DE3610278A1 - Spektrometer mit modulation der wellenlaengen - Google Patents

Description

Spektrometer mit Modulation der Wellenlängen Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Spektrometer, das mit Ableitung modulierter Wellenlängen arbeitet (WAMOS), gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein WAMOS, welches eine Wellenlängenmodulationsvorrichtung verwendet, um die Beendigung eines Herstellungsprozesses, wie z.B. die Plasmaätzung von IC-Elementen, feststellen zu können.

Bei der Herstellung von Halbleiter IC-Bauteilen wird von einer Einrichtung Gebrauch gemacht, mit der man die Beendigung von Verfahrensschritten, wie z.B. das Plasmaätzen, die Schwärzung im Plasma oder reaktives Ionenätzen feststellen kann, wobei mit derartigen Einrichtungen Veränderungen im Plasmaspektrum der zu behandelnden Substanz nachgewiesen werden. Wenn beispielsweise auf IC-Bauteilen in einem Plasmaätzverfahren ein Aluminiumleiterbahnenmuster gebildet werden soll, wird das Plasmaspektrum, welches von der Substanz während des Ätzverfahrens emittiert wird, untersucht. In Figur 1 ist ein Spektrum (direktes Spektrum) dargestellt, welches die Ergebnisse einer durchgeführten Messung zeigt. Man findet in einem solchen typischen Spektrum unter den gemessenen Linien typischerweise eine herausragende Emissionslinie, die in Figur 1a bei 308.2'nm liegt und mit A bezeichnet ist. Wenn man nun das Emissionslinienspektrum A als Zielspektrum wünscht, dann wird die Nachweiswellenlänge Λ des Spektrometers auf die Wellenlänge A. 0 des Emissionslinienspektrums eingemittet, damit die Intensität

des Emissionlinienspektrums A kontinuierlich gemessen werden kann. Das Ätzverfahren ist dann beendet, wenn das Emissionslinienspektrum A₁ wie in Figur 1B gezeigt, stark schwankt. Dieser Zeitpunkt kann als Beendigungszeitpunkt des Ätzprozesses angesehen werden.

Im allgemeinen findet man in dem gemessenen Plasmaspektrum Spektrallinien unterschiedlicher Hellenlängen, die von anderen Teilchen als den zu untersuchenden emittiert werden. D.h., das eigentliche Zielspektrum wird von Störlinien überlagert, die von diesen Substanzen herrühren, so daß eine korrekte Messung der Intensität des Zielspektrums nicht möglich ist. Üblicherweise wird ein breites Spektrum und das lineare Muster des Emissionslinienspektrums in einem erhaltenen gestörten Spektrum vermischt. Es ist daher erforderlich, in einem Zeitpunkt zwischen dem Ätzprozeß und der Beendigung des Ätzverfahrens, die zu erwartenden Emissionslinienspektren mit größerer Intensität über den gesamten zu messenden Spektralbereich zu suchen.

Ein Vergleich zwischen dem Spektrum in Figur 1A, welches während der Ätzung erhalten wird, und des Spektrums, welches in Figur 1B dargestellt ist und die Beendigung des Ätzverfahrens darstellt, zeigt, daß ein Emissionslinienspektrum B in der Nähe von 400,0 nm zu finden ist. D.h., die Beendigung des Ätzverfahrens kann nachgewiesen werden, indem man die Nachweiswellenlänge des Spektrometers auf die Wellenlänge λ. 0 des Emissionslinienspektrums B zentriert und dann die Intensitätsschwankungen des Spektrums B erfaßt.

Bei der soeben beschriebenen kontinuierlichen Messung der Intensitätsschwankungen eines Emissionslinienspektrums B, bei der die Nachweiswellenlänge Λ des Spektrometers bei

Λ O fixiert wird, um die Beendigung des

Plasmaätzverfahrens feststellen zu können, treten jedoch die folgenden Nachteile auf. Man findet nämlich häufig, daß das Emissionslinienspektrum B bei der Hellenlänge \0 oftmals über einem breiteren Hintergrundspektrum liegt. Die Intensität des gesamten
Emissionslinienspektrums, welches sich aus dem Rintergrundspektrum und der gesuchten Linie zusammensetzt, die sich von dem Hintergrundspektrum abhebt, was mit den Bezugszeichen c, b bzw. a dargestellt ist, wird somit gemessen. Es ist notwendig, eine Schwankung in der Intensität a letztendlich so zu messen, daß die Beendigung des Ätzens erfaßt werden kann. In der Praxis mißt das Spektrometer jedoch die Gesamtintensität c des Emissionslinienspektrums zusammen mit dem Hintergrundspektrum b.

Im allgemeinen ist die Genauigkeit, mit der Intensitäten des Spektrums mit dem Spektrometer gemessen werden können, in der Größe von höchstens 0,1%. Wenn daher die Intensität a des Nachweispektrums kleiner als die Intensität b des Hintergrundspektrums ist, war es bisher nicht möglich, mit dieser Technik zuverlässig eine Intensitätsschwankung a genau messen zu kann.

Beim Plasmaätzverfahren für Halbleiter IC-Bauteile geht man davon aus, daß das Ätzverfahren dann zu ende ist, wenn der Intensitätswert a nicht mehr erfaßtbar ist, wie das in Figur 1B dargestellt ist. Wenn in diesem Falle die Intensität a nicht mehr genau gemessen werden kann, wie das oben dargelegt wurde, wird angenommen, daß die Intensität a den Wert 0 erreicht hat, auch dann, wenn das Ätzverfahren noch nicht beendet worden ist, was dazu führt, daß manchmal eine Unterbrechung noch während des Ätzens stattfindet. Da in diesem Fall einige Bereiche der

Halbleiteroberfläche unbehandelt bleiben, kann der erzielbare Ertrag bei der Herstellung der Halbleiterbauteile verringert werden.

/V In Hinblick auf diese Überlegungen ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Spektrometer der eingangs genannten Art zu schaffen, welches in der Lage ist, auch dann, wenn die Intensität des Hintergrundspektrums größer ist, kleine Schwankungen in einem Zielemissionslinienspektrum festzustellen, wobei eine spektrale Absorptionsspitze genau und empfindlicher gemessen werden können.

Die Erfindung will außerdem ein HAMOS schaffen, welches einen absoluten Spektralwert messen kann und welches leicht eine Zielemissionslinie sowie deren Intensitätsschwankungen feststellen kann.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Gemäß dieser Lösung sieht die Erfindung ein Spektrometer vor, welches mit Hellenlängenmodulation arbeitet. Das Spektrometer umfaßt eine

Wellenlängenmodulationsvorrichtung, mit der das zu messende Licht mit einer vorbestimmten Frequenz in Schwingung versetzt wird; ein Beugungsgitter, welches das von der Wellenlängenmodulationsvorrichtung modulierte Licht streut und als Ausgang ein Beugungsspektrum liefert, einen fotoelektrischen Handler, der das Beugungsspektrum vom Beugungsgitter empfängt und eine modulierte Lichtkomponente des Beugungsspektrums in ein elektrisches Signal umwandelt und einen Synchrondetektor, der es ermöglicht, das elektrische Ausgangssignal des fotoelektrischen Handlers synchron mit der zweifachen Oszillationsfrequenz der

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Wellenlängenmodulationsvorrichtung nachzuweisen, um so eine Intensitätsveränderung zu erhalten, die einer Veränderung in einem Spektrum entspricht, welches einem größeren Hintergrundspektrum überlagert ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das WAMOS mit einem Wellenlängenabtastmechanismus versehen, der ein Beugungsgitter dreht, um so kontinuierlich den Einfallswinkel, mit dem das von der Wellenlängenmodulationsvorrichtung modulierte Licht auf das Beugungsgitter fällt, zu variieren.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das WAMOS einen Gleichstromverstärker aufweist, mit welchem das elektrische Ausgangssignal des fotoelektrischen Wandlers verstärkt wird sowie einen Tastschaltkreis, der das Ausgangssignal des Gleichstromverstärkers synchron mit einer Schwingungsfrequenz eines Schwingungselementes oder mit der doppelten Schwingungsfrequenz abtastet und der die höchste Intensität eines auf einem Hintergrundspektrum überlagerten Spektrums auffindet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung weiter erläutert und beschrieben.

Figuren 1A und 1B zeigen Plasmaspektren, die bei einem

Plasmaätzprozeß aufgenommen worden sind, wobei Fig. 1A ein Spektrum im Verlauf des Ätzprozesses und Figur 1B ein Spektrum bei der Beendigung des

- Ml-

Ätzverfahrens zeigt

Figur 2

zeigt in einer schematischen Ansicht ein VANOS gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 3

ist eine perspektivische Darstellung einer U-förmigen Stimmgabel, wie sie im WAMOS gemäß Figur 2 verwendet wird.

zeigt in einem Blockdiagramm einen Treiberschaltkreis für die Schwinggabel

Figur 5

zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Meßvorrichtung für die Schwingungsamplitude der Stimmgabel.

Figur 6

zeigt einen Ortssensor.

Figuren 7A und 7B sind Darstellungen zur Erläuterung der

Arbeitsweise.

Figur 8

zeigt in einer schematischen Ansicht die Gesamtanordnung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 9

zeigt die mit dem in Figur dargestellten Zustände.

Figur 10

zeigt in schematischer Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen VAMOS.

Figur 11

zeigt in einem Blockdiagramm einen Regel-Steuerschaltkreis für den WAMOS

der Figur

Figur 12

ist ein Flußdiagramm, welches den Betrieb des Regel-Steuerschaltkreises der Figur 11 erläutern soll.

Figur 13

ist eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des WAMOS nach Figur

Figur 14

ist ein Diagramm, welches Meßwerte zeigt, die mit dem WAMOS gemäß Figur erhalten worden sind.

