DE102014116189A1

DE102014116189A1 - Blitzlampenanordnung und Blitzlampen-Lageranordnung

Info

Publication number: DE102014116189A1
Application number: DE102014116189.0A
Authority: DE
Inventors: Harald Gross
Original assignee: Von Ardenne GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung (100) Folgendes aufweisen: ein Hüllrohr (102); mindestens ein Gasentladungsrohr (104), welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr (102) angeordnet ist; und mindestens ein Stützrohr (106), welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr (102) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Stützrohr (106) einen körperlichen Kontakt mit dem Hüllrohr (102) und dem mindestens einen Gasentladungsrohr (104) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blitzlampenanordnung und eine Blitzlampen-Lageranordnung.
Im Allgemeinen können Substrate, z.B. Platten, Gläser, Wafer, Halbzeuge, Werkzeuge oder andere Verarbeitungsgüter, in einer Prozesskammer mit elektromagnetischer Strahlung (z.B. mit infrarotem, sichtbaren und/oder ultraviolettem Licht) bestrahlt werden. Anschaulich kann das Bestrahlen (auch als Belichten bezeichnet) dazu genutzt werden, Energie in das zu bestrahlende bzw. zu belichtende Substrat einzutragen. Mittels eines Energieeintrags können beispielsweise chemische Prozesse und/oder physikalische Prozesse in dem Substrat selbst oder in einem Material auf dem Substrat angeregt werden, z.B. eine chemische Reaktion, Diffusion, Kristallwachstum, Ausheilvorgänge im Kristallgitter des Materials oder Ähnliches. Mittels Blitzlampen kann elektromagnetische Strahlung mit vergleichsweise großer Intensität gepulst erzeugt werden, so dass ein Substrat beispielsweise mit einer entsprechend großen Bestrahlungsstärke zeitlich gepulst bestrahlt werden kann. Die zum Belichten großer Substrate, z.B. Glasplatten mit einer Breite von mehr als einem Meter, oder zum gleichzeitigen Belichten einer Vielzahl von Substraten können lange Blitzlampen zum Einsatz kommen, z.B. Blitzlampen mit einer Länge von mehr als einem Meter. Diese Blitzlampen können wassergekühlt sein, wobei herkömmlicherweise eine Gasentladungsröhre (die als Blitzlampe betrieben werden kann) koaxial in einem Hüllrohr angeordnet ist, wobei die Gasentladungsröhre freihängend ist und das Hüllrohr nicht berührt. Dabei kann Kühlwasser oder kaltes Gas zum Kühlen der Anordnung zwischen dem Hüllrohr und der Gasentladungsröhre geführt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Blitzlampenanordnung bereitgestellt, wobei das Gasentladungsrohr mittels mindestens eines weiteren Rohrs in dem Hüllrohr gestützt wird (als Stützrohr bezeichnet). Somit kann die Anordnung aus Gasentladungsrohr, Hüllrohr und Stützrohr über große Längen in Axialrichtung, z.B. mehr als 1 m oder in einem Bereich von ungefähr 1 m bis ungefähr 5 m, mechanisch stabil sein und nur eine geringe Durchbiegung aufweisen, wenn die Anordnung nur an deren beiden Axialen-Endabschnitten gelagert wird. Eine Lagerung und ein sicherer langzeitstabiler Betrieb derart langer Blitzlampen können aufgrund der verwendeten Leistung und der daraus resultierenden thermischen Belastung sowie der UV-Belastung (Belastung aufgrund der erzeugten ultravioletten Strahlung) schwierig sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mindestens eine Gasentladungsrohr, das Hüllrohr und das mindestens eine Stützrohr aus Quarzglas bestehen oder Quarzglas (z.B. hochreines Quarzglas) aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mindestens eine Gasentladungsrohr, das Hüllrohr und das mindestens eine Stützrohr aus Quarzglas bestehen und die Quarzglasrohre können miteinander verschweißt oder verschmolzen sein, z.B. entlang der gesamten Länge der Quarzglasrohre oder abschnittsweise.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: ein Hüllrohr; mindestens ein Gasentladungsrohr, welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr angeordnet ist; und mindestens ein Stützrohr, welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr angeordnet ist, wobei das mindestens eine Stützrohr einen körperlichen Kontakt mit dem Hüllrohr und dem mindestens einen Gasentladungsrohr aufweist. Somit kann beispielsweise der Durchmesser der Gasentladungsröhre derart gewählt werden, dass die Lichtausbeute optimal ist, wobei die Gasentladungsröhre dann beispielsweise ohne Stützrohr keine ausreichende mechanische Stabilität (z.B. Biegesteifigkeit) aufweisen würde.
Ferner kann die Blitzlampenanordnung mindestens einen Zünddraht aufweisen, welcher in dem mindestens einen Stützrohr angeordnet sein kann. Somit kann beispielsweise die Gasentladungsröhre mit Kühlwasser gekühlt werden, wobei mindestens ein Stützrohr nicht mit Kühlwasser durchflossen ist, so dass sich kein Wasser zwischen dem Zünddraht und der Gasentladungsröhre befindet, was ein einfacheres externes Zünden der Blitzlampe oder überhaupt ein zuverlässiges externes Zünden der Blitzlampe ermöglichen kann. Anschaulich könnte das Kühlwasser, wenn es sich zwischen dem Zünddraht und der Gasentladungsröhre befindet, aufgrund dessen hoher Dielektrizitätskonstante den Großenteil der Zündenergie absorbieren.
Ferner kann der Außendurchmesser des Hüllrohrs größer als 25 mm sein und die Länge des Hüllrohrs kann mehr als 1 m betragen. Somit kann eine ausreichende mechanische Stabilität für die gesamte Anordnung gewährleistet sein. Beispielsweise kann die Biegesteifigkeit eines Glasrohrs im Wesentlichen von dessen Durchmesser definiert sein.
Ferner kann der Innendurchmesser des mindestens einen Gasentladungsrohrs geringer als 22 mm sein (z.B. weniger als 15 mm) und die Länge des mindestens einen Gasentladungsrohrs kann mehr als 1 m betragen. Für das mindestens eine Gasentladungsrohr kann ein vergleichsweise kleiner Durchmesser eine optimale Lichtabstrahlung und/oder Lichtausbeute ermöglichen, wobei die mechanische Stabilität aufgrund des vergleichsweisen großen Durchmessers des Hüllrohrs gewährleistet ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Wandstärke für das Gasentladungsrohr mindestens 0,5 mm betragen. Ferner kann zwischen dem Gasentladungsrohr und dem Hüllrohr ein Spalt (eine so genannte Wasserhaut) von mindestens 1 mm bereitgestellt sein oder werden. Ferner kann die Wandstärke des Hüllrohrs mindestens 1 mm betragen. Somit kann beispielsweise der Innendurchmesser des Gasentladungsrohrs höchstens 20 mm betragen bei einem Außendurchmesser des Hüllrohrs von 25 mm. Alternativ kann beispielsweise der Innendurchmesser des Gasentladungsrohrs höchstens 22 mm betragen bei einem Außendurchmesser des Hüllrohrs von 27 mm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampenanordnung mehrere (z.B. mindestens zwei) Gasentladungsrohre aufweisen, wobei die mehreren Gasentladungsrohre einen Innendurchmesser von weniger als 15 mm aufweisen können, z.B. weniger als 12 mm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mindestens zwei Gasentladungsrohre ferner einen Außendurchmesser von weniger als 19 mm aufweisen, z.B. von weniger als 16 mm. Dabei kann das Hüllrohr einen Innendurchmesser von mehr als 20 mm aufweisen, z.B. von mehr als 25 mm. Ferner kann das Hüllrohr einen Außendurchmesser von mehr als 24 mm aufweisen, z.B. von mehr als 29 mm.
Ferner kann die Außenmantelfläche des mindestens einen Gasentladungsrohrs teilweise verspiegelt sein. Beispielsweise kann das mindestens eine Gasentladungsrohr mit einer Silberschicht oder einer HRC-(Heraeus Reflective Coating)-Beschichtung beschichtet sein oder werden. Beispielsweise kann die Außenmantelfläche des mindestens einen Gasentladungsrohrs eine Beschichtung mit einem Reflexionsgrad von 80% oder mehr als 80% (z.B. 90%) vom Ultraviolett-Bereich bis in den Infrarot-Bereich des Lichts aufweisen.
