JP2007512434A - 電鋳による冷却および熱交換システムの製造 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率を高めること。
【解決手段】エネルギーの発生および熱交換システム（例えば反応容器、燃焼室）、推進システム（例えばロケットエンジン）および通信（例えば光学的望遠鏡）で使用される金属部品を製造するための方法である。この方法は、表面を有する物体（例えば、異形マンドレル）を設けるステップと、第１の電鋳作業を実行し、前記表面に金属材料（例えば、ニッケル、銅）を備えた第１金属層を形成するステップと、非導電性材料（例えば、ＰＭＭＡ）を含む第１マスク層を前記第１金属層上に形成するステップと、前記第１マスク層にパターン形成し、第１金属層よりも上の前記非導電性材料を除去した、細長い寸法の複数の第１リセスを前記第１マスク層に設けるステップと、前記金属材料を使って第２電鋳作業を実行し、前記第１リセスに前記金属材料を充填し、前記第１マスク層よりも上にあって、前記第１マスク層の表面全体またはその一部を覆い、少なくとも第１の所定の厚みに延び、前記金属材料を含む第２金属層を形成するステップとを備える。この方法は、非導電性材料を含む第２マスク層を前記第２金属層上に形成するステップと、前記第２マスク層にパターン形成し、第２金属層よりも上の前記非導電性材料を除去した、細長い寸法の複数の第２リセスを前記第２マスク層に設けるステップと、前記金属材料を使って第３電鋳作業を実行し、前記第２リセスに前記金属材料を充填し、少なくとも第２の所定の厚みに延び、前記第２マスク層の表面全体またはその一部を覆う、前記金属材料を含む第３金属層を形成するステップとを備えることができる。非導電性材料およびマンドレルを除去するので、冷却用または熱交換用チャンネルを有する単一または多数の層を備えた部品を製造でき隣接する層内のチャネルは、互いに直角方向に延びる。
【選択図】図１

Description

本発明は種々の形態の業界のための部品に関し、より詳細には、電鋳により冷却および熱交換システムを製造することに関する。

使用時に高温および／または高圧となっている流体との接触を通して、高温に曝されたり、高温となったりする（一般には金属製の）部品を使用することに関係する多数の技術が存在する。かかる部品として、エネルギーの発生および熱交換システム、ならびに推進システムで使用される部品を挙げることができる。特定の例として、反応容器、燃焼室およびロケットエンジンがある。一般に、かかる部品を冷却したり、ある流体から別の流体に熱交換が行われる部品を提供するニーズがある。

公知のシステムを用いた場合の問題は、冷却または熱交換のレートが所望する値より低いので、かかるシステムの効率が可能な値程度に高くないことである。

別の問題は、部品およびシステムを製造するための従来の方法が、統合された冷却／熱交換要素を用いた、および必要な材料における種々の形態の部品の製造に適していないこと、すなわち従来の製造方法の結果、妥協的な設計をするための部品のコストが大幅に増加することである。

上記の問題を克服し、製造プロセスおよび部品を改善する製造技術が求められている。更に、かかる部品を低コストで製造するための技術が求められている。

本発明は、表面を有する物体を設けるステップと、第１の電鋳作業を実行し、前記表面に金属材料を備えた第１金属層を形成するステップと、非導電性材料を含む第１マスク層を前記第１金属層上に形成するステップと、前記第１マスク層にパターン形成し、第１金属層よりも上の前記非導電性材料を除去した、細長い寸法の複数の第１リセスを前記第１マスク層に設けるステップと、前記金属材料を使って第２電鋳作業を実行し、前記第１リセスに前記金属材料を充填し、前記第１マスク層よりも上にあって、前記第１マスク層の表面全体またはその一部を覆い、少なくとも第１の所定の厚みに延び、前記金属材料を含む第２金属層を形成するステップとを備えた、金属部品を製造するための方法を提供するものである。

前記物体は、基板を備え、前記表面は、前記基板の平坦な、または実質的に平坦な表面を備える。または前記物体は、異形マンドレル（このマンドレルは、例えば機械加工により正当な範囲内で任意の形状でよい）含み、このマンドレルは、前記表面を（例えばネガとして）構成し、該表面は、例えば円筒形、円錐形、放物形、双曲線形、楕円形または球形である。

本方法は、前記第２金属層を機械加工し、均一な厚みの第２金属層を形成するステップを備え、よって前記第２金属層は上部表面を有する。本方法は、物体を除去すると共に前記第２マスク層の前記非導電性材料を除去し、よって前記非導電性材料が除かれた内部に細長い第１チャンネルが延びる金属部品を製造するステップを更に備える。

