半导体SPC英文全称是“Statistical Process Control for Semiconductor”，不过更常见的是“Semiconductor Statistical Process Control”，意思是半导体统计过程控制。它是一种利用统计技术对半导体制造过程进行监控和控制的方法，用于确保产品质量的稳定性和一致性。
SPC是用于半导体制造过程中质量控制和过程稳定性监测的重要工具。
定义
在半导体制造这个复杂的过程中，有许多因素会影响产品质量。SPC系统通过收集、分析生产过程中的数据，运用统计方法来监控生产过程的波动，判断过程是否处于稳定状态，进而确保产品质量的一致性和可靠性。
组成部分
• 数据采集子系统
• 它能够与半导体制造设备进行连接，实时获取生产过程中的各种参数。这些参数包括但不限于晶圆的厚度、光刻的精度、掺杂浓度等工艺参数，以及设备的运行参数如温度、压力、速度等。
• 数据采集的方式多样，可以是通过传感器直接读取物理量，也可以从设备的控制系统中提取相关数据记录。同时，还能够对采集的数据进行初步的整理和分类，以便后续分析。
• 统计分析模块
• 这是SPC系统的核心部分。它包含了多种统计方法来处理采集到的数据。例如，常用的控制图（如X - Bar - R控制图、X - Sigma控制图等），用于监控过程的均值和离散程度。
• 过程能力分析（如Cp、Cpk值的计算）可以评估生产过程是否能够满足产品的质量规格要求。还会运用相关性分析来确定不同参数之间的相互关系，以便找出影响产品质量的关键因素。
• 规则引擎与报警系统
• 规则引擎预先设定了一系列的质量控制规则和过程异常判断标准。例如，当控制图中的数据点超出控制界限，或者过程能力指数低于设定的阈值时，系统就会触发报警。
• 报警方式多样，包括在系统界面上弹出警示窗口、发送电子邮件或短信通知相关人员等，确保质量问题能够被及时发现和处理。
• 数据存储与管理模块
• 用于存储大量的生产过程数据和统计分析结果。这些数据的存储需要保证数据的安全性、完整性和可访问性。
• 可以采用数据库管理系统，方便对数据进行查询、备份和恢复操作。同时，也能够对存储的数据进行版本管理，以适应半导体制造过程中工艺不断改进和优化的需求。
• 可视化展示界面
• 以直观的图表、图形和报表的形式展示统计分析结果和过程状态。例如，用控制图展示过程的稳定性，用柱状图展示不同批次产品的质量指标对比。
• 相关人员可以通过可视化界面快速了解生产过程的关键信息，便于做出决策。而且界面可以根据用户的不同权限，展示不同层次的详细信息。
功能
• 过程监控
• 实时跟踪半导体制造过程中的各项参数，及时发现过程中的波动和异常。例如，在芯片制造的光刻环节，如果光刻机的曝光剂量出现微小的偏差，SPC系统能够迅速察觉并发出警报，避免大量不合格产品的产生。
• 质量预测
• 通过对历史数据和当前数据的统计分析，预测产品质量的发展趋势。比如，根据晶圆制造过程中前几道工序的数据，预测后续工序中产品出现缺陷的可能性，提前采取措施进行预防。
• 过程能力评估
• 计算Cp和Cpk等过程能力指数，评估生产过程是否有能力稳定地生产出符合质量要求的产品。如果过程能力不足，SPC系统可以帮助工程师确定是设备问题、工艺问题还是人员操作问题，从而进行针对性的改进。
• 数据追溯与分析
• 当产品出现质量问题时，系统能够快速追溯相关的生产过程数据，帮助分析问题产生的原因。例如，通过追溯某一批次芯片在各个生产环节的数据，找出导致芯片性能不达标的具体工序和参数变化。
• 支持持续改进
• 为半导体制造工艺的持续改进提供数据支持。工程师可以根据SPC系统提供的分析结果，调整工艺参数、优化设备设置或者改进操作流程，以提高产品质量和生产效率。
SPC系统和FDC主要有以下区别：
监控对象
• SPC系统：主要监控生产过程中的产品质量特性参数，如产品的尺寸、重量、性能指标等，通过对这些参数的统计分析来判断生产过程是否稳定。
• FDC：侧重于对生产设备的运行参数进行实时监控，如设备的温度、压力、电流、电压、转速等，通过对设备参数的分析来预测和预防设备故障。
监控方式
• SPC系统：通常采用抽样检测的方式获取数据，通过对样本数据的分析来推断整个生产过程的质量状况。
• FDC：是对设备运行参数进行实时、连续的监控，能够及时捕捉到设备参数的变化，以便快速发现潜在的问题。
数据分析方法
• SPC系统：主要运用统计分析方法，如控制图、过程能力分析等，通过对数据的分布、趋势等进行分析，判断生产过程是否处于统计控制状态。
• FDC：除了基本的统计分析方法外，还常采用机器学习、数据挖掘等技术，对大量的设备运行数据进行建模和分析，以建立设备参数与产品质量之间的关系模型，从而实现对设备故障的预测和分类。
应用目的
• SPC系统：主要目的是通过对生产过程的监控和分析，及时发现过程中的变异和异常，采取措施进行调整和改进，以确保产品质量的稳定性和一致性，提高产品的合格率。
• FDC：旨在通过对设备的实时监控和故障预测，提前发现设备可能出现的问题，采取预防性维护措施，减少设备故障停机时间，提高设备的利用率和生产效率，同时也有助于提高产品质量。
实施难度
• SPC系统：相对来说，实施难度较低，主要涉及到统计知识的应用和控制图的绘制等，对于生产过程相对稳定、产品质量特性明确的情况，较容易实施和应用。
• FDC：实施难度较大，需要对设备的运行原理、参数关系有深入的了解，同时需要处理大量的实时数据，对数据分析和建模的能力要求较高，并且在实际应用中还需要解决假警报等问题。
一些半导体SPC统计过程控制系统的制造厂商：
国内厂商
• 上扬软件：自1999年成立以来，在半导体、光伏和LED行业深耕细作，提供的软件解决方案包括制造执行系统（MES）、统计过程控制系统（SPC）、设备自动化方案（EAP）等多方面的产品、服务与技术咨询。
• 芯享科技：是国内少数拥有完全自主知识产权的半导体智能制造解决方案企业之一，其核心技术产品包括MES、EAP、RCM、FDC、SPC等，已与SK海力士、华虹半导体、长江存储、长鑫存储等多家知名半导体企业达成合作。
• 赛美特：以“软件成就智造”为使命，凭借深厚的行业经验与成熟的项目能力，为半导体、光伏、新能源等众多行业，超百家企业成功实现智能制造转型，可提供MES、EAP、SPC、YMS、APS等数十种软件产品。
• 泰治科技：国内专注“工业4.0”，为集成电路等高科技制造业提供生产全流程的“智慧工厂”解决方案的领导性企业，其自主研发的TIMIP SPC更贴近国内半导体行业使用场景，具备多样化数据采集、多层级监控设置等功能。
国外厂商
• Minitab：是一款功能强大的统计分析软件，提供全面的统计分析工具，包括各种控制图、过程能力分析等SPC相关功能，在全球范围内被广泛应用于半导体等制造业领域。
• InfinityQS：专注于SPC领域，专业性强，行业经验丰富，其SPC软件在汽车、电子、半导体等行业都有较高的知名度和市场份额。
• Zontec：提供专业的SPC解决方案，具有先进的数据分析和监控功能，可帮助半导体企业实现高效的过程控制和质量改进，在国际上有一定的影响力。
