DE102011087885B3 - Flash lamp assembly - Google Patents
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- H01J61/90—Lamps suitable only for intermittent operation, e.g. flash lamp
Abstract
Der Erfindung, die eine Blitzlampenanordnung mit mindestens zwei stabförmigen Blitzlampen betrifft, die jeweils eine Längserstreckung aufweisen und zu einem Blitzlampenfeld parallel in einer Ebene zueinander angeordnet und mit einer Halterung mechanisch verbunden sind, liegt die Aufgabe zugrunde, die durch einen Stromfluss in den Blitzlampen hervorgerufenen Kräfte so zu kompensieren, dass sich die mechanische Belastung der Blitzlampen, insbesondere der äußeren Blitzlampen, verringert. Dies wird dadurch gelöst, dass parallel zu den äußeren Blitzlampen des Blitzlampenfeldes neben deren Außenseiten Magnetfeld erzeugende Elemente derart angeordnet sind, dass je ein Magnetfeld eines Elementes zumindest je ein durch die äußeren Blitzlampen generiertes Magnetfeld kompensiert.The invention, which relates to a flash lamp assembly having at least two rod-shaped flash lamps, each having a longitudinal extent and arranged parallel to a flash lamp field in a plane to each other and mechanically connected to a bracket, the task is based, caused by a current flow in the flash lamps forces be compensated so that the mechanical load of the flash lamps, in particular the external flash lamps, reduced. This is achieved by arranging magnetic-field-generating elements parallel to the outer flash lamps of the flash lamp field next to their outer sides in such a way that each magnetic field of an element compensates at least one magnetic field generated by the outer flash lamps.
Description
Die Erfindung betrifft eine Blitzlampenanordnung mit mindestens zwei stabförmigen Blitzlampen, die jeweils eine Längserstreckung aufweisen und zu einem Blitzlampenfeld parallel in einer Ebene zueinander angeordnet sind. Die Blitzlampen sind mit einer Halterung mechanisch verbunden. Die Blitzlampen-Seiten, die mit keiner anderen Blitzlampe benachbart sind, bilden die Außenseite des Blitzlampenfeldes und die diese Außenseite aufweisenden Blitzlampen stellen die äußeren Blitzlampen dar.The invention relates to a flash lamp assembly having at least two rod-shaped flash lamps, each having a longitudinal extent and are arranged parallel to a flash lamp field in a plane to each other. The flash lamps are mechanically connected to a bracket. The flashlight sides, which are not adjacent to any other flashlamp, form the outside of the flashlamp field, and the flashlamps having the outside are the external flashlamps.
Es ist bekannt, Substrate einer schnellen thermischen Bearbeitung, dem sogenannten Rapid Thermal Processing, fachgemäß auch als RTP abgekürzt, zu unterziehen. Eine der bekanntesten Vertreter dieses Verfahrens ist die schnelle thermische Ausheilung, das sogenannte Rapid Thermal Annealing, fachgemäß auch als RTA abgekürzt.It is known to subject substrates to rapid thermal processing, also known as rapid thermal processing, also abbreviated as RTP. One of the most well-known representatives of this process is the rapid thermal annealing, the so-called Rapid Thermal Annealing, also abbreviated as RTA.
Auch wenn das RTP eine vielfältige Anwendung bei der Halbleiterherstellung findet, wird es auch für andere Prozesse, beispielsweise bei der Herstellung photoaktiver Schichten verwendet. Gerade bei dieser Anwendung werden sehr oft großflächige Substrate einem RTP-Prozess zu unterziehen sein.Although the RTP has a diverse application in semiconductor manufacturing, it is also used for other processes, for example, in the production of photoactive layers. Especially in this application are very often large substrates to undergo an RTP process.
