聚对二甲基苯沉积系统操作手册

1、聚對二甲基苯沉積系統操作手冊Parylene Deposition System SOP本資料之電子檔案已公開於南台灣奈米科技研究中心網站置放於儀器旁之無塵紙版本係為中心財產請勿任意攜出目錄1. 聚對二甲基苯沉積系統原理-P22. 儀器規格與沉積材料介紹-P43. 操作步驟介紹-P114. 設備維護與故障排除-P195. 簡易操作步驟-P206. 廠商資料-P217. 參考文獻-P221 聚對二甲基苯沉積系統原理1.1 前言聚對二甲基苯沉積系統為一高分子物質之化學氣相沉積系統。本中心採用之沉積材料為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，明顯

2、優於N型以及抗滲透性較佳(與矽膠(silicone)、氨基鉀酸酯(urethane)、環氧化物(epoxide)以及Parylene D、N型比較)等1。目前聚對二甲基苯薄膜的應用除了封裝或防水塗裝2外，亦也在微機電系統(MEMS) 3-5、燃料電池6和有機致電發光二極體(OLED)7等領域有許多的應用面被發展出來。1.2 原理簡單來說，聚對二甲基苯沉積系統的原理就是將一種二聚物放於真空環境下，經由蒸發、高溫熱解為單分子並重新鍵結後，將聚對二甲基苯以高分子的型態沉積於元件表面。整個沉積過程如下圖所示。第一階段，將雙對二甲基苯放入蒸發管並啟動機械真空幫浦使整個沉積系統保持於低真空狀態。並開始加熱

3、到150°C以上，促使雙對二甲基苯蒸發為氣態並進入熱解管中。第二階段，熱解管的溫度達680°C以上，氣態雙對二甲基苯進入時會被高溫熱解為單分子型態的對二甲基苯。第三階段，高溫的氣態對二甲基苯被噴發於沉積腔體中。因未對腔體加熱，所以腔體溫度在大約25°左右，這使得對二甲基苯開始重新鍵結成為高分子型態的聚對二甲基苯並附著於腔體的表面上。製程到此已完成，但是此時的氣態二甲基苯並非已完全附著於腔體的表面，所以在機械真空幫浦前需置入一冷凍捕捉器來捕捉殘餘的聚對二甲基苯並使其冷凝於冷卻棒上。聚對二甲基苯沉積系統過程圖1、82 儀器規格與沉積材料介紹2.1 儀器介紹本機台為Co

4、okson Electronics Inc.所出產之PDS 2010 LABCOTER 2，實驗室型聚對二甲基苯沉積系統，機台規格如下：系統尺寸：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：(Optional Mechanical Chiller)系統重量：77KG電力需求：單相110/220V，20/12 A，50/60HZ1.

5、電源2.緊急停機(關機鈕)3.熱解管控制器(溫度，°C)4.腔體量測器控制器(溫度，°C)5.蒸發管控制器(溫度，°C)6.真空控制器(壓力，真空單位)7.警告燈8.製程啟動/關閉鈕9.真空啟動旋鈕10.蒸發管加熱(轉盤轉動)啟動旋鈕11.熱解管和腔體量測器加熱啟動旋鈕實際值設定值2.2 面板功能2.3 機台示意圖1. 製程腔體2. 控制面板3. 冷卻棒4. 冷卻棒主機5. 冷卻棒系統開關6. 真空旋鈕Reset開關(蓋子內側)7. 蒸發管置於內部(粉末置放處)2.4 沉積材料介紹Parylene “C”：其分子結構相似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，速率大概是每小時沉積5.08m！中心提供之雙對二甲基苯粉末瓶Parylene “N”：是由poly-P-xylylene方式鍵結聚合，其特性為線性，且為高結晶之材料，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，大概是每小時沉積0.762m！Parylene “D”： 其分子結構相似Parylene “N”，不同

7、在於其芳香基中之二個氫原子（the aromatic hydrogens）被二個氯原子（chlorine）所取代，其在chamber中沉積與聚合速度非常快，但鍵結壓力卻十分慢，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 機台狀態確認Step 1 - 閱讀使用記錄簿是否有異常，若有請撥內線詢問中心人員是否可以使用機台。Step 2 - 查看機台週邊是否有張貼臨時公告，並詳讀。Step 3 - 啟動冷卻棒系統。(在開始加熱前，需確定至少已將冷卻棒系統暖機45分鐘以上，若此步驟有疏

8、失將導致抽氣幫浦損壞，請注意。當打開冷卻棒系統時勿將連接的管子過度扭轉、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台並紀錄於紀錄簿裡。Step 2 - 若無清潔，請依3.8節的方法清潔腔體以利製程的成功。Step 3 - 清潔乾淨，再以Micro Soap Solution 均勻塗於上述區域，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 - 刷卡並填寫紀錄簿。Step 2 - 將試片放置於旋轉盤上。Step 3 - 開啟蒸發管加熱和轉盤轉動啟動旋鈕(Vaporizer->enable，不需按製程開始鈕proc

9、ess start即可測試)，測試轉盤旋轉時，試片是否會被擠壓損壞。試片最大可放4吋晶圓，但須注意放置時，wafer切平處需朝外，否則試片將會被擠壓損壞。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，大約計算一下二聚物粉粒的總量會佔的面積，將多餘的長度摺起來。摺好後的長邊不可超過19.5cm(7.5inch)，接觸面形狀最好可以貼附於蒸發管的表面。Step 3 - 依製程需要並參考中心的參數測試報告9，使用微量天平量(無塵室有放置)測出所需的二聚物粉粒並放置於鋁舟。Ste

