我参观了中国大陆和台湾的高科技工厂,在那里组装主板和显卡。它们是身体的、发自内心的操作。电路板要经过熔锡的热浴;芯片通过振动的表面贴装机放置到位。对组装和触觉方面的强调给人留下了生动的印象:一排排工人专注地用手安装端口和散热器,测试人员将诊断设备推到生产线上的电路板上。输送机哗啦声。工人twitter。折叠盒子的机器发出嘈杂声。
但是芯片制造工厂,通常被称为fab,完全不是这样的。这是一种非常低调和不同的动态。大多数活动都发生在看不见的地方,在巨大的体积和昂贵的令人生畏的机器里。但给你留下的印象同样强烈:琥珀黄色的光弥漫在洁净室的部分地方。尽管有空调,一套干净的西装还是会让你出汗。(全身合成人不怎么呼吸。)还有一种伴随高压空气嘶嘶声的持续的、一般的电子呼呼声。这些东西会一直伴随你。
我们是如何在以色列的晶圆厂,穿着兔子装,看着英特尔如何为其最新的10纳米处理器“阿尔德湖”和“猛禽湖”制造模具的?让我们回溯。
在去Kiryat Gat的路上
基里亚特加特是以色列南部的一个小城市,坐落在低矮、起伏、几乎空无一人的丘陵中间。在距离特拉维夫几英里远的地方,偶尔可以看到一簇簇白色建筑。去Kiryat Gat的路上,感觉有点像去一个慢节奏小镇的郊区,远离美国心脏地带的任何主要城市,只是西边大约20英里处是蓝色的地中海和加沙地带,东边不远是西岸,南边不远是广阔的沙漠。它比皮奥里亚更棘手。
9月的一天,当我们驶上以色列的40号高速公路时,山上交替着不起眼的棕色耕地和一片片沙漠。到处都是开着白色花朵的灌木丛和小橘子树,有些还被大帆布帐篷遮挡着,打破了单调的风景。
这座城市位于特拉维夫以南约40英里处,居住着6万多人。我们的旅行没有看到Kiryat Gat的中心;我们从高速公路进入一个轻工业地区。我们的巴士开往Fab 28,一个只有半导体专家才熟悉的地方。无论如何,这不是那种会邀请普通游客的地方。没有什么了不起的。
我们已被英特尔邀请,作为芯片制造商2022年科技之旅的一部分;我是参加为期三天的英特尔芯片和技术发布会的数十名记者和分析师之一。在来到Kiryat Gat工厂之前,我们已经在特拉维夫和海法听取了简要介绍。该工厂是即将推出的第13代酷睿(“猛禽湖”)处理器成品晶圆的制造地点;自从英特尔在第六代“Skylake”芯片上使用65纳米工艺技术以来,它就一直在生产硅片。该工厂多年来不断发展壮大,目前正在进行历史上最大的扩张,同时也是英特尔最尖端制造节点的所在地。
下一站,Fab 28
离开高速公路,巴士穿过一些不起眼的工业区,经过惠普靛蓝工厂,我们后来才知道这是一个打印机墨水研发和制造的地方。经过一个小的回旋处,一个巨大的建筑工地呈现在眼前。
现在,这里是一片直立的混凝土柱子的森林,几台巨型起重机若隐若现。这些支柱将成为Fab 38的垂直基础,Fab 38是一个巨大的未来建筑,将在2020年代中期容纳英特尔4nm和3nm工艺的生产。(目前的10nm工艺被称为“英特尔7”;公司观察人士知道,其工艺名称中的数字不再对应纳米单位。)
后来,我们有机会参观整个遗址,这是一个庞然大物。但我们有点超前了。我们的导游说,很快Fab 38工厂就会从地面上被墙隔开- - - - - -不是为了阻止窥探的眼睛或商业间谍(尽管这可能是一个考虑因素),而是为了尽量减少周围地区吹进来的建筑灰尘和碎片。
