Assist. Prof. Dr. Prapto Nugroho

PERALATAN PADA INDUTRI MANUFAKTUR SEMIKONDUKTOR

Banyak sekali alat-alat yang digunakan dalam industri Semiconductor, kalau dihitung semuanya bisa lebih dari 50 jenis alat yang berbeda, yaitu yang digunakan mulai dari pemasukan SILIKA sampai menjadi INGOT yang kemudian dijadikan WAFER, dan dari WAFER menjadi IC sampai dengan pengepakan dan pengiriman ke Pembeli. Tetapi secara garis besar dapat dikelompokkan menjadi tiga bagian yaitu :
I. Peralatan untuk WAFER FAB. (Fabrikasi WAFER)
II. Peralatan untuk ASSEMBLY
III. Peralatan untuk TEST/BACK-END

Peralatan untuk Fabrikasi Wafer sebagian besar adalah peralatan untuk Penumbuhan (Growing), Deposition atau pembuangan materi dari Wafer.
Contoh peralatan tersebut misalnya :
v OXIDATION SYTEM
v EPITAXIAL REACTORS
v DIFFUSSION SYSTEM
v ION IMPLANTATION EQUIPMENT
v PHYSICAL VAPOR DEPOSITION SYSTEM
v CHEMICAL VAPOR DEPOSITION SYSTEM
v PHOTOLITHOGRAPHY EQUIPMENT dan
v ETCHING EQUIPMENT

Setelah WAFER dibuat, selanjutnya akan masuk ke Assembly atau pembungkusan IC sehingga siap dihunakan, peralatan yang digunakan antara lain :
v WAFER BACKGRIND SYSTEMS
v WAFER SAW EQUIPMENT
v DIE ATTACH MACHINES
v WIRE BONDERS
v DIE OVERCOAT SYSTEMS
v MOLDING EQUIPTMENT
v METAL CAN WELDERS
v DTFS MACHINES
v BRANDING EQUIPMENT dan
v LEAD FINISH EQUIPMENT

Setelah selesai di Assembly maka devais akan di Test terlebih dahulu sebelum dikirim ke pembeli, termasuk pengetesan Fungsi IC, bentuk kaki dan fisik IC sehingga hanya devais yang bagus yang akan dikirim dan terakhir dilakukan pengepakan. Peralatan yang digunakan antara lain :
v AUTOMATIC TEST EQUIPMENT (ATE) atau ELECTRICAL TESTER
v TEST HANDLERS
v TAPE AND REEL EQUIPTMENT
v MARKING EQUIPMENT
v BURN-IN CHAMBER/OVENS
v RETENTION BAKE OVENS / DRY BAKE
v UV ERASE EQUIPMENT
v VACUUM SEALER

WAFER FAB

Sistem Oksidasi

Pembentukan Silikon dioksida (SiO2) dalam sebuah substrat silicon dikenal sebagai Oksidasi
Umumnya dikerjakan dengan Oksidasi Thermal, dimana Wafer dibiarkan di udara terbuka, agar teroksidasi oleh lingkungan pada temperatur yang tinggi

Sistem Oksidasi seharusnya terdiri dari
X Kabinet
X Sistem Pemanas
X Sistem pengukur dan pengontrol suhu
X Tabung proses yang dapat mengeluarkan gas untuk proses
X Sistem pendistribusi Gas untuk proses
X Sistem untuk memegang Wafer yang akan diproses

Epitaxial Deposition Equipment
Peralatan yang digunakan untuk mengendapkan (depositing) lapisan epitaxial pada wafer, sering disebut dengan istilah epitaxial reactor. Epitaxial Reactor adalah high-temperature chemical vapor deposition systems. Ada dua tipe utama peralatan deposisi Epitaxial, yaitu `pancake reactor’ dan `barrel reactor’.
nama kedua tipe tersebut diambil dari bentuk susceptor-nya, yaitu bagian yang memegang wafer pada waktu proses deposisi epitaxial

