JP2007103173A - Ion beam processing method and device therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion beam processing method and device capable of executing accurate processing in a short time. <P>SOLUTION: In processing a processing object by irradiating the processing object 1008 with an ion beam 1003, when the processing object is processed by controlling a period for which the processing object is irradiated in accordance with a processing amount previously obtained by the difference between a measured shape and a set shape in relation to the processing object, the processing object is processed as follows: the processing object is processed by intermittent radiation where the ion beam is radiated only to a position requiring the processing. For instance, a mechanical shutter 1004 capable of turning on/off the radiation of the ion beam to the processing object is composed as an intermittent radiation means therefor. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体、硝子、セラミックス、金属単体または金属酸化物の単結晶及び多結晶等の硬脆材料の表面をイオンビームによって加工する加工方法および加工装置に関するものである。   The present invention relates to a processing method and a processing apparatus for processing the surface of a hard and brittle material such as a semiconductor, glass, ceramics, a single metal or a single crystal of metal oxide and a polycrystal with an ion beam.

従来において、半導体、硝子、セラミックス、金属単体または金属酸化物の単結晶等の硬脆材料の表面を、研磨装置等で精密研磨加工する方法として、例えば、特許文献１のような加工方法が知られている。
この加工方法では滞留時間制御と呼ばれる手段が用いられており、これを図９を用いてさらに説明する。
図９において３０は研磨装置であり、研磨装置３０は被加工物３６の表面を加工する研磨ヘッド５０等からなる研磨加工部と、形状計測部を備えている。
この研磨装置では、或る第１の研磨ヘッドによる単位時間の加工量及び加工形状を一定とし、あらかじめ計測した被加工物の形状データを元に、目標とする加工形状との差を求める。
そして、より多く加工する必要のある部分には長時間、少なく加工する必要しかない部分には短時間研磨工具を当てて、前述した加工量を変える滞留時間制御と呼ばれる方法で加工するものである。
その際、研磨ツールは加工開始から終了まで、被加工物の表面に接触したままの状態となっている。
また、特許文献２においては、イオンビームを使用してミラーの表面に積層した膜を除去する除去装置が提案されている。
特開平５−５７６０６号公報 特開２００３−９８２９７号公報 Conventionally, as a method for precisely polishing a surface of a hard and brittle material such as a semiconductor, glass, ceramics, a single metal or a single crystal of a metal oxide with a polishing apparatus or the like, for example, a processing method as in Patent Document 1 is known. It has been.
In this processing method, means called residence time control is used, which will be further described with reference to FIG.
In FIG. 9, reference numeral 30 denotes a polishing apparatus. The polishing apparatus 30 includes a polishing processing unit including a polishing head 50 that processes the surface of the workpiece 36, and a shape measuring unit.
In this polishing apparatus, the processing amount and processing shape per unit time by a certain first polishing head are made constant, and the difference from the target processing shape is obtained based on the shape data of the workpiece measured in advance.
Then, a part that needs to be processed more is applied for a long time, and a part that needs to be processed less is applied with a short-time polishing tool, and processing is performed by a method called residence time control that changes the processing amount described above. .
At that time, the polishing tool remains in contact with the surface of the workpiece from the start to the end of the processing.
Patent Document 2 proposes a removing device that removes a film laminated on the surface of a mirror using an ion beam.
JP-A-5-57606 JP 2003-98297 A

しかしながら、上記従来例の加工方法においては、つぎのような問題を有している。
上記従来例の加工方法による場合、加工の開始から終了まで研磨ツールあるいはイオンビームが被加工物表面を加工し続けるため、本来加工しなくても良い部分まで加工してしまうこととなって、加工量が全体として大きくなり、加工時間が増大してしまう。
このとき、加工時間短縮のために加工速度を速くすると、加工精度が落ちることになり、場合によっては形状精度を加工前よりも悪化させてしまう危険性が生じる。 However, the conventional processing method has the following problems.
In the case of the conventional processing method, the polishing tool or the ion beam continues to process the workpiece surface from the start to the end of the processing, so that the portion that does not need to be processed is processed. The amount increases as a whole, and the processing time increases.
At this time, if the processing speed is increased in order to shorten the processing time, the processing accuracy is lowered, and in some cases, there is a risk that the shape accuracy is worse than that before processing.

本発明は、上記課題に鑑み、高精度の加工を短時間で行うことが可能となるイオンビーム加工方法及び加工装置を提供することを目的とするものである。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an ion beam processing method and a processing apparatus capable of performing high-precision processing in a short time.

