EP2416346B1 - Quecksilberdampflampe für eine homogene flächenhafte Bestrahlung - Google Patents
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- EP2416346B1 EP2416346B1 EP11005665.2A EP11005665A EP2416346B1 EP 2416346 B1 EP2416346 B1 EP 2416346B1 EP 11005665 A EP11005665 A EP 11005665A EP 2416346 B1 EP2416346 B1 EP 2416346B1
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- H01J61/72—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr having a main light-emitting filling of easily vaporisable metal vapour, e.g. mercury
Definitions
- the invention relates to a mercury vapor lamp for homogeneous planar irradiation, with a lamp bulb made of quartz glass, which encloses a closed discharge space, protrude into the two electrodes, between which a non-linear gas discharge channel extends.
- UV lamps such as mercury vapor lamps, are used, for example, for cleaning or modifying the surfaces of substrates, for disinfecting or for activating surfaces.
- UV light is used in the wavelength range from 160 to 400 nm.
- the smallest possible distance between the surface and the UV radiator is advantageous.
- a small distance makes homogeneous illumination difficult, since the UV radiation intensity in the near field of the radiator is inhomogeneous.
- a folded in meandering lamp bulb can not be readily folded without gaps, so that gaps between the legs of the meander arise that affect the homogeneity of the light distribution.
- radiator assemblies are associated with high installation and adjustment effort and the variety of lamps and ballasts also require a lot of design effort.
- the complete set of radiators often has to be replaced in order to avoid inhomogeneities due to different aging processes of the radiators.
- the invention is therefore based on the object to provide a structurally simple mercury vapor lamp, which ensures the highest possible homogeneity of the UV irradiation even at a small distance from the surface to be treated.
- the lamp envelope is formed as a quartz glass chamber limited by straight walls with bottom, top and side walls and by means of several, from the bottom to the top protruding dividers made of quartz glass is subdivided into subchambers which comprise a foremost and a rearmost subchamber and which in series form the non-linear gas discharge channel by the partitions alternately extending from one side wall to close to the opposite side wall leaving an adjacent subchambers fluidly connecting gap, the one Electrode of the foremost sub-chamber and the other electrode of the rearmost sub-chamber is assigned.
- the separating webs are formed as flat quartz glass plates and are dotted on the underside and on the upper side of the quartz glass chamber.
- the dividers are not continuously welded to the top and the bottom, but only spotted in a few places. This simplifies the production of the mercury vapor lamp and avoids deformations due to the welding process. Although the dividers do not separate adjacent subchambers from each other in a gastight manner; However, it has been shown that a gas-tight separation is not required. Because a discharge in a narrow gap between the divider and the top or the bottom is energetically unfavorable, so that the discharge follows the predetermined gas discharge channel.
- the mercury vapor lamp according to the invention essentially consists of a quartz glass chamber of arbitrary cross-section, which is easily adaptable to the geometry of the surface to be irradiated, that is, for example, round, rectangular or triangular.
- the cross-sectional geometry results from the geometry of the top and the bottom, the underside of which simultaneously forms the radiating surface.
- top and bottom are connected by straight side walls, so that there is a closed, cylindrical quartz glass chamber.
- the height of the side walls corresponds to the distance between top and bottom.
- the quartz glass chamber is subdivided into at least three subchambers, which in series form a nonlinear, labyrinthine, spiral gas discharge channel.
- at least two dividers are provided, which extend over the entire height of the quartz glass chamber and which extend alternately from one side wall to near an opposite side wall, thereby leaving a gap between the adjacent sub-chambers.
- the gas discharge channel extends from the foremost sub-chamber to the rearmost sub-chamber, in each of which either one of the electrodes protrudes directly or wherein these are fluidically connected to another space into which the electrode protrudes.
- the Aneinaderreihung the sub-chambers fills the quartz glass chamber completely and forms the gas discharge channel. Therefore, a homogeneous radiation intensity is established above the emission surface, apart from narrow areas around the separation webs.
- the quartz glass chamber including the dividers is composed of simple quartz glass parts. It is easy to manufacture, requires only a single electrical connection and only a small effort for installation and adjustment.
