[發(fā)明專利]脆性材料亞表面損傷層微裂紋全息反演檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110270926.9
• 申請日: 2011-09-14
• 公開（公告）號: CN102426170A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王海容;關(guān)赪;張歡;張碧柯;蔣莊德
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料表面質(zhì)量檢測領(lǐng)域，特別涉及一種脆性材料亞表面損傷層微裂紋檢測方法。

背景技術(shù)

高精度(納米級)元件在技術(shù)方面涉及到超精密加工、精密檢測技術(shù)、光學(xué)和半導(dǎo)體領(lǐng)域，在應(yīng)用方面涉及到能源、空間、國防裝備、集成電路與MEMS等高端領(lǐng)域。隨著光學(xué)、微電子學(xué)、MEMS及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對元件所涉及的脆性材料表面質(zhì)量的要求越來越高，無論是高端光學(xué)元件，還是超大規(guī)模集成電路基體材料，均對表面完整性提出了很高要求，這就需要在加工過程中最大限度地保證高精度元件的加工質(zhì)量。

文獻“單晶硅片超精密加工表面/亞表面損傷檢測技術(shù)”(張銀霞，集成電路與元器件，2004，(No.7)：72-75)和文獻“陶瓷磨削機理及其對表面/亞表面損傷的影響”(朱洪濤，林濱，吳輝，于思遠(yuǎn)，王志峰，精密制造與自動化，2004，(No.2)：15-18.)提出亞表面損傷有破壞性和非破壞性兩類檢測方法，所研究對象主要為高精度(納米級)光學(xué)元件和半導(dǎo)體基體。破壞性檢測技術(shù)精度高，能夠直觀顯示亞表面損傷的深度、微裂紋分布等信息，但是操作繁雜、檢測周期長；非破壞性檢測手段不損害光學(xué)器件表面，但是對檢測硬件要求非常高，而且投資大、測量精度低。針對高精元件亞表面損傷層微裂紋三維分布的研究，文獻“The?effect?of?HF/NH4F?etching?on?the?morphology?of?surface?fractures?on?fused?silica”(L.Wong，T.Suratwala，M.D.Feit，P.E.Miller，R.Steele，Journal?of?Non-Crystalline?Solids，2009，Vol.355(No.13)：797-810)涉及美國勞倫斯利物摩爾國家實驗室的P.E.Miller等人建立正向腐蝕過程亞表面損傷層微裂紋演化模型，展示了隨腐蝕時間變化微裂紋不斷被暴露并放大的過程。但由于缺乏腐蝕后表面形貌量化表征方法，只能用于估算出亞表面損傷層深度信息和觀測微裂紋腐蝕后的三維形貌特征，還無法反映出亞表面損傷層腐蝕前微裂紋真實的分布特征。到目前為止，作為高精度元件表面質(zhì)量的重要指標(biāo)，亞表面損傷層微裂紋的相關(guān)檢測和表征方法停留在厚度的測量和某個切面微裂紋信息的表征，還沒有方法得到亞表面損傷層微裂紋的三維全息分布特征。

由此可見，檢測和表征亞表面損傷層微裂紋的三維全息分布特征對于獲得完整的工藝參數(shù)、提高材料表面光學(xué)性能、元件使用性能有著重要的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述背景技術(shù)所存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種脆性材料亞表面損傷層微裂紋三維全息反演檢測方法，構(gòu)建出一套適用于脆性材料亞表面損傷層微裂紋三維全息分布特征的表征體系；用于摸索各種材料在不同工藝參數(shù)條件下與亞表面損傷層微裂紋全息表征數(shù)據(jù)之間的規(guī)律。

為達到上述目的，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

一種脆性材料亞表面損傷層微裂紋全息反演檢測方法，其特征在于，包括下述步驟：

第一步，用超聲波清洗拋光后的被測脆性材料試樣并烘干，將被測脆性材料試樣放在HF酸腐蝕液中浸泡，記錄腐蝕速率，然后去除覆蓋在試樣亞表面損傷層上的拋光重積層，將亞表面損傷層微裂紋進一步暴露、放大，使試樣展現(xiàn)出亞表面損傷層三維復(fù)雜微觀形貌；

第二步，采用非接觸式光學(xué)測量儀對腐蝕后試樣的亞表面損傷層三維復(fù)雜微觀形貌進行測量：即將試樣基片放置到載物臺上，對其進行聚焦，通過非接觸式光學(xué)測量儀器探頭的移動，獲得試樣亞表面損傷層的三維圖像信息；

第三步，采用三角域上分形插值算法重構(gòu)試樣亞表面損傷層三維復(fù)雜微觀形貌數(shù)學(xué)模型：

(1)先將試樣亞表層損傷層的三維圖像信息選取若干實測數(shù)據(jù)點，這些數(shù)據(jù)點描述為(x_i，y_j，z(x_i，y_j))，其中i＝0，1，…，M；j＝0，1，…，N，即共有(M+1)×(N+1)個實測點，每個實測數(shù)據(jù)點的高度為z(x_i，y_j)；根據(jù)這些實測數(shù)據(jù)，獲得試樣亞表面損傷層的粗略三維形貌圖，每個實測數(shù)據(jù)對應(yīng)該三維形貌圖的一個節(jié)點；

(2)通過建立迭代函數(shù)系統(tǒng)IFS，采用三角域上分形插值算法，經(jīng)過若干次迭代后進行試樣亞表面損傷層腐蝕后三維復(fù)雜微觀形貌的重構(gòu)，得到重構(gòu)表面；