本発明は、以下のように構成したイオンビーム加工方法及び加工装置を提供するものである。
本発明は、イオンビーム加工方法を、つぎのように構成したことを特徴としている。
本発明は、イオンビーム加工方法において、被加工物にイオンビームを照射して該被加工物を加工するに際し、該被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じ、該被加工物に照射する時間を制御して加工するようにする。
その際、前記イオンビームを、加工を必要とする位置でのみ照射する間欠照射によって加工する工程を有する構成としたことを特徴としている。
また、本発明はイオンビーム加工装置を、つぎのように構成したことを特徴としている。
本発明は、イオンビーム加工装置が、被加工物にイオンビームを照射して該被加工物を加工するに当たり、被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じ、該被加工物に照射する時間を制御して加工する手段を有する構成とする。
その際、前記イオンビームを、加工を必要とする位置でのみ照射する間欠照射手段を有する構成としたことを特徴としている。 The present invention provides an ion beam processing method and processing apparatus configured as follows.
The present invention is characterized in that the ion beam processing method is configured as follows.
In the ion beam machining method, the present invention provides a machining amount obtained in advance by a difference between a measured shape and a set shape for a workpiece when the workpiece is irradiated with an ion beam. Accordingly, the time for irradiating the workpiece is controlled to perform processing.
At that time, the ion beam is characterized by having a step of processing by intermittent irradiation in which irradiation is performed only at a position where processing is required.
Further, the present invention is characterized in that the ion beam processing apparatus is configured as follows.
According to the present invention, when the ion beam processing apparatus processes the workpiece by irradiating the workpiece with the ion beam, the ion beam processing apparatus responds to the processing amount obtained in advance by the difference between the measured shape and the set shape for the workpiece. And a means for controlling the time to irradiate the workpiece and processing.
At that time, the ion beam is characterized by having an intermittent irradiation means for irradiating only at a position where processing is required.

本発明によれば、高精度の加工を短時間で行うことが可能となるイオンビーム加工方法及び加工装置を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ion beam processing method and processing apparatus which can perform a highly accurate process in a short time are realizable.

本発明の実施の形態におけるイオンビーム加工方法は、上記した本発明を適用してイオンビーム加工するに際し、例えば、つぎのように実施することができる。
まず、イオンビームを用いて被加工物と同じ種類の材料を加工し、そのイオンビームによる単位時間あたりの除去形状を求めておく。次に被加工物の表面形状を測定し、ここで測定された測定データと設定形状の差から、加工量に相当する除去量を算出する。求めた各部の除去量中で、最も除去量の小さい部分を基準とし各部の除去量を算出する。
また、あらかじめ求めた単位時間あたりの除去形状と被加工物の除去量から各部の加工必要時間を算出し、被加工物の表面上をイオンビームでスキャンしながら加工する。
このとき、加工時間に合せてスキャンを止め、必要な量を除去する。また、加工が不要な部分はビームを遮蔽又はＯＦＦし、除去加工を行わない。このようにして加工することにより、加工精度を上げながら加工時間を短縮することができる。
このように、本実施の形態によれば、例えば被加工物の形状誤差を計測した値に対し、加工すべき位置とその除去量を演算から求め加工する場合に、除去すべき位置でのみイオンビームを照射する。
そして、除去加工不要の位置ではイオンビームを止めることにより、被加工物全体の加工量が最小量で済ますことができ、加工精度を上げるためにイオンビームの照射量を減少させて除去レートを小さくした場合であっても、加工時間を短くて済ますことができる。
更に、加工すべき部分のみにイオンビームを照射し、そのときの加工量が小さく設定されていることにより、加工精度が多少ばらついて加工しすぎた場合にも、加工前よりも形状誤差を悪化させることはない。
また、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦ機構に機械的シャッターを用いた場合には、構造が簡単で容易にイオンビームのＯＮ／ＯＦＦを実現できる。
また、本実施例によれば、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦをする手段を、イオンの引き出し電圧及び加速電圧をＯＮ／ＯＦＦさせる構成により実現することができる。
これによると、真空室内部に機械的導入をすることが不要なため良好な真空を保つことが容易になり、さらに、イオンがシャッターに当たりパーティクルを発生させることが無いので、シャッターの材料による汚染をなくすことができる。
また、本実施例によれば、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦをする手段を、イオンビームガン内部に設けた静電偏向電極にかける電圧をＯＮ／ＯＦＦさせる構成によっても実現することができる。
これによると、真空室内部に機械的導入をすることが不要なため良好な真空を保つことが容易であり、またビームを横に曲げるだけなので、ビームのＯＮ／ＯＦＦの応答性がよく、特にビームＯＮ時の安定性が良く精度の高い加工が可能となる。 The ion beam processing method according to the embodiment of the present invention can be carried out, for example, as follows when performing the ion beam processing by applying the above-described present invention.
First, a material of the same type as the workpiece is processed using an ion beam, and a removal shape per unit time by the ion beam is obtained. Next, the surface shape of the workpiece is measured, and the removal amount corresponding to the processing amount is calculated from the difference between the measured data measured here and the set shape. Of the calculated removal amounts of each part, the removal amount of each part is calculated on the basis of the portion with the smallest removal amount.
Further, the machining time required for each part is calculated from the removal shape per unit time obtained in advance and the removal amount of the workpiece, and machining is performed while scanning the surface of the workpiece with an ion beam.
At this time, scanning is stopped according to the processing time, and a necessary amount is removed. In addition, the part that does not need to be processed is shielded or turned off, and the removal process is not performed. By processing in this way, the processing time can be shortened while increasing the processing accuracy.
As described above, according to the present embodiment, for example, in the case where the position to be processed and the amount of removal thereof are obtained by calculation with respect to the value obtained by measuring the shape error of the workpiece, ions are only generated at the position to be removed. Irradiate the beam.
By stopping the ion beam at the position where removal processing is not required, the processing amount of the entire workpiece can be minimized, and the ion beam irradiation amount is decreased to reduce the removal rate in order to increase processing accuracy. Even in this case, the processing time can be shortened.
Furthermore, only the part to be processed is irradiated with an ion beam, and the amount of processing at that time is set small, so even if the processing accuracy varies somewhat and the processing is too much, the shape error is worse than before processing I will not let you.
When a mechanical shutter is used for the ion beam ON / OFF mechanism, the ion beam ON / OFF can be easily realized with a simple structure.
Further, according to the present embodiment, the means for turning on / off the ion beam can be realized by a configuration for turning on / off the ion extraction voltage and the acceleration voltage.
According to this, since it is not necessary to mechanically introduce the inside of the vacuum chamber, it is easy to maintain a good vacuum, and further, since ions do not hit the shutter and generate particles, contamination by the shutter material is prevented. Can be eliminated.
In addition, according to the present embodiment, the means for turning on / off the ion beam can be realized by a configuration for turning on / off the voltage applied to the electrostatic deflection electrode provided inside the ion beam gun.
According to this, since it is not necessary to mechanically introduce the inside of the vacuum chamber, it is easy to maintain a good vacuum, and since the beam is only bent sideways, the ON / OFF response of the beam is good. High stability and high accuracy when the beam is ON.

