DE2458360A1

DE2458360A1 - Gasentladungslampe

Info

Publication number: DE2458360A1
Application number: DE19742458360
Authority: DE
Inventors: Carlo F Lafiandra
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1973-12-17
Filing date: 1974-12-07
Publication date: 1975-06-19
Also published as: JPS604539B2; US3878419A; CA1033336A; DE2458360C2; GB1491897A; JPS5094783A

Description

EIKENBERG & BRÜMMERSTEDT PATENTANWÄLTE IN HANNOVER

Perkin-Elmer 112/2

Gasentladungslampe

Gasentladungslampen sind seit langer Zeit "bekannt, sie werden für zahlreiche unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Dabei hängt die spezielle Struktur und Konfiguration der Lampen mehr oder weniger von dem jeweiligen Anwendungszweck ab, aber generell ist allen Lampen gemeinsam, daß sie einen abgedichteten transparenten oder transluzenten Mantel besitzen, der eine gasförmige Substanz (ein Gas oder einen Dampf) enthält und einen sogenannten Plasma-Hohlraum begrenzt. Weiterhin sind die Lampen noch mit Mitteln zur Zufuhr elektrischer Energie versehen, um die gasförmige Substanz zu erregen und in ein strahlungs-emittirendes Plasma zu überführen. Die Mittel zur Zufuhr der elektrischen Energie haben sehr häufig die Form zweier im Abstand voneinander innerhalb des Mantels angeordneter Elektroden, an die eine Betriebsspannung angelegt wird. Alternativ können die Lampen aber auch mit elektrischer Energie von Radiofrequenz gespeist werden, wobei die RP-Energie mit der Lampe reaktauz-gekoppelt ist, so daß Elektroden als solche nicht nötig sind,

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. Die Erfindung betrifft insbesondere Lampen, die mit einem Metalldampf, z.B. Quecksilberdampf,gefüllt sind und die in Situationen verwendet werden, bei denen es sehr genau und kritisch auf die besondere Konfiguration und Position des (während des Betriebs den licht-emittierenden Seil der Lampe bildenden) Plasmas in. Bezug auf die Betriebsumgebung, also auf die genaue Betriebslage in bezug auf das Bestrahlungsobjekt, ankommt. Lampen dieser Art werden in vielen Fällen benötigt, beispielsweise bei dem in der eigenen HS-OS 2 410 924 beschriebenen Gerät zum Belichten von foto-empfindlichen Plättchen für die Herstellung von Halbleiter-Yorrichtungen. Bei diesem Gerät wird eine Quecksilberdampflampe von gebogener Konfiguration benötigt, deren lichtgebendes Plasma außerordentlich präzise in bezug auf die Betriebsumgebung positioniert sein muß.

Mit der Erfindung soll eine Gasentladungslampe geschaffen werden, die es gestattet, das Plasma mit einem sehr hohen Genauigkeitsgrad in die erforderliche Betriebslage zu bringen, und die es auch gestattet, die Lampe schnell und leicht gegen eine andere Lampe auszutauschen, ohne das dabei die neue Lampe eine gegenüber ihrer Vorgängerin geänderte Betriebslage einnimmt.

Ausgehend von einer Gasentladungslampe mit einem Plasma-Hohlraum von gebogener Konfiguration und kapillarem Querschnitt, der von einem strahlungsdurchlässigen rohrförmigen Mantel begrenzt und mit einer ionisierbaren gasförmigen Substanz gefüllt ist, sowie mit Mitteln zum elektrischen Erregen des Plasmas im Plasma-Hohlraum, wird dieses Ziel erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das eine Ende des Mantels-fest mit einem starren Befestigungssockel verbunden ist, der eine in bezug auf eine vorbestimmte Position und räumliche Orientierung des Man-

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tels geometrisch eindeutige Porm besitzt, so daß nach Installation des Befestigungssockels in einer Halterung der Mantel zwangsläufig und reproduzierbar eine Betriebslage mit vorbestimmter Position und räumlicher Orientierung des Plasma-Hohlraums" einnimmt. . ·

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Pig. 1 im vergrößerten Maßstab einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Gasentladungslampe,

Pig. 2 im Längsschnitt eine Halterung mit

einem darin eingesetzten Befestigungssockel, der gegenüber dem Befestigungssoekel der Lampe gemäß Pig. 1 leicht modifiziert ist,

Pig. 3 einen Querschnitt in der Ebene 3-3 der Pig. 2 und

Pig. 4 im Längsschnitt eine alternative Ausführungsform eines Befestigungssockels für eine Gasentladungslampe.

