特開 2024-46178 成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024046178

(43)【公開日】2024-04-03

(54)【発明の名称】成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20240327BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240327BHJP

   C23C 16/509 20060101ALI20240327BHJP

   C23C 16/455 20060101ALI20240327BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

H01L21/31 C

C23C16/509

C23C16/455

H05H1/46 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022151413

(22)【出願日】2022-09-22

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】宮城 雅宏

(72)【発明者】

【氏名】鰍場 真樹

【テーマコード（参考）】

2G084

4K030

5F045

【Ｆターム（参考）】

2G084AA05

2G084CC12

2G084CC13

2G084CC16

2G084CC33

2G084DD14

2G084DD23

2G084FF15

2G084FF32

4K030AA11

4K030AA17

4K030AA18

4K030EA05

4K030EA06

4K030FA03

4K030GA05

4K030KA02

4K030KA23

5F045AA08

5F045AB14

5F045AB32

5F045AC01

5F045AC08

5F045AC09

5F045AC11

5F045AC15

5F045AC16

5F045AF02

5F045AF03

5F045AF09

5F045BB02

5F045DP03

5F045DP28

5F045DQ10

5F045EE02

5F045EE04

5F045EF05

5F045EF18

5F045EH01

5F045EH03

5F045EH05

5F045EH11

5F045EJ01

5F045EK07

5F045EK13

5F045EM10

5F045EN04

(57)【要約】

【課題】より均一な膜厚で対象膜を基板に形成することができる成膜装置を提供する。
【解決手段】成膜装置１００はチャンバ１と載置台２１と流体ヘッド３とを備える。流体ヘッド３は、チャンバ１内において、載置台２１に載置された基板Ｗの第１主面と向かい合う位置に設けられている。流体ヘッド３はプラズマ室４ｂとプラズマ源５と複数の第１流出口４ｃとガス流路６ｂと複数の第２流出口６ｃとを有する。プラズマ源５はプラズマ室４ｂにおいて第１原料ガスをプラズマ化させる。第１流出口４ｃは、基板Ｗの第１主面と平面視で重なる重複領域において２次元的に分散配列される。第１原料ガス由来の活性種は第１流出口４ｃから基板Ｗの第１主面に向かって流出する。複数の第２流出口６ｃは当該重複領域において、複数の第１流出口４ｃとは異なる位置に２次元的に分散配列される。第２原料ガスは複数の第２流出口６ｃから基板Ｗの第１主面に向かって流出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、基板を載置する載置台と、
前記チャンバ内において、前記載置台に載置された前記基板の第１主面と向かい合う位置に設けられた流体ヘッドとを備え、
前記流体ヘッドは、
１以上の第１流入口と、
前記第１流入口を通じて第１原料ガスが流入するプラズマ室と、
前記プラズマ室において前記第１原料ガスをプラズマ化させるプラズマ源と、
前記プラズマ室と連通しつつ、前記基板の前記第１主面と平面視で重なる重複領域において２次元的に分散配列され、前記第１原料ガスのプラズマ化によって発生した活性種が前記基板の前記第１主面に向かって流出する複数の第１流出口と、
１以上の第２流入口と、
前記第２流入口を通じて第２原料ガスが流入し、前記プラズマ室と仕切られたガス流路と、
前記ガス流路と連通しつつ、前記重複領域において、前記複数の第１流出口とは異なる位置に２次元的に分散配列され、前記第２原料ガスが前記基板の前記第１主面に向かって流出する複数の第２流出口と
を含む、成膜装置。

【請求項2】

請求項１に記載の成膜装置であって、
前記基板の第２主面側から前記基板を加熱するヒータをさらに備え、
前記ガス流路は、
前記プラズマ室に対して前記載置台とは反対側に位置し、前記第２流入口を通じて前記第２原料ガスが流入する流路空間と、
前記流路空間から延びて前記プラズマ室を貫通する複数の貫通流路と
を有し、
前記複数の貫通流路の先端にそれぞれ前記複数の第２流出口が形成されている、成膜装置。

【請求項3】

請求項２に記載の成膜装置であって、
前記プラズマ源の少なくとも一部は、前記流路空間と前記プラズマ室との間に設けられており、前記複数の貫通流路によって貫通されている、成膜装置。

【請求項4】

請求項３に記載の成膜装置であって、
前記プラズマ源は、表面波プラズマ源またはホローカソード放電型プラズマ源である、成膜装置。

【請求項5】

請求項３または請求項４に記載の成膜装置であって、
前記流体ヘッドは、前記プラズマ源を冷却する冷却部をさらに含み、
前記冷却部は、前記流路空間と前記プラズマ源との間に設けられ、前記複数の貫通流路によって貫通されている、成膜装置。

【請求項6】

請求項２から請求項４のいずれか一つに記載の成膜装置であって、
前記流体ヘッドは、前記複数の貫通流路の各々と、前記プラズマ室との間に設けられた導電性シールドを含む、成膜装置。

【請求項7】

請求項２から請求項４のいずれか一つに記載の成膜装置であって、
前記複数の第２流出口の各々の開口面積は、前記複数の貫通流路の各々の流路面積よりも小さい、成膜装置。

【請求項8】

請求項２から請求項４のいずれか一つに記載の成膜装置であって、
前記複数の第２流出口は、前記複数の第１流出口に対して前記載置台側に位置している、成膜装置。

【請求項9】

請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の成膜装置であって、
前記第１流入口は前記プラズマ室の側部に形成されており、
前記複数の第１流出口のうち、前記重複領域のうち中央領域に位置する第１流出口の開口率は、前記重複領域のうち前記中央領域よりも外側の外周領域に位置する第１流出口の開口率よりも大きい、成膜装置。

【請求項10】

請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の成膜装置であって、
前記第２流入口は前記ガス流路の側部に形成されており、
前記複数の第２流出口のうち、前記重複領域のうち中央領域に位置する第２流出口の開口率は、前記重複領域のうち前記中央領域よりも外側の外周領域に位置する第２流出口の開口率よりも大きい、成膜装置。

【請求項11】

請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の成膜装置であって、
前記第２流入口は前記ガス流路の中央部の上部に形成されている、成膜装置。

【請求項12】

請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の成膜装置であって、
前記第１原料ガスを前記流体ヘッドに供給する第１ガス供給部と、
前記第２原料ガスと、前記第２原料ガスを搬送する不活性なキャリアガスとを前記流体ヘッドに供給する第２ガス供給部と
を備え、
前記第２ガス供給部は、前記第１ガス供給部が前記第１原料ガスを供給しつつ前記プラズマ源が作動した時点から所定期間において、前記第２原料ガスを供給せずに前記キャリアガスを前記流体ヘッドに供給し、前記所定期間の経過後に前記第２原料ガスおよび前記キャリアガスを前記流体ヘッドに供給する、成膜装置。

【請求項13】

請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の成膜装置であって、
前記第１原料ガスは、第１５族元素を有するガスを含み、
前記第２原料ガスは、第１３族元素を有する有機金属ガスを含む、成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、プラズマを利用した有機金属気相成長法が提案されている（例えば、特許文献１）。この特許文献１に記載の製造装置では、炉本体内において、窒素（Ｎ_２）ガスおよび水素（Ｈ_２）ガスの混合ガスをプラズマ化させつつ、炉本体内にＩＩＩ族元素の有機金属ガスを供給する。これによれば、比較的低温で基板にＩＩＩ族窒化物半導体膜を形成することができる。

【0003】

この製造装置では、炉本体内の下部において、基板を支持するサセプタが設けられている。炉本体内の上部にはシャワーヘッド電極が設けられる。混合ガスはシャワーヘッド電極を下方に通過することでプラズマ化し、プラズマによる活性種が基板に供給される。炉本体内には、有機金属ガスを流出するためのガス供給管も設けられる。ガス供給管は、サセプタとシャワーヘッド電極との間の高さ位置に設けられ、サセプタの周囲を囲むリング部を含んでいる。リング部の内側には複数の噴出口が形成されており、有機金属ガスは噴出口からリング部の内側に向かって噴出され、基板に供給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６５１６４８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、有機金属ガスは基板の外周側から内側に向かって流れるので、有機金属ガスの濃度は、基板の外周部で高く中央部で低い傾向を有する。そのため、膜厚を均一化するための制御が困難となる。

【0006】

そこで、本開示は、より均一な膜厚で対象膜を基板に形成することができる成膜装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の態様は、成膜装置であって、チャンバと、前記チャンバ内に設けられ、基板を載置する載置台と、前記チャンバ内において、前記載置台に載置された前記基板の第１主面と向かい合う位置に設けられた流体ヘッドとを備え、前記流体ヘッドは、１以上の第１流入口と、前記第１流入口を通じて第１原料ガスが流入するプラズマ室と、前記プラズマ室において前記第１原料ガスをプラズマ化させるプラズマ源と、前記プラズマ室と連通しつつ、前記基板の前記第１主面と平面視で重なる重複領域において２次元的に分散配列され、前記第１原料ガスのプラズマ化によって発生した活性種が前記基板の前記第１主面に向かって流出する複数の第１流出口と、１以上の第２流入口と、前記第２流入口を通じて第２原料ガスが流入し、前記プラズマ室と仕切られたガス流路と、前記ガス流路と連通しつつ、前記重複領域において、前記複数の第１流出口とは異なる位置に２次元的に分散配列され、前記第２原料ガスが前記基板の前記第１主面に向かって流出する複数の第２流出口とを含む。

【0008】

第２の態様は、第１の態様にかかる成膜装置であって、前記基板の第２主面側から前記基板を加熱するヒータをさらに備え、前記ガス流路は、前記プラズマ室に対して前記載置台とは反対側に位置し、前記第２流入口を通じて前記第２原料ガスが流入する流路空間と、前記流路空間から延びて前記プラズマ室を貫通する複数の貫通流路とを有し、前記複数の貫通流路の先端にそれぞれ前記複数の第２流出口が形成されている。

【0009】

第３の態様は、第２の態様にかかる成膜装置であって、前記プラズマ源の少なくとも一部は、前記流路空間と前記プラズマ室との間に設けられており、前記複数の貫通流路によって貫通されている。

【0010】

第４の態様は、第３の態様にかかる成膜装置であって、前記プラズマ源は、表面波プラズマ源またはホローカソード放電型プラズマ源である。

【0011】

第５の態様は、第３または第４の態様にかかる成膜装置であって、前記流体ヘッドは、前記プラズマ源を冷却する冷却部をさらに含み、前記冷却部は、前記流路空間と前記プラズマ源との間に設けられ、前記複数の貫通流路によって貫通されている。

【0012】

第６の態様は、第２から第５のいずれか一つの態様にかかる成膜装置であって、前記流体ヘッドは、前記複数の貫通流路の各々と、前記プラズマ室との間に設けられた導電性シールドを含む。

【0013】

第７の態様は、第２から第６のいずれか一つの態様にかかる成膜装置であって、前記複数の第２流出口の各々の開口面積は、前記複数の貫通流路の各々の流路面積よりも小さい。

【0014】

第８の態様は、第２から第７のいずれか一つの態様にかかる成膜装置であって、前記複数の第２流出口は、前記複数の第１流出口に対して前記載置台側に位置している。

【0015】

第９の態様は、第１から第８のいずれか一つの態様にかかる成膜装置であって、前記第１流入口は前記プラズマ室の側部に形成されており、前記複数の第１流出口のうち、前記重複領域のうち中央領域に位置する第１流出口の開口率は、前記重複領域のうち前記中央領域よりも外側の外周領域に位置する第１流出口の開口率よりも大きい。