保持清洁。毕竟,英特尔正在这里建造的新晶圆厂的核心将是世界上最先进的洁净室之一,在一个高度可控的环境中,装有数十亿个晶体管的硅片可以在这里被写入,而不会有一丝灰尘或一根散落的头发污染一台价值数百万美元的机器。像这样的晶圆厂拥有令人难以置信的资本密集型制造流程,必须以令人难以置信的精度执行,全天候运行,以从极其昂贵的机器中获得最大收益。
大巴载着我们记者来到Fab 28的正门,一个巨大的带轮子的英特尔(Intel)标志正等着成为必备合影的中心:
很快,我们被领着穿过安全门,进入一个拥挤的大厅,来到一个会议区,这将是我们当天的基地。我注意到颇具吸引力的会议和自助餐厅区域,以及靠近入口的一组面向窗户的储物柜,颜色是标志性的英特尔蓝色,员工可以在不进入庞大的大楼的情况下,“即拿即走”地领取设备。也许它们是大流行的遗迹。(在新冠疫情危机期间,这里的业务从未放缓。)
在集会区,我们静下心来,观看一系列的演讲。然后我们会得到一些关于Fab 28之旅的基本规则,其中包括进入无尘室的时间——这是一个难得的机会,后勤上也很棘手,原因很快就会清楚。最重要的一条:禁止手机、相机和笔记本电脑。周围有大量敏感的知识产权,以及大量的设施设置、布局、设备标识符和其他可能对竞争对手有用的数据。几十个拿着相机的呆呆的记者为了拍到最好的镜头会做一些鲁莽的事情;我参加过很多贸易展会的媒体招待会,应该很清楚。
我们的智能手机被装在信封里,贴上标签,装在篮子里。其他电子产品都留在后面;从现在开始,我们100%模拟。因此,接下来的大部分图片将来自英特尔自己的摄影师或摄像师,他们跟随旅行团参观了该设施;敏感的东西被模糊化,剪掉,或者更有可能根本没有拍摄。
没有手机,我们感觉自己赤身裸体,我们被分成了十几个小组,每个小组由一名导游和两名辅助人员负责。我此行的领队是Kiryat Gat工厂的区域经理Keren Erlich-Mor,他是英特尔内部人士。她和两位同事一起和我们的团队一起出发了,我们的团队包括来自智利、巴西和西班牙的记者,以及美国和加拿大的记者。在看到Fab 28的内部结构之前,我们将先看看未来Fab 38的所在地。
“麻雀”的眼睛
从主入口往回走,我们缓步穿过马路来到Fab 28的主停车场。我们上了屋顶,面朝天空,会见了一名驻扎在遮阳篷下的英特尔代表,讲述了关于“麻雀”的故事,这是Fab 38的代号。新址目前是一系列巨大的土方空地,上面有我们进去时看到的巨大混凝土柱。但从这里看,视野更开阔,麻雀的规模也更清晰。这个尺度是大.
布满箍箍和安装硬件的混凝土柱的海洋横跨两个地块,旁边还有大量的大梁有待放置。这些大梁最终将构成晶圆厂的屋顶,建得很高,以容纳将是英特尔未来技术核心的EUV机器(指“极紫外线”,下一代芯片制造的关键)。这些巨大的机器将能够定义比以往任何时候都小的晶体管,其尺寸是当前技术无法实现的。与这些纳米大小的考虑形成鲜明对比的是,我们的导游指出了世界上最大的起重机之一。这都是关于最大和最小的。
还有一群高大的白色筒仓,就在下面的镜头中可以看到。在我们试着猜不出它们是干什么用的之后,导游告诉我们它们是用来生产混凝土的。这些筒仓是在现场建造的,这样新的混凝土就不必在白天在拥挤的城市道路上用卡车运来。柱子和地基消耗了大量的材料,所以只需要(在下班时间)把原材料带进来,以保持工地的运转。
稍后,英特尔将为我们提供现场的一段录像,其令人印象深刻的程度丝毫不亚于我们在车库里看到的景象:
下了停车电梯,走了一小段路,经过Fab 38厂址的几个入口,转门上挂着塑料碎片帘子,我们来到了一座令人生畏的大厦,上面挂着管道和工业服装:Fab 28。