本発明の別に様相によれば、本方法は、非導電性材料を含む第２マスク層を前記第２金属層上に形成するステップと、前記第２マスク層にパターン形成し、第２金属層よりも上の前記非導電性材料を除去した、細長い寸法の複数の第２リセスを前記第２マスク層に設けるステップと、前記金属材料を使って第３電鋳作業を実行し、前記第２リセスに前記金属材料を充填し、少なくとも第２の所定の厚みに延び、前記第２マスク層の表面全体またはその一部を覆う、前記金属材料を含む第３金属層を形成するステップとを備える。

本方法は、前記第３金属層を機械加工し、均一な厚みの第３金属層を形成するステップを備えることが好ましく、この第３金属層は、上部層を有する。本方法は、物体を除去すると共に前記第１マスク層および前記第２マスク層の非導電性材料を除去し、よって前記第１マスク層の非導電性材料が除かれた内部に延びる細長い第１チャンネルを有すると共に、前記第２マスク層の非導電性材料が除去された、内部に延びる細長い第２チャンネルを有する金属製部品を製造するステップを更に備えることが好ましい。

種々のパターン構造が可能であり、従って
（ａ）前記第１リセスのほうが前記第２リセスよりも幅が広いか、またはこの逆であり、および／または
（ｂ）前記細長い第１チャンネルのほうが前記細長い第２チャンネルよりも幅が広いか、またはこの逆となるか、および／または
（ｃ）前記細長い第１チャンネルおよび／または前記細長い第２チャンネルがそれぞれの円周方向に沿って幅または厚みにテーパが付いており、および／または
（ｄ）前記細長い第１チャンネルの円周方向が前記細長い第２チャンネルの円周方向に対して所定の角度、例えば直角となっており、および／または
（ｅ）前記細長い第１チャンネルおよび／または前記細長い第２チャンネルには突起、側壁リセスおよび／またはバッフルが設けられ、よってかかるチャンネルを通過する直線状でない流れが得られるように、前記第１マスク層にパターン形成するステップおよび／または前記第２マスク層にパターン形成するステップを実行する。

一実施例では、第１金属層、第１マスク層および第２金属層が所定の二次元状第１領域を覆って延びるように、第１電鋳作業を実行するステップ、第１マスク層を形成するステップ、前記第１マスク層にパターン形成するステップ、および第２電鋳を実行するステップを実行し、第２金属層、第２マスク層および第３金属層が所定の二次元状第２領域を覆って延びるように第２マスクを形成するステップ、前記第２マスク層にパターン形成するステップ、および第３電鋳作業を実行するステップを実行し、前記二次元状第２領域を前記二次元状第１領域よりも広くする。

前記第１金属層の厚みが約１００〜２００μｍとなるように前記第１電鋳作業を実行することが好ましい。前記所定の厚みが少なくとも前記第１金属層の厚みとなるように、前記第２電鋳作業を実行し、前記機械加工ステップが、前記第１金属層の厚みに等しいか、ほぼ等しい厚みまで前記第２金属層を機械加工することが好ましい。

上記とは異なり、ある時間にわたって前記第１電鋳作業を実行し、前記第１金属層の厚みが少なくとも前記第１マスク層の厚みと同じ厚みとなり、例えば１〜２ｍｍまたはそれ以上とする。ある時間にわたって前記第２電鋳作業を実行し、前記第２金属層の厚みが少なくとも前記第１マスク層の厚みと同じ厚みとなり、例えば１〜２ｍｍまたはそれ以上とする。

第１マスク層を形成するステップは、前記第１金属層を１〜２ｍｍの厚みまで、前記非導電性材料でコーティングすることが好ましい。前記第２マスク層を形成するステップは、前記第２金属層を１〜２ｍｍの厚みまで、または第１マスク層の厚みよりも厚い厚みまで、非導電性材料でコーティングすることが好ましい。

前記物体および／または前記非導電性材料を除去するステップは、溶剤内に前記非導電性材料を溶解すること、または前記非導電性材料を溶融することが好ましい。

一実施例では、前記物体は、例えばスチール、銅または青銅から構成された金属部品である。（例えば、冷却のための）チャンネルの電鋳システムは、物体に取り付けられたままであり、新しい部品を形成する。