Ferner kann die Innenmantelfläche des Hüllrohrs teilweise verspiegelt sein oder werden. Beispielsweise kann das Hüllrohr mit einer Silberschicht oder einer HRC-Beschichtung beschichtet sein oder werden. Beispielsweise kann die Innenmantelfläche des Hüllrohrs eine Beschichtung mit einem Reflexionsgrad von 80% oder mehr als 80 (z.B. 90%) vom Ultraviolett-Bereich bis in den Infrarot-Bereich des Lichts aufweisen. Dabei kann die Beschichtung bzw. Verspiegelung derart eingerichtet sein, dass eine Lichtabstrahlrichtung definiert ist, in welche das mittels der Gasentladungsröhre beim Betrieb erzeugte Licht emittiert werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mindestens eine Gasentladungsrohr teilweise mit einer elektrisch leitfähigen, spiegelnden Beschichtung beschichtet sein oder werden. Diese kann zum Zünden der Gasentladungsröhre verwendet werden. Beispielsweise kann die elektrisch leitfähige, spiegelnde Beschichtung mit einem Zündgenerator verbunden sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampenanordnung ferner mindestens ein Elektrodenpaar aufweisen, wobei jeweils eine Elektrode des mindestens einen Elektrodenpaars an jeweils einem der beiden axialen Endabschnitte des mindestens einen Gasentladungsrohrs angeordnet ist. Ferner kann das mindestens eine Gasentladungsrohr gasdicht abgeschlossen sein oder werden, so dass das Gasentladungsrohr als Gasentladungsröhre bzw. Blitzlampe betrieben werden kann.
Ferner können das mindestens eine Gasentladungsrohr, das mindestens eine Stützrohr und das Hüllrohr Quarzglas aufweisen. Ferner können das mindestens eine Gasentladungsrohr, das mindestens eine Stützrohr und das Hüllrohr transparent sein und thermische stabil sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampen-Lageranordnung (eine Lageranordnung zum Halten bzw. Lagern mindestens einer Blitzlampenanordnung) Folgendes aufweisen: mindestens eine Blitzlampenanordnung; mindestens einen Endkopf zum Lagern und Versorgen der Blitzlampenanordnung (z.B. mit Leistung, Kühlmittel und/oder Zündenergie); wobei der mindestens eine Endkopf eine Kühlmittelführung aufweist zum Einleiten von Kühlmittel zwischen dem Hüllrohr und dem mindestens einen Gasentladungsrohr, wobei die Kühlmittelführung derart eingerichtet ist, dass das kein Kühlmittel in das mindestens eine Stützrohr eingeleitet wird.
In dem Fall, dass mehrere Stützrohre verwendet werden, kann mindestens eines der mehreren Stützrohre nicht von Kühlmittel durchflossen sein, so dass darin beispielsweise der Zünddraht angeordnet sein kann oder werden kann.
Ferner kann der Endkopf einen Dichtungsbereich aufweisen zum vakuumdichten und/oder wasserdichten Abdichten des Hüllrohrs.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: ein Hüllrohr; mindestens zwei Gasentladungsrohre, welche zumindest teilweise in dem Hüllrohr angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Gasentladungsrohre in körperlichem Kontakt miteinander und jeweils mit dem Hüllrohr stehen. Somit können beispielsweise mehrere dünne Gasentladungsrohre statt einem dicken Gasentladungsrohr stabil gehalten werden, wobei die Stabilisierung der langen Gasentladungsrohre mittels eines entsprechend dicken Hüllrohrs gewährleistet sein kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mindestens zwei Gasentladungsrohre einen Innendurchmesser von weniger als 15 mm aufweisen, z.B. von weniger als 12 mm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mindestens zwei Gasentladungsrohre einen Außendurchmesser von weniger als 19 mm aufweisen, z.B. von weniger als 16 mm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Hüllrohr einen Innendurchmesser von mehr als 20 mm aufweisen, z.B. von weniger als 25 mm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Hüllrohr einen Außendurchmesser von mehr als 24 mm aufweisen, z.B. von mehr als 29 mm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung ein Hüllrohr und mehrere Gasentladungsrohre aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung ein Hüllrohr, mehrere Gasentladungsrohre und ein Stützrohr aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung ein Hüllrohr, mehrere Gasentladungsrohre und mehrere Stützrohre aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung ein Hüllrohr, genau ein Gasentladungsrohr und genau ein Stützrohr aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung ein Hüllrohr, genau ein Gasentladungsrohr und mehrere Stützrohre aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: ein Hüllrohr aus Quarzglas; mindestens ein Gasentladungsrohr, welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr angeordnet ist; wobei das Hüllrohr an beiden axialen Endabschnitten metalldotiertes Quarzglas (z.B. Cerium-dotiertes Quarzglas) aufweist, so dass die beiden axialen Endabschnitte des Hüllrohrs weniger transparent für UV-Strahlung sind als das Quarzglas ohne die Metall-Dotierung. Somit kann beispielsweise der Endkopf zum Lagern der Blitzlampenanordnung an deren axialen Endabschnitten vor UV-Belastung geschützt sein oder werden. Beispielsweise können Dichtungsgummis oder Dichtungen des Endkopfs weniger bzw. langsamer degradieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich das mindestens eine Stützrohr im Wesentlichen durch das gesamte Hüllrohr erstrecken. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich das mindestens eine Gasentladungsrohr im Wesentlichen durch das gesamte Hüllrohr erstrecken.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Hüllrohr länger sein als das mindestens eine Gasentladungsrohr und/oder das mindestens eine Stützrohr.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Prozessieranlage bereitgestellt, mittels derer ein Bandsubstrat (z.B. ein Metallband oder eine Folie), ein Endlossubstrat (z.B. mehrere plattenförmige Substrate) oder ein großflächiges Substrat prozessiert werden kann, wobei das prozessierte Substrat beispielsweise in einem gepulsten Bestrahlungsprozess (z.B. unter Verwendung von Blitzlampen) bestrahlt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Prozessieranlage ein Blitzlampenfeld aufweisen mit mehreren Blitzlampenanordnungen, z.B. mit zwei, drei oder mehr als drei Blitzlampenanordnungen, z.B. mit zehn oder mehr als zehn Blitzlampenanordnungen. Die Blitzlampenanordnungen können parallel nebeneinander angeordnet sein und anschaulich im Wesentlichen einen Flächenstrahler bereitstellen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: ein Hüllrohr aus Quarzglas; wobei das Hüllrohr an beiden axialen Endabschnitten metalldotiertes Quarzglas aufweist, so dass die beiden axialen Endabschnitte des Hüllrohrs weniger transparent für UV-Strahlung sind als ein Rohrabschnitt zwischen den beiden axialen Endabschnitten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1A und 1B jeweils eine Blitzlampenanordnung in einer Querschnittsansicht oder Seitenansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2A und 2B jeweils eine Blitzlampenanordnung in einer Querschnittsansicht oder Seitenansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3A, 3B und 3C jeweils eine Blitzlampenanordnung in einer Querschnittsansicht oder Seitenansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4 eine Blitzlampenanordnung in einer Querschnittsansicht oder Seitenansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5A, 5B und 5C jeweils eine Blitzlampenanordnung in einer Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
6 eine Blitzlampen-Lageranordnung in einer Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
7A bis 7F jeweils eine Blitzlampenanordnung in einer Querschnittsansicht während verschiedener Stufen eines Herstellungsprozesses, gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa "oben", "unten", "vorne", "hinten", "vorderes", "hinteres", usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine wassergekühlte Blitzlampe bereitgestellt, mit einer Lichtbogenlänge von mehr als einem Meter, wobei die wassergekühlte Blitzlampe mindestens in einem Druckbereich (bei einem Umgebungsdruck) von ungefähr 10^–12 bar bis ungefähr 10 bar betrieben werden kann. Anschaulich kann die wassergekühlte Blitzlampe in einer Vakuumprozesskammer betrieben werden sowie in einer Atmosphärendruck-Prozesskammer oder in einer Überdruck-Prozesskammer.
