热处理方法以及热处理装置与流程

本发明涉及通过向半导体晶片等的薄板状精密电子基板(以下仅称为“基板”)照射光来对该基板进行加热的热处理方法以及热处理装置。

背景技术：

在半导体器件的制造工艺中，导入杂质是用于在半导体晶片内形成pn结的必需的工序。当前，导入杂质一般通过离子注入法和之后的退火法来实现。离子注入法是如下技术，使硼(B)、砷(As)、磷(P)这样的杂质元素离子化，并利用高加速电压使离子与半导体晶片碰撞来在物理上进行杂质注入。所注入的杂质通过退火处理实现活性化。此时，当退火时间在数秒左右以上时，所注入的杂质因热而扩散得深，其结果，接合深度与要求的深度相比过深，可能对形成良好的器件造成障碍。

因此，作为在极短时间内对半导体晶片进行加热的退火技术，近年来，闪光灯退火(FLA)引人关注。闪光灯退火是如下的热处理技术，即，使用氙气闪光灯(以下在仅记为“闪光灯”时，是指氙气闪光灯)向半导体晶片的表面照射闪光，由此在极短时间内(几毫秒以下)仅使注入了杂质的半导体晶片的表面升温。

氙气闪光灯的辐射光谱分布从紫外区域至近红外区域，波长比以往的卤素灯的波长短，并与硅的半导体晶片的基本吸收带几乎一致。因而，在从氙气闪光灯向半导体晶片照射了闪光时，透射光至少能够使半导体晶片急速升温。另外还可知，如果在数毫秒以下的极短的时间内照射闪光，则能够有选择地仅使半导体晶片表面附近升温。因此，如果利用氙气闪光灯在极短时间内升温，则能够在不使杂质扩散得深的情况下，仅执行杂质活性化。

不限于闪光加热，在热处理中适当管理半导体晶片的温度也很重要，因此，需要准确测定热处理中的半导体晶片的温度。典型地说，在半导体晶片的热处理中，利用非接触的辐射温度计来测定温度。为了利用辐射温度计准确地测定温度测，需要了解被测定物体的辐射率。但是，半导体晶片的辐射率因在表面形成的图案、膜而显著不同，如果不确定辐射率，则无法利用辐射温度计测定温度。

因此，在专利文献1提出了如下技术：在照射闪光时，在半导体晶片的表面温度和背面温度相等后，根据由背面侧的辐射温度计测定的晶片温度和在表面侧测定的光强度计算晶片表面的辐射率，使用所计算的辐射率，计算照射闪光时的半导体晶片的表面温度。

专利文献1：日本特开2012-238779号公报

但是，在专利文献1公开的技术中，由于需要在半导体晶片的表面侧和背面侧都设置传感器来进行测定，因此机构以及计算的算法变得复杂。另外，近年来，在半导体领域使用各种各样的材料，强烈希望能够简单测定如在硅的基材上形成锗的外延膜而成的基板那样的测定辐射率非常难的基板的表面温度。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种无论基板的表面状态如何都能够以简单的结构测定基板的表面温度的热处理方法以及热处理装置。

为了解决上述问题，技术方案1为一种热处理方法，通过向基板照射闪光来对该基板进行加热，其特征在于，包括：

预备加热工序，在照射闪光前以使基板升温至规定的预备加热温度方式进行预备加热；

闪光加热工序，向升温至所述预备加热温度的所述基板的表面照射闪光来进行加热；

上升温度测定工序，对在照射了闪光时所述基板的背面从所述预备加热温度上升的上升温度进行测定，

表面温度计算工序，基于所述上升温度，来计算照射闪光时的所述基板的表面到达温度。

另外，技术方案2为如技术方案1所述的热处理方法，其特征在于，

在所述表面温度计算工序中，根据所述上升温度的积分值来计算所述表面到达温度。

另外，技术方案3为如技术方案1所述的热处理方法，其特征在于，

该热处理方法还包括求出所述上升温度和所述表面到达温度的相关关系的工序，

在所述表面温度计算工序中，基于所述相关关系来计算所述表面到达温度。

另外，技术方案4为如技术方案1所述的热处理方法，其特征在于，

所述表面温度计算工序还包括根据所述基板的比热来对所计算的所述表面到达温度进行修正的修正工序。

另外，技术方案5为如技术方案1至4中任一项所述的热处理方法，其特征在于，

该热处理方法还包括显示所述表面到达温度的显示工序。

另外，技术方案7为一种热处理装置，通过向基板照射闪光来对该基板进行加热，其特征在于，具有：

腔室，容纳基板；

保持部，在所述腔室内保持基板；

闪光灯，向由所述保持部保持的基板的表面照射闪光；

预备加热部，在从所述闪光灯照射闪光之前，使所述基板升温至规定的预备加热温度，

背面温度测定部，对由所述保持部保持的所述基板的背面的温度进行测定；

表面温度计算部，基于在由所述闪光灯照射了闪光时由所述背面温度测定部测定的所述基板的背面的从所述预备加热温度上升的上升温度，来计算照射闪光时的所述基板的表面到达温度。

