热处理装置的制作方法

本发明涉及一种通过对半导体晶圆等薄板状精密电子衬底(以下简称为“衬底”)照射光而将该衬底加热的热处理装置。

背景技术：

在半导体元件的制程中，极短时间内将半导体晶圆加热的闪光灯退火(fla)备受关注。闪光灯退火是通过使用疝气闪光灯(以下，简称“闪光灯”时就是指疝气闪光灯)对半导体晶圆的正面照射闪光，而仅使半导体晶圆的正面在极短时间(数毫秒以下)内升温的热处理技术。

疝气闪光灯的放射分光分布为紫外线区域到近红外线区域，波长较以往的卤素灯短，与硅的半导体晶圆的基本吸收带大体一致。因此，从疝气闪光灯对半导体晶圆照射闪光时，透过光较少，从而能使半导体晶圆急速升温。另外，也已判明：如果为数毫秒以下的极短时间的闪光照射，则能仅使半导体晶圆的正面附近选择性地升温。

这种闪光灯退火被应用于需要在极短时间内加热的处理，例如较为典型的是注入到半导体晶圆的杂质的活化。如果从闪光灯对通过离子注入法注入有杂质的半导体晶圆的正面照射闪光，则能将该半导体晶圆的正面在极短时间内升温到活化温度，能不使杂质较深扩散而仅执行杂质活化。

在专利文献1中，公开了一种闪光灯退火装置，其通过配置在腔室的下方的卤素灯将半导体晶圆预加热后，从配置在腔室的上方的闪光灯对半导体晶圆的正面照射闪光。另外，在专利文献1的闪光灯退火装置中，为了使晶圆间的温度记录均匀，在开始处理批次最初的半导体晶圆前通过来自卤素灯的光照射对保持半导体晶圆的石英制的基座进行预热。

另外，在专利文献2中公开了在将晶圆保持于基座的状态下进行预热的情况。这样，通过来自晶圆的传热，基座也会被加热，因此能效率良好地将基座升温。

[先前技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2017-92102号公报

[专利文献2]美国专利申请公开第2017/0194220号说明书

技术实现要素：

[发明所要解决的问题]

在专利文献1、2所公开的技术中，为了进行基座的预热，通过放射温度计以非接触方式测定基座的温度。但如专利文献2中所公开的那样，当在将晶圆保持于基座的状态下进行预热时，尽管基座的加热效率提高，却会产生难以测定基座的温度这个问题。也就是说，放射温度计是接收从测定对象物放射的红外光，根据其强度测定测定对象物的温度的，但如果基座上保持有晶圆，则放射温度计除了从基座放射的红外光以外还接收从晶圆放射且透过基座的红外光，从而难以准确地测定基座的温度。

本发明是鉴于所述问题完成的，其目的在于提供一种无论基座上是否保持有衬底，均能准确地测定基座的温度的热处理装置。

[解决问题的技术方案]

为了解决所述问题，技术方案1的发明是一种热处理装置，通过对衬底照射光而将该衬底加热，其特征在于，具备：腔室，收容衬底；石英制的基座，将所述衬底载置并保持于所述腔室内；光照射部，对保持于所述基座的所述衬底照射光；及第1放射温度计，测定所述基座的温度；且所述第1放射温度计接收波长比4μm长的红外光而测定所述基座的温度。

另外，技术方案2的发明是根据技术方案1的发明的热处理装置，其特征在于，还具备控制来自所述光照射部的光照射的控制部，且在将虚设衬底保持于所述基座的状态下从所述光照射部进行光照射而将所述基座加热时，所述控制部基于所述第1放射温度计测得的所述基座的温度控制所述光照射部的输出。

另外，技术方案3的发明是根据技术方案2的发明的热处理装置，其特征在于，还具备测定保持于所述基座的所述衬底的温度的第2放射温度计，且所述控制部在基于所述第2放射温度计测得的所述衬底的温度控制所述光照射部的输出后，基于所述第1放射温度计测得的所述基座的温度控制所述光照射部的输出。

另外，技术方案4的发明是根据技术方案1至3中任一项的发明的热处理装置，其特征在于，还具备设置于所述基座与所述第1放射温度计之间的偏光元件，且所述第1放射温度计设置于沿着以布鲁斯特角入射到所述基座的表面的光的反射光的行进方向的位置，所述偏光元件仅让p偏光通过。

[发明的效果]

根据技术方案1至4的发明，第1放射温度计接收不透过石英且波长比4μm长的红外光而测定石英制的基座的温度，因此从衬底放射的红外光被基座遮挡，从而无论基座上是否保持有衬底，均能准确地测定基座的温度。

尤其是，根据技术方案3的发明，控制部在基于先行升温的衬底的温度控制光照射部的输出后，基于基座的温度控制光照射部的输出，因此能恰当地控制光照射部的输出。

尤其是，根据技术方案4的发明，第1放射温度计设置于沿着以布鲁斯特角入射到基座的表面的光的反射光的行进方向的位置，且在基座与第1放射温度计之间设置有仅让p偏光通过的偏光元件，因此能遮挡该反射光而使放射温度计仅接收从基座本身放射的红外光，从而能排除反射光的影响而更加准确地测定基座的温度。

附图说明

图1是表示本发明的热处理装置的构成的纵截面图。

图2是表示保持部的整体外观的立体图。

图3是基座的俯视图。

图4是基座的截面图。

图5是移载机构的俯视图。

图6是移载机构的侧视图。

图7是表示多个卤素灯的配置的俯视图。

图8是表示基座的预热顺序的流程图。

图9是示意性表示基座的预热的图。

图10是示意性表示利用放射温度计测定基座的温度的图。

图11是表示利用角度调整机构调整偏光元件的角度的图。

具体实施方式

以下，一面参照附图一面对本发明的实施方式详细地进行说明。

＜第1实施方式＞

图1是表示本发明的热处理装置1的构成的纵截面图。图1的热处理装置1是通过对作为衬底的圆板形状的半导体晶圆w进行闪光照射而将该半导体晶圆w加热的闪光灯退火装置。作为处理对象的半导体晶圆w的尺寸并不特别限定，例如为φ300mm或φ450mm(在本实施方式中，为φ300mm)。向热处理装置1搬入前的半导体晶圆w中已注入有杂质，通过利用热处理装置1实施的加热处理来执行所注入杂质的活化处理。此外，在图1及以后的各图中，为了易于理解，各部的尺寸或数量是根据需要被夸大或简化而绘制的。

