EP0800201B1 - Langlebiger Excimerstrahler, Verfahren zu seiner Herstellung und zur Lebensdauerverlängerung sowie Vorrichtung zur Durchführung des letztgenannten Verfahrens - Google Patents

Langlebiger Excimerstrahler, Verfahren zu seiner Herstellung und zur Lebensdauerverlängerung sowie Vorrichtung zur Durchführung des letztgenannten Verfahrens Download PDF

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EP0800201B1
EP0800201B1 EP97105297A EP97105297A EP0800201B1 EP 0800201 B1 EP0800201 B1 EP 0800201B1 EP 97105297 A EP97105297 A EP 97105297A EP 97105297 A EP97105297 A EP 97105297A EP 0800201 B1 EP0800201 B1 EP 0800201B1
Authority
EP
European Patent Office
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radiator
excimer
halogen
discharge space
discharge chamber
Prior art date
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Application number
EP97105297A
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English (en)
French (fr)
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EP0800201A3 (de
EP0800201A2 (de
Inventor
Angelika Dr. Hofmann
Silke Reber
Franz Schilling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Noblelight GmbH
Original Assignee
Heraeus Noblelight GmbH
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Publication date
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Publication of EP0800201A3 publication Critical patent/EP0800201A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/70—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/12—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature

Definitions

  • the invention relates to an excimer radiator with a discharge space, the one under discharge conditions Contains excimer-forming, halogen-containing filling gas. Furthermore, the Invention, a method for producing a durable excimer lamp and a method to extend the life of such an excimer radiator and a device to carry out the latter procedure
  • Excimer emitters are used to generate high-energy UV radiation.
  • the excimer radiation is also known as silent electrical discharge. This is in one of Dielectrics limited discharge space in which the fill gas forming the excimers is included.
  • An excimer radiator of the type specified is known from EP-A1 0 547 366.
  • Excimer radiators described there are used as filler gases depending on the desired spectral composition
  • various noble gases of the radiation for example argon, krypton or Xenon or noble gas mixtures are proposed, for example chlorine or a chlorine-containing one Contain compound from which one or more chlorine atoms are split off in the discharge become.
  • An excimer radiator designed as a planar flat radiator is known from EP-A2 0 521 553.
  • the discharge space contains a rare gas filling containing halogen, the partial pressure of the halogen is between 0.05% and 5% of the partial pressure of the noble gas.
  • the known Excimer emitters are characterized by a high irradiance.
  • the maximum adjustable UV irradiance is reduced within the first 300 hours of operation.
  • the drop in UV irradiance is typically greater than 50% of the initial irradiance.
  • EP-A1 607 960 An attempt to extend the life of such a radiator is in EP-A1 607 960 explained. It describes an excimer emitter, one with a suitable filling gas filled, gastight sealed discharge space. For the purpose of extending the lifespan The emitter is proposed to contain gaseous impurities in the filling gas to remove and provide a "getter" for this purpose, which is inside the discharge space or in Connection with this can be arranged. However, it has been shown that the removal of filling gas impurities is not sufficient for a significant increase in the service life.
  • the present invention is therefore based on the object of an excimer radiator with a high Specify service life and a method for producing such an excimer lamp to provide.
  • the invention is also based on the object of a method for increasing the lifespan of excimer lamps and a suitable device specify.
  • the object is achieved on the basis of the excimer radiator mentioned at the outset in that the halogen content of the discharge space (16) per cm 2 of its inner surface is at least 1 ⁇ 10 -10 mol / cm 3 and at the same time as a function of the maximum power density of the radiator, expressed in the unit "watts per cm of radiator length" is set to a value in the range from 1 x 10 -7 mol / cm 3 to 1 x 10 -5 mol / cm 3 per unit of power density.
  • the halogen loss can result from a reaction of the halogen with the inner surfaces of the discharge space are based.
  • the boundary walls of the discharge space can, for example consist of quartz glass or of a ceramic.
  • the surface reaction of the halogen can indeed be modified by a suitable modification of the discharge space Avoid interior surfaces.
  • such measures are complex and expensive generated modifications are also often not sufficiently resistant to Discharge.
  • applied protective layers can peel off.
  • the saturation concentration is at a halogen content of at least 1 ⁇ 10 -10 mol / cm 3 per cm 2 of the inner surface.
  • This halogen content can be measured in the filling gas before surface reactions with the halogen have taken place, for example before the emitter is started up.
  • the halogen content in the discharge space can be determined if all halogen bound to or in the inner surface of the discharge space is added to the halogen content of the filling gas.
  • the halogen content bound to or in the inner surface of the discharge space can be determined, for example, by releasing the halogen into the discharge space by means of a suitable temperature treatment.
  • This halogen content can also be determined chemically or spectroscopically. It should be noted, however, that such halogen, which may additionally be present inside the material of the walls delimiting the discharge space, is not taken into account.
  • synthetic quartz glass often contains a certain amount of chlorine due to the manufacturing process.
  • the specified saturation concentration of halogens in the discharge space is permanently set, a decrease in the irradiance over time is avoided in whole or in part.
  • a halogen concentration above the actually sufficient saturation concentration does not have a detrimental effect on the lifetime behavior. However, it affects the radiation characteristics of the radiator and reduces its maximum power density.
  • the halogen concentration to be set continues to depend on the maximum power density of the radiator. On the other hand, it is therefore necessary to observe the further dimensioning rule that the halogen content in the discharge space, depending on the maximum power density of the emitter, expressed in the unit "watt per cm emitter length", to a value in the range from 1 x 10 -7 mol / cm 3 to 1 x 10 -5 mol / cm 3 per unit of power density is set.
  • the specified relationship between the power density and the appropriate halogen content of the discharge space has up to a power density of approx. 200 W / cm Radiator length has been shown to be approximately linear. It can be assumed that this connection even at higher power densities, for example at power densities around 400 W / cm. Only the length of the actually illuminated is considered to be the spotlight length Spotlight.
  • the specified saturation concentration corresponds approximately a mixing ratio of halogen: noble gas from 1:50 to 1: 500.
  • These mixing ratios are only given as a guide for easier orientation. It will be in this Context expressly pointed out that not the mixing ratio, but the absolute halogen content, based on the size of the inner surface and the volume of the discharge space, and at the same time based on the maximum power density of the Excimer radiator, are crucial for the excimer radiator according to the invention. In doing so any buffer gases in the discharge space, which can also be noble gases, are not taken into account calmly.
  • An excimer emitter in which the halogen content of the discharge space per cm 2 of its inner surface is in the range from 1 ⁇ 10 -10 mol / cm 3 to 1 ⁇ 10 -8 mol / cm 3 has proven particularly useful.
  • the specified upper limit results from the efficiency of the radiator, which decreases as the halogen content increases.
  • Halogen has a high electronegativity and usually has a lower probability of excitation compared to the noble gas. It therefore captures a relatively large number of electrons; the heater is difficult to ignite if the chlorine content is high.
