JPH11228192A

JPH11228192A - 光学材料を金属マウント部にはんだ付けする方法及び装着後の組立体

Info

Publication number: JPH11228192A
Application number: JP10222709A
Authority: JP
Inventors: Hubert Holderer; ヒュベルト・ホルデラー; Johannes Deyhle; ヨハネス・デイーレ; Ulrich Dietenmeier; ウルリッヒ・ディーテンマイアー
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1997-08-18
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 1999-08-24
Also published as: EP0901992B1; KR19990023175A; DE59808135D1; US6392824B1; EP0901992A2; TW579371B; KR100509181B1; DE19735760A1; EP0901992A3

Abstract

(57)【要約】【課題】はんだ付け工程の間の圧力負荷を含めた応力
や熱応力によって、材料の耐久性と光学的機能に著しく
大きな危険が及ばないように、それらの応力をはんだ付
け工程の前後を通じて最小に保持する。【解決手段】透明材料、特に石英ガラス又はフッ化カ
ルシウムから成る部材（１）と、その部材にはんだ付け
される金属部材（２）とから構成され、はんだ接合部分
の領域に、部材（１）の透明材料と、皮膜層（１１）
と、浸出防止層（１２）と、第１の酸化保護層（１３）
と、好ましくは第２の酸化保護層（２３）と、はんだ
（２２）と、必要に応じて湿潤補助層（２１）と、金属
部材（２）の金層とから成る積層構造があり、層（１１
〜２３）の間にそれぞれ遷移部分があり、特にはんだで
は通常見られるように、場合によっては２つの酸化保護
層（１３，２３）ははんだ（２２）の中へ浸出するよう
な組立体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透明材料、特に石
英ガラス又はフッ化カルシウムから成る部材を金属部材
に接合する方法並びに透明材料、特に石英ガラス又はフ
ッ化カルシウムから成る部材と、その部材にはんだ付け
される金属部材とから構成される組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドイツ特許第３８２７３１８Ａ号から
は、亜鉛又は亜鉛と金又は銀で被覆されたアルミニウム
から成る中間リングに特にニッケル・鉄合金によって石
英ガラスをはんだ付けする方法が知られている。これら
の部材を炉の中で約６００℃の温度ではんだ付けする。
この特許出願の目標は接合部分の密封に置かれている。
日本特許第１／２１５７４５Ａ号（ＤｅｒｗｅｎｔＷ
ＰＩ抄録）は、１００℃を越える温度の加圧下で、イン
ジウム，亜鉛，炭化ケイ素及び炭素からなるはんだによ
り石英ガラスを金属と炉内はんだ付けする方法を説明し
ている。積層構造は設けられていない。応力ははんだ層
によって減少する。日本特許第５８／１２０５７８Ａ号
（ＤｅｒｗｅｎｔＷＰＩ抄録）によれば、石英，ホウ
ケイ酸ガラス又は他の材料を好ましくはペーストの焼き
付けによって貴金属から成る膜で被覆する。金属部材は
チタン又はジルコニウムで被覆され、続いて銀はんだ又
は銀・銅はんだで被覆される。双方の部材を組み合わ
せ、真空中又は保護ガスの中で加熱する。この場合、使
用する硬質はんだは必ず高温を必要とする。部材は複雑
な形状であり且つ多孔質又は海綿状であるのが好まし
い。光学要素についての記述はない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光学要素をマウント部
にはんだ付けできるようにする技術が求められている。
さらに、薄い光学層のみならず、たとえば、光学ガラ
ス，石英ガラス，フッ化カルシウム又はその他のフッ化
物などのレンズ材料自体をも保護するために、約２００
℃以下から１５０℃以下の低い処理温度を維持しなけれ
ばならない。同時に、はんだ付け工程の間の圧力負荷を
含めた応力や熱応力によって、材料の耐久性と光学的機
能に著しく大きな危険が及ぶことから、それらの応力を
はんだ付け工程の前後を通じて最小に保持すべきであ
る。また、約１０Ｎ／mm² を上回る引張りせん断強さに
よって、接合部分の十分な強度を実現しなければならな
い。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、部材の接合領
域に皮膜層と、はんだ付け可能浸出防止層とを塗布し、
金属部材にはんだ層を形成し、部材と金属部材を互いに
対して位置決めし、それらを共にはんだ層の溶融温度ま
で加熱することを特徴とする。本発明組立体は、はんだ
接合部分の領域に、部材の透明材料と皮膜層と、浸出防
止層と、好ましくは第１の酸化保護層と、好ましくは第
２の酸化保護層と、はんだと、必要に応じて湿潤補助層
と、金属部材の金属とから成る積層構造があり、各層の
間にそれぞれ遷移部分があり、特にはんだでは通常見ら
れるように、場合によっては２つの酸化保護層がはんだ
の中へ浸出することを特徴とする。

