DE19934299C2

DE19934299C2 - Method and device for calibrating emissivity-independent temperature measurements

Info

Publication number: DE19934299C2
Application number: DE19934299A
Authority: DE
Inventors: Markus Hauf; Wilfried Lerch
Original assignee: Steag AST Elektronik GmbH
Current assignee: Mattson Thermal Products GmbH
Priority date: 1998-07-28
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2019-07-22
Also published as: DE19934299A1; KR100629015B1; DE59903040D1; KR20010053611A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Temperaturmessungen, die mit wenig stens einem ersten Strahlungsdetektor zum Messen einer von wenigstens einem Substrat abgegebenen Wärmestrahlung vorgenommen werden.The invention relates to a method and a device for calibrating temperature measurements with little least a first radiation detector for measuring one thermal radiation emitted by at least one substrate be made.

Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind beispielswei se im Zusammenhang mit der Fertigung von Halbleitersub straten in einer Reaktionskammer bekannt. Dort werden emissivitätsunabhängige Verfahren bevorzugt, bei denen eine von einem Substrat kommende Wärmestrahlung im we sentlichen unabhängig von der jeweiligen Emissivität ei nes Substrats mit der tatsächlichen Temperatur des Sub strats in Beziehung gesetzt wird. Ein derartiges Verfah ren kompensiert Emissivitätsdifferenzen zwischen unter schiedlichen Substraten. Zum Erreichen eines emissivi tätsunabhängigen Meßverfahren werden beispielsweise die sogenannte "Ripple-Technik", die beispielsweise in der US 5 490 728 A sowie der nicht vorveröffentlichten DE 197 54 386 A1 derselben Anmelderin beschrieben ist, sowie das Cavity-Prinzip verwendet, bei dem beispielsweise eine verspiegelte Kammer von einem zu messenden Gegenstand auf einer Seite abgeschlossen ist, wodurch eine Annäherung an einen Hohlraumstrahler mit Emissivität 1 erreicht wird. Ein weiteres Verfahren, welches das Cavity-Prinzip ver wendet, ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlich ten DE 197 37 802 A1 derselben Anmelderin beschrieben, die, um Wiederholungen zu vermeiden, zum Gegenstand dieser An meldung gemacht wird. Bei den bekannten Verfahren werden Wafer verwendet, auf deren Ober- oder Unterseite ein Thermoelement (TC-ThermoCouple) aufgeklebt ist. Die Meß abweichung von TC zu TC ist dabei erfahrungsgemäß sehr klein, so lange die TCs aus Drahtpaaren gleicher Serie gefertigt wurden. Die Streuungen liegen dann in einem Be reich von circa 1 bis 2°K. Aufgrund dieser geringen Streuungen können die Temperaturmessungen auf Emissivi tätsunabhängigkeit eingestellt werden, da es hierbei ins besondere auf eine geringe Streuung zwischen den TC's an kommt. Die Meßunsicherheit des absoluten Temperaturwertes ist jedoch bedeutend höher, wobei die Meßunsicherheiten bestenfalls in dem Bereich von 2-3 K liegen, und in weni ger guten Fällen bei über 10 K-20 K liegen.Methods and devices of this type are known, for example, in connection with the production of semiconductor substrates in a reaction chamber. There, emissivity-independent methods are preferred in which thermal radiation coming from a substrate is related to the actual temperature of the substrate, essentially independent of the respective emissivity of a substrate. Such a method compensates for differences in emissivity between different substrates. To achieve an emissivity-independent measurement method, for example, the so-called "ripple technique", which is described, for example, in US Pat. No. 5,490,728 A and the unpublished DE 197 54 386 A1 by the same applicant, and the cavity principle, in which, for example, a mirrored chamber is closed off by an object to be measured on one side, whereby an approach to a cavity radiator with emissivity 1 is achieved. Another method, which uses the cavity principle, is described, for example, in the unpublished DE 197 37 802 A1 by the same applicant, which, in order to avoid repetitions, is made the subject of this application. In the known methods, wafers are used, on the top or bottom of which a thermocouple (TC-ThermoCouple) is glued. Experience has shown that the measurement deviation from TC to TC is very small, as long as the TCs were made from wire pairs of the same series. The scatter then lies in a range of approximately 1 to 2 ° K. Because of this small scatter, the temperature measurements can be set to be independent of emissivity, since it is particularly important that there is little scatter between the TCs. However, the measurement uncertainty of the absolute temperature value is significantly higher, the measurement uncertainties being at best in the range of 2-3 K, and less than 10 K-20 K in less good cases.

Diese Meßunsicherheiten ergeben sich durch unterschied liche Faktoren. Unter anderem hängt die Thermospannung des Thermopaares neben der Temperatur auch von der Legie rung ab, die aber fertigungsbedingt gewissen Streuungen unterliegt. Ferner sind zwischen dem TC und dessen Ver stärker mehrere elektrische Verbindungen vorgesehen, die jeweils gleichzeitig Thermopaare bilden, so daß unsymme trische Übergänge eine zusätzliche Thermospannung erzeu gen. Darüber hinaus besitzen die Klebestellen der TCs ei nen anderen Absorptionsgrad als die die Klebestellen um gebende Waferoberfläche. Die Gleichgewichtstemperatur der TCs stellt sich also nicht nur mittels Wärmeleitung zwi schen Wafer und TC ein, was ideal wäre, vielmehr wird die Temperatur des TC zusätzlich durch die Heizstrahlung der Lampe beeinflußt, weshalb die Temperatur der TCs oft nicht exakt der Temperatur des Substrats entspricht.These measurement uncertainties result from differences factors. Among other things, the thermal voltage depends of the thermocouple in addition to the temperature and also from the alloy tion, but certain variations due to production subject. Furthermore, between the TC and its Ver more strongly provided multiple electrical connections that each form thermocouples at the same time, so that asymmetry trical transitions generate an additional thermal voltage In addition, the gluing points of the TCs have egg absorbance other than that of the glue points giving wafer surface. The equilibrium temperature of the TCs is therefore not only a matter of thermal conduction a wafer and TC, which would be ideal; Temperature of the TC additionally by the radiant heat of the Lamp affects, which is why the temperature of the TCs often does not exactly match the temperature of the substrate.

Die Meßunsicherheiten entstehen also in erster Linie durch Fehlerquellen, die sich bei allen TCs in gleicher Weise als Meßfehler niederschlagen. TCs sind daher Meß aufnehmer, die zwar eine geringe Streuung, aber eine gro ße absolute Meßungenauigkeit aufweisen. The measurement uncertainties primarily arise due to sources of error that are the same for all TCs Way as measurement error. TCs are therefore measuring transducers that have a small spread, but a large one have absolute measurement inaccuracy.

Zum Erreichen einer besseren Meßgenauigkeit wurden die TCs in einem TC-Kalibrator, d. h. einem Ofen mit sehr ho mogener Temperaturverteilung im Inneren bezüglich einer Absoluttemperaturmessung kalibriert. Mehrere unkalibrier te TCs wurden zusammen mit einem Referenz-TC in den Ofen eingebracht, wobei das Referenz-TC seinerseits bei einem separaten Kalibrierdienst mit Hilfe eines Transferpyrome ters bezüglich einer Primärreferenz kalibriert wurde. Diese mehrfachen Kalibrierungen erfordern unterschiedli che Vorrichtungen, sie sind sehr aufwendig, und aufgrund der vielen Schritte ergeben sich zahlreiche Möglichkei ten, daß Fehler in die Kalibrierung eingeführt werden, wodurch sich wiederum Meßunsicherheiten am Ende ergeben.To achieve better measurement accuracy, the TCs in a TC calibrator, i. H. an oven with very ho internal temperature distribution with respect to a Absolute temperature measurement calibrated. Several uncalibrated te TCs were placed in the oven along with a reference TC introduced, the reference TC in turn at a separate calibration service using a transfer pyrome calibrated with respect to a primary reference. These multiple calibrations require different che devices, they are very expensive, and due the many steps result in numerous possibilities that errors are introduced into the calibration, which in turn results in measurement uncertainties in the end.

Aus der US 5,265,957 A ist ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Temperatursensors ge zeigt, bei dem ein Wafer mit einer Vielzahl von Kalibrie rinseln eines Referenzmaterials mit einem Schmelzpunkt in dem Bereich von 150°C bis 550°C versehen wird. Während einer Erwärmung eines derartigen Wafers wird die effekti ve Reflektivität des Wafers durch den Temperatursensor gemessen, und eine erste sprungartige Veränderung eines Ausgangssignals des Temperatursensors wird mit einer Wa fertemperatur gleichgesetzt, welche dem Schmelzpunkt des Referenzmaterials entspricht. Anschließend werden Tempe ratursensor-Kalibrierparameter berechnet. Das Prinzip ist in Fig. 6 verdeutlicht. Das Signal I eines Temperatursen sors (Pyormeters) wird dabei als Funktion der Zeit t wäh rend der Erwärmung des Wafers aufgenommen. Damit sich die Reflektivität des Wafers am Phasenübergang des Referenz materials ändert, muß das Referenzmaterial oberflächennah angeordnet werden, so daß dieses im Bereich der Eindring tiefe der Meßwellenlänge ist. Am Phasenübergang des Refe renzmaterials tritt, wie in Fig. 6 dargestellt, die er wähnte sprunghafte Veränderung des Pyrometersignals auf. From US 5,265,957 A an apparatus and a method for calibrating a temperature sensor is also shown, in which a wafer with a plurality of calibration rinsels of a reference material is provided with a melting point in the range from 150 ° C to 550 ° C. During the heating of such a wafer, the effective reflectivity of the wafer is measured by the temperature sensor, and a first abrupt change in an output signal from the temperature sensor is equated with a temperature which corresponds to the melting point of the reference material. Then temperature sensor calibration parameters are calculated. The principle is illustrated in Fig. 6. The signal I of a temperature sensor (pyormeter) is recorded as a function of time t during the heating of the wafer. So that the reflectivity of the wafer changes at the phase transition of the reference material, the reference material must be arranged near the surface, so that it is in the penetration depth of the measuring wavelength. At the phase transition of the reference material occurs, as shown in Fig. 6, which he mentioned abrupt change in the pyrometer signal.

