(57)【要約】【課題】積層膜の上面を従来よりも平坦にすることができる半導体製造装置、半導体製造システムおよび半導体製造方法を提供する。【解決手段】半導体製造装置は、成膜部と、制御部とを備える。成膜部は、半導体基板上に積層膜を形成する。制御部は、成膜部を制御する。制御部は、下層膜に対して膜厚の傾向が反転した上層膜を形成するように成膜部を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に積層膜を形成する成膜部と、
前記成膜部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、下層膜に対して膜厚の傾向が反転した上層膜を形成するように前記成膜部を制御する、半導体製造装置。
【請求項２】
前記成膜部は、
前記半導体基板の互いに異なる位置に向けて成膜ガスを噴射する複数のガスノズルと、
前記半導体基板の互いに異なる位置を加熱する複数のヒータと、を備え、
前記制御部は、
前記成膜ガスの流量を前記ガスノズル毎に制御するマスフローコントローラと、
前記加熱の温度を前記ヒータ毎に制御するヒータ制御部と、を備える、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記下層膜の膜厚測定結果と、膜厚と成膜条件との対応関係を示す基礎データとに基づいて、前記上層膜の成膜条件を算出し、算出された当該成膜条件にしたがって前記上層膜を形成するように前記成膜部を制御する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記制御部は、更に、前記上層膜の上面を平坦にするための前記上層膜の膜厚目標値に基づいて、前記上層膜の成膜条件を算出する、請求項３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記積層膜の各層の成膜条件が記憶された記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記記憶部から取得された前記上層膜の成膜条件にしたがって前記上層膜を形成するように前記成膜部を制御する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
半導体基板上に積層膜を形成する成膜部および当該成膜部を制御する制御部を備える半導体製造装置と、
膜厚測定装置と、
膜厚と成膜条件との対応関係を示す基礎データのデータベースと、を備え、
前記制御部は、前記膜厚測定装置による下層膜の膜厚測定結果と、前記データベースの前記基礎データとに基づいて、上層膜の成膜条件を算出し、算出された当該成膜条件にしたがって前記下層膜に対して膜厚の傾向が反転した前記上層膜を形成するように、前記成膜部を制御する、半導体製造システム。
【請求項７】
半導体基板上に、下層膜に対して膜厚の傾向が反転した上層膜を含む積層膜を形成する、半導体製造方法。
【請求項８】
前記半導体基板上に、前記下層膜を形成し、
前記下層膜の膜厚測定を行い、
膜厚と成膜条件との対応関係を示す基礎データのデータベースから、前記基礎データを取得し、
取得された前記基礎データと前記下層膜の膜厚測定結果とに基づいて、前記上層膜の成膜条件を算出し、
算出された前記上層膜の成膜条件にしたがって前記上層膜を形成する、請求項７に記載の半導体製造方法。
【請求項９】
前記算出された上層膜の成膜条件を記憶部に記憶させ、
次回以降の前記上層膜の形成は、前記記憶部に記憶された前記成膜条件にしたがう、請求項８に記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明による実施形態は、半導体製造装置、半導体製造システムおよび半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層膜を有する半導体装置を製造する場合、単層膜を繰り返し成膜する積層成膜プロセスを実行する。
【０００３】
積層成膜プロセスにおいては、積層成膜プロセス後の加工（例えば、リソグラフィ）を容易にするために、積層膜の上面を平坦にすることが重要である。
