PEEK应用丨PEEK材料在CMP保持环上的应用与关键技术解析

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。

*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。