Figur 15

ist eine Darstellung zur Erläuterang des Arbeitsablaufes eines WAMOS gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Figuren 16,17, 18A und 18B

zeigen Steuerungsmechanismen für die Schwingungsamplituden des Stimmgabeloszillators und

Figur 19

ist eine perspektivische Darstellung eines Schwingungselementes, welches als weitere Variante piezoelektrisch arbeitet.

Im folgenden werden nun die Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert unter Bezug auf diese Figuren erläutert.

In der schematischen Darstellung der Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Äbleitungsspektrometers dargestellt, welches mit

Vellenlängenmodulatlon arbeitet (WAMOS). Bei der Herstellung von Halbleiter IC-Bauteilen oder ähnlichem wird von einer Plasmaquelle 10, beispielsweise einer Ätzbehandlungseinheit, Licht 12 ausgesandt, welches untersucht werden soll. Das Licht 12 wird auf einen Eingangsspalt 18 fokussiert und trifft durch den Eingangsspalt hindurch auf einen ersten ebenen Spiegel auf. Dies wird mit Hilfe einer Sammellinse 16 bewirkt, die im Eintrittsfenster eines Gehäuses 14 untergebracht ist. Der erste Planspiegel 20 sitzt auf einem Abschnitt eines Abschnittspaares, welches zu einem Schwingungselement gehört und ein Teil der Wellenlängenmodulationsvorrichtung 22 darstellt. Im folgenden wird eine Erklärung des Spektrometers mit der Wellenlängenmodulationsvorrichtung 22 und dem Schwingungselement 24 gegeben, wobei das Schwingungselement 24 als Stimmgabeloszillator bzw. U-förmige Stimmgabel beschrieben wird. Das Licht 12, welches auf den ebenen Spiegel 20 trifft wird dort reflektiert und fällt auf den Kollimator 26. Die ü-förmige Stimmgabel 24 wird mit Hilfe der elektromagnetischen Spule 28 mit einer bestimmten Frequenz F und einer bestimmten Amplitude W, die von der Form, dem Gewicht usw. der Stimmgabel abhängt, in Schwingung versetzt. Die Spule ist innerhalb der Stimmgabel angeordnet. Als Ergebnis davon wird das an dem ersten Spiegel 20 reflektierte Licht 12 zu einem sich oszillierend drehenden Licht, welches mit einer vorbestimmten Frequenz und Amplitude polarisiert ist. Das oszillierende Licht fällt, nachdem es an dem Kollimator 26 reflektiert worden ist, auf ein gezacktes Beugungsgitter 30, an dem eine durch die Abmessung des Beugungsgitters festgelegte spektrale Wellenlängenkomponente herausgenommen und auf den Spiegel 32 gerichtet wird. Der Ausgangsspalt 34 ist so angeordnet, daß auf ihn diese spektrale Komponente des Kollektors bzw. Spiegels 32 abgebildet wird. An der Rückfläche des

Ausgangsspaltes 34 1st ein fotoelektrischer Wandler 36 angeordnet, der den Spektrallinienanteil empfängt, welcher von dem Spiegel 32 reflektiert wurde und den Ausgangsspalt 34 durchsetzt hat, und diesen dann in ein elektrisches Signal e umwandelt. Weil, wie sich aus Obenstehendem ergibt, das Licht, welches auf das Beugungsgitter 30 trifft, einen oszillierenden Einfallswinkel hat, wird auch das spektrale Licht, welches die Spektralkomponente hinter dem Beugungsgitter darstellt, oszillierend. Das Licht, welches dann durch den Ausgangsspalt 34 tritt, ist somit mit einer bestimmten Frequenz wellenlängenmoduliert, wobei die Amplitude der Wellenlängenmodulation eine Größe hat, die mit der Schwingungsamplitude der U-förmigen Stimmgabel 24 korreliert.

Der fotoelektrische Wandler 36 gibt ein Ausgangssignal d mit Gleichstrom- und Wechselstromkomponenten zu einem Gleichstromverstärker 38 weiter, wo dieses Signal verstärkt und dann an den Ausgangsanschluß 40 gelegt wird. Wenn das am Ausgangsanschluß 40 anstehende Signal mit einer Schwingungsfrequenz F und einer Schwingungsfrequenz 2F der D-förmigen Stimmgabel 24 abgetastet wird, ist es möglich, die Gesamtintensität c (Figur 1A) des Emissionslinienspektrums, welches gemessen werden soll, zu erhalten. Das elektrische Signal d des fotoelektrischen Wandlers 36 wird auch durch ein Hochpaßfilter, welches einen Kondensator 42 umfaßt, geleitet, wo der Gleichstromanteil herausgefiltert wird. Der verbleibende Wechselstromanteil gelangt zu dem Synchrondetektor 44, wo er mit einer Schwingungsfrequenz 2F des Stimmgabeloszillators 22 nachgewiesen wird. Als Ergebnis davon werden Schwankungen der Intensität a des Spektralanteils, der ausgemessen werden soll, von dem Synchrondetektor 44 an den Ausgangsanschluß 46 weitergeleitet.

Der erwähnte Stimmgabeloszillator 22 trägt außerdem einen zweiten Planspiegel 48 und zwar auf dem anderen Abschnitt bzw. Arm der U-förmigen Stimmgabel 24. Die Lichtemissionseinrichtung 50 umfaßt ein Licht emittierendes Element, wie z.B. eine LED und schickt Nachweislicht 52 durch eine Sammellinse 54 auf den zweiten Planspiegel 48, wo dieses Licht reflektiert wird. Das reflektierte Licht 52 wird ähnlich wie das oszillierende Licht, welches an dem ersten Reflexionsspiegel 20 reflektiert wird, zu einem mit einer bestimmten Frequenz F schwingenden Licht. Das reflektierte Licht 52 wird an eine Amplitudenmeßvorrichtung 56 weitergeleitet, welche einen Ortssensor oder dergl. aufweist, mit dem die Schwingungsamplitude des Lichts gemessen werden kann. Das Scbwingungsamplitudensignal wird dann im Antriebsschaltkreis 58 für das Schwingungselement (in diesem Falle als Antriebsscbaltkreis für die Stimmgabel) weitergegeben, welcher ein Antriebssignal e abgibt, mit dem die antreibende elektromagnetische Spule 28, die innerhalb der U-förmigen Stimmgabel 24 angeordnet ist, angetrieben wird. Der Antriebsschaltkreis 58 für das Schwingungselement liefert ein Synchronisierungssignal f einer Frequenz 2F an den Synchrondetektor 44. Ein weiterer Ausgang des Antriebsschaltkreises 58 ist auch an die Lichtemissionsvorrichtung 50 angeschlossen, um die Beleuchtung zu regeln.

Die Sammellinse 54 ist eine Linse, die es ermöglicht, den Bildpunkt des Nachweislichtes 52, welches von der Licht emittierenden Einrichtung 50 ausgesandt wird, auf der Oberfläche der Amplitudenmeßvorrichtung 56 minimal abzubilden. In Figur 3 ist in einer perspektivischen Ansicht der allgemeine Aufbau der U-förmigen Stimmgabel 24 gezeigt und besitzt ein Zinkenpaar oder oszillierende

Abschnitte 60, die aus Stahldraht hergestellt sind, beispielsweise mit 2mm Außendurchmesser. Auch der Abschnitt 62 kann aus Stahldraht desselben Durchmessers hergestellt sein. Die Zinken 60 haben eine Länge von ca. 30 mm und einen Zinkenabstand von ca. 10 mm. Auf den freien Enden der Stimmgabelzinken 60 sind ein erster und zweiter Planspiegel 20 und 48 befestigt, deren Abmessungen 7 mm ζ 5 mm betragen. Die elektromagnetische Spule 28 ist über einen Kern 64 gewickelt, der innerhalb des ü's der Stimmgabel 24 liegt. Die Schwingungsfrequenz der D-förmigen Stimmgabel 24 wird z.B. durch die Form und das für die Zinken 60 verwendete Material festgelegt. Durch entsprechende Wahl beträgt die Schwingungsfrequenz F dann ca. 2kH.

In dem in Figur 4 dargestellten Blockdiagramm ist der Antriebsschaltkreis 58 für den Schwingungsantrieb der Stimmgabel 24 dargestellt. Der

Stimmgabelantriebsschaltkreis umfaßt einen Schaltkreis, der das Licht emittierende Element antreibt. Hierzu wird ein Treiberstrom an das Licht emittierende Element in der Licht emittierenden Anordnung 50 abgegeben, wobei das Licht emittierende Element beispielsweise eine LED sein kann. Der Stimmgabelantriebsschaltkreis 58 weist weiterhin eine Amplitudenmeßvorrichtung 56 auf, mit der die Amplitude der Lichtschwingungen des vom zweiten Reflexionsspiegel 48 reflektierten Lichtes gemessen werden kann. Dieser Spiegel 48 ist auf dem freien Ende einer der beiden Zinken 60 der U-förmigen Stimmgabel 24 befestigt. Die Amplitudenmeßvorrichtung besteht aus einem Ortssensor 68 und einem Schwankungsdetektor 70. Der Ortsdetektor 68 ist in der Art eines fotoelektrischen Wandlerelementes ausgebildet und erzeugt ein Ausgangssignal, welches der Bewegung eines belichteten Punktelementes auf dem Sensor proportional ist. Der Ortsdetektor ist außerdem in der

Lage, die Amplitude des Nachweislichtes 52 nachzuweisen, d.h., die Schwingungsamplitude des zweiten Planspiegels 48, unter unmittelbarer Auswertung der Lichtpunktbewegung. Der Ortsdetektor 68 gibt ein Ausgangssignal an den Schwankungsdetektor 70 ab, wo dieses Signal in ein Wechselstromsignal e^ umgewandelt wird und ein Schwingungsamplitudensignal darstellt, welches entsprechend der Schwingung des zweiten Planspiegels 48 variiert.

