1.本发明属于半导体加工技术领域，涉及一种化学机械研磨用保持环及其粘接方法。
背景技术：
2.化学机械研磨是半导体制造领域中的一种主流表面平坦化方法，亦可称之为化学机械抛光，对于控制晶圆表面厚度的均匀性至关重要，在化学机械抛光时，抛光头夹持着晶圆，并将晶圆压紧在抛光垫上。由于晶圆制备的精细化要求以及晶圆直径的不断增大，容易在晶圆边缘形成过度研磨现象，因而通常在晶圆外添加一个保持环，保持环能够起到容纳和定位晶圆的作用；基于保持环的使用环境，其需要具有较高的强度和良好的耐磨性。
3.现有的保持环通常是采用粘接剂将刚性材料环和弹性材料环粘接在一起形成，该种结构的粘接面积较小，造成两者间的结合强度不足，容易在使用过程中出现脱胶现象；同时由于两部分结构的材质选择，与粘接剂之间难以快速结合，耗时较长，造成保持环的生产效率较低。
4.cn 214322993u公开了一种保持环，所述保持环包括刚性环和弹性环，所述刚性环包括第一粘结面，在所述第一粘结面上径向分布有至少2个环形凹槽；所述弹性环包括第二粘结面，在所述第二粘结面上径向分布有与环形凹槽的相匹配的环形凸起；所述第一粘结面上设置第一喷砂层，所述第二粘结面上设置第二喷砂层，所述第一粘结面与第二粘结面通过粘结剂紧贴固定。该专利主要介绍了保持环两部分结构粘接面的结构特征，通过环形凹槽和凸起的匹配关系，增加接触面积，但对于保持环的粘结工艺并未明确。
5.cn 111823131a公开了一种半导体化学机械研磨用保持环的粘接结构，所述粘接结构包括相互粘接的第一环体和第二环体，所述第一环体的粘接面的横截面为l型，所述第一环体的粘结面上间隔设置有凹槽，所述第二环体的粘接面与所述第一环体的粘接面相互配合。该专利同样是对环体的结构进行改进，以增强其粘接强度，防止产品使用过程中错位或脱胶，但对于粘接工艺过程并未公开，无法明确其在产品生产中的作用。
6.cn113352231a公开了一种化学机械抛光保持环及其加工方法，该加工方法包括以下步骤：粘结待加工保持环与背板，得到待加工组合件；固定所得待加工组合件并进行找正处理；对所得找正处理后的待加工组合件进行铣削处理；其中，所述待加工保持环的材质为碳纤维增强聚醚醚酮。该方法通过保持环材料的选择，避免加工过程中发生断裂现象，有助于提高使用寿命，但对于粘结工艺并未具体介绍，而是着重强调了组合件的铣削处理，侧重点不同。
7.综上所述，对于化学机械研磨用保持环的粘接过程，还需要选择合适的组合工艺，以提高保持环的粘接强度，并提高生产效率。
技术实现要素：
8.针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种化学机械研磨用保持环及
其粘接方法，所述方法通过对保持环的两部分结构进行喷砂、清洗等前处理工艺，调节其表面性能，再经涂抹粘接剂后扣合固定，调节粘接工艺参数，缩短粘接时间，提高生产效率，并保持较高的粘接强度，扩展其应用范围。
9.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
10.本发明提供了一种化学机械研磨用保持环的粘接方法，所述粘接方法包括以下步骤：
11.(1)将保持环的两部分结构的表面进行喷砂处理，然后进行清洗；
12.(2)将步骤(1)处理后的保持环的两部分结构的粘接面上涂抹粘接剂，然后将两者的粘接面扣合并固定；
13.(3)将步骤(2)固定后的保持环进行加热固化，得到粘接后的保持环。
14.本发明中，根据保持环的应用环境，在化学机械研磨时，上、下表面分别与抛光头、研磨垫接触，对材质有不同的要求，因而保持环采用两部分结构上下组装而成，两部分结构材质不同，难以自然粘接，因此需要采用相应的粘接方法；本发明中先对待粘接的两部分结构进行喷砂处理，以增加表面粗糙度和比表面积，有助于后续的粘接，经过清洗后保证表面清洁，在粘接面上涂抹粘接剂，将两者的粘接面扣合并固定，避免在粘接剂固化前造成两者相对位置的移动，通过对粘接的温度等工艺参数的调节，在保证粘接强度的条件下显著减少粘接时间，提高保持环的生产效率，保证保持环的生产合格率。
15.以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
