Teknologi dan Keperluan Bilik Bersih dalam Industri Semikonduktor

Oleh: Ts. Mohd Faizal Aziz
Pegawai Sains Kanan
Institut Kejuruteraan Mikro & Nanoelektronik (IMEN)
Universiti Kebangsaan Malaysia

Industri semikonduktor merupakan salah satu sektor paling penting dalam ekonomi global. Ia memainkan peranan utama dalam pembangunan teknologi moden seperti komputer, telefon pintar, dan pelbagai peralatan elektronik lain. Menurut Tinjuan Ekonomi 2025 yang diterbitkan oleh Kementerian Kewangan 2024 melalui laporannya, industri semikonduktor terus memainkan peranan penting dalam memacu ekonomi Malaysia dengan purata pertumbuhan tahunan 7.7 peratus dan purata bahagian daripada jumlah eksport sebanyak 19.5 peratus dalam tempoh 2009 hingga 2023.

Salah satu aspek yang paling kritikal dalam industri semikonduktor ialah keperluan untuk persekitaran pembuatan yang sangat terkawal dan bebas daripada sebarang pencemaran, yang dikenali sebagai bilik bersih (cleanroom). Artikel ini akan membincangkan teknologi bilik bersih serta keperluannya dalam industri dan penyelidikan semikonduktor.

Apa itu Bilik Bersih?

Bilik bersih merujuk kepada persekitaran yang dikawal dengan teliti untuk mengurangkan tahap pencemaran seperti zarah habuk, mikroorganisma, zarah aerosol, dan wap kimia. Tahap kebersihan dalam bilik ini diukur berdasarkan bilangan zarah per meter padu pada saiz tertentu, dan dikategorikan mengikut piawaian antarabangsa seperti ISO 14644-1.

Teknologi Bilik Bersih

Untuk memastikan bilik bersih memenuhi standard yang ditetapkan, pelbagai teknologi canggih digunakan. Antara teknologi utama termasuklah:

1. Penapis HEPA dan ULPA: Penapis HEPA (High-Efficiency Particulate Air) dan ULPA (Ultra-Low Penetration Air) adalah komponen asas dalam sistem pengudaraan bilik bersih. Penapis ini mampu menyingkirkan zarah sehingga saiz mikrometer dengan kecekapan yang sangat tinggi, memastikan udara di dalam bilik bersih bebas daripada pencemaran.
2. Sistem Kawalan Udara: Aliran udara dalam bilik bersih direka agar sentiasa dalam keadaan laminar (laminar flow), di mana udara mengalir secara konsisten dan selari, mengelakkan pengumpulan zarah di kawasan tertentu. Sistem ini juga direka untuk mengekalkan tekanan positif dalam bilik bersih bagi menghalang kemasukan udara yang tercemar dari luar.
3. Pakaian Pelindung: Pekerja dalam bilik bersih perlu memakai pakaian pelindung khas seperti jumpsuit, penutup kepala, sarung kaki, sarung tangan, dan topeng muka untuk mengurangkan kemungkinan membawa masuk pencemaran daripada badan mereka.
4. Sistem Kawalan Persekitaran: Suhu, kelembapan, dan tahap zarah di dalam bilik bersih sentiasa dipantau secara berterusan oleh sistem automatik yang mampu membuat pelarasan segera untuk mengekalkan keadaan optimum bilik bersih.

   Rajah 1: Sistem pengaliran udara dalam Bilik Bersih

Klasifikasi dan Jenis-jenis Bilik Bersih dalam Industri Semikonduktor

Bilik bersih diklasifikasikan mengikut tahap kebersihan dan persekitaran yang dikawal, biasanya berdasarkan standard ISO 14644-1. Klasifikasi ini mempengaruhi rekaan, operasi, dan peralatan yang digunakan dalam bilik bersih. Berikut adalah klasifikasi utama bilik bersih dalam industri semikonduktor:

1. ISO Class 1: Klasifikasi ini memerlukan tahap kebersihan yang paling tinggi, dengan bilangan zarah dalam udara yang sangat minimum. Ia biasanya digunakan untuk aplikasi yang memerlukan ketepatan yang ekstrem, seperti pembuatan cip semikonduktor dengan saiz sangat kecil.
2. ISO Class 2: Klasifikasi ini juga mempunyai tahap kebersihan yang tinggi tetapi membenarkan bilangan zarah sedikit lebih banyak berbanding ISO Class 1. Digunakan dalam proses pembuatan semikonduktor yang memerlukan persekitaran hampir sempurna tetapi dengan sedikit kelonggaran.
3. ISO Class 3 hingga ISO Class 9: Klasifikasi ini meliputi tahap kebersihan yang semakin rendah. Walaupun masih memerlukan kawalan pencemaran, bilik bersih dalam kategori ini digunakan untuk aplikasi yang kurang kritikal dalam industri semikonduktor.

