BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Transkripsi

1 BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metode Penelitian Metodepenelitianmengenai Perancangan dan fabrikasi prototype pemandu gelombang optik berstruktur planar menggunakan polimer yang digunakan adalahstudiliteraturdaneksperimen, dengan skema penelitian seperti pada Gambar 3.1. MULAI Identifikasi dan Perumusan Masalah Data Sekunder Persiapan alat dan bahan Litografi Pemograman Wolfram Mathematica Wafer cleaning dengan RCA-1 dan RCA-2 Marcatili smethodedanpers amaan Maxwell Spin Coating Photo exposure,wet etching,resist strip,dan curing Karakterisasi fisik(karakterisasi SEM dan jarum ukur) SELESAI 23

2 24 Gambar 3.1. Bagan Alur Penelitian Si Si Wafer Cleaning oksidasi Photo Exposure Photoresist Polimer SiO2 Wet Etching SiO2 Polimer SiO2 Spin Coating spin coating SiO2 SiO2 Resist strip dan Curing Photoresist Polimer SiO2 Gambar 3.2. Bagan Alur Fabrikasi (HD MicroSystems) B. Lokasi Penelitian Tempat : LaboratoriumBahandanKomponenMikroelektronikaPusatPeneliti an Elektronika dan Telekomunikasi Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (PPET LIPI) Waktu : April 2014-Juli 2014 Alamat : Komplek LIPI Jl. Sangkuriang Gd. 20 Bandung telp , Fax

3 25 C. Alat dan Bahan 1. Alat a. Spin coater+vacum b. Hot Plate c. Lampu Xenon(Exposure Unit) d. Peralatan kimia e. Positive mask f. Gas N 2 g. Handphone (stopwatch) h. Gunting i. Tissue 2. Bahan a. Polimer(polyimide) b. Tetrametylamoniumhidroxide(TMAH) c. HF(Asam Florida) d. DI-water e. NH 4 OH f. H 2 O 2 g. HCl h. Photoresist i. VM-651(promotor adhesive) j. Acetone k. N-Butylacetat D. Alur Pembuatan Pemandu Gelombang Optik berstruk Planar menggunakan Polimer

4 26 1. Litografi Merancang pemandu Preparasi substrat gelombang optik planar Silika Pembuatan masker : 1. Desain masker RCA-1 dengan Corel draw X5 2. Printing di POLAR Aplikasi wolfram mathematica dengan Pencampuran menggunakan NH 4 OH + persamaan dan persamaan DI-Water 60 + dan H 2 O 62 2 Pemanasan pada suhu 75 o Pencetakan pola masker C pada selama orto 15 film menit Gambar 3.3. Alur proses litografi RCA-2 Pencampuran HCl + DI- Water + H 2 O 2 Pemanasan pada suhu 75 o C selama 15 menit Perendaman wafer pada RCA-1 dan RCA-2 Pencucian dengan HF Larutan HF:H 2 O 2 (5:100) Pengeringan dengan gas N 2 2. Wafer Cleaning dengan RCA-1 dan RCA-2 Gambar 3.4. AlurWafer Cleaning Dengan RCA-1 dan RCA-2

5 27 3. Spin Coating Pelapisan wafer dengan VM-651(promotor adhesive) Spin coating dengan kecepatan 3500 rpm Pelapisan Polyimide Kecepatan 7600 rpm selama 60 detik Photoresist Gambar 3.5. AlurSpin Coating 4. Photo exposure, Wet etching, resist strip,curing Photo exposure dengan lampu xenon selama 60 detik Wet etching Resist strip Perendaman pada TMAH selama 20 dan 40 detik kemudian Spin dry dengan kecepatan 5000rpm selama 15 detik Perendaman pada N-butilacetate selama 10 detik kemudian Spin dry dengan kecepatan 5000rpm selama 15 detik curing Karakterisasi fisik Pemanasan pada hotplate (200 30menit dan 350 1jam)

6 28 Gambar 3.6.AlurPhotoExposure, Wet Etching, Resist Strip dancuring E. Prosedur Pembuatan pemandu gelombang optik planar Pada penelitian ini pembuatan pemandu gelombang optik planar menggunakan konsep perancangan menggunakan wolfram mathematica dan kemudian mengolahnya dalam proses fabrikasi semua material diletakkan secara menumpuk seperti sandwich (Gambar 3.2). Penelitian ini terdiri dari beberapa tahapan proses yaitu : 1. Litografi Proses litografi (sesuai Gambar 3.3) pada penelitian ini terdiri dari: a. Perancangan pemandu gelombang optik planar dengan metode Marcatiili menggunakan aplikasi wolfram mathematica. b. Pembuatan masker positif dengan ukuran lebar 10,20,30 dan 50 mikron dengan bantuan Corel Draw X5 yang kemudian dicetak pada kertas film transparan di POLAR sesuai gambar3.7. Gambar 3.7. Pola Masker 2. Wafer Cleaning dengan RCA-1 dan RCA-2 Proses wafer cleaning (sesuai dengan Gambar 3.3) pada penelitian ini bertujuan untuk membersihkan wafer dari debu atau kotoran lainnya. Wafer atau substrat yang digunakan adalah berupa wafer silikon. Silikon dibersihkan dengan