電鋳で使用される前記金属製材料は、ニッケル、銅、キュプロニッケル、セラミック粉末を含有するニッケルまたはセラミック粉末を含有する銅、もしくは鉄および／またはコバルトを含有する合金でよい。最終部品の強度が優先される場合、一般にニッケルが使用され、部品の熱伝達度が良好であることが重要である場合には、銅が使用される。

一実施例では、前記第２電鋳作業で使用される金属材料は、前記第１電鋳作業で使用される金属材料と異なりおよび／または第３電鋳作業で使用される金属材料は前記第２電鋳作業で使用される金属材料と異なる。

第１マスク層を形成するステップおよび／または第２マスク層を形成するステップで使用される前記非導電性材料は、低融点ポリマー、例えばポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）または微小結晶ワックスを含むことが好ましい。

本発明の別に様相によれば、請求項１〜２０のいずれかに記載の方法によって得られる金属部品が提供される。

本発明または本発明の実施例の利点として、広範な部品を製造するのに適していることを挙げることができ、一体的な冷却／熱交換システムを提供できるという特別な利点がある。例えば電鋳により、製造プロセス中に一体的に形成された冷却チャンネルを有する金属物体を製造することが可能である。また、外部の寸法または表面仕上げに関して妥協することなく、内部冷却ダクトを有する肉薄の部品（例えばＸ線または高エネルギーＵＶミラー、または望遠鏡）を製造したり、構造的な一体性に関して大きな妥協を払うことなく、一体化された細いチューブまたは冷却チャンネルを内部に有する肉厚部分（例えば燃焼室、反応器、ロケットエンジン）を製造することも可能である。

別の利点は、種々のスケール（寸法）で冷却／熱交換効率を高めた部品およびシステムを製造できることである。

更に別の利点は、本発明またはその実施例に従って製造された部品およびシステムは、従来の方法では得られなかった複雑な熱流パターンを発生できることである。極端に小さい、チューブ（冷却／熱交換チャンネル）寸法およびチューブ間の肉厚を使用することが可能である。これら寸法は、例えばμｍのオーダーとすることができ、更に細いチューブ（チャンネル）を有する多数の層を使用することにより、１本の太いチューブよりも接触表面積を広くすることが可能であり、このことは冷却／熱交換のレートにとって重要なことである。更に、所定の実施例によれば、長手方向にわたってチューブ（チャンネル）の幾何学的形状を変えることができ、例えばチューブにテーパを付けることにより、長手方向に沿ってアスペクト比が変化するチューブ、および絞り部、バッフル部などを有するチューブを製造できる。

以上で、冷却／熱交換性能に関連する利点について説明したが、本発明またはその実施例は中空部分が部品の全体の重量を低減するように、チャンネルのシステムと共に部品を製造できるようにするものである。従って、この効果は、一体的な部品と比較した場合、部品の単位質量当たりの強度を高めることである。このことは、多くの用途、例えば使用時に大きな重力を受ける衛星搭載用のミラーに有利である。

以下、添付図面を参照しながら、例示に基づき本発明について説明する。

以下、広範な工業用および工学的環境において使用するための部品およびシステムを製造するのに適用可能な種々の実施例について説明する。この部品の用途として次の用途を挙げることができる。
（ｉ）高エネルギーレベルが関係する精密光学（例えばＥＵＶリソグラフィ、シンクロトロン、ソーラー濃縮）
（ｉｉ）高温閉じ込め容器、例えば燃焼室、ロケットノズル
（ｉｉｉ）高温環境内での高エネルギー伝達体（例えば球状トコマク中心コア）
（ｉｖ）マイクロ熱交換器
（ｖ）熱シールドおよび温度を均一にする用途

しかしながら、本発明は、冷却または熱交換流体（本明細書では冷却または熱交換システムとも称す）が通過するための部品、すなわちそれぞれの層における一組のチャンネルまたはダクト、もしくは多数の（例えば連通する）組のチャンネルまたはダクトを製造すること（もしくは現存する部品にこれら部品を提供すること）が好ましい任意の用途にも適用できる。

図１を参照すると、この図は本発明の実施例に係わる金属部品の製造における処理ステップを示す。図１（ａ）に示されるように、１つの物体の全体が番号１０２で表示されている。この場合、この物体は上部表面１０６を有する、金属、例えばアルミニウムまたはスチール（もしくは金もしくはルテニウムのような金属でコーティングすることが適当な場合はセラミック）で形成された基板、すなわちベース層１０４を含む。しかしながら、所定の実施例では、この物体は異形マンドレル、雌型または別の特徴部を追加すべき、現存する機械的な部品でよい。例えば凹状の放物反射面を有する光学的望遠鏡のミラーの製造にあたり、以下、より詳細に説明するような一体的な冷却／熱交換チャンネルを備えた１つ以上の層を含む（例えば最初の反射層を含む）１つ以上の金属層が形成された、適当に研磨された凸状の放物外側表面を有するようにマンドレルを成形できる。

