תוכן עניינים:
אני תמיד מוקסם ללמוד על מה שנדרש כדי להפוך את המכשירים שאנחנו לוקחים כמובנים מאליהם, ושום תהליך שאני מכיר הוא מורכב, מסובך או חשוב כמו להפוך את המעבדים המפעילים את הטלפונים, המחשבים והשרתים. המנהלים את חיי היומיום שלנו. אז קפצתי על ההזדמנות לבקר במפעל המוביל של GlobalFoundries במלטה, ניו יורק, לראות איך מתקן ייצור השבבים (או הפאב) התפתח במהלך השנים האחרונות.
זהו תהליך מדהים - המפלא כולל למעלה מ -1, 400 כלים מתקדמים לייצור שבבים, כולם מחוברים זה לזה, וייצור רקיק טיפוסי המכיל שבבים יכול לארוך עד שישה חודשים. התרשמתי מאוד מהמורכבות ההולכת וגוברת של תהליך זה, ומהדיוק יוצא הדופן הנדרש בכדי להפוך את השבבים שכולנו משתמשים בהם.
ביקרתי במפעל - שנקרא Fab 8 - בעבר, כשהוא היה בבנייה, וכשרק התחיל לייצר את המוצרים הראשונים שלו: מעבדים המיועדים לצמתי התהליך של 32 ננומטר או 28 ננומטר.
המפעל נמצא במיקום מעניין: קמפוס הטכנולוגיה של יער לותר במלטה, כחצי שעה צפונית לאלבני. במשך שנים דוחפת מדינת ניו יורק להביא יותר טכנולוגיה לאזור, עם מאמצים הכוללים תמיכה במכללות המכון הפוליטכני של SUNY למדעי הנדסה והנדסה ננו-סקול (CNSE) ומתחם אלבני ננוטק, אחד השבבים המתקדמים בעולם. מתקני מחקר הכוללים נציגים של GlobalFoundries, סמסונג, IBM, אוניברסיטאות מחקר רבות וכל היצרנים המובילים של כלי ייצור שבבים. AMD חתמה על הקמת מפעל במתחם; כאשר AMD חילקה את פעולות ייצור השבבים והפכה ל- GlobalFoundries בשנת 2009 (כיום בבעלות מלאה של חברת ההשקעות Mubadala של אבו דאבי), החברה החדשה הקימה את המפעל.
בביקורי האחרון לפני כמעט שש שנים, השלב הראשון - שכלל חדר נקי של 210, 000 מטר מרובע לייצור בפועל - היה רק בפעולה וביצע ייצור מוקדם, בעוד שלב 2, עם 90, 000 מטר מרובע נוספים, היה בבנייה.. היו 1, 300 איש באתר, אך יחסית מעט מוצרים היו מיוצרים באותה תקופה.
(תמונה מ- GlobalFoundries)
כיום, שני השלבים הראשונים הללו הם חדר נקי של 300, 000 מטר מרובע (300 מטר רוחב על 1000 רגל) ואילו שלב 3 נוסף של 160, 000 מטר מרובע פועל גם הוא במלואו. ראיתי המון פעילות, והרבה מפלים סיליקון מלאים בשבבים מיוצרים.
טום קולפילד, מנכ"ל SVP ומנכ"ל Fab 8, הדגיש כי GlobalFoundries השקיעה הרבה יותר בניו יורק הצפונית מאשר ההתחייבות המקורית שלה. כאשר תוכנן המפלא לראשונה התחייבה החברה להשקיע של 3.2 מיליארד דולר, ולסכום ישיר של 1, 200 איש תמורת שכר שנתי של 72 מיליון דולר. כעת, לדבריו, החברה השקיעה יותר מ -12 מיליארד דולר, והיא מעסיקה כ -3, 300 עובדים ושכר שכר שנתי של 345 מיליון דולר. וזה אפילו לא סופר את 500 עד 700 אנשים אחרים העובדים במפעל אבל הם מועסקים על ידי גורמים אחרים, הוא ציין, כמו טכנאים העובדים אצל ספקי כלים כמו ASML, חומרים יישומיים או LAM Research.
GlobalFoundries מפעילה גם את מה שהיא מכנה כעת Fab 9 בבורלינגטון, ורמונט, ו- Fab 10 במזרח פישקיל, ניו יורק, שהם מפעלים ותיקים שרכשה מיבמ. לחברה יש גם מומחים גדולים בדרזדן, גרמניה, שם היא עובדת על תהליך סיליקון-מבודד FDX שלה; צ'נגדו, סין; ובסינגפור. בסך הכל, החברה אומרת כי יש לה יותר מ- 250 לקוחות.
קאולפילד אמר כי המופלא הוא מקור יחיד עבור מעבדי Ryzen של AMD, Radeon GPUs ושבבי שרת Epyc, אך יש בו גם עשרות לקוחות אחרים.
