首次公开:世界最神秘的半导体生产设计基地 向我们打开了大门

2022-09-23 09:18

从设计,到生产,到测试、调整、再生产,到最后的出厂和面市,一枚小小的芯片,要经历一个复杂而又漫长的流程。

对于这些流程,许多半导体从业者都能如数家珍。然而,极少有人能够真正进入全世界最顶级、最高机密的晶圆工厂,以及装备了最尖端技术设备的芯片测试实验室,以最近的距离,亲眼目睹一枚芯片的诞生全过程。

没跟你夸张:别说客户进不去,就连在全球十二万员工的英特尔自己,也只有1-2%左右的员工能够出入它的芯片生产车间;99%的员工甚至没有机会和晶圆拍一张合影。

而在今天,难掩自豪的硅星人终于可以说,我们不仅和 Raptor Lake 晶圆(即将发布的13代酷睿处理器)合过影,还是穿着无尘车间的“兔子服”:

图片来源:硅星人 via 英特尔

图片来源:硅星人 via 英特尔

在这张照片被拍下的10分钟前,我刚刚从英特尔以色列 Fab 28 晶圆工厂出来。这家可以和“芯片技术创新”划等号的全球顶级半导体公司,在前不久终于对来自十多个国家的分析师,首次敞开了它久富盛名的晶圆厂大门。

图片来源:硅星人 via 英特尔

图片来源:硅星人 via 英特尔

别嫌弃我们没见过世面:对于任何科技从业者,这都称得上是“一生难得”的机会。就连 YouTube 科技类顶流大号 Linus Tech Tips,在参观之后都高呼:"I can die now."(注:这里的 die 是个双关,还有晶粒的意思。)

好东西没道理独享。接下来,冲一杯咖啡,开一包零食,跟硅星人共同走进英特尔以色列 Fab 28 晶圆厂以及 IDC 芯片测试实验室,一探究竟吧。

进入工厂

Fab 28 是英特尔历史上建立的第一座非美国本土晶圆厂,于1996年落成,坐落在以色列迦特镇 (Kiryat Gat)。

巴以地区饱受战乱,一般人会感觉在这里建厂不太安全。然而真实情况是:考虑到人才储备、政策优势、军工科技的滴漏效应等因素,英特尔早在1974年就来这里建立了以色列设计中心 IDC(后改名为以色列研发中心 IDC)。而把工厂和研发中心放在一起,是符合逻辑的做法。

后来,英特尔在耶路撒冷建立了 Fab 8,再后来又在迦特镇建立了 Fab 28。 直到今天,该工厂仍然是酷睿处理器的主要生产地,对于英特尔意义非凡。

Fab 28 主体办公楼   图片来源:杜晨/硅星人

Fab 28 主体办公楼 图片来源:杜晨/硅星人

Fab 28 无尘车间所在的大楼远景   图片来源:杜晨/硅星人

Fab 28 无尘车间所在的大楼远景 图片来源:杜晨/硅星人

而正如前文提到,在所有英特尔员工当中,能够进入到工厂生产环境,甚至无尘车间的少之又少。这不,刚一进入大楼,没走几步,就看到了“保护区域”(protected area) 的警示牌,意思是这些区域的办公室和工作环境可能高度涉密:

Fab 28 无尘车间所在的大楼远景   图片来源:杜晨/硅星人

Fab 28 无尘车间所在的大楼远景 图片来源:杜晨/硅星人

在正式进入 Fab 28 晶圆厂无尘车间之前,我们首先见到了 Daniel Benatar,英特尔全球芯片生产的总负责人。他介绍了这次在 Fab 28 能够亲眼见到的芯片生产关键过程,包括离子注入 (implant)、扩散 (diffusion)、光刻、蚀刻 (etch)、薄膜、平坦化 (planarization)、受控折叠芯片连接 (C4) 等

Daniel Benatar 讲解晶体管电路设计的变化   图片来源:硅星人 via 英特尔

Daniel Benatar 讲解晶体管电路设计的变化 图片来源:硅星人 via 英特尔

第一站: 无尘化

参观正式开始,我所在的一组的“导游”是 Fab 28 工厂经理 Oren Cohen。

在他的带领下,我们在办公楼里来回穿梭,上楼下楼几次,终于来到了洁净室/无尘车间 (Cleanroom) 的入口。这里有一道安检门,只有得到授权的员工才可以刷卡进入。

图片来源:Linus Tech Tips

图片来源:Linus Tech Tips

为了避免携带污染物物,所有人在进入无尘车间之前都必须穿上外号“兔子服”(bunny suit) 的防护服。然而在穿上兔子服之前,我们首先要戴上鞋套、头套、胡须套,和布手套。

这个区域并不是完全无尘,但已经采用了和无尘车间相同的加压单向空气流通系统:它的气压比外面办公区域更高,高度净化过的空气自上方吹入,从下方吸走,这样一切可能漂浮在空中的污染物都可以被尽快捕捉。

先要戴好手、鞋、头套,才可进入下一区域穿防护服   图片来源:硅星人 via 英特尔

先要戴好手、鞋、头套,才可进入下一区域穿防护服 图片来源:硅星人 via 英特尔

然后我们进入下一个区域,穿上正经的兔子服。这个区域的气压又比前一个更高,结果就是距离真正的无尘车间越近,空气越干净,污染物越少。兔子服一共四件:头罩、连体衣、鞋罩和乳胶手套。同行者也要互相帮助检查穿戴覆盖是否完整。

图片来源:硅星人 via 英特尔

图片来源:硅星人 via 英特尔

图片来源:硅星人 via 英特尔

图片来源:硅星人 via 英特尔

但实际上兔子服保护的并不是我们,而是车间里的设备和晶圆/芯片本身。

这些生产资料对于污染极其敏感,任何颗粒物都有可能废掉一整张硅片。整个 Fab 28 一年364天7×24小时不间断工作,产量极大。如果环境不够清洁,哪怕一分钟的污染暴露就足以累计上百万美元的损失。进而为了清洁和维修工作而暂时停工,会进一步扩大损失。

这也是为什么英特尔对于清洁的要求如此之高:每立方米颗粒物数不得高于1(手术室要求只有3万左右)。

甚至这个区域内使用的所有工具,都必须实现无尘化。工作人员“没收”了我的笔记本,然后发给了我一套专门在无尘车间里使用的纸和笔……因为它们采用的是特殊纸张和油墨,不容易产生静电和纤维、颗粒物脱落。

图片来源:杜晨/硅星人

图片来源:杜晨/硅星人

到处都是机器人

穿好兔子服,完成无尘化之后,我们终于正式进入了 Fab 28 的无尘车间。这里的气压是整栋楼里最高的。

从画面中你也许能够看到一点“泛黄”,这是因为入口区域直接和车间的光刻 (Litho) 部门相连。一般的白光其实是多种光的复合,会对晶圆造成影响,所以光刻部门区域都会采用纯粹无影响的黄光:

图片来源:硅星人 via 英特尔

图片来源:硅星人 via 英特尔

刚一走进车间,我们惊讶地发现:就在头顶不到一米的上方,一台台大福 (Daifuku) 机器人正在沿着轨道来回穿梭。

这些机器人携带的黑色“货物”叫做 FOUP

作者:techkeji 来源: 品玩

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