Bir çip nasıl yapılır: küresel kuruluşlara ziyaret etmek

Aldığımız cihazları almamız için gerçekte gerekenleri öğrenmek beni her zaman etkiliyor ve bildiğim hiçbir işlem telefonları, bilgisayarları ve sunucuları çalıştıran işlemcileri yapmak kadar karmaşık, karmaşık veya önemli değil. günlük hayatımızı yöneten. Bu yüzden, yonga üretim tesisinin (veya fab) son birkaç yılda nasıl geliştiğini görmek için GlobalFoundries'in Malta, New York'taki önde gelen fabrikasını ziyaret etme şansını atladım.

Bu inanılmaz bir süreç - fab, cips yapmak için birbirine bağlı ve cips içeren tipik bir gofret yapımında altı aya kadar sürebilen 1.400'ün üzerinde gelişmiş araç içeriyor. Bu sürecin gittikçe artan karmaşıklığından ve hepimizin kullandığı cipsleri yapmak için gereken olağanüstü hassasiyetten çok etkilendim.

Fab 8 olarak bilinen fabrikayı daha önce, yapım aşamasındayken ve ilk ürünlerini üretmeye başladığında, 32nm veya 28nm işlem düğümleri için tasarlanan işlemcileri ziyaret ettim.

Tesis ilginç bir yerdedir: Malta'daki Luther Orman Teknoloji Kampüsü, Albany'nin yaklaşık yarım saat kuzeyinde. Yıllardır, New York eyaleti, SUNY Politeknik Enstitüsü Nanoskale Bilim ve Mühendislik Kolejleri (CNSE) ve dünyanın en gelişmiş çiplerinden biri olan Albany Nanotech Kompleksi'ne destek dahil olmak üzere bölgeye daha fazla teknoloji getirmek için baskı yapıyor. GlobalFoundries, Samsung, IBM, pek çok araştırma üniversitesi ve tüm önde gelen çip yapım aracı üreticilerinin temsilcilerini içeren araştırma tesisleri. AMD, tesiste bir fabrika kurmak için imza attı; AMD, 2009 yılında (şu an tamamen Abu Dhabi'nin Mubadala Yatırım Şirketi'ne ait) yonga yapımı faaliyetlerini GlobalFoundries olmak üzere ikiye böldüğünde, yeni şirket fabrikayı kurdu.

Neredeyse altı yıl önceki son ziyaretimde, gerçek üretim için 210.000 metrekarelik temiz odayı içeren ilk aşama yeni başladı ve erken üretim yapıyordu. Faz 2 ise, 90.000 metrekarelik ek inşaatı yapıldı. . Sitede 1300 kişi vardı, ancak o zaman nispeten az ürün üretiliyordu.

(GlobalFoundries'den görüntü)

Bugün, bu ilk iki evre, tek bir 300.000 metrekarelik temiz odadır (300 fit genişliğinde ve 1000 fit uzunluğunda) ve ek olarak 160.000 metrekarelik bir Aşama 3 de tam çalışır durumdadır. Çok fazla etkinlik gördüm ve üretilen birçok silikon gofret cipslerle dolu.

Fab 8 Genel Müdürü ve Genel Müdürü Tom Caulfield, GlobalFoundries’in New York’a, ilk taahhüdünden çok daha fazla yatırım yaptığını vurguladı. Fab ilk planlandığında, şirket 3, 2 milyar dolarlık bir yatırıma ve yıllık 72 milyon dolarlık bir bordro için 1.200 kişiden oluşan doğrudan bir adama karar verdi. Şimdi, şirketin aslında 12 milyar dolardan fazla yatırım yaptığını ve yaklaşık 3.300 çalışanı ve yıllık 345 milyon dolarlık bir bordrosunu bulunduğunu söyledi. Ve bu, fabta çalışan ancak diğer varlıklar tarafından kullanılan 500 ila 700 kişiyi bile saymıyor, ASML, Applied Materials veya LAM Research gibi araç satıcıları için çalışan teknisyenler gibi.

GlobalFoundries ayrıca şimdi IBM'den satın aldığı eski fabrikalar olan Burlington, Vermont'ta Fab 9 ve East Fishkill, New York'ta Fab 10 olarak da adlandırıyor. Şirket ayrıca, Almanya'nın Dresden kentinde FDX yalıtkan silikon işleminde çalıştığı büyük fabrikalara sahiptir; Chengdu, Çin; ve Singapur’da. Genel olarak, şirket 250'den fazla müşterisi olduğunu söylüyor.

Caulfield, fab'nın AMD'nin Ryzen işlemcileri, Radeon GPU'ları ve Epyc sunucu yongaları için tek bir kaynak olduğunu ancak düzinelerce başka müşterisi olduğunu söyledi.

