EP1228668B1 - Strahlungsheizung mit einer hohen infrarot-strahlungsleistung für bearbeitungskammern - Google Patents

Strahlungsheizung mit einer hohen infrarot-strahlungsleistung für bearbeitungskammern Download PDF

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EP1228668B1
EP1228668B1 EP00987096A EP00987096A EP1228668B1 EP 1228668 B1 EP1228668 B1 EP 1228668B1 EP 00987096 A EP00987096 A EP 00987096A EP 00987096 A EP00987096 A EP 00987096A EP 1228668 B1 EP1228668 B1 EP 1228668B1
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EP
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infrared radiation
radiant heating
tube
quartz glass
processing chamber
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Hans-Peter VÖLK
Johann Georg Reichart
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Centrotherm Thermal Solutions GmbH and Co KG
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Centrotherm Elektrische Anlagen GmbH and Co
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    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
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    • H05B2203/032—Heaters specially adapted for heating by radiation heating

Definitions

  • the invention relates to a radiant heater with a high Infrared radiation power for processing chambers.
  • Such radiant heaters for example, within of processing chambers, e.g. Vacuum chambers, used to in a given working range a required working temperature to create.
  • processing chambers e.g. Vacuum chambers
  • Such temperatures can in Spotlight range can reach 3,000 ° C, with large area Work areas also a spotlight array for use can come to a uniform over a larger area To reach working temperature.
  • US-A-5 551 670 describes a high-intensity infrared heater in which the life of the infrared emitters is thereby to be increased.
  • each infrared emitter is arranged in a transparent quartz tube, through which cooling air can be passed.
  • copper tubes are provided which extend through the electrical connection contacts of the infrared emitters.
  • EP-A-0 848 575 shows a heater with an array of tungsten-halogen lamps, each arranged in a concentric arrangement of quartz, silicon or sapphire tubes.
  • one of the tubes is provided with a reflector in the form of a gold coating which partially surrounds the tube.
  • US-A-5,196,674 discloses an oven with protection for a heating element disposed in a quartz tube.
  • the protection against contact provided here consists of a multiply slotted U-shaped housing made of sheet metal, which surrounds the quartz tube at a distance. The invention is therefore based on the object to realize a vacuum-suitable radiant heating, in which the disadvantages of the prior art are avoided.
  • the object underlying the invention is achieved by the use of a radiant heater with a high infrared radiation power, wherein the infrared radiation unit consists of an infrared radiation source, which is disposed within an infrared radiation-transmissive quartz glass tube, wherein the infrared radiation source in the Quartz glass tube is connected to a cooling device which generates an air flow within the quartz glass tube, wherein the infrared radiation source is associated with a radiation reflector and wherein the infrared radiation source is connectable to a source of energy dissolved in a vacuum chamber in which the Quartz glass tube extends into the vacuum processing chamber and penetrates the wall at least one end and wherein the interior of the quartz glass tubes to the atmosphere within the vacuum processing chamber is isolated by the passage of the quartz glass tubes sealed by the wall gas-tight are.
  • each infrared radiation source is separately connectable to a power source to a simple adjustment of the radiation power to the respective requirements, eg by switching on the respectively required number of infrared radiation sources.
  • the invention makes it possible that the infrared radiation source with any operating voltages, so even at high operating voltages can be operated without the risk of electrical flashovers in the processing chamber would exist.
  • the invention makes it possible to achieve particularly high operating temperatures or radiation powers, since the atmosphere inside the tube is completely independent of the atmosphere in the processing chamber.
  • the array is arranged within the processing chamber, wherein each tube of the array is guided at least one end through the wall of the processing chamber.
  • the end of each tube of the array extending into the processing chamber must be closed.
  • these tubes can be connected to a cooling circuit, so that the cooling medium can flow through the tubes.
  • the radiant heater according to the invention consists of FIG. 1 an infrared-radiation-permeable tube 1, which extends through a processing chamber 3 extends and its wall 6 at both ends penetrates in a wall opening 4. Within the Pipe 1 is arranged an infrared radiation source 2, the to the atmosphere within the processing chamber 3 is isolated.
  • This tube 1 consists of a high temperature resistant Material, preferably of quartz glass.
  • a cooling circuit not shown.
  • the pipe 1 with a means for generating an air flow within the tube 1 are connected. In this way, long-term high radiation power can be used be driven, without affecting the life the infrared radiation source 2 would be adversely affected.
  • the infrared radiation source 1 assign a radiation reflector to a maximum Radiation power towards a work area within reach the processing chamber 3.
  • the radiation reflector should work together with the infrared radiation source 2 are arranged in the tube 1 to unwanted thermal effects, or even contamination to avoid the atmosphere in the processing chamber 3, the caused by the material of the radiation reflector could.
  • each tube 1 with infrared radiation sources 2 may be separate switchably connected to an energy source. The allows e.g. a simple adjustment of the radiant power to the respective requirements. This will over the entire Emitter area of the array uniform irradiation of the reached irradiating objects.
  • a variant is shown, in which the infrared radiation-transmissive Tube 1 only passed through a wall 6 is, wherein the free end of the tube 1 in the processing chamber 3 is closed.
  • This variant is less Effort can be realized and offers the same advantages as the Variant in which both ends of the tube 1 through the wall 6 of the processing chamber are guided. Also can be easily realize an array of infrared radiation sources 2, in which all tubes 1 only through a wall 6 of the processing chamber 3 are guided.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlungsheizung mit einer hohen Infrarot-Strahlungsleistung für Bearbeitungskammern.
Derartige Strahlungsheizungen werden beispielsweise innerhalb von Bearbeitungskammern, z.B. Vakuumkammern, eingesetzt, um in einem vorgegebenen Arbeitsbereich eine erforderliche Arbeitstemperatur zu erzeugen. Derartige Temperaturen können im Strahlerbereich durchaus 3.000 °C erreichen, wobei bei großflächigen Arbeitsbereichen auch ein Strahlerarray zur Anwendung kommen kann, um über einen größeren Bereich eine gleichmäßige Arbeitstemperatur zu erreichen.
Bei derartigen Strahlungsheizungen haben sich jedoch einige Nachteile herausgestellt, die deren Anwendung erheblich behindern. Dies ist einerseits das Problem, daß insbesondere bei Anwendungen im Vakuum bei hohen Betriebsspannungen elektrische Überschläge auftreten können. Diese Gefahr besteht insbesondere während des Evakuierungsvorganges. Andererseits können besonders hohe Arbeitstemperaturen bzw. Strahlungsleistungen mangels ausreichender Kühlung der Infrarotstrahler im Vakuum nicht realisiert werden können.
zur vermeidung von Überschlägen kann zwar die Spannung reduziert werden, jedoch läßt sich dann die geforderte Strahlungsleistung nicht erreichen. Außerdem besteht grundsätzlich die Möglichkeit, daß die Heizung während der Evakuierung der Vakuumkammer abgeschaltet wird. Dies führt aber zwangsläufig zu einer unerwünschten Erhöhung bzw. Verlängerung der Prozesszeit.
In der US-A-5 551 670 wird eine hochintensive Infrarot-Heizvorrichtung beschrieben, bei der die Lebensdauer der Infrarot-Strahler dadurch erhöht werden soll. Um dies zu erreichen, ist jeder Infrarot-Strahler in einem transparenten Quarz-Rohr angeordnet, durch das Kühlluft geleitet werden kann. Zu diesem Zweck sind Kupferröhrchen vorgesehen, die sich durch die elektrischen Anschlusskontakte der Infrarot-Strahler erstrecken. Um den Wirkungsgrad der Infrarot-Strahler nicht negativ zu beeinflussen, wird die Umgebungsluft erst bei Temperaturen über 1.500 °F (793 °C) in die Quarz-Rohre eingeleitet.
Weiterhin zeigt die EP-A-0 848 575 eine Heizvorrichtung mit einem Array von Wolfram-Halogen-Strahlern, die jeweils in einer konzentrischen Anordnung von Quarz-, Silizium- oder Saphir-Rohren angeordnet sind. Um die erzeugte Strahlung zu konzentrieren und in eine Vorzugsrichtung auszurichten, sind ist eines der Rohre mit einem Reflektor in Form von einer Goldbeschichtung versehen, die das Rohr teilweise umgibt. Schließlich wird in der US-A-5 196 674 ein Ofen mit einem Schutz für ein Heizelement beschrieben, das in einem Quarz-Rohr angeordnet ist. Der hier vorgesehene Schutz gegen Berührung besteht aus einem mehrfach geschlitzten u-förmigen Gehäuse aus Blech, welches das Quarz-Rohr in einem Abstand umgibt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vakuumtaugliche Strahlungsheizung zu realisieren, bei der die aufgezeigten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Verwendung einer Strahlungsheizung mit einer hohen Infrarot-Strahlungsleistung, bei der die Infrarot-Strahlungseinheit aus einer Infrarot-Strahlungsquelle besteht, die innerhalb eines infrarot-strahlungsdurchlässigen Quarzglas-Rohres angeordnet ist, wobei die Infrarot-Strahlungsquelle in dem Quarzglas-Rohr mit einer Kühleinrichtung verbunden ist, die innerhalb des Quarzglas-Rohres einen Luftstrom erzeugt, wobei der Infrarot-Strahlungsquelle ein Strahlungsreflektor zugeordnet ist und wobei die Infrarot-Strahlungsquelle mit einer Energiequelle verbindbar ist in einer Vakuum-Kammer gelöst, bei der sich das Quarzglas-Rohr in die Vakuum-Bearbeitungs-kammer erstreckt und deren Wand zumindest mit einem Ende durchdringt und wobei der Innenraum der Quarzglas-Rohre gegenüber der Atmosphäre innerhalb der Vakuum-Bearbeitungskammer isoliert ist, indem die Durchgänge der Quarzglas-Rohre durch die Wand gasdicht abgedichtet sind. Um eine großflächige und gleichmäßige Bestrahlung zu realisieren, ist die Verwendung einer Strahlungsheizung mit einem Array von Infrarot-Strahlungseinheiten mit Infrarot-Strahlungsquellen vorgesehen, wobei jede Infrarot-Strahlungsquelle separat mit einer Energiequelle verbindbar ist, um eine einfache Anpassung der Strahlungsleistung an die jeweiligen Erfordernisse, z.B. durch Einschalten der jeweils benötigten Anzahl von Infrarot-Strahlungsquellen zu ermöglichen.
Durch die Erfindung wird ermöglicht, dass die Infrarot-Strahlungsquelle mit beliebigen Betriebsspannungen, also auch bei hohen Betriebsspannungen betrieben werden kann, ohne dass die Gefahr von elektrischen Überschlägen in der Bearbeitungskammer bestehen würde. Darüber hinaus ermöglicht die Erfindung das Erreichen besonders hoher Arbeitstemperaturen bzw. Strahlungsleistungen, da die Atmosphäre innerhalb des Rohres völlig unabhängig von der Atmosphäre in der Bearbeitungskammer ist.
Um dies realisieren zu können, ist das Array innerhalb der Bearbeitungskammer angeordnet, wobei jedes Rohr des Arrays wenigstens mit einem Ende durch die Wandung der Bearbeitungskammer geführt ist. In diesem Fall muss dann natürlich das sich in die Bearbeitungskammer erstreckende Ende jedes Rohres des Arrays verschlossen sein. Im Falle dass sich die Rohre des Arrays durch beidends durch die Wandung der Bearbeitungskammer erstrecken, können diese Rohre mit einem Kühlkreislauf verbunden werden, so dass das Kühlmedium durch die Rohre strömen kann.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Aus den zugehörigen Zeichnungsfiguren sind unterschiedliche Ausführungen der erfindungsgemäßen Strahlungsheizung ersichtlich. Dabei zeigen:
Fig. 1
eine erfindungsgemäße Strahlungsheizung, bei der sich das infrarot-strahlungsdurchlässige Rohr durch beide gegenüberliegenden Wandungen der Bearbeitungskammer erstreckt; und
Fig. 2
eine Variante, bei der das infrarot-strahlungsdurchlässige Rohr nur durch eine Wandung geführt ist und das freie Ende des Rohres in der Bearbeitungskammer verschlossen ist.
Die erfindungsgemäße Strahlungsheizung besteht nach Fig. 1 aus einem infrarot-strahlungsdurchlässigen Rohr 1, das sich durch eine Bearbeitungskammer 3 erstreckt und deren Wandung 6 beidends in einem Wanddurchbruch 4 durchdringt. Innerhalb des Rohres 1 ist eine Infrarot-Strahlungsquelle 2 angeordnet, die gegenüber der Atmosphäre innerhalb der Bearbeitungskammer 3 isoliert ist. Dieses Rohr 1 besteht aus einem hoch temperaturbelastbaren Material, vorzugsweise aus Quarzglas.
Um jegliche Störung der Atmosphäre innerhalb der Bearbeitungskammer 3 auszuschließen, sind die Durchgänge des Rohres 1 durch die Wandung 6 gasdicht abgedichtet. Hierzu ist ein Verschluß 5 mit einer innenliegenden Dichtung 7 vorgesehen.
Weiterhin ist die Infrarot-Strahlungsquelle 2 in dem Rohr 1 mit einem nicht dargestellten Kühlkreislauf verbunden. Beispielsweise kann das Rohr 1 mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Luftstromes innerhalb des Rohres 1 verbunden werden. Auf diese Weise können auch langzeitig hohe Strahlungsleistungen gefahren werden, ohne daß dadurch die Lebensdauer der Infrarot-Strahlungsquelle 2 negativ beeinflußt würde.
Auch ist es problemlos möglich, der Infrarot-Strahlungsquelle 1 einen Strahlungsreflektor zuzuordnen, um eine maximale Strahlungsleistung in Richtung auf einen Arbeitsbereich innerhalb der Bearbeitungskammer 3 zu erreichen.
Der Strahlungsreflektor sollte gemeinsam mit der Infrarot-Strahlungsquelle 2 in dem Rohr 1 angeordnet werden, um unerwünschte thermische Effekte, oder auch eine Kontamination des Atmosphäre in der Bearbeitungskammer 3 zu vermeiden, die durch das Material des Strahlungsreflektors verursacht werden könnte.
Es ist auch möglich, mehrere Rohre 1 mit Infrarot-Strahlungsquellen 2 zu einem Array anzuordnen, indem das Array innerhalb der Bearbeitungskammer 3 angeordnet wird, wobei jedes Rohr des Arrays beidends durch die Wandung 6 der Bearbeitungskammer 3 geführt ist. Jede der Infrarot-Strahlungsquellen 2 kann separat schaltbar mit einer Energiequelle verbunden sein. Das ermöglicht z.B. eine einfache Anpassung der Strahlungsleistung an die jeweiligen Erfordernisse. Damit wird über die gesamte Strahlerfläche des Arrays eine gleichmäßige Bestrahlung der zu bestrahlenden Objekte erreicht.
In Fig. 2 ist eine Variante dargestellt, bei der das infrarot-strahlungsdurchlässige Rohr 1 nur durch eine Wandung 6 geführt ist, wobei das freie Ende des Rohres 1 in der Bearbeitungskammer 3 verschlossen ist. Diese Variante ist mit weniger Aufwand realisierbar und bietet die gleichen Vorteile, wie die Variante, bei der beide Enden des Rohres 1 durch die Wandung 6 der Bearbeitungskammer geführt sind. Auch läßt sich problemlos ein Array der Infrarot-Strahlungsquellen 2 realisieren, bei dem sämtliche Rohre 1 nur durch eine Wandung 6 der Bearbeitungskammer 3 geführt sind.
Strahlungsheizung Bezugszeichenliste
1
Rohr
2
Infrarot-Strahlungsquelle
3
Bearbeitungskammer
4
Wanddurchbruch
5
Verschluß
6
Wand
7
Dichtung

Claims (3)

  1. Verwendung einer Strahlungsheizung mit einer hohen Infrarot-Strahlungsleistung, bei der die Infrarot-Strahlungseinheit aus einer Infrarot-Strahlungsquelle (2) besteht, die innerhalb eines infrarot-strahlungsdurchlässigen Quarzglas-Rohres (1) angeordnet ist, wobei die Infrarot-Strahlungsquelle in dem Quarzglas-Rohr (1) mit einer Kühleinrichtung verbunden ist, die innerhalb des Quarzglas-Rohres (1) einen Luftstrom erzeugt, wobei der Infrarot-Strahlungsquelle (2) ein Strahlungsreflektor zugeordnet ist und wobei die Infrarot-Strahlungsquelle (2) mit einer Energiequelle verbindbar ist in einer Vakuum-Kammer bei der sich das Quarzglas-Rohr (1) in die Vakuum-Bearbeitungskammer (3) erstreckt und deren Wand (6) zumindest mit einem Ende durchdringt und wobei der Innenraum der Quarzglas-Rohre (1) gegenüber der Atmosphäre innerhalb der Vakuum-Bearbeitungskammer (3) isoliert ist, indem die Durchgänge der Quarzglas-Rohre (1) durch die Wand (6) gasdicht abgedichtet sind.
  2. Verwendung einer Strahlungsheizung nach Anspruch 1 mit einem Array von Infrarot-Strahlungseinheiten mit Infrarot-Strahlungsquellen (2).
  3. Verwendung einer Strahlungsheizung nach Anspruch 2 bei der jede Infrarot-Strahlungsquelle (2) separat mit einer Energiequelle verbindbar ist.
EP00987096A 1999-11-09 2000-11-08 Strahlungsheizung mit einer hohen infrarot-strahlungsleistung für bearbeitungskammern Revoked EP1228668B1 (de)

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