我们穿过保安,进了电梯。我记得三楼是洁净室;在我们参观的过程中,有几位工作人员将上面一层称为“阁楼”,里面存放着一些空气过滤和循环系统的配套设备,这些设备对洁净室的运行至关重要。
当我们接近洁净室的第一阶段时,我们在走廊里耽搁了一会儿。墙上挂着最近的月度最佳员工肖像;安全性的提高、质量和速度的提高似乎是你获得奖项的最佳门票。我们试着阅读了一些推荐,但它们指的是维护或其他日常晶片厂流程方面的深奥调整。一名员工在完善某些流程时的勤奋使某些东西被编辑了!——他的成就被一块白色胶带盖住了。这里的保安从不睡觉。
让我们穿上衣服:礼服室
该换衣服去无尘室了。我们进入一个一端有旋转门的前厅,我们不能从外面世界拿走任何东西——我们的手机和相机早就不见了,但现在连我们的纸质笔记本都是禁止的。我们把它们堆成一堆。然后,出示我们的通行证,我们被允许通过另一个旋转门进入第二个集合室。
穿衣的第一步包括你的脚、手和头。我们熟悉的无尘室套装,俗称兔子套装,不仅仅是一件衣服,而是一件连体衣加上一大堆配件。每件衣服都必须按照特定的顺序穿上,以确保讨厌的人体微粒不会在衣服里的某个地方逸出。
首先,我们穿上一套蓝色的靴子;这些在脚踝处有弹性,可以拉住我们的鞋子。(很明显,记者们被要求不要穿露趾鞋、高跟鞋、化妆或短裤。)只有穿上这个,你才能穿过黄线到房间的另一边。
接下来是一套织物手套衬垫,它们来自墙上的垃圾箱;我在M码和L码之间摇摆不定,但M码很合适。浴帽或发网之类的东西必须盖住耳朵,遮住整个拖把。
下一步是一个惊喜:我们需要取下我们的塑料通行证,用酒精湿巾擦拭它们。一旦提纯,它们就会被夹在我们的兔子服外面。(这让我们想起吉恩·怀尔德饰演的威利·旺卡(Willy Wonka),他咆哮着说,在臭名昭著的事件发生后,他的一间巧克力工厂的房间必须清洗和消毒碳酸饮料被盗事件(在新窗口打开).英特尔(Intel)则没有这些条件。)
之后,我们就可以进入礼服室了。顾名思义,它包含很多我想起了一条龙,类似飞马的东西,还有一些更普通的野兽。这一点现在还没有解释,但后来就清楚了。面对这群入侵的记者乌合之众,一些助手已经准备好帮助这些业余人士穿上制服。这是一种可控的混乱。
我们每个人都被要求从贴着“保利西装”标签的储物箱中选择一件紧身衣的尺码。我乐观地要求要中号的,但服务员看了我一眼,准确地建议要大号的。这套衣服还配有一个兜帽和一套乳胶手套。
你先把兜帽套在浴帽上;它只给你的眼睛和鼻子留下一个开口,后面和肩膀上有垂下来的嵌板。接下来是连身裤本身;你走进去,扭动你的四肢,一个服务员帮助把引擎盖延伸到位,把东西塞进去。然后把拉链拉到脖子上再扣几下把你封住。已经有点闷了。我的消毒徽章被夹在外面。
接下来,乳胶手套覆盖在手套衬垫上,完成上身套装——除了安全护目镜。我买的是超大号的,会盖过我的眼镜。护目镜是为了我的安全,还是为了工厂的安全,还不清楚。
最后一件高级定制是一双长筒靴。它们实际上只是一双坚硬的鞋底和拉起小腿中部的绑腿,而且在鞋子和靴子外面穿上它们很痛苦。有人帮我系上带子和带子,在顶部拉紧松紧带,把小腿围起来,我就正式成为无尘室的居民了。我们站在一起,呆呆地看着对方,试图通过肉眼可见的眼睛和鼻子来猜测谁是谁。感谢上帝给了我徽章。
最后,一个服务员拿着一个塑料袋走过来,里面装满了微型螺旋笔记本和钢笔。我们被告知,这些是无尘室安全的,而且只有这样我们才能记录在无尘室的时间。
这些笔都是普通的PaperMates,但我的TX5742笔记本是为清洁房间设计的专用产品,显然不会掉纸尘。后来我发现它是由一家名为Texwipe的公司生产的:“这些无尘室笔记本采用高密度聚乙烯封面,塑料螺旋,耐用的TexWrite共聚物无尘室纸。纸张采用耐ipa低钠油墨印刷,以减少离子污染。”
