Способ формирования пучка нейтральных атомов и устройство для его осуществления

Способ формирования пучка нейтральных атомов и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к технике и технологии обработки микроструктур и может быть применено в производстве изделий микроэлектроники. Цель изобретения - повысить качество и разрешающую способность при производстве микроструктур, расширить спектр применяемых материалов. Пучок нейтральных атомов формируется на основе резонансного взаимодействия с полем стоячей волны монохроматического электромагнитного излучения, при этом атомы разгоняются до постоянных скоростей, воздействуя на них совокупностью попутного и встречного излучений. Фокусируют пучок путем пропускания атомов вдоль сходящихся к объекту обработки линий максимумов пространственной интерференционной картины, образованной встречным движению атомов излучением, полученным по меньшей мере от трех симметрично расположенных в плоскости точечных источников плоско поляризованного излучения. Попутное излучение поляризовано в той же плоскости, что и встречное и совмещено с охлаждающим излучением и сфокусировано в центр симметрии системы. Управляют распределением атомов по поперечному сечению пучка, регулируя поперечное распределение интенсивности попутного излучения. Описано устройство для осуществления способа формирования пучка нейтральных атомов, включающее в себя источники когерентного излучения, зеркало с отверстием и источник нейтральных атомов, выполненный в виде полого цилиндра из тугоплавкого материала, футерованного рабочим веществом, снабженного окнами в торцовых стенках и подогревателем. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к технике формирования пучков нейтральных атомов и может быть применено для обработки и анализа микроструктур, в частности в производстве изделий микроэлектроники. Цель изобретения получение гомоцентрического монохроматического пучка, допускающего стигматический перенос изображения. На фиг. 1 представлена схема размещения и взаимодействия элементов устройства для осуществления способа; на фиг.2 показано образование в пространстве формирования пучка интерференционной структуры; на фиг.3 приведена структура поля пространственной интерференционной картины, полученной наложением излучений четырех точечных источников; на фиг.4 ячеистая структура, полученная в поперечном сечении интерференционной картины; на фиг.5 интерференционная картина, полученная при подаче попутного излучения; на фиг.6 изменение амплитуды поля в пучностях вдоль оси Z; на фиг.7 показан второй вариант устройства; на фиг.8 третий вариант устройства; на фиг.9 вариант исполнения зеркала. Как показано на фиг.1, на нейтральные атомы, получаемые от источника нейтральных атомов 1, в вакууме действуют полем трехмерной стоячей волны монохроматического электромагнитного излучения от источника 2 частотой ₁ и источника 3 частотой ₃ и полем бегущей волны охлаждающего излучения от источника 4 частотой ₂ При этом атомы в пространстве формирования пучка L, ограниченном с одной стороны зеркалом 5, а с другой стороны дальним от зеркала торцом источника нейтральных атомов 1, ускоряют до постоянной скорости V в направлении объекта обработки 6, для чего излучение частотой ₁ направляют встречно движению атомов, а излучение частотой ₃ попутно их движению. Частоту ₃ определяют из выражения: _{3 1} ( C + V / C V ) Распределение атомов в поперечном сечении формируемого пучка 7 нейтральных атомов управляют, регулируя поперечное распределение интенсивности попутного атомам излучения при помощи трафарета 8 и устройства 9 сканирования луча. Одновременно с этим атомный пучок 7 фокусируют в направлении объекта обработки 6, для чего в пространстве формирования пучка образуют интерференционную картину со сходящимися линиями максимумов (пучностей) поля, а атомы пропускают вдоль этих линий. Для получения такой картины в пространстве формирования пучка совмещают излучение по меньшей мере трех точечных источников 2 частотой ₁ или их изображений, полученных отражением в зеркале 5. При этом центры источников или/и их изображений помещают по вершинам правильного многоугольника. Излучение частотой ₁ превращают в плоскополяризованное за счет отражения от диэлектрического зеркала 5, установленного под углом Брюстера к оси атомного пучка 7. Попутное излучение поляризуют в той же плоскости за счет отражения его от поверхности устройства 10 совмещения пучков излучений. Совмещенные этим устройством пучки излучений источника 