Sebuah Epitaxial reaktor seharusnya terdiri dari :
X Sebuah tabung reaktor untuk mengisolasi lingkungan deposisi epitaxial
X Sistem yang dapat mendistribusikan bermacam jenis bahan kimia untuk deposisi epitaxial dalam cara yang terkontrol
X Sistem yang dapat memanaskan wafer
X Sistem untuk Scrubbing effluent gases

Sistem Difusi
Difusi adalah pemindahan materi yang dihasilkan dari pemusatan energi tinggi.
Pada masa awal industri semikonduktor, ini digunakan untuk mengkontrol deposisi/jumlah implan/dopan yang terdapat dalam silicon substrat yang menjadi dasar dari pembentukan P-N junction
Pada akhir-akhir ini, Teknik Implantasi telah menjadi cara yg utama untuk deposisi dopan.
Tapi Teknik Difusi masih diperlukan untuk aplikasi tertentu

Sebuah sistem difusi yang khas, dikenal dengan nama diffusion furnace (tungku/pembakaran difusi)
mempunyai kondisi lingkungan bersuhu tinggi dan aliran gas yang terkontrol
Terdiri dari:
X Elemen pemanas
X Tabung Difusi
X Wadah difusi (diffusion Boat)
X Sistem penyaluran dopan

Wafer di ekspose terhadap gas dopan pada temperatur tinggi didalam tungku
Sebuah mekanisme yang mirip dengan Oksidasi untuk menumbuhkan film tipis SiO2

Ion Implantation Equipment
Implantasi Ion, digunakan dalam fabrikasi wafer, untuk memilih deposisi implan ke dalam permukaan wafer. Proces ini melibatkan atom energi tinggi sebagai yang akan membantu penembakakan ke dalam dopan, untuk dapat memasukkan atom implan ke dalam struktur atom dopan. Ini memerlukan kontrol yang ketat untuk memastikan jumlah implan dan dopan persis sama dengan yang direncanakan dan tepat berada di lokasi dan kedalaman yang tepat tanpa menimbullkan kerusakan sedikitpun pada struktur silikon dari substrat.
Alat ini sangat kompleks, memerlukan keakuratan implant dan monitoring jenis bahan yang akan ditanam

Ion Implantation khasnya terdiri dari
X feed source, mengandung material sumber implant
X Ion source,
X Devais untuk mengekstrak dan memisahkan Ion
X Tabung akselerasi, ntuk menentukan jumlah pemuatan energi Ion
X Scanning System, untuk menjamin keseragaman distribusi Ion pada target
X System end station, untuk mengukur dosis dari implant dan meminimalisasi error
X High vacuum sytem
X Sistem Kontrol terkomputerisasi

Physical Vapor Deposition Systems
Adalah roses deposisi material diatas substrat dengan mengubah material menjadi berbentuk gas/uap, memindahkannya ke atas substrat melalui pengontrolan tekanan dan membiarkan uap tersebut memadat menyatu dengan target, inilah yang banyak digunakan dalam deposisi lapisan film tipis aluminium pada wafer, Sumber Material dapat dikonversi menjadi uap melalui proses evaporasi atau puttering

PVD tipe sputter biasnya terdiri atas:
X sputter chamber
X Pre-Processing chamber
X Vacuum pumps
X Catu daya
X Sputtering target
X Suttering Gas Supply
X Flow Control System
X Monitor
X Mekanisme pnanganan Wafer
X Komputer pengontrol

Chemical Vapor Deposition Systems
Adalah Proses pentranformasian molekul gas yang dikenal sebagai precursor menjadi film tipis padat atau bubuk material ke dalam permukaan substrat. Ada bermacam metode CVD, yang paling populer adalah metode yang dikenal sebagai Plasma-Enhanced CVD, atau PECVD.
PECVD menggunakan plasma untuk mendekomposisi gas reaktan, seperti Silane (SiH4) untuk menghasilkan reaksi yang dapat mempercepat pembentukan lapisan baru diatas permukaan substrat

