目前先進的芯片製造廠採用的自動化生產線，是所行製造業中自動化程度、智能程度、複雜程度、精密程度最高的生產線，沒有之一。
先放一個視頻鎮樓：
視頻加載中...
先來介紹一下上面視頻中的重要角色。
這貨的名字叫晶圓，英文名wafer。絕大多數的集成電路晶圓是硅基晶圓，主流尺寸為8寸與12寸。
機械手在抓取晶圓
日常生活中，大眾認識的芯片是方形的，幾釐米見方，它其實是芯片的最終形態，方形芯片是在以晶圓為單位的製造環節結束後，在芯片封裝廠切割得到的。就是這樣：
激光切割晶圓過程示意圖
晶圓，就是芯片製造環節中的絕對主角。這位主角在機臺之間轉移的時候是以集合為單位——25片晶圓放在一個塑料容器中，這個容器稱為FOUP（Front Opening Unified Pod）。
一個FOUP裝載了若干片晶圓後被稱為lot。
lot被傳送到機臺端入口，隨後FOUP門開啟，晶圓轉移進機臺進行加工
Lot如何實現機臺之間傳輸？
加工流程示意圖
一個lot從投片開始，便開啟了幾百至上千步的工藝流程，每一步都有對應的機臺。
早期4寸、6寸晶圓生產線的時代，很多機臺間的傳輸都是採用人工運送，但你要知道，一個芯片生產線產房的面積差不多是一個或是數個足球場面積大小，讓操作工天天奔走於球門與中場的方式，雖然會讓操作工得到充分的體育鍛煉，但是生產效率也會極其低下。
並且，12寸晶圓的lot太沉，操作工也容易搬起lot砸到自己的jio……
於是，為了解放生產力，降低人為轉移的失誤，芯片廠引入了自動物料搬送系統（AMHS，Automatic Material Handling System），最常見的形式是OHT（Overhead Hoist Transfer）。也就是在視頻中看到的空中有軌小車。
每輛OHT在一次運輸過程中僅能允許一個lot坐車，每輛車上裝有多種定位、測距等感應裝置，可以實現“自動駕駛”。就像這樣：
發現前方有“車輛”停車，後方“車輛”及時剎車
“併線”時，“車輛”可根據目標車道上的“車流”狀況等待或及時併線
最終，這些OHT就像快遞小哥一樣，把貨及時運送到目標位置。
你以為這些就是芯片製造自動化生產線的全部了？
太天真了！
實際上，自動物料搬送系統僅僅是自動化系統的一部分 ，它的背後坐著一位真正的大佬——製造執行系統（MES，Manufacturing Execution Systems）。
MES才是那隻“看不見的手”，它包含了多個子系統模塊，或與多個系統實現交互，才實現生產系統的信息化、自動化。
MES系統包含但不侷限於上述子系統
這麼說大家可能沒什麼概念，我們以幾個情景對話的模式來展現一下：
情景一
製造執行系統：計時子系統顯示，再過20分鐘，lot XXX將超時所在工藝段的queue time 上限。請AMHS系統火速將它運輸前往光刻機臺W完成步驟M1層光刻。 （queue time 限制是生產中的人為設置的等待時間控制，假設第N步到N+1步設定了一個6小時的queue time上限，則意味著從N步結束到第N+1步開始，時間間隔不能超過6小時，否則將會有潛在的工藝失效風險 ）。
AMHS系統：收到。該lot目前存放於編號為13579的Stocker中，最近的OHT小車編號為2468，已經下達指令讓它火速馳援。
Stocker可以理解為存放lot的貨架，lot在工藝步驟之間的等待間隙中存放於此。AMHS可根據自動指令調取lot
生產排程系統：目前在光刻機W前排隊等待進行M1層光刻的lot有如下：lotAAA，lotBBB，以及lotXXX，按照預先設定的quene time規則，已將lotXXX的加工優先級排在最高。
光刻機W：別BB了，我知道了。我把肚子里正在加工的貨做完就做lotXXX。(五分鐘後)好了，我看見lotXXX了，它已經在我家門口蹲著了。下面開始執行lotXXX的M1層光刻步驟，按照既定預設，調用標準recipe，該步驟應以8000轉每秒旋塗1.2毫升的光刻膠，隨後以80攝氏度的條件熱處理1.5分鐘，隨後轉移進入scanner，使用光焦距focus為-80nm，光劑量dose為+200 mJ的條件曝光。OK, 曝光完成，下一個！
lotXXX：感謝各位大佬火速救援，不然的話我就死在這步了。lot我感激不盡，江湖路遠，後會有期！
情景二
製造執行系統： 請薄膜沉積機臺F進行lot YYY的M2層金屬沉積工藝步驟。生產數據記錄系統發現，剛剛加工完畢的lotUUU、lotVVV、lotWWW在該步驟薄膜沉積厚度已經接近工藝設定上限，請工藝動態調節系統指揮機臺F進行相應動態調節，使lotYYY的薄膜厚度更接近標準值。
工藝動態調節系統&機臺F：已根據預先設定的動態調整模型在lotYYY上進行相應的時間減少補償，根據該模型，已經按最大程度去補救，請量測機臺量測，請製造數據系統彙報最新量測結果。
製造數據系統：好……像……藥……丸！lotYYY的M2層厚度的結果是——50nm，超出工藝設定上限！！！
工藝動態調節系統&機臺F: ……
製造執行系統：根據系統規則，現開始禁止機臺F加工M2層。請機臺F在機臺端顯示工藝失效警告，請自動提示系統向相關的設備與製造工程師發送提示郵件。
收到郵件的設備工程師：
通過上面兩個對話我們可以看出，MES是一個非常龐大的系統，通過對其子模塊系統之間的數據交流和規則交流，實現了芯片製造的自動化流水作業。如無異常事故，MES可以同時實現幾千至幾萬個lot的全自動化流水生產。
高度自動化的MES系統極大地解放了生產力，也提高了生產效率，但是要完全實現無人生產線，恐怕還有很長的路要走。因為機器還無法做到完全取代工程師，在涉及到邏輯判斷、技術問題分析等方面還無法實現和人類媲美。
但從另一個角度想，它以如此少的生產線人力數量，來應對如此複雜精密的工藝流程以及數目龐大的產品數量，已經是目前人類生產力的終極體現了。
同時也正是因為工藝流程如此複雜，蘋果、高通、華為這些半導體設計公司將生產製造任務外包給擁有生產設備和技術的專業生產型公司，才能更加專注於設計和銷售。
參考文獻：
1. 何睿超. 半導體芯片製造車間製造執行系統關鍵技術研究與開發[D]. 2018.
2. 李賀明, 衛小松. 半導體企業MES的設計與實現[J]. 製造業自動化, 2015, v.37(24):14-16+32.
注：文中技術信息、視頻與動圖來自於中國知網、企業官網、視頻網站等公開渠道。