In Figur 5 ist eine mögliche Amplitudenmeßanordnung 56 dargestellt. Der Ortsdetektor oder Ortsfühler 68 besteht aus einem Halbleitersensor, mit einer P-Schicht 72, einer I-Schicht 74 und einer N-Schicht 76, wie das in Figur 6 dargestellt ist. Das Licht 78, welches auf die P-Schicht 72 fällt, wird fotoelektrisch umgewandelt und erzeugt Fotoströme als getrennte Signale durch die Elektroden 80, 82.

Wenn nun ein Lichtpunkt auf den Sensor 68 fällt, werden in den Liehtauftreffflachen elektrische Ladungen erzeugt, die proportional zur auftreffenden Lichtenergie sind. Diese Ladungen werden als Fotoströme durch die P-Schicht 72 (Widerstandsschicht) und somit durch die Elektroden 80 und 82 herausgeleitet. Die P-Schicht 72 hat einen durchgehenden gleichen Widerstandswert, so daß getrennte Fotoströme entnommen werden können, die dann umgekehrt proportional zu ihren Abständen (Widerstandswerten) zu den Elektroden 80, 82 sind. Hit einem Abstand von Elektrode zu Elektrode von 2L und einem Fotostrom von I_n ergeben sich folgende Zusammenhänge

1₁ - I₀{(L-X)/2L)}

₁₂ » i_o{(L+X)/2L)}

ΙΟ * ¹I ⁺ *2
X -

und I2 die entsprechenden Ausgangsströme an den Elektroden 80 und 82 bezeichnen und

X den Ort, an dem Licht auftrifft.

Wenn man nun die Ausgangsströme I₁ und I- verwendet, kann man den Ort, an dem das Licht auftrifft, mit Hilfe des Schwankungsdetektors 70 finden, der aus den Operationsverstärkern 84, 86, 88, 90 und 92 und dem Teiler 94 besteht, wie das in Figur 5 zu erkennen ist. Der Schwankungsdetektor 70 liefert ein Wechselstromsignal e. als Schwingungsamplitudensignal an den Stimmgabeltreiberschaltkreis 58, wo dieses Signal mittels des Nachweisschaltkreises 96 in eine Ausgangsgleichspannung E₁. umgewandelt wird, wie das Figur 4 zeigt. Die Ausgangsspannung E. des Nachweisschaltkreises 96 wird an einen Abweichungsdetektor 98 weitergegeben, beispielsweise an einen Differentialverstärker. Der Abweichungsdetektor 98 empfängt ebenfalls eine Setzspannung E- von der Amplitudensetzanordnung 100, wobei

eine Abweichungsspannung E_ zwischen dem Gleichspannungssignal E. und der Setzspannung E₂ erhalten wird. Die Abweichungsspannung E. wird an den integrierdenden Schaltkreis 102 weitergegeben und dort integriert. Die integrierte Spannung E₁. wird als Regelsignal an den Regelverstärker 104 weitergegeben.

Andererseits wird das Wechselstromsignal e₁ des Schwankungsdetektors 70 in den

Phasenverschiebungsschaltkreis 106 gespeist, wo es an die Phasenamplitude der ü-förmigen Stimmgabel 24 angepaßt wird. Das angepaßte Signal e_ des

Phasenverschiebungsschaltkreises 106 gelangt zu dem Regelverstärker 104, wo es mit einem Verstärkungsfaktor verstärkt wird, der durch die Regelsignalspannung E₁, festgelegt wird. Das verstärkte Signal wird als Antriebsstrom e an die elektromagnetische Spule 28 in der ü-förmigen Stimmgabel 24 weitergegeben.

Das angepaßte Signal e„ wird an einen

Wellenformerschaltkreis 108 weitergegeben. Dort erhält die Welle eine bestimmte Form. Der Wellenformer 108 gibt ein Synchronisierungssignal f an den Sychrondetektor 44 weiter. Ein Stimmgabelantriebsschaltkreis 48 mit einem solchen Regelsystem führt dazu, daß die Abweichungsspannung E_ des Abweichungsdetektors 98 auf Null fällt, wenn die Amplitude des zweiten Planspiegels 48 oder dlie Ausgangsspannung E. des Nachweisschaltkreises 96 dem an der Amplitudensetzvorrichtung 100 eingestellten Signal E₂ gleicht. Folglich erreicht das Regelsignal E₁,, d.h. der Ausgang des Integrationsschaltkreises 102 einen festen Wert, so daß auch die Schwingungsamplitude W der U-förmigen Stimmgabel 24 einen festen Wert annimmt. Wenn die Ausgangsspannung E₁ des Nachweisschaltkreises 96 nicht gleich der Setzspannung E₂ an der

Amplitudensetzvorrichtung 100 ist, wird eine entsprechende Abweichungsspannung E. an den Integrationsschaltkreis abgegeben. Die Regelsignalspannung E., d.h. der Ausgang des integrierenden Schaltkreises 102 schwankt dann entsprechend der Abweichungsspannung E.. Dies führt dazu, daß die Schwingungsamplitude W der U-förmigen Stimmgabel 24 sich so verändert, daß die Ausgangsspannung E. des Nachweisschaltkreises 96 gleich der Setzspannung E. an dem Amplitudenvorgabeschaltkreis 100 wird. Dadurch kann die Schwingungsamplitude W der U-förmigen Stimmgabel 24 entsprechend verändert werden, indem man die Setzspannung E- an dem Amplitudenvorgabeschaltkreis 100 variiert.

Im folgenden wird das Arbeitsprinzip des WAMOS unter Bezug auf die Figuren 7A und 7B weiter erläutert.

Wenn die Mittelpunktswellenlänge Λθ des zu messenden Emissionslinienspektrums B als Mittelpunkt gewählt wird, wird die Intensität unter Modulierung der Hellenlänge X gemessen. Die Hellenform des gemessenen Intensitätsspektrums wird zu einer Hellenform C mit einem Wecbselstromanteil (Helligkeitsanteil) mit einer Amplitude h, die auf einer Mittelgleichspannungskomponente g überlagert ist, wie das in Figur 7B gezeigt ist. Die Frequenz des Wechselstromanteils beträgt 2F, d.h., das Doppelte der Modulationsfrequenz F. Wenn daher die Wellenform c synchron ist der Wellenlängenmodulation bei einer Frequenz 2F nachgewiesen wird, ist es möglich, die Intensität des Originalspektrums zu erbalten. Da ein breitbandiges Hintergrundspektrum der Intensität b auf dem gemessenen Emissionslinienspektrum B, wie in Figur 7A dargestellt, überlagert ist, kann in der Praxis, wenn der gleichzeitige Nachweis durchgeführt wird, nachdem der Gleichspannungsanteil g, wie in Figur 7B gezeigt, durch das Hochpaßfilter ausgefiltert wurde, eine Amplitude h

erhalten werden, die der Schwankungsintensität a des Emissionslinienspektrums B entspricht. Wenn die Wechselstromkomponente g mit Hilfe des Wechselstromverstärkers ohne das Hochpaßfilter zu durchlaufen, direkt verstärkt wird und dann mit der Frequenz F oder 2F abgetastet wird, ist es möglich, die volle Intensität c des Emissionslinienspektrums B nachzuweisen. Dieses Prinzip kann in Verbindung mit dem in Figur 2 gezeigten WAMOS noch weiter erläutert werden. Das Licht 12 gelangt durch den Eintrittsspalt 18 und wird an dem ersten Planspiegel 20 an einem freien Ende des oszillierenden Abschnitts der ü-förmigen Stimmgabel 24 auf den Kollimator 26 reflektiert und fällt von dort auf das Beugungsgitter 30. Weil die ü-förmige Stimmgabel 24 mit einer vorbestimmten Amplitude W und einer vorbestimmten Frequenz F hin und her schwingt, oszilliert das auf das Beugungsgitter 30 fallende Licht innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches (©-&&) wobei 0 den Einfallswinkel auf das Beugungsgitter 30 bezeichnet. Als Ergebnis davon wird ein oszillierendes Wellenlängenspektrum Λ.ί^λ auf den Ausgangsspalt 34 abgebildet. Dadurch verläßt ein Spektrum, welches um die Hittelstellung des oszillierenden Spektrums erhalten wird, den Ausgangsspalt 34 und nimmt eine Wellenform C mit einem Wechselstromanteil h an, welcher auf einem Gleichspannungsanteil g, wie in Figur 7B gezeigt, überlagert ist. Die Wellenform C wird mit Hilfe des fotoelektrischen Wandlers 36 in das elektrische Signal d umgewandelt. Das Signal d gelangt zu dem Synchrondetektor 44, nachdem dessen Gleichspannungsanteil g mit Hilfe des Kondensators 42 herausgefiltert worden ist. Mit Hilfe des Synchrondetektors 44 wird es gleichzeitig nachgewiesen und liefert ein Wechselspannungssignal, welches der Intensitätsschwankung a des Emissionslinienspektrums B in Figur 7A entspricht.

Das elektrische Signal d wird mit Hilfe des Gleichstromverstärkers 38 direkt verstärkt. Das Ausgangssignal des Gleichstromverstärkers 38 wird mit einer Frequenz F oder 2F abgetastet, um so einen Wert zu erhalten, der der Gesamtintensität c zusammengesetzt aus der Hintergrundintensität b und der Schwankungsintensität a des Emissionslinienspektrums B entspricht.

Somit ist es möglich, den Wechselstromanteil g herauszufiltern und nur die Schwankungskomponente h zum Nachweis herauszufiltern. Es ist somit möglich, die Hintergrundintensität des Emissionslinienspektrums B zu eliminieren und so präzise nur die Schwankungsintensität a nachzuweisen. Bei diesem Meßverfahren werden Schwankungen der Hintergrundintensität, auch wenn sie auftreten sollten, nicht zu einer Störung der Meßgenauigkeit führen, mit welcher die Schwankungsintensität a des Emissionslinienspektrums b gemessen werden kann. Dieses System kann wesentlich die Meßgenauigkeit im Vergleich mit herkömmlichen Spektrometersystemen verbessern, bei denen die spektrale Intensität direkt gemessen wird, wobei der zu messende Wellenlängenwert auf einer Wellenlänge unter Null fixiert wird.

