ES2270997T3 - Deposicion selectiva de material sobre un sustrato segun un diseño de interferencia. - Google Patents
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Abstract
Un método para depositar preferentemente material sobre una superficie del substrato que comprende las etapas de: dirigir dos o más haces (200, 201; A, B) electromagnéticos mutuamente coherentes sobre una región de la superficie del substrato para formar una red (210) de interferencia electromagnética que caliente preferentemente porciones de la superficie del substrato de acuerdo con la red (210) de interferencia de manera que se produzca un perfil de temperatura superficial correspondiente, en el que se coloca una lente (304A, 304B, 320), cilíndrica, en el camino de al menos uno de los haces electromagnéticos y depositándose selectivamente material sobre la superficie del substrato de acuerdo con el perfil de temperatura debido a la red (210) de interferencia por exposición del substrato al material en la fase gaseosa, siendo el material capaz de acumularse preferentemente en las áreas más calientes del perfil de temperatura.
Description
Deposición selectiva de material sobre un
sustrato según un diseño de interferencia.
La presente invención se refiere en general a
métodos para modelar por deposición preferente de material de
acuerdo con una red de interferencia dirigida sobre un substrato y a
artículos hechos por el método.
Se han desarrollado muchas técnicas para modelar
material depositado en un substrato. Un gran número de estas
técnicas implica el uso de máscaras para crear el patrón deseado.
Por ejemplo, se puede depositar material sobre una máscara en un
substrato. Después se puede retirar la máscara, dejando material en
esas porciones del substrato que se dejaron exponer por la máscara.
Otras técnicas implican formar un recubrimiento uniforme de
material, colocar una máscara sobre el recubrimiento, grabar por
ataque químico las porciones del recubrimiento expuestas por la
máscara y retirar la máscara. En muchos casos y especialmente en
situaciones en que las dimensiones del patrón son pequeñas, la
máscara se hace por técnicas fotolitográficas. La fotolitografía
implica típicamente recubrir una capa de resina fotosensible,
exponer selectivamente la resina fotosensible a la luz, desarrollar
la resina fotosensible y retirar las porciones desarrolladas (o no
desarrolladas) de la resina fotosensible. Estas etapas crean la
máscara. Incluyendo las etapas de elaboración de la máscara, las
técnicas para modelar a base de máscara requieren típicamente
muchas etapas de fabricación, cada una de las cuales puede exigir
mucho tiempo.
La patente de EE.UU. 4 664 940 se refiere a un
procedimiento para formar un flujo de átomos de un elemento que
incluye la formación de un objetivo y la preparación del elemento y
la irradiación del objetivo por un láser pulsado cuya densidad de
energía por pulso es igual a o mayor que el umbral de emisión de los
átomos de los elementos, pero cuya densidad de energía está por
debajo del umbral de ablación de uno cualquiera de, el elemento o
el compuesto que forma el objetivo.
En la patente de EE.UU. A-4 289
381 se describe un polarizador de película fina constituido por una
pluralidad de rejillas de alambre planas. Cada rejilla incluye una
disposición plana de tiras sustancialmente paralelas de material
eléctricamente conductor soportado por una placa de material
eléctricamente aislante. La placa se elige transparente a la
anchura de banda de la radiación incidente para eficacia máxima.
En la patente de EE.UU. A-4 746
934 se describe un sistema de copiado de imagen en color que emplea
un tubo de rayos catódicos y desarrolla sin el uso de material de
fibra óptica una imagen enfocada en diferentes colores para el
registro en un medio sensible a la luz.
En la patente japonesa JP 11-204
439 A y en la patente japonesa JP 11-345 773 A se
describen métodos para fabricar estructuras periódicas hiperfinas
sobre un substrato por irradiación de una imagen de interferencia
bidimensional sobre la superficie del substrato.
La presente invención proporciona métodos para
modelar materiales sobre un substrato, por ejemplo para formar
reflectores y/o polarizadores u otros elementos ópticos, de tipo
rejilla de alambre. La presente invención implica calentar
selectivamente un substrato de acuerdo con los máximos y mínimos de
una red de interferencia dirigida sobre el substrato. Se puede
depositar preferentemente material sobre el substrato basado en las
diferencias de temperatura creadas por la red de interferencia. Se
pueden usar métodos de la presente invención para depositar
selectivamente materiales sin el uso de una máscara. También se
pueden usar los métodos de la presente invención para modelar
substratos en unas pocas etapas o incluso en una etapa. También se
pueden usar los métodos de la presente invención para depositar
estructuras modeladas superpuestas sobre el mismo substrato
depositando material bien progresivamente o simultáneamente de
acuerdo con diferentes redes de
interferencia.
interferencia.
En un aspecto, la presente invención proporciona
un método para depositar preferentemente material sobre una
superficie del substrato para hacer un elemento óptico de rejilla de
alambre, que incluye las etapas de: dirigir una red de
interferencia electromagnética sobre la superficie del substrato
para calentar preferentemente porciones seleccionadas de la
superficie del substrato de acuerdo con la red de interferencia y
depositar selectivamente material conductor en la superficie del
substrato de acuerdo con la red de interferencia por exposición del
substrato al material conductor en la fase gaseosa, siendo capaz el
material de acumularse preferentemente como una función de la
temperatura de la superficie.
