JPH0854293A

JPH0854293A - 顕微蛍光分光法による半導体微細配線の温度測定法

Info

Publication number: JPH0854293A
Application number: JP7129988A
Authority: JP
Inventors: Hirokatsu Yamaguchi; 裕功山口; Kinya Eguchi; 欣也江口; Masakazu Sakimoto; 正教崎元; Toshiki Ito; 俊樹伊東
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-07
Filing date: 1995-05-29
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体の１μｍ以下の微細配線の温度を測定可
能にする。【構成】配線Ｗ上の有機絶縁膜Ｐ2 の２箇所以上（例え
ばＴ（０）及びＴ（ｘ））で蛍光を測定し、これから温
度（例えばＴ（０），Ｔ（ｘ））を求める。これと測定
箇所の配線からの距離ｒから試料中の温度勾配を求め、
これを配線Ｗの位置に外挿して、配線温度を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蛍光を用いた微小領域の
温度測定法に関する。

【０００２】

【従来の技術】配線の温度を測定する方法としては従
来、赤外線の放射を検出する方法や配線の電気抵抗の温
度による変化を用いる方法があった。ところが前者はプ
ローブ光が赤外線であるため、測定領域が１０μｍ程度
に制限され、１μｍの微細配線は測定できない。後者
は、実際の測定では配線の平均の抵抗しか測定できず、
配線の局所領域の異常過熱は検出できない。また、電気
抵抗は配線のマイグレーションなど温度以外の要因によ
っても変化するため、配線の温度を正確に求めることは
できない。

【０００３】そこで、１μｍ以下の領域の温度を測定す
る装置として、例えば、特開昭６０−２５０６４０号公
報に記載の、蛍光を利用したものがある。この装置は図
１６に示すような構成となっている。レーザ光源１から
発生した入射レーザビーム１１を顕微鏡対物レンズ４に
より、ホトレジストを塗布した試料５に照射する。試料
５から発生した光のうち、ホトレジストからの蛍光１５
の成分をフィルタ７で分光した後、検出器９により検出
する。あらかじめ標準試料を用いて、試料の温度と蛍光
１５の強度との関係を求めておくことにより、目的とす
る被測定試料の蛍光１５の強度から、温度を求めること
ができる。この方法はプローブ光として可視または紫外
光を用いることにより、１μｍ以下の領域を測定可能で
ある。ところが、この従来技術は試料表面のホトレジス
トの温度測定に関するものであり、試料の深い部分にあ
る微細配線の温度測定法については述べていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】通電中のＡｌ配線の温
度を測定しようとすると、Ａｌ配線自体からは蛍光が生
じないため、配線上に形成された膜からの蛍光を利用し
て行なう必要がある。一般に半導体素子に用いられてい
るポリイミドなどの保護膜は蛍光を生じるため、従来技
術と同じ方法で、膜自体の温度測定は可能である。しか
し、Ａｌ配線上の保護膜は通常多層構造であり、蛍光を
発するポリイミド膜とＡｌ配線との間には、ＳｉＮ，Ｓ
ｉＯ等の、蛍光強度が弱い物質が挾まっていることが多
い。従って、配線とポリイミド膜との間には温度差が生
じている。従来技術ではこの温度差の補正について考慮
していないため、配線の温度を求めることができない。

【０００５】また、半導体の絶縁膜として用いられるポ
リイミド等は、大気中に放置すると水分を吸収するた
め、蛍光の強度を変化させる。これが、温度測定精度を
低下させる。

【０００６】さらにまた、通電配線の上とそれ以外の場
所とでは下地の反射率が異なる。また、測定箇所による
絶縁膜の膜厚や配線の反射率のばらつき、レーザ強度の
変動によっても蛍光強度は変動する。これらは温度測定
精度を低下させる。

【０００７】さらにまた、レーザ光は強度の大きな光で
あり、試料の加熱を引き起こし、温度測定精度を低下さ
せる。

【０００８】本発明の第１の目的は、試料表面の有機絶
縁膜と配線との間の温度差を求めて、微細配線の温度を
測定する方法を与えることにある。

【０００９】本発明の第２の目的は、蛍光測定の際、有
機絶縁膜に吸収された水分の蛍光強度に対する影響を低
減して、温度測定精度を向上させることにある。

【００１０】本発明の第３の目的は、絶縁膜の膜厚や配
線の反射率のばらつきによる蛍光強度の変動を補正する
手段を与え、温度測定精度を向上させる方法を与えるこ
とにある。