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１は、本発明の構成を適用してイオンビーム加工方法及び加工装置を構成したものである。
図１に本実施例のイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図を示す。図１において、１００１は真空室であり、図示しない排気装置により圧力５×１０-4Ｐａ程度に保たれている。
また、１００２はカウフマン型のイオンビームガンであり、図示しないＡｒガスの配管が接続されていて、ガスを適量流しながら内部のフィラメントに電流を流すことにより、熱電子を発生させＡｒガスをイオン化している。
また、内部にイオンの引き出し電極と加速電極が設置され、それぞれ図示しない導線が接続されている。これらの導線は真空室外部に導き出され、高圧電源につながっている。これらの高圧電源により、引き出し電極および加速電極にそれぞれ電圧が加えられる。 Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
In the first embodiment of the present invention, an ion beam processing method and a processing apparatus are configured by applying the configuration of the present invention.
FIG. 1 is a diagram for explaining an ion beam processing method and a processing apparatus according to this embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1001 denotes a vacuum chamber, which is maintained at a pressure of about 5 × 10 −4 Pa by an exhaust device (not shown).
Reference numeral 1002 denotes a Kaufman-type ion beam gun, which is connected to an Ar gas pipe (not shown), and generates currents through the filament inside while flowing an appropriate amount of gas to generate thermoelectrons to ionize the Ar gas. Yes.
In addition, an ion extraction electrode and an acceleration electrode are installed inside, and a lead wire (not shown) is connected to each. These conductors are led out of the vacuum chamber and connected to a high voltage power source. These high-voltage power supplies apply voltages to the extraction electrode and the acceleration electrode, respectively.

また、このイオンビームガン１００２の内部には、静電レンズが設置されている。これらのレンズ電極はそれぞれ図示しない導線により真空室外部に接続され、高圧電圧がかけられるようになっている。
ここで、イオンビームで得られる単位除去形状を求めておく。
イオンビームの単位除去形状は、事前に被加工面と同様な材質のテストピース上で、実際の加工で用いるのと同一のイオンビームガン、照射条件で一定時間の加工を行い、得られた除去窪みを形状計測し、それを単位時間あたりに換算することによって得られる。
また、イオンビームによる除去加工はビームエネルギーが同じであればイオン電流値に比例するので、イオン電流密度の分布を測定し、所望のイオンビームプロファイルに調整すると、加工の都度の単位除去形状測定は不要である。 An electrostatic lens is installed inside the ion beam gun 1002. Each of these lens electrodes is connected to the outside of the vacuum chamber by a lead wire (not shown) so that a high voltage can be applied.
Here, the unit removal shape obtained by the ion beam is obtained.
The ion beam unit removal shape is a removal depression obtained by performing processing for a certain period of time under the same ion beam gun and irradiation conditions as used in actual processing on a test piece made of the same material as the surface to be processed in advance. Is obtained by measuring the shape and converting it per unit time.
In addition, since removal processing using an ion beam is proportional to the ion current value if the beam energy is the same, if the distribution of the ion current density is measured and adjusted to a desired ion beam profile, the unit removal shape measurement for each processing is performed. It is unnecessary.

また、１００３はイオンビーム、１００４はシャッター、１００７はファラデーカップ、１００８は被加工物、１００９は固定ジグ、１０１１は５軸ステージである。この被加工物１００８は、材質が合成石英の外径φ２００ｍｍ、曲率半径４００ｍｍの凸型球面ミラーであり、固定治具１００９により５軸ステージ１０１１に固定されている。   Further, 1003 is an ion beam, 1004 is a shutter, 1007 is a Faraday cup, 1008 is a workpiece, 1009 is a fixed jig, and 1011 is a 5-axis stage. The workpiece 1008 is a convex spherical mirror made of synthetic quartz and having an outer diameter of 200 mm and a radius of curvature of 400 mm, and is fixed to the 5-axis stage 1011 by a fixing jig 1009.

