(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の膜と、前記第１の膜上に形成された第２の膜とを有する試料にエネルギー線を照射して前記第１の膜を溶融し、
前記第１の膜が溶融する際の体積変化によって前記第２の膜を破壊し、
前記第２の膜が破壊されたときの前記第１の膜の溶融部分の体積に基づいて、前記第２の膜の強度を算出する
ことを特徴とする薄膜強度測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜強度測定方法において、
前記試料は、前記第１の膜と前記第２の膜との間に、前記第１の膜よりも融点が高く、前記第１の膜よりも前記レーザ光の吸収率が高い第３の膜を更に有し、前記第３の膜に前記エネルギー線を照射して発熱させることにより、前記第１の膜を溶融する
ことを特徴とする薄膜強度測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の薄膜強度測定方法において、
前記第２の膜が破壊された後の前記第１の膜の気化による体積変化を考慮して、前記第１の膜の前記溶融部分の体積を算出する
ことを特徴とする薄膜強度測定方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薄膜強度測定方法において、
前記第２の膜の材料による吸収帯域外の波長を有する前記エネルギー線を照射する
ことを特徴とする薄膜強度測定方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の薄膜強度測定方法において、
前記エネルギー線はレーザ光であり、前記第２の膜上から前記レーザ光を照射することにより前記第１の膜を溶融する
ことを特徴とする薄膜強度測定方法。
【請求項６】
請求項５記載の薄膜強度測定方法において、
矩形波又は三角波の波形を有する前記レーザ光を照射する
ことを特徴とする薄膜強度測定方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の薄膜強度測定方法において、
前記レーザ光の照射時間を１〜１００ｎｓの範囲内に設定する
ことを特徴とする薄膜強度測定方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の薄膜強度測定方法において、
照射する前記レーザ光のエネルギーの総量を０．１〜１０μＪの範囲内に設定する
ことを特徴とする薄膜強度測定方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の薄膜強度測定方法において、
前記第１の膜は、半導体装置内に形成された配線層であり、
前記第２の膜は、前記配線層上に形成された絶縁膜である
ことを特徴とする薄膜強度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の機械的強度を測定する薄膜強度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外力に対する材料の強度等の力学的特性を的確に把握することは、技術分野を問わず、装置の設計等において非常に重要な要素のひとつとなっている。
【０００３】
衝撃的な応力に対する材料の強度を表す指標としては、シャルピー試験等の衝撃試験により求められる破壊のエネルギーが広く用いられている。
【０００４】
シャルピー試験では、ある材料の試験片を所定の間隔で隔てられた二つの支持台で支える。試験片は切り欠き部を有しており、この切り欠き部を支持台間の中央に合わせる。そして、切り欠き部の背面に、ある軸の周りを回転するハンマーを衝突し、試験片を破壊する。試験片の破壊前後におけるハンマーの有するエネルギーを比較することにより、破壊に要したエネルギーを求めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の衝撃試験を行うためには、試料としてある程度の大きさを要する。したがって、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）や半導体装置等における薄膜のような微細試料については、従来の衝撃試験を適用することができなかった。