WO2010069438A1 - Infrarotstrahler-anordnung für hochtemperatur-vakuumprozesse - Google Patents

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WO2010069438A1
WO2010069438A1 PCT/EP2009/008076 EP2009008076W WO2010069438A1 WO 2010069438 A1 WO2010069438 A1 WO 2010069438A1 EP 2009008076 W EP2009008076 W EP 2009008076W WO 2010069438 A1 WO2010069438 A1 WO 2010069438A1
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infrared radiator
radiator
opaque
radiator according
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PCT/EP2009/008076
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Sven Linow
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Heraeus Noblelight Gmbh
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    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for infrared radiators with at least one radiator tube.
  • infrared radiation elements in vacuum, in vacuum processes with reactive atmospheres, or in corrosive or reactive atmospheres, such as coating processes, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, etching in the gas phase, the production of thin-film solar cells in CIS technology, RTP Processes in which a significant amount of heat is to be introduced into a substrate in a very short time and thus a combination of vacuum or an atmosphere of hot corrosive gases with high amounts of heat released and cyclic stress, pose a particular challenge to the components and materials used.
  • IR heating elements which consist of the quartz tube type, in which therefore the outer shell of the radiator consists of a tube made of heat-resistant and almost all atmospheres resistant quartz glass, almost all technical hurdles remain. Among other things, these are the corrosion of the electrical supply lines to the radiators when they are carried out in a corrosive atmosphere or in a vacuum.
  • Flashovers between the electrical leads to each other or to the chamber wall occur in certain pressure ranges when the leads are made in the chamber.
  • radiant heaters in cladding tubes wherein the cladding tubes represent parts of the wall of the process chamber, a heat accumulation problem is quickly generated, which leads to the destruction of the radiator or at least limits the maximum power of the radiator used.
  • maximum power is limited both thermally by the heat accumulation in the cladding tube, as well as geometrically by the forced large distances between the cladding tubes.
  • EP 1 228 668 B1 describes an arrangement in which at least one infrared radiator is arranged in a cladding tube.
  • the cladding tube is sealed against the vacuum chamber and also protects the radiator against the possibly occurring reactive gases in the chamber.
  • the disadvantage is that the radiators can quickly overheat and be destroyed in such a cladding tube, since the cladding tube must already have a considerable temperature in order to be able to release heat to the environment via radiation.
  • the wall temperature of the radiator is considerably higher than that of a radiator that is directly in vacuum or that of a radiator, which is cooled by convection.
  • water is used as coolant, then the problem of the temperature gradient in the cladding tube can be avoided.
  • the use of water can only be done in a separate pipe, since the electrical leads should not be carried out lying in the water.
  • water which is usually arranged in the gap between the radiator and the cladding tube or at a comparable position, absorbs a minimum of about 50% of the total radiator output.
  • water can only be used in cases where the wall temperature of the cladding tube may be low and where the additional heating of the cladding tube is not required for the process.
  • flanges directly on the radiator tube are therefore extremely expensive.
  • Such flanges must also be movably mounted in the direction of the radiator axis against the chamber wall in order not to convert small thermal expansions into a destructive for the radiator tube tension: Since the thermal expansion of the quartz glass is about an order of magnitude lower than that of the metallic chamber wall, already small Variations in the temperature of the chamber wall lead to destructive tensile stress on quartz glass.
  • the object of the invention is therefore to provide an arrangement of infrared radiators in process chambers or vacuum chambers, in which the above-mentioned disadvantages are avoided and a structurally simple solution is provided which also enables a long service life of the radiator.
  • the infrared radiator according to the invention comprises at least one radiator tube which has bruises at its respective ends, wherein at least one opaque tube section is welded in alignment with the at least one radiator tube and is located between pinch and radiator tube.
  • Such an infrared radiator allows it to be installed directly in a chamber for vacuum processes with reactive atmospheres or in vacuum without an additional cladding tube.
  • the infrared radiator according to the invention has opaque tube sections in front of the bruises, which at the same time serve as a vacuum feedthrough against which is sealed.
  • the opaque tube sections reduce the radiant power in the tube towards the ends (squeezing) so that the seals can not overheat.
  • a radiator guided only on one side into the vacuum chamber twin tube, one-sided Final
  • only one side of such an opaque pipe section are used, while in radiators with double-sided electrical connection and vacuum on both sides are required.
  • the invention provides that the opaque pipe sections are round outside.
  • the opaque pipe sections have at least one bore inside.