热处理装置1具备收容半导体晶圆w的腔室6、内置多个闪光灯fl的闪光加热部5、及内置多个卤素灯hl的卤素加热部4。在腔室6的上侧设置有闪光加热部5，并且在下侧设置有卤素加热部4。另外，热处理装置1在腔室6的内部，具备将半导体晶圆w以水平姿势保持的保持部7、及在保持部7与装置外部之间进行半导体晶圆w的交接的移载机构10。进而，热处理装置1具备控制部3，该控制部3控制卤素加热部4、闪光加热部5及腔室6中设置的各动作机构，使它们执行半导体晶圆w的热处理。

腔室6是在筒状的腔室侧部61的上下安装石英制的腔室窗而构成。腔室侧部61具有上下开口的概略筒形状，上侧开口安装有上侧腔室窗63而被封堵，下侧开口安装有下侧腔室窗64而被封堵。构成腔室6的顶壁部的上侧腔室窗63是由石英形成的圆板形状部件，作为使从闪光加热部5出射的闪光透射到腔室6内的石英窗而发挥功能。另外，构成腔室6的底板部的下侧腔室窗64也是由石英形成的圆板形状部件，作为使来自卤素加热部4的光透射到腔室6内的石英窗而发挥功能。

另外，在腔室侧部61的内侧壁面的上部安装有反射环68，在下部安装有反射环69。反射环68、69均形成为圆环状。上侧的反射环68是通过从腔室侧部61的上侧嵌入而安装。另一方面，下侧的反射环69是通过从腔室侧部61的下侧嵌入并利用图示省略的螺钉加以固定而安装。也就是说，反射环68、69均装卸自由地安装于腔室侧部61。腔室6的内侧空间，也就是由上侧腔室窗63、下侧腔室窗64、腔室侧部61及反射环68、69包围的空间被规定为热处理空间65。

通过在腔室侧部61安装反射环68、69，而在腔室6的内壁面形成有凹部62。也就是说，形成有由腔室侧部61的内壁面中未安装反射环68、69的中央部分、反射环68的下端面及反射环69的上端面包围的凹部62。凹部62沿水平方向呈圆环状形成于腔室6的内壁面，并围绕保持半导体晶圆w的保持部7。腔室侧部61及反射环68、69由强度与耐热性优异的金属材料(例如，不锈钢)形成。

另外，在腔室侧部61，形成设置有用来对腔室6进行半导体晶圆w的搬入及搬出的搬送开口部(炉口)66。搬送开口部66可通过闸阀185而开闭。搬送开口部66连通连接于凹部62的外周面。因此，闸阀185将搬送开口部66打开时，能从搬送开口部66通过凹部62向热处理空间65搬入半导体晶圆w及从热处理空间65搬出半导体晶圆w。另外，如果闸阀185将搬送开口部66闭锁，则腔室6内的热处理空间65成为密闭空间。

另外，在腔室6的内壁上部，形成设置有向热处理空间65供给处理气体的气体供给孔81。气体供给孔81形成设置于比凹部62更靠上侧位置，也可设置于反射环68。气体供给孔81经由呈圆环状形成于腔室6的侧壁内部的缓冲空间82，连通连接于气体供给管83。气体供给管83连接于处理气体供给源85。另外，在气体供给管83的路径中途介插有阀84。如果将阀84打开，则处理气体从处理气体供给源85向缓冲空间82输送。流入到缓冲空间82的处理气体以在流体阻力比气体供给孔81小的缓冲空间82内扩散的方式流动而从气体供给孔81向热处理空间65内供给。作为处理气体，例如可使用氮(n2)等惰性气体，或氢(h2)、氨(nh3)等反应性气体，或由它们混合而成的混合气体(本实施方式中，为氮气)。

另一方面，在腔室6的内壁下部，形成设置有将热处理空间65内的气体排出的气体排出孔86。气体排出孔86形成设置于比凹部62更靠下侧位置，也可设置于反射环69。气体排出孔86经由呈圆环状形成于腔室6的侧壁内部的缓冲空间87，连通连接于气体排出管88。气体排出管88连接于排气部190。另外，在气体排出管88的路径中途介插有阀89。如果将阀89打开，则热处理空间65的气体从气体排出孔86经缓冲空间87向气体排出管88排出。此外，气体供给孔81及气体排出孔86可沿腔室6的圆周方向设置有多个，也可呈狭缝状。

另外，在搬送开口部66的前端，也连接有将热处理空间65内的气体排出的气体排出管191。气体排出管191经由阀192连接于排气部190。通过将阀192打开，腔室6内的气体经由搬送开口部66排出。

作为排气部190，可使用真空泵或设置热处理装置1的工厂的排气公用实体。如果采用真空泵作为排气部190，关闭阀84以排出作为密闭空间的热处理空间65的环境气体而不从气体供给孔81进行任何气体供给，则能将腔室6内减压到真空环境气体。另外，即便在不使用真空泵作为排气部190的情况下，也能通过进行排气将腔室6内减压到小于大气压的气压，而不从气体供给孔81进行气体供给。

图2是表示保持部7的整体外观的立体图。保持部7是具备基台环71、连结部72及基座74而构成。基台环71、连结部72及基座74均由石英形成。也就是说，保持部7整体由石英形成。

