）、許容値を超えている場合はステップＳ０４に戻っ
て許容値以下になるまで研磨加工を繰り返す。

【００５４】さらに、本発明の研磨方法の他の実施例に
ついて図７を参照して説明する。

【００５５】本実施例の研磨方法は、研磨荷重の制御と
ともに滞留時間の制御を行う研磨方法であり、ステップ
Ｓａ０１〜ステップＳａ０４は、前述した研磨方法にお
けるステップＳ０１〜ステップＳ０４と同様に、被加工
物Ｗの加工対象面を形状測定し（ステップＳａ０２）、
この形状測定の結果を設計形状と比較して、形状誤差を
算出し（ステップＳａ０３）、形状誤差と所望の形状精
度を満足する目標形状との差分から、研磨加工における
目標除去体積（目標研磨除去量）に変換する（ステップ
Ｓａ０４）。そして、ステップＳａ０５において、目標
除去体積を研磨荷重制御による除去分と滞留時間制御に
よる除去分に分配する。この分配は、研磨ヘッド１の除
去能力および運転条件、研磨装置の運転条件等に左右さ
れる。また、研磨荷重制御による除去分と滞留時間制御
による除去分に分配することは、研磨除去能力のダイナ
ミックレンジを広げることであり、幅広い研磨加工の要
求に対応することを可能にする。

【００５６】次いで、変換手段９において、研磨荷重制
御による除去分に対して目標除去体積を研磨荷重分布デ
ータに変換し（ステップＳａ０６）、指令発生手段１０
において、研磨荷重分布データから加工時の各工具位置
における工具面内の研磨荷重分布を求め、この研磨荷重
分布を実現するために研磨荷重制御手段８に出す研磨荷
重分布指令を形成する（ステップＳａ０７）。

【００５７】そして、滞留時間制御による除去分に対し
て目標除去体積を滞留時間分布データに変換し（ステッ
プＳａ０８）、変換された滞留時間分布データから加工
時の各工具位置における滞留時間分布を求め、これを実
現するために、位置決め機構４を制御する位置制御手段
７および走査機構１２を制御する走査制御手段１３に出
す移動指令を形成する（ステップＳａ０９）。

【００５８】次に、ステップＳａ０７による研磨荷重制
御手段８への指令とステップＳａ０９による位置制御手
段７および走査制御手段１３への指令を同期させて研磨
加工を実施する（ステップＳａ１０）。

【００５９】そして、ステップＳａ１１〜ステップＳａ
１３の工程は、前述した研磨方法におけるステップＳ０
８〜ステップＳ１０と同様である。

【００６０】なお、本実施例においては、ステップＳａ
０６〜ステップＳａ０７とステップＳａ０８〜ステップ
Ｓａ０９とは、ステップＳａ０８〜ステップＳａ０９を
先に行い、ステップＳａ０６〜ステップＳａ０７を後に
行うというように、順序を逆にして処理することもよ
く、あるいは、同時並行に処理するようにしてもよい。

【００６１】以上のように構成される研磨装置ならびに
研磨方法においては、研磨工具と被加工物間で相対的に
自転、公転、周点および直線往復、揺動運動のいずれか
あるいはそれらを複合した運動が与えられる研磨ヘッド
に内部に複数の研磨荷重発生装置を有する研磨工具を取
り付け、また、工具軸線が被加工物の加工対象部位の面
法線と一致するように研磨工具と被加工物を位置決め可
能な位置決め機構に研磨ヘッドを搭載し、加工時に常に
工具軸線が被加工物の加工対象部位の面法線と一致する
ように位置決め制御すると同時に、常に工具面内の研磨
荷重分布が目標とする除去形状と一致するよう工具内に
配置された研磨荷重発生装置を制御しながら加工を進め
る。これによって、工具面内の誤差形状がどのような空
間周波数成分を持っていても、工具面内荷重分布がその
誤差形状に一致するように複数の研磨荷重発生装置を制
御することで形状修正が可能である。このため工具の形
状修正能力は工具内に配置された複数の研磨荷重発生装
置の大きさや配置間隔に起因する空間周波数成分まで不
感帯を持つことがなく、高精度な形状修正能力を有す
る。さらに、工具自体を大きく製作することで高精度な
形状修正能力を維持したまま高能率な加工が実現可能で
ある。