Eine Gasentladungsröhre, wie hierin beschrieben ist, kann derart betrieben werden, dass diese einen Strahlungspuls, auch bezeichnet als Strahlungsblitz oder Strahlungsimpuls (bzw. Lichtpuls, Lichtblitz oder Lichtimpuls) aussendet. Anschaulich kann elektromagnetische Strahlung, welche als Strahlungspuls mit einer Pulsdauer von weniger als 100 ms emittiert wird, als Strahlungsblitz (bzw. Lichtblitz) bezeichnet werden. Dazu kann beispielsweise ein Treiberschaltkreis für die Gasentladungsröhre derart bereitgestellt sein oder werden, das beispielsweise ein Kondensator (oder ein anderer Energiespeicher) mittels der Gasentladungsröhre entladen werden kann. Der Treiberschaltkreis und die Gasentladungsröhre können dabei die Entladungscharakteristik definieren und somit beispielsweise auch die Pulsdauer des erzeugten Strahlungspulses, den zeitlichen Verlauf (anschaulich die Form) des erzeugten Strahlungspulses, und/oder die maximale Höhe des erzeugten Strahlungspulses. Ferner kann das verwendete Gas in der Gasentladungsröhre, z.B. die chemische Zusammensetzungen des Gases und/oder der Gasdruck, die maximale Höhe des erzeugten Strahlungspulses und/oder das Wellenlängenspektrum des erzeugten Strahlungspulses definieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Gasentladungsrohr mit Xenon (oder einem anderen geeigneten Gas) gefüllt sein und gasdicht abgeschlossen sein und Elektroden derart aufweisen, dass das Gasentladungsrohr eine Gasentladungsröhre bildet, welche als Blitzlampe betrieben werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Blitzlampenanordnung bzw. eine Blitzlampen-Lageranordnung mit mindestens einer Blitzlampenanordnung bereitgestellt, welche beispielsweise zumindest eines von Folgendem ermöglicht: eine sichere (zuverlässige) Zündung einer Blitzlampe in einer Umgebung mit einem Druck in einem Bereich von ungefähr 10–^–12 bar bis ungefähr 10 bar; eine hohe Lichtausbeute mittels eines wartungsfreundlichen Reflektors (wobei auch der Reflektor in einer Umgebung mit einem Druck in einem Bereich von ungefähr 10^–12 bar bis ungefähr 10 bar eingesetzt werden kann); einen kleinen Innendurchmesser einer Blitzlampe (bzw. einer Gasentladungsröhre oder eines Gasentladungsrohrs) bei einer großen Lichtbogenlänge, eine symmetrische Plasmaverteilung in einer Blitzlampe.
Beispielsweise wurde beobachtet, dass der erforderliche Strom für die externe Zündung einer Blitzlampe (z.B. mittels eines Zünddrahtes, welcher sich außerhalb der Blitzlampe entlang der Blitzlampe erstreckt) vom Druck außerhalb des Strömungsrohrs abhängen kann, wenn die Blitzlampe in einem Strömungsrohr eingebaut ist. In manchen Fällen, z.B. in einem für das Magnetron-Sputtering typischen Druck, kann es technisch schwierig sein, den erforderlichen elektrischen Strom bereitzustellen, so dass beispielsweise die Blitzlampe nicht mehr gezündet werden kann. Dies gilt insbesondere wenn Wasser mit einer Permittivität von ungefähr 81 anstelle von Luft mit einer Permittivität von ungefähr 1 als Kühlmedium durch das Strömungsrohr (Hüllrohr) gepumpt wird, um die in dem Strömungsrohr angeordnete Gasentladungsröhre zu kühlen. Die für die Polarisation des Wassers während der Zündung erforderliche Energie steht in diesem Fall nicht mehr für die Zündung der Blitzlampe zur Verfügung, so dass die erforderlichen Verschiebungsströme in der Blitzlampe zur Zündung nicht mehr erreicht werden. Höhere Fülldrücke der Blitzlampen führen in der Regel auch zu einer höheren Lichtausbeute und auch zu höheren Selbstzündungsspannungen, aber gleichzeitig steigen die zur sicheren (zuverlässigen) Zündung notwendigen Verschiebungsströme. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die hierin beschriebene Blitzlampenanordnung derart bereitgestellt, dass mittels eines Zünddrahtes, welcher beispielsweise in dem Hüllrohr (bzw. in dem Strömungsrohr) angeordnet sein kann, die Gasentladungsröhre sicher, z.B. ohne Zündausfälle, gezündet werden kann, z.B. indem der Aufbau der Blitzlampenanordnung derart bereitgestellt ist, dass möglichst viel Zündenergie von dem Zünddraht in die Gasentladungsröhre eingekoppelt werden kann. Ferner kann auch eine Selbstzündung vermieden werden, wie vorangehend beschrieben.
Reines Aluminium kann beispielsweise als Reflektor verwendet werden und zeigt beispielsweise ideale optische Eigenschaften für die Projektion des von Blitzlampen generierten Lichts auf ein Substrat. Aluminium-Legierungen hingegen können für den Bau von Reflektoren ungeeignet sein, da sich die anfangs suboptimalen optischen Eigenschaften bereits nach einer kurzen Betriebsdauer verschlechtern und somit der Reflektor wesentlich stärker gekühlt werden muss. Noch stärker fällt die wellenlängenabhängige Änderung des Reflexionsspektrums einer Aluminium-Legierung ins Gewicht, so dass eine Korrektur der Belichtungsdosis von der Art des Substrats bzw. dessen Absorptionsspektrum abhängen kann. Soll die Blitzlampe bzw. der Reflektor im Vakuum betrieben werden, so ist in den meisten Fällen nur Wasser als Kühlmedium geeignet, bedingt durch kleine Strömungsquerschnitte in Kombination mit hohen Wärmeleistungen. Aufgrund von Korrosion kann reines Aluminium weniger gut zur direkten Wasserkühlung geeignet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die hierin beschriebene Blitzlampenanordnung derart bereitgestellt, dass der Reflektor innerhalb des Hüllrohrs bereitgestellt ist. Somit ist der Reflektor vor einer Verschmutzung durch Partikel geschützt und gleichzeitig wassergekühlt. Die optisch aktive Oberfläche des Reflektors kann beispielsweise keinen Kontakt zum Kühlwasser aufweisen. Der hierin beschriebene Reflektor für die Blitzlampenanordnung erfordert beispielsweise keinen zusätzlichen Kühlkreislauf.
Der Außendurchmesser einer Blitzlampe bestimmt im Wesentlichen deren maximal mögliche Länge aufgrund der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der maximalen Zugspannung des Glases (z.B. des Quarzglases), wenn diese bei horizontalem Aufbau nur an den Enden (an den axialen Endabschnitten) gestützt wird. Größere Längen (z.B. längere Gasentladungsrohre) erfordern daher größere Außendurchmesser, wobei gleichzeitig die Wandstärke erheblich erhöht werden muss, um eine ausreichende Druckfestigkeit zu erreichen. Dickere Wandungen absorbieren nicht nur mehr Licht, sondern leiten die im Inneren der Lampe entstehende Wärme auch schlechter ins Kühlmedium, welches beispielsweise im Strömungsrohr geführt wird. Gleichzeitig erhöhen sich die Kosten für die Herstellung der Blitzlampen erheblich, da ein wesentlicher Faktor das Glasgewicht ist, welches zudem zu einer zusätzlichen mechanischen Belastung führt. Außerdem sinkt die Lichtausbeute der Blitzlampen bei zunehmendem Innendurchmesser aufgrund der Lichtabsorption des Plasmas bzw. der resultierenden Konvertierung des nutzbaren Lichts im UV- und VIS-Bereich in den IR-Bereich, welcher dann vom Kühlwasser absorbiert wird. Im Umkehrschluss ist es bei einem kleineren Innendurchmesser und gleicher Wandstärke möglich, höhere Stromdichten und damit einen höheren UV-Anteil zu generieren, der für in diesem Wellenlängenbereich lichtabsorbierende Materialien wie low-E oder TCOs von großem Interesse sein kann. Befindet sich die Blitzlampe in einem wasserdurchflossenen Strömungsrohr, kann der Auftrieb der Blitzlampe genutzt werden, um die Blitzlampe zu lagern, allerdings nur mittels einer noch stärkeren Wandung zur Verringerung des Auftriebs, was mit einer weiteren Kostenerhöhung verbunden sein kann. Eine perfekte Tarierung der Blitzlampe lässt sich in der Praxis ebenfalls nur schwer erreichen, so dass sich die Blitzlampe und das Strömungsrohr in der Regel in der Mitte berühren und somit eine asymmetrische Abstrahlcharakteristik des Lichts entlang der Lampenachse verursacht wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die hierin beschriebene Blitzlampenanordnung derart bereitgestellt, dass das Gasentladungsrohr stabil in dem Hüllrohr gelagert ist, so dass sich eine symmetrische Abstrahlcharakteristik des Lichts entlang der Lampenachse ergibt. Anschaulich können das Hüllrohr mit einem großen Durchmesser und das Gasentladungsrohr mit einem kleinen Durchmesser miteinander verbunden sein, z.B. zusammengeschmolzen sein oder werden, so dass sich dieses Anordnung nur unwesentlich durchbiegt. Somit kann das mindestens eine Gasentladungsrohr mittels mindestens eines Stützrohrs koaxial in dem Hüllrohr gelagert sein oder werden.
