(57)【要約】  原子状水素ソース（２６）を用いて、ガラス基板上の多結晶シリコン膜などのターゲット（２４）を水素化する方法および装置が提供される。ターゲットは、ターゲットの少なくとも１つのエリアが予め決められた最小の時間長だけ水素場に晒されるまでソースの原子状水素場の間歇的な露出に晒される。それの原子状水素場によって規定されるソースの処理エリアは、ターゲットよりも小さく、ターゲットが高温処理ゾーン（１４）に移動させられたあとで、それは、ターゲット全体が予め決められた最小の時間長だけ処理されるまで、ターゲットの引き続くエリアを間歇的に処理するように高温処理ゾーン内を移動させられる。ターゲット全体が処理されたあとで、ターゲットは、尚もターゲットを原子状水素に間歇的に晒しながら、予め決められた下限温度まで冷却される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子状水素ソースを用いてターゲットを水素化する方法であって、ターゲットの少なくとも１つのエリアを原子状水素のソースの原子状水素場の間歇的露出に、ターゲットの前記少なくとも１つのエリアが予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場に晒されるまで晒すことによってターゲットを処理する工程を含む方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、ターゲット全体が同時に原子状水素のソースの原子状水素場に晒され、ターゲットが予め決められた処理温度範囲にある間、前記ソースがパルス化されたソースであって、パルス幅が２秒から２分の範囲にあり、デューティ・サイクルが約５０％又はそれ以下である前記方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記原子状水素ソースの原子状水素場がターゲットよりも小さい処理エリアを規定し、前記方法は、
ａ）前記処理エリアを含む高温処理ゾーンに処理すべき前記ターゲットを移動させる工程と、
ｂ）前記高温処理ゾーンで、前記ターゲットの次のエリアを間歇的に前記原子状水素場に晒すことによって処理しながら、前記ターゲットのすべてが予め決められた最小の時間長だけ処理されるまでターゲットを移送する工程と、
ｃ）前記ターゲットのすべてが予め決められた最小の時間長だけ処理されたあとで、前記ターゲットを前記高温処理ゾーンから取り出す工程と、
を含む前記方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、前記ターゲットは、第１の入力経路を通って前記高温処理ゾーンに挿入され、第２の出力経路を通って前記高温処理ゾーンから取り出されることによって、前のターゲットを取り出すのと同時に新しいターゲットを前記高温処理ゾーンにロードできる前記方法。
【請求項５】
請求項１から４の任意の項記載の方法であって、更に、
ａ）清浄な前記ターゲットの温度を予め決められた処理温度範囲内の温度に上げる工程と、
ｂ）前記ターゲットの少なくとも１つのエリアを前記原子状水素のソースの原子状水素場に、ターゲットの前記少なくとも１つのエリアが予め決められた最小の時間長だけ予め決められた処理温度範囲内の温度で原子状水素場に晒されるまで、間歇的に晒すことによってターゲットを処理する工程と、
ｃ）前記ターゲットの前記少なくとも１つのエリアが予め決められた処理温度範囲内の温度で予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場に晒されたあとで、尚も前記ターゲットの前記少なくとも１つのエリアを原子状水素場に間歇的に晒しながら、前記ターゲットを急速に冷却する工程と、
ｄ）前記ターゲットが予め決められた下限温度に到達した時点で前記ターゲットを原子状水素に晒すことを停止させる工程と、
を含む前記方法。
【請求項６】
請求項３、４又は５記載の方法であって、前記ターゲットは、広い平坦なエリアを有し、前記ソースは、複数の分離した局所的な強い原子状水素ソースを含み、各々が前記ターゲットよりも小さいそれぞれ対応する処理エリアを規定する原子状水素の場を提供しており、前記方法は、更に加熱された前記ターゲットを前記原子状水素の複数の場のうち１又は複数の場を通って移動させることによって、前記ターゲットのエリアの一部のみが任意の時点でいずれか１つの前記原子状水素場の中にあるようにされ、前記ターゲットのエリアのすべてが予め決められた最小の時間長だけ前記原子状水素場に晒されるまでターゲットの移動が続けられる前記方法。
【請求項７】
請求項３、４、５又は６記載の方法であって、前記ターゲットを前記高温処理ゾーンに移動させる前に、前記ターゲットの温度が加熱ゾーンで予め決められた温度範囲内の温度にまで上げられる前記方法。
【請求項８】
請求項３、４、５、６又は７記載の方法であって、前記加熱ゾーンに１又は複数の原子状水素ソースが備えられており、前記ターゲットは、前記ターゲットの温度が予め決められた処理温度範囲よりも低い予め決められた温度を超えたあとで、１又は複数の前記原子状水素ソースの原子状水素場に晒される前記方法。
【請求項９】
請求項３、４、５、６、７又は８記載の方法であって、前記加熱ゾーン、前記高温処理ゾーンおよび冷却ゾーンを含む処理チェンバが設けられる前記方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、前記処理チェンバに入口ロード・ロックが設けられ、処理すべきターゲットが加熱チェンバへの移動の前に前記ロード・ロックにロードされる前記方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の方法であって、前記高温処理ゾーンでの高温処理が完了したあとで、前記ターゲットが高温処理ゾーンから冷却ゾーンに送られる前記方法。
【請求項１２】
請求項９、１０又は１１記載の方法であって、冷却中の前記ターゲットが晒される原子状水素場を生成するための１又は複数の原子状水素ソースが前記冷却ゾーンに設けられる前記方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、前記冷却ゾーンの１又は複数の前記原子状水素ソースは、前記高温処理ゾーンにおけるパワーよりも低いパワーで稼動する前記方法。
【請求項１４】
請求項９、１０、１１、１２又は１３記載の方法であって、予め決められた下限温度へのターゲット温度の低下を加速する冷却手段を備えた前記冷却ゾーンが設けられる前記方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、前記下限温度は、一般に３００−３５０℃の範囲にある前記方法。
【請求項１６】
請求項９、１０、１１、１２、１３、１４又は１５記載の方法であって、前記処理チェンバに出力ロード・ロックが設けられ、前記ターゲットは、前記処理チェンバからターゲットが取り出される前に、前記冷却ゾーンから出力ロード・ロックに移動させられる前記方法。
【請求項１７】
請求項３から１６のうちの任意の項記載の方法であって、前記ターゲットは、ガラス基板上の大面積の平坦なターゲットであって、キャリアなしで移送され、前記方法は、
ａ）前記１又は複数の処理エリアを通ってターゲットおよび基板を移送させる１組の移送ローラであって、予め決められた最大ピッチで基板をサポートする移送ローラを提供する工程と、
ｂ）前記基板をローラの上に置いて、基板および付属するターゲットを前記処理エリアに移動させる工程と、
ｃ）前記ターゲットおよび前記ガラス基板の温度を、予め決められた処理温度範囲内の温度にまで上げる工程と、
ｄ）加熱された前記ターゲットおよび基板を処理温度範囲内の温度にある間に、１又は複数の処理エリアを通って移動させる工程と、
ｅ）前記基板が予め決められた温度範囲内の温度にある間に、前記ローラのピッチ、ガラスの種類および処理温度範囲によって決まる前記基板の運動を本質的に継続させることによって、前記基板のあらゆる顕著なゆがみを防止する工程と、
を含む前記方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、前記ターゲットおよび基板が処理の間に前記基板のアニール・ポイント温度よりも高い温度に加熱される前記方法。
【請求項１９】
請求項１から１８のうちの任意の項記載の方法であって、水素化すべきターゲットが前記ガラス基板上に形成された薄い多結晶シリコン膜である前記方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、前記ターゲットは、ホウ珪酸ガラス（ＢＳＧ）上に固相で結晶化された多結晶シリコンを含み、予め決められた処理温度範囲（ターゲット表面で測定して）が５７０−６５０℃の程度である前記方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法であって、前記ホウ珪酸ガラス（ＢＳＧ）が５１８℃のひずみポイントと５６０℃のアニール・ポイントを有し、予め決められた処理温度範囲（ターゲット表面で測定して）が６００−６２０℃の範囲である前記方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの分離した局所的な強い原子状水素ソースを含む水素ソースを用いて、大面積の平坦なターゲット全体を水素化する方法であって、本方法は、