16.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述的保持环包括金属环和非金属环两部分结构。
17.优选地，所述金属环的材质包括不锈钢和/或铝合金，其中铝合金可选择镁铝合金等。
18.优选地，所述非金属环的材质包括聚苯硫醚、聚四氟乙烯或聚醚醚酮中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：聚苯硫醚和聚四氟乙烯的组合，聚四氟乙烯和聚醚醚酮的组合，聚苯硫醚、聚四氟乙烯和聚醚醚酮的组合等。
19.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述喷砂处理所用砂粒的平均粒径为24～46目，例如24目、30目、35目、40目或46目等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20.优选地，步骤(1)所述喷砂处理采用转盘带动金属环或非金属环转动，喷嘴保持不动的方式。
21.优选地，所述转盘的转速为300～600r/min，例如300r/min、360r/min、420r/min、480r/min、540r/min或600r/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.优选地，所述喷砂处理的时间为15～30s，例如15s、18s、20s、25s或30s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23.优选地，步骤(1)所述喷砂处理后表面粗糙度ra为4～8μm，例如4μm、5μm、6μm、7μm或8μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.本发明中，所述喷砂处理主要是为了调节粘接面的表面粗糙度，增大其表面积，从
而增加粘接剂与粘接表面的接触面积，提高固化后的粘接强度。
25.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述清洗采用有机溶剂进行。
26.优选地，所述有机溶剂包括乙醇、异丙醇或丙酮中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：乙醇和异丙醇的组合，异丙醇和丙酮的组合，乙醇、异丙醇和丙酮的组合等。
27.优选地，步骤(1)所述清洗后进行吹扫干燥。
28.作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述保持环的粘接面为金属环和非金属环的上表面或下表面。
29.优选地，步骤(2)所述涂抹的方式为喷涂或涂覆。
30.优选地，步骤(2)所述粘接剂包括环氧树脂、丙烯酸或聚氨酯中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：环氧树脂和丙烯酸的组合，丙烯酸和聚氨酯的组合，环氧树脂、丙烯酸和聚氨酯的组合等。
31.作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述粘接面扣合时，非金属环位于上方。
32.优选地，步骤(2)所述固定为采用夹具将金属环和非金属环的相对位置固定。
33.优选地，所述夹具固定保持环的同时在轴向上施加压力，保证粘接剂在扣合的粘接面之间均匀分布。
34.优选地，所述夹具施加的压力大小为50～150n，例如50n、60n、80n、100n、120n或150n等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
35.本发明中，所述金属环和非金属环的固定采用夹具进行，将夹具夹持于保持环的上方与下方，并采用螺丝将上下夹具固定，使之能够向保持环施加轴向压力，将粘接剂压平并在粘接面之间均匀分布；夹具施加的压力也不宜过大，否则会将粘接剂大量挤出，从而影响粘接强度；其中螺丝采用强力扳手拧紧，扭力的大小为10～15n，例如10n、12n、14n或15n等。
36.同时，本发明中通过对粘接温度等参数的调节，可显著减少粘接时间，从而减少夹具的占用时间，提高夹具的使用效率。