Um die Schwankungsintensität a des

Emissionslinienspektrums B zu erhalten, muß das Signal, welches gleichzeitig von dem Synchrondetektor 44 nachgewiesen wird, durch ein Tiefpaßfilter geschickt werden. Versuche der Erfinder haben gezeigt, daß, um die Signale zur Dntergrundrate einer gemessenen Intensitätsschwankung a auf mehr als einen vorbestimmten Wert zu halten, ein Zeitkonstantenwert ρ im Tiefpaßfilter so groß gewählt werden sollte, daß eine Beziehung von mindestens

X > 200/2F

bezüglich der synchronisierenden Nachweisfrequenz 2F erhalten wird. Um den Zeitpunkt schnell nachweisen zu können, zu dem das Plasmaätzverfahren bei einem zuvor erwähnten Haltleiter IC-Bauelement beendet ist, ist es notwendig, daß die oben erwähnte ZeitkonstanteT* so klein wie möglich wird. Es ist daher erforderlich, die Wellenlängenmodulationsfrequenz F größer zu machen. D.h., daß es lediglich erforderlich ist, die Oszillationsfrequenz F des ersten Planspiegels 20 auf der D-förmigen Stimmgabel 24 zu steigern.

Als Vorrichtung, mit der ein Planspiegel mit hoher Frequenz in Schwingung versetzt werden kann, ist auch eine Vorrichtung in der Art eines Galvanometers bekannt. Diese Einrichtung ist jedoch im Hinblick auf die Beständigkeit bei durchgehenden Messungen über längere Zeiträume mit Kachteilen behaftet, was daran liegt, daß eine Drehwelle und ein Lager vorhanden sein müssen. Außerdem ist es schwierig, die Schwingungsamplitude geeignet zu regeln.

Durch die Verwendung eines Stimmgabeloszillators 22 bei einem erfindungsgemäßen WAMOS als Schwingungsquelle, mit einer Form, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, und mit Abmessungen, wie sie oben erwähnt sind, ist es möglich, eine hohe Oszillationsfrequenz von ca. 2 KHz, wie ebenfalls oben erwähnt, zu erhalten. Dadurch kann die Ansprecheigenschaft verbessert werden. Außerdem kann die Schwingungsamplitude W mit Hilfe des zweiten Planspiegels 48 und der Amplitudenmeßvorrichtung 56 so gemessen werden, so daß die Schwingungsamplitude W der ü-förmigen Stimmgabel 24 normalerweise konstant gehalten werden kann. Die Schwingungsamplitude W kann auf jeden geeigneten Wert

eingestellt werden. Die Zuverlässigkeit des Spektrometers wird nicht durch schlechte Langzeiteigenschaften beeinträchtigt, weil keine Teile vorhanden sind, die sich mechanisch bewegen.

Bei dem beschriebenen WAMOS wird die Spektrumsintensität bei einer Mittelpunktswellenlänge Λο als Mittelpunkt des zu messenden Emissionslinienspektrums B gemessen, während die Wellenlänge Λ in der Umgebung dieser Wellenform moduliert wird. Daher sollte das Beugungsgitter 30 so ausgelegt sein, daß ein mittlerer Einfallswinkel Λ. erhalten wird, bei dem die mittige Wellenform des Oszillationspektrums, welches auf den Ausgangsspalt 3²I abgebildet wird, mit der Mittelpunktswellenlänge A des Emissionswellenlängenspektrums B zusammenfällt.

Figur 8 zeigt in ähnlicher Weise wie Figur 2 ein WAMOS mit einem Wellenlangenabtastmechanismus 110, mit dem der Mittelpunktseinfallswinkel AO des oszillierenden Lichts bezüglich des Beugungsgitters 30 kontinuierlich variiert werden kann.In Figur 8 wurden für dieselben Teile oder Elemente dieselben Bezugszeichen wie in Figur 2 verwendet. Bei dieser Anordnung kann der in Figur 8 gezeigte WAMOS eine Meßoperation ausführen, um das Emissionslinienspektrum B festzulegen, wenn die Wellenlänge "-0 des zu messenden Emissionslinienspektrums B, welches sich nach Beendigung des Ätzvorgangs verändert, anfangs nicht bekannt ist. D.h., der Wellenlangenabtastmechanismus 110 wi-d eingesetzt, um das Beugungsgitter 30, welches bezüglich eines festen Abschnitts verdrehbar ist, zu verdrehen, um so eine kontinuierliche Durchstimmung des

Mittelpunktseinfallswinkels A-O des oszillierenden Lichts festzustellen, mit dem das Licht am Kollimator 26 auf das Beugungsgitter 30 fällt. Dieser

Wellenlängenabtastmechanismus 110 umfaßt einen Einstellknopf 110b, der an einem Ende einer Schraubspindel 110a angeordnet und in eine Gewindebohrung in der Seitenwand des Gehäuses 14 eingeschraubt ist und kann durch Verdrehen des Knopfes 110b verstellt werden. Dadurch wird das Hakenelement 110, welches auf der Schraubspindel 110a angeordnet ist, horizontal verschoben. Durch die Bewegung des Hakenelementes 110 wird der Dreharm 110e des Beugungsgitters 30 verschwenkt. Das Beugungsgitter 30 ist drehbar auf der Welle 110b angeordnet und kann bezüglich dem festen Teil verdreht werden. Durch die hierdurch bewirkte Verdrehung des Beugungsgitters 30 wird eine Variation des mittleren Einfallswinkels ^-0 für das oszillierende Licht erreicht. Wenn nun so der Mittelpunkteinfallswinkel Λθ verändert wird, variiert auch die Mittelpunktswellenlänge Λθ des oszillierenden Beugungsspektrums, welches vom Beugungsgitter 30 auf den Spiegel 32 fällt. D.h. mit anderen Worten, daß durch ein Verdrehen am Einstellknopf 110b des Wellenformabtastmechanismus 110 eine nacheinanderfolgende Verschiebung der Mittelpunktswellenlänge /to des Beugungspektrums erhalten werden kann. Dadurch ist es möglich, einen breiteren Spektralbereich abzudecken, wie das in den Figuren 1A und 1B gezeigt ist.

Figur 9 zeigt gemessene Zustände, die man mit dem WAMOS der Figur 8 erhalten kann. Dabei bezeichnet in Figur 9 D ein direktes Spektrum, welches durch Abtasten des Ausgangssignals des Gleichspannungsverstärkers 38 erhalten wird. E bezeichnet ein Spektrum (zweites, abgeleitetes Spektrum), welches über den Synchrondetektor 44 erhalten ' worden ist. Aus diesen Darstellungen kann ersehen werden, daß im Spektrum D ein Punkt F zu erkennen ist, der größer als der Pik G im Spektrum E ist.

Aus diesen Darstellungen kann entnommen werden, daß mit dem WAMOS ein schwaches Emissionslinienspektrum mit einer besseren Genauigkeit mit Hilfe des zweiten, abgeleiteten Spektrums erhalten werden kann, welches in dem direkten Spektrum nicht beobachtbar ist, da dieses von einem breiteren Hintergrundspektrum überlagert ist.

Im folgenden werden Erläuterungen dazu gegeben, wie die Beendigung des Plasmaätzverfahrens mit Hilfe des zuvor beschriebenen VAMOS bei der Herstellung von Halbleiter-IC-Bauelementen festgestellt werden kann.

Das Plasmaspektrum, wie in Figur 1A dargestellt, beobachtet man während des Ätzverfahrens als Ausgang des Gleichspannungsverstärkers 38 am Ausgangsanschluß 40, indem die Meßlängenwelle λ mit Hilfe der Vellenlängenabtasteinrichtung 110 von der kurzen Wellenlängenseite zur langen Wellenlängenseite durchgestimmt wird. Danach wird eine ähnliche Abtastung durchgeführt, um das Plasmaspektrum zu finden, wie es in Figur 1B dargestellt ist, wobei dies zu einem Zeitpunkt geschieht, an dem offensichtlich die Ätzung vollständig durchgeführt worden ist. Auf diese Weise findet man das stärkste Emissionslinienspektrum B durch Vergleich der Unterschiede zwischen den beiden Spektren. Mit Hilfe des Wellenlängenabtastmechanismus 110 wird die Meßwellenlänge

Ades WAMOS auf die Mittelpunktswellenlänge A.0 des Spektrums B eingestellt. D.h., es wird das Beugungsgitter 30 durch Verdrehen am Einstellknopf 110b so eingestellt, daß die Mittelpunktswellenlänge /LO des hin und her schwingenden Beugungsspektrums, welches auf den Kollektor 32 fällt, mit der Zentrumswellenlänge Λ0 des Emissionslinienspektrums B zusammenfällt. In diesem Zusammenhang soll angemerkt werden, daß der Wellenlängeneinstellmecbanismus 110 einen

Fixiermechanismus enthält, der im einzelnen nicht gezeigt ist, mit dem der Einstellpunkt der Hellenlänge \ O festgehalten werden kann.

Wenn diese vorbereitenden Schritte ausgeführt sind, wie im Zusammenhang mit Figur 2 dargestellt, wird die Intensitätsschwankung a des Emissionslinienspektrums b vom Beginn eines tatsächlichen Plasmaätzprozesses ab kontinuierlich gemessen, wobei diese Intensitätsschwankung als Ausgang am Ausgangsanschluß 46 des Synchrondetektors 44 ansteht. Der Zeitpunkt, zu dem das Ausgangssignal nicht mehr schwankt, wird als Endpunkt des Plasmaätzprozesses angesehen.