【００１１】本発明の第４の目的は、レーザ光強度の変
動による蛍光強度の変動を低減する手段を与え、温度測
定精度を向上させる方法を与えることにある。

【００１２】本発明の第５の目的は、レーザ光による試
料の加熱を低減することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明は絶縁膜の複数箇所の温度を測定する
ことにより、温度勾配を求め、これから配線の温度を推
定する。

【００１４】上記第２の目的を達成するために、測定前
に試料を乾燥させる。

【００１５】上記第３の目的を達成するために、通電し
て温度測定を行う前に、あらかじめ所定の温度において
試料からの蛍光強度を測定し、この値から測定箇所ごと
に検量線を校正する。

【００１６】上記第４の目的を達成するために、測定ご
とにレーザ強度の変動をモニタし、この変動を最小にす
るようにレーザ強度を制御する。

【００１７】上記第５の目的を達成するために、レーザ
光を試料に間歇的に照射する。

【００１８】

【作用】本発明の作用を図１ないし図３により説明す
る。図１は配線温度の推定法を示した。Ｗは配線、Ｐ₁
は非蛍光性絶縁膜、Ｐ₂は蛍光性絶縁膜、Ｓは基板であ
る。蛍光性絶縁膜Ｐ２の２か所以上で温度Ｔ（０），Ｔ
（ｘ）等を測定する。これらの温度を配線中心からの距
離ｒの関数ｆ（ｒ）と係数ａとにより数１のように表
す。

【００１９】

【数２】

【００２０】ｆ（ｒ）は有限要素法などを用いて求める
ことができる。Ｔ（０），Ｔ（ｘ）の実測値を用いて係
数ａを求めることができ、数２を配線の位置に外挿する
ことで、配線温度を推定する。

【００２１】また、図３で、２は光束拡大レンズ、３は
ダイクロイックミラー、４は対物レンズ、６は試料移動
台、７ａはノッチフィルタ、７ｂ，７ｃはバンドパスフ
ィルタ、８は集光レンズ、１０はデータ処理装置、１３
は蛍光、１６は可変光減衰フィルタ、１７はフィルタ可
変装置、４１はシャッタである。ここで、フィルタ７
ｂ，７ｃをそれぞれ、レーリ光および蛍光を透過させる
ものとし、フィルタ可変装置１５によりレーリ光と蛍光
の測定の切り換えを行なう。これにより、蛍光強度の測
定の直前にレーリ光強度を測定し、データ処理装置１０
であらかじめ設定した値と比較し、この設定値からのず
れに従い、フィルタ１６を変え、ずれが最小となるよう
にする。これにより、試料に照射されるレーザ光の強度
を常に一定にでき、温度測定精度を向上できる。

【００２２】また、測定中にシャッタ４１を開閉して試
料５にレーザ光１１を間歇的に照射することにより、試
料の温度上昇を低減し、温度測定精度を向上できる。

【００２３】また、絶縁膜中に蛍光体を含有させること
により、ポリイミド単独の場合より蛍光強度を増加させ
ることができる。有機物の蛍光体としては、ｐ−テルフ
ェニル、フルオレセイン、クマリンなど、２００℃以上
の耐熱性をもつものが有効である。また、無機物の螢光
体は特に耐熱性に優れており、ＺｎＳ：Ａｇ，ＣｌやＣ
ａ₅(ＰＯ₄)₃(Ｆ，Ｃｌ)：Ｓｂ，Ｍｎ等が効果的であ
る。これらの蛍光体の混合により、蛍光強度を増加さ
せ、Ｓ／Ｎの高い測定を行える作用がある。

【００２４】

【実施例】

（実施例１）図２に本発明の実施例１の測定装置を示し
た。１は３６４ｎｍの光を発振するレーザ光源、７ａは
３６４ｎｍで透過率最小であるノッチフィルタ、２９は
ヒータ、３０は熱電対、３１は温度コントローラ、３２
は乾燥窒素ガスの導入管、３３は配線に通電を行うプロ
ーブ、４１はシャッタ、４２は観察照明光源、４３はＴ
Ｖカメラ、４４は鏡切替機構である。