  • the filament density and consequently the halogen content in its atomic form increases.
  • atomic halogen accumulates particularly easily on the boundary walls of the discharge space.
  • the specified upper limit of the halogen concentration is therefore particularly relevant for excimer lamps with a high power density around 100 W per cm of lamp length, while with excimer lamps with a lower power density - without prejudice to the above-mentioned dimensioning rule with regard to the power density - this upper limit can be exceeded.
  • An excimer radiator has a particularly long service life, in which the filling gas contains chlorine or a compound which releases chlorine under discharge conditions.
  • a suitable chlorine-containing filling gas contains, for example, HCI with 2% Cl 2 and an inert gas, such as krypton, xenon or argon.
  • An excimer radiator has proven to be particularly advantageous, in the case of which in the discharge space a reservoir containing the halogen is arranged, the concentration of the halogen in the reservoir is higher than that in the filling gas.
  • the halogen in the halogen reservoir is from Filling gas of the discharge space separated. If the halogen content falls below a predetermined lower limit, the reservoir can be opened automatically or manually Halogen contained in the discharge space is released.
  • the halogen content of the reservoir is so dimensioned that the concentration of the halogen in the release Discharge space is increased, for example, the target concentration by the release of halogen can be reached in the discharge space.
  • a suitable halogen content of the reservoir is therefore simply due to the difference between the concentration at the lower limit and the target concentration and the volume of the discharge space.
  • the reservoir has a relatively small volume compared to the volume of the discharge space.
  • the Halogen concentration in the reservoir is therefore relatively high.
  • the reservoir can, for example be designed in the form of a chamber made of quartz glass or a ceramic, which when reached the said lower concentration limit is broken.
  • the lower concentration limit can be determined on the basis of intensity measurements of the excimer radiation.
  • the above specified task based on the aforementioned method according to the invention solved in that the inner surfaces of the discharge space before filling the filling gas with a halogen-containing passivation gas.
  • This passivation is a relatively simple modification to carry out the inner surface of the discharge space. You can, for example, on simple Way done by flushing the discharge space with the halogen.
  • the invention according to the invention has proven to be particularly effective with regard to the extension of the service life Proven procedures using excimer emitters using chlorine or one under discharge conditions Chlorine releasing compound is used when used for passivation Chlorine is used.
  • the halogen content of the passivation gas per cm 2 of the inner surface of the discharge space is advantageously at least 1 x 10 -10 mol / cm 3 , with the proviso that it is chosen to be at least as large as the halogen content in the filling gas.
  • the term "halogen content” is understood to mean the concentration of the halogen based on the volume of the discharge space.
  • the passivation can take place on walls of the discharge space made of quartz glass at an elevated temperature up to 1000 ° C; with ceramic walls even at higher temperatures.
  • the above-mentioned object is achieved in that the discharge space with infrared radiation is applied or that halogen from one arranged in the discharge space Halogen reservoir is released.
  • the infrared space creates the discharge space boundary walls heated. This is usually about Walls made of quartz glass. It was shown that the warming caused a pre-existing one Depletion of the fill gas on halogens can be reversed.
  • the excimer radiator can be, for example, in one Oven can be introduced, or it is the radiation emitted by an infrared radiator exposed.
  • halogen is from an im Discharge space arranged halogen reservoir released.
  • concentration of the halogen in the reservoir is set higher than that in the filling gas. Due to the additional halogen A halogen loss in the discharge space can be compensated for in the reservoir. Does the fall Halogen content below a predetermined lower limit, the reservoir can automatically or can be opened manually, the halogen contained therein being released into the discharge space becomes.
  • the formation of the halogen reservoir its halogen content and the Determination of the lower concentration limit is made to the above explanations.
  • a method has proven to be particularly advantageous in which the discharge space is heated to a temperature in the range from 400 ° C. to 1000 ° C. by means of infrared rays.
  • This temperature range applies to a discharge space with boundary walls made of quartz glass. If the boundary walls consist of a ceramic, such as Al 2 O 3 , temperatures above 1000 ° C are more favorable.
  • Such a procedure has proven to be particularly effective in the case of chlorine-containing filling gas.
  • the object stated above is achieved according to the invention in that that at least one infrared radiator is provided, which is arranged adjacent to the excimer radiator is such that the infrared radiation emanating from the infrared radiator forms the discharge space warmed up.
  • every oven is also suitable as an infrared heater.
  • the infrared radiator is advantageous provided with a reflector, which the infrared radiation on the discharge space directs and thereby an undesirable emission of infrared radiation in other directions prevented.
  • the length of the infrared radiator corresponds or the total length of all infrared radiators roughly the length of the discharge space. Thereby the halogen is effectively released over the entire length of the discharge space.
  • the infrared radiator advantageously runs or the infrared radiators run parallel to the discharge space of the excimer lamp.
  • This embodiment of the device has the advantage that the release of the Halogen is reproducible from the inner surfaces delimiting the discharge space.
  • Excimer emitters and infrared emitters can be switched on at the same time The above-mentioned time interval can also be 0.
  • the operating hours are on the X axis and a relative irradiance is plotted on the Y axis.
  • Figure 1 shows the life behavior of XeCl module radiators. These generate a power density of 25 W / cm lamp length.
  • the filling pressure of the filling gas in the discharge space is 750 mbar.
  • Argon as a buffer gas contributes about 300 mbar to this internal pressure.
  • the discharge space in these emitters is formed by the space between two quartz glass tubes which run coaxially to one another.
  • the outer diameter of the discharge space is 27 mm, the inner diameter is 16 mm and the length is 343 mm.
  • the curve labeled with the reference number 1 represents the service life behavior of a previously available XeCl module radiator.
  • the mixing ratio of xenon to chlorine is approximately 1000: 1.
  • the absolute chlorine content in the discharge space is below 1 x 10 -10 mol / cm 3 per cm 2 of the inner surface of the discharge space; more precisely at about 3 x 10 -11 mol / cm 3 : the inside surface of the discharge space is about 470 cm 2 .
  • the concentration information relates to the volume of the discharge space.
  • the curve shape designated by reference number 2 represents the service life behavior in a XeCl module radiator in which the chlorine content of the discharge space is quintupled compared to the known excimer radiator described above.
  • the mixing ratio of xenon to chlorine is therefore about 200: 1.
  • the chlorine content is 1.5 x 10 -10 mol / cm 3 and cm 2 of the inner surface of the discharge space.
  • the power density is approximately 30 watts per cm of illuminated spotlight length. Otherwise, the XeCl module radiators considered are identical.
  • chlorine accumulates on the inner walls of the discharge space;
  • the chlorine content in the filling gas therefore gradually decreases and can drop below the value of, for example, 5 ⁇ 10 -11 mol / cm 3 and cm 2 of the inner surface.
  • the service life behavior of the XeCl module radiator according to the invention is characterized by only a small and in particular very slow decrease in the UVB irradiance out of time. After approx. 1000 hours of operation, the relative UVB irradiance only changes about 20% decreased. However, curve 2 does not yet show whether the irradiance amounts to an end value.