ａ）清浄な前記ターゲットの温度を予め決められた処理温度範囲内の温度に上げる工程と、
ｂ）加熱された前記ターゲットを、前記原子状水素の１又は複数の場を通って移動させながら、ターゲット・エリアのほんの一部だけが任意の時点でいずれか１つの前記原子状水素場の中にあるようにして、この前記ターゲットの移動を前記ターゲットの少なくとも１つのエリアが予め決められた最小の時間長だけ前記原子状水素場に晒されるまで続ける工程、
ｃ）前記ターゲットの前記少なくとも１つのエリアが予め決められた処理温度範囲内の温度で予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場に晒されたあとで、尚も前記ターゲットを１又は複数の前記原子状水素場を通して移動させながらターゲットを急速に冷却する工程、
ｄ）前記ターゲットが予め決められた下限温度に達した時点で前記ターゲットを前記原子状水素に晒すことを停止させる工程、
を含む前記方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の方法であって、前記水素ソースは、複数の分離した局所的な強い原子状水素ソースを含み、各々が前記ターゲットよりも小さいそれぞれの処理エリアを確立する原子状水素の場を提供しており、本方法は、更に、加熱された前記ターゲットを、前記原子状水素の複数の場の１又は複数の場を通って移動させながら、ターゲット・エリアのほんの一部だけが任意の時点でいずれか１つの前記原子状水素場の中にあるようにして、前記ターゲットのエリアのすべてが予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場に晒されるまでこの前記ターゲットの移動を続ける工程を含む前記方法。
【請求項２４】
請求項２２又は２３記載の方法であって、加熱ゾーン、高温処理ゾーンおよび冷却ゾーンを含む処理チェンバが設けられ、前記高温処理ゾーンが水素ソースを含む前記方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法であって、ターゲットが異なる経路を通って前記高温処理ゾーンへ出し入れされることによって、前のターゲットを取り出すのと同時に新しいターゲットを前記高温処理ゾーンにロードすることが可能となる前記方法。
【請求項２６】
請求項２４又は２５記載の方法であって、前記処理チェンバに入口ロード・ロックが設けられ、処理すべきターゲットは、前記加熱ゾーンへの移動の前に、前記ロード・ロックにロードされる前記方法。
【請求項２７】
請求項２４、２５又は２６記載の方法であって、前記処理チェンバに出口ロード・ロックが設けられ、前記ターゲットは、前記処理チェンバから前記ターゲットが取り出される前に、冷却ゾーンから前記出力ロード・ロックに移動させられる前記方法。
【請求項２８】
請求項２５、２６又は２７記載の方法であって、前記ターゲットを前記高温処理ゾーンに移動させる前に、前記加熱ゾーンで前記ターゲットの温度を予め決められた処理温度範囲内の温度に上げる前記方法。
【請求項２９】
請求項２５、２６、２７又は２８記載の方法であって、１又は複数の前記原子状水素ソースを備えた加熱ゾーンが設けられ、前記ターゲットは、前記ターゲットの温度が予め決められた処理温度範囲よりも低い予め決められた温度を超えたあとで、１又は複数の前記原子状水素ソースの原子状水素場に晒される前記方法。
【請求項３０】
請求項２５、２６、２７、２８又は２９記載の方法であって、前記高温処理ゾーンでの高温処理が完了したあとで、前記ターゲットは、前記高温処理ゾーンから冷却ゾーンに送られる前記方法。
【請求項３１】
請求項２５、２６、２７、２８、２９又は３０記載の方法であって、冷却中に前記ターゲットが晒される原子状水素場を生成するための１又は複数の前記原子状水素ソースが前記冷却ゾーンに設けられる前記方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の方法であって、前記冷却ゾーンの１又は複数の前記原子状水素ソースが前記高温処理ゾーンにおけるよりも低いパワーで稼動する前記方法。
【請求項３３】
請求項２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１又は３２記載の方法であって、予め決められた下限温度へのターゲット温度の低下を加速する冷却手段を備えた前記冷却ゾーンが設けられる前記方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の方法であって、前記下限温度が３００−３５０℃の範囲にある前記方法。
【請求項３５】
請求項２２から３４のうちの任意の項記載の方法であって、前記ターゲットがキャリアなしに移送され、本方法は、
ａ）１又は複数の処理エリアを通って前記ターゲットおよびガラス基板を移送させる１組の移送ローラであって、前記ガラス基板を予め決められた最大ピッチでサポートする前記移送ローラを提供する工程と、
ｂ）前記基板を前記移送ローラの上に置いて、前記ガラス基板および付属するターゲットを前記処理エリアに移動させる工程と、
ｃ）前記ターゲットおよび前記ガラス基板の温度を、予め決められた処理温度範囲内の温度にまで上げる工程と、
ｄ）加熱された前記ターゲットおよび前記ガラス基板を処理温度範囲内の温度にある間に、１又は複数の前記処理エリアを通って移動させる工程と、
ｅ）前記基板が予め決められた温度範囲内の温度にある間に、前記移送ローラのピッチ、ガラスの種類および処理温度範囲によって決まる基板の運動を本質的に継続させることによって、前記基板のあらゆる顕著なゆがみを防止する工程と、
を含む前記方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の方法であって、前記ターゲットおよび前記ガラス基板は、処理の間に基板のアニール・ポイント温度よりも高い温度に加熱される前記方法。
【請求項３７】
請求項２５から３６のうちの任意の項記載の方法であって、水素化すべきターゲットは、前記ガラス基板上の薄い多結晶シリコン膜である前記方法。
【請求項３８】
請求項３７記載の方法であって、前記ターゲットは、ホウ珪酸ガラス（ＢＳＧ）上に固相で結晶化された多結晶シリコンを含み、予め決められた処理温度範囲（ターゲット表面で測定して）が５７０−６５０℃の程度である前記方法。
【請求項３９】
請求項３８記載の方法であって、前記ホウ珪酸ガラス（ＢＳＧ）が５１８℃のひずみポイントと５６０℃のアニール・ポイントを有し、予め決められた処理温度範囲（ターゲット表面で測定して）が６００−６２０℃の範囲である前記方法。
【請求項４０】
請求項３８又は３９記載の方法であって、前記高温処理ゾーンでの処理が６１０℃で実行され、前記ガラス基板は、２００−６００ｍｍの範囲のピッチにセットされた前記移送ローラに乗せて０．５−８．０ｍ／分の範囲の移送速度で前記高温処理ゾーンを通って移送される前記方法。
【請求項４１】
請求項４０記載の方法であって、前記移送ローラが３５０−３７０ｍｍの範囲のピッチにセットされる前記方法。
【請求項４２】
請求項２５から４１のうちの任意の項記載の方法であって、前記ターゲットは、薄い多結晶シリコン膜に希釈フッ化水素酸（ＨＦ）エッチを施すことによって洗浄される前記方法。
【請求項４３】
請求項２５から４２のうちの任意の項記載の方法であって、高温処理の間の酸化物の成長を最小化するために、好ましくは、前記加熱ゾーン、前記高温処理ゾーンおよび前記冷却ゾーンにおいて低湿度雰囲気が維持される前記方法。
【請求項４４】
請求項４３記載の方法であって、前記低湿度雰囲気は、１０００ｐｐｍよりも低いＨ２Ｏ／Ｈ２比を維持することを含む前記方法。
【請求項４５】
請求項４４記載の方法であって、前記低湿度雰囲気は、２００ｐｐｍよりも低いＨ２Ｏ／Ｈ２比を維持することを含む前記方法。
【請求項４６】
請求項２５から４５のうちの任意の項記載の方法であって、前記高温処理ゾーンおよび前記冷却ゾーンの原子状水素レベルが、前記多結晶シリコン膜上で発生する任意の酸化物の成長を低減するレベルに維持される前記方法。
【請求項４７】
請求項２５から４６のうちの任意の項記載の方法であって、前記冷却ゾーンは、前記ターゲットを１０分間よりも短時間で予め決められた下限温度にまで冷却できる前記方法。
【請求項４８】
請求項２５から４７のうちの任意の項記載の方法であって、前記冷却ゾーンは、ターゲットを５分間よりも短時間で予め決められた下限温度にまで冷却できる前記方法。
【請求項４９】
請求項２５から４８のうちの任意の項記載の方法であって、前記冷却ゾーンの前記原子状水素ソースをターン・オフすることによって、前記原子状水素への露出が停止される前記方法。
【請求項５０】
分離された局所的な強い原子状水素ソースを用いて、大面積のターゲットを水素化する装置であって、本装置は、
