Optimalisasi Proses Pembersihan Semikonduktor

Mengoptimalkan proses pembersihan dalam manufaktur semikonduktor telah menjadi tantangan penting untuk memastikan kinerja dan keandalan perangkat.  Penelitian terbaru menunjukkan bahwa teknik canggih yang menggabungkan pembersihan basah dan kering, serta metode inovatif seperti pembersihan megasonik, dapat meningkatkan efisiensi pembersihan dan mengurangi konsumsi sumber daya.

Pembersihan basah dan pembersihan kering dalam manufaktur semikonduktor merupakan teknologi pembersihan penting, masing-masing dengan karakteristik dan aplikasi uniknya sendiri.

Pembersihan basah adalah teknologi utama yang mencakup lebih dari 90% langkah pembersihan dalam manufaktur semikonduktor. Metode ini menggunakan bahan kimia cair dan air ultra murni yang dikombinasikan dengan teknik fisik seperti ultrasonik/megasonik, pemanasan, dan vakum untuk menghilangkan kontaminan dari permukaan wafer.¹ Tujuan utamanya adalah untuk menghilangkan partikel, oksida alami, organik, kontaminasi logam, lapisan pengorbanan, residu pemolesan, dll.

Teknik pembersihan basah yang umum meliputi:

• Pembersihan RCA: Menggunakan campuran amonia, hidrogen peroksida, dan air (APM) serta asam klorida, hidrogen peroksida, dan air (HPM) untuk menghilangkan zat organik dan ion logam berat.
• Pembersihan IMEC: Menggunakan ozon dan bahan kimia yang diencerkan untuk menghemat sumber daya.
• Pembersihan Wafer Tunggal: Meminimalkan kontaminasi silang dan kerusakan permukaan, meningkatkan hasil produksi dan mengurangi biaya.

Pencucian kering, di sisi lain, tidak menggunakan bahan kimia cair tetapi mengandalkan teknik kimia fase gas seperti pembersihan plasma, pembersihan karbon dioksida superkritis, dan pembersihan sinar. Teknik ini unggul dalam menciptakan garis-garis halus dan pola geometris karena sifat etsa anisotropiknya.

Fitur utama pencucian kering adalah:

• Pembersihan plasma: Gas inert dieksitasi menjadi keadaan plasma, yang bereaksi dengan molekul permukaan untuk membentuk produk volatil.
• Pembersihan berkas: menggunakan berkas halus agen pembersih konduktif untuk secara efisien menghilangkan kotoran dengan memutus ikatan van der Waals antar atom.
• Pembersihan berkas laser: secara efektif menghilangkan partikel berukuran mikrometer dan sub-mikrometer tanpa merusak permukaan silikon.

Pembersihan kering sangat penting untuk produk logika dan memori, terutama pada node teknologi di bawah 28nm, tetapi menghadapi tantangan karena potensi reaksi yang tidak diinginkan dengan permukaan silikon dari uap kimia dan ketidakmampuan untuk sepenuhnya menghilangkan semua kontaminan logam.

Kedua teknologi tersebut memainkan peran komplementer dalam manufaktur semikonduktor, berkontribusi pada miniaturisasi dan kinerja tinggi perangkat. Memilih metode pembersihan yang tepat untuk setiap tahap proses manufaktur sangat penting untuk menghasilkan perangkat semikonduktor berkualitas tinggi.

Mengurangi penggunaan bahan kimia dan mengurangi dampak lingkungan telah menjadi tantangan utama dalam industri manufaktur semikonduktor.

Untuk mengatasi tantangan ini, beberapa strategi inovatif telah dikembangkan.

• Mengadopsi sistem daur ulang kimia tertutup: Hal ini memungkinkan produsen untuk menggunakan kembali bahan kimia setelah sekali pakai, mengurangi limbah dan memanfaatkan sumber daya secara efisien.
• Pengenalan teknologi pembersihan RCA baru: Dengan mengintegrasikan pembersihan dua tahap konvensional SC-1 dan SC-2 menjadi satu tahap, jumlah bahan kimia yang digunakan dan jumlah limbah cair berkurang secara signifikan.
• Pengembangan teknologi untuk mengurangi air limbah organik: Kami berupaya mengurangi dampak lingkungan dengan memperkenalkan teknologi baru yang berfokus pada pengurangan jumlah bahan kimia yang digunakan dan membatasi jumlah air limbah.

Strategi-strategi ini membantu menjadikan proses manufaktur semikonduktor lebih efisien dan berkelanjutan, menandai langkah penting menuju pencapaian netralitas karbon di seluruh industri.

Tujuan pembersihan dalam proses manufaktur semikonduktor dan jenis larutan pembersih yang digunakan pada setiap langkah sangat penting untuk memastikan kualitas dan kinerja produk.

Tabel di bawah ini merangkum tujuan pembersihan dalam proses manufaktur utama dan larutan pembersih yang digunakan.

Proses pembersihan ini secara efektif menghilangkan berbagai kontaminan dari permukaan wafer semikonduktor untuk memastikan kinerja dan keandalan perangkat. Misalnya, pembersihan RCA adalah proses dua langkah untuk menghilangkan senyawa organik dan ion logam, dan menggunakan kombinasi SC1 dan SC2 untuk membersihkan permukaan wafer secara menyeluruh.