Beispielsweise wurde erkannt, dass sich der Zündfunke bzw. der Plasmafaden innerhalb einer Blitzlampe bei externer Zündung entlang des Zünddrahts an der Innenwandung ausbildet, welcher sich im Laufe der Entladung im Querschnitt vergrößert. Somit kann es sein, dass bei der typischen Energie, welche für die Belichtung von Substraten erforderlich ist, keine homogene Plasmafüllung im Querschnitt der Blitzlampe erreicht werden kann (wenn die Blitzlampe einen vergleichsweise großen Querschnitt aufweist). Vielmehr bildet sich eine Keule aus, deren Ursprung zum Zünddraht ausgerichtet ist. Um eine symmetrische Lichtabstrahlung zu erreichen, muss der Zünddraht deshalb parallel zur Lampenachse installiert sein oder werden und insbesondere auch diese Position behalten. Dies wird beispielsweise bei herkömmlichen Konstruktionen für wassergekühlte Blitzlampen nicht erreicht. Ein einzelner zur Lampenachse paralleler Zünddraht kann ferner zu größeren Zündzeitverzögerungen, schlechterer Zündbarkeit sowie Schwankungen der Zündzeitverzögerungen führen im Vergleich zu einem spiralförmig um die Blitzlampe gewickelten Draht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die hierin beschriebene Blitzlampenanordnung derart bereitgestellt, dass das Gasentladungsrohr für eine Blitzlampe einen Durchmesser derart aufweist, dass eine homogene Plasmafüllung im Querschnitt der Blitzlampe erreicht wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die hierin beschriebene Blitzlampenanordnung derart bereitgestellt, dass das Gasentladungsrohr für eine Blitzlampe einen Durchmesser derart aufweist, dass eine einfache und sichere Zündung erreicht wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird das Strömungsrohr zusammen mit dem Blitzlampenrohr (als Gasentladungsrohr bezeichnet) als ein (z.B. einstückiges) Bauteil gefertigt.
Das Strömungsrohr kann beispielsweise mittels mehrerer (z.B. drei) Führungsrohre (als Stützrohre bezeichnet) mit dem Blitzlampenrohr verbunden, vgl. beispielsweise 3A. Die zur Herstellung des Bauteils benötigte Glastechnologie lehnt sich an die Herstellung von Doppel- oder Mehrfachrohren an, vgl. beispielsweise 7A bis 7F.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungen einer Blitzlampenanordnung beschrieben, wobei die Querschnitte, die Anzahl der Röhren und deren Durchmesser bzw. Querschnittsformen nicht auf das hierin beispielhaft Veranschaulichte festgelegt sind. Außerdem ist es möglich die Wände des Strömungsrohrs (Hüllrohr) an Stellen, die keinen Kontakt mit den Führungsrohren haben zur Lampenachse hin zu verbiegen (z.B. mittels Evakuierens und Erwärmens von außen). Mit anderen Worten muss ein hierin als Rohr beschriebenes Bauteil im Querschnitt nicht ideal kreisförmig sein, es kann beispielsweise elliptisch oder oval sein (dabei kann sich der Durchmesser des Rohrs dann auf den jeweils größten Durchmesser beziehen). Je nach Geometrie können Öffnungswinkel des Lichtaustritts und/oder der Innendurchmesser der Blitzlampe entsprechend gewählt werden.
1A veranschaulicht eine Blitzlampenanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in Richtung der Rohrachsen. Die Blitzlampenanordnung 100 kann ein Hüllrohr 102 (auch als Strömungsrohr bezeichnet) aufweisen. Ferner kann in dem Hüllrohr 102 ein Gasentladungsrohr 104 bereitgestellt sein oder werden. Das Gasentladungsrohr 104 kann einen körperlichen Kontakt mit dem Hüllrohr 102 aufweisen, so dass das Gasentladungsrohr 104 von dem Hüllrohr 102 mechanisch stabilisiert wird bzw. so dass sich das Gasentladungsrohr 104 und das Hüllrohr 102 gegenseitig stabilisieren. Ferner kann die Blitzlampenanordnung 100 ein Stützrohr 106 aufweisen, welches in dem Hüllrohr 102 angeordnet ist, wobei das mindestens eine Stützrohr 106 einen körperlichen Kontakt mit dem Hüllrohr 102 und mit dem mindestens einen Gasentladungsrohr 104 aufweist, so dass das Gasentladungsrohr 104 von dem Stützrohr 106 mechanisch stabilisiert wird bzw. so dass sich das Gasentladungsrohr 104, das Stützrohr 106 und das Hüllrohr 102 gegenseitig stabilisieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Hüllrohr 102, das Gasentladungsrohr 104 und das Stützrohr 106 miteinander verschmolzen sein.
Wie in 1A veranschaulicht ist, kann die Blitzlampenanordnung 100 somit in mehrere Bereiche segmentiert sein, wobei der Bereich innerhalb des Gasentladungsrohrs 104 mit Gas gefüllt sein kann und wobei das Gasentladungsrohr 104 verschlossen werden kann und mit Elektroden (z.B. mit einem Elektrodenpaar, z.B. Kathode und Anode) versehen werden kann, so dass das Gasentladungsrohr 104 als Gasentladungsröhre betrieben werden kann. Die Bereiche in dem Hüllrohr 102 außerhalb des Gasentladungsrohrs 104 und außerhalb des Stützrohrs 106 können zur Kühlung genutzt werden. Der Bereich innerhalb des Stützrohrs 106 kann zur externen Zündung der Gasentladungsröhre 104 verwendet werden, z.B. kann ein Zünddraht in dem Stützrohr 106 bereitgestellt sein oder werden. Alternativ kann auch der Bereich innerhalb des Stützrohrs 106 zur Kühlung genutzt werden, z.B. wenn kein Zünddraht in dem Stützrohr 106 angeordnet ist.
1B veranschaulicht eine Blitzlampenanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in Richtung der Rohrachsen. Die Blitzlampenanordnung 100 kann ein Hüllrohr 102 aufweisen. Ferner können in dem Hüllrohr 102 drei weitere Rohre bereitgestellt sein oder werden. Davon kann ein Rohr als Gasentladungsrohr 104 verwendet werden und zwei Rohre können lediglich die Stützfunktion gewährleisten. Alternativ können zwei Rohre 104 der drei Rohre als Gasentladungsrohre 104 verwendet werden und ein Rohr 106 lediglich die Stützfunktion gewährleisten. Falls eine im Wesentlichen radialsymmetrische Abstrahlung erforderlich ist, können auch alle drei Rohre als Gasentladungsrohre 104 verwendet werden, wobei beispielsweise im Zentrum der drei Gasentladungsrohre 104 (beispielsweise nicht Kühlwasser durchflossen) ein Zünddraht bereitgestellt sein kann oder werden kann. Die Gasentladungsrohre 104 können einen körperlichen Kontakt mit dem Hüllrohr 102 aufweisen, so dass die Gasentladungsrohre 104 von dem Hüllrohr 102 mechanisch stabilisiert werden bzw. so dass sich die Gasentladungsrohre 104 und das Hüllrohr 102 gegenseitig stabilisieren. Das Stützrohr 106 kann einen körperlichen Kontakt mit dem Hüllrohr 102 und mit den zwei Gasentladungsrohren 104 aufweisen, so dass die Gasentladungsrohre 104 von dem Stützrohr 106 mechanisch stabilisiert werden bzw. so dass sich die beiden Gasentladungsrohre 104, das Stützrohr 106 und das Hüllrohr 102 gegenseitig stabilisieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Hüllrohr 102, die zwei Gasentladungsrohre 104 und das Stützrohr 106 miteinander verschmolzen sein.