En algunas realizaciones, se pueden superponer
haces mutuamente coherentes sobre la superficie del substrato para
formar la red de interferencia y se puede depositar material para
formar estructuras con dimensiones más o menos determinadas por las
dimensiones de la red de interferencia. En estas realizaciones, las
estructuras que tienen dimensiones y/o espaciamientos que son más
pequeños que el tamaño del punto luminoso de los haces superpuestos
se pueden depositar sobre el substrato sin usar una máscara.
La presente invención también proporciona un
método para depositar preferentemente material sobre una superficie
del substrato dirigiendo dos o más haces electromagnéticos
mutuamente coherentes en una región de la superficie del substrato
para formar una red de interferencia electromagnética que caliente
preferentemente porciones de la superficie del substrato de acuerdo
con la red de interferencia, en el que una lente cilíndrica se
coloca en el camino de al menos uno de los haces electromagnéticos
y depositar selectivamente material sobre la superficie del
substrato de acuerdo con la red de interferencia por exposición del
substrato al material en la fase gaseosa, siendo capaz el material
de acumularse preferentemente como una función de la temperatura de
la superficie. Se pueden colocar otros elementos ópticos en el
camino de uno o más de los haces, en vez de o además de lentes
cilíndricas, incluyendo: microlentes, disposiciones de microlentes,
microprismas, rejillas de difracción, elementos ópticos
difractivos, lentes esféricas, lentes asféricas, lentes acilíndricas
y similares.
La Fig. 1 muestra esquemáticamente elementos en
un sistema para llevar a cabo un método de la presente
invención.
La Fig. 2 muestra esquemáticamente deposición
preferente de acuerdo con una realización de la presente
invención.
La Fig. 3(a) muestra esquemáticamente un
sistema para formar una red de interferencia sobre un substrato.
La Fig. 3(b) muestra esquemáticamente
otro sistema para formar una red de interferencia sobre un
substrato.
Los métodos de la presente invención se refieren
a la deposición preferente de material sobre un substrato. Estos
métodos implican en general calentar áreas seleccionadas de un
substrato dirigiendo una red de interferencia de radiación
electromagnética sobre el substrato. Las regiones de alta intensidad
de la red de interferencia pueden calentar localmente el substrato
mientras que las áreas del substrato que corresponden a regiones de
baja intensidad de la red de interferencia pueden permanecer
relativamente más frías. De acuerdo con esto, se puede crear un
perfil de temperatura superficial que en general corresponda a la
red de interferencia. Esto es, las áreas de temperatura más alta
corresponden en general a regiones de alta intensidad de la red de
interferencia y las áreas de temperatura menor corresponden en
general a regiones de baja intensidad de la red de
interferencia.
Se pueden hacer elementos ópticos de rejilla de
alambre por deposición selectiva de acuerdo con el perfil de
temperatura fijado por la red de interferencia. La deposición
selectiva implica en general exponer el substrato a material de la
fase gaseosa capaz de acumularse preferentemente sobre la superficie
como una función de las diferencias de temperatura de la superficie
dentro del perfil de temperatura creado por la red de interferencia.
Por ejemplo, el material que presenta un coeficiente de retención
que varía con la temperatura durante el intervalo de temperaturas
creado por la red de interferencia, puede ser depositado por vapor
sobre el substrato. Como otro ejemplo, se puede usar un gas
reactivo (tales como los gases reactivos útiles en los
procedimientos de deposición química de vapor) con un umbral de
temperatura para la reacción y deposición de material que se
encuentra entre las temperaturas de la superficie más alta y más
baja dentro del perfil de temperatura creado por la red de
interferencia.
Calentando el substrato de acuerdo con una red
de interferencia electromagnética, diversas estructuras periódicas,
repetitivas u otras múltiples estructuras se pueden depositar
selectivamente sobre el substrato, según lo cual las dimensiones
laterales y/o los espaciamientos de las estructuras son más pequeños
que el tamaño del punto luminoso de la radiación electromagnética.
Esto distingue de procedimientos de deposición química de vapor por
láser convencionales (LCVD, por sus siglas en inglés) donde las
dimensiones laterales de las estructuras depositadas corresponden
más o menos al tamaño del punto luminoso del láser. Las estructuras
modeladas se pueden depositar directamente así con espaciamientos
que sean bastantes pequeños, por ejemplo menores que una longitud
de onda de luz visible. Esto puede ser particularmente útil en la
preparación de elementos ópticos de rejilla de alambre.
Los componentes que se pueden incluir en un
sistema útil en la realización de métodos de la presente invención
se representan esquemáticamente en la Fig. 1. El sistema puede
incluir una fuente 100 de radiación electromagnética, una red de
interferencia que genere los medios 104 y un substrato 108.
Típicamente, al menos el substrato está contenido en una cámara a
vacío u otra cámara de deposición para su exposición al material de
deposición. Otros componentes del sistema pueden residir en la
cámara de deposición o fuera de la cámara de deposición. En
general, la fuente de radiación queda fuera de la cámara de
deposición.
Dependiendo de la configuración del sistema, la
red de interferencia que genera los medios 104 puede estar lejos
del substrato 108 o coincidente con la superficie del substrato 108.