【０００４】
しかし、成膜技術においては、単層成膜プロセスですら、ウェハ面内における膜厚の均一性（以下、面内均一性ともいう）を確保することが困難であった。
【０００５】
したがって、単層成膜プロセスを繰り返す積層成膜プロセスにおいては、自ずと積層膜の上面を平坦にすることが困難となる。なぜなら、積層膜のうち上層膜は、該上層膜自身の膜厚の不均一性に加えて下層膜の平坦性の悪さが影響することによって、下層膜以上に平坦性が悪化してしまうからである。この結果、積層成膜プロセスにおいては、単層成膜プロセス以上に積層膜の上面を平坦にすることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−４３２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
積層膜の上面を従来よりも平坦にすることができる半導体製造装置、半導体製造システムおよび半導体製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態による半導体製造装置は、成膜部と、制御部とを備える。成膜部は、半導体基板上に積層膜を形成する。制御部は、成膜部を制御する。制御部は、下層膜に対して膜厚の傾向が反転した上層膜を形成するように成膜部を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態を示す半導体製造システム１の構成の一例を示す模式図である。
【図２】図１の半導体製造システム１によって成膜される積層膜２０の構成の一例を示す断面図である。
【図３】図１の半導体製造システム１の成膜条件関連データを示す図である。
【図４】図１の半導体製造システム１の基礎データを示すグラフである。
【図５】図１の半導体製造システム１の成膜プロセス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】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１１】
図１は、本実施形態を示す半導体製造システム１の構成の一例を示す模式図である。図２は、図１の半導体製造システム１によって成膜される積層膜２０の一例を示す断面図である。半導体製造システム１は、半導体製造装置１０と、膜厚測定装置１００と、移動装置１０００とを備える。
【００１２】
半導体製造装置１０は、成膜部１１と、制御部１２と、基礎データベース１３と、成膜条件記憶部１４とを備える。成膜部１１は、図２に示すように、半導体基板２上に複数層の膜２１〜２６を積層した積層膜２０を形成する。制御部１２は、成膜部１１を制御する。基礎データベース１３は、膜厚と成膜条件との対応関係を示す基礎データを格納する。成膜条件記憶部１４は、後述する成膜条件関連データを記憶する。
【００１３】
（成膜部１１）
成膜部１１は、例えば、プラズマＣＶＤ装置であり、図示しない真空チャンバ内に、鉛直方向において互いに対向するシャワーヘッド電極（カソード）１１１とサセプタ（アノード）１１２とを有する。シャワーヘッド電極１１１の下面１１１ａと、サセプタ１１２の上面１１２ａとは、略同心円状に形成されており、両電極１１１、１１２間には、不図示の電源から高周波が印加されることによってプラズマが発生する。サセプタ１１２の上面１１２ａは、円板状の半導体基板２（ウェハ）が載置されるステージとなっており、該上面１１２ａには、半導体基板２が上面１１２ａと同心状に載置される。
【００１４】
シャワーヘッド電極１１１は、内部にガス室１１１１を有しており、このガス室１１１１には、配管１１３を通じてガス源１１４から成膜ガスが供給される。ガス室１１１１は、互いに直径が異なる同心円筒状の２つの隔壁１１１２ａ、１１１２ｂによって、中央部の分室１１１１ａ、中間部の分室１１１１ｂおよび端部の分室１１１１ｃに３分割されている。配管１１３は、各分室１１１１ａ〜ｃに成膜ガスを供給し得るように、３つに分岐されている。
【００１５】