【0016】

第１０の態様は、第１から第９のいずれか一つの態様にかかる成膜装置であって、前記第２流入口は前記ガス流路の側部に形成されており、前記複数の第２流出口のうち、前記重複領域のうち中央領域に位置する第２流出口の開口率は、前記重複領域のうち前記中央領域よりも外側の外周領域に位置する第２流出口の開口率よりも大きい。

【0017】

第１１の態様は、第１から第１０のいずれか一つの態様にかかる成膜装置であって、前記第２流入口は前記ガス流路の中央部の上部に形成されている。

【0018】

第１２の態様は、第１から第１１のいずれか一つの態様にかかる成膜装置であって、前記第１原料ガスを前記流体ヘッドに供給する第１ガス供給部と、前記第２原料ガスと、前記第２原料ガスを搬送する不活性なキャリアガスとを前記流体ヘッドに供給する第２ガス供給部とを備え、前記第２ガス供給部は、前記第１ガス供給部が前記第１原料ガスを供給しつつ前記プラズマ源が作動した時点から所定期間において、前記第２原料ガスを供給せずに前記キャリアガスを前記流体ヘッドに供給し、前記所定期間の経過後に前記第２原料ガスおよび前記キャリアガスを前記流体ヘッドに供給する。

【0019】

第１３の態様は、第１から第１２のいずれか一つの態様にかかる成膜装置であって、前記第１原料ガスは、第１５族元素を有するガスを含み、前記第２原料ガスは、第１３族元素を有する有機金属ガスを含む。

【発明の効果】

【0020】

第１の態様によれば、第１原料ガス由来の活性種は、基板の第１主面と重なる重複領域において２次元的に分散配置された複数の第１流出口から、基板の第１主面に向かって流出する。このため、活性種は基板の第１主面により均一に供給される。第２原料ガスは、基板の第１主面と重なる重複領域において、第１流出口とは異なる位置で２次元的に分散配置された複数の第２流出口から、基板の第１主面に向かって流出する。このため、第２原料ガスも基板の第１主面により均一に供給される。したがって、活性種および第２原料ガスが反応して得られる対象膜を、より均一に基板の第１主面に形成することができる。

【0021】

第２の態様によれば、流路空間はプラズマ室に対して載置台とは反対側に位置する。このため、流路空間はヒータから遠い位置に設けられる。したがって、流路空間において第２原料ガスが熱分解する可能性を低減させることができる。ひいては、第２原料ガスの熱分解によって流路空間の内壁（つまり流路空間を形成する内周面）に第２原料ガスの各種成分が析出することを抑制することができる。

【0022】

逆に言えば、プラズマ室は基板により近い位置に設けられる。このため、プラズマ室内のより多くの活性種が失活する前に基板の第１主面に到達する。したがって、より高い効率で基板の第１主面に対象膜を形成することができる。

【0023】

第３および第４の態様によれば、基板に対してより広い面積でプラズマ室にプラズマを発生させることができる。

【0024】

第５の態様によれば、冷却部がプラズマ源に近接しているので、プラズマ源を効果的に冷却することができる。また、冷却部によってプラズマ源から流路空間への伝熱を抑制することができる。このため、流路空間において第２原料ガスが熱分解する可能性を低減させることができる。

【0025】

第６の態様によれば、貫通流路においてプラズマ用の電界の発生を抑制できるので、第２原料ガスへの不要な電界の印加を抑制することができる。

【0026】

第７および第８の態様によれば、第２流出口と第１流出口との間の距離を長くすることができる。このため、第１流出口から流出した活性種が第２流出口に到達する可能性を低減させることができる。したがって、第２流出口の近傍での活性種および第２原料ガスの反応を抑制し、第２流出口を形成する内周面に不要な化合物膜が形成されることを抑制できる。

【0027】

第９の態様によれば、活性種をより均一に複数の第１流出口から流出させることができる。

【0028】

第１０および第１１の態様によれば、第２原料ガスをより均一に複数の第２流出口から流出させることができる。

【0029】

第１２の態様によれば、プラズマ源の動作初期である所定期間では、第２原料ガスは第２流出口から流出せず、キャリアガスが第２流出口から流出する。所定期間ではプラズマが不安定であるものの、第２流出口からは第２原料ガスが流出しないので、成膜処理は開始しない。このため、基板の第１主面上に対象膜が不均一に形成されることを抑制できる。しかも、第２流出口からはキャリアガスが流出するので、第１流出口から流出した活性種は第２流出口にほとんど流入しない。このため、所定期間の経過後に第２ガス供給部が第２原料ガスを流体ヘッドに供給しても、ガス流路において第２原料ガスと活性種との反応はほとんど生じない。よって、ガス流路を形成する内周面への不要な化合物膜の形成を抑制することができる。

【0030】

第１３の態様によれば、基板の第１主面にＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体をより均一に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】第１の実施の形態にかかる成膜装置の構成の一例を概略的に示す図である。

【図2】第１の実施の形態にかかる流体ヘッドの構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図3】流体ヘッドの構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図4】流体ヘッドの構成の一例を示す分解断面図である。

【図5】プラズマ源の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図6】プラズマ源の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図7】制御部の構成の一例を概略的に示すブロック図である。

【図8】第１の実施の形態にかかる流体ヘッドの他の一例を概略的に示す図である。

【図9】図８の流体ヘッドの各構成を分解して概略的に示す図である。

【図10】図９のＸ－Ｘ断面を概略的に示す図である。

【図11】図８のＸＩ－ＸＩ断面を概略的に示す図である。

【図12】第２の実施の形態にかかる流体ヘッドの構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図13】冷却部の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図14】第３の実施の形態にかかる流体ヘッドの第２流路部材の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図15】第３の実施の形態にかかる流体ヘッドの第２流路部材の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。

【図16】第３の実施の形態にかかる流体ヘッドの構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図17】第３の実施の形態にかかる流体ヘッドの第１流路部材の構成の一例を概略的に示す断面図である。

【図18】第４の実施の形態にかかる第２ガス供給部の構成の一例を概略的に示す図である。

【図19】第４の実施の形態にかかる成膜装置の動作の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、図面に示される構成の大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。

【0033】

また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。

【0034】

また、以下に記載される説明において、「第１」または「第２」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。

【0035】

相対的または絶対的な位置関係を示す表現（例えば「一方向に」「一方向に沿って」「平行」「直交」「中心」「同心」「同軸」など）が用いられる場合、該表現は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。等しい状態であることを示す表現（例えば「同一」「等しい」「均質」など）が用いられる場合、該表現は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。形状を示す表現（例えば、「四角形状」または「円筒形状」など）が用いられる場合、該表現は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲で、例えば凹凸や面取りなどを有する形状も表すものとする。一の構成要素を「備える」「具える」「具備する」「含む」または「有する」という表現が用いられる場合、該表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的表現ではない。「Ａ，ＢおよびＣの少なくともいずれか一つ」という表現が用いられる場合、該表現は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、Ａ，ＢおよびＣのうち任意の２つ、ならびに、Ａ，ＢおよびＣの全てを含む。

【0036】

＜第１の実施の形態＞
＜成膜装置の概要＞
図１は、第１の実施の形態にかかる成膜装置１００の構成の一例を概略的に示す図である。成膜装置１００は、プラズマを利用した気相成長法によって、基板Ｗに対象膜を形成する装置である。対象膜は化合物を含む膜であり、例えば、第１３族元素（以下、ＩＩＩ族元素と呼ぶ）および第１５族元素（以下、Ｖ族元素と呼ぶ）を含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体膜である。Ｖ族元素として窒素が適用される場合には、この化合物半導体はＩＩＩ族窒化物半導体と呼ばれ得る。ＩＩＩ族窒化物半導体は、例えば、横型のトランジスタに活用される。

【0037】

基板Ｗは例えば板状である。基板Ｗは例えばサファイア、炭化シリコンまたはシリコン等の基板である。基板Ｗは例えば円板形状を有する。基板Ｗは、第１主面、および、第１主面とは逆側の第２主面を有する。ここでは、第１主面は基板Ｗの上面であり、第２主面は基板Ｗの下面である。基板Ｗの第１主面に化合物半導体膜が結晶成長することから、基板Ｗは成長基板とも呼ばれ得る。なお、基板Ｗの材質および形状はこれらに限らず、適宜に変更し得る。

【0038】

図１に示されるように、成膜装置１００はチャンバ１と基板保持部２と流体ヘッド３と制御部９とを含んでいる。以下、各構成を概説した後に、その具体的な一例について詳述する。

【0039】

チャンバ１は箱形の中空形状を有している。チャンバ１の内部空間は、基板Ｗに対する成膜処理を行う処理空間に相当する。チャンバ１は真空チャンバとも呼ばれ得る。チャンバ１の側壁には、基板Ｗの搬入出のための不図示のシャッタあるいはゲートバルブが設けられてもよい。

【0040】

基板保持部２はチャンバ１内に設けられる。基板保持部２は、基板Ｗを載置する載置台としてのサセプタ２１を含んでいる。基板Ｗは水平姿勢でサセプタ２１上に載置される。ここでいう水平姿勢とは、基板Ｗの厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢である。

【0041】

図１の例では、成膜装置１００には吸引部７も設けられている。吸引部７はチャンバ１内のガスを吸引して、チャンバ１内の圧力を低下させる。吸引部７はチャンバ１内の圧力を、成膜処理に適した所定の減圧範囲内に調整する。

【0042】

図１の例では、成膜装置１００にはヒータ８も設けられている。ヒータ８はチャンバ１内に設けられており、基板Ｗを加熱する。具体的には、ヒータ８は、基板Ｗの温度が成膜処理に適した温度範囲内となるように、基板Ｗを加熱する。図１の例では、ヒータ８は基板Ｗの第２主面（ここでは下面）側から基板Ｗを加熱する。

【0043】

流体ヘッド３はチャンバ１内において、サセプタ２１上の基板Ｗの第１主面（ここでは上面）と向かい合う位置に設けられている。ここでは、流体ヘッド３はサセプタ２１上の基板Ｗの直上に設けられる。流体ヘッド３は、第１原料ガスをプラズマ化させて得られた活性種を基板Ｗの第１主面に向かって流出させるとともに、第２原料ガスを基板Ｗの第１主面に向かって流出させる。

【0044】

第１原料ガスは、例えば、Ｖ族元素を含むＶ族ガスを含有する。Ｖ族元素は例えば窒素である。この場合、Ｖ族ガスとしては、窒素ガスを適用することができる。第１原料ガスには、窒素ガスに加えて水素ガスが含まれてもよい。つまり、第１原料ガスはＶ族ガスおよび水素ガスの混合ガスであってもよい。第１原料ガスが窒素ガスおよび水素ガスの混合ガスである場合、プラズマ化により、窒素ラジカルおよび水素ラジカル等の活性種が生じる。

【0045】

第２原料ガスは、例えば、ＩＩＩ族元素を含む有機金属ガスを含有する。ＩＩＩ族元素は例えばガリウムである。この場合、有機金属ガスとしては、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧａ（トリエチルガリウム）もしくはＴＤＭＡＧａ（トリスジメチルアミドガリウム）を適用することができる。

【0046】

第１原料ガス由来の活性種および第２原料ガスが基板Ｗの第１主面に供給されると、これらが互いに反応することで、基板Ｗの第１主面に対象膜が形成される。例えば、対象膜として、ＩＩＩ族窒化物半導体膜が形成される。

【0047】

図２および図３は、流体ヘッド３の構成の一例を概略的に示す断面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示しており、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示している。

【0048】

図１から図３に示されるように、流体ヘッド３は、第１流入口４ａ、プラズマ室４ｂ、複数の第１流出口４ｃ、プラズマ源５、第２流入口６ａ、ガス流路６ｂおよび複数の第２流出口６ｃを有している。