Jenis-jenis Bilik Bersih dalam Industri Semikonduktor

Terdapat beberapa jenis bilik bersih yang digunakan dalam industri semikonduktor, masing-masing disesuaikan dengan keperluan proses tertentu:

1. Bilik Bersih Kelas 1: Bilik ini mempunyai tahap kebersihan tertinggi dan digunakan untuk proses yang sangat sensitif seperti litografi ultra-tinggi dan pembuatan cip dengan teknologi canggih. Mereka dilengkapi dengan sistem penapisan udara yang sangat efisien dan pengendalian suhu serta kelembapan yang ketat.
2. Bilik Bersih Kelas 10: Digunakan dalam proses pembuatan cip yang memerlukan tahap kebersihan yang tinggi tetapi tidak setinggi Kelas 1. Bilik ini biasanya digunakan dalam proses penghasilan wafer dan pengendalian bahan mentah yang memerlukan kawalan zarah yang ketat.
3. Bilik Bersih Kelas 100 hingga 1000: Jenis bilik ini digunakan untuk proses yang memerlukan kebersihan sederhana. Contohnya, proses pembersihan dan pelapisan. Kelas ini masih memerlukan kawalan yang baik tetapi dengan tahap kebersihan yang lebih rendah berbanding Kelas 1 dan 10.
4. Bilik Bersih Kelas 10,000 hingga 100,000: Bilik bersih dalam kategori ini digunakan untuk proses yang kurang sensitif kepada pencemaran. Contohnya, penyimpanan dan pengendalian bahan yang tidak memerlukan tahap kebersihan yang sangat ketat.

   Rajah 2- Pakaian khas pekerja industri semikonduktor

Rajah 3- Penghasilan mikrocip berteknologi tinggi memerlukan persekitaran yang bersih dan terkawal melalui teknologi Bilik Bersih (Cleanroom)

Cabaran dalam Pengurusan Bilik Bersih

Menguruskan bilik bersih dalam industri semikonduktor bukanlah sesuatu yang mudah. Kos pembinaan dan penyelenggaraan bilik bersih sangat tinggi, dan memerlukan kepakaran khusus. Selain itu, proses pembersihan dan pemantauan berterusan perlu dijalankan bagi memastikan bilik bersih sentiasa berada dalam keadaan yang memenuhi piawaian.

Bilik bersih adalah elemen asas dalam industri semikonduktor, memastikan setiap proses pembuatan dijalankan dalam keadaan terkawal dan bebas daripada sebarang pencemaran. Dengan perkembangan teknologi dan peningkatan permintaan terhadap peranti elektronik, keperluan dan teknologi bilik bersih terus berkembang, menjadikannya satu komponen yang tidak boleh diabaikan dalam industri ini. Pengurusan bilik bersih yang cekap bukan sahaja menjamin kualiti produk, tetapi juga menyumbang kepada keselamatan pekerja dan kelestarian operasi.

Rujukan:

[1] https://angstromtechnology.com/what-are-semiconductor-cleanrooms/
[2] Teknologi Fabrikasi Litar Bersepadu, Burhanuddin Yeop Majlis (2000)-Penerbit UKM
[3] https://www.achengineering.com/the-world-of-the-semiconductor-cleanroom/
[4] Rajah 1 -https://www.golighthouse.com/en/blog/your-ultimate-guide-to-cleanroom-air-distribution-strategy-590/
[5] Rajah 2- https://www.osets.com/industry/semiconductor-microelectronics/
[6] Rajah 3-https://www.freepik.com/premium-ai-image/precision-semiconductor-chip-cleanroom-environment_342198135.htm