また、薄膜のような微細試料の場合、その破壊に要するエネルギーも小さいため、測定自体が困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、微細試料、特に薄膜試料における衝撃的な応力に対する強度を測定しうる薄膜強度測定方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、第１の膜と、前記第１の膜上に形成された第２の膜とを有する試料にエネルギー線を照射して前記第１の膜を溶融し、前記第１の膜が溶融する際の体積変化によって前記第２の膜を破壊し、前記第２の膜が破壊されたときの前記第１の膜の溶融部分の体積に基づいて、前記第２の膜の強度を算出することを特徴とする薄膜強度測定方法によって達成される。
【０００８】
また、上記の薄膜強度測定方法において、前記試料は、前記第１の膜と前記第２の膜との間に、前記第１の膜よりも融点が高く、前記第１の膜よりも前記レーザ光の吸収率が高い第３の膜を更に有し、前記第３の膜に前記エネルギー線を照射して発熱させることにより、前記第１の膜を溶融するようにしてもよい。
【０００９】
また、上記の薄膜強度測定方法において、前記第２の膜が破壊された後の前記第１の膜の気化による体積変化を考慮して、前記第１の膜の前記溶融部分の体積を算出するようにしてもよい。
【００１０】
また、上記の薄膜強度測定方法において、前記第２の膜の材料による吸収帯域外の波長を有する前記エネルギー線を照射するようにしてもよい。
【００１１】
また、上記の薄膜強度測定方法において、前記エネルギー線はレーザ光であり、前記第２の膜上から前記レーザ光を照射することにより前記第１の膜を溶融するようにしてもよい。
【００１２】
また、上記の薄膜強度測定方法において、矩形波又は三角波の波形を有する前記レーザ光を照射するようにしてもよい。
【００１３】
また、上記の薄膜強度測定方法において、前記レーザ光の照射時間を１〜１００ｎｓの範囲内に設定するようにしてもよい。
【００１４】
また、上記の薄膜強度測定方法において、照射する前記レーザ光のエネルギーの総量を０．１〜１０μＪの範囲内に設定するようにしてもよい。
【００１５】
また、上記の薄膜強度測定方法において、前記第１の膜は、半導体装置内に形成された配線層であり、前記第２の膜は、前記配線層上に形成された絶縁膜であってもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［本発明の原理］
本発明の薄膜強度測定方法の原理について説明する。
【００１７】
薄膜の強度を測定するためには、薄膜に応力を加え、この応力によって薄膜が破壊されるときの圧力を算出する必要がある。しかしながら、上述の通り、測定対象の薄膜が半導体装置の層間膜等のような場合には、そのサイズや構造等の理由から従来の衝撃実験のように機械的な応力を正確に加えることが困難である。
【００１８】
本発明による薄膜強度測定方法は、半導体装置の薄膜等の微細試料においても特別な加工を施すことなくその薄膜に圧力を加えることを可能にするものである。この目的のため、本発明による薄膜強度測定方法では、溶融層として機能する第１の膜と、第１の膜上に形成された被測定対象の薄膜である第２の膜とを有する薄膜強度測定用試料を用いる。そして、第１の膜を溶融し、第１の膜の相変化に伴う体積変化を応力として利用して第２の膜に圧力を印加し、第２の膜が破壊されるときの第１の膜の溶融部分の体積に基づいて第２の膜の破壊に要した圧力を算出し、第２の膜の強度を測定するものである。
【００１９】
試料にエネルギー線を照射することにより溶融層の溶融が進行し、薄膜に加わる圧力が一定値を超えると、薄膜が破壊される。この薄膜の破壊時に、溶融層の溶融した部分も飛散する。したがって、薄膜破壊後の試料を断面観察することにより、飛散した溶融部分の体積を求めることができる。この溶融部分の体積と平均温度に基づき、破壊時に薄膜に加わっていた圧力を求めることが可能となる。
【００２０】