这些都很好,但是“减少离子污染”?我还以为英特尔会更关心我的鼻子在外面。话说回来,我不是这里的材料科学家。
走进琥珀光:进入洁净室
经过长袍室,我们被带进一个类似入口的房间,在那里我们被要求等待,而我们前面的一群人正在前进。稍后我们将在这里集合合影;我在我们组长后面后排右四。
在大厅的墙上,就在洁净室之前,我们面对着Fab 28的座右铭:“每个死人都想活。”我希望我能拍下那张照片;我把它潦草地写在我的TX5742上。Erlich-Mor解释了这句格言是如何与每天驱动团队的快速质量精神相呼应的。推动芯片产量最大化和不断改进工艺是Fab 28的工作方式,我们很快就会看到。
在进入无尘室之前,我们面对的是Fab 28的座右铭:“Every Die Wants to Live。”
但现在,在这个房间里,我们很明显正在进入另一个世界。其他地方的荧光灯发出的白光在入口大厅的尽头变成了琥珀黄色,就好像这个无尘室运行在电脑屏幕的蓝光取消夜间模式下。为什么是琥珀色的灯?我们组中有人猜对了:在晶圆厂其他地方使用的某些波长的照明会干扰这里的光刻过程。你可以在这个镜头中看到灯光对比:
昏暗的灯光是给人的第一印象。但这很快就被遗忘了,因为——嘿,天花板上有机器人!
光刻机也许是洁净室真正的明星,但天花板机器人吸引了所有的注意力。他们轻快的步伐似乎为工厂的运作设定了节奏,他们在大厅里进进出出,在未知的地方进进出出。硅片上蚀刻着数十亿个晶体管的机器面无表情,没有任何迹象表明它们在创造奇迹,而天花板机器人给了晶圆厂一种匆忙、科幻的感觉。
这些机器人是晶圆载体,是英特尔洁净室材料处理系统的一部分。他们把一捆捆蚀刻的晶圆从不同的机器搬运到下一个生产阶段。晶圆片可以经历数百个这样的阶段,而这些运营商的工作就是在没有人工操作的情况下将它们送到那里。
正如我们很快将看到的,晶圆被装入称为前开口通用舱(foup)的大墨盒中,这些墨盒被吊到运载机器人中。
晶圆在foup内部以25个为一组。当一个运载机器人过来放下一个FOUP并捡起另一个时,算法会引导它在头顶的轨道上以最有效的路线到达下一个目的地。事实上,在天花板上有一个完整的反向单轨系统,包括开关点、侧线和直道。我内心的铁路模型书呆子很想躺在他的背上,看一段时间的foup。
然而,没有时间做这些。当我们进入洁净室时,我们看到一些机器人的路线是由悬挂在天花板上的支架隔开的,在头顶上形成了一种逆护栏。你一定想知道为什么它们会在那里——这样梯子上的技术人员就不会被路过的FOUP-bot打到?我还注意到一些标志,上面写着护栏不是为了承重而设计的。这仅仅是出于安全考虑,还是发生了什么意外那些警告?
洁净室给人的第一印象,除了头顶上嗖嗖作响的运载机器人,就是不停的嘶嘶声。地板是由布满小孔的金属板组成的,通过这些小孔流动的是加压空气。
空气流通和过滤至关重要。一些机器延伸到设施的多个楼层(还记得“阁楼”吗?),气流硬件也是如此。我们的指南说洁净室的空气颗粒物要低得多- - - - - -数量级降低- - - - - -比手术室规定的要多。在工厂里得了阑尾炎?在这里切除阑尾可能是最好的情况了(尽管那些傻瓜肯定会被吓坏)。
关于这个话题:洁净室动物。不,不,在洁净室里绝对有“禁止宠物”的规定。但就像在长袍室里一样,某些机器上装饰着符号,大部分是动物:一只乌龟、一只蝎子、一只企鹅和一颗与众不同的心。你能认出那只黑猫吗?