【0049】

後に詳述するように、プラズマ室４ｂには第１流入口４ａを通じて第１原料ガスが流入し、ガス流路６ｂには第２流入口６ａを通じて第２原料ガスが流入する。プラズマ室４ｂおよびガス流路６ｂは流体ヘッド３の内部において互いに仕切られている。つまり、プラズマ室４ｂおよびガス流路６ｂは流体ヘッド３の内部において互いに連通していない。

【0050】

図１および図２の例では、プラズマ室４ｂは、その鉛直方向のサイズが水平方向のサイズよりも小さい扁平な空間である。図１および図２の例では、第１流入口４ａは、プラズマ室４ｂの側部に形成されている。第１流入口４ａは第１ガス供給部４０に接続されている。第１ガス供給部４０は第１原料ガスを、第１流入口４ａを通じてプラズマ室４ｂに供給する。

【0051】

複数の第１流出口４ｃはプラズマ室４ｂに連通している。具体的には、複数の第１流出口４ｃはプラズマ室４ｂの下部に形成されている。複数の第１流出口４ｃは、平面視において基板Ｗの第１主面と重なる重複領域Ｒ０内において２次元的に分散配置されている（図２も参照）。なお、図２および図３では、平面視における基板Ｗの輪郭を仮想線で示している。図２の例では、複数の第１流出口４ｃはマトリックス状に配列されている。複数の第１流出口４ｃは、重複領域Ｒ０のうちの大部分の領域において分散配置されていてもよい。より具体的な一例として、複数の第１流出口４ｃは、基板Ｗの直径の２分の１以上の直径を有し基板Ｗと同心状の円領域において、分散配置され得る。図２の例では、各第１流出口４ｃは平面視において円形状を有している。

【0052】

プラズマ源５はプラズマ室４ｂにおいて第１原料ガスをプラズマ励起する。言い換えれば、プラズマ源５は第１原料ガスをプラズマ化させる。図１の例では、プラズマ源５はプラズマ室４ｂに対してサセプタ２１とは反対側に設けられている。ここでは、プラズマ源５はプラズマ室４ｂよりも鉛直上方に設けられている。プラズマ源５はプラズマ室４ｂにプラズマ用の電界を発生させる。第１原料ガスが該電界を通過することにより、該電界が第１原料ガスに作用して、第１原料ガスをプラズマ化させる。これにより、反応性の高いイオンまたは中性ラジカル等の活性種がプラズマ室４ｂにおいて発生する。

【0053】

第１原料ガスが水素ガスおよび窒素ガスを含む場合、活性種として水素ラジカルおよび窒素ラジカルが生成される。これらの活性種は複数の第１流出口４ｃから流出する。第１流出口４ｃからの活性種は基板Ｗの第１主面に向かって流れる。

【0054】

ガス流路６ｂには第２流入口６ａを通じて第２原料ガスが流入する。図１および図３の例では、第２流入口６ａは、ガス流路６ｂの側部に形成されている。第２流入口６ａは第２ガス供給部５０に接続されている。第２ガス供給部５０は第２原料ガスを、第２流入口６ａを通じてガス流路６ｂに供給する。

【0055】

図１および図３の例では、ガス流路６ｂは流路空間６ｂ１と複数の貫通流路６ｂ２とを有している。流路空間６ｂ１はプラズマ室４ｂおよびプラズマ源５の両方に対してサセプタ２１とは反対側に位置している。ここでは、流路空間６ｂ１はプラズマ源５よりも鉛直上方に位置している。言い換えれば、プラズマ源５は流路空間６ｂ１とプラズマ室４ｂとの間に設けられている。

【0056】

図１および図３の例では、流路空間６ｂ１は、鉛直方向のサイズが水平方向のサイズよりも小さい扁平な空間である。また、図１および図３の例では、第２流入口６ａは流路空間６ｂ１の側部に形成されている。

【0057】

複数の貫通流路６ｂ２は流路空間６ｂ１から延びており、プラズマ源５およびプラズマ室４ｂを貫通している。ここでは、貫通流路６ｂ２は流路空間６ｂ１から鉛直下方に延びている。各貫通流路６ｂ２の先端（ここでは下端）には、第２流出口６ｃが形成されている。

【0058】

複数の第２流出口６ｃはガス流路６ｂに連通しており、平面視で基板Ｗの第１主面と重なる重複領域Ｒ０において、複数の第１流出口４ｃとは異なる位置に２次元的に分散配置されている。複数の第２流出口６ｃは平面視において２次元的に配置されており、例えばマトリックス状に配列されている（図２および図３も参照）。複数の第２流出口６ｃは、重複領域Ｒ０の大部分において分散配置されていてもよい。より具体的な一例として、複数の第２流出口６ｃは、基板Ｗの直径の２分の１以上の直径を有し基板Ｗと同心状の円領域において、分散配置され得る。図２および図３の例では、各第２流出口６ｃは平面視において円形状を有している。

【0059】

第２流入口６ａを通じてガス流路６ｂに流入した第２原料ガスは、ガス流路６ｂを複数の第２流出口６ｃに向かって流れ、複数の第２流出口６ｃから基板Ｗの第１主面に向かって流出する。

【0060】

基板Ｗはヒータ８によって加熱されるので、基板Ｗの第１主面に供給された第２原料ガスは熱分解する。第２原料ガスの熱分解によって生成された成分が第１原料ガス由来の活性種と反応し、その化合物が対象膜として基板Ｗの第１主面に形成される。第１原料ガスが、窒素元素を含むガスであり、第２原料ガスが、ＩＩＩ族元素を含む有機金属ガスである場合、対象膜はＩＩＩ族窒化物半導体膜である。

【0061】

制御部９は成膜装置１００の全体を統括的に制御する。例えば制御部９は、基板保持部２、第１ガス供給部４０、第２ガス供給部５０、プラズマ源５、吸引部７およびヒータ８を制御する。

【0062】

以上のように、成膜装置１００においては、第１原料ガス由来の活性種は複数の第１流出口４ｃから基板Ｗの第１主面に向かって流出し、第２原料ガスは複数の第２流出口６ｃから基板Ｗの第１主面に向かって流出する。複数の第１流出口４ｃおよび複数の第２流出口６ｃは平面視において、互いに重ならず、かつ、基板Ｗの第１主面と重なる重複領域Ｒ０内で分散配置されるので、活性種および第２原料ガスは基板Ｗの第１主面に対してより均一に供給される。このため、基板Ｗの直上における活性種の濃度分布および第２原料ガスの濃度分布をより均一化させることができる。よって、活性種および第１原料ガスは基板Ｗの第１主面に対してより均一な分布で反応する。したがって、成膜装置１００はより均一な膜厚で対象膜を基板Ｗの第１主面に形成することができる。第１原料ガスがＶ族ガスを含み、第２原料ガスがＩＩＩ族元素を含む有機金属ガスを含有する場合、成膜装置１００はより均一な膜厚でＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体膜を基板Ｗの第１主面に形成することができる。

【0063】

また、上述の例では、ガス流路６ｂの流路空間６ｂ１はプラズマ室４ｂに対してサセプタ２１とは反対側に位置している。この構造によれば、ガス流路６ｂがプラズマ室４ｂに対してサセプタ２１側に設けられた構造に比して、流路空間６ｂ１は基板Ｗおよびヒータ８よりも遠くに位置する。このため、ヒータ８からの熱は流路空間６ｂ１に伝達されにくい。したがって、流路空間６ｂ１において第２原料ガスが熱分解する可能性を低減させることができる。

【0064】

もし仮に、第２原料ガスが流路空間６ｂ１において熱分解すると、熱分解により生成された各種成分が、ガス流路６ｂを形成する内周面に析出し、ガス流路６ｂの流路面積を変動させる。これにより、第２原料ガスの流れの均一性が低下し得る。これに対して、上述の例では、流路空間６ｂ１における第２原料ガスの熱分解を抑制できるので、第２原料ガスの不均一な流れを招きにくい。したがって、第２原料ガスは複数の第２流出口６ｃからより均一に流出する。

【0065】

逆に言えば、プラズマ源５およびプラズマ室４ｂは、流路空間６ｂ１よりも基板Ｗに近い位置に設けられている。このため、より多くの活性種を基板Ｗの第１主面に供給することができる。つまり、より多くの活性種が失活する前に基板Ｗの第１主面に到達することができる。これによれば、成膜装置１００はより効率的に基板Ｗの第１主面に対象膜を形成することができる。

【0066】

また、プラズマ源５はガス流路６ｂの流路空間６ｂ１とプラズマ室４ｂとの間に位置している。これによれば、プラズマ源５はプラズマ室４ｂに近接することができ、プラズマ室４ｂにプラズマ用の電界を発生させやすい。つまり、プラズマ源５は高い効率でプラズマ室４ｂにプラズマ用の電界を発生させることができる。

【0067】

次に、各構成の具体的な一例について詳述する。

【0068】

＜基板保持部＞
基板保持部２は基板Ｗを水平姿勢で保持する。図１の例では、基板保持部２はサセプタ２１とサセプタ保持部２２とを含んでいる。サセプタ２１は基板Ｗを載置するための載置台であり、例えば平板状の形状を有している。サセプタ２１は水平姿勢で設けられており、サセプタ２１の上面には基板Ｗが水平姿勢で載置される。サセプタ２１に載置された基板Ｗの第１主面（ここでは上面）はチャンバ１内で露出する。

【0069】

サセプタ保持部２２はチャンバ１内に設けられており、サセプタ２１を保持する。図１の例では、サセプタ保持部２２はベース２２１と保持突部２２２とを含んでいる。ベース２２１はサセプタ２１よりも鉛直下方に設けられており、鉛直方向において間隔を空けてサセプタ２１と向かい合う。ベース２２１は例えば水平な上面を有しており、当該上面には保持突部２２２が立設される。例えば、保持突部２２２は複数設けられており、サセプタ２１の下面の周縁部に沿って並んで設けられる。保持突部２２２の先端はサセプタ２１に当接しており、サセプタ２１を支持または保持する。

【0070】

図１に示されるように、基板保持部２は回転機構２３をさらに含んでいてもよい。回転機構２３はサセプタ保持部２２を回転軸線Ｑ１のまわりで回転させる。回転軸線Ｑ１は、基板Ｗの中心部を通り、かつ、鉛直方向に沿う軸である。回転機構２３は例えばシャフトとモータとを有する。シャフトの上端はベース２２１の下面に連結される。シャフトは回転軸線Ｑ１に沿って延び、回転軸線Ｑ１のまわりで回転可能にチャンバ１に軸支される。モータはシャフトを回転軸線Ｑ１のまわりで回転させる。これにより、サセプタ保持部２２、サセプタ２１および基板Ｗが回転軸線Ｑ１のまわりで一体に回転する。なお、基板保持部２は回転機構２３を含んでいなくてもよい。

【0071】

＜ヒータ＞
ヒータ８はチャンバ１内において、基板保持部２に保持された基板Ｗを加熱する。図１の例では、ヒータ８は第２主面（ここでは下面）側から基板Ｗを加熱する。具体的には、ヒータ８はサセプタ２１よりも鉛直下方に設けられており、サセプタ２１と鉛直方向において対向する。図１の例では、ヒータ８はサセプタ２１とベース２２１との間であって、保持突部２２２よりも径方向内側に設けられている。ヒータ８は例えば電熱線を含む電気抵抗式のヒータであってもよく、あるいは、加熱用の光を照射する光源を含んだ光学式のヒータであってもよい。

【0072】

ここでは、ヒータ８は回転軸線Ｑ１のまわりで回転しないように設けられる。つまり、ヒータ８は非回転である。例えば、回転機構２３のシャフトは中空シャフトであり、ヒータ８は当該中空部を貫通する固定部材８１を介してチャンバ１に固定される。