  • a similar result of the service life behavior results from the creep diagrams of KrCl module radiators shown in FIG . These generate a power density of 25 W / cm lamp length.
  • the filling pressure of the filling gas in the discharge space is 350 mbar.
  • the discharge space in these emitters is also formed by the space between two quartz glass tubes which run coaxially to one another.
  • the outer diameter of the discharge space is 27 mm, the inner diameter is 16 mm and the length is 343 mm.
  • reference number 3 is assigned to a creep curve, as is usually the case with one KrCl module radiator is measured according to the prior art.
  • the mixing ratio of Krypton to chlorine is about 1000: 1.
  • the absolute chlorine content in this lamp is same as in the known XeCl module radiator described above.
  • the UVC irradiance drops relatively sharply observe that after approx. 300 to 400 hours of operation in a low final value, which is below 10% of the original irradiance, flows out.
  • Curves 4 and 5 are assigned to KrCl module radiators, which differ from one another only in the mixing ratio of the filling gas. These generate a power density of 25 W / cm lamp length. A buffer gas is not included.
  • the initial krypton: chlorine mixing ratio is 100: 1
  • the creep curve 5 50 1.
  • the latter mixing ratio corresponds to a chlorine content of approx. 6 x 10 -10 mol / cm 3 per cm 2 of the inner surface of the discharge space.
  • the inside surface of the discharge space is approximately 470 cm 2 .
  • the life cycle behavior of KrCl excimer emitters with a relatively low power of 30 W is shown in the creep curves according to FIG .
  • the illuminated spotlight length is 10 cm. It has been shown that the chlorine loss increases with increasing power density. This is based on the effect already mentioned, according to which the atomic chlorine content increases with increasing filament density, which in turn reacts on the inner walls of the discharge space and is thus removed from the filling gas.
  • the creep curve labeled with the reference number 6 gives the typical life course with commercially available excimer emitters again, whereby after an initial sharp decrease in UVC irradiance after about 350 hours of operation an end value of Irradiance is achieved at a low level.
  • the initial mixing ratio of chlorine: krypton in the filling gas is 1: 1000.
  • the particularly good lifetime behavior of the emitter shown in FIG. 3 is the result of passivation of the inner surface of the discharge space before the filling gas is filled .
  • the inventive one shows KrCl excimer lamps only show a slight decrease in UVC irradiance during the test time of approx. 2000 hours.
  • the excimer radiator 11 consists of an outer quartz glass tube 12, which is covered on its outer surface with a metallic mesh 13, which forms the outer electrode of the excimer radiator 11 and an inner quartz glass tube 14, which is arranged coaxially with the outer quartz glass tube 12 and on the inner wall of which Metallic spiral 15 is present, which forms the inner electrode of the excimer lamp 11.
  • the annular gap between the outer quartz glass tube 12 and the inner quartz glass tube 14 corresponds to the discharge space 16 of the excimer radiator 11.
  • the volume of the discharge space 16 is approximately 470 cm 3 .
  • the power density of the spotlight is 30 watts per cm of the illuminated spot length.
  • a quartz glass capsule 17 filled with chlorine is arranged in the discharge space 16.
  • the wall of the capsule 17 is scored and in this way provided with a predetermined breaking point 18.
  • the chlorine content of the capsule 17 is adjusted so that after breaking the capsule 17, the chlorine content in the discharge space 16 is increased by 1 ⁇ 10 -11 mol / cm 3 and per cm 2 of the inner surface of the discharge space 16.
  • a metal part 19 is embedded in the wall of the capsule 17 and from the discharge space 16 shielded.
  • the metal part 19 together with the capsule 17 is in a by means of a magnet 20 held upper position. If the capsule 17 is dropped from this position by the Magnet 20 is removed or switched off, it breaks and the chlorine contained therein escapes in the discharge space 16. In this way, the chlorine content in the discharge space 16 can be regenerated.
  • To determine the optimal time for regeneration the intensity of a characteristic emission wavelength of the excimer radiator 11 by means of measured by a UV sensor. If the intensity falls below a lower limit, this becomes visually displayed and then the magnet 20 removed.
  • the magnet 20 is designed as an electromagnet, is below a Lower limit of the intensity of the magnet 20 is automatically switched off and thereby the chlorine released from the capsule 17 into the discharge space 16.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Excimerstrahler mit einem Entladungsraum, der ein unter Entladungsbedingungen Excimere bildendes, halogenhaltiges Füllgas enthält. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines langlebigen Excimerstrahlers sowie ein Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer eines solchen Excimerstrahlers sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des zuletzt genannten Verfahrens
Excimerstrahler werden zur Erzeugung hochenergetischer UV-Strahlung eingesetzt. Die Excimerstrahlung wird auch als stille elektrische Entladung bezeichnet. Diese wird in einem von Dielektrika begrenzten Entladungsraum erzeugt, in dem das die Excimere bildende Füllgas enthalten ist.
Ein Excimerstrahler der angegebenen Gattung ist aus der EP-A1 0 547 366 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Excimerstrahler werden als Füllgase je nach gewünschter spektraler Zusammensetzung der Strahlung verschiedene Edelgase, beispielsweise Argon, Krypton oder Xenon bzw. Edelgasgemische vorgeschlagen, die beispielsweise Chlor oder eine chlorhaltige Verbindung enthalten, aus der in der Entladung ein oder mehrere Chlor-Atome abgespaltet werden.
Über die einzustellende Chlor-Konzentration werden in der EP-A1 0 547 366 keine Angaben gemacht. Bei den bisher im Handel erhältlichen Excimerstrahlern ist der Chlorgehalt in Anlehnung an den Chlorgehalt in den entsprechenden Excimer-Lasern auf ein Mischungsverhältnis von Chlor zu einem Edelgas bzw. zu einem Edelgasgemisch von 1 / 1000 eingestellt. Ein derartiger Excimerstrahler ist beispielsweise in der Promotionsarbeit von Herrn Volker Shorpp mit dem Titel "Die dielektrisch behinderte Edelgas-Halogen-Excimer-Entladung: eine neuartige UV-Strahlenquelle", Universität Karlsruhe, 1991, beschrieben.
Aus der EP-A2 0 521 553 ist ein als planarer Flachstrahler ausgebildeter Excimerstrahler bekannt. Der Entladungsraum enthält eine halogenhaltige Edelgasfüllung, wobei der Partialdruck des Halogens zwischen 0.05% und 5% des Partialdruckes des Edelgases beträgt. Der bekannte Excimerstrahler zeichnet sich durch eine hohe Bestrahlungsstärke aus.
Bei den bisher bekannten Excimerstrahlern verringert sich die maximal einstellbare UV-Bestrahlungsstärke bereits innerhalb der ersten 300 Betriebsstunden. Der Abfall der UV-Bestrahlungsstärke ist typischerweise größer als 50 % der anfänglichen Bestrahlungsstärke.