図１（ｂ）を参照する。基板１０４の上部表面１０６上に第１金属層１０８をデポジットするように、最初の電鋳作業を実行する。当業者にはこの電鋳技術は周知であるので、説明を簡潔にするためにこの技術の詳細については繰り返して説明しない。第１金属層１０８の金属は、ニッケル、銅または電鋳に適したその他の任意の金属でよい。この電鋳作業にかかる時間は必要とされる第１金属層１０８の厚みｔ１に応じて決まる。この層は１００〜２００μｍの厚さでもよいし、ある値のミリメートルでもよいが、特定の用途または製造すべき部品に応じてこの値よりも厚くてもよいし、薄くてもよい。

このステップの後に、第１金属層１０８の頂部表面１１０に第１マスク層１１２を形成するステップ（図１（ｃ））が続く。この第１マスク層１１２は当業者に周知のようにポリマーシートを接着（糊付け）することによって適当に形成される（もしくは溶解した、または溶融された材料をキャストすることによって形成してもよい）。この第１マスク層１１２は、低融点材料、例えばＰＭＭＡを適当に含むが、その他の材料も使用できる。第１マスク層１１２は用途に応じて種々の厚み（ｔ２）に形成できる。この厚みは１ｍｍまたは２ｍｍでもよいし、例えば第１金属層１０８の大きさ、もしくはその厚みｔ１よりも厚くてもよい。

次に精密フライス加工機械または旋盤を使って第１マスク層１１２にパターンを形成すると、その結果、図１（ｄ）に示される製品が得られる。この方法と異なり、レーザーカッティング装置または光学的リソグラフィプロセスを使用できる。このパターン形成ステップは選択された領域で、第１金属層１０８の表面１１０よりも上にある第１マスク層１１２の材料を除去し、（図１（ｄ）内の紙内まで延びる）細長い第１リセス１１４を発生する。この細長い第１リセス１１４の幅（ｗ１）は用途に応じて大きく変わることができ、例えば第１マスク層１１２の厚みｔ２の０.５〜１.０倍でよい。しかしながら、この幅は、（ａ）機械加工により数百μｍ以上（例えば約３００μｍより大）とするか、（ｂ）レーザーカッティングにより（例えば約２０μｍよりも大きい）数十μｍとするか、（ｃ）リソグラフィにより（例えば約１μｍよりも大きい）数μｍとすることができる。幅に関する上限は正当な範囲内の任意の値、例えば数センチメートルまでの数ｍｍとなり得る。

その後、第２の電鋳作業を実行する。この作業は第１電鋳と同じ金属（ニッケル）を使って適当に行うことができるが、異なる材料を使用してもよい。図１（ｅ）に示されるように、この第２電鋳作業は第１の細長いリセス１１４が完全に電鋳金属で満たされる程度まで実行され、金属は一般にオーバーフローし、膨張部１１８を一般に形成する。この膨張部は、融合し、ｔ３で示される最も狭いポイントにおいて所定の厚みを有する凹凸のある上部金属層１２０を形成する。

次に電子的に制御された適当な工作機械を使って、凹凸のある上部金属層１２０を機械加工し、図１（ｆ）に示されるように、フラットまたは実質的に平らな上部表面１２２を形成する。従って、厚みｔ４（ここでｔ４≦ｔ３である）を有する第２金属層１２４が形成される。一般にｔ４＝ｔ１であるが、用途によってはｔ４＜ｔ１またはｔ４＞ｔ１とすることも可能である。この段階において、基板１０４に付着し、一連の細長い第１チャンネル１２６を有する平行な外側層を有する金属構造が生じ、チャンネルは第１側壁１２８によって分離され、ポリマー（ＰＭＭＡ）で充填されている。この場合に、側壁１２８の表面１３０は平らである。この中間生成物を更に処理する方法は、数種の形態をとり得る。

図２は本発明の第１実施例に係わる、全体が番号２００で表示された第１タイプの金属部品を製造する技術を示す。ここで図１（ａ）〜（ｆ）の処理の後で、適当な高温にて（例えばオーブン内にて）溶融するか、または適当な（例えば有機）溶剤、例えばクロロフォルム内で溶解することによって、基板１００の材料および細長い第１チャンネル１２６内のポリマーを除去する。部品２００は、平行な表面１２２、２０２を有し、これら表面を貫通する一連の細長い空の第１チャンネル１２６を有する。基板が金属基板である場合、一般に機械的な分離によってこの基板を除去する。