3 частотой ₃ и источника 4, частотой ₂ при помощи фокусирующей системы 11 фокусируют в центр симметрии системы точечных источников или ее изображения. Схема, представленная на фиг. 2, поясняет образование в пространстве формирования пучка интерференционной структуры, пучности которой движутся с постоянной скоростью V, постепенно сближаясь. Излучения четырех точечных или квазиточечных источников 2 (а, б, в, г) поляризуют за счет отражения от диэлектрического зеркала 5, образуя тем самым изображение системы источников плоскополяризованного излучения (а', б', в', г', плоскость I). Эти излучения совмещают в пространстве формирования пучка так, чтобы на границе этого пространства (плоскость М области, занятые этим излучением, взаимно перекрывались (а"', б"', в"', г"'). В произвольной промежуточной плоскости Р излучения этой системы источников перекрываются частично (а", б", в", г"), образуя тем самым сужающуюся к зеркалу 5 трехмерную интерференционную картину, заполняющую пространство формирования пучка. Плоскополяризованное излучение частотой ₃ совмещают с охлаждающим излучением и фокусируют в центр симметрии квадрата, образованного линиями, соединяющими центры изображений источников излучения частотой ₁ Управляя поперечным распределением излучения частоты ₃ по площади, занятой излучением частотой ₁ на границе пространства формирования (площадь S в плоскости М), образуют интерференционный канал практически по всей длине пространства формирования L. В этом канале за счет взаимодействия встречного и попутного излучения образуется стоячая волна, пучности которой перемещаются со скоростью V в направлении объекта обработки 6. Cтруктура поля в области v (см. фиг.2) пространственной интерференционной картины, полученной наложением излучений четырех точечных источников, приведена на фиг.3. За счет совмещения излучения этих источников получают интерференционную картину, поверхности узлов которой образуют как бы систему квадратных, плотно прилегающих друг к другу труб, сужающихся в направлении центра симметрии системы источников излучения. По центрам этих труб вдоль линии m-m₁ в обратном направлении распространяется бегущая волна излучения частотой ₁ В поперечном сечении интерференционной картины образуется ячеистая структура, каждая из ячеек которой имеет распределение интенсивности излучения, приведенное на фиг.4. При подаче попутного излучения частотой ₃ интерференционная картина приобретает дополнительно и продольную структуру (см. фиг.5). Внутри трубок исходной интерференционной картины образуется стоячая волна, пучности которой перемещаются с заданной скоростью в направлении центра симметрии источников излучения частотой ₁ Амплитуда поля в пучностях растет в том же направлении примерно обратно пропорционально квадрату продольной координаты Z данной точки пространства (линия n-n₁, фиг.6). Эта структура поля увлекает атомы, захватывая их в полости источника нейтральных атомов, ускоряет их до скорости движения пучностей и ведет их вдоль сужающихся к объекту обработки линий максимумов (линии m-m₁, фиг.3). Этим самым достигается фокусировка атомного пучка. Сформированный пучок воздействует на объект обработки в зонах, представляющих собой уменьшенную копию прозрачных для излучения частотой ₃ участков трафарета. Схема устройства для осуществления способа формирования пучка нейтральных атомов представлена на фиг.1. Устройство включает в себя размещенный в начале пространства дрейфа источник нейтральных атомов 1, источники когерентного излучения 2, 3 и 4, зеркало 5 с отверстием, установленный за зеркалом объект обработки 6, помещенный так, чтобы сформированный пучок 7 нейтральных атомов, пройдя через отверстие в зеркале 5, мог достигнуть обрабатываемой поверхности. Размещенный за пределами пространства формирования источник 3 параксимального пучка излучения снабжен трафаретом 8 и устройством 9 сканирования луча. Совместно с источником 4 охлаждающего излучения он снабжен устройством совмещения пучков излучений 10 и общей фокусирующей системой 11. Источник нейтральных атомов 1 представляет собой полый цилиндр, снабженный окнами 12 в его торцовых стенках, причем ближайшее к фокусирующей системе 11 окно 12 закрыто прозрачным для излучения экраном 13, снабженным нагревателем 14, температура которого установлена выше точки, в которой наблюдается равенство скоростей осаждения и испарения рабочего вещества на поверхности экрана 13. На фиг. 1 показан вариант исполнения источника нейтральных атомов 1. В этом