Di dalam reaktor PECVD, medan elektrik yang sangat kuat menyalakan plasma diantara dua elektroda yang salah satunya memegang substrat, pembakaran plasma ini memecahkan ikatan molekul dari gas yang pad gilirannya akan memecahkan lebih banyak molekul gas yang lain sebelum mencapai permukaan substrat memungkinkan sebuah lapisan baru terjadi diatas substrat
Sebagai Contoh, jika Silane digunakan sebagai precursor (pemula/pemicu), pembakara plasma akan membebaskan Si dan SiH radikal, yang kemudian juga akan memecah lebih banyak molekul gas dalam perjalanannya menuju permukaan substrat dimana silikon kemudian diendapkan

Photolithography Equipment
Photolithography adalah proses optis yang digunakan untuk menghasikan pola rangkaian pada Wafer
Ini terdiri dari Bahan Phtoresist dan Mask yang digunakan secara selektif membuka atau menutup area diatas dice dimana material baru mungkin akan akan ditambahkan atau dibuang
Photolithography teridiri dari beberapa step yang berurutan, sehingga memelukan alat tersendiri untuk tiap step (langkah)

Peralatan yang digunakan pada photolithography teridir dari
X resist coating untuk mengendapkan/mendeposit photoresist diatas wafer
X ovens untuk meanggang secara lembut (soft-baking) photoresist
X exposure systems untuk membuat resist menjadi suatu bentuk radiasi
X development systems untuk membuang atau mempertahankan ekspos area dari resist (tergantung dari tipe photoresist ) , dibelakang mask pattern yng mungkin akan digunakan untuk proses fabrikasi wafer yang lain.

Etching Equipment
Etching/Etsa adalah proses pembuangan material atau lapisan dari wafer.
Ada dua tipe etsa yaitu
X Basah (menggunakan cairan kimia)
X Kering (menggunakan gas reaktan)

Peralatan untuk Etsa Basah terdiri dari sistem yang:
X Membolehkan difusi reaktan keatas permukaan wafer
X menyediakan kondisi yang memungkinkan untuk reaksi kimia dari reaktan dengan material yang akan dibuang
X Meng-ekstrak hasil reaksi dari permukaan wafer

Plasma etching adalah salah satu tipe etsa kering, dengan menggunakan plasma untuk menghasilkan jenis gas yang reaktif secara kimiawi. Gas yang reaktif terebut kemudian direaksikan dengan material yang akan di etsa. Ada bermacam konfiurasi etsa Plasma, tapi biasanya terdiri dari
X Tabung Etsa (etching Chamber)
X Sistem pemompa dn pengontrol tekanan
X RF power supply;
X Sistem penanganan gas
X Elektroda-elektroda.

SEMICONDUCTOR ASSEMBLY EQUIPMENT

DIE ATTACH EQUIPMENT

Mesin Die attach atau die bonders digunakan untuk mount atau
attach (mengambil dan menempelkan) die pada die pad atau die cavity (lubang/cetakan tempat die nantinya diletakkan)
Umumnya mesin Die Attach terdiri dari :
X Sistem Untuk Memegang dan menyusun leadframe (rangka IC) atau tempat dimana die nantinya akan ditempelkan (mounted)
X Sistem untuk mengambil die dari wafer untuk diletakkan dan ditempelkean pada die pad atau die cavity
X Sistem pick and place (ambil dan letakkan) untuk mengambil die dari wafer dan meletakkannya atau menempelkannya pada posisinya leadframe.

WIREBONDER

Mesin Wirebonding atau Wirebonder digunakan untuk memberi kawat yang menghungkan titik output dari rangkaian pada DICE/DIE ke kakai luar IC sehingga bisa menghubungkan rangkaian di dalam IC dengan di luar/PCB, dengan menggunakan benang emas (Gold wire) yang merupakan konduktor terbaik untuk saat ini.
Umumnya terdiri dari
X Sistem untuk memegang dan menyusun leadfram yang diatasnya sudah menempel untuk di bonding
X Sistem untuk memastikan bahwa unit yang akan di bonding berada pada suhu yang tepat selama wirebonding
X Sistem untuk menghubungkan benang emas dari titik kontak di DIE dengan titik kontak di kaki Leadframe/IC.

ESEC, ASM, Kaijo, and K&S adalah pembuat mesin Wire Bonding yang terkenal.

