JPH0533096B2 - - Google Patents

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JPH0533096B2
JPH0533096B2 JP11980984A JP11980984A JPH0533096B2 JP H0533096 B2 JPH0533096 B2 JP H0533096B2 JP 11980984 A JP11980984 A JP 11980984A JP 11980984 A JP11980984 A JP 11980984A JP H0533096 B2 JPH0533096 B2 JP H0533096B2
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JP
Japan
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light
light source
vacuum
photoreaction device
photoreaction
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JP11980984A
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Oku Kuraki
Tsuneo Urisu
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122Incoherent waves

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Toxicology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は光化学蒸着、光化学エツチング、光化
学ドーピング、光酸化などの他、化学工業におけ
る高分子の光重合、光触媒反応などの多くの光化
学反応装置に関するもので、励起光の光源が所定
の光化学反応を起こしめる反応性ガスによつて汚
染もしくは汚染によつて損傷することがなく、か
つ励起光の反応容器への入射部における損失が少
ない光反応装置における光源の汚染防止機構に関
するものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来の光反応装置としては、第7図に示すよう
な例がある(文献Appl.Phys.Lett.39(11)、1
Desember 1981、P921)。第7図において、1は
光源、2は反応容器、4は励起光を平行光にする
ためのレンズ、7は基板、18は基板支持台、2
2はガス導入口、23は真空排気口、51は窓
材、52は集光用レンズ、53は反射鏡である。
この場合、反応容器2への励起光の入射部に直
接、励起光を透過せしめる窓材51が取り付けて
あるため、該窓材51の内側の表面上に光源1か
ら発せられた該励起光とガス導入口22から該反
応容器2内に導入せられた反応性ガスとの反応生
成物が付着したり、また該反応生成物により該窓
材が損傷するため、時間とともに該励起光に対す
る透過率が減少し、該励起光が減衰するという欠
点があつた。また真空紫外光を励起光とした場
合、該真空紫外光に対する該窓材51の吸収が高
く、この窓自身によつて励起光が減衰するという
欠点もあつた。
〔発明の目的〕
本発明は、光反応装置において、光源から反応
容器に到る光伝搬部の全体もしくは一部を所定の
真空度に真空排気した真空光伝搬部を設け、該真
空光伝搬部への光の入射端と光の出射端、即ち該
反応容器の光入射部との間に所定の真空度差が生
ずべく、気体の流れに対する所定のコンダクタン
スを付与してあることを特徴とし、その目的は反
応性ガスによる光源の汚染もしくは汚染による損
傷を防止し、かつ該反応容器への光入射部の窓材
を除去することによつて窓材による励起光の減衰
を防ぎ、あるいは窓材を設けても窓材の内側への
反応生成物の付着等による窓材の経時変化の影響
を除去することにある。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例を第1図に示す。1は励起光
源、2は反応容器、3は励起光を集光するための
集光用反射鏡、4は励起光を平行光にするための
レンズ、5は該励起光を透過せしめる窓材、6は
電極、7は基板、8は電極を兼ねた基板支持台、
9は該電極の間に電圧を印加するための電源、1
0は真空光伝搬部、21,23は真空排気口、2
2は該反応容器への反応性ガスの導入口、30は
該真空光伝搬部10への光の入射端と光の出射
端、即ち該反応容器2の光入射部との間に、所定
の真空度差を生ぜせしめるために、励起光のビー
ム形状に沿つた貫通孔が穿孔させられたコンダク
タンス減少部である。
励起光源1からの光は、大気中を伝搬したのち