- the foremost and the rearmost subchamber each have an opening which is connected to a front end of a quartz glass tube, in which an electrode is arranged whose electrical connection via a gas-tight pinch on opposite end face is guided out of the quartz glass tube.
- the electrodes are in this case not directly connected to the respective subchambers at the beginning and end of the gas discharge channel, but with separate quartz glass tubes, one end of which is provided with a pinch for gas-tight implementation of the electrical connection for the electrode.
- the quartz glass tube thus provided with the electrode then only has to be welded to the quartz glass chamber. This facilitates the manufacture of the mercury vapor lamp according to the invention.
- the quartz glass tube is a round tube.
- the quartz glass tubes may be connected to a side wall of the quartz glass chamber.
- a particularly compact design results when the quartz glass tubes are connected to the top of the quartz glass chamber.
- the quartz glass tube consists of quartz glass which contains a dopant which causes absorption for VUV radiation of wavelength around 185 nm.
- the quartz glass tube (or the quartz glass tubes) usually extends in the direction opposite to the emission direction and does not contribute to the UV treatment. On the contrary, the quartz glass tube can extend into areas and spaces in which the emission of high-energy UV light is undesirable, either because of ozone formation or because of UV aging of neighboring components, such as plastic seals.
- Suitable dopants for the absorption of VUV radiation are, for example, titanium oxide or gallium oxide.
- the top and bottom of the quartz glass chamber are polygonal and the sub-chambers are cuboid.
- the dividers are as thin as possible and only as thick as necessary, as required by the mechanical stability. It has proven useful if the dividers have a thickness in the range of 1 to 3 mm, preferably at most 2 mm.
- a design of the mercury vapor lamp according to the invention is preferred in which the subchambers extend along a longitudinal axis, the width dimension of which is perpendicular to the longitudinal axis in the range of 5 to 20 mm, preferably less than 15 mm.
- the sub-chambers are elongated and extend in the simplest case of a side wall to the opposite side wall.
- the height of the subchambers results from the distance from top and bottom and their width - the dimension perpendicular to height dimension and longitudinal axis - is in an area in which an optimal filling by the gas discharge results.
- the gas discharge does not completely fill the subchambers, and at widths of less than 5 mm, many partitions with a correspondingly large design effort are required for a given dimension of the radiating surface.
- the distance between the top and bottom in the range of 5 to 20 mm, preferably less than 15 mm.
- the subchambers run meandering along their juxtaposition.
- the upper side of the quartz glass chamber is provided with a reflector.
- the radiation component emitted in the direction of the upper side is not lost or only to a smaller extent.
- the reflector may be a separate reflector component.
- the reflector is particularly preferably designed in the form of a coating of the upper side, for example in the form of a layer of opaque quartz glass, which acts as a diffuse reflector.
- the quartz glass chamber may consist of synthetically produced quartz glass and / or quartz glass melted from naturally occurring raw material. Has proven particularly useful an embodiment in which the underside consists of synthetically produced quartz glass.
- Synthetically produced quartz glass is characterized by a high purity and a particularly high transmission for UV radiation, in particular in the wavelength range around 185 nm.
- a mercury vapor lamp with a nominal power of less than 100 watts is preferably used as the mercury vapor lamp.
- Mercury low pressure lamps offer excellent efficiency. About 40% of the electrical power is converted to UVC radiation at 254 nm and about 10% to VUV radiation at 185 nm. However, sensitive surfaces can be affected at a small distance to the radiating surface of the UV lamp, which can be minimized by a low lamp power.
- the mercury vapor lamp according to FIG. 1 is used to clean static, immobile substrates in a microscopy unit.
- the VUV radiation causes a decomposition of organic impurities on a molecular scale.
- the distance between the substrate surface and the mercury vapor lamp is in the range of a few millimeters, so that high demands are made on the homogeneity of the UV irradiation.
- the device used for this purpose consists of a low-pressure mercury lamp 1, which is designed for a nominal power of 50 watts.
- the low-pressure mercury lamp 1 comprises a cuboid quartz glass chamber 2, which is produced by gas-tight welding of a square ceiling plate 3, a square base plate 4 and four equal side walls 5. Its lateral dimension is 60 mm and its height 15 mm.
- the bottom plate 4 which forms the radiating surface through which the working radiation exits onto the substrate, consists of synthetically produced quartz glass.
