[반도체] Chuck의 종류 : 공정 중에 웨이퍼를 어떻게 고정할까?

공정 설비들 내부에 공정이 진행되기에 앞서, EFEM (또는 TM, Transfer Module)의 Robot이 웨이퍼를 공정이 진행되는 PM (Process Module)로 이송시키게 됩니다. PM 내부에서 공정이 진행될 때, 웨이퍼가 흔들리지 않고 고정이 되어야 하겠죠? 오늘은 이 웨이퍼를 어떻게 고정시키는지에 대해서 알아보겠습니다.

 

웨이퍼 고정 방법은 크게 Mechanical Clamp, Vacuum Chuck, ESC(Electrostatic Chuck) 3가지로 나눌 수 있습니다.

 

Mechanical Clamp

Mechanical Clamp는 이름 그대로 물리적으로 웨이퍼를 무는 방식입니다. Chuck 위에 웨이퍼를 올린 후, 웨이퍼의 윗 표면을 기계적으로 누름으로써 웨이퍼를 고정시키는 원리입니다. 또한 웨이퍼 뒷면으로 cooling gas를 흘려보내 웨이퍼의 온도를 제어하게 됩니다.

Wafer Aligner (출처: JEL Corporation)

보통 웨이퍼 끝단 쪽 4곳 정도를 누르다 보니, 웨이퍼 접촉면이 불균일하기 때문에 온도 Uniformity에 이슈가 생기게 됩니다. 또한 뒷면의 gas 압력으로 인해 Wafer가 휠 수 있기 때문에, 균일한 온도 제어 및 효과적인 냉각이 어렵습니다. Chucking과 Dechucking 과정이 물리적인 접촉이기 때문에, Moving Parts가 많이 존재하여 P/C (Particle)가 발생할 수 있는 요소가 많습니다.

 

이러한 이슈들을 가지고 있다 보니 종전에는 많이 사용했으나, 최근에는 잘 사용하지 않습니다.

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Vacuum Chuck (진공 척)

Vacuum Chuck은 웨이퍼 뒷면을 진공으로 빨아들여 흡착시킴으로써 고정하는 방식입니다. Chuck 내부의 Vacuum line을 통해 웨이퍼를 고정시킵니다. 주변 환경이 진공인 경우에는 사용할 수 없기 때문에, 계측(Metrology)과 검사(Inspection), 리소그래피 등의 공정에서 사용됩니다.

 

Vacuum Chuck (출처: CoreFlow)

 

 

Electrostatic Chuck (ESC, 정전 척)

ESC의 기본적인 구조 (출처: Shinko Electric Industries)

 

ESC는 정전기력을 이용하여 웨이퍼를 고정하는 방식입니다.

Mechanical Clamping 방식에 비해 다음과 같은 여러 장점이 있기 때문에 많이 사용됩니다.

 

1. 물리적인 접촉이 없기 때문에, 비교적 P/C (Particle) 관련 문제가 적습니다.

2. 웨이퍼 온도를 Uniform하게 조절이 가능합니다.

3. 웨이퍼를 누르는 Contact 부분으로 인해 발생되는 이슈가 없습니다. (Defect나 Shadowing Effect 등의 이슈)

 

ESC의 원리 및 종류는 다음 글을 참고하시면 되겠습니다.

 

[반도체] ESC (Electrostatic Chuck, 정전 척)의 원리와 종류