シャワーヘッド電極１１１の下面１１１ａには、複数の貫通孔１１１３がガス室１１１１に連通するように形成されている。複数の貫通孔１１１３の配置は、分室１１１１ａ〜ｃの配置に対応するように、中央部、中間部および端部の３つのゾーンに区分されている。そして、これら３つのゾーンのいずれかに配置された貫通孔１１１３は、該貫通孔１１１３が属するゾーンのガスノズルＮ（ｃｎｔ、ｍｉｄ、ｅｄｇ）を構成している。
【００１６】
ここで、中央部のガスノズルＮｃｎｔは、中央部の分室１１１１ａに供給された成膜ガスを、サセプタ１１２に載置された半導体基板２の中央部（図２参照）に向けて噴射する。中間部のガスノズルＮｍｉｄは、中間部の分室１１１１ｂに供給された成膜ガスを、半導体基板２の中間部（図２参照）に向けて噴射する。端部のガスノズルＮｅｄｇは、端部の分室１１１１ｃに供給された成膜ガスを、半導体基板２の端部（図２参照）に向けて噴射する。噴射された成膜ガスは、電極１１１、１１２間に発生したプラズマによって分解されて、成膜種として半導体基板２の表面に達する。これにより半導体基板２に対する成膜が行われる。例えば、成膜ガスを変更しながら、単層膜の成膜を繰り返すことによって、材質の異なる膜同士を積層した積層膜２０が得られる。
【００１７】
３つのガスノズルＮには、後述する３つのマスフローコントローラ１２１によって成膜ガスの流量を個別に設定できる。これにより、各ノズルＮに対応する半導体基板２のゾーンごとに、膜厚を個別に調整できる。なぜならば、膜厚は成膜ガスの流量に依存し、流量が多いゾーンほど膜厚が厚くなるからである。このように、各ノズルＮに対応する半導体基板２のゾーンごとに膜厚を個別に調整することで、積層膜２０の各層の膜厚の傾向（以下、面内傾向ともいう）を調整することができる。なお、ガスノズルは、３つに限定されず、ガス室の分割数に応じて種々変更することができる。
【００１８】
一方、サセプタ１１２には、成膜レートを高めるために、１２個のヒータＨ（ｃｌｆ、ｃｌｒ、ｃｒｆ、ｃｒｒ、ｍｌｆ、ｍｌｒ、ｍｒｆ、ｍｒｒ、ｅｌｆ、ｅｌｒ、ｅｒｆ、ｅｒｒ）が内蔵されている。各ヒータＨは、例えば、通電によって発熱するカーボン板である。ヒータＨの配置は、サセプタ１１２の上面１１２ａを同心円状に３分割するとともに前後左右に４分割した計１２の分割ゾーンに対応する。
【００１９】
Ｈｃｌｆは、サセプタ１１２の上面１１２ａにおける中央部の左前部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｃｌｒは、中央部の左後部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｃｒｆは、中央部の右前部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｃｒｒは、中央部の右後部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｍｌｆは、中間部の左前部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｍｌｒは、中間部の左後部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｍｒｆは、中間部の右前部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｍｒｒは、中間部の右後部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｅｌｆは、端部の左前部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｅｌｒは、端部の左後部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｅｒｆは、端部の右前部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。Ｈｅｒｒは、端部の右後部のゾーンに位置する半導体基板２の部位を加熱する。