Wie in 1B veranschaulicht ist, kann die Blitzlampenanordnung 100 somit in mehrere Bereiche segmentiert sein, wobei jeweils die Bereiche innerhalb der Gasentladungsrohre 104 mit Gas gefüllt sein können und wobei die Gasentladungsrohre 104 verschlossen werden können und (z.B. paarweise, z.B. Anode und Kathode) mit Elektroden versehen werden können, so dass die Gasentladungsrohre 104 als Gasentladungsröhren betrieben werden können. Die Bereiche in dem Hüllrohr 102 außerhalb der Gasentladungsrohre 104 und außerhalb des Stützrohrs 106 können zur Kühlung genutzt werden. Der Bereich innerhalb des Stützrohrs 106 kann zur externen Zündung der Gasentladungsröhren 104 verwendet werden, z.B. kann ein Zünddraht in dem Stützrohr 106 bereitgestellt sein oder werden. Alternativ kann auch der Bereich innerhalb des Stützrohrs 106 zur Kühlung genutzt werden.
2A veranschaulicht eine Blitzlampenanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in Richtung der Rohrachsen. Die Blitzlampenanordnung 100 kann ein Hüllrohr 102 aufweisen. Ferner können in dem Hüllrohr 102 zwei Gasentladungsrohre 104 bereitgestellt sein oder werden. Die zwei Gasentladungsrohre 104 können einen körperlichen Kontakt mit dem Hüllrohr 102 aufweisen und miteinander in körperlichem Kontakt stehen (z.B. miteinander verschmolzen sein), so dass die Gasentladungsrohre 104 von dem Hüllrohr 102 mechanisch stabilisiert werden bzw. so dass sich die Gasentladungsrohre 104 und das Hüllrohr 102 gegenseitig stabilisieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Hüllrohr 102 und die zwei Gasentladungsrohre 104 miteinander verschmolzen sein.
Wie in 2A veranschaulicht ist, kann die Blitzlampenanordnung 100 somit in mehrere Bereiche segmentiert sein, wobei jeweils die Bereiche innerhalb der Gasentladungsrohre 104 mit Gas gefüllt sein können und wobei die Gasentladungsrohre 104 verschlossen werden können und (z.B. paarweise, z.B. Anode und Kathode) mit Elektroden versehen werden können, so dass die Gasentladungsrohre 104 als Gasentladungsröhren betrieben werden können. Die Bereiche in dem Hüllrohr 102 außerhalb der Gasentladungsrohre 104 können zur Kühlung genutzt werden.
Wie in 2B veranschaulicht ist, kann in dem Hüllrohr 102 zusätzlich zu den beiden Gasentladungsrohren 104 ein Stützrohr 106 (oder Zünddrahtrohr 106) bereitgestellt sein oder werden. Der Bereich innerhalb des zusätzlichen Stützrohrs 106 (oder zusätzlichen Zünddrahtrohrs 106) kann zur externen Zündung der Gasentladungsröhren 104 verwendet werden, z.B. kann ein Zünddraht in dem zusätzlichen Stützrohr 106 bereitgestellt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Stützrohr 106 und die zwei Gasentladungsrohre 104 miteinander verschmolzen sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Stützrohr 106, wenn dieses beispielsweise einen kleinen Durchmesser und keinen Kontakt zum Hüllrohr aufweist, nur wenig zur mechanischen Stabilisierung beitragen, jedoch kann ein Zünddraht in dem Stützrohr 106 angeordnet sein oder werden.
3A veranschaulicht eine Blitzlampenanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in Richtung der Rohrachsen. Die Blitzlampenanordnung 100 kann ein Hüllrohr 102 aufweisen, z.B. mit einem Außendurchmesser von ungefähr 32 mm und einer Wandstärke von beispielsweise ungefähr 2 mm. Ferner können in dem Hüllrohr 102 drei weitere Rohre 106 als Stützrohre 106 bereitgestellt sein oder werden, wobei die drei Stützrohre 106 symmetrisch verteilt um ein Gasentladungsrohr 104 angeordnet sind, so dass das Gasentladungsrohr 104 in dem Hüllrohr 102 mittels der drei Stützrohre 106 gelagert ist oder wird. Das Gasentladungsrohr 104 kann beispielsweise einen Innendurchmesser von ungefähr 22 mm aufweisen und eine Wandstärke von beispielsweise ungefähr 2 mm. Wie vorangehend beschrienen kann in zumindest einem der Stützrohre 106 (z.B. auch in allen drei Stützrohren 106) ein Zünddraht bereitgestellt sein oder werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Hüllrohr 102, das Gasentladungsrohr 104 und die drei Stützrohre 106 miteinander verschmolzen sein.
Wie in 3A veranschaulicht ist, kann die Blitzlampenanordnung 100 somit in beispielsweise drei Bereiche 302k segmentiert sein, wobei zwei Bereiche der drei Bereiche 302k in dem Hüllrohr 102 außerhalb des Gasentladungsrohrs 104 und außerhalb der Stützrohre 106 zur Kühlung genutzt werden können, z.B. indem diese mit Kühlwasser durchspült werden. Ferner kann auch der dritte Bereich der drei Bereiche 302k zur Kühlung verwendet werden, z.B. indem dieser mit Kühlwasser durchspült wird.
3B veranschaulicht eine Blitzlampenanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in Richtung der Rohrachsen. Die Blitzlampenanordnung 100 kann ein Hüllrohr 102 aufweisen, z.B. mit einem Außendurchmesser von ungefähr 32 mm und einer Wandstärke von beispielsweise ungefähr 2 mm. Ferner können in dem Hüllrohr 102 drei Rohre 104, 106 bereitgestellt sein, z.B. verwendet als ein Gasentladungsrohr 104 und zwei Stützrohre 106, wobei die drei Rohre 104, 106 symmetrisch verteilt in dem Hüllrohr 102 angeordnet sind und in dem Hüllrohr 102 gelagert sind. Die drei Rohre 104, 106 können beispielsweise einen Innendurchmesser von ungefähr 11 mm aufweisen und eine Wandstärke von beispielsweise ungefähr 2 mm. Wie vorangehend beschrienen kann in zumindest einem der Stützrohre 106 ein Zünddraht bereitgestellt sein oder werden. Alternativ kann zwischen den drei Rohren 104, 106 ein weiteres Rohr 106w angeordnet sein, in welchem ein Zünddraht bereitgestellt sein kann oder werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Hüllrohr 102, das Gasentladungsrohr 104, die zwei Stützrohre 106 und das weitere Rohr 106w miteinander verschmolzen sein.
Wie in 3B veranschaulicht ist, kann die Blitzlampenanordnung 100 somit in beispielsweise drei Bereiche 302k segmentiert sein, wobei die drei Bereiche 302k in dem Hüllrohr 102 außerhalb des Gasentladungsrohrs 104 und außerhalb der Stützrohre 106 zur Kühlung genutzt werden können, z.B. indem diese zumindest teilweise mit Kühlwasser durchspült werden.
3C veranschaulicht eine Blitzlampenanordnung 100 in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht in Richtung der Rohrachsen. Die Blitzlampenanordnung 100 kann ein Hüllrohr 102 aufweisen, z.B. mit einem Außendurchmesser von ungefähr 32 mm und einer Wandstärke von beispielsweise ungefähr 2 mm. Ferner können in dem Hüllrohr 102 drei Rohre 104, 106 bereitgestellt sein, z.B. verwendet als ein Gasentladungsrohr 104 und zwei Stützrohre 106, wobei das Gasentladungsrohr 104 mittels der beiden Stützrohre 106 in dem Hüllrohr 102 gelagert ist. Die das Gasentladungsrohr 104 kann beispielsweise einen Innendurchmesser von ungefähr 11 mm aufweisen und eine Wandstärke von beispielsweise ungefähr 2 mm. Die beiden Stützrohre 106 können einen geringeren Querschnitt aufweisen, als das Gasentladungsrohr 104. Ferner kann ein weiteres Rohr 106w an dem Gasentladungsrohr 104 angeordnet sein, in welchem ein Zünddraht bereitgestellt sein kann oder werden kann.
Wie in 3C veranschaulicht ist, kann die Blitzlampenanordnung 100 somit in z.B. mindestens zwei Bereiche 302k segmentiert sein, wobei zwei Bereiche 302k in dem Hüllrohr 102 außerhalb des Gasentladungsrohrs 104 und außerhalb der Stützrohre 106 zur Kühlung genutzt werden können, z.B. indem diese zumindest teilweise mit Kühlwasser durchspült werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können das Hüllrohr 102, das Gasentladungsrohr 104, die zwei Stützrohre 106 und das weitere Rohr 106w miteinander verschmolzen sein.
Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und Konfigurationen der Blitzlampenanordnung 100 und Details zu dem Hüllrohr 102, dem mindestens einen Gasentladungsrohr 104 und dem mindestens einen Stützrohr 106 beschrieben, wobei sich die bezüglich der 1 bis 3C beschriebenen grundlegenden Merkmale und Funktionsweisen analog einbeziehen lassen. Ferner können die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Funktionsweisen analog auf die in den 1 bis 3C beschriebene Blitzlampenanordnung 100 übertragen werden oder mit der in den 1 bis 3C beschriebenen Blitzlampenanordnung 100 kombiniert werden.
4 veranschaulicht eine Blitzlampenanordnung 100 in einer Querschnittsansicht, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wobei eine Blitzlampe 104 (bzw. das Gasentladungsrohr 104 oder die Gasentladungsröhre 104) mit einem Strömungsrohr 102 (bzw. Hüllrohr 102) über Führungsrohre 106 (bzw. Stützrohre 106) verbunden ist. Die Innenwände der Hohlräume 402a und 402b können mit einem lichtreflektierenden Material 408 beschichtet sein, z.B. mit Silber oder mit HRC. Anschaulich können/kann die Außenmantelfläche des Gasentladungsrohrs 104 und/oder die Innenmantelfläche des Hüllrohrs teilweise verspiegelt sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Verspiegelung 408 elektrisch leitfähig sein, z.B. wenn Silber verwendet wird. In diesem Fall kann die elektrisch leitfähige Verspiegelung 408 anstelle eines Drahtes zum Zünden der Blitzlampe verwendet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrisch leitfähige Verspiegelung 408 zum Zünden der Blitzlampe mit einem Zündgenerator verbunden sein oder werden. Dabei kann eine Polarisation des Wassers im Bereich 402a oder 402b vermieden werden oder reduziert werden, da sich das Wasser im Bereich 402a oder 402b im feldfreien Raum befindet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: ein Hüllrohr; mindestens ein Gasentladungsrohr, welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr angeordnet ist, wobei die Außenmantelfläche des Gasentladungsrohrs zumindest teilweise verspiegelt ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung Folgendes aufweisen: ein Hüllrohr; eine Gasentladungsröhre (oder mehrere Gasentladungsröhren), welche zumindest teilweise in dem Hüllrohr angeordnet ist, wobei die Außenmantelfläche der Gasentladungsröhre zumindest teilweise verspiegelt ist.
Die Hohlräume 402a, 402b dienen beispielsweise zur Kühlung der Blitzlampe 104 bzw. zur Kühlung des reflektierenden Materials 408. Der Lichtaustritt findet hauptsächlich durch den Hohlraum 402c statt, welcher zur idealen Kühlung auch mit Kühlwasser durchströmt werden kann. Bei niedrigen Dauerleistungen kann der Hohlraum 402c evakuiert sein oder mit einem Gas gefüllt werden, um beispielsweise die Lichtausbeute gegenüber mit dem Wasser gefüllten Hohlraum 402c zu vergrößern. Bei hohen Dauerleistungen hingegen werden die Temperaturen des Glases in diesem Bereich stark ansteigen, was beispielsweise zu mechanischen Spannungen in dem Glas führen kann und/oder was dazu führen kann, dass das Glas weniger optisch transparent wird.
Wie beispielsweise in 4 veranschaulicht ist, kann der Reflektor fester Bestandteil der Blitzlampe 104 sein und gleichzeitig mit dieser gewechselt werden. Mit anderen Worten kann die Reflektorschicht 408 unlösbar mit dem Gasentladungsrohr 104 und/oder mit dem Hüllrohr 102 verbunden sein oder werden. Damit wird beispielsweise weniger Bauraum für den Reflektor benötigt, es ist nur ein Kühlkreislauf anstelle von zweien (welche bei einem separat gekühlten externen Reflektor notwendig wären) erforderlich und das Belegen des Reflektors mit Partikeln ist unterbunden. Im oberen Führungsrohr 106 kann sich beispielsweise ein Zünddraht befinden, wie vorangehend beschrieben, wobei der Zünddraht nicht im Kühlwasser liegt und somit nicht durch Elektrolyse korrodiert bzw. somit das Kühlwasser nicht verunreinigt wird. Da sich beim Betrieb der Blitzlampenanordnung 100 zwischen dem Zünddraht und der Blitzlampe 104 kein Wasser befindet, wird die Zündung wesentlich einfacher bzw. werden weniger hohe Zündströme benötigt und die Blitzlampe kann auch in kritischen Druckbereichen, welche außerhalb des Strömungsrohrs vorliegen können, gezündet werden. Außerdem ist der Zünddraht durch das Führungsrohr 106 ortsfest und parallel zur Lampenachse positioniert. Um die Zündzeitverzögerung zu verkürzen bzw. eine homogenere Plasmaverteilung im Querschnitt der Lampe zu erreichen, können in die beiden anderen Führungsrohre 106 optional zusätzliche Zünddrähte eingeführt werden. Schwärzungen, die in diesem Fall durch die Zünddrähte hervorgerufen werden können, bleiben auf die Innenwandung der Führungsrohre 106 beschränkt und können somit vernachlässigbar sein.
Wie vorangehend beschrieben kann das Gasentladungsrohr 104 Teil einer Gasentladungsröhre sein, welche als Blitzlampe betrieben werden kann oder betrieben wird.
5A veranschaulicht den Anodenendabschnitt der Blitzlampenanordnung 100 (mit mindestens einer in dem Hüllrohr 102 gelagerten Blitzlampe) inklusive elektrischer Leitungen, z.B. nach der Fertigung. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Blitzlampenanordnung 100 zusätzliche Bauteile zu den vorangehend beschriebenen Rohren, z.B. dem Hüllrohr 102, dem mindestens einen Gasentladungsrohr 104 und dem mindestens einen Stützrohr 106 aufweisen. Die Blitzlampenanordnung 100 kann beispielsweise eine Anode 508a aufweisen, welche mittels Quarzglas 512 und mindestens eines Übergangsglases 512a oder mittels mehrerer Übergangsgläser 512a an dem Gasentladungsrohr 104 befestigt sein kann, wobei das Gasentladungsrohr 104 somit am Anodenendabschnitt gasdicht abgeschlossen sein kann. Übergangsgläser haben einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Quarzglas und Metallen und schmelzen üblicherweise bei Temperaturen unterhalb von ungefähr 1000°C, d.h. weit unterhalb der Schmelztemperatur von Quarzglas, welches zwischen ungefähr 1700°C und ungefähr 1800°C liegt.
Die Anode 508a kann mittels einer elektrischen Zuführung 508z elektrisch kontaktiert sein oder werden. Ferner kann die elektrische Zuführung 508z zur Anode 508a zumindest teilweise elektrisch isoliert sein, z.B. mittels eines Schrumpfschlauchs 520 bzw. eines elektrischen Isolators 518 (z.B. aufweisend PTFE, Polytetrafluorethylen). Die Anode 508a kann beispielsweise eine Wolfram-Elektrode sein oder Wolfram aufweisen, z.B. im Fall der Anode kann die Wolfram-Elektrode dotiert sein. Die elektrische Zuführung 508z kann beispielsweise mittels Lot 510 an der Anode 508a angelötet sein.
Wie vorangehend beschrieben kann der Zünddraht 506 in das Stützrohr 106 hinein geführt sein oder werden, wobei das Stützrohr 106 an dessen axialen Endabschnitt abgedichtet sein kann, z.B. mittels eines Übergangsglases 506d, so dass das Stützrohr 106 (z.B. beispielsweise der Bereich 302k zwischen Gasentladungsrohr 104 und Hüllrohr 102) nicht von Kühlwasser durchströmt wird, wenn die Blitzlampenanordnung 100 betrieben wird. Wie in 5A veranschaulicht ist, kann der Zünddraht 506 auch mittels einer Zünddraht-Zuleitung 506z elektrisch kontaktiert sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Hüllrohr-Endstück 502 an dem Hüllrohr 102 befestigt sein oder werden, wobei das kurze Hüllrohr-Endstück 502 (z.B. mit einer Länge von weniger als ungefähr 20 cm) geringere Herstellungstoleranzen aufweisen kann als das lange Hüllrohr 102 (z.B. mit einer Länge von mehr als ungefähr 1 m, 2 m oder 3 m), so dass beispielsweise das Hüllrohr 102 passend zu einem Endkopf zum Lagern der Blitzlampenanordnung 100 sein kann und beispielsweise das Hüllrohr-Endstück 502 mittels einer oder mehrerer Dichtungen gegen einen Endkopf abgedichtet werden kann (vgl. beispielsweise 6). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Hüllrohr-Endstück 502 Quarzglas aufweisen und an das Hüllrohr 102 angeschweißt sein oder werden. Ferner kann das Hüllrohr-Endstück 502 metall-dotiertes Quarzglas aufweisen und an das Hüllrohr 102 angeschweißt sein oder werden.