  • the invention provides that a disk is arranged between the opaque pipe sections and the radiator pipe.
  • the disk contains quartz glass.
  • the diameter of the two sealing surfaces can additionally be designed differently. During assembly, the first sealing surface still slides easily through the provided for the second seal flange, as it has a slightly smaller diameter.
  • FIG. 1 shows a round tube radiator according to the invention
  • Figure 2 shows the seal of a round tube emitter according to the invention
  • FIGa, 3b, 3c, 3d different variants of the round tube emitter according to the invention.
  • the round tube emitter for the use of a vacuum chamber consisting of a central radiator tube 10, which is made of transparent quartz glass.
  • the round tube emitter has a diameter of 1, 5 x 14 mm and is about 2 to 5 cm shorter in length than the free width of the vacuum chamber in which it is installed.
  • the central radiator tube 10 is in each case an opaque tube section 12, which are recognized, for example by means of a glass lathe frontally aligned can.
  • the dimensions of the opaque pipe section 12 are in this case 3 x 16 mm.
  • the length of the sections results from the section to be bridged in the chamber of 10 mm to 25 mm and the thickness of the chamber wall including the seal of typically about 50 mm for a simple chamber wall without thermal shields or insulation. So that a typical length of 60 mm to 100 mm occurs.
  • the round tube emitter comprises two transparent pipe sections 14, which are also attached by means of a glass lathe axially aligned outside the opaque pipe sections 12.
  • the transparent pipe sections 14 have a diameter of 1, 5 x 14 mm, with their length resulting from manufacturing parameters. In these pipe sections 14, the pinch is introduced and depending on the squeezing additional dimensions to be separated after squeezing outside the pinch (not shown here) are needed.
  • the round tube emitter thus constructed also has a helix 16 within the emitter tube.
  • the coil 16 is contacted with long rods 18 to a molybdenum foil 20, which later squeezed used to carry out the electric current.
  • On the rods 18 additional support rings 22 are applied, which support the rod 18 in the tubes 10 and 14.
  • a stranded wire 26 can be posted for the power supply to the outside rods 24 after crushing.
  • Such a manufactured emitter 1 can then be mounted parallel to other emitters 1, for example in a vacuum chamber.
  • the assembly takes place in such a way that the radiators 1 are transversely mounted to the direction in which the substrate is transported.
  • the radiators are either sealed on both sides with O-rings or on one side by means of an O-ring and on the other side with a sliding stuffing box.
  • On both sides is located in the press ring, a bead which prevents the radiator from slipping out of its sealing position and thus fixes it in the vacuum chamber.
  • a radiator distance of 40 mm or even up to 30 mm can thus be achieved in a vacuum chamber. As a result, a larger number of radiators can be easily mounted within the vacuum chamber.
  • Figure 2 shows schematically the attachment of such emitters with the seal.
  • Another embodiment provides that on a twin pipe with a diameter of 33 x 14 mm and a length resulting from the transverse dimension of the vacuum chamber, on one side an opaque pipe section 12 with a diameter of 5 x 40 mm, aligned by means of a glass lathe becomes.
  • the transition from the opaque pipe section 12 the twin pipe can either be freely formed or, in an advantageous embodiment, a flat quartz glass disk can be placed beforehand on the twin pipe, which serves for the transition from the twin pipe to the opaque round pipe and is correspondingly shaped.
  • another piece of twin tube 10 with a diameter of 33 ⁇ 14 mm is attached to the other end of the opaque tube section 12. From such a radiator tube, a radiator is manufactured with one-sided connection.
  • Such a manufactured spotlight can be mounted in a vacuum chamber, wherein the seal on the opaque pipe section 12 by means of an O-ring and the radiator 1 is mechanically fixed on the opposite side of the chamber, for example by means of a simple fork clamp.
  • the distance between the radiator axes is a minimum of approx. 60 mm if all seals are located on one side of the chamber.
  • the radiators are introduced alternately on both sides in the chamber, whereby the distance between the axes of the radiator 1 can be reduced to about 35 mm.
  • 3a to 3d show various embodiments of the special sealing surfaces, wherein only one tube side is shown. To simplify the figure was on spirals, rods, molybdenum foils, etc., omitted.
  • FIG. 3a shows a round tube radiator 1, as already illustrated in FIG. 1 and explained in greater detail.
  • An emitter tube 40 has both sides in the finished state squashes 41 and ceramic base 42 and strands 43.
  • opaque pipe sections 45 have been welded by means of a glass lathe parallel to the pipes as future sealing surfaces.