【００２５】図３（ａ）に試料５の配線部の平面図を、
図３（ｂ）に図３（ａ）の一部分の拡大図を、図３
（ｃ）に図３（ｂ）のｘ−ｘ’断面図を示した。この配
線形状は一般にＳＷＥＡＴ（ＳｔａｎｄａｒｄＷａｆ
ｅｒｌｅｖｅｌＥｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ
ＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎＴｅｓｔ）パターンとして
知られているもので、図に示すものは、狭い配線部Ａの
幅が２μｍ、長さが２０μｍで、広い配線部Ｃの幅が２
０μｍ、長さが２０μｍである。このＡ部とＣ部が３０
個直列に繋がっている。Ａ部には配線Ｗ４と平行に幅２
μｍの擬似配線Ｗ１〜Ｗ３及びＷ５〜Ｗ７が１μｍ間隔
で設けられている。図３（ｃ）において、ＳはＳｉ基
板、ＯはＳｉＯ₂膜、ＮはＳｉ₃Ｎ₄膜、Ｐはポリイミド
イソインドロキナゾリンヂオン（Ｒ）（以下ポリイミド
と略す）膜である。ＳｉＯ₂膜Ｏ及びＳｉ₃Ｎ₄膜Ｎは蛍
光をほとんど発生しないが、ポリイミド膜Ｐは強い蛍光
を発するため、ポリイミド膜Ｐの蛍光から求めた温度に
より配線Ｗ４の温度を推定した。

【００２６】蛍光測定は配線Ｗ４〜Ｗ７の上方ａ，ｂ，
ｃ，ｄの４か所で行った。これは、ａ，ｂ，ｃ，ｄの位
置では膜の断面構造が同じであるので、光学的性質も同
じと考えられるためである。また、配線Ｗ１〜Ｗ７をス
ケールとして用いることにより測定箇所の位置決めを正
確に行うことができ、温度の推定精度を向上できる。

【００２７】図４に３６４ｎｍのレーザ光で励起したポ
リイミドの蛍光スペクトルを示した。これは４５０〜７
００ｎｍにピークを持つ。このピーク波長域の光を検出
器９に導くために、図２のバンドパスフィルタ７ｂの透
過帯域は４５０〜７００ｎｍのものを用いた。

【００２８】図５に測定に先立ち試料５をヒータ２９で
均一に加熱し、熱電対３０で測定した試料５の温度と検
出器９で測定した蛍光強度との関係を示した。試料を室
温から４００℃まで昇温したときの温度と蛍光強度との
関係を曲線Ａで示した。これは温度上昇に伴い減少する
傾向を示すが、１００℃付近に変曲点を持つ。これはポ
リイミドが吸収していた空気中の水分が１００℃付近で
蒸発するためと考えられ、温度測定精度低下の原因とな
る。そこで、本発明では、測定に先立ち、図２の３２に
示すように窒素ガスを試料５周辺に導入しながら、試料
をヒータ２９で１００℃に加熱して、乾燥させた。この
乾燥後、試料を室温から４００℃まで昇温したときの温
度と蛍光強度との関係を曲線Ｂで示した。このように本
発明では温度測定前に、試料をこれと不活性な乾燥した
ガス雰囲気中で加熱して、乾燥させることにより、変曲
点のない、温度測定精度の高い検量線を得られた。

【００２９】ポリイミドの絶縁膜Ｐの温度から配線Ｗ４
の温度を推定する方法を以下に述べる。一般に物体内の
熱伝導は次のように表される。熱伝導率がλで断面積が
Ａの物体中を、熱量Ｑが距離Δｌ進行したときに、数３
で示す温度差ΔＴが生じる。

【００３０】

【数３】

【００３１】ところで、図３に示した試料は多層膜から
なっており、各膜ごとに数３の熱伝導率λは異なる。そ
こで有限要素法により、試料内の温度分布を求め、ポリ
イミド膜Ｐの温度と配線Ｗ４の温度との関係を求めた。
本実施例では計算を容易にするため、以下のような仮定
をおいた。