Por ejemplo, si se usa una rejilla de difracción como red de
interferencia que genera los medios, podría colocarse típicamente a
una distancia del substrato 108 y entre la fuente 100 de radiación
y el substrato 108. Si están superpuestos haces mutuamente
coherentes como la red de interferencia que genera los medios, la
superposición tendrá lugar en general al menos en la superficie del
substrato.
Dependiendo de la configuración, se pueden
colocar diversos componentes ópticos tales como: lentes, aberturas,
divisores del haz, rendijas, rejillas, espejos, filtros, otros
componentes más o combinaciones de los mismos, entre la fuente 100
de radiación y la red de interferencia que genera los medios 104. De
una manera similar, se pueden colocar diversos componentes ópticos
entre la red de interferencia que genera los medios 104 y el
substrato 108, tal como en las configuraciones en que la red de
interferencia que genera los medios no es coincidente con la
superficie del substrato.
La fuente 100 de radiación puede ser cualquier
fuente adecuada que produzca radiación electromagnética capaz de
formar una red de interferencia que se pueda usar para calentar
selectivamente la superficie de un substrato. Las fuentes adecuadas
incluyen: láseres, lámparas, haces de electrones, haces de iones y
similares. Las fuentes de radiación ejemplares incluyen fuentes
monocromáticas o fuentes que emitan radiación por una banda de
longitudes de onda relativamente estrecha. También se pueden usar
fuentes de radiación que emitan múltiples longitudes de onda o
múltiples bandas de longitudes de onda resueltas. Pueden ser
particularmente útiles los láseres. Las fuentes de láser pueden
proporcionar una fuente de luz colimada, coherente, con suficiente
intensidad para calentar áreas de un substrato. La radiación de
láser puede ser continua o pulsada, como se desee para una
aplicación particular.
La elección de un tipo particular de fuente de
radiación, incluyendo la longitud de onda de la radiación incidente,
la intensidad de la radiación incidente y otras características
más, puede depender del método de formación de la red de
interferencia, el tipo de substrato que se esté usando para la
deposición, el material que se esté depositando, el método de
deposición y las dimensiones, los espaciamientos y las
conformaciones de las estructuras que se tengan que depositar sobre
el substrato. Por ejemplo, un láser ultravioleta tal como un láser
de excímero podría ser una elección adecuada para calentar
selectivamente un substrato de vidrio. En general, los láseres
pueden ser una elección particularmente adecuada para sistemas en
que la red de interferencia se tiene que generar por superposición
de dos o más haces mutuamente coherentes en la superficie del
substrato. Para estos sistemas, los divisores de haz y/o los
espejos se pueden usar en el camino óptico para dividir el láser en
dos o más haces mutuamente coherentes que se puedan superponer
adecuadamente en la superficie del substrato.
Haciendo referencia de nuevo a la Fig. 1, la red
de interferencia que genera los medios 104 puede ser cualquier
componente óptico adecuado, combinación de componentes ópticos o
cualquier metodología adecuada para formar una red de interferencia
electromagnética. Por ejemplo, como se discutió anteriormente, se
puede dividir un haz de láser y recombinar en una superficie del
substrato. La longitud de onda o las longitudes de onda de la
radiación incidente y el ángulo entre los dos haces cuando están
superpuestos en la superficie del substrato se puede(n) usar
para determinar el patrón de franjas de interferencia formado en la
superficie. Se pueden usar divisores de haz múltiples para crear
más de dos haces mutuamente coherentes. Por ejemplo, se pueden
generar cuatro haces mutuamente coherentes y superponer
adecuadamente para crear una red de interferencia bidimensional
(tal como una rejilla o un patrón de puntos). También se pueden usar
rendijas, rejillas de difracción y similares para formar redes de
interferencia. En el caso de rendijas y rejillas de difracción, se
puede usar un único haz para formar una red de interferencia que se
pueda proyectar después sobre la superficie del substrato, por
ejemplo por una serie de lentes.
Se pueden disponer diversos componentes ópticos
entre la fuente de radiación electromagnética y la red de
interferencia que genera los medios. Por ejemplo, se pueden usar
divisores de haces para formar múltiples haces similares, se pueden
usar espejos para redirigir haces, se pueden usar aberturas para
conformar las secciones transversales de los haces y se pueden usar
lentes para enfocar los haces, extender los haces y conformar los
perfiles de los haces. Se pueden usar diversas combinaciones de
estos y otros componentes ópticos.
Haciendo referencia de nuevo a la Fig. 1, el
substrato 108 puede incluir cualquier substrato que tenga una
superficie que sea capaz de calentarse por la radiación incidente
seleccionada. Los substratos útiles pueden incluir los que incluyen
una o más de las siguientes características: pueden ser vidrio,
plásticos u otros materiales orgánicos o metales y otros materiales
inorgánicos tales como semiconductores y materiales cerámicos;
pueden ser parecidos a una placa, parecidos a una película, rígidos
o flexibles; pueden ser visiblemente opacos, translúcidos o
transparentes y pueden incluir otras características más o
combinaciones adecuadas de las mismas. Los substratos con
superficies naturales que no podrían absorber adecuadamente de otro
modo radiación incidente, se pueden recubrir con una o más capas de
material para formar una superficie que se pueda calentar
adecuadamente por la radiación incidente. Por ejemplo, se puede
recubrir una capa de metal sobre un substrato de vidrio para
incrementar la capacidad del substrato para absorber radiación
incidente. Sin embargo, los substratos de vidrio pueden absorber
adecuadamente radiación incidente incluso sin tener capas extra, por
ejemplo cuando se usa luz ultravioleta para formar la red de
interferencia.