  • the cross section of the opaque tube section 44 is shown on the radiator tube 40.
  • FIG. 3b shows a twin tube radiator, as already explained above.
  • opaque tube sections are welded by means of a glass lathe parallel to the tubes 54 as future sealing surfaces.
  • either a laser-cut disk of quartz glass is used as transition piece either for the transition from twin pipe 32 to the opaque pipe section 54 on both sides or the opaque pipe 54 is formed by a strong flame directly on the twin pipe 32 out.
  • the cross section of the opaque pipe section 54 is shown mounted on the twin tube 32.
  • FIG. 3c shows a twin tube radiator with a matched, opaque tube section.
  • the emitter tube 50 has crimps 51 on both sides, ceramic sockets 52 and also strands 53.
  • opaque tube sections are welded parallel to the tubes 54 by means of a glass lathe as future sealing surfaces. These pipe sections are round on the outside for optimum sealing of the vacuum chamber and inside they have two holes, which are similar to the dimensions of the two channels of the twin pipe. Such an opaque tube piece can be easily cast and sintered, so that only the outer surfaces must be ground. Thus, the opaque pipe section can be attached directly to the twin pipe 55 without complex glass-blowing deformation or without washers. The cross section of the opaque tube section 12 is shown on the twin tube 55.
  • FIG. 3d shows a twin tube radiator with a twin tube 60 and an externally placed opaque tube section.
  • the emitter tube 60 has crushed portions 61, ceramic bases 62 and strands 63 on both sides in the finished state.
  • opaque tube sections are welded parallel to the tubes 64 by means of a glass lathe.
  • These pipe sections are now connected at one position annular with the twin tube radiator. Preference is given to using a laser-cut disk of appropriate dimensions made of quartz glass. As a result, only at one position, a pipe section must be used, which provides a certain savings in the production and causes, however, that the diameter of the opaque pipe section is slightly larger. As a result, the radiator distances within the vacuum chamber also become larger.
  • the disclosed variants allow, in a particularly simple and elegant manner, the application of an additional reflector made of opaque quartz glass, as described in DE 10 2004 051 846.
  • a reflector is particularly well suited for vacuum but has typical thicknesses of 0.5 mm to 1.5 mm.
  • a coated emitter can usually no longer be sealed off against the emitter tube, since it no longer fits through the hole provided in the vacuum chamber for receiving the emitter tube.
  • the sealing piece (34, 44, 54, 64) should have a slightly larger diameter than the radiator tube. This diameter can be easily adapted to the need for an applied coating, so that the radiator pipe with coating in any case still has a smaller diameter than the sealing piece and so in any case can be easily mounted and replaced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Infrarotstrahler, umfassend zumindest ein Strahlerrohr (11), welches an seinen jeweiligen Enden Quetschungen aufweist, wobei mindestens ein opaker Rohrabschnitt (12) in Flucht zu dem zumindest einen Strahlerrohr angeschweißt angeordnet ist, sowie die Verwendung eines Infrarotstrahlers zum Einbau in einer Prozesskammer (21).

Description

Patentanmeldung
Heraeus Noblelight GmbH
Infrarotstrahler-Anordnung für Hochtemperatur-Vakuumprozesse
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zu Infrarotstrahlern mit zumindest einem Strahlerrohr.
Das Betreiben von Infrarotstrahlungselementen im Vakuum, in Vakuumprozessen mit reaktiven Atmosphären, oder in korrosiven oder reaktiven Atmosphären, wie beispielsweise Beschich- tungsprozesse, Chemical Vapour Deposition, Physical Vapour Deposition, Ätzen in der Gasphase, die Herstellung von Dünnschichtsolarzellen in CIS-Technologie, RTP-Prozesse, bei denen in sehr kurzer Zeit eine erhebliche Wärmemenge in ein Substrat eingebracht werden soll und somit eine Kombination von Vakuum oder einer Atmosphäre aus heißen korrosiven Gasen mit hohen freigesetzten Wärmemengen und zyklischer Beanspruchung, stellen eine besondere Herausforderung an die verwendeten Bauteile und Materialien dar.
Auch bei Einsatz von IR-Heizelementen, die aus dem Quarzrohr-Typ bestehen, bei denen also die äußere Hülle des Strahlers aus einem Rohr aus hitzebeständigem und gegenüber nahezu allen Atmosphären beständigem Quarzglas besteht, bleiben nahezu alle technischen Hürden bestehen. Diese sind unter anderem die Korrosion der elektrischen Zuleitungen zu den Strahlern, wenn diese in korrosiver Atmosphäre oder im Vakuum ausgeführt werden.