варианте внутренние поверхности боковой стенки цилиндра футерованы рабочим веществом, а распылитель представляет собой систему щелевых ионных источников 15, установленных на внешней боковой поверхности источника нейтральных атомов (цилиндр) 1 и соединенных с его внутренним объемом посредством продольных каналов 16 для прохождения ионного пучка 17 (для наглядности изображения один из щелевых ионных источников 15 на фиг.1 условно не показан, на всех фигурах пространство формирования пучка показано разорванным). На фиг.7 показан другой вариант исполнения источника нейтральных атомов 1. В этом варианте цилиндр источника нейтральных атомов 1 выполнен из тугоплавкого материала и снабжен вставкой 18. Эта вставка футерует всю внутреннюю поверхность боковой стенки цилиндра 1. Она выполнена из пористого тугоплавкого материала, имеющего хорошую смачиваемость расплавом рабочего вещества. Вставка равномерно пропитана этим расплавом. На внешней боковой поверхности источника нейтральных атомов 1 размещен охватывающий ее нагреватель 19. На фиг.8 показан третий вариант выполнения источника нейтральных атомов (цилиндр) для парообразных и газообразных фаз рабочего вещества. В этом варианте цилиндр 1 охвачен кожухом 20, который по краям источника образует с цилиндром 1 герметичное соединение. Между кожухом 20 и цилиндром 1 образован зазор, внутрь которого от системы подачи газа или пара по трубопроводу 21 может быть подано рабочее вещество (система подачи пара на фиг.8 не показана). Система отверстий 22, равномерно расположенная по всей боковой поверхности цилиндра, соединяет полость с внутренним объемом цилиндра 1. В целях равномерного истечения газа или пара суммарное сечение всех отверстий должно быть не более одной десятой площади окна 12. На фиг. 9 представлен вариант исполнения зеркала, формирующего изображение четырех источников 2 излучения (q₁, q₂, q₃ и q₄), плоскость 1). В этом варианте зеркало выполнено четырехстворчатым из диэлектрического материала и установлено так, чтобы угол между осью поворотной симметрии четырехстворчатого зеркала 5 O₁^I -O₁ и осью формируемого пучка Z был равен углу Брюстера. Створки зеркала 5 повернуты друг к другу на весьма малый угол (1^о), поэтому их наклон по отношению к оси пучка практически равен углу Брюстера. Источник 2 излучения частотой ₁ снабжен фокусирующей системой 23, которая может формировать действительное изображение квазиточечного источника q. За счет отражения в зеркале 5 это изображение преобразуется в изображение системы источников плоскополяризованного излучения (q₁, q₂, q₃ и q₄). Поперечный размер d каждого изображения во избежание снижения контраста интерференционной картины в пространстве формирования близ зеркала 5 не должен превосходить величины d 80 с / ₁ Способ осуществляют следующим образом: отраженное от зеркала 5 (см. фиг. 1) излучение источника 2 поляризуется и образует изображение четырех квазиточечных источников 2 излучения (а, б, в, г, фиг.2), центры которых расположены по вершинам квадрата (плоскость I, фиг.2). Ось симметрии изображения этой системы источников совмещена с осью отверстия, в зеркале 5 (см. фиг. 1) и проходит через объект обработки 6 и центр фокусирующей системы 11. Оси каждого изображения точечных источников развернуты так, чтобы на границе пространства формирования пучка нейтральных атомов (плоскость М, фиг. 2) области облучения источников взаимно перекрывались. Само изображение четырех источников может быть получено как отражением в плоском диэлектрическом зеркале 5 излучения четырех сужающихся световодов, согласованных с источником при помощи микролинз, так и отражением в четырехстворчатом диэлектрическом зеркале 5 действительного изображения q (cм. фиг.9) квазиточечного источника. Последнее получают, фокусируя излучение источника 2 (см. фиг.9) при помощи какой-либо фокусирующей системы 23 (см. фиг.9). Для полной линейной поляризации излучения зеркало 5 с отверстием (см. фиг.1 и 9) устанавливается под углом Брюстера к падающему излучению. Для получения контрастной интерференционной картины (т.