7 29 larutan RCA-1 dan kemudian dengan RCA-2. Larutan RCA-1 untuk membuang sisa-sisa organik yang dihasilkan pada waktu proses pengoksidasian wafer, sedangkan RCA-2 untuk membuang ion-ion metal yang terdapat pada wafer. Adapun proses pembuatan larutan RCA-1 dan RCA-2 adalah sebagai berikut: Pembuatan RCA-1 75 ml DI water dicampurkan dengan 15 ml NH 4 OH (Ammonium Hydroxide)dan tambahkan 15 ml H 2 O 2 (Hydrogen Peroxide), setelah itu dipanaskan di atas hotplatesampai 75 o C. Kemudian, pindahkan larutan dari hotplatediamkan selama 1-2 menit. Larutan RCA 1 siapdigunakan (Bachman, 1999). Pembuatan RCA-2 90 ml DI waterdicampurkandengan 15mLHCl (HydrogenChloride)dan tambahkan 15mL H 2 O 2 (HydrogenPeroxide), dipanaskan di atas hotplatehingga75 o C.Kemudian, pindahkan larutan dari hotplatediamkan selama 1-2 menit. Larutan RCA 1 siapdigunakan (Bachman, 2002) Pembersihan wafer Waferdirendamdalamlarutan RCA-1 selama 15 menit, laludibilasdengan DI water. Setelahitu, waferdirendamdalamlarutan RCA-2 selama 15 menit, laludibilasdengan DI water.wafer yang telahdirendam di larutan RCA-1 dan RCA- 2 kemudiandicucidenganlarutan HF (HydrogenFluoride) dan dikeringkandengan gas N 2.

8 30 Gambar 3.8. Pembuatan RCA-1 dan RCA-2 Serta Pembersihan Wafer Setelah bersih tahap selanjutnya adalah mengoksidasi wafer dengan meletakkan silikon pada boat. Kemudian alat oksidasi tersebut dinyalakan dengan suhu Ketebalan oksidasi dipengaruhi oleh lama tidaknya proses oksidasi. 3. Spin Coating Proses spin coating dilakukan melalui beberapa tahapan. Tahap pertama wafer yang sudah dibersihkan dengan RCA-1 dan RCA-2 ditempatkan pada spin coater.spin coater yang digunakandalamfabrikasiinimempunyaikecepatanputar rpm denganlamanyawaktupercepatan (acceleration) sertaperlambatan (deceleration) yang bisa diatur secara manual. Spin coater yang digunakan dan proses spin coating ditunjukkan pada Gambar 3.8 Material pelapis Piringan Substrat Vacum Gambar 3.9.Spin Coater

9 31 a. Spin Coating Promotor Adhesive Sebelum dilapisi polymer, maka terlebih dahulu substrat dilapisi dengan promotor adhesive(vm-651 oleh HD MicroSystems). VM-651 biasanya dicampurkan dengan DI-Water hingga 0.1%, dan dapat digunakan sebelum 24 jam. Pelapisan promotor adhesive dilakukan agar meningkatkan daya lekat polymer terhadap permukaan wafer(norio,d.heard). Substrat/wafer diletakkan diatas spin coater dan divacumkan. Larutan VM-651 yang mengandung G- aminopropytitrieth-oxysilane diteteskan diatas wafer kemudianspin coater diputar dengan variasi kecepatan seperti yang ditunjukkan pada Gambar Substrat yang telah dispin coating, kemudian dipanaskan 120 o C diatas hotplate selama 60 detik (HD MicroSystems). 20 detik 3500 rpm 3500 rpm 15 detik 30 detik 0 rpm 0 rpm Gambar Profil Kecepatan Untuk PelapisanVM-651(Mahmudin,D. dkk) b. Spin coating Polimer Selanjutnya dilakukan proses pelapisan polyimide (PI-2545) diatas substrat. Substrat diletakkan diatas spin coater, divacumkan, dan ditetesi dengan PI Spin coater diputar dengan kecepatan putar 7500 rpm selama 60 detik, untuk memperoleh ketebalan yang diharapkan. Kemudian dipanaskan 140 o Cdiatas hotplate selama 6 menit (HD MicroSystems).