【0073】

＜吸引部＞
吸引部７はチャンバ１内のガスを吸引する。図１の例では、吸引部７は吸引管７１と吸引機構７２とを含んでいる。吸引管７１の上流端はチャンバ１の排気口１ａに接続される。図１の例では、排気口１ａは、基板保持部２によって保持された基板Ｗよりも鉛直下方に形成されており、例えばチャンバ１の側壁に形成される。吸引機構７２は例えばポンプ（より具体的には、真空ポンプ）であって、吸引管７１に接続される。吸引機構７２は制御部９によって制御され、吸引管７１を通じてチャンバ１内のガスを吸引する。

【0074】

＜第１ガス供給部＞
第１ガス供給部４０は第１原料ガスを流体ヘッド３に供給する。図１の例では、第１ガス供給部４０は第１ガス供給管４０１とＶ族ガス供給管４１１と水素ガス供給管４２１とバルブ４１２とバルブ４２２と流量調整部４１３と流量調整部４２３とを含む。第１ガス供給管４０１の下流端は流体ヘッド３の第１流入口４ａに接続されている。第１ガス供給管４０１の上流端はＶ族ガス供給管４１１の下流端および水素ガス供給管４２１の下流端に共通して接続されている。Ｖ族ガス供給管４１１の上流端はＶ族ガス供給源４１４に接続されており、水素ガス供給管４２１の上流端は水素ガス供給源４２４に接続されている。Ｖ族ガス供給源４１４は、Ｖ族ガスを貯留する貯留部（不図示）を含み、水素ガス供給源４２４は、水素ガスを貯留する貯留部（不図示）を含む。

【0075】

バルブ４１２および流量調整部４１３はＶ族ガス供給管４１１に介挿されている。バルブ４１２はＶ族ガス供給管４１１の流路の開閉を切り替える。流量調整部４１３は、Ｖ族ガス供給管４１１を流れるＶ族ガスの流量を調整する。流量調整部４１３は例えばマスフローコントローラである。バルブ４２２および流量調整部４２３は水素ガス供給管４２１に介挿されている。バルブ４２２は水素ガス供給管４２１の流路の開閉を切り替える。流量調整部４２３は、水素ガス供給管４２１を流れる水素ガスの流量を調整する。流量調整部４２３は例えばマスフローコントローラである。

【0076】

＜第２ガス供給部＞
第２ガス供給部５０は第２原料ガスを流体ヘッド３に供給する。第２ガス供給部５０は第２ガス供給管５０１とバルブ５０２と流量調整部５０３とを含んでいる。第２ガス供給管５０１の下流端は第２流入口６ａに接続されている。第２ガス供給管５０１の上流端は第２ガス供給源５０４に接続されている。第２ガス供給源５０４は、第２原料ガスを貯留する貯留部（不図示）を含む。第２ガス供給源５０４は第２原料ガスのみならず、第２原料ガスを搬送するためのキャリアガスを第２ガス供給管５０１の上流端に供給しても構わない。キャリアガスは不活性ガスである。不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス等の希ガスおよび窒素ガスの少なくともいずれか一方を適用することができる。この場合、流体ヘッド３の複数の第２流出口６ｃから第２原料ガスおよびキャリアガスが流出する。

【0077】

＜流体ヘッド＞
図１の例では、流体ヘッド３は第１流路部材４、プラズマ源５および第２流路部材６を含んでいる。図４は、流体ヘッド３の構成の一例を示す分解断面図である。図４では、第２流路部材６、プラズマ源５および第１流路部材４が互いに分離して示されている。第１流路部材４はその内部にプラズマ室４ｂを形成しており、第２流路部材６はその内部にガス流路６ｂを形成している。以下では、第２流路部材６を説明した後に、プラズマ源５を説明し、その後、第１流路部材４を説明する。

【0078】

＜第２流路部材＞
図４の例では、第２流路部材６は中空板部６１と複数の鉛直管６５とを含んでいる。中空板部６１はガス流路６ｂの流路空間６ｂ１を形成しており、複数の鉛直管６５はそれぞれ複数の貫通流路６ｂ２を形成している。

【0079】

中空板部６１は、鉛直方向のサイズが水平方向のサイズよりも小さい扁平な形状を有しており、上板部６２と側壁６３と下板部６４とを含んでいる。上板部６２は平板状の形状を有し、その厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢で設けられる。上板部６２は平面視において、例えば基板Ｗと同心状の円形状を有する。上板部６２の直径は基板Ｗの直径以上であってもよい。下板部６４は平板状の形状を有し、その厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢で設けられる。下板部６４は上板部６２よりも鉛直下方に位置しており、平面視において、例えば基板Ｗと同心状の円形状を有する。下板部６４の直径は基板Ｗの直径以上であってもよい。側壁６３は上板部６２の周縁と下板部６４の周縁とを鉛直方向において接続する。側壁６３の一部には、第２流入口６ａが形成される。

【0080】

下板部６４には複数の貫通穴が形成されている。複数の鉛直管６５の上端は、その各々の上端口が下板部６４の貫通穴とそれぞれ一致するように、下板部６４に接続される。各鉛直管６５は筒状の形状を有しており、下板部６４から鉛直方向に沿って下方に延びている。各鉛直管６５は例えば円筒状の形状を有する。各鉛直管６５は、後述のように、プラズマ源５および第１流路部材４を鉛直方向に沿って貫通する。

【0081】

図４の例では、各鉛直管６５の下端には先端部６６が設けられている。先端部６６は、第２流出口６ｃが形成された板状の形状を有している。先端部６６は例えば円板状の形状を有し、その外周縁が鉛直管６５の下端周縁に接続される。先端部６６の内周面は第２流出口６ｃを形成する。つまり、第２流出口６ｃは、先端部６６を鉛直方向に貫通する開口である。このような構造において、第２流出口６ｃの直径は鉛直管６５の内径よりも小さい。つまり、第２流出口６ｃの開口面積は貫通流路６ｂ２の流路面積よりも小さい。ここで、開口面積は水平面における第２流出口６ｃの面積であり、流路面積は水平面における貫通流路６ｂ２の面積である。

【0082】

＜プラズマ源＞
プラズマ源５は第２流路部材６の中空板部６１よりもサセプタ２１側に設けられている。より具体的には、プラズマ源５は第２流路部材６の中空板部６１と第１流路部材４との間に設けられている。つまり、プラズマ源５はガス流路６ｂの流路空間６ｂ１とプラズマ室４ｂとの間に設けられている。

【0083】

図４も参照して、プラズマ源５は、第２流路部材６の複数の鉛直管６５と鉛直方向において対応する位置にそれぞれ複数の貫通穴５ｄを有している。複数の貫通穴５ｄはプラズマ源５を鉛直方向に沿って貫通している。複数の鉛直管６５は複数の貫通穴５ｄをそれぞれ鉛直方向に沿って貫通する。各貫通穴５ｄは平面視において例えば円形状を有する。

【0084】

図４の例では、プラズマ源５は、鉛直方向のサイズが水平方向のサイズよりも小さい扁平な平型のプラズマ源である。具体的な一例として、プラズマ源５は、表面波プラズマを発生させる表面波プラズマ源であり、導波部材５１と誘電部材５６とマイクロ波発生器５７とを含んでいる。

【0085】

図５および図６は、プラズマ源５の構成の一例を概略的に示す断面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ断面を示しており、図６は、図４のＶＩ－ＶＩ断面を示している。

【0086】

マイクロ波発生器５７は、マイクロ波を発振する発振器を有している。該発振器は、例えば、マグネトロン方式もしくはソリッドステート型の発振器であってもよい。マイクロ波発生器５７は平面視において基板Ｗよりも外側に設けられている（図１も参照）。

【0087】

図４および図５に示されるように、導波部材５１は中空部材であり、マイクロ波発生器５７が発生させたマイクロ波を、誘電部材５６に導く部材である。導波部材５１は例えば金属等の導電部材によって形成される。図４および図５の例では、導波部材５１は上板部５２と側壁５３と下板部５４と複数の中空柱部５５とを含んでいる。上板部５２は平板状の形状を有し、その厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢で設けられる。上板部５２は平面視において、例えば基板Ｗと同心状の円形状を有する。上板部５２の直径は基板Ｗの直径以上であってもよい。下板部５４は平板状の形状を有し、その厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢で設けられる。下板部５４は上板部５２よりも鉛直下方に位置し、平面視において、例えば基板Ｗと同心状の円形状を有する。下板部５４の直径は基板Ｗの直径以上であってもよい。側壁５３は上板部５２の周縁と下板部５４の周縁とを鉛直方向において接続する。側壁５３の一部には、マイクロ波発生器５７の出力端と接続する接続口５３ａが形成されている。

【0088】

複数の中空柱部５５は上板部５２と下板部５４との間に設けられている。中空柱部５５は筒状の形状、具体的な一例として円筒状の形状を有している。上板部５２および下板部５４には、第２流路部材６の複数の鉛直管６５が鉛直方向にそれぞれ貫通する複数の貫通穴が形成される。複数の中空柱部５５の上端口が上板部５２の複数の貫通穴とそれぞれ一致するように、複数の中空柱部５５の上端が上板部５２に接続され、複数の中空柱部５５の下端口が下板部５４の複数の貫通穴とそれぞれ一致するように、複数の中空柱部５５の下端が下板部５４に接続される。つまり、上板部５２の貫通穴、中空柱部５５の中空部および下板部５４の貫通穴は鉛直方向において連通しており、プラズマ源５を貫通する貫通穴５ｄのうちの上方部分を構成する。

【0089】

また、導波部材５１の下板部５４には、マイクロ波を誘電部材５６に導くための複数の開口（スロットとも呼ばれる）５４ａが形成される。マイクロ波発生器５７からのマイクロ波は導波部材５１の内部を通過して、各開口５４ａから誘電部材５６に伝達される。図５の例では、開口５４ａは平面視において、一方向に沿って延びた長尺状の形状を有している。複数の開口５４ａはその短手方向において間隔を空けて配列されている。図５の例では、開口５４ａの長手方向は、複数の中空柱部５５が配列されたマトリックスの列方向に沿っており、各開口５４ａは、隣り合う２列の間に形成されている。

【0090】

誘電部材５６は導波部材５１に対して鉛直下方に設けられている。誘電部材５６は誘電材料（例えば石英ガラス）によって形成される。誘電部材５６は平板状の形状を有しており、平面視において例えば基板Ｗと同心状の円形状を有する（図６も参照）。誘電部材５６の直径は例えば基板Ｗの直径以上であってもよい。誘電部材５６の上面は導波部材５１の下面（つまり、下板部５４の下面）に全面的に接触している。誘電部材５６には、複数の中空柱部５５とそれぞれ対向する位置に複数の貫通穴が形成されている。各貫通穴は誘電部材５６を鉛直方向に沿って貫通する。つまり、誘電部材５６の各貫通穴は、対応する貫通穴５ｄのうちの下方部分を構成する。

【0091】

導波部材５１の開口５４ａからのマイクロ波は誘電部材５６の内部を伝達し、誘電部材５６の下面側に作用する。これにより、誘電部材５６の下面に沿ってプラズマ用の電界が生じる。誘電部材５６の下面は後述のようにプラズマ室４ｂの天井面に相当するので、該プラズマ用の電界はプラズマ室４ｂに生じる。このため、プラズマ室４ｂにおいてプラズマ用の電界が第１原料ガスに作用し、第１原料ガスがプラズマ室４ｂにおいてプラズマ化する。誘電部材５６の下面は水平方向に広がっているので、平面視において広い範囲で第１原料ガスをプラズマ化させることができる。