Ein Versuch, die Lebensdauer eines solchen Strahlers zu verlängern, ist in der EP-A1 607 960 erläutert. Darin wird ein Excimerstrahler beschrieben, der einen mit einem geeigneten Füllgas gefüllten, gasdicht verschlossenen Entladungsraum aufweist. Zum Zweck der Lebensdauerverlängerung des Strahlers wird vorgeschlagen, gasförmige Verunreinigungen des Füllgases zu entfernen und hierfür ein "Getter" vorzusehen, das innerhalb des Entladungsraumes oder in Verbindung mit diesem angeordnet sein kann. Es hat sich aber gezeigt, daß das Entfernen von Füllgas-Verunreinigungen für eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer nicht ausreicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Excimerstrahler mit hoher Lebensdauer anzugeben sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Excimerstrahlers bereitzustellen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von Excimerstrahlern und eine dafür geeignete Vorrichtung anzugeben.
Hinsichtlich des Excimerstrahlers wird die Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Excimerstrahler dadurch gelöst, daß der Halogengehalt des Entladungsraumes (16) pro cm2 seiner Innenoberfläche mindestens 1 x 10-10 mol/cm3 beträgt und gleichzeitig in Abhängigkeit von der maximalen Leistungsdichte des Strahlers, ausgedrückt in der Einheit "Watt pro cm Strahlerlänge" auf einen Wert im Bereich von 1 x 10-7 mol/cm3 bis 1 x 10-5 mol/cm3 pro Einheit der Leistungsdichte eingestellt ist.
Es wurde gefunden, daß nicht in erster Linie Verunreinigungen des Füllgases für die Abnahme der UV-Bestrahlungsstärke bei den bekannten Excimerstrahlern verantwortlich sind, sondern eine Verarmung des Füllgases an Halogenen. Unter "Halogen" werden im folgenden Fluor, Chlor, Brom und Jod sowie Mischungen dieser Gase; unter "Edelgas" Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon sowie Mischungen dieser Gase verstanden. Enthält das Füllgas Verbindungen, die unter Entladungsbedingungen Halogene abgeben, so sind die unter Entladungsbedingungen tatsächlich freigesetzten Halogenkonzentrationen relevant. Es hat sich gezeigt, daß die Freisetzung der Halogene im wesentlichen von der Leistungsdichte abhängt, mit der der Strahler betrieben wird.
Der Halogenverlust kann auf einer Reaktion des Halogens mit den Innenoberflächen des Entladungsraumes beruhen. Die Begrenzungswände des Entladungsraumes können beispielsweise aus Quarzglas bestehen oder aus einer Keramik. Die Oberflächenreaktion des Halogens läßt sich zwar durch eine geeignete Modifikation der den Entladungsraum begrenzenden Innenoberflächen vermeiden. Derartige Maßnahmen sind jedoch aufwendig und teuer und die erzeugten Modifikationen sind überdies häufig nicht ausreichend beständig gegenüber der Entladung. So können beispielsweise aufgebrachte Schutzschichten abblättern.
Es wurde gefunden, daß bereits eine Lebensdauerverlängerung durch eine anfänglich erhöhte Halogen-Konzentration im Füllgas erzielt werden kann. Dies kann darauf zurückgeführt werden, daß an der Innenoberfläche des Entladungsraumes kein stetiger Verbrauch an Halogen stattfindet, sondern vielmehr mit steigenden Angebot an Halogen im Füllgas eine Sättigung der Oberflächenreaktion zu beobachten ist. Derjenige Halogengehalt im Füllgas, ab dem diese Sättigung zu beobachten ist und bei dem darüberhinaus eine für die Excimer-Entladung ausreichende Halogen-Konzentration innerhalb des Entladungsraumes vorhanden ist, wird nachfolgend als Sättigungskonzentration bezeichnet. Die Sättigungskonzentration hängt von der Betriebstemperatur des Excimer-Strahlers, insbesondere aber von seiner Leistung und von der Größe der Innenoberfläche des Entladungsraumes ab. Es wurde gefunden, daß die Sättigungskonzentration bezogen auf die Innenoberfläche des Entladungsraumes bei einem Halogengehalt von mindestens 1 x 10-10 mol/cm3 pro cm2 der Innenoberfläche liegt. Dieser Halogengehalt kann im Füllgas gemessen werden, bevor Oberflächenreaktionen mit dem Halogen stattgefunden haben, also beispielsweise vor der Inbetriebnahme des Strahlers. Für den Fall, daß die Innenoberflächen des Entladungsraumes vorab mit dem Halogen beladen worden sind oder nach einer Inbetriebnahme des Strahlers kann der Halogengehalt im Entladungsraum ermittelt werden, wenn zu dem Halogengehalt des Füllgases sämtliches an oder in der Innenoberfläche des Entladungsraumes gebundenes Halogen hinzugerechnet wird. Die Ermittlung des an oder in der Innenoberfläche des Entladungsraumes gebundenen Halogen-Gehaltes kann beispielsweise durch Freisetzung des Halogens in den Entladungsraum durch eine geeignete Temperaturbehandlung erfolgen. Dieser Halogen-Gehalt kann aber auch auf chemischem oder spektroskopischem Weg ermittelt werden. Dabei ist aber zu beachten, daß solches Halogen, das im Innern des Materials der den Entladungsraum begrenzenden Wandungen möglicherweise zusätzlich vorhanden ist, nicht berücksichtigt wird. Beispielsweise enthält synthetisches Quarzglas herstellungsbedingt häufig einen gewissen Chlorgehalt.
Ist die angegebene Sättigungskonzentration an Halogenen im Entladungsraum dauerhaft eingestellt, wird eine Abnahme der Bestrahlungsstärke mit der Zeit ganz oder teilweise vermieden. Eine Halogenkonzentration oberhalb der tatsächlich ausreichenden Sättigungskonzentration wirkt sich auf das Lebensdauerverhalten nicht schädlich aus. Sie beeinflußt aber die Abstrahlcharakteristik des Strahlers und verringert seine maximale Leistungsdichte. Die einzustellende Halogenkonzentration richtet sich aber weiterhin nach der maximalen Leistungsdichte des Strahlers. Es ist daher andererseits die weitere Bemessungsregel zu beachten, daß der Halogengehalt im Entladungsraum in Abhängigkeit von der maximalen Leistungsdichte des Strahlers, ausgedrückt in der Einheit "Watt pro cm Strahlerlänge" auf einen Wert im Bereich von 1 x 10-7 mol/cm3 bis 1 x 10-5 mol/cm3 pro Einheit der Leistungsdichte eingestellt wird.
Der angegebene Zusammenhang zwischen der Leistungsdichte und dem geeigneten Halogengehalt des Entladungsraumes hat sich bis zu einer Leistungsdichte von ca. 200 W/cm Strahlerlänge als annähernd linear erwiesen. Es kann angenommen werden, daß dieser Zusammenhang auch bei noch höheren Leistungsdichten, beispielsweise bei Leistungsdichten um 400 W/cm, gültig ist. Als Strahlerlänge gilt dabei nur die tatsächlich beleuchtete Länge des Strahlers.