е. чтобы контраст картины на расстоянии 0,1L от зеркала 5 не снижался более чем наполовину от контpаста на границе области формирования пучка) максимальный поперечный размер d (см. фиг.2) изображения каждого из четырех источников излучения не должен превышать величины d 80 / ₁ Излучение этих четырех источников или их изображений совмещают в пространстве формирования пучка L, образуя тем самым интерференционную картину трубчатой структуры (см. фиг.3). В поперечном направлении эта структура представляет собой квадратные ячейки (см. фиг.3), плотно прилегающие друг к другу по линиям узлов поля. Таким образом плотно заполняется все поперечное сечение пространства формирования. Линии, соединяющие по длине пространства центры этих квадратов, представляют собой линии пучностей поля (линии m-m₁, фиг.3). Вдоль них распространяется бегущая волна излучения частотой ₁ являющаяся суперпозицией волн четырех источников 2 (см. фиг.2). Поперечное распределение интенсивности этой волны имеет колоколообразную форму (см. фиг.4). Данное излучение проникает во внутренний объем источника нейтральных атомов 1 через окно 12, ближнее к зеркалу 5. Излучение от источника 3 частотой ₃ проходит через трафарет 8 (фиг.1), прозрачные участки которого представляют собой масштабную копию обрабатываемого участка объекта обработки (микроструктура) 6 и через устройство 9 сканирования луча, которое может быть реализовано при помощи ячеек Керра или системы поворотных зеркал. Эти устройства определяют форму и положение освещенных участков в поперечном сечении светового потока источника 3. При помощи устройства 10 совмещения пучков излучений 10 излучение источников 3 совмещают с излучением источника 4, равномерно распределенным по поперечному сечению пространства формирования. Излучение источника 3 несет при этом информацию о форме и взаимном расположении участков микроструктуры, которые должны быть подвергнуты обработке, а излучение источника 4 является охлаждающим. При отражении от границы плоскопараллельной пластины устройства 10 совмещения пучков излучений (фиг.1), выполненной из диэлектрика и установленной под углом Брюстера, излучение источника 3 поляризуется. Если пластина 10 устройства совмещения пучков излучений и зеркало 5 с отверстием установлены так, что их оси симметрии лежат в одной плоскости, то плоскости поляризации излучений частотой ₁ и частотой ₃совпадают. Излучение источника 4, испытав двойное преломление в плоскопараллельной пластине приобретает эллиптическую поляризацию. Совмещенное излучение источников 3 и 4 проходит через фокусирующую систему 11, главная оптическая ось которой совмещена с осью симметрии изображения системы четырех источников (плоскость I, фиг.2). Фокусное расстояние фокусирующей системы 11 выбирают равным расстоянию от центральной плоскости линзы до центра симметрии изображения четырех источников (точка "0", фиг.2). Через окно 12 источника 1 нейтральных атомов, закрытое прозрачным для излучения экраном 13 совмещенное и сфокусированное излучение вводится внутрь источника 1 нейтральных атомов. В тех зонах поперечного сечения пространства формирования пучка, где, кроме излучения частотой ₁ присутствует излучение частотой ₃ возникает трехмерная интерфенционная структура, разбитая на квадраты в поперечном направлении плоскостями узлов поля излучения частотой ₁ а в продольном направлении на ячейки длиной порядка половины среднего арифметического длин волн попутного и встречного излучений (см. фиг.5). Пучности этой трехмерной стоячей волны со скоростью V движутся в направлении объекта обработки 6. В том же направлении растет и амплитуда поля в пучностях (см. фиг.6). Эта структура распространяется практически на всю длину пространства формирования пучка L. Она непрерывно сужается в направлении объекта 6 обработки, оставаясь в любом сечении пространства формирования подобной самой себе по форме и расположению частей. Нейтральные атомы рабочего вещества, распыленные с внутренней поверхности цилиндра источника 1 атомов ионным пучком 17 либо испаренные из пористой поверхности вставки 18 (фиг.7), либо, в случае применения газо- и парообразных фаз рабочего вещества прошедшие через систему отверстий 22 в боковой поверхности цилиндра (см. фиг.8), приобретают тепловые скорости в основном в радиальном направлении. Проходя через область, занятую излучением внутри источника 1 нейтральных атомов, атомы испытывают многократное взаимодействие с перемещающейся интерференционной структурой и за время пролета в радиальном направлении через поле излучения меняют величины и направления скоростей своего движения. Те из них, радиальные скорости которых относительно невелики, а время взаимодействия достаточно, увлекаются потоком излучения. Так как амплитуда поля в пучностях структуры растет в направлении объекта обработки (линия n-n₁, фиг.6), вероятность выхода атома из захватившего его интерференционного канала падает в том же направлении. Атомы, не