MOLDING EQUIPMENT

Mesin molding digunakan untuk mencetak/membungkus atau membentuk (encapsulating) IC, yang tadinya berada di rangka atau leadframe. Mesin ini umumnya terdiri dari
X preheating chamber
X plunger system
X melting pot
X runners
X molding cavities

Pada preheating chamber, Molding Compound (bahan atau material yang akan digunakan untuk membungkus / mencetak tubuh IC) di panaskan sebelum dicairkan (melted). Plunger system memasukkan molding compound yang sudah dipanaskan di preheating chamber kedalam melting pot dimana kemudian mold compound mencapai temperatur lelehnya sehingga mencair. Plunger system juga akan memasukkan Cairan Mold Compound tersebut dari melting pot kedalam runners. Runner lebih mirip sebuah kanal yang akan membawa cairan mold compound ke dalam cetakan yang didalamnya ada Leadframe yang diatasnya sudah ditempelkan DIE.

Pembuat Mesin Molding dinataranya adalah Sumitomo, Lauffer, dan Towa

DEFLASH/TRIMING/FORMING/SINGULATION (DTFS) MACHINES

Proses DTFS ini lebih banyak ke masalah pembentukan kaki IC
The Deflash (mechanical), Trim, Form, dan Singulation bisa menggunakan satu mesin untuk setiap step atau satu mesin untuk ektiga step tersebut.
Pada dasarnya DTFS adalah murni proses mekanik, karena itu mesin DTFS terdiri dari sistem otomatis yang sederhana untuk melubangi (punches) , memotong (Blades) dsb

SOLDER PLATING MACHINE
Mesin Solder plating digunakan untuk melapisi (plating) kaki IC
Umumnya terdiri dari :

X Struktur Rangka besar anti karat (non=corroding frame strukture) sebagai tempat meletakkan peralatan yang lain
X Sistem yang mirip ban berjalan untuk membawa dan memindahkan IC melewati bermacam step dari proses ini
X Saluran untuk unit lewat sambil diproses
X Tanki penyimpan Bahan Kimia
X Pompa untuk mengefektifkan aliran cairan kimia
X Sistem extractor untuk mengekstrak semua gas yang dihasilkan dari bermacam bagian dari peralatan
X Sistem untuk loading dan unloading
X Sistem pengontrol yang akan menyelaraskan interaksi diantara berbagai step dan bagian mesin sehingga dapat berjalan secara harmonis

Proses ini dimulai dengan me loading/memuati/meletakkan IC yang akan di plating ke atas belt yang kemudian akan membawa unit melwati saluran/terowongan yang terdiri dari bermacam proses electrochemical treatments untuk melapisi kaki unit. Pompa digunakan mengalirkan cairan kimia dari tanki penyimpanan ke tempat pemprosesan dan membuang cairan kimia bekas proses. Gas secara kontinyu dialirkan selama proses plating ini, maka diperlukan ekstraktor untuk membuang gas ini keluar, setelah selesai semua proses plating maka sistem unloading akan meletakkan kembali unit ke tempatnya

Pabrik yang membuat Mesin Molding diantaranya adalah MECO dan TECHNIC

SEMICONDUCTOR TEST EQUIPMENT

AUTOMATIC TEST EQUIPMENT (ATE) atau ELECTRICAL TESTER

ATE atau Tester digunakan pada pengetesan karakteristik dan performan dari devais yang dibuat.
ATE Tester sangat banyak jenisnya, tergantung dari devais yang akan di Test. Tapi secara umum ATE Tester terdiri dari kumpulan kontroller atau sistem yang berbasis microprosesor yang mengontrol :
X Board atau Modul yang dapat mensuplai input elektrik untuk Devais yang akan di Test (Device Under Test / DUT)
X Board atau Modul yang dapat mengukur karakteristik dan perilaku Devais (DUT) atas input yang diberikan.

Ada juga beberapa tambahan seperti Family Board (ada juga yang menyebut Load Board) dan DUT Board (ada juga yang menyebut Child Board atau Socket Board), digunakan untuk menyesuaikan dengan devais yang akan di Test, jadi jenis Socket Board bermacam – macam tergantung devais yang akan di Test, satu socket atau child Board biasanya untuk satu macam devais, sedang family Board bisa unutuk beberapa macam devais.

