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FDC 指“Fault Detection and Classification System”，即设备故障侦测与分类系统，也有“Fault Data Collection”（故障数据收集）系统的说法。以下是对其的具体介绍：
主要功能
• 故障检测与警报：实时监测生产线上的芯片测试结果和设备运行参数，快速识别出不合格的芯片以及潜在的设备故障。当检测到异常时，系统会及时发出警报，提醒工程师进行处理。
• 数据收集与存储：自动收集不良品的详细信息，如测试参数、生产批次、设备信息等，还会收集设备的运行数据、工艺参数等，为后续的分析提供丰富的数据支持。
• 根本原因分析：通过对收集到的大量数据进行分析，运用数据分析算法和工具，帮助工程师找出导致故障的根本原因，如设备故障、工艺偏差、原材料问题等。
作用与意义
• 提高产品质量：能够及时发现生产过程中的问题，减少不良品的产生，提高半导体产品的质量和可靠性，从而提升客户满意度和企业的市场竞争力。
• 优化生产过程：提供的数据支持持续的过程改进，工程师可以根据 FDC 系统提供的信息，优化工艺参数和生产流程，提高生产效率和良率，降低生产成本。
• 预测性维护：可以预测潜在的设备故障和生产问题，提前进行维护和调整，减少设备停机时间和维修成本，延长设备的使用寿命。
• 提升管理决策科学性：生成详细的报告和分析结果，帮助管理层了解生产过程中的问题和趋势，为生产计划、资源分配、质量控制等管理决策提供科学依据。
FDC 在一些常见半导体设备中收集的数据：
光刻机
• 设备运行参数：包括机台温度数据、机台压力数据、激光功率、曝光时间、聚焦深度、工作台位移精度等，以确保光刻过程的准确性和稳定性。
• 环境参数：如光刻区域的温度、湿度、洁净度等环境数据，环境因素可能对光刻精度产生影响。
• 晶圆信息：记录晶圆的编号、尺寸、材料、薄膜厚度等基本信息，以及晶圆在光刻过程中的位置和状态，便于追溯和分析特定晶圆的光刻质量问题。
刻蚀机
• 工艺参数：刻蚀气体的流量、压力、成分，刻蚀功率、刻蚀时间、刻蚀温度等，这些参数直接影响刻蚀的速率、精度和选择性。
• 设备状态数据：反应室的真空度、电极电压和电流、射频功率等，有助于及时发现设备故障或性能下降，保证刻蚀过程的正常进行。
• 等离子体参数：对于等离子体刻蚀机，会收集等离子体密度、电子温度、离子能量分布等数据，以优化刻蚀工艺和控制刻蚀质量。
镀膜机
• 镀膜材料信息：记录镀膜材料的种类、纯度、蒸发速率、溅射功率等，确保镀膜的厚度、均匀性和附着力符合要求。
• 设备工作参数：如真空度、加热温度、冷却速率、气体流量等，这些参数会影响镀膜的质量和效率。
• 膜层质量数据：通过在线检测设备收集膜层的厚度、折射率、粗糙度、应力等数据，及时调整镀膜工艺参数，以保证膜层的性能。
测试设备
• 电学测试数据：包括芯片的电流、电压、电阻、电容、电感等电学参数，以及芯片的功能测试结果，如逻辑功能、信号传输、功耗等，以判断芯片是否符合设计规格。
• 光学测试数据：对于一些光电器件，会收集光的波长、强度、偏振、反射率、透过率等光学参数，评估光电器件的性能。
• 可靠性测试数据：如高温老化、低温测试、湿度测试、机械应力测试等过程中的芯片性能变化数据，以评估芯片的可靠性和稳定性。
化学机械抛光机
• 抛光液参数：抛光液的成分、浓度、流量、温度等，抛光液的性能对抛光效果和晶圆表面质量有重要影响。
• 抛光压力和转速：记录抛光头对晶圆的压力、抛光台的转速等参数，确保晶圆表面的平整度和粗糙度达到要求。
• 晶圆表面形貌数据：通过光学或电子显微镜等设备收集晶圆表面的粗糙度、平整度、划痕等形貌数据，及时调整抛光工艺参数。
FDC 如何收集设备数据？