基台环71是使圆环形状缺失一部分而成的圆弧形状的石英部件。该缺失部分是为了防止下述移载机构10的移载臂11与基台环71的干涉而设置。基台环71载置于凹部62的底面，由此支撑于腔室6的壁面(参照图1)。在基台环71的上表面，沿其圆环形状的圆周方向竖立设置有多个连结部72(在本实施方式中，为4个)。连结部72也是石英制的部件，通过熔接固接于基台环71。

基座74是通过设置于基台环71的4个连结部72而支撑。图3是基座74的俯视图。另外，图4是基座74的截面图。基座74具备保持板75、引导环76及多个衬底支撑销77。保持板75是由石英形成的大致圆形的平板状部件。保持板75的直径大于半导体晶圆w的直径。也就是说，保持板75具有较半导体晶圆w大的平面尺寸。

在保持板75的上表面周缘部设置有引导环76。引导环76是具有较半导体晶圆w的直径大的内径的圆环形状的部件。例如，在半导体晶圆w的直径为φ300mm的情况下，引导环76的内径为φ320mm。引导环76的内周形成为从保持板75向上方扩大的倾斜面。引导环76与保持板75相同，由石英形成。引导环76可熔接于保持板75的上表面，也可通过另行加工所得的销等固定于保持板75。或者，也可将保持板75与引导环76加工成一体的部件。

保持板75的上表面中比引导环76更靠内侧的区域成为保持半导体晶圆w的平面状的保持面75a。在保持板75的保持面75a，竖立设置有多个衬底支撑销77。在本实施方式中，沿保持面75a的与外周圆(引导环76的内周圆)为同心圆的圆周上，分别间隔30°竖立设置有共计12个衬底支撑销77。配置有12个衬底支撑销77的圆的直径(相对向的衬底支撑销77间的距离)小于半导体晶圆w的直径，如果半导体晶圆w的直径为φ300mm，则该圆的直径为φ270mm～φ280mm(在本实施方式中，为φ270mm)。各个衬底支撑销77由石英形成。多个衬底支撑销77可通过熔接设置于保持板75的上表面，也可与保持板75加工成一体。

返回到图2，竖立设置于基台环71的4个连结部72与基座74的保持板75的周缘部通过熔接而固接。也就是说，基座74与基台环71通过连结部72而固定连结。通过像这样使保持部7的基台环71支撑于腔室6的壁面，保持部7被安装于腔室6。在保持部7安装于腔室6的状态下，基座74的保持板75成为水平姿势(法线与铅直方向一致的姿势)。也就是说，保持板75的保持面75a成为水平面。

搬入到腔室6的半导体晶圆w以水平姿势载置并保持在安装于腔室6的保持部7的基座74之上。这时，半导体晶圆w通过竖立设置于保持板75上的12个衬底支撑销77得到支撑，并保持于基座74。更严谨来说，12个衬底支撑销77的上端部与半导体晶圆w的下表面接触而支撑该半导体晶圆w。12个衬底支撑销77的高度(衬底支撑销77的上端到保持板75的保持面75a的距离)均等，因此能通过12个衬底支撑销77将半导体晶圆w以水平姿势支撑。

另外，半导体晶圆w是通过多个衬底支撑销77以与保持板75的保持面75a隔开指定间隔的方式得到支撑。相比于衬底支撑销77的高度，引导环76的厚度更大。因此，通过多个衬底支撑销77支撑的半导体晶圆w的水平方向的位置偏移通过引导环76得到防止。

另外，如图2及图3所示，在基座74的保持板75，上下贯通而形成有开口部78。开口部78是为了供放射温度计120(参照图1)接收从半导体晶圆w的下表面放射的放射光(红外光)而设置。也就是说，放射温度计120经由开口部78接收从半导体晶圆w的下表面放射的光，并由另外设置的检测器测定该半导体晶圆w的温度。进而，在基座74的保持板75，贯穿设置有供下述移载机构10的顶起销12为了交接半导体晶圆w而贯通的4个贯通孔79。

图5是移载机构10的俯视图。另外，图6是移载机构10的侧视图。移载机构10具备2根移载臂11。移载臂11形成为沿大致圆环状的凹部62的圆弧形状。在各个移载臂11竖立设置有2根顶起销12。移载臂11及顶起销12由石英形成。各移载臂11能通过水平移动机构13而旋动。水平移动机构13使一对移载臂11相对于保持部7在移载动作位置(图5的实线位置)与退避位置(图5的二点链线位置)之间水平移动，该移载动作位置是进行半导体晶圆w的移载的位置，该退避位置是俯视下不与保持于保持部7的半导体晶圆w重叠的位置。作为水平移动机构13，可通过个别马达使各移载臂11分别旋动，也可使用连杆机构通过1个马达使一对移载臂11连动而旋动。

另外，一对移载臂11通过升降机构14而与水平移动机构13一起升降移动。如果升降机构14在移载动作位置处使一对移载臂11上升，则共计4根顶起销12通过贯穿设置于基座74的贯通孔79(参照图2、3)，从而顶起销12的上端从基座74的上表面突出。另一方面，升降机构14在移载动作位置处使一对移载臂11下降，而将顶起销12从贯通孔79拔出，如果水平移动机构13使一对移载臂11以被打开的方式移动，则各移载臂11移动到退避位置。一对移载臂11的退避位置位于保持部7的基台环71的正上方。因基台环71载置于凹部62的底面，故移载臂11的退避位置位于凹部62的内侧。此外，在移载机构10的设置有驱动部(水平移动机构13及升降机构14)的部位附近，也设置有图示省略的排气机构，而构成为将移载机构10的驱动部周边的环境气体向腔室6的外部排出。

如图1所示，热处理装置1具有3个放射温度计120、130、140。就像所述的那样，放射温度计120经由设置于基座74的开口部78测定半导体晶圆w的温度。放射温度计130检测从石英制的基座74放射的红外光而测定基座74的温度。另一方面，放射温度计140检测从下侧腔室窗64放射的红外光而测定下侧腔室窗64的温度。放射温度计120、130、140分别设置于测定对象物也就是半导体晶圆w、基座74及下侧腔室窗64的斜下方。也就是说，放射温度计120、130、140各自的光轴与测定对象物所成的角度小于90°。其目的在于，避免放射温度计120、130、140遮挡来自卤素灯hl及闪光灯fl的光照射。