反射鏡3にて集光され、窓材5を通過した後、コ
ンダクタンス減少部30の狭い穴を通り反応容器
2内に入射し基板7上に照射される。これにより
該反応容器2内の反応性ガスもしくは基板7上に
吸着した反応ガスを励起せしめ、その結果反応生
成物が基板7上に堆積されるか、あるいは該反応
生成物が基板7表面をエツチングする。この種の
光反応の例としては反応性ガスとしてシラン
(SiH4)やジシラン(Si2H6)を用い、水銀ラン
プを励起光源1としてその光分解生成物として、
シリコン(Si)を基板上に堆積させる場合や、反
応性ガスとして塩素やSF6などのエツチングガス
を用い、エキシマレーザを励起光源1として、半
導体基板をエツチングする場合などがある。
このように、真空光伝搬部10への光の入射端
と光の出射端、即ち該反応容器2の光入射部との
間に、所定の真空度差を生ぜせしめるために、励
起光のビーム形状に沿つた貫通孔が穿孔させられ
たコンダクタンス減少部30を設け、気体の流れ
に対する所定のコンダクタンスを付与することに
より、励起光源1が所定の光化学反応を起こしめ
る反応性ガスによつて汚染もしくは汚染によつて
損傷することを防止することができる。
また、この種の反応を生ぜしめるための従来の
光反応装置においては、第7図に示すように、反
応容器2への光の入射部に石英ガラス板などの窓
材51を用いると窓材51の内側の表面に反応生
成物が付着したりまたは窓材51がエツチングさ
れるという欠点があつたが、第1図の実施例に示
すごとく該コンダクタンス減少部30を該真空光
伝搬部10内に設けることによつて、このような
欠点は除去される。即ち、励起光を反射鏡3で細
く集光し、該反応容器2への光入射部での該励起
光のビーム径を小さくするとともに、該ビームの
形状にそつたほぼ同じ大きさの穴のあいた筒から
成る該コンダクタンス減少部30を設置すること
によつて、該反応容器2内の圧力を比較的高くし
たまま、真空光伝搬部10の窓材5に接する部分
の該反応性ガスの圧力を充分に低くすることがで
きる。その結果、該反応生成物による窓材5への
影響をほとんど除去することが可能である。
1例として、第2図に示すような形状をしたコ
ンダクタンス減少部の場合について、該コンダク
タンス減少部の両端での圧力を計算してみる。d1
=5mm、d2=1mm、l=20cmとすると、分子流の
場合コンダクタンスは約5×10-6〔m3/sec〕とな
る。従つて該真空光伝搬部の真空排気口21での
排気速度S1を1〔m3/sec〕とすると、該反応容器
内の反応性ガスの圧力P0は10Torrに保ちながら、
該真空光伝搬部の光入射部における圧力P1を約
5×10-5Torrにすることができる。粘性流の場
合は分子流の場合にくらべてコンダクタンスが大
きくなるが、それでも尚、数桁の真空度差を生ぜ
しめることが可能である。従つて励起光源1が反
応性ガスによつて汚染するのを防止できる。また
窓材5の内側への該反応生成物の付着を極めて小
さくできることになる。しかもこの場合は、図か
ら明らかなように該窓材5により該励起光源1と
該反応容器2は真空的に絶縁されているので該反
応生成物による該励起光源への影響は勿論ない。
第1図の実施例においては、該コンダクタンス
減少部30に第2図に示す形状の筒を用いたが、
第3図に示すように該励起光のビーム径とほぼ同
じ大きさの径の穴のあいた板を複数枚、該励起光
の光軸方向に設置したもの、すなわち、光のビー
ム形状に沿つて孔が穿孔せられたものでもよい。
穴の面積がAo〔m2〕である1枚の板を通して気体
が外部へ流れる時のコンダクタンスは、気体の種
類にも依存するが、概そCo116×A〔m3/sec〕
で与えられ、この板が複数枚用いられている時
は、その全体のコンダクタンスは加算されること
が知られている。従つて、第3図に示した例で
は、全体のコンダクタンスCtptalは 1/Ctptal=1/C1+1/C2+…+1/Co で与えられ、板の枚数nを大きくすることによつ
て、Ctptalを充分小さくでき、第2図に示した部
品と同様の効果がある。また、第3図の場合はさ
らに各々の板の間に真空排気口を設けることによ
つて該コンダクタンス減少部の両端の真空度差を
さらに大きくすることも可能である。
さらにまた第1図の実施例においては、電極6
と基板支持台8との間に電圧が印加されており、
該励起光によつて生成された反応性ガスのイオン
種(特に真空紫外光を励起光とした場合、イオン
種の生成が多い)が、該反応容器2への光の入射
部から基板7の方に向つて流れるため、この流れ
によつて反応性ガスの該反応容器2から該真空光
伝搬部10への流出が抑えられるとともに、また
該イオン種が基板7表面上の反応に寄与している
場合には、該反応の進行をより効率よく行うこと
もできる。
第4図は本発明に係る光反応装置の他の一実施
例である。基本的構成は第1図の実施例とほぼ同
じであるが、光伝搬部の全部が真空排気され、真
