日本NAS技研SC系列：简易高效微量金属污染物回收技术解析

发布时间： 2025-11-11　　点击次数： 23次

在半导体制造与纳米材料研发等对洁净度有要求的行业中，微量金属污染物（如Cu、Fe、Ni等）的存在会显著影响器件性能与良率。日本有限会社NAS技研（NAS GIKEN）推出的SC系列“简易型微量金属污染物采样/回收设备"，凭借模块化、自动化与低耗材设计，已成为晶圆级金属污染监控的主流解决方案。本文从工作原理、系统构成、关键型号对比、应用案例与运维要点五个方面，对该技术进行系统解析。

一、技术原理：表面张力限域+选择性液膜萃取

液膜形成：设备通过微缝支架将<50 μL的萃取液（通常为稀HF/HNO₃或螯合剂）固定在晶圆边缘，利用表面张力形成稳定液膜，避免传统旋转喷淋带来的液滴飞溅与交叉污染。
接触萃取：晶圆以0.5–2 rpm低速旋转，仅让斜角（bevel）或指定环形区域与液膜接触，金属污染物被快速络合或氧化溶解；通过调整旋转角度与液膜厚度，可将采样深度控制在纳米级。
在线回收：萃取完成后，微量液体被自动吸入PEEK毛细管，经氮气吹扫与稀释模块直接进入ICP-MS或TXRF样品瓶，全程密闭，回收率>95%，检出限低至10⁸ atoms/cm²。

二、系统构成与自动化流程
SC系列采用“PC+PLC"双控架构，可一键完成以下步骤：
① 晶圆装载（真空吸盘+对中CCD）→② 萃取液定量供给（注射泵±0.1 μL）→③ 旋转/扫描模式调用（环形/扇形/定点/斜角）→④ 液膜回收与在线稀释→⑤ 支架与管路自动清洗（WFI+氮气吹扫）。
整机外形约690×550×790 mm，重55 kg，仅需100–240 VAC、纯水和氮气，无需排风改造，可在普通洁净间直接使用。

三、型号对比与技术演进

表格

型号	上市年份	晶圆兼容性	采样模式	自动化等级	典型应用
SC-3100	2018	Si/疏水表面	环形、扇形、定点	半自动（支架手动）	8″以下硅片日常监控
SC-8100	2020	Si、SiC、蓝宝石、粗糙亲水片	上述+斜角	手动供液/自动回收	功率器件、LED外延片
SC-9100	2022	同SC-8100	上述+矩形扫描	全自动（液路+支架）	7 nm以下FinFET、GAA工艺
SC-9200	2024	同SC-9100	增加“边缘复原"功能	全自动+AI异常识别	3 nm、CFET、3D-NAND、DRAM

SC-9200新增“斜角复原+亲水性恢复"双模块：先用臭氧微等离子体去除bevel聚合物，再经CO₂超临界干燥恢复表面疏水，确保多次采样重复性<3 %。

四、应用案例与效益评估

7 nm逻辑厂：将SC-9100嵌入MES系统，每批wafer抽检2片，采样时间由传统全片萃取30 min缩短至6 min，年节省化学品>200 L，Fab整体金属污染 excursion 降低42 %。
功率IDM：对SiC MOSFET产线，采用SC-8100斜角模式监控Ti/Ni残迹，提前发现PVD腔体电弧异常，单批次挽回损失约15万美元。
研发机构：利用SC-9200的矩形扫描功能，定位3D-NAND深孔刻蚀后Fe污染热点，配合TOF-SIMS实现“nm级污染源追溯"，缩短研发周期2周。

五、运维要点与展望
• 耗材管理：萃取液每周更换，PEEK毛细管3个月更换一次，运行成本约0.8 $/wafer。
• 数据追溯：设备日志与PC端LabVIEW平台对接，可直接输出SEMI E133格式XML，便于FDC系统关联。
• 展望：NAS技研正在开发“SC-9300"，拟集成在线预浓缩（micro-column）与ICP-MS联机，实现“采样-检测-报告"全自动化，预计2026年发布。

结语
SC系列通过“微量液膜+精密旋转"核心，把传统数十毫升的湿法萃取缩减到微升级，兼顾了速度、灵敏度与低成本，已成为先进制程金属污染监控的标准工具。随着3 nm以下节点及3D器件的加速量产，SC系列有望进一步向“全自动化、在线化、多元素同步检测"方向演进，为半导体制造提供更高层级的质量保障。

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