Das in US 5,265,957 dargestellte Verfahren weist erhebli che Nachteile auf. So läßt sich beispielsweise der Schmelztemperatur T_m1 aufgrund der sprunghaften Änderung des Pyrometersignal kein eindeutiger Pyrometerwert zuord nen, wodurch sich ein systematischer Meßfehler ΔI für das Kalibrierverfahren ergibt.The method shown in US 5,265,957 has considerable disadvantages. For example, due to the sudden change in the pyrometer signal, the melting temperature T _{m1 can} not be assigned a clear pyrometer value, which results in a systematic measurement error ΔI for the calibration method.

Ferner ist in der US 3,077,539 ein Referenzstandard für Strahlungsmessungen beschrieben, bei dem in einem zylin drischen Gehäuse aus rostfreiem Stahl ein Material mit be kanntem Schmelzpunkt angeordnet ist. Innerhalb des Materi als ist wiederum eine Heizvorrichtung angeordnet, die in der Lage ist die Temperatur des Materials über seinen Schmelzpunkt anzuheben. Für eine Kalibrierung eines Pyro meters wird zunächst die Temperatur des Materials im Ge häuse über die Schmelzpunkttemperatur angehoben. Während einer nachfolgenden Abkühlphase des Materials wird die Strahlung des Gehäuses, die von der Temperatur des Materi als im Inneren abhängt, mit einem Pyrometer gemessen. Ein während der Abkühlung auftretendes Plateau der gemessenen Strahlung, wird mit der Schmelpunkttemperatur in Beziehung gesetzt.Furthermore, a reference standard for is in US 3,077,539 Radiation measurements described in which in a cylin The stainless steel housing is a material with be known melting point is arranged. Within the matter is in turn a heater arranged in is the temperature of the material above its location Raise melting point. For a calibration of a pyro The temperature of the material in the ge housing raised above the melting point temperature. While a subsequent cooling phase of the material Radiation of the housing by the temperature of the materi than depends on the inside, measured with a pyrometer. On plateau of the measured during cooling Radiation is related to the melting point temperature set.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren und eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bzw. bei der die Kalibrierung von Tempe raturmessungen auf einfache und kostengünstige Weise mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Referenzsubstrat für die Kalibrierung von Temperaturmessungen vorzusehen, das auf einfache Weise eine hohe Genauigkeit der Kalibrie rung ermöglicht. The invention is therefore based on the object, a Ver drive and a device of the type mentioned create, in which the calibration of Tempe temperature measurements in a simple and inexpensive way high accuracy can be performed. The invention is also based on the task of a reference substrate to be provided for the calibration of temperature measurements, the high accuracy of the calibration in a simple way tion.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ver fahren gemäß Anspruch 1, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 und ein Referenzsubstrat gemäß Anspruch 29 gelöst.The object is achieved by a Ver drive according to claim 1, a device according to claim 8 and a reference substrate according to claim 29 solved.

Unter anderem weist das Verfahren die folgenden Verfah rensschritte auf: Erwärmen eines wenigstens ein Referenz material mit bekannter Schmelzpunkttemperatur tragenden Referenzsubstrat auf/oder über die Schmelzpunkttemperatur; Messen der Wärmestrahlung des Referenzsubstrats während der Erwärmung und/oder einer der Erwärmung folgenden Ab kühlung; In-Beziehung-Setzen eines während des Meßvorgangs auftretenden Meßwertplateaus mit der bekannten Schmelz punkttemperatur.Among other things, the method has the following procedure steps on: Warming up at least one reference bearing material with a known melting point temperature Reference substrate at / or above the melting point temperature; Measuring the heat radiation of the reference substrate during the warming and / or a following the warming cooling; Relating one during the measurement process occurring measurement plateaus with the known enamel point temperature.

Durch Erwärmung des auf dem Referenzsubstrat befindlichen Referenzmaterial steigt die Temperatur des Referenzsub strats sowie des Referenzmaterials an, bis sie die Schmelzpunkttemperatur des Referenzmaterials erreicht. An der Schmelzpunkttemperatur angelangt, steigt die Tempera tur nicht weiter an, bis das Referenzmaterial komplett von der festen in die flüssige Phase übergegangen ist, bis al so dem Referenzmaterial die latente Wärme zugeführt worden ist. Beim Abkühlen kehrt sich dieser Vorgang in bekannter Weise um. Da die Schmelzpunkttemperatur des Referenzmate rials genau bekannt ist, kann ein während der Erwärmung und/oder einer der Erwärmung folgende Abkühlung gemessenes Meßwertplateau daher mit der bekannten Schmelzpunkttemperatur in Beziehung gesetzt werden, wo durch eine einfache Kalibrierung einer Absoluttemperatur messung erreicht wird.By heating the one on the reference substrate Reference material the temperature of the reference sub rises strats and the reference material until they reach the Melting point temperature of the reference material reached. On When the melting point temperature is reached, the temperature rises do not continue until the reference material is completely from the solid has passed into the liquid phase until al the latent heat was added to the reference material is. When cooling, this process is reversed in a known way Way around. Because the melting point temperature of the reference mat rials is well known, one during the Warming and / or a cooling following the warming measured plateau therefore with the known Melting point temperature can be related where by simply calibrating an absolute temperature measurement is reached.

Vorteilhafterweise wird das Meßwertplateau während der Erwärmung und/oder der Abkühlung des Referenzsubstrats ermittelt. Bevorzugt wird aber die Ermittlung des Meß wertplateaus während der Abkühlung vorgenommen, da das Referenzmaterial im geschmolzenen Zustand vor der voll ständigen Erstarrung in besonders gutem Wärmeleitkontakt zu dem Referenzsubstrat steht.Advantageously, the measurement plateau during the Heating and / or cooling of the reference substrate determined. However, the determination of the measurement is preferred value plateaus made during the cooling as the Reference material in the molten state before the full constant solidification in particularly good thermal contact to the reference substrate.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist im Vergleich zu dem oben beschriebenen Verfahren der US 5,265,957 A erhebliche Vorteile auf. Da das Verfahren nicht von Änderungen der Emissivität des Referenzsubstrats abhängig ist, ist es möglich, das Referenzmaterial mit einer dicken Schutz schicht zu umgeben, bzw. das Referenzmaterial im Inneren des Referenzsubstrats anzuordnen. Auf eine Anordnung in der Nähe der Oberfläche kann verzichtet werden. Dies hat den Vorteil, daß Kontaminationen der Prozeßkammer durch das Referenzmaterial vermieden werden. Dies ist jedoch die Grundvoraussetzung für eine breite Anwendung des Re ferenzsubstrats in der Halbleitertechnologie.The method according to the invention has compared to that US 5,265,957 A described above significant Advantages on. Since the process is not subject to changes in the Emissivity of the reference substrate is dependent possible the reference material with a thick protection layer, or the reference material inside of the reference substrate. On an order in close to the surface can be dispensed with. this has the advantage that contamination of the process chamber through the reference material can be avoided. However, this is the basic requirement for a broad application of the Re reference substrates in semiconductor technology.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem Auftreten eines Meßwertplateaus bei der bekannten Schmelztemperatur, wie dies in Fig. 7 schematisch dargestellt ist. Im Gegensatz zu dem in der US 5,265,957 A beschriebenen Verfahren ist beim erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund des Plateaus eine eindeutig Zuordnung eines Strahlungsdetektorsignals zu einer Schmelzpunkttemperatur möglich. Der oben erwähnte systematische Fehler ΔI ist beim erfindungsgemäßen Verfahren minimiert.Another advantage results from the occurrence of a measured value plateau at the known melting temperature, as is shown schematically in FIG. 7. In contrast to the method described in US Pat. No. 5,265,957 A, a clear assignment of a radiation detector signal to a melting point temperature is possible in the method according to the invention due to the plateau. The systematic error ΔI mentioned above is minimized in the method according to the invention.