またファラデーカップ１００７は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。
ファラデーカップ１００７の開口はφ０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ１０１１をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流密度分布を測定できるようになっている。
ここで、イオンビームガンの引き出し電圧１ｋＶ、加速電圧６ｋＶ、総イオン電流値は１０μＡで、ビーム径は図２に示す様な半値幅を３ｍｍに調整した。 The Faraday cup 1007 is connected to a lead wire (not shown), and the lead wire is drawn to the outside of the vacuum chamber so that the current value of the ion beam can be measured outside the vacuum chamber.
Since the opening of the Faraday cup 1007 is as small as φ0.1 mm, the current density distribution of the ion beam can be measured by measuring the stage 1011 while moving it in the XY direction.
Here, the extraction voltage of the ion beam gun was 1 kV, the acceleration voltage was 6 kV, the total ion current value was 10 μA, and the beam diameter was adjusted to 3 mm as shown in FIG.

以下に、本実施例における加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物１００８の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、１ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状とあらかじめ求めたイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。
この時、加工量が零の領域はイオンビームをＯＦＦするようにプログラムした。 Below, the operation | movement flow at the time of the process in a present Example is demonstrated.
First, the three-dimensional surface shape of the pre-processed workpiece 1008 is measured with high accuracy to obtain surface shape data. The measuring device at this time was a probe contact type measuring device and measured at a pitch of 1 mm.
Next, the measurement data and the design shape data are compared to obtain a difference and set as a removed shape. The removal shape and the unit removal shape by the ion beam obtained in advance were calculated and converted into the machining time at each machining point.
At this time, the region where the machining amount was zero was programmed to turn off the ion beam.

図３は被加工物１００８上をスキャンするときの軌跡を示し、１０３３の線にそって被加工物上をイオンビームの照射をしながら加工する。
この時、除去量の多い部分では被加工物の移動を長時間止め、又、除去量の少ない部分では被加工物の移動停止を短時間にし、さらに除去が不要な部分ではイオンビームの照射を止めて被加工物を移動する。 FIG. 3 shows a locus when scanning on the workpiece 1008, and the workpiece is processed along the line 1033 while irradiating with an ion beam.
At this time, the movement of the workpiece is stopped for a long time at the portion where the removal amount is large, the movement of the workpiece is stopped for a short time at the portion where the removal amount is small, and the ion beam irradiation is performed at the portion where the removal is unnecessary. Stop and move the workpiece.

また、図４は除去加工の説明をするために、被加工物の一部を示した図である。
図４の１０４１は被加工物１０４９の移動方向である。１０４２はイオンビームガンで、１０４３はイオンビームである。
イオンビーム照射中の加工点１０４５では被加工物の移動を３秒間止め、加工点１０４６では５秒間被加工物の移動を止める。
次に、徐々に加工が進み、加工終了点１０４７の場所にイオンビームが来たときには、イオンビームガンのイオン出口付近に設置したシャッター１０４４を動作させイオンビームを止める。 FIG. 4 is a diagram showing a part of the workpiece for explaining the removal processing.
1041 in FIG. 4 is the moving direction of the workpiece 1049. Reference numeral 1042 denotes an ion beam gun, and reference numeral 1043 denotes an ion beam.
At the processing point 1045 during ion beam irradiation, the movement of the workpiece is stopped for 3 seconds, and at the processing point 1046, the movement of the workpiece is stopped for 5 seconds.
Next, when the processing progresses gradually and the ion beam comes to the position of the processing end point 1047, the shutter 1044 installed near the ion exit of the ion beam gun is operated to stop the ion beam.

ビームを止めている間は加工しないので、次の加工開始点１０４８まですばやく被加工物を移動することが出来る。イオンビームが次の加工開始点１０４８に来た時にイオンビームの照射を開始し各点の加工時間の制御により加工を続行する。
このようにして加工を行うと加工量が最小で効率のよい加工ができる。
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２０ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、球面ミラーは設定形状に対し、１．５ｎｍ以内の誤差であった。 Since the machining is not performed while the beam is stopped, the workpiece can be quickly moved to the next machining start point 1048. When the ion beam reaches the next processing start point 1048, irradiation of the ion beam is started, and the processing is continued by controlling the processing time at each point.
When processing is performed in this way, efficient processing can be performed with a minimum processing amount.
In the surface shape measurement before ion beam processing, the maximum difference from the set value was 20 nm. After that, when processed by the ion beam processing apparatus of the present invention, the spherical mirror had an error within 1.5 nm with respect to the set shape.

［実施例２］
本発明の実施例２は、本発明の構成を適用してイオンビーム加工方法及び加工装置を構成したものである。
図５に本実施例のイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図を示す。図５において、２００１は真空室であり、図示しない排気装置により圧力５×１０-4Ｐａ程度に保たれている。
また、２００２はＲＦタイプのイオン源を持つイオンビームガンであり、図６にイオンビームガン内部の構造を示す。
２０６２はイオン化室で図示しない配管が接続され、Ａｒガスが供給される。
また、図示しないＲＦ電源が接続され、ＲＦパワーによりＡｒガスがイオン化される。 [Example 2]
In the second embodiment of the present invention, an ion beam processing method and a processing apparatus are configured by applying the configuration of the present invention.
FIG. 5 shows a diagram for explaining the ion beam processing method and processing apparatus of this embodiment. In FIG. 5, reference numeral 2001 denotes a vacuum chamber, which is maintained at a pressure of about 5 × 10 −4 Pa by an exhaust device (not shown).
Reference numeral 2002 denotes an ion beam gun having an RF type ion source. FIG. 6 shows the internal structure of the ion beam gun.
An ionization chamber 2062 is connected to a pipe (not shown) and supplied with Ar gas.
Also, an RF power source (not shown) is connected, and Ar gas is ionized by the RF power.

