Apa Itu Chipping Wafer dan Bagaimana Cara Mengatasinya?

Pemotongan wafer adalah proses penting dalam manufaktur semikonduktor dan berdampak langsung pada kualitas dan kinerja chip akhir. Dalam produksi aktual, chipping wafer—terutama chipping sisi depan dan chipping sisi belakang—adalah cacat yang sering terjadi dan serius yang secara signifikan membatasi efisiensi dan hasil produksi. Chipping tidak hanya memengaruhi tampilan chip tetapi juga dapat menyebabkan kerusakan permanen pada kinerja listrik dan keandalan mekaniknya.

Definisi dan Jenis Chipping Wafer

Chipping wafer mengacu pada retakan atau kerusakan material di tepi chip selama proses pemotongan. Umumnya dikategorikan menjadi chipping sisi depan dan chipping sisi belakang:

• Chipping sisi depan terjadi pada permukaan aktif chip yang berisi pola sirkuit. Jika chipping meluas ke area sirkuit, hal itu dapat sangat menurunkan kinerja listrik dan keandalan jangka panjang.

• Chipping sisi belakang biasanya terjadi setelah penipisan wafer, di mana retakan muncul di lapisan tanah atau yang rusak di sisi belakang.

Dari perspektif struktural, chipping sisi depan seringkali dihasilkan dari retakan pada lapisan epitaksial atau permukaan, sementara chipping sisi belakang berasal dari lapisan kerusakan yang terbentuk selama penipisan wafer dan pelepasan material substrat.

Chipping sisi depan dapat diklasifikasikan lebih lanjut menjadi tiga jenis:

1. Chipping awal – biasanya terjadi selama tahap pra-pemotongan ketika bilah baru dipasang, ditandai dengan kerusakan tepi yang tidak beraturan.

2. Chipping periodik (siklik) – muncul berulang kali dan teratur selama operasi pemotongan berkelanjutan.

3. Chipping abnormal – disebabkan oleh runout bilah, laju umpan yang tidak tepat, kedalaman pemotongan yang berlebihan, perpindahan wafer, atau deformasi.

Penyebab Utama Chipping Wafer

1. Penyebab Chipping Awal

• Akurasi pemasangan bilah yang tidak memadai

• Bilah tidak dipangkas dengan benar menjadi bentuk lingkaran yang sempurna

• Paparan butiran berlian yang tidak lengkap

Jika bilah dipasang dengan sedikit kemiringan, gaya pemotongan yang tidak merata akan terjadi. Bilah baru yang tidak cukup diolah akan menunjukkan konsentrisitas yang buruk, yang mengarah pada penyimpangan jalur pemotongan. Jika butiran berlian tidak sepenuhnya terpapar selama tahap pra-pemotongan, ruang chip yang efektif gagal terbentuk, meningkatkan kemungkinan chipping.

2. Penyebab Chipping Periodik

• Kerusakan dampak permukaan pada bilah

• Partikel berlian berukuran besar yang menonjol

• Adhesi partikel asing (resin, serpihan logam, dll.)

Selama pemotongan, takik mikro dapat berkembang karena dampak chip. Butiran berlian besar yang menonjol memusatkan tegangan lokal, sementara residu atau kontaminan asing pada permukaan bilah dapat mengganggu stabilitas pemotongan.

3. Penyebab Chipping Abnormal

• Runout bilah dari keseimbangan dinamis yang buruk pada kecepatan tinggi

• Laju umpan yang tidak tepat atau kedalaman pemotongan yang berlebihan

• Perpindahan atau deformasi wafer selama pemotongan

Faktor-faktor ini menyebabkan gaya pemotongan yang tidak stabil dan penyimpangan dari jalur pemotongan yang telah ditetapkan, secara langsung menyebabkan kerusakan tepi.

4. Penyebab Chipping Sisi Belakang

Chipping sisi belakang terutama berasal dari akumulasi tegangan selama penipisan wafer dan lengkungan wafer.

Selama penipisan, lapisan yang rusak terbentuk di sisi belakang, mengganggu struktur kristal dan menghasilkan tegangan internal. Selama pemotongan, pelepasan tegangan menyebabkan inisiasi retakan mikro, yang secara bertahap menyebar menjadi retakan sisi belakang yang besar. Saat ketebalan wafer berkurang, ketahanan terhadap tegangan melemah, dan lengkungan meningkat—membuat chipping sisi belakang lebih mungkin terjadi.