设置于腔室6上方的闪光加热部5是在壳体51的内侧，具备包含多根(在本实施方式中，为30根)疝气闪光灯fl的光源、及以覆盖该光源上方的方式设置的反射器52而构成。另外，在闪光加热部5的壳体51的底部，安装有灯光放射窗53。构成闪光加热部5的底板部的灯光放射窗53是由石英形成的板状的石英窗。通过将闪光加热部5设置于腔室6的上方，灯光放射窗53与上侧腔室窗63相对向。闪光灯fl从腔室6的上方经由灯光放射窗53及上侧腔室窗63对热处理空间65照射闪光。

多个闪光灯fl分别为具有长条形圆筒形状的棒状灯，且以各自的长度方向沿保持于保持部7的半导体晶圆w的主面(也就是说沿水平方向)相互平行的方式呈平面状排列。因此，通过闪光灯fl的排列形成的平面也为水平面。

疝气闪光灯fl具备：棒状的玻璃管(放电管)，其内部封入有疝气，且其两端部配设有连接于电容器的阳极及阴极；及触发电极，附设于该玻璃管的外周面上。疝气是电气绝缘体，所以即便电容器中蓄存有电荷，正常状态下玻璃管内也不会流通电气。然而，在对触发电极施加高电压而破坏了绝缘的情况下，电容器中储存的电气会瞬间流到玻璃管内，通过这时的疝原子或疝分子的激发而放出光。在这种疝气闪光灯fl中，预先储存于电容器中的静电能被转换成0.1毫秒到100毫秒的极短光脉冲，所以与卤素灯hl等连续点亮的光源相比，具有能照射极强光的特征。也就是说，闪光灯fl是在未达1秒的极短时间内瞬间发光的脉冲发光灯。此外，闪光灯fl的发光时间可通过对闪光灯fl进行电力供给的灯电源的线圈常数加以调整。

另外，反射器52是以覆盖多个闪光灯fl全体的方式设置于这多个闪光灯fl的上方。反射器52的基本功能为将从多个闪光灯fl出射的闪光向热处理空间65侧反射。反射器52由铝合金板形成，其正面(面向闪光灯fl的侧的面)被采用喷砂处理实施了粗面化加工。

设置于腔室6下方的卤素加热部4在壳体41的内侧内置有多根(在本实施方式中，为40根)卤素灯hl。卤素加热部4是通过多个卤素灯hl从腔室6的下方经由下侧腔室窗64对热处理空间65进行光照射而将半导体晶圆w加热的光照射部。

图7是表示多个卤素灯hl的配置的俯视图。40根卤素灯hl分为上下2段而配置。在距保持部7较近的上段配设有20根卤素灯hl，并且在比上段距保持部7远的下段也配设有20根卤素灯hl。各卤素灯hl为具有长条形圆筒形状的棒状灯。上段、下段中，20根卤素灯hl均以各自的长度方向沿保持于保持部7的半导体晶圆w的主面(也就是说，沿水平方向)相互平行的方式排列。由此，上段、下段中，通过卤素灯hl的排列形成的平面均为水平面。

另外，如图7所示，在上段、下段，卤素灯hl在与周缘部对向的区域的配设密度均比在与保持于保持部7的半导体晶圆w的中央部对向的区域的配设密度更高。也就是说，在上下段，卤素灯hl在周缘部的配设间距均比在灯排列的中央部的配设间距短。因此，能对通过来自卤素加热部4的光照射进行加热时温度容易下降的半导体晶圆w的周缘部，进行更多光量的照射。

另外，由上段卤素灯hl构成的灯群与由下段卤素灯hl构成的灯群呈格子状交叉排列。也就是说，以配置于上段的20根卤素灯hl的长度方向与配置于下段的20根卤素灯hl的长度方向相互正交的方式，配设有共计40根卤素灯hl。

卤素灯hl是通过对配设于玻璃管内部的灯丝通电，使灯丝白炽化而发光的灯丝方式的光源。玻璃管的内部封入有向氮或氩等惰性气体导入微量卤族元素(碘、溴等)所得的气体。通过导入卤族元素，能抑制灯丝的折损，且将灯丝的温度设定成高温。因此，卤素灯hl具有如下特性：与普通白炽灯泡相比，寿命较长，且能连续照射强光。也就是说，卤素灯hl是至少1秒以上连续发光的连续点亮灯。另外，由于卤素灯hl为棒状灯，所以寿命较长，通过使卤素灯hl沿水平方向配置，对上方的半导体晶圆w的放射效率优异。

另外，卤素加热部4的壳体41内，也在2段卤素灯hl的下侧设置有反射器43(图1)。反射器43将从多个卤素灯hl出射的光向热处理空间65的侧反射。

控制部3控制设置于热处理装置1的所述各种动作机构。作为控制部3的硬件的构成与普通计算机相同。也就是说，控制部3具备：cpu(centralprocessingunit，中央处理器)，是进行各种运算处理的电路；rom(readonlymemory，唯读存储器)，是存储基本程序的读出专用存储器；ram(randomaccessmemory，随机访问存储器)，是存储各种信息的自由读写存储器；及磁盘，存储控制用软件或数据等。通过控制部3的cpu执行指定的处理程序，热处理装置1中的处理得以进行。

除了所述构成以外，热处理装置1还具备各种冷却用构造，以防半导体晶圆w的热处理时从卤素灯hl及闪光灯fl产生的热能导致卤素加热部4、闪光加热部5及腔室6的温度过度上升。例如，在腔室6的壁体设置有水冷管(图示省略)。另外，卤素加热部4及闪光加热部5形成为在内部形成气流而进行排热的空冷构造。另外，向上侧腔室窗63与灯光放射窗53的间隙也供给空气，将闪光加热部5及上侧腔室窗63冷却。