ａ）予め決められた処理温度範囲の温度で動作可能な高温処理ゾーンであって、原子状水素の場を生成する１又は複数の強い局所的な原子状水素ソースを含み、それによって、高温処理ゾーンが前記原子状水素場によって覆われるエリアよりも大きいターゲット・エリアを収容するのに十分大きくなるように、また前記ターゲット・エリアの一部のみが任意の時点でいずれか１つの前記原子状水素場の中にあるようにされる前記高温処理ゾーンと、
ｂ）前記ターゲットを予め決められた処理温度範囲内の温度に加熱する加熱手段と、
ｃ）前記高温処理ゾーン内の前記原子状水素場を通って前記ターゲットを移動させ、温度を予め決められた処理温度範囲内に保ちながら、前記ターゲットの少なくとも１つのエリアを予め決められた最小の時間長だけ前記高温処理ゾーンの前記原子状水素場に漸次露出させるようにアレンジされた移送手段と、
を含む前記装置。
【請求項５１】
請求項５０記載の装置であって、更に、予め決められた下限温度よりも低い温度にターゲットが冷却するのを許容する冷却手段を含み、前記移送手段は、前記ターゲット全体が前記高温処理ゾーンで予め決められた最小の時間長だけ前記原子状水素場に晒されたあとで、更に予め決まられた前記下限温度に達するまで、前記ターゲットを前記冷却手段に晒しながら前記ターゲット全体を前記原子状水素場に漸次晒すように前記ターゲットを移動させる前記装置。
【請求項５２】
請求項５０又は５１記載の装置であって、更に、
ａ）清浄な前記ターゲットがその中に導入されて、予め決められた処理温度範囲内又はその付近の温度にまで加熱される加熱ゾーンと、
ｂ）前記冷却手段を提供する冷却ゾーンであって、原子状水素の場を生成する１又は複数の原子状水素ソースを含み、原子状水素場によって覆われるエリアよりも大きいターゲット・エリアを収容するのに十分大きく、それによって任意の時点で前記ターゲット・エリアの一部のみがいずれか１つの前記原子状水素の場の中にあるようにされる前記冷却ゾーンと、
ｃ）前記ターゲットを予め決められた処理温度範囲内の温度に加熱する、加熱ゾーンの加熱手段と、
ｄ）前記加熱ゾーンを通って前記高温処理および前記冷却ゾーンに前記ターゲットを移動させ、また前記ターゲットを予め決められた下限温度に達するまで前記冷却ゾーンの前記原子状水素場を通って移動させて前記ターゲット全体を前記冷却ゾーンの前記原子状水素場に漸次晒すようにアレンジされた移送手段と、
を含む前記装置。
【請求項５３】
請求項５０、５１又は５２記載の装置であって、前記加熱ゾーン、前記高温処理ゾーンおよび前記冷却ゾーンを含む真空処理チェンバが設けられる前記装置。
【請求項５４】
請求項５３記載の装置であって、前記処理チェンバに入口ロード・ロックが設けられ、それによって、処理すべき前記ターゲットが加熱ゾーンへの移動の前に前記ロード・ロックにロードされる前記装置。
【請求項５５】
請求項５３又は５４記載の装置であって、前記処理チェンバに出力ロード・ロックが設けられ、それによって、前記ターゲットが処理チェンバから取り出される前に前記ターゲットが前記冷却ゾーンから前記出力ロード・ロックに移動させられる前記装置。
【請求項５６】
請求項５３、５４又は５５記載の装置であって、前記ターゲットの温度が予め決められた処理温度範囲より低い予め決められた温度を超えたあとで、１又は複数の原子状水素ソースの原子状水素場に前記ターゲットを晒すように制御された１又は複数の原子状水素ソースを備えた加熱ゾーンが設けられる前記装置。
【請求項５７】
請求項５０、５１、５２、５３、５４、５５又は５６記載の装置であって、前記冷却ゾーンの１又は複数の前記原子状水素ソースが前記高温処理ゾーンにおけるパワーよりも低いパワーで稼動する前記装置。
【請求項５８】
請求項５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６又は５７記載の装置であって、前記下限温度が３００−３５０℃の範囲にある前記装置。
【請求項５９】
請求項５０から５８のうちの任意の項記載の装置であって、前記移送手段が、キャリアなしでターゲットを移送するようにアレンジされており、移送手段は、
ａ）前記ターゲットおよびガラス基板を１又は複数の処理エリアを通って移送するための１組の移送ローラであって、予め決められた最大ピッチで前記基板をサポートする１組のローラと、
ｂ）前記ローラを駆動する駆動手段であって、基板運動は、前記ローラのピッチ、ガラスの種類および処理温度範囲によって決まっており、前記基板および付属するターゲットが前記処理チェンバにある間に前記ガラス基板のあらゆる顕著なゆがみを防止するようになっている駆動手段と、
を含む前記装置。
【請求項６０】
請求項５９記載の装置であって、前記駆動手段は、処理の間に基板のアニール・ポイント温度よりも高い温度に前記ターゲットおよび前記ガラス基板が加熱されることを許容する運動でローラを駆動できる前記装置。
【請求項６１】
請求項５０から６０のうちの任意の項記載の装置であって、予め決められた処理温度範囲（ターゲット表面で測定して）がホウ珪酸ガラス（ＢＳＧ）上の固相で結晶化された多結晶シリコンを含むターゲットを処理するために５７０−６５０℃の程度である前記装置。
【請求項６２】
請求項６１記載の装置であって、予め決められた処理温度範囲（ターゲット表面で測定して）が６００−６２０℃の範囲である前記装置。
【請求項６３】
請求項６１又は６２記載の装置であって、前記高温処理ゾーンでの処理が６１０℃で実行され、前記高温処理ゾーンのローラは、２００−６００ｍｍの範囲にあるピッチにセットされ、前記高温処理ゾーンのローラは、０．５−８．０ｍ／分の範囲の移送速度で前記ガラス基板およびターゲットを駆動する前記方法。
【請求項６４】
請求項６３記載の装置であって、前記高温処理ゾーンのローラは、３５０−３７０ｍｍの範囲にあるピッチにセットされる前記装置。
【請求項６５】
請求項５０から６４のうち任意の項記載の装置であって、前記冷却ゾーンは、前記ターゲットを予め決められた下限温度にまで１０分間未満で冷却できる冷却能力を備えている前記装置。
【請求項６６】
請求項６５記載の装置であって、前記冷却ゾーンは、前記ターゲットを予め決められた下限温度にまで５分間未満で冷却できる冷却能力を備えている前記装置。
【請求項６７】
請求項５０から６６のうち任意の項記載の装置であって、前記冷却ゾーンの前記原子状水素ソースは、前記ターゲットの原子状水素への露出を停止させるためにターン・オフできる前記装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（はじめに）
本発明は、一般的に半導体デバイス・プロセスの分野に関するものであって、詳細には、本発明は、半導体材料の水素パッシベーションの進歩した方法および装置を提供する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
（背景）
薄膜結晶シリコン・オン・グラス（ＣＧＳ）技術は、光起電力デバイスやその他の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような大面積応用における能動的材料として広く注目を浴びてきた。太陽電池に応用した場合、ＣＧＳ技術は、非常に低い製造コストを提供できるが、低い＄／Ｗ製造コストをもたらす実用的な効率を達成するための鍵となる要素は、欠陥パッシベーションのために有効な低コストの水素化である。
【０００３】
技術的に有用な材料およびデバイスを得るためには、有害な欠陥の電気的活性度を下げる必要がある。原子状水素を導入する水素化は、シリコンなどの半導体中の欠陥をパッシベーションするために有効な方法として知られている。水素パッシベーションは、多くの欠陥に有効であり、それらには、粒界、転位、ＡｕやＦｅのような深い準位を有する点欠陥および酸素とそれの複合欠陥におけるＳｉダングリング・ボンドおよびＳｉ−Ｓｉ歪結合が含まれる。一般的に用いられる水素化の方法には、方向付けされたイオン・ビームやカウフマン型ソースと、直接的又は隔離的配置のいずれかのプラズマ・ソースとが含まれる。Ｈにより誘起される損傷が非常に重大であることが昔から知られており、そのことが動機となって隔離方式のプラズマ・ソースが用いられることが多い。ＰＶ技術分野で、最も広く用いられている水素化技術は、反射防止用被覆を兼用させるようにＰＥＣＶＤで堆積させた水素リッチなＳｉＮｘ層を用いており、表面パッシベーションと、それに続くコンタクト焼成工程でのシリコン中へのＨ拡散と、バルクのパッシベーションである。水素化の効率は、パッシベーションの方法、パッシベーションの温度およびターゲット材料中の欠陥の種類と密度に強く依存する。低コストＣＳＧは、重大な挑戦課題である。
【０００４】
ＣＳＧモジュールは、ざらざらに仕上げられたガラス上にアモルファス・シリコンを堆積させ、そのあとで、シリコンを例えば固相での結晶化又はレーザ結晶化によって結晶化させて作製される。その結果得られる欠陥の多い多結晶シリコンは、次に高速加熱アニールおよび水素化によって改善される。水素化のために多様な方法が試みられてきたが、多くの既存の方法は、低速であり、水素化工程を完了できる速度は、ＣＳＧモジュールの生産コストに大きく影響する。
【０００５】