【００６２】また、研磨荷重発生装置としては、エアシ
リンダや油圧シリンダのように作動流体の圧力を利用す
る形態、ボイスコイルモータやリニアモータあるいは電
磁石の反発力を利用する電磁力を利用した形態、アクチ
ュエータによって直接荷重を発生する形態や永久磁石の
隙間をアクチュエータで調節する形態等、様々な形態を
とることができる。

【００６３】工具面内研磨荷重分布は、工具の被加工物
上の位置変化に追従して、その時々の工具位置において
設計形状からの誤差形状を修正することを目標とする除
去形状に合致するよう制御される。また、複数の研磨荷
重発生装置を制御する研磨荷重制御手段には個々の研磨
荷重発生装置が発生した研磨荷重を検出する荷重検出手
段を備えれば、その出力を監視しながら個々の研磨荷重
発生装置が発生する荷重の制御を行うことでより高精度
な加工が可能となる。

【００６４】次に、本発明に係る研磨装置の他の実施例
について図８を用いて説明する。図８には本発明に係る
研磨装置の他の実施例の概略構成図を示す。

【００６５】図８に図示する研磨装置においては、１つ
以上の研磨荷重発生装置を有する研磨工具と該研磨工具
を保持する工具保持部材とからなる研磨ヘッド１０１と
該研磨ヘッド１０１の工具軸線を加工部位の面法線と一
致させるための位置決め機構１０２とで研磨ユニット１
０３を形成し、この研磨ユニット１０３を複数組み合わ
せて形成する研磨ユニット群１０４（１０４ａ、１０４
ｂ…）を複数配置して構成され、さらに、各研磨ユニッ
ト１０３が有する位置決め機構１０２と合わせて研磨ヘ
ッド１０１の工具軸線を加工部位の面法線と一致させる
ために各研磨ユニット群１０４全体を位置決めするため
の回転機構１０５（１０５ａ、１０５ｂ…）と各研磨ユ
ニット１０４群を被加工対象面に作用させるように移動
させるための上下スライド機構１０６（１０６ａ、１０
６ｂ…）が各研磨ユニット群１０４（１０４ａ、１０４
ｂ…）毎に配設され、これらの複数の研磨ユニット群１
０４、回転機構１０５および上下スライド機構１０６
は、ｘ方向に移動するＸステージ１０７に搭載されてい
る。また、研磨工具の被加工物Ｗに対向する面には、研
磨シート（不図示）が貼り付けられており、研磨シート
の材質としては、ポリウレタンやピッチ等を用いること
ができ、被加工物Ｗの材料によって様々な材質から選択
可能であり、被加工物Ｗもガラス材料や金属材料などの
様々な種類がある。

【００６６】被加工物Ｗを載置して保持する加工テーブ
ル１０８は、モータ１０９により減速器１１０を介して
回転駆動されるように構成されている。

【００６７】また、各研磨ユニット群１０４（１０４
ａ、１０４ｂ…）に取り付けられている回転機構１０５
（１０５ａ、１０５ｂ…）と上下スライド機構１０６
（１０６ａ、１０６ｂ…）は、位置制御手段１１１（１
１１ａ 、１１１ｂ…）によりそれぞれ制御され、ま
た、各研磨ユニット群１０４（１０４ａ、１０４ｂ…）
の研磨荷重発生装置は、研磨荷重制御手段１１２（１１
２ａ、１１２ｂ…）にそれぞれ接続され、個別に研磨荷
重が設定されるように構成されている。また、研磨荷重
制御手段１１２（１１２ａ、１１２ｂ…）は、変換手段
１１４および指令発生手段１１５に接続され、変換手段
１１４は、被加工物Ｗの誤差形状に応じた目標研磨除去
量の分布を研磨荷重の分布に変換するとともに各研磨ユ
ニット１０３毎の荷重分布として変換するためのもので
あり、指令発生手段１１５は、変換手段１１４により変
換された研磨荷重分布に基づいて、研磨ヘッド１０１が
被加工物Ｗに作用する部位に応じて研磨荷重分布の指令
を研磨荷重制御手段１１２（１１２ａ、１１２ｂ…）に
送るものである。