部品２００は、平坦な構造を有するように示されているが、当業者であれば、プロセスの開始時に使用される物体またはマンドレルの形状に応じて球形、円錐形、放物形、双曲線形などの構造またはその一部を形成してもよい。

図３は、本発明の第２実施例に係わる、全体が番号３００で表示された第２タイプの金属部品を製造する技術を示す。このプロセスは以下に説明することを除けば、第１実施例と同じでよい。この場合、図１（ｆ）に示される時点の後で、このステップの後に第２金属層１２４の頂部表面上に第２マスク層を形成する。この第２マスク層１１２は当業者に公知のようにポリマーシートを接着（糊付け）することによって適当に形成される（もしくは溶解された材料をキャストするか、または溶融することによって第２マスク層１１２を形成してもよい）。この第２マスク層１１２は低溶融点材料、例えばＰＭＭＡを適当に含むが、他の材料を使用してもよい。用途によってはこの第２マスク層１２を種々の厚み（ｔ５）に形成してもよい。このマスク層は１ｍｍまたは２ｍｍの大きさとするか、または例えば第１金属層１０８の厚みｔ１または第２金属層１２４の厚みｔ４の大きさ、もしくはそれよりも大きくすることができる。

次に、精密フライス切削機械または旋盤を使って第２マスク層のパターン形成を行い、その結果、図１（ｄ）に示される形状に類似した形状が得られる。この方法とは異なり、レーザーカッティング機械または光学的リソグラフィプロセスを使用することもできる。このパターン形成ステップは選択された領域にある、第２金属層１２４の表面１２２よりも上にある第２マスク層材料を除去し（図１の紙内まで延びる）細長い第２リセスを形成する。用途によっては細長い第２リセスの幅ｗ２は大きく変化でき、例えば第２マスク層１１２の厚みｔ５の０.５〜１.５倍とすることができる。しかしながら、この幅は（ａ）機械加工により数百μｍ以上（例えば約３００μｍより大）とするか、（ｂ）レーザーカッティングにより（例えば約２０μｍよりも大きい）数十μｍとするか、（ｃ）リソグラフィにより（例えば約１μｍよりも大きい）数μｍとすることができる。幅に関する上限は正当な範囲内の任意の値、例えば数センチメートルまでの数ｍｍとなり得る。

前と同じように、フラットまたは実質的に平らな上部表面１２２を形成するように電子的に制御された適当な工作機械を使って、凹凸のある上部金属層１２０を機械加工する。従って、厚みｔ４（ここでｔ４≦ｔ３である）を有する第２金属層１２４が形成される。一般にｔ４＝ｔ１であるが、用途によってはｔ４＜ｔ１またはｔ４＞ｔ１とすることも可能である。この段階において、基板１０４に付着し、一連の細長い第１チャンネル１２６を有する平行な外側層を有する金属構造が生じ、チャンネルは第１側壁１２８によって分離され、ポリマー（ＰＭＭＡ）で充填されている。この場合に、側壁１２８の表面１３０は平らである。

この結果、図３の構造が得られる。この構造から、前と同じように（ここでは平行な）細長い第１チャンネル１２６および細長い第２チャンネル３０６を有する物体（基板、マンドレル）を除去することができ、これらチャンネルを使って（これらに流体を流すことにより）部品３００の熱交換／冷却を行うことができる。

図４は本発明の第３実施例に係わる、全体が番号４００で示された第３タイプの金属部品を製造する技術を示す。ここで、このプロセスは図３の実施例を同じであるが、形成されるリセス、従ってその結果生じる細長い第２チャンネル３０６が、細長い第１チャンネル１２６の方向に対して横方向（すなわち９０度であるが、その他の適当な角度を使用することもできる）に延びるように第２マスク層のパターン形成が行われている点が異なっている。この構造は熱交換システム、例えばクロスフロータイプの熱交換器に特定の用途がある。すなわち、ここでは、各ケースにおいて、例えば適当なポンピングまたは対流により細長い第１チャンネル１２６を高温の流体が通過し、細長い第２チャンネル３０６を低温流体が通過する。このケースでは、部品４００は、銅から適当に製造する。