захваченные излучением, либо достигают стенок источника 1 нейтральных атомов и могут быть излучены вторично, либо рассеиваются в объеме установки. Если распыление атомов со стенок цилиндра подчиняется косинусоидальному закону распределения, то концентрация атомов по поперечному сечению бесконечного цилиндра распределена равномерно. При переходе к конечным размерам цилиндра возникает неоднородность концентраций. Исходя из максимально допустимой величины этой неоднородности в зоне, занятой излучением (2% ), отношение внутреннего диаметра цилиндра D (см. фиг. 7, 8) к его длине l не должно превышать величины D/l 0,5, а отношение диаметра цилиндра D к ширине окна h не должно быть менее величины D/h 3. Распределение концентраций атомов в зоне захвата, т.е. в объеме источника 1 атомов, влияет на равномерность воздействия формируемого пучка на обрабатываемые участки микроструктуры. Образованный взаимодействием излучений частотой ₁ и частотой ₃интерференционный канал увлекает атомы рабочего вещества и разгоняет их до скорости движения пучностей интерференционной структуры. Непрерывно охлаждаясь (т.е. теряя свой разброс скоростей движения) под действием охлаждающего излучения, атомы локализуются в пучностях трехмерной интерференционной структуры. Двигаясь с пучностями поля, атомы перемещаются вдоль сходящихся к объекту обработки линий (линии m-m₁, фиг.6), имеющих точку пересечения примерно в центре симметрии изображения источников излучения частотой ₁ (точка "0", фиг.2). Так образуется пучок нейтральных атомов на всем протяжении своего дрейфа, повторяющий форму и взаимное расположение прозрачных участков трафарета 8 и имеющий фокус в точке "0". Пройдя все пространство формирования, пучок становится монохроматичным, а так как в пучностях перемещающейся интерференционной структуры локализуется только по одному атому, тем самым значительно снижается отрицательное влияние диффузионных и столкновительных процессов на формирование и перенос изображения по всему каналу. Сформированный пучок проходит через отверстие в зеркале 5 и далее движется по инерции в пространство между зеркалом 5 и объектом обработки 6. Масштаб передачи изображения от трафарета до объекта обработки зависит от углов сходимости излучения и отношения расстояния L₂ от объекта обработки 6 до точки фокуса пучка (точка "0", фиг.2) к полной длине пространства дрейфа L+(L₁-L₂). В зависимости от применяемых в качестве рабочего вещества материалов, задаваемых скоростей дрейфа атомов пучка этот способ формирования может быть использован как для управляемого травления, так и для выращивания элементов микроструктур. Примером реализации способа может быть процесс управляемого формирования пучка нейтральных атомов индия в поле излучения нескольких лазеров на красителе. Атомы индия имеют массу M 1,9 10 ^-25 кг. Для эффективного распыления пленки золота, нанесенной на кремниевую подложку, атомы индия должны иметь энергию поступательного движения порядка 2-5 кэВ, что соответствует скорости движения V= 160-410 км/с. В спектре поглощения атомов индия есть разрешенный переход 5²_ 6²S_1/2, соответствующий длине волны 410,18 нм, сила осциллятора f_ij=0,14 и вероятность излучательного перехода с верхнего уровня на нижний А_ij=2 0,56 10⁸ c^-1. Приведенные спектроскопические данные позволяют оценить значение требуемых частот излучения: ₁24178,5 см^-1, ₂ 24580,5 см^-1, ₃24379,5 см^-1. Принятые в лазерной технике единицы измерения частот (см^-1) легко преобразовать в системные единицы: ₁=4,554383 10^-15 с^-1, ₃4,6301058х10¹⁵ с^-1, ₂4,5922445 10¹⁵с^-1. Для эффективной фокусировки и ускорения атомов индия до скорости V на длине пространства формирования L=1 м можно использовать излучение лазера на красителе типа 380Д, дающего в режиме непрерывной или квазинепрерывной генерации перестраиваемое в диапазоне 0,4-1 мкм узкополосная ( 1 мГц) когерентное излучение средней мощности до 1 Вт. Примером может быть установка, реализованная согласно схеме, приведенной на фиг.1. В ее состав входят источник 1 нейтральных атомов, система четырех источников 2 встречного когерентного излучения, источник 3 параксиального пучка попутного излучения, источник 4 охлаждающего излучения, диэлектрическое зеркало 5 с отверстием, объект обработки 6, трафарет 8, устройство 9 сканирования луча, устройство 10 совмещения излучений и фокусирующая система 11. Кроме показанного на схеме, в состав установки входит вакуумная откачная система, система энерго- и водоснабжения, сиcтема