Die Ausbildung eines Plateaus hat ferner den Vorteil, daß sich während der Zeit t_p ein thermischer Gleichgewichts zustand zwischen dem Referenzmaterial und dem Referenz substrat ausbildet, wodurch mögliche Temperaturunter schiede minimiert werden. Weiterhin ist vorteilhaft, daß sich beim erfindungsgemäßen Verfahren optische Eigen schaften der Oberfläche des Referenzsubstrats nicht än dern. Wird beispielsweise das Referenzsubstrat (mit Aus nahme des sich im Inneren befindlichen Referenzmaterials) aus dem gleichen Material gewählt, wie die später zu pro zessierenden Substrate (z. B. Si), so weist das Referenz substrat dieselbe Emissivität auf wie diese Substrate. Dadurch läßt sich die Kalibrierung des Strahlungsdetek tors sogar ohne Emissivitätskompensation direkt beim Pro zessieren von Substraten einsetzen. Lediglich wenn die Substrate z. B. aufgrund anderer Oberflächenbeschaffen heit eine andere (spektrale) Emissivität aufweisen, ist eine Emissivitätskompensation oder -korrektur durchzufüh ren, wie dies weiter unten dargestellt ist. Ist ein Pro zessieren der Substrate ohne Emissivitätskompensation möglich, so hat dies ferner den Vorteil, daß nur ein Strahlungsdetektor für die Temperaturmessung erforderlich ist. Ein derartiges Temperaturmeßverfahren mit nur einem Strahlungsdetektor ist mit dem in der US 5,265,957 A be schriebenen Verfahren nicht möglich, da sich bei diesem Verfahren die Emissivität der Oberfläche des Referenzsub strats am Phasenübergang ändert.The formation of a plateau also has the advantage that a thermal equilibrium is formed between the reference material and the reference substrate during the time t _p , thereby minimizing possible temperature differences. It is also advantageous that optical properties of the surface of the reference substrate do not change in the method according to the invention. If, for example, the reference substrate (with the exception of the reference material located inside) is selected from the same material as the substrates to be processed later (e.g. Si), the reference substrate has the same emissivity as these substrates. As a result, the calibration of the radiation detector can be used directly when processing substrates, even without emissivity compensation. Only if the substrates z. B. due to different surface properties have a different (spectral) emissivity, an emissivity compensation or correction is to be carried out, as shown below. If a process of the substrates is possible without emissivity compensation, this also has the advantage that only one radiation detector is required for the temperature measurement. Such a temperature measurement method with only one radiation detector is not possible with the method described in US Pat. No. 5,265,957 A, since in this method the emissivity of the surface of the reference substrate changes at the phase transition.

Damit das Plateau meßtechnisch gut erfaßbar ist, sollte die Masse des Referenzmaterials wenigstens 1% der Gesamt masse des Referenzsubstrats betragen. Dieses geringe Massenverhältnis kann gewählt werden, da die spezifische Schmelzwärme ein Vielfaches der spezifischen Wärmekapazi tät beträgt. Damit sich die optischen Eigenschaften der Oberfläche des Referenzsubstrats nicht ändern, wird die Schutzschicht des Referenzmaterials bevorzugt wenigstens gleich der dreifachen optischen Abschwächlänge, die die Schutzschicht für die Meßwellenlänge des Strahlungsdetek tors aufweist, gewählt.So that the plateau can be easily measured, should the mass of the reference material is at least 1% of the total mass of the reference substrate. This low mass ratio can be chosen because of the specific Melting heat is a multiple of the specific heat capacity act is. So that the optical properties of the The surface of the reference substrate does not change, the Protective layer of the reference material preferably at least equal to three times the optical attenuation length that the Protective layer for the measuring wavelength of the radiation detector tors has been chosen.

Um eine emissivitätsunabhängigen Temperaturmessung zu er reichen, erfolgt die Erwärmung des Referenzsubstrats ge mäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er findung mit wenigstens einer Strahlungsheizquelle, deren abgegebene Strahlung mit wenigstens einem charakteristi schem Parameter moduliert, vorteilhafterweise aktiv modu liert wird, wobei die von der wenigstens einen Strah lungsheizquelle abgegebene Strahlung mit wenigstens einem zweiten Strahlungsdetektor ermittelt wird, und wobei die von dem ersten Strahlungsdetektor ermittelte Strahlung zum Kompensieren der von dem Referenzsubstrat reflektier ten Strahlung der Strahlungsquelle durch die von dem zweiten Strahlungsdetektor ermittelte Strahlung korri giert wird.In order to achieve an emissivity-independent temperature measurement range, the reference substrate is heated ge according to a particularly preferred embodiment of the Er invention with at least one radiant heating source, the emitted radiation with at least one characteristic modulated chemical parameters, advantageously active mod is at least one of the radiation source emitted with at least one second radiation detector is determined, and wherein the radiation determined by the first radiation detector to compensate for the reflection from the reference substrate radiation from the radiation source by the second radiation detector determined radiation corri is greeded.

Aufgrund der charakteristischen bekannten Modulation der Strahlungsquelle ist es möglich, zwischen der von dem Ge genstand selbst abgestrahlten Strahlung, die für die Er mittlung der Temperatur des Referenzsubstrats erforder lich ist, und der reflektierten Strahlung der Strahlungs quelle zu unterscheiden. Für weitere Vorteile und Einzel heiten bezüglich der als Ripple-Technik bekannten Modula tion und Auswertung der Strahlung der Strahlungsquelle wird auf die US 5 490 728 A sowie die nicht vorveröf fentlichte DE 197 54 386 A1 derselben Anmelderin Bezug genommen, die insofern zum Inhalt der vorliegenden Be schreibung gemacht werden.Due to the characteristic known modulation of the Radiation source it is possible to distinguish between those of the Ge subject itself emitted radiation, which for the Er averaging the temperature of the reference substrate required Lich, and the reflected radiation of the radiation to distinguish source. For further advantages and individual units regarding the modules known as the ripple technique tion and evaluation of the radiation from the radiation source is not previously published on US 5 490 728 A and published DE 197 54 386 A1 by the same applicant, in so far as the content of the present Be be made.

Auf diese Weise ist es möglich, unabhängig von der Kennt nis der Emissivität des Referenzsubstrats eine Kalibrie rung bezüglich der Absoluttemperatur zu erreichen. Um das Meßsystem auf eine Unabhängigkeit bezüglich der Emissivi tät einzustellen kann es mit Hilfe von TC-Wafern vorkali briert werden, da es hierbei primär auf eine geringe Streuung zwischen den TCs ankommt.In this way it is possible regardless of knowledge A calibration based on the emissivity of the reference substrate to achieve with respect to the absolute temperature. To do that Measuring system for independence regarding the emissivi It can be pre-calibrated using TC wafers be briered, since it is primarily to a low Scatter arrives between the TCs.

Vorteilhafterweise wird die Modulation zur Charakterisie rung der von der Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung bei der Korrektur der vom ersten Strahlungsdetektor er mittelten Strahlung herangezogen, wodurch eine Unter scheidung der Strahlung von der eigentlich zu messenden Strahlung, die vom Referenzsubstrat selbst abgegeben wird, besonders einfach, zuverlässig und quantitativ ge nau ermöglicht wird.The modulation advantageously becomes a characteristic tion of the radiation emitted by the radiation source when correcting it from the first radiation detector averaged radiation, creating a sub separation of the radiation from the actually to be measured Radiation emitted by the reference substrate itself is particularly simple, reliable and quantitative nau is made possible.

Die von der Strahlungsquelle abgegebene Strahlung wird vorzugsweise amplituden-frequenz- und/oder phasenmodul iert. Je nach den vorhandenen Gegebenheiten und Erforder nissen ist die Wahl der Modulationsart wählbar, wobei die Modulationsart insbesondere auch im Hinblick auf die Ein fachheit und Zuverlässigkeit des Modulationsverfahrens aber auch des Auswerteverfahrens und des Detektierverfah rens auswählbar ist.The radiation emitted by the radiation source is preferably amplitude-frequency and / or phase module ated. Depending on the existing conditions and requirements The choice of modulation type can be selected, whereby the Modulation type especially with regard to the one Expertise and reliability of the modulation process but also the evaluation method and the detection method rens is selectable.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung be steht die Strahlungsheizquelle aus mehreren Lampen, wobei wenigstens die Strahlung von einer der Lampen moduliert ist, vorteilhafterweise aber die Strahlung von allen Lam pen moduliert ist. According to a preferred embodiment of the invention the radiant heating source consists of several lamps, whereby at least modulates the radiation from one of the lamps is, but advantageously the radiation from all Lam pen is modulated.

Vorteilhafterweise wird der Modulationsgrad oder die Mo dulationstiefe gesteuert, wodurch er bzw. sie bekannt ist, und die Detektion und Auswertung vereinfacht wird.The degree of modulation or the Mo depth of control controlled, whereby he or she is known is, and the detection and evaluation is simplified.