Die in Pig. 1 als Beispiel für die Erläuterung der Erfindung gezeigte Lampe 10 ist eine Quecksilberlampe mit einer derart gebogenen Konfiguration, daß sie als Lichtquelle bei dem Gerät gemäß der schon erwähnten DT-OS 2 410 924 verwendbar ist. Diese Lampe 10 besitzt einen rohrförmigen Mantel 12 aus Glas oder einem anderen strahlungs-durchlässigen Material. Der ge-

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bogene mittlere Abschnitt des Mantels 12 emittiert dabei den Hauptteil der verwendbaren Strahlung, im dargestellten Beispiel erstreckt sich dieser mittlere Abschnitt über einen Bogen von 85° mit einem Radius von etwa 14 mm. In Hinsicht auf die Erfindung sind jedoch weder die Länge des gebogenen Abschnittes noch die Schärfe der Biegung von irgendwelcher Bedeutung, diese Größen sind lediglich kritisch für den jeweiligen Verwendungszweck der Lampe.

Innerhalb des Mantels 12 befindet sich ein Plasma-Hohlraum 14 von kapillaren Dimensionen, d.h. bei dem beschriebenen Beispiel mit einem Durchmesser von 2 mm. An seinen beiden Enden läuft der Mantel 12 jeweils in massive zylindrische Ansätze 16 bzw. 18 aus, die einen etwas geringeren Durchmesser haben als der Hauptteil des Mantels. Der Plasma-Hohlraum 14 endet kurz vor den Ansätzen 16 bzw. 18 und ist an seinen beiden Enden jeweils mit einer Elektrode 20 bzw. 22 versehen. Diese beiden Elektroden fehlen natürlich, wenn die elektrische? Energie über eine RF-Ankoppiung zugeführt wird, dann sind entsprechende andere Mittel zur Energiezufuhr vorgesehen, wie sie für elektrodenlose Gasentladungslampen bekannt sind. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise verwiesen auf die eigene USA-Patentanmeldung Hr. 337 060 oder auf die Literaturstellen Meggers und Oliver, "Lamps and Wavelengths of Mercury 198" (Research Paper RP 2091) im Journal of Research of the !National Bureau of Standards, Vol. 44, Mai 1950 bzw. auf R.G. Brewer, "High Intensity Low Noise Rebidium Ligth Source", in The Reviou of Scientific Instruments, Vol. 32, Hr. 12 (Dezember 1961) Seiten 1356-1358.

Die Elektrode 20 ist über ο ine nicht weiter dazgestellte Leitung elektrisch mit einer hoch-flexiblen Anschliifleitung 24 verbunden, welche an ihrem einen Ende mechanisch an dem Ansatz 16 befestigt ist und an ihrem freien Ende ein An--

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schlußteil wie z.B. einen Bananenstecker 26 trägt. Die Flexibilität und Leitfähigkeit der Anschlußleitung 24 ist im dargestellten Beispiel dadurch sicher gestellt, daß die Leitung aus
einer rohrförmig geflochtenen Silberlitze hergestellt ist.

Der gegenüberliegende Ansatz 18 des Mantels 12
ist mit einem starren Befestigungssockel 28 versehen, dessen
Konfiguration so "beschaffen ist, daß der Mantel 12 und damit
der Plasma-Hohlraum 14 in der Betriebslage eine geometrisch ^: eindeutige Position und räumliche Orientierung bekommen. Im ^: dargestellten Beispiel hat der Befestigungssockel 28 die Form
eines Prismas'von rechteckigem Längsschnitt und hexagonalem
Querschnitt. Dieses Prisma ist mit einer konzentrischen Axialbohrung 30 versehen, welche an ihrem einen Ende durch eine . Fläche 32, deren Außenseite genau senkrecht zur gemeinsamen
Achse des Prismas und der Bohrung verläuft, verschlossen ist.