- the ceiling plate 3 and the side walls 5 are made of quartz glass, which is melted from naturally occurring raw material.
- the interior of the quartz glass chamber 2 is divided into four elongated parallelepipedic subchambers 7a, 7b, 7c, 7d by means of three partitions 6, which have the same height as the side walls 5.
- the thickness of the dividers 6 is 2 mm and they are also made of quartz glass, which is melted from naturally occurring raw material.
- the separating webs 6 extend alternately from one side wall 5a to close to the opposite side wall 5b (and vice versa, from the side wall 5b to close to the opposite side wall 5a), so that the interior as a whole represents a meandering gas discharge channel, which is formed from the juxtaposition of subchambers 7a, 7b, 7c, 7d.
- the gas discharge channel is in FIG. 3 symbolized by the directional arrow 8.
- the individual subchambers 7a, 7b, 7c, 7d extend along a longitudinal axis and have a length of about 56 mm and a width of about 12.5 mm.
- the separating webs 6 are dotted at three places on the ceiling plate 3 and on the respective adjacent side wall (5a and 5b). Its length is designed so that it leaves open to the opposite side wall a gap 13 with a gap width of about 7 mm, which represents a fluidic connection between adjacent sub-chambers 7a, 7b, 7c, 7d.
- the subchamber 7a forms the beginning of the gas discharge channel 8 and the subclamp 7d the end thereof. Start and end lie on one and the same side wall 5a.
- the ceiling plate 3 is provided with an opening which is closed by a welded round tube 9 made of a TiO 2 -doped quartz glass having an outer diameter of 15 mm.
- the power supply 11 is led out via pinch 12 from the round tubes 9.
- the round tubes 9 together with the electrodes 10 inserted therein are each connected to the ceiling plate 3 in the region of the side wall 5a.
- the gas discharge takes place over the entire distance between the electrodes 9, that is to say also within the round tube 9, but this part of the gas discharge does not contribute to the irradiation of the substrate and is not counted for the gas discharge channel 8.
- the ceiling plate 3 and the side parts 5 are each provided on their outside with a layer 13 of opaque quartz glass, which acts as a diffuse reflector.
- the mercury low-pressure lamp 1 according to the invention is made of simple components and allows a particularly homogeneous UV irradiation in the near field. Because with the same lateral dimension allows this construction four sub-chambers 7a, 7b, 7c, 7d, in contrast to only three legs in a meandering fold of the lamp envelope.
Landscapes
- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine Quecksilberdampflampe für eine homogene flächenhafte Bestrahlung, mit einem Lampenkolben aus Quarzglas, der einen geschlossenen Entladungsraum umschließt, in den zwei Elektroden hineinragen, zwischen denen ein nicht linearer Gasentladungskanal verläuft.
- UV-Strahler, wie Quecksilberdampflampen, werden beispielsweise zum Reinigen oder Modifizieren der Oberflächen von Substraten, zur Entkeimung oder zur Aktivierung von Oberflächen eingesetzt. Üblicherweise wird dabei mit UV-Licht im Wellenlängenbereich von 160 bis 400 nm gearbeitet.
- Für eine hochproduktive Fertigungslinie ist eine hohe UV-Lichtintensität im Bereich der zu bearbeitenden Oberfläche notwendig. Auch die Homogenität der UV-Bestrahlung ist für das Bestrahlungsergebnis häufig von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei Anwendungen, bei denen die zu bestrahlende Oberfläche nicht relativ zum UV-Strahler bewegt wird.
- Für eine hohe UV-Lichtintensität ist ein möglichst geringer Abstand zwischen Oberfläche und UV-Strahler vorteilhaft. Andererseits erschwert ein geringer Abstand eine homogene Ausleuchtung, da die UV-Strahlungsintensität im Nahfeld der Strahler inhomogen ist.
- Zur Erzeugung einer flächigen Bestrahlung sind beispielsweise aus der
DE 34 37 212 A1 und derDE 91 08 294 U1 UV-Strahler bekannt, bei denen der Lampenkolben U-förmig oder mäanderförmig gebogen ist oder die aus Rohrteilen zusammensetzt sind, die in ihrer Gesamtheit U-förmig oder mäanderförmig verlaufen. - Ein in Mäanderform gefalteter Lampekolben kann jedoch nicht ohne weiteres lückenlos gefaltet werden, so dass zwischen den Schenkeln des Mäanders Lücken entstehen, die die Homogenität der Lichtverteilung beeinträchtigen.