另外，技术方案7为如技术方案6所述的热处理装置，其特征在于，

所述表面温度计算部根据所述上升温度的积分值来计算所述表面到达温度。

另外，技术方案8为如技术方案6所述的热处理装置，其特征在于，

该热处理装置还具有保存所述上升温度和所述表面到达温度的相关关系的存储部，

所述表面温度计算部基于所述相关关系来计算所述表面到达温度。

另外，技术方案9为如技术方案6所述的热处理装置，其特征在于，

该热处理装置还具有温度修正部，该温度修正部根据所述基板的比热对由所述表面温度计算部计算出的所述表面到达温度进行修正。

另外，技术方案10为如技术方案6至9中任一项所述的热处理装置，其特征在于，

该热处理装置还具有显示所述表面到达温度的显示部。

发明效果

根据技术方案1至5的发明，基于在照射了闪光时基板的背面从预备加热温度上升的上升温度，计算闪光照射时的基板的表面到达温度，因此，仅通过测定基板的背面的温度就能求出基板的表面到达温度，无论基板的表面状态如何都能够以简单的结构测定基板的表面温度。

特别是，根据技术方案2的发明，由于根据上升温度的积分值来计算表面到达温度，所以能够提高测定精度。

根据技术方案6至10的发明，基于在照射了闪光时测定的基板的背面的从预备加热温度上升的上升温度，计算照射闪光时的基板的表面到达温度，因此仅通过测定基板的背面的温度就能够求出基板的表面到达温度，无关基板的表面状态如何都能够用简单的结构测定基板的表面温度。

特别是，根据技术方案7的发明，由于根据上升温度的积分值来计算表面到达温度，所以能够提高测定精度。

附图说明

图1是表示本发明的热处理装置的结构的纵剖视图。

图2是表示保持部的整体外观的立体图。

图3是从上面观察保持部的俯视图。

图4是从侧面观察保持部的侧视图。

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是表示控制部的结构的框图。

图9是示意性地表示利用辐射温度计测定的半导体晶片的温度变化的图。

图10是表示照射闪光时的半导体晶片的背面的上升温度与表面的到达温度的相关关系的图。

其中，附图标记说明如下：

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

31 表面温度计算部

32 温度修正部

33 显示部

35 磁盘

65 热处理空间

74 基座

120 辐射温度计

FL 闪光灯

HL 卤素灯

W 半导体晶片

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1是表示本发明的热处理装置1的结构的纵剖视图。本实施方式的热处理装置1是闪光灯退火装置，通过向作为基板的圆板形状的半导体晶片W照射闪光来对该半导体晶片W进行加热。成为处理对象的半导体晶片W的尺寸并不特别限定，但例如为或向搬入热处理装置1之前的半导体晶片W注入杂质，利用热处理装置1的加热处理执行对所注入的杂质的活性化处理。此外，在图1以及之后的各图中，为了便于理解，根据需要放大或简化各部的尺寸、数量。

热处理装置1具有容纳半导体晶片W的腔室6、内置多个闪光灯FL的闪光加热部5、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的内部具有用于将半导体晶片W保持为水平姿势的保持部7、在保持部7和装置外部之间交接半导体晶片W的移载机构10。进而，热处理装置1具有控制部3，该控制部3对卤素加热部4、闪光加热部5以及在腔室6设置的各动作机构进行控制来执行半导体晶片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的。腔室侧部61具有上下开口的大致筒形状，在上侧开口安装上侧腔室窗63而堵塞上侧开口，在下侧开口安装下侧腔室窗64而堵塞下侧开口。构成腔室6的顶部的上侧腔室窗63是由石英形成的圆板形状构件，作为使从闪光加热部5出射的闪光透过到腔室6内的石英窗发挥功能。另外，构成腔室6的底部的下侧腔室窗64也是由石英形成的圆板形状构件，作为使来自卤素加热部4的光透过到腔室6内的石英窗发挥功能。

另外，在腔室侧部61的内侧的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都形成为圆环状。上侧的反射环68通过从腔室侧部61的上侧嵌入来安装。另一方面，下侧的反射环69通过从腔室侧部61的下侧嵌入并用省略图示的螺钉固定来安装。即，反射环68、69都能自由装卸地安装在腔室侧部61。腔室6的内侧空间、即由上侧腔室窗63、下侧腔室窗64、腔室侧部61以及反射环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，在腔室6的内壁面形成有凹部62。即，形成有由腔室侧部61的内壁面中的未安装反射环68、69的中央部分、反射环68的下端面、反射环69的上端面包围的凹部62。凹部62沿着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片W的保持部7。

