固定環是在 CMP 研磨頭上,以環繞晶圓外周的方式安裝的環狀零件。除了在研磨中以機械方式壓住晶圓、防止其從研磨頭飛出之外,還擔負穩定晶圓外周部研磨速率這項更本質的功能。
外周部之所以成為問題,原因在於研磨墊的彈性行為。在晶圓邊緣,研磨墊會自由回彈,使接觸壓力不均勻,若不加處理,就會出現只有外周研磨過度(邊緣滾降)或反之研磨不足的情形。固定環在晶圓外側也壓下研磨墊,使壓力分布連續,一直到晶圓邊緣都能形成平坦的研磨條件。
固定環的結構可與晶圓分開獨立控制壓力,藉由調整此壓力,可細調外周數mm的研磨分布。材質以 PPS、PEEK 等工程塑膠為主流,設計上要能耐受研磨液中的藥品,硬度又不至於在接觸晶圓時造成刮傷。內周面刻有將研磨液導入晶圓下方的溝槽。
固定環會持續與研磨墊摩擦,因此是會磨耗的耗材零件。磨耗加劇後,晶圓的保持位置與壓力分布會改變,外周部的膜厚就會超出規格。一般的運用方式是實測磨耗量來決定更換週期;由於固定環的磨耗粉末也可能造成刮傷,材質與表面性狀的選定也與良率有關。
外周數mm的區域排列著大量晶片,因此固定環的管理直接關係到「邊緣良率」。以研磨頭、研磨墊、固定環這3者的組合來調校晶圓整面的分布,是 CMP 調校工作的核心。