- Bei einer alternativen Ausführungsform, bei der mehrere lang gestreckte UV-Strahler parallel zueinander und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, ist ein zwar ein weitgehend homogenes Strahlungsfeld erreichbar. Jedoch sind derartige Strahleranordnungen mit hohem Montage- und Justageaufwand verbunden und die Vielzahl von Lampen und Vorschaltgeräten erfordern außerdem einen hohen konstruktiven Aufwand. Darüber hinaus muss bei Ausfall nur eines einzigen Strahlers häufig der komplette Strahlersatz ausgetauscht werden, um Inhomogenitäten aufgrund unterschiedlicher Alterungsprozesse der Strahler zu vermeiden.
- Weiter sei auf den Artikel "Development of a New Lamp Technology for Backlight LCDs" von R. Hicks et al., SID International Symposium - Digest of technical papers, Bd. 24, PART 01, Seiten 21-24, sowie auf das
US-Patent 6 731 058 B1 hingewiesen, die beide eine Quecksilberdampflampe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbaren. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache Quecksilberdampflampe bereit zu stellen, die auch bei einem geringen Abstand zur zu behandelnden Oberfläche eine möglichst hohe Homogenität der UV-Bestrahlung gewährleistet.
- Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Quecksilberdampflampe mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lampenkolben als eine von geraden Wänden begrenzte Quarzglaskammer mit Unterseite, Oberseite und Seitenwandungen ausgebildet ist und mittels mehrer, von der Unterseite bis zur Oberseite ragender Trennstege aus Quarzglas in Subkammern unterteilt ist, die eine vorderste und eine hinterste Subkammer umfassen und die in Aneinanderreihung den nicht linearen Gasentladungskanal bilden, indem sich die Trennstege wechselweise von einer Seitenwand bis nahe an die gegenüberliegende Seitenwand unter Freilassung eines benachbarte Subkammern fluidisch verbindenden Spaltes erstrecken, wobei die eine Elektrode der vordersten Subkammer und die andere Elektrode der hintersten Subkammer zugeordnet ist.
- Als konstruktiv einfachster Fall sind erfindungsgemäß die Trennstege als flache Quarzglasplatten ausgebildet und an der Unterseite und an der Oberseite der Quarzglaskammer angepunktet.
- Die Trennstege sind nicht durchgängig mit der Oberseite und der Unterseite verschweißt, sondern nur an wenigen Stellen angepunktet. Die vereinfacht die Herstellung der Quecksilberdampflampe und vermeidet Verformungen aufgrund des Schweißprozesses. Die Trennstege trennen dabei benachbarte Subkammern zwar nicht gasdicht voneinander; es hat sich aber gezeigt, dass eine gasdichte Trennung auch nicht erforderlich ist. Denn eine Entladung in einem engen Spalt zwischen dem Trennsteg und der Oberseite beziehungsweise der Unterseite ist energetisch ungünstig, so dass die Entladung dem vorgegebenen Gasentladungskanal folgt.
- Die erfindungsgemäße Quecksilberdampflampe besteht im Wesentlichen aus einer Quarzglaskammer mit beliebigem Querschnitt, der einfach an die Geometrie der zu bestrahlenden Oberfläche anpassbar ist, also beispielsweise rund, rechteckig oder dreieckig. Die Querschnittsgeometrie ergibt sich durch die Geometrie der Oberseite und der Unterseite, wobei die Unterseite gleichzeitig die Abstrahlfläche bildet.
- Oberseite und Unterseite sind über gerade Seitenwandungen miteinander verbunden, so dass sich eine geschlossene, zylindrische Quarzglaskammer ergibt. Die Höhe der Seitenwandungen entspricht dem Abstand zwischen Oberseite und Unterseite.
- Die Quarzglaskammer ist in mindestens drei Subkammern unterteilt, die in Aneinanderreihung einen nicht linearen, labyrinthartigen, gewundenen Gasentladungskanal bilden. Hierzu sind mindestens zwei Trennstege vorgesehen, die sich über die gesamte Höhe der Quarzglaskammer erstrecken und die wechselweise von einer Seitenwand bis nahe zu einer gegenüberliegende Seitenwand verlaufen, und dabei einen Spalt zwischen den benachbarten Subkammern freilassen.