腔室侧部61以及反射环68、69由强度和耐热性优良的金属材料(例如不锈钢)形成。另外，反射环68、69的内周面通过电解镀镍而为镜面。

另外，在腔室侧部61设置有用于相对于腔室6进行半导体晶片W的搬入以及搬出的搬送开口部(炉口)66。搬送开口部66通过闸阀185来开闭。搬送开口部66与凹部62的外周面连通连接。因此，在闸阀185打开搬送开口部66时，从搬送开口部66通过凹部62向热处理空间65搬入半导体晶片W以及从热处理空间65搬出半导体晶片W。另外，当闸阀185关闭搬送开口部66时，腔室6内的热处理空间65为密闭空间。

另外，在腔室6的内壁上部设置有向热处理空间65供给处理气体(在本实施方式中为氮气(N₂))的气体供给孔81。气体供给孔81比凹部62更靠上侧位置，也可以设置在反射环68上。气体供给孔81经由在腔室6的侧壁内部呈圆环状形成的缓冲空间82与气体供给管83连通连接。气体供给管83与氮气供给源85连接。另外，在气体供给管83的路径途中安装有阀84。当打开阀84时，从氮气供给源85向缓冲空间82输送氮气。流入缓冲空间82的氮气以在流体阻力比气体供给孔81小的缓冲空间82内扩展的方式流动，并从气体供给孔81向热处理空间65内供给。此外，处理气体并不限于氮气，也可以是氩(Ar)、氦(He)等非活性气体、或氧气(O₂)、氢气(H₂)、氯气(Cl₂)、氯化氢(HCl)、臭氧(O₃)、氨(NH₃)等反应性气体。

另一方面，在腔室6的内壁下部设置有用于排出热处理空间65内的气体的气体排出孔86。气体排出孔86比凹部62靠下侧位置，也可以设置在反射环69上。气体排出孔86经由在腔室6的侧壁内部呈圆环状形成的缓冲空间87与气体排出管88连通连接。气体排出管88与排气部190连接。另外，在气体排出管88的路径途中安装有阀89。当打开阀89时，热处理空间65的气体从气体排出孔86经由缓冲空间87向气体排出管88排出。此外，气体供给孔81以及气体排出孔86既可以沿着腔室6的周向设置有多个，也可以为狭缝状。另外，氮气供给源85以及排气部190既可以是在热处理装置1设置的机构，也可以是设置有热处理装置1的工厂的设备。

另外，在搬送开口部66的顶端也连接有用于排出热处理空间65内的气体的气体排出管191。气体排出管191经由阀192与排气部190连接。通过打开阀192，经由搬送开口部66排出腔室6内的气体。

图2是表示保持部7的整体外观的立体图。另外，图3是从上面观察保持部7的俯视图，图4是从侧方观察保持部7的侧视图。保持部7具有底座环71、连接部72以及基座74。底座环71、连接部72以及基座74均由石英形成。即，保持部7整体由石英形成。

底座环71是圆环形状的石英构件。底座环71通过载置在凹部62的底面而被腔室6的壁面支撑(参照图1)。在具有圆环形状的底座环71的上表面沿着周向立设有多个连接部72(在本实施方式中为4个)。连接部72也是石英的构件，通过焊接固定在底座环71上。此外，底座环71的形状也可以是从圆环形状切去一部分的圆弧状。

平板状的基座74被在底座环71上设置的4个连接部72支撑。基座74是由石英形成的大致圆形的平板状构件。基座74的直径大于半导体晶片W的直径。即，基座74具有比半导体晶片W大的平面尺寸。在基座74的上表面立设有多个(在本实施方式为5个)引导销76。5个引导销76沿着与基座74的外周圆同心的圆周设置。配置有5个引导销76的圆的直径大于半导体晶片W的直径。各引导销76也由石英形成。此外，引导销76既可以与基座74一体地从石英块加工出来，可以将另外单独加工成的构件通过焊接等安装在基座74上。

在底座环71上立设的4个连接部72与基座74的周缘部的下表面通过焊接固定。即，基座74和底座环71通过连接部72固定连接，保持部7为石英的一体成形构件。这样的保持部7的底座环71被腔室6的壁面支撑，由此保持部7安装在腔室6内。在保持部7安装在腔室6内的状态下，大致圆板形状的基座74处于水平姿势(法线与铅垂方向一致的姿势)。搬入腔室6内的半导体晶片W以水平姿势载置保持于在腔室6内安装的保持部7的基座74上。半导体晶片W通过载置于由5个引导销76形成的圆的内侧，能够防止在水平方向上的位置偏移。此外，引导销76的个数并不限于5个，只要是能够防止半导体晶片W的位置偏移的数量即可。

另外，如图2以及图3所示，在基座74上，上下贯通地形成有开口部78以及切口部77。切口部77为了使使用了热电偶的接触式温度计130的探针顶端部通过而设置。另一方面，开口部78为了辐射温度计120接收从由基座74保持的半导体晶片W的下表面辐射的辐射光(红外光)而设置。辐射温度计120以及接触式温度計130都设置在由保持部7保持的半导体晶片W的背面侧。辐射温度计120例如使用高温计构成，接收从由保持部7保持的半导体晶片W的背面辐射的辐射光来测定该背面的温度。进而，在基座74上贯穿设置有4个贯通孔79，贯通孔79用于后述的移载机构10的升降销12贯通以进行半导体晶片W的交接。

