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探秘英特尔D1X晶圆厂内部 黄光洁净车间被震撼到了

发布时间:2022-02-26
家企业看过

       在最近的一次美国之行中,我(指代本文作者Ian Cutress,下同)决定花一些时间在全国各地参加一些行业活动,并花一些时间拜访朋友和同行。其中一站是位于俄勒冈州希尔斯伯勒的英特尔 D1X Fab,这是该公司用于生产和开发的领先设施之一。

       在我访问期间,英特尔 D1X 晶圆厂的场地被称为 Ronler Acres——最初是英特尔现在在电子晶圆厂综合体周围保留的一系列湿地。D1X 位于希尔斯伯勒,就在英特尔琼斯农场园区机场的另一边。这是英特尔在该地区的四个园区中的两个,员工总数为 21000 人,约占英特尔全球员工总数的 18%。可以理解的是,该公司是该地区最大的雇主,随着设施的建设,人数不断增加。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       在我旁边的是来自CraftComputing的 Jeff Soleim ,我们早上 9 点很早到达——由于前一天晚上的播客录制,我们只睡了 4 个小时,并且在俄勒冈州寒冷的冬天早晨单程开车 60 分钟。Jeff 欣然同意成为工厂之旅的第二副眼睛和耳朵。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

Fresh Kanar,适合挑剔的卡达西调色板

       正如您想象的那样,在工厂内拍照和其他东西的机会非常有限。基于我在访问之前对英特尔设施的有限了解,我提出了几个请求,但只有部份被被批准了,我将在访问期间使用这些图像作为材料。大多数晶圆厂都实行“禁止自由拍照”政策,其口号是因为他们认为这样可以获取特定的客户信息。

       在接近 Ronler Acres 站点时,值得注意的是,英特尔当时的政策是在内内始终佩戴口罩。有一些方便的图片可以准确展示在社交距离方面有多少六英尺。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       该设施内部是一个非常典型的业务,例如入口 - 一个供员工签到的前台,供游客坐下来等待的舒适椅子,以便联系接他的联系人,以及展示奖品和其他花哨的东西的墙壁。还有一面墙是关于对半导体感兴趣的美国前总统的访问。从我们的角度来看,这才是我们感兴趣的——技术墙。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       英特尔是一家在半导体制造方面有着悠久历史的公司,周围散布着许多这样的屏幕——主要是为了让参观者(比如我们)沉浸在英特尔对该行业的技术影响中。这张图非常简洁,当它被替换为拥有英特尔第一个 EUV、High-NA EUV 和封装技术的图时,它会更加令人兴奋。尽管如此,我们还是通过了前台,那里给了我这个。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       我很确定我被交给了错误的权限徽章,那是相当危险的。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       入口稍远处是英特尔制造集团的一堵奖墙。从外部看,它看起来像是公司给自己的成就清单,但有趣的是,看看其中一些是什么,因为它们还披露了以前不为人知的信息。英特尔已要求我们不要列出这些成就,因为其中许多是内部成就,但很高兴看到这些内部里程碑与实施新研究、工艺改进和产量有关。

       我们被带领穿过一些办公区进入会议室,在我们参观之前进行简短的简报。正如您可能想象的那样,旅游规则很严格——不要碰任何东西,随时与您的同行人在一起,只拍摄我们告诉您可以拍摄的特定事物。我们也对该站点进行了简要概述,Ronler Acres 在一个地点进行制造、开发、封装和材料研究。从上面看,该站点看起来像是自己的带有小芯片的封装处理器。但谈话的一部分还涉及到一些涉及的个人防护装备,即同名的洁净室兔子套装。

尽管如此,在我们进入工厂之前,我们得到了一个安全袋。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       这里面装满了消毒湿巾、洗手液,还有我们用于制造厂的安全眼镜和专门的无雾湿巾。每个人在工厂都使用自己的安全眼镜以确保舒适,如果您有眼镜,由于要求不同,这些必须提前分类。有了我们的 All Access 通行证,是时候做好准备了。