図５は本発明の第４実施例に係わる、全体が番号５００で示された第４タイプの金属部品を製造する技術を示す。このプロセスは、図３を参照して説明したプロセスと同じであるが、基板１０４上の二次元状第１領域（例えば正方形）上に第１金属層１０８および第２金属層１１２が製造されている点が異なる。しかしながら、第３金属層１２４、第２マスク層（図示せず）および第３金属層３０４は、二次元状第１領域よりも大きい二次元状第２領域の上に製造されている。このようにオーバーラップし、横方向となるか、または三次元状に延び得る（矢印Ａ、Ｂによって表示された）流体流を形成することができる。

図６は、本発明の第５実施例に係わる、全体が番号６００で表示された第５タイプの金属部品を製造する技術を示す。この技術は高強度が必要とされる比較的薄肉部品を製造するのに使用される。この場合、このプロセスは図２を参照して説明したプロセスと同じであるが、長時間にわたって第２電鋳作業を実行する点が異なっている。この結果、第２金属層１２４の厚みｔ４は第１金属層１０８の厚みｔ１よりも厚くなり、例えば細長い第１チャンネル１２６の厚みｔ２の１〜２倍となる。例えば厚みｔ４は部品の用途に応じて１〜２ｍｍから１〜２ｃｍ、またはそれ以上のいずれかとなり得る。当業者であれば理解できるように、逆の構造にすることも可能である。すなわち第１金属層１０８の厚みｔ１のほうが、同じように第２金属層１２４の厚みｔ４よりも厚くなっている構造とすることもできる。これとは異なり、第１金属層と第２金属層１２４の双方の厚みを厚くすることもできる。

図７は本発明の別の実施例に従いマスク層またはその各々に対して行うことができるパターン形成を示す。長さ方向に沿って横断面の寸法が均一なリセス１１４を形成するために、マスク層１１４を切断するだけでなく、長さ方向に沿って幅が増減するようにリセス１１４’をカットすることもできる。リセス１１４’の一端７０２を他端７０４よりも狭くすることは、最終的に製造される細長いチャンネルが、その長手方向に沿って太いか、または細くなっている寸法を有し得ることを意味する。長手方向に沿って太くなったチャンネルにより、流体が流れるにつれて好ましく膨張でき、冷却／熱交換レートを増すこともできる。

図８（ａ）は本発明の別の実施例に係わるマスク層またはその各々に対して実行できるパターン形成を示す。ここで通常のリセス１１４を製造するだけでなく、頂部リセス８０４を形成するために、頂部表面８０２上にマスク層のパターン形成（カット）を行い、サイドリセス８０８を形成するためにサイド表面８０６上でパターン形成できる。これによって最終的に製造される細長いチャンネルの側壁（１３０、３０８）の構造に影響がおよぶ。図８（ｂ）にはこの影響が示されている。側壁１３０は矢印によって表示されるように、使用時に複雑な流体の流れを発生させるバッフル８１０を有する。かかる複雑な直線状でない流れは冷却／熱交換効率を高めるのを更に補助できる。

本発明の有利な使用の一例として、極短波長紫外線（ＥＵＶ）システムで使用される光学的部品の製造を挙げることができる。かかるシステムで使用される光学部品（例えばミラー）は、一般に真空チャンバ内のＥＵＶ放射線源（例えばプラズマソース）に沿って収納される。リソグラフ用に使用されるＥＵＶ光源の一例は、１００Ｗまたはそれ以上の比較的高い光学パワーで１３.４ｎｍの波長のＥＵＶ放射線を発生する。プラズマソースは一般にミラーのような隣接部品をかなり加熱させる波長を含む波形／波長の所定のレンジ内のエネルギーを一般に放出する。これまでは（例えば空気対流による）冷却は行われず、ミラーの過熱によってミラー表面にかなりの欠陥が生じ、このことはシステムの性能に有害な影響を与え得る。

本発明の適当な実施例に係わる製造技術を使ってこの影響を解消または低減できる。ここで、部品の所望する最終形状（例えば楕円形、放物形；例えばリソグラフィ用には５０ｍｍ〜２００ｍｍの大きさ）のネガ形状を有するマンドレル（例えばガラス）に真空蒸着によりＥＵＶエネルギーの反射に適した材料、例えばルテニウムをまずコーティングする。次に、本発明に係わる上記技術によりルテニウム層上にミラーの残りの部分を（例えばニッケルで）形成する。従ってこのニッケルは冷却チャンネルの１つ以上の層を含む。こうして形成されたミラーは１〜数ｍｍの厚み、例えば２ｍｍの厚みとなり得る。マンドレルからミラー（ニッケル＋ルテニウム層）を機械的に除去し、実質的な別の加工または処理をすることなく、一般にすぐに実装／使用が可能である。