【００３２】（１）３０個の各々の図３（ｂ）部分から
生じる熱量は等しい。従って隣合う図３（ｂ）部分相互
間には熱移動がない。

【００３３】（２）通電配線Ｗ４から発生した熱はＷ１
方向とＷ７方向とに対称的に流れる。

【００３４】（３）一般に対流や放射による伝熱は、熱
伝導と比べて非常に小さいため、ポリイミド膜表面から
空気中に伝わる熱は無視する。

【００３５】（４）Ｓｉ基板の温度は２５℃で一定とす
る。

【００３６】（５）熱はＡ部のみで発生し、Ｃ部では発
生しない。

【００３７】これらの仮定に基づいたモデルを図６に示
した。この図のように、図２（ｃ）のうちＡ部の片側
（Ｗ４の半分とＷ５〜Ｗ７）のみを考えれば良い。境界
条件は、ＳｉＯ₂／Ｓｉ界面では２５℃で一定、配線Ｗ
４の中心面ではＴｍ℃で一定とし、その他の面は断熱と
した。メッシュ分割は図中に示した。熱伝導率は以下の
値とし、温度によって変化しないと考えた。

【００３８】ＳｉＯ₂ ：１．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）Ａｌ：２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）Ｓｉ₃Ｎ₄ ：７．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）ポリイミド：０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）このモデルを用いて計算した、配線Ｗ４の温度Ｔｍと蛍
光の測定点ａ，ｂ，ｃ，ｄの温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔ
ｄとの関係を図７（ａ）に示した。これから、

【００３９】

【数４】

【００４０】

【数５】

【００４１】

【数６】

【００４２】

【数７】

【００４３】となり、ａ，ｂ，ｃ，ｄの温度から配線の
温度を求めることができる。

【００４４】ところで、数４ないし数７はａ，ｂ，ｃ，
ｄの内１点のみから配線温度Ｔｍを推定する。そのた
め、Ｔａ〜Ｔｄの測定誤差が配線温度Ｔｍの誤差に影響
する。この影響を低減するにはａ，ｂ，ｃ，ｄのうち２
点以上の温度から配線温度Ｔｍの推定を行えば良い。図
７（ｂ）にＴｍが５０〜１５０℃のときのＴａ〜Ｔｄの
値を示した。横軸は配線Ｗ４の中心からａ，ｂ，ｃ，ｄ
各点までのきょりｒの逆数とした。また、右端は配線Ｗ
４の中心から配線Ｗ４表面までの平均距離０．８３μｍ
の逆数である１．２とした。ａ，ｂ，ｃ，ｄ点の温度を
直線、すなわち、１／ｒの１次関数で近似したものを図
中に示した。これを１／ｒ＝１．２まで外挿することで
求めた値はＴｍと１℃以内で一致した。

【００４５】すなわち、ａ，ｂ，ｃ，ｄ点及び配線の温
度をｒの関数

【００４６】

【数８】

【００４７】で表し、実測のＴａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄか
ら最小２乗法により傾きａを求め、Ｔｍを推定できる。

【００４８】また、本実施例と異なる膜仕様の試料で、
図７のような直線近似が行えない場合は、一般的にａ，
ｂ，ｃ，ｄ点及び配線の温度をｒの関数ｆ（ｒ）と係数
ａとにより、

【００４９】

【数９】

【００５０】であらわせばよい。数８同様Ｔａ，Ｔｂ，
Ｔｃ，Ｔｄの実測値により係数ａを求めて、数９を配線
の位置に外挿することでＴｍが推定可能である。

【００５１】ところで、図８にａ，ｂ，ｃ，ｄ点の温度
の実際の測定例を横軸を１／ｒにとって示した。これか
ら実際に通電配線の付近でも遠方でも、温度は１／ｒに
対してほぼ直線で近似できることが判った。これから、
ａ，ｂ，ｃ，ｄのうち少なくとも２点で測定を行ない最
小２乗法で直線の傾きと切片を求めることにより、配線
温度を推定できる。このように、温度推定を１／ｒの１
次関数で行うことにより、温度分布の計算を短時間で行
うことが出来、配線の品質評価に要する時間を短縮する
ことが出来る。

【００５２】ところで、絶縁膜の膜厚や配線の反射率に
よって蛍光強度そのものは変化するが、温度上昇に伴う
蛍光強度の減衰の割合は変化しない。したがって、例え
ば、図２に示す２５℃と１００℃の２点における蛍光強
度を試料ごとに求めておけば、試料ごとに検量線の傾き
を補正できる。標準試料で求めた温度Ｔにおける蛍光強
度Ｌを