【００６８】以上のように構成される本実施例の研磨装
置において、被加工物Ｗの研磨に際しては、予め得られ
る被加工物Ｗの形状測定データに基づき、図示しない計
算機等により、誤差形状に応じた目標研磨除去量の分布
が求められ、この目標研磨除去量に対して、研磨ヘッド
の運動により実際の研磨加工を行う。被加工物Ｗは加工
テーブル１０８に載置保持され、研磨ヘッド１０１の研
磨シートが被加工物Ｗの表面に作用して、図示しない研
磨液を介して研磨加工による材料除去が行われる。ここ
で、変換手段１１４は、予め算出される目標研磨除去量
の分布を研磨荷重の分布に変換し、さらに、各研磨ユニ
ット１０３毎の荷重分布として変換して、これを指令発
生手段１１５の引き渡す。指令発生手段１１５は、変換
手段１１４により変換された研磨荷重分布に基づき、そ
して、位置制御手段１１１（１１１ａ、１１１ｂ…）に
より決まる研磨ヘッド１０１の位置と姿勢および加工テ
ーブル１０８の回転位置により決まる被加工物Ｗの位置
から、各研磨ユニット１０３が被加工物Ｗに作用する加
工部位に応じて、各研磨荷重制御手段１１２（１１２
ａ、１１２ｂ…）に対して荷重制御指令を送る。各研磨
荷重制御手段１１２（１１２ａ、１１２ｂ…）は、指令
発生手段１１５からの指令に基づいて各研磨ユニット１
０３の研磨荷重発生装置による荷重発生を制御する。こ
れによって各研磨ユニット１０３の研磨工具の研磨シー
ト上には加工部位の誤差形状に応じた圧力分布が形成さ
れることになる。研磨加工の進行に伴い、研磨ヘッド１
０１の運動条件や被加工物Ｗとの位置関係によって変わ
る加工部位の目標研磨除去量に応じて、時々刻々と研磨
工具上の圧力分布は変わっていくことになる。

【００６９】図８に図示する本実施例では、Ｘステージ
１０７上に研磨ユニット群１０４を被加工物Ｗの半径方
向に３つ配置し、Ｘステージ１０７の半径方向移動によ
り被加工物Ｗの半径方向の面をくまなく加工できる。こ
れに加工テーブル１０８の回転運動が加わることで、被
加工物Ｗの全面を加工可能である。研磨ユニット群１０
４は、被加工物Ｗの曲率および各研磨ユニット１０３の
工具径によって、各ユニット群１０４の研磨ユニット数
を決めることができる。また、本実施例では被加工物Ｗ
の半径方向に密に各研磨ユニット１０３を配置すること
が可能で、Ｘステージ１１０７のわずかな移動で被加工
物Ｗの全面の加工が可能である。

【００７０】また、研磨ユニット群１０４と被加工物Ｗ
間の相対的な走査機構や工具走査軌跡は前述した例に限
らず様々な形態をとることができる。そして、本実施例
の研磨装置に用いる研磨荷重発生装置としては、前述し
た実施例の図２の（ａ）ないし（ｃ）において説明した
研磨荷重発生装置を同様に用いることができ、また、走
査機構も前述した実施例の図３および図４等において説
明した直交座標系や円柱座標系の走査機構を採用するこ
とができる。

【００７１】次に、本発明に係る研磨装置における研磨
ユニット群を構成する各研磨ユニットの配置形態につい
て図９ないし図１１を参照して説明する。

【００７２】図９の（ａ）および（ｂ）に図示する研磨
装置は、図８に図示する研磨装置の変形例であり、研磨
ユニット群１２４における各研磨ユニット１２３をライ
ン状に配置するものである。すなわち、研磨荷重発生装
置を有する研磨工具と該研磨工具を保持する工具保持部
材とからなる研磨ヘッド１２１と該研磨ヘッド１２１の
工具軸線を加工部位の面法線と一致させるための位置決
め機構１２２とで研磨ユニット１２３を形成し、この研
磨ユニット１２３をライン状に配置して研磨ユニット群
１２４を構成する。そして、研磨ユニット群１２４は、
回転機構１２５を介して、ガイド１２８に沿って移動可
能に配設された移動ステージ１２７に搭載されている。
回転機構１２５は、研磨ユニット群１２４の各研磨ユニ
ット１２３の工具軸線が被加工物Ｗの加工部位の面法線
と一致するように研磨ユニット群１２３の姿勢を決定す
る作用をする。