Auf diese Art und Weise kann die

Mittelpunktswellenlänge \0 des Emissionslinienspektrums B auch wenn sie nicht bekannt ist, aufgefunden werden, so daß es möglich ist, den Zeitpunkt zu bestimmten, zu dem das Ätzverfahren vollständig beendet ist.

Figur 10 zeigt ein WAHOS gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nach der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal d des fotoelektrischen Wandlers 36, welches Gleichspannungs- und Wechselspannungsanteile umfaßt, in den Tastschaltkreis 112 eingegeben, nachdem es vom Gleichspannungsverstärker 38 verstärkt worden ist. Der Tastschaltkreis 112 ermöglicht es, daß das verstärkte Signal d mit einem Tastpuls e einer Frequenz 2F abgetastet wird, welcher von dem Zeitgeberschaltkreis 114 ausgegeben wird. Der Timer 114 erhält ein synchronisierendes Signal f der Frequenz 2F von dem Antriebsschaltkreis 58, der die ü-förmige Stimmgabel 24 in dem Stimmgabelschwinger 22 antreibt. In diesem Falle ist die Frequenz 2F des synchronisierenden Signals F doppelt so groß wie die Frequenz F der ü-förmigen

Stimmgabel 21. Der Timerschaltkreis 114 git einen Tastimpuls I an den Tastschaltkreis 112 zu einem Zeitpunkt ab, bei dem das Zeitsignal F ausgegeben wird. Die Tastdaten des elektrischen Signals d, das von dem Tastschaltkreis 112 erhalten wird, wird als Vechselspannungsintensitätskomponente c eines Meßspektrums der Regel- und Steuereinheit 116 eingegeben, die einen Mikroprozessor umfaßt oder dergl., wobei das erwähnte Abtasten mit einer Frequenz 2F geschieht.

Das elektrische Signal d des fotoelektrischen Wandlers 36 gelangt an den Synchrondetektor 44, nachdem es durch ein Hochpaßfilter hindurchgetreten ist, welches aus dem Kondensator 42 besteht, wodurch der Wechselstromanteil herausgefiltert wird. Die übrigbleibende Wechselstromkomponente des elektrischen Signals d wird in dem Synchrondetektor 44 mit der Frequenz 2F eines synchronisierenden Signals F des Antriebsschaltkreises 58 für die Stimmgabel nachgewiesen und als Intensitätsschwankung a des Meßspektrums in den Steuer-Regelschaltkreis 116 eingespeist.

Der Regel-Steuer-Schaltkreis 116 regelt die Motortreiberschaltung 110g, die einen Antriebsmotor 10f antreibt, der an einem Ende einer Schraubspindel 10a des Wellenlängenabtastmechanismus 110 angreift. Der Drehwinkel des Beugungsgitters 30 wird mit dem Drehwinkeldetektor 118 erfaßt und in den Regel-Steuer-Schaltkreis 116 eingegeben.

Der Regel-Steuer-Schaltkreis 116 gibt ein Amplitudenvorgabesignal J an den Antriebsschaltkreis 58 anstelle der Setzspannung E^ , die bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 4 an den Abweichungsdetektor 98 im Treiberschaltkreis 58 gegeben wird, ab. Dies führt

dazu, daß der Treiberschaltkreis 58 einen Treiberstrom E ausgibt, mit dem die elektrische Spule 28 in der U-förmigen Stimmgabel 24 gespeist wird, wobei dieser Treiberstrom e so gesteuert wird, daß die Schwingungsamplitude der Stimmgabel 24, die aus dem Schwingungsamplitudensignal der Amplitudenmeßvorrichtung 56 errechnet worden ist, auf eine eingestellte Amplitudenbreite W eingestellt wird, welche dem Einstelloder Setzsignal J entspricht. Dadurch wird die Schwingungsamplitude der Stimmgabel auf den Amplitudenwert W eingestellt, welcher dem Einstellsignal J aus der Regel-Steuer-Einheit 116 entspricht. Die Antriebsschaltung 58 für die Stimmgabel gibt ein Synchronisiersignal f mit einer Frequenz 2F an den Synchrondetektor 44 und an den Zeitschaltkreis 114 in der oben beschriebenen Weise ab, wobei das erwähnte Synchronisiersignal f eine Frequenz 2F hat, die doppelt so groß wie die Frequenz F ist.

Figur 11 zeigt in einem Blockdiagramm die Regel-Steuer-Schaltung 116, während Figur 12 ein Flußdiagramm eines im ROM 122 gespeicherten Programms ist, welches mit der CPU 120 abgearbeitet wird. Wenn das Gerät angeschaltet ist, liest die CPU 120 das im ROM 112 gespeicherte Programm ein und beginnt zum Start der Messung mit einem Schritt, in dem die gewünschten Meßparameter an der Eingabetafel 124 vorgegeben werden können. Die hier vorgebbaren Meßbedingungen sind Parameter bezüglich der Amplitudenmodulation, des Meßbereichs usw. Nachdem diese Parameter eingegeben worden sind, wird die den Meßbedingungen entsprechende Hardware gewählt. (Stufe 2). So wird z.B. ein Amplitudenmodulationswert an den Selbsthaltekreis 126 gegeben und mittels eines DA-Konverters 128 in die Treiberschaltung 58 für die Stimmgabel eingespeist. Wenn die Hardware entsprechend den Meßbedingungen eingestellt ist, ist die CPU 120 in einem

Zustand, in dem der Meßbetrieb durch entsprechende Betätigung eines Startknopfes an der Bedienungstafel 124 begonnen werden kann (Stufe 3). Wenn nun das Startsignal zur Messung gegeben worden ist, wird das Beugungsgitter mit Hilfe des Antriebsmotors 11Of verdreht (Stufe 4). D.h., der Motortreiberschaltkreis 110g wird über das I/O-Tor 130 gesteuert, wobei ein Antriebssignal von dem Treiberschaltkreis 110g an den Motor 110f gegeben wird. Nach dem Start der Drehbewegung der Beugungsgitters 30 wird der Drehwinkel von dem Drehwinkeldetektor 118 erfaßt und durch das I/O-Tor 130 in die CPÜ 120 eingespeist (Stufe 5), wodurch sich Zeiten Λ,, A₂ .. bis/*· für die spektrale Datenabtastung festlegen lassen (Stufe 6). Zur Abtastzeit gibt die CPU 120 ein Wandlersignal an den A/D-Wandler 132, mit dem Analogsignale des Tastschaltkreises 112 und des Synchrondetektors 44 in Digitalsignale umgewandelt werden. Das Digitalsignal wird in einem RAM 134 gespeichert (Stufe 7). Solange die Spektraldaten A₁1 -Λ *** ^_n ^{nocn nicDt} ganz abgetastet sind (Stufe 8), werden die oben beschriebenen Schritte 5-7 wiederholt. Wenn dieser Abtastbetrieb beendet 1st, werden die Daten über das I/O-Tor 136 an den Drucker 138 und die CRT 140 ausgelesen (Stufe 9)·

In dem so gebildeten WAMOS wird das Signal d, nachdem seine Gleichspannungskomponente g mit Hilfe des Hochpaßfilters ausgefiltert worden ist, an den Synchrondetektor 44 weitergegeben, wobei eine Intensität erhalten wird, die der Schwankungsintensität a des Emissionslinienspektrums B entspricht. Wenn die Wellenform c mit einer Frequenz 2F mit der
Wechselspannungskomponente der Amplitude h als Überlagerung abgetastet worden ist, ist es möglich, hieraus die Intensität des Originalspektrums abzuleiten. Wenn die Wellenform c zu den Zeitpunkten S₁, S₂, S_... in

Figur 7B abgetastet worden ist, werden Daten K₁, K-, K_ erhalten und es ist so möglich, die Originalspektrumintensität c zu gewinnen. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß die Tastfrequenz 2F eine Frequenz ist, die der doppelten Frequenz F der ü-förmigen Stimmgabel 24 entspricht und daß die Schwingungsfrequenz F der O-förmigen Stimmgabel 24 in der Größenordnung von 2 KHz liegt. Da diese Figur (Frequenz) angemessen hoch im Vergleich zu der Hellenlängenabtastgeschwindigkeit, die man mit dem Abtastmechanismus 110 erhält, ist, können die abgetasteten Daten des Abtastkreises 112 als kontinuierlicher Wert bezüglich der Wellenlängenabtastung angesehen werden. Auch wenn mit der Abtastfrequenz F abgetastet wird, ist diese Figur (Frequenz) entsprechend hoch, so daß man die Intensität c des Ursprungspektrums erhält.

Wie erwähnt, wird in dem WAMOS gemäß Figur 10 die U-förmige Stimmgabel 24 mit einer vorbestimmten Frequenz F und einer bestimmten Amplitude W in Schwingungen versetzt. Das hin und her schwingende Licht, welches auf das Beugungsgitter 30 fällt, schwingt um einen vorbestimmten Winkelbereich 00 bis -ß© mit einem mittleren Einfallswinkel Q_n als Mittelpunkt, wobei unter Einfallswinkel 8 ein Einfallswinkel bezüglich des Beugungsgitters 30 verstanden wird. Als Folge davon wird ein Oszillationsspektrum der Wellenlängen A₁ "t &JLauf den Ausgangsspalt 34 abgebildet. Das auf die Oberfläche des fotoelektrischen Wandlers 36 auftreffende Licht nimmt eine Wellenform C gemäß Figur 7B an, wobei die Wechselstromkomponente h von einer

Durchschnittsgleichspannungskomponente g überlagert ist. Die Wellenform c wird vom fotoelektrischen Wandler 36 in ein elektrisches Signal d umgewandelt. Das Signal d, dessen Gleichspannungsanteil g mit Hilfe der Kapazität 42

herausgesiebt worden ist, wird an den Synchrondetektor weitergegeben, wo es synchron mit einer Frequenz 2F nachgewiesen wird, um so ein Gleichspannungssignal zu erzeugen, welches der Schwankungsintensität a des Emissionslinienspektrums B in Figur 7 entspricht.

