目前先进的芯片制造厂采用的自动化生产线，是所行制造业中自动化程度、智能程度、复杂程度、精密程度最高的生产线，没有之一。
先放一个视频镇楼：
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先来介绍一下上面视频中的重要角色。
这货的名字叫晶圆，英文名wafer。绝大多数的集成电路晶圆是硅基晶圆，主流尺寸为8寸与12寸。
机械手在抓取晶圆
日常生活中，大众认识的芯片是方形的，几厘米见方，它其实是芯片的最终形态，方形芯片是在以晶圆为单位的制造环节结束后，在芯片封装厂切割得到的。就是这样：
激光切割晶圆过程示意图
晶圆，就是芯片制造环节中的绝对主角。这位主角在机台之间转移的时候是以集合为单位——25片晶圆放在一个塑料容器中，这个容器称为FOUP（Front Opening Unified Pod）。
一个FOUP装载了若干片晶圆后被称为lot。
lot被传送到机台端入口，随后FOUP门开启，晶圆转移进机台进行加工
Lot如何实现机台之间传输？
加工流程示意图
一个lot从投片开始，便开启了几百至上千步的工艺流程，每一步都有对应的机台。
早期4寸、6寸晶圆生产线的时代，很多机台间的传输都是采用人工运送，但你要知道，一个芯片生产线产房的面积差不多是一个或是数个足球场面积大小，让操作工天天奔走于球门与中场的方式，虽然会让操作工得到充分的体育锻炼，但是生产效率也会极其低下。
并且，12寸晶圆的lot太沉，操作工也容易搬起lot砸到自己的jio……
于是，为了解放生产力，降低人为转移的失误，芯片厂引入了自动物料搬送系统（AMHS，Automatic Material Handling System），最常见的形式是OHT（Overhead Hoist Transfer）。也就是在视频中看到的空中有轨小车。
每辆OHT在一次运输过程中仅能允许一个lot坐车，每辆车上装有多种定位、测距等感应装置，可以实现“自动驾驶”。就像这样：
发现前方有“车辆”停车，后方“车辆”及时刹车
“并线”时，“车辆”可根据目标车道上的“车流”状况等待或及时并线
最终，这些OHT就像快递小哥一样，把货及时运送到目标位置。
你以为这些就是芯片制造自动化生产线的全部了？
太天真了！
实际上，自动物料搬送系统仅仅是自动化系统的一部分 ，它的背后坐着一位真正的大佬——制造执行系统（MES，Manufacturing Execution Systems）。
MES才是那只“看不见的手”，它包含了多个子系统模块，或与多个系统实现交互，才实现生产系统的信息化、自动化。
MES系统包含但不局限于上述子系统
这么说大家可能没什么概念，我们以几个情景对话的模式来展现一下：
情景一
制造执行系统：计时子系统显示，再过20分钟，lot XXX将超时所在工艺段的queue time 上限。请AMHS系统火速将它运输前往光刻机台W完成步骤M1层光刻。 （queue time 限制是生产中的人为设置的等待时间控制，假设第N步到N+1步设定了一个6小时的queue time上限，则意味着从N步结束到第N+1步开始，时间间隔不能超过6小时，否则将会有潜在的工艺失效风险 ）。
AMHS系统：收到。该lot目前存放于编号为13579的Stocker中，最近的OHT小车编号为2468，已经下达指令让它火速驰援。
Stocker可以理解为存放lot的货架，lot在工艺步骤之间的等待间隙中存放于此。AMHS可根据自动指令调取lot
生产排程系统：目前在光刻机W前排队等待进行M1层光刻的lot有如下：lotAAA，lotBBB，以及lotXXX，按照预先设定的quene time规则，已将lotXXX的加工优先级排在最高。
光刻机W：别BB了，我知道了。我把肚子里正在加工的货做完就做lotXXX。(五分钟后)好了，我看见lotXXX了，它已经在我家门口蹲着了。下面开始执行lotXXX的M1层光刻步骤，按照既定预设，调用标准recipe，该步骤应以8000转每秒旋涂1.2毫升的光刻胶，随后以80摄氏度的条件热处理1.5分钟，随后转移进入scanner，使用光焦距focus为-80nm，光剂量dose为+200 mJ的条件曝光。OK, 曝光完成，下一个！
lotXXX：感谢各位大佬火速救援，不然的话我就死在这步了。lot我感激不尽，江湖路远，后会有期！
情景二
制造执行系统： 请薄膜沉积机台F进行lot YYY的M2层金属沉积工艺步骤。生产数据记录系统发现，刚刚加工完毕的lotUUU、lotVVV、lotWWW在该步骤薄膜沉积厚度已经接近工艺设定上限，请工艺动态调节系统指挥机台F进行相应动态调节，使lotYYY的薄膜厚度更接近标准值。
工艺动态调节系统&机台F：已根据预先设定的动态调整模型在lotYYY上进行相应的时间减少补偿，根据该模型，已经按最大程度去补救，请量测机台量测，请制造数据系统汇报最新量测结果。
制造数据系统：好……像……药……丸！lotYYY的M2层厚度的结果是——50nm，超出工艺设定上限！！！
工艺动态调节系统&机台F: ……
制造执行系统：根据系统规则，现开始禁止机台F加工M2层。请机台F在机台端显示工艺失效警告，请自动提示系统向相关的设备与制造工程师发送提示邮件。
收到邮件的设备工程师：
通过上面两个对话我们可以看出，MES是一个非常庞大的系统，通过对其子模块系统之间的数据交流和规则交流，实现了芯片制造的自动化流水作业。如无异常事故，MES可以同时实现几千至几万个lot的全自动化流水生产。
高度自动化的MES系统极大地解放了生产力，也提高了生产效率，但是要完全实现无人生产线，恐怕还有很长的路要走。因为机器还无法做到完全取代工程师，在涉及到逻辑判断、技术问题分析等方面还无法实现和人类媲美。
但从另一个角度想，它以如此少的生产线人力数量，来应对如此复杂精密的工艺流程以及数目庞大的产品数量，已经是目前人类生产力的终极体现了。
同时也正是因为工艺流程如此复杂，苹果、高通、华为这些半导体设计公司将生产制造任务外包给拥有生产设备和技术的专业生产型公司，才能更加专注于设计和销售。
参考文献：
1. 何睿超. 半导体芯片制造车间制造执行系统关键技术研究与开发[D]. 2018.
2. 李贺明, 卫小松. 半导体企业MES的设计与实现[J]. 制造业自动化, 2015, v.37(24):14-16+32.
注：文中技术信息、视频与动图来自于中国知网、企业官网、视频网站等公开渠道。