Überschläge zwischen den elektrischen Zuleitungen untereinander oder zur Kammerwand treten in gewissen Druckbereichen auf, wenn die Zuleitungen in der Kammer ausgeführt sind. Bei Einsatz von Heizstrahlern in Hüllrohren, wobei die Hüllrohre Teile der Wand der Prozesskammer darstellen, wird schnell ein Wärmestau-Problem erzeugt, das zur Zerstörung der Strahler führt oder zumindest die maximale Leistung der eingesetzten Strahler begrenzt. Bei Verwendung der Hüllrohr-Lösung ist die zu verwirklichende maximale Leistung sowohl thermisch durch den Wärmestau im Hüllrohr, als auch geometrisch durch die erzwungenen großen Abstände zwischen den Hüllrohren begrenzt. Die EP 1 228 668 B1 beschreibt eine Anordnung, in der mindestens ein Infrarotstrahler in einem Hüllrohr angeordnet ist. Das Hüllrohr ist dabei gegen die Vakuumkammer gedichtet und schützt den Strahler zusätzlich vor den ggf. auftretenden reaktiven Gasen in der Kammer. Nachteilig ist jedoch, dass die Strahler schnell in einem solchen Hüllrohr überhitzen und zerstört werden können, da bereits das Hüllrohr eine erhebliche Temperatur aufweisen muss, um über Strahlung Wärme an die Umgebung abgeben zu können.
Die in der Schrift angedeutete Möglichkeit, durch einen Luftstrom durch das Hüllrohr den Strahler ausreichend zu kühlen, kann in realen technischen Anwendungen meist nicht verwendet werden, denn am Austritt der heißen Luft darf sich kein elektrischer Anschluss mehr befinden - dieser würde überhitzen. Es kommen nur Zwillingsrohrstrahler mit einseitigem elektrischen Anschluss in Frage, was zusätzlich die maximal mögliche Leistung herabsetzt. Eine Luftkühlung führt zudem zu einem Temperaturgradienten längs des Hüllrohres. Da die Hüllrohre auch als sekundäre IR Strahler im fernen IR wirken und so zum Energieeintrag in das Substrat beiwirken, wird ein Gradient der Temperatur des Hüllrohres als Gradient der eingestrahlten Leistung auf dem Substrat merkbar, der in vielen Prozessen nicht tolerierbar ist.
Aufgrund der engen Bauräume und Abmessungen, die benötigt werden, um homogene Strahlungsquelle und Strahlungsfelder höherer Flächenleistung zu erhalten, befindet sich im Hüllrohr nur ein enger Spalt zwischen Wand und Strahler. Dadurch ist die Wandtemperatur des Strahlers erheblich höher als die eines Strahlers, der sich direkt im Vakuum befindet oder die eines Strahlers, der über Konvektion gekühlt wird.
Wird Wasser als Kühlmittel eingesetzt, so kann zwar das Problem des Temperaturgradienten im Hüllrohr vermieden werden. Die Verwendung von Wasser kann aber nur in einem separaten Rohr erfolgen, da die elektrischen Zuleitungen nicht im Wasser liegend ausgeführt werden sollten. Dabei absorbiert Wasser, welches meist im Spalt zwischen Strahler und Hüllrohr oder an einer vergleichbaren Position angeordnet ist, minimal etwa 50% der gesamten Strahlerleistung. Zudem kann Wasser nur in solchen Fällen eingesetzt werden, wo die Wandtemperatur des Hüllrohres niedrig sein darf und wo die zusätzliche Heizung des Hüllrohres nicht für den Pro- zess benötigt wird.
Die DE 10 2004 002 357 A1 beschreibt ebenfalls eine aktive Kühlung, welche jedoch technisch sehr aufwendig ist. Eine symmetrisch angeordnete Luftführung (bei der z.B. über ein zusätzliches Rohr Luft mittig in das Hüllrohr geblasen wird, oder gar an vielen Positionen über die Hüllrohrlänge) kann nur eine geringe Luftmenge bewegen und somit nur eine geringfügige Kühlung erreichen - außer es wird energetisch sehr aufwändige Druckluft verwendet. Üblicherweise wird Luft über Ventilatoren kostengünstig eingeblasen, hierbei werden Vordrücke bis ca. 0,3 bar erreicht; mittels Kompressoren kann Luft mit einigen bar Überdruck eingeblasen werden, begrenzt ist die Luftmenge dann durch Effekte der Kompressibilität). Dennoch würden sich auch hier Inhomogenitäten nicht ausschließen lassen, außer es werden aufwändige und teure Vorrichtungen zur Ansteuerung der Kühlung verwendet.