Erlich-Mor解释说,这是维护和无尘室人员的一种记忆和协调策略:比起一串数字或字母,你更容易记住下午两点要让Machine Penguin离线维修。此外,由于一些机器延伸到工厂的多个楼层,上面和下面的部分得到相同的符号。
有什么问题?问梦之队
我们的第一站是讨论缺陷分析的演示区,随着时间的推移,我们会听到很多关于缺陷分析的话题。主讲人介绍了英特尔DREAM小组缺陷修复工程和测量的工作,这是一个描述晶圆上出现缺陷的小组。该团队的任务是每季度实现分析目标,数据收集和分析全天候进行。
晶圆缺陷的详细信息通过两种广泛的方法收集。某些扫描工具有助于确定缺陷的大小和位置,扫描电子显微镜有助于确定其组成和缺陷的性质。显微镜由应用材料公司制造,是QA链中的关键一环。缺陷只是一个斑点吗?它是在骰子的敏感区域还是不那么敏感的区域?
DREAM的工作是对缺陷进行分类,并确定其原因,看看哪些是交易的破坏者。一个巨大的数据库根据缺陷的大小、性质、位置、可能导致缺陷的工具等特征对缺陷进行分类。
缺陷只是一个斑点吗?它是在骰子的敏感区域还是不那么敏感的区域?
最终,该团队将建立模式并提出补救策略。例如,如果分析确定它是反复出现的罪魁祸首,他们可能会与给定工具或机器的制造商合作。总的来说,这是制造过程中积极主动的一步,旨在解决重复出现的问题,以免它们传播得太远,对硅产量产生负面影响。关于梦想家的讨论到此为止;我们稍后会和他们见面。
光刻课
我们的下一位主持人,是一位叫巴茨的女士,她将主持工厂里最昂贵的东西,光刻机。(当被问及“昂贵”是什么意思时,她闪烁其词地回答是“数百万美元”。这是每个)。我甚至不打算准确地描述这里的晶圆发生了什么;虽然数十年来我一直在为消费者撰写芯片方面的文章,但我没有电气或计算机工程学位,对晶圆厂机器的内部工作也不是我所能理解的。这些都是英特尔不愿分享的商业机密。我们的小组提出了各种关于收益细节和实际数字的问题,巴茨巧妙地回避了这些问题。
尽管如此,我还是能联想到我们所看到的那些亮点。晶圆不是在现场制造的;英特尔从其他方面获得圆形、披萨大小的“空包弹”。300毫米的圆盘由纯硅锭或圆柱体切割成1毫米厚,这些纯硅锭或圆柱体在高温下加工到极端纯度。
正如你所知道的那样,构成Core i7成品的小方形处理器也不是在这里组装的。晶圆一旦经过抛光,配上晶体管,并进行分层互连,最终将被切割成单独的模具,并在另一个工厂包装,在那里,模具被放在基片上,进入热接口和中间夹芯,构成CPU。发生在Fab 28工厂的神奇之处在于,将数十亿个晶体管以不可思议的方式,在每个晶圆上的小片上重复排列。一块正确制造的晶圆将产生许多成品处理器。
在光刻演示站,Batz运行了主要设备:旋转/显影单元,曝光单元和193纳米激光单元。简单地说,光刻就是将电路设计转移到晶圆上的过程,而晶圆厂机器的性能决定了晶体管的尺寸和密度。
为了在一定程度上简化这一过程,这实际上是对所涉及的尖端科学的侮辱,光源通过聚光透镜,然后是掩模,然后是投影透镜到晶圆上。晶圆上的光阻表面在受到掩模光的撞击时发生反应,产生纳米尺寸的电路图案。接下来的步骤包括填补光刻胶工艺产生的缝隙,在超薄材料层上建立互连(有时在接近原子的水平上将其削薄),并通过“干式”和“湿式”蚀刻以及其他化学和物理过程处理晶圆表面。这项工作涉及几十个步骤,有时来回跑很多次,根据需要,晶圆从一个工位飞到另一个工位。
当我们听的时候,我们被fab柔和的节奏所催眠:空气的嘶嘶声,FOUP载体的嗖嗖声,听起来就像一个巨大的硬盘从litho机器中出来。我被机器顶部的一组模拟读数迷住了,显然是在监测各个室的排气温度。一名技术人员推着一个标有“网线车”的轮式柜子从旁边走过。我们从一只脚换到另一只脚,因为这个过程的细微差别被极其广泛地解释了。我的西装半小时后就黏糊糊的;8小时或12小时的轮班是什么感觉?
