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探秘英特爾D1X晶圓廠內(nèi)部 黃光潔凈車間被震撼到了

發(fā)布時(shí)間:2022-02-26
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       在最近的一次美國(guó)之行中,我(指代本文作者Ian Cutress,下同)決定花一些時(shí)間在全國(guó)各地參加一些行業(yè)活動(dòng),并花一些時(shí)間拜訪朋友和同行。其中一站是位于俄勒岡州希爾斯伯勒的英特爾 D1X Fab,這是該公司用于生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)的領(lǐng)先設(shè)施之一。

       在我訪問(wèn)期間,英特爾 D1X 晶圓廠的場(chǎng)地被稱為 Ronler Acres——最初是英特爾現(xiàn)在在電子晶圓廠綜合體周圍保留的一系列濕地。D1X 位于希爾斯伯勒,就在英特爾瓊斯農(nóng)場(chǎng)園區(qū)機(jī)場(chǎng)的另一邊。這是英特爾在該地區(qū)的四個(gè)園區(qū)中的兩個(gè),員工總數(shù)為 21000 人,約占英特爾全球員工總數(shù)的 18%??梢岳斫獾氖牵摴臼窃摰貐^(qū)最大的雇主,隨著設(shè)施的建設(shè),人數(shù)不斷增加。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       在我旁邊的是來(lái)自CraftComputing的 Jeff Soleim ,我們?cè)缟?9 點(diǎn)很早到達(dá)——由于前一天晚上的播客錄制,我們只睡了 4 個(gè)小時(shí),并且在俄勒岡州寒冷的冬天早晨單程開(kāi)車 60 分鐘。Jeff 欣然同意成為工廠之旅的第二副眼睛和耳朵。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

Fresh Kanar,適合挑剔的卡達(dá)西調(diào)色板

       正如您想象的那樣,在工廠內(nèi)拍照和其他東西的機(jī)會(huì)非常有限。基于我在訪問(wèn)之前對(duì)英特爾設(shè)施的有限了解,我提出了幾個(gè)請(qǐng)求,但只有部份被被批準(zhǔn)了,我將在訪問(wèn)期間使用這些圖像作為材料。大多數(shù)晶圓廠都實(shí)行“禁止自由拍照”政策,其口號(hào)是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為這樣可以獲取特定的客戶信息。

       在接近 Ronler Acres 站點(diǎn)時(shí),值得注意的是,英特爾當(dāng)時(shí)的政策是在內(nèi)內(nèi)始終佩戴口罩。有一些方便的圖片可以準(zhǔn)確展示在社交距離方面有多少六英尺。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       該設(shè)施內(nèi)部是一個(gè)非常典型的業(yè)務(wù),例如入口 - 一個(gè)供員工簽到的前臺(tái),供游客坐下來(lái)等待的舒適椅子,以便聯(lián)系接他的聯(lián)系人,以及展示獎(jiǎng)品和其他花哨的東西的墻壁。還有一面墻是關(guān)于對(duì)半導(dǎo)體感興趣的美國(guó)前總統(tǒng)的訪問(wèn)。從我們的角度來(lái)看,這才是我們感興趣的——技術(shù)墻。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       英特爾是一家在半導(dǎo)體制造方面有著悠久歷史的公司,周圍散布著許多這樣的屏幕——主要是為了讓參觀者(比如我們)沉浸在英特爾對(duì)該行業(yè)的技術(shù)影響中。這張圖非常簡(jiǎn)潔,當(dāng)它被替換為擁有英特爾第一個(gè) EUV、High-NA EUV 和封裝技術(shù)的圖時(shí),它會(huì)更加令人興奮。盡管如此,我們還是通過(guò)了前臺(tái),那里給了我這個(gè)。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       我很確定我被交給了錯(cuò)誤的權(quán)限徽章,那是相當(dāng)危險(xiǎn)的。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       入口稍遠(yuǎn)處是英特爾制造集團(tuán)的一堵獎(jiǎng)墻。從外部看,它看起來(lái)像是公司給自己的成就清單,但有趣的是,看看其中一些是什么,因?yàn)樗鼈冞€披露了以前不為人知的信息。英特爾已要求我們不要列出這些成就,因?yàn)槠渲性S多是內(nèi)部成就,但很高興看到這些內(nèi)部里程碑與實(shí)施新研究、工藝改進(jìn)和產(chǎn)量有關(guān)。

