Teknologi Pembersihan Plasma dalam Pembuatan Cip Semikonduktor

Penulis: Dr. Maria Abu Bakar¹ & Prof. Dr. Azman Jalar²’³

¹Felo Penyelidik, Institut Kejuruteraan Mikro & Nanoelektronik (IMEN), Universiti Kebangsaan Malaysia

²Profesor, Jabatan Fizik Gunaan, Fakulti Sains dan Teknologi, Universiti Kebangsaan Malaysia
³Felo Penyelidik Utama, Institut Kejuruteraan Mikro & Nanoelektronik (IMEN), Universiti Kebangsaan Malaysia

Kebersihan merupakan perkara yang sangat penting dalam industri pembuatan cip semikonduktor. Kebersihan yang ketat diperlukan kerana pencemaran pada skala mikroskopik mampu menyebabkan kecacatan, menurunkan hasil, meningkatkan kos pengeluaran, dan mengurangkan jangka hayat peranti elektronik. Sumber kontaminasi boleh berpunca daripada manusia, peralatan, bahan kimia, dan zarah-zarah udara. Maka, proses pembuatan cip semikonduktor atau peranti elektronik dijalankan di dalam bilik bersih untuk mengelakkan kontaminasi ataupun kekotoran. Pengilangan cip semikonduktor memerlukan kawalan persekitaran bersih yang amat ketat kerana komponen semikonduktor sangat sensitif kepada zarah mikroskopik yang boleh merosakkan produk akhir.

Apakah itu bilik bersih?

Bilik bersih (clean room) untuk industri pembuatan cip semikonduktor adalah ruang yang adalah kawasan yang direka khas untuk memastikan persekitaran yang amat bersih dengan kawalan zarah, bahan pencemar, suhu, kelembapan, dan aliran udara terkawal. Dalam bilik bersih semikonduktor, kawalan ketat dilakukan terhadap partikel di udara, kelembapan, suhu, dan elektrik statik. Bilik bersih dilengkapi dengan sistem pemanas, pengudaraan dan penyaman udara (HVAC) dan penapisan udara dengan efisien tinggi (HEPA) untuk membuang zarah kecil dari udara, dan aliran udara sentiasa dijaga agar tidak membawa pencemaran masuk. Bilik bersih dibuat berdasarkan piawaian ISO 14644-1 yang mengukur tahap kebersihan udara dalam bilik berdasarkan jumlah dan saiz zarah per meter padu udara. Terdapat 9 kelas ISO, bermula dari ISO 1 (paling bersih) hingga ISO 9 (paling kurang bersih).

Untuk industri pembuatan cip semikonduktor, bilik bersih biasanya menggunakan ISO 4 (kelas 10), ISO 5 (kelas 1000) dan untuk pempakejan cip menggunakan kelas yang lebih rendah iaitu ISO 7 (kelas 10000). Pergerakan manusia dan barangan dalam bilik bersih juga boleh menyumbang kepada pencemaran. Oleh itu, setiap pekerja yang memasuki bilik bersih harus memakai pakaian khas, kasut, penutup kepala dan sarung tangan anti-statik bagi meminimumkan risiko pencemaran.

Proses pembuatan cip semikonduktor

Dalam pembuatan cip, wafer silikon akan melalui pelbagai proses bermula daripada proses pemotongan wafer, pemasangan penyambungan wayar untuk menghubungkan dai dan kerangka kaki, seterusnya dipakejkan untuk menjadi satu komponen elektronik yang lengkap. Komponen elektronik ini kemudiannya akan dipasang ke papan litar bercetak (PCB) hinggalah menjadi peranti akhir contohnya seperti telefon pintar dan komputer riba. Pada setiap peringkat proses, kebersihan permukaan wafer dan komponen elektronik haruslah dijaga. Proses pemasangan komponen elektronik ini biasanya menghasilkan sisa yang boleh menjadi kontiminasi pada PCB. Sebagai contoh, sisa fluks dan lebihan pateri perlu dibersihkan kerana kontiminasi ini boleh mengakibatkan kerosakan fungsi atau kegagalan kepada peranti elektronik.

Kebersihan dalam industri pembuatan cip semikonduktor

Konsep pembersihan dalam industri pembuatan cip semikonduktor ini boleh dianalogikan seperti pembersihan fabrik pakaian. Fabrik pakaian boleh dibersihkan menggunakan kaedah pembersihan sama ada pembersihan basah atau pembersihan kering. Sebagai contoh, kaedah pembersihan basah menggunakan bahan sabun, yang mana sabun bertindak sebagai bahan aktif untuk menanggalkan kekotoran melalui interaksi permukaan antara fabrik dengan air. Air pula digunakan untuk membuang kekotoran yang telah dilarutkan oleh sabun. Selain itu, wujud kaedah pembersihan kering untuk pakaian bermutu tinggi yang tidak bersesuaian dengan kaedah basah.