охлаждения и система юстировки и перемещения образцов. Источник 1 нейтральных атомов (см. фиг.7) и представляет собой полый цилиндр из никеля, внутри которого размещена вставка 18 из губчатого никеля, пропитанного расплавом индия. Внутренний диаметр вставки 60 мм, длина цилиндра 130 мм. Нагреваясь, охватывающий цилиндр источника выполнен из нихрома в керамической изоляции. Мощность нагревателя регулируется так, чтобы температура внутренней вставки была равна 450-500^оС. При такой температуре концентрация паров индия в объеме источника достаточна для обеспечения процесса. Температура нагревателя 14 экрана 13 из плавленого кварца устанавливается 320^оС. Система четырех источников 2 встречного излучения представляет собой четыре конических кварцевых световода длиной 50 мм и диаметром 1 мм на входе и 5 мкм на выходе. Входы световодов при помощи системы кварцевых микролинз согласуются с выходами лазеров на красителе. Выходы световодов жестко закреплены так, чтобы расстояние между центрами выходных торцов соседних световодов составляло 1 мм. Излучение частотой ₁ этих светово- дов под углом Брюстера (57 ) направ- ляют на кварцевую пластину 5 с отверстием посередине (диаметр отверстия 0,2 мм), играющую роль полупрозрачного зеркала-поляризатора. Источники 3 параксиального пучка излучения и источника 4 охлаждающего излучения представляют собой настроенные на необходимую частоту лазеры того же типа. Они снабжены системой формирования пучка излучения диаметром 35 мм. Объект обработки 6 представляет собой подложку из кремния размером 1х1х0,2 мм с золотым покрытием толщиной 1 мкм. Подложка крепится на двухкоординатном механизме перемещения с лазерным измерителем координат и шагом перемещения 501 мкм. На объекте воспроизводилась топология проводящих участков ОЗУ. Трафарет 8 представляет собой пластину из плавленого кварца размером 20х20 мм с нанесенным на нее негативным изображением топологии проводящих участков обрабатываемой микросхемы, выполненным с увеличением в 400 раз и разрешением порядка 100 линий/мм. Устройство сканирования (коррекции) светового пучка источника 3 представляет собой две ячейки Керра, заполненные нитробензолом. Напряжение на обкладках ячеек находится в диапазоне 0-1000 В. Устройство 10 совмещения пучков излучений выполнено из плавленого кварца и представляет собой пластину размером 50х25х1 мм. Фокусирующая система 11 обладает оптической силой около 1 диоптрии и имеет проходное сечение 50 мм. Изменением расстояния между объектом обработки (подложкой) 6 и зеркалом 5 можно регулировать масштаб уменьшения изображения трафарета от 20 до 600 раз. Изменение межцентрового расстояния системы четырех источников позволяет менять разрешающую способность, доводя ее до предельно достижимой величины порядка 10. Предлагаемое решение обладает следующими преимуществами: возможностью переноса организованной и охлажденной структуры нейтральных атомов в пространство, практически свободное от присутствия исходной неупорядоченной атомной компоненты и формирующих полей излучений, что позволяет получать более узкие спектральные линии при использовании способа и устройства формирования в квантовых эталонах частоты; возможностью управления распределением концентрации атомов в поперечном сечении формируемого пучка, возможностью получать однородное и корректируемое распределение, что позволяет получать высокую степень однородности воздействия на объект при использовании таких пучков в качестве микрозондов; возможностью сравнительно простой регулировки угла сходимости и местоположения фокуса атомного пучка, что дает возможность управления разрешающей способностью атомного микрозонда; возможностью выбора энергии воздействия атомов пучка на поверхность образца, при значительно более высокой степени монохроматичности скоростей воздействующих атомов, что позволяет использовать метод в широком диапазоне исследований поверхности от неразрушающего контроля ее до последнего анализа структуры и состава образцов; возможностью контролируемого управления координатами и скоростью развертки атомного пучка по обучаемой поверхности, что создает хорошие предпосылки для осуществления сканирующей атомной микроскопии. По сравнению с классическими пучковыми методами обработки поверхности предлагаемое решение обладает не только значительно более высокой степенью разрешения, но и высокой степенью организации вещества в пролетном пространстве, что создает предпосылки для разработки качественно новых технологий обработки микроструктур.