37.作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述加热固化在烘箱中进行。
38.优选地，所述加热固化时，保持环和夹具共同置于烘箱中。
39.优选地，步骤(3)所述加热固化的温度为55～65℃，例如55℃、56℃、58℃、60℃、62℃、64℃或65℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
40.优选地，步骤(3)所述加热固化的时间为2～4h，例如2h、2.5h、3h、3.5h或4h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
41.本发明中，所述加热固化温度的选择与粘接剂种类的选择有关，粘接温度不宜过高，否则会造成粘接剂膨胀，金属环和非金属环被顶开，影响保持环的粘接。
42.作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述加热固化时的气氛为空气。
43.优选地，所述加热固化完成后，取出保持环和夹具，并拆卸掉夹具，得到粘接后的保持环。
44.作为本发明优选的技术方案，所述粘接方法包括以下步骤：
45.(1)将保持环的两部分结构的表面进行喷砂处理，所述保持环包括金属环和非金
属环两部分结构，所述喷砂处理所用砂粒的平均粒径为24～46目，所述喷砂处理采用转盘带动金属环或非金属环转动，喷嘴保持不动的方式，转盘的转速为300～600r/min，喷砂处理的时间为15～30s，喷砂处理后表面粗糙度ra为4～8μm，然后采用有机溶剂进行清洗，清洗后进行吹扫干燥；
46.(2)将步骤(1)处理后的保持环的两部分结构的粘接面上涂抹粘接剂，所述保持环的粘接面为金属环和非金属环的上表面或下表面，所述粘接剂包括环氧树脂、丙烯酸或聚氨酯中任意一种或至少两种的组合，然后将两者的粘接面扣合并固定，所述粘接面扣合时，非金属环位于上方，所述固定为采用夹具将金属环和非金属环的相对位置固定，同时夹具在轴向上向保持环施加压力，保证粘接剂在扣合的粘接面之间均匀分布，施加压力的大小为50～150n；
47.(3)将步骤(2)固定后的保持环进行加热固化，所述加热固化在烘箱中进行，保持环和夹具共同置于烘箱中，所述加热固化的温度为55～65℃，时间为2～4h，气氛为空气，所述加热固化完成后，取出保持环和夹具，并拆卸掉夹具，得到粘接后的保持环。
48.另一方面，本发明提供了一种采用上述粘接方法得到的化学机械研磨用保持环。
49.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
50.(1)本发明所述方法通过对保持环的两部分结构进行喷砂、清洗等前处理工艺，增加表面粗糙度和比表面积，再经涂抹粘接剂后扣合固定，避免在粘接剂固化前造成两者相对位置的移动，调节粘接温度等工艺参数，缩短粘接时间，粘接时间可减少80％以上，提高生产效率，并保持较高的粘接强度，粘接强度可达到10.0mpa以上；
51.(2)本发明所述方法中粘接时间的减少，可有效减少夹具的占用时间，从而提高夹具的使用效率；
52.(3)本发明所述方法操作简单，节约成本，技术效果显著，可有效扩展其应用范围。
具体实施方式
53.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
54.本发明具体实施方式部分提供了一种化学机械研磨用保持环的粘接方法，所述粘接方法包括以下步骤：
55.(1)将保持环的两部分结构的表面进行喷砂处理，然后进行清洗；
56.(2)将步骤(1)处理后的保持环的两部分结构的粘接面上涂抹粘接剂，然后将两者的粘接面扣合并固定；
57.(3)将步骤(2)固定后的保持环进行加热固化，得到粘接后的保持环。
58.以下为本发明典型但非限制性实施例：
59.实施例1：
60.本实施例提供了一种化学机械研磨用保持环的粘接方法，所述粘接方法包括以下步骤：
61.(1)将保持环的两部分结构的表面进行喷砂处理，所述保持环包括不锈钢金属环和聚苯硫醚非金属环两部分结构，所述喷砂处理所用砂粒的平均粒径为30目，所述喷砂处