Der Abtastschaltkreis 112 tastet die Daten mit einem Äbtastpuls i (Tastpunkte S., S-, S-, ...) ab. Die abgetasteten Datenwerte nehmen Werte an, die den Gleichspannungskomponenten K., K-, K-,.. in Figur 7B entsprechen.

Die Intensität a des Emissionslinienspektrums 6 und die Intensität c, die der Gleichspannungskomponente entspricht, werden in den Regel-Steuer-Schaltkreis eingelesen.

Wenn der Antriebsmotor 110f in dem Motor 3 bei Schaltkreis 110g des Wellenlängenabtastmechanismus 110 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht wird, wird die Mittelpunktswellenlänge λ. des Beugungsspektrums nach und nach über die Zeit wie in Figur 13 gezeigt, verschoben, wodurch auch die Wellenlänge (yi_Q +Δλ), die in der Wellenlängenform c in Figur 7B enthalten ist, sich allmählich verschiebt. Wenn die Wellenform C mit einem Tastpuls i der Frequenz 2F abgetastet wird, variiert die Wellenlänge -*., die den Abtastdaten entspricht, über die Zeit in der Art der Werte λ. ji. Λ-... bis A- und wird in den Regel-Steuer-Sehaltkreis 116 eingegeben. Der Drehwinkeldetektor 118, d.h. die Daten über die Mittelpunktswellenlängen Λ-., wird ebenfalls in den Regel-Steuer-Schaltkreis 116 eingegeben. Die Gleichspannungsintensität c des Spektrums, welche einer entsprechende Wellenlänge fl- entspricht, wird ebenfalls in den Regel-Steuer-Schaltkreis 116 eingespeist.

Die nach und nach erfolgende Variation der Mittelpunktswellenform Λ der Wellenform C führt zu einer nach und nach erfolgenden Variation der Wellenlänge A- in der Schwankungsintensität a, die vom Synchrondetektor ausgegeben wird.

Dies hat zur Folge, daß zwei Daten, die der Gleichspannungsintensität C und der Schwankungsintensität a für die jeweilige Wellenlänge Λ- entsprechen, gleichzeitig in den Regel-Steuer-Schaltkreis 116 eingelesen werden.

Figur 14 ist ein Ausgabespektrum am Drucker 138, welches mit dem WAMOS bei einem reaktiven Ionenätzverfahren aufgenommen worden ist, wobei eine Halbleiterwafer mit einer SiOp-Schicht überzogen wurde. Dabei konnten gleichzeitig für die Wellenlänge A- ein Gleichspannungsspektrum D, welches der Gleichspannungsintensität c entspricht und ein Schwankungsspektrum E, welches der Schwankungsintensität a entspricht, aufgenommen werden. Wie man aus Figur 14 erkennt, erhält man das Schwankungsspektrum E durch zweimalige Differentiation des Gleichspannungspektrums D. Für das Schwankungsspektrum E ist es möglich, den Gleichspannungsanteil g, wie in Figur 7B gezeigt, zu eliminieren und nur die Wechselspannungsanteile nachzuweisen. Auf diese Weise wird nur die Schwankungsintensität aufgrund des Löschens der Hintergrundspektralanteile im Emissionslinienspektrum B exakt gemessen. Dadurch kann die Genauigkeit der Messung im Vergleich zu Fällen verbessert werden, bei denen die Spektralintensität C direkt gemessen wird, wobei die Meßwellenlänge auf einen Wert A_n fixiert wird. In den Emissionslinienspektren F und G der Figur 14 bei den

Wellenlängen^- = 451.0 nm und Λ = 482.0 nm verschwinden bei der Beendigung des Ätzverfahrens diese Emissionslinien. Man kann daher solche Emissionslinien positiv erfassen, indem das Schwankungsspektrum E des Emissionslinienspektrums an den zuvor genannten Wellenlängen beobachtet wird.

Weil man das Schwankungsspektrum E und das Gleichspannungspektrum D gleichzeitig findet, kann man den Zielwert im Emissionslinienspektrum B messen, während man das gesamte Spektrum beobachtet. Es ist dadurch möglich, positiv die Scbwankungsdaten des Emissionslinienspektrums B aufzufinden.

Obwohl bei dem WAMOS nach Figur 10 der Zeitpunkt, zu dem der Ausgang des Timerschaltkreises 114 an den Tastschaltkreis 112 weitergegeben wird, auf den Punkt eingestellt wird, zu dem die Schwankungsfläche der Wellenform C die in Figur 13 mit einer strichpunktierten Linie dargestellte Mittelposition kreuzt, kann dieser Zeitpunkt auch mit dem Augenblick zusammenfallen, in dem die Schwankungsfläche der Wellenform 10 in Figur 15 dargestellt Maximal- und Minimalwerte einnimmt. Damit werden die Wellenlängen, die den Abtastdaten entsprechen, auf die Wellenlängen H., Η_, H_ an ihren Umkehrpunkten gelegt. Weil die Schwankung ( djl~/dt) der Daten an den Umkehrpunkten der Wellenformen C kleiner ist, kann die Abtastzeit langer eingestellt werden, so daß die Genauigkeit mit der die Abtastdaten gemessen werden, höher wird.

In diesem Fall ist die Wellenlänge zum Abtastzeitpunkt gegenüber der Mittelpunktswellenlänge ·*. um einen Betrag -4λ verschoben. Der Betrag Λ Λ kann aus der Amplitude W der U-förmigen Stimmgabel 24 errechnet werden. Hierzu ist

es nur erforderlich, im Regel-Steuer-Schaltkreis 116 eine Wellenlängenkorrekturrechnung auszuführen.

In Figur 16 ist ein weiteres AusfUhrungsbeispiel für einen Schwingungsamplitudenregelmechanismus des Stimmschwingers 22 des WAMOS gezeigt. Nachweislicht 52, welches von der Lichtemissionseinrichtung 50 abgegeben wird, wird an dem zweiten, auf der U-förmigen Stimmgabel 24 befestigten Planspiegel 48 reflektiert und gelangt in einen Licbtintensitätsnachweisdetektor 142, der aus einem fotoelektrischen Wandlerelement und einem Verstärker besteht. Zwischen dem zweiten Planspiegel 48 und dem Lichtbetragsdetektor 142 ist eine Hesserkantenblende 144 angeordnet, um wie oben beschrieben, einen Teil des Nacbweislichtes 52 auszublenden. Der Wechselspannungsanteil in der Lichtintensität, nach dem Hin- und Herschwingen der U-förmigen Stimmgabel 24 gemessen wird, schwankt in Abhängigkeit der Amplitude des zweiten Planspiegels 48. Die Schwingungsamplitude W der U-förmigen Stimmgabel wird in diesem Falle wie in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel geregelt.

Figur 17 zeigt ein anderes AusfUhrungsbeispiel des Schwingungsamplitudensteuermechanismus für den Stimmschwinger 22. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Messerkante 146 am freien Ende der anderen Zinke der U-förmigen Stimmgabel 24 anstelle des zweiten Planspiegels 48 angeordnet, der auf dem freien Ende einer Zinke der U-förmigen Gabel 24 sitzt. Das bedeutet, daß ein Teil des Nachweislichtes 52, welches auf den Lichtnachweisdetektor 142 fällt und von der Licht emittierenden Einrichtung 50 abgegeben wird, durch die Messerkante 146 ausgeblendet wird. Dadurch kann man an dem Lichtnachweisdetektor 142 ein Signal erhalten, welches entsprechend der Schwingungsamplitude W der U-förmigen Stimmgabel 24

schwankt. In den Figuren 18A und 18B sind weitere Ausführungsformen für Schwingungsamplitudensteuerungen in dem Stimmschwinger 22 gezeigt. Anstelle des zweiten Planspiegels 48 kann auch eine Zinke oder ein Abschnitt 150 der ü-förmigen Stimmgabel 24 verwendet werden, um einen Teil des nachzuweisenden Lichtes 52 auszublenden, welches von der Lichtemissionseinrichtung 50 auf den Lichtnachweisdetektor 142 gerichtet wird. Zum Gewichtsausgleich ist anstelle des zweiten Planspiegels ein Blindspiegel 148 angeordnet. Auch diese Lösung führt zu einem Signal am Ausgang des Lichtnachweisdetektors 142, welches entsprechend der Schwingungsamplitude V der ü-förmigen Stimmgabel 24 schwankt. Kurz gesagt wird mit Licht gearbeitet, um die Schwingungsamplitude der U-förmigen Schwinggabel festzustellen. Herkömmlicherweise wird die Amplitude dadurch gemessen, daß man eine Spaltschwankung zwischen einem schwingenden Abschnitt der ü-förmigen Stimmgabel 24 und einen Magnetkopf erfaßt und die Schwankung dann als Ausgangssignal mit dem Magnetkopf festhält, dieses Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als daß die Beziehung zwischen der Amplitude und dem Ausgangssignal stark durch Umgebungstemperatureinflüsse beeinflußt wird. Das VAMOS wurde oben im Zusammenhang mit der Verwendung einer ü-förmigen Stimmgabel als schwingendes Element beschrieben, es ist jedoch auch möglich, andere schwingende Elemente stattdessen einzusetzen.