空光伝搬部内に励起光源1や反射鏡3をも含まれ
ており、その代わり第1図の窓材に相当するもの
がない点が第1図の実施例と異なる。第4図の符
号は第1図の符号に対応している。20は真空排
気口である。即ち、励起光が可視光や赤外光であ
る場合は、第1図の実施例のように、真空光伝搬
部を該反応容器の光入射部付近にのみ設置する構
成でも本発明の目的は十分達成せられるが、励起
光が真空紫外光のように空気により吸収されてし
まう場合には、第4図のように光伝搬部の全体を
真空にする必要がある。外真空光伝搬部の構成及
び機能は第1図の実施例と同様であるので詳細は
省略するが、同図に示すごとく第1図における窓
材5に相当するものがないので、該反応容器2か
ら該真空光伝搬部10への拡散した反応性ガスは
反射鏡3や励起光源1の表面に反応生成物を付着
せしめることが考えられるが、第1図の説明から
容易にわかるように該コンダクタンス減少部30
の両端で所定の真空度差を生ぜしめることによ
り、これらの悪影響を除去することができる。さ
らに第4図の構成においては、該真空光伝搬部1
0の配管の径自体を該励起光の通過に妨害となら
ぬ程度に十分細くすることにより、該励起光源1
の方への気体の流れに対するコンダクタンスを小
さくすることができる。
第1図、第4図の実施例において用いられる集
光用部品としては、反射鏡の他、可視光や赤外光
に対してはガラスレンズ、真空紫外光やX線に対
しては、それらの波長の光に対しても集光作用を
もつフレネルゾーンプレートが利用できる。
第5図に本発明に係る光反応装置の他の一実施
例を示す。基本的構成は第4図の実施例とほぼ同
じであり光伝搬部の全体を真空光伝搬部10とし
ている。第5図でも第4図と同様に、コンダクタ
ンス減少部30の両端で所定の真空度差を生ぜし
めることにより、反応容器2から真空光伝搬部1
0へ拡散する反応性ガスによる反射鏡3や励起光
源1の表面への汚染を防止することができる。ま
た、第5図では真空光伝搬部10の途中に該励起
光を透過せしめる金属あるいは有機化合物から成
るフイルタ40を挿入し、該フイルタ40の上、
下流を真空的に絶縁する構成である点が異なり、
その結果、第4図の実施例に比べ、励起光源1や
反射鏡3の表面への反応生成物による汚染や損傷
をより確実に除去することができ、さらに、該フ
イルタ40により真空的に絶縁されているのでコ
ンダクタンス減少部30を第1図の実施例の場合
より短く、従つて励起光の基板7に致るまでの距
離を短くできるという利点もある。
第1図、第4図、第5図の実施例において用い
られる励起光源としては水銀ランプなどの各種放
電ランプ、レーザなどが適切である他、真空紫外
光源としてはシンクロトロン放射光、レーザプラ
ズマ、He、Arなどの放電管などが適している。
第6図に示すごとく電子銃61から射出された電
子ビーム60を電子ビーム加速系62で加速し、
偏向用磁場63により、該電子ビームの進行方向
を曲げることにより発生する放射光64を光源と
することも、本発明装置においては可能である。
65は偏向させられた電子ビームである。この種
の光源においてはレーザや放電ランプでは発生が
困難であるような2000Å以下の短波長光を発生で
きる長所があるが、励起光源自体が起高真空下
(10-9Torr以下)に設置されねばならないという
条件が要求される。第6図に示した原理に基づ
く、あるいは類似の原理に基づく光源としてはシ
ンクロトロン放射光がある。また第6図において
は、電子ビームの進行方向を磁場で曲げることに
より電子ビームに加速度を与えているが、これを
マイクロ波の印加などにより直線的に加速するこ
とも可能であり、この場合も電子の進行方向にむ
かい真空紫外線が放射される。このような放射光
源はリニアツクと呼ばれる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る光反応装置
においては、励起光源から反応容器に到る光伝搬
部の全体もしくは一部を真空排気した真空光伝搬
部を設け、該真空光伝搬部内に気体の流れに対す
る所定のコンダクタンスを付与し所定の真空度差
を生ずべく、コンダクタンス減少部が設置せられ
ているために次のような利点がある。
励起光源等が所定の光化学反応を起こしめる
反応性ガスによつて汚染もしくは汚染によつて
損傷することがない。
例起光に対する窓材やフイルタを設けても、
該励起光と反応性ガスとの反応によつて生ずる
反応生成物による付着やそれに伴う窓材の経時
変化を防ぐことができる。
特に気体による吸収が激しく超高真空内に設
置する必要のある真空紫外光用光源をも、励起
用光源として用いることができる。
において、超高真空内に設置した励起用光
源への反応性ガスによる悪影響を除去すること
ができる。
比較的短い距離で、所定の真空度差を生ぜし
めるため、励起光が基板へ到るまでの距離を短