【0092】

なお、上述の例では、プラズマ源５は、マイクロ波を用いて表面波プラズマを発生させているものの、必ずしもこれに限らない。プラズマ源５は、いわゆる容量結合方式または誘導結合方式でプラズマを発生させてもよい。プラズマ源５の他の具体的な一例については後に述べる。

【0093】

＜第１流路部材＞
第１流路部材４はプラズマ源５よりも鉛直下方に設けられる。第１流路部材４はプラズマ源５とともにプラズマ室４ｂを形成している。図４の例では、第１流路部材４は側壁４３と下板部４４と複数の中空柱部４５とを含んでいる。下板部４４は平板状の形状を有しており、その厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢で設けられる。下板部４４は平面視において例えば基板Ｗと同心状の円形状を有する。下板部４４の直径は例えば基板Ｗの直径以上であってもよい。側壁４３は下板部４４の周縁とプラズマ源５の誘電部材５６の周縁とを接続する。

【0094】

下板部４４には、第２流路部材６の複数の鉛直管６５が鉛直方向にそれぞれ貫通する複数の貫通穴が形成されており、複数の中空柱部４５の下端口が下板部４４の複数の貫通穴とそれぞれ一致するように、複数の中空柱部４５の下端が下板部４４に接続される。また、複数の中空柱部４５の上端口がプラズマ源５の複数の貫通穴５ｄにそれぞれ一致するように、複数の中空柱部４５の上端が誘電部材５６の下面に接続され得る。複数の中空柱部４５の中空部および下板部４４の貫通穴は、第１流路部材４を鉛直方向に沿って貫通する貫通穴４ｄに相当する。第２流路部材６の各鉛直管６５は第１流路部材４の各貫通穴４ｄを貫通する。各貫通穴４ｄは平面視において例えば円形状を有する。

【0095】

下板部４４には、複数の第１流出口４ｃも形成されている。図２の例では、斜め方向において、第１流出口４ｃおよび第２流出口６ｃが等間隔で交互に配列されている。図２の例では、平面視において、４つの第２流出口６ｃを頂点とする四角形の対角線の中点に、１つの第１流出口４ｃが位置している。また、４つの第１流出口４ｃを頂点とする四角形の対角線の中点に、１つの第２流出口６ｃが位置している。

【0096】

＜制御部＞
図７は、制御部９の構成の一例を概略的に示すブロック図である。制御部９は電子回路機器であって、例えばデータ処理装置９１および記憶部９２を有していてもよい。データ処理装置９１は例えばＣＰＵ（Central Processor Unit）などの演算処理装置であってもよい。記憶部９２は非一時的な記憶部９２１（例えばＲＯＭ（Read Only Memory）またはハードディスク）および一時的な記憶部９２２（例えばＲＡＭ（Random Access Memory））を有していてもよい。非一時的な記憶部９２１には、例えば制御部９が実行する処理を規定するプログラムが記憶されていてもよい。データ処理装置９１がこのプログラムを実行することにより、制御部９が、プログラムに規定された処理を実行することができる。もちろん、制御部９が実行する処理の一部または全部が、論理回路などのハードウェア回路によって実行されてもよい。

【0097】

＜成膜装置の動作＞
次に、成膜装置１００の動作の一例を概説する。まず、外部の搬送装置（不図示）がチャンバ１に基板Ｗを搬入し、基板保持部２に渡す。これにより、基板Ｗは水平姿勢で基板保持部２のサセプタ２１上に載置される。次に、吸引部７がチャンバ１内のガスを吸引して、チャンバ１内の圧力を低下させる（減圧工程）。具体的には、制御部９は吸引機構７２に吸引動作を行わせる。これにより、チャンバ１内のガスが吸引管７１を通じて吸引機構７２に吸引され、チャンバ１内の圧力が低下する。吸引部７はチャンバ１内の圧力が成膜処理に適した所定のプロセス圧力となるように圧力を調整する。所定のプロセス圧力は例えば１００Ｐａ以上かつ５００Ｐａ以下である。吸引部７は成膜処理が終了するまで、チャンバ１内の圧力を調整する。

【0098】

次に、ヒータ８が基板Ｗを加熱する（加熱工程）。具体的には、制御部９はヒータ８に加熱動作を行わせる。ヒータ８は基板Ｗの温度が成膜処理に適した所定温度となるように基板Ｗの温度を調整する。所定温度は例えば６００℃以上かつ１０００℃以下である。ヒータ８は成膜処理が終了するまで、基板Ｗの温度を調整する。

【0099】

次に、基板保持部２が基板Ｗを回転軸線Ｑ１のまわりで回転させる（回転工程）。具体的には、制御部９は回転機構２３にサセプタ保持部２２を回転させる。これにより、サセプタ保持部２２、サセプタ２１および基板Ｗは回転軸線Ｑ１のまわりで一体に回転する。基板保持部２は成膜処理が終了するまで、基板Ｗを回転させる。

【0100】

次に、第１ガス供給部４０が第１原料ガスを流体ヘッド３に供給し、第２ガス供給部５０が第２原料ガスを流体ヘッド３に供給し、プラズマ源５が第１原料ガスをプラズマ励起する（成膜工程）。具体的には、制御部９がバルブ４１２、バルブ４２２およびバルブ５０２を開き、マイクロ波発生器５７にマイクロ波を発生させる。これにより、流体ヘッド３の複数の第１流出口４ｃから第１原料ガス由来の活性種が基板Ｗの第１主面に向かって流出するとともに、流体ヘッド３の複数の第２流出口６ｃから第２原料ガスが基板Ｗの第１主面に向かって流出する。

【0101】

第２原料ガスは基板Ｗの第１主面で熱分解し、当該熱分解によって生成された成分が活性種と反応することで、基板Ｗの第１主面上に対象膜が形成される。より具体的な一例として、ＩＩＩ族元素を含む有機金属ガスが熱分解して生成されたＩＩＩ族元素が、窒素ラジカルと反応して、ＩＩＩ族窒化物半導体が基板Ｗの第１主面上に結晶成長する。

【0102】

所定の膜厚で対象膜が形成されると、制御部９は成膜工程を終了させる。具体的には、制御部９はバルブ４１２、バルブ４２２およびバルブ５０２を閉じ、マイクロ波発生器５７によるマイクロ波の出力を停止させる。また、制御部９は回転機構２３、ヒータ８および吸引部７の動作を停止させる。

【0103】

次に、搬送装置は基板Ｗをチャンバ１から搬出する（搬出工程）。具体的には、搬送装置はサセプタ２１に載置された基板Ｗをチャンバ１から搬出する。

【0104】

＜作用＞
以上のように、成膜工程において、平面視で基板Ｗと重なる重複領域Ｒ０内で２次元的に分散配置された複数の第１流出口４ｃから、第１原料ガス由来の活性種が基板Ｗの第１主面に向かって流出する。同様に、第２原料も、重複領域Ｒ０内で２次元的に分散配置された複数の第２流出口６ｃから、基板Ｗの第１主面に向かって流出する。したがって、活性種および第２原料ガスがより均一に基板Ｗの第１主面に供給され、結果として、基板Ｗの第１主面により均一に対象膜が形成される。

【0105】

また、図１から図６に例示されたプラズマ源５は、水平方向のサイズが鉛直方向のサイズよりも広い平型のプラズマ源であるので、平面視において、より広い範囲でより均一にプラズマを発生させることができる。プラズマ源５は平面視において重複領域Ｒ０よりも広い範囲でプラズマを発生させてもよい。これによれば、プラズマによる活性種をより均一に基板Ｗの第１主面に供給することができる。ひいては、成膜装置１００はより均一に基板Ｗの第１主面に対象膜を形成することができる。

【0106】

また、図１から図６に例示された流体ヘッド３では、第２流出口６ｃは鉛直管６５の先端部６６に形成されている。このため、鉛直管６５の内径（つまり、貫通流路６ｂ２の流路面積）を大きくしつつも、第２流出口６ｃの直径（つまり、開口面積）を小さくすることができる。鉛直管６５の内径が大きければ、第２原料ガスは鉛直管６５を流れやすい。一方で、第２流出口６ｃの直径が小さいので、第２流出口６ｃの周縁と第１流出口４ｃの周縁との間の距離を長くすることができる。このため、第１流出口４ｃから流出した活性種が第２流出口６ｃに到達する可能性を低減させることができる。

【0107】

もし仮に、多くの活性種が第２流出口６ｃに到達すると、活性種と第２原料ガスとが反応し、その化合物が第２流出口６ｃの近傍で先端部６６の内周面に形成される可能性がある。このような化合物膜によって、例えば第２流出口６ｃの開口面積が変動すると、複数の第２流出口６ｃからの流出される第２原料ガスの流量および流速がばらつき得る。これは、基板Ｗ上の対象膜の不均一を招き得る。上述の例では、第１流出口４ｃから流出した活性種が第２流出口６ｃに到達する可能性を低減させることができるので、このような不具合が発生する可能性を低減させることができる。

【0108】

また、図１の例では、鉛直管６５がプラズマ源５および第１流路部材４を貫通し、その先端部６６が第１流路部材４よりも鉛直下方に位置している。つまり、先端部６６に形成された各第２流出口６ｃは、第１流路部材４の下部に形成された各第１流出口４ｃよりも鉛直下方に位置している。さらに言い換えれば、各第２流出口６ｃは各第１流出口４ｃよりもサセプタ２１側に位置している。これによっても、第２流出口６ｃと第１流出口４ｃとの間の距離を長くすることができる。したがって、第１流出口４ｃから流出した活性種が第２流出口６ｃまで到達する可能性をさらに低減させることができる。

【0109】

＜仕切部材＞
流体ヘッド３の内部において、プラズマ室４ｂおよびガス流路６ｂは互いに仕切られている。上述の例では、プラズマ室４ｂおよびガス流路６ｂは、第２流路部材６の下板部６４、プラズマ源５、第２流路部材６の鉛直管６５および第１流路部材４の中空柱部４５によって互いに仕切られている。つまり、これらの部材が仕切部材として機能している。しかしながら、必ずしもこれに限らない。例えば、プラズマ源５がプラズマ室４ｂとガス流路６ｂの流路空間６ｂ１とを仕切る仕切部材として機能できるので、下板部６４は必ずしも設けられる必要はない。この場合、第２流路部材６の側壁６３の下端周縁がプラズマ源５に接続され得る。また、鉛直管６５および中空柱部４５は、プラズマ室４ｂとガス流路６ｂの貫通流路６ｂ２とを仕切る仕切部材として機能できる。このため、鉛直管６５および中空柱部４５の一方を省略してもよい。具体的には、例えば、鉛直管６５のうちの第１流路部材４よりも突出している突出部分以外の部分を省略してもよい。この場合、突出部分は第１流路部材４に接続され得る。あるは、中空柱部４５を省略してもよい。この場合には、第１流路部材４の下板部４４の各貫通穴の内周面は、対応する鉛直管６５の外周面に接続され得る。

【0110】

＜シールド＞
流体ヘッド３は、少なくともプラズマ室４ｂと貫通流路６ｂ２との間に設けられた導電性シールドを含んでいてもよい。例えば、第２流路部材６の各鉛直管６５のうち、少なくとも、プラズマ室４ｂと水平方向において隣り合う部分は、金属等の導電部材を含んでいてもよい。つまり、該部分は金属等の導電材料によって構成されてもよい。各鉛直管６５の該導電部材は貫通流路６ｂ２を囲む筒状の形状を有する。該導電部材は、プラズマ室４ｂおよび貫通流路６ｂ２を互いに電気的に遮蔽する導電性シールドとして機能することができる。