【００７３】また、研磨ユニット群１２４の各研磨ユニ
ット１２３の配置方向は、研磨ユニット群１２４の移動
方向と平行でも直角でも構わない。研磨除去に寄与する
研磨工具と被加工物Ｗの相対運動を移動ステージ１２７
の移動にもたせてもよい。さらに、各研磨ユニット１２
３の工具径や工具の構成、形態が全て同一である必要は
無く、任意の大きさ、形態、構成の工具を備えた研磨ユ
ニットからなる研磨ユニット群でもよく、各研磨ユニッ
トの運転条件も同一である必要は無く、工具に合わせて
任意の運転条件を採用できる。

【００７４】図１０に図示する研磨装置は、研磨ユニッ
ト群１３４における各研磨ユニット１３３をマトリック
ス状に配置するものである。すなわち、研磨荷重発生装
置を有する研磨工具と該研磨工具を保持する工具保持部
材とからなる研磨ヘッドと該研磨ヘッドの工具軸線を加
工部位の面法線と一致させるための位置決め機構とで研
磨ユニット１３３を形成し、この研磨ユニット１３３を
マトリックス状に配置して研磨ユニット群１３４を構成
する。そして、研磨ユニット群１３４は、第１回転機構
１３５および第２回転機構１３６を介して、ｘ軸方向に
移動可能なＸステージ１３７およびｙ軸方向に移動可能
なＹステージ１３８上に搭載されている。第１回転機構
１３５および第２回転機構１３６は研磨ユニット群１３
４を被加工物Ｗの加工対象部位の面法線に一致させるよ
うに位置決め制御する。

【００７５】この研磨装置においては、研磨工具が被加
工物Ｗ上をラスタ走査して研磨する場合に好適である。
本実施例における研磨ユニット群１３４では、研磨ユニ
ット１３３が矩形領域内をマトリックス状に配置されて
いるが、配置される領域は矩形形状に限らず任意の形状
でも構わない。また、各研磨ユニット１３３のマトリッ
クス状の配置も、図１０に図示するような配置のみでは
なく、任意の規則性をもった配置であってもよい。さら
に、研磨ユニット群の大きさにも制限は無く、被加工物
の加工対象面よりも大きい研磨ユニット群でも構わな
い。このように研磨ユニット群を被加工物の加工対象面
と同等以上の大きさとすることで、高能率加工とともに
リップル成分の少ない高精度な加工が実現できる。

【００７６】また、図１１の（ａ）および（ｂ）に図示
する研磨装置は、図９に図示する研磨装置の変形例であ
り、研磨ユニット群１４４における各研磨ユニット１４
３を研磨ユニット群１４４と被加工物Ｗの相対走査方向
に対して任意の角度をもって配置するものである。すな
わち、研磨荷重発生装置を有する研磨工具と該研磨工具
を保持する工具保持部材とからなる研磨ヘッド１４１と
該研磨ヘッド１４１の工具軸線を加工部位の面法線と一
致させるための位置決め機構１４２とで研磨ユニット１
４３を形成し、この研磨ユニット１４３をライン状に配
置して研磨ユニット群１４４を構成し、研磨ユニット群
１４４を、回転機構１４５を介して、ガイド１４８に沿
って移動可能に配設された移動ステージ１４７に搭載す
るが、研磨ユニット群１４４は回転機構１４５に対して
移動ステージ１４７の移動方向と各研磨ユニット１４３
のなす列が角度θをもって取り付けられている。

【００７７】このように、研磨ユニット群１４４の配置
を移動方向に対してある角度θをもたせることにより、
加工走査方向と直交する方向の各研磨ユニットの間隔を
密にすることができ、研磨ユニット群としての除去形状
の不連続性が低減され、より高精度な加工が実現でき
る。