Zum Zusammenbau der Lampe 10 wird der Ansatz 18 : des Mantels 12 in die Bohrung 30 des Befestigungssockels 28 ein-; geschoben. Der Durchmesser und die Länge der Bohrung 30 sind so
bemessen, daß der Ansatz 18 nach allen Richtungen hin, also '. longitudinal, lateral und angular, ein ausreichendes Spiel ; innerhalb der Bohrung 30 besitzt. Auf diese Weise ist es möglich, während des Zusammenbaus der Lampe mittels einer Montageschab— ^:

I lone, einer Passlehre oder einer anderen Justiereinrrichtung ; die Lage des Mantels 12 (und zwar insbesondere des gebogenen ' Teils des Mantels 12) relativ zu den Außenflächen des Befesti- \ gungssockels 28 genau einzurichten, ohne das der in die Bohrung : 30 eingreifende Ansatz 18 Behinderungen auslöst. Nach dem Ein- [ richten wird die Bohrung 30 mit einem Lötmittel 34 oder einer j anderen Vergußmasse verfüllt, so daß die eingerichtete Position ' und räumliche Orientierung des Mantels 12 relativ zum Befestigungssockel 28 dauerhaft fixiert wird. . j

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In der dargestellten, mit Elektroden versehenen Ausführungsform der Lampe 10 "besteht der Befestigungssockel 28 aus einem elektrisch leitenden Material wie Kupfer oder Messing und ist'elektrisch mit der Elektrode 22 verbunden. Bei Speisung der Lampe mit RF-Energie besteht der Befestigungssockel 28 vorzugsweise aus einem elektrisch nicht-leitenden Material.

Zum Betrieb wird der Befestigungssockel 28 der Lampe 10 in eine Halterung eingesetzt, die an den Befestigungssockel angepaßt ist und Bezugsflächen besitzt, welche die Lage der Außenflächen des Befestigungssockels bestimmen. Infolge der genauen Position und räumlichen Orientierung des Mantels 12 zum Befestigungssockel 28 ist dadurch gewährleistet, daß der Mantel 12 (und damit auch das lichtgebende Plasma, das sich bei Zufuhr der eMctrischen Energie im Plasma-Hohlraum 14 ausbildet)zwangsläufig und reproduzierbar eine genaue Position und räumliche Orientierung zur Betriebsumgebung und damit zum Bestrahlungsobjekt bekommt, ohne das es noch irgendwelcher besonderen Justierarbeiten bedarf. Da die Position und räumliche Orientierung des Mantels 12 relativ zum Befestigungssockel 28 in der Herstellungsstufe für alle Lampen genau gleich eingestellt wird, ist weiterhin auch in einfachster Weise ein Austausch von Lampen z.B. zu Reparaturzwecken möglich, ohne das die neue Lampe gegenüber ihrer Vorgängerin eine andere Lage einnimmt und neu justiert werden muß.

In den Figuren 2 und 3 ist ein Befestigungsblock 36 gezeigt, der eine geeignete Halterung für den Betrieb'der Lampe 10 gemäß Figur 1 bildet. Dabei ist allerdings in den Figuren 2 und 3 eine etwa abgewandelte Ausführung. 28' des Befestigungssockels dargestellt. Dieser Befestigungssockel 28' ist nicht, wie in Fig. 1,ein vollständiges hexagonales Prisma, sondern besitzt eine weitgehend zylindrische Außenfläche, und ist nur an den beiden Ende dieser zylinderischen Außenfläche mit

hexagonalen Flanschen 29 und 31 versehen. Die Punktion der beiden Flansche 29 und 31 in bezug auf das Einsetzen des Befestigungssockels in die Halterung ist aber gleich der Funktion eines vollständigen hexagonalen Prismas, so daß in der in Fig. 2 und 3 gezeigten Lampen-Halterung die Befestigungssockel 28 und 28' gleichermaßen verwendet werden können.

Der Befestigungsblock 36 ist in seinem Aufnahmeteil so an den Befestigungssockel 28 bzw. 28V angepaßt, daß der Befestigungssockel in dem Befestigungsblock eine genau definierte lage bekommt. Zu diesem Zweck sind in dem Befestigungsblock 36 zwei ebene Bezugsflächen 38 und 40 vorgesehen, die im Winkel von 60° zueinander stehen, also in einem Winkel, der genau die Hälfte des Winkels zwischen zwei benachbarten Außenflächen eines regulären Sechsecks beträgt. Diese beiden Bezugsflächen 38 und 40 sind somit komplementär zu zwei nicht-benachbarten und nichtparallelen Außenflächen 42 und 44 der hexagonalen Flansche des Befestigungssockels 28' (bzw. der entsprechenden Flächen des Befestigungssockels 28).