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具有2条移载臂11。移载臂11大致为沿着圆环状的凹部62那样的圆弧形状。在各移载臂11上立设有2根升降销12。各移载臂11能够通过水平移动机构13转动。水平移动机构13能够使一对移载臂11在相对于保持部7移载半导体晶片W的移载动作位置(图5的实线位置)和与由保持部7保持的半导体晶片W在俯视下不重叠的退避位置(图5的双点划线位置)之间水平移动。作为水平移动机构13，既可以通过不同的马达使各移载臂11分别转动，也可以使用连杆机构并利用1个马达使一对移载臂11连动地转动。

另外，一对移载臂11通过升降机构14与水平移动机构13一起升降移动。当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置上升时，共计4根升降销12通过在基座74上贯穿设置的贯通孔79(参照图2、3)，并且升降销12的上端从基座74的上表面突出。另一方面，当升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置下降，使升降销12从贯通孔79抽出，并且水平移动机构13使一对移载臂11打开移动时，各移载臂11移动到退避位置。一对移载臂11的退避位置在保持部7的底座环71的正上方。由于底座环71载置在凹部62的底面，所以移载臂11的退避位置处于凹部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以及升降机构14)的部位的附近也设置有省略图示的排气机构，移载机构10的驱动部周边的气体排出到腔室6的外部。

返回到图1，在腔室6的上方设置的闪光加热部5在框体51的内侧具有由多根(在本实施方式为30根)氙气闪光灯FL构成的光源和以覆盖该光源的上方的方式设置的反射器52。另外，在闪光加热部5的框体51的底部安装有灯光辐射窗53。构成闪光加热部5的底部的灯光辐射窗53是由石英形成的板状的石英窗。通过将闪光加热部5设置在腔室6的上方，灯光辐射窗53与上侧腔室窗63相对。闪光灯FL从腔室6的上方经由灯光辐射窗53以及上侧腔室窗63向热处理空间65照射闪光。

多个闪光灯FL是分别具有长的圆筒形状的棒状灯，以各自的长度方向沿着由保持部7保持的半导体晶片W的主面(即沿着水平方向)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是水平面。

氙气闪光灯FL具有：棒状的玻璃管(放电管)，在内部封入氙气气体，并在两端部配设有与电容连接的阳极和阴极；触发电极，附加设置在该玻璃管的外周面上。由于氙气气体在电气上是绝缘体，所以即使在电容蓄积有电荷，在通常的状态下，在玻璃管内也不流经电流。但是，在对触发电极施加高电压而破坏绝缘的情况下，在电容蓄积的电荷瞬时流经玻璃管内，利用此时的氙气的原子或分子的激发而放出光。就这样的氙气闪光灯FL而言，将预先在电容蓄积的静电能量变换为0.1毫秒至100毫秒这样极短的光脉冲，因此，与如卤素灯HL那样的连续点亮的光源相比，具有能够照射极强的光的特征。即，闪光灯FL是在小于1秒的极短的时间内瞬间发光的脉冲发光灯。此外，闪光灯FL的发光时间能够根据向闪光灯FL供给电力的灯电源的线圈常数来调整。

另外，反射器52以覆盖多个闪光灯FL整体的方式设置在多个闪光灯FL的上方。反射器52的基本的功能是，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，其表面(面向闪光灯FL一侧的面)通过喷砂处理而被实施粗面化加工。

在腔室6的下方设置的卤素加热部4在框体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向热处理空间65照射光来对半导体晶片W进行加热的光照射部。

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层配置。在接近保持部7的上层配置有20根卤素灯HL，并且，在与上层相比距保持部7远的下层也配置有20根卤素灯HL。各卤素灯HL是具有长圆筒形状的棒状灯。在上层、下层，20根卤素灯HL都排列为，各自的长度方向沿着由保持部7保持的半导体晶片W的主面(即沿着水平方向)相互平行。因而在上层、下层，通过卤素灯HL的排列形成的平面都为水平面。

另外，如图7所示，在上层、下层，相比与由保持部7保持的半导体晶片W的中央部相向的区域，与周缘部相向的区域中的卤素灯HL的配设密度高。即，在上层、下层，相比灯排列的中央部，周缘部的卤素灯HL的配设间距短。因此，在通过卤素加热部4照射光进行加热时，能够向容易产生温度下降的半导体晶片W的周缘部照射更多的光量。

另外，由上层的卤素灯HL构成的灯组和由下层的卤素灯HL构成的灯组呈格子状交叉排列。即，以在上层配置的20根卤素灯HL的长度方向和在下层配置的20根卤素灯HL的长度方向相互垂直的方式，配设共计40根卤素灯HL。

