Perpustakaan Digital ITB

Proses fotolitografi dalam manufaktur semikonduktor merupakan salah satu tahapan fundamental yang menentukan kualitas dan akurasi pembentukan pola pada permukaan substrat. Proses ini membutuhkan sistem alignment dengan tingkat presisi tinggi untuk memastikan posisi relatif antara mask dan wafer tetap sesuai selama proses eksposur berlangsung. Kesalahan kecil dalam penyelarasan dapat menyebabkan terjadinya pergeseran pola (overlay error) yang berdampak langsung terhadap kualitas perangkat mikroelektronika yang dihasilkan. Pada sistem mask aligner komersial, kebutuhan terhadap akurasi dan stabilitas mekanis umumnya dipenuhi menggunakan mekanisme presisi tinggi dengan biaya investasi yang besar. Oleh karena itu, pengembangan sistem alignment manual yang ekonomis namun tetap memiliki performa mekanis yang baik menjadi tantangan penting, khususnya untuk kebutuhan laboratorium pendidikan dan penelitian. Tugas akhir ini membahas perancangan, implementasi, dan evaluasi empiris terhadap sistem vacuum clamping dan kinematic positioning yang terintegrasi pada sebuah prototipe mask aligner manual. Penelitian ini berfokus pada pengembangan subsistem mekanik yang berperan langsung dalam mempertahankan posisi mask berdimensi 7,5 x 7,5 cm dengan ketebalan 2 mm serta wafer silikon berukuran 2x2 cm selama proses alignment. Subsistem yang dikembangkan mencakup mask holder, wafer chuck, serta mekanisme rotasi pada stage wafer chuck yang digunakan untuk melakukan penyesuaian orientasi sudut secara presisi. Perancangan dilakukan dengan mempertimbangkan kebutuhan utama proses fotolitografi, yaitu kestabilan posisi, pengurangan kemungkinan pergeseran lateral, serta kemampuan melakukan koreksi orientasi dengan resolusi tinggi. Sistem fiksasi substrat menggunakan pendekatan dual vacuum clamping dengan jalur vakum terpisah untuk mask holder dan wafer chuck. Konsep ini dirancang untuk menghasilkan distribusi gaya penahanan yang lebih merata sehingga mask dan wafer dapat terkunci secara stabil terhadap permukaan dudukan. Gaya akibat tekanan negatif yang dihasilkan oleh sistem vakum berfungsi untuk mencegah perpindahan mekanis akibat gangguan eksternal maupun gaya selama proses pengoperasian. Selain itu, desain sistem juga mempertimbangkan aspek sealing, kompatibilitas material, serta minimisasi kebocoran udara agar tekanan vakum dapat dipertahankan secara konsisten. Berdasarkan hasil pengujian eksperimental, ii sistem vacuum clamping mampu mempertahankan tekanan operasional negatif pada rentang -10 hingga -12 cmHg dengan hasil yang cukup stabil terhadap posisi substrat. Selain itu, sistem juga memiliki planaritas dengan deviasi yang kecil sebesar 0.05°. Hasil tersebut menunjukkan bahwa mekanisme fiksasi yang dirancang mampu memberikan kestabilan yang memadai untuk aplikasi alignment skala laboratorium. Selain sistem vakum, kegiatan ini juga mengembangkan mekanisme kinematic positioning untuk pengaturan orientasi sudut antara mask dan wafer. Mekanisme rotasi dirancang menggunakan prinsip konversi gerak linear menjadi gerak rotasi melalui elemen mekanik yang memiliki hubungan kinematik. Pendekatan tersebut memungkinkan proses penyetelan sudut dilakukan secara lebih presisi dibandingkan mekanisme rotasi lainnya yang lebih kompleks dalam beberapa aspek. Sistem ini juga dilengkapi dengan metode pengurangan backlash untuk meningkatkan kestabilan posisi akhir dan menjaga konsistensi hasil penyelarasan. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa mekanisme rotasi yang dikembangkan mampu mencapai akurasi posisi sudut hingga 0.011589°, sehingga memenuhi kebutuhan penyesuaian orientasi pada proses alignment manual. Integrasi antara sistem vacuum clamping dan kinematic positioning menghasilkan sebuah platform alignment yang memiliki kestabilan mekanis tinggi dengan desain yang relatif sederhana dan ekonomis. Sistem yang dikembangkan mampu memberikan solusi alternatif terhadap kebutuhan mask aligner skala laboratorium dengan tetap mempertahankan prinsip rekayasa presisi. Hasil pelaksanaan tugas akhir menunjukkan bahwa kombinasi kedua mekanisme tersebut sudah cukup fungsional dalam meningkatkan keamanan fiksasi substrat serta meningkatkan kemampuan penyelarasan sudut secara akurat. Dengan demikian, prototipe yang dikembangkan dapat menjadi dasar pengembangan perangkat fotolitografi berbiaya rendah untuk mendukung kegiatan penelitian, pendidikan, dan eksperimen awal dalam bidang teknologi semikonduktor.