ターゲットをプラズマ中に浸す必要のある水素化の方法に付随する問題点は、プロセスそれ自身の速度と無関係に、ターゲットをプラズマ・チェンバ中にロードすること、ターゲットおよびチェンバの温度をプロセスを開始できる温度にまで加熱すること、およびそれらの工程を逆に辿ってアンロードすることのためにプロセスに対して大きなオーバヘッドが加わることである。
【０００６】
水素化に伴って発生する別の問題は、水素化プロセスの間に発生する原子状水素の「内部への拡散」が、いくつかの環境において「外部への拡散」によって打ち消されることである。特に、もしターゲットがまだ高温にある間にプラズマから取り出されると、外部への拡散によってそれまでに内部へ拡散していた水素がすべて失われることになり兼ねない。
【０００７】
考慮しなければならない別の因子は、ドーパント（例えば、ホウ素）の不活性化および表面損傷であり、それらは、シリコン膜を特に低温で原子状水素に晒すときに発生する。そのような損傷には、エッチングおよび表面欠陥（例えば、プレートレットやボイド）の生成が含まれ、それらは、デバイス性能に悪影響を及ぼし、水素化のメリットを帳消しにする。表面損傷は、もしターゲットが約３００−３５０℃よりも低い温度（原子状水素の密度およびＣＳＧ材料の品質に依存する）で長時間にわたって原子状水素に晒されたままでいるとき深刻な問題となる。
【０００８】
本発明の明細書に含まれる文献、操作、材料、デバイス、論文等のすべての議論は、単に本発明に関するコンテキストを提供するためだけのものである。それらの事項の任意のもの又はすべてが従来技術の基礎部分を形成するとか、本発明に関連する分野で本出願の各請求項の優先日付より前に存在していたことが一般的な共通知識であるとか受け取られるべきでない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の概要）
第１の態様に従えば、原子状水素ソースを用いてターゲットを水素化する方法が提供され、本方法は、ターゲットの少なくとも１つのエリアを原子状水素のソースの原子状水素場に、ターゲットの前記少なくとも１つのエリアが予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場に晒されるまで、間歇的に露出させることによって処理することを含む。
【００１０】
１つの実施の形態で、本方法は、ターゲット全体を原子状水素のソースの原子状水素場に同時に晒すことを含み、そのソースは、パルス化されたソースであって、パルス幅が２秒から２分の範囲にあり、デューティ・サイクルが約５０％又はそれ以下で、その間ターゲットは、予め決められた処理温度の範囲内にある。
【００１１】
好ましくは、本方法は、原子状水素ソースの原子状水素場によって指定される処理エリアを確立することを含み、前記処理エリアは、ターゲットよりも小さく、本方法は、更に、
ａ）処理すべきターゲットを処理エリアを含む高温処理ゾーンに移動させる工程と、
ｂ）間歇的に原子状水素場に晒すことによってターゲットの次のエリアを処理しながら、ターゲットのすべてが予め決められた最小の時間長だけ処理されるまでターゲットを高温処理ゾーン内で移動させる工程と、
ｃ）ターゲットのすべてが予め決められた最小の時間長だけ処理されたあとで、ターゲットを高温処理ゾーンから取り出す工程と、
を含む。
【００１２】
ターゲットは、第１の入力経路を通って高温処理ゾーンに挿入され、第２の出力経路を通って高温処理ゾーンから取り出されることが望ましく、そのようにすることによって、前のターゲットを取り出すのと同時に新しいターゲットを高温処理ゾーンにロードすることが可能となる。
【００１３】
本方法は、望ましくは、更に、
ａ）清浄なターゲットの温度を予め決められた処理温度範囲内の温度に上げる工程と、
ｂ）ターゲットの少なくとも１つのエリアを原子状水素のソースの原子状水素場に、ターゲットの前記少なくとも１つのエリアが予め決められた最小の時間長だけ予め決められた処理温度範囲内の温度で原子状水素場に晒されるまで、間歇的に晒すことによってターゲットを処理する工程と、
ｃ）ターゲットの前記少なくとも１つのエリアが予め決められた処理温度範囲内の温度で予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場にされたあとで、尚もターゲットの前記少なくとも１つのエリアを原子状水素場に間歇的に晒しながら、ターゲットを急速に冷却する工程と、
ｄ）ターゲットが予め決められた下限温度に達した時点でターゲットを原子状水素に晒すことを停止させる工程と、
を含む。
【００１４】
第２の態様に従えば、分離した局所的な強い原子状水素ソースを用いて、大面積の平坦なターゲット全体を水素化する方法が提供され、本方法は、
ａ）清浄なターゲットの温度を予め決められた処理温度範囲内の温度に上げる工程と、
ｂ）加熱されたターゲットを、原子状水素の１又は複数の場を通って移動させながら、ターゲット・エリアのほんの一部だけが任意の時点でいずれか１つの原子状水素場のなかにあるようにして、ターゲットの少なくとも１つのエリアが予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場に晒されるまでこのターゲットの移動を続ける工程と、
ｃ）ターゲットの前記少なくとも１つのエリアが予め決められた処理温度範囲内の温度で予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場に晒されたあとで、尚もターゲットを１又は複数の原子状水素場を通って移動させながらターゲットを急速に冷却する工程と、
ｄ）ターゲットが予め決められた下限温度に達した時点でターゲットを原子状水素に晒すことを停止させる工程と、
を含む。
【００１５】
ターゲットは、異なる経路を通って高温処理ゾーンへ出し入れされることが望ましく、そのようにすることによって、前のターゲットを取り出すのと同時に新しいターゲットを高温処理ゾーンにロードすることが可能となる。
【００１６】
望ましくは、ソースが分離した局所的な強い原子状水素ソースを含み、各々がターゲットよりも小さいそれぞれの処理エリアを規定している原子状水素の場を提供する。本方法は、更に、加熱されたターゲットを、原子状水素の複数の場のうちの１又は複数の場を通って移動させながら、ターゲット・エリアのほんの一部だけが任意の時点でいずれか１つの原子状水素場のなかにあるようにして、ターゲットのエリアのすべてが予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場に晒されるまでこのターゲットの移動を続ける工程を含む。
【００１７】
第３の態様に従えば、原子状水素ソースを用いてターゲットをパルス的に水素化する方法が提供され、本方法は、
ａ）清浄なターゲットの温度を予め決められた処理温度範囲内の温度に上げる工程と、
ｂ）原子状水素ソースをパルス化することによって、ターゲットを原子状水素ソースの原子状水素場に、ターゲットのすべてが予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場に晒されるまで間歇的に晒す工程と、
ｃ）ターゲットのすべてが予め決められた処理温度範囲内の温度で予め決められた最小の時間長だけ原子状水素場に晒されたあとで、尚もターゲットをソースの原子状水素場に晒しながらターゲットを急速に冷却する工程と、
ｄ）ターゲットが予め決められた下限温度に達した時点でターゲットを原子状水素に晒すことを停止させる工程と、
を含み、
ここで、ソースは、パルス化されたソースで、パルス幅が２秒から２分の範囲にあり、デューティ・サイクルが約５０％又はそれ以下で、その間ターゲットは、予め決められた処理温度の範囲内にある。
【００１８】
第４の態様に従えば、キャリアなしで高温プロセスの間にガラス基板に乗った大面積の平坦なターゲットを移送させる方法が提供され、本方法は、
ａ）処理エリアを通ってターゲットおよび基板を移送させる１組の移送ローラであって、基板を予め決められた最大ピッチでサポートする移送ローラを提供する工程と、
ｂ）基板をローラ上に置いて、基板と付属するターゲットを処理エリアに移動させる工程と、
ｃ）ターゲットおよびガラス基板の温度を、基板のアニール・ポイントおよびひずみポイント温度のいずれよりも高い予め決められた処理温度範囲内の温度にまで上げる工程と、
ｄ）加熱されたターゲットおよび基板を処理温度範囲内の温度において、１又は複数の処理エリアを通って移動させる工程と、
ｅ）基板が予め決められた温度範囲内の温度にある間に、ローラのピッチ、ガラスの種類および処理温度範囲によって決まる基板の運動を本質的に継続させることによって、基板に何ら顕著なゆがみが生じないように防止する工程と、
ｆ）予め決められた処理温度範囲内での処理が完了したあとで、それ以下の温度でゆがみが発生しない温度にまで基板を冷却する工程と、
を含む。
【００１９】
第５の態様に従えば、ターゲットよりも小さい処理エリアを用いてターゲットを処理する方法が提供され、本方法は、
ａ）処理エリアを含む高温処理ゾーンに処理すべきターゲットを移動させる工程と、
ｂ）高温処理ゾーン内でターゲットを移送させながら、ターゲットのすべてが予め決められた最小の時間長だけ処理されるまでターゲットの引き続くエリアを処理する工程と、