Es stellt für den Fachmann kein Problem dar, ausgehend von der Lehre des Patentanspruches, den Halogengehalt auf die konkreten Strahler-Geometrien und -leistungen einzustellen.
Bei den üblichen Excimerstrahlern entspricht die angegebene Sättigungskonzentration etwa einem Mischungsverhältnis von Halogen : Edelgas von 1 : 50 bis 1 : 500. Diese Mischungsverhältnisse werden nur als Anhaltspunkte zur leichteren Orientierung mitgeteilt. Es wird in diesem Zusammenhang ausdrücklich darauf hingewiesen, daß nicht das Mischungsverhältnis, sondern der absolute Halogengehalt, bezogen auf die Größe der Innenoberfläche und das Volumen des Entladungsraumes, und gleichzeitig bezogen auf die maximale Leistungsdichte des Excimerstrahlers, für den erfindungsgemäßen Excimerstrahler entscheidend sind. Dabei werden etwaige Puffergase im Entladungsraum, die ebenfalls Edelgase sein können, außer Betracht gelassen.
Besonders bewährt hat sich ein Excimerstrahler, bei dem der Halogengehalt des Entladungsraumes pro cm2 seiner Innenoberfläche im Bereich von 1 x 10-10 mol/cm3 bis 1 x 10-8 mol/cm3 liegt. Die angegebene Obergrenze ergibt sich aus dem bei zunehmendem Halogengehalt abnehmenden Wirkungsgrad des Strahlers. Das Halogen hat eine hohe Elektronegativität und üblicherweise gegenüber dem Edelgas eine geringere Anregungswahrscheinlichkeit. Es fängt deshalb relativ viele Elektronen ab; der Strahler ist bei hohem Chlorgehalt schwer zu zünden. Andererseits nimmt mit zunehmender Leistungsdichte des Excimerstrahlers die Filamentdichte und in Folge davon der Halogengehalt in seiner atomaren Form zu. Atomares Halogen lagert sich jedoch an den Begrenzungswandungen des Entladungsraumes besonders leicht an. Die angegebene Obergrenze der Halogen-Konzentration ist daher insbesondere für Excimerstrahler mit hoher Leistungsdichte um 100 W pro cm Strahlerlänge relevant, während bei Excimerstrahlern mit niedrigerer Leistungsdichte - unbeschadet der oben angebenen Bemessungsregel in Bezug auf die Leistungsdichte - diese Obergrenze eher unterschritten werden kann.
Eine besonders hohe Lebensdauer weist ein Excimerstrahler auf, bei dem das Füllgas Chlor oder eine unter Entladungsbedingungen Chlor abgebende Verbindung enthält. Ein geeignetes chlorhaltiges Füllgas enthält beispielsweise HCI mit 2 % Cl2 und ein Edelgas, wie beispielsweise Krypton, Xenon oder Argon.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein Excimerstrahler erwiesen, bei dem im Entladungsraum ein das Halogen enthaltendes Reservoir angeordnet ist, wobei die Konzentration des Halogens im Reservoir höher ist als diejenige im Füllgas. Das Halogen im Halogenreservoir ist vom Füllgas des Entladungsraumes getrennt. Fällt der Halogengehalt unter eine vorgegebene Untergrenze, kann das Reservoir automatisch oder manuell geöffnet werden, wobei das darin enthaltene Halogen in den Entladungsraum freigesetzt wird. Der Halogengehalt des Reservoirs ist dabei so bemessen, daß durch die Freisetzung die Konzentration des Halogens im Entladungsraum erhöht wird, beispielsweise kann durch die Freisetzung die Soll-Konzentration des Halogens im Entladungsraum erreicht werden. Ein geeigneter Halogengehalt des Reservoirs ergibt sich somit einfach aufgrund der Differenz zwischen der Konzentration bei der Untergrenze und der Soll-Konzentration sowie dem Volumen des Entladungsraumes. Das Reservoir hat ein relativ kleines Volumen, verglichen mit dem Volumen des Entladungsraumes. Die Halogenkonzentration im Reservoir ist daher relativ hoch. Das Reservoir kann beispielsweise in Form einer Kammer aus Quarzglas oder einer Keramik ausgebildet sein, die bei Erreichen der genannten Konzentrations-Untergrenze zerbrochen wird. Die Konzentrations-Untergrenze kann anhand von Intensitätsmessungen der Excimerstrahlung ermittelt werden.
Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung eines langlebigen Excimerstrahlers wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenoberflächen des Entladungsraumes vor dem Einfüllen des Füllgases mit einem halogenhaltigen Passivierungsgas beaufschlagt werden.
Es wurde festgestellt, daß ein höherer Halogenanteil im Füllgas des Entladungsraumes dann nicht erforderlich ist, wenn die Innenoberflächen des Entladungsraumes vor dem Einfüllen des Füllgases mit einem Halogen behandelt worden sind. Diese Vorbehandlung mit Halogen "passiviert" sozusagen die Innenoberflächen des Entladungsraumes. Durch die Passivierung werden die Innenoberflächen mit Halogen gesättigt und dadurch beim späteren Betrieb des Excimerstrahlers der weitere Verbrauch von Halogen aus dem Füllgas aufgrund Absorption in, Adsorption an oder chemischer Reaktion mit den Begrenzungswänden des Entladungsraumes gesenkt oder sogar verhindert.
Bei dieser Passivierung handelt es sich um eine verhältnismäßig einfach durchzuführende Modifizierung der Innenoberfläche des Entladungsraumes. Sie kann beispielsweise auf einfache Weise durch Spülen des Entladungsraumes mit dem Halogen erfolgen.
Als besonders wirkungsvoll hinsichtlich der Lebensdauerverlängerung hat sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Excimerstrahlern erwiesen, bei denen Chlor oder eine unter Entladungsbedingungen Chlor abgebende Verbindung eingesetzt wird, wenn zur Passivierung Chlor verwendet wird.
Der Halogengehalt des Passivierungsgases pro cm2 der Innenoberfläche des Entladungsraumes beträgt vorteilhafterweise mindestens 1 x 10-10 mol/cm3, mit der Maßgabe, daß er mindestens so groß gewählt wie der Halogengehalt im Füllgas. Unter dem Ausdruck "Halogengehalt" wird dabei die Konzentration des Halogens bezogen auf das Volumen des Entladungsraumes verstanden. Das Passivieren kann bei Wandungen des Entladungsraumes aus Quarzglas bei einer erhöhten Temperatur bis 1000°C erfolgen; bei Wandungen aus Keramik auch noch bei höheren Temperaturen.
Hinsichtlich des Verfahrens zur Verlängerung der Lebensdauer eines Excimerstrahlers wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Entladungsraum mit Infrarotstrahlung beaufschlagt wird oder, daß Halogen aus einem im Entladungsraum angeordneten Halogenreservoir freigesetzt wird.