In Figur 19 ist in einer perspektivischen

Darstellung ein schwingendes Element dargestellt, welches mit einem piezoelektrischen Betätigungselement arbeitet. Dieses Schwingungselement besteht aus einem Paar dünner Flächen 154, 156 und bildet so ein piezoelektrisches Elementenpaar. Als Mittelelektrode ist eine metallische elektrische Platte 152 vorgesehen. Dabei werden die Platten oder Flächen entsprechend den Polaritäten einer

■hk-

angelegten Spannung ausgedehnt bzw. zusammengedrückt. Das vordere Ende des piezoelektrischen Betätigungselementes ist in Übereinstimmung mit den Polaritäten der angelegten Spannung flexibel bewegbar. An dem vorderen Ende dieses Betätigungselementes werden Arme 158 und 160 befestigt, die ihrerseits die Planspiegel 20 und 48 tragen. Mit dieser Lösung werden dieselben Vorteile wie mit einem Schwingungselement in der Form einer U-förmigen Stimmgabel erhalten.

Das oben beschriebene WAMOS wird dazu verwendet, das Ende eines durchgeführten Ätzprozesses erfassen zu können oder dergl. Es ist jedoch klar, daß eine Vielzahl von Veränderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne vom Erfindungsgedanken oder dem Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen. Beispielsweise kann damit auch ein Gasanteil oder eine Flüssigkeitskonzentration gemessen werden, wie z.B. bei einem Ammoniakanalysiergerät, in dem Schwankungen in einem Absorptionsspektrum des Gases oder der Flüssigkeit erfaßt werden, wobei eine Absorptionszelle eingesetzt wird, die vor der Sammellinse 16 angeordnet werden kann.

Claims (26)

Spektrometer mit Modulation der Wellenlängen Patentansprüche

1. Spektrometer, welches mit Ableitung modulierter Wellenlängen arbeitet, zur Messung einer

Intensitätsschwankung in einem Spektrum, welches von einem größeren Untergrundspektrum überlagert ist, gekennzeichnet durch eine Wellenlängenmodulationseinrichtung, um das nachzuweisende Licht mit einer bestimmten Frequenz hin- und herschwingen zu lassen, wobei diese Einrichtung ein Schwingungselement (24), einen Planspiegel (20), der auf einem hin- und herschwingenden Abschnitt des oszillierenden Elementes befestigt ist und eine Reflexion des zu messenden Lichts ermöglicht, einen Treiberschaltkreis (58) für das oszillierende Element, um so das am Planspiegel (20) reflektierte Licht mit einer vorbestimmten Frequenz hin- und- herzuschwingen und

eine Amplitudenmeßeinrichtung umfaßt, die die Schwingungsamplitude des hin- und herschwingenden Lichtes optisch mißt, wobei der Treiberschaltkreis (58) für das oszillierende Element dieses oszillierende Element so antreibt, daß die von der Amplitudenmeßeinrichtung gemessene Amplitude normalerweise auf einem konstanten Wert bleibt;

ein Beugungsgitter (30), welches das von der Wellenlängenmodulationseinrichtung (22) modulierte Licht beugt und ein Beugungsspektrum erzeugt; einen fotoelektrischen Wandler (36), der das Beugungsspektrum vom Beugungsgitter (30) empfängt und einen Anteil des modulierten Lichtes, der in dem

Beugungsspektrum enthalten ist, in eine elektrisches Signal umwandelt und

einen Synchrondetektor (40), der es erlaubt, das elektrische Ausgangssignal des elektrischen Wandlers (36) gleichzeitig mit einer Frequenz nachzuweisen, die doppelt so groß wie die Frequenz der
Wellenlängenmodulationseinrichtung (22) ist.

2. Spektrometer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das oszillierende Element (24) eine U-förmige Stimmgabel ist, die von einer elektromagnetischen Spule (28) angetrieben wird;

daß der Planspiegel (20) als ein erster Planspiegel auf einem freien Ende eines oszillierenden Abschnitts der D-förmigen Stimmgabel befestigt ist; daß die Amplitudenmeßeinrichtung einen zweiten Planspiegel (48) umfaßt, der auf einem freien Ende eines anderen Abschnitts der U-förmigen Stimmgabel befestigt ist, sowie eine Licht emittierende Einrichtung (50), die Nachweislicht zum Nachweisen der Schwingungsamplitude des am zweiten Planspiegel (48) reflektierten Lichts und mit einer Amplitudenmeßvorrichtung (46), die das an dem zweiten Planspiegel (48) reflektierte Licht aufnimmt und die Schwingungsamplitude des reflektierten Nachweislichtes mißt und daß der Treiberschaltkreis (58) für das Schwingungselement die elektromagnetische Spule (28) so regelt, daß die von der Amplitudenmeßvorrichtung (56) gemessene Amplitude normalerweise auf einem vorbestimmten Wert liegt.

3. Spektrometer nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmeßvorrichtung (56) einen Ortssensor

(68) aufweist, der das am Planspiegel (48) reflektierte

Nachweislicht empfängt und ein der Auftreffstelle des empfangenen Lichtes entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, sowie einen Schwankungsdetektor (70), der ein Wechselstromsignal als ein Schwingungsamplitudensignal von dem Ortssensor (68) entsprechend der Schwingung des zweiten Planspiegels (48) erhält.

4. Spektrometer nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmeßeinrichtung (56) einen Lichtintensitätsdetektor (142) aufweist, der das an dem zweiten Planspiegel (48) reflektierte Licht empfängt und die Lichtintensität entsprechend den Amplitudenschwingungen des reflektierten Nachweislichtes nachweist und daß der Treiberschaltkreis (58) für das schwingende Element die Anregung der elektromagnetischen Spule (28) so regelt, daß die Amplitudenschwankung, die von dem Lichtbetragdetektor (142) gemessen wird, auf einen vorbestimmten Wert normalisiert wird.

5. Spektrometer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungselement (24) aus einer ü-förmigen Stimmgabel besteht, die von einer elektromagnetischen Spule (28) angetrieben wird;

daß ein Planspiegel (20) auf einem oszillierenden Abschnitt der ü-förmigen Stimmgabel befestigt ist; daß die Amplitudenmeßeinrichtung eine Licht emittierende Einrichtung (50) aufweist, die Nachweislicht aussendet, und daß die Amplitudenmeßeinrichtung weiterhin eine Einrichtung zum Ausblenden eines Teils des Nachweislichtes entsprechend den Schwingungen der ü-förmigen Stimmgabel sowie einen Lichtbetragsdetektor (142)aufweist, der das Nachweislicht empfängt und den empfangenen Betrag des Nachweislichtes nachweist und daß der Treiberschaltkreis

(58) des oszillierenden Elementes die Anregung der elektromagnetischen Spule (28) derart regelt, daß die Amplitude einer Schwankung, die in der Lichtmenge gemessen wird, auf einen konstanten Wert normalisiert wird.

6. Spektrometer nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ausblenden eines Teils des Nachweislichtes eine Hesserkante (14t) aufweist, die auf einem freien Ende des anderen oszillierenden Abschnittes der O-förmigen Stimmgabel befestigt ist.

7. Spektrometer nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ausblenden eines Teils des Nachweislichtes ein schwingender Abschnitt (150) der ü-förmigen Stimmgabel ist.

8. Spektrometer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das oszillierende Element (24) aus einem piezoelektrischen Betätigungselement besteht, daß der Planspiegel (20) ein erster Spiegel ist, der auf einem Arm (160) am vorderen Ende des piezoelektrischen Betätigungselementes befestigt ist; daß die Amplitudenmeßeinrichtung einen zweiten Planspiegel (48) aufweist, der auf einem zweiten Arm (158) befestigt ist, welcher mit einem anderen vorderen Ende des piezoelektrischen Betätigungsgliedes verbunden ist, sowie eine Lichtemissionseinrichtung (50), die Nachweislicht zum Nachweisen der Schwankungsamplitude des auf dem zweiten Planspiegel (48) reflektierten Lichtes aussendet, und mit einer Amplitudenmeßeinrichtung (46), die das Nachweislicht, welches im zweiten Planspiegel (48) reflektiert wird, aufnimmt und die Schwingungsamplitude

des reflektierten Nachweislichtes mißt und daß der Treiberschaltkreis (58) des oszillierenden Elementes die an das piezoelektrische Betätigungselement angelegte Spannung derart regelt, daß die Schwingungsamplitude, die von der Amplitudenmeßeinrichtung (56) gemessen wird, auf einen bestimmten Wert normalisiert wird.

9. Spektrometer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin einen Wellenlängenabtastmechanismus (110) aufweist, mit dem der Einfallswinkel für Licht auf das Beugungsgitter (30) durch Rotation des Beugungsgitters (30) kontinuierlich durchgestimmt werden kann, weil das Licht mit Hilfe der Wellenlängenmodulationseinrichtung (22) moduliert ist.

10. Spektrometer nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das oszillierende Element (24) aus einer U-förmigen Stimmgabel besteht, die von einer elektromagnetischen Spule (28) angetrieben wird;

daß der Planspiegel (20) ein erster Planspiegel ist, der auf einem freien Ende eines hin- und herschwingenden Abschnitts der U-förmigen Stimmgabel befestigt ist; daß die Amplitudenmeßeinrichtung einen zweiten Planspiegel (48), der auf einem freien Ende des anderen hin- und herschwingenden Abschnitts der U-förmigen Stimmgabel befestigt ist, eine Licht emittierende Einrichtung (50), die Nachweislicht zum Nachweisen der Schwingungsamplitude des auf dem zweiten Planspiegels (48) reflektierten Lichts erzeugt sowie eine Amplitudenmeßeinrichtüng (56)aufweist, die das an dem zweiten Planspiegel (48) reflektierte Licht empfängt und die Schwingungsamplitude des reflektierten Nachweislichts mißt und daß der Treiberschaltkreis (58) für das schwingende Element die Anregung einer

elektromagnetischen Spule (28) derart regelt, daß die Schwingungsamplitude, die von der Amplitudenmeßeinrichtung (56) gemessen wird, auf einen bestimmten Wert normalisiert wird.