卤素灯HL是通过对在玻璃管内部配设的灯丝进行通电来使灯丝白热化并使其发光的灯丝方式的光源。在玻璃管的内部封入有在氮气或氩气等非活性气体中导入微量的卤素元素(碘、溴等)而成的气体。通过导入卤素元素，能够抑制灯丝的折损并能够将灯丝的温度设定为高温。因此，卤素灯HL与通常的白炽灯相比具有寿命变长且能够连续照射强的光的特性。即，卤素灯HL是连续发光至少1秒以上的连续点亮灯。另外，卤素灯HL由于是棒状灯，所以寿命长，通过使卤素灯HL沿水平方向配置，向上方的半导体晶片W辐射的效率优良。

另外，在卤素加热部4的框体41内，在2层卤素灯HL的下侧也设置有反射器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侧反射。

控制部3对在热处理装置1设置的上述的各种动作机构进行控制。图8是表示控制部3的结构的框图。作为控制部3的硬件结构，与一般的计算机相同。即，控制部3具有进行各种运算处理的电路即使CPU、存储基本程序的读取专用的存储器ROM、存储各种信息的可自由读写的存储器RAM以及存储控制用软件和数据等的磁盘。控制部3的CPU执行规定的处理程序来进行热处理装置1中的处理。

如图8所示，控制部3具有表面温度计算部31以及温度修正部32。表面温度计算部31以及温度修正部32是控制部3的CPU执行规定的处理程序来实现的功能处理部。关于表面温度计算部31以及温度修正部32的处理内容在后面叙述。

另外，控制部3与显示部33连接。显示部33是立足在热处理装置1的外壁设置的液晶显示器等的显示面板。作为显示部33可以采用触摸面板。

除了上述结构以外，热处理装置1还具有各种冷却用的结构，以防止在对半导体晶片W进行热处理时，因由卤素灯HL以及闪光灯FL产生的热能导致卤素加热部4、闪光加热部5以及腔室6的温度过度上升。例如在腔室6的壁体设置有水冷管(省略图示)。另外，卤素加热部4以及闪光加热部5为在内部形成气体流来进行排热的空冷结构。另外，还向上侧腔室窗63和灯光辐射窗53的间隙供给空气，对闪光加热部5以及上侧腔室窗63进行冷却。

接着，对热处理装置1中的半导体晶片W的处理顺序进行说明。在此，成为处理对象的半导体晶片W是通过离子注入法而添加了杂质(离子)的半导体基板。该被添加的杂质的活性化通过由热处理装置1照射闪光进行加热处理(退火)来执行。以下说明的热处理装置1的处理顺序由控制部3对热处理装置1的各动作机构进行控制来进行。

首先，打开供气用的阀84并且打开排气用的阀89、192，开始对腔室6内进行供排气。当打开阀84时，从气体供给孔81向热处理空间65供给氮气。另外，当打开阀89时。从气体排出孔86排出腔室6内的气体。由此，从腔室6内的热处理空间65的上部供给的氮气向下方流动，并从热处理空间65的下部排出。

另外，通过打开阀192，也从搬送开口部66排出腔室6内的气体。进而，还通过省略图示的排气结构对移载机构10的驱动部周边的环境进行排气。此外，在热处理装置1中对半导体晶片W进行热处理时，持续向热处理空间65供给氮气，氮气的供给量根据处理工序适当变更。

接着，打开闸阀185来打开搬送开口部66，通过装置外部的搬送机械手经由搬送开口部66向腔室6内的热处理空间65搬入离子注入后的半导体晶片W。通过搬送机械手搬入的半导体晶片W进入到保持部7的正上方位置并停止。并且，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，由此升降销12通过贯通孔79从基座74的上表面突出，接受半导体晶片W。

在半导体晶片W载置在升降销12上后，搬送机械手从热处理空间65退出，由闸阀185关闭搬送开口部66。并且，通过使一对移载臂11下降，半导体晶片W从移载机构10交到保持部7的基座74上，被从下方保持为水平姿势。半导体晶片W将形成图案并注入了杂质的表面作为上表面而被保持部7保持。另外，半导体晶片W在基座74的上表面保持在5个引导销76的内侧。下降到基座74的下方的一对移载臂11通过水平移动机构13退避到退避位置、即凹部62的内侧。

在半导体晶片W被由石英形成的保持部7从下方保持为水平姿势后，卤素加热部4的40根卤素灯HL一齐点亮来开始预备加热(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以及基座74从半导体晶片W的背面照射，半导体晶片W的背面是与表面相反一侧的主面，一般在半导体晶片W的背面不形成图案。通过接受来自卤素灯HL的光照射，半导体晶片W被预备加热，温度上升。此外，由于移载机构10的移载臂11退避到凹部62的内侧，所以不会妨碍卤素灯HL的加热。

