越来越苛刻的半导体检测，如何破？

（原标题：越来越苛刻的半导体检测，如何破？）

我们正步入一个技术迭代愈发迅速的时代。芯片制程从14nm走到7nm、5nm、3nm，再到摩尔定律边缘的1nm节点。在半导体行业迅猛发展的今天，每一块芯片的诞生都离不开精密的制造工艺和严苛的品质控制。无论是晶圆表面的金属杂质，还是洁净室空气中的有机污染物，任何微小的偏差都可能导致芯片性能的下降甚至失效。

过去，传统方法如X射线荧光（XRF）、总反射XRF（TXRF）等手段在一定程度上可以满足对金属杂质的检测需求，但当杂质浓度降到ppt（万亿分之一）甚至ppq（千亿分之一）级别，这些方法就开始“力不从心”了。

与此同时，伴随EUV光刻、先进封装等新工艺的发展，非金属杂质（如硅、磷、硫等）以及空气中的有机污染物（AMC）也成为影响芯片良率的“隐形杀手”。

在这样的背景下，分析仪器领域的先锋——珀金埃尔默（PerkinElmer），凭借其深厚的技术底蕴和敏锐的行业洞察，正成为半导体检测的重要支撑力量。从无机光谱质谱到有机色谱质谱，再到分子光谱与材料表征，珀金埃尔默的产品线覆盖了半导体检测的方方面面。

八十年技术沉淀，

造就分析仪器的领跑者和革新者

翻开珀金埃尔默的历史，就像翻开了一部现代分析技术的发展简史。自1937年成立以来，珀金埃尔默不断突破技术瓶颈，推出了多项具有里程碑式的产品，奠定了其在化学分析仪器领域的领导地位。

早在1944年，珀金埃尔默就推出了第一台商用红外光谱仪（IR），为分子光谱学的实际应用打开了大门。

进入50年代，气相色谱技术开始崭露头角。1955年珀金埃尔默推出了第一台商用气相色谱仪（GC），1957年推出了第一个毛细管柱。

1963年，珀金埃尔默再次拓宽了分析仪器的边界，推出了第一台商用差示扫描量热仪（DSC）。随后在1970年和1972年，分别推出商用石墨炉原子吸收光谱仪（AA）和具备梯度功能的液相色谱仪（LC）。

真正让珀金埃尔默在分析领域奠定行业领导地位的，是其在ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）技术上的持续创新。1983年，公司推出全球第一台商用ICP-MS Elan 250，彻底改变了微量金属元素检测的方式；1993年，推出首台具有为面向化学分析而专门设计的固体检测器的ICP-OES；1999年，首创动态反应池（DRC）ICP-MS，通过有效抑制多原子离子干扰，为ICP-MS打开了更广阔的应用场景。

在这条不断向前延伸的时间线上，珀金埃尔默创新的脚步从未停歇。2009年推出了第一台具备三锥、三种测量模式和三组四极杆技术的ICP-MS；2010年，发布了第一台双层面设计柱温箱技术的GC；2011年多项重大创新齐发：第一台诱导平板等离子体技术的 ICP-OES、首台光纤型实时双光束AAS、无需工具维护的GC/MS离子源、完全防潮的红外光谱仪OpticsGuard IR；2017 年推出第一台采用 LumiCoil的 ICP-MS；2020 年推出第一台化学高分辨多重四极杆ICP-MS。

科技的发展总在变化，但有些东西始终不变，比如对准确、稳定、可重复数据的追求。珀金埃尔默用一条横跨近80年的时间线告诉我们：真正的技术进步，不是某一次惊艳的发布会，而是日复一日对问题本质的深耕与改进。

正是这种坚持与积累，才让它在今天半导体等高端产业对“极致纯净”的需求下，依旧走在最前列。

珀金埃尔默广泛服务于半导体行业用户，其为半导体实验室提供全光谱和质谱的实验室产品和服务，包括电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）、原子吸收光谱仪（AAS）、气相色谱（GC），气相色谱质谱仪（GC-MS）, 傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR），紫外可见光谱仪（UV），热分析（TA）等及消耗品和服务。这些强大的分析仪器，提供了无与伦比的分析速度以及精准的数据结果。

珀金埃尔默半导体制程分析检测方案

（图源：珀金埃尔默）

对于中国市场，珀金埃尔默同样展现了深耕的决心。珀金埃尔默于1978年伴随中国改革开放进入中国，在过去的40多年中，它从最初的设备供应商成长为拥有研发、生产、销售和服务全链条的本地化企业。无论是实验室还是半导体制造工厂（FAB），珀金埃尔默的身影无处不在，为用户提供从仪器到耗材再到技术支持的全面解决方案。