Die Emissivitätsunabhängigkeit der Temperaturmessung kann vorteilhafterweise auch dadurch erreicht werden, daß die Messung der vom Substrat abgegebenen Wärmestrahlung auf einer Seite des Substrats erfolgt, die wenigstens einen Teilbereich eines Hohlraumstrahlers bildet.The emissivity independence of the temperature measurement can can also advantageously be achieved in that the Measurement of the thermal radiation emitted by the substrate one side of the substrate, which is at least one Forms part of a cavity radiator.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er findung sind mehrere Referenzmaterialien mit jeweils un terschiedlichen Schmelzpunkttemperaturen auf dem Refe renzsubstrat vorgesehen, und es werden während der Erwär mung und/oder Abkühlung die jeweiligen Meßwertplateaus ermittelt, und jeweils mit einer der bekannten Schmelz punkttemperaturen in Beziehung gesetzt.According to a further preferred embodiment of the Er are several reference materials, each with un different melting point temperatures on the Refe renzsubstrat provided, and it during the war cooling and / or cooling the respective measured value plateaus determined, and each with one of the known enamel point temperatures related.

Die vorliegende Erfindung ist mit großem Vorteil zur Ka librierung einer Temperaturmessung im Zusammenhang mit einer Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Substra ten in einem Ofen, in dem die Substrate schnell und mit einem möglichst genauen, vorgegebenen Temperaturverlauf aufgeheizt und abgekühlt werden, anwendbar.The present invention is of great advantage for Ka calibration of a temperature measurement in connection with a device for the thermal treatment of substra ten in an oven in which the substrates quickly and with the most accurate, predetermined temperature curve possible heated and cooled, applicable.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch ei ne Vorrichtung zum Kalibrieren von Temperaturmessungen der Eingangs genannten Art gelöst, die folgendes auf weist: ein Referenzmaterial mit bekannter Schmelzpunkt temperatur, das an einem Referenzsubstrat angebracht ist, eine Strahlungsquelle zum Erwärmen des Referenzsubstrats, dessen abgegebene Strahlung mittels einer Modulationsein richtung vorzugsweise aktiv mit wenigstens einem charak teristischen Parameter modulierbar ist, sowie wenigstens einen zweiten Strahlungsdetektor, zur Messung der von der wenigstens einen Strahlungsquelle abgegebenen Strahlung, und eine Einrichtung zum Korrigieren der vom ersten Strahlungsdetektor ermittelten Strahlung, zur Kompensati on der vom Referenzsubstrat reflektierten Strahlung der Strahlungsquelle durch die vom zweiten Strahlungsdetektor ermittelte Strahlung.The object is also achieved by egg ne device for calibrating temperature measurements of the type mentioned solved the following indicates: a reference material with a known melting point temperature attached to a reference substrate a radiation source for heating the reference substrate, its emitted radiation by means of a modulation preferably active with at least one character teristic parameters can be modulated, and at least a second radiation detector, for measuring the of the at least one radiation source emitted, and means for correcting the first Radiation detector determined radiation, for compensation on the radiation of the Radiation source through that of the second radiation detector determined radiation.

Durch die Verwendung eines Referenzsubstrats mit einem darauf angebrachten Referenzmaterial mit bekannter Schmelzpunkttemperatur in Kombination mit der aktiven Mo dulation ergeben sich wiederum die oben genannten Vortei le einer emissivitätsunabhängigen einfachen Kalibrierung einer Temperaturmessung.By using a reference substrate with a attached reference material with known Melting point temperature in combination with the active Mo In turn, the advantages mentioned above result emissivity-independent simple calibration a temperature measurement.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vor richtung einen Hohlraumstrahler auf, der zumindest teil weise durch das Substrat gebildet ist.According to one embodiment of the invention, the front towards a cavity radiator that is at least partially is formed by the substrate.

Vorzugsweise wird der Hohlraumstrahler durch eine ver spiegelte Kammer gebildet, deren eine Wand zumindest teilweise durch das Substrat gebildet wird. Vorteilhaf terweise kann der Hohlraumstrahler auch durch eine Platte gebildet werden, die parallel zu dem Substrat angeordnet ist.Preferably, the cavity radiator is ver mirrored chamber formed, one wall at least is partially formed by the substrate. Vorteilhaf The cavity radiator can also be inserted through a plate are formed, which are arranged parallel to the substrate is.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist an dem Referenzsubstrat eine Abdeckung vorgesehen, die zwischen sich und dem Referenzsubstrat eine Kammer zur Aufnahme des Referenzmaterials vorsieht. Vorzugsweise ist die Kam mer gegenüber der Umgebung abgedichtet um zu verhindern, daß das Referenzmaterial die zu kalibrierende Vorrichtung verunreinigt. Um einen gleichmäßigen Druck (Partialdruck des Referenzmaterials) in der Kammer zu gewährleisten, ist diese vorteilhafterweise evakuiert, was auch den Vor teil mit sich bringt, daß kein flüssiges Referenzmaterial unter dem Druck eines erhitzten Restgases durch eventuell vorhandene Mikrorisse nach außen gedrückt wird. Vorteil hafterweise ist das ganze Referenzsubstrat verglast.According to a preferred embodiment, the Reference substrate provided a cover that between itself and the reference substrate a chamber for receiving of the reference material. Preferably the cam sealed from the environment to prevent that the reference material is the device to be calibrated contaminated. To ensure even pressure (partial pressure of the reference material) in the chamber, this is advantageously evacuated, which is also the case brings with it that no liquid reference material under the pressure of a heated residual gas by possibly existing micro cracks is pressed outwards. benefit the entire reference substrate is unfortunately glazed.

Vorteilhafterweise weist das Referenzsubstrat wenigstens eine Vertiefung zur Aufnahme des wenigstens einen Refe renzmaterials auf, wodurch der Boden des Referenzsub strats im Bereich des Referenzmaterials möglichst dünn ist, um eine Temperaturdifferenz zwischen der Unterseite des Referenzsubstrats und dem Referenzmaterial möglichst gering zu halten. Aus Stabilitätsgründen werden mehrere Ausnehmungen bevorzugt. Um mechanische Spannungen auf grund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Referenzsubstrat und dem Referenzmaterial zu vermei den sind die Wände der Ausnehmungen vorzugsweise abge schrägt.The reference substrate advantageously has at least a recess for receiving the at least one reef reference material, whereby the bottom of the reference sub strats as thin as possible in the area of the reference material is a temperature difference between the bottom of the reference substrate and the reference material if possible to keep low. For stability reasons, several Recesses preferred. To mechanical stresses on due to different expansion coefficients between to avoid the reference substrate and the reference material the walls of the recesses are preferably abge bevels.

Vorteilhafterweise besitzt das Referenzsubstrat die glei che Größe und/oder Form und/oder das gleiche Gewicht, wie das Substrat, dessen Temperatur nach der Kalibrierung ge messen werden soll, um das Referenzsubstrat mit einem vorhandenen Handlingsystem für das zu messende Substrat zu handhaben. Auf diese Weise kann eine Kalibrierung oder eine zeitweise Nachkalibrierung automatisiert werden. Der Vorteil gegenüber den herkömmlichen TC-Substraten liegt hierbei nicht nur in der Erhöhung der Genauigkeit und Re produzierbarkeit, sondern auch darin, daß ein TC-Substrat aufgrund der Anschlußdrähte nicht automatisch gehandelt werden kann und die Drähte nach dem Einbau des TC- Substrats angeklemmt werden müssen. Dieser Umstand fällt bei dem beschriebenen Referenzsubstrat weg.The reference substrate advantageously has the same che size and / or shape and / or the same weight as the substrate whose temperature after calibration should be measured to the reference substrate with a existing handling system for the substrate to be measured to handle. In this way a calibration or a temporary recalibration can be automated. The There is an advantage over conventional TC substrates not only in increasing the accuracy and re producibility, but also that a TC substrate not traded automatically due to the connection wires and the wires after installing the TC- Substrate must be clamped. This fact falls away with the described reference substrate.

Vorteilhafterweise ist das wenigstens eine Referenzmate rial ein Metall, da für Metalle, insbesondere hoch reine Metalle, die Schmelzpunkttemperaturen sehr genau bekannt bzw. definiert sind. This is advantageously at least one reference mat rial a metal, as for metals, especially highly pure ones Metals, the melting point temperatures are known very precisely or are defined.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind unterschiedliche Referenzmaterialien mit unterschiedli chen Schmelzpunkttemperaturen auf dem Referenzsubstrat vorgesehen, um eine Kalibrierung bei unterschiedlichen Temperaturen zu gewährleisten.According to a further embodiment of the invention different reference materials with differ Chen melting point temperatures on the reference substrate provided for calibration at different Ensure temperatures.

Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Referenzmaterial an unterschiedlichen Stellen auf dem Referenzsubstrat ange ordnet, wodurch sichergestellt werden kann, daß das Refe renzmaterial das Blickfeld des ersten Strahlungsdetektors abdeckt.At least one reference material is advantageously present different locations on the reference substrate orders, which can ensure that the Refe the field of view of the first radiation detector covers.

Vorteilhafterweise trägt das Referenzsubstrat, das wenig stens eine Referenzmaterial auf einer dem Bestrahlungs detektor abgewandten Seite. Um eine hohe Emissivität des Referenzsubstrats zu erreichen, sind vorteilhafterweise auf einer dem Strahlungsdetektor zugewandten Seite des Referenzsubstrats Strukturen, wie zum Beispiel Mikrokanä le, vorgesehen.Advantageously, the reference substrate carries little least a reference material on one of the radiation side facing away from the detector. To ensure high emissivity of the Reaching reference substrates are advantageous on a side of the radiation detector facing Reference substrate structures, such as micro channels le, provided.