其次，对热处理装置1中的处理动作进行说明。首先，对以半导体晶圆w作为处理对象的热处理的顺序进行说明。这里，作为处理对象的半导体晶圆w是通过离子注入法添加有杂质(离子)的半导体衬底。该杂质的活性化是通过利用热处理装置1实施的闪光照射加热处理(退火)而执行的。以下所说明的半导体晶圆w的处理顺序是通过控制部3控制热处理装置1的各动作机构而进行的。

首先，将供气用的阀84打开，并且将排气用的阀89、192打开，开始对腔室6内供气及排气。将阀84打开后，氮气从气体供给孔81向热处理空间65供给。另外，将阀89打开后，腔室6内的气体从气体排出孔86排出。由此，从腔室6内的热处理空间65的上部供给的氮气流向下方，从热处理空间65的下部排出。

另外，通过将阀192打开，腔室6内的气体也从搬送开口部66排出。进而，通过图示省略的排气机构，移载机构10的驱动部周边的环境气体也被排出。此外，在热处理装置1中对半导体晶圆w实施热处理时，氮气持续向热处理空间65供给，其供给量根据处理步骤而适当变更。

然后，打开闸阀185而将搬送开口部66打开，通过装置外部的搬送机器人经由搬送开口部66将作为处理对象的半导体晶圆w搬入到腔室6内的热处理空间65。这时，有随着半导体晶圆w的搬入而卷入装置外部的环境气体的担忧，但因腔室6中不断有氮气供给，故氮气会从搬送开口部66流出，从而能将这种外部环境气体的卷入控制在最小限度。

通过搬送机器人搬入的半导体晶圆w进出到保持部7的正上方位置并停止于此。然后，移载机构10的一对移载臂11从退避位置水平移动到移载动作位置并上升，由此顶起销12通过贯通孔79从基座74的保持板75的上表面突出而接收半导体晶圆w。这时，顶起销12上升到比衬底支撑销77的上端更靠上方。

将半导体晶圆w载置于顶起销12后，搬送机器人从热处理空间65退出，搬送开口部66通过闸阀185而闭锁。然后，一对移载臂11下降，由此半导体晶圆w被从移载机构10移交到保持部7的基座74，并被以水平姿势从下方保持。半导体晶圆w通过竖立设置于保持板75上的多个衬底支撑销77得到支撑，并保持于基座74。另外，半导体晶圆w被以形成有图案且注入有杂质的正面作为上表面而保持于保持部7。在通过多个衬底支撑销77支撑的半导体晶圆w的背面(与正面为相反侧的主面)与保持板75的保持面75a之间，形成有指定间隔。下降到基座74下方的一对移载臂11通过水平移动机构13退避到退避位置也就是凹部62的内侧。

通过以石英形成的保持部7的基座74将半导体晶圆w以水平姿势从下方保持后，卤素加热部4的40根卤素灯hl一齐点亮，而开始预加热(辅助加热)。从卤素灯hl出射的卤素光透过由石英形成的下侧腔室窗64及基座74照射到半导体晶圆w的下表面。通过接受来自卤素灯hl的光照射，半导体晶圆w得到预加热，从而温度上升。此外，由于移载机构10的移载臂11已退避到凹部62的内侧，所以不会妨碍卤素灯hl进行加热。

通过卤素灯hl进行预加热时，半导体晶圆w的温度由放射温度计120测定。也就是说，从保持于基座74的半导体晶圆w的下表面经由开口部78放射的红外光由放射温度计120接收而测定正在升温的晶圆温度。测得的半导体晶圆w的温度被传送到控制部3。控制部3一面监视通过来自卤素灯hl的光照射而升温的半导体晶圆w的温度是否达到指定的预加热温度t1，一面控制卤素灯hl的输出。也就是说，控制部3基于放射温度计120测得的测定值，以使半导体晶圆w的温度成为预加热温度t1的方式反馈控制卤素灯hl的输出。预加热温度t1为无半导体晶圆w中添加的杂质通过热而扩散的担忧的200℃到800℃左右，优选350℃到600℃左右(在本实施方式中，为600℃)。

半导体晶圆w的温度达到预加热温度t1后，控制部3将半导体晶圆w暂时维持为该预加热温度t1。具体来说，在通过放射温度计120测得的半导体晶圆w的温度达到预加热温度t1的时间点，控制部3调整卤素灯hl的输出，将半导体晶圆w的温度大致维持为预加热温度t1。

在半导体晶圆w的温度达到预加热温度t1且经过指定时间后的时间点，闪光加热部5的闪光灯fl对保持于基座74的半导体晶圆w的正面进行闪光照射。这时，从闪光灯fl放射的闪光的一部分直接朝向腔室6内，其他部分暂时先被反射器52反射，然后再朝向腔室6内，通过这些闪光的照射，进行半导体晶圆w的闪光加热。

闪光加热是通过来自闪光灯fl的闪光(flashlight)照射而进行，因此能使半导体晶圆w的正面温度在短时间内上升。也就是说，从闪光灯fl照射的闪光是由预先储存于电容器中的静电能转换成极短光脉冲且照射时间极短到0.1毫秒以上100毫秒以下程度的强闪光。而且，通过来自闪光灯fl的闪光照射被闪光加热的半导体晶圆w的正面温度瞬间上升到1000℃以上的处理温度t2，注入到半导体晶圆w的杂质活化后，正面温度急速下降。这样，在热处理装置1中，能使半导体晶圆w的正面温度在极短时间内升降，因此能一面抑制注入到半导体晶圆w的杂质通过热而扩散，一面进行杂质的活化。此外，杂质的活化所需的时间与其热扩散所需的时间相比极短，因此活化在0.1毫秒到100毫秒左右的尚未发生扩散的短时间内即可完成。