【００２０】
１２個のヒータＨには、後述する１２個のヒータ制御部１２２によって加熱の温度を個別に設定できる。これにより、各ヒータＨに対応する半導体基板２の部位ごとに、膜厚を個別に調整できる。なぜならば、膜厚は半導体基板２の温度に依存し、該温度が高いほど膜厚が厚くなるからである。このように、各ヒータＨに対応する半導体基板２の部位ごとに膜厚を個別に調整することで、３つのガスノズルＮとともに、積層膜２０の各層の面内傾向を更に細かく調整することができる。
【００２１】
本実施形態によれば、膜厚の調整を、ヒータＨの個数に依存して１２個の分割ゾーンに分割して行うことができる。なお、ヒータは、１２個に限定されず、種々変更することができる。また、本実施形態においては、ヒータＨの個数がガスノズルＮの個数より多いことによって、分割ゾーンの数がヒータＨの個数に依存するが、ガスノズルＮの個数をヒータＨの個数より多くして、分割ゾーンの数をガスノズルＮの個数に依存させてもよい。
【００２２】
移動装置１０００は、半導体基板２を、成膜部１１と膜厚測定装置１００との間において移動させることができる。移動装置１０００は、例えば、ウェハを収容するフープの自動搬送機構である。移動装置１０００は、積層成膜プロセスの過程で、単層膜が成膜される度に半導体基板２を膜厚測定装置１００に搬送する。膜厚測定装置１００は、移動装置１０００によって搬送された半導体基板２上の最上層の膜厚を測定し、測定結果を制御部１２に通知する。このような移動装置１０００および膜厚測定装置１００の動作は、制御部１２が制御する。膜厚測定と成膜との関係は後述する。
【００２３】
（制御部１２）
制御部１２は、３つのガスノズルＮにそれぞれ対応する３つのマスフローコントローラ１２１（ｃｎｔ、ｍｉｄ、ｅｄｇ）を備える。また、制御部１２は、１２個のヒータＨにそれぞれ対応する１２個のヒータ制御部１２２（ｃｌｆ、ｃｌｒ、ｃｒｆ、ｃｒｒ、ｍｌｆ、ｍｌｒ、ｍｒｆ、ｍｒｒ、ｅｌｆ、ｅｌｒ、ｅｒｆ、ｅｒｒ）を備える。また、制御部１２は、システムコントローラ１２３を備える。システムコントローラ１２３は、膜厚測定装置１００の膜厚測定結果に基づいて、マスフローコントローラ１２１およびヒータ制御部１２２を制御する。システムコントローラ１２３は、１台のコンピュータによって構成してもよく、または、成膜部１１、膜厚測定装置１００、基礎データベース１３および移動装置１０００をそれぞれ管理する複数台のコンピュータを互いに連携させることによって構成してもよい。
【００２４】
各マスフローコントローラ１２１は、システムコントローラ１２３の制御により、成膜ガスの流量を、対応するガスノズルＮ毎に制御する。各マスフローコントローラ１２１は、膜厚測定装置１００による下層膜の膜厚測定結果に基づいて、下層膜に対して面内傾向が反転した上層膜を形成するように、対応するガスノズルＮを制御する。
【００２５】
例えば、各マスフローコントローラ１２１は、下層膜の膜厚が、中央部から端部に向かって薄くなる場合には、上層膜の膜厚が中央部から端部に向かって厚くなるように、各ガスノズルＮを制御する。この場合、マスフローコントローラ１２１は、中央部のガスノズルＮｃｎｔの流量を最小にし、端部のガスノズルＮｅｄｇの流量を最大にしてよい。
【００２６】
各ヒータ制御部１２２は、システムコントローラ１２３の制御により、加熱の温度を対応するヒータＨ毎に制御する。各ヒータ制御部１２２は、膜厚測定装置１００による下層膜の膜厚測定結果に基づいて、下層膜に対して面内傾向が反転した上層膜を形成するように、対応するヒータＨを制御する。
【００２７】
例えば、下層膜の膜厚が、前述した端部の左前部のゾーンから端部の右後部のゾーンに向かって薄くなるとともに、端部の右前部のゾーンから端部の左後部のゾーンに向かって厚くなる場合を考える。この場合、各ヒータ制御部１２２は、上層膜の膜厚が、端部の左前部のゾーンから端部の右後部のゾーンに向かって厚くなるとともに、端部の右前部のゾーンから端部の左後部のゾーンに向かって薄くなるように、各ヒータＨを制御してよい。この場合、ヒータ制御部１２２は、例えば、端部の右後部または右前部に対応するヒータＨｅｒｒ、Ｈｅｒｆの温度を最大にし、端部の左前部または左後部に対応するヒータＨｅｌｆ、Ｈｅｌｒの温度を最小にしてもよい。