【００７８】次に、図８ないし図１１に図示するように
構成される研磨装置を用いて行う研磨方法の一実施例に
ついて図１２を参照して説明する。

【００７９】先ず、加工対象ワークである被加工物Ｗの
加工対象面を形状測定する（ステップＳｂ０２）。この
とき、形状測定は、干渉計方式でも、３次元測定機方式
でもよい。

【００８０】次いで、形状測定の結果を設計形状と比較
して、形状誤差を算出し（ステップＳｂ０３）、この形
状誤差と所望の形状精度を満足する目標形状との差分か
ら、研磨加工における目標除去体積（目標研磨除去量）
に変換する（ステップＳｂ０４）。そして、変換手段１
１４において、研磨工具の除去能力に基づいて、目標除
去体積を除去可能な研磨荷重分布データに変換し（ステ
ップＳｂ０５）、指令発生手段１１５において、研磨荷
重分布データから研磨ユニット、研磨ユニット群の個
数、配置を考慮して、加工時の各工具位置における工具
面内の研磨荷重分布を求め、この研磨荷重分布を実現す
るために研磨荷重制御手段１１２（ａ、ｂ…）に出す研
磨荷重分布指令を形成する（ステップＳｂ０６）。

【００８１】研磨荷重制御手段１１２（ａ、ｂ…）は指
令発生手段１１５からの指令に基づいて荷重発生装置に
よる荷重発生を制御して各加工部位の誤差形状に応じた
圧力分布を形成して、研磨加工の実施に必要な研磨装置
各移動軸への移動指令とともに研磨荷重制御指令を同期
させて研磨加工を実施する（ステップＳｂ０７）。

【００８２】そして、加工終了後に再び形状測定を行い
（ステップＳｂ０８）、形状測定の結果を設計形状と比
較して形状誤差を算出し、この形状誤差が許容値以下か
否かの判定を行う（ステップＳｂ０９）。ここで、形状
誤差が、許容値以下であれば加工を終了し（ステップＳ
ｂ１０）、許容値を超えている場合はステップＳｂ０４
に戻って許容値以下になるまで研磨加工を繰り返す。

【００８３】以上のように構成される研磨装置ならびに
研磨方法においては、研磨工具と被加工物間で相対的に
自転、公転、周点および直線往復、揺動運動のいずれか
あるいはそれらを複合した運動を与えられる研磨ヘッド
に内部に複数の研磨荷重発生装置を有する研磨工具を取
り付け、工具軸線が被加工物の加工対象部位の面法線と
一致するように研磨工具と被加工物を位置決め可能な位
置決め機構に研磨ヘッドを搭載し、これを１つのユニッ
トとして、複数のユニットを配置してなる研磨ユニット
群を１つ以上有し、各研磨ユニット群の工具を被加工物
の加工対象部位に作用させることが可能でかつ研磨ユニ
ット群と被加工物を相対的に走査可能な走査機構に研磨
ユニット群を搭載し、加工時に常に工具軸線が被加工物
の加工対象部位の面法線と一致するように位置決め制御
すると同時に、常に工具面内の研磨荷重分布が目標とす
る除去形状と一致するよう工具内に配置された研磨荷重
発生装置を制御しながら加工を進める。これによって、
複数の研磨ユニットを例えばライン状に配置した研磨ユ
ニット群を備えた装置では、被加工物表面の形状に倣う
ように複数の研磨ユニットの工具が配置され、各工具面
内で高い空間周波数成分を持つ形状誤差を修正し、同時
に研磨ユニット群として低い空間周波数成分を持つ形状
誤差を修正することが可能であり、高能率でより高い形
状修正加工が進められる。また、複数の研磨ユニット群
を備えた装置や被加工物の加工対象面と同等程度あるい
はそれ以上の大きさの研磨ユニット群を備えた装置で
は、高能率加工とともにリップル成分の少ない高精度な
加工が実現できる。

