聚對(duì)二甲基苯沉積系統(tǒng)操作手冊(cè)

1、聚對(duì)二甲基苯沉積系統(tǒng)操作手冊(cè)Parylene Deposition System SOP本資料之電子檔案已公開於南臺(tái)灣奈米科技研究中心網(wǎng)站置放於儀器旁之無塵紙版本係為中心財(cái)產(chǎn)請(qǐng)勿任意攜出目錄1. 聚對(duì)二甲基苯沉積系統(tǒng)原理-P22. 儀器規(guī)格與沉積材料介紹-P43. 操作步驟介紹-P114. 設(shè)備維護(hù)與故障排除-P195. 簡(jiǎn)易操作步驟-P206. 廠商資料-P217. 參考文獻(xiàn)-P221 聚對(duì)二甲基苯沉積系統(tǒng)原理1.1 前言聚對(duì)二甲基苯沉積系統(tǒng)為一高分子物質(zhì)之化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)。本中心採(cǎi)用之沉積材料為Parylene C 型，其特徵在於沉積速度較快(與D、N型比較)、崩潰電壓在小於1mm時(shí)，明顯

2、優(yōu)於N型以及抗?jié)B透性較佳(與矽膠(silicone)、氨基鉀酸酯(urethane)、環(huán)氧化物(epoxide)以及Parylene D、N型比較)等1。目前聚對(duì)二甲基苯薄膜的應(yīng)用除了封裝或防水塗裝2外，亦也在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 3-5、燃料電池6和有機(jī)致電發(fā)光二極體(OLED)7等領(lǐng)域有許多的應(yīng)用面被發(fā)展出來。1.2 原理簡(jiǎn)單來說，聚對(duì)二甲基苯沉積系統(tǒng)的原理就是將一種二聚物放於真空環(huán)境下，經(jīng)由蒸發(fā)、高溫?zé)峤鉃閱畏肿觼K重新鍵結(jié)後，將聚對(duì)二甲基苯以高分子的型態(tài)沉積於元件表面。整個(gè)沉積過程如下圖所示。第一階段，將雙對(duì)二甲基苯放入蒸發(fā)管並啟動(dòng)機(jī)械真空幫浦使整個(gè)沉積系統(tǒng)保持於低真空狀態(tài)。並開始加熱

3、到150°C以上，促使雙對(duì)二甲基苯蒸發(fā)為氣態(tài)並進(jìn)入熱解管中。第二階段，熱解管的溫度達(dá)680°C以上，氣態(tài)雙對(duì)二甲基苯進(jìn)入時(shí)會(huì)被高溫?zé)峤鉃閱畏肿有蛻B(tài)的對(duì)二甲基苯。第三階段，高溫的氣態(tài)對(duì)二甲基苯被噴發(fā)於沉積腔體中。因未對(duì)腔體加熱，所以腔體溫度在大約25°左右，這使得對(duì)二甲基苯開始重新鍵結(jié)成為高分子型態(tài)的聚對(duì)二甲基苯並附著於腔體的表面上。製程到此已完成，但是此時(shí)的氣態(tài)二甲基苯並非已完全附著於腔體的表面，所以在機(jī)械真空幫浦前需置入一冷凍捕捉器來捕捉殘餘的聚對(duì)二甲基苯並使其冷凝於冷卻棒上。聚對(duì)二甲基苯沉積系統(tǒng)過程圖1、82 儀器規(guī)格與沉積材料介紹2.1 儀器介紹本機(jī)臺(tái)為Co

4、okson Electronics Inc.所出產(chǎn)之PDS 2010 LABCOTER 2，實(shí)驗(yàn)室型聚對(duì)二甲基苯沉積系統(tǒng)，機(jī)臺(tái)規(guī)格如下：系統(tǒng)尺寸：19.5inch（寬）× 24inch（深）× 52inch（高）腔體尺寸：12inch（直徑）× 12inch（高）有效:8.5inch（直徑） 11.19inch（高）最大蒸鍍：125grams真空幫浦：8.5 CFM, two-stage, direct drive冷卻系統(tǒng)：(Optional Mechanical Chiller)系統(tǒng)重量：77KG電力需求：?jiǎn)蜗?10/220V，20/12 A，50/60HZ1.