また、２００３はイオンビーム、２００７はファラデーカップ、、２００８は被加工物、２００９は固定ジグ、２０１１は５軸ステージである。
この被加工物２００８は、材質が低膨張ガラスの外径φ１８０ｍｍ、曲率半径約３００ｍｍの凸型非球面ミラーであり、固定治具２００９により５軸ステージ２０１１に固定されている。
ファラデーカップ２００７は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。
ファラデーカップ２００７の開口は０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ２０１１をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流プロファイルを測定できるようになっている。 Reference numeral 2003 denotes an ion beam, 2007 denotes a Faraday cup, 2008 denotes a workpiece, 2009 denotes a fixed jig, and 2011 denotes a 5-axis stage.
The workpiece 2008 is a convex aspherical mirror made of low-expansion glass with an outer diameter of 180 mm and a curvature radius of about 300 mm, and is fixed to the 5-axis stage 2011 by a fixing jig 2009.
The Faraday cup 2007 is connected to a lead wire (not shown), and the lead wire is drawn out to the outside of the vacuum chamber so that the current value of the ion beam can be measured outside the vacuum chamber.
Since the opening of the Faraday cup 2007 is as small as 0.1 mm, the current profile of the ion beam can be measured by measuring the stage 2011 while moving it in the XY direction.

２０６３は引き出し電極、２０６４は加速電極と呼ばれる構成部品で、図示しない真空室の外に設置した高圧電源から高圧電圧が導かれイオン化室でイオンとなったＡｒ粒子を引き出して加速する。
２０６５は静電レンズであり、加速されたイオンを収束してイオンビームを所定の位置で細くする役目を持つ。このようなイオンビームガンを用いて被加工物に照射する時の単位除去形状を実施例１と同様な方法で求めておく。
ここで、イオンビームガンの引き出し電圧１ｋＶ、加速電圧３ｋＶ、総イオン電流値は３０μＡで、静電レンズによりビーム径は半値幅で５ｍｍに調整した。 2063 is a component called an extraction electrode, and 2064 is an acceleration electrode. A high voltage is introduced from a high voltage power source installed outside a vacuum chamber (not shown), and Ar particles converted into ions in the ionization chamber are extracted and accelerated.
Reference numeral 2065 denotes an electrostatic lens, which has a role of converging accelerated ions to narrow the ion beam at a predetermined position. The unit removal shape when the workpiece is irradiated using such an ion beam gun is obtained in the same manner as in the first embodiment.
Here, the extraction voltage of the ion beam gun was 1 kV, the acceleration voltage was 3 kV, the total ion current value was 30 μA, and the beam diameter was adjusted to 5 mm with a half-value width by an electrostatic lens.

以下に、本実施例における加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物２００８の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、０．５ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。この除去形状とあらかじめ求めたイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。この時、加工量が零の領域はイオンビームをＯＦＦするようにプログラムする。
実施例１と同様に被加工物２００８上を、イオンビームをスキャン照射しながら加工する。
この時、除去量の多い部分では被加工物の移動停止を長時間にし、また、除去量の少ない部分では被加工物の移動停止を短時間にした。
さらに、除去が不要な部分ではイオンビームの照射を止めて被加工物を移動した。イオンビームの照射を止める時は、引き出し電圧と加速電圧を０にした。 Below, the operation | movement flow at the time of the process in a present Example is demonstrated.
First, the three-dimensional surface shape of the pre-processed workpiece 2008 is measured with high accuracy to obtain surface shape data. The measuring instrument at this time was a probe contact type measuring instrument and measured at a pitch of 0.5 mm.
Next, the measurement data and the design shape data are compared to obtain a difference and set as a removed shape. The removal shape and the unit removal shape by the ion beam obtained in advance were calculated and converted into the machining time at each machining point. At this time, the region where the machining amount is zero is programmed to turn off the ion beam.
Similar to the first embodiment, the workpiece 2008 is processed while being scanned with an ion beam.
At this time, the movement of the workpiece was stopped for a long time in the portion where the removal amount was large, and the movement stop of the workpiece was shortened in the portion where the removal amount was small.
Further, the workpiece was moved by stopping the irradiation of the ion beam at the portion where the removal was unnecessary. When the ion beam irradiation was stopped, the extraction voltage and the acceleration voltage were set to zero.

このようにして、イオンビームのＯＮ／ＯＦＦを行うと、真空室内部に機械的導入をすることが不要なため良好な真空を保つことが容易になる。
さらに、イオンがシャッターに当たりパーティクルを発生させることが無いので、シャッターの材料による汚染をなくし、清浄な加工をすることができる。
また、このように加工を行うと加工量が最小で効率のよい加工ができる。
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は２５ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物である非球面ミラーは設定形状に対し、２ｎｍ以内の誤差であった。 When the ion beam is turned on / off in this manner, it is not necessary to mechanically introduce the inside of the vacuum chamber, so that it is easy to maintain a good vacuum.
Furthermore, since ions do not hit the shutter and generate particles, contamination by the shutter material can be eliminated and clean processing can be performed.
Further, when processing is performed in this manner, efficient processing can be performed with a minimum processing amount.
In the surface shape measurement before ion beam processing, the maximum difference from the set value was 25 nm. After that, when processed by the ion beam processing apparatus of the present invention, the aspherical mirror as the workpiece had an error within 2 nm with respect to the set shape.