从裸晶圆到成品晶圆的整个过程是不可能的,或者至少需要以FOUP载体的速度四处裸奔。它也不是直接的;序列的不同取决于制造的是什么。
增强现实技术
接下来的一点让我有点震惊,好像携带晶圆的机器人和数十亿个晶体管还不够。作为一名科技记者,我参加过很多关于增强现实(AR)以及它将如何改变学习、教学和工业流程的大肆宣传的会议。但在这里,它被以一种实际和有形的方式部署。不幸的是,英特尔没有提供其AR演示的图像,尽管你可以在下面的背景中看到一个AR耳机佩戴者。
无尘室增强现实技术背后的想法是什么?当你与无尘室以外的人通信时——在工厂的其他地方的控制室,或者在地球另一边的某个地方——面对面或肩过肩的互动显然是不切实际的。有了像微软HoloLens这样的头戴式耳机,增强现实在这里大放异彩。
一名技术人员演示了他如何通过连接笔记本电脑的HoloLens向远程技术人员展示他所看到的东西,使用耳机上安装的摄像头,同时在一台fab机器上工作。通过这种方式,他的远程合作伙伴可以指导他下一步该做什么,或者他们可以在共享相同观点的情况下共同探讨解决方案。
接下来的部分更有启发性。我们了解到,员工接受了记录基本AR指导指南的培训,这样他们就可以记录一个过程——用文字说明或箭头等视觉效果进行注释——并向未来的同事展示如何利用视觉线索做事。所展示的基本示例是拧紧旋转盘片上的螺栓。率先进行维修的技术人员记录了螺丝应该拧紧的顺序和方向,解释了使用多大的扭矩,甚至在工作站下面的工具抽屉里哪里可以找到合适的扳手。
通过增强现实技术授权员工记录和培训的想法是一种建立制度知识的方式,这种知识可以比任何一个工人都持久。它还可以方便地培训新员工、其他地点的人员或其他班次的工作人员。它还可以更快地发布新的、即时生产流程的指导方针。
《Fab 28》是我所见过的最引人注目的现实现实AR实现。它的工作方式与汽车装配线或飞机发动机维修厂的工人一样,可以逐步接受执行复杂序列的培训,还有一个额外的好处,就是使文档的创建民主化,而文档是所有工程领域的难题。制作指南可能需要几个小时到几周的时间,但你不需要等待教练来管理课程;教员可以忙着制作新的指南。
授权员工通过增强现实进行记录和培训是一种建立制度知识的方式,这种知识可以比任何一个工人都持久。
当我们看到一名技术人员在他的安全护目镜上戴着AR护目镜时,我们的脑海中盘旋着各种含义,他将屏幕上的正确螺丝刀与他手中的螺丝刀进行比较(这是错误的螺丝刀,回到抽屉里)。他在工具车上的一台普通ThinkPad上完成了这一切,在远方的某个同事或时间转移的同事创建的临时窗口中点击。
与缺陷检测器会面
这是我们在硅旺卡乐园的最后一站。回到长袍室,我们坐在长凳上,脱下外衣,然后放入标有标记的洗衣箱,分别存放各种衣物。首先是靴子(当你穿上衣服的时候,把带子和扣子取下来是很棘手的),然后是护目镜、兜帽和乳胶手套,最后是紧身衣。
回到我们的便衣,我们回到了集结地,在那里,手套内胆、靴子和浴帽都脱了下来,放进类似的垃圾箱里洗衣服或回收。我们越过黄线回到肮脏的世俗世界。我心不在焉地走开了,还穿着蓝色的靴子;这让大家都笑了。
回到白光中有点眼花缭乱,我们参观了一个小得惊人的房间,里面住着前面提到的特殊团队:梦之队。他们紧凑的总部被称为缺陷操作评审DOR。
我们得到了Shmulik Nakav(收益部门的组长)和Lior Sirkis(缺陷地铁部门经理)的快速讲解,而他们的团队则专注于房间上下两排设置的显示器。正如我所说,DREAM团队有一个关键的功能:当晶圆从生产车间出来时,对缺陷进行统计分析和“储存”。对晶圆进行统计上有效的采样以检查缺陷,团队的工作是描述检测到的所有缺陷,隔离其性质和原因,并编写报告,并希望解决重复出现的问题。