5、電源2.緊急停機(jī)(關(guān)機(jī)鈕)3.熱解管控制器(溫度，°C)4.腔體量測(cè)器控制器(溫度，°C)5.蒸發(fā)管控制器(溫度，°C)6.真空控制器(壓力，真空單位)7.警告燈8.製程啟動(dòng)/關(guān)閉鈕9.真空啟動(dòng)旋鈕10.蒸發(fā)管加熱(轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng))啟動(dòng)旋鈕11.熱解管和腔體量測(cè)器加熱啟動(dòng)旋鈕實(shí)際值設(shè)定值2.2 面板功能2.3 機(jī)臺(tái)示意圖1. 製程腔體2. 控制面板3. 冷卻棒4. 冷卻棒主機(jī)5. 冷卻棒系統(tǒng)開關(guān)6. 真空旋鈕Reset開關(guān)(蓋子內(nèi)側(cè))7. 蒸發(fā)管置於內(nèi)部(粉末置放處)2.4 沉積材料介紹Parylene “C”：其分子結(jié)構(gòu)相似Parylene “N”，不同在於其芳香基中

6、之一氫分子（the aromatic hydrogens）被氯（chlorine）所取代。在沉積過程中所需的壓力約為Parylene “N”之一半，速率大概是每小時(shí)沉積5.08m！中心提供之雙對(duì)二甲基苯粉末瓶Parylene “N”：是由poly-P-xylylene方式鍵結(jié)聚合，其特性為線性，且為高結(jié)晶之材料，Parylene “N”之分子是非常有彈性的，並且可以在聚合沉積作用之前多次的”bounce”，另外在沉積過程中所需壓力也比其他parylene之形式高，沉積速率亦相較其他形式慢的多，大概是每小時(shí)沉積0.762m！Parylene “D”： 其分子結(jié)構(gòu)相似Parylene “N”，不同

7、在於其芳香基中之二個(gè)氫原子（the aromatic hydrogens）被二個(gè)氯原子（chlorine）所取代，其在chamber中沉積與聚合速度非?？?，但鍵結(jié)壓力卻十分慢，中心目前只限使用Parylene “C”，不可使用Parylene “D”或Parylene “N”，以免汙染腔體，造成管路與腔體清潔困難。3 操作步驟介紹3.1 機(jī)臺(tái)狀態(tài)確認(rèn)Step 1 - 閱讀使用記錄簿是否有異常，若有請(qǐng)撥內(nèi)線詢問中心人員是否可以使用機(jī)臺(tái)。Step 2 - 查看機(jī)臺(tái)週邊是否有張貼臨時(shí)公告，並詳讀。Step 3 - 啟動(dòng)冷卻棒系統(tǒng)。(在開始加熱前，需確定至少已將冷卻棒系統(tǒng)暖機(jī)45分鐘以上，若此步驟有疏

8、失將導(dǎo)致抽氣幫浦損壞，請(qǐng)注意。當(dāng)打開冷卻棒系統(tǒng)時(shí)勿將連接的管子過度扭轉(zhuǎn)、彎曲，並小心操作、避免撞擊冷卻棒。)3.2 製程前清潔Step 1 - 檢查上一位使用者是否有清潔機(jī)臺(tái)並紀(jì)錄於紀(jì)錄簿裡。Step 2 - 若無清潔，請(qǐng)依3.8節(jié)的方法清潔腔體以利製程的成功。Step 3 - 清潔乾淨(jìng)，再以Micro Soap Solution 均勻塗於上述區(qū)域，以便製程後的清理。3.3 試片擺放與二聚物粉末置入腔體Step 1 - 刷卡並填寫紀(jì)錄簿。Step 2 - 將試片放置於旋轉(zhuǎn)盤上。Step 3 - 開啟蒸發(fā)管加熱和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)啟動(dòng)旋鈕(Vaporizer->enable，不需按製程開始鈕proc

9、ess start即可測(cè)試)，測(cè)試轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，試片是否會(huì)被擠壓損壞。試片最大可放4吋晶圓，但須注意放置時(shí)，wafer切平處需朝外，否則試片將會(huì)被擠壓損壞。微量天平3.4 船型鋁箔載體(鋁舟)製作與粉末放置Step 1 - 撕下一片約30cm(12inch)×14cm(5inch)的鋁箔Step 2 - 亮面朝上，大約計(jì)算一下二聚物粉粒的總量會(huì)佔(zhàn)的面積，將多餘的長(zhǎng)度摺起來。摺好後的長(zhǎng)邊不可超過19.5cm(7.5inch)，接觸面形狀最好可以貼附於蒸發(fā)管的表面。Step 3 - 依製程需要並參考中心的參數(shù)測(cè)試報(bào)告9，使用微量天平量(無塵室有放置)測(cè)出所需的二聚物粉粒並放置於鋁舟。Ste