Für eine RTP-Anwendung werden Blitzlampen verwendet, wobei für eine flächige Bestrahlung des Substrats mehrere stabförmige Blitzlampen parallel in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind. Sie bilden eine Strahlerfläche, die dem zu behandelnden Substrat gegenüberliegend, bei flächigen Substraten parallel zu diesen angeordnet ist. Solche Anordnung sind beispielsweise in der
Da flächige Substrate zur RTP-Behandlung zumeist an der Blitzlampenanordnung vorbeigeführt werden, wobei die Blitzlampen als stabförmige Lampen quer zur Transportrichtung liegen, besteht bei größer werdenden Substraten das Bedürfnis nach immer längeren Blitzlampen.Since flat substrates for RTP treatment are usually passed by the flash lamp arrangement, wherein the flash lamps are arranged as rod-shaped lamps transversely to the transport direction, there is a need for ever longer substrates flash lamps ever larger.
Außer für RTP von Substraten werden Anordnungen von mehreren großen Blitzlampen für die Erzeugung von Laserlicht zur Kernfusion, bei laserbasierten Waffensystemen, für die Belichtung von Solarmodulen (Sonnensimulatoren) und viele andere Zwecke verwendet.Except for RTP of substrates, arrays of several large flashlamps are used for the generation of laser light for nuclear fusion, in laser-based weapon systems, for the exposure of solar modules (solar simulators) and many other purposes.
Werden jedoch längere Blitzlampen z. B. mit einer Länge von über 200 mm parallel und möglichst dicht zueinander angeordnet, so ergeben sich bei hohen Stromdichten magnetische Felder, welche die Lampen bis über deren Bruchgrenze verbiegen können.However, if longer flash lamps z. B. arranged with a length of over 200 mm parallel and as close as possible to each other, so arise at high current densities magnetic fields, which can bend the lamps to beyond the breaking point.
Dies gilt insbesondere, wenn die Lampen nur an deren Enden mechanisch fixiert sind, um den Einfluss der Befestigungselemente auf die Lichtemission nicht zu beeinträchtigen und eine möglichst homogene Belichtung eines Substrats zu gewährleisten.This applies in particular if the lamps are mechanically fixed only at their ends in order not to impair the influence of the fastening elements on the light emission and to ensure the most homogeneous possible exposure of a substrate.
Beispielsweise soll die Länge zweier, parallel angeordneter Blitzlampen 1800 mm betragen, ein maximaler Strom von 17 kA durch jede Lampe fließen und der Abstand der Lampenmitten 40 mm groß sein (Lampeninnendurchmesser: 22 mm), so ergibt sich kurzzeitig eine Kraft von ca. 2500 N.For example, the length of two parallel flashlamps should be 1800 mm, a maximum current of 17 kA should flow through each lamp and the distance between the lamp centers should be 40 mm (internal diameter of the lamp: 22 mm), resulting in a momentary force of approximately 2500 N ,
Zwar tritt diese Kraft nur weniger als 10 Millisekunden lang auf und die träge Masse der Lampe wirkt entgegen dieser Kraft bei der Auslenkung, aber dies kann schon für eine Zerstörung der Lampen ausreichen.Although this force only occurs for less than 10 milliseconds and the inertial mass of the lamp counteracts this force at the deflection, but this may already be sufficient for a destruction of the lamps.
Auch bei kleineren Strömen kommt es zu starken mechanischen Belastungen an den Elektrodenenden, welche aufgrund des Wolfram-Glas-Übergangs nur geringe mechanische Spannungen aufnehmen können. Damit verkürzt sich die Anzahl der maximal möglichen Blitze einer Lampe drastisch.Even with smaller currents, there are strong mechanical stresses on the electrode ends, which can absorb only low mechanical stresses due to the tungsten-glass transition. This drastically shortens the number of maximum possible flashes of a lamp.