- Der Gasentladungskanal verläuft von der vordersten Subkammer zur hintersten Subkammer, wobei in diese jeweils entweder unmittelbar eine der Elektroden hineinragt oder wobei diese mit einem anderen Raum, in den die Elektrode hineinragt, fluidisch verbunden sind.
- Die Aneinaderreihung der Subkammern füllt die Quarzglaskammer vollständig aus und bildet den Gasentladungskanal. Daher stellt sich über der Abstrahlfläche - abgesehen von schmalen Bereichen um die Trennstege - eine homogene Strahlungsintensität ein.
- Die Quarzglaskammer einschließlich der Trennstege ist aus einfachen Quarzglasteilen zusammengesetzt. Sie ist einfach zu fertigen, erfordert nur einen einzigen elektrischen Anschluss und nur einen geringen Aufwand für Montage und Justierung.
- Insbesondere im Hinblick auf eine einfache Konstruktion hat es sich als günstig erwiesen, wenn die vorderste und die hinterste Subkammer jeweils eine Öffnung aufweisen, die mit einem stirnseitigen Ende eines Quarzglasrohres verbunden ist, in welchem eine Elektrode angeordnet ist, deren Stromanschluss über eine gasdichte Quetschung am gegenüberliegenden stirnseitigen Ende aus dem Quarzglasrohr geführt ist.
- Die Elektroden werden hierbei nicht unmittelbar mit den jeweiligen Subkammern am Anfang und am Ende des Gasentladungskanals verbunden, sondern mit separaten Quarzglasrohren, von denen ein Ende mit einer Quetschung zur gasdichten Durchführung des Stromanschlusses für die Elektrode versehen ist. Das so mit der Elektrode versehene Quarzglasrohr muss danach nur noch mit der Quarzglaskammer verschweißt werden. Dies erleichtert die Fertigung der erfindungsgemäßen Quecksilberdampflampe.
- In dem Zusammenhang hat es sich besonders bewährt, wenn das Quarzglasrohr ein Rundrohr ist.
- Das Einbringen von Elektroden in Rundrohe über gasdichte Durchführung ist eine Standardtechnologie.
- Die Quarzglasrohre können mit einer Seitenwand der Quarzglaskammer verbunden sein. Eine besonders kompakte Bauweise ergibt sich jedoch, wenn die Quarzglasrohre mit der Oberseite der Quarzglaskammer verbunden sind.
- Es wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quecksilberdampflampe bevorzugt, bei der das Quarzglasrohr aus Quarzglas besteht, das einen Dotierstoff enthält, der für VUV-Strahlung der Wellenlänge um 185 nm eine Absorption bewirkt.
- Das Quarzglasrohr (beziehungsweise die Quarzglasrohre) erstreckt sich in der Regel in die der Abstrahlrichtung entgegengesetzte Richtung und trägt zur UV-Behandlung nicht bei. Im Gegenteil, das Quarzglasrohr kann sich in Bereiche und Räume erstrecken, in denen die Abstrahlung von energiereichem UV-Licht unerwünscht ist, sei es wegen Ozonbildung oder wegen UV-Alterung benachbarter Bauteile, wie etwa Dichtungen aus Kunststoff.
- Geeignete Dotierstoffe für die Absorption von VUV-Strahlung sind beispielsweise Titanoxid oder Galliumoxid.
- Bei einer besonders einfache Bauform der erfindungsgemäßen Quecksilberdampflampe zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberseite und die Unterseite der Quarzglaskammer polygonal und die Subkammern quaderförmig ausgebildet sind.
- Im Bereich der Trennstege ergibt sich ein gewisser Abfall der UV-Intensität über der Abstrahlfläche. Daher sind die Trennstege so dünn wie möglich und nur so dick wie nötig, wie es die mechanische Stabilität erfordert. Dabei hat es sich bewährt, wenn die Trennstege eine Dicke im Bereich von 1 bis 3 mm, vorzugsweise maximal 2 mm aufweisen.