10、p 4 - 放置鋁舟於蒸發(fā)管中，再蓋上旋緊。請(qǐng)將鋁舟放置蒸發(fā)管中間。並非每次都須重新製作鋁舟如須用"A-174" silaneu 調(diào)配附著劑（DI 水：IPA：A-174200：200：2；裝入 500 ml 定量瓶後攪拌30 min 再靜置 2 hr）u 將 wafer 置於上述附著劑中 15 min 取出以 N2 槍吹乾再靜置15min 浸入 IPA 溶劑中 1530 sec（或用 spin coater 5000 rpm 15sec）置入 HOT plate 70 3 minF流程為依照字母順序接觸面形狀最好可以貼附於蒸發(fā)管的表面參考參數(shù)測(cè)試報(bào)告 取適當(dāng)?shù)姆勰┓胖渺朵X

11、舟上將不需要的部分摺起來，總長(zhǎng)不要超過19.5cm< 19.5cm14cm30cm3.5 腔體抽真空Step 1- 將腔體蓋子蓋上並將外頭黑色橡圈緊密貼緊機(jī)臺(tái)表面，並將冷卻棒放進(jìn)冷卻口 (若沒緊貼表面，會(huì)導(dǎo)致抽真空無法抽取)Step 2 - 開啟真空啟動(dòng)旋鈕(確認(rèn)冷卻棒系統(tǒng)已打開45分鐘)。若抽真空失敗，係因腔體或是冷卻口未蓋緊，導(dǎo)致無法抽真空，使得真空啟動(dòng)旋鈕跳掉，此時(shí)只要在機(jī)臺(tái)內(nèi)部按下真空旋鈕Reset開關(guān)，即會(huì)Reset，而可重新再使用。(若真空一直抽不下去，則先檢查黑色橡圈、冷卻口和蒸發(fā)管的清潔度和緊密程度。若仍無法抽真空的話，可能需要使用暴力型自重量壓迫法，如右圖所示。)旋轉(zhuǎn)至

12、VACUUM；燈亮欲達(dá)到之Chamber內(nèi)壓力燈號(hào)閃爍代表其在加溫目前Chamber內(nèi)壓力3.6 加熱器啟動(dòng)Step 1 - 待真空抽至100真空單位以下(約5分鐘)，打開製程啟動(dòng)/關(guān)閉鈕(綠色鈕，開啟時(shí)會(huì)亮燈)，再打開熱解管和腔體量測(cè)器加熱啟動(dòng)旋鈕FURNACE / CHAMBER GAUGE為Enable。(開始加熱時(shí)，先加熱腔體量測(cè)器(Chamber Gauge)，待達(dá)到135度之後，約10分鐘，會(huì)繼續(xù)加熱熱解管到達(dá)690度，約1.5小時(shí))Step 2 - 待熱解管加熱至690度後，開啟蒸發(fā)管加熱旋鈕到Enable。加熱至175度時(shí)，警告燈ALARM會(huì)亮，待等到175度時(shí)候，等待約15分

13、鐘即可以關(guān)掉蒸發(fā)管加熱旋鈕，及熱解管和腔體量測(cè)器加熱啟動(dòng)旋鈕，再按製程啟動(dòng)/關(guān)閉鈕，停止製程。(警告燈已經(jīng)損壞。溫度達(dá)190度，等待約15分鐘見到壓力值驟降到一平緩區(qū)間後製程即完成。)Step 3 關(guān)閉冷卻系統(tǒng)，等待約2小時(shí)，腔體溫度即可降至100以下。當(dāng)溫度到達(dá)190度時(shí)候等待1015分鐘關(guān)掉ALARM鈕已經(jīng)損壞無法點(diǎn)亮 請(qǐng)觀察壓力值 再將此鈕按掉當(dāng)溫度降到適當(dāng)時(shí)候即可關(guān)掉 3.7 製程結(jié)束動(dòng)作Step 1 - 約待爐管溫度降至100時(shí)，即可以將真空啟轉(zhuǎn)至VENT將試片取出。(若需作多次coating，約待爐管溫度降至60度時(shí)將sample放入後，再?gòu)那鍧嵉牟襟E重新開始操作。)3.8 冷卻器

14、關(guān)閉與製程後清潔Step 1 - 待試片取出後，將冷棒移至固定處，再以無塵紙大力擦拭，將冷卻棒清理乾淨(jìng)即可(握住冷卻棒用扭轉(zhuǎn)的方式清潔。)Step 2 - 以手剝除於腔體內(nèi)的薄膜。Step 3 - 使用無塵布沾上Micro Soap Solution均勻塗於腔體內(nèi)部、冷卻棒、冷卻口、旋轉(zhuǎn)盤並清潔殘餘聚對(duì)二甲基苯薄膜。Step 4 - 關(guān)機(jī)、刷卡、填寫儀器記錄表4 設(shè)備維護(hù)與故障排除4.1 關(guān)機(jī)時(shí)一定要等溫度降到100才可破腔體將Sample取出4.2 當(dāng)製程溫度達(dá)到實(shí)際值等於設(shè)定值時(shí)，必須執(zhí)行下一動(dòng)作，否則時(shí)間一拖久溫度將會(huì)自動(dòng)回降，所以請(qǐng)不要離開機(jī)臺(tái)過久4.3 當(dāng)製程溫度一直無法上升時(shí)（且無