なお、断面観察により得られた溶融部分の体積には、破壊時に溶融していた溶融層の体積のみならず、破壊後に照射されるレーザ光により気化した溶融層の体積も含まれている。したがって、後者の体積をも考慮することにより、破壊時に薄膜に加わっていた圧力をより正確に求めることができる。
【００２１】
溶融層を溶融するためのエネルギー線としては、例えばレーザ光を用いることができる。すなわち、強度を測定すべき薄膜を介して溶融層に対してレーザ光を照射して溶融層を溶融する。このとき、レーザ光の波長を、測定すべき薄膜が透過性を有し、その下層に形成された溶融層には吸収されるものに設定することが望ましい。このように波長を設定することにより、測定すべき薄膜自体が加熱されることがないので、薄膜強度の温度依存性を考慮せずに強度測定を行うことができる。
【００２２】
なお、溶融層を溶融する際に用いるエネルギー線は、レーザ光に限定されるものではない。
【００２３】
［実施形態］
本発明の一実施形態による薄膜強度測定方法について図１乃至図５を用いて説明する。
【００２４】
図１は本実施形態による薄膜強度測定方法に用いる薄膜強度測定用試料の構造を示す断面図、図２は光吸収率とシリコン窒化膜の膜厚との関係を示すグラフ、図３はレーザ光の照射時間と溶融層の溶融部分の体積との関係を示すグラフ、図４はレーザ光の照射時間と被測定対象薄膜に印加される圧力との関係を示すグラフ、図５はレーザ光のエネルギーと断面観察により求めた溶融層の溶融部分の体積との関係を示すグラフである。
【００２５】
〔１〕薄膜強度測定用試料
本実施形態による薄膜強度測定方法に用いる薄膜強度測定用試料について図１を用いて説明する。
【００２６】
基板１０上には、シリコン酸化膜１２が形成されている。シリコン酸化膜１２中には、例えば膜厚７３０ｎｍのアルミニウム膜よりなる溶融層１４と、溶融層１４上に形成された例えば膜厚７０ｎｍの窒化チタン膜よりなる発熱層１６とが埋め込まれている。溶融層１４及び発熱層１６は、例えば幅１４００ｎｍに形成されている。溶融層１４及び発熱層１６が埋め込まれたシリコン酸化膜１２上には、例えば膜厚１０００ｎｍのシリコン窒化膜よりなる被測定対象薄膜１８が形成されている。
【００２７】
被測定対象薄膜１８は、本実施形態による薄膜強度測定方法の測定対象となる薄膜である。なお、本実施形態による薄膜強度測定方法により強度を測定することができる薄膜は、シリコン窒化膜に限定されるものではない。溶融層１４を溶融する際に用いるエネルギー線の吸収が少ない材料であれば、絶縁材料のみならず、導電性材料よりなる薄膜の強度測定を行うことも可能である。後述するレーザ光を溶融層１４を溶融するためのエネルギー線として用いる場合、シリコン窒化膜の代わりに、シリコン酸化膜を適用することもできる。
【００２８】
発熱層１６は、試料表面から照射されるエネルギー線を吸収して発熱するためのものである。照射するエネルギー線に対する透過性が低い、すなわち吸収率が高い材質であれば、窒化チタン膜の代わりに他の材料を発熱層１６として適用することができる。エネルギー線に対する吸収率の高い材料を適用することにより、エネルギー線のエネルギーを効率よく溶融層１４の加熱のために用いることができる。
【００２９】
溶融層１４は、発熱層１６の発熱によって溶融するためのものである。溶融層１４の溶融による体積変化に伴う圧力変化により、被測定対象薄膜１８に対して圧力を加えることができる。なお、溶融層１４は、アルミニウム膜に限定されるものではないが、被測定対象薄膜や発熱層１６の材質よりも低い融点を有する材質からなるものであることが必要である。
【００３０】
図１に示す構造は、例えば、シリコン酸化膜上にアルミニウム膜及び窒化チタン膜を堆積し、リソグラフィー及びエッチングにより窒化チタン膜及びアルミニウム膜をパターニングして溶融層１４及び発熱層１６を形成し、全面にシリコン酸化膜を堆積し、発熱層１６の表面が露出するまでシリコン酸化膜を平坦に除去し、全面にシリコン窒化膜よりなる被測定対象薄膜１８を堆積することにより、形成することができる。リソグラフィー及びエッチングにより発熱層１６及び溶融層１４を形成する代わりに、いわゆるダマシン法を用いてシリコン酸化膜１２中に発熱層１６及び溶融層１４を埋め込むようにしてもよい。