晶圆缺陷可能是一次性的;它可能会归结为一个绝妙的问题;这可能是一个需要与工具供应商解决的工具问题。所涉及的技能集非常专业,但对于帮助晶圆厂通过最关键的精英实时QA提高产量至关重要。正如头部所说,缺陷密度与产量相关。
有了sem和其他分析工具的数据,团队就像侦探一样,寻找典型的缺陷特征(并越来越多地得到机器学习和人工智能算法的帮助)。短期目标是发现可以被扼杀在萌芽状态并当场修复的缺陷;从长远来看,他们使用统计模型来提出可以提高产量的修复和实践建议。当然,所有这些都是在令人难以置信的小范围内完成的;人类头发的直径大约是5万到8万纳米,但DREAM团队研究的晶圆缺陷小到2纳米。
Nakav分享了一个有趣的边注:实验室有一个项目(我们后来知道这是由员工发起的)来培训自闭症谱系的员工。DOR所需要的集中和专注水平可以很好地匹配某些谱系上的人所表现出的精确技能。
Fab 28的控制室:中华民国之旅
我们28强之旅的最终目的地是我们的导游所说的“眼睛和心脏”。我很好奇,在干净的房间里,穿着兔子套装的人相对较少(记者除外)。事实证明,真正的控制器位于远程操作中心(ROC),即位于洁净室地板外的神经中心。
然而,当我们走进来的时候,你可能不会这么想:广播系统里播放着硬摇滚音乐,员工们站起来,同步伸展和弯曲身体,就像球场上的工作人员在表演《Y.M.C.A.》(ymca)一样。这不是我们这些闯入者的表演,不过我们只是偶然发现了中华民国协调的两小时休息时间。当你连续几个小时停在四台显示器前,努力集中注意力时,人体工程学很重要,所以工作人员会一起做一些激烈的伸展休息,以保持身体活动。
也就是说,在过去的两年里,这个团队的很多人都没有在这里做任何旋转;新冠肺炎疫情迫使许多员工回家,只留下较轻的支持人员留在工厂。就连干净的房间也曾一度加入了在家工作的革命。
任何晶圆厂的建造和运营成本都很高,所以保持它尽可能接近100%的利用率始终是我们的目标。停机意味着损失美元(或谢克尔),因此ROC的任务是协调维护和缺陷修复的停机时间。当一个重要的设备出现故障时,这不是一件随意的事情——如果企鹅机器需要离线,有一个技术维修站的工作人员准备好了一个游戏计划,尽快让它恢复正常。事实上,在我们的旅行中,与纳斯卡赛车进站的类比重复了好几次。“每一秒都非常重要,”ROC经理莫兰·什米洛维奇强调。
ROC中的每个技术人员在洁净室中处理多台机器。人工智能在很大程度上有助于过程控制,但技术人员在这里是为了立即关注紧急情况;除了赎罪日,这个房间每天24小时都有工作人员。摄制组分为四组,每班工作12小时。那些强制性的拉伸休息现在更有意义了——当你长时间拉伸时,需要重置的不仅仅是身体。
事实上,我们了解到,实际洁净室地板上的大多数人都是工具和预防性维护人员,而ROC中的大多数人都受过工业工程师的培训,能够了解流程和机器,并在工作中诊断问题。这里汇集了大量的技术教育和专业知识,让人难以理解。
如果企鹅机器需要下线,有一个技术人员准备好了游戏计划。
是时候让我们离开团队了。今天会有六组人过来;我们相信,当ROC团队再次被好奇的观众发现时,他们会松一口气。从这里,我们又回到了集会区和我们久违的笔记本电脑和智能手机。我一直在我那小小的TX5742笔记本上写这些,我的手腕都疼了。
《幕后一瞥》的思考
与我共进午餐的是一位热情谦逊的高管,他来自英特尔(Intel)海法工厂(Haifa)(我忘了他的名字,手里拿的是叉子而不是笔)。我花了一段时间才弄清楚,他一直在负责公司海法设计中心的实验室,我们昨天看到了。我们聊了聊以色列大学对现实工程与纯学术研究的态度变化;以色列铁路基础设施的状况;特拉维夫的生活成本(房价一路飙升,豪华高层建筑遍地开花;Fab 38并不是唯一一个被起重机覆盖的地方。)Kiryat Gat的生活成本要低得多;他的一位同事插话说,员工只要搬到离市区15或30公里以内的地方,就能获得奖金。他们还谈到了英特尔在社区方面的一些努力。