15、法達(dá)到設(shè)定值時(shí)），請(qǐng)將啟動(dòng)旋鈕關(guān)閉，然後等候一下（讓真空度降到更低），之後在啟動(dòng)旋鈕，想必就能改善此問題；總言之，要讓製程溫度能順利上升，最重要的步驟就是讓真空度抽到越低越好4.4 若需使用吸塵器清潔者，請(qǐng)將插頭插在通風(fēng)廚附近的電源。鄰近聚對(duì)二甲基苯沉積系統(tǒng)的延長(zhǎng)線已有多臺(tái)機(jī)臺(tái)使用，無法再負(fù)荷吸塵器的功率。若勉強(qiáng)使用會(huì)造成局部區(qū)域的機(jī)臺(tái)當(dāng)機(jī)與跳電。5 簡(jiǎn)易操作步驟1. 檢查紀(jì)錄簿，機(jī)臺(tái)有無狀況。2. 開啟冷卻電源，等待45分鐘。(進(jìn)行腔體清潔)3. 清潔。(使用Micro-90清潔腔體、轉(zhuǎn)盤，清潔越完善效果越佳)4. 放置PARYLENE顆粒製腔體。(1g->厚度1um)5. 刷卡，填寫

16、紀(jì)錄簿。6. 開啟機(jī)臺(tái)電源。7. 放置試片，開啟VAPORIZERENABLE，測(cè)試轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，試片是否會(huì)撞到蒸發(fā)管。8. 蓋上腔體，將冷卻棒放入腔體中，抽真空。(請(qǐng)用手加壓腔體上方，VACUUM->VACUUM，若抽真空跳掉，轉(zhuǎn)回VENT鍵，再按RESET鍵，重新抽真空，等待約5-10分鐘使腔體壓力至100以下)9. 按下PROCESS START(亮燈)，開啟FURNACE/CHAMBER GAUGE->ENABLE，CHAMBER GAUGE加熱至135約15分鐘，F(xiàn)URNACE加熱至690約1.5小時(shí)。10. VAPORIZER->ENABLE，等待至170約20分鐘

17、，溫度到170後，再等約15分鐘沉積時(shí)間。11. VAPORIZER->DISABLE，F(xiàn)URNACE/CHAMBER GAUGE->DISABLE，VACUUM->HOLD，冷卻器電源關(guān)閉，刷退，填寫紀(jì)錄簿。爐管溫度降至100以下，需等待約2小時(shí)。 12. VACUUM->VENT，取出試片，關(guān)閉機(jī)臺(tái)電源 POWER-OFF。13. 清潔腔體。6 廠商資料6.1 製造商資料l 廠商：Cookson Electronicsl 地址：(SCS Headquarters/Manufacturing) 7645 Woodland Drive, Indianapolis, IN

18、 46278l 電話：800-356-8260 Toll-Free / 317-244-1200 Locall 傳真：317-240-2073l 網(wǎng)址：6.2 代理商資料l 廠商：雙程科技l 新竹地址：300 新竹市光復(fù)路一段371號(hào)3樓之3l 新竹電話：+886-3-579-9029 / 免付費(fèi)客服：0800-666-119l 新竹傳真：+886-3-579-9030l 臺(tái)南地址：702 臺(tái)南市大同路二段102號(hào)9樓之1l 臺(tái)南電話：+886-6-213-8999l 臺(tái)南傳真：+886-6-213-0099l 洽購(gòu)初期負(fù)責(zé)人：林宗憲l 名稱：Parylene Deposition Systeml 型號(hào)：PDS 20107 參考文獻(xiàn)1 Cookson Electronics公司網(wǎng)頁 2 李仲祥，“SOI晶片製作共振式水中聲響感測(cè)器之研究”， 國(guó)立成功大學(xué)系統(tǒng)及船舶機(jī)電工程學(xué)系碩士論文，民國(guó)92年3 戴樘，“利用聚-對(duì)二甲苯微機(jī)電技術(shù)製作微感測(cè)器與微致動(dòng)器”，淡江大學(xué)機(jī)械與機(jī)電工程學(xué)系碩士論文，民國(guó)91年4 T. Nick Po