- Es wird eine Bauform der erfindungsgemäßen Quecksilberdampflampe bevorzugt, bei der sich die Subkammern entlang einer Längsachse erstrecken, wobei deren Breitenabmessung senkrecht zur Längsachse im Bereich von 5 bis 20 mm, vorzugsweise weniger als 15 mm beträgt.
- Die Subkammern sind dabei länglich ausgebildet und verlaufen im einfachsten Fall von einer Seitenwand zur gegenüberliegenden Seitenwand. Die Höhe der Subkammern ergibt sich aus dem Abstand von Oberseite und Unterseite und ihre Breite - die Abmessung senkrecht zu Höhenabmessung und Längsachse - liegt in einem Bereich, bei dem sich eine optimale Ausfüllung durch die Gasentladung ergibt. Bei Breiten von mehr als 20 mm füllt die Gasentladung die Subkammern nicht vollständig aus, und bei Breiten von weniger als 5 mm sind bei vorgegebener Abmessung der Abstrahlfläche viele Trennwände mit dementsprechend hohem konstruktivem Aufwand erforderlich.
- Im Hinblick auf eine möglichst eine optimale Ausfüllung der Subkammern durch die Gasentladung hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, wenn der Abstand zwischen Oberseite und Unterseite im Bereich von 5 bis 20 mm, vorzugsweise weniger als 15 mm liegt.
- Die Subkammern verlaufen im einfachsten Fall entlang ihrer Aneinanderreihung mäanderförmig.
- Zur Erhöhung der im Bereich der Abstrahlfläche zur Verfügung stehenden Strahlungsintensität ist es vorteilhaft, wenn die Oberseite der Quarzglaskammer mit einem Reflektor versehen ist.
- Dadurch geht der in Richtung der Oberseite abgestrahlte Strahlungsanteil nicht oder nur zu einem kleineren Teil verloren. Aus dem gleichen Grund ist es auch günstig, die Seitenwände mit einem Reflektor zu versehen.
- Bei dem Reflektor kann es sich um ein separates Reflektorbauteil handeln. Besonders bevorzugt ist der Reflektor jedoch in Form einer Beschichtung der Oberseite ausgeführt, wie zum Beispiel in Form einer Schicht aus opakem Quarzglas, die als diffuser Reflektor wirkt.
- Die Quarzglas-Kammer kann aus synthetisch erzeugtem Quarzglas bestehen und/oder aus Quarzglas, das aus natürlich vorkommendem Rohstoff erschmolzen ist. Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsform, bei der die Unterseite aus synthetisch erzeugtem Quarzglas besteht.
- Synthetisch erzeugtes Quarzglas zeichnet sich durch eine hohe Reinheit und eine besonders hohe Transmission für UV-Strahlung aus, insbesondere im Wellenlängenbereich um 185 nm.
- Für Anwendungen mit empfindlicher Oberfläche wird vorzugsweise als Quecksilberdampflampe eine Quecksilberniederdrucklampe mit einer Nominalleistung von weniger als 100 Watt eingesetzt.
- Quecksilberniederdrucklampen bieten einen ausgezeichneten Wirkungsgrad. Etwa 40 % der elektrischen Leistung wird in UVC-Strahlung bei 254 nm und etwa 10 % in VUV-Strahlung bei 185 nm umgewandelt. Allerdings können empfindliche Oberflächen bei geringem Abstand zur Abstrahlfläche des UV-Strahlers beeinträchtigt werden, was durch eine geringe Lampenleistung minimiert werden kann.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung im Einzelnen:
- Figur 1
- eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Quecksilberdampflampe in einer Vorderansicht,
- Figur 2
- die Quecksilberdampflampe gemäß
Figur 1 in einer Seitenansicht, und - Figur 3
- die Quecksilberdampflampe gemäß
Figur 1 in einer Draufsicht. - Die Quecksilberdampflampe gemäß
Figur 1 dient zur Reinigung von statischen, nicht beweglichen Substraten in einer Mikroskopiereinheit. Die VUV-Strahlung bewirkt dabei eine Zersetzung organischer Verunreinigungen im molekularen Maßstab. Der Abstand zwischen der SubstratOberfläche und der Quecksilberdampflampe liegt im Bereich weniger Millimeter, so dass sich hohe Anforderungen an die Homogenität der UV-Bestrahlung ergeben. - Die hierfür eingesetzte Vorrichtung besteht aus einer Quecksilberniederdrucklampe 1, die für eine Nominalleistung von 50 Watt ausgelegt ist. Die Quecksilberniederdrucklampe 1 umfasst eine quaderförmige Quarzglaskammer 2, die durch gasdichtes Verschweißen einer quadratischen Deckenplatte 3, einer quadratischen Bodenplatte 4 und vier gleichen Seitenwänden 5 hergestellt ist. Ihre seitliche Abmessung beträgt 60 mm und ihre Höhe 15 mm.