【００３１】
〔２〕被測定対象薄膜に印加される圧力の算出方法
薄膜の強度を測定するためには、被測定対象薄膜に印加される圧力を知る必要がある。以下、被測定対象薄膜に印加される圧力の算出方法について説明する。なお、以下の説明では、溶融層１４としてアルミニウム膜を、発熱層１６として窒化チタン膜を、被測定対象薄膜１８としてシリコン窒化膜を適用した場合を例に挙げて説明する。
【００３２】
まず、発熱層１６に吸収されるレーザ光のエネルギーの割合を算出する。発熱層１６に吸収されるレーザ光のエネルギーの割合は、発熱層１６の光吸収率で表すことができる。発熱層１６の光吸収率は、
【００３３】
【数１】
0003850723.tif 000002
【００３４】
として表されるシリコン窒化膜の特性行列Ｍを用いて以下のようにして求めることができる。ここで、ｎ、ｋは、それぞれシリコン窒化膜の複素屈折率の実部と虚部を表している。また、δは次式で表される。
【００３５】
【数２】
0003850723.tif 000003
【００３６】
ここで、ｔは被測定対象薄膜１８の膜厚であり、λはレーザ光の波長である。
【００３７】
Ｂ、Ｃを次式のように定義する。ここで、ｎｆ、ｋｆは、それぞれ窒化チタン膜からなる発熱層１６の複素屈折率の実部と虚部である。
【００３８】
【数３】
0003850723.tif 000004
【００３９】
すると、窒化チタン膜からなる発熱層１６の光吸収率はＢ、Ｃを用いて次式のように表される。
【００４０】
【数４】
0003850723.tif 000005
【００４１】
上記の式から明らかなように、窒化チタン膜よりなる発熱層１６の光吸収率は、被測定対象薄膜１８の膜厚の関数となる。例えば、シリコン窒化膜が膜厚１５０ｎｍの場合、シリコン窒化膜の屈折率が１．９７３、であり、窒化チタン膜の複素屈折率がｎｆ＝２．７３、ｋｆ＝４．５９であることから、光吸収率は０．５と計算される。被測定対象薄膜１８の膜厚と光吸収率との関係をグラフに表すと、例えば図２に示すようになる。
【００４２】
したがって、例えば２．５μＪのエネルギーで膜厚１５０ｎｍの窒化チタン膜よりなる発熱層１６にレーザ光を照射すると、そのうち１．２５μＪ（２．５μＪ×０．５）が、発熱層１６に吸収されることとなる。
【００４３】
発熱層１６に吸収されたレーザ光のエネルギーは、吸収直後のエネルギーをＩ0とすると、
【００４４】
【数５】
0003850723.tif 000006
【００４５】
として表される関数に従って減衰しながら発熱層１６中で発熱する。ここで、κは吸収係数であり、ｚは発熱層１６表面からの距離である。窒化チタンの吸収係数は４．５９であるので、窒化チタン膜よりなる発熱層１６に吸収されたレーザ光のエネルギーは、被測定対象薄膜１８との界面から７ｎｍの間に減衰する。
【００４６】
次に、発熱層１６に吸収されたエネルギーによる発熱層１６中の発熱量を算出する。
【００４７】
まず、窒化チタン膜からなる発熱層１６を細かい計算区域に分割する。以下、分割した各計算区域をセルと呼ぶ。
【００４８】
セル（ｉ，ｊ，ｋ）における時刻ｔでの発熱量Ｑi,j,k,tは、そのセルのｚ方向の上面を通過する熱流束と、下面を通過する熱流束との差から求めることができる。
【００４９】
ここで、レーザ光の全エネルギーをＥ0、レーザ光のスポット半径をφ、半値幅をｒLaser、ｉ番目のセルのｘ座標をｘi、ｊ番目のセルのｙ座標をｙjとすると、発熱層１６表面での時刻ｔにおける熱流束の分布Ｉxi,yj,tは次式のように表すことができる。
【００５０】
【数６】
0003850723.tif 000007
【００５１】
次に、上式のように表される発熱層１６表面での熱流速の分布Ｉxi,yj,tの深さ方向の分布、すなわちｚ方向への分布を考える。ｋ番目のセルのｚ座標をｚkとすると、Ｉxi,yj,tの深さ方向への分布ｑxi,yj,zk,tは次式で表される。
【００５２】
【数７】
0003850723.tif 000008
【００５３】
ここで、ｚkmaxは、ｋが最大値ｋｍａｘのときのｚ座標である。また、κを吸収係数、λをレーザ光の波長とすると、α＝４πκ／λである。
