继2026年5月GenesisSEMI Auto全自动晶圆污染分析系统成功发布之后，上海凯来半导体事业部再度出击——实验室旗舰级平台GenesisSEMI Lab目前处于定型阶段即将面世！

 

GenesisSEMI Lab它不只是GenesisSEMI Auto的“实验室版”，更是一次技术维度的跃升：首次引入CARS（相干反斯托克斯拉曼散射）技术模块，与fsLA-ICP-MS、LIBS组成三位一体分析矩阵，为半导体材料研究带来从无机元素到有机分子的全谱系表征能力。GenesisSEMI Lab将工艺研发与失效分析从传统的“总量推测”升级为“原位诊断”。

 

GenesisSEMI Lab

 

一台设备，三种“眼光”

GenesisSEMI Lab的核心竞争力在于三种检测技术的深度集成与数据融合。每一种技术针对半导体材料的不同物理化学属性，提供不可替代的信息维度。

 

01

fsLA-ICP-MS模块

fsLA-ICP-MS：超痕量元素分析的“全能选手”

 

技术亮点：fsLA-ICP-MS利用飞秒激光器产生极短脉冲对样品表面进行精确剥蚀，产生的气溶胶颗粒经载气传输至ICP-MS进行质谱分析，可实现ppb至ppt级的超痕量元素检测灵敏度。相比传统VPD-ICP-MS检测技术，其固体直接进样能力避免了化学试剂带来的污染风险，它不仅可以进行晶圆表面金属污染检测，同时完美解决了VPD技术无法分析体相掺杂或元素深度分布的缺点。

 

固体标准加入法（Solid Standard Addition Method, SSAM）——无需内标元素的精准定量方案：

·双标样气溶胶原位混合

·恒定总剥蚀剂量

·梯度浓度构建+外推法定量

 

 

激光剥蚀固体标准加入法示意

 

这一方法的独特优势在于无需依赖基体匹配的固体标准物质即可实现精准定量，彻底规避了标样稀缺带来的方法学限制；同时全程为固体进样，避免了传统溶液标准加入法需要将晶圆消解为溶液的繁琐步骤，杜绝了化学试剂引入的二次污染和交叉污染风险。无论是晶圆表面金属污染（表杂）的定量筛查，还是体相杂质（体杂）的深度分布定量，SSAM均能提供高可信度的数据支撑。

 

在半导体应用场景中，fsLA-ICP-MS与SSAM技术联用的核心价值体现在：

 

·超痕量金属杂质全定量：对晶圆表面及体相的Fe、Cu、Ni、Cr、Na等关键金属杂质进行无需标样匹配的精准定量，检测限达ppt级；

·掺杂元素深度分布分析：精确测定硅晶圆中B、P、As等掺杂元素的纵向分布曲线，分辨率可达纳米级，为离子注入工艺优化与退火工艺开发提供关键数据；

 

02

LIBS模块

LIBS（激光诱导击穿光谱）：轻元素与卤素的“快速猎手”

 

LIBS 与 fsLA-ICP-MS功能互补： ICP-MS对C、H、O、N、F、Cl等元素响应弱，LIBS基于原子发射光谱，恰好填补盲区。

 

 

 

ICP-MS虽然对重金属元素具有无与伦比的灵敏度，但在轻元素（C、H、O、N）和卤素（F、Cl）的检测上存在天然短板：这些元素电离能高、在等离子体中电离效率低，且易受多原子离子干扰（如¹²C¹⁶O⁺、²⁸Si⁺的干扰），导致信号弱、背景高、定量困难。而LIBS基于原子发射光谱原理，通过检测激发态原子的特征谱线，对上述元素具有优异的响应能力，恰好填补了ICP-MS的元素覆盖盲区。

 

GenesisSEMI Lab超快飞秒激光引擎配合高精密气路系统搭载LIBS，无需样品前处理，真正实现"分钟级成像、微米级定位"，尤其适合快速筛查与工艺监控。。

 