Um Primärreferenzen mit unterschiedlichen Emissivitäten zu erhalten ist eine Vielzahl von Referenzsubstraten mit unterschiedlichen optischen Schichten vorgesehen. Durch vorsehen von Primärreferenzen mit unterschiedlichen Emissivitäten ergibt sich die Möglichkeit auf eine auf wendige Vorkalibrierung mit TC-Wafern vollständig zu ver zichten.To primary references with different emissivities a variety of reference substrates can be obtained with different optical layers are provided. By provide primary references with different Emissivities arise on a possibility fully maneuverable pre-calibration with TC wafers do without.

Aufgrund der relativ leichten Herstellung und der ther mischen Eigenschaften von keramischen Material ist der Referenzwafer vorzugsweise aus demselben hergestellt.Because of the relatively light manufacturing and ther mixing properties of ceramic material is the Reference wafers are preferably made from the same.

Die vorliegende Vorrichtung ist mit großem Vorteil zur Kalibrierung einer Vorrichtung zur schnellen thermischen Behandlung von Substraten mit einem Ofen, in dem die Sub strate schnell und mit einem möglichst genauen, vorgege benen Temperaturverlauf aufgeheizt und abgekühlt werden, geeignet.The present device is of great advantage Calibration of a device for fast thermal Treatment of substrates with an oven in which the sub strate quickly and with the most accurate possible heating and cooling process, suitable.

Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit dem Beispiel einer Vorrichtung zum Aufheizen von Halbleiter wafern unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:The invention is described below in connection with the Example of a device for heating semiconductors wafers explained with reference to the figures. It demonstrate:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Schnellheizanlage zur Behandlung von Halbleiterwafern in schema tischer Darstellung, Fig. 1 a longitudinal section through a rapid heating for the treatment of semiconductor wafers in a schematic representation;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der in Fig. 1 einge zeichneten Schnittlinie II-II, Fig. 2 is a cross section along the Fig. 1 section line II-II,

Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Refe renzsubstrat gemäß der Erfindung, wobei zur Verdeutlichung eine Ab deckung weggelassen wurde, Fig. 3 is a plan view of a Refe rence substrate according to the invention, wherein a cover Ab was omitted for clarity,

Fig. 4 eine Schnittansicht des Refe renzsubstrats gemäß der Erfindung mit Abdeckung, Fig. 4 is a sectional view of the Refe rence substrate according to the invention with cover,

Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Refe renzsubstrats, Fig. 5 Renz substrate is an enlarged partial sectional view of the Refe,

Fig. 6 eine Temperatur-Zeit-Kurve für ein Referenzsub strat nach dem Stand der Technik, Fig. 6 shows a temperature-time curve for a Referenzsub strat according to the prior art,

Fig. 7 eine Temperatur-Zeit-Kurve für das Referenzsubstrat gemäß der Erfindung; Fig. 7 is a temperature-time curve for the reference substrate according to the invention;

Fig. 8 ein mit Thermoelementen bestücktes Referenzsub strat. Fig. 8 strat equipped with a thermocouple reference substrate.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform eines Schnellheizofens zur Behandlung von Halbleiterwafern 2 zeigt eine vorzugsweise aus Quarzglas bestehende Reakti onskammer 1 mit einem darin befindlichen Halbleiterwafer 2. Die Reaktionskammer 1 ist von einem Gehäuse 3 umgeben, daß jeweils oben und unten Lampen 4, 5 aufweist, deren Strahlung auf die Reaktionskammer 1 gerichtet ist. Ein schematisch dargestelltes Pyrometer 6 (vgl. insbesondere Fig. 2) mit einem großen Eintrittswinkel mißt die vom Halbleiterwafer 2 emittierte Strahlung, sowie die am Halbleiter 2 reflektierte Strahlung der Lampen 5, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Stablampen ausge bildet sind. Eine Anordnung dieser Art ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten DE 197 37 802 A1 oder der nicht vorveröffentlichten DE 197 54 386 A1 derselben An melderin beschrieben, so daß zur Vermeidung von Wiederho lungen darauf Bezug genommen wird, und die Anmeldungen insofern zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht werden.The embodiment of a rapid heating furnace for the treatment of semiconductor wafers 2 shown in FIGS . 1 and 2 shows a reaction chamber 1 preferably made of quartz glass with a semiconductor wafer 2 located therein. The reaction chamber 1 is surrounded by a housing 3 which has lamps 4 , 5 at the top and bottom, the radiation of which is directed onto the reaction chamber 1 . A schematically illustrated pyrometer 6 (cf. in particular FIG. 2) with a large entrance angle measures the radiation emitted by the semiconductor wafer 2 and the radiation of the lamps 5 reflected on the semiconductor 2 , which in the exemplary embodiment shown are formed as rod lamps. An arrangement of this type is described, for example, in the unpublished DE 197 37 802 A1 or the unpublished DE 197 54 386 A1 of the same applicant, so that in order to avoid repetition, reference is made to it, and the applications in this respect to the content of the present description be made.

Ein weiteres Pyrometer 7 erhält über optische Leitungen oder Lichtkanäle 8 das von den Lampen 5 abgestrahlte Licht direkt zugeleitet. Um Wiederholungen hinsichtlich dieses sogenannten Lampenpyrometers 7 und der Anordnung zum Bestrahlen des Lampenpyrometers 7 mit dem Licht der Lampe 5 zu vermeiden, wird auf die nicht vorveröffent lichte DE 197 54 385 A derselben Anmelderin verwiesen, die insofern zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung ge macht wird.Another pyrometer 7 receives the light emitted by the lamps 5 directly via optical lines or light channels 8 . In order to avoid repetitions regarding this so-called lamp pyrometer 7 and the arrangement for irradiating the lamp pyrometer 7 with the light from the lamp 5 , reference is made to the unpublished DE 197 54 385 A by the same applicant, which in this respect makes the content of the present application ge.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen ein erfindungsgemäßes Refe renzsubstrat in der Form eines Referenzwafers 10, der zur Kalibrierung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Py rometers 6 verwendet wird. Der Referenzwafer 10 besitzt eine flache, runde Form, die im wesentlichen der eines zu behandelnden Halbleiterwafers 2 entspricht. Der Referenzwafer 10 weist einen Grundkörper 12 aus keramischem Ma terial auf, der im Mittelbereich eine kreisförmige Erhö hung 13 aufweist. Im Bereich der Erhöhung 13 sind kreis förmige Ausnehmungen 15 zur Aufnahme eines Referenzmate rials in der Form von Metallschmelzeinlagen 17 mit be kannter Schmelzpunkttemperatur vorgesehen. Um eine bessere Flächendeckung zu erreichen, können die Ausnehmungen auch hexagonal (wabenförmig) ausgebildet sein und über den ganzen Querschnitt des Grundkörpers 12 angeordnet sein. Um Spannungen zwischen dem Grundkörper 12 und der Metallschmelzeinlage 17 zu vermeiden wird vor der ersten Verwendung eine Metalltablette lose in die Ausnehmung ge legt, die dann nach dem ersten Schmelzen immer mit maxi mal zulässigem Durchmesser erstarrt. Beim weiteren abküh len zieht sich dann das Metall schneller zusammen als der Grundkörper. Beim wiederholten Aufheizen schmilzt dann das Metall gerade bevor mechanische Spannungen auftreten können. FIGS. 3 to 5 show an inventive Refe rence substrate in the form of a reference wafer 10, which is used to calibrate the rometers Py shown in FIGS. 1 and 2 6. The reference wafer 10 has a flat, round shape which essentially corresponds to that of a semiconductor wafer 2 to be treated. The reference wafer 10 has a base body 12 made of ceramic material which has a circular elevation 13 in the central region. In the area of the elevation 13 circular recesses 15 are provided for receiving a reference material in the form of molten metal inserts 17 with known melting point temperature. In order to achieve better surface coverage, the recesses can also be hexagonal (honeycomb) and arranged over the entire cross section of the base body 12 . In order to avoid tensions between the base body 12 and the molten metal insert 17 , a metal tablet is placed loosely in the recess before first use, which then solidifies after the first melting with a maximum permissible diameter. As it cools down further, the metal contracts faster than the base body. With repeated heating, the metal melts just before mechanical stresses can occur.

Wie in Fig. 3 zu sehen ist, sind 19 kreisförmige Ausneh mungen 15 vorgesehen, in denen sich jeweils eine Metall schmelzeinlage 17 mit bekannter Schmelzpunkttemperatur befindet. Die Anzahl der Ausnehmungen 15 ist jedoch für die Erfindung unerheblich und sie kann an die Stabili tätserfordernisse des Grundkörpers 12 oder sonstige Para meter angepaßt werden. Zum Beispiel ist es möglich, nur eine Ausnehmung 15 zur Aufnahme der Metallschmelzeinlage 17 vorzusehen, wobei darauf geachtet werden sollte, daß die Ausnehmung 15 im Blickfeld des Pyrometers 6 liegt. Gemäß weiterer Ausführungsformen sind innerhalb der Ausnehmun gen 15 statt Metallschmelzeinlagen 17 mit gleichen, bekann ten Schmelzpunkten, unterschiedliche Metallschmelzeinla gen 17 mit unterschiedlichen Schmelzpunkten vorgesehen.As can be seen in Fig. 3, 19 circular recesses 15 are provided, in each of which there is a metal melt insert 17 with a known melting point temperature. The number of recesses 15 is, however, irrelevant to the invention and it can be adapted to the stability requirements of the base body 12 or other parameters. For example, it is possible to provide only one recess 15 for receiving the molten metal insert 17 , it being important to ensure that the recess 15 is in the field of view of the pyrometer 6 . According to further embodiments, different metal melt inserts 17 with different melting points are provided within the recesses 15 instead of metal melt inserts 17 with the same, known melting points.