Bei den Stromzuleitungen der Blitzlampen ergibt sich diese Problematik nicht, da die Leitungen entweder verdrillt („twisted pair”) oder als Bündel mit vielen Befestigungspunkten installiert werden.This problem does not arise with the power supply lines of the flash lamps, since the cables are either twisted paired or installed as a bundle with many attachment points.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die durch einen Stromfluss in den Blitzlampen hervorgerufenen Kräfte so zu kompensieren, dass sich die mechanische Belastung der Blitzlampen, insbesondere der äußeren Blitzlampen, verringert.The invention is thus based on the object to compensate for the forces caused by a current flow in the flash lamps forces so that the mechanical load on the flash lamps, in particular the external flash lamps, reduced.
Diese Aufgabe wird durch eine Blitzlampenanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 15 zeigen bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung.This object is achieved by a flash lamp assembly having the features of
Die erfindungsgemäße Lösung besteht in einer Blitzlampenordnung der eingangs genannten Art, bei der parallel zu den äußeren Blitzlampen neben deren Außenseiten Magnetfeld erzeugende Elemente derart angeordnet sind, dass je ein Magnetfeld eines Elementes zumindest je ein durch die äußeren Blitzlampen generiertes Magnetfeld kompensiert.The solution according to the invention consists in a flash lamp arrangement of the aforementioned type, in which magnetic field generating elements are arranged parallel to the outer flash lamps in addition to their outer sides such that each magnetic field of an element compensates at least one magnetic field generated by the outer flash lamps.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Magnetfeld erzeugendes Element aus Teilelementen besteht, und die Teilelemente derart angeordnet sind, dass die Magnetfelder der Teilelemente durch die Blitzlampen des Blitzlampenfeldes generierte Magnetfelder eines resultierenden Magnetfeldes kompensieren.In one embodiment of the invention, it is provided that a magnetic field generating element consists of sub-elements, and the sub-elements are arranged such that the magnetic fields of the sub-elements compensate magnetic fields generated by the flash lamps of the flash lamp field of a resulting magnetic field.
Durch die beiden Magnetfeld erzeugenden Elemente werden die auftretenden magnetischen Felder in erster Näherung kompensiert. Da jedoch nicht nur die unmittelbar benachbarten äußeren Blitzlampen, sondern alle Blitzlampen des Blitzlampenfeldes sowie die Stromleiter der Blitzlampenanordnung zum einem resultierenden Magnetfeld beitragen, dient die Teilung der Elemente in Teilelemente der Kompensation dieses resultierenden Magnetfeldes. By the two magnetic field generating elements, the magnetic fields occurring are compensated to a first approximation. However, since not only the immediately adjacent external flash lamps, but all flashlamps of the flash lamp field and the current conductors of the flash lamp assembly contribute to a resulting magnetic field, the division of the elements into sub-elements of the compensation of this resulting magnetic field.
In einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Magnetfeld erzeugenden Elemente als Stromleiter ausgebildet sind, indem längserstreckte elektrische Stromleiter angeordnet und mit der Halterung mechanisch verbunden sind. Diese Stromleiter sind derart verschaltet, dass durch sie ein betragsmäßig gleicher aber zur jeweilig benachbarten äußeren Blitzlampe entgegengesetzt gerichteter Strom fließt.In a favorable embodiment of the invention, it is provided that the magnetic field generating elements are designed as current conductors by longitudinally extending electrical conductor arranged and mechanically connected to the holder. These current conductors are connected in such a way that they flow in the same amount but opposite to the respective adjacent external flash lamp.
Die zuvor beschriebenen Kräfte in einem Blitzlampenfeld parallel angeordneter Blitzlampen kompensieren sich durch die Gestaltung des Stromflusses gegenseitig, mit Ausnahme der äußeren Blitzlampen. Deren durch den Stromfluss bedingten mechanischen Kräfte werden gemäß der Erfindung durch die an beiden Enden des Lampenfeldes angeordneten Stromleiter kompensiert, durch die der betragsmäßig gleich große aber entgegengesetzt gerichtete Strom fließt.The forces described above in a flash lamp field of parallel arranged flash lamps compensate each other by the design of the current flow, with the exception of the external flash lamps. Their caused by the flow of current mechanical forces are compensated according to the invention by the arranged at both ends of the lamp field conductor, through which flows the magnitude equal but oppositely directed current.