【００２８】
システムコントローラ１２３によるマスフローコントローラ１２１およびヒータ制御部１２２の制御には、基礎データベース１３に格納された基礎データおよび成膜条件記憶部１４に記憶された成膜条件関連データが用いられるが、詳細は後述する。
【００２９】
もし、面内傾向が同一の単層膜の成膜を繰り返すことによって積層膜を得ようとする場合、層が重なることにともなって膜の上面がより平坦でなくなっていく。例えば、膜の中央部から端部に向かって膜厚が薄くなるという面内傾向を仮定すると、上層膜の方が、下層膜よりも、半導体基板２の上面を基準とした中央部の高さと端部の高さとの差が大きくなる（すなわち、平坦でなくなる）。
【００３０】
これに対して、本実施形態では、下層膜の面内傾向に対して上層膜の面内傾向を反転することができるので、下層膜の面内傾向を上層膜の面内傾向によって吸収することができる。この結果、積層膜の各層の上面を従来よりも平坦にすることができる。
【００３１】
次に、図３〜図５を参照して、図１の半導体製造システム１の成膜プロセスについて説明する。
【００３２】
図３（Ａ）は、図１の半導体製造システム１の成膜条件関連データにおける成膜条件データを示す図である。図３（Ｂ）は、成膜条件関連データにおける膜厚測定結果データを示す図である。図３（Ｃ）は、成膜条件関連データにおける次層膜厚目標値データを示す図である。図４（Ａ）は、図１の半導体製造システム１の基礎データとして、ガスノズルＮのガス流量（横軸）と膜厚（縦軸）との関数を模式的に示すグラフである。図４（Ｂ）は、図１の半導体製造システム１の基礎データとして、ヒータＨの加熱温度（横軸）と膜厚（縦軸）との関数を模式的に示すグラフである。図５は、図１の半導体製造システム１の成膜プロセスを示すフローチャートである。
【００３３】
（成膜条件関連データ）
成膜条件関連データは、図３（Ａ）の成膜条件データＤａと、図３（Ｂ）の膜厚測定結果データＤｂと、図３（Ｃ）の次層膜厚目標値データＤｃとによって構成されている。
【００３４】
図３（Ａ）の成膜条件データＤａは、積層膜２０の層ごとの成膜条件を示すテーブルであり、１層目の成膜条件値ａ１、２層目の成膜条件値ａ２、３層目の成膜条件値ａ３などによって構成される。各層の成膜条件値（ａ１、ａ２、ａ３、・・・）は、各層を成膜する際のゾーン毎のガスノズルＮのガス流量（ｓｃｃｍ）およびゾーン毎のヒータＨの加熱温度（℃）を示す。なお、成膜条件データＤａは、更に、電極１１１、１１２間に印加する高周波のパワー（Ｗ）や真空チャンバ内の圧力（Ｐａ）などを示してよい。
【００３５】
膜厚測定結果データＤｂは、膜厚測定装置１００による積層膜２０の各層のゾーン毎の膜厚測定結果（ｎｍ）を示すテーブルであり、１層目の膜厚測定値ｂ１、２層目の膜厚測定値ｂ２、３層目の膜厚測定値ｂ３などによって構成される。
【００３６】
次層膜厚目標値データＤｃは、積層膜２０の各層のゾーン毎の次層の膜厚の目標値（ｎｍ）を示すテーブルであり、１層目の次層膜厚目標値ｃ１、２層目の次層膜厚目標値ｃ２、３層目の次層膜厚目標値ｃ３などによって構成される。
【００３７】
成膜条件関連データは、成膜条件データＤａにおける１層目の成膜条件値ａ１がデフォルト設定されている。成膜条件関連データの他の値については、積層成膜プロセスの進行に応じて逐次登録される。この登録は、システムコントローラ１２３が行ってよい。
【００３８】
（基礎データ）
図４（Ａ）の関数は、例えば、膜厚ＴＨ１（ｎｍ）を得るためのガスノズルＮのガス流量が、Ｑ１（ｓｃｃｍ）であることを示す。図４（Ｂ）の関数は、例えば、膜厚ＴＨ１（ｎｍ）を得るためのヒータＨの加熱温度が、Ｔ１（℃）であることを示す。このような図４（Ａ）、（Ｂ）の関数を示す基礎データによれば、膜厚ＴＨ１（ｎｍ）を得るための成膜条件として、ガスノズルＮのガス流量およびヒータＨの加熱温度が一義的に求まる。ただし、図４（Ａ）、（Ｂ）は、基礎データの一部を代表的に示したものにすぎず、実際は、分割ゾーンに応じて関数が異なり得る。基礎データは、実験などによって予め取得されたデータでよい。また、システムコントローラ１２３は、膜厚測定装置１００の測定結果に基づいて基礎データを修正してもよい。