       我們被帶領(lǐng)穿過(guò)一些辦公區(qū)進(jìn)入會(huì)議室,在我們參觀之前進(jìn)行簡(jiǎn)短的簡(jiǎn)報(bào)。正如您可能想象的那樣,旅游規(guī)則很嚴(yán)格——不要碰任何東西,隨時(shí)與您的同行人在一起,只拍攝我們告訴您可以拍攝的特定事物。我們也對(duì)該站點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述,Ronler Acres 在一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行制造、開(kāi)發(fā)、封裝和材料研究。從上面看,該站點(diǎn)看起來(lái)像是自己的帶有小芯片的封裝處理器。但談話的一部分還涉及到一些涉及的個(gè)人防護(hù)裝備,即同名的潔凈室兔子套裝。

盡管如此,在我們進(jìn)入工廠之前,我們得到了一個(gè)安全袋。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       這里面裝滿了消毒濕巾、洗手液,還有我們用于制造廠的安全眼鏡和專門(mén)的無(wú)霧濕巾。每個(gè)人在工廠都使用自己的安全眼鏡以確保舒適,如果您有眼鏡,由于要求不同,這些必須提前分類。有了我們的 All Access 通行證,是時(shí)候做好準(zhǔn)備了。

       正如您可能想象的那樣,晶圓制造是一個(gè)微妙的過(guò)程。潔凈室必須非常干凈,并且還要不斷清潔。因此,我們必須穿的所有潔凈室設(shè)備都是新洗的,并且還有個(gè)人衛(wèi)生要求,例如有限的除臭劑和無(wú)護(hù)發(fā)產(chǎn)品。我和最后一個(gè)發(fā)生了沖突。但該過(guò)程的開(kāi)始是使用西裝前手套、胡須網(wǎng)、發(fā)網(wǎng)和西裝前靴保護(hù)裝置。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       一些晶圓廠會(huì)從有粘性墊子開(kāi)始,您必須在上面行走才能去除鞋子上的污垢,因?yàn)槟诰A廠仍然穿著自己的鞋子。這也可能與強(qiáng)制風(fēng)淋(穿上衣服)相結(jié)合,以幫助去除絨毛。對(duì)我們來(lái)說(shuō),我們直接穿上了兔子套裝——包括兜帽、套裝和鞋子。這里的關(guān)鍵是從上到下穿上套裝,這樣你就不太可能把灰塵和微粒放在自己身上。完整的“兔子套裝”裝束,減去最后的乙烯基手套,看起來(lái)像這樣:

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       每個(gè)不同的部件都有多種尺寸,從我認(rèn)為的介質(zhì)轉(zhuǎn)換為工廠認(rèn)為的介質(zhì)總是有點(diǎn)猜測(cè)。著裝的最后一部分是在鏡子里上下仔細(xì)檢查,如果你有同事,也可以和同事一起檢查,以確保進(jìn)入工廠時(shí)每個(gè)人都穿著合適的靴子。然后,我們進(jìn)去。

       如果您以前從未去過(guò)晶圓廠,那么您首先注意到的是廠房潔凈室地板上的所有東西都是黃色的。這是設(shè)計(jì)使然——黃色鈉燈減少了房間中光的波長(zhǎng)數(shù)量,以阻止它們中的任何一個(gè)可能與正在運(yùn)輸?shù)墓杵嗷プ饔谩?

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       工廠的規(guī)模是巨大的,我們說(shuō)的是足球場(chǎng)上的足球場(chǎng)(不管你是指美國(guó)足球還是世界其他地區(qū)的足球)。像這樣的工廠,為了盈利,必須擴(kuò)大規(guī)模。這意味著不僅有 20 臺(tái)類似的機(jī)器,而且還有數(shù)百臺(tái)不同的機(jī)器,具體取決于所需的流程。如果每個(gè)處理器需要進(jìn)行 80-120 個(gè)掩膜步驟,那么每個(gè)掩膜步驟都需要沉積、光刻、蝕刻、清潔和檢查。對(duì)于大型 EUV 機(jī)器而言,每個(gè)步驟的機(jī)器成本從一百萬(wàn)到數(shù)億不等。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