Auch die Montage und elektrische Kontaktierung von Infrarotstrahlern direkt in der Prozesskammer erscheint selten vorteilhaft. So muss man beispielsweise, um Spannungsüberschläge oder Entladung in der Kammer zu vermeiden, insbesondere bei Anwesenheit einer lonenquelle eines Plasmas oder im Druckbereich der Größenordnung von 10 Pascal bis etwa 10.000 Pascal, die Spannung geringer als 80 Volt halten. Zwar sind die aus den Paschenkurven der Prozessgase ablesbaren maximal möglichen Spannungen etwas höher, als diese 80 V, Erfahrung zeigt jedoch, dass erst unterhalb dieser Grenze wirklich Überschläge vermieden werden. Eine derart geringe Betriebsspannung limitiert die mögliche elektrische Leistung der Infrarotstrahler erheblich, da bauartbedingt auch der je Strahler mögliche Strom limitiert ist. Es werden somit viele Strahler geringer Leistung benötigt, die dann bei unüblichen Betriebsspannungen betrieben werden müssen. Dies bedeutet, dass u.A. für die Erzeugung der Spannung ein teurer und schwerer Transformator benötigt wird.
Bei der Verwendung von Infrarotstrahlern in korrosiver Atmosphäre können die elektrischen Zuleitungen angegriffen werden, insbesondere die Molybdänfolie, die sich in der Quetschung befindet und äußerst empfindlich ist. Hier kann ein Einsatz ganz unmöglich sein.
Weiter ist es notwendig für die Unterbringung der Strahlerenden und der elektrischen Leitungen zusätzlichen, nicht unerheblichen Platz in der Vakuumkammer vorzusehen, der meist begrenzt oder teuer ist, wenn die gesamten Strahler mit Zuleitungen in der Vakuumkammer untergebracht werden sollen.
Die einfache Durchführung der Strahler durch die Wand und direkte Abdichtung der Strahler erfordert eine sehr starke Kühlung der Dichtung, da die Dichtung aufgrund der hohen im Strah- lerrohr befindlichen Strahlungsleistungen einer extremen thermischen Belastung ausgesetzt sind. In Quarzrohren wird eine erhebliche Strahlungsleistung in axialer Richtung transportiert, die das Rohr, ähnlich wie in einer optischen Faser.
Die Anbringung von Flanschen direkt am Strahlerrohr ist daher extrem aufwendig. Solche Flansche müssen zudem in Richtung der Strahlerachse gegen die Kammerwand beweglich gelagert werden, um geringfügige thermische Ausdehnungen nicht in eine für das Strahlerrohr zerstörerische Zugspannung umzusetzen: Da die thermische Ausdehnung des Quarzglases etwa eine Größenordnung niedriger ist, als die der metallischen Kammerwand, können bereits geringe Variationen der Temperatur der Kammerwand zu für Quarzglas zerstörerischer Zugbelastung führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung von Infrarotstrahlern in Prozesskammern oder Vakuumkammern bereitzustellen, bei welcher die oben genannten Nachteile vermieden werden und eine konstruktiv einfache Lösung bereitgestellt wird, die ebenfalls eine hohe Lebensdauer der Strahler ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bereits mit dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der erfindungsgemäße Infrarotstrahler umfasst zumindest ein Strahlerrohr, welches an seinen jeweiligen Enden Quetschungen aufweist, wobei mindestens ein opaker Rohrabschnitt in Flucht zu dem zumindest einem Strahlerrohr angeschweißt ist und sich zwischen Quetschung und Strahlerrohr befindet.
Ein derartiger Infrarotstrahler ermöglicht, dass er ohne ein zusätzliches Hüllrohr direkt in einer Kammer für Vakuumprozesse mit reaktiven Atmosphären oder im Vakuum direkt eingebaut werden kann.
