ارتقاء نانومتری صافی سطح ساچمه های سیلیکون نیتراید (Si3N4) با استفاده از پرداختکاری شیمیایی- مکانیکی (CMP)

پرداختکاری شیمیایی- مکانیکی (CMP)، یکی از روش های پرداختکاری نانومتری ساچمه ها و ویفرهای غیرفلزی، مانند ساچمه های سیلیکون نیتراید و انواع سرامیک ها می باشد. در این فرآیند، ذرات ساینده (ZrO2, CeO2, Fe2O3) که سختی کمتری نسبت به قطعه کار دارند، در سیالی غوطه ور هستند. در همین حالت، قطعه کار با سیال پایه (آب، هوا، آب اکسیژنه و یا روغن) واکنش شیمیایی داده و یک لایه نازک سیلیکا (SiO2) روی سطح قطعه کار ایجاد می شود. برداشت لایه نازک اکسیدشده، توسط ذرات ساینده، در نتیجه این واکنش، به راحتی از سطح قطعه کار انجام می گیرد. عوامل موثر در پرداختکاری شیمیایی- مکانیکی شامل 1- غلظت ذرات ساینده، 2- سرعت دوران کله گی ماشین فرز، 3- زمان پرداختکاری و 4- نوع ذرات ساینده است که با تغییر هر کدام، عواملی مانند 1- زبری سطح، 2- کرویت و 3- نرخ براده برداری تغییر می کند. در تحقیق حاضر، برای پرداخت شیمیایی- مکانیکی ساچمه های سیلیکون نیتراید، دستگاهی آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد و جمعا 24 آزمایش برای بررسی فاکتورهای ذکر شده بر صافی سطح قطعه کار و نرخ برداشت ماده، با نرم افزار Minitab، طراحی و انجام گردید. برای هر کدام از فاکتورها، دو سطح تنظیم شد و پس از آنالیز واریانس نتایج تجربی، معادله های رگرسیون برای صافی سطح و نرخ برداشت ماده بدست آمد. در آزمایش های انجام شده، با استفاده از هر سه ذره ساینده، با افزایش زمان پرداختکاری، سرعت دوران کله گی ماشین فرز و غلظت ذرات ساینده، میزان برداشت ماده بیشتر شده و کیفیت سطح نیز بهبود یافت. ریخت شناسی زبری سطح با استفاده از طیف نمائی پرتو ایکس مطالعه شد. هم چنین، امکان پذیری انجام واکنش های شیمیایی توسط معادله انرژی آزاد گیبس بررسی گردید. درنهایت، راه کارهایی برای پرداخت بهینه ساچمه های سرامیکی با توجه به شرایط آزمایشگاهی و آنالیز واریانس پیشنهاد شد. مقایسه نتایج تجربی نشان داد که زبری سطح ساچمه های پرداخت شده توسط ذرات ساینده Fe2O3  به مراتب بهتر از دو ساینده دیگر است(Ra= 69 nm).