Beim Einsetzen des Befestigungssockels 28 bzw. 28' in dem Befestigungsblock 36 kommen somit die beiden Außenflächen 42 und 44 sur Anlage an den Bezugsflächen 38 und 40, wodurch der Befestigungssockel eine genau definierte lage einnimmt. Diese Lage wird mittels einer Klemmeinrichtung 46, die auf eineflritte, in bezug auf die Außenflächen 42 und 44 wiederum nicht-benachbarte und nicht-parallele Außenfläche 48 des Befestigungssockels \ einwirkt, gegen Verdrehungen und Tersehiebungen gesichert* Die j axiale Position des Befestigungssoclcels 28' (bzw. 28) ist durch ■ eine Anschlagplatte 50 sichergestellt, an der die Endfläche 32 des Befestigungssockels anliegt.

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Die Klemmeinrichtung 46 enthält eine Klemmplatte 52, die im Bereich ihrer einen Längskante auf der Außenfläche 48 des Befestigungssockels 28» (bzw. 28) aufliegt. Die gegenüberliegende Außenkante der Klemmplatte -52 stützt sich auf einer Rippe 54 ab, -welche parallel zu den Bezugsflächen 38 und 40 verläuft und vom Befestigungsblock 36 aus etwa um den Betrag aufragt, um den auch, bei eingesetztem Befestigungssockel, die Außenfläche 48 über den Befestigungsblock 36 hinaus nach oben vorsteht. Dadurch ist sichergestellt, daß sich die Klemmplatte 52 stets flächig auf die Außenfläche 48 des Befestigungssockels 28^f (bzw. 28) auflegt. Das Festklemmen der Klemmplatte 52 erfolgt mittels eines Schraubensbolzens 56, der sich durch eine nicht weiter dargestellte Bohrung in der Klemmplatte 52 hindurch erstreckt und in eine Gewindebohrung des Befestigungsblocks 36 eingeschraubt ist. Der auf der Oberseite der Klemmplatte 52 befindliche Kopf 58 des Schraubenbolzens 56, der die Klemmplatte 52 gegen den Befestigungssockel 28' (bzw. 28) drückt, ist zweckmäßig ein Rändelkopf von verhältnismäßig großem Durchmesser, damit das Einsetzen und gegebenenfalls Austauschen der Lampe 10 von Hand ohne Werkzeug erfolgen kann. Zwischen der Unterseite der Klemmplatte 52 und dem Befestigungsblock 36 ist um dem Schaft des Schraubenbolzens 56 noch eine Schraubenfeder 60 angeordnet, die bei der in Pig. 2 und 3 gezeigten Lage der Klemmplatte 52 komprimiert ist und die beim Lösen des Schraubenbolzens 56 ein leichtes Abheben der Klemmplatte 52 vom Befestigungssockel 28^f (bzw. 28) sicherstellt.

Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß das Einsetzen der Lampe 10 in den Befestigungsblock 36 eine sehr einfache Angelegenheit ist. Es braucht lediglich der Befestigungssockel 28 bzw. 28'so in den Befestigungsblock 36 eingesetzt zu werden, daß die beiden Außenflächen 42 und 44 des Befestigungssockels an den beiden Bezugsflächen 38 und 40 des

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Befestigungsblocks and aIe Endfläche 32 des Befestigungs3oekels an der Anschlagplatte 50 des Befestigungsblocks zur Anlage kommen. Dadurch ist die genaue Lage des lichtgebenden Plasma-Bereichs relativ zur Betriebsumgebung bereits vollständig sichergestellt, und es ist nur noch erforderlich, mittels der Klemmplatte 52 und des Schraubenbölzens 56 diese lage zu fixieren, während irgendwelche Arbeiten zur Feineinstellung oder Justierung der Lampe nicht mehr notwendig sind.

Der Befestigungsblock 36 sorgt, im Falle einer mit Elektroden versehenen Lampe, über den Befestigungssockel 28 bzw. 28' und die darin enthaltene Leitung für die Stromzufuhr zur Elektrode 22. Die andere Elektrode 20 wird über die hochflexible Anschlußleitung 24- an den Stromkreis angeschlossen. Die hohe Flexibilität der Leitung 24 stellt dabei sicher, daß auf das freie Ende der Lampe 10 keinerlei Spannungen übertragen werden, durch die die Lampe deformiert und aus ihrer genauen Lage abgelenkt werden könnte.