【００３９】
基礎データは、関数に限定されず、例えば、ガス流量および加熱温度と膜厚との関係を示すテーブルであってもよい。テーブルにおいては、膜厚のデータおよび膜厚に対応するガス流量および加熱温度のデータが、それぞれ一定間隔おきの離散的なデータになり得る。しかし、この場合でも、線形補間法などによってデータ中にない膜厚、ガス流量、加熱温度を補間演算すれば、基礎データのデータサイズを抑えながら任意の膜厚に応じた成膜条件を網羅することが可能である。
【００４０】
（プロセスフロー）
図５の第１のステップ（Ｓ１）において、成膜部１１は、サセプタ１１２に載置された半導体基板２に対して、１層目の成膜を行う。
【００４１】
このとき、システムコントローラ１２３は、成膜条件記憶部１４から図３（Ａ）の成膜条件データＤａを読み出して、１層目の成膜条件値ａ１を取得する。そして、システムコントローラ１２３は、取得された１層目の成膜条件値ａ１に対応した制御指令信号を、各マスフローコントローラ１２１および各ヒータ制御部１２２に出力する。これにより、各マスフローコントローラ１２１は、対応するガスノズルＮによるガス流量を、制御指令信号に示されるガス流量に制御する。また、各ヒータ制御部１２２は、対応するヒータＨの加熱温度を、制御指令信号に示される加熱温度に制御する。
【００４２】
このようにして１層目の成膜が完了した後に、システムコントローラ１２３は、移動装置１０００を制御して、移動装置１０００に、１層目の成膜済みの半導体基板２を、成膜部１１から膜厚測定装置１００へと移送させる。
【００４３】
次いで、第２のステップ（Ｓ２）において、膜厚測定装置１００は、移動装置１０００から移送された１層目の成膜済みの半導体基板２に対して、１層目の膜厚測定を行う。この膜厚測定は、システムコントローラ１２３によって制御する。膜厚測定装置１００は、１層目の膜厚を、複数の分割ゾーンのすべてにわたって測定し、測定結果をシステムコントローラ１２３に通知する。なお、システムコントローラ１２３は、サセプタ１１２上での半導体基板２の位置および向きと、膜厚測定装置１００上での半導体基板２の位置および向きとの対応関係を、例えば座標情報などによって予め把握している。したがって、システムコントローラ１２３は、膜厚測定装置１００の測定結果が、どの分割ゾーンの測定結果であるのかを認識することができる。
【００４４】
膜厚測定装置１００による測定結果の通知後、システムコントローラ１２３は、通知された測定結果を、図３（Ｂ）の膜厚測定結果データＤｂにおける１層目の膜厚測定値ｂ１として登録する。
【００４５】
次いで、第３のステップ（Ｓ３）において、システムコントローラ１２３は、２層目の成膜条件の自動選定を行う。
【００４６】
具体的には、システムコントローラ１２３は、先ず、図３（Ｃ）の次層膜厚目標値データＤｃにおける１層目の次層膜厚目標値ｃ１を取得する。この１層目の次層膜厚目標値ｃ１は、２層目の膜の上面を平坦すなわち水平にするための目標値である。
【００４７】
システムコントローラ１２３は、図３（Ｃ）の１層目の次層膜厚目標値ｃ１を不図示の入力装置の入力データとして取得してもよく、または、システムコントローラ１２３の自動計算によって取得してもよい。
【００４８】
システムコントローラ１２３は、入力データに基づいて図３（Ｃ）の１層目の次層膜厚目標値ｃ１を取得する場合には、該目標値ｃ１の入力画面をディスプレイに表示して、該入力画面に対する該目標値ｃ１の入力が確定されるまで、成膜プロセスの進行を待機してよい。
【００４９】