使用に際し、ミラー内に内在させたチャンネルのシステムに冷却流体（例えば水）を通過させることによってミラーを冷却流体できる。作動温度が数千度にも達し得る他の用途（例えばロケットエンジン）と異なり、ミラーは数百度（例えば一般に３００度）の温度で作動し得る。この温度は（他の温度と比較して）極端に高い温度ではないので、ニッケル層内の冷却チャンネルの横断面の寸法はこれに対応してより小さく、すなわちμｍの大きさ、例えば１〜２μｍにすることができる。

しかしながら、当業者であれば、本発明は本明細書に説明した多数の工業的用途だけでなく、本明細書で言及しなかった他の用途にも適用できることが理解できよう。更に、個々の実施例に関連して所定の技術、プロセスのステップ、材料および寸法について説明したが、かかる技術、プロセスのステップ、材料および寸法は、適当に組み合わせて使用することができるし、および／または特定の用途に合わせて変えることができると理解できよう。

（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施例に係わる、金属製部品を製造する処理ステップの１つを示す。 本発明の第１実施例に係わる第１タイプの金属部品を製造する技術を示す。 本発明の第１実施例に係わる第２タイプの金属部品を製造する技術を示す。 本発明の第１実施例に係わる第３タイプの金属部品を製造する技術を示す。 本発明の第１実施例に係わる第４タイプの金属部品を製造する技術を示す。 本発明の第１実施例に係わる第５タイプの金属部品を製造する技術を示す。 本発明の別の実施例に係わるマスク層またはその各々で実行できるパターン形成を示す。 （ａ）本発明の別の実施例に係わるマスク層またはその各々で実行できるパターン形成および（ｂ）部品内に形成されるチャンネルに対する効果を示す。

符号の説明

１０２ 物体
１０４ 基板
１０６ 上部表面
１０８ 第１金属層
１１０ 頂部表面
１１２ 第１マスク層
１１４ リセス
１１６ 電鋳金属
１２６ チャンネル

Claims (21)