Über der Erhöhung 13 und den Metallschmelzeinlagen 17 be findet sich eine Abdeckung 20, die in ihrem Randbereich 22 mit dem Grundkörper 12 in abdichtender Weise verbunden ist. Diese Verbindung kann auf bekannte Art und Weise durch Verkleben, Verschweißen oder ein sonstiges in der Technik bekanntes Verfahren erfolgen. Zwischen der Abdec kung 20 und der Erhöhung 13 bzw. den Metallschmelzeinlagen 17 wird eine Kammer 23 gebildet, die evakuiert ist. Es ist auch denkbar statt eine Abdeckung vorzusehen, den ganzen Referenzwafer zu verglasen, bzw. eine Kombination dieser beiden Merkmale vorzusehen.Over the elevation 13 and the molten metal inserts 17 be there is a cover 20 which is connected in its edge region 22 to the base body 12 in a sealing manner. This connection can be made in a known manner by gluing, welding or another method known in the art. Between the cover 20 and the elevation 13 or the molten metal inserts 17 , a chamber 23 is formed which is evacuated. Instead of providing a cover, it is also conceivable to glaze the entire reference wafer or to provide a combination of these two features.

Obwohl das Referenzsubstrat anhand eines speziellen Aus führungsbeispiels beschrieben wurde, sei bemerkt, daß das Referenzsubstrat eine unterschiedliche Form und Ausge staltung aufweisen kann, ohne daß dadurch der Erfindungs gedanke verlassen wird. Zum Beispiel könnte die Erhöhung 13 im Mittelbereich weggelassen werden, und die Ausneh mungen 15 könnten direkt im Grundkörper 12 ausgebildet sein. Statt die Metallschmelzeinlagen 17 in Ausnehmungen in dem Grundkörper 12 vorzusehen, ist es auch möglich, sie ohne Ausnehmungen flächig auf dem Grundkörper aufzu bringen. Auch eine Strukturierung der dem Referenzmateri al abgewandten Oberfläche des Grundkörpers zur Erhöhung seiner Emissivität wäre denkbar.Although the reference substrate has been described with reference to a specific exemplary embodiment, it should be noted that the reference substrate can have a different shape and configuration without departing from the inventive concept. For example, the elevation 13 in the central region could be omitted, and the recesses 15 could be formed directly in the base body 12 . Instead of providing the molten metal inserts 17 in recesses in the base body 12 , it is also possible to apply them flatly to the base body without recesses. A structuring of the surface of the base body facing away from the reference material to increase its emissivity would also be conceivable.

Zur Kalibrierung des Pyrometers 6 der oben genannten Vor richtung zur Behandlung von Halbleiterwafern wird der Re ferenzwafer 10 mittels einer vorhandenen, nicht näher dargestellten Handlingvorrichtung in die Reaktionskammer 1 eingebracht, und zwar in die selbe Position wie der in Fig. 1 dargestellte Halbleiterwafer 2. Nachfolgend wird die Reaktionskammer verschlossen und der Referenzwafer 10 wird mittels der Lampen 4, 5 erwärmt, wobei das Pyrometer 6 die von dem Referenzwafer 10 emittierte Strahlung sowie die daran reflektierte Strahlung der Lampe 5 mißt. Wäh rend der Erwärmung steigt in gleicher Weise die Tempera tur der Metallschmelzeinlage an, bis sie ihren Schmelz punkt erreicht. Ab diesem Zeitpunkt steigt die Temperatur der Metallschmelzeinlage nicht weiter an. Aufgrund der guten thermischen Leitfähigkeit und der dadurch schnellen Temperaturanpassung zwischen der Metallschmelzeinlage 17 und dem Referenzwafer 10 steigt auch die Temperatur des Referenzwafers 10 nicht weiter an, bis die Metallschmel zeinlage 17 komplett von der festen in die flüssige Phase übergegangen ist, d. h. bis der Metallschmelzeinlage 17 die latente Wärme zugeführt wurde. Die gleichbleibende Temperatur wird als Meßwertplateau durch das Pyrometer 6 gemessen und durch eine nicht näher dargestellte Vorrich tung mit der bekannten Schmelzpunkttemperatur in Bezie hung gesetzt.To calibrate the pyrometer 6 of the above-mentioned device for treating semiconductor wafers, the reference wafer 10 is introduced into the reaction chamber 1 by means of an existing handling device (not shown in more detail), in the same position as the semiconductor wafer 2 shown in FIG. 1. The reaction chamber is subsequently closed and the reference wafer 10 is heated by means of the lamps 4 , 5 , the pyrometer 6 measuring the radiation emitted by the reference wafer 10 and the radiation from the lamp 5 reflected thereon. During heating, the temperature of the molten metal insert rises in the same way until it reaches its melting point. From this point in time, the temperature of the molten metal insert does not continue to rise. Due to the good thermal conductivity and the rapid temperature adaptation between the molten metal insert 17 and the reference wafer 10 , the temperature of the reference wafer 10 does not rise further until the molten metal insert 17 has completely changed from the solid to the liquid phase, ie until the molten metal insert 17 the latent heat was applied. The constant temperature is measured as a plateau of measurement by the pyrometer 6 and device by a Vorrich not shown with the known melting point temperature in relation.

Nachdem die Metallschmelzeinlage 17 vollständig geschmol zen ist und keine latente Wärme mehr aufnimmt, steigt die Temperatur des Referenzwafers 10 weiter an. Daraufhin wird die Erwärmung gestoppt und der Referenzwafer 17 wird abgekühlt bzw. kühlt er sich ab.After the molten metal insert 17 has completely melted and no longer absorbs latent heat, the temperature of the reference wafer 10 continues to rise. Thereupon the heating is stopped and the reference wafer 17 is cooled or cools down.

Beim Abkühlen kehrt sich der Vorgang um. Die Metall schmelzeinlage 17 kühlt bis zum Erstarrungspunkt ab und deren Temperatur bleibt dann so lange im wesentlichen konstant, bis die Einlage 17 ihre latente Wärme vollstän dig abgegeben hat und wieder in fester Phase vorliegt. Hierdurch ergibt sich wiederum ein Meßwertplateau bei der Pyrometermessung, das mit dem bekannten Schmelzpunkt der Einlage 17 in Beziehung gesetzt werden kann.The process is reversed when it cools down. The metal melt insert 17 cools down to the solidification point and its temperature then remains essentially constant until the insert 17 has given up its latent heat completely and is again in the solid phase. This in turn results in a plateau of measured values in the pyrometer measurement, which can be related to the known melting point of the insert 17 .

Die Ermittlung des Meßwertplateaus während der Abkühlung ist vorteilhaft, weil die Einlage 17 im geschmolzenen Zu stand einen besseren thermischen Kontakt zu dem Referenz substrat 10 besitzt, und daher der Temperaturausgleich zwischen Einlage 17 und Referenzsubstrat 10 schneller vonstatten geht.The determination of the Meßwertplateaus during cooling is advantageous because the insert 17 to stand in the molten better thermal contact with the reference substrate 10 has, and hence the temperature equalization between the insert 17 and the reference substrate 10 is faster.