晶圓廠潔凈車間 一系列 EUV 機(jī)器

       當(dāng)您進(jìn)入晶圓廠時(shí),您會(huì)注意到的一件事就是它很高。這些建筑物被設(shè)計(jì)成是自主的,但也很容易最大限度地延長(zhǎng)正常運(yùn)行時(shí)間。這意味著如果出現(xiàn)故障(如天花板燈),可以在不禁用任何東西的情況下對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。如果需要維修或更換,即使是天花板燈也可以從工廠上方進(jìn)入。但fab面積之所以這么高,是因?yàn)橛行C(jī)器有兩層樓高,尤其是EUV機(jī)器。有時(shí)這些必須被提升,或使用加強(qiáng)梁來(lái)安裝它們。很難錯(cuò)過(guò)。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       每臺(tái)機(jī)器還需要化學(xué)品和電力,這些都在子晶圓廠下方提供。雖然我之前去過(guò)一個(gè)子工廠,但我們無(wú)法參加這次訪問(wèn),但子工廠和潔凈室本身一樣大。有人告訴我,EUV 機(jī)器需要比潔凈室空間多 6 倍的子晶圓廠空間,這表明有時(shí)當(dāng)涉及到原始面積時(shí),支持這些機(jī)器所需的不僅僅是機(jī)器本身。

       晶圓廠有一個(gè)非常輕微的正氣壓,這是顯而易見(jiàn)的。工廠通過(guò)您在上圖中看到的通風(fēng)口將空氣從天花板推到地板上。這也是為了減少灰塵和微粒,并將它們驅(qū)趕下來(lái)進(jìn)行清潔,而不是上升到可能掉落的空氣中。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       需要注意的是,晶圓根本不應(yīng)該暴露在空氣中。晶圓在 FOUP(前開(kāi)式統(tǒng)一吊艙)內(nèi)以 25 片為一組,在位于機(jī)器上方的吊艙高速公路上的晶圓廠周圍運(yùn)送。這一切都是跟蹤和自動(dòng)化的,因此當(dāng)一臺(tái)機(jī)器上的 FOUP 完成時(shí),它會(huì)被一個(gè)自動(dòng)吊艙拾取并帶到下一臺(tái)機(jī)器,或者放回存儲(chǔ)中等待芯片創(chuàng)建的下一階段。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

       很難說(shuō)有多少這樣的自動(dòng)吊艙——我們?cè)诿總€(gè)吊艙上看到三個(gè)數(shù)字,這意味著僅在這個(gè)設(shè)施中就可能有多達(dá) 1000 個(gè)。吊艙“高速公路”延伸了 Ronler Acres 場(chǎng)地的長(zhǎng)度,從存儲(chǔ)到工廠再到封裝。它們被設(shè)計(jì)為在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行自我報(bào)告,或者如果有人剎車,系統(tǒng)可以重新路由它,直到它被物理解決。大多數(shù) FOUP 都是黑色的,以最大限度地減少光線,但有些機(jī)器有可以看到的透明窗口。

       Jeff 和我研究了幾臺(tái)這樣的機(jī)器,并看到機(jī)器將晶圓從 FOUP 中取出用于光刻膠應(yīng)用(我們認(rèn)為)。我們看到的晶圓上已經(jīng)有很多處理器的常規(guī)標(biāo)記——它看起來(lái)像一個(gè) 8 核設(shè)計(jì),帶走zero E 核,所以誰(shuí)知道我們?cè)诳词裁?。在另一臺(tái)機(jī)器上,其中一臺(tái)計(jì)量(檢查)機(jī)器上,我們?cè)谄渲幸粋€(gè)監(jiān)視器上看到了晶圓的外觀,并看到晶圓上每個(gè)裸片的圖表。對(duì)于那些經(jīng)常閱讀 AnandTech 的人來(lái)說(shuō),你會(huì)知道我喜歡用簡(jiǎn)單的晶圓圖像計(jì)算裸片面積——從我能夠推斷出的腦后數(shù)學(xué)中,我們正在查看一個(gè)大約 400 平方毫米的前沿晶圓die。我會(huì)讓你想象那可能是什么。

       值得注意的一件事是工廠里有很多人。我參觀過(guò)位于紐約州北部的 GlobalFoundries Fab 8,他們?cè)谕粋€(gè)空間里只有兩打人。但在英特爾,我可以看到幾十個(gè),甚至有可能超過(guò)一百個(gè)。這是因?yàn)?D1X 是一家開(kāi)發(fā)工廠,因此不僅芯片正在開(kāi)發(fā)中并受到監(jiān)控,而且 D1X 正在通過(guò) Mod 3 擴(kuò)展來(lái)擴(kuò)大其產(chǎn)能。這意味著人們?cè)诮ㄖ锏淖詈笕种惶幇惭b硬件,包括 EUV 機(jī)器。