［実施例３］
本発明の実施例３は、本発明の構成を適用してイオンビーム加工方法及び加工装置を構成したものである。
図７に本実施例のイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図を示す。図７において、３００１は真空室で図示しない排気装置により圧力５×１０-4Ｐａ程度に保たれている。
また、３００２はマイクロ波タイプのイオン源を持つイオンビームガンで、図８に内部構造を示す。
図８中３０６２はイオン化室で図示しないＡｒガスが配管されており、Ａｒガスを０．２ｓｃｃｍ流し、イオン化室の外部から図示しない導波管によりイオン化室にマイクロ波を導きプラズマを発生させ、Ａｒガスをイオン化している。３０６３はイオンの引き出し電極、３０６４は加速電極でそれぞれ図示しない導線が接続されている。これらの導線は真空室外部に導き出され、高圧電源につながっている。
これらの高圧電源により、引き出し電極および加速電極にそれぞれ電圧が加えられる。
３０６５は静電レンズであり、３個の円筒電極から構成され、加速されたイオンを収束してイオンビームを所定の位置で細くする役目を持つ。
３０６６は静電偏向電極で１対の対向した構造を持ち、図示しない導線が接続され高電圧がかけられるようになっている。
電圧をかけない場合は３０６７のように進むイオンビームが、電圧をかけた場合は３０６８のように進み、出口からは照射しなくなる。
このようなイオンビームガンで得られる単位除去形状を実施例１と同様な方法で求めておく。 [Example 3]
In the third embodiment of the present invention, an ion beam processing method and a processing apparatus are configured by applying the configuration of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an ion beam processing method and processing apparatus according to this embodiment. In FIG. 7, reference numeral 3001 denotes a vacuum chamber which is maintained at a pressure of about 5 × 10 −4 Pa by an exhaust device (not shown).
Reference numeral 3002 denotes an ion beam gun having a microwave type ion source, and FIG.
In FIG. 8, reference numeral 3062 denotes an ionization chamber in which Ar gas (not shown) is piped, Ar gas is flowed at 0.2 sccm, and a microwave is guided from outside the ionization chamber to the ionization chamber by a waveguide (not shown) to generate plasma. The gas is ionized. Reference numeral 3063 denotes an ion extraction electrode, and 3064 denotes an acceleration electrode, to which conductive wires (not shown) are connected. These conductors are led out of the vacuum chamber and connected to a high voltage power source.
These high-voltage power supplies apply voltages to the extraction electrode and the acceleration electrode, respectively.
Reference numeral 3065 denotes an electrostatic lens, which is composed of three cylindrical electrodes, and has a role of converging accelerated ions to narrow the ion beam at a predetermined position.
Reference numeral 3066 denotes an electrostatic deflection electrode which has a pair of opposed structures, and is connected to a lead wire (not shown) so that a high voltage can be applied.
When no voltage is applied, the ion beam traveling as indicated by 3067 advances when the voltage is applied as indicated by 3068 and is not irradiated from the exit.
A unit removal shape obtained by such an ion beam gun is obtained in the same manner as in the first embodiment.

また、３００３はイオンビーム、３００７はファラデーカップ、３００８は被加工物、３００９は固定ジグ、３０１１は５軸ステージである。
この被加工物３００８は、材質が低膨張ガラスの外径φ２００ｍｍ、曲率半径約５５０ｍｍの凹型非球面ミラーであり、固定治具３００９により５軸ステージに固定されている。
ファラデーカップ３００７は、図示しない導線が接続され、その導線は真空室の外側まで引き出され、真空室の外側でイオンビームの電流値を測定できるようになっている。
ファラデーカップ３００７の開口はφ０．１ｍｍと小さくしてあるため、ステージ３０１１をＸ−Ｙに移動しながら測定するとイオンビームの電流密度分布を測定できるようになっている。
ここで、イオンビームガンの引き出し電圧１ｋＶ、加速電圧１０ｋＶ、総イオン電流値は３０μＡで、静電レンズによりビーム径は半値幅で１ｍｍに調整した。 Reference numeral 3003 denotes an ion beam, 3007 denotes a Faraday cup, 3008 denotes a workpiece, 3009 denotes a fixed jig, and 3011 denotes a 5-axis stage.
The workpiece 3008 is a concave aspherical mirror made of low-expansion glass having an outer diameter of 200 mm and a radius of curvature of about 550 mm, and is fixed to a 5-axis stage by a fixing jig 3009.
The Faraday cup 3007 is connected to a lead wire (not shown), the lead wire is drawn out to the outside of the vacuum chamber, and the current value of the ion beam can be measured outside the vacuum chamber.
Since the opening of the Faraday cup 3007 is as small as φ0.1 mm, the current density distribution of the ion beam can be measured by measuring the stage 3011 while moving it in the XY direction.
Here, the extraction voltage of the ion beam gun was 1 kV, the acceleration voltage was 10 kV, the total ion current value was 30 μA, and the beam diameter was adjusted to 1 mm with a half-value width by an electrostatic lens.