【００５３】

【数１０】

【００５４】と表す。すなわち

【００５５】

【数１１】

【００５６】ここで、試料中のｎ番目の測定箇所におけ
る蛍光強度Ｌn をパラメータＡn ，Ｂn により

【００５７】

【数１２】

【００５８】と表わすと、試料中のｎ番目の測定箇所に
おける温度Ｔn は、

【００５９】

【数１３】

【００６０】で求められる。２５℃と１００℃での蛍光
強度Ｌn(２５) ，Ｌn(１００) は数１３より

【００６１】

【数１４】

【００６２】となる。すなわち、Ａn ，Ｂn は

【００６３】

【数１５】

【００６４】で求められ、これを数１３に代入すること
により、測定箇所毎の検量線を補正できる。１００℃に
おける測定は、ヒータによる試料乾燥の終了時に、２５
℃における測定は、乾燥後試料を降温して行なえばよ
い。これより、絶縁膜の膜厚や配線の反射率の影響を除
去し、温度測定精度を向上できる。

【００６５】また、図２において、フィルタ７ｂ，７ｃ
をそれぞれ、レーリ光および蛍光を透過させるものと
し、フィルタ可変装置１５によりレーリ光と蛍光の測定
の切り換えを行なう。これにより、蛍光強度の測定の直
前にレーリ光強度を測定し、データ処理装置１０であら
かじめ設定した値と比較し、この設定値からのずれに従
い、フィルタ１６を変え、ずれが最小となるようにす
る。これにより、試料に照射されるレーザ光の強度を常
に一定にでき、温度測定精度を向上できる。

【００６６】また、測定中に図２のシャッタ４１を開閉
してレーザ光１１を間歇的に照射することにより、レー
ザ光による試料の熱損傷を防ぐことが出来る。

【００６７】図９、図１０に測定のアルゴリズムを示し
た。試料５を試料台６に置いた後、試料５の配線部にプ
ローブ３３を接触させた。次に導入管３２より窒素ガス
を導入しながら、ヒータ２９により、試料を１００℃に
加熱して、乾燥を行なった。試料５の直下に熱電対３０
を設けて温度をモニタし、温度コントローラ３１により
温度が常に１００℃になるようにした。乾燥を行なった
後、レーザ光源１を点灯し、１００℃における蛍光強度
を測定した。次に温度コントローラ３１により試料５を
２５℃まで降温し、再び蛍光強度を測定した。

【００６８】これらの測定はサブルーチンＰに示すよう
に、配線Ｗ1 〜Ｗ7 のそれぞれの上で行った。また、測
定はサブルーチンＭに示すように、毎回バンドパスフィ
ルタ７ｂと７ｃとを切り替え、レーリ光と蛍光とを交互
に測定した。レーリ光強度Ｒの基準値Ｒ0 からのずれＲ
−Ｒ0 が−ΔＲからΔＲまでの許容範囲を超えた場合、
このずれの大きさに従い減衰フィルタ１６を回転してレ
ーザ光強度を調整した。この回転角Δθは減衰フィルタ
１６の角度変化に対するレーリ光強度の変化率ｄＲ／ｄ
θと上記のずれとから数１４により求めた。これらの操
作をずれＲ−Ｒ0 が許容範囲に収まるまで繰り返した
後、蛍光測定を行った。また、蛍光及びレーリ光の測定
時にはシャッタ４１を１秒ごとに開閉して行なった。

【００６９】これらの操作により求めた１００℃及び２
５℃における各測定個所の蛍光強度Ｌ1(１００) 〜Ｌ7
(１００) 及びＬ1(２５) 〜Ｌ7(２５) から数１５によ
り、測定個所毎の検量線の係数Ａn ，Ｂn を求めた。

【００７０】次にプローブ３３により試料５の配線に１
５０ｍＡを印加し、再びサブルーチンＰにより蛍光強度
を測定した。これから数１３の検量線と係数Ａn ，Ｂn
を用いて測定個所ごとに温度Ｔn を求めた。これを図７
に示した。横軸には通電配線から、各配線までの距離を
示した。

【００７１】図１１に、ポリイミド膜の温度分布の一例
を示した。本測定はａ，ｂ，ｄの３点で行った。横軸は
配線の長手方向（図２のｙ方向）の座標を示し、Ａ部の
中心を０μｍとした。図中のａ，ｂ，ｄは図１（ｃ）の
ａ，ｂ，ｄ各点に対応した値である。