In der Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 28" eines Befestigungssockels für die Lampe dargestellt. Dieser Befestigungssockel 28" hat praktisch die gleiche Konfiguration wie der Sockel 28', unterscheidet sich von diesem aber darin, daß der Ansatz 18 des Mantels 12 nicht durch Vergußmasse, sondern durch eine Anzahl von Einstellschrauben (von denen die Schrauben 62, 64, 66, 68 und 70 zeichnerisch dargestellt sind) gehalten wird. Von diesen Einstellschrauben erstrecken sich die Schrauben 62, 64, 66 und 68 paarweise einander entgegengesetzt durch die hexagonalen Flansche 29' und 31' des Sockels 28". Ein entsprechender, nicht weiter dargestellter Satz, von vier Schrauben ist in einer Ebene senkrecht zu der Zeichenebene der Fig# 4 > angeordnet. Diese beiden Sätze von Einstellschrauben ermöglichen eine genaue laterale und angulare Einstellung der Lage des An-

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- ίο -

sataes 18 innerhalb der Bohrung 30. Die axiale Einstellung erfolgt mittels der weiteren Einstellschraube 70, die sich durch die Endfläche 32' des Sockels 28"' hindurch erstreckt. Mit den Einstellschrauben läßt sich unter Verwendung einer Vergußmasse eine genaue Position und räumliche Orientierung des Mantels 12 relativ zum Befestigungssockel 28" erreichen und dauerhaft aufrechterhaIten.

Die Eig, 4 veranschaulicht weiterhin auch eine

etwas modifizierte Form des Pestklemmens des Befestigungssockels 28" im Befestigungsblock 36. Es ist eine etwas abgewandelte Klemmplatte 52' vorgesehen, die so bemessen und angeordnet ist, daß sie auf dem zylindrischen Mittelteil des Sockels 28·» und nicht auf den beiden hexagonalen Endflanschen 29^! und 31' aufliegt. In der Wirkung unterscheidet sich die Klemmplatte 52' aber nicht von der Klemmplatte 52.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentan sp rüche

1.'Gasentladungslampe mit einem Plasma-Hohlraum von gebogener Konfiguration und kapillarem Querschnitt, der von einem strahlungsdurchlässigen rohrförmigen Mantel "begrenzt und mit einer io.nisierbaren gasförmigen Substanz gefüllt ist, sowie mit Mitteln zum elektrischen erregen des Plasmas im Plasma-Hohlraum, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Mantels (12) fest mit einem starren Befestigungssockel (28, 28', 28^lf) verbunden ist, der eine in "bezug auf eine vorbestimmte Position und räumliche Orientierung des Mantels geometrisch eindeutige Form "besitzt, so daß nach Installation des Befestigungssockels in einer Halterung (56) der Mantel zwangsläufig und reprodu- ; zierbar eine Betriebslage mit vorbestimmter Position und räumlicher Orientierung des Plasma-Hohlraums (14) einnimmt.

2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Außenfläche des Befestigüngssockels (28, 28' 28·^T) einen nicht-kreisförmigen Querschnitt besitzt. :

3. Gasentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Befestigungssockels (28, 28·, 28· ♦) ; ganz oder teilsweise die Form eines hexagonalen Prismas aufweist.

4. Gasentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ; dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungssockel (28, 28», 28'^f) eine koaxiale Bohrung(30) aufweist, in die ein zylindrischer Ansatz (18) d.es Kanteis (12) mit beträchtlichem Spiel ein ;e;^!etzt

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ist, und das nach der Positionierung und räumlichen Orientierung des Mantels relativ zum Befestigungssockel die lage des Ansatzes innerhalb der Bohrung dauerhaft fixiert ist.

5· Gasentladungslampe nach einem der vorherigen Ansprüche, bei welcher die Mittel zum elektrischen Erregen des Plasmas aus zwei im Plasma-Hohlraum angeordneten Elektroden bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Befestigungssockel (28, 28¹, 28") zugekehrte Elektrode (22) elektrisch mit dem Befestigungssockel verbunden ist, während die andere Elektrode (20) elektrisch mit einer hoch-flexiblen Anschlußleitung (24·) verbunden ist.

6. Gasentladungslampe nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung(36) aus einem Befestigungsblock besteht, welcher in seiner Konfiguration komlementär zum Befestigungssockel (28, 28», 28'') ist und dieser komplementären Konfiguration den Befestigungssockel formschlüssig aufnimmt, wobei dem Befestigungsblock lösbare Einrichtungen (46) zum Pesthalten des Befestigungssockels zugeordnet sind.

7. Gasentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsblock (36) zwei mit entsprechenden Außenflächen(42, 44) des Befestigungssockels (28, 28', 28") komplementäre Bezugsflächen (38, 40) auf v/eist, sowie einen mit der Endfläche (32) des Befestigungssockels zusammenwirkenden Endanschlag (50), und daß die lösbaren Einrichtungen zum Festhalten des Befestigungssoclcels als Kiemneinrichtung (46) ausgebildet sind.

KLE/bk

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