理采用转盘带动金属环和非金属环转动，喷嘴保持不动的方式，转盘的转速为480r/min，喷砂处理的时间为15s，喷砂处理后表面粗糙度ra为5.3μm，然后采用乙醇进行清洗，清洗后进行吹扫干燥；
62.(2)将步骤(1)处理后的保持环的两部分结构的粘接面上涂覆环氧树脂粘接剂，所述保持环的粘接面为金属环的下表面，非金属环的上表面，然后将两者的粘接面扣合并固定，所述粘接面扣合时，非金属环位于上方，所述固定为采用夹具将金属环和非金属环的相对位置固定，同时夹具在轴向上向保持环施加压力，保证粘接剂在扣合的粘接面之间均匀分布，施加压力的大小为60n；
63.(3)将步骤(2)固定后的保持环进行加热固化，所述加热固化在烘箱中进行，保持环和夹具共同置于烘箱中，所述加热固化的温度为60℃，时间为3h，气氛为空气，所述加热固化完成后，取出保持环和夹具，并拆卸掉夹具，得到粘接后的保持环。
64.本实施例中，采用上述方法进行保持环的粘接，粘接时间短，生产效率高，粘接强度仍可达到10.3mpa，夹具的使用效率也明显提高。
65.实施例2：
66.本实施例提供了一种化学机械研磨用保持环的粘接方法，所述粘接方法包括以下步骤：
67.(1)将保持环的两部分结构的表面进行喷砂处理，所述保持环包括不锈钢金属环和聚苯硫醚非金属环两部分结构，所述喷砂处理所用砂粒的平均粒径为40目，所述喷砂处理采用转盘带动金属环和非金属环转动，喷嘴保持不动的方式，转盘的转速为360r/min，喷砂处理的时间为20s，喷砂处理后表面粗糙度ra为5.8μm，然后采用异丙醇进行清洗，清洗后进行吹扫干燥；
68.(2)将步骤(1)处理后的保持环的两部分结构的粘接面上涂覆环氧树脂粘接剂，所述保持环的粘接面为金属环的下表面，非金属环的上表面，然后将两者的粘接面扣合并固定，所述粘接面扣合时，非金属环位于上方，所述固定为采用夹具将金属环和非金属环的相对位置固定，同时夹具在轴向上向保持环施加压力，保证粘接剂在扣合的粘接面之间均匀分布，施加压力的大小为100n；
69.(3)将步骤(2)固定后的保持环进行加热固化，所述加热固化在烘箱中进行，保持环和夹具共同置于烘箱中，所述加热固化的温度为55℃，时间为4h，气氛为空气，所述加热固化完成后，取出保持环和夹具，并拆卸掉夹具，得到粘接后的保持环。
70.本实施例中，采用上述方法进行保持环的粘接，粘接时间短，生产效率高，粘接强度仍可达到10.0mpa，夹具的使用效率也明显提高。
71.实施例3：
72.本实施例提供了一种化学机械研磨用保持环的粘接方法，所述粘接方法包括以下步骤：
73.(1)将保持环的两部分结构的表面进行喷砂处理，所述保持环包括铝合金金属环和聚四氟乙烯非金属环两部分结构，所述喷砂处理所用砂粒的平均粒径为25目，所述喷砂处理采用转盘带动金属环和非金属环转动，喷嘴保持不动的方式，转盘的转速为300r/min，喷砂处理的时间为30s，喷砂处理后表面粗糙度ra为4.5μm，然后采用乙醇进行清洗，清洗后进行吹扫干燥；
74.(2)将步骤(1)处理后的保持环的两部分结构的粘接面上涂覆环氧树脂粘接剂，所述保持环的粘接面为金属环的下表面，非金属环的上表面，然后将两者的粘接面扣合并固定，所述粘接面扣合时，非金属环位于上方，所述固定为采用夹具将金属环和非金属环的相对位置固定，同时夹具在轴向上向保持环施加压力，保证粘接剂在扣合的粘接面之间均匀分布，施加压力的大小为120n；
75.(3)将步骤(2)固定后的保持环进行加热固化，所述加热固化在烘箱中进行，保持环和夹具共同置于烘箱中，所述加热固化的温度为65℃，时间为2h，气氛条件为空气，所述加热固化完成后，取出保持环和夹具，并拆卸掉夹具，得到粘接后的保持环。
76.本实施例中，采用上述方法进行保持环的粘接，粘接时间短，生产效率高，粘接强度仍可达到10.2mpa，夹具的使用效率也明显提高。
77.实施例4：
78.本实施例提供了一种化学机械研磨用保持环的粘接方法，所述粘接方法包括以下步骤：
79.(1)将保持环的两部分结构的表面进行喷砂处理，所述保持环包括铝合金金属环和聚苯硫醚非金属环两部分结构，所述喷砂处理所用砂粒的平均粒径为35目，所述喷砂处理采用转盘带动金属环和非金属环转动，喷嘴保持不动的方式，转盘的转速为600r/min，喷砂处理的时间为25s，喷砂处理后表面粗糙度ra为6μm，然后采用异丙醇进行清洗，清洗后进行吹扫干燥；