GlobalFoundries היא אחת מארבע חברות המייצרות שבבי היגיון מובילים. האחרים הם אינטל, שמייצרת בעיקר שבבים לשימוש עצמי; טייוואן ייצור מוליכים למחצה (TSMC), בית היציקה של השבבים החלוציים, שמייצר שבבים עבור לקוחות רבים ושונים ומהווה את התחרות העיקרית של GlobalFoundries; וסמסונג, שעושה מעט משניהם.
בתוך המפעל
בביקור זה, אני וכמה עיתונאים אחרים קיבלו סיור במתקן וזכיתי לשמוע על אופן ייצור השבבים. במקום להתחיל עם חדר הניקיון בו מיוצרים השבבים בפועל, הסיור התחיל ב"סאב-פאב ", האזור העצום שמתחת לחדר הנקי שמטפל בציוד הדרוש להפעלת הכלים המייצרים את השבבים. זה כולל מערכות טיפול בחשמל, מכני, מים וכימיים.
ג'ון פיינר, מנהל בכיר למתקנים, שערך את הסיור באזור זה, הסביר כי האתר כולו כולל מעל 70, 000 חלקי ציוד, שרבים מהם תומכים בכלי ייצור השבבים הקטנים יותר בחדר המנקה. כמעט כל אותם כלים צריכים להתקרר, וכולם עובדים טוב יותר בטמפרטורות צפויות, בתנאי לחות ולחץ מסוימים, כך שמאמצים משמעותיים מבוזבזים לשליטה על הסביבה. זה מורכב יותר מכיוון שהכלים מתרעננים ללא הרף, כאשר חלקם נכנסים ואחרים מחוץ למתקן. צייר הסביר כי באופן כללי זה לוקח פי שישה מקום לציוד התומך כמו שהוא נדרש לחדר הניקיון.
ראינו אזורים המעבדים את המים המטוהרים המצוננים ששימשו בייצור, ושכמות כימיות לדברים כמו ליטוש הוופלים. לפאב יש מתקנים מורכבים המנטרים ובקרים על מערכות אלה - המסוגלות למדוד דברים בחלקים לטריליון, כך שיוכלו לאתר כל דליפה במערכת - וכן מערכת בטיחות חיים מתוחכמת. לתת-fab יש תקרה בגובה 30 מטר, ואזור שלב 2 כולל ביניים כדי להקל על הטכנאים להגיע לכל הציוד. רצפה זו מכילה אזורים נפרדים רבים עם פריטי ציוד נפרדים (מאזורי אחסון למים וכימיקלים ועד מערכות ניטור), כאשר מיילים של צנרת מחברים אותה לחדר הנקי שלמעלה. ציינתי שחלק ניכר מהצנרת הוכפלה למעשה, עם חיישנים בתוך הצינורות כדי לגלות אם יש דליפה.
ישנם גם מספר מבנים אחרים באתר, כולל מבנה שירות מרכזי עם דודים וצ'ילרים גדולים יותר, מערכות פסולת בתפזורת וכו '.
ככלל, המפעל משתמש ב -80 מגה וואט הספק, המסופקים באמצעות קווי כפול של 150, 000 וולט. זה קריטי שההספק הוא רציף, מכיוון שכל וריאציה עלולה לשבש את הייצור ואולי גם לפגוע בפלים העוברים עיבוד. לכן, במתקן יש מערכת UPS גיבוי, גלגלי תנופה, וגנרטור דיזל.
התעניינתי במיוחד בכמות השטח שדורש ציוד ה- EUV החדש (עליו אדון בהמשך). אפילו בקומת המשנה, ציוד זה דורש שטח מסיבי, כולל חדר נקיון מיניאטורי משלו, בו כלים מייצרים מקור אור לייזר בעוצמה גבוהה, המתכופף דרך הרצפה לכלי EUV בחדר הניקיון. מערכת EUV עצמה חייבה מערכות קירור וחשמל חדשות, יחד עם מים טהורים במיוחד, ומיכלים וצנרת מיוחדים שמפחיתים את זיהום החלקיקים.
בכדי להכניס את מערכת ה- EUV לבניין, המפתח העיקרי נחתם לראשונה. מנוף 10 טון הותקן בתקרה, ואז נחתך חור בצד הבניין כדי להזיז את המערכת החדשה האדירה. תהליך זה נעזר בחלקו על ידי מערכת תכנון תלת ממדית למחשבים שהשתמשה בתמונות סרוקות שתפסו את מיקום הציוד הקיים עד לרמת המילימטר.
עד חדר הניקיון
(תמונה מ- GlobalFoundries)
כדי לבקר בחדר הניקיון עצמו היינו צריכים להתלבש ב"חליפות השפן "(ראו תמונה שלי בראש פוסט זה), שנועדו לצמצם את מספר החלקיקים באזור והסיכון שחלקיק כזה עלול לשבש את הוופל מעבד.