【００５４】
したがって、セル（ｉ，ｊ，ｋ）の時刻ｔでの発熱量Ｑi,j,k,tは、セル（ｉ，ｊ，ｋ）の時刻ｔでの熱流束ｑi,j,k,t、セル（ｋ）の幅Δｚkを用いて次式のようになる。
【００５５】
【数８】
0003850723.tif 000009
【００５６】
ただし、Δｑi,j,k,t、Δｚkはそれぞれ次式で表されるものである。
【００５７】
【数９】
0003850723.tif 000010
【００５８】
次に、発熱層１６の各セルの発熱量から、溶融層１４への熱伝導を求める。発熱層１６の発熱による溶融層１４への熱伝導は、次式で表されるデカルト座標での３次元非定常熱伝導方程式を解くことにより求めることができる。
【００５９】
【数１０】
0003850723.tif 000011
【００６０】
ここで、ρ、ｃp、ｋは、それぞれ溶融層を構成する物質の密度、比熱、熱伝導度である。また、Ｔは温度、ｔは時間、Ｑは発熱層１６における発熱量である。
【００６１】
次に、上記３次元非定常熱伝導方程式を解くことにより、溶融層１４の融点以上に温度が上昇したセルを求める。そして、求められたセルの体積を足し合わせることにより、溶融層１４のうち溶融した部分の体積を求めることができる。レーザ光の照射時間とアルミニウム膜よりなる溶融層１４の溶融部分の体積との関係は、例えば図３に示すようになる。
【００６２】
また、溶融した部分の体積と平均温度とを状態方程式に代入することにより、アルミニウム膜よりなる溶融層１４の溶融部分が被測定対象薄膜１８に加えた圧力の大きさを算出することができる。レーザ光の照射時間と被測定対象薄膜１８に印加される圧力との関係を描くと、例えば図４に示すようになる。
【００６３】
このように、溶融層１４、発熱層１６及び被測定対象薄膜１８の物性値や、照射するレーザ光の特性が既知であれば、被測定対象薄膜１８に印加される圧力を算出することができる。また、被測定対象薄膜１８に印加される圧力と溶融層１４の溶融部分の体積は、上述の式によって関連づけることができる。したがって、被測定対象薄膜１８が破壊されたときの溶融部分の体積を試料の断面観察から求めることにより、被測定対象薄膜１８が破壊されたときの圧力を求めることができる。
【００６４】
〔３〕薄膜強度測定方法
本実施形態による薄膜強度測定方法について図１乃至図５を用いて説明する。
【００６５】
まず、図１に示す薄膜強度測定用試料の表面上から、例えば波長１０４７ｎｍのレーザ光を照射する。この波長域のレーザ光は、被測定対象薄膜１８であるシリコン窒化膜による吸収がない。また、本測定に必要な時間内では、被測定対象薄膜１８であるシリコン窒化膜には、熱伝導率が低いため発熱層１６の熱も伝わらない。このため、被測定対象薄膜１８の温度依存性を考慮する必要がない。
【００６６】
なお、照射するレーザの照射条件は、入射時間を１〜１００ｎｓ程度、エネルギーの総量を０．１〜１０μＪ程度に設定することが望ましい。入射時間やエネルギーの総量が少なすぎると被測定対象薄膜１８の破壊が生ぜず、多すぎると被測定対象薄膜１８の破壊が瞬時に生じるため被測定対象薄膜１８が破壊されるときの圧力を正確に見積もるのが困難となるからである。
【００６７】
また、照射するレーザ光は、矩形波や、三角波、正弦波、正則分布波等の種々の波形のものを用いることができる。
【００６８】
薄膜強度測定用試料内に入射したレーザ光は、発熱層１６の表面と被測定対象薄膜１８の表面との間で多重反射する。そして、多重反射しているレーザ光の一部が発熱層１６の内部に伝播して熱となる。この熱が、発熱層１６の発熱に用いられ、溶融層１４の溶融に寄与する。
【００６９】
溶融層１４の溶解が進行すると、溶融層１４の相変化に伴う体積膨張により、被測定対象薄膜１８に圧力が印加される。そして、その圧力が所定値（被測定対象薄膜１８の強度）を上回ると、被測定対象薄膜１８が破壊される。
【００７０】
次いで、被測定対象薄膜１８が破壊された後に、薄膜強度測定用試料を切断し、断面観察を行う。溶融層１４の溶融部分は、被測定対象薄膜１８が破壊されるときの溶融爆発によって空洞となる。したがって、断面観察を行うことにより、溶融層１４の溶融部分の体積を断面形状に基づいて算出することができる。