在3月26-28日举办的Semicon/PFD China 2025展会上，珀金埃尔默中国区半导体行业销售总监黄清发先生向观众详细介绍了公司在半导体检测领域的创新成果，并重点推荐了两款明星产品：NexION 5000 ICP-MS和GCMS 2400气相色谱质谱平台。

NexION 5000：

无机元素与纳米颗粒检测的“显微镜”

在半导体制造领域，越先进的制程，越看重“看不见”的东西——比如晶圆表面那几兆亿分之一的金属杂质，比如高纯化学品中1ppt以下的非金属残留。如何精准掌握这些微小变量，是决定芯片良率和工艺稳定性的关键。而在分析仪器的世界里，有一项技术专门干这件事，它就是ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）。

珀金埃尔默在ICP-MS领域深耕已久，早在1983年，珀金埃尔默就推出了世界上第一台商用ICP-MS Elan 250，开启了痕量元素检测的新纪元。此后几十年，珀金埃尔默不断刷新技术上限：从1999年的第一台串级四极杆ICP-MS，到2001年划时代的动态反应池（DRC）技术，再到2010年推出拥有三组四极杆的NexION 300，以及2017年搭载免维护LumiCoil线圈的NexION 2000，每一次革新都是对行业痛点的正面回应。

此次展会上，珀金埃尔默重磅展示了2020年问世的NexION 5000——业界首款化学高分辨多重四极杆ICP-MS。这款设备由四组四极杆构成，性能全面超越传统高分辨ICP-MS和三重四极杆技术，无论在背景等效浓度还是检出限上，都实现了数量级的飞跃，成为半导体检测领域的“原子级显微镜”。

（图源：珀金埃尔默）

在半导体领域，NexION 5000在半导体行业中承担着晶圆，半导体级化学品，电子特气及前驱体和环境多个关键环节的“精准把关”角色。

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硅晶圆分析

在半导体制造流程中，Si-wafer 表面的金属杂质控制一直是质量管理的重中之重。在硅晶圆极微量元素分析中，NexION 5000支持全自动晶圆表面气相分解技术（Vapor Phase Decomposition, VPD），可在线联动制程设备，分析极低浓度的金属杂质。相比传统全反射荧光X射线法方法，其元素覆盖更广、检测能力更强，已成为高端制程中不可或缺的管理工具。特别是在应对硅氧化物沉积引发的信号漂移问题上，NexION 5000通过高温等离子体配合动态反应调节，有效降低这一问题。另外 NexION ICP-MS 通过通入纯氨气等气体，在 DRC 模式下，能够有效消除 40Ar+ 对 40Ca+、40Ar19F+ 对 59Co+、40Ar16O+ 对 56Fe+ 等干扰。通过调节动态带通调谐参数消除不希望生成的反应副产物。同时结合射频发生器的优势，克服了过去冷等离子体的局限，有效去除多原子离子的干扰，实现了更低的检出限以及 10 ng/L 等级的精确定量，同时表现出良好的长期稳定性。

基质耐受性：Si基质浓度为100ppm到5000ppm样品100ppt 加标回收

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半导体级化学品分析

除晶圆检测外，NexION 5000还广泛应用于半导体级化学品的分析，包括超纯水、硫酸、硝酸、氢氟酸等典型样品。

以超纯水为例，半导体制造中的每一道湿法工艺几乎都要用到超纯水，而水中金属杂质若超过50ppq，可能就会导致成品芯片电气性能失效。根据SEMI F63标准，除 B（50 ppt）和 Ni（3 ppt）外，超纯水中26种金属杂质的目标值应低于1ppt，NexION 5000完全可以胜任这一高标准的检测任务。

硫酸广泛应用于半导体清洗工艺中，去除硅晶片表面的金属杂质和高分子有机污染物。半导体用高纯硫酸中钛和锌等金属杂质的含量在10ppt 以下，这样的含量是可以直接用 ICP-MS 检测的，但 98% 的硫酸粘度比较大，直接引入 ICP-MS 会有问题，必须稀释 10 倍以上。所以实际上需要能稳定检测 1ppt 以下此类金属的高灵敏度强抗干扰能力的 ICP-MS，例如 Ti 和 Zn。NexION 5000 采用利用氨气分别与 Ti 和 Zn 生成络合离子，利用 mass shift 方式，实现超低背景等效浓度和极强检出能力。