דבר אחד ששמתי לב אליו הוא שבעוד שיש המון מכונות ברצפת הניקיון - יותר מ -1, 400, לפי GlobalFoundries, אין הרבה אנשים.
כריסטופר בלפי, המהנדס הראשי לפעילות ייצור, שהעניק לנו את הסיור בחדר הנקי, הסביר שהמטרה היא שיהיו אפס מפעילים על הרצפה. האנשים היחידים שאתה רואה הם ביצוע התקנה או תחזוקה על הכלים, אמר בלפי.
(תמונה מ- GlobalFoundries)
במקום לטכנאים להעביר רקיקים מכלי אחד למשנהו, הוופלים מנותבים בין הכלים דרך תרמילים מאוחדים קדמיים, או FOUPs כפי שהם מכנים אותם, שכל אחד מהם מכיל 25 ופלים - ותוכלו לראות את התקורות הללו נעות תקורה לאורך כל חדר הניקיון. בסך הכל ישנם 550 רכבים שנמצאים על פני 14 מיילים של מסילה הנעים ואוחסן פרוסות בין כלים. אלה גם מעבירים רשתות רשת (מסכות השבבים המנחות את האור עבור כל שכבה של ייצור שבבים) בין מתקן אחסון מרכזי לכלי העבודה שבהם הם ישמשו. זה לא מצמצם את מספר האנשים הנדרשים, אמר בלפי, שכן עדיין צריך לשלוט בכלים, אך מקטין את הזמן והטעייה. הוא ציין כי בכל זמן נתון, עשרות מוצרים נמצאים בשלבי ייצור שונים, עבור כמה עשרות לקוחות, ולכל מוצר יש מערך רשתות משלו ותהליך ספציפי משלו המשתמש בכלים שונים. בלפי כינה את פאב 8 "המפץ האוטומטי ביותר בעולם." כמובן שזה גם אחד החדשים ביותר.
לחלק מהמפעלים יש אור צהוב, שכן בשלב מסוים בהיסטוריה של תהליך הייצור היה חשוב לוודא כי הוופל אינו חשוף לאור רגיל. עם זאת, בימים אלה הפלים אינם נחשפים לאור חיצוני כלל, ולכן זה פחות נחוץ.
ישנם צעדים רבים העוסקים בייצור רקיק, ולכל אחד מהם אזור משלו של חדר הניקיון: שתל (הוספת יוני לסיליקון), פלנטריזציה מכנית כימית או CMP (ליטוש הוופל), דיפוזיה, הצבת סרט דק, ליטוגרפיה, ו תחריט. כלי מטרולוגיה המשמשים למדידת תכונות שבבים בכל שלב בדרך נמצאים בכל רחבי ה- Fab.
אנו נוטים לדבר על ליטוגרפיה הכי הרבה (שמתייחס לשימוש באור כדי לחשוף דפוס על הוופל), מכיוון שזה מה שהפך לשלב המסובך ביותר בשנים האחרונות. הטכניקה הנוכחית, הכוללת שימוש באור 193nm בנוזל (המכונה ליטוגרפיה טבילה), כבר לא בסדר כדי ליצור את האלמנטים הקטנים ביותר בשבב במעבר בודד, כך שלצמתים כמו 14nm ו- 7nm, חשיפות מרובות (לפעמים נקראים דפוסי כפול או אפילו דפוס מרובע). אולטרה סגול קיצוני או EUV הוא אלטרנטיבה מורכבת יותר, אך כזו שעשויה להיות נחוצה אם נמשיך להשיג תכונות קטנות יותר על השבבים, ו- GlobalFoundries נמצא בתהליך של התקנת שתי מכונות EUV אלה, עם מקום לשניים נוספים. (יהיו לי פרטים נוספים בפוסט הבא.) מכיוון שזה לא מוכן, לעת עתה כל השבבים שיוצרו ב- GlobalFoundries (ואכן, כל השבבים המסחריים שאני מכיר בהם בכל מקום) מיוצרים בליטוגרפיה טבילה. אך כל השלבים הם מכריעים, וכל שגיאה בכל שלב כלשהו עשויה להפוך את השבבים על הוופל ללא תועלת.
בסך הכל, שבב נוכחי יכול לכלול עד 80 שכבות, ואף צעדים רבים יותר ככל שהחליקות עוברות בין השלבים השונים של התהליך, במיוחד כאשר הם הולכים קדימה ואחורה בין ליטוגרפיה ותחריט בכל צעד רב דפוסי (זה יכול לקחת חודשים לייצר שבב מתקדמים טיפוסי). זה תהליך מרתק ואחד שאני שמח שזכיתי לראות ממקור ראשון.
בפוסט הבא שלי אתמקד יותר