Die Teilung der Elemente in Teilelemente kann mit der Ausgestaltung der Elemente als Stromleiter dadurch realisiert werden, dass zu dem Stromleiter weitere, parallele Stromleiter am Rand des Blitzlampenfeldes angebracht und mit den inneren Blitzlampen des Feldes verschaltet werden, um eine vollständige Kompensation der Magnetfelder zu erreichen und auch die energetischen Verluste durch die Stromleiter für alle Blitzlampen gleich zu halten.The division of the elements into sub-elements can be realized with the design of the elements as a current conductor, that are attached to the current more parallel conductors at the edge of the flash lamp field and connected to the internal flash lamps of the field to achieve a complete compensation of the magnetic fields and also to keep the energy losses due to the current conductors for all flash lamps the same.
In besonders einfacher Weise wird die Bedingung, dass durch die Stromleiter der bezüglich der jeweils benachbarten Blitzlampe betragsmäßig gleich große aber entgegengesetzt gerichtete Strom fließt, dadurch realisiert, dass die Stromleiter mit ihren jeweils benachbarten äußeren Blitzlampen elektrisch in Reihe geschaltet sind, wodurch durch die Stromleiter derselbe elektrische Strom fließt wie durch die äußeren Blitzlampen selbst.In a particularly simple manner, the condition that by the current conductor with respect to the respective adjacent flashlamp magnitude equal but opposite directional current flows, realized in that the conductors are electrically connected in series with their respective external flash lamps, whereby the same through the current conductor Electric current flows as though through the external flash lamps themselves.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Blitzlampen mit einer Stromversorgung derart verschaltet sind, dass der Stromfluss bei Blitzauslösung zweier benachbarter Blitzlampen in jeweiliger Längsrichtung aber zueinander entgegengesetzt gerichtet ist. Damit wird erreicht, dass das resultierende Magnetfeld aller Blitzlampen im Vergleich zu gleichsinniger Stromrichtung nach außen hin gering ist. Damit werden Wirbelströme in benachbarten elektrischen Leitern, wie z. B. in Prozesskammerwänden oder elektrischen Geräten, erheblich reduziert.In one embodiment of the invention, it is provided that the flashlamps are connected to a power supply such that the flow of current at flash triggering of two adjacent flashlamps in each longitudinal direction but is directed opposite to each other. This ensures that the resulting magnetic field of all flashlamps compared to the same direction of current is low towards the outside. This eddy currents in adjacent electrical conductors, such. B. in process chamber walls or electrical equipment, significantly reduced.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Blitzlampenanordnung ist vorgesehen, dass die Stromleiter den gleichen Abstand zu ihren jeweils benachbarten äußeren Blitzlampen aufweisen wie die Blitzlampen untereinander. Damit wird in besonderer Weise Sorge dafür getragen, dass die Kompensationskräfte im Gleichgewicht sind.In one embodiment of the flash lamp assembly according to the invention it is provided that the current conductors have the same distance from their respective adjacent external flash lamps as the flash lamps with each other. This ensures in a special way that the compensation forces are in equilibrium.
Es ist möglich, die Stromleiter als massive Metallstäbe auszubilden. Damit wird im Vergleich zu Metallröhren eine höhere Vakuumtauglichkeit erreicht, wobei sich die mechanische Stabilität nur geringfügig unterscheidet.It is possible to form the current conductors as solid metal rods. Thus, a higher vacuum capability is achieved compared to metal tubes, the mechanical stability is only slightly different.