GlobalFoundries, öncü mantık yongaları üreten dört şirketten biridir. Diğerleri, öncelikle kendi kullanımları için cips yapan Intel'dir; GlobalFoundries'in ana rakibi olan Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp (TSMC); ve her ikisinden de biraz fazlasını yapan Samsung.

Fabrika içinde

Bu ziyarette, kendime ve diğer birkaç gazeteciye tesise bir tur atıldı ve fişlerin nasıl yapıldığını duydular. Talaşların gerçekte üretildiği temiz oda ile başlamak yerine, tur, talaşı yapan aletleri çalıştırmak için gerekli ekipmanı idare eden temiz oda altındaki geniş alan "sub-fab" da başladı. Buna elektrik, mekanik, su ve kimyasal madde taşıma sistemleri de dahildir.

Bu bölgeyi gezen Tesisler Kıdemli Müdürü John Painter, tüm sitenin, çoğu temiz odadaki daha küçük talaş yapım araçlarını destekleyen 70.000'den fazla ekipman içerdiğini açıkladı. Neredeyse tüm bu aletlerin soğutulması gerekiyor ve hepsinin belirli nem ve basınç koşullarında öngörülebilir sıcaklıklarda daha iyi çalışıyorlar, bu nedenle çevreyi kontrol etmek için önemli çaba harcanıyor. Bu daha karmaşık hale getirilmiştir, çünkü aletler sürekli olarak yenilenir, bazıları tesise taşınır ve diğerleri dışarı çıkar. Ressam genel olarak, destek ekipmanı için temiz odaya göre altı kat daha fazla yer kapladığını açıkladı.

Üretimde kullanılan soğutulmuş arıtılmış suyu işleyen alanları ve gofretlerin cilalanması gibi şeyler için kimyasal harçları gördük. Fab, bu sistemleri izleyen ve kontrol eden karmaşık tesislere sahiptir; bunlar trilyon başına parça miktarını ölçebilir, böylece sistemdeki herhangi bir sızıntının yanı sıra gelişmiş bir yaşam güvenliği sistemi de tespit edilebilir. Sub-fab, 30 metrelik bir tavana sahiptir ve Faz 2 alanı, teknisyenlerin tüm donanıma erişmelerini kolaylaştırmak için bir asma kat içerir. Bu zeminde, ayrı ekipman parçası bulunan (su ve kimyasallar için depolama alanlarından izleme sistemlerine kadar) ve onu temiz odaya bağlayan mil boruları olan birçok ayrı alan bulunmaktadır. Kaçak olup olmadığını tespit etmek için boruların içindeki sensörler ile boruların çoğunun gerçekte iki katına çıktığını belirttim.

Ayrıca, daha büyük kazanlar ve soğutucular içeren merkezi bir yardımcı bina, toplu atık sistemleri vb. Dahil olmak üzere, bir dizi başka bina daha vardır.

Bir bütün olarak, fabrika çift 150.000 volt hat ile sağlanan 80 megawatt güç kullanıyor. Herhangi bir varyasyonun üretimi bozabileceği ve muhtemelen işlenen gofretlere zarar verebileceği için gücün sürekli olması önemlidir. Bu nedenle, tesiste yedek bir UPS sistemi, volanlar ve bir dizel jeneratör bulunur.

Özellikle yeni EUV ekipmanının gerektirdiği alanla ilgilenmiştim (daha sonra tartışacağım). Alt katta bile, bu ekipman, aletlerin temiz odadaki EUV aletine zeminden bükülen yüksek yoğunluklu bir lazer ışık kaynağı ürettiği, kendi minyatür temiz odasını içeren büyük bir alan talep ediyor. EUV sisteminin kendisi, ultra saf su ile birlikte yeni soğutma ve elektrik sistemleri ve partikül kontaminasyonunu azaltan özel tanklar ve borular gerektiriyordu.

EUV sistemini binaya sokmak için ana fabrika önce kapatıldı. Tavana 10 tonluk bir vinç monte edildi ve daha sonra devasa yeni sistemi içeriye taşımak için binanın kenarına bir delik açıldı. Bu sürece kısmen, mevcut ekipmanın milimetre seviyesine kadar yerleştirilmesini yakalayan taranmış görüntüleri kullanan bir 3D bilgisayar tasarım sistemi yardımcı oldu.

Temiz Odaya Kadar

(GlobalFoundries'den görüntü)

Temiz odayı ziyaret etmek için, bölgedeki partikül sayısını azaltmak ve bu partikülün gofreti bozma riskini azaltmak için tasarlanmış “tavşan elbiseleri” nde giyinmek zorunda kaldım (resmimin başındaki resime bakın). işleme.