闪光加热处理结束后且经过指定时间后，卤素灯hl熄灭。由此，半导体晶圆w从预加热温度t1急速降温。正在降温的半导体晶圆w的温度由放射温度计120测定，且其测定结果被传送到控制部3。控制部3根据放射温度计120的测定结果，监视半导体晶圆w的温度是否降温到指定温度。然后，半导体晶圆w的温度降温到指定温度以下后，移载机构10的一对移载臂11再次从退避位置水平移动到移载动作位置并上升，由此顶起销12从基座74的上表面突出，而从基座74接收热处理后的半导体晶圆w。然后，将通过闸阀185而闭锁的搬送开口部66打开，通过装置外部的搬送机器人搬出载置于顶起销12上的半导体晶圆w，至此热处理装置1中的半导体晶圆w的加热处理完成。

但较为典型的是以批次为单位进行半导体晶圆w的处理。所谓批次，是指作为在相同条件下进行相同内容处理的对象的1组半导体晶圆w。在本实施方式的热处理装置1中，也是将构成批次的多片(例如，25片)半导体晶圆w逐片地依次搬入到腔室6而进行加热处理。

这里，在一段时间未进行处理的热处理装置1中开始批次处理的情况下，将批次最初的半导体晶圆w搬入到大致室温的腔室6而进行闪光加热处理。这种情况例如为：实施维护后启动热处理装置1，然后再处理最初批次的情况；或处理上一个批次后经过了较长时间的情况等。加热处理时，会从升温后的半导体晶圆w向基座74等腔室内构造物发生传热，因此初期为室温的基座74会随着半导体晶圆w的处理片数增加慢慢地通过蓄热而升温。另外，从卤素灯hl出射的红外光的一部分会被下侧腔室窗64吸收，因此下侧腔室窗64的温度也会随着半导体晶圆w的处理片数增加而慢慢地升温。

而且，进行约10片半导体晶圆w的加热处理时基座74及下侧腔室窗64的温度达到固定的稳定温度。在达到稳定温度的基座74中，从半导体晶圆w向基座74传导的热量与从基座74散发的热量均衡。在基座74的温度达到稳定温度之前，从半导体晶圆w传导的热量多于从基座74散发的热量，因此基座74的温度随着半导体晶圆w的处理片数增加慢慢地通过蓄热而上升。与此相对地，基座74的温度达到稳定温度后，从半导体晶圆w传导的热量与从基座74散发的热量均衡，因此基座74的温度维持为固定的稳定温度。另外，下侧腔室窗64的温度达到稳定温度后，下侧腔室窗64从卤素灯hl的照射光吸收的热量与从下侧腔室窗64释放的热量均衡，因此下侧腔室窗64的温度也维持为固定的稳定温度。

如果像这样在室温的腔室6中开始处理，则存在如下问题：在批次初期的半导体晶圆w与中途往后的半导体晶圆w中，由于腔室6的构造物的温度不同，所以温度历程不均匀。另外，关于初期的半导体晶圆w，是将其支撑于低温的基座74而进行闪光加热处理的，因此也存在发生晶圆翘曲的问题。所以，在以往，开始批次处理前，会实施如下虚设运行：将非处理对象的虚设晶圆搬入到腔室6内而进行与处理对象的半导体晶圆w相同的预加热及闪光加热处理，而将基座74及下侧腔室窗64等腔室内构造物升温到稳定温度。这种虚设运行不仅会消耗与处理无关的虚设晶圆，而且需要耗用与对10片左右虚设晶圆进行闪光加热处理相当的时间，因此有碍热处理装置1的高效运用。

因此，在第1实施方式中，将批次最初的半导体晶圆w搬入到腔室6前，会进行基座74等腔室6内的构造物的预热。图8是表示基座74的预热顺序的流程图。图9是示意性表示基座74的预热的图。

首先，将虚设晶圆dw搬入到腔室6内，并将其载置于基座74(步骤s1)。虚设晶圆dw是与作为处理对象的半导体晶圆w相同的圆板形状的硅晶圆，具有与半导体晶圆w相同的尺寸及形状。但对虚设晶圆dw未进行图案形成及离子注入。将虚设晶圆dw向腔室6搬入的顺序与所述半导体晶圆w的搬入顺序相同。也就是说，通过装置外部的搬送机器人将虚设晶圆dw搬入到腔室6内，并由移载机构10的顶起销12接收虚设晶圆dw。然后，使顶起销12下降，由此将虚设晶圆dw载置并保持于基座74。

将虚设晶圆dw保持于基座74后，卤素加热部4的卤素灯hl点亮(步骤s2)。从卤素灯hl出射的光的一部分被石英制的下侧腔室窗64及基座74吸收，但大部分被虚设晶圆dw吸收。因此，通过来自卤素灯hl的光照射，虚设晶圆dw比基座74先升温。然后，通过来自虚设晶圆dw的传热，对基座74进行预热。如果不存在虚设晶圆dw，则仅通过从卤素灯hl照射的光的吸收来加热石英制的基座74，因此升温速度明显降低。也就是说，通过在将虚设晶圆dw保持于基座74的状态下从卤素灯hl进行光照射，能通过来自先升温的虚设晶圆dw的传热，效率良好且迅速地将石英制的基座74预热。

进行保持有虚设晶圆dw的基座74的预热时，通过放射温度计120测定虚设晶圆dw的温度。另外，通过放射温度计130测定基座74的温度，并且通过放射温度计140测定下侧腔室窗64的温度。

在卤素灯hl点亮后不久，也就是基座74的预热的初期阶段，控制部3基于虚设晶圆dw的测定温度控制卤素灯hl的输出(步骤s3)。在步骤s3中放射温度计120接收从保持于基座74的虚设晶圆dw的下表面经由开口部78放射的红外光而测定虚设晶圆dw的温度。测得的虚设晶圆dw的温度被传送到控制部3。控制部3一面监视虚设晶圆dw的温度是否达到指定的设定温度，一面控制卤素灯hl的输出。也就是说，控制部3基于通过放射温度计120测得的虚设晶圆dw的温度反馈控制卤素灯hl的输出。