Como se mencionó, se pueden usar diversas
construcciones de substrato. Típicamente, el substrato incluirá una
o más capas del mismo material o de materiales diferentes y estará
en forma de una placa rígida o semirígida o una película flexible o
semiflexible. El tipo de materiales y construcciones del substrato
usado puede depender de la compatibilidad con la radiación usada
para formar la red de interferencia, compatibilidad con el material
depositado, compatibilidad con cualquier procedimiento de pre o
posdeposición (tales como: etapas de calentamiento, etapas de
irradiación, etapas de recubrimiento, etapas de ataque químico,
etapas de electrodeposición y similares) y compatibilidad con las
aplicaciones de uso final. Por ejemplo, se pueden seleccionar
substratos transparentes a la luz visible como substratos para la
deposición preferente de acuerdo con la presente invención, cuando
el uso final deseado del patrón incluya elementos ópticos de rejilla
de alambre que transmitan al menos una porción de luz visible.
También puede ser deseable disponer de un
recubrimiento antirreflectante en una o ambas caras del substrato,
típicamente antes de la deposición preferente. Por ejemplo, cuando
se usan los métodos de la presente invención para hacer elementos
ópticos de rejilla de alambre que polaricen luz visible, disponer un
recubrimiento antirreflectante sobre el substrato puede incrementar
la cantidad de luz transmitida por el elemento.
Debido a que el tamaño y la separación de la red
de interferencia pueden ser bastante pequeños puede ser ventajoso
usar substratos que tengan conductividades térmicas en el plano
suficientemente bajas para mantener las diferencias de temperatura
entre regiones expuestas a los máximos de la red de interferencia y
regiones expuestas a los mínimos de la red de interferencia que
sean suficientes para permitir la acumulación preferente de material
de acuerdo con la red de interferencia. También puede ser útil
emplear substratos que tengan conductividades térmicas mayores por
el espesor del substrato (eje z) cuando se compara con la
conductividad térmica en el plano en la superficie del substrato.
Las conductividades térmicas mayores en el eje z cuando se compara
con las conductividades térmicas en el plano pueden fomentar la
transferencia de calor por el substrato más bien que a regiones más
frías, adyacentes, en la superficie del substrato. Esto puede ayudar
a mantener el perfil de temperatura creado por la red de
interferencia. También puede ser útil emplear substratos que
presenten conductividades térmicas anisótropas en el plano del
substrato en la superficie del substrato. Por ejemplo, cuando se
están depositando estructuras lineales coincidentes con un patrón de
franjas de interferencia lineal, puede ser útil emplear substratos
con conductividades térmicas en el plano anisótropas y alinear la
dirección de la conductividad térmica alta con la dirección de la
franja de la red de interferencia.
De acuerdo con métodos de la presente invención,
se pueden depositar preferentemente materiales en regiones del
substrato de acuerdo con la red de interferencia dirigida sobre el
substrato. Los métodos de deposición adecuados incluyen cualquier
método por el que el material se pueda acumular preferentemente
sobre la superficie del substrato como una función de la
temperatura superficial para temperaturas dentro del intervalo
creado por la red de interferencia. Los materiales que se pueden
depositar incluyen cualquier material que se pueda condensar de una
manera dependiente de la temperatura sobre una superficie para
formar una película o una capa. Los materiales particularmente
adecuados incluyen: metales (por ej., cobre, oro, plata, aluminio,
níquel, platino), aleaciones de metales, óxidos de metal, sulfuros
de metal, semimetales (por ej., carbono, silicio, germanio), óxidos
de semimetales y otros materiales más y combinaciones de los
mismos.
Un método de deposición que puede ser adecuado
para depositar material preferentemente en métodos de la presente
invención es la deposición química de vapor por láser (LCVD). La
LCVD en general implica exponer un substrato a un gas reactivo
mientras se expone una porción del substrato a un haz láser. El haz
láser calienta la porción expuesta del substrato por encima de una
temperatura umbral a la que puede reaccionar el gas reactivo,
dejando material depositado en la superficie de la fase gaseosa. Se
ha usado LCVD para "escribir" líneas metálicas sobre un
substrato, por ejemplo, trasladando el haz láser por un camino sobre
la superficie del substrato. La anchura de la línea metálica
corresponde más o menos al diámetro del punto luminoso del láser en
la superficie.