1. 表面を有する物体を設けるステップと、
   第１の電鋳作業を実行し、前記表面に金属材料を備えた第１金属層を形成するステップと、
   非導電性材料を含む第１マスク層を前記第１金属層上に形成するステップと、
   前記第１マスク層にパターン形成し、第１金属層よりも上の前記非導電性材料を除去した、細長い寸法の複数の第１リセスを前記第１マスク層に設けるステップと、
   前記金属材料を使って第２電鋳作業を実行し、前記第１リセスに前記金属材料を充填し、前記第１マスク層よりも上にあって、前記第１マスク層の表面全体またはその一部を覆い、少なくとも第１の所定の厚みに延び、前記金属材料を含む第２金属層を形成するステップとを備えた、金属部品を製造するための方法。
2. 前記物体が、（Ａ）基板を備え、前記表面が前記基板の平坦な、または実質的に平坦な表面を備えるか、または（Ｂ）前記物体が異形マンドレルを有し、該マンドレルが、前記表面を（例えばネガとして）構成し、該表面が、例えば円筒形、円錐形、放物形、双曲線形、楕円形または球形である、請求項１記載の方法。
3. 前記第２金属層を機械加工し、均一な厚みの第２金属層を形成するステップを備え、よって前記第２金属層が上部表面を有する、請求項１または２記載の方法。
4. 物体を除去すると共に前記第２マスク層の前記非導電性材料を除去し、よって前記非導電性材料が除かれた内部に細長い第１チャンネルが延びる金属部品を製造するステップを更に備えた、請求項３記載の方法。
5. 非導電性材料を含む第２マスク層を前記第２金属層上に形成するステップと、
   前記第２マスク層にパターン形成し、第２金属層よりも上の前記非導電性材料を除去した、細長い寸法の複数の第２リセスを前記第２マスク層に設けるステップと、
   前記金属材料を使って第３電鋳作業を実行し、前記第２リセスに前記金属材料を充填し、少なくとも第２の所定の厚みに延び、前記第２マスク層の表面全体またはその一部を覆う、前記金属材料を含む第３金属層を形成するステップとを備えた、金属部品を製造するための方法。
6. 前記第３金属層を機械加工し、均一な厚みの第３金属層を形成するステップを備え、よって前記第３金属層が上部表面を有する請求項５記載の方法。
7. 物体を除去すると共に前記第１マスク層および前記第２マスク層の非導電性材料を除去し、よって前記第１マスク層の非導電性材料が除かれた内部に延びる細長い第１チャンネルを有すると共に、前記第２マスク層の非導電性材料が除去された、内部に延びる細長い第２チャンネルを有する金属製部品を製造するステップを更に備えた、請求項６記載の方法。
8. （ａ）前記第１リセスのほうが前記第２リセスよりも幅が広いか、またはこの逆であり、および／または
   （ｂ）前記細長い第１チャンネルのほうが前記細長い第２チャンネルよりも幅が広いか、またはこの逆となるか、および／または
   （ｃ）前記細長い第１チャンネルおよび／または前記細長い第２チャンネルがそれぞれの円周方向に沿って幅または厚みにテーパが付いており、および／または
   （ｄ）前記細長い第１チャンネルの円周方向が前記細長い第２チャンネルの円周方向に対して所定の角度、例えば直角となっており、および／または
   （ｅ）前記細長い第１チャンネルおよび／または前記細長い第２チャンネルには突起、側壁リセスおよび／またはバッフルが設けられ、よってかかるチャンネルを通過する直線状でない流れが得られるように、前記第１マスク層にパターン形成するステップおよび／または前記第２マスク層にパターン形成するステップを実行する、請求項７記載の方法。
9. 第１金属層、第１マスク層および第２金属層が所定の二次元状第１領域を覆って延びるように、第１電鋳作業を実行するステップ、第１マスク層を形成するステップ、前記第１マスク層にパターン形成するステップ、および第２電鋳を実行するステップを実行し、
   第２金属層、第２マスク層および第３金属層が所定の二次元状第２領域を覆って延びるように第２マスクを形成するステップ、前記第２マスク層にパターン形成するステップ、および第３電鋳作業を実行するステップを実行し、
   前記二次元状第２領域を前記二次元状第１領域よりも広くする、請求項７記載の方法。
10. 前記第１金属層の厚みが約１００〜２００μｍとなるように前記第１電鋳作業を実行する、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 前記所定の厚みが少なくとも前記第１金属層の厚みとなるように、前記第２電鋳作業を実行し、前記機械加工ステップが、前記第１金属層の厚みに等しいか、ほぼ等しい厚みまで前記第２金属層を機械加工することを含む、請求項３および請求項３に従属した請求項に記載の方法。
12. ある時間にわたって前記第１電鋳作業を実行し、前記第１金属層の厚みが少なくとも前記第１マスク層の厚みと同じ厚みとなり、例えば１〜２ｍｍまたはそれ以上とする、前の請求項のいずれかに記載の方法。
13. ある時間にわたって前記第２電鋳作業を実行し、前記第２金属層の厚みが少なくとも前記第１マスク層の厚みと同じ厚みとなり、例えば１〜２ｍｍまたはそれ以上とする、前の請求項のいずれかに記載の方法。
14. 第１マスク層を形成するステップが、前記第１金属層を１〜２ｍｍの厚みまで、前記非導電性材料でコーティングすることを含む、前の請求項のいずれかに記載の方法。
15. 前記第２マスク層を形成するステップが、前記第２金属層を１〜２ｍｍの厚みまで、または第１マスク層の厚みよりも厚い厚みまで、非導電性材料でコーティングすることを含む、請求項５および請求項５に従属した請求項に記載の方法。
16. 前記物体および／または前記非導電性材料を除去するステップが、溶剤内に前記非導電性材料を溶解すること、または前記非導電性材料を溶融することを含む、前の請求項のいずれかに記載の方法。
17. 前記物体が、例えばスチール、銅または青銅から構成された金属部品である、前の請求項のいずれかに記載の方法。
18. 電鋳で使用される前記金属製材料が、ニッケル、銅、キュプロニッケル、セラミック粉末を含有するニッケルまたはセラミック粉末を含有する銅、もしくは鉄および／またはコバルトを含有する合金である、前の請求項のいずれかに記載の方法。
19. 前記第２電鋳作業で使用される金属材料が前記第１電鋳作業で使用される金属材料と異なり、および／または第３電鋳作業で使用される金属材料が前記第２電鋳作業で使用される金属材料と異なる、請求項１８記載の方法。
20. 第１マスク層を形成するステップおよび／または第２マスク層を形成するステップで使用される前記非導電性材料が、低融点ポリマー、例えばポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）または微小結晶ワックスを含む、前の請求項のいずれかに記載の方法。
21. 前の請求項のいずれかに記載の方法によって得られる金属部品。

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