DAFTAR PABRIK PEMBUAT TESTER :

Agilent Technologies
Sebagai anak perusahaan dari Hewlett Packard yang menangani Tester, contoh Tester HP9004 dengan sistem operasi HP-UX, produk Mixed signal banyak memakai Tester ini.

Advantest Corp., Tokyo, Japan
Advantest meng-klaim sebagai pembuat Tester dan Handler Terbesar di dunia. Mempunyai manufacturing, sales, dan fasilitas servis di seluruh dunia, devais memori banyak memakai Tester ini.

Aehr Test Systems, Fremont, CA
Aehr Test Systems adalah pembuat Sistem untuk burning-in dan Pengetesan DRAM dan IC logic, termasukFOX Wafer-Level Burn-in System, the MTX Massively Parallel Memory Test/Burn-in System, dan MAX Burn-in and Test System.

CompuRoute Corp. Dallas, TX
CompuRoute, merancang, membuat dan memasarkan bermacam Tester di seluruh dunia sejak tahun 1972.

Credence Systems Corp.
Credence menawarkan informasi pada setiap produknya.

CST, Inc. Dallas, TX
CST, sudah melayani industri Memori sejak SIMM Tester, handler, dan adaptor 13 tahun terakhir ini, sudah bergabung dengan WWW bandwagon.

ECT Semiconductor Test Group. Tempe, AZ
Dulunya bernama ESH, Perusahaan ini sudah membuat DUT Board sejak 1983. Mengoperasikan pabrik sendiri

INCAL Technology
INCAL adalah pembuat peralatan untuk Burn-in dan asesorisnya juga memproduksi dan mensupport Tester Hewlett-Packard seri 947x untuk Sistem Pengetesan Mixed-signal dibawah lisensi dari HP

KVD Company
KVD Company adalah supplier ATE untuk Mixed Signal
Liberty Research
Liberty Research merancang dan memasarkan Hand-Test Soket Frekuensi Tinggi, Induktansi rendah dan perlengkapannya untuk devais dengan jenis kaki/Paket QFP, SOIC, dan BGA. Juga memasarkan Socket berinduktansi rendah untuk Paket BGA, PGA, LGA, CSP dan MCM.

Lorlin Test Systems
Lorlin Test Systems, Termasuk yang terbesar di Boston, menjual dan mensupport ATE dan Handler untuk Komponen Diskrit.

LTX Corp.
LTX merancang, membuat dan memasarkan Tester untuk Mixed Signal dan Komponen Diskrit

MOSAID Technology
The MOSAID Test Systems Division dmerancang, membuat dan memasarkan juga mensupport Sistem Pengetesan untuk Memory dan perangkat lunak analisa data untuk Engineer bagian perancangan, pemrosesan, produk dan kualiti.

NPTest, San Jose, CA
NPTest, sekarang sudah dimiliki sepenuhnya oleh Schlumberger Limited (NYSE:
SLB), spin-off (pergantian direksi) dari Schlumberger Semiconductor Solutions. NPTest
menyediakan Test dan diagnostik lanjut selain engineering services untuk industri semiconductor

NEXTEST Systems Corp. Cupertino, CA
NEXTEST memproduksi Tester berbiaya rendah untuk Logic, Memory, Scan, dan Analog Maverick
“personal tester” dengan test rates sampe dengan 66MHz dan jumlah pin-counts sampai dengan 512.

OZ Technologies, Inc., Hayward, CA
OZ Technologies bermacam Interface untuk Pengetesan IC, termasuk soket, Kontaktor, Interposer, interposers, package dapters, burn-in test probes, burn-in boards,load Boards dan probe Cards.

SZ Testsysteme AG, Amerang, Germany
SZ Testsysteme AG memproduksi ATE Tester untuk production, incoming inspection dan characterization.