En los métodos de la presente invención, se
puede usar una red de interferencia electromagnética para calentar
preferentemente áreas del substrato de acuerdo con la red de
interferencia. La red de interferencia puede incluir
características (por ej., líneas, puntos, rejillas, etc.) con
dimensiones que sean más pequeñas que el tamaño del punto luminoso
de la radiación incidente sobre el substrato. La red de
interferencia se puede usar para crear áreas más calientes y más
frías sobre el substrato, como se discutió anteriormente. Usando un
gas reactivo apropiado, el material puede reaccionar preferentemente
y acumularse en áreas más calientes creadas por la red de
interferencia dirigida sobre el substrato. La Fig. 2 ilustra este
concepto. La Fig. 2 muestra esquemáticamente dos haces 200 y 201
electromagnéticos mutuamente coherentes que se superponen sobre la
superficie del substrato 220 para formar la red 210 de
interferencia. La red 210 de interferencia se caracteriza por una
serie de máximos 212 y mínimos 214 de intensidad. La red de
interferencia puede fijar un perfil de temperaturas superficiales
que presente una serie similar de máximos y mínimos de temperatura
local. En condiciones adecuadas, la temperatura umbral a la que
tiene lugar la deposición química de vapor se puede encontrar entre
los máximos de temperatura local y los mínimos de temperatura local.
El material 218 depositado se puede acumular así preferentemente en
las regiones en que la temperatura excede la de la temperatura
umbral.
También se pueden usar métodos de deposición más
convencionales en la presente invención. Por ejemplo, se pueden
usar técnicas de deposición física de vapor para depositar material.
En general, la deposición física de vapor implica la condensación
de material de la fase gaseosa sobre superficies con velocidades de
acumulación que son típicamente más rápidas en superficies más
frías que en superficies más calientes. En la presente invención,
se puede condensar material en el área del substrato irradiada con
la red de interferencia, acumulándose preferentemente en las
regiones más frías en ese área.
También se pueden usar métodos de deposición
distintos de la deposición física de vapor y la deposición química
de vapor que den como resultado material acumulándose
preferentemente de acuerdo con la red de interferencia dirigida
sobre la superficie del substrato. Los métodos de deposición
ejemplares incluyen aquéllos en que se puede depositar
preferentemente material conductor de acuerdo con diferencias de
temperatura superficial para formar elementos
ópticos de rejilla de alambre.
ópticos de rejilla de alambre.
Como se discutió anteriormente, se pueden
generar redes de interferencia en una variedad de formas. Una manera
ejemplar es por superposición de dos o más haces electromagnéticos
mutuamente coherentes, tales como haces láser, sobre la superficie
del substrato. Se pueden generar haces mutuamente coherentes, por
ejemplo, dividiendo un haz láser usando uno o más divisores de
haces y recombinando después los haces en la superficie del
substrato. La Fig. 3(a) muestra esquemáticamente un sistema
donde un haz de un láser 300 se divide por el divisor 302 de haces
en dos haces, marcados A y B. El haz A puede seguir un camino óptico
donde se extiende por lentes 304A opcionales, se redirige por el
espejo 306A opcional y se dirige sobre el substrato 310. Otros
componentes ópticos se pueden usar opcionalmente en el camino
óptico del haz A, como se discutió anteriormente. El haz B puede
seguir asimismo un camino óptico donde se extiende por la lente 304B
opcional, se redirige por el espejo 306B opcional y se dirige sobre
el substrato 310. Los haces A y B se dirigen sobre el substrato 310
a fin de que se superpongan en un área en la superficie. El
espaciamiento de la red de interferencia sobre la superficie del
substrato se puede determinar por el ángulo \Theta entre los haces
A y B ya que se superponen en la superficie del substrato y la
longitud de onda de los haces.
La superposición de haces mutuamente coherentes
para formar una red de interferencia puede ser bastante sensible a
pequeños cambios en la posición o el ángulo del substrato. Se
prefiere así que el substrato permanezca en una posición fijada en
relación con el resto del sistema óptico durante la exposición.
También se prefiere que se tenga cuidado para aislar adecuadamente
el sistema de vibraciones que puedan modificar la red de
interferencia durante la
exposición.
exposición.
Las franjas de interferencia formadas por la
superposición de haces mutuamente coherentes también pueden ser
bastante sensibles a pequeñas variaciones de altura sobre la
superficie del substrato. En algunas aplicaciones, se puede
preferir minimizar la rugosidad de la superficie del substrato. En
otras aplicaciones, se puede desear utilizar contornos de
superficie (si se diseñan o no se desean esos contornos) para
modificar las posiciones o conformaciones de las franjas de
interferencia en la superficie.
Otra manera de superponer haces
electromagnéticos mutuamente coherentes es colocando uno o más
espejos a ángulos con la superficie del substrato en posiciones a
fin de que una porción de un haz láser, por ejemplo, sea incidente
en uno o más espejos y otra porción del haz láser sea incidente
directamente en el substrato. Este concepto se ilustra en la Fig.
3(b). Aquí un láser 300' produce un haz que se puede extender
opcionalmente por la lente 320, volver a conformar por una o más
aberturas (no mostrado), redirigir por espejos (no mostrado) y
similares. El haz se dirige después hacia el substrato 310' y el
espejo 322. El espejo 322 se coloca y se orienta así que una
porción del haz sea incidente en el espejo y se refleje en el
substrato y a fin de que una porción del haz incida directamente en
el substrato. Las dos porciones del haz se superponen y forman una
red de interferencia en la superficie del substrato. Como con el
sistema de división del haz anterior, las dimensiones de la red de
interferencia se pueden determinar por el ángulo entre las porciones
del haz durante la superposición y la longitud de onda de los
haces.
