探秘英特爾D1X晶圓廠內(nèi)部 黃光潔凈車間被震撼到了

       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)和開發(fā)的領(lǐng)先設(shè)施之一。

       在我訪問期間，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%。可以理解的是，該公司是該地區(qū)最大的雇主，隨著設(shè)施的建設(shè)，人數(shù)不斷增加。

       在我旁邊的是來自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車 60 分鐘。Jeff 欣然同意成為工廠之旅的第二副眼睛和耳朵。

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。

       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。從我們的角度來看，這才是我們感興趣的——技術(shù)墻。

       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，我們還是通過了前臺(tái)，那里給了我這個(gè)。

       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。

       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、開發(fā)、封裝和材料研究。從上面看，該站點(diǎn)看起來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。

       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的無霧濕巾。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護(hù)發(fā)產(chǎn)品。我和最后一個(gè)發(fā)生了沖突。但該過程的開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。

       一些晶圓廠會(huì)從有粘性墊子開始，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)我們來說，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，看起來像這樣：

       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?

       工廠的規(guī)模是巨大的，我們說的是足球場(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)器成本從一百萬到數(shù)億不等。

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)梁來安裝它們。很難錯(cuò)過。

       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。雖然我之前去過一個(gè)子工廠，但我們無法參加這次訪問，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，這是顯而易見的。工廠通過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)趕下來進(jìn)行清潔，而不是上升到可能掉落的空氣中。

       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。

       很難說有多少這樣的自動(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——它看起來像一個(gè) 8 核設(shè)計(jì)，帶走zero E 核，所以誰知道我們?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 的人來說，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)，甚至有可能超過一百個(gè)。這是因?yàn)?D1X 是一家開發(fā)工廠，因此不僅芯片正在開發(fā)中并受到監(jiān)控，而且 D1X 正在通過 Mod 3 擴(kuò)展來擴(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。盡管它是早期的開發(fā)者之一，但它還沒有為 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（我無法透露）EUV 機(jī)器處于不同的狀態(tài)。

觸摸 EUV 機(jī)器。感覺很好。

       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是為機(jī)器量身定做的，而一個(gè)這樣的設(shè)備有超過 100,000 個(gè)不同的組件并且需要六個(gè)月的時(shí)間來安裝，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——我們沒有在那里花太多時(shí)間，英特爾也沒有詳細(xì)說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，我們沒有一條清晰的路可以走下去。然而，在回來的路上，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重復(fù)使用它可以使用的東西并回收其他所有東西。

更多 FOUP 。工廠里聲音很大

       總的來說，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，有什么問題詢問，以及是否有任何內(nèi)容可供觀眾窺視。我是那種樂于站立并研究每臺(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)問過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。

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