N N^3- , N₂ (g) OR NH₃ (g) (3-3)
سیال مورد استفاده در واکنشات مذکور آب می‌باشد. آب پیوندهای Si-O را شکسته و تبدیل به Si-OH (پیوندهای Si-O به صورت کامل، تر می‌شوند) می کند. Si(OH)₄ که به مراتب در آب محلول‌تر است می‌کند. از طرفی دیگر CeO₂ به علت واکنش شیمیایی و چسبیدن به سطح SiO₂ باعث تسهیل در جدا شدن این لایه محصول از روی قطعه‌کار می‌شود.
علت این واکنش را می‌توان چنین توصیف کرد که انرزی آزاد تشکیل CeO₂ کمتر از SiO₂ می‌باشد]۶[. لذا CeO₂ قادر به کاهش SiO₂ و ایجاد پیوند با سطح آن می‌باشد. اتصال بین ذره ساینده و سطح SiO₂ نیروی برشی اعمالی ذره ساینده را که منجر به کنده‌شدن قسمتی از لایه محصول را از روی قطعه‌کار می‌شود را افزایش می‌دهد. بنابراین ذرات ساینده مثل CeO₂ نرخ براده‌برداری بالایی نسبت به ذرات ساینده‌ای همچون الماس‌ها در این این روش از خود نشان می‌دهد. ازچنین رفتاری به عنوان خاصیت دندان شیمیایی ^[۱۲]هم یاد می‌شود که الماس‌ها و کاربیدها از خود نشان نمی‌دهند. بیشترین دانسیته ذرات کنده‌شده در قسمت جلوتر مسیر حرکت ذره ساینده و کمترین قسمت آن در پشت مسیر مذکور اتفاق می‌افتد. جدا شدن کامل زمانی رخ می‌دهد که تعدادی از Si(OH)₄ های به وجود آمده روی سطح توسط مکانیسم‌های متفاوتی از قبیل حرکت توربلانس محلول، جذب به روی ذره ساینده و تشکیل کلوخه‌های SiO₂معلق در محلول از روی قطعه‌کار جدا می‌شوند.

تاثیر شرایط محیطی پولیش‌کاری
طبق یافته‌های محققان یکی از موثرترین محلول‌های مورد استفاده در پروسه پولیش‌کاری شیمیایی-مکانیکی آب می‌باشد]۸[. آب نه تنها باعث تسهیل در واکنش‌های شیمیایی بین قطعه‌کار و ذرات ساینده می‌شود بلکه مستقیما در واکنش شیمیایی با Si₃N₄ شرکت می‌کند (هیدرولیز) که منجر به تشکیل SiO₂ در روی قطعه‌کار می‌شود.
Si₃N₄ +۶H₂O 3 SiO₂ + ۴NH₃ (۴-۳)
Si₃N₄ + ۶H₂O 3 SiO₂ + ۲N₂ (g) + 6H₂ (g) T>200 ºC (5-3)
محلول‌های پایه هیدروکربنی مثل نفت برای CMP مناسب نمی‌باشند. فیلم روغنی بین ذره ساینده و قطعه‌کار مانع هرگونه واکنش شیمیایی شده و عملکرد CMP را مختل می‌سازد.
در پروسه CMP نرخ پولیش‌کاری وابسته به اندازه دانه‌های ذرات ساینده نمی‌باشد بلکه به تعداد ذرات ساینده در واحد حجم محلول پولیش‌کاری بستگی دارد]۸[. بدین ترتیب که در غلظت‌های بالای ذرات ساینده، ذرات ریزتر مواد ساینده، نقاط تماس ذرات و قطعه‌کار را افزایش می‌دهند در نتیجه نرخ پولیش‌کاری با توجه به افزایش سطح تماس بهبود می‌یابد. در غلظت‌های کم تعداد ذرات در تماس با قطعه‌کار کمتر است که باعث کندتر شدن پروسه پولیش‌کاری می‌شود. به طور معمول در پروسه CMP غلظت ذرات ساینده معمولا بین ۳% الی ۵% حجم وزنی محلول را تشکیل می‌دهند. این محدوده غلظتی تا حدی که بتوان از اثرات برخورد میان ذرات صرف نظر کرد مناسب می‌باشد.
SiO₂حاصله که روی ساچمه‌ها تشکیل می‌شود یک لایه عایق در برابر پروسه CMP می‌باشد لذا جداکردن این لایه توسط عوامل سینیماتیکی برای ادامه پروسه امری ضروری می‌باشد. واکنش‌های شیمیایی در CMP زمانی به طور پیوسته ادامه خواهد یافت که لایه‌های SiO₂به طور مداوم و به کمک رفتارهای مکانیکی از روی قطعه‌کار کنده شوند. در نتیجه لازم است که سختی مواد ساینده بزرگتر از سختی SiO₂ باشند.
فصل ۴
طراحی
تجهیزات آزمایشات
مقدمه
در این فصل به طراحی تجهیزات مورد نیاز برای انجام پولیش‌کاری ساچمه‌ها پرداخته خواهد شد. با توجه به مطالب ارائه شده در فصول قبلی می‌توان طراحی‌های لازم را به دو دسته کلی زیر تقسیم‌بندی نمود:
تجهیزات مکانیکی
تجهیزات الکتریکی
تجهیزات مکانیکی
تجهیزات مکانیکی مورد نظر شامل:
محفظه آهن‌ربا
اسپیندل
دیواره
صفحه معلق
نوار لاستیکی
محفظه آهن‌ربا
اندازه ابعادی این محفظه کاملا بستگی به ابعاد آهن‌ربای مورد استفاده دارد. با توجه به طراحی آهن‌ربای الکتریکی در ادامه ارائه خواهد شد طراحی این محفظه انجام می‌شود. با توجه به اینکه آهن‌ربای الکتریکی در داخل این محفظه قرار می‌گیرد لذا تلفات میدان مغناطیسی ناشی از این محفظه باید تا حد امکان مینیمم گردد و آلومینیم یکی از مناسبترین گزینه‌ها برای این منظور می‌باشد. ضخامت دیواره‌ها و مخصوصا قسمت فوقانی محفظه باید کمترین حد ممکن باشند. برای نگه داشتن محکم آهن‌ربا در داخل محفظه درپوشی برای این منظور لازم می‌باشد. جنس این درپوش از جنس محفظه می‌باشد. این درپوش به کمک چهار عدد پیچ به قسمت تحتانی محفظه بسته می‌شود. محفظه‌ آهن‌ربای الکتریکی بدین سان که در شکل(۱-۴) ارائه شده است طراحی گردید:

