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

پرداختکاری شیمیایی- ­مکانیکی (CMP)، یکی از روش­های پرداختکاری نانومتری ساچمه­ها و ویفرهای غیرفلزی، مانند ساچمه­های سیلیکون نیتراید و انواع سرامیک­ها می­باشد. در این فرآیند، ذرات ساینده (ZrO2, CeO2, Fe2O3) که سختی کمتری نسبت به قطعه­کار دارند، در سیالی غوطه­ور هستند. در همین حالت، قطعه­کار با سیال پایه (آب، هوا، آب اکسیژنه و یا روغن) واکنش شیمیایی داده و یک لایه نازک سیلیکا (SiO2) روی سطح قطعه­کار ایجاد می­شود. برداشت لایه نازک اکسیدشده، توسط ذرات ساینده، در نتیجه­ این واکنش، به­راحتی از سطح قطعه­کار انجام می­گیرد. عوامل موثر در پرداختکاری شیمیایی- مکانیکی شامل 1- غلظت ذرات ساینده، 2- سرعت دوران کله­گی 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 براده­برداری تغییر می­کند. در تحقیق حاضر، برای پرداخت شیمیایی- مکانیکی ساچمه­های سیلیکون نیتراید، دستگاهی آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد و جمعاً 24 آزمایش برای بررسی فاکتورهای ذکر شده بر صافی سطح قطعه­کار و نرخ برداشت ماده، با نرم­افزار Minitab، طراحی و انجام گردید. برای هر کدام از فاکتورها، دو سطح تنظیم شد و پس از آنالیز واریانس نتایج تجربی، معادله­های رگرسیون برای صافی سطح و نرخ برداشت ماده بدست آمد. در آزمایش­های انجام شده، با استفاده از هر سه ذره ساینده، با افزایش زمان پرداختکاری، سرعت دوران کله­گی ماشین فرز و غلظت ذرات ساینده، میزان برداشت ماده بیشتر شده و کیفیت سطح نیز بهبود یافت. ریخت­شناسی زبری سطح با استفاده از طیف­نمائی پرتو ایکس مطالعه شد. هم­چنین، امکان­پذیری انجام واکنش­های شیمیایی توسط معادله انرژی آزاد گیبس بررسی گردید. درنهایت، راه­کارهایی برای پرداخت بهینه ساچمه­های سرامیکی با توجه به شرایط آزمایشگاهی و آنالیز واریانس پیشنهاد شد. مقایسه نتایج تجربی نشان داد که زبری سطح ساچمه­های پرداخت­شده توسط ذرات ساینده Fe2O3  به مراتب بهتر از دو ساینده دیگر است(Ra= 69 nm).