Vorteilhafterweise weist der erfindungsgemäße Infrarotstrahler opake Rohrabschnitte vor den Quetschungen auf, die zugleich als Vakuumdurchführung dienen, gegen die abgedichtet wird. Die opaken Rohrabschnitte vermindern die im Rohr befindliche Strahlungsleistung zu den Enden (zu den Quetschungen) hin, so dass sich die Dichtungen nicht überhitzen können. So kann bei einem nur einseitig in die Vakuumkammer geführten Strahler (Zwillingsrohr, einseitiger An- Schluss) auch nur einseitig ein solcher opaker Rohrabschnitt eingesetzt werden, während bei Strahlern mit beidseitigem elektrischen Anschluss auch beidseitig Vakuumdurchführungen benötigt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sieht die Erfindung vor, dass die opaken Rohrabschnitte außen rund sind.
Vorteilhafterweise weisen die opaken Rohrabschnitte innen zumindest eine Bohrung auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform sieht die Erfindung vor, dass zwischen den opaken Rohrabschnitten und dem Strahlerrohr eine Scheibe angeordnet ist. Vorteilhafterweise enthält die Scheibe Quarzglas.
Für eine besonders leichte Montage von beidseitig gedichteten Strahlern kann zusätzlich der Durchmesser der beiden Dichtflächen unterschiedlich ausgeführt werden. Bei Montage gleitet die erste Dichtfläche noch leicht durch den für die zweite Dichtung vorgesehenen Flansch, da sie einen etwas geringeren Durchmesser aufweist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Rundrohrstrahler;
Figur 2 die Dichtung eines erfindungsgemäßen Rundrohrstrahlers;
Figur 3a, 3b, 3c, 3d verschiedene Varianten des erfindungsgemäßen Rundrohrstrahlers.
Figur 1 zeigt einen Rundrohrstrahler für den Einsatz einer Vakuumkammer bestehend aus einem zentralen Strahlerrohr 10, welcher aus transparentem Quarzglas gefertigt ist. Der Rundrohrstrahler weist einen Durchmesser von 1 ,5 x 14 mm auf und ist in seiner Länge etwa 2 bis 5 cm kürzer, als die freie Breite der Vakuumkammer in die er eingebaut wird.
An den beiden Enden des zentralen Strahlerrohrs 10 befindet sich jeweils ein opaker Rohrabschnitt 12, der beispielsweise mittels einer Glasdrehbank stirnseitig fluchtend angesetzt werden kann. Die Abmessungen des opaken Rohrabschnittes 12 betragen in diesem Fall 3 x 16 mm. Die Länge der Abschnitte ergibt sich aus dem zu überbrückenden Abschnitt in der Kammer von 10 mm bis 25 mm und der Dicke der Kammerwand inklusive der Dichtung von typisch ca. 50 mm für eine einfache Kammerwand ohne thermische Schilde oder Isolierung. So dass eine typische Länge von 60 mm bis 100 mm auftritt. Ferner umfasst der Rundrohrstrahler zwei transparente Rohrabschnitte 14, die ebenfalls mittels einer Glasdrehbank axial fluchtend außen an die opaken Rohrabschnitte 12 angesetzt sind. Die transparenten Rohrabschnitte 14 weisen einen Durchmesser von 1 ,5 x 14 mm auf, wobei sich ihre Länge aus fertigungstechnischen Parametern ergibt. In diese Rohrabschnitte 14 wird die Quetschung eingebracht und je nach Quetschverfahren werden zusätzliche nach dem Quetschen abzutrennende Abmessungen außerhalb der Quetschung (hier nicht dargestellt) benötigt.
Der so aufgebaute Rundrohrstrahler weist ebenfalls eine Wendel 16 innerhalb des Strahlerrohrs auf. Die Wendel 16 ist mit langen Stäben 18 an eine Molybdän-Folie 20 kontaktiert, die später eingequetscht der Durchführung des elektrischen Stromes dient. Auf die Stäbe 18 sind zusätzliche Stützringe 22 aufgebracht, die den Stab 18 in den Rohren 10 und 14 abstützen. Je nach Bedarf kann an die außenstehenden Stäbe 24 nach dem Quetschen eine Litze 26 für die Stromzuführung angeschlagen werden.
Ein derartig gefertigter Strahler 1 kann dann parallel zu weiteren Strahlern 1 beispielsweise in einer Vakuumkammer montiert werden. Dabei erfolgt die Montage derart, dass die Strahler 1 quer zur Richtung in der das Substrat transportiert wird, angebracht werden. Die Dichtung der Strahler erfolgt entweder beidseitig mit O-Ringen oder einseitig mittels eines O-Rings und auf der anderen Seite mit einer gleitenden Stopfbuchse. Beidseitig befindet sich in dem Pressring ein Wulst, der den Strahler an einem Ausgleiten aus seiner Dichtposition hindert und ihn somit in der Vakuumkammer fixiert. Je nach Ausführung kann somit ein Strahlerabstand von 40 mm oder sogar bis zu 30 mm in einer Vakuumkammer erreicht werden. Dadurch kann eine höhere Anzahl Strahler innerhalb der Vakuumkammer auf einfache Weise angebracht werden.