随后,英特尔全球半导体制造联席总经理、负责国内外晶片厂运营的公司副总裁丹尼尔·贝纳塔尔(Daniel Benatar)也会这样做。他是制造界的大人物。在问答环节中,他谈到了将Kiryat Gat地区的高危青年引入英特尔培训生的计划。
这种规模的工厂需要雇佣很多人,Fab 38还会增加更多。对于辅助人员和博士来说,有大量的就业机会。贝纳塔尔还提到了英特尔招聘对当地社区的多米诺骨牌效应:一个人在这里得到一份稳定、高薪的工作就可以养家糊口。他讲述了一件引起他注意的轶事:一名新员工去任何地方都戴着他的英特尔徽章,甚至是跑去杂货店的时候,这让他在晶片厂的工作成为一种骄傲。
我在回特拉维夫的巴士上开始写这篇文章,然后前往本-古里安机场(Ben-Gurion Airport)飞往纽约。我的脑子里塞满了英特尔(Intel)即将推出的第13代处理器的早期简报中的细节;今天,我可能会看到其中一些在我眼前诞生。(我们一直不知道foup里到底有什么在旋转,不过“猛禽湖”是一个安全的打赌。)
当然,像这样的设施的参观和“内部观察”充满了复杂性和模糊性。像这样的工厂可以为一个地区带来大量的就业和机会,并在外来者前来参观时展现出最好的一面。它还占用了巨大的足迹,消耗了大量的资源。这其中既有政治方面的问题(参见美国政客们对CHIPS法案的争论),也有供应链和国防方面的问题。当你身处橡胶与道路的碰撞或者激光与硅的碰撞,当你遇到真正实现这一切的人,你会有很多东西需要消化。
最终,《Fab 28》中的人的元素和所有奇异的机器一样打动了我。在参观世界级设施时,人们很容易被当作贵宾一样对待,或者开始引用亚瑟·c·克拉克(Arthur C. Clarke)现在已成为陈词滥调的观察:“任何足够先进的技术都与魔法无异”,并将某些超级英雄地位归功于魔法制造者。
但问题是,现代芯片制造的魔法是由非常真实的人完成的,他们有着令人难以置信的纪律和动力。激情与精准的融合在Fab 28的每个转折点都很明显。请注意,英特尔(Intel)需要它:在经历了近几年的相对艰难时期后,该公司正在努力扭转局面,并在全球范围内大举投资于晶圆厂产能(仅以色列就投资100亿美元;在俄亥俄州和亚利桑那州新建和扩建设施)是三管齐下战略的关键部分,最近任命的首席执行官帕特·盖尔辛格(Pat Gelsinger)提出IDM 2.0.
现代芯片制造魔法是由非常真实的人完成的,他们有着令人难以置信的纪律和动力。激情与精准的融合在Fab 28的每个转折点都很明显。
集成设备制造计划包括扩大英特尔的晶圆厂产能;依赖(在合理的情况下)台湾台积电(TSMC)等其他晶圆厂为某些市场生产某些芯片;为英特尔的晶圆厂提供代工服务,根据合同为其他公司生产芯片。与此同时,英特尔转向采用瓦片结构的芯片,并使用该公司的fooveros 3D堆叠技术,这意味着处理器的构思和构造将更加灵活。
今天的Fab 28和明天的Fab 38显然是这些雄心的重要组成部分。当然,英特尔不仅仅是一家CPU公司,但它过去在该领域占据主导地位,盖尔辛格的目标是在本世纪20年代中期夺回性能领先地位。我没有受过培训,也没有视角去比较先进的硅研究,也没有看到EUV机器或蚀刻工艺的细微之处,在公关之旅中很容易被惊艳到。但是,撇开机器、机器人和庞大的土方工程不谈,基于我在9月那天看到的动力、协调和专业精神,与蓝队对赌看起来不像是一件明智的事情。
(注:PCMag应邀参加了英特尔2022年科技之旅,但根据我们的道德政策,我们自己支付了差旅和住宿费用。)