虚设晶圆dw的温度达到指定的设定温度后，控制部3基于基座74的测定温度控制卤素灯hl的输出(步骤s4)。在步骤s4中放射温度计130接收从正在预热的基座74放射的红外光而测定基座74的温度。放射温度计130接收波长比4μm长的红外光而测定基座74的温度。具体来说，例如，只要将遮挡波长为4μm以下的光的滤光器设置于放射温度计130即可。或者，也可使放射温度计130具备检测波长区域比4μm长的检测元件。

石英具有如下性质：在4μm以下的波长区域具有较高的透过率，另一方面在比4μm长的波长区域透过率显著降低。也就是说，石英在4μm以下的波长区域是透明的，但在比4μm长的波长区域变得不透明。因此，如果在4μm以下的波长区域进行石英制的基座74的温度测定，则放射温度计除了从基座74放射的红外光以外还接收从虚设晶圆dw放射且透过基座74的红外光，从而无法准确地测定基座74的温度。在第1实施方式中，放射温度计130接收波长比4μm长的红外光而测定基座74的温度。石英在波长比4μm长的波长区域是不透明的，因此从虚设晶圆dw放射的波长比4μm长的红外光被基座74遮挡。结果，放射温度计130能仅接收从基座74放射的红外光，从而准确地测定基座74的温度。

通过放射温度计130测得的基座74的温度被传送到控制部3。控制部3一面监视基座74的温度是否达到稳定温度，一面控制卤素灯hl的输出。也就是说，控制部3基于通过放射温度计130取得的基座74的测定温度，以基座74的温度成为稳定温度的方式反馈控制卤素灯hl的输出。所谓稳定温度，是指不对基座74进行预热而在腔室6内对批次的多个半导体晶圆w连续地进行光照射加热，由此基座74的温度上升并最终固定下来时该基座74的温度。

基座74达到稳定温度后，从腔室6搬出虚设晶圆dw，并将作为批次最初的处理对象的半导体晶圆w搬入到腔室6而执行所述热处理。将作为批次最初的处理对象的半导体晶圆w搬入到腔室6内时，基座74等已被加热到稳定温度，因此能遍及构成批次的所有半导体晶圆w地使温度历程均匀。另外，关于批次初期的半导体晶圆w，由已升温到稳定温度的基座74来加以保持，因此能防止基座74与半导体晶圆w的温差所导致的晶圆翘曲。

在第1实施方式中，放射温度计130接收波长比4μm长的红外光而测定石英制的基座74的温度。在比4μm长的波长区域石英变得不透明，因此无论基座74上是否保持有晶圆，放射温度计130均能仅接收从基座74放射的红外光，而准确地测定基座74的温度。

另外，在第1实施方式中，控制部3基于在基座74的预热的初期阶段由放射温度计120测得的虚设晶圆dw的温度控制卤素灯hl的输出，其后基于放射温度计130测得的基座74的温度控制卤素灯hl的输出。在预热的初期阶段，虚设晶圆dw先升温，基座74几乎不升温，因此如果控制部3基于基座74的测定温度控制卤素灯hl的输出，则有该输出过度变强的担忧。因此，在基座74的预热的初期阶段，优选控制部3基于虚设晶圆dw的测定温度控制卤素灯hl的输出。

另一方面，如果仅仅是控制部3基于虚设晶圆dw的测定温度控制卤素灯hl的输出，则难以将基座74准确地升温到稳定温度。因此，优选通过来自先行升温的虚设晶圆dw的传热而基座74的温度某种程度地升温后，控制部3基于基座74的测定温度控制卤素灯hl的输出。也就是说，通过像第1实施方式这样设定，能恰当地控制卤素灯hl的输出。

＜第2实施方式＞

其次，对本发明的第2实施方式进行说明。第2实施方式的热处理装置1的构成及半导体晶圆w的处理顺序与第1实施方式大致相同。在第1实施方式中，为了控制预热时的卤素灯hl的输出而通过放射温度计130测定基座74的温度。另外，为了控制半导体晶圆w的热处理时的卤素灯hl的输出而通过放射温度计120测定半导体晶圆w的温度。进而，也通过放射温度计140测定下侧腔室窗64的温度。

放射温度计120、130、140分别接收从半导体晶圆w、基座74及下侧腔室窗64放射的红外光，而根据其强度测定测定对象物的温度。但半导体晶圆w的主面及石英部件的表面是镜面，因此会反射从周边放射的红外光，该反射光将到达放射温度计120、130、140。也就是说，放射温度计120、130、140除了从测定对象物放射的红外光以外，还接收经测定对象物反射的反射光，因此会产生测定误差。例如，放射温度计130除了从基座74放射的红外光以外，还接收从腔室6的内壁面等放射且经基座74的表面反射的红外光，因此会妨碍到基座74的准确的温度测定。

因此，在第2实施方式中，按照以下所述利用放射温度计进行温度测定。图10是示意性表示利用放射温度计130测定基座74的温度的图。放射温度计130设置于石英制的基座74的斜下方。更准确来说，放射温度计130设置于沿着以布鲁斯特角θb入射到基座74的表面的光的反射光的行进方向的位置。布鲁斯特角θb是在折射率不同的物质的界面处p偏光的反射率成为0的入射角。入射角与反射角相等，因此以布鲁斯特角θb入射的光的反射角也成为布鲁斯特角θb。换句话来说，以使放射温度计130的光轴与基座74的法线所成的角度成为布鲁斯特角θb的方式设置放射温度计130。