在更具挑战性的49%浓氢氟酸样品分析中，NexION 5000仍展现出优越性能。氢氟酸因其高腐蚀性、高背景离子、低电离率等特性，一直被认为是ICP-MS分析的“硬骨头”。而NexION 5000搭载的UCT技术和可选的MRS（Matrix Removal System）模块，使其可以跳过传统稀释预处理，实现对原液状态HF中金属杂质的直接分析，避免样品稀释过程带来的二次污染。

此外，NexION 5000还很好地解决了非金属元素（如硅、磷、硫）在ICP-MS中的检测难题。由于这些元素电离能高、容易受到多原子离子的严重干扰（如Si受CO+、N2+干扰，P与NO+、COH+重叠等），在传统系统中几乎无法准确定量。而NexION 5000凭借各四极杆的不同质量分辨能力和工作模式，结合碰撞反应池技术，实现化学高分辨，获得终极干扰消除。

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电子特气及前驱体分析

在半导体制造过程中，对特殊气体的纯度和杂质含量进行精准分析至关重要。通常，气体分析主要采用两种传统方法：一是通过酸溶液或超纯水吸收目标气体，再利用ICP-MS进行检测；二是采用滤膜收集气体中的颗粒物，之后对滤膜进行消解处理，再进行分析。这两种方法虽被广泛应用，但均存在一定局限性，如操作复杂、时间成本高、潜在污染风险较大等问题。

为突破传统方法的限制，珀金埃尔默开发了电子特气直接进样分析技术（GDI-ICP-MS）。该技术可将待测气体直接引入ICP等离子体中进行激发与检测，省去了繁琐的样品前处理步骤，不仅大幅提升了分析效率，还显著降低了外源污染的可能性，尤其适用于对高纯度气体的快速、精确分析。

GDI-ICPMS System气体直接进样技术

（图源：珀金埃尔默）

总结来看，NexION 5000不仅是一台性能强悍的ICP-MS，更像是一台能“看见”原子级杂质的工业级显微镜。它能够从晶圆到化学品，为半导体制造过程的每一个关键环节提供极致纯净的分析数据，帮助制造企业在更小的尺度上掌控质量，在更高的维度上提升良率。

GCMS 2400：空气里的“坏分子”，

逃不过这台分析仪的眼睛

除了金属和非金属杂质，半导体制造过程中的另一个关键变量，是洁净环境中被忽视的有机污染物（AMC）。这些来自试剂、原料、包装材料甚至人员活动中的微量有机污染物，一旦附着在晶圆表面，不仅可能在光刻、刻蚀等关键工艺中引发化学反应，影响电性，还会直接导致器件失效，成为影响良品率的重要因素。

针对这一挑战，珀金埃尔默也早已给出成熟方案。从1955年发明第一台商业化气相色谱仪（GC）以来，珀金埃尔默在有机分析领域深耕至今，不仅推动了气质联用技术的普及应用，还率先将热脱附（TD）技术引入在线/离线的空气污染物监测场景，形成了完整的产品线和应用体系，深受半导体行业用户信赖。

在本次展会上，珀金埃尔默带来了其最新的GCMS 2400气相色谱-质谱联用平台，展示了在有机污染物快速筛查和洁净环境连续监测方面的领先能力。面对当前分析实验室普遍面临的“高通量 vs 高效率”平衡问题，GCMS 2400通过高度集成的智能化设计，显著提升了实验室运作效率和远程协同能力。

这款平台配备分体式触摸屏设计，让用户可以实时查看样品运行状态，支持远程操控和诊断，不论分析人员身处实验室内外，都能第一时间掌控进展、做出决策。搭配的SimplicityChrom GC软件系统将控制、采集与处理流程整合到一个平台，简化操作步骤，提升自动化水平。无论是大批量样品的高效检测，还是对洁净室环境的快速响应监控，GCMS 2400都能轻松胜任。

在技术细节上，这套系统同样可圈可点：智能液体进样系统适应多样样品通量需求；独特的压力平衡进样设计确保高精度、高重现性；易拆卸检测器结构带来更多灵活应用；内置氢传感器则进一步提升操作的安全性与可持续性。

结语

八十年来，珀金埃尔默始终与行业脉搏同频共振。它的技术创新不仅推动了分析仪器的发展，也为半导体行业的进步注入了活力。在这个芯片驱动的世界里，珀金埃尔默的故事还在继续。它用技术讲述着精密与可靠，用创新勾勒着半导体检测的明天。

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