半导体制造设备中的晶圆调度

聊一聊制造业。制造业不好搞，尤其是半导体制造。它硬件难搞，软件也难搞。讲一个调度问题，你看难不难。主要讲问题，不讲细节。

搞半导体，就是造芯片。从沙子到芯片，有2000-5000道工序。简单来说，流程如下。

芯片厂是流水线。相比传统工厂，芯片厂很讲究，要一尘不染。大概长这样。

你看厂里面，好多机器设备。主要是对硅片，也就是晶圆，进行各种工艺。不同的设备，负责不同的工序。

半导体制造设备，主要是发达国家生产，比如美国AMAT，日本TEL，荷兰ASML。国内有北方华创，中微，长川等，目前还在追赶。

我们看一款设备（来自AMAT）。

把盖子掀开，里面是工艺腔室，负责加工晶圆。中间是机械手，负责搬运和取放晶圆。

下面是设备的平面图。

把盖子掀开，里面是工艺腔室，负责加工晶圆。中间是机械手，负责搬运和取放晶圆。

从上往下看，大概这个样子。

其实有很多设备，都是这个结构，比如下面这些。

这样的设备，称为集束设备（Cluster Tools）。

晶圆进入设备后，需要执行工艺流程。具体来说，就是指定腔室，指定顺序，晶圆在其中加工。整个过程自动执行。

换句话说，机械手的移动、晶圆的取放、腔室的开关门、气压控制等等，这些操作的开始时间、结束时间，要提前规划好。

这是仿真动画。

这就是设备调度。简单来说，就是规划操作，有开始时间、结束时间，要满足晶圆的加工要求。

说一说调度的难点。

第一，有时间约束。比如排队时间、驻留时间。总之就是，尽量不让晶圆等待。

第二，产能要高。就是机械手、工艺腔室，尽量不要空闲。

第三，避免死锁。有的要进来，有的要出去。没搞好的话，进不来出不去，这就麻烦了。

第四，腔室要清洗。清洗的时候，腔室不可用。晶圆就要等，等久了良率就下降。

第五，硬件不稳定。操作时间不固定，比如移动、取放、开关门等等，存在一定的波动。

第六，通讯有延时。规划的和实际的，因为延时会存在偏差。时间久了，误差会累积，可能导致错误。

第七，硬件会故障。比如机械手有两臂，如果坏一只，另一只如何正常调度。

其实还有个难题。

把问题讲清楚，也不是很容易。这背后有工程问题，功能需求，算法问题，你怎么拆开，怎么描述。制造业的问题，有硬件问题，也有软件问题。对技术的深度和广度，要求比较高。如果你喜欢搞技术，不妨去制造业看看。