热处理时的半导体晶片W的温度由辐射温度计120测定。即，辐射温度计120接收辐射光来测定晶片温度，该辐射光是从由保持部7保持的半导体晶片W的背面辐射并通过了基座74的开口部78的辐射光。在利用辐射温度计120测定温度时，需要测定对象物的辐射率，但是典型地，在半导体晶片W的背面未进行图案形成、成膜而处于硅露出的状态，因此，半导体晶片W的背面的辐射率是已知的。另外，根据处理目的，有时也对半导体晶片W的背面实施成膜处理，但是由于均匀地形成特定的膜，所以与上述同样，半导体晶片W的背面的辐射率是已知的。因此，如果辐射温度计120接收从半导体晶片W的背面辐射的辐射光，则能够以准确且良好的再现性进行温度测定。

图9是示意性地表示由辐射温度计120测定的半导体晶片W的温度的变化的图。在时刻t1利用卤素灯HL开始预备加热，使半导体晶片W的温度上升。严格地说，辐射温度计120测定半导体晶片W的背面的温度，但是在预备加热的阶段，半导体晶片W的表面和背面的温度差是可以忽略的程度，因此，能够视为测定半导体晶片W整体的温度。所测定的半导体晶片W的温度传送给控制部3。控制部3监视因来自卤素灯HL的光照射而升温的半导体晶片W的温度是否到达规定的预备加热温度T1，并且控制卤素灯HL的输出。即，控制部3基于辐射温度计120的测定值，以半导体晶片W的温度为预备加热温度T1的方式对卤素灯HL的输出进行反馈控制。预备加热温度T1为在半导体晶片W添加的杂质不会因热而扩散的200℃至800℃左右，优选为350℃至600℃左右(在本实施方式中为600℃)。此外，在半导体晶片W温度比较低的期间，有时难以利用辐射温度计120进行温度测定，因此在预备加热阶段可以同时利用接触式温度計130进行温度测定。

在时刻t2，在半导体晶片W的温度到达预备加热温度T1后，控制部3将半导体晶片W暂时维持在该预备加热温度T1。具体地说，在由辐射温度计120测定的半导体晶片W的温度到达预备加热温度T1的时间点，控制部3调整卤素灯HL的输出，将半导体晶片W的温度大致维持在预备加热温度T1。

通过利用这样的卤素灯HL进行预备加热，将半导体晶片W整体均匀升温至预备加热温度T1在卤素灯HL的预备加热的阶段有如下趋势，即，更容易产生散热的半导体晶片W的周缘部的温度比中央部低，但是，就卤素加热部4中的卤素灯HL的配设密度而言，和与半导体晶片W的中央部相向的区域相比，与周缘部相向的区域更高。由此，向容易产生散热的半导体晶片W的周缘部照射的光量变多，能够使预备加热阶段的半导体晶片W的面内温度分布变得均匀。进而，由于在腔室侧部61安装的反射环69的内周面为镜面，因此由该反射环69的内周面向半导体晶片W的周缘部反射的光量变多，能够使预备加热阶段的半导体晶片W的面内温度分布变得更均匀。

在半导体晶片W的温度到达预备加热温度T1并经过了规定时间的时刻t3，闪光灯FL向半导体晶片W的表面照射闪光。此时，从闪光灯FL辐射的闪光的一部分直接朝向腔室6内，另一部分暂时由反射器52反射后朝向腔室6内，通过照射这些闪光，对半导体晶片W进行闪光加热。

闪光加热通过照射来自闪光灯FL的闪光来进行，因此，能够在短时间内使半导体晶片W的表面温度上升。即，从闪光灯FL照射的闪光是，将预先在电容蓄积的静电能量变换为极短的光脉冲的、照射时间为0.1毫秒以上且100毫秒以下左右的极短且强的闪光。并且，通过从闪光灯FL照射闪光而被闪光加热的半导体晶片W的表面温度瞬间上升到1000℃以上的处理温度T2，在已注入到半导体晶片W的杂质被活性化后，表面温度急速下降。由于使半导体晶片W的表面温度在极短时间内升降，所以能够抑制注入半导体晶片W内的杂质的由热引起的扩散，并进行杂质的活性化。另外，由于在从闪光灯FL照射闪光前利用卤素灯HL将半导体晶片W预备加热至预备加热温度T1，因此，能够通过在极短时间照射闪光来将半导体晶片W的表面升温到1000℃以上的处理温度T2。此外，杂质的活性化所需的时间与热扩散所需的时间相比极短，因此即使是0.1毫秒至100毫秒左右的不产生扩散的短时间，也能完成活性化。

在从闪光灯FL照射闪光时，也利用辐射温度计120测定半导体晶片W的背面的温度。闪光照射在极短时间将巨大的能量施加给半导体晶片W的表面，因此在照射闪光时，半导体晶片W的表面比背面先急速升温。为了参照，在图9中用虚线示出半导体晶片W的表面的温度，但是，这并不是由辐射温度计120测定的实测的温度。由辐射温度计120测定的是在图9中用实线示出的半导体晶片W的背面的温度。