【０００５】全ての組立て部分を共通の温度ではんだ付
けすることで、熱応力は最小に保持されるが、これは低
温溶融はんだによって支援される。双方の部材の第１の
層構造は、従来は特にレンズの光学面等に著しく大きな
危険を及ぼしていた融剤の使用を回避して取り扱いを容
易にする酸化防止層をそれぞれ含み、強度の向上に有用
である。以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説
明する。

【０００６】

【発明の実施の形態】透明材料から成る部材１は、図示
した実施形態においては、レンズ、特にマイクロリソグ
ラフィ用投影露光装置の一部である石英ガラス又はフッ
化カルシウムから成る精密ＵＶレンズである。そのよう
な光学系は、個々のレンズの形状変化又は応力複屈折な
どの障害の影響をきわめて受けやすい。特にフッ化カル
シウムという材料は、その結晶構造の関係上、工作物の
温度差に対しても破壊を引き起こしやすい。また、変質
を避けるためには、高価値のレンズ上の反射防止層（図
示せず）も熱によって損傷されてはならない。

【０００７】レンズマウント部２はこのような必要条件
に適合している。レンズ１は薄膜被覆装置で皮膜層１１
と、はんだ付け可能浸出防止層１２と、第１の酸化保護
層１３とによって被覆されている。これらの層による被
覆は、レンズ１の光学的に利用される面を信頼性をもっ
て覆うマスクを使用して、真空蒸着装置において実施さ
れる。低温でも付着性の良い層を形成するスパッタリン
グは、特に適した薄膜技術であることがわかっている。

【０００８】マウント部として機能する部材２には、予
めはんだ２２が設けられる。しかし、低温で溶融するは
んだを高級鋼から成る金属部材２と接合できるようにす
るために、金属部材２の上に湿潤補助層２１が塗布され
ている。また、その次に塗布されるはんだ層２２は酸化
保護層２３で被覆されるのが好ましい。これにより、各
層で被覆された部材２をはんだを損なわずに取り扱い、
加熱することができる。はんだ層２２の厚さは約１００
μｍであるので、はんだ層の製造時にスパッタリングな
どの薄膜技術を適用するのは実用的ではない。従って、
３つの層２１から２３の全ては電気メッキにより塗布さ
れるのが好ましい。３つの層の全てに同じ被覆技術を利
用することには、処理上の大きな負担もなく、酸化を引
き起こすおそれのある保管時間を経過することなく、そ
れらの層を相次いで形成できるという大きな利点があ
る。

【０００９】必要に応じて調整装置や保持装置を使用し
て、各々の層で被覆されたレンズ１とマウント部２を互
いに対して位置決めし、炉３の中に入れる。炉の内部空
間４はＮ₂ 又は他の保護ガスで充満されているのが好ま
しい。はんだ２２の溶融温度に達するまで、（電気）加
熱棒３１によって炉３を加熱する。はんだは双方の酸化
保護層２３、１３や、主に散乱防止層１２と共に合金を
形成し、接合領域で透明部材１（レンズ）の面を湿潤さ
せる。

【００１０】１例として、表１は各層の好ましい材料と
厚さを示す。

【００１１】この場合、溶融温度は１８３℃である。加
熱は１５分間行われ、室温への冷却は３０分間行われ
る。接合部分の引張りせん断強さは１５ＭＰａになる。
透明部材である石英ガラスにもフッ化カルシウムの場合
と同じ層が適しており、さらに、マウント部の材料であ
る純アルミニウムやチタンについても同様である。マウ
ント部の材料が黄銅又は銅である場合には、湿潤補助層
２１は不要である。フッ化カルシウムの代わりに石英ガ
ラスを使用すれば、さらに大きな熱負荷に耐えられるの
で、炉を使用せず、たとえば、誘導方式加熱板、赤外線
放射装置などにより加熱を行うことができる。はんだと
しては、たとえば、１１８℃で溶融する５２Ｉｎ４８Ｓ
ｎや、１４９℃で溶融する８０Ｉｎ１５Ｐｂ５Ａｇのよ
うに、融点の低い他の合金も考えられる。酸化保護層１
３，２３としては、はんだ２２又は浸出防止層１２に対
して不動態である周知のあらゆる層が考えられる。層の
厚さが様々に異なっていて良いことは言うまでもない。
特にはんだ層２２の厚さは、透明部材１と金属部材２と
の接合面の許容差に適合させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従った層を有するレンズ及びマウン
ト部を炉の中に入れた状態を概略的に示す。