5B veranschaulicht den Kathodenendabschnitt der Blitzlampenanordnung 100 inklusive elektrischer Leitungen, z.B. nach der Fertigung. Der Kathodenendabschnitt kann in analoger Weise wie der Anodenendabschnitt ausgestaltet sein oder werden. Die Blitzlampenanordnung 100 kann beispielsweise eine Kathode 508k aufweisen, welche mittels Quarzglas 512 und mindestens eines Übergangsglases 512a oder mittels mehrerer Übergangsgläser 512a an dem Gasentladungsrohr 104 befestigt sein kann, wobei das Gasentladungsrohr 104 somit am Kathodenendabschnitt gasdicht abgeschlossen sein kann. Die Kathode 508k kann mittels einer elektrischen Zuführung 508z elektrisch kontaktiert sein oder werden. Ferner kann die elektrische Zuführung 508z zur Kathode 508k zumindest teilweise elektrisch isoliert sein, z.B. mittels eines Schrumpfschlauchs 520 bzw. mittels eines elektrischen Isolators 518 (z.B. PTFE). Die Kathode 508k kann beispielsweise eine Wolfram-Elektrode sein oder Wolfram aufweisen. Die elektrische Zuführung 508z kann beispielsweise mittels Lot 510 an der Kathode 508k angelötet sein.
Wie vorangehend beschrieben kann der Zünddraht 506 in das Stützrohr 106 hinein geführt sein oder werden, z.B. von der Anodenseite der Blitzlampenanordnung 100 her, wobei das Stützrohr 106 an dessen axialen Endabschnitt abgedichtet sein kann, z.B. mittels eines Übergangsglases 506d, so dass das Stützrohr 106 (z.B. beispielsweise der Bereich 302k zwischen Gasentladungsrohr 104 und Hüllrohr 102) nicht von Kühlwasser durchströmt wird, wenn die Blitzlampenanordnung 100 betrieben wird. Wie in 5B veranschaulicht ist, kann der Zünddraht 506 in dem Stützrohr 106 enden.
5B zeigt die Kathodenseite der Blitzlampe bzw. der Blitzlampenanordnung 100, wobei der Zünddraht 506 bis zur Kathode 502k reichen kann, wobei das Führungsrohr 106 am Ende mit einem Übergangsglas 506d verschlossen ist. Im Gegensatz zu einer Zündung, bei welcher der Zünddraht 506 einen direkten Kontakt mit dem Kühlwasser hat, ist der Zünddraht 506 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Glaskörper (z.B. in dem Stützrohr 106) eingeschlossen und muss daher aus Sicherheitsgründen (z.B. aufgrund der Hochspannung, z.B. in einem Bereich von ungefähr 10 kV bis ungefähr 50 kV, zwischen Kathode 508k und Zünddraht 506) nicht mehrere 10 cm vor der Kathode 508k enden. Aufgrund des kürzeren Abstands des Zünddrahts 506 zu der Kathode 508k, z.B. von weniger als ungefähr 15 cm oder weniger als ungefähr 10 cm, kann das Zünden der Blitzlampe 104 wesentlich erleichtert werden.
Wie in 5C veranschaulicht ist, kann der Zünddraht 506 (alternativ zu der in 5A dargestellten Ausführungsform) durch das Hüllrohr 102 hindurch geführt sein oder werden. Somit kann beispielsweise der Zünddraht 506 leichter von außen elektrisch kontaktiert werden. Zusätzlich liegt der Zünddraht 506 nicht mehr im Kühlwasser, wie es außerhalb des Stützrohrs 106 in der in 5A dargestellten Ausführungsform der Fall ist. Der Zünddraht 506 kann beispielsweise mittels eines Übergangsglases 506z aus dem Hüllrohr 102 heraus geführt sein oder werden. Dabei kann der Abschnitt des Zünddrahts 506, welcher sich außerhalb des Hüllrohrs 102 befindet, mit einer elektrischen Isolation ummantelt sein, z.B. können mehrere Keramikhülsen oder Keramikperlen verwendet werden, um den Zünddraht 506 elektrisch zu isolieren. Die in 5C veranschaulichte alternative Anschlussstelle des Zünddrahts 506 kann beispielsweise nicht in allen Umgebungen, wie beispielsweise in korrosiven Prozessgasen, verwendet werden. Anstelle einer Perlenkette aus Keramik zur Isolation der Zuleitung des Zünddrahts kann beispielsweise ein angeschweißtes Glasrohr verwendet werden. Dies kann die Handhabung der Lampe erschweren. Allerdings können somit Probleme vermieden werden, welche sich aus einer räumlichen Nähe des Zünddrahts 506 zu der Anode 508a ergeben können. Anschaulich kann der elektrische Anschluss des Zünddrahts 506 an die jeweils verwendete Prozessumgebung angepasst sein oder werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung 100 Folgendes aufweisen: eine Gasentladungsröhre, welche in einem Hüllrohr 102 gelagert ist; und eine Zünddraht 506 zum Zünden der Gasentladungsröhre, wobei der Zünddraht 506 durch das Hüllrohr 102 hindurch geführt ist. Ferner kann die Gasentladungsröhre derart verspiegelt sein oder werden, dass der Zünddraht 506 keiner direkten Bestrahlung von der Gasentladungsröhre (im Betrieb) ausgesetzt ist.
In 6 ist eine Blitzlampen-Lageranordnung 600 in einer schematischen Querschnittsansicht veranschaulicht, wobei die Blitzlampen-Lageranordnung 600, gemäß verschiedenen Ausführungsformen, Folgendes aufweisen kann: mindestens eine Blitzlampenanordnung 100, mindestens einen Endkopf 602 zum Lagern und Versorgen der mindestens einen Blitzlampenanordnung 100; wobei der mindestens eine Endkopf 602 eine Kühlmittelführung 602k aufweist zum Einleiten von Kühlmittel zwischen dem Hüllrohr 102 und dem mindestens einen Gasentladungsrohr 104 der Blitzlampenanordnung 100, wobei die Kühlmittelführung 602k derart eingerichtet ist, dass das kein Kühlmittel in das mindestens eine Stützrohr 106 der Blitzlampenanordnung 100 eingeleitet wird. Dabei kann der Endkopf 602 einen Dichtungsbereich 602d (z.B. eine oder mehrere Aussparungen in denen jeweils ein O-Ring, z.B. aus Viton oder PTFE, aufgenommen sein kann oder werden kann) aufweisen zum vakuumdichten und/oder wasserdichten Abdichten des Hüllrohrs 102 der Blitzlampenanordnung 100.
Anschaulich ist in 6 eine Konstruktion von einem Endkopf und einer Blitzlampe schematisch dargestellt, wobei der Kühlwasserfluss 602k durch den Hohlraum 302k und anschließend durch den Endkopf 602 hindurch veranschaulicht ist. Der Endkopf 602 kann beispielsweise aus einem elektrischen Isolator, wie z.B. Keramik oder Kunststoff, bestehen. Alternative kann der Endkopf 602 aus Metall bestehen oder Metall aufweisen, z.B. Edelstahl.
Ein Endkopf 602 aus Metall kann aufgrund der guten mechanischen Eigenschaften, der besseren Wärmeleitung und auch der Schirmung von elektromagnetischen Feldern Vorteile gegenüber einem Endkopf aus einem elektrischen Isolator aufweisen. Dabei kann sichergestellt sein oder werden, dass der Schrumpfschlauch 520 sowie das Elektrokabel 508z, 518 eine hochspannungssichere und zuverlässige Isolation bieten. Beispielsweise kann die elektrische Zuführung 508z zur Anode 508a zumindest vollständig von dem Endkopf 602 elektrisch isoliert sein, z.B. mittels eines Schrumpfschlauchs 520 bzw. eines elektrischen Isolators 518 (z.B. aufweisend PTFE). Ferner kann auch die Zuleitung 506z, welche den Zünddraht 506 kontaktiert, eine hochspannungsfeste Isolation 616 aufweisen. Beispielsweise kann die elektrische Zuführung 506z zum Zünddraht 506 (oder wenn sich der Zünddraht 506 durch den Endkopf 602 erstreckt, der Zünddraht 506 selbst) vollständig von dem Endkopf 602 elektrisch isoliert sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Hüllrohr 102 jeweils zwei axiale Endabschnitte aus dotierten Quarzglas 502 aufweisen, wie vorangehend beschrieben ist, wobei aufgrund des dotierten Quarzglases 502 die O-Ringe 602d sowie die Isolation 616 der Zuleitung zu dem Zünddraht 506 oder die Isolation 518, 520 der Zuleitung 508z zu der Anode keinem direkten UV-Licht ausgesetzt sind.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Blitzlampenanordnung 100 mittels zweier Endköpfe 602 in einer Prozesskammer gelagert sein oder werden.