如图9的虚线所示，在时刻t3，在从闪光灯FL照射闪光的瞬间，半导体晶片W的表面到达1000℃以上的处理温度T2。另一方面，如图9的实线所示，照射闪光的瞬间，半导体晶片W的背面几乎未从预备加热温度T1升温。并且，在比照射闪光使半导体晶片W的表面温度上升的时刻t3稍晚的时刻t4，半导体晶片W的背面的温度上升一些。即，半导体晶片W的背面比先急速升温的半导体晶片W的表面稍晚升温。其原因在于，从因照射时间极短的闪光照射而瞬间升温的半导体晶片W的表面向背面传导热需要时间。例如，如果半导体晶片W的厚度为0.775mm，则从表面向背面的热传导需要约20毫秒的时间。

如图9所示，在时刻t4，半导体晶片W的背面到达的温度T3比在照射闪光的瞬间半导体晶片W的表面到达的处理温度T2显著低。也就是说，半导体晶片W的背面不会像表面那样升温。这意味着在闪光加热中仅使半导体晶片W的表面附近有选择地升温，适合实现浅的接合。

在时刻t4，半导体晶片W的背面到达的温度T3由辐射温度计120准确测定。由辐射温度计120测定的背面的到达温度T3传送给控制部3。控制部3的表面温度计算部31(图8)根据辐射温度计120所测定的半导体晶片W的背面的到达温度T3，计算作为表面的到达温度的处理温度T2。

具体地说，表面温度计算部31首先求出在照射闪光时半导体晶片W的背面从预备加热温度T1升温的上升温度ΔT。即，表面温度计算部31计算出上升温度ΔT＝背面的到达温度T3-预备加热温度T1。

根据通过从闪光灯FL照射闪光对半导体晶片W的表面施加的能量的大小，规定从半导体晶片W的表面向背面传递的热量。并且，根据从半导体晶片W的表面向背面传递的热量，规定半导体晶片W的背面的上升温度ΔT。即，在照射闪光时的半导体晶片W的背面的上升温度ΔT与通过照射闪光对半导体晶片W的表面施加的能量的大小成比例。由于硅的半导体晶片W的比热是已知(大概硅的比热)，因此，如果能够根据半导体晶片W的背面的上升温度ΔT，求出对半导体晶片W的表面施加的能量的大小，则能够计算出半导体晶片W的表面的上升温度，如果将半导体晶片W的表面的上升温度与预备加热温度T1相加，则能够计算出作为表面的到达温度的处理温度T2。

基于这样的原理，能够根据半导体晶片W的背面的上升温度ΔT计算出半导体晶片W的表面的处理温度T2，但是在本实施方式中，为了更迅速地求出处理温度T2，预先求出上升温度ΔT和作为表面到达温度的处理温度T2的相关关系，根据该相关关系计算出处理温度T2。

图10是表示照射闪光时的半导体晶片W的背面的上升温度ΔT与表面的到达温度的相关关系的图。如该所示，在照射闪光时的半导体晶片W的背面的上升温度ΔT与作为表面到达温度的处理温度T2之间存在下面的式(1)所示的线性关系。此外，式(1)中，a为系数。

T2＝T1+aΔT···(1)

如图10所示那样的相关关系能够预先通过使用了仿真的硅晶片等的实验或模拟来求出。并且，将图10所示的相关关系作为相关表格存储在控制部3的磁盘35(参照图8)。或者，也可以取代相关表格，将式(1)存储在控制部3的磁盘35。

控制部3的表面温度计算部31基于由如图10所示的相关表格或式(1)所表示的半导体晶片W的背面的上升温度ΔT与表面到达温度的相关关系，根据上升温度ΔT计算出闪光照射时的半导体晶片W的表面到达温度。控制部3将所计算的半导体晶片W的表面到达温度显示在显示部33。

在闪光加热处理结束后，在经过了规定时间的时刻t5，也熄灭卤素灯HL。由此，半导体晶片W从预备加热温度T1急速降温。降温中的半导体晶片W的温度由接触式温度计130或辐射温度计120测定，其测定结果传送至控制部3。控制部3根据测定结果监视半导体晶片W的温度是否下降到规定温度。并且，在半导体晶片W的温度下降到规定以下后，移载机构10的一对移载臂11再次从退避位置水平移动至移载动作位置并上升，由此，升降销12从基座74的上表面突出而从基座74接受热处理后的半导体晶片W。接着，打开由闸阀185关闭的搬送开口部66，载置在升降销12上的半导体晶片W由装置外部的搬送机械手搬出，完成在热处理装置1中的半导体晶片W的加热处理。