Teradyne Corp., Boston, MA
With dengan pendapatan sekitar $1.2 milyar dan lebih dari 4000 pekerja di USA, Eropa dan Asia, Teradyne menjadi yang Terbesar untukl analog component test, memory test, VLSI logic test dan circuit board
test.

TMT, Inc. Sunnyvale, CA
TMT mensuplai cost-effective ATE untuk Manufaktur dengan volume produksi yang besar pada devais linear dan mixed-signal , keduanya pada area Wafer Sort dan final package test.

Xandex, Petaluma, CA
Xandex’s utamanya menawarkan DieMark inking systems, DUT boards dan produk dari prober-tester.

TEST HANDLER

Handler digunakan bersama dengan Tester yaitu digunakan untuk meletakkan unit yang akan di Test, tanpa Handler maka pengetesan masal akan sulit dilakukan alias hanya bisa di test satu persatu, ada handler yang bisa digunakan untuk bermacam Tester tapi ada juga yang khusu untuk satu Tester tertentu saja.
Konfigurasi atau cara kerja handler bermacam macam, ada yang meletakkan unit ke soket di Tester secara vertikal, ada juga yang secara orisontal atau dikenal dengan istilah pick and place.
Hnadler terdiri dari sistem untuk meletakkan unit IC yang akan di test, membawa ke tempat pengetesan dan meletakkan ke tempat hasil pengetesan yang bisa berupa tube/tabung tempat IC.
Peletakkanya tergantung hasil Test, unit yang gagal di salurkan ke tempat tabung untuk unit yang nggak lolos Test dan unit yang lolos Test masuk ke tabung unit yang bagus. Unit bagus bisa dibagi bagi lagi, misalnya yang lolos frekuensi 1GHz, 100GHz dan sebagainya, tergantung konfigurasi Handler dan Test program yang dibuat.

DAFTAR PABRIK PEMBUAT HANDLER

Advantest Corp., Tokyo, Japan
Advantest meng-klaim sebagai pembuat Handler yang terbesar di dunia, dia membuat, menjual dan memberikan jasa servis untuk seluruh dunia.

Aetrium Corp., N. St. Paul MN
Aetrium mengembangkan dan mengintegrasikan teknologi yang dimilikinya kedalam Sistem Test dan Handler berbasis produksi, yang dapat digunakan industri elektronika dan semikonduktor di seluruh dunia.

Avisa Corp. Vacaville, CA
Avisa Corporation menawarkan AV-280 yang dibuat dengan seni, dengan pick and place secara otomatis penuh, akurasi dan reabilitynya tinggi, AV-280 dapat menangani unit sampai dengan 40 mm2 besarnya, secara cepat dan akurat.

DB Design, Milpitas, CA
DB Design Group adalah suplier Change Kits untuk Handler yang utama.

Lorlin Test Systems
Lorlin Test Systems, mempunyai pabrik yang besar di Bostoner Boston , menjual dan mensupport ATE Tester dan Handleruntuk Komponen diskrit

RASCO AG
RASCO AG, berlokasi di Kolbermoor, Jerman, membuat gravity feed handlers berkecapatn tinggi

Simmpro
SimmPro (Tustin, CA 714-505-9600) mwn-supplai Mesin Otomatis, termasuk Handler DIMM, Handler SIMM, Pelabel PCB, shipping tray loader, multi-site handler, dan bermacam paket Board Rangkaian.

Synergetix
Synergetix mendesain dan membuat custom modules, Soket untuk Test, dan
interface.

Shinano Electronics Company Ltd. (SYNAX)
Synax sudah memproduksi Handler pick & place untuk industri devais surface mount lebih dari 10 tahun

Tape and Reel Equipment

Seperti namanya digunakana untuk pengepakan IC, untuk memudahkan pengiriman, bisa berbentuk gulungan pita Tape yang berisi IC seperti tablet obat atau bentuk yang lain.

Mesin Tape & Reel Umumnya terdiri dari
X Tempat input atau loading masukan
X Sistem Vision untuk Inspeksi
X Mekanisme taping dan reeling
X Tempat output

Pabrik pembuat Mesin ini antara lain Systemation, Ismeca, STI, dan Microvision