带你轻松了解半导体CIM系统之FDC (一)

计算机集成
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FDC系统开篇开始了～

FDC系统也是半导体CIM系统的重要组成部分，本文将系统介绍下FDC，后续FDC篇章将会深入分享FDC架构功能，论文以及未来发展等。

接下来，一起来学习吧👇

什么是FDC?

FDC（Fault Detection and Classification），中文称故障检测与分类系统，FDC通过实时监控和分析从半导体生产设备收集的海量数据，旨在预测、检测并诊断生产过程中的异常情况，确保工艺稳定性和产品良率，因此FDC系统是半导体CIM系统中管控良率，提高机台利用率的重要系统之一。图片

FDC的发展历史

半导体制造中的故障检测与分类 (FDC) 系统的发展历史是一个持续演进的过程，其驱动力在于半导体行业对更高良率、更低成本和更智能制造的不断追求。

早期的FDC主要依赖于传统的单变量统计过程控制 (Univariate SPC)  方法。工程师会为单个关键工艺参数（如温度、压力）设置静态控制限值。这种方法灵敏度较低，对于复杂的半导体工艺而言，单个变量往往不足以反映全局状况，容易产生误报或漏报，并且无法有效关联多个参数之间的复杂关系。 

随着工艺复杂度的增加，工程师开始转向多变量统计方法，例如主成分分析 (PCA) 和偏最小二乘法 (PLS)。这些方法能够同时分析多个相关变量，提高了故障检测的灵敏度和准确性。行业标准化组织 SEMI 开始制定相关标准（如 EDA / Interface A），（后续会介绍该协议，敬请期待！）促进了设备与FDC系统之间的数据集成和通信。这一阶段的目标是减少误报，提高故障分类的准确性，并尽量缩短设备的停机时间。 

在现代，随着机器学习等AI技术的发展，FDC开始引入机器学习，神经网络等先进AI技术，机器学习模型能够处理海量非线性数据，识别传统统计方法难以察觉的微妙模式和异常。动态故障检测 (DFD) 等新技术出现，利用相邻晶圆的轨迹作为参考，动态定义控制限，减少了人工建模和维护的需求。FDC逐渐实现更快速、更精确的异常检测、故障诊断和预测性维护等功能，让晶圆厂逐步走向智能制造。

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基于MarketsandMarkets提供的关键数据，FDC市场在 2024–2028 年期间预计将保持稳定且较快增长，年均增长近 9%。这一增长反映了制造业自动化、质量控制、AI 与 ML 在故障检测与分类系统中的普及，以及对高可靠性、低缺陷率生产流程的持续需求。图片

FDC市场趋势图-From MarketsandMarkets

FDC的架构与功能

据统计，晶圆厂的建设成本中有20%-30%用于厂房建设，70%-80%用于半导体生产设备的投资，因此设备效率最大化是半导体厂降低成本、提高效率的主要方式之一，而以故障监测、分类和预测为主要功能的FDC系统正是提高设备OEE的利器之一。

OEE（Overall Equipment Effectiveness，设备综合效率）是衡量设备实际生产能力相对于理论产能的指标，由可用性（Availability）、性能（Performance）和质量（Quality）三要素相乘得出：OEE = 稼动率 × 性能效率 × 合格率，旨在识别和减少停机、速度下降和不良品等损失，提高整体生产效率。提高OEE需要针对这三项损失进行分析和改善，例如通过预防性维护（减少停机）、优化工艺参数（提高速度）和加强质量控制（减少废品）。

FDC的目的是确保制造流程在最佳参数下运行，并在生产周期的早期识别出缺陷产品。FDC在制程过程中的异常进行侦测分析，并实时执行应对措施，避免设备故障造成的产品不良，提升产品良率；通过FDC收集到的大量数据进行分析，可以预测即将出现的问题并及时解决，可以减少设备意外停机时间，提高产品周转率；此外借助与FDC的作用，在生产过程的早期检测和分类故障有助于节省与返工、缺陷产品和材料相关的成本。

不仅如此，FDC的作用还体现在半导体CIM系统的整体作用上，例如FDC与虚拟量测，APC，大数据等结合，是Run to Run技术的迭代，是半导体CIM系统的新时代进化，对提高产品良率和生成效率起到极大的作用。FDC的数据就相当于信息时代的燃料，AI时代的数据，未来想象空间很大。

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现代FDC系统架构示例

这个FDC的架构采用了经典的分层设计（Layered Architecture） ，将复杂的系统解耦为5个功能层次，分别是设备与传感层，数据采集与边缘层，数据传输与存储层，分析与计算引擎和应用与交互层。它的核心目标是：从机台实时采集海量数据，快速分析判断是否异常，并在必要时自动叫停设备，防止产品报废。（FDC的下一篇章会技术分享其架构）

总结

FDC系统相当于每片晶圆的细心诊断医师，牢牢把控产品质量这道关卡。用好FDC，可以大大提高产品良率，减少设备停机时间和提高成本效益。随着大模型等现代人工智能技术的发展，FDC系统除了将半导体CIM系统中的各大系统及功能模块串联起来，还可以与大数据，AI等先进技术结合，对生产质量和增效方面发挥更大作用。

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