在本实施方式中，从利用卤素灯HL的预备加热阶段到利用闪光灯FL的闪光照射，由辐射温度计120测定半导体晶片W的背面的温度，并求出在照射了闪光时半导体晶片W的背面从预备加热温度T1升温的上升温度ΔT。然后，控制部3的表面温度计算部31基于上升温度ΔT和表面到达温度的相关关系，根据上升温度ΔT求出照射闪光时的半导体晶片W的表面到达温度。即，由辐射温度计120仅测定半导体晶片W的背面的温度，根据该测定结果计算半导体晶片W的表面到达温度。

由于在半导体晶片W的表面形成有图案，因此其辐射率不清楚，而且整个表面并不均匀。相对于此，由于在半导体晶片W的背面不形成图案，未成膜而使硅露出，或者均匀地形成特定的膜，所以其辐射率是已知的。因此，即使是非接触的辐射温度计120，也能准确且以良好的再现性测定半导体晶片W的背面的温度。并且，在照射了闪光时半导体晶片W的背面从预备加热温度T1升温的上升温度ΔT与在半导体晶片W的表面形成的图案的内容无关(也就是与表面的辐射率无关)、而与通过照射闪光对半导体晶片W的表面施加的能量的大小成比例。因此，如果由辐射温度计120测定半导体晶片W的背面的温度，准确地求出从预备加热温度T1起的上升温度ΔT，则能计算出在照射闪光时的作为半导体晶片W的表面到达温度的处理温度T2。

另外，不设置测定来自半导体晶片W的表面的辐射光的强度的传感器，而仅设置接收来自半导体晶片W的背面的辐射光来测定温度的辐射温度计120，就能够计算半导体晶片W的表面到达温度。即，根据本发明，无论半导体晶片W的表面状态如何都能够以简单的结构测定半导体晶片W的表面温度。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明只要不脱离其宗旨，除了上述以外，能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，成为处理对象的半导体晶片W仅由硅形成(虽然添加了极微量的杂质，但对半导体晶片W的比热造成的影响可以忽略)，但并不限于此，即使是具有不同的材料的层叠结构的半导体基板，也能使用本发明的技术来测定温度。例如，通过与上述实施方式同样的方法，由辐射温度计120测定在硅的基材上外延成长锗(Ge)而成的半导体基板的背面的温度，求出照射闪光时的上升温度ΔT，根据该上升温度ΔT求出该基板的表面到达温度。即使是在表面形成有锗的外延膜的基板，由于其背面的硅露出，所以辐射率是已知的，辐射温度计120能够准确测定背面的温度。

但是，在硅的基材上形成与硅不同的材料的膜而成的基板的情况下，基板表面附近的比热与仅是硅的基板不同。在对这种具有与硅不同的材料的层叠结构的基板进行温度测定时，控制部3的温度修正部32(图8)基于构成基板的材料的比热，修正表面温度计算部31所计算的表面到达温度(以硅的比热计算的温度)。例如，如果是在上述的硅的基材上形成了锗的外延膜的基板，则温度修正部32基于硅和锗的比热之差，将表面温度计算部31所计算的表面到达温度减少3％左右，从而计算该基板的表面到达温度。

如在硅的基材上形成锗的外延膜而成的基板那样，在具有层叠结构的基板中，测定表面的辐射率非常难，但是，如果如上述那样进行测定，则能简单地测定基板表面的到达温度。即，本发明的技术特别适合于这种具有层叠结构并难以测定出表面的辐射率的基板的表面到达温度进行测定。

另外，在上述实施方式中，根据闪光照射时的半导体晶片W的背面的上升温度ΔT来计算半导体晶片W的表面到达温度，但是也可以取而代之，根据上升温度ΔT的积分值来计算半导体晶片W的表面到达温度。更详细地说，表面温度计算部31根据积分值(也就是图9的斜线部分的面积)来计算半导体晶片W的表面到达温度，该积分值是按时间对照射了闪光时半导体晶片W的背面从预备加热温度T1升温的上升温度ΔT积分而得到的值。

在照射时间极短的闪光照射中，半导体晶片W的背面的温度从预备加热温度T1上升的时间也极短。另一方面，由于使辐射温度计120的采样时间变短有限度，所以有时在图9的时刻t4的时机，辐射温度计120无法测定半导体晶片W的背面到达的温度T3。其结果，闪光照射时的半导体晶片W的背面的上升温度ΔT可能存在误差。如果根据上升温度ΔT的积分值来计算半导体晶片W的表面到达温度，则能够降低由辐射温度计120的采样时间引起的上升温度ΔT的测定误差，提高半导体晶片W的表面到达温度的计算精度。

另外，在上述实施方式中，闪光加热部5具有30根闪光灯FL，但并不限于此，闪光灯FL的根数能够为任意的数量。另外，闪光灯FL并不限于氙气闪光灯，也可以是氪气闪光灯。另外，在卤素加热部4配置的卤素灯HL的根数也并不限于40根，可以为任意的数量。

另外，在上述实施方式中，通过从卤素灯HL照射卤素光对半导体晶片W进行预备加热，但是预备加热的方法并不限于此，也可以通过载置在加热板上来对半导体晶片W进行预备加热。