03

CARS模块

CARS：有机污染的“精准定位仪”

 

GenesisSEMI Lab 独有CARS（相干反斯托克斯拉曼散射）模块。

GenesisSEMI Lab 首次在半导体行业引入CARS分析工具。作为一种三阶非线性光学过程，CARS（相干反斯托克斯拉曼散射） 通过两束入射激光（泵浦光与斯托克斯光）在样品中激发相干拉曼振动，再由探测光散射产生反斯托克斯信号。其信号强度比传统自发拉曼散射高 5 个数量级以上，具备高化学选择性、高灵敏度、无需标记、无损检测的独特优势。

 

 

CARS系统及原理

 

在半导体制造中，有机污染物（如光刻胶残留、有机清洗液、碳氢化合物、硅氧烷等）是严重影响器件良率与可靠性的“隐形杀手”。然而，现有有机污染分析手段存在明显局限：

 

·TD-GCMS（热脱附-气相色谱质谱联用）作为当前有机污染检测的"金标准"，存在三大痛点：只能测总量、分析周期长、破坏样品且无法给出空间分布。当晶圆出现有机污染导致的良率异常时，TD-GCMS可以告诉你“有多少污染”，却无法告诉你“污染在哪里”。

·CARS 为无损检测，利用其分子指纹特性，可在数分钟内完成整片晶圆的有机污染物面扫描，精确定位光刻胶残留、清洗液、碳氢化合物等，追溯污染来源。

 

04

全场景覆盖：从硅基到宽禁带半导体

 

 

GenesisSEMI Lab 延续 GenesisSEMI Auto 的材料兼容性优势，不仅适用于传统硅基晶圆，更可直接对 SiC、GaN、GaAs、InP 及石墨 等新一代半导体材料进行多模态分析。系统内置七种自动测量模式(校准曲线、全扫描、点模式、直线扫描、面扫描、深度分布及斜面分析)，可灵活应对从快速筛查到微区精细 mapping 的多样化需求。

 

05

战略意义：从“在线质控”到“研发赋能”

 

GenesisSEMI Auto = 半导体产线在线质控利器

GenesisSEMI Lab = 半导体研发实验室、工艺开发中心、失效分析平台的深度表征平台

两款产品共享核心飞秒激光引擎与算法体系，确保研发数据与产线质控数据的无缝衔接，缩短工艺从实验室到产线的导入周期。

 

小结:

GenesisSEMI Lab 的推出，标志着上海凯来半导体事业部已完成 “工业在线版 + 实验室旗舰版”的双线产品布局，为半导体材料研究、工艺开发与质量控制提供全链条解决方案。

 

敬请期待正式发布，欢迎提前咨询与预约。

 

参考文献

 

[1] Becker, J.S., Zoriy, M., et al. Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) in the semiconductor industry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2008, 23, 1275-1282.

[2] Koch, J., et al. Femtosecond laser ablation ICP-MS for depth profiling of semiconductor materials. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2008, 63, 1241-1248.

[3] Hahn, D.W., Omenetto, N. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) for semiconductor analysis: A review. Applied Spectroscopy, 2012, 66, 347-419.

[4] Galmed, A.H., et al. Depth profiling of semiconductor materials by laser-induced breakdown spectroscopy. Applied Physics B, 2011, 102, 779-785.

[5] Sorrentino, F., et al. Calibration-free laser-induced breakdown spectroscopy (CF-LIBS) for quantitative analysis of AlGaAs wafers. Molecules, 2022, 15, 2851.

[6] Li, Y., et al. Advances in Femtosecond Coherent Anti-Stokes Raman Scattering for Thermometry. Photonics, 2024, 11, 622.

[7] Crampton, K., et al. Enhancement of molecular coherent anti-Stokes Raman scattering with silicon nano-antennas. Nature Communications (PMC), 2024.