Bei der ersten Alternative des Verfahrens werden durch die Infrarotstrahlung die den Entladungsraum begrenzenden Wandungen erwärmt. Hierbei handelt es sich üblicherweise um Wandungen aus Quarzglas. Es zeigte sich, daß durch die Erwärmung eine vorher eingetretene Verarmung des Füllgases an Halogenen wieder rückgängig gemacht werden kann.
Ursprünglich war angenommen worden, daß das Halogen am Quarzglas fest absorbiert ist oder mit dem Silizium des Quarzglases eine stabile chemische Verbindung bildet.
Durch eine Beaufschlagung des Excimerstrahlers mit Infrarotstrahlung entweder während des Betriebes oder auch in einer Ruhephase bei abgeschaltetem Excimerstrahler kann das Füllgas hinsichtlich seines Halogengehaltes regeneriert werden. Der eingetretene Halogenverlust hat sich insoweit als reversibel erwiesen. Überraschenderweise geht die Reversibilität des Halogenverlustes mit einer Verlängerung der Lebensdauer des Excimerstrahlers einher. Durch den vorübergehenden Halogenverlust innerhalb des Entladungsraumes und einen Betrieb bei geringem Halogengehalt entstehen demnach keine irreversiblen Schädigungen des Excimerstrahlers.
Für die Beaufschlagung mit Infrarot-Strahlung kann der Excimerstrahler beispielsweise in einen Ofen eingebracht werden, oder er wird der von einem Infrarotstrahler ausgehenden Strahlung ausgesetzt.
Bei der zweiten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Halogen aus einem im Entladungsraum angeordneten Halogenreservoir freigesetzt. Die Konzentration des Halogens im Reservoir ist höher eingestellt als diejenige im Füllgas. Durch das zusätzliche Halogen aus dem Reservoir kann ein Halogenverlust im Entladungsraum ausgeglichen werden. Fällt der Halogengehalt unter eine vorgegebene Untergrenze, kann das Reservoir automatisch oder manuell geöffnet werden, wobei das darin enthaltene Halogen in den Entladungsraum freigesetzt wird. Hinsichtlich der Ausbildung des Halogen-Reservoirs, seinem Halogengehalt und der Ermittlung der Konzentrations-Untergrenze der wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein Verfahren erwiesen, bei dem der Entladungsraum mittels Infrarotstrahlen auf eine Temperatur im Bereich von 400 °C bis 1000 °C erwärmt wird. Dieser Temperaturbereich gilt für einen Entladungsraum mit Begrenzungswandungen aus Quarzglas. Bestehen die Begrenzungswandungen aus einer Keramik, wie beispielsweise Al2O3, sind Temperaturen oberhalb 1000 °C günstiger. Eine derartige Verfahrensweise hat sich insbesondere bei chlorhaltigem Füllgas als besonders wirkungsvoll erwiesen.
Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Lebensdauerverlängerung eines Excimerstrahlers wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens ein Infrarotstrahler vorgesehen ist, der benachbart zum Excimerstrahler angeordnet ist, derart, daß die vom Infrarotstrahler ausgehende Infrarotstrahlung den Entladungsraum erwärmt.
Durch die Anordnung von Excimerstrahler und Infrarotstrahler nebeneinander kann das oben erläuterte Verfahren zum Verlängern des Excimerstrahlers jederzeit auf einfache Weise durchgeführt werden. Hierzu muß lediglich der Infrarotstrahler eingeschaltet werden. Die Infrarot-strahlung ist dabei auf den Entladungsraum gerichtet und erwärmt dessen Begrenzungswandungen. Dadurch wird das daran absorbierte oder adsorbierte Halogen freigesetzt.
Als Infrarotstrahler ist grundsätzlich auch jeder Ofen geeignet. Vorteilhafterweise ist der Infrarotstrahler mit einem Reflektor versehen, der die Infrarotstrahlung auf den Entladungsraum richtet und dadurch ein unerwünschtes Abstrahlen der Infrarotstrahlung in andere Richtungen verhindert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung entspricht die Länge des Infrarotstrahlers oder die Gesamtlänge aller Infrarotstrahler etwa der Länge des Entladungsraumes. Dadurch wird das Halogen über die gesamte Länge des Entladungsraumes wirksam freigesetzt. Vorteilhafterweise verläuft der Infrarotstrahler bzw. verlaufen die Infrarotstrahler dabei parallel zum Entladungsraum des Excimerstrahlers.
Besonders bewährt hat sich eine Vorrichtung, bei der der mindestens eine Infrarotstrahler und der Excimerstrahler elektrisch miteinander derart verbunden sind, daß nach einem bestimmbaren Zeitintervall vor oder nach Einschalten des Excimerstrahlers der Infrarotstrahler eingeschaltet wird. Diese Ausführungsform der Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Freisetzung des Halogens von den den Entladungsraum begrenzenden Innenoberflächen reproduzierbar erfolgt. Dabei können Excimerstrahler und Infrarotstrahler gleichzeitig eingeschaltet werden, das oben genannte Zeitintervall kann also auch 0 sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Patentzeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen
Figur 1:
ein Zeitstanddiagramm bei verschiedenen XeCl-Excimerstrahlern,
Figur 2:
ein Zeitstanddiagramm bei KrCl-Excimerstrahlern mit hoher Leistung,
Figur 3:
ein Zeitstanddiagramm bei KrCl-Excimerstrahlern mit niedriger Leistung und
Figur 4:
einen Ausschnitt aus einem Excimerstrahler mit einem Halogenreservoir im Entladungsraum in einer Längsansicht in schematischer Darstellung
Bei den Diagrammen gemäß den Figuren 1 bis 3 sind auf der X-Achse die Betriebsstunden und auf der Y-Achse eine relative Bestrahlungsstärke aufgetragen.
Figur 1 zeigt das Lebensdauerverhalten von XeCl-Modulstrahlern. Diese erzeugen eine Leistungsdichte von 25 W/cm Strahlerlänge. Der Fülldruck des Füllgases im Entladungsraum beträgt jeweils 750 mbar. Zu diesem Innendruck trägt Argon als Puffergas etwa 300 mbar bei. Der Entladungsraum bei diesen Strahlern wird durch den Zwischenraum zweier koaxial zueinander verlaufender Quarzglasrohre gebildet. Der Außendurchmesser des Entladungsraumes beträgt 27 mm, der Innendurchmesser 16 mm und die Länge 343 mm.
Die mit der Bezugsziffer 1 bezeichnete Kurve gibt das Lebensdauerverhalten eines bisher im Handel erhältlichen XeCl-Modulstrahlers wieder. Bei diesem beträgt das Mischungsverhältnis von Xenon zu Chlor etwa 1000 : 1. Der absolute Chlorgehalt im Entladungsraum liegt unterhalb 1 x 10-10 mol/cm3 pro cm2 der Innenoberfläche des Entladungsraumes; genauer bei etwa 3 x 10-11 mol/cm3: Die Innenoberfläche des Entladungsraumes beträgt ca 470 cm2. Die Konzentrationsangabe bezieht sich dabei auf das Volumen des Entladungsraumes.