Figur 2 zeigt schematisch die Anbringung derartiger Strahler mit der Dichtung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass an einem Zwillingsrohr mit einem Durchmesser von 33 x 14 mm und einer Länge, die sich aus der Querabmessung der Vakuumkammer ergibt, einseitig ein opaker Rohrabschnitt 12 mit einem Durchmesser von 5 x 40 mm, fluchtend mittels einer Glasdrehbank angesetzt wird. Der Übergang vom opaken Rohrabschnitt 12 auf das Zwillingsrohr kann entweder frei geformt werden, oder in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform zuvor auf das Zwillingsrohr eine plane Scheibe aus Quarzglas aufgesetzt werden, die für den Übergang vom Zwillingsrohr auf das opake runde Rohr dient und entsprechend geformt ist. In der Flucht dieses Rohres wird an das andere Ende des opaken Rohrabschnitts 12 ein weiteres Stück Zwillingsrohr 10 mit einem Durchmesser von 33 x 14 mm angesetzt. Aus einem derartigen Strahlerrohr wird ein Strahler mit einseitigem Anschluss gefertigt. Ein derartig gefertigter Strahler kann in einer Vakuumkammer montiert werden, wobei die Abdichtung am opaken Rohrabschnitt 12 mittels eines O-Ringes erfolgt und der Strahler 1 an der entgegengesetzten Seite der Kammer beispielsweise mittels einer einfachen Gabelklemme mechanisch fixiert wird. Der Abstand der Strahlerachsen beträgt dabei minimal ca. 60 mm, wenn sich alle Dichtungen auf einer Kammerseite befinden. Es ist jedoch vorstellbar, dass die Strahler abwechselnd auf beiden Seiten in die Kammer eingeführt werden, wodurch sich der Achsenabstand der Strahler 1 auf ca. 35 mm reduzieren lässt.
Die Figur 3a bis 3d zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele der speziellen Dichtflächen, wobei immer nur eine Rohrseite dargestellt ist. Zur Vereinfachung der Figur wurde auf Wendeln, Stäbe, Molybdänfolien etc., verzichtet.
Figur 3a zeigt einen Rundrohrstrahler 1 , wie bereits in Figur 1 dargestellt und näher erläutert. Ein Strahlerrohr 40 besitzt beidseitig im fertigen Zustand Quetschungen 41 sowie keramische Sockel 42 und Litzen 43. In der Nähe der Quetschungen 41 sind als zukünftige Dichtflächen opake Rohrabschnitte 45 mittels einer Glasdrehbank parallel zu den Rohren eingeschweißt worden. Zur Veranschaulichung ist der Querschnitt des opaken Rohrabschnitts 44 auf dem Strahlerrohr 40 dargestellt.
Figur 3b zeigt einen Zwillingsrohrstrahler, wie bereits oben erläutert. Ein Strahlerrohr 50 besitzt beidseitig im fertigen Zustand Quetschungen 51 , keramische Sockel 52 und Litzen 53. In der Nähe der Quetschungen 51 sind als zukünftige Dichtflächen opake Rohrabschnitte mittels einer Glasdrehbank parallel zu den Rohren 54 eingeschweißt. Dabei wird entweder für den Übergang vom Zwillingsrohr 32 zum opaken Rohrabschnitt 54 beidseitig eine beispielsweise lasergeschnittene Scheibe aus Quarzglas als Übergangsstück verwendet oder das opake Rohr 54 wird mittels einer starken Flamme direkt auf das Zwillingsrohr 32 hin umgeformt. Auch hier ist der Querschnitt des opaken Rohrabschnitts 54 auf dem Zwillingsrohr 32 aufgesetzt dargestellt. Figur 3c zeigt einen Zwillingsrohrstrahler mit einem angepassten opaken Rohrabschnitt. Das Strahlerrohr 50 besitzt beidseitig Quetschungen 51 , keramische Sockel 52 und ebenfalls Litzen 53. In der Nähe der Quetschungen 51 sind als zukünftige Dichtflächen opake Rohrabschnitte mittels einer Glasdrehbank parallel zu den Rohren 54 eingeschweißt. Diese Rohrabschnitte sind außen rund für eine optimale Abdichtung der Vakuumkammer und innen weisen sie zwei Bohrungen auf, die ähnlich den Abmessungen der beiden Kanäle des Zwillingsrohres sind. Ein solches opakes Rohrstück kann einfach gegossen und gesintert werden, so dass nur noch die äußeren Flächen geschliffen werden müssen. Somit kann das opake Rohrstück ohne aufwendige glasbläserische Umformung oder ohne Zwischenscheiben direkt an das Zwillingsrohr 55 angesetzt werden. Der Querschnitt des opaken Rohrabschnitts 12 ist auf dem Zwillingsrohr 55dargestellt.