Otros medios para formar redes de interferencia
incluyen proyectar una red de interferencia generada remotamente
sobre el substrato. Por ejemplo, se puede formar una red de
interferencia por la difracción de uno o más haces de luz y después
proyectando adecuadamente las franjas en el substrato. En este caso,
las dimensiones de la red de interferencia en la superficie del
substrato dependen de la rejilla de difracción y cualquier aumento,
reducción, distorsión, filtración u otra modificación del tamaño o
la conformación de la red de interferencia antes de alcanzar el
substrato.
Se pueden dirigir dos o más series de redes de
interferencia con diferentes separaciones y/o diferentes patrones
y/u orientaciones, sobre el mismo substrato bien simultáneamente o
progresivamente. Esto puede permitir estructuras depositadas de
acuerdo con diferentes patrones para que se formen progresivamente o
simultáneamente sobre el mismo substrato. Esto se puede llevar a
cabo usando dos o más fuentes de radiación o series de fuentes de
radiación, teniendo cada una una longitud de onda diferente o usando
una o más fuentes de radiación que emitan cada una más de una
longitud de onda.
También se pueden modificar las redes de
interferencia por el uso de lentes y/o aberturas en el camino
óptico. Por ejemplo, las franjas de interferencia paralelas con un
periodo de modulación de frecuencia ("chirped") se pueden
formar colocando una lente cilíndrica en el camino de al menos un
haz, orientada la lente cilíndrica a fin de que su eje uniforme
esté paralelo a la superficie del substrato. Las redes de
interferencia de modulación de frecuencia ("chirped") son las
que tienen espaciamientos de las franjas que varían, por ejemplo
donde el espaciamiento entre las franjas se hace más pequeño con
cada franja sucesiva. La velocidad de la modulación de frecuencia
("chirp") de la red de interferencia (es decir, el porcentaje
de cambio en la separación para franjas sucesivas) se puede
controlar por uno o más de: cambiar la distancia focal de la lente
cilíndrica, cambiar la distancia entre la lente y el plano de
interferencia o colocar otra lente cilíndrica (de similar
orientación) en el camino del segundo haz.
También se pueden obtener franjas de
interferencia curvadas con separación uniforme usando una lente
cilíndrica en el camino de uno o más de los haces. Para conseguir
franjas curvadas, la lente cilíndrica se debería orientar a fin de
que su eje uniforme forme un ángulo distinto de cero y no
perpendicular con el eje normal de la superficie del substrato. Por
ejemplo, empezar con una orientación de la lente cilíndrica que
condujera a franjas de modulación de frecuencia ("chirped"),
después la lente se rota 90 alrededor de un eje paralelo a la
dirección de propagación del haz que pasa por la lente. En dicha
configuración, el radio de curvatura de la red de interferencia se
puede controlar por la distancia focal de la lente cilíndrica y la
distancia entre la lente y el substrato.
Se pueden colocar una o más lentes cilíndricas
y/o esféricas en el camino de uno o más de los haces para crear
franjas de interferencia que sean ambas curvadas y de modulación de
frecuencia. También se pueden usar lentes asféricas o acilíndricas
para generar patrones de franjas con diferentes perfiles de
modulación de frecuencia o curvados, cuando se compara con los que
resultan del uso de lentes cilíndricas
y esféricas.
y esféricas.
También se pueden usar elementos micro-ópticos
para permitir la formación simultánea de más de un tipo de red de
interferencia. Por ejemplo, un substrato transparente plano que
tenga en su superficie un prisma pequeño se puede colocar en el
camino de un haz para generar una pequeña región rectangular de
líneas de franja de interferencia paralelas que tengan una
periodicidad diferente que las franjas en la región circundante.
También se pueden usar microlentes y series de microlentes para
generar simultáneamente una pluralidad o una serie de pequeñas
regiones de franjas curvadas y de modulación de frecuencia, de una
manera similar a la descrita anteriormente.
Un elemento óptico de difracción
(alternativamente conocido en la bibliografía como un elemento
óptico holográfico o un holograma generado por ordenador) se puede
colocar en uno o más de los haces para crear un patrón de franja de
interferencia deseado. Un elemento óptico difractivo incluye un
perfil de relieve de superficies sobre un substrato transparente (o
reflectante) que modifica la fase óptica de un frente de onda
incidente. Dicho elemento difractivo se comporta como una lente que
tiene una conformación óptica aún controlable, arbitrariamente. La
profundidad de la estructura de relieve de la superficie
(típicamente, aunque no siempre, en el orden de una longitud de
onda óptica) permite que el elemento difractivo sea muy delgado y
(cuando se fabrique como un elemento óptico difractivo multinivel)
funcione con una eficacia de difracción mayor que 95% a la longitud
de onda designada. Además, la amplitud de la luz transmitida por un
elemento óptico difractivo transparente se puede modular. Por
ejemplo, se puede usar metal depositado en ciertas regiones sobre la
superficie del elemento difractivo para bloquear la luz, no creando
así de ese modo franjas de interferencia en la posición
correspondiente en el plano de interferencia.