11. Spektrometer nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmeßeinrichtung (56) einen Ortssensor (68), der das auf dem zweiten Planspiegel (48) reflektierte Nacbweislicht empfängt und einen Schwankungsdetektor (70) aufweist, der von dem Ortsensor ein AC-Signal als Scbwingungsamplitudensignal erhält, wobei das AC-Signal in Übereinstimmung mit der Schwingung des zweiten Planspiegels (48) variiert.

12. Spektrometer nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmeßeinrichtung (56) das auf dem zweiten Planspiegel (48) reflektierte Nacbweislicht empfängt, um eine Lichtmenge zu erfassen, die der Schwingungsamplitude des reflektierten Nacbweislichtes entspricht und daß der Treiberschaltkreis (58) für das Nachweiselement die Anregung der elektromagnetischen Spule (28) derart regelt, daß die mit dem Lichtmengendetektor (142) gemessene Schwingungsamplitude auf einen vorbestimmten Wert normalisiert wird.

13. Spektrometer nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungselement (24) eine U-förmige Stimmgabel ist, die von einer elektromagnetischen Spule (28) angetrieben ist;

daß der Planspiegel (20) auf einem freien

Ende eines schwingenden Abschnitts der U-förmigen

Stimmgabel angeordnet ist;

daß die Amplitudenmeßeinrichtung eine Lichtemissionseinrichtung (50), die Nachweislicht zur Beleuchtung aussendet, eine Ausblendeinrichtung, mit der ein Teil des Nachweislichtes entsprechend den Schwingungen der U-förmigen Stimmgabel ausgeblendet wird und einen Lichtmengendetektor (142) aufweist, der das Nachweislicht empfängt, um so eine Lichtmenge des Nachweislichtes nachzuweisen und daß der Treiberschaltkreis (58) des oszillierenden Elementes die Anregung der elektromagnetischen Spule (28) derart steuert, daß die von dem Lichtmengendetektor (142) gemessene Lichtmenge auf einen konstanten Wert normalisiert wird.

14. Spektrometer nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtausblendeinrichtung aus einer Hesserkante (144) besteht, die auf einem freien Ende eines anderen schwingenden Abschnitts der D-förmigen Stimmgabel befestigt ist.

15. Spektrometer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtausblendeinrichtung ein schwingender Abschnitt (150) der ü-förmigen Stimmgabel ist.

16. Spektrometer nach Anspruch9,
dadurch gekennzeichnet, daß das oszillierende Element (24) ein piezoelektrisches

Betätigungselement ist;

daß der Planspiegel (20) ein erster Planspiegel ist, der auf einem Arm (160) befestigt ist, der an einem vorderen

Ende des piezoelektrischen Betätigungselementes befestigt

daß die Amplitudenmeßeinrichtung einen zweiten Planspiegel (48), der auf einem zweiten Arm (158) am vorderen Ende des

piezoelektrischen Betätigungselementes befestigt ist, eine Lichtemissionseinrichtung (50), die Nachweislicht zum Nachweisen der Amplitudenschwingungen des am zweiten Planspiegels (48) reflektierten Lichtes aussendet und eine Amplitudenmeßeinrichtung (56) aufweist, die das am zweiten Planspiegel (48) reflektierte Licht empfängt und daß der Treiberschaltkreis (58) für das schwingende Element eine an das piezoelektrische Betätigungselement angelegte Spannung derart steuert, daß die Schwingungsamplitude auf einen konstanten Wert normalisiert wird.

17· Spektrometer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß ein DC-Verstärker (38) zur Verstärkung des vom fotoelektrischen Wandler (36) erhaltenen elektrischen Signales vorgesehen ist, sowie ein Abtastschaltkreis (120), der ein Ausgangssignal des DC-Verstärkers (38) synchron mit der Schwingungsfrequenz oder mit der doppelten Schwingungsfrequenz des oszillierenden Elementes (22) abtastet und der die höchste Intensität im Spektrum, welches von einem größeren Untergrundspektrum überlagert ist, auffindet.

18. Spektrometer nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebseinrichtung zum Antrieb der Wellenlängenabtasteinrichtung (110) vorgesehen ist, daß eine Drehwinkelerfassungseinrichtung (18) zum Erfassen des Drehwinkels des Beugungsgitters (30) vorgesehen ist und daß eine Regel-Steuer-Einheit (116) mit einer Eingabeeinrichtung (124) vorgesehen ist, wobei die Regel-Steuer-Einheit (116) die Antriebseinrichtung für den Wellenlängenabtastmechanismus abhängig vom Drehwinkel, der von der Drehwinkelerfassungseinrichtung (118) in Übereinstimmung mit einer gemessenen Wellenlänge, die an

der Eingabeeinrichtung (124) eingegeben werden kann, regelt.

19· Spektrometer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Regel-Steuer-Schaltkreis (116) weiterhin eine äußere Ausgabeeinrichtung (138, 140) aufweist, die die gemessenen Daten des Abtastschaltkreises (112) und des Synchrondetektors (44) empfängt, um so die gemessenen Daten an die externe Ausgabeeinrichtung (138, 140) auslesen zu können.

20. Spektrometer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungselement (24) eine ü-förmige Stimmgabel ist, die von einer elektromagnetischen Spule (28) angetrieben wird;

daß der Planspiegel (20) zur Reflexion des zu messenden Lichtes ein erster Planspiegel ist, der auf einem freien Ende eines schwingenden Abschnitts der ü-förmigen Stimmgabel befestigt ist;

daß die Amplitudenmeßeinrichtung einen zweiten Planspiegel (48), der auf einem freien Ende eines anderen schwingenden Abschnitts der ü-förmigen Stimmgabel, eine lichtemittierende Einrichtung, die Nachweislicht zum Nachweisen der Schwingungsamplitude des auf dem zweiten Planspiegel (48) reflektierten Lichtes und eine Amplitudenmeßeinrichtung (56) aufweist, die das am zweiten Planspiegel (48) reflektierte Licht empfängt und die Schwingungsamplitude des reflektierten Nachweislichtes mißt und daß der Treiberschältkreis (58) für das schwingende Element die Anregung der elektromagnetischen Spule (28) derart regelt, daß die von der Amplitudenmeßeinrichtung (56) gemessene Schwingungsamplitude auf einen vorbestimmten Wert

normalisiert wird.

21. Spektrometer nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ämplitudenmeßeinrichtung einen Ortssensor (68), der das am zweiten Planspiegel (48) reflektierte Nachweislicht empfängt und ein Ausgangssignal erzeugt, welches von der Auftreffstelle des empfangenen Lichtes abhängt und einen Schwankungsdetektor (70) aufweist, der ein alternierendes Signal als ein

Schwingungsamplitudensignal als Ausgangssignal des Ortssensors (68) als Schwingungsamplitudensignal erhält, welches entsprechend der Schwingung des zweiten Planspiegels (48) variiert.

22. Spektrometer nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ämplitudenmeßeinrichtung (56) einen Lichtmengendetektor (42), der das an dem zweiten Planspiegel (48) reflektierte Nachweislicht empfängt und eine Lichtmenge nachweist, die der Schwingungsamplitude des reflektierten Nacbweislichtes entspricht, aufweist und daß der Treiberschaltkreis (58) für das schwingende Element die Anregung der elektromagnetischen Spule (28) derart steuert, daß die von dem Lichtmengendetektor (142) gemessene Amplitudenschwankung auf einen konstanten Wert normalisiert wird.

23. Spektrometer nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß das schwingende Element (24) aus einer U-förmigen Stimmgabel besteht, die von der elektromagnetischen Spule (28) angetrieben wird;

daß der Planspiegel (20) auf einem freien Ende eines schwingenden Abschnitts der D-förmigen Stimmgabel

befestigt ist und

daß die Amplitudenmeßeinrichtung eine Lichtemissionseinrichtung (50) aufweist, die Nachweislicht zur Beleuchtung aussendet sowie eine Ausblendeinrichtung, mit der ein Teil des Nachweislichtes entsprechend den Schwingungen der D-förmigen Stimmgabel ausgeblendet wird sowie einen Lichtmengendetektor (142), der das Nachweislicht empfängt und die empfangene Lichtmenge feststellt und daß der Treiberschaltkreis (58) des schwingenden Elementes die Anregung der elektromagnetischen Spule (28) derart steuert, daß die vom Lichtmengendetektor (142) gemessene Lichtmenge auf einen konstanten Wert normalisiert wird.

24. Spektrometer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtausblendeeinrichtung aus einer Messerkante (144) besteht, die auf einem freien Ende des anderen oszillierenden Abschnitts der U-förmigen Stimmgabel befestigt ist.

25. Spektrometer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtausblendeeinrichtung der eine schwingende Abschnitt (150) der U-förmigen Stimmgabel ist.

26. Spektrometer nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß das schwingende Element (24) aus einem piezoelektrischen Betätigungselement besteht; daß der Planspiegel(20) zur Reflexion des zu messenden

Lichts ein erster Planspiegel ist, der auf einem ersten

Arm (160) am vorderen Ende des piezoelektrischen

Betätigungselementes befestigt ist;

daß die Amplitudenmeßeinrichtung einen zweiten Planspiegel

(48) der auf einem zweiten, am vorderen Ende des piezoelektrischen Betätigungselementes befestigten Arm (158) befestigt ist, eine Lichtemissionseinrichtung (50), die Nachweislicht zum Erfassen der Schwingungsamplitude des am zweiten Planspiegels (48) reflektierten Lichtes aussendet und eine Amplitudenmeßeinrichtung (56) aufweist, die das am zweiten Planspiegel (48) reflektierte Nachweislicht aufnimmt und die Schwingungsamplitude des reflektierten Nachweislichtes mißt und daß der Treiberschaltkreis (58) des oszillierenden Elementes eine an das piezoelektrische Betätigungselement angelegte Spannung derart steuert, daß die von der Amplitudenmeßeinrichtung (56) gemessene Schwingungsamplitude auf einen konstanten Wert normalisiert wird.