10 rpm 60 detik 30 detik 500 rpm 5 detik Gambar Profil Kecepatan Untuk Pelapisan PI rpm Sebelum pelapisan photoresist substrat yang telah terlapisi harus didinginkan pada temperatur ruang maksimum selama 24 jam. Jika disimpan lebih dari 24 jam, polimer tidak dapat digunakan lagi. c. Spin Coating Photoresist Setelah substrat dilapisi dengan polymer, maka selanjutnya dilakukan pelapisan dengan fotoresist. Fotoresist yang digunakan merupakan jenis fotoresist positif. Substrat yang telah ditetesi dengan fotoresist positif yang telah dipilih (mengandung: Etilasetat dan N-Butilasetat), kemudian diputar dengan spin coater. Profil kecepatan yang digunakan dalam proses ini ditunjukkan pada Gambar 3.12 Setelah dilakukan proses pelapisan, kemudian substrat dipanaskan 90 o C diatas hotplate selama 3 menit rpm 30 detik 15 detik 500 rpm 5 detik 0 rpm Gambar Profil Kecepatan Untuk Pelapisan Photoresist

11 33 4. Photo Exposure, Wet Etching, Resist Strip dan Curing Proses photo exposure dilakukan untuk memindahkan pola-pola waveguide yang terdapat pada masker ke substrat dengan menggunakan sinar lampu ultraviolet. Masker pola-pola waveguide yang akan difabrikasi dibuat diatas orthofilm. Masker yang digunakan dengan variasi ukuran, yaitu 10,20,30, dan 50 mikron yang dapat dilihat pada Gambar Gambar Masker yang Digunakan Pada fabrikasi ini digunakan alat photo exposure dari Oriel Corporation tipe dengan daya lampu Xenon sebesar 300 Watt.Jarak substrat dan masker dari titik pusat lensa sebesar 5 cm dan Photo exposure dilakukan selama 60.Alat photo exposure yang digunakan ditunjukkan pada Gambar Gambar Alat Photo Exposure Yang Digunakan

12 34 Setelah substrat diexposure, maka selanjutnya dilakukan proses etching untuk membuang lapisan photoresist dan polymer sehingga dihasilkan pola waveguide diatas substrat sesuai dengan pola pada maskerdetik (Lee, J.B; Darling, R.B). Pada fabrikasi ini digunakan photoresist positif, sehingga proses etchingakan membuang lapisan substrat yang tidak tertutupi oleh masker (bagian selain pola waveguide yang berupa garis hitam). Etching yang dilakukan yaitu wet etching dengan menggunakan larutan (CH 3 ) 4 NOH yang biasa disebut sebagai TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide). Etching dilakukan dengan cara merendam substrat yang telah diexposure dalam TMAH dengan variasi waktu 20 detik, 20 detik dan 10 detik sampai terbentuk pola-pola waveguide seperti pada gambar 3.2. Selanjutnya dilakukan proses resist strip untuk membuang sisa lapisan photoresist yang terdapat di substrat. Resist strip dilakukan dengan cara merendam substrat yang telah dietching dalam larutan N-Butylacetate sampai sisa lapisan photoresist di substrat hilang. Setelah proses resist strip, maka selanjutnya dilakukan proses curing. Proses ini berguna untuk mengeraskan lapisan polymer diatas substrat. Curing dilakukan dengan cara memanaskan substrat di oven/hotplate sampai suhu tertentu. Grafik tahap-tahap pemanasan substrat dalam proses curing ditunjukkan oleh Gambar 3.15dan Gambar 3.16 menunjukkan urutan proses fabrikasi waveguide optik berbasis polymer secara lengkap. 30 menit 350 o C 350 o C 10 o C / menit 15 menit 200 o C 200 o C 10 o C / menit 10 o C / menit 50 o C 20 o C

13 35 Gambar Grafik Pemanasan Substrat Dalam Proses Curing(Dadin dkk) Kotoran Cutting Wafer Cleaning (RCA-1 + RCA-2) Si + SiO 2 Wafer Pelapisan Polymer (Spin Coater) Pelapisan Photoresist (Spin Coater) Masking Masker Substrat Photo Exposure Lampu UV Resist Strip (N-Butylacetate) Wet etching (TMAH) Lensa Masker Photoresist Polymer SiO 2 Si Gambar Urutan Proses Fabrikasi Waveguide Optik Berbasis Polimer(Mahmudin, D. dkk.) F. Karakterisasi Fisik Setelah proses curing selesai, proses selanjutnya adalah karakterisasi fisik dengan menggunakan SEM(Scanning Electron Microscope), mikroskop dan profile meter. Hal ini berguna untuk memperoleh bentuk dari pemandu gelombang optik planar agar dapat terlihat hingga ukuran mikron. Sebelum dianalisis menggunakan SEM sampel terlebih dahulu dipotong menggunakan pisau diamond seperti pada gambar 3.17 Setelah itu sampel dapat diuji dengan ketiga alat tersebut. Selain itu ukur kembali masker yang digunakan, untuk dibandingkan dengan hasil sampel sebelum dan sesudah diberi masker.

14 36 Gambar Pemotongan Substrat