【００８４】また、本発明に係る研磨装置および研磨方
法は、例えば半導体露光装置等の光学部品の研磨にも適
用することができ、従来以上の形状精度を得ることが可
能であり、さらに、形状の空間周波数成分を見ても、全
ての空間周波数において従来よりも振幅レベルを低減で
き、これまで部分修正研磨で問題視されてきたリップル
の発生が認められない。その結果、半導体露光装置等の
光学性能として今まで以上の解像度や焼付け性能等を得
ることができるという効果がある。

【００８５】以上、本発明による代表的な実施例につい
て説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られる
ものではなく、様々な実施形態をとることができる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下のような効果がある。

【００８７】工具面内で任意の荷重分布を形成できるこ
とから、研磨工具の大きさよりも小さな空間分解能をも
つ形状修正能力を発揮でき、工具内の研磨荷重発生装置
の大きさ、個数、配置、構成によって、工具面内での研
磨荷重分布の空間分解能は任意に設定できるので、より
高精度な形状修正が可能である。また、加工部位の面法
線と工具軸線を一致させることができるため、工具と被
加工物の接触状態は常に一定で、形状修正能力も安定す
るため高精度の加工が可能である。

【００８８】さらに、通常の研磨皿（大皿、全面皿）の
ように工具径を大きくしても高い形状修正能力とリップ
ル除去能力を備えた工具となるため、小径工具によるＣ
ＣＰ、ＣＣＯＳ等の部分修正研磨に比較して、除去対象
とする空間周波数成分ごとに工具径を変えるといった工
程が省け、加工能率が高く、加工後のリップル成分も抑
制できる。

【００８９】さらに、研磨荷重発生装置の制御によって
除去能力を変えることができ、加工のダイナミックレン
ジが広がり、高能率除去加工から高精度修正加工までを
カバーでき、高能率と高精度を両立できる。工具面内の
荷重分布制御であるため、工具形状を可変とする場合に
比較して工具の除去量、除去形状が安定し、形状修正能
力を上げられる。

【００９０】また、複数の研磨ユニットを配置した研磨
ユニット群を備えた装置では、被加工物表面の形状に倣
うように複数の研磨ユニットの工具が配置され、各工具
面内で高い空間周波数成分を持つ形状誤差を修正し、同
時に研磨ユニット群として低い空間周波数成分を持つ形
状誤差を修正することが可能であり、高能率でより高い
形状修正加工が可能となる。さらに、複数の研磨ユニッ
ト群を備えた装置や被加工物の加工対象面と同等程度あ
るいはそれ以上の大きさの研磨ユニット群を備えた装置
では、高能率加工とともにリップル成分の少ない高精度
な加工が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研磨装置の一実施例を示す概略構
成図である。

【図２】本発明に係る研磨装置の研磨工具内に用いる研
磨荷重発生装置の具体例を示す図であり、（ａ）は流体
の圧力を利用する研磨荷重発生装置、（ｂ）は電磁力を
利用する研磨荷重発生装置、（ｃ）はアクチュエータに
より駆動される弾性体を有し、弾性体の変位を利用する
研磨荷重発生装置を示す。

【図３】本発明に係る研磨装置であって、直交座標系の
走査機構を有する研磨装置を示し、（ａ）はその側面
図、（ｂ）はその正面図である。

【図４】本発明に係る研磨装置であって、円柱座標系の
走査機構を有する研磨装置を示す正面図である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本発明に係
る研磨装置に適用可能な走査機構の構成を示す概略図で
ある。

【図６】本発明に係る研磨装置を用いた研磨方法の一実
施例を示す図である。

【図７】本発明に係る研磨装置を用いた研磨方法の他の
実施例を示す図である。

【図８】本発明に係る研磨装置の他の実施例を示す概略
構成図である。

【図９】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係る研磨装置
の他の実施例において研磨ユニット群における各研磨ユ
ニットをライン状に配置した状態を示す側面図と平面図
である。

【図１０】本発明に係る研磨装置の他の実施例において
研磨ユニット群における各研磨ユニットをマトリックス
状に配置した状態を示す平面図である。

【図１１】（ａ）および（ｂ）は、本発明に係る研磨装
置の他の実施例において研磨ユニット群における各研磨
ユニットを研磨ユニット群と被加工物の相対走査方向に
対して任意の角度をもって配置した状態を示す側面図と
平面図である。