另外，在基座74与放射温度计130之间设置有偏光元件135。偏光元件135是仅让向指定方向偏光的光通过的元件。作为偏光元件135，例如可使用将多根铝线平行排列而成的线栅偏光元件。偏光元件135仅选择性地透过p偏光的光，而反射s偏光的光。此外，p偏光是电场在入射面内振动的偏光，s偏光是电场与入射面垂直地振动的偏光。

进而，设置有角度调整机构137，该角度调整机构137对偏光元件135相对于以布鲁斯特角θb入射到基座74的表面且朝向放射温度计130的反射光的光轴的旋转角度进行调整。图11是表示利用角度调整机构137调整偏光元件135的角度的图。在图11中，以布鲁斯特角θb入射到基座74的表面的光的反射光的光轴与纸面垂直。热处理装置1的操作员使用角度调整机构137向图11的箭头ar11所示的方向调整偏光元件135的旋转角度。这种偏光元件135的角度调整是以用来修正机差的微调的方式进行的。

返回到图10，以布鲁斯特角θb入射到基座74的表面的光的反射光(在图10中，为从基座74朝向放射温度计130的以直线表示的光)中不含p偏光。另一方面，从基座74本身放射的红外光(在图10中，为以波线表示的光)可以看作是p偏光与s偏光的合成光。也就是说，从基座74放射的红外光中混合存在p偏光与s偏光。

在基座74与放射温度计130之间，设置有仅选择性地让p偏光通过的偏光元件135。以布鲁斯特角θb入射到基座74的表面的光的反射光、及从基座74本身放射的红外光均向偏光元件135入射。这时，由于以布鲁斯特角θb入射到基座74的表面的光的反射光中不含p偏光，所以该反射光无法通过仅让p偏光通过的偏光元件135。也就是说，来自基座74的反射光被偏光元件135遮挡。另一方面，由于从基座74本身放射的红外光中混合存在p偏光与s偏光，所以该p偏光能通过偏光元件135到达放射温度计130。也就是说，放射温度计130能接收从基座74本身放射且通过偏光元件135的红外光。

这样一来，通过在沿着以布鲁斯特角θb入射到基座74的表面的光的反射光的行进方向的位置设置放射温度计130，并且在基座74与放射温度计130之间设置仅让p偏光通过的偏光元件135，能阻挡该反射光而使放射温度计130仅接收从基座74本身放射的红外光。结果，放射温度计130能排除反射光的影响而更加准确地测定测定对象物也就是基座74的温度。

以上是关于利用放射温度计130测定基座74的温度的说明，利用放射温度计120、140测定温度也是一样的。也就是说，通过在沿着以布鲁斯特角θb入射到保持于基座74的半导体晶圆w的主面的光的反射光的行进方向的位置设置放射温度计120，并且在半导体晶圆w与放射温度计120之间设置仅让p偏光通过的偏光元件，能阻挡该反射光而使放射温度计120仅接收从半导体晶圆w本身放射的红外光。由此，放射温度计120能排除反射光的影响而准确地测定测定对象物也就是半导体晶圆w的温度。

另外，通过在沿着以布鲁斯特角θb入射到作为石英窗的下侧腔室窗64的表面的光的反射光的行进方向的位置设置放射温度计140，并且在下侧腔室窗64与放射温度计140之间设置仅让p偏光通过的偏光元件，能阻挡该反射光而使放射温度计140仅接收从下侧腔室窗64本身放射的红外光。由此，放射温度计140能排除反射光的影响而准确地测定测定对象物也就是下侧腔室窗64的温度。

＜变化例＞

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明可在不脱离其主旨的范围内，在所述内容以外进行各种变更。例如，在第1实施方式中，控制部3也可在基于虚设晶圆dw的温度控制卤素灯hl的输出后，基于放射温度计140测得的下侧腔室窗64的温度控制卤素灯hl的输出。进而其后，控制部3也可基于放射温度计130测得的基座74的温度控制卤素灯hl的输出。

另外，也可通过放射温度计测定上侧腔室窗63等基座74及下侧腔室窗64以外的设置于腔室6的构造物的温度，控制部3基于该测定结果控制基座74的预热时的卤素灯hl的输出。在该情况下，同样地，通过在沿着以布鲁斯特角θb入射到作为石英窗的上侧腔室窗63的表面的光的反射光的行进方向的位置设置放射温度计，并且在上侧腔室窗63与放射温度计之间设置仅让p偏光通过的偏光元件，能阻挡该反射光而使放射温度计仅接收从上侧腔室窗63本身放射的红外光。由此，放射温度计能排除反射光的影响而准确地测定测定对象物的温度。

另外，在所述实施方式中，闪光加热部5具备30根闪光灯fl，但并不限定于此，闪光灯fl的根数可为任意数量。另外，闪光灯fl并不限定于疝气闪光灯，也可为氪气闪光灯。另外，卤素加热部4所具备的卤素灯hl的根数也并不限定于40根，而可为任意数量。

另外，在所述实施方式中，使用灯丝方式的卤素灯hl作为1秒以上连续发光的连续点亮灯，进行半导体晶圆w的预加热，但并不限定于此，也可使用放电型的电弧灯(例如，疝弧灯)代替卤素灯hl作为连续点亮灯，进行预加热。在该情况下，通过来自电弧灯的光照射对基座74进行预热。

另外，被热处理装置1作为处理对象的衬底并不限定于半导体晶圆，也可为用于液晶显示装置等平板显示器的玻璃衬底或太阳电池用的衬底。在该情况下，也可使用本发明的技术通过放射温度计测定玻璃衬底等的温度。另外，在热处理装置1中，也可进行高介电常数栅极绝缘膜(high-k膜)的热处理、金属与硅的接合、或多晶硅的结晶化。

[符号的说明]

1热处理装置

3控制部

4卤素加热部

5闪光加热部

6腔室

7保持部

10移载机构

63上侧腔室窗

64下侧腔室窗

65热处理空间

74基座

75保持板

77衬底支撑销

120、130、140放射温度计

135偏光元件

137角度调整机构

fl闪光灯

hl卤素灯

w半导体晶圆