ｃ）ターゲットのすべてが予め決められた最小の時間長だけ処理されたあとで、ターゲットを高温処理ゾーンから取り出す工程と、
を含む。
【００２０】
第６の態様に従えば、分離された局所的な強い原子状水素ソースを用いて大面積のターゲットを水素化する装置が提供され、本装置は、
ａ）予め決められた処理温度範囲の温度で動作可能な高温処理ゾーンであって、原子状水素の場を生成する１又は複数の強い局所的な原子状水素ソースを含み、したがって、高温処理ゾーンが、原子状水素場によって覆われるエリアよりも大きいターゲット・エリアを収容するのに十分大きく、またターゲットのエリアの一部のみが任意の時点でいずれか１つの原子状水素場の中にあるようになされた高温処理ゾーンと、
ｂ）ターゲットを予め決められた処理温度範囲内の温度に加熱する加熱手段と、
ｃ）高温処理ゾーン内の原子状水素場を通ってターゲットを移動させて、ターゲットの少なくとも１つのエリアを、温度を予め決められた処理温度範囲内に保ちながら、予め決められた最小の時間長だけ高温処理ゾーンの原子状水素場に漸次露出させるようにアレンジされた移送手段と、
を含む。
【００２１】
好ましくは、本装置は、更にターゲットを予め決められた下方温度よりも低い温度にまで冷却させる冷却手段を含み、ここで移送手段は、ターゲット全体が高温処理ゾーンで原子状水素場に予め決められた最小の時間長だけ晒されたあとで、更にターゲットを移動させて、予め決められた下限温度に達するまでターゲットを冷却手段に曝しながらターゲット全体を漸次原子状水素場に晒す。
【００２２】
好ましくは、本装置は、また
ａ）清浄なターゲットがその中に導入されて、予め決められた処理温度範囲内又はその付近の温度にまで加熱される加熱ゾーンと、
ｂ）冷却手段を提供する冷却ゾーンであって、原子状水素の場を生成する１又は複数の原子状水素ソースを含み、原子状水素場によって覆われるエリアよりも大きいターゲット・エリアを処理するのに十分大きく、それによってターゲットのエリアの一部のみが任意の時点でいずれか１つの水素場の中にあるようにされる冷却ゾーンと、
ｃ）ターゲットを予め決められた処理温度範囲内の温度に加熱する、加熱ゾーンの加熱手段と、
ｄ）加熱ゾーンを通って高温および冷却ゾーンにターゲットを移動させ、また予め決められた下限温度に達するまで冷却ゾーンの原子状水素場を通ってターゲットを移動させ、ターゲット全体を冷却ゾーンで原子状水素場に漸次晒すようにアレンジされた移送手段と、
を含む。
【００２３】
第７の態様に従えば、分離された局所的な強い原子状水素ソースを用いて、大面積ターゲットを水素化するための装置が提供され、本装置は、
ａ）清浄なターゲットがその中に導入されて、予め決められた処理温度範囲内又はその付近の温度にまで加熱される加熱ゾーンと、
ｂ）予め決められた処理温度範囲の温度で動作可能な高温処理ゾーンであって、原子状水素の場を生成する１又は複数の強い局所的な原子状水素ソースを含み、したがって、高温処理ゾーンが、原子状水素場によって覆われるエリアよりも大きいターゲット・エリアを収容するのに十分大きく、またターゲットのエリアの一部のみが任意の時点でいずれか１つの原子状水素場の中にあるようになされた高温処理ゾーンと、
ｃ）原子状水素の場を生成する１又は複数の原子状水素ソースを含む冷却ゾーンであって、冷却ゾーンが、原子状水素場によって覆われるエリアよりも大きいターゲット・エリアを収容するのに十分大きく、またターゲットのエリアの一部のみが任意の時点でいずれか１つの水素場の中にあるようになされた冷却ゾーンと、
ｄ）ターゲットを予め決められた処理温度範囲内の温度に加熱する、加熱ゾーンおよび高温処理ゾーンの加熱手段と、
ｅ）加熱、高温および冷却ゾーンを通ってターゲットを移動させ、また高温および冷却ゾーンの原子状水素場を通ってターゲットを移動させて、予め決められた最小の時間長だけ高温処理ゾーンの原子状水素場にターゲット全体を漸次晒し、また予め決められた下限温度に達するまでの期間冷却ゾーンの原子状水素場にターゲット全体を漸次晒すようにアレンジされた移送手段と、
を含む。
【００２４】
水素化装置のいくつかの実施の形態で、加熱ゾーンには、原子状水素の場を生成する１又は複数の原子状水素ソースも備えられて、それによって加熱工程の間にターゲットが原子状水素に晒されるようにされる。
【００２５】
好ましくは、水素化すべきターゲットは、ガラス基板上に搭載された薄い多結晶シリコン膜であり、ターゲットは、原子状水素場に晒す前に希釈フッ化水素酸（ＨＦ）エッチを施すことによって洗浄される。
【００２６】
高温処理の間に酸化物の成長を最小化するために、各ゾーンに低水分環境を維持することが好ましい。良い結果を得るためには、１０００ｐｐｍよりも小さいＨ２Ｏ／Ｈ２比が望ましく、２００ｐｐｍ又はそれよりも小さい比が実現されることが好ましい。高温処理ゾーンおよび冷却ゾーンで、多結晶シリコン膜上で発生する何らかの酸化物成長を減らすことのできる原子状水素のレベルを維持することもまた望ましい。
【００２７】
予め決められた高温処理温度範囲は、或る種のガラスの場合、ガラス基板のひずみポイントおよびアニール・ポイント温度のいずれよりも高くなるように選ばれる。ホウ珪酸ガラス（ＢＳＧ）上の固相結晶化された多結晶シリコンについて、予め決められた処理温度範囲（ターゲット表面で測定して）は、典型的には、５７０℃−６５０℃の程度であり、好ましくは、６００℃−６２０℃の範囲が使用されるが、このガラスに関するひずみポイントは、５１８℃で、アニール・ポイントは、５６０℃である。
【００２８】
好適な装置には、加熱ゾーン、高温処理ゾーンおよび冷却ゾーンを含む処理チェンバが設けられる。好適な装置には、その中でターゲットが予め決められた処理温度範囲内又はそれに近い温度に加熱される処理チェンバへのターゲットの挿入を容易にするために入口ロード・ロックが設けられる。ターゲットは、次に、原子状水素場を生成するための原子状水素ソースが備えられた高温処理ゾーンに導入される。
【００２９】
高温処理ゾーンで高温処理が完了したあとで、ターゲットは、高温処理ゾーンから冷却ゾーンに送られるが、そこには、それに対して冷却中のターゲットが晒される原子状水素場を生成するための１又は複数の原子状水素ソースが設けられている。冷却ゾーンの前記１又は複数の原子状水素ソースは、高温処理ゾーンのパワーよりも低いパワーで動作することが望ましい。冷却ゾーンには、更にターゲットの温度を予め決められた下限温度まで急速に下げるための冷却手段が設けられることが望ましい。下限温度は、一般に３００−３５０℃の範囲にある。
【００３０】
原子状水素へのターゲットの露出は、ターゲットが下限温度に到達次第停止されるが、冷却は、更に継続される。下限温度よりも低い温度では、外部への拡散が大幅に少なくなって原子状水素への露出が必要なくなるため、露出を除去することによって、それ以上に水素誘起の表面損傷が発生する可能性も取り除かれる。好ましくは、冷却ゾーンは、ターゲットを１０分間よりも短い時間、好適な装置では、５分間よりも短い時間で予め決められた下限温度まで冷却することが可能である。好ましくは、原子状水素への露出は、冷却ゾーンの原子状水素ソースをターン・オフすることによって停止される。
【００３１】
好適な装置には、処理チェンバの冷却ゾーンからのターゲットの取出しを容易にするために出力ロード・ロックが設けられる。
【００３２】
必要とされる処理時間が経過するまで、処理エリアを通して前後にターゲットを往復運動させて動かすための移送手段が設けられる。特に、ターゲットは、ターゲットの全表面にわたって必要とされる露出時間が達成されるように高温処理ゾーンの１又は複数の原子状水素場を通して動かされる。好適な装置には、ターゲットを移送させるローラが設けられ、その一方で、特定の基板および処理温度に対して予め決められたパラメータ内に基板運動を維持することによって基板の顕著なゆがみを防止するようにしている。ゆがみは、処理温度における基板の粘度、ローラの間隔であるピッチおよび基板を動かす平均速度によって影響される。ホウ珪酸ガラス基板を６１０℃で行われる処理で使用する場合、ローラのピッチは、２００−６００ｍｍの範囲にあり、また好ましくは、約３５０から３７０ｍｍであって、移送速度は、０．５−８．０ｍ／分の範囲にある。
【００３３】
発明の実施の形態について、一例として添付図面を参照しながらここに説明する。
【実施例】
【００３４】
（例の詳細な説明）
ここで図面を参照しながら、原子状水素によって誘起される表面損傷を防止しながら、ガラス上の多結晶シリコンの高速で効率的な水素化を得るための好適な装置および方法について説明する。この実施の形態で、高温処理およびクール・ダウン時の水素化のための強い原子状水素露出は、冷却段階のすべて又は一部に関して原子状水素露出を低減することによって（例えば、クール・ダウン・ステージの最初又は途中でプラズマ・ソースのプラズマ・パワーを減じることによって）および３００−３５０℃の範囲のほぼ最小温度において水素露出を停止させることによって、シリコン表面損傷に対してバランスを取るように実施される。
【００３５】
（イン・ラインの水素パッシベーション・ツール）