Figur 3d zeigt einen Zwillingsrohrstrahler mit einem Zwillingsrohr 60, und einem außen aufgesetzten opaken Rohrabschnitt. Das Strahlerrohr 60 besitzt beidseitig im fertigen Zustand Quetschungen 61, keramische Sockel 62 sowie Litzen 63. Als zukünftige Dichtflächen sind nahe der Position der Quetschungen 61 opake Rohrabschnitte mittels einer Glasdrehbank parallel zu den Rohren 64 eingeschweißt. Diese Rohrabschnitte werden nun an einer Position ringförmig mit dem Zwillingsrohrstrahler verbunden. Bevorzugt wird hier eine lasergeschnittene Scheibe in passenden Abmessungen aus Quarzglas verwendet. Dadurch muss nur an einer Position ein Rohrabschnitt eingesetzt werden, was eine gewisse Einsparung in der Herstellung bietet und dazu führt, dass jedoch der Durchmesser des opaken Rohrabschnitts etwas größer wird. Dies führt dazu, dass die Strahlerabstände innerhalb der Vakuumkammer ebenfalls größer werden.
Die offenbarten Varianten lassen besonders einfach und elegant die Aufbringung eines zusätzlichen Reflektors aus opakem Quarzglas, wie er in der DE 10 2004 051 846 beschrieben wird, zu. Ein solcher Reflektor ist besonders gut für das Vakuum geeignet, hat jedeoch typische Dicken von 0,5 mm bis 1 ,5 mm. Dadurch kann ein beschichteter Strahler meist nicht mehr gegen das Strahlerrohr abgedichtet werden, da er nicht mehr durch die für die Aufnahme des Strahlerrohres vorgesehene Bohrung in der Vakuumkammer passt. Wie in den Abbildungen 3a bis 3d dargestellt, sollte das Dichtstück (34, 44, 54, 64) einen etwas größeren Durchmesser, als das Strahlerrohr aufweisen. Dieser Durchmesser kann leicht der Notwendigkeit einer aufgebrachten Beschichtung entsprechend angepasst werden, so dass das Strahlerrohr mit Beschichtung in jedem Falle noch einen geringeren Durchmesser aufweist, als das Dichtstück und so in jedem Falle leicht montiert und ausgetauscht werden kann.

Claims

Patentanmeldung Heraeus Noblelight GmbHInfrarotstrahler-Anordnung für Hochtemperatur-VakuumprozessePatentansprüche
1. Infrarotstrahler, umfassend zumindest ein Strahlerrohr, welches an seinen jeweiligen Enden Quetschungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein opaker Rohrabschnitt in Flucht zu dem zumindest einen Strahlerrohr angeschweißt angeordnet ist.
2. Infrarotstrahler nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei opake Rohrabschnitte nahe den jeweiligen Quetschungen angeordnet sind.
3. Infrarotstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die opake(n) Rohrabschnitt(e) zwischen Quetschung und Strahlerrohr angeordnet ist/sind.
4. Infrarotstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die opaken Rohrabschnitte außen rund sind.
5. Infrarotstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die opaken Rohrabschnitte innen zumindest eine Bohrung aufweisen.
6. Infrarotstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den opaken Rohrabschnitten und dem Strahlerrohr eine Scheibe (ein Übergangselement aus Quarzglas, das in Scheibenform ausgeführt sein kann) angeordnet ist.
7. Infrarotstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe Quarzglas enthält.
8. Infrarotstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotstrahler zum Einbau in Prozesskammern geeignet ist.
9. Infrarotstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesskammer gasdicht und/oder vakuumdicht gegenüber der Umgebung ausgebildet ist.
10. Verwendung eines Infrarotstrahlers nach Anspruch 1 bis Anspruch 9 zum Einbau in einer Prozesskammer.
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