Begitu juga dalam proses pembuatan peranti elektronik yang melibatkan banyak proses terkawal dalam bilik bersih. Proses pembuatan ini bermula dengan wafer silikon yang direka khas dan mengandungi banyak dai atau cip. Sekeping wafer silikon ini mengandungi ribuan unit cip yang akan dipotong menjadi cip individu. Cip ini akan melalui proses penyambungan elektrik untuk menghubungkan cip dan kerangka kaki, seterusnya dipakejkan untuk menjadi satu komponen elektronik yang lengkap. Komponen elektronik ini akan dipasang ke PCB. Walaupun proses-proses ini dijalankan dalam bilik bersih, tindak balas bahan semasa proses pemasangan komponen elektronik ini juga menghasilkan sisa yang boleh menjadi kontiminasi pada PCB. Sebagai contoh, sisa fluks dan lebihan pateri semasa proses pematerian antara komponen dan PCB perlu dibersihkan kerana kontiminasi ini boleh mengakibatkan kerosakan fungsi atau kegagalan kepada peranti elektronik.

Secara tradisional, kaedah pembersihan utama adalah pembersihan basah menggunakan pelarut kimia, bahan pencuci, serta air deionisasi. Walau bagaimanapun, terdapat pelbagai isu keberkesanan dan pencemaran alam sekitar kerana air buangan serta bahan kimia perlu dirawat rapi sebelum dibuang untuk mengelakkan pencemaran sungai dan tanah. Kaedah pembersihan berasaskan cecair juga bukan mudah kerana memerlukan infrastruktur berskala besar, kos rawatan air, pencemaran silang serta isu bahaya sisa kimia kepada pekerja.

Apakah teknologi pembersihan plasma?

Antara alternatif moden yang semakin meluas digunakan ialah pembersihan menggunakan plasma. Plasma ialah keadaan keempat bahan, selain pepejal, cecair dan gas, yang mana gas diionkan sehingga membentuk campuran ion, elektron dan molekul neutral. Pembersihan plasma memanfaatkan tenaga tinggi daripada plasma untuk menyingkirkan sisa organik, zarah, dan bahan pencemar dari permukaan wafer atau papan litar. Kelebihannya ialah pembersihan berlaku secara kering, tanpa perlu penggunaan cecair yang menjadi punca pencemaran alam sekitar. Selain itu, kaedah plasma amat efektif untuk penyingkiran sisa yang sangat degil atau kompleks pada permukaan mikrostruktur cip dan komponen elektronik.

Teknologi plasma kini giat dimajukan di seluruh dunia kerana kelebihannya yang lebih mesra alam, tidak melibatkan pencemaran air, proses pembersihan lebih pantas serta kos rawatan sisa yang jauh lebih rendah. Selain itu, pembersihan plasma juga mampu mensterilkan permukaan dan menambah baik keupayaan lekatan semasa proses pemasangan komponen elektronik. Akibatnya, hasil pengeluaran lebih tinggi, kadar kegagalan lebih rendah dan kebolehharapan produk jauh lebih baik.

Malaysia, seperti negara-negara maju lain, menjadikan aspek kebersihan dan amalan bilik bersih sebagai teras dalam industri cip semikonduktor. Banyak syarikat elektronik antarabangsa dan tempatan menggunakan teknologi pembersihan terkini termasuk teknologi pembersihan plasma. Institut Kejuruteraan Mikro dan Nanoelektronik (IMEN), Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM) turut melaksanakan kolaborasi penyelidikan bersama industri seperti VCAM International Sdn Bhd bagi membangunkan kaedah pembersihan plasma yang lebih canggih dan mampan untuk aplikasi industri semikonduktor. Usaha ini menyokong aspirasi negara untuk menjadi pemain utama dalam sektor semikonduktor serantau dan global serta memperkukuh keseluruhan ekosistem elektronik negara.

Rujukan:

American Cleanroom Systems® Presents Cleanroom Classifications, https://www.americancleanrooms.com/cleanroom-classifications/

Sun, Y. Yu, J. Tang, Y. Zeng and J. Chen, “Plasma Cleaning Technology: Mechanisms, Influencing Factors, and Applications,” in IEEE Access, vol. 13, pp. 37221-37242, 2025, doi: 10.1109/ACCESS.2025.3532662.

Shrivastava, S., Patra, M.R. & Das, A. A systematic approach for surfactant system selection and optimization for cleaning electronic assemblies’ residues. Colloid Polym Sci 299, 1979–1989 (2021).

Wet Cleaning vs. Dry Cleaning: Differences, Pros, and Cons, https://www.electroluxprofessional.com/wet-cleaning-vs-dry-cleaning-pros-and-cons/#:~:text=Wet%20cleaning%20and%20dry%20cleaning%20are%20distinct%20methods%20of%20cleaning,no%20hazardous%20chemicals%20are%20used.

What is Plasma Cleaning Used For?, https://tantec.com/what-is-plasma-cleaning-used-for/