【００７２】図１１の温度から数８により推定した配線
温度分布を図１２に示した。横軸には配線の長手方向
（ｙ方向）の位置を示した。このように本法により配線
の温度分布を求めることが出来た。

【００７３】本法で求めた配線温度を検証するため、配
線の抵抗変化により求めた平均温度を参照値として用い
た。図１１の温度を端から端まで（−１０〜１０μｍ）
平均した値は１２５℃となった。これに対して、抵抗法
による値は１３２℃であり、本法と７℃の間で一致し
た。

【００７４】図６のアルゴリズムでは、試料の温度分布
を得るために測定位置を移動して行なっているが、検出
器９をマルチチャンネル形とすれば、ｘ方向の複数点の
温度ＴA ，ＴB を１回で測定でき、温度分布を迅速に求
めることができるため、配線の温度が時間と共に変化し
ていくような場合の温度測定に特に有効である。

【００７５】（実施例２）実施例２の検量線を図１３に
示した。これはポリイミド膜中に蛍光強度の大きなフル
オレセインを混合したもので、ポリイミドだけの膜と比
べ蛍光強度を１０² 倍大きくできた。これから、１０~²
秒の測定時間でポリイミド単独の膜と同等の温度測定
精度を得られた。

【００７６】（実施例３）本発明の実施例３を図１４に
示した。５ａは試料、５ｂは標準試料、２０は集光レン
ズ、２１は入射スリット、２２ａ〜ｄは凹面鏡、２３
ａ，ｂは回折格子、２４は中間スリット、２５はスリッ
ト移動機構、２６はレーリ光である。

【００７７】この実施例では分光器として２枚の回折格
子を差分散配置にしたものを用いている。これはスリッ
ト２１から入射した光を回折格子２３ａで分光してスリ
ット２４上にスペクトル像を結ばせた後、回折格子２３
ｂで白色光に戻して、検出器９上の１点に集光させる。
この方式は、回折格子を差分散配置したものと比べて、
波長分解能が低い。そのため、図５に示すようなポリイ
ミドの発光を効率良く検出できる。検出器９に入射する
光の波長範囲はスリット２４の位置と幅で決まる。そこ
で、４５０〜７００ｎｍの波長範囲の光を同時に検出器
９に入射できるように、スリット２４の位置と幅を設定
した。また、スリット２４を図１５のように蛍光の通過
する穴２４ａとレーリ光の通過する穴２４ｂを開けたも
のとし、スリット移動機構２５でこれを回転させること
により、蛍光１３とレーリ光２６とを交互に測定した。
これは回折格子を回転させる従来の方式と比べて、高速
の波長切り換えができる。また、レーリ光の通過穴２４
ｂには光減衰フィルタを取り付けることにより、検出器
９に強度の大きいレーリ光が入射して損傷を与えるのを
防いだ。この装置で図６のアルゴリズムで測定を行なう
ことにより、実施例１と同様に、配線温度を測定でき
た。

【００７８】（実施例４）本発明の実施例４を図１６に
示した。これは実施例３の試料からのレーリ光を測定す
る代わりに、レーザ光１１の一部を、半透鏡２８で検出
器２７に導き、レーザ光の強度の変動をモニタするもの
である。これにより実施例３と同様に、試料に照射され
るレーザ光の強度を常に一定にでき、配線温度を正確に
求めることができる。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、１μｍ以下の幅の配線
でも、これの上の絶縁膜の複数箇所からの蛍光を測定
し、温度勾配を求めることにより、配線の温度を測定す
ることができる効果がある。これは配線の寿命予測のた
めに非常に有用なものである。また、配線の微小箇所の
異常発熱を検出することもでき、不良箇所の検出にも有
用である。

【００８０】また、本発明によれば配線温度の推定式と
して１／ｒの一次関数を用いることにより、配線の温度
分布を迅速に求めることができ、短時間に配線寿命を評
価できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱伝導の説明図。