- Die Bodenplatte 4, die die Abstrahlfläche bildet, über die die Arbeitsstrahlung auf das Substrat austritt, besteht aus synthetisch erzeugtem Quarzglas. Die Deckenplatte 3 und die Seitenwände 5 bestehen aus Quarzglas, das aus natürlich vorkommendem Rohstoff erschmolzen ist.
- Der Innenraum der Quarzglaskammer 2 ist mittels dreier Trennstege 6, die dieselbe Höhe wie die Seitenwände 5 haben, in vier längliche, parallel zueinander verlaufende quaderförmige Subkammern 7a, 7b, 7c, 7d unterteilt. Die Dicke der Trennstege 6 beträgt 2 mm und sie bestehen ebenfalls aus Quarzglas, das aus natürlich vorkommendem Rohstoff erschmolzen ist.
- Aus der Draufsicht von
Figur 3 ist ersichtlich, dass sich die Trennstege 6 dabei wechselweise von einer Seitenwand 5a bis nahe an die gegenüberliegende Seitenwand 5b erstrecken (und umgekehrt, von der Seitenwand 5b bis nahe an die gegenüberliegende Seitenwand 5a), so dass sich der Innenraum insgesamt als mäanderförmiger Gasentladungskanal darstellt, der aus der Aneinanderreihung der Subkammern 7a, 7b, 7c, 7d gebildet ist. Der Gasentladungskanal ist inFigur 3 durch den Richtungspfeil 8 symbolisiert. Die einzelnen Subkammern 7a, 7b, 7c, 7d erstrecken sich entlang einer Längsachse und haben eine Länge von etwa 56 mm und eine Breite von etwa 12,5 mm. - Die Trennstege 6 sind an jeweils drei Stellen an die Deckenplatte 3 und an die jeweils anliegende Seitenwand (5a beziehungsweise 5b) angepunktet. Ihre Länge ist so ausgelegt, dass sie zur gegenüberliegenden Seitenwand eine Spalt 13 mit einer Spaltweite von etwa 7 mm offenlassen, der eine fluidische Verbindung zwischen jeweils benachbarten Subkammern 7a, 7b, 7c, 7d darstellt.
- Die Subkammer 7a bildet den Anfang des Gasentladungskanals 8 und die Subklammer 7d dessen Ende. Anfang und Ende liegen an ein und derselben Seitenwand 5a. Im Bereich dieser Subkammern 7a, 7d ist jeweils die Deckenplatte 3 mit einer Öffnung versehen, die mit einem angeschweißten Rundrohr 9 aus einem mit TiO2 dotierten Quarzglas mit einem Außendurchmesser von 15 mm verschlossen ist. In den Rundrohen 9 sind Elektroden 10 montiert, deren Stromversorgung 11 über Quetschenden 12 aus den Rundrohren 9 herausgeführt ist.
- Aus der Seitenansicht von
Figur 2 ist ersichtlich, dass die Rundrohre 9 mitsamt den darin eingesetzten Elektroden 10 jeweils auf der Deckenplatte 3 im Bereich der Seitenwand 5a angeschlossen sind. Die Gasentladung erfolgt über die gesamte Strecke zwischen den Elektroden 9, also auch noch innerhalb der Rundrohe 9, wobei dieser Teil der Gasentladung jedoch zu der Bestrahlung des Substrats nicht beiträgt und nicht zum Gasentladungskanal 8 gerechnet wird. - Die Deckenplatte 3 und die Seitenteile 5 sind an ihrer Außenseite jeweils mit einer Schicht 13 aus opakem Quarzglas versehen, die als diffuser Reflektor wirkt.
