[发明专利]一种基于散射原理对不透明固体材料内部微/纳米级体缺陷的检测方法

说明书

本发明涉及材料内部微/纳米级体缺陷的检测，属无损检测领域。

在材料内部微体缺陷的检测中，针对透明固体材料(如玻璃)内部微体缺陷的检测方法较多，也较为成熟，如光学散射法就是近年来发展十分迅速的一种检测方法；而针对不透明固体材料(如半导体工业中最为常用的硅材料)内部微体缺陷的检测，除透射分析电镜外，目前尚无有效途径。透射分析电镜一般仅适用于缺陷密度较高的样品的检测，且需要进行耗时很多，难度很大的样品的减薄制备(一般采用离子溅射减薄方法。将具有超晶格或多层膜的区域减薄到电子可以透射的程度)，不仅测量复杂，而且对样品具有破坏性，不能满足无损检测的要求。为此需要发展出一种能够对不透明材料内部微体缺陷进行无损检测的新方法。

目前光学散射法检测透明固体材料内部微体缺陷的具体方法主要有以下两种：

如图1和图2所示。图1的方法中，激光器(1)发出高斯光，经小孔(2)空间滤波后，进入聚焦系统(3)会聚成一焦点大小只有几个微米或十几个微米的微光束。此微光束打入被测透明固体材料(4)内部，通过移动被测材料实现焦点对其内部各层面的扫描，当被测材料(4)内部有缺陷存在时，就产生散射光，放在整个光学系统主光轴上的图象传感器(5)接收透射的散聚光。图2的方法中，激光器(6)、小孔(7)及聚焦系统(8)所处的位置皆与图1相似，但是在聚焦系统后，在聚焦系统(8)与被测透明固体材料(9)间却放置了一半反半透镜(10)，当透明被测材料内部有缺陷存在时，由缺陷产生的后向散射光就会有一部分经过半反半透镜(10)被图象传感器(11)接收，由此可判断出材料内部有无缺陷及缺陷的大小。

在图1所示的方法中，图象传感器(5)上接收到的信号是入射光与散射光的叠加。这样当被检测透明固体材料(4)内部存在小于1微米的缺陷时，就会出现由于缺陷造成的散射光极弱而入射光很强，图象传感器(5)上接收到的有用散射光信号被淹没在极强的入射光背景噪声中，从而无法对小于1微米的体缺陷进行检测。为此图1所示的方法其分辨率不超过1微米。

图2所示的方法避免了图1中由于入射光直接进入图象传感器而对散射光信号造成的影响。但是在这种方法中，由于聚焦激光束会在透明材料的表面发生反射，仍会有一部分入射光进入图象传感器与散射光叠加，造成在体缺陷小于1微米时反射光信号淹没了散射光，无法检测小于1微米的缺陷。

本发明的目的是提供一种能够以高分辨率对不透明固体材料内部微/纳米级缺陷进行检测的方法。

本发明的检测方法是(见图3)：选用针对被检测材料透明或半透明的光源(12)(激光器)；由光源(12)(激光器)发出波长为0.8～11.6μm的光束经小孔(13)空间滤波后，进入聚焦系统(14)聚为一微细光束，将此微细光束打入被测材料(15)内部，通过三维超精密工作台(16)移动被测材料(15)，实现聚焦激光束焦点对材料内部各层面的扫描；将图象传感器(17)放在与出激光器(12)、小孔(13)及聚焦系统(14)构成的光轴垂直的方向上接收散射光，由散射光分布可判断材料内部有无缺陷及缺陷的大小等。

根据瑞利散射定律及米氏理论，当任一直径的粒子被线偏振的光Io照射时，会以该粒子为散射中心发出散射光，且散射光强I的大小与粒子直径及散射角θ有关。于是当粒子直径不同时，在相同的散射角范围内，散射光强的分布就会有差异，同样当粒子直径相同时，在不同的散射角处其散射光强不同。且可按理论公式汁算出各种直径的粒子，在不同散射角处的散射光强值，可得到相应的I-θ曲线。如图4～7所示的I-θ曲线。