Um die entstehenden Kräfte aufzunehmen, ist es zweckmäßig, die Stromleiter entlang ihrer Längserstreckung abstandsweise mit mehreren elektrisch isolierenden Stützen mit der Halterung zu verbinden. Diese Stützen können eine eigene Isolierfunktion aufweisen und beispielsweise aus Keramik gefertigt sein.In order to absorb the resulting forces, it is expedient to connect the current conductors along their longitudinal extent at intervals with a plurality of electrically insulating supports with the holder. These supports can have their own insulating function and be made for example of ceramic.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halterung durch eine Wandung einer Prozesskammer, in der das Blitzlampenfeld angeordnet ist, gebildet wird. Damit übernimmt die Kammerwandung auch die kraftaufnehmende und kraftkompensierende Funktion.In a further embodiment of the invention it is provided that the holder is formed by a wall of a process chamber in which the flash lamp field is arranged. Thus, the chamber wall also takes over the force-absorbing and force-compensating function.
Zur leichteren Montage, bei der z. B. die Notwendigkeit der Isolierfunktion der Stützen entfällt, und zur Erhöhung der Sicherheit ist vorgesehen, dass der Stromleiter mit einem elektrischen Isolator umhüllt ist.For easier installation, in the z. B. eliminates the need for the insulating function of the supports, and to increase the security is provided that the conductor is coated with an electrical insulator.
Isolator und Stromleiter können so aufeinander abgestimmt sein, dass der Stromleiter zusammen mit dem Isolator einen mechanisch steifen Körper bildet. Dabei ist es auch möglich, dass der Isolator selbst mechanisch wirkt und der mechanisch steife Körper durch den Isolator gebildet wird. Sowohl elektrisch leitende Stäbe als auch Litzekabel, welche mit einem starren Isolator ummantelt sind, eignen sich somit für die Kompensation der Kräfte.Insulator and conductor can be coordinated so that the conductor together with the insulator forms a mechanically rigid body. It is also possible that the insulator itself acts mechanically and the mechanically rigid body is formed by the insulator. Both electrically conductive rods and stranded cables, which are sheathed with a rigid insulator, are thus suitable for the compensation of forces.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Blitzlampenfeld aus einer ungeraden Anzahl von Blitzlampen gebildet wird. Die Kräfte von den Stromleitern auf die Halterung oder die Kammerwandung kompensieren sich damit gegenseitig.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the flash lamp field is formed from an odd number of flash lamps. The forces from the conductors on the holder or the chamber wall compensate each other.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Kompensation der Magnetfelder durch eine galvanisch getrennte Induktionsspule an Stelle der Stromleiter eingesetzt, welche unabhängig vom Stromfluss in den Lampen gesteuert werden kann. Damit ist es möglich die auftretenden Kräfte exakt zu kompensieren ohne den Stromkreis bzw. die aufgenommene elektrische Energie der äußeren Lampen zu beeinflussen.In a further embodiment of the invention, the compensation of the magnetic fields is used by a galvanically isolated induction coil instead of the current conductor, which can be controlled independently of the current flow in the lamps. This makes it possible to compensate for the forces occurring exactly without affecting the circuit or the absorbed electrical energy of the outer lamps.
Es ist auch möglich, eine Kompensation durch Permanentmagneten zu erreichen.It is also possible to achieve compensation by permanent magnets.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Blitzlampenanordnung.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The accompanying drawing shows a schematic diagram of a flash lamp assembly according to the invention.
Die dargestellte Blitzlampenanordnung
Alle Blitzlampen
Parallel zu den äußeren Blitzlampen
Die Blitzlampen
Idealerweise liegen beide Stromleiter
Die Stromleiter
Die Stromleiter
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- BlitzlampenanordnungFlash lamp assembly
- 22
- BlitzlampenfeldFlash lamp field
- 33
- Blitzlampeflash lamp
- 44
- Längserstreckunglongitudinal extension
- 55
- Wandung der ProzesskammerWall of the process chamber
- 66
- Außenseite des BlitzlampenfeldesOutside of the flash lamp field
- 77
- äußere Blitzlampeexternal flash lamp
- 88th
- Ende der BlitzlampeEnd of the flash lamp
- 99
- Stromleiterconductor
- 1010
- Stützesupport
- 1111
- Pfeilarrow
- AA
- Anodeanode
- KK
- Katodecathode
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