一方、図３（Ｃ）の１層目の次層膜厚目標値ｃ１を自動計算によって取得する構成を採用する場合には、予め、２層目の膜の上面の高さを設定した２層目の高さデータを成膜条件記憶部１４に記憶させておけばよい。２層目の高さデータは、固定されたデータおよび入力装置によって可変なデータのいずれでもよい。システムコントローラ１２３は、２層目の高さデータを成膜条件記憶部１４から読み出し、２層目の膜の上面の高さと、図３（ｂ）の１層目の膜厚測定値ｂ１との差分を、図３（Ｃ）の１層目の次層膜厚目標値ｃ１として算出してよい。なお、このような自動計算によって図３（Ｃ）の次層膜厚目標値データＤｃの全層の次層膜厚目標値を取得する場合には、３層目以降の膜についても、膜の上面の高さを設定した高さデータを予め成膜条件記憶部１４に記憶させておけばよい。
【００５０】
以上のようにして取得される図３（Ｃ）の１層目の次層膜厚目標値ｃ１は、目的とする平坦な２層目の膜の上面の高さから、面内傾向を有する１層目の膜厚を減じた値に相当するので、１層目の面内傾向を反転した面内傾向を示す。
【００５１】
図３（Ｃ）の１層目の次層膜厚目標値ｃ１の取得後、システムコントローラ１２３は、基礎データベース１３から基礎データを読み出し、読み出された基礎データを参照することで、該目標値ｃ１が得られるような成膜条件（ガス流量、加熱温度）を決定する。そして、システムコントローラ１２３は、決定した成膜条件を、図３（Ａ）の２層目の成膜条件値ａ２として、図３（Ａ）の成膜条件データＤａに登録する。
【００５２】
なお、移動装置１０００は、第３のステップ（Ｓ３）に前後して、１層目の膜厚測定（Ｓ２）済みの半導体基板２を、膜厚測定装置１００からサセプタ１１２上に戻す。このとき、移動装置１０００は、サセプタ１１２上における半導体基板２の位置および向きを、１層目の成膜時における位置および向きと一致させる。
【００５３】
次いで、第４のステップ（Ｓ４）において、成膜部１１は、サセプタ１１２上に戻された半導体基板２に対して、図３（Ａ）の２層目の成膜条件値ａ２を用いた２層目の成膜を行う。
【００５４】
このとき、システムコントローラ１２３は、図３（Ａ）の成膜条件データＤａを読み出して、第３のステップ（Ｓ３）において登録された図３（Ａ）の２層目の成膜条件値ａ２を取得する。そして、システムコントローラ１２３は、取得された図３（Ａ）の２層目の成膜条件値ａ２に対応した制御指令信号を、各マスフローコントローラ１２１および各ヒータ制御部１２２に出力する。
【００５５】
これにより、各マスフローコントローラ１２１は、１層目に対して面内傾向が反転した２層目を形成するように各ノズルＮのガス流量を制御する。また、各ヒータ制御部１２２は、１層目に対して面内傾向が反転した２層目を形成するように各ヒータＨの加熱温度を制御する。これにより、１層目に対して面内傾向が反転した２層目が形成される。
【００５６】
もし、２層目の面内傾向が１層目の面内傾向と同じ場合には、２層目の上面は、１層目の上面よりも更に平坦でなくなってしまう。しかし、本実施形態では、２層目の面内傾向を１層目に対して反転することができるので、２層目の上面を１層目の上面よりも平坦にすることができる。
【００５７】
第４のステップ（Ｓ４）の後は、第５のステップ（Ｓ５）および第６のステップ（Ｓ６）を順に実行する。第５のステップ（Ｓ５）において、膜厚測定装置１００は、２層目に対する膜厚測定を実行し、測定結果を、図３（Ｂ）の膜厚測定結果データＤｂにおける２層目の膜厚測定値ｂ２として登録する。第６のステップ（Ｓ６）において、システムコントローラ１２３は、図３（Ｂ）の２層目の膜厚測定値ｂ２を用いて図３（Ｃ）の２層目の次層膜厚目標値ｃ２を取得し、該目標値ｃ２と基礎データとを用いて３層目の成膜条件の自動選定を行う。そして、システムコントローラ１２３は、選定された３層目の成膜条件を、図３（Ａ）の成膜条件データＤａにおける３層目の成膜条件値ａ３として登録する。その後は、成膜、膜厚測定、成膜条件の自動選定の各工程を、最上層の成膜すなわち積層膜２０の成膜が完了するまで繰り返す。
【００５８】
システムコントローラ１２３は、以上のような膜厚測定および成膜条件の自動選定をともなう積層膜２０の成膜が１回完了した時点で、図３（Ａ）の成膜条件データＤａにおける全ての層についての成膜条件値を登録している。
【００５９】