1. 传感器监测
• 物理量传感器：在半导体设备的各个关键部位安装物理量传感器。例如，温度传感器可安装在设备的加热或冷却区域，像化学机械抛光（CMP）设备的抛光头附近、镀膜机的加热单元周围，用于收集设备运行时的温度数据。压力传感器常放置在刻蚀设备的反应室、气相沉积设备的气体输送管道中，以监测内部压力变化。这些传感器能将物理量转换为电信号，传输给 FDC 系统。
• 光学传感器：针对光刻、光学检测等设备，光学传感器发挥重要作用。在光刻机中，光学传感器用于监测激光的功率、波长、光斑形状等参数。在光学检测设备里，它们可以检测光的反射率、透过率、干涉条纹等数据，这些数据反映了半导体芯片在光学加工或检测过程中的状态，并且通过信号线将数据传送给 FDC 系统。
• 电学传感器：在半导体测试设备中，电学传感器不可或缺。例如，在芯片测试机上，通过电流传感器和电压传感器来测量芯片在测试过程中的电流 – 电压（I – V）特性，收集的数据包括芯片的漏电电流、工作电压等关键电学参数，这些数据对于判断芯片性能是否合格以及设备是否正常运行非常重要，同样会被发送到 FDC 系统。
2. 设备通信接口
• SECS/GEM 协议接口：半导体设备通常配备符合 SECS/GEM（半导体设备通信标准 / 通用设备模型）协议的接口。FDC 系统利用这个接口与设备进行通信，直接从设备的控制系统获取数据。以晶圆制造中的扩散炉为例，通过 SECS/GEM 接口，FDC 系统可以获取扩散炉的温度控制参数、气体流量设定值、工艺步骤执行情况等设备运行状态信息和工艺参数设置，这是一种高效、准确的数据收集方式。
• 以太网接口：在现代半导体工厂的自动化网络环境下，许多设备都有以太网接口。FDC 系统可以通过以太网连接到设备，从设备的网络服务器或者数据存储单元获取数据。这种方式使得 FDC 系统能够方便地与分布在工厂各处的设备进行通信，并且可以收集设备的日志文件、历史数据记录等多种数据形式。
3. 数据采集卡（DAQ）
• 模拟信号采集：对于一些产生模拟信号的设备部件或传感器，数据采集卡是收集数据的关键工具。例如，某些老式的设备可能没有数字通信接口，其传感器输出的是模拟电压或电流信号。数据采集卡可以连接到这些信号输出端，将模拟信号转换为数字信号。它可以对模拟信号进行采样、量化和编码，使其能够被 FDC 系统识别和处理。数据采集卡的采样频率和分辨率可以根据设备数据的特点和 FDC 系统的要求进行设置。
• 数字信号采集：除了模拟信号，数据采集卡也可以收集数字信号。在一些复杂的半导体设备控制系统中，会有数字脉冲信号、数字编码信号等多种数字信号形式。数据采集卡能够准确地采集这些数字信号，例如设备的电机驱动信号、数字式的传感器输出信号等，然后将其传输给 FDC 系统进行进一步分析。
FDC 与设备通信:
1. 基于标准通信协议
• SECS/GEM 协议：这是半导体设备通信中最常用的标准协议。SECS（Semiconductor Equipment Communication Standard）定义了设备和主机之间通信的消息格式和通信流程。GEM（Generic Equipment Model）则是基于 SECS 协议的一种设备模型，它使得不同厂家的设备能够以统一的方式与 FDC 系统通信。
• 设备端按照 SECS/GEM 协议封装设备状态数据、工艺参数等信息，然后通过以太网或其他物理通信介质发送给 FDC 系统。例如，在刻蚀设备中，会将刻蚀气体流量、刻蚀功率等参数按照协议规定的格式发送给 FDC 系统，FDC 系统接收到这些消息后进行解析，获取所需的数据。
2. 以太网通信
• 许多现代半导体设备都支持以太网通信接口。FDC 系统和设备通过以太网连接到工厂的局域网（LAN）。设备可以使用如 TCP/IP 协议将数据发送给 FDC 系统。