くでき、励起光を効率よく利用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す構成説明図、
第2図及び第3図はそれぞれ本発明装置に設置せ
れらたコンダクタンス減少部の例を示す断面図、
第4図及び第5図は本発明の他の実施例を示す構
成説明図、第6図は真空紫外光用光源の発生原理
を説明するための図面、第7図は従来の光反応装
置を示す構成説明図である。 1……光源、2……反応容器、3……集光用反
射鏡、4……励起光を平行光にするためのレン
ズ、5,51……窓材、6……電極、7……基
板、8……電極を兼ねた基板支持台、9……電極
間に印加するための電源、10……真空光伝搬
部、18……基板支持台、20,21,23……
真空排気口、22……ガス導入口、30……コン
ダクタンス減少部、40……フイルタ、52……
集光用レンズ、53……反射鏡、60……電子ビ
ーム、61……電子銃、62……電子ビーム加速
系、63……偏向用磁場、64……放射光、65
……偏向させられた電子ビーム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 所定の光反応を誘起せしめる励起光を発する
    光源と、該励起光によつて励起される反応性ガス
    を満たした反応容器と、該光源から該反応容器の
    光入射部に到る光伝搬部から構成される光反応装
    置において、該光伝搬部の全体もしくは該光伝搬
    部の該光入射部に接する一部を所定の真空度に真
    空排気し、この真空排気せられた真空光伝搬部の
    光の入射端と光の出射端との間に所定の真空度差
    が生ずべく、気体の流れに対する所定のコンダク
    タンスを付与してあることを特徴とする光反応装
    置における光源の汚染防止機構。 2 特許請求の範囲第1項記載の光反応装置にお
    ける光源の汚染防止機構において、気体の流れに
    対する所定のコンダクタンスを付与する手段とし
    て、光のビーム形状に沿つて貫通孔が穿設せられ
    た筒を該真空光伝搬部内に設け、レンズもしくは
    反射鏡もしくは所謂ゾーンプレートにより光をこ
    の孔に集光して、該反応容器内に光を入射する構
    成とすることを特徴とする光反応装置における光
    源の汚染防止機構。 3 特許請求の範囲第1項記載の光反応装置にお
    ける光源の汚染防止機構において、気体の流れに
    対する所定のコンダクタンスを付与する手段とし
    て、光のビーム形状に沿つて孔が穿設せられた1
    枚もしくは複数枚の板を該真空光伝搬部内に設け
    た構成とすることを特徴とする光反応装置におけ
    る光源の汚染防止機構。 4 特許請求の範囲第1項記載の光反応装置にお
    ける光源の汚染防止機構において、気体の流れに
    対する所定のコンダクタンスを付与する手段とし
    て、該光伝搬部の一部を真空排気し、かつ該真空
    光伝搬部の光の入射端に該励起光を透過せしめる
    窓材を取りつけ、該真空光伝搬部と大気を真空的
    に絶縁する構成とすることを特徴とする光反応装
    置における光源の汚染防止機構。 5 特許請求の範囲第1項記載の光反応装置にお
    ける光源の汚染防止機構において、気体の流れに
    対する所定のコンダクタンスを付与する手段とし
    て、該光伝搬部の全部を真空排気し、かつ該真空
    光伝搬部の途中に該励起光を透過せしめる金属や
    有機化合物から成るフイルタを取り付け、該フイ
    ルタの上下流において、所定の真空度差を生ずる
    ように構成せられることを特徴とする光反応装置
    における光源の汚染防止機構。 6 特許請求の範囲第1項記載の光反応装置にお
    ける光源の汚染防止機構において、該反応容器の
    光入射部と該反応容器内の他の所定の位置にそれ
    ぞれ電極を設置し、該両電極の間に所定の電圧が
    印加されるよう構成されていることを特徴とする
    光反応装置における光源の汚染防止機構。 7 特許請求の範囲第1項記載の光反応装置にお
    ける光源の汚染防止機構において、該励起光の光
    源として、真空紫外光もしくはX線を用いること
    を特徴とする光反応装置における光源の汚染防止
    機構。 8 特許請求の範囲第1項記載の光反応装置にお
    ける光源の汚染防止機構において、該励起光の光
    源として荷電粒子を加速する時、放射せられる放
    射光を用いることを特徴とする光反応装置におけ
    る光源の汚染防止機構。
JP11980984A 1984-06-13 1984-06-13 光反応装置における光源の汚染防止機構 Granted JPS61440A (ja)

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