针对批次过程故障检测建模样本数据量大、重复性强、噪声干扰多、数据利用率低等问题,提出了一种基于在线升级主样本建模(PSM)的kNN故障检测方法.首先,通过对原始数据样本间协方差、相关系数、样本方差等统计特征的分析进行主样本的提取,使原始数据空间得到压缩,并将新采集的正常数据代入主样本模型,使得主样本空间得到在线升级.然后,基于在线升级的主样本建模运用k最近邻规则(kNN)进行批次过程故障检测.最后,在多阶段半导体生产过程中的成功应用验证了该方法的有效性.