添付図面の図１を参照すると、好適な水素化ツールは、入口テーブル１１、入口ロード・ロック１２、処理チェンバ２９、出口ロード・ロック１６および出口テーブル１７を含む。処理チェンバ２９は、加熱ゾーン１３、高温処理ゾーン１４および冷却ゾーン１５を含む。
【００３６】
入口および出口のテーブル１１、１７は、それぞれ入口および出口のロード・ロック１２、１６の外側に位置していて、処理基板２４がツール内部にあるときの前、後にそれを支えるように設けられている。これらのテーブルは、それぞれ、処理基板のそれぞれ入口ロード・ロックへの移動および出口ロード・ロックからの移動を容易にする複数のローラ２８によって定義されるサポート面を含む。
【００３７】
入口ロード・ロック１２は、外側ゲート１８および内側ゲート１９を含み、ゲートが閉じられたときそれらの間に閉じたチェンバ３１を定義している。入口ロード・ロック内部で、処理基板２４は、ツールの中で処理基板を移動させるローラ２７に支えられる。入口ロード・ロック中のローラ２７は、高温に耐えるようにセラミックでできており、プロセス・コントローラ（図示されていない）の制御下でモータ駆動され、ロード・ロックを通って処理基板を移動させる。入口ロード・ロック１２は、また好ましくは、白熱ランプのアレイを含むヒータ２５を含む。ローラの間隔は、４００ｍｍのピッチになっている。出口ロード・ロック１６は、入口ロード・ロック１２と同様に構成されて、ゲートが閉じられたときそれらの間に閉じたチェンバ３２を定義する内側ゲート２１および外側ゲート２３を備えており、またロード・ロック内部にあるときに処理基板２４を支えるモータ駆動のローラ２２を備えている。しかし、出口ロード・ロック１６は、ヒータを含まない。出口ロード・ロックのローラ２２は、それらが高温になることが決してないことと、もしセラミック製ローラが使用されれば、それらがＨ２Ｏガスを出し続けてツールを通過するデバイスの性能を劣化させる可能性があることから、金属（アルミニウム）でできている。
【００３８】
処理チェンバ２９は、また入口および出口のロード・ロック１２、１６の内側ゲート１９、２１が閉じられたときに閉じたチェンバとなる（あるいは、チェンバが使用中によくあるように、各々のロード・ロックのゲートのいずれかが閉じられたときでも事実上、等価的にそのようになる）。加熱および高温処理ゾーンで、処理基板は、ツールを通過する処理基板の移動を許可する別のローラ２７上に支えられる。入口ロード・ロックのローラ２７と同じように、加熱および高温処理ゾーンのローラ２７は、高温に耐えられるようにセラミックであって、ツールを通過して処理基板を移動させるようにプロセス・コントローラ（図示されていない）の制御下でモータ駆動される。冷却ゾーンで、ローラ２２は、出口ロード・ロックと同じように金属（アルミニウム）である。処理チェンバ中のローラは、ピッチ３６０ｍｍの間隔になっている。
【００３９】
加熱ゾーン１３および高温処理ゾーン１４は、好ましくは、白熱ランプのアレイを含むヒータ２５をそれぞれ備えられている。それらのランプは、ワーク・ピースを少なくとも６５０℃又はそれ以上に加熱することを可能にする。
【００４０】
原子状水素ソース２６は、高温処理ゾーン１４および冷却ゾーン１５に備えられる。図２を参照すると、原子状水素ソース１２６は、オプションとして加熱ゾーン１３にも備えることができる。原子状水素ソースは、分離した局所的な強い原子状水素ソースであり、高周波誘導結合型のプラズマ・ソースやマイクロ波励起型の線形プラズマ・ソースのようなプラズマ・ソースであってもよいが、サーマル・ガス・クラッカのような非プラズマ型のソースでも構わない。いずれの場合でも、原子状水素３３の場は、処理チェンバ２９の処理ゾーン（すなわち、加熱ゾーン１３、高温処理ゾーン１４又は冷却ゾーン１５）のいずれのサイズと比較しても相対的にコンパクトであり、従って、ワーク・ピースのターゲット表面積全体をカバーするために、原子状水素ソースの下でワーク・ピース２４を往復運動させる必要がある。
【００４１】
ロード・ロック１２、１６の壁３５およびゲート１８、１９、２１、２３とともに、処理チェンバ２９の壁３４が水冷されるが、冷却材は、冷却材入口３６を通ってツールに供給され、冷却材出口３７を通ってツールから取り出される。処理チェンバ２９内部で、加熱ゾーン１３、高温処理ゾーン１４および冷却ゾーン１５は、各ゾーンをほとんど完全に取り囲み、隣接するゾーン間に高度な熱的分離を提供する水冷障壁３８で分離されている。障壁３８には、狭い開口部３９が設けられて、１つのゾーンから別のゾーンへの処理基板の通過が可能となっている。
【００４２】
冷却ゾーン１５内部での冷却を最大化するために、壁３４の内側表面４１および冷却ゾーン内部の障壁は、放射率を低く保つために、研磨されていない。入口ロード・ロック１２、加熱ゾーン１３および高温処理ゾーン１４内では、研磨された放射シールド４２がワーク・ピース２４の通路下のローラ２７間に設けられて、放射された熱を反射させるようになっている。
【００４３】
（処理ツールのその他の特徴）
１．処理チェンバ２９は、（不完全）真空中で動作する。これまでのところ、最良の結果を実証してきたプラズマ型の原子状水素ソース２６は、低圧を必要とする。ロード・ロック１２、１６および処理チェンバ２９は、低圧処理を可能にする。
２．加熱、高温での水素露出およびクール・ダウンでの水素露出のために、処理チェンバ２９には、分離したゾーン１３、１４、１５が設けられる。多ゾーン方式は、各ゾーンが別々の最適化できるため、イン・ラインの生産ツールを容易に実現する。このことは、水素露出の制御された停止が最適な特性を可能とする冷却ゾーンに関して特に重要である。それは、また水素ゾーンの熱サイクルを防止することから、ＣＳＧの急速な加熱および冷却を可能とする。
３．イン・ライン・ツールは、高スループットの大量生産と相性が良い。それは、また均一な全体的水素露出の実現を容易にする（移動軸において）。
４．処理基板用にローラ移送が設けられる。セッタのサポートなしで、処理基板を移送するためにイン・ラインのローラ２２、２７を使用することによって、パイロメータによるガラスの正確な温度監視とともに、急速なガラスの加熱および冷却が容易になる。ローラ移送は、また別のプロセス改善および革新とも相性が良い。
５．ヒータ・アレイ２５にランプ・ヒータを使用することは、ロード・ロックでの本質的な予備加熱を含む急速な加熱能力を提供する。
６．処理チェンバ２９および入口ロード・ロック１２には、逐次的な往復運動移送が採用される。処理基板は、与えられた移送速度に対して、原子状水素ソースの下で過ごす時間が長くなるように各々の処理ゾーン（高温処理ゾーン１４および冷却ゾーン１５）で往復運動的に動かされる。更に、入口ロード・ロック１２および加熱ゾーン１３では、処理基板は、往復運動的に動かされて、加熱ランプの効果を均一に分散させるようにされる。連続的な移動と比較して、この方式は、移送速度およびタイミングに関して各ステージを別々に最適化できるため、プロセス全体を調整および最適化することをより容易にする。加熱および高温処理ゾーンに関して、これは、移送パラメータとローラ・ピッチとの適正な組合せを用いることによって、ガラスの変形（例えば、ローラ・ウエイブ・ディストーション）を後続のデバイス処理および美的要求と両立できるものに留めることを保証することを含む。（セッタの使用によっても変形を減らすことができるが、消耗材コストが嵩み、熱的質量が増すことから加熱および冷却時間が増大する。）
７．原子状水素ソースとしてプラズマ装置が使用される。イン・ライン・ツールおよびローラ移送の概念は、多くの異なるタイプの水素プラズマ発生技術、例えば、ＬＰＳ（線形プラズマ・ソース）、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）および平行平板ソースと互換である。非プラズマ的ソースもまた可能性があるが、現時点では、プラズマ・ソースが好ましい。
８．プロセスおよびツールは、サンプルへの原子状水素の供給を最大化および均一化するように設計される。原子状水素の「投射距離」は、極めて短く、再結合の発生場所であるチェンバ壁材料に強く依存する。従って、隔離プラズマ・ソースとサンプルとの間の接続部には、低再結合材料（例えば、石英）によって貼り尽くされる。対照的に、ステンレス鋼（特に熱い状態で）は、原子状水素に対してより高い再結合効率を有する。重要なことは、露出したＣＳＧは、原子状水素を「消費する」（内側への拡散およびパッシベーション、表面損傷処理によって、あるいは、表面再結合／酸化物低減を通して）ということである。本実施の形態で、原子状水素場は、ソース直下のエリアに限定される。
【００４４】
これらの好適なツール特徴を組み合わせて、高スループットで、拡張可能なイン・ライン・ツールが提供され、それは、大量生産に適した基盤となる。
【００４５】
（水素パッシベーション方法）
広い平坦なエリアにわたって効率的な水素化を得るために好適な方法は、局所的な（分離した）強い原子状水素ソース（通常は、プラズマ・ソース）を使用するものである。処理すべきターゲットを載せる基板は、局所的な原子状水素ソースから延びる原子状水素の場を通過して移送され、ターゲット表面にわたって均一に水素化される。