【0111】

各鉛直管６５の該導電部材は接地されていてもよい。これにより、シールド性能を向上させることができる。例えば、第２流路部材６の全体が金属等の導電部材によって構成され、第２流路部材６が所定の配線を通じて接地されていてもよい。

【0112】

このような構造によれば、プラズマ源５によるプラズマ用の電界はプラズマ室４ｂに発生するものの、導電性シールド（上記導電部材）によって、第２流路部材６の鉛直管６５内（つまり、貫通流路６ｂ２）には発生しにくい。プラズマ源５は鉛直下方にプラズマ用の電界を発生させるので、プラズマ源５と水平方向で隣り合う空間およびプラズマ源５よりも鉛直方向の空間には、プラズマ用の電界はほとんど発生しない。しかしながら、プラズマ源５がこれらの空間に電界を生じさせる場合には、第２流路部材６の全体が導電部材によって構成されるとよい。この場合、第２流路部材６の全体が導電性シールドとして機能する。よって、電界はガス流路６ｂの全体に生じにくく、第２原料ガスには該電界が作用しにくい。したがって、第２原料ガスへの不要な電界の印加を抑制することができ、第２原料ガスのプラズマ化を抑制することができる。また、第２原料ガスとともにキャリアガスが流体ヘッド３に供給される場合には、キャリアガスのプラズマ化も抑制することができる。

【0113】

＜流体ヘッドの他の具体例＞
図８は、第１の実施の形態にかかる流体ヘッド３の他の一例を概略的に示す図である。図８の例でも、流体ヘッド３は、第１流入口４ａ、プラズマ室４ｂ、複数の第１流出口４ｃ、第２流入口６ａ、ガス流路６ｂおよび複数の第２流出口６ｃを有している。ただし、図８の例では、流体ヘッド３はプラズマ源５Ａと流路部材６Ａとを含んでいる。

【0114】

流路部材６Ａは、プラズマ源５Ａへの電源の供給に利用される接続口６ｄの有無を除いて、第２流路部材６と同様の構成を有している。接続口６ｄについては後に説明する。

【0115】

図９は、図８の流体ヘッド３の各構成を分解して概略的に示す図であり、図１０は、図９のＸ－Ｘ断面を概略的に示す図である。図９の例では、プラズマ源５Ａはホローカソード放電型プラズマ源であり、第１電極５１０と第２電極５２１とを含んでいる。第１電極５１０および第２電極５２１は金属等の導電部材によって形成される。図９および図１０に示されるように、第１電極５１０は板状の形状を有している。図１０の例では、第１電極５１０は平面視において、基板Ｗと同心状の円形状を有している。第１電極５１０の直径は基板Ｗの直径以上であってもよい。

【0116】

第１電極５１０には、流路部材６Ａの複数の鉛直管６５がそれぞれ貫通する複数の貫通穴５１２が形成されている。各貫通穴５１２は第１電極５１０を鉛直方向に沿って貫通している。各貫通穴５１２は平面視において例えば円形状を有する。

【0117】

第１電極５１０のうちのサセプタ２１側の面（ここでは下面）には、複数の凹部５１１が形成されている。複数の凹部５１１は、貫通穴５１２とは異なる位置に形成される。図１０の例では、複数の凹部５１１は平面視で基板Ｗと重なる重複領域Ｒ０において、複数の貫通穴５１２とは異なる位置で２次元的に分散配置されている。複数の凹部５１１は重複領域Ｒ０の大部分と対向する領域において分散配置されていてもよい。より具体的な一例として、複数の凹部５１１は、基板Ｗの直径の２分の１以上の直径を有し基板Ｗと同心状の円領域において、分散配置され得る。

【0118】

図９および図１０の例では、各凹部５１１は、鉛直方向に沿って延びる柱状に形成されており、平面視において、例えば円形状を有している。図９の例では、各凹部５１１の深さは、各凹部５１１の底面と第１電極５１０の上面との間の厚みよりも大きい。第１電極５１０のうち各凹部５１１の周囲の部分は、いわゆるホローカソードを構成する。つまり、第１電極５１０は、平面視において２次元的に分散配置された複数のホローカソードを形成している。図９の例では、凹部５１１は第１流出口４ｃと鉛直方向において一対一で対向している。

【0119】

第２電極５２１は第１電極５１０に対してサセプタ２１側に位置している。ここでは、第２電極５２１は第１電極５１０よりも鉛直下方に位置している。第２電極５２１は板状の形状を有しており、平面視において、例えば基板Ｗと同心状の円形状を有している。第２電極５２１の直径は基板Ｗの直径以上であってもよい。第２電極５２１は、例えば、第１流路部材４の下板部４４と同様の形状を有する。第２電極５２１は導電性を有し、いわゆるアノードを形成している。

【0120】

第２電極５２１には、流路部材６Ａの複数の鉛直管６５がそれぞれ貫通する複数の貫通穴５２３が形成されている。貫通穴５２３は第２電極５２１を鉛直方向に沿って貫通している。各貫通穴５２３は平面視において例えば円形状を有する。第１電極５１０の貫通穴５１２および第２電極５２１の貫通穴５２３は、プラズマ源５Ａを貫通する貫通穴５ｄに相当する。

【0121】

図９の例では、第２電極５２１の周縁には側壁５２２が立設されている。側壁５２２は第２電極５２１の周縁の全周から第１電極５１０に向かって延びている。側壁５２２は第２電極５２１と同一材料で一体に構成されていてもよく、第２電極５２１と別材料で別体に構成されていてもよい。ここでは、側壁５２２は第２電極５２１と同一材料で一体に構成されている。

【0122】

図９の例では、第１電極５１０の周縁と側壁５２２との間には、絶縁部材５３３が設けられている。絶縁部材５３３は第１電極５１０と側壁５２２との間の絶縁を確保している。絶縁部材５３３は板状の形状を有しており、平面視においてリング状の形状を有する。絶縁部材５３３により、第１電極５１０と第２電極５２１との間の短絡を回避することができる。

【0123】

第１電極５１０、第２電極５２１および側壁５２２によって囲まれた空間はプラズマ室４ｂに相当する。つまり、プラズマ源５Ａの一部である第１電極５１０は、流路空間６ｂ１とプラズマ室４ｂとの間に設けられている。側壁５２２の一部には第１流入口４ａが形成されており、第２電極５２１には複数の第１流出口４ｃが形成されている。各第１流出口４ｃは第２電極５２１を鉛直方向に貫通する。

【0124】

第１電極５１０と第２電極５２１の間には、プラズマ用の電源５４０によってプラズマ用の電圧が印加される。図８の例では、第１電極５１０には電源５４０の第１出力端が電気的に接続され、電源５４０の第２出力端および第２電極５２１は接地されている。電源５４０は例えば高周波電圧を出力する。第１電極５１０と第２電極５２１との間に該電圧が印加されることにより、第１電極５１０と第２電極５２１との間のプラズマ室４ｂにはプラズマ用の電界が発生し、プラズマ室４ｂ内の第１原料ガスがプラズマ化する。プラズマ化による活性種は複数の第１流出口４ｃから流出する。

【0125】

次に、流路部材６Ａについて説明する。ここでは一例として、流路部材６Ａは導電部材によって形成されている。これにより、流路部材６Ａはガス流路６ｂを外部から電気的に遮蔽することができ、ガス流路６ｂにおいてプラズマ用の電界の発生を抑制することができる。流路部材６Ａが導電性を有する場合には、図８および図９に例示されるように、流体ヘッド３には、プラズマ源５Ａと流路部材６Ａとの間を絶縁する絶縁部材５３０が設けられるとよい。例えば図９に示されるように、絶縁部材５３０は板部５３１と複数の筒部５３２とを含んでいる。板部５３１は板状の形状を有しており、流路部材６Ａの中空板部６１とプラズマ源５Ａの第１電極５１０との間に設けられている。板部５３１は中空板部６１と第１電極５１０と間の絶縁を確保する。板部５３１は平面視において、例えば基板Ｗと同心状の円形状を有する。板部５３１の直径は中空板部６１および第１電極５１０の直径以上である。板部５３１には複数の貫通穴が形成されており、該複数の貫通穴には流路部材６Ａの複数の鉛直管６５がそれぞれ貫通する。

【0126】

複数の筒部５３２は筒状の形状を有しており、その上端口が板部５３１の各貫通穴と一致するように、板部５３１に接続される。複数の筒部５３２は板部５３１からサセプタ２１側に延びている。流路部材６Ａの複数の鉛直管６５は複数の筒部５３２をそれぞれ貫通する。筒部５３２は第１電極５１０と鉛直管６５との間、および、第２電極５２１と鉛直管６５との間に介在する。このため、筒部５３２は第１電極５１０と鉛直管６５との間の絶縁を確保できるとともに、第２電極５２１と鉛直管６５との間の絶縁も確保できる。言い換えれば、鉛直管６５を通じた第１電極５１０と第２電極５２１との短絡を回避することができる。

【0127】

図８の例では、流体ヘッド３には、第１電極５１０に通じる電源用の接続口６ｄが形成されている。接続口６ｄは、平面視において、複数の鉛直管６５とは異なる位置に形成されており、流路部材６Ａの中空板部６１および絶縁部材５３０の板部５３１を鉛直方向に貫通する。図９の例では、中空板部６１には、接続口６ｄを囲む中空柱部６７も設けられている。中空柱部６７は筒状の形状を有しており、その上端口が上板部６２に形成された貫通穴と一致し、かつ、その下端口が下板部６４に形成された貫通穴と一致するように、上板部６２および下板部６４を接続する。上板部６２の貫通穴、中空柱部６７および下板部６４の貫通穴は接続口６ｄのうちの上方部分に相当する。

【0128】

第１電極５１０は接続口６ｄにおいて配線５４１の一端に電気的に接続され、配線５４１の他端が電源５４０の第１出力端に電気的に接続される。

【0129】

図１１は、図８のＸＩ－ＸＩ断面を概略的に示す図である。図１１に示されるように、流体ヘッド３には複数の接続口６ｄが形成されてもよい。複数の接続口６ｄは平面視において異なる互いに位置に形成される。例えば、複数の接続口６ｄは周方向において等間隔で形成されてもよい。図８の例では、４つの接続口６ｄが、仮想的な正方形の各頂点に相当する位置にそれぞれ形成されている。

【0130】

第１電極５１０は各接続口６ｄにおいて配線５４１の一端に電気的に接続される。第１電極５１０が複数の接続口６ｄにおいてそれぞれ複数の配線５４１の一端に電気的に接続されるので、第１電極５１０には複数の位置で電圧が印加される。これによれば、第１電極５１０の電圧分布（電位分布）をより均一にすることができる。ひいては、プラズマ源５Ａは平面視においてより均一にプラズマを発生させることができる。

【0131】

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態にかかる成膜装置１００は、流体ヘッド３の構成を除いて、第１の実施の形態と同様の構成を有する。以下では、第２の実施の形態にかかる流体ヘッド３を流体ヘッド３Ａと呼ぶ。

【0132】

図１２は、第２の実施の形態にかかる流体ヘッド３Ａの構成の一例を概略的に示す断面図である。図１２の例では、流体ヘッド３Ａは第１流路部材４とプラズマ源５と第２流路部材６と冷却部３０をさらに含んでいる。

【0133】

冷却部３０はプラズマ源５を冷却する。図１２の例では、冷却部３０は、第２流路部材６の中空板部６１と、プラズマ源５との間に設けられている。冷却部３０には、第２流路部材６の複数の鉛直管６５（貫通流路６ｂ２）がそれぞれ貫通する複数の貫通穴３０ｄが形成されている。