【００７１】
次いで、このように求めた溶融部分の体積を用い、上述した図３及び図４に示す関係に基づいて、被測定対象薄膜１８に印加される圧力を算出する。すなわち、溶融部分の体積とそのときの平均温度とから、上記の状態方程式に従い、被測定対象薄膜１８に印加される圧力を算出する。
【００７２】
こうして、被測定対象薄膜１８が破壊されたときの圧力、すなわち被測定対象薄膜１８の強度を見積もることができる。
【００７３】
ただし、実際の測定データにおいては、薄膜強度測定用試料の断面観察から求めた溶融部分の体積には、薄膜が破壊された後にも照射し続けられたレーザ光のエネルギーによって気化し除去された体積も含まれている。
【００７４】
したがって、被測定対象薄膜１８の破壊時に加えられた圧力をより正確に求めるには、被測定対象薄膜１８が破壊された瞬間の溶融部分の体積を知る必要がある。被測定対象薄膜１８が破壊された瞬間の溶融部分の体積は、以下のようにして見積もることができる。
【００７５】
被測定対象薄膜１８が破壊された瞬間の溶融部分の体積を算出するには、被測定対象薄膜１８が破壊される条件であって、レーザ光の照射エネルギーがより低い場合の測定結果を用いることが望ましい。このような条件ほど気化による体積変化が少ないので、より正確な見積もりが可能となるからである。
【００７６】
図５は照射したレーザ光のエネルギーと断面観察から得られた溶融部分の体積との関係を示したものである。図５に示す測定結果では、最も低い照射エネルギーである０．２５μＪの条件においても溶融爆発が生じている。そこで、本実施形態では、０．２５μＪの条件でレーザ光を照射した場合を例にして以下に説明する。
【００７７】
０．２５μＪのレーザ光を薄膜強度測定用試料に照射したところ、断面観察から求められた溶融部分の体積は２．６７μｍ3であった。このように求めた溶融部分の体積とそのときの平均温度とから、上記の状態方程式に従って被測定対象薄膜１８に印加される圧力を算出したところ、６．６８ＧＰａと求めることができた。このように求められた圧力は、被測定対象薄膜１８が有する最大の強度といえる。
【００７８】
次いで、気化による体積変化分を見積もるため、レーザ光のエネルギー０．２５μＪのすべてが溶融層１４の気化に使われたと仮定し、気化による溶融層１４の体積変化分を算出する。アルミニウムの光吸収率は０．０４６、単位体積当たりの融解熱及び気化熱の和は０．０３０２μＪ／μｍ3であることから、被測定対象薄膜１８の破壊後に気化によって除去された溶融層１４の体積は０．３８１μｍ3と求めることができる。
【００７９】
このように算出した気化により除去された溶融層１４の体積は、気化により除去される体積の最大値である。したがって、断面形状の観察から得られた溶融部分の体積２．６７μｍ3から０．３８１μｍ3を差し引いた体積２．２９μｍ3が、爆発時に溶融していた溶融層１４の体積の最小値と見積もることができる。このように求めた溶融部分の体積とそのときの平均温度とから、上記の状態方程式に従って被測定対象薄膜１８に印加される圧力を算出したところ、６．００ＧＰａと求めることができた。このように求められた圧力は、被測定対象薄膜１８が有する最小の強度といえる。
【００８０】
以上の結果から、被測定対象薄膜１８の破壊に必要な圧力、すなわち被測定対象薄膜１８の強度は、６．００〜６．６８ＧＰａの範囲であることを見積もることができた。
【００８１】
なお、照射するレーザ光として１パルスの矩形波のものを用いる場合には、パルス幅を調節することにより、被測定対象薄膜１８の破壊と同時にレーザ光の照射を終了することができる。この場合は、上述のように被測定対象薄膜１８破壊後に気化し除去された溶融部分の体積を考慮する必要がない。
【００８２】
このように、本実施形態によれば、溶融層としての第１の膜と、第１の膜上に形成された被測定対象薄膜としての第２の膜とを有する試料にエネルギー線を照射して第１の膜を溶融し、第１の膜が溶融する際の体積変化によって第２の膜を破壊し、第２の膜が破壊されたときの第１の膜の溶融部分の体積に基づいて、第２の膜の強度を算出するので、被測定対象である第２の膜が薄膜であるような場合にも、衝撃的な応力に対する強度を試験することができる。