【００４６】
図１のほか、図３ａ、３ｂおよび３ｃを参照すると、好適な水素化方法は、低圧（不完全真空）で実行されるため、プロセスの最初の工程は、処理基板２４を入口ロード・ロック１２にロードすること２０１、およびロード・ロックの圧力を約０．２ｍｔｏｒｒにまで排気して、そのあとでロード・ロックに水素を充填し、処理チェンバ２９の作業圧にすることである。次に処理基板２４は、均一な加熱を得るのとローラ上で高温に晒すことによるゆがみを避けるために往復運動的に移送されながら、約５００℃よりも高く加熱される２１０。必要な温度に達すると、処理基板を加熱ゾーンに移動させる２０４前に、処理チェンバ２９の加熱ゾーン１３が空いているか否かのチェックが行われる２０３。水素化プロセスを開始する前に、処理基板（基板およびターゲット）２４は、処理温度に等しいか又は少なくともそれに近い温度にまで加熱される２０６。加熱中、特に温度が上限に近づくと、処理基板２４は、基板のゆがみを防止するために、加熱ゾーン１３内部で往復運動的に移送される２０５。この加熱工程は、ターゲットが処理チェンバに留まる時間を最小化するように、またそれによってスループットが改善するように、メインの水素化処理チェンバの外部で実行される。オプションとして、ターゲットを加熱フェーズでも原子状水素に晒すことができる（図２参照）。加熱フェーズでの原子状水素への露出は、メイン処理チェンバのそれよりも低いレベルで行われる。処理基板２４が処理チェンバ２９の高温処理ゾーン１４で要求される温度に達する２０７と、それは、高温処理ゾーンに移動させられ２０８、処理基板は、高温を保ったままで、処理チェンバ内部の原子状水素の高濃度な１又は複数のエリアの付近で（又はそれを通過して）移送されて２０９、ゆがみを防止するために使用される同じ往復運動的移送を用いてターゲットの露出２１１が行われる。そのような移送は、必要な回数繰り返すことができる。原子状水素ソース２６が基板から「分離」されるとしても、均一な水素化を得るために加熱アレイ２５を使用することができる。
【００４７】
処理基板２４のターゲット・エリアがすべて必要な時間原子状水素に露出されたあとで、冷却ゾーン１５が空いていることがチェックされ２１２、そして処理基板が冷却ゾーンに移動させられる２１３。処理基板２４は、冷却ゾーン１５でも往復運動的に移送され、それが尚も高温にある間に基板がゆがむのを防止する。処理基板２４（そして特にターゲット）が高温にある間、冷却ゾーン１５では、原子状水素ソース２６を介した原子状水素への露出が継続され、またターゲット・エリアを均一に露出するようにソース２６下での処理基板２４の移送２１４が継続される。冷却ゾーン１５の原子状水素ソース２６のプラズマ・パワーは、オプションとして、冷却フェーズ２１５の最初又は処理基板２４が予め決められた温度まで冷やされたあとのいずれかの時点で下げる（高温処理ゾーン１４でのソースと比較して）ことができる。温度が３５０℃に低下する２１６と、原子状水素の供給が停止されて２１７、更に冷却が進んだあとで、処理基板が排出温度に到達する２１８と、それは、出口ロード・ロック１６に移動させられ、次に出口ロード・ロックがベントされ２２１、そのあとで、処理基板がアンロードされる２２２。
【００４８】
各処理ゾーン１３、１４、１５は、水素化プロセスの特定のステージ、例えば、基板加熱、高温原子状水素露出および原子状水素露出下での急速冷却の要求に合致するように、プロセス・パラメータおよび物理的構成の両方に関して最適化できる。移送運動２１０、２０５、２０６、２０９、２１１、２１４、２１５は、イン・ラインで連続的であるか、あるいは、イン・ラインでステップ的（往復運動的）であるかのいずれかでよい。ステップ的なイン・ライン・シーケンスの場合には、ゾーン間の移送は、水素化に対する影響を最小化するように迅速に行われるべきである。移送は、一般的に循環的であり、ターゲットは、原子状水素場を通って前後に動かされ、必要な時間にわたってターゲット表面を完全に処理するように行われる。この方法は、等価的に原子状水素露出の一連のパルスをターゲット表面の各ポイントに供給し、必要なレベルの水素露出を提供する。原子状水素にそのとき露出されていない（又は露出レベルが低い場所の）ターゲットのエリアからは、外向きの拡散が発生するので、単位面積当たりの露出時間は、ターゲットが高温で露出されない時間に対してバランスさせて正味で良い結果を得るようにしなければならない。
【００４９】
処理基板２４のガラス基板は、水素化中もローラに乗ってツールを通過して移送され、ローラの運動は、基板の変形を解消するように調節される（ピッチ、速度、往復運動等）。ガラス基板上の高温水素化を実行するときにこの方法を用いれば、基板キャリアが不要になり、比較的均一で高速なガラス加熱および冷却が可能になり、ガラスがキャリア又はチャックに固着することがなく、高温でガラス基板の水素化を実行する実用的な方法が得られる。
【００５０】
（好適な水素化方法の鍵となる特徴）
１．処理に先立って、水素輸送に対する汚染又は障壁を防止するようにシリコン表面が洗浄され、水素化中も清浄に保たれる。水素化に先立って、表面上のすべての酸化物が希釈ＨＦエッチで除去される。水素化の間、すべての成長する酸化物を途切れることなく「減らす」ように十分高い濃度の原子状水素に露出させるともに、処理チェンバ中の水蒸気を十分低く保つことを保証することによってその場での酸化物成長が最小化される。
２．主たる原子状水素処理は、高温で実行される。原子状水素露出を実行するための現状での最適な温度は、６１０℃であるが、これは、ＢＳＧに関するガラスひずみおよびアニール・ポイント（それぞれ５１８℃および５６０℃）よりも高く、マルチ結晶シリコン・ウエハの非窒化物ベースの水素化について研究している他のグループによって報告されている処理温度よりもかなり高い。
３．水素露出は、強い。強いプラズマ・ソースに比較的接近してターゲットを通過させることによって高濃度の原子状水素に露出させる。高周波誘導結合型のプラズマ・ソースおよびマイクロ波励起型の線形プラズマ・ソースが使用されて成功している。
４．水素露出は、高速である。提案された温度においては、４から１０分間の原子状水素露出時間が適当である。
５．原子状水素に対するターゲットの露出は、ターゲット（および基板）の冷却期間もターゲットが約３００−３５０℃の温度に達するまで維持される。冷却期間も露出を続けることによって、冷却工程で露出を中止したセルよりもＶ（０．１）が１００ｍＶ以上増えることによって効率が３３％以上も増加することが示された。（注意：これ以降で用いられるＶ（０．１）は、太陽光照射の１０分の１における開放電圧を意味する。パラメータＶ（０．１）は、電力最大点での接合電圧に近く、プロセス最適化で使用されるＣＳＧに対する水素化の効果を計る感度のよい尺度である。）
６．ターゲットは、急速に冷却される。水素露出を続けながらターゲットを急速に冷却することで、モジュール性能を落とすことなくサイクル時間および生産効率が劇的に改善される。３から４分間という短いクール・ダウン時間が実証されており、２時間にも達するツール制限の冷却時間の場合と比較して性能に本質的な違いがない。
７．水素プラズマを停止させる時点は、予め決められた温度よりも高く設定される。強い原子状水素露出と低い温度との組合せが性能にとって有害であることが見出されているが、これは、エッチ損傷を含む水素起因の表面損傷のためである。パッシベーションとエッチ損傷との間のトレード・オフの最適化は、ＣＳＧ表面温度が３００から３５０℃の間になったときにプラズマを、従って水素露出を中止させることによって実現できる。
８．プラズマ・パワーは、クール・ダウン・ステージの間下げられる。ここでも過剰なエッチ損傷を避けるために、クール・ダウン・ステージの最初又は途中のいずれかの時点でプラズマ・パワーをステップ・ダウンさせることが有益であることが見出された。
９．水素（Ｈ２）ガスの流量は、最大化される。水素の流量を節減すると、強い流量効果が現れて、原子状水素が枯渇し、そのためパッシベーションも低減する。水素化ツールの中では、ポンプの排出容量および望ましい処理圧と両立する最大ガス流量が用いられる。
１０．最適な動作圧は、約３０から１００ｍｔｏｒｒの範囲にあることが見出された。
【００５１】
（実験）
（実験１−間歇的な原子状水素露出）
この実験の目的は、パルス幅が６分間と長く、プラズマ露出のデューティ・サイクルが最大５０％であるパッシベーション・プロセスを試験することであった。この作業の動機は、次のようなことであった。
１．機器の寿命−デューティ・サイクルで動作するプラズマ・ソースは、連続動作するものよりも長寿命の場合が多く、コストおよび信頼性に関して工場での水素化に有益である。
２．性能−そのような中断されるプラズマ・ソースが連続プラズマ・ソースよりも優れたパッシベーションを提供することは、可能である。
【００５２】
各々の試験作業は、１５×１５ｃｍのＣＳＧサンプルについて小型の研究用水素化ツール（これ以降、「研究ツールと呼ぶ」）で実行され、次のように開始された。
（ｉ）室温で５分間のポンプによるチェンバ排気、
（ｉｉ）７０２℃のヒータ設定温度へ５分間で昇温（ガラス温度は、〜６０８℃）、