       正如您可能想象的那样,晶圆制造是一个微妙的过程。洁净室必须非常干净,并且还要不断清洁。因此,我们必须穿的所有洁净室设备都是新洗的,并且还有个人卫生要求,例如有限的除臭剂和无护发产品。我和最后一个发生了冲突。但该过程的开始是使用西装前手套、胡须网、发网和西装前靴保护装置。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       一些晶圆厂会从有粘性垫子开始,您必须在上面行走才能去除鞋子上的污垢,因为您在晶圆厂仍然穿着自己的鞋子。这也可能与强制风淋(穿上衣服)相结合,以帮助去除绒毛。对我们来说,我们直接穿上了兔子套装——包括兜帽、套装和鞋子。这里的关键是从上到下穿上套装,这样你就不太可能把灰尘和微粒放在自己身上。完整的“兔子套装”装束,减去最后的乙烯基手套,看起来像这样:

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       每个不同的部件都有多种尺寸,从我认为的介质转换为工厂认为的介质总是有点猜测。着装的最后一部分是在镜子里上下仔细检查,如果你有同事,也可以和同事一起检查,以确保进入工厂时每个人都穿着合适的靴子。然后,我们进去。

       如果您以前从未去过晶圆厂,那么您首先注意到的是厂房洁净室地板上的所有东西都是黄色的。这是设计使然——黄色钠灯减少了房间中光的波长数量,以阻止它们中的任何一个可能与正在运输的硅片相互作用。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       工厂的规模是巨大的,我们说的是足球场上的足球场(不管你是指美国足球还是世界其他地区的足球)。像这样的工厂,为了盈利,必须扩大规模。这意味着不仅有 20 台类似的机器,而且还有数百台不同的机器,具体取决于所需的流程。如果每个处理器需要进行 80-120 个掩膜步骤,那么每个掩膜步骤都需要沉积、光刻、蚀刻、清洁和检查。对于大型 EUV 机器而言,每个步骤的机器成本从一百万到数亿不等。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

晶圆厂洁净车间 一系列 EUV 机器

       当您进入晶圆厂时,您会注意到的一件事就是它很高。这些建筑物被设计成是自主的,但也很容易最大限度地延长正常运行时间。这意味着如果出现故障(如天花板灯),可以在不禁用任何东西的情况下对其进行修复。如果需要维修或更换,即使是天花板灯也可以从工厂上方进入。但fab面积之所以这么高,是因为有些机器有两层楼高,尤其是EUV机器。有时这些必须被提升,或使用加强梁来安装它们。很难错过。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       每台机器还需要化学品和电力,这些都在子晶圆厂下方提供。虽然我之前去过一个子工厂,但我们无法参加这次访问,但子工厂和洁净室本身一样大。有人告诉我,EUV 机器需要比洁净室空间多 6 倍的子晶圆厂空间,这表明有时当涉及到原始面积时,支持这些机器所需的不仅仅是机器本身。

       晶圆厂有一个非常轻微的正气压,这是显而易见的。工厂通过您在上图中看到的通风口将空气从天花板推到地板上。这也是为了减少灰尘和微粒,并将它们驱赶下来进行清洁,而不是上升到可能掉落的空气中。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       需要注意的是,晶圆根本不应该暴露在空气中。晶圆在 FOUP(前开式统一吊舱)内以 25 片为一组,在位于机器上方的吊舱高速公路上的晶圆厂周围运送。这一切都是跟踪和自动化的,因此当一台机器上的 FOUP 完成时,它会被一个自动吊舱拾取并带到下一台机器,或者放回存储中等待芯片创建的下一阶段。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

       很难说有多少这样的自动吊舱——我们在每个吊舱上看到三个数字,这意味着仅在这个设施中就可能有多达 1000 个。吊舱“高速公路”延伸了 Ronler Acres 场地的长度,从存储到工厂再到封装。它们被设计为在出现错误时进行自我报告,或者如果有人刹车,系统可以重新路由它,直到它被物理解决。大多数 FOUP 都是黑色的,以最大限度地减少光线,但有些机器有可以看到的透明窗口。