Otros componentes ópticos no descritos
anteriormente también se pueden usar para modificar la conformación,
el tamaño, la orientación, el espaciamiento, etc. de la franja de
la red de interferencia.
Como se ha discutido, los métodos de la presente
invención se pueden usar para depositar preferentemente material
sobre un substrato para formar estructuras útiles para elementos
ópticos de rejilla de alambre que tengan dimensiones que
correspondan a una red de interferencia dirigida sobre el substrato.
Las estructuras depositadas pueden incluir una serie de líneas
paralelas uniformemente espaciadas, una serie de líneas paralelas
con separación variable, una serie de líneas curvas de separación
uniforme, una serie de líneas curvas de separación variable, un
patrón de rejilla (por ej., patrón de trama cruzada), un patrón de
puntos u otras combinaciones de patrones que se puedan formar sobre
una superficie por una red de interferencia o por dos o más redes de
interferencia solapadas o superpuestas. Las estructuras también se
pueden hacer con perfiles transversales simétricos o asimétricos
(como se discute además a continuación).
Después de la deposición preferente de acuerdo
con métodos de la presente invención, se pueden llevar a cabo otras
etapas para formar un artículo o dispositivo deseado. Por ejemplo,
se pueden llevar a cabo etapas posteriores de ataque químico y/o
etapas de deposición adicionales. La deposición preferente puede dar
como resultado alguna acumulación de material en áreas no deseadas
del substrato, aunque en menores cantidades comparado con el
material acumulado en las posiciones deseadas. En dichos casos, se
puede llevar a cabo una etapa posterior de ataque químico, por
ejemplo para reducir uniformemente el espesor del material
depositado por el substrato. Se puede llevar a cabo posterior
ataque químico para reducir la cantidad de, o para retirar
completamente, el material acumulado en áreas no deseadas mientras
se mantiene suficiente material depositado en las regiones
deseadas. De una manera similar, se puede usar una etapa de ataque
químico para grabar por ataque químico el substrato subyacente o
capas dispuestas en el mismo, mientras el material acumulado
preferentemente sobre el substrato actúa como una máscara de
grabado por ataque químico. El material acumulado preferentemente
puede permanecer entonces sobre el substrato o se puede retirar
para revelar un substrato modelado.
El material acumulado preferentemente también se
podría usar como molde para deposición adicional. Por ejemplo, se
podría depositar sobre un substrato una cantidad relativamente
pequeña de material conductor, de acuerdo con una red de
interferencia. Después, el material conductor modelado se puede usar
como una capa de siembra para la electrodeposición para formar un
patrón más espeso de material conductor. También se pueden combinar
etapas de deposición pospreferentes tales como las etapas
posteriores de ataque químico y las etapas de deposición
adicionales, para conseguir los resultados deseados. También se
puede desear realizar las etapas de deposición preferentes
adicionales usando el mismo red de interferencia para modelar
estructuras estratificadas usando diferentes materiales. Por
ejemplo, se puede depositar una capa aislante tal como un óxido de
acuerdo con una red de interferencia, seguido por la deposición de
un metal de acuerdo con la misma red de interferencia en la parte
de arriba del óxido. Otros procedimientos o variaciones similares de
los mismos también se pueden usar para formar patrones
superpuestos, estructuras estratificadas o conformaciones y patrones
más complicados.
Los métodos de la presente invención se pueden
usar para hacer patrones para muchas diferentes aplicaciones. Una
ventaja de los métodos de acumulación preferentes de la presente
invención es que es posible formar patrones de material sobre una
superficie del substrato donde las dimensiones y/o los
espaciamientos de las regiones modeladas son mucho más pequeños que
el tamaño del punto luminoso del láser u otra forma de radiación
electromagnética. Adicionalmente, se pueden hacer espaciamientos de
estructuras más pequeños que las longitudes de onda de luz visible,
por ejemplo. Debido a que las dimensiones de la red de interferencia
pueden ser del orden de, o más pequeñas que, las longitudes de onda
de luz visible, los patrones hechos de acuerdo con métodos de la
presente invención pueden ser especialmente útiles en muchas
aplicaciones ópticas incluyendo, pero no limitándose a, elementos
ópticos de rejilla de alambre tales como polarizadores de rejilla de
alambre, reflectores de rejilla de alambre y combinaciones de los
mismos. También se pueden hacer otros elementos ópticos tales como:
rejillas de difracción, tamices ópticos y similares. Los métodos de
modelado de la presente invención también se pueden usar como
estructuras intermedias en un procedimiento tal como cuando las
estructuras se usan como máscaras de ataque químico y/o capas de
siembra, como se discutió anteriormente.
Se pueden hacer reflectores y/o polarizadores de
rejilla de alambre usando métodos de la presente invención. Por
ejemplo, se puede formar una disposición periódica de líneas
metálicas paralelas sobre un substrato para hacer un polarizador de
rejilla de alambre. La teoría de los polarizadores de rejilla de
alambre es bien conocida. En general, cuando la luz no polarizada
incide en un polarizador de rejilla de alambre que presenta una
disposición periódica de alambres conductores paralelos, la rejilla
de alambre reflejará luz polarizada paralela a los alambres y
transmitirá luz polarizada perpendicular a los alambres. Esta
condición en general soporta longitudes de onda de luz que son
mucho mayores que el espaciamiento entre los alambres (la condición
se ha indicado con frecuencia como \lambda/5 \geq d
donde \lambda representa las longitudes de onda afectadas y d es
el espaciamiento de los alambres). Se pueden hacer reflectores de
rejilla de alambre por la formación de dos series de líneas
paralelas sobre la superficie del substrato, estando las series de
líneas paralelas típicamente mutuamente ortogonales.