Da sich die gemessene Wärmestrahlung von dem Referenz- Substrat in Abhängigkeit von der Emissivität des Sub strats verändern kann, wird zum Erreichen einer Emissivitätsunabhängigkeit während des zuvor beschriebenen Vor gangs die von den Lampen 4, 5 emittierte Strahlung vor zugsweise aktiv und in einer definierten Weise moduliert, und die von den Lampen 5 emittierte Strahlung wird direkt mit dem Lampenpyrometer 7 gemessen. Die Ausgangssignale der Pyrometer 6 und 7 werden einer nicht dargestellten Auswerteschaltung zugeführt. Sie ermittelt die vom Refe renzwafer 10 emittierte Strahlung, indem sie die auf das Pyromter 6 fallende Strahlung, die sich aus vom Wafer 10 emittierter und reflektierter Strahlung zusammensetzt, mit der vom Pyrometer 7 ermittelten Strahlung in Bezie hung setzt. Dies ist deshalb möglich, weil die von den Lampen 5 emittierte Strahlung in einer bekannten Weise moduliert ist. Diese Modulation ist auch in der vom Pyro meter 6 aufgenommenen Strahlung enthalten, so daß durch Vergleich oder In-Beziehung-Setzen der Modulationsgrade und/oder der Modulationstiefen der von den Pyrometern 6 und 7 aufgenommenen Strahlung eine Kompensation der vom Referenzwafer 10 reflektierten Lampenstrahlung in der vom Waferpyrometer 6 aufgefangenen Strahlung möglich ist. Da durch kann das Verhältnis zwischen der vom Wafer 10 emit tierten und der reflektierten Strahlung ermittelt werden, um eine Ermittlung der Emissivität des Wafers 10 zu er möglichen. Aufgrund der Emissivität kann nun die bekannte Schmelzpunkttemperatur der Einlage 17 mit der vom Refe renzwafer 10 emittierten Strahlung in Beziehung gesetzt werden, um eine Kalibrierung bezüglich der Absoluttempe ratur vorzusehen.Since the measured heat radiation from the reference substrate can change depending on the emissivity of the substrate, to achieve emissivity independence during the process described above, the radiation emitted by the lamps 4 , 5 is preferably actively modulated in a defined manner , and the radiation emitted by the lamps 5 is measured directly with the lamp pyrometer 7 . The output signals of the pyrometers 6 and 7 are fed to an evaluation circuit, not shown. It determines the Conference wafer from Refe 10 radiation emitted by, constitutes incident on the radiation Pyromter 6, which is composed of beam emitted from the wafer 10 and reflected radiation with the detected radiation by the pyrometer 7 in relation ship. This is possible because the radiation emitted by the lamps 5 is modulated in a known manner. This modulation is also included in the radiation picked up by the pyro meter 6 , so that by comparing or relating the degrees of modulation and / or the depth of modulation of the radiation picked up by the pyrometers 6 and 7 , compensation of the lamp radiation reflected by the reference wafer 10 in the radiation captured by the wafer pyrometer 6 is possible. As a result, the ratio between the radiation emitted by the wafer 10 and the reflected radiation can be determined in order to enable the emissivity of the wafer 10 to be determined. Because of the emissivity, the known melting point temperature of the insert 17 can now be related to the radiation emitted by the reference wafer 10 in order to provide a calibration with respect to the absolute temperature.

Eine derartige Modulation und Ermittlung der von einem Substrat emittierten Strahlung ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten DE 197 54 386 A1 derselben An melderin, sowie in der US 5 490 728 A beschrieben, so daß zur Vermeidung von Wiederholungen darauf Bezug genommen wird, und diese Druckschriften insofern zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht werden.Such a modulation and determination of one For example, radiation emitted in the substrate unpublished DE 197 54 386 A1 the same An notifier, and described in US 5 490 728 A, so that referenced to avoid repetition becomes, and these publications to the extent of the content of the present description are made.

Zum Erreichen einer im wesentlichen emissivitätsunabhän gigen Messung könnte anstelle der oben beschriebenen Ripple-Technik beispielsweise auch das sogenannte Cavity- Prinzip verwendet werden, bei dem durch Verwendung einer verspiegelten Kammer versucht wird, einen Hohlraumstrah ler nachzuahmen.To achieve an essentially emissivity independent measurement instead of the one described above Ripple technology, for example, the so-called cavity Principle are used in which by using a mirrored chamber is attempting a cavity beam imitate.

Nachfolgend wird ein Dimensionierungsvorschlag für das Referenzsubstrat angegeben. Um ein möglichst gleichmäßi ges Aufheizen des Referenzsubstrats zu gewährleisten, wird dieses bevorzugt so dimensioniert, daß die thermi sche Masse pro Flächeneinheit über das Substrat konstant ist. Dies kann z. B. durch die Variation der Dicke der Referenzmaterialien erreicht werden, so daß die folgende Gleichung erfüllt ist:
A dimensioning proposal for the reference substrate is given below. In order to ensure that the reference substrate heats up as uniformly as possible, it is preferably dimensioned such that the thermal mass per unit area over the substrate is constant. This can e.g. B. can be achieved by varying the thickness of the reference materials so that the following equation is satisfied:

d₁.ρ₁.c₁ + d₂.ρ₂.c₂ + d₃.ρ₃.c₃ = d₄.ρ₄.c₄ (1)d ₁ .ρ ₁ .c ₁ + d ₂ .ρ ₂ .c ₂ + d ₃ .ρ ₃ .c ₃ = d ₄ .ρ ₄ .c ₄ (1)

Hierbei sind d₁, d₂, d₃ und d₄ die Dicken des Referenzsub strats an der Schmelzmetalleinlage, die Dicke des Schmelzmetalls, die Dicke der Abdeckung des Schmelzme talls bzw. die Dicke des Referenzsubstrats in Bereichen ohne Schmelzmetalleinlage. Die zugehörigen Dichten bzw. Wäremkapazitäten sind mit ρ₁, ρ₂, ρ₃, ρ₄ bzw. c₁, c₂, c₃, c₄ bezeichnet.Here, d ₁ , d ₂ , d ₃ and d _{4 are} the thicknesses of the reference substrate on the molten metal insert, the thickness of the molten metal, the thickness of the cover of the molten metal or the thickness of the reference substrate in areas without a molten metal insert. The associated densities and heat capacities are denoted by ρ ₁ , ρ ₂ , ρ ₃ , ρ ₄ and c ₁ , c ₂ , c ₃ , c ₄ .

Die Leistungsdichte P (Leistung/Fläche) z. B. einer RTP- Anlage und die Aufheizgeschwindigkeit R (Ramprate) kann vereinfacht mittels der folgenden Gleichung dargestellt werden:

d₄.ρ₄.c₄.R = P (2)The power density P (power / area) z. B. an RTP system and the heating rate R (ram rate) can be simplified using the following equation:

d ₄ .ρ ₄ .c ₄ .R = P (2)

Durch diese Beziehung wird bei einer vorgegebenen Auf heizgeschwindigkeit R die erforderliche Leistungsdichte P definiert, um das Referenzsubstrat homogen (siehe Glei chung (1)) aufzuheizen. Erreicht das Referenzmaterial seinen Schmelzpunkt, so ist zu dessen Schmelzung die (flächenbezogene) Energie E_L erforderlich, die sich aus der folgenden Gleichung ergibt:
This relationship defines the required power density P at a predetermined heating speed R in order to heat the reference substrate homogeneously (see equation (1)). When the reference material reaches its melting point, the (area-related) energy E _L , which results from the following equation, is required to melt it:

E_L = d₂.ρ₂.c_s (3)
E _L = d ₂ .ρ ₂ .c _s (3)

wobei c_s die spezifische Schmelzwärme des Referenzmateri als ist. Wird die Leistungsdichte P des RTP-Systems un verändert beibehalten, so läßt sich die Plateauzeit t_p (siehe Fig. 7) abschätzen anhand der folgenden Gleichung:
where c _{s is} the specific heat of fusion of the reference material. If the power density P of the RTP system is kept unchanged, the plateau time t _p (see FIG. 7) can be estimated using the following equation:

t_p = E_L/P (4)
t _p = E _L / P (4)

wobei E_L und P aus Gleichung (2) bzw. (3) zu entnehmen sind. Dadurch läßt sich ein Plateau-Zeit-Rampratenprodukt angeben:
where E _L and P can be seen from equations (2) and (3), respectively. This allows a plateau-time ramp rate product to be specified:

Z = t_p.R = d_2.ρ₂.c_s/(d₄.ρ₄.c₄) (5)Z = t _p .R = d _2. ρ ₂ .c _s / (d ₄ .ρ ₄ .c ₄ ) (5)

Dieses Produkt enthält nur die materialspezifischen Grö ßen und die jeweiligen Schichtdicken. Damit läßt sich bei einem vorgegebenen Produkt Z mittels Gleichung (5) und Gleichung (1) bei der Wahl von z. B. d₁, die Dicke des Schmelzmetalls d₂ und die Dicke des Referenzsubstrats d₄ am Randbereich berechnen. Hier ist zur Vereinfachung d₃ = 0 angenommen. Vorteilhaft kann jedoch auch d₃ = d₁ ge wählt werden, insbesondere bei c₁ = c₃. Ist z. B. d₁ = 1 mm (oder d₁ + d₃ = 1 mm bei c₁ = c₃), so ergeben sich für ein Referenzsubstrat aus Silizium bei einem Plateauzeit- Rampratenprodukt von 100 K für die Schmelzmetalle Germa nium bzw. Aluminium Schmelzmetalldicken d₂ von 0,071 mm bzw. 0,2 mm, wobei der Außenbereich des Referenzsubstrats Dicken d₄ von 1,074 mm bzw. 1,3 mm aufweist.This product contains only the material-specific sizes and the respective layer thicknesses. This allows for a given product Z using equation (5) and equation (1) when choosing z. B. d ₁ , calculate the thickness of the molten metal d ₂ and the thickness of the reference substrate d ₄ at the edge area. For simplification, d ₃ = 0 is assumed here. However, d ₃ = d ₁ ge can also advantageously be selected, in particular when c ₁ = c ₃ . Is z. B. d ₁ = 1 mm (or d ₁ + d ₃ = 1 mm at c ₁ = c ₃ ), so for a reference substrate made of silicon with a plateau time ramp rate product of 100 K for the melting metals Germa nium or aluminum melting metal thicknesses d ₂ of 0.071 mm or 0.2 mm, the outer region of the reference substrate having thicknesses d ₄ of 1.074 mm or 1.3 mm.