Dampak Chipping pada Chip dan Tindakan Penanggulangan

Dampak pada Kinerja Chip

Chipping sangat mengurangi kekuatan mekanik. Bahkan retakan tepi kecil dapat terus menyebar selama pengemasan atau penggunaan aktual, yang pada akhirnya menyebabkan fraktur chip dan kegagalan listrik. Jika chipping sisi depan menyerang area sirkuit, hal itu secara langsung membahayakan kinerja listrik dan keandalan perangkat jangka panjang.

Solusi Efektif untuk Chipping Wafer

1. Optimasi Parameter Proses

Kecepatan pemotongan, laju umpan, dan kedalaman pemotongan harus disesuaikan secara dinamis berdasarkan area wafer, jenis material, ketebalan, dan kemajuan pemotongan untuk meminimalkan konsentrasi tegangan.
Dengan mengintegrasikan penglihatan mesin dan pemantauan berbasis AI, kondisi bilah dan perilaku chipping secara real-time dapat dideteksi dan parameter proses disesuaikan secara otomatis untuk kontrol yang tepat.

2. Pemeliharaan dan Pengelolaan Peralatan

Perawatan rutin mesin pemotongan sangat penting untuk memastikan:

• Presisi spindel

• Stabilitas sistem transmisi

• Efisiensi sistem pendingin

Sistem pemantauan masa pakai bilah harus diterapkan untuk memastikan bilah yang sangat aus diganti sebelum penurunan kinerja menyebabkan chipping.

3. Pemilihan dan Optimasi Bilah

Properti bilah seperti ukuran butiran berlian, kekerasan ikatan, dan kepadatan butiran memiliki pengaruh yang kuat pada perilaku chipping:

• Butiran berlian yang lebih besar meningkatkan chipping sisi depan.

• Butiran yang lebih kecil mengurangi chipping tetapi menurunkan efisiensi pemotongan.

• Kepadatan butiran yang lebih rendah mengurangi chipping tetapi memperpendek umur alat.

• Material ikatan yang lebih lunak mengurangi chipping tetapi mempercepat keausan.

Untuk perangkat berbasis silikon, ukuran butiran berlian adalah faktor yang paling penting. Memilih bilah berkualitas tinggi dengan kandungan butiran besar yang minimal dan kontrol ukuran butiran yang ketat secara efektif menekan chipping sisi depan sambil menjaga biaya tetap terkendali.

4. Tindakan Pengendalian Chipping Sisi Belakang

Strategi utama meliputi:

• Mengoptimalkan kecepatan spindel

• Memilih abrasif berlian berbutir halus

• Menggunakan material ikatan lunak dan konsentrasi abrasif rendah

• Memastikan pemasangan bilah yang tepat dan getaran spindel yang stabil

Kecepatan rotasi yang terlalu tinggi atau terlalu rendah keduanya meningkatkan risiko fraktur sisi belakang. Kemiringan bilah atau getaran spindel dapat menyebabkan chipping sisi belakang area yang luas. Untuk wafer ultra-tipis, perawatan pasca seperti CMP (Chemical Mechanical Polishing), etsa kering, dan etsa kimia basah membantu menghilangkan lapisan kerusakan sisa, melepaskan tegangan internal, mengurangi lengkungan, dan secara signifikan meningkatkan kekuatan chip.

5. Teknologi Pemotongan Lanjutan

Metode pemotongan non-kontak dan tegangan rendah yang muncul menawarkan peningkatan lebih lanjut:

• Pemotongan laser meminimalkan kontak mekanis dan mengurangi chipping melalui pemrosesan dengan kepadatan energi tinggi.

• Pemotongan jet air menggunakan air bertekanan tinggi yang dicampur dengan mikro-abrasif, secara signifikan mengurangi tegangan termal dan mekanis.

Memperkuat Pengendalian dan Inspeksi Kualitas

Sistem pengendalian kualitas yang ketat harus ditetapkan di seluruh rantai produksi—dari inspeksi bahan baku hingga verifikasi produk akhir. Peralatan inspeksi presisi tinggi seperti mikroskop optik dan mikroskop elektron pemindaian (SEM) harus digunakan untuk memeriksa wafer pasca-pemotongan secara menyeluruh, memungkinkan deteksi dan koreksi dini cacat chipping.

Kesimpulan

Chipping wafer adalah cacat multi-faktor yang kompleks yang melibatkan parameter proses, kondisi peralatan, properti bilah, tegangan wafer, dan manajemen kualitas. Hanya melalui optimasi sistematis di semua area ini chipping dapat dikendalikan secara efektif—sehingga meningkatkan hasil produksi, keandalan chip, dan kinerja perangkat secara keseluruhan.