       Jeff 和我研究了几台这样的机器,并看到机器将晶圆从 FOUP 中取出用于光刻胶应用(我们认为)。我们看到的晶圆上已经有很多处理器的常规标记——它看起来像一个 8 核设计,带走zero E 核,所以谁知道我们在看什么。在另一台机器上,其中一台计量(检查)机器上,我们在其中一个监视器上看到了晶圆的外观,并看到晶圆上每个裸片的图表。对于那些经常阅读 AnandTech 的人来说,你会知道我喜欢用简单的晶圆图像计算裸片面积——从我能够推断出的脑后数学中,我们正在查看一个大约 400 平方毫米的前沿晶圆die。我会让你想象那可能是什么。

       值得注意的一件事是工厂里有很多人。我参观过位于纽约州北部的 GlobalFoundries Fab 8,他们在同一个空间里只有两打人。但在英特尔,我可以看到几十个,甚至有可能超过一百个。这是因为 D1X 是一家开发工厂,因此不仅芯片正在开发中并受到监控,而且 D1X 正在通过 Mod 3 扩展来扩大其产能。这意味着人们在建筑物的最后三分之一处安装硬件,包括 EUV 机器。

       英特尔尚未将其 EUV 技术产品化已不是什么秘密。尽管它是早期的开发者之一,但它还没有为 10nm 做好准备,也不容易融入工艺,但我们稍后会在 Intel 4 上看到它。然而这并不意味着英特尔已经坐享其成——在晶圆厂内,我们看到许多(我无法透露)EUV 机器处于不同的状态。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

触摸 EUV 机器。感觉很好。

       但在其他情况下,它们仍在安装中。正如您可能想象的那样,我不被允许拍摄正在安装的 EUV 机器的照片,但看里面的东西有点令人兴奋。我不确定我到底在看什么部分,但有很多带有“Noble Gas”等标签的管道,所有部分看起来都像是一个 2 米宽的机加工铝制半球体。里面的所有东西都感觉是为机器量身定做的,而一个这样的设备有超过 100,000 个不同的组件并且需要六个月的时间来安装,再加上另外六个月的调整时,你就会明白为什么EUV那么难。

       除了工厂的黄灯部分,英特尔还有一部分工厂处于常规照明下——我们没有在那里花太多时间,英特尔也没有详细说明工厂的那部分是什么,但在那个空间里要狭窄得多。机器离得太近了,我们没有一条清晰的路可以走下去。然而,在回来的路上,我确实注意到一台机器上有很多警告标签,上面标有各种刺激性化学物质——氟化氢、各种与卤素结合的含硫成分,甚至是一些腐蚀性的硅酸盐化合物,专为蚀刻和清洁而设计。教沙子思考需要大量腐蚀性化学物质,英特尔表示,它投入了大量精力来重复使用它可以使用的东西并回收其他所有东西。

英特尔D1X晶圆厂洁净车间

更多 FOUP 。工厂里声音很大

       总的来说,我们在晶圆厂花了大约 90 分钟,其中包括一两个用于图片的位置和一到十分钟用于根据我们在无法拍摄的监视器上看到的内容计算裸片尺寸。参观晶圆厂的好处是您正在参观晶圆厂 - 坏处是如果不先参观它并且不知道您会看到什么,很难提前准备或提前研究那里有什么,有什么问题询问,以及是否有任何内容可供观众窥视。我是那种乐于站立并研究每台机器 90 分钟以了解其工作原理的人——在行业会议上阅读有关制造工作原理的研究论文是一回事,但近距离观察它是另一回事。

       这里还有另一个视角。我知道,如果我在一个不那么先进的设施中,例如45nm、90nm 或更老的设备,我会有同样的反应。我不会看 EUV 机器内部,但我仍然想知道一切是如何工作的,看到晶圆飞过这个地方,并且知道这些机器正在做尽可能多的物理弯曲的事情,以获得像汽车这样简单的东西——座椅控制器上市。

       我已经问过英特尔是否可以在准备好High NA 机器时安装我们去参观安装——我被告知它比普通的 EUV 更大,所以我迫不及待地想看看它。

来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)编译自anandtech

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