ここで、図３（Ａ）の成膜条件データＤａの各層の成膜条件値は、デフォルトまたは図３（Ｂ）の膜厚測定結果データＤｂの膜厚測定値にしたがって図３（Ｃ）の次層膜厚目標値データＤｃの次層膜厚目標値を達成し得るように算出したものである。したがって、図３（Ａ）の成膜条件データＤａの各層の成膜条件値をそのまま利用して成膜を行えば、図３（Ｃ）の次層膜厚目標値データＤｃの各層の次層膜厚目標値を達成し得る。
【００６０】
そこで、２回目以降の積層膜２０の成膜は、図３（Ａ）の成膜条件データＤａに登録された各層の成膜条件値に基づいて行ってよい。このような図３（Ａ）の成膜条件データＤａに基づく２回目以降の積層膜２０の成膜は、システムコントローラ１２３が制御してよい。これにより、１回目の成膜時のように膜厚測定や膜厚測定結果に基づく成膜条件の算出を行うことを要しなくなるので、積層膜２０を迅速に形成することができる。この結果、量産に適した積層成膜が可能となる。
【００６１】
本実施形態によれば、下層膜に対して面内傾向が反転した上層膜を成膜することによって、たとえ、層ごとの面内均一性（すなわち、個々の膜厚の均一性）を確保することが困難であっても、積層膜２０の各層の上面を従来よりも平坦にすることができる。また、積層膜２０の全体としての面内均一性を確保することができる。
【００６２】
なお、本実施形態は、３次元積層型メモリの積層型ゲート電極にも適用することができる。例えば、積層型ゲート電極は、シリコン層とシリコン酸化膜とを交互に積層することによって形成されている。このような積層型ゲート電極の上面を平坦にするために本実施形態を適用することができる。積層型ゲート電極の上面が平坦であることによって、積層型ゲート電極を貫通するメモリホールが容易に形成可能となる。
【００６３】
また、下層膜の面内傾向に対する上層膜の面内傾向の反転は、必ずしも連続的に行うことに限定されず、複数層置きに行ってもよい。また、複数層の下層膜の面内傾向を、一層の上層膜の面内傾向によって吸収し得るように、または、一層の下層膜の面内傾向を、複数の上層膜の面内傾向によって吸収し得るように、各層の面内傾向の反転の度合いを調整してもよい。
【００６４】
また、図３（Ａ）の成膜条件データＤａは、該成膜条件データを登録した半導体製造システム１の半導体製造装置１０自身が利用するだけでなく、該半導体製造装置１０と同一の成膜環境（例えば、装置の機種や積層膜の構造など）において積層成膜を行う他の半導体製造装置が利用することもできる。この場合、図３（Ａ）の成膜条件データＤａを、該データそのものの態様、あるいは、該データに基づいて作成した積層成膜プログラムの態様で、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納してもよい。ここで、積層成膜プログラムは、コンピュータに、図３（Ａ）の成膜条件データＤａを記録した記録媒体から該データＤａを読み出す手順と、読み出した該データＤａのうち積層膜の該当する層の成膜条件値にしたがって該当する層を成膜するように成膜部１１を制御することを、全層の成膜完了まで繰り返す手順と、を実行させるためのプログラムである。そして、記録媒体に収納した図３（Ａ）の成膜条件データＤａまたは積層成膜プログラムを、他の半導体製造装置のコンピュータに読み込ませて積層成膜プロセスに利用させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。また、図３（Ａ）の成膜条件データＤａまたは積層成膜プログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同成膜条件データＤａまたは積層成膜プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１０  半導体製造装置
１１  成膜部
１２  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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