以下に、本実施例における加工時の動作フローを説明する。
先ず、前加工した被加工物３００８の３次元表面形状を高精度に測定し、表面形状データを得る。この時の測定器はプローブ接触式の測定器を用い、０．２５ｍｍピッチで測定した。
次に、測定データと設計形状データを比較し差を求め除去形状とする。
この除去形状とあらかじめ求めたイオンビームによる単位除去形状とで演算し各加工点の加工時間に変換した。
この時、加工量が零の領域はイオンビームをＯＦＦするようにプログラムする。 Below, the operation | movement flow at the time of the process in a present Example is demonstrated.
First, the three-dimensional surface shape of the pre-processed workpiece 3008 is measured with high accuracy to obtain surface shape data. The measuring instrument at this time was a probe contact type measuring instrument and measured at a pitch of 0.25 mm.
Next, the measurement data and the design shape data are compared to obtain a difference and set as a removed shape.
The removal shape and the unit removal shape by the ion beam obtained in advance were calculated and converted into the machining time at each machining point.
At this time, the region where the machining amount is zero is programmed to turn off the ion beam.

実施例１と同様に被加工物３００８上を、イオンビームをスキャン照射しながら加工する。
この時、除去量の多い部分では被加工物の移動停止を長時間にし、又、除去量の少ない部分では被加工物の移動停止を短時間にした。
さらに、除去が不要な部分ではイオンビームの照射を止めて被加工物を移動する。
イオンビームの照射を止めるために、イオンビームガンの集束レンズ直後に設けた静電偏向電極に電圧をかけ、ビームを曲げて遮蔽板に当て、イオンビームが出ないようにした。 Similar to the first embodiment, the workpiece 3008 is processed while being scanned with an ion beam.
At this time, the movement of the workpiece was stopped for a long time in the portion where the removal amount was large, and the movement stop of the workpiece was shortened in the portion where the removal amount was small.
Furthermore, the ion beam irradiation is stopped at a portion where removal is not necessary, and the workpiece is moved.
In order to stop the irradiation of the ion beam, a voltage was applied to the electrostatic deflection electrode provided immediately after the focusing lens of the ion beam gun, and the beam was bent and applied to the shielding plate so that the ion beam was not emitted.

このようにしてイオンビームのＯＮ／ＯＦＦを行うと、真空室内部に機械的導入をすることが不要なため良好な真空を保つことが容易になる。
さらに、イオンのエネルギーが高い場合でもイオンビームを横方向に曲げるだけなので、ビームのＯＮ／ＯＦＦの応答性がよく、特にビームＯＮ時の安定性が良いため精度の良い加工ができる。
また、このように加工を行うと加工量が最小で効率のよい加工ができる。
イオンビーム加工前の表面形状測定では、設定値との最大差は３０ｎｍであった。その後、本発明のイオンビーム加工装置により加工したところ、被加工物である非球面ミラーは設定形状に対し、２ｎｍ以内の誤差であった。 When the ion beam is turned on / off in this manner, it is not necessary to mechanically introduce the inside of the vacuum chamber, so that it is easy to maintain a good vacuum.
Further, even when the ion energy is high, the ion beam is only bent in the lateral direction, so that the ON / OFF responsiveness of the beam is good, and since the stability when the beam is ON is particularly good, highly accurate processing can be performed.
Further, when processing is performed in this manner, efficient processing can be performed with a minimum processing amount.
In the surface shape measurement before ion beam processing, the maximum difference from the set value was 30 nm. After that, when processed by the ion beam processing apparatus of the present invention, the aspherical mirror as the workpiece had an error within 2 nm with respect to the set shape.

本発明の実施例１に係るイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図である。It is a figure explaining the ion beam processing method and processing apparatus which concern on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係るイオンビームのプロファイルを説明する図である。It is a figure explaining the profile of the ion beam which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係るイオンビーム加工時のスキャン方法を説明する図である。It is a figure explaining the scanning method at the time of ion beam processing concerning Example 1 of the present invention. 本発明の実施例１に係るイオンビーム加工方法を説明する図である。It is a figure explaining the ion beam processing method which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例２に係るイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図である。It is a figure explaining the ion beam processing method and processing apparatus which concern on Example 2 of this invention. 本発明の実施例２に係るイオンビームガンの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the ion beam gun which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例３に係るイオンビーム加工方法及び加工装置を説明する図である。It is a figure explaining the ion beam processing method and processing apparatus which concern on Example 3 of this invention. 本発明の実施例３に係るイオンビームガンの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the ion beam gun which concerns on Example 3 of this invention. 従来の技術を説明する図である。It is a figure explaining the prior art.