【図２】実施例１の装置のブロック図。

【図３】配線の説明図。

【図４】試料の強度特性図。

【図５】蛍光強度と温度との関係の検量線図。

【図６】有限要素法の説明図。

【図７】有限要素法による温度の計算結果の説明図。

【図８】温度分布の測定結果（横軸ｒ）の特性図。

【図９】温度測定のアルゴリズムのフローチャート。

【図１０】温度測定のアルゴリズムのフローチャート。

【図１１】Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ温度分布の測定結果
（横軸ｙ）の特性図。

【図１２】配線温度分布の計算結果の特性図。

【図１３】ポリイミドにフルオレセインを加えた膜の検
量線の特性図。

【図１４】実施例３の装置のブロック図。

【図１５】実施例３のスリットの説明図。

【図１６】実施例４の装置のブロック図。

【図１７】従来技術のブロック図。

【符号の説明】

Ｗ…配線、Ｐ1…非蛍光性絶縁膜、Ｐ2…蛍光性絶縁膜、Ｓ…基板、Ｔ1…配線の温度、Ｔ（ｘ）…蛍光性絶縁膜の温度。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊東俊樹東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体素子の配線の上に形成した第１の絶
縁膜の蛍光を利用して温度を測定する方法において、前
記配線と前記第１の絶縁膜とが、蛍光強度が微弱な第２
の絶縁膜によって隔離されている試料の温度測定に当た
り、前記蛍光により求めた前記第１の絶縁膜の温度から
の前記配線の温度の推定は、前記蛍光の測定位置の上記
配線からの距離ｒと、前記蛍光の測定位置の温度Ｔとの
関係を示す数１において、ｒの関数ｆ（ｒ）及び係数ａ
を前記第１の絶縁膜の２点以上Ａ，Ｂ，・・・における
温度Ｔ_A，Ｔ_B，・・・と、前記配線から前記Ａ，Ｂ，・
・・点までの距離ｒ_A，ｒ_B，・・・とから求め、数１を
配線の位置に外挿することによって行うことを特徴とす
る配線温度測定法。【数１】たゞし、Ｔ₀：基板温度
【請求項２】請求項１に記載の前記関数ｆ（ｒ）は１／
ｒによって近似する配線温度測定法。
【請求項３】請求項１に記載の前記第１の絶縁膜は、イ
ミド基を有するポリマである配線温度測定法。
【請求項４】請求項１に記載の前記第１の絶縁膜は、蛍
光物質を含有したものである配線温度測定法。
【請求項５】請求項１に記載の前記温度測定は、試料と
反応を起さない乾燥した気体中で行なう配線温度測定
法。
【請求項６】請求項１に記載の前記温度測定は、事前に
上記絶縁膜中の水分を蒸発させた後に行なう配線温度測
定法。
【請求項７】請求項１に記載の前記複数箇所における蛍
光から温度を求める方法は、あらかじめ所定の温度に試
料を加熱して、前記複数箇所からの蛍光を測定し、これ
らの蛍光強度を用いて、前記各箇所毎に温度の検量線の
係数を補正する方法を含んで成る配線温度測定法。
【請求項８】請求項１に記載の前記蛍光測定は、毎回の
測定ごとにレーリ光強度を測定し、このレーリ光強度の
基準値からのずれを求め、このずれからあらかじめ定め
た関係式に従って、レーザ光強度を可変する方法を含ん
で成る配線温度測定法。
【請求項９】請求項１に記載の前記蛍光測定は、試料に
レーザ光を間歇的に照射して行なう配線温度測定法。
【請求項１０】レーザ光源と、レーザ光を試料上の微小
箇所に集光させる手段と、試料から出射した蛍光とレー
リ光とを分離する手段と、前記分離した光を検出する手
段とを備えた蛍光分光光度計において、請求項１に記載
の前記配線温度の推定を行なう手段、請求項５に記載の
乾燥を行なう手段、請求項６に記載の蒸発を行なう手
段、請求項７に記載の検量線の係数を補正する手段、請
求項８に記載のレーザ光強度可変手段、及び請求項９に
記載の間歇照射手段を設けた蛍光分光光度計。
【請求項１１】幅の狭い部分と広い部分とを有する配線
において、前記配線の温度分布を請求項１ないし１０に
記載の配線温度測定法を用いて行う配線品質評価法。
【請求項１２】請求項１１において、前記狭幅配線と同
一の物質からなり、前記狭幅配線と同一または類似の形
状を有する擬似配線を、前記狭幅配線と平行に１本以上
設けた寿命試験用配線。
【請求項１３】請求項１において、前記測定箇所は請求
項１１に記載の前記狭幅配線の位置または請求項１２に
記載の前記擬似配線の位置とする配線温度測定法。