Формула изобретения

1. Способ формирования пучка нейтральных атомов, основанный на резонансном взаимодействии их в вакууме с полем стоячей световой волны когерентного излучения частотой ₁ и полем бегущей световой волны охлаждающего излучения ₂, частоты которых смещены в длинноволновую область относительно частоты линии разрешенного перехода в спектре поглощения атомов пучка, отличающийся тем, что, с целью получения гомоцентрического монохроматического пучка, допускающего стигматический перенос изображения, атомы разгоняют до постоянной скорости V, воздействуя на них дополнительно световой волной частотой ₃= ₁(C+V)/(C-V), направленной попутно движению атомов и встречно направлению распространения поля световой волны частотой ₁, и одновременно фокусируют атомный пучок, пропуская атомы вдоль сходящихся к центру пучка линий максимумов пространственной интерференционной картины, образованной встречным движению атомов излучением, а распределением атомов в поперечном сечении пучка управляют путем регулировки поперечного распределения интенсивности попутного пучка излучения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интерференционную картину со сходящимися к центру пучка линиями максимумов поля получают наложением в пространстве формирования пучка полей плоскополяризованного встречного излучения n точечных источников, где n 3, или их изображений, центры которых совпадают с вершинами правильного n-угольника, а попутное, поляризованное в той же плоскости излучение совмещают пространственно с охлаждающим излучением и фокусируют в центр симметрии n-угольника, причем частоту охлаждающего излучения ₂ определяют по формуле ₂= (₀-)(1+V/C), где ₀ центральная частота линии резонансного перехода неподвижного атома; - естественная ширина линии; C скорость света. 3. Устройство для формирования пучка нейтральных атомов, включающее в себя источники когерентного электромагнитного излучения, зеркало с отверстием и размещенный в начале пространства формирования пучка источник нейтральных атомов, отличающееся тем, что зеркало помещено в конце пространства формирования и установлено так, чтобы ось симметрии образованного зеркалом изображения четырех источников излучения частотой ₁ была совмещена с осью отверстия в нем и проходила через центр пучка, а с противоположной стороны за пределами пространства формирования размещены источник параксиального пучка излучения частотой ₃ и источник охлаждающего излучения частотой ₂, снабженные устройством совмещения пучков излучений и общей фокусирующей системой, главная оптическая ось которой совмещена с осью атомного пучка, причем источник излучения частотой ₃ снабжен также системой сканирования луча и трафаретом. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что поперечные размеры каждого из четырех источников не превышает величины d = 80C/₁, зеркало выполнено из диэлектрического материала и установлено под углом Брюстера по отношению к главной оптической оси фокусирующей системы, устройство совмещения пучков излучений выполнено в виде плоскопараллельной диэлектрической пластины, установленной под углом Брюстера к оси фокусирующей системы, причем источник охлаждающего излучения размещен так, что его ось совпадает с осью фокусирующей системы, а ось источника параксиального пучка излучения частотой ₃ наклонена к главной оптической оси фокусирующей системы под двойным углом Брюстера. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник нейтральных атомов выполнен в виде полого цилиндра, снабженного окнами в торцевых стенках для прохождения излучения и пучка атомов и распылителем рабочего вещества, причем отношение внутреннего диаметра цилиндра D к его длине l не превышает величины 0,5 (D/l 0,5), а внутренний диаметр цилиндра по крайней мере в три раза больше ширины окон h, D/h > 3, при этом ближайшее к фокусирующей системе окон закрыто прозрачным для излучения экраном, снабженным нагревателем. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что распылитель рабочего вещества выполнен в виде охватывающего боковую поверхность цилиндра и нагревателя, причем цилиндр изготовлен из тугоплавкого материала и футерован по внутренней боковой стороне пористым тугоплавким материалом, пропитанным расплавом рабочего вещества. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что распылитель рабочего вещества выполнен в виде системы щелевых ионных источников, установленных на внешней стороне поверхности цилиндра и соединенных с его внутренним объемом продольными каналами для прохождения ионов, наклоненными к плоскости радиальных сечений цилиндра, причем внутренняя сторона боковой стенки цилиндра футерована распыляемым материалом. 8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что распылитель рабочего вещества выполнен в виде кожуха, герметично и с зазором охватывающего боковую стенку цилиндра, причем образованная между ними полость соединена с системой подачи газа или пара рабочего вещества посредством трубопровода и с внутренним объемом цилиндра посредством отверстий, равномерно расположенных по всей поверхности боковой стенки цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2,