符号の説明Explanation of symbols

１００１、２００１、３００１：真空室
１００２、２００２、３００２：イオンビームガン
１００３、２００３、３００３：イオンビーム
１００４：シャッター
１００７、２００７、３００７：ファラデーカップ
１００８、２００８、３００８：被加工物
１００９、２００９、３００９：固定ジグ
１０１１、２０１１、３０１１：５軸ステージ
１０３３：イオンビームスキャンライン
１０４１：被加工物移動方向
１０４２：イオンビームガン
１０４３：イオンビーム
１０４４：シャッター
１０４５、１０４６：加工点
１０４７：加工終了点
１０４８：加工開始点
１０４９：被加工物
１０５０：加工目標線
２０６１、３０６１：イオンビームガン
２０６２、３０６２：イオン化室
２０６３、３０６３：引き出し電極
２０６４、３０６４：加速電極
２０６５、３０６５：静電レンズ
２０６６、３０６７、３０６８：イオンビーム
３０６６：静電偏向電極 1001, 2001, 3001: Vacuum chambers 1002, 2002, 3002: Ion beam guns 1003, 2003, 3003: Ion beam 1004: Shutters 1007, 2007, 3007: Faraday cups 1008, 2008, 3008: Workpieces 1009, 2009, 3009: Fixed jigs 1011, 2111, 3011: 5-axis stage 1033: ion beam scan line 1041: workpiece moving direction 1042: ion beam gun 1043: ion beam 1044: shutter 1045, processing point 1047: processing end point 1048: processing start Point 1049: Workpiece 1050: Processing target line 2061, 3061: Ion beam gun 2062, 3062: Ionization chamber 2063, 3063: Extraction electrode 2064, 3064: Accelerating power 2065,3065: electrostatic lens 2066,3067,3068: ion beam 3066: electrostatic deflection electrode

Claims (8)

被加工物にイオンビームを照射して該被加工物を加工するに際し、該被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じ、該被加工物に照射する時間を制御して加工するイオンビーム加工方法において、
前記イオンビームを、加工を必要とする位置でのみ照射する間欠照射によって加工する工程を有することを特徴とするイオンビーム加工方法。 When processing the workpiece by irradiating the workpiece with the ion beam, the time for irradiating the workpiece according to the processing amount obtained in advance by the difference between the measured shape and the set shape for the workpiece In an ion beam processing method for controlling and processing
An ion beam processing method comprising a step of processing the ion beam by intermittent irradiation in which irradiation is performed only at a position where processing is required. 前記間欠照射は、機械的シャッターを用い、前記イオンビームの前記被加工物に対する照射をＯＮ／ＯＦＦさせることによって行われることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工方法。   The ion beam processing method according to claim 1, wherein the intermittent irradiation is performed by turning on / off irradiation of the workpiece with the ion beam using a mechanical shutter. 前記間欠照射は、前記イオンビームを前記被加工物に対して照射するイオンビームガンの加速電極にかかる電圧をＯＮ／ＯＦＦさせることによって行われることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工方法。   2. The ion beam processing method according to claim 1, wherein the intermittent irradiation is performed by turning on / off a voltage applied to an acceleration electrode of an ion beam gun that irradiates the workpiece with the ion beam. . 前記間欠照射は、前記イオンビームを前記被加工物に対して照射するイオンビームガンの静電偏向電極にかかる電圧をＯＮ／ＯＦＦさせることによって行われることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工方法。   2. The ion beam according to claim 1, wherein the intermittent irradiation is performed by turning on and off a voltage applied to an electrostatic deflection electrode of an ion beam gun that irradiates the workpiece with the ion beam. Processing method. 被加工物にイオンビームを照射して該被加工物を加工するに当たり、被加工物に対する測定形状と設定形状との差によって予め求められた加工量に応じ、該被加工物に照射する時間を制御して加工する手段を有するイオンビーム加工装置において、
前記イオンビームを加工を必要とする位置でのみ照射する間欠照射手段を有することを特徴とするイオンビーム加工装置。 In processing the workpiece by irradiating the workpiece with an ion beam, the time to irradiate the workpiece is set according to the processing amount obtained in advance by the difference between the measured shape and the set shape for the workpiece. In an ion beam processing apparatus having means for controlling and processing,
An ion beam processing apparatus comprising intermittent irradiation means for irradiating the ion beam only at a position requiring processing. 前記間欠照射手段が、前記イオンビームの前記被加工物に対する照射のＯＮ／ＯＦＦを可能とした機械的シャッターによって構成されていることを特徴とする請求項５に記載のイオンビーム加工装置。   6. The ion beam processing apparatus according to claim 5, wherein the intermittent irradiation means is configured by a mechanical shutter that enables ON / OFF of irradiation of the workpiece with the ion beam. 前記間欠照射手段が、前記イオンビームを前記被加工物に対して照射するイオンビームガンの加速電極にかかる電圧をＯＮ／ＯＦＦさせる手段によって構成されていることを特徴とする請求項５に記載のイオンビーム加工装置。   6. The ion according to claim 5, wherein the intermittent irradiation means includes means for turning on / off a voltage applied to an acceleration electrode of an ion beam gun that irradiates the workpiece with the ion beam. Beam processing equipment. 前記間欠照射手段が、前記イオンビームを前記被加工物に対して照射するイオンビームガンの静電偏向電極にかかる電圧をＯＮ／ＯＦＦさせる手段によって構成されていることを特徴とする請求項５に記載のイオンビーム加工装置。   The said intermittent irradiation means is comprised by the means to turn ON / OFF the voltage concerning the electrostatic deflection electrode of the ion beam gun which irradiates the said ion beam with respect to the said workpiece. Ion beam processing equipment.
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