Pembersihan Piranha sangat efektif dalam menghilangkan residu organik dan membuat permukaan wafer menjadi hidrofilik melalui aksi oksidasi yang kuat, sementara pembersihan pasca-CMP menggunakan bahan kimia pembilas khusus untuk menghilangkan endapan partikulat halus yang dihasilkan dari proses pemolesan.

Teknologi pembersihan modern bertujuan untuk mengurangi dampak lingkungan dan meningkatkan efisiensi pembersihan dengan menggunakan lebih sedikit bahan kimia sambil tetap memberikan pembersihan yang lebih efektif. Misalnya, pengembangan bahan kimia pembersih canggih telah memungkinkan siklus pembersihan yang lebih sedikit dan proses pembersihan yang lebih sederhana.

Pemilihan dan penggunaan proses pembersihan dan larutan pembersih yang tepat sangat penting untuk pengendalian mutu dan peningkatan hasil produksi dalam manufaktur semikonduktor dan merupakan elemen penting dalam produksi perangkat mutakhir.

Penyimpanan cairan pembersih yang tepat dalam manufaktur semikonduktor sangat penting untuk memastikan efisiensi dan keamanan proses pembersihan.

Tabel di bawah ini merangkum kondisi penyimpanan dan tindakan pencegahan untuk cairan pembersih utama.

Pengendalian suhu, ventilasi, dan wadah yang tepat sangat penting untuk menyimpan larutan pembersih. Misalnya, larutan SPM adalah campuran 31,25 cm³ air, 18,75 cm³ asam sulfat 98%, dan 50 cm³ hidrogen peroksida 35%, dan dapat disimpan stabil selama lebih dari 100 hari dalam kondisi yang tepat.

Di sisi lain, larutan pembersih RCA disarankan untuk disiapkan tepat sebelum digunakan dan digunakan dalam waktu singkat di dalam tangki inert pada suhu tinggi.

Metode penyimpanan yang tepat ini akan memaksimalkan efektivitas larutan pembersih dan memastikan keamanannya.

Pemantauan level cairan pembersih dalam tangki pada proses manufaktur semikonduktor sangat penting untuk memastikan operasi yang efisien dan aman.

Penerapan sistem pemantauan yang tepat memberikan manfaat utama, termasuk:

• Optimalkan penggunaan bahan kimia: Pengetahuan yang akurat tentang level tangki mencegah penggunaan berlebihan atau kekurangan cairan pembersih, memastikan penggunaan sumber daya yang efisien.
• Peningkatan keselamatan: Mengurangi risiko tangki meluap dan kebocoran, memastikan keselamatan pekerja.
• Pertahankan kontinuitas proses: Mencegah penghentian jalur produksi karena kekurangan cairan pembersih dan meningkatkan produktivitas.
• Manfaatkan data waktu nyata: Pemantauan jarak jauh memungkinkan pengambilan keputusan yang lebih cepat dan pemeliharaan preventif.

Keunggulan-keunggulan ini memberikan kontribusi signifikan terhadap pengendalian mutu dan pengurangan dampak lingkungan dalam manufaktur semikonduktor, sehingga membantu mewujudkan proses produksi yang berkelanjutan.

Berbagai jenis sensor level digunakan untuk mengelola tangki larutan pembersih dalam proses manufaktur semikonduktor.

Sensor-sensor ini memainkan peran kunci dalam mengukur level cairan dalam tangki secara akurat untuk memastikan proses pembersihan yang efisien dan operasi yang aman.

Tabel di bawah ini merangkum jenis-jenis sensor level utama, prinsip kerja, dan fitur-fiturnya.

Sensor-sensor ini digunakan untuk aplikasi yang sesuai berdasarkan karakteristiknya masing-masing. Misalnya, ultrasonic sensor bersifat non-kontak dan dapat digunakan dengan berbagai cairan, sehingga cocok untuk memantau tangki cairan pembersih yang sangat korosif.

Sementara itu, optical sensor memiliki respons kecepatan tinggi dan efektif untuk memantau titik-titik spesifik seperti mendeteksi apakah tangki penuh atau kosong.

Industri semikonduktor mengambil pendekatan proaktif terhadap keberlanjutan dan perlindungan lingkungan.

Strategi utama meliputi:

• Mengurangi emisi gas rumah kaca: Samsung telah mengembangkan produk yang mengurangi emisi karbon sekitar 680.000 ton, dan NVIDIA telah meningkatkan penggunaan energi terbarukan hingga 76% pada tahun 2023-2024.
• Peningkatan efisiensi energi: Kemajuan sedang dicapai dalam pengembangan chip hemat daya dan optimalisasi proses manufaktur untuk mengurangi penggunaan energi.
• Pengelolaan air: Intel memiliki tujuan untuk mencapai penggunaan air bersih positif pada tahun 2030.
• Pengurangan limbah: Intel berupaya mencapai nol limbah pada tahun 2030 dan akan menggunakan kembali dan mendaur ulang 94% limbahnya pada tahun 2023.
• Pengembangan teknologi manufaktur ramah lingkungan: Penggunaan bahan baku dengan GWP (potensi pemanasan global) rendah dan pengenalan teknologi untuk mengurangi emisi gas berfluorinasi sedang dipromosikan.

Melalui upaya-upaya ini, industri semikonduktor bertujuan untuk mencapai pertumbuhan berkelanjutan sekaligus mengurangi dampak lingkungannya.