Fark ettim ki, GlobalFoundries'e göre 1.400'den fazla temiz oda katında çok sayıda makine varken, o kadar çok insan yok.

Bize temiz odayı gezdiren üretim operasyonlarının temel mühendisi Christopher Belfi, hedefin yerde sıfır operatör olmasını sağlamak olduğunu açıkladı. Belfi, gördüğünüz tek kişinin aletlere kurulum veya bakım yapması olduğunu söyledi.

(GlobalFoundries'den görüntü)

Gofretleri bir aletten diğerine hareket ettiren teknisyenler yerine, gofretler, her biri 25 gofret barındıran Ön Açma Birleşik Bölmeler veya FOUP'lar aracılığıyla araçlar arasında yönlendirilir ve bunların her biri 25 gofret barındıran üst üste taşırken hareketlerini görebilirsiniz. Toplamda, 14 mil rayında, araçlar arasında gofret taşıma ve depolamada 550 araç var. Bunlar ayrıca, merkezi bir depolama tesisi arasında kullanılacak olan aletlere retikülleri (her bir yonga yapımı katmanının ışığını yönlendiren yonga maskeleri) hareket ettirir. Belfi, bu araçların hala kontrol edilmesi gerektiği için gerekli olan insan sayısını azaltmıyor, ancak zaman ve hatayı azaltıyor. Herhangi bir zamanda, birkaç düzine müşteri için düzinelerce ürünün çeşitli üretim aşamalarında olduğunu ve her ürünün kendi retikülleri ve farklı araçlar kullanan kendi özel işlemlerinin olduğunu kaydetti. Belfi, Fab 8'i “dünyanın en otomatik fab'sı” olarak adlandırdı. Tabii ki, aynı zamanda en yenilerinden biri.

Fabın bir kısmı sarı bir ışığa sahiptir, çünkü üretim işleminin tarihinde bir noktada gofretin normal ışığa maruz kalmamasını sağlamak önemlidir. Ancak, bu gün gofretler dış ışığa hiç maruz kalmıyor, bu yüzden daha az gerekli.

Bir gofret yapımında birçok adım vardır ve her birinin kendi temiz oda alanı vardır: implant (silisyuma iyon ekleyerek), kimyasal mekanik planarizasyon veya CMP (gofret parlatma), difüzyon, ince film biriktirme, litografi ve dağlama. Çip özelliklerini ölçmek için kullanılan metroloji araçları, yol boyunca her adımda fab boyunca konumlandırılmıştır.

Son birkaç yılda en karmaşık adım olan şey bu olduğundan, en çok litografi hakkında konuşmaya meyilliyiz (bu, gofret üzerinde bir desen ortaya çıkarmak için ışık kullanmayı ifade eder). Bir sıvı içinde (daldırma litografisi olarak bilinir) 193nm ışığın kullanılmasını içeren mevcut teknik, bir çipte en küçük elemanları tek bir geçişte oluşturacak kadar ince değildir, yani 14nm ve 7nm gibi düğümler için, çoklu pozlamalar (bazen çift ​​desenleme denilen, hatta dörtlü desenleme) gereklidir. Aşırı ultraviyole veya EUV daha karmaşık bir alternatiftir, ancak yongalar üzerinde daha küçük özellikler almaya devam edersek gerekli olabilecek bir tanesidir ve GlobalFoundries, bu EUV makinelerinin ikisini iki alana daha alan kurma sürecindedir. (Bir sonraki yazıda daha fazla ayrıntıya sahip olacağım.) Bu hazır olmadığı için, şu an için GlobalFoundries’de yapılan tüm cipsler (ve aslında, her yerde yaptığım tüm ticari cipsler) daldırma litografi ile üretiliyor. Ancak bütün adımlar çok önemlidir ve herhangi bir adımdaki herhangi bir hata gofret üzerindeki yongaları işe yaramaz hale getirecektir.

Toplamda, bir yonga 80'e kadar katman içerebilir ve özellikle her çoklu desenleme adımında litografi ve etch arasında ileri geri gidip geldiklerinde gofretler işlemin çeşitli aşamaları arasında geçerken daha da fazla adım içerebilir. tipik bir high-end çip üretmek için). Bu büyüleyici bir süreç ve ilk elden gördüğüme sevindim.

Bir sonraki yazımda, daha önce fabrikada kurulan EUV ekipmanı ve daha sonra GlobalFoundries’in yonga yapımında gelecekteki adımlar için planlarına odaklanacağım.

Geniş bant internet hızınızı merak ediyor musunuz? Şimdi test et!