Se pueden hacer dispositivos útiles por
combinación de polarizadores de rejilla de alambre con reflectores
de rejilla de alambre. Por ejemplo, se puede depositar un patrón de
reflector de rejilla de alambre cuadrado con dimensiones para
reflejar radiación infrarroja (por ej., usando espaciamientos de
alambre de aproximadamente 200 a 500 nm o más). En el mismo
substrato, se puede formar un patrón de rejilla de alambre lineal
que actúe como polarizador reflectivo en un intervalo de longitudes
de onda en el espectro visible (por ej., usando espaciamientos de
alambre de aproximadamente 50 a 100 nm o menos). Dichas estructuras
superpuestas se pueden usar para combinar funciones de polarización
de luz visible con protección al calor.
Como se mencionó anteriormente, los perfiles
transversales de estructuras depositadas preferentemente sobre un
substrato de acuerdo con la presente invención pueden ser simétricos
o asimétricos. Las estructuras asimétricas pueden ser útiles, por
ejemplo, en la formación de rejillas de difracción de llama. Se
pueden obtener estructuras asimétricas creando un perfil de
temperaturas asimétrico (por ej., inclinando la superficie del
substrato en relación con la red de interferencia), controlando la
dirección de deposición del material (por ej., por deposición
física de vapor de material usando un haz colimado dirigido al
substrato en el eje fuera de la perpendicular) por etapas
posdeposición tales como ataque químico o deposición de
recubrimiento de sombra o por otros métodos adecuados.
Aunque la presente invención se refiere
principalmente a la deposición de material dependiente de la
temperatura de acuerdo con un perfil de temperatura superficial que
corresponde a una red de interferencia electromagnética, también se
pueden usar las mismas redes de interferencia usadas para calentar
preferentemente substratos, para modelar capas de resina
fotosensible sin usar una máscara. Por ejemplo, se pueden hacer
polarizadores y/o reflectores de rejilla de alambre de la siguiente
manera. Se puede recubrir un substrato con una capa de material,
tal como un metal, adecuado para formar el dispositivo de rejilla de
alambre. Después se puede recubrir una capa de resina fotosensible
en el metal u otra capa. La resina fotosensible se puede exponer
después a una red de interferencia de cualquier manera adecuada como
se describió anteriormente. La resina fotosensible se puede
desarrollar después en áreas expuestas de la capa subyacente
coincidente con la red de interferencia. Las porciones expuestas de
la capa subyacente se pueden grabar por ataque químico después y
retirar la resina fotosensible restante para dejar un polarizador o
reflector de rejilla de alambre sobre el substrato. De una manera
análoga, también se pueden formar rejillas de alambre usando la
resina fotosensible como una máscara de deposición más bien que
como una máscara de ataque químico. Como se discutió anteriormente,
se pueden usar múltiples redes de interferencia de una o más fuentes
de radiación para exponer simultáneamente o progresivamente la
resina fotosensible a fin de que se puedan formar patrones
superpuestos en el ataque químico de la capa subyacente después del
modelado.
Serán evidentes diversas modificaciones y
cambios a esta invención para los expertos en la materia sin
apartarse del alcance de esta invención. Se debería entender que no
se desea que esta invención esté limitada excesivamente por las
realizaciones y los ejemplos ilustrativos expuestos en la presente
memoria y que dichos ejemplos y realizaciones se presentan a modo
de ejemplo sólo deseando que el alcance de la invención esté
limitado sólo por las reivindicaciones expuestas en la presente
memoria como sigue.
Claims (4)
1. Un método para depositar preferentemente
material sobre una superficie del substrato que comprende las
etapas de:
dirigir dos o más haces (200, 201; A, B)
electromagnéticos mutuamente coherentes sobre una región de la
superficie del substrato para formar una red (210) de interferencia
electromagnética que caliente preferentemente porciones de la
superficie del substrato de acuerdo con la red (210) de
interferencia de manera que se produzca un perfil de temperatura
superficial correspondiente, en el que se coloca una lente (304A,
304B, 320), cilíndrica, en el camino de al menos uno de los haces
electromagnéticos y depositándose selectivamente material sobre la
superficie del substrato de acuerdo con el perfil de temperatura
debido a la red (210) de interferencia por exposición del substrato
al material en la fase gaseosa, siendo el material capaz de
acumularse preferentemente en las áreas más calientes del perfil de
temperatura.
2. El método según la reivindicación 1, en el
que la red (210) de interferencia comprende una serie de franjas
paralelas con separación de modulación de frecuencia
("chirped").
3. El método según la reivindicación 1, en el
que la red (210) de interferencia comprende una serie de franjas
curvadas.
4. El método según la reivindicación 1, en el
que se coloca otra lente (304A, 304B, 320) cilíndrica en el camino
de otro de los haces (200, 201; A, B) electromagnéticos.
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