• 例如，设备的控制系统会将实时监测到的运行数据（如设备的温度、压力等参数）打包成 IP 数据包，通过以太网发送到 FDC 系统指定的 IP 地址和端口。FDC 系统在接收到这些数据包后，根据预先定义的通信规则进行解包和数据提取。
3. 工业现场总线通信
• Profibus、CAN 等总线协议：在一些自动化程度较高的半导体生产线中，工业现场总线用于连接设备和控制系统，包括 FDC 系统。例如，Profibus 可以在高速数据传输和抗干扰方面表现出色，一些设备通过 Profibus 总线将自身的状态数据发送给 FDC 系统。
• 以化学机械抛光（CMP）设备为例，通过工业现场总线，它可以将抛光头的转速、抛光压力以及抛光液的流量等数据传输给 FDC 系统，这些数据对于监控设备的运行状态和产品质量至关重要。
4. 设备专用通信接口
• 部分半导体设备制造商为了实现更高效的设备控制和数据传输，会开发自己专用的通信接口。FDC 系统需要针对这些专用接口进行适配。
• 这种通信方式通常需要设备制造商提供专门的通信软件或驱动程序，使 FDC 系统能够理解和处理设备通过专用接口发送的数据。例如，某些高端光刻机制造商可能有自己独特的通信接口，用于传输高精度的光刻参数和设备内部状态数据，FDC 系统需要安装对应的软件来实现与这类设备的通信。
以下是一些 FDC 系统厂商：
国际知名厂商
• 应用材料公司：全球最大的半导体设备制造商之一，其 FDC 系统与自身的半导体制造设备深度集成，具备强大的兼容性和稳定性，能够实时监测设备运行状态，为客户提供全面的设备故障诊断和分类解决方案，帮助客户提高生产效率和产品质量，在全球各大半导体制造企业中广泛应用。
• 阿斯麦公司：在光刻机领域占据全球领先地位，其 FDC 系统针对光刻机的特点进行了专门优化，能够精确监测光刻机的关键部件和工艺参数，如激光功率、曝光精度、工作台位移等，及时发现潜在故障并进行分类预警，确保光刻机的稳定运行和光刻工艺的高质量，是全球先进半导体制造企业的重要合作伙伴。
• 东京电子：提供涵盖半导体制造全流程的设备和解决方案，其 FDC 系统在刻蚀、镀膜、清洗等设备上表现出色，能够收集和分析大量的设备运行数据和工艺参数，通过先进的算法实现故障的快速侦测和准确分类，为客户提供高效的设备维护和生产管理支持，在全球半导体行业中拥有较高的市场份额和良好的口碑。
• 科磊公司：是半导体检测设备领域的重要厂商，其 FDC 系统主要针对半导体制造过程中的检测环节，能够收集和分析检测设备的运行数据和检测结果，实现对检测设备的故障诊断和分类，同时还可以与其他制造设备的 FDC 系统进行集成，为半导体制造企业提供全面的生产过程监控和管理解决方案，在全球半导体检测市场中占据重要地位。
国内领先厂商
• 格创东智：自主研发的第三代 FDC 产品 G -FDC 具有诸多优势，如新增设备 OEE 分析提升模块、Tool Match 设备差异分析模块等；采用大数据架构，处理性能相对传统 FDC 提升 10 倍，分布式集群部署，可用性达到 99.999%；在国内主流的 8 英寸和 12 英寸晶圆厂以及先进封装厂都有成功案例，实现了多款外资 FDC 系统的全功能国产化替代。
• 赛美特：国内智能制造软件解决方案的领军者，其升级版 FDC 解决方案通过融入 AI 技术，实现了对加工过程的全方位监控和智能预测，能够提前侦测设备的流量、耗材、零部件等潜在异常，从而避免设备长时间异常加工导致的良率下降和报废风险，已成功应用于多家 12 吋晶圆厂。
• 埃克斯工业：由院士和科学家团队领衔，拥有资深半导体产业专家团队。其依托自行研发的“ropn 系统工程建模 + 工业 ai 决策算法”技术，开发出的 FDC 模块可实时生产监控、监测设备和定位异常，已在国内晶圆制造、封测、设备制造领域头部厂商成功部署。