7A bis 7F zeigen jeweils eine Blitzlampenanordnung 100 in einer Querschnittsansicht während des Herstellungsprozesses der Blitzlampenanordnung 100, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Wie in 7A veranschaulicht ist, wird ein Endstück 700a, welches wie vorangehend beschrieben ausgestaltet ist, bereitgestellt bzw. hergestellt. Parallel dazu wird eine Glasrohr-Anordnung 700b (bzw. Blitzlampenanordnung 100), welche wie vorangehend beschrieben ausgestaltet ist (z.B. gemäß den 1A bis 4), gefertigt, wie in 7B veranschaulicht ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Glasrohr-Anordnung 700b Folgendes aufweisen: ein Hüllrohr 102; mindestens ein Gasentladungsrohr 104, welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr 102 angeordnet ist; und mindestens ein Stützrohr 106, welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr 102 angeordnet ist, wie hierin beschrieben.
Anschließend oder vorher kann eine Silberschicht 408 mittels einer Lösung aus Silbernitrat (Silbernitratlösung) aufgebracht werden. Die Silberschicht kann anstelle des Drahtes zur Zündung der Blitzlampe verwendet werden. Alternativ können/kann das Hüllrohr 102 und/oder das Gasentladungsrohr 104 mit einer Reflexionsbeschichtung 408 beschichtet sein oder werden, z.B. mit einer HRC-Beschichtung, wie beispielsweise bezüglich 4 beschrieben ist. Resistenter gegenüber hohen Temperaturen ist eine HRC-Beschichtung, welche beispielsweise mittels thermischen Spritzens auf das Hüllrohr 102 und/oder das Gasentladungsrohr 104 aufgebracht werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden beide Komponenten 700a, 700b (d.h. die Glasrohr-Anordnung 700b und das Endstück 700a) miteinander verschweißt bzw. verschmolzen. Beispielsweise werden das Endstück 700a und das mindestens eine Gasentladungsrohr 104 der Blitzlampenanordnung 100 miteinander verschweißt bzw. verschmolzen. In analoger Weise können mehrere Gasentladungsrohre 104 mit mehreren Endstücken versehen werden.
An beiden axialen Endabschnitten des Hüllrohrs 102 können Hüllrohr-Endstücke 502 aus Quarzglas angeschweißt bzw. abgeschmolzen werden, wie in 7C veranschaulicht ist. Beispielsweise kann die Herstellung eines langen Strömungsrohrs 102 (z.B. mit einer Länge von mehr als 1 m) große Toleranzen aufweisen, wobei jedoch geringe Toleranzen benötigt werden, um das Strömungsrohr 102 an dem Endkopf 602 (oder beidseitig an zwei Endköpfen) mittels O-Ringen 602d abdichten zu können.
Die kurzen Hüllrohr-Endstücke 502 können beispielsweise mit Cerium dotiert sein, um den UV-Anteil des generierten Lichts zu absorbieren und damit Kunststoffe zu schützen, die zum elektrischen Isolieren und/oder zum Abdichten verwendet werden.
Nachfolgend wird ein Zünddraht 506 oder werden mehrere Zünddrähte 506 in die Führungsrohre 106 (bzw. in mindestens ein Stützrohr 106) der Glasrohr-Anordnung 700b eingeführt und anschließend werden die Führungsrohre 106 (bzw. zumindest die Führungsrohre 106, in denen sich ein Zünddraht 506 erstreckt) mit einem Übergangsglas 506d abgeschlossen, wie in 7D veranschaulicht ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Gasentladungsrohr 104 evakuiert, erwärmt und anschließend mit Gas befüllt werden (nicht dargestellt). Das Gasentladungsrohr 104 kann mittels eines Füllstutzen am Kathodenende befüllt werden. Dabei kann der Füllstutzen an dem gekrümmten Abschnitt 512 des Endstücks 700a bereitgestellt sein und nach dem Füllen des Gasentladungsrohrs 104, z.B. mit Xenon, verschmolzen werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrischen Zuleitung 508z angelötet werden. Ferner kann die Anschlussstelle mit einem Schrumpfschlauch 520 überzogen werden, wie in 7E und 7F veranschaulicht ist. In analoger Weise kann die Kathodenseite der Blitzlampenanordnung 100 herstellt sein oder werden.

Claims

Blitzlampenanordnung (100), aufweisend: • ein Hüllrohr (102); • mindestens ein Gasentladungsrohr (104), welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr (102) angeordnet ist; und • mindestens ein Stützrohr (106), welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr (102) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Stützrohr (106) einen körperlichen Kontakt mit dem Hüllrohr (102) und dem mindestens einen Gasentladungsrohr (104) aufweist.
Blitzlampenanordnung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: mindestens einen Zünddraht (506), welcher in dem mindestens einen Stützrohr (106) angeordnet ist.
Blitzlampenanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Hüllrohr (102) einen Außendurchmesser von mehr als 25 mm und eine Länge von mehr als 1 m aufweist.
Blitzlampenanordnung einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine Gasentladungsrohr (104) einen Innendurchmesser von weniger als 22 mm und eine Länge von mehr als 1 m aufweist.
Blitzlampenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Außenmantelfläche des mindestens einen Gasentladungsrohrs (104) und/oder die Innenmantelfläche des Hüllrohrs (102) teilweise verspiegelt sind/ist.
Blitzlampenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: mindestens ein Elektrodenpaar (508a, 508k), wobei jeweils eine Elektrode des mindestens einen Elektrodenpaars (508a, 508k) an jeweils einem der beiden axialen Endabschnitte des mindestens einen Gasentladungsrohrs (104) angeordnet ist.
Blitzlampenanordnung, aufweisend: • ein Hüllrohr (102); • mindestens zwei Gasentladungsrohre (104), welche zumindest teilweise in dem Hüllrohr (102) angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Gasentladungsrohre (104) in körperlichem Kontakt miteinander und jeweils mit dem Hüllrohr (102) stehen.
Blitzlampenanordnung, aufweisend: • ein Hüllrohr (102); • mindestens ein Gasentladungsrohr (104), welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr (102) angeordnet ist, wobei eine Außenmantelfläche des mindestens einen Gasentladungsrohrs (104) und/oder eine Innenmantelfläche des Hüllrohrs (102) teilweise verspiegelt sind/ist.
Blitzlampenanordnung gemäß Anspruch 8, wobei die teilweise verspiegelte Außenmantelfläche des mindestens einen Gasentladungsrohrs (104) und/oder die teilweise verspiegelte Innenmantelfläche des Hüllrohrs (102) elektrisch leitfähig ist, und zum Betreiben der der Blitzlampenanordnung mit einem Zündgenerator verbunden ist.
Blitzlampenanordnung, aufweisend: • ein Hüllrohr (102) aus Quarzglas; • mindestens ein Gasentladungsrohr (104), welches zumindest teilweise in dem Hüllrohr (102) angeordnet ist; • wobei das Hüllrohr (102) an beiden axialen Endabschnitten (502) metalldotiertes Quarzglas aufweist, so dass die beiden axialen Endabschnitte (502) des Hüllrohrs (102) weniger transparent für UV-Strahlung sind als ein Rohrabschnitt (102) zwischen den beiden axialen Endabschnitten (502).
Blitzlampen-Lageranordnung (600), aufweisend: • mindestens eine Blitzlampenanordnung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10; • mindestens einen Endkopf (602) zum Lagern und Versorgen der mindestens einen Blitzlampenanordnung (100); wobei der mindestens eine Endkopf (602) eine Kühlmittelführung (602k) aufweist zum Einleiten von Kühlmittel zwischen dem Hüllrohr (102) und dem mindestens einen Gasentladungsrohr (104).