Estudio de diferentes métodos de integración numérica. Aplicación en la caracterización de superficies mediante deflectometría óptica y un sensor de Shack-Hartmann

Abstract

Con el cambio del siglo XX al XXI, la importancia de las tecnologías ópticas, como herramientas esenciales para otras ciencias, está llamando la atención en diferentes ámbitos científicos y económicos. El desarrollo de técnicas relacionadas con la imagen óptica aparece en diferentes puntos de vista como por ejemplo, la tecnología de la información y de las comunicaciones, la salud humana y las ciencias de la vida, los sensores ópticos y nuevas lámparas para una mejora en el consumo de energía, el desarrollo de equipos destinados a procesos de fabricación en la industria, etc. Las aplicaciones en la industria han tenido un gran impacto económico: por ejemplo, todos los circuitos integrados de semiconductores que se producen en el mundo se fabrican mediante litografía óptica. El desarrollo de la industria de semiconductores ha dado un impulso a la investigación básica y al desarrollo de técnicas ópticas: la disminución de los tamaños en la fabricación implica la exigencia de nuevos materiales, nuevos componentes ópticos, nuevas fuentes de iluminación. En la actualidad, la mayoría de la población europea es usuaria de la Tecnología de la Información y de la Comunicación (del inglés, "Information Communication Technology"), por ejemplo a través de ordenadores personales, telefonía móvil, electrónica empleada en medicina, internet, control de robots inteligentes, detección de obstáculos para la guía de un vehículo,. y la calidad de este tipo de productos aumenta considerablemente cada pocos años para un mismo precio (un factor ~2 cada 3 años). La base de tal progreso se debe, en gran parte, al rápido progreso en la calidad de los componentes que se emplean en esta ICT, como por ejemplo, los circuitos integrados y su conexión con otros dispositivos. La industria semiconductora se está preparando para promover una reducción del detalle más pequeño en los circuitos integrados, por debajo de los 130 nanómetros. Tal reducción requiere una evaluación de la ausencia de gradientes ondulatorios y abruptos con una precisión de 10 nanómetros para el caso particular de obleas de 300 milímetros de diámetro. El diámetro actual standard de las obleas es de 200 milímetros aunque actualmente ya se están produciendo obleas de 300 milímetros y el objetivo es fabricar obleas todavía más grandes. Además, la velocidad de procesado aumentará hasta 100 obleas por hora. Así, el control en la producción y pulido de obleas requiere una instrumentación para la medición rápida de la topografía tridimensional que en la actualidad, no está disponible técnicamente. Otro de los problemas que aparece en la industria semiconductora concierne a los substratos que forman las obleas. La tecnología actual permite producir detalles muy pequeños mediante procesos litográficos. Esto exige mayores requerimientos en la planitud de las obleas sobre las que se depositan repetidamente circuitos integrados. El problema consiste en que la inspección de la planitud requiere mucho tiempo, varias horas para una única oblea. Otro de los problemas con los que se encuentra la industria semiconductora es el procesado de las obleas. Después de la deposición de cada substrato, se neutraliza depositando una capa muy delgada de SiO2. Antes de la siguiente deposición, la oblea se somete a procesos de pulido químicos y mecánicos para conseguir de nuevo la planitud deseada. Se trata de un proceso lento que aumenta el coste de producción. Sin embargo, en un futuro inmediato se fabricarán obleas de 450 mm de diámetro mientras que las actuales son de 200 mm; de forma que se podrán depositar más circuitos integrados ganando tiempo y reduciendo el coste de producción. La situación es similar en otros campos, como por ejemplo, los dispositivos de cristal líquido: en la línea de producción se requiere un rápido control de la topografía tridimensional de dichos cristales, que tampoco está disponible en la actualidad. En este caso las dimensiones pueden llegar a ser de 1m por 1m.