【図１２】本発明に係る研磨装置の他の実施例を用いた
研磨方法を示す図である。

【符号の説明】

Ｗ 被加工物 １ 研磨ヘッド ２ 研磨工具 ３ 工具保持部材 ４ 位置決め機構 ５（５ａ、５ｂ、５ｃ） 研磨荷重発生装置 ６ 研磨シート ７ 位置制御手段 ８ 研磨荷重制御手段 ９ 変換手段 １０ 指令発生手段 １１ 加工テーブル １２ 走査機構 １３ 走査制御手段 ５ａ. １ 圧力室 ５ａ. ２ 作動流体 ５ａ. ３ 隔壁 ５ａ. ５ 外部圧縮流体供給源 ５ａ. ６ 圧力調整部 ５ｂ. １ 圧力室 ５ｂ. ２ 作動流体 ５ｂ. ３ 隔壁 ５ｂ. ４ ピストン ５ｂ. ５ ボイスコイルモータ ５ｃ. １ モータ ５ｃ. ２ ロッド ５ｃ. ３ 弾性体 ２１ 研磨ヘッド ２２ Ｚスライド ２３ Ｘテーブル ２４ Ｙテーブル ３１ 研磨ヘッド ３２ Ｚスライド ３３ 回転機構 ３４ Ｘステージ ３５ 回転テーブル ４１ 研磨ヘッド ５１ 研磨ヘッド ５２ パラレルリンク機構 １０１ 研磨ヘッド １０２ 位置決め機構 １０３ 研磨ユニット １０４（ａ、ｂ…） 研磨ユニット群 １０５（ａ、ｂ…） 回転機構 １０６（ａ、ｂ…） 上下スライド機構 １０７ Ｘステージ １０８ 加工テーブル １０９ モータ １１０ 減速機 １１１（ａ、ｂ…） 位置制御手段 １１２（ａ、ｂ…） 研磨荷重制御手段 １１４ 変換手段 １１５ 指令発生手段 １２１ 研磨ヘッド １２２ 位置決め機構 １２３ 研磨ユニット １２４ 研磨ユニット群 １２５ 回転機構 １２７ 移動ステージ １３３ 研磨ユニット １３４ 研磨ユニット群 １３５ 第１回転機構 １３６ 第２回転機構 １３７ Ｘステージ １３８ Ｙステージ １４１ 研磨ヘッド １４２ 位置決め機構 １４３ 研磨ユニット １４４ 研磨ユニット群 １４５ 回転機構 １４７ 移動ステージ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つ以上の研磨荷重発生装置を有する研
   磨工具と該研磨工具を保持する工具保持部材とからなる
   研磨ヘッドと、工具軸線が被加工物の加工対象部位の面
   法線と一致するように研磨工具および被加工物の位置決
   めを行う位置決め機構と、研磨工具と被加工物を相対的
   に走査可能な走査機構と、加工時における研磨工具と被
   加工物の相対運動中に常に工具軸線が前記面法線を追従
   するように研磨工具と被加工物の位置関係を制御する位
   置制御手段と、研磨工具が被加工物と接触する工具面内
   において前記研磨荷重発生装置を作動させて任意の研磨
   荷重分布を形成する研磨荷重制御手段と、被加工物の誤
   差形状に応じた目標研磨除去量の分布を研磨荷重の分布
   に変換する変換手段と、研磨工具が被加工物に作用する
   位置に応じた研磨荷重分布の指令を前記研磨荷重制御手
   段に出す指令発生手段とを備えることを特徴とする研磨
   装置。
2. 【請求項２】 研磨荷重発生装置が、流体の圧力を利用
   することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 【請求項３】 研磨荷重発生装置が、電磁力を利用する
   ことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
4. 【請求項４】 研磨荷重発生装置が、アクチュエータに
   より駆動される弾性体を有し、該弾性体の変位を利用す
   ることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
5. 【請求項５】 走査機構が、直交座標系または円柱座標
   系であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか
   １項に記載の研磨装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項に記載
   の研磨装置を用いる研磨方法であって、 （１）被加工物の加工対象面の形状を予め測定して誤差