Aus dem Verlauf der Kurve 1 ist ersichtlich, daß unmittelbar mit dem Einsatz der Strahler eine rasche Abnahme der relativen Bestrahlungsstärke des XeCl-Modulstrahlers einsetzt, die nach ca. 300 Betriebsstunden auf einen Endwert, der im Bereich von 20 % der ursprünglichen Bestrahlungsstärke liegt, ausläuft. Von diesem relativ niedrigen Niveau der Bestrahlungsstärke aus ist bei den bekannten Excimerstrahlern dann eine weitere Verschlechterung der Bestrahlungsstärke nicht mehr zu beobachten. Die Abnahme der Bestrahlungsstärke kann unter anderm auf eine Verarmung des Füllgases an Chlor zurückgeführt werden.
Der mit der Bezugsziffer 2 bezeichnete Kurvenverlauf gibt das Lebensdauerverhalten bei einem XeCl-Modulstrahler wieder, bei dem der Chlorgehalt des Entladungsraumes gegenüber dem vorher beschriebenen, bekannten Excimerstrahler verfünffacht ist. Das Mischungsverhältnis von Xenon zu Chlor beträgt demnach etwa 200 : 1. Aus den obigen Angaben ergibt sich ein Chlorgehalt von 1,5 x 10-10 mol/cm3 und cm2 der Innenoberfläche des Entladungsraumes. Die Leistungsdichte beträgt etwa 30 Watt pro cm beleuchteter Strahlerlänge. Ansonsten sind die betrachteten XeCl-Modulstrahler identisch. Während des Beriebes des erfindungsgemäßen XeCl-Modulstrahlers lagert sich Chlor an den Innenwandungen des Entladungsraumes an; im Füllgas nimmt der Chlorgehalt daher allmählich ab und kann dabei unter den Wert von beispielsweise 5 x 10-11 mol/cm3 und cm2 der Innenoberfläche sinken.
Das Lebensdauerverhalten des erfindungsgemäßen XeCl-Modulstrahlers zeichnet sich durch eine nur geringe und insbesondere sehr langsame Abnahme der UVB-Bestrahlungsstärke mit der Zeit aus. Nach ca. 1000 Betriebsstunden hat die relative UVB-Bestrahlungsstärke erst um ca. 20 % abgenommen. Allerdings ist bei der Kurve 2 noch nicht erkennbar, ob die Bestrahlungsstärke auf einen Endwert hinausläuft.
Ein ähnliches Ergebnis des Lebensdauerverhaltens ergibt sich aus den in Figur 2 dargestellten Zeitstanddiagrammen von KrCl-Modulstrahlern. Diese erzeugen eine Leistungsdichte von 25 W/cm Strahlerlänge. Der Fülldruck des Füllgases im Entladungsraum beträgt jeweils 350 mbar. Auch der Entladungsraum bei diesen Strahlern wird durch den Zwischenraum zweier koaxial zueinander verlaufender Quarzglasrohre gebildet. Der Außendurchmesser des Entladungsraumes beträgt 27 mm, der Innendurchmesser 16 mm und die Länge 343 mm.
Hier ist die Bezugsziffer 3 einer Zeitstandkurve zugeordnet, wie sie üblicherweise bei einem KrCl-Modulstrahler nach dem Stand der Technik gemessen wird. Das Mischungsverhältnis von Krypton zu Chlor beträgt etwa 1000 : 1. Der absolute Chlorgehalt bei diesem Strahler ist der gleiche, wie bei dem oben beschriebenen, bekannten XeCl-Modulstrahler. Auch hier ist unmittelbar nach dem Einsatz des Strahlers ein relativ starker Abfall der UVC-Bestrahlungsstärke zu beobachten, die nach ca. 300 bis 400 Betriebsstunden in einen niedrigen Endwert, der bei unter 10 % der ursprünglichen Bestrahlungsstärke liegt, einmündet.
Die Kurven 4 und 5 sind KrCl-Modulstrahlern zugeordnet, die sich lediglich in dem Mischungsverhältnis des Füllgases voneinander unterscheiden. Diese erzeugen eine Leistungsdichte von 25 W/cm Strahlerlänge. Ein Puffergas ist hierbei nicht enthalten. Bei dem Excimerstrahler gemäß Kurve 4 beträgt das anfängliche Krypton : Chlor-Mischungsverhältnis 100 : 1, bei der Zeitstandkurve 5 50 : 1. Das zuletzt genannte Mischungsverhältnis entspricht einem Chlorgehalt von ca. 6 x 10-10 mol/cm3 pro cm2 der Innenoberfläche des Entladungsraumes. Die Innenoberfläche des Entladungsraumes beträgt ca. 470 cm2.
Der Verlauf aller Zeitstandkurven 4 und 5 ist geprägt durch einen anfänglichen leichten Anstieg der UVC-Bestrahlungsstärke, die dann nach einigen Betriebsstunden in einen hohen und konstanten Endwert, der von der Chlor-Konzentration abhängig ist, ausläuft. Eine Abnahme der Bestrahlungsstärke ist bei dem erfindungsgemäßen KrCl-Modulstrahler auch nach 1000 Betriebsstunden nicht zu beobachten.
In den Zeitstandkurven gemäß Figur 3 ist das Lebensdauerverhalten von KrCl-Excimerstrahlern mit relativ niedriger Leistung von 30 W dargestellt. Die beleuchtete Strahlerlänge beträgt 10 cm. Es hat sich gezeigt, daß mit zunehmender Leistungsdichte der Chlorverlust zunimmt. Dies beruht auf dem bereits erwähnten Effekt, wonach mit zunehmender Filamentdichte der Gehalt an atomarem Chlor steigt, das dann wiederum an den Innenwandungen des Entladungsraumes reagiert und so dem Füllgas entzogen wird.
Die mit der Bezugsziffer 6 bezeichnete Zeitstandkurve gibt wiederum den typischen Lebensdauerverlauf bei im Handel erhältlichen Excimerstrahlern wieder, wobei nach einer anfänglich starken Abnahme der UVC-Bestrahlungsstärke nach ca. 350 Betriebsstunden ein Endwert der Bestrahlungsstärke auf niedrigem Niveau erreicht wird.
Bei dem erfindungsgemäßen KrCl-Excimer-Strahler gemäß Figur 3 beträgt das anfänliche Mischungsverhältnis von Chlor: Krypton im Füllgas 1 : 1000. Das aus der Figur 3 ersichtliche besonders gute Lebensdauerverhalten des Strahlers ist die Folge einer Passivierung der Innenoberfläche des Entladungsraumes vor dem Einfüllen des Füllgases.