【符号の説明】

１…レンズ、２…レンズマウント部、３…炉、１１…皮
膜層、１２…浸出防止層、１３…第１の酸化保護層、２
１…湿潤補助層、２２…はんだ層、２３…第２の酸化保
護層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウルリッヒ・ディーテンマイアードイツ連邦共和国・ディ−73466・ラウヒハイム・アーレナーガッセ・14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明材料、特に石英ガラス又はフッ化カ
ルシウムから成る部材（１）を金属部材（２）に接合す
る方法において、部材（１）の接合領域に皮膜層（１１）と、はんだ付け
可能浸出防止層（１２）とを塗布し、金属部材（２）にはんだ層（２２）を形成し、部材（１）と金属部材（２）を互いに対して位置決め
し、それらを共にはんだ層（２２）の溶融温度まで加熱する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】溶融温度は２００℃以下、好ましくは１
２０℃以下であることを特徴とする請求項１記載の方
法。
【請求項３】少なくとも浸出防止層（１２）とはんだ
層（２２）のいずれかが酸化保護層（１３，２３）によ
り被覆されることを特徴とする請求項１又は２記載の方
法。
【請求項４】はんだ層（２２）は電気メッキにより塗
布されることを特徴とする請求項１から３の少なくとも
１項に記載の方法。
【請求項５】金属部材（２）には湿潤補助層（２１）
と、はんだ層（２２）と、酸化保護層（２３）とが好ま
しくはそれぞれ電気メッキにより形成されることを特徴
とする請求項１から４の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項６】透明材料から成る部材（１）は薄膜技
術、特にスパッタリングにより積層されることを特徴と
する請求項１から５の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項７】溶融温度への加熱は炉（３）の中で行わ
れることを特徴とする請求項１から６の少なくとも１項
に記載の方法。
【請求項８】部材（１）と金属部材（２）を共に、特
に炉（３）の中で、室温まで冷却することを特徴とする
請求項１から７の少なくとも１項に記載の方法。
【請求項９】透明材料、特に石英ガラス又はフッ化カ
ルシウムから成る部材（１）と、その部材にはんだ付け
される金属部材（２）とから構成される組立体におい
て、はんだ接合部分の領域に、部材（１）の透明材料と皮膜層（１１）と、浸出防止層（１２）と、好ましくは第１の酸化保護層（１３）と、好ましくは第２の酸化保護層（２３）と、はんだ（２２）と、必要に応じて湿潤補助層（２１）と、金属部材（２）の金属と、から成る積層構造があり、上
記層（１１〜２３）の間にそれぞれ遷移部分があり、特
にはんだでは、場合によっては２つの酸化保護層（１
３，２３）ははんだ（２２）の中へ浸出することを特徴
とする組立体。
【請求項１０】皮膜層（１１）はＣｒ，Ａｌ又はＴｉ
Ｗから形成されていることを特徴とする請求項９記載の
組立体。
【請求項１１】浸出防止層（１２）はニッケルから形
成されていることを特徴とする請求項９記載の組立体。
【請求項１２】第１の酸化保護層（１３）は金から形
成されていることを特徴とする請求項９記載の組立体。
【請求項１３】第２の酸化保護層（２３）は金から形
成されていることを特徴とする請求項９記載の組立体。
【請求項１４】はんだ（２２）は亜鉛合金又はインジ
ウム合金から形成されていることを特徴とする請求項９
記載の組立体。
【請求項１５】湿潤補助層（２１）はＮｉ又はＣｕか
ら形成されていることを特徴とする請求項９記載の組立
体。
【請求項１６】金属部材（２）の金属は鋼又は鉄・ニ
ッケル合金から形成されていることを特徴とする請求項
９記載の組立体。
【請求項１７】一方の部材（１）は光学要素、たとえ
ば、光学レンズ、ミラー又はプリズムであることを特徴
とする請求項９から１６の少なくとも１項に記載の組立
体。
【請求項１８】金属部材（２）はマウント部であるこ
とを特徴とする請求項１７記載の組立体。