   形状を算出し、 （２）誤差形状を目標除去体積に変換し、 （３）目標除去体積を研磨荷重分布データに変換し、 （４）研磨荷重分布データにしたがって研磨工具の位置
   に応じた研磨荷重分布を工具面内に形成し、 （５）研磨工具と被加工物の相対運動により研磨加工を
   実施し、 （６）研磨加工後の形状を測定して、求められる精度と
   比較し、 （７）許容誤差内であれば加工を終了し、 （８）許容誤差を超える場合、前記（２）の段階に戻っ
   て研磨加工を繰り返すことを特徴とする研磨方法。
7. 【請求項７】 研磨荷重分布データにしたがった研磨荷
   重制御とともに、形状誤差に応じた研磨工具の滞留時間
   分布データに基づく研磨工具と被加工物の相対運動制御
   を行うことを特徴とする請求項６記載の研磨方法。
8. 【請求項８】 １つ以上の研磨荷重発生装置を有する研
   磨工具と該研磨工具を保持する工具保持部材とからなる
   研磨ヘッドと、工具軸線が被加工物の加工対象部位の面
   法線と一致するように研磨工具および被加工物の位置決
   めを行う位置決め機構とを有する装置を１つの研磨ユニ
   ットとして、該研磨ユニットを複数配置してなる研磨ユ
   ニット群を１つ以上有するとともに、各研磨ユニット群
   を一体にして被加工物に対して相対的に走査可能にしか
   つ各研磨ユニットの研磨工具を被加工物の加工対象部位
   に作用させることが可能な走査機構と、加工時における
   研磨工具と被加工物の相対運動中に常に工具軸線が前記
   面法線を追従するように研磨工具と被加工物の姿勢およ
   び位置関係を制御する位置制御手段と、研磨工具が被加
   工物と接触する工具面内において前記研磨荷重発生装置
   を作動させて任意の研磨荷重分布を形成する研磨荷重制
   御手段と、被加工物の誤差形状に応じた目標研磨除去量
   の分布を研磨荷重の分布に変換する変換手段と、研磨工
   具が被加工物に作用する位置に応じた研磨荷重分布の指
   令を前記研磨荷重制御手段に出す指令発生手段とを備え
   ることを特徴とする研磨装置。
9. 【請求項９】 研磨荷重発生装置が流体の圧力を利用す
   ることを特徴とする請求項８記載の研磨装置。
10. 【請求項１０】 研磨荷重発生装置が電磁力を利用する
    ことを特徴とする請求項８記載の研磨装置。
11. 【請求項１１】 研磨荷重発生装置が、アクチュエータ
    により駆動される弾性体を有し、該弾性体の変位を利用
    することを特徴とする請求項８の研磨装置。
12. 【請求項１２】 走査機構が、直交座標系または円柱座
    標系であることを特徴とする請求項８ないし１１のいず
    れか１項に記載の研磨装置。
13. 【請求項１３】 研磨ユニット群における研磨ユニット
    がライン状にあるいはマトリックス状に配置されている
    ことを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に
    記載の研磨装置。
14. 【請求項１４】 研磨ユニットが研磨ユニット群と被加
    工物の相対走査方向に対して任意の角度をもって配置さ
    れていることを特徴とする請求項１３記載の研磨装置。
15. 【請求項１５】 請求項８ないし１４のいずれか１項に
    記載の研磨装置を用いる研磨方法であって、 （１）被加工物の加工対象面の形状を予め測定して誤差
    形状を算出し、 （２）誤差形状を目標除去体積に変換し、 （３）目標除去体積に基づいて研磨ユニット群の走査軌
    跡から定められる各工具位置に対応する研磨荷重分布デ
    ータに変換し、 （４）研磨荷重分布データにしたがって工具面内に研磨
    荷重分布を形成し、 （５）研磨ユニット群と被加工物の相対運動により研磨
    加工を実施し、 （６）研磨加工後の形状を測定して、求められる精度と
    比較し、 （７）許容誤差内であれば加工を終了し、 （８）許容誤差を超える場合、前記（２）の段階に戻っ
    て研磨加工を繰り返すことを特徴とする研磨方法。