Zur Passivierung der Innenoberfläche des Entladungsraumes wurde dieser evakuiert, daraufhin bei Raumtemperatur mit Chlor gefüllt, das nach ca. 3 Sekunden wieder abgepumpt wurde. Anschließend wurde der Entladungsraum mit dem Füllgas gefüllt und gasdicht verschlossen
Aufgrund der Passivierung der Innenoberflächen des Entladungsraumes zeigt der erfindungsgemäße KrCl-Excimerstrahler nur eine geringe Abnahme der UVC-Bestrahlungsstärke während der Versuchszeit von ca. 2000 Stunden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde der KrCl-Excimerstrahler, dessen Lebensdauerverhalten durch die Zeitstandkurve 3 wiedergegeben ist und bei dem das Mischungsverhältnis von Krypton : Chlor = 1000 : 1 beträgt, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 750°C über einen Zeitraum von einer Stunde ausgesetzt. Als Ergebnis hiervon wurde eine Erhöhung der relativen UVC-Bestrahlungsstärke des Excimerstrahlers von unter 10% des Anfangswertes auf 80% dieses Wertes beobachtet.
Dem in Figur 4 schematisch dargestellten Excimerstrahler ist insgesamt die Bezugsziffer 11 zugeordnet. Der Excimerstrahler 11 besteht aus einem äußeren Quarzglasrohr 12, das an seiner Mantelfläche mit einem metallischen Netz 13 belegt ist, das die Außenelektrode des Excimerstrahlers 11 bildet und aus einem inneren Quarzglasrohr 14, das koaxial zum äußeren Quarzglasrohr 12 angeordnet ist und an dessen innerer Wandung eine metallische Spirale 15 anliegt, die die Innenelektrode des Excimerstrahlers 11 bildet. Der Ringspalt zwischen dem äußeren Quarzglasrohr 12 und dem inneren Quarzglasrohr 14 entspricht dem Entladungsraum 16 des Excimerstrahlers 11. Das Volumen des Entladungsraumes 16 beträgt ca. 470 cm3. Die Leistungsdichte des Strahlers liegt bei 30 Watt pro cm der beleuchteten Strahlerlänge.
Das Füllgas im Entladungsraum 16 besteht aus KrCl in einem Mischungsverhältnis von Krypton : Chlor = 1000 : 1.
Im Entladungsraum 16 ist eine mit Chlor gefüllte Quarzglas-Kapsel 17 angeordnet. Die Wandung der Kapsel 17 ist angeritzt und auf diese Weise mit einer Sollbruchstelle 18 versehen. Der Chlorgehalt der Kapsel 17 ist so eingestellt, daß nach einem Zerbrechen der Kapsel 17 der Chlorgehalt im Entladungsraum 16 erhöht wird, und zwar um 1 x 10-11 mol/cm3 und pro cm2 der Innenoberfläche des Entladungsraumes 16.
In die Wandung der Kapsel 17 ist ein Metallteil 19 eingebettet und vom Entladungsraum 16 abgeschirmt. Das Metallteil 19 mitsamt der Kapsel 17 wird mittels eines Magneten 20 in einer oberen Position gehalten. Wird die Kapsel 17 aus dieser Position fallengelassen, indem der Magnet 20 entfernt bzw. abgeschaltet wird, zerbricht sie und das darin enthaltene Chlor entweicht in den Entladungsraum 16. Auf diese Weise kann der Chlorgehalt im Entladungsraum 16 regeneriert werden. Zum Feststellen des optimalen Zeitpunktes für die Regenerierung wird die Intensität einer charakteristische Emmisions-Wellenlänge des Excimerstrahlers 11 mittels eines UV-Sensors gemessen. Bei Unterschreitung einer Untergrenze der Intensität wird dies optisch angezeigt und daraufhin der Magnet 20 entfernt. In einer alternativen Ausführungsform, bei der der Magnet 20 als Elektromagnet ausgebildet ist, wird bei Unterschreitung einer Untergrenze der Intensität der Magnet 20 automatisch abgeschaltet und dadurch das Chlor aus der Kapsel 17 in den Entladungsraum 16 freigesetzt.

Claims (12)

  1. Excimerstrahler mit einem Entladungsraum, der ein unter Entladungsbedingungen Excimere bildendes, halogenhaltiges Füllgas enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogengehalt des Entladungsraumes (16) pro cm2 seiner Innenoberfläche mindestens 1 x 10-10 mol/cm3 beträgt und gleichzeitig, in Abhängigkeit von der maximalen Leistungsdichte des Strahlers (11) ausgedrückt in der Einheit "Watt pro cm Strahlerlänge", auf einen Wert im Bereich von 1 x 10-7 mol/cm3 bis 1 x 10-5 mol/cm3 pro Einheit der Leistungsdichte eingestellt ist.
  2. Excimerstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halogengehalt des Entladungsraumes (16) pro cm2 seiner Innenoberfläche im Bereich von 1 x 10-10 mol/cm3 bis 1 x 10-8 mol/cm3 liegt.
  3. Excimerstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllgas Chlor oder eine unter Entladungsbedingungen Chlor abgebende Verbindung enthält.
  4. Excimerstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladungsraum (16) ein das Halogen enthaltendes Reservoir (17) angeordnet ist, wobei die Konzentration des Halogens im Reservoir (17) höher ist als diejenige im Füllgas.
  5. Verfahren zur Herstellung eines langlebigen Excimerstrahlers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberflächen des Entladungsraumes (16) vor dem Einfüllen des Füllgases mit einem halogenhaltigen Passivierungsgas beaufschlagt werden.
  6. Verfahren zur Herstellung eines langlebigen Excimerstrahlers nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Excimerstrahlern, bei denen Chlor oder eine unter Entladungsbedingungen Chlor abgebende Verbindung eingesetzt wird, zur Passivierung Chlor verwendet wird.
  7. Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer eines Excimerstrahlers, der einen Entladungsraum aufweist, der ein unter Entladungsbedingungen Excimere bildendes, halogenhaltiges Füllgas enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum (16) mit Infrarotstrahlen beaufschlagt wird oder daß Halogen aus einem im Entladungsraum (16) angeordnetes Halogen-Reservoir (17) freigesetzt wird.
  8. Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer eines Excimerstrahlers nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsraum mittels Infrarotstrahlen auf eine Temperaur im Bereich von 400 °C bis 1000 °C erwärmt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Halogen-Reservoir ein Glasbehälter (17) eingesetzt wird, der zum Freisetzten des Halogens zerbrochen wird.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Infrarotstrahler vorgesehen ist, der benachbart zum Excimerstrahler angeordnet ist, derart, daß die vom Infrarotstrahler ausgehende Infrarotstrahlung den Entladungsraum erwärmt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Infrarotstrahlers oder die Gesamtlänge aller Infrarotstrahler etwa der Länge des Entladungsraumes entsprechen.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Infrarotstrahler und der Excimerstrahler elektrisch miteinander derart verbunden sind, daß nach einem bestimmbaren Zeitintervall vor oder nach Einschalten des Excimerstrahlers der Infrarotstrahler eingeschaltet wird.
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