In den vorgeschlagenen Dimensionierungsbeispielen zeigen sich deutlich die Dickenverhältnisse von Referenzsubstrat und Referenzmaterial unter der Prozeßbedingung einer kon stanten thermischen Masse pro Flächenelement (Gleichung (1)). Ferner läßt sich auch die Plateauzeit t_p abschät zen, wenn eine Ramprate R vorgegeben wird. Ist Z, wie im beschriebenen Beispiel 100 K, so beträgt die Plateauzeit t_p etwa 10 Sekunden, wenn eine Ramprate R von 10 K/s ver wendet wird.The proposed dimensioning examples clearly show the thickness ratios of the reference substrate and reference material under the process condition of a constant thermal mass per surface element (equation (1)). Furthermore, the plateau time t _{p can be} estimated if a ram rate R is specified. If Z, as in the example described, is 100 K, the plateau time t _{p is} approximately 10 seconds if a ram rate R of 10 K / s is used.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel des Referenzsubstrats 12 ist in Fig. 8 dargestellt. Hierbei wird das Referenzsub strat zusätzlich mit wenigstens einem Thermoelement TC (TC₁, TC₂, TC₃, TC₄) bestückt, der mit üblichen Mitteln (Klebern) am Referenzsubstrat befestigt. Damit ergibt sich die Möglichkeit, das Thermoelement TC gegenüber dem Referenzsubstrat zu messen und mögliche Einflüsse der Be festigungsmittel des Thermoelements TC (Kleben oder Ze mentieren) auf eine TC-Temperaturbestimmung zu ermitteln.Another example of application of the reference substrate 12 is shown in FIG. 8. Here, the reference substrate is additionally equipped with at least one thermocouple TC (TC ₁ , TC ₂ , TC ₃ , TC ₄ ), which is attached to the reference substrate with conventional means (adhesives). This results in the possibility of measuring the thermocouple TC compared to the reference substrate and determining possible influences of the fastening means of the thermocouple TC (adhesive or cementing) on a TC temperature determination.

Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Aus führungsbeispiels erläutert. Dem Fachmann sind jedoch Ausgestaltungen und Abwandlungen möglich, ohne daß da durch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Das erfin dungsgemäße Verfahren ist insbesondere auch im Zusammen hang mit anderen Vorrichtungen oder emissivitätsunabhän gigen Meßverfahren als den zuvor beschriebenen mit Vor teil einsetzbar, um mit einfachen Mitteln eine zuverlässige, reproduzierbare Kalibrierung von Temperaturmessun gen zu erhalten.The invention was previously based on a preferred management example explained. However, those skilled in the art Refinements and modifications possible without there is left by the idea of the invention. That invented The method according to the invention is in particular also together hang with other devices or emissivity-independent current measuring method as the previously described with before partially usable to ensure a reliable, reproducible calibration of temperature measurements gene.

Claims

1. A method for calibrating temperature measurements which are carried out with at least one first radiation detector ( 6 ) for measuring heat radiation emitted by at least one substrate ( 2 ), characterized by the following method steps:
Heating a reference substrate ( 10 ) carrying at least one reference material ( 17 ) with a known melting point temperature to and / or above the melting point temperature;
Measuring the heat radiation of the reference substrate ( 10 ) during the heating and / or a cooling after the heating;
Relating a measured value plateau occurring during the measurement process to the known melting point temperature, wherein at least one radiation source ( 4 , 5 ) is used to heat the reference substrate ( 10 ) and the temperature measurement is carried out independently of the emissivity, by that of the at least one radiation source ( 5 ) emitted radiation is determined with at least one second radiation detector ( 7 ), which is modulated by the at least one radiation source ( 5 ) emitted radiation with at least one characteristic parameter, and which is determined by the first radiation detector ( 6 ) Radiation for compensating the radiation of the radiation source ( 5 ) reflected by the reference substrate is corrected by the radiation determined by the second radiation detector ( 7 ), and / or by measuring the heat radiation emitted by the reference substrate ( 10 ) on the side of the reference substrate ( 10 ) n, which forms at least a partial area of a cavity radiator.

2. The method according to claim 1, characterized in that the modulation for characterizing the radiation emitted by the radiation source ( 5 ), is used in the correction of the radiation from the first radiation detector ( 6 ) he averaged.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation from the radiation source ( 5 ) given abge is amplitude, frequency and / or phase modulated.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the radiation source ( 5 ) is formed by a plurality of lamps, and that the radiation is modulated by at least one of the lamps.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the degree of modulation or the Mo dulation depth of the radiation is controlled.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a plurality of reference materials ( 17 ) with different melting point temperatures are provided on the reference substrate ( 10 ), and that the respective measured value plateaus determined during heating and / or cooling each with a the known melting point temperatures are related.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the reference substrate ( 10 ) for the calibration of a device for the thermal treatment of substrates is introduced therein.

8. Device for calibrating substantially emissivity-independent temperature measurements, which are carried out with at least one first radiation detector ( 6 ) for measuring the heat radiation emitted by at least one substrate ( 2 ), characterized by at least one reference material ( 17 ) with a known melting point temperature, the attached to a reference substrate ( 10 ); at least one radiation source ( 4 , 5 ) for heating the reference substrate ( 10 ); at least one second radiation detector ( 7 ) for measuring the radiation emitted by the at least one radiation source ( 5 );
a modulation device for modulating the radiation emitted by the at least one radiation source ( 5 ) with at least one characteristic parameter; and
means for correcting the radiation determined by the first radiation detector ( 6 ) on the basis of the radiation determined by the second radiation detector ( 7 ); in which
the reference substrate ( 10 ) has at least one depression ( 15 ) for receiving the at least one reference material ( 17 ) and the walls of the depression (s) ( 15 ) are chamfered.

9. The device according to claim 8, characterized in that the radiation source ( 4 , 5 ) is formed by a plurality of lamps, and that the radiation of at least one of the lamps can be modulated.

10. Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that the degree of modulation or the depth of modulation of the radiation emitted by the radiation source ( 4 , 5 ) is controllable.

11. The device according to claim 8 or 9, characterized by a cavity radiator which is at least partially formed by the reference substrate ( 10 ).

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the cavity radiator is formed by a mirrored Kam mer, in which at least one wall area is formed by the reference substrate ( 10 ).

13. The apparatus according to claim 11, characterized in that the cavity emitter is formed in an intermediate space between the reference substrate ( 10 ) and a plate arranged in parallel therewith.

14. Device according to one of claims 8 to 13, characterized by a cover ( 20 ) located above the reference material ( 17 ) on the reference substrate ( 10 ).

15. The apparatus according to claim 14, characterized by a between the cover ( 20 ) and the reference substrate ( 10 ) defined chamber ( 23 ).

16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the chamber ( 23 ) is sealed off from the environment.

17. The device according to one of claims 15 or 16, characterized in that the chamber ( 23 ) is evacuated.

18. Device according to one of claims 8 to 17, characterized in that the reference substrate ( 10 ) is glazed.

19. The apparatus according to claim 14, characterized in that the cover ( 20 ) consists of a material with a thickness of at least three optical attenuation lengths egg ner selected wavelength.

20. Device according to one of claims 8 to 19, characterized in that the reference substrate ( 10 ) has the same size and / or shape and / or the same weight as the substrate ( 2 ), the temperature of which is measured after calibration shall be.

21. Device according to one of claims 8 to 20, characterized in that the at least one reference material ( 17 ) is a metal, in particular a highly pure metal.

22. Device according to one of claims 8 to 21, characterized in that on the reference substrate ( 10 ) different reference materials ( 17 ) are provided with different melting point temperatures.

23. Device according to one of claims 8 to 22, characterized in that the at least one reference material ( 17 ) is arranged at different locations on the reference substrate ( 10 ).

24. Device according to one of claims 8 to 23, characterized in that the at least one reference material ( 17 ) on a side facing away from the first radiation detector ( 6 ) of the reference substrate ( 10 ) is brought to.

25. Device according to one of claims 8 to 24, characterized in that one of the first radiation detector ( 6 ) facing side of the reference substrate ( 10 ) has structures, in particular microchannels.

26. Device according to one of claims 8 to 25, characterized by a plurality of reference substrates ( 10 ), each with different optical layers.

27. The device according to one of claims 8 to 26, characterized in that the reference substrate ( 10 ) is made of a ceramic material.

28. Device according to one of claims 8 to 27, there characterized by that the device for potash bration of a device for rapid thermal Treatment of substrates in an oven, suitable is.

29, reference substrate (10) point temperature for the temperature calibration with we nigstens a reference material (17) of known melt, disposed inside the reference substrate (10), wherein the reference material (17) at least 1% of the mass of the reference substrate (10) is, the reference substrate ( 10 ) has at least one recess ( 15 ) for receiving the at least one reference material ( 17 ), the walls of the recess (s) ( 15 ) are beveled and the reference material ( 17 ) by a substrate material of the thickness of at least three optical attenuation lengths of a selected wavelength is surrounded.

30. Reference substrate according to claim 29, characterized records that the thickness is at least 3 microns.

31. Reference substrate according to claim 29 or 30, characterized in that the thermal mass per unit area is constant across the substrate ( 2 ).