الف)درپوش محفظه ب)محفظه
شکل(۱-۴): الف)درپوش محفظه، ب)محفظه
اسپیندل
اسپیندل یکی از قسمت‌های مهم مورد نیاز می‌باشد چرا که نیروی محرکه مورد نیاز جهت پروسه پولیش‌کاری از طریق اسپیندل به ساچمه‌ها منقل می‌گردد. از آنجایی که بخش بزرگی از اسپیندل در طول پروسه پولیش‌کاری درون محلول ساینده قرار می‌گیرد لذا جنس اسپیندل از فولاد ضد زنگ در نظر گرفته شد. طراحی انجام یافته برای اسپیندل در شکل(۲-۴) ارائه گردیده شده است:

شکل(۲-۴): اسپیندل
دیواره
با
توجه به نوع طراحی محفظه، برای نگهداری محلول ساینده و انجام پروسه پولیش‌کاری دیواره‌ای مورد نیاز خواهد بود. به عبارت دیگر طراحی دیواره و قسمت فوقانی محفظه آهن‌ربای الکتریکی به صورت نر و ماده گی می‌باشد. این نوع طراحی برای به حداقل رساندن تلفات مغناطیسی در نظر گرفته شده است. برای سهولت در اجرای آزمایشات این دیواره از جنس طلق در نظر گرفته شد. طراحی دیواره در شکل(۳-۴) ارائه گردیده شده است:

شکل(۳-۴): دیواره
صفحه معلق
برای اینک ساچمه‌ها درون محلول ساینده حرکت منظمی داشته و توسط اسپیندل حرکت داده شوند به صفحه معلقی درون محلول نیاز می‌باشد. از آنجایی که سبک بودن این صفحه یک پارامتر بسیار مهم ممی‌باشد لذا نمی‌توان آن را از جنس فلزی انتخاب نمود. لدا این صفحه از جنس اکریلیک در نظر گرفته می‌شود. ابعاد این صفحه هم بستگی به ابعاد دیواره دارد. طراحی این صفحه در شکل (۴-۴) ارائه گردیده شده است:

شکل(۴-۴): صفحه معلق اکریلیکی
نوار لاستیکی
برای اینکه ساچمه‌ها بتوانند درون محلول چرخانده شوند باید سه نقطه تماس داشته باشند. دو نقطه مورد نیاز از طریق اسپیندل و صفحه معلق تامین می‌گردد. جهت تامین نقطه سوم نیاز به دیواره می‌باشد. از آنجایی که دیواره از جنس طلق در نظر گرفته شده است برای جلوگیری از سایش دیواره یک نوار لاستیکی در قسمت پایینی دیواره و قسمت قرارگیری ساچمه‌ها چسبانده می‌شود. شماتیکی از این نوار لاستیکی در شکل زیر ارائه گردیده شده است:
شکل(۵-۴): نوار لاستیکی
شماتیک کلی تجهیزات مکانیکی به صورت مجموعه مطابق شکل ذیل می‌باشد:

شکل(۶-۴): مدل مونتاژ شده تجهیزات مکانیکی
تجهیزات الکتریکی