10、p 4 - 放置鋁舟於蒸發管中，再蓋上旋緊。請將鋁舟放置蒸發管中間。並非每次都須重新製作鋁舟如須用"A-174" silaneu 調配附著劑（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管的表面參考參數測試報告 取適當的粉末放置於鋁

11、舟上將不需要的部分摺起來，總長不要超過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台表面，並將冷卻棒放進冷卻口 (若沒緊貼表面，會導致抽真空無法抽取)Step 2 - 開啟真空啟動旋鈕(確認冷卻棒系統已打開45分鐘)。若抽真空失敗，係因腔體或是冷卻口未蓋緊，導致無法抽真空，使得真空啟動旋鈕跳掉，此時只要在機台內部按下真空旋鈕Reset開關，即會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。)旋轉至

12、VACUUM；燈亮欲達到之Chamber內壓力燈號閃爍代表其在加溫目前Chamber內壓力3.6 加熱器啟動Step 1 - 待真空抽至100真空單位以下(約5分鐘)，打開製程啟動/關閉鈕(綠色鈕，開啟時會亮燈)，再打開熱解管和腔體量測器加熱啟動旋鈕FURNACE / CHAMBER GAUGE為Enable。(開始加熱時，先加熱腔體量測器(Chamber Gauge)，待達到135度之後，約10分鐘，會繼續加熱熱解管到達690度，約1.5小時)Step 2 - 待熱解管加熱至690度後，開啟蒸發管加熱旋鈕到Enable。加熱至175度時，警告燈ALARM會亮，待等到175度時候，等待約15分

13、鐘即可以關掉蒸發管加熱旋鈕，及熱解管和腔體量測器加熱啟動旋鈕，再按製程啟動/關閉鈕，停止製程。(警告燈已經損壞。溫度達190度，等待約15分鐘見到壓力值驟降到一平緩區間後製程即完成。)Step 3 關閉冷卻系統，等待約2小時，腔體溫度即可降至100以下。當溫度到達190度時候等待1015分鐘關掉ALARM鈕已經損壞無法點亮 請觀察壓力值 再將此鈕按掉當溫度降到適當時候即可關掉 3.7 製程結束動作Step 1 - 約待爐管溫度降至100時，即可以將真空啟轉至VENT將試片取出。(若需作多次coating，約待爐管溫度降至60度時將sample放入後，再從清潔的步驟重新開始操作。)3.8 冷卻器

14、關閉與製程後清潔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，將冷卻棒清理乾淨即可(握住冷卻棒用扭轉的方式清潔。)Step 2 - 以手剝除於腔體內的薄膜。Step 3 - 使用無塵布沾上Micro Soap Solution均勻塗於腔體內部、冷卻棒、冷卻口、旋轉盤並清潔殘餘聚對二甲基苯薄膜。Step 4 - 關機、刷卡、填寫儀器記錄表4 設備維護與故障排除4.1 關機時一定要等溫度降到100才可破腔體將Sample取出4.2 當製程溫度達到實際值等於設定值時，必須執行下一動作，否則時間一拖久溫度將會自動回降，所以請不要離開機台過久4.3 當製程溫度一直無法上升時（且無

15、法達到設定值時），請將啟動旋鈕關閉，然後等候一下（讓真空度降到更低），之後在啟動旋鈕，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，請將插頭插在通風廚附近的電源。鄰近聚對二甲基苯沉積系統的延長線已有多台機台使用，無法再負荷吸塵器的功率。若勉強使用會造成局部區域的機台當機與跳電。5 簡易操作步驟1. 檢查紀錄簿，機台有無狀況。2. 開啟冷卻電源，等待45分鐘。(進行腔體清潔)3. 清潔。(使用Micro-90清潔腔體、轉盤，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、紀錄簿。6. 開啟機台電源。7. 放置試片，開啟VAPORIZERENABLE，測試轉盤旋轉時，試片是否會撞到蒸發管。8. 蓋上腔體，將冷卻棒放入腔體中，抽真空。(請用手加壓腔體上方，VACUUM->VACUUM，若抽真空跳掉，轉回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，FURNACE加熱至690約1.5小時。10. VAPORIZER->ENABLE，等待至170約20分鐘

17、，溫度到170後，再等約15分鐘沉積時間。11. VAPORIZER->DISABLE，FURNACE/CHAMBER GAUGE->DISABLE，VACUUM->HOLD，冷卻器電源關閉，刷退，填寫紀錄簿。爐管溫度降至100以下，需等待約2小時。 12. VACUUM->VENT，取出試片，關閉機台電源 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 新竹市光復路一段371號3樓之3l 新竹電話：+886-3-579-9029 / 免付費客服：0800-666-119l 新竹傳真：+886-3-579-9030l 台南地址：702 台南市大同路二段102號9樓之1l 台南電話：+886-6-213-8999l 台南傳真：+886-6-213-0099l 洽購初期負責人：林宗憲l 名稱：Parylene Deposition Systeml 型號：PDS 20107 參考文獻1 Cookson Electronics公司網頁 2 李仲祥，“SOI晶片製作共振式水中聲響感測器之研究”， 國立成功大學系統及船舶機電工程學系碩士論文，民國92年3 戴樘，“利用聚-對二甲苯微機電技術製作微感測器與微致動器”，淡江大學機械與機電工程學系碩士論文，民國91年4 T. Nick Po