       英特爾尚未將其 EUV 技術(shù)產(chǎn)品化已不是什么秘密。盡管它是早期的開(kāi)發(fā)者之一,但它還沒(méi)有為 10nm 做好準(zhǔn)備,也不容易融入工藝,但我們稍后會(huì)在 Intel 4 上看到它。然而這并不意味著英特爾已經(jīng)坐享其成——在晶圓廠內(nèi),我們看到許多(我無(wú)法透露)EUV 機(jī)器處于不同的狀態(tài)。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

觸摸 EUV 機(jī)器。感覺(jué)很好。

       但在其他情況下,它們?nèi)栽诎惭b中。正如您可能想象的那樣,我不被允許拍攝正在安裝的 EUV 機(jī)器的照片,但看里面的東西有點(diǎn)令人興奮。我不確定我到底在看什么部分,但有很多帶有“Noble Gas”等標(biāo)簽的管道,所有部分看起來(lái)都像是一個(gè) 2 米寬的機(jī)加工鋁制半球體。里面的所有東西都感覺(jué)是為機(jī)器量身定做的,而一個(gè)這樣的設(shè)備有超過(guò) 100,000 個(gè)不同的組件并且需要六個(gè)月的時(shí)間來(lái)安裝,再加上另外六個(gè)月的調(diào)整時(shí),你就會(huì)明白為什么EUV那么難。

       除了工廠的黃燈部分,英特爾還有一部分工廠處于常規(guī)照明下——我們沒(méi)有在那里花太多時(shí)間,英特爾也沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明工廠的那部分是什么,但在那個(gè)空間里要狹窄得多。機(jī)器離得太近了,我們沒(méi)有一條清晰的路可以走下去。然而,在回來(lái)的路上,我確實(shí)注意到一臺(tái)機(jī)器上有很多警告標(biāo)簽,上面標(biāo)有各種刺激性化學(xué)物質(zhì)——氟化氫、各種與鹵素結(jié)合的含硫成分,甚至是一些腐蝕性的硅酸鹽化合物,專為蝕刻和清潔而設(shè)計(jì)。教沙子思考需要大量腐蝕性化學(xué)物質(zhì),英特爾表示,它投入了大量精力來(lái)重復(fù)使用它可以使用的東西并回收其他所有東西。

英特爾D1X晶圓廠潔凈車間

更多 FOUP 。工廠里聲音很大

       總的來(lái)說(shuō),我們?cè)诰A廠花了大約 90 分鐘,其中包括一兩個(gè)用于圖片的位置和一到十分鐘用于根據(jù)我們?cè)跓o(wú)法拍攝的監(jiān)視器上看到的內(nèi)容計(jì)算裸片尺寸。參觀晶圓廠的好處是您正在參觀晶圓廠 - 壞處是如果不先參觀它并且不知道您會(huì)看到什么,很難提前準(zhǔn)備或提前研究那里有什么,有什么問(wèn)題詢問(wèn),以及是否有任何內(nèi)容可供觀眾窺視。我是那種樂(lè)于站立并研究每臺(tái)機(jī)器 90 分鐘以了解其工作原理的人——在行業(yè)會(huì)議上閱讀有關(guān)制造工作原理的研究論文是一回事,但近距離觀察它是另一回事。

       這里還有另一個(gè)視角。我知道,如果我在一個(gè)不那么先進(jìn)的設(shè)施中,例如45nm、90nm 或更老的設(shè)備,我會(huì)有同樣的反應(yīng)。我不會(huì)看 EUV 機(jī)器內(nèi)部,但我仍然想知道一切是如何工作的,看到晶圓飛過(guò)這個(gè)地方,并且知道這些機(jī)器正在做盡可能多的物理彎曲的事情,以獲得像汽車這樣簡(jiǎn)單的東西——座椅控制器上市。

       我已經(jīng)問(wèn)過(guò)英特爾是否可以在準(zhǔn)備好High NA 機(jī)器時(shí)安裝我們?nèi)⒂^安裝——我被告知它比普通的 EUV 更大,所以我迫不及待地想看看它。

來(lái)源:內(nèi)容由半導(dǎo)體行業(yè)觀察(ID:icbank)編譯自anandtech