80.(2)将步骤(1)处理后的保持环的两部分结构的粘接面上涂覆丙烯酸粘接剂，所述保持环的粘接面为金属环的下表面，非金属环的上表面，然后将两者的粘接面扣合并固定，所述粘接面扣合时，非金属环位于上方，所述固定为采用夹具将金属环和非金属环的相对位置固定，同时夹具在轴向上向保持环施加压力，保证粘接剂在扣合的粘接面之间均匀分布，施加压力的大小为80n；
81.(3)将步骤(2)固定后的保持环进行加热固化，所述加热固化在烘箱中进行，保持环和夹具共同置于烘箱中，所述加热固化的温度为62℃，时间为2.5h，气氛为空气，所述加热固化完成后，取出保持环和夹具，并拆卸掉夹具，得到粘接后的保持环。
82.本实施例中，采用上述方法进行保持环的粘接，粘接时间短，生产效率高，粘接强度仍可达到10.5mpa，夹具的使用效率也明显提高。
83.实施例5：
84.本实施例提供了一种化学机械研磨用保持环的粘接方法，所述粘接方法包括以下步骤：
85.(1)将保持环的两部分结构的表面进行喷砂处理，所述保持环包括铝合金金属环和聚醚醚酮非金属环两部分结构，所述喷砂处理所用砂粒的平均粒径为45目，所述喷砂处理采用转盘带动金属环和非金属环转动，喷嘴保持不动的方式，转盘的转速为540r/min，喷砂处理的时间为20s，喷砂处理后表面粗糙度ra为7.5μm，然后采用乙醇进行清洗，清洗后进行吹扫干燥；
86.(2)将步骤(1)处理后的保持环的两部分结构的粘接面上涂覆聚氨酯粘接剂，所述保持环的粘接面为金属环的下表面，非金属环的上表面，然后将两者的粘接面扣合并固定，所述粘接面扣合时，非金属环位于上方，所述固定为采用夹具将金属环和非金属环的相对
位置固定，同时夹具在轴向上向保持环施加压力，保证粘接剂在扣合的粘接面之间均匀分布，施加压力的大小为150n；
87.(3)将步骤(2)固定后的保持环进行加热固化，所述加热固化在烘箱中进行，保持环和夹具共同置于烘箱中，所述加热固化的温度为58℃，时间为3.5h，气氛为空气，所述加热固化完成后，取出保持环和夹具，并拆卸掉夹具，得到粘接后的保持环。
88.本实施例中，采用上述方法进行保持环的粘接，粘接时间短，生产效率高，粘接强度仍可达到10.2mpa，夹具的使用效率也明显提高。
89.对比例1：
90.本对比例提供了一种化学机械研磨用保持环的粘接方法，所述粘接方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：步骤(3)在常温条件下固化。
91.本对比例中，由于粘接剂的固化在常温下进行，固化速率慢，所需的时间达到20h以上，为实施例中所需时间的5～10倍，生产效率极低，夹具占用时间长。
92.对比例2：
93.本对比例提供了一种化学机械研磨用保持环的粘接方法，所述粘接方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：步骤(3)中加热固化的温度为80℃。
94.本对比例中，由于加热固化的温度过高，粘接剂在升温后容易发生膨胀，造成金属环和非金属环被顶开，发生错位，严重影响保持环的粘接生产，造成产品的生产不合格。
95.综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述方法通过对保持环的两部分结构进行喷砂、清洗等前处理工艺，增加表面粗糙度和比表面积，再经涂抹粘接剂后扣合固定，避免在粘接剂固化前造成两者相对位置的移动，调节粘接温度等工艺参数，缩短粘接时间，粘接时间可减少80％以上，提高生产效率，并保持较高的粘接强度，粘接强度可达到10.0mpa以上；所述方法中粘接时间的减少，可有效减少夹具的占用时间，从而提高夹具的使用效率；所述方法操作简单，节约成本，技术效果显著，可有效扩展其应用范围。
96.本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明方法的等效替换及辅助步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。