【0134】

図１３は、冷却部３０の構成の一例を概略的に示す断面図である。図１３の例では、冷却部３０は冷媒式の冷却部であり、熱伝導性部材３１と冷媒配管３２と冷媒冷却部３３とを含んでいる。

【0135】

熱伝導性部材３１は、高い熱伝導率を有する材料によって構成されており、例えば金属等によって構成される。熱伝導性部材３１は板状の形状を有しており、その厚み方向が鉛直方向に沿う姿勢で設けられる。熱伝導性部材３１は平面視において、例えば基板Ｗと同心状の円形状を有している。熱伝導性部材３１の直径は例えばプラズマ源５（具体的には導波部材５１）の直径以上であってもよい。熱伝導性部材３１はプラズマ源５の導波部材５１と密着しているとよい。

【0136】

熱伝導性部材３１には複数の貫通穴３０ｄおよび冷媒流路３０ａが形成されている。複数の貫通穴３０ｄは、それぞれ複数の鉛直管６５と対向する位置に形成されており、熱伝導性部材３１を鉛直方向に貫通する。第２流路部材６の複数の鉛直管６５は冷却部３０の複数の貫通穴３０ｄをそれぞれ貫通する。

【0137】

図１３の例では、冷媒流路３０ａの上流端および下流端は熱伝導性部材３１の側面に形成される。冷媒流路３０ａは熱伝導性部材３１の内部において貫通穴３０ｄと干渉しないように延びており、図１３の例では、蛇行している。

【0138】

冷媒流路３０ａの上流端には冷媒配管３２の下流端が接続され、冷媒流路３０ａの下流端には冷媒配管３２の上流端が接続されている。水などの冷媒は冷媒配管３２および冷媒流路３０ａを流れて循環する。

【0139】

冷媒冷却部３３は、冷媒配管３２を流れる冷媒を冷却する。冷媒冷却部３３は例えばヒートポンプユニットであってもよい。冷媒冷却部３３で冷却された低温の冷媒は、冷媒流路３０ａにおいて熱伝導性部材３１と熱交換する。これにより、冷媒が熱伝導性部材３１から熱を受け取り、熱伝導性部材３１を冷却する。熱伝導性部材３１はプラズマ源５と熱交換して、プラズマ源５から熱を受け取るので、プラズマ源５を冷却することができる。一方、冷媒は熱伝導性部材３１から熱を受け取るので、冷媒の温度は上昇する。この冷媒は再び冷媒冷却部３３において冷却される。

【0140】

以上のように、流体ヘッド３Ａにおいては、冷却部３０がプラズマ源５を冷却する。これにより、プラズマ源５の温度上昇を抑制することができる。したがって、プラズマ源５および、その周囲の部材（例えば第１流路部材４）に生じる熱劣化を抑制することができる。

【0141】

また、上述の例では、冷却部３０がプラズマ源５に対してサセプタ２１とは反対側に設けられている。このため、冷却部３０は、プラズマ源５および第１流路部材４による基板Ｗへの活性種の発生および供給を阻害しない。また、冷却部３０は広い面積でプラズマ源５と対向することができ、広い面積でプラズマ源５を冷却することができる。このため、冷却部３０はより効果的にプラズマ源５を冷却することができる。

【0142】

また、冷却部３０は中空板部６１とプラズマ源５との間に設けられているので、プラズマ源５から中空板部６１への熱伝導を効果的に抑制することもできる。このため、中空板部６１内の流路空間６ｂ１において第２原料ガスが熱分解する可能性をさらに低減させることもできる。また、冷却部３０は中空板部６１を冷却してもよい。例えば熱伝導性部材３１が中空板部６１の下板部６４に密着する場合には、冷却部３０は効果的に中空板部６１を冷却することができる。

【0143】

なお、冷却部３０は中空板部６１とプラズマ源５との間に設けられる必要はない。例えば冷却部３０は中空板部６１に対してプラズマ源５とは反対側、ここでは、中空板部６１よりも鉛直上方に設けられてもよい。あるいは、第１の冷却部３０が中空板部６１よりも鉛直上方に設けられ、第２の冷却部３０が中空板部６１とプラズマ源５との間に設けられてもよい。

【0144】

また、図８の流体ヘッド３において、プラズマ源５Ａを冷却する冷却部３０が設けられてもよい。例えば冷却部３０は流路部材６Ａの中空板部６１とプラズマ源５Ａとの間に設けられ得る。

【0145】

＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態にかかる成膜装置１００の構成の一例は、第１または第２の実施の形態と同様である。ただし、第３の実施の形態では、流体ヘッド３の流路の構成が第１または第２の実施の形態にかかる流体ヘッド３と相違する。

【0146】

図１４は、第３の実施の形態にかかる流体ヘッド３の第２流路部材６の構成の一例を概略的に示す断面図である。図１４の例では、第２流路部材６の側壁６３には、複数の第２流入口６ａが形成されている。複数の第２流入口６ａは周方向で略等間隔に側壁６３に形成されている。この構造によれば、ガス流路６ｂ（具体的には流路空間６ｂ１）には複数の第２流入口６ａから第２原料ガスが流入する。このため、ガス流路６ｂ内の第２原料ガスの流れはより均一となり、第２原料ガスは複数の第２流出口６ｃからより均一に流出する。

【0147】

ところで、複数の第２流出口６ｃのうち外周側の第２流出口６ｃは、中央側の第２流出口６ｃよりも、いずれかの第２流入口６ａに近い。このため、第２原料ガスの流路の長さという観点では、第２原料ガスは外周側の第２流出口６ｃに到達しやすく、中央側の第２流出口６ｃには到達しにくい。つまり、流路の長さという観点では、第２原料ガスは外周側の第２流出口６ｃから流出しやすく、中央側の第２流出口６ｃから流出しにくい。このため、流路の長さという観点では、第２原料ガスは中央側の第２流出口６ｃよりもわずかに大きな流量で外周側の第２流出口６ｃから流出し得る。

【0148】

そこで、図１４の例では、中央側の第２流出口６ｃの開口面積が、外周側の第２流出口６ｃの開口面積よりも大きく設定されている。例えば、重複領域Ｒ０のうちの中央領域Ｒ１内の全ての第２流出口６ｃの開口面積は、重複領域Ｒ０のうちの中央領域Ｒ１よりも外側の外周領域Ｒ２内の全ての第２流出口６ｃの開口面積よりも大きい。このため、開口面積の大小という観点では、外周側の第２流出口６ｃから第２原料ガスが流出しにくく、中央側の第２流出口６ｃから第２原料ガスが流出しやすい。

【0149】

したがって、中央側および外周側の第２流出口６ｃから流出する第２原料ガスの流量のばらつきを低減させることができる。言い換えれば、第２原料ガスは複数の第２流出口６ｃからさらに均一に流出する。

【0150】

図１４の例では、複数の貫通流路６ｂ２のうちの中央側の貫通流路６ｂ２の流路面積は外周側の貫通流路６ｂ２の流路面積よりも大きい。より具体的な一例として、中央領域Ｒ１内の全ての貫通流路６ｂ２の流路面積は外周領域Ｒ２内の全ての貫通流路６ｂ２の流路面積よりも大きい。言い換えれば、中央領域Ｒ１内の各鉛直管６５の流路面積は外周領域Ｒ２の各鉛直管６５の流路面積よりも大きい。これによれば、複数の貫通流路６ｂ２の間での第２原料ガスの流量のばらつきも低減させることができる。ひいては、第２原料ガスは複数の第２流出口６ｃからさらに均一に流出する。

【0151】

なお、複数の第２流出口６ｃの間における第２原料ガスのばらつきを低減させるには、必ずしも中央側の第２流出口６ｃの開口面積を外周側の第２流出口６ｃの開口面積よりも大きく設定する必要はない。ここで、開口率を導入して説明する。開口率とは、所定領域内の第２流出口６ｃの開口面積の総和の、該所定領域の面積に対する比である。開口率が大きいほど、第２原料ガスは第２流出口６ｃを流れやすくなるので、中央側の第２流出口６ｃの開口率を外周側の第２流出口６ｃの開口率よりも大きくすればよい。

【0152】

図１５は、第３の実施の形態にかかる流体ヘッド３の第２流路部材６の構成の他の一例を概略的に示す断面図である。図１５の例では、中央領域Ｒ１内に位置する第２流出口６ｃどうしのピッチは、外周領域Ｒ２内に位置する第２流出口６ｃどうしのピッチよりも狭い。このため、中央領域Ｒ１における第２流出口６ｃの開口率は外周領域Ｒ２における第２流出口６ｃの開口率よりも大きい。したがって、中央側および外周側の第２流出口６ｃから流出する第２原料ガスの流量のばらつきを低減させることができる。言い換えれば、第２原料ガスは複数の第２流出口６ｃからさらに均一に流出する。

【0153】

図１６は、第３の実施の形態にかかる流体ヘッド３の構成の一例を概略的に示す断面図である。図１６の例では、第２流入口６ａは第２流路部材６の側壁６３のみならず上板部６２にも形成されている。具体的には、上板部６２の中央部に第２流入口６ａが形成されている。言い換えれば、流路空間６ｂ１の中央部の上部に第２流入口６ａが形成されている。上板部６２の第２流入口６ａは、例えば、基板Ｗの中心と鉛直方向において並ぶ位置に形成される。

【0154】

この構造によれば、ガス流路６ｂ（より具体的には流路空間６ｂ１）には、側部の複数の第２流入口６ａのみならず、中央部上方の第２流入口６ａからも、第２原料ガスが流入する。このため、ガス流路６ｂの流路空間６ｂ１内の第２原料ガスの流れをさらに均一化させることができる。したがって、第２原料ガスは複数の第２流出口６ｃからさらに均一に流出する。

【0155】

第１流出口４ｃの開口率も第２流出口６ｃと同様に設定されてもよい。図１７は、第３の実施の形態にかかる流体ヘッド３の第１流路部材４の構成の一例を概略的に示す断面図である。図１７の例では、第１流路部材４の側壁４３には、複数の第１流入口４ａが形成されている。複数の第１流入口４ａは周方向で略等間隔に側壁４３に形成されている。この構造によれば、プラズマ室４ｂには複数の第１流入口４ａから第１原料ガスが流入する。このため、プラズマ室４ｂ内の第１原料ガスの流れはより均一となり、第１原料ガス由来の活性種は複数の第１流出口４ｃからより均一に流出する。

【0156】

図１７の例では、中央側の第１流出口４ｃの開口率は、外周側の第１流出口４ｃの開口率よりも大きく設定されている。例えば、平面視において、中央領域Ｒ１内の全ての第１流出口４ｃの開口面積は、外周領域Ｒ２内の全ての第１流出口４ｃの開口面積よりも大きい。このため、開口面積の大小という観点では、外周側の第１流出口４ｃから第１原料ガス由来の活性種が流出しにくく、中央側の第１流出口４ｃから活性種が流出しやすい。したがって、中央側および外周側の第１流出口４ｃから流出する活性種の流量のばらつきを低減させることができる。言い換えれば、活性種は複数の第１流出口４ｃからさらに均一に流出する。

【0157】

なお、中央側の第１流出口４ｃのピッチが外周側の第１流出口４ｃのピッチよりも狭く設定されてもよい。

【0158】

また、上述の例では、第１流路部材４、プラズマ源５および第２流路部材６を含む流体ヘッド３について説明したものの、プラズマ源５Ａおよび流路部材６Ａを含む流体ヘッド３についても同様である。