（ｉｉｉ）１０分間の安定化。中身は、真空中で３分間＋処理雰囲気中で７分間、
（ｉｖ）表１により試験実行。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
サンプルは、すべてＣＳＧ材料の同じシートから取り出されたものである。このシートの中ほどのピース（サンプルＫＦ２９８Ｖ０１と名づけられた）は、連続プラズマ露出を用いて研究ツールでパッシベーションされたもので、対照サンプルとして使用された。
【００５５】
【表２】
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【００５６】
表２の結果は、デューティ・サイクルが５０％で、パルス幅が１−２分のプロセスが、実際には、以前に受け入れられていた最良のプロセスと同程度に優れていることを示唆している。実験的プロセスの終了温度は、最適な場合よりも５０℃以上高く、Ｖ（０．１）での１０ｍＶの損を完全に説明する。
【００５７】
（実験２−研究ツールでの急速冷却）
この実験の目的は、急速冷却のデバイス特性（電圧）への効果を判定することであった。急速冷却は、サイクル時間の短縮を許容することによって、イン・ライン・パッシベーションのコストを改善する。この実験は、水平部＜１０分間で冷却時間が７分間未満という今日まで試みられた最短の水素化サイクルを試験した。研究ツールを改造して、５×５ｃｍのサンプル２枚を、サセプタから上流の冷却ゾーンに押し込むことにより急速に冷却できるようになっており、それによってガラスの冷却時間を劇的に改善できる。
【００５８】
基本プロセスは、次のようなものであった。
ｉ）５分間、室温でのポンプ排気、
ｉｉ）７５０℃のヒータ設定点まで５分間で昇温（ガラス温度は、６１０℃）、
ｉｉｉ）プラズマ露出前に、１０分間の安定化。中身は、真空中で３分間とプロセス雰囲気中で７分間。
ｉｖ）表４によって試験実行
ｖ）プラズマが消失したあと、ガスを遮断し、スロットルを開く。
ｖｉ）急速冷却の場合、ヒータが＜４００℃に冷えればチェンバをベントする。
【００５９】
【表３】
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【００６０】
サンプルは、すべてＣＳＧ材料の同じシートから取り出された。
【００６１】
急速冷却の最初の結果（サンプル３および４）は、期待外れであり、Ｖ（０．１）は、クール・ダウンの間にプラズマを全く使用しないものと同程度に悪い。残りの急速冷却実験は、冷却中も原子状水素に連続して露出させて実行された（すべてのケースで、高温の原子状水素露出工程について、プラズマをパルス化している）。
【００６２】
【表４】
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【００６３】
急速冷却を含む短時間プロセスにおけるそれら最初の試みは、イン・ライン製造として非常に有望で、プラズマ露出時間は、５分の１に短縮され（４５から９分未満に下がっている）、電圧の低下は、ほとんど又は全くない（Ｖ（０．１）は、３９５ｍＶ付近にある）。
【００６４】
（実験３−隔離型イン・ライン・パッシベーション（ＲＩＰＡ））
この実験の目的は、研究ツール上でのパッシベーションのあと、３８５ｍＶのＶ（０．１）を有することが予め確認されているＣＳＧ材料の４枚のシートを水素化しようとするものであった。ＲＩＰＡ原子状水素露出は、サンプル１および２については、加熱、原子状水素露出および冷却（原子状水素露出を伴う）のすべてのステージを通して、第１の線形プラズマ・ソース（ＬＰＳ１）の下にサンプルを駐留させ、またサンプル３および４については、加熱、原子状水素露出および冷却（原子状水素露出を伴う）のすべてのステージを通して、２つのヒータの間で往復運動的なサンプル運動をさせるものであった。露出前の加熱は、安定な状態を保証するように少なくとも８分間行われ、原子状水素露出を６１０℃付近で行ったあと、３００℃付近まで２２分間のクール・ダウン（原子状水素露出を伴う）が続いた。
【００６５】
【表５】
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【００６６】
この実験は、ＲＩＰＡツールがＣＳＧ材料のパッシベーションをうまくできることを実証する。ツールの最適化をしなくても、この３８５ｍＶが確認された材料で３６０ｍＶもの高いＶ（０．１）が得られ、サンプル４の３分の１は、平均で３５０ｍＶ以上になった。しかし、サンプル全体での平均は、初期には、３２０ｍＶを下回った。これは、プラズマ・ソースにほぼ直接に露出されたシリコンに対して生じたプラズマ誘起の損傷のせいである。最悪のケース（サンプル１および２）で、Ｖｏｃのプロービングは、損傷を受けた帯領域は、ｐ＋層が欠けており、ｎ＋領域が露出していることを示している。重要なことは、このロットが原子状水素露出の間にサンプルを運動させることによって電圧の均一性が改善され、シリコン損傷が低減され、ゆがみが減り、過剰なストレスの蓄積が防止されることを実証したことである。
【００６７】
（実験４−間歇的原子状水素露出を伴う急速冷却）
この実験の目的は、第１の線形プラズマ・ソース（ＬＰＳ）の下でベースラインの１０分間の原子状水素露出と、そのあとで、急速冷却水素露出のための第２のＬＰＳの下で単一の通過又は往復運動を用いながら、隔離型イン・ライン・パッシベーション（ＲＩＰＡ）ツールで急速冷却プロセスを試験することであった。適切な終了時刻を決める手助けとするために、急速冷却工程の間、エッチ生成物がモニタされた。
【００６８】
ＲＩＰＡベースライン・プロセスでは、次のパラメータが使用された。ガスは、４５０ｓｃｃｍのＨ２（２台の非対称フロー型ターボ分子ポンプを用いて）、チェンバ圧は、７５ｍｔｏｒｒ、処理時間は、〜６１０℃で１０分間の原子状水素への露出と、原子状水素に晒しながら〜３２５℃まで２０分間の冷却であり、高温原子状水素露出と冷却の最初の８分間の平均プラズマ・パワーは、３００Ｗであり、そのあとのプラズマ・パワーは、５０Ｗに下げられた。
【００６９】
【表６】
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【００７０】
【表７】
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【００７１】
（１）この材料は、原子状水素に晒されながら、２０分間の冷却で、ＲＩＰＡベースライン・プロセスを用いて３７４ｍＶの平均Ｖ（０．１）を達成した。これは、研究ツールのベンチマークより２７ｍＶ小さい。
（２）冷却中の原子状水素露出を完全に省略することによって、Ｖ（０．１）は、１５０ｍＶ減少した（３７４ｍＶに対して２２７ｍＶ）。
（３）この実験の急速冷却の３つの実行のうちで、最良の結果は、第２のＬＰＳ下で、１５ｃｍで６０ｃｍ／分の対称的往復運動を行いながら６．５分間の急速冷却を行い、３００Ｗで４分間とそれに続く５０Ｗで２．５分間を採用することによって得られた３５９ｍＶ（Ｓ１）である。この結果は、有望であるが、それでもこの材料に関するＲＩＰＡベースライン（３７４ｍＶ）よりも１５ｍＶ低い。
（４）均一性も問題である。この急速冷却実行（Ｓ１）に関する標準偏差は、ベースラインの６ｍＶ（Ｓ６）に対して１２ｍＶである。最も弱い領域は、サンプルの端部であり、そこは、実際には、１５ｃｍの往復運動の間にＬＰＳ容器の下を通過しておらず、より大きい往復運動が適当であることを示している。
（５）実験中に、第２のＬＰＳは、一端におけるＨの生産が少ないという問題を有することが判明した。
（６）ベースライン・プロセスがベンチマークに一致せず、急速冷却実験がベースライン・プロセスよりも劣る結果をもたらしたものの、実験によって急速冷却がベンチマークおよびベースライン・プロセスに匹敵する結果をもたらすことができること、またツールに付随するいくつかの問題点に修正を施して、何らかの最適化を図れば、ベンチマークの結果を凌駕できる可能性もあることが実証された。
【００７２】
当業者には、理解されるように、幅広く表現された発明の精神および範囲から外れることなく、特定の実施の形態に示された発明に対して数多くの変形および／又は修正を施すことができる。従って、本実施の形態は、あらゆる観点から例示的なものであって限定的なものでないことを理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】ガラス基板上の結晶シリコンの大型パネルの水素パッシベーション用ツールの模式図。
【図２】図１のツールの模式図であって、オプションとしてそれの加熱ゾーンに原子状水素ソースが追加されたツールの模式図。
【図３ａ】ａは、好適な水素パッシベーション方法のフロー・チャート。
【図３ｂ】ｂは、好適な水素パッシベーション方法のフロー・チャート。
【図３ｃ】ｃは、好適な水素パッシベーション方法のフロー・チャート。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【国際調査報告】
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