【００８３】
また、第２の膜が破壊された後の第１の膜の気化による体積変化を考慮して、第１の膜の溶融部分の体積を算出するので、第２の膜に印加される圧力をより正確に求めることができる。
【００８４】
［変形実施形態］
本発明の上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００８５】
例えば、上記実施形態では、溶融層１４と被測定対象薄膜１８との間に発熱層１６を有する試料を用いたが、発熱層１６は必ずしも設ける必要はない。本実施形態では、アルミニウムによる吸収率が低いことを考慮して発熱層１６を設けているが、溶融層１４自体の吸収率が高い場合には、発熱層１６を設ける必要はない。また、溶融層１４の吸収率が低い場合であっても、エネルギー線の照射により溶融層１４の溶融が可能であれば、発熱層１６を設ける必要はない。
【００８６】
また、上記実施形態では、溶融層１４としてアルミニウム膜を用い、発熱層１６として窒化チタン膜を用いていたが、溶融層１４及び発熱層１６の材料はこれに限定されるものではない。例えば、発熱層１６の材料としては、以下の表１に示す種々の材料を、溶融層１４の材料としては、以下の表２に示す種々の材料を、それぞれ適用することができる。
【００８７】
【表１】
0003850723.tif 000012
【００８８】
【表２】
0003850723.tif 000013
【００８９】
なお、溶融層１４及び発熱層１６を構成する材料は、互いの物性値を考慮して適宜選択することが望ましい。
【００９０】
また、上記実施形態では、測定対象の試料を薄膜強度測定用試料としているが、半導体装置に作り込まれる既存の構造を用いて、層間絶縁膜の強度を直接測定することもできる。すなわち、アルミニウム膜及び窒化チタン膜の積層構造は、配線層に適用されている構造であり、この配線層を溶融層１４及び発熱層１６として用いることにより、配線層上に形成された層間絶縁膜の強度測定を行うことができる。
【００９１】
また、溶融層１４及び発熱層１６の形状は、図１に示すような配線状の形状のみならず、板状やビア状の形状であっても差し支えない。
【００９２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、溶融層としての第１の膜と、第１の膜上に形成された被測定対象薄膜としての第２の膜とを有する試料にエネルギー線を照射して第１の膜を溶融し、第１の膜が溶融する際の体積変化によって第２の膜を破壊し、第２の膜が破壊されたときの第１の膜の溶融部分の体積に基づいて、第２の膜の強度を算出するので、被測定対象である第２の膜が薄膜であるような場合にも、衝撃的な応力に対する強度を試験することができる。
【００９３】
また、第２の膜が破壊された後の第１の膜の気化による体積変化を考慮して、第１の膜の溶融部分の体積を算出することにより、第２の膜に印加される圧力をより正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による薄膜強度測定方法に用いる薄膜強度測定用試料の構造を示す概略断面図である。
【図２】シリコン窒化膜の膜厚と光吸収率との関係を示すグラフである。
【図３】レーザ光の照射時間と溶融層の溶解部分の体積との関係を計算により求めた結果を示すグラフである。
【図４】レーザ光の照射時間と被測定対象薄膜に印加される圧力との関係を計算により求めた結果を示すグラフである。
【図５】レーザ光のエネルギーと断面観察により求めた溶融層の溶融部分の体積との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…基板
１２…シリコン酸化膜
１４…溶融層
１６…発熱層
１８…被測定対象薄膜
【図１】
0003850723.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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