【0159】

＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態にかかる成膜装置１００の構成の一例は、第１から第３の実施の形態のいずれかの構成と同様である。ただし、第４の実施の形態では、第２ガス供給部５０の構成が第１から第３の実施の形態にかかる第２ガス供給部５０と相違する。第２ガス供給部５０は、第２原料ガスおよびキャリアガスの両方を流体ヘッド３に供給する状態と、第２原料ガスを供給せずにキャリアガスを流体ヘッド３に供給する状態とを切り替えることができる。ここでいうキャリアガスとは、第２原料ガスを搬送するためのガスであり、不活性ガスである。不活性ガスとしては、例えば、アルゴンガス等の希ガスおよび窒素ガスの少なくともいずれか一方を適用することができる。

【0160】

図１８は、第４の実施の形態にかかる第２ガス供給部５０の構成の一例を概略的に示す図である。図１８の例では、第２ガス供給源５０４はガス供給管５０４１とガス供給管５０４２とバイパス菅５０４３と切替部５０４４と恒温槽５０５８とを含んでいる。

【0161】

恒温槽５０５８は密閉容器であり、第２原料ガスの液体（以下、第２原料液と呼ぶ）を貯留している。恒温槽５０５８は熱源を含んでおり、該熱源は第２原料液を加熱する。これにより、第２原料液の蒸発を促進させることができ、恒温槽５０５８内の空間のうち第２原料液よりも鉛直上方に第２原料ガスが充満する。

【0162】

ガス供給管５０４１の上流端は恒温槽５０５８に接続されている。具体的には、ガス供給管５０４１の上流端は、恒温槽５０５８の内部のうちの第２原料液よりも鉛直上方において開口している。ガス供給管５０４１の下流端は第２ガス供給管５０１の上流端に接続されている。

【0163】

ガス供給管５０４２の下流端は恒温槽５０５８に接続されている。図１８の例では、ガス供給管５０４２の下流端は恒温槽５０５８の内部において第２原料液に浸漬している。つまり、ガス供給管５０４２の下流端は第２原料液において開口している。ガス供給管５０４２の上流端はキャリアガス供給源５０４９に接続されている。キャリアガス供給源５０４９は、キャリアガスを貯留する貯留部（不図示）を含む。

【0164】

バイパス菅５０４３の上流端はガス供給管５０４２の途中に接続されており、バイパス菅５０４３の下流端は第２ガス供給管５０１の上流端に接続されている。

【0165】

切替部５０４４は制御部９によって制御され、次に説明する第１接続状態と第２接続状態とを切り替える。第１接続状態は、キャリアガス供給源５０４９からのキャリアガスがガス供給管５０４２、恒温槽５０５８およびガス供給管５０４１を通じて、第２ガス供給管５０１の上流端に供給される接続状態である。第１接続状態では、キャリアガスが恒温槽５０５８の内部に流入する。このため、恒温槽５０５８の内部の第２原料ガスおよびキャリアガスがガス供給管５０４１を通じて第２ガス供給管５０１の上流端に流入する。よって、第１接続状態においては、第２ガス供給管５０１を通じて第２原料ガスおよびキャリアガスが流体ヘッド３に供給される。したがって、第２原料ガスおよびキャリアガスが流体ヘッド３の複数の第２流出口６ｃから基板Ｗの第１主面に向かって流出する。

【0166】

第２接続状態は、キャリアガス供給源５０４９からのキャリアガスがバイパス菅５０４３を通じて第２ガス供給管５０１の上流端に供給される接続状態である。第２接続状態では、キャリアガスは恒温槽５０５８を迂回して第２ガス供給管５０１の上流端に流入する。したがって、第２接続状態においては、第２原料ガスは流体ヘッド３に供給されず、キャリアガスが流体ヘッド３に供給される。このため、キャリアガスのみが流体ヘッド３の複数の第２流出口６ｃから基板Ｗの第１主面に向かって流出する。

【0167】

図１８の例では、切替部５０４４はバルブ５０４５とバルブ５０４６とバルブ５０４７とを含んでいる。バルブ５０４５はガス供給管５０４１に介挿されており、バルブ５０４６はガス供給管５０４２のうちのバイパス菅５０４３と恒温槽５０５８との間の部分に介挿されており、バルブ５０４７はバイパス菅５０４３に介挿されている。バルブ５０４７が閉じ、バルブ５０４５およびバルブ５０４６が開くことにより、切替部５０４４は第１接続状態を実現できる。バルブ５０４７が開き、バルブ５０４５およびバルブ５０４６が閉じることにより、切替部５０４４は第２接続状態を実現できる。

【0168】

＜成膜装置の動作＞
次に、第４の実施の形態にかかる成膜装置１００の動作の一例について説明する。図１９は、第４の実施の形態にかかる成膜装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。つまり、図１９は、成膜方法の一例を示すフローチャートである。

【0169】

まず、外部の搬送装置によって基板Ｗがチャンバ１内に搬送される（ステップＳ１：搬入工程）。これにより、基板Ｗが水平姿勢でサセプタ２１上に載置される。次に、吸引部７がチャンバ１内のガスを吸引して、チャンバ１内の圧力を低下させ（ステップＳ２：減圧工程）、ヒータ８が基板Ｗを加熱する（ステップＳ３：加熱工程）。次に、基板保持部２が基板Ｗを回転軸線Ｑ１のまわりで回転させる（ステップＳ４：回転工程）。吸引部７によるチャンバ１の圧力調整、ヒータ８による基板Ｗの温度調整および基板保持部２による基板Ｗの回転は成膜処理が終了するまで継続され得る。

【0170】

次に、第１ガス供給部４０が第１原料ガスを流体ヘッド３に供給し、第２ガス供給部５０が第２電量ガスを供給せずにキャリアガスを流体ヘッド３に供給し、プラズマ源５がプラズマ用の電界を発生させる（ステップＳ５：プラズマ初期工程）。具体的には、まず、制御部９は、切替部５０４４に第２接続状態を実現させ、バルブ５０２を開く。これにより、第２ガス供給部５０は第２原料ガスを供給せずにキャリアガスを流体ヘッド３に供給する。よって、第２原料ガスは流体ヘッド３の複数の第２流出口６ｃから流出せずに、キャリアガスが複数の第２流出口６ｃから流出する。また、制御部９はバルブ４１２およびバルブ４２２を開く。これにより、第１ガス供給部４０は、窒素ガスおよび水素ガスを含む第１原料ガスを流体ヘッド３に供給する。よって、流体ヘッド３のプラズマ室４ｂに第１原料ガスが流入する。制御部９はプラズマ源５にプラズマ用の電界を発生させるので、第１原料ガスがプラズマ室４ｂにおいてプラズマ化する。このプラズマ化によって発生した活性種が複数の第１流出口４ｃから流出する。

【0171】

プラズマ源５の動作開始直後では、プラズマが安定しない。つまり、プラズマ源５の動作開始直後では、平面視において、プラズマが空間的に均一には生じずに、局所的に生じ得る。そこで、プラズマ初期工程においては、第２ガス供給部５０は未だ第２原料ガスを流体ヘッド３には供給せずに、キャリアガスを流体ヘッド３に供給している。このため、プラズマ初期工程では、第１原料ガスのプラズマ化が開始されつつも、プラズマが安定するまでは基板Ｗの第１主面での対象膜の形成は開始されない。

【0172】

また、プラズマ初期工程では、流体ヘッド３の第２流出口６ｃからはキャリアガスが流出するので、第１流出口４ｃから流出した活性種が第２流出口６ｃを通じてガス流路６ｂ内に流入することを抑制することができる。つまり、ガス流路６ｂ内に不要な活性種が混入することを抑制できる。もし仮に、ガス流路６ｂ内に活性種が混入すると、後述の次工程（成膜工程）において、ガス流路６ｂに第２原料ガスが流入したときに、第２原料ガスが活性種と反応し、第２流路部材６の内壁に不要な物質が析出する可能性がある。このような析出はガス流路６ｂの流路面積の変動を招くので好ましくない。

【0173】

これに対して、第４の実施の形態では、プラズマ初期工程において、キャリアガスが第２流出口６ｃから流出する。このため、ガス流路６ｂの流路面積の変動を抑制することができる。

【0174】

プラズマ初期工程の開始から所定期間が経過すると、第２ガス供給部５０は第２原料ガスおよびキャリアガスを流体ヘッド３に供給する（ステップＳ６：成膜工程）。所定期間は、プラズマの安定に要する期間以上の期間であり、例えば、予め設定される。つまり、第２ガス供給部５０はプラズマが安定した後に第２原料ガスを供給し始める。より具体的には、制御部９は切替部５０４４に第１接続状態を実現させる。これにより、第２ガス供給部５０は第２原料ガスおよびキャリアガスを流体ヘッド３に供給するので、流体ヘッド３の複数の第２流出口６ｃからは第２原料ガスおよびキャリアガスが流出する。

【0175】

つまり、該成膜工程において、流体ヘッド３は複数の第１流出口４ｃからより均一に活性種を流出させつつ、複数の第２流出口６ｃから第２原料ガスをより均一に流出させる。第２原料ガスは基板Ｗの第１主面で熱分解し、当該熱分解によって生成された成分が活性種と反応することで、基板Ｗの第１主面上に対象膜が形成される。

【0176】

成膜工程において、所定の膜厚で対象膜が形成されると、制御部９は成膜工程を終了させる。具体的には、制御部９は第１ガス供給部４０のバルブ４１２、バルブ４２２および第２ガス供給部５０のバルブ５０２を閉じ、プラズマ源５の動作を停止させる。また、制御部９は回転機構２３、ヒータ８および吸引部７の動作を停止させる。

【0177】

次に、搬送装置は基板Ｗをチャンバ１から搬出する（ステップＳ７：搬出工程）。具体的には、外部の搬送装置はサセプタ２１に載置された基板Ｗをチャンバ１から搬出する。

【0178】

以上のように、第４の実施の形態では、第２ガス供給部５０は、第１ガス供給部４０が第１原料ガスを供給しつつプラズマ源５が作動した時点から所定期間において、第２原料ガスを供給せずにキャリアガスを流体ヘッド３に供給し（プラズマ初期工程）、所定期間の経過後に第２原料ガスおよびキャリアガスを流体ヘッド３に供給する（成膜工程）。このため、プラズマが安定しない所定期間では、基板Ｗの第１主面上の対象膜の成膜処理が開始されず、対象膜の膜厚の不均一を抑制することができる。しかも、該所定期間において、第２流出口６ｃからキャリアガスが流出するので、第１流出口４ｃから流出した活性種の第２流出口６ｃへの流入を抑制することもできる。

【0179】

以上のように、成膜装置１００は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、この成膜装置１００がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。

【0180】

例えば、上述の例では、第１原料ガスとして、Ｖ族元素を含むガスを適用し、第２原料ガスとして、ＩＩＩ族元素を含む有機金属ガスを適用した。これにより、成膜装置１００は対象膜として、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体膜を基板Ｗの第１主面に形成できる。しかしながら、必ずしもこれに限らない。例えば、第１原料ガスとして酸素ガスを適用し、第２原料ガスとしてシランガスを適用してもよい。これによれば、成膜装置１００は対象膜としてシリコン酸化膜を基板Ｗの第１主面に形成することができる。

【符号の説明】

【0181】

１ チャンバ
１００ 成膜装置
２１ 載置台（サセプタ）
３，３Ａ 流体ヘッド
３０ 冷却部
４０ 第１ガス供給部
４ａ 第１流入口
４ｂ プラズマ室
４ｃ 第１流出口
５，５Ａ プラズマ源
５０ 第２ガス供給部
６５ 導電性シールド（鉛直管）
６ａ 第２流入口
６ｂ ガス流路
６ｂ１ 流路空間
６ｂ２ 貫通流路
６ｃ 第２流出口
８ ヒータ
Ｒ０ 重複領域
Ｒ１ 中央領域
Ｒ２ 外周領域
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】