在半导体制造过程中,CMP(Chemical Mechanical Polishing,化学机械研磨)工艺至关重要。
CMP保持环作为该工艺中的关键耗材,对晶圆起到固定、支撑的作用。随着工艺复杂度提升,对保持环材料的性能要求也日益严苛。
聚醚醚酮(PEEK)因其卓越的耐高温性、化学惰性、高机械强度及超低污染特性等优势,正成为高端CMP保持环的理想选择。本文将解析CMP保持环的技术要点,并重点探讨PEEK在其中的先进应用。

*上述PEEK应用领域所列的应用范围为PEEK的常规应用范围,中研PEEK的应用情况以官方披露信息为准。
一、什么是CMP保持环?
CMP(Chemical Mechanical Polishing),化学机械研磨,也可被叫做Chemical Mechanical Planarization化学机械平坦化,是一种结合化学腐蚀和机械抛光的关键工艺,用来移除晶圆表面多余/不规则的介质层,以达到晶圆表面高精度的平整化。
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*上述PEEK应用领域所列的应用范围为PEEK的常规应用范围,中研PEEK的应用情况以官方披露信息为准。
CMP通常会在半导体制造中被频繁应用,通过CMP可进行多种表面介质的移除(氧化硅/钨/铜 等)。
CMP工艺会使用到研磨液(Slurry)、研磨/抛光垫(Pad)、抛光垫修整器(Pad Conditioner)、CMP保持环(CMP Retaining Ring)、隔膜(Membrane)等等耗材。
二、CMP保持环的作用
*上图仅为模拟演示用途,不代表实际场景,具体以实际情况为准。
CMP保持环是一种环状构件,安装在研磨头组件上,起到以下核心作用:
固定晶圆/FUNCTION
在抛光过程中,保持环将晶圆固定在抛光头内,防止晶圆在高速旋转和压力作用下发生偏移或滑动,确保晶圆位置的相对稳定性。
改善边缘效应,提升均匀性/ FUNCTION
通过设计及工艺调整,保持环能够有效防止晶圆边缘因受压而出现“过磨”现象,确保晶圆表面的均匀抛光,提高良率。
保护晶圆边缘/ FUNCTION
在抛光过程中,保持环可以一定程度上对晶圆边缘提供缓冲和保护,避免产生崩边或裂纹。
CMP保持环的精度与性能,直接影响晶圆研磨质量,是决定良率和工艺稳定性的关键因素之一。
三、CMP保持环所面临的挑战
CMP工艺对保持环提出了严苛的使用环境要求,其面临的主要挑战包括:
1.严苛的机械负载
高压摩擦环境/ ENVIRONMENT
保持环需施加比晶圆更高的下压力,以防止晶圆飞脱,同时承受与研磨垫的高速摩擦。
动态磨损 / ENVIRONMENT
晶圆边缘与保持环持续在工艺过程中发生碰擦,保持结构的完整性与避免损耗对材料的性能发起了严峻的考验。
结构稳定性要求 / ENVIRONMENT
保持环的刚性(抗变形)与韧性(抗冲击)需平衡,以避免因应力集中导致崩裂或尺寸漂移。

*上图仅为模拟演示用途,不代表实际场景,具体以实际情况为准。
2.化学腐蚀环境
一片晶圆从空白到布满器件和电路需要经过多次CMP制程,其需要研磨的材料会有所不同。本文将列举以下常见的三种研磨浆料。
CMP工艺通常被应用在硅片制造工艺流程以及半导体/IC制造工艺流程中。随着封装技术的发展,CMP也在部分的后道封装工艺流程中被应用。
CMP保持环的性能要求一览

四、PEEK材料的应用优势
随着制程演进,传统材料已难以满足高端CMP应用需求。PEEK材料以其高综合性能,正在成为新一代保持环的核心用材。其关键优势包括:
在某些高压/高温/高机械研磨的CMP工艺中,PEEK保持环的使用寿命甚至可以达到传统材质的数倍。
五、保持环的结构类型和市场趋势
*上述PEEK应用领域所列的应用范围为PEEK的常规应用范围,中研PEEK的应用情况以官方披露信息为准。
目前常见的CMP保持环主要分为两种结构形式:
1.贴片式保持环
高性能塑料贴片通过胶粘固定在金属基环上。工艺成熟、加工灵活,但存在金属外露和胶粘剂污染风险。
2.包覆式保持环
采用高性能塑料整体注塑包覆金属环,外观无金属裸露,无粘结界面污染,更适合高洁净制程,正逐步被客户验证及接受。
两种结构在市场中均有广泛应用,且皆可使用PEEK材料制备。随着客户对洁净度与一致性要求提升,包覆式保持环的增长潜力正快速释放。
六、CMP保持环PEEK解决方案
CMP保持环的性能离不开优质原材料的支持,对聚合物的纯度、稳定性、加工性能要求极高。
中研股份770G纯树脂颗粒经过长期市场验证,在CMP保持环应用中表现优异。
*上述PEEK应用领域所列的应用范围为PEEK的常规应用范围,中研PEEK的应用情况以官方披露信息为准。
它具有出色的熔体稳定性,确保长时间连续稳定加工,适合用于精密注塑成型,能够加工复杂结构件。其主要优势包括:
//高纯净度,降低黑点及杂质的可能性
//优异的韧性与抗冲击性能,适合承受高压摩擦
//高尺寸稳定性与标准流动性,加工性优异
//电气、化学、阻燃性能优异,可支持多种制程需求
//支持定制化配方与改性方案,满足客户特定应用挑战
七、结语
随着半导体制程的持续升级,CMP保持环作为制程控制的重要一环,正面临更高的材料与结构挑战。PEEK材料凭借其在高性能工程塑料中的优势地位,正加速成为高端CMP耗材的优选用材。
