日本NAS技研SC系列：簡易高效微量金屬污染物回收技術(shù)解析

發(fā)布時間： 2025-11-11　　點擊次數(shù)： 140次

在半導(dǎo)體制造與納米材料研發(fā)等對潔凈度有要求的行業(yè)中，微量金屬污染物（如Cu、Fe、Ni等）的存在會顯著影響器件性能與良率。日本有限會社NAS技研（NAS GIKEN）推出的SC系列“簡易型微量金屬污染物采樣/回收設(shè)備"，憑借模塊化、自動化與低耗材設(shè)計，已成為晶圓級金屬污染監(jiān)控的主流解決方案。本文從工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成、關(guān)鍵型號對比、應(yīng)用案例與運維要點五個方面，對該技術(shù)進行系統(tǒng)解析。

一、技術(shù)原理：表面張力限域+選擇性液膜萃取

液膜形成：設(shè)備通過微縫支架將<50 μL的萃取液（通常為稀HF/HNO?或螯合劑）固定在晶圓邊緣，利用表面張力形成穩(wěn)定液膜，避免傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)噴淋帶來的液滴飛濺與交叉污染。
接觸萃取：晶圓以0.5–2 rpm低速旋轉(zhuǎn)，僅讓斜角（bevel）或指定環(huán)形區(qū)域與液膜接觸，金屬污染物被快速絡(luò)合或氧化溶解；通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度與液膜厚度，可將采樣深度控制在納米級。
在線回收：萃取完成后，微量液體被自動吸入PEEK毛細(xì)管，經(jīng)氮氣吹掃與稀釋模塊直接進入ICP-MS或TXRF樣品瓶，全程密閉，回收率>95%，檢出限低至10? atoms/cm2。

二、系統(tǒng)構(gòu)成與自動化流程
SC系列采用“PC+PLC"雙控架構(gòu)，可一鍵完成以下步驟：
① 晶圓裝載（真空吸盤+對中CCD）→② 萃取液定量供給（注射泵±0.1 μL）→③ 旋轉(zhuǎn)/掃描模式調(diào)用（環(huán)形/扇形/定點/斜角）→④ 液膜回收與在線稀釋→⑤ 支架與管路自動清洗（WFI+氮氣吹掃）。
整機外形約690×550×790 mm，重55 kg，僅需100–240 VAC、純水和氮氣，無需排風(fēng)改造，可在普通潔凈間直接使用。

三、型號對比與技術(shù)演進

表格

型號	上市年份	晶圓兼容性	采樣模式	自動化等級	典型應(yīng)用
SC-3100	2018	Si/疏水表面	環(huán)形、扇形、定點	半自動（支架手動）	8″以下硅片日常監(jiān)控
SC-8100	2020	Si、SiC、藍(lán)寶石、粗糙親水片	上述+斜角	手動供液/自動回收	功率器件、LED外延片
SC-9100	2022	同SC-8100	上述+矩形掃描	全自動（液路+支架）	7 nm以下FinFET、GAA工藝
SC-9200	2024	同SC-9100	增加“邊緣復(fù)原"功能	全自動+AI異常識別	3 nm、CFET、3D-NAND、DRAM

SC-9200新增“斜角復(fù)原+親水性恢復(fù)"雙模塊：先用臭氧微等離子體去除bevel聚合物，再經(jīng)CO?超臨界干燥恢復(fù)表面疏水，確保多次采樣重復(fù)性<3 %。

四、應(yīng)用案例與效益評估

7 nm邏輯廠：將SC-9100嵌入MES系統(tǒng)，每批wafer抽檢2片，采樣時間由傳統(tǒng)全片萃取30 min縮短至6 min，年節(jié)省化學(xué)品>200 L，F(xiàn)ab整體金屬污染 excursion 降低42 %。
功率IDM：對SiC MOSFET產(chǎn)線，采用SC-8100斜角模式監(jiān)控Ti/Ni殘跡，提前發(fā)現(xiàn)PVD腔體電弧異常，單批次挽回?fù)p失約15萬美元。
研發(fā)機構(gòu)：利用SC-9200的矩形掃描功能，定位3D-NAND深孔刻蝕后Fe污染熱點，配合TOF-SIMS實現(xiàn)“nm級污染源追溯"，縮短研發(fā)周期2周。

五、運維要點與展望
• 耗材管理：萃取液每周更換，PEEK毛細(xì)管3個月更換一次，運行成本約0.8 $/wafer。
• 數(shù)據(jù)追溯：設(shè)備日志與PC端LabVIEW平臺對接，可直接輸出SEMI E133格式XML，便于FDC系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。
• 展望：NAS技研正在開發(fā)“SC-9300"，擬集成在線預(yù)濃縮（micro-column）與ICP-MS聯(lián)機，實現(xiàn)“采樣-檢測-報告"全自動化，預(yù)計2026年發(fā)布。

結(jié)語
SC系列通過“微量液膜+精密旋轉(zhuǎn)"核心，把傳統(tǒng)數(shù)十毫升的濕法萃取縮減到微升級，兼顧了速度、靈敏度與低成本，已成為先進制程金屬污染監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)工具。隨著3 nm以下節(jié)點及3D器件的加速量產(chǎn)，SC系列有望進一步向“全自動化、在線化、多元素同步檢測"方向演進，為半導(dǎo)體制造提供更高層級的質(zhì)量保障。

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