- Die erfindungsgemäße Quecksilberniederdrucklampe 1 ist aus einfachen Bauteilen gefertigt und sie ermöglicht eine besonders homogene UV-Bestrahlung auch im Nahfeld. Denn bei gleicher seitlicher Abmessung ermöglicht diese Konstruktion vier Subkammern 7a, 7b, 7c, 7d im Gegensatz zu nur drei Schenkeln bei einer mäanderförmigen Faltung des Lampenkolbens.
Claims (13)
- Quecksilberdampflampe für eine homogene flächenhafte Bestrahlung, mit einem Lampenkolben aus Quarzglas, der einen geschlossenen Entladungsraum umschließt, in den zwei Elektroden (10) hineinragen, zwischen denen ein nicht linearer Gasentladungskanal (8) verläuft, wobei der Lampenkolben als eine von geraden Wänden begrenzte Quarzglaskammer (2) mit Unterseite (4), Oberseite (3) und Seitenwandungen (5, 5a; 5b) ausgebildet und mittels mehrer, von der Unterseite (4) bis zur Oberseite (3) ragender Trennstege (6) aus Quarzglas in Subkammern (7a; 7b; 7c; 7d) unterteilt ist, die eine vorderste (7a) und eine hinterste Subkammer (7d) umfassen und die in Aneinanderreihung den nicht linearen Gasentladungskanal (8) bilden, indem sich die Trennstege (6) wechselweise von einer Seitenwand (5a) bis nahe an die gegenüberliegende Seitenwand (5b) unter Freilassung eines benachbarte Subkammern fluidisch verbindenden Spaltes (13) erstrecken, wobei die eine Elektrode (10) der vordersten Subkammer (7a) und die andere Elektrode (10) der hintersten Subkammer (7d) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstege (6) als Quarzglasplatten ausgebildet und an der Unterseite (4) und an der Oberseite (3) der Quarzglaskammer angepunktet sind.
- Quecksilberdampflampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderste (7a) und die hinterste Subkammer (7d) jeweils eine Öffnung aufweisen, die mit einem stirnseitigen Ende eines Quarzglasrohres (9) verbunden ist, in welchem eine Elektrode (10) angeordnet ist, deren Stromanschluss (11) über eine gasdichte Quetschung (12) am gegenüberliegenden stirnseitigen Ende aus dem Quarzglasrohr (9) geführt ist.
- Quecksilberdampflampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglasrohr (9) ein Rundrohr ist.
- Quecksilberdampflampe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Quarzglasrohre (9) mit der Oberseite (3) der Quarzglaskammer (2) verbunden sind.
- Quecksilberdampflampe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Quarzglasrohr (9) aus Quarzglas besteht, das einen Dotierstoff enthält, der für VUV-Strahlung der Wellenlänge um 185 nm eine Absorption bewirkt.
- Quecksilberdampflampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (3) und die Unterseite (4) der Quarzglaskammer (2) polygonal und die Subkammern (7a; 7b; 7c; 7d) quaderförmig ausgebildet sind.
- Quecksilberdampflampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstege (6) eine Dicke im Bereich von 1 bis 3 mm, vorzugsweise maximal 2 mm aufweisen.
- Quecksilberdampflampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Subkammern (7a; 7b; 7c; 7d) entlang einer Längsachse erstrecken, wobei deren Breitenabmessung senkrecht zur Längsachse im Bereich von 5 bis 20 mm, vorzugsweise weniger als 15 mm beträgt.
- Quecksilberdampflampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Oberseite (3) und Unterseite (4) im Bereich von 5 bis 20 mm, vorzugsweise weniger als 15 mm beträgt.
- Quecksilberdampflampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Subkammern (7a; 7b; 7c; 7d) entlang ihrer Aneinanderreihung mäanderförmig verlaufen.
- Quecksilberdampflampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die (3) Oberseite der Quarzglaskammer mit einem Reflektor versehen ist.
- Quecksilberdampflampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite aus synthetisch erzeugtem Quarzglas besteht.
- Quecksilberdampflampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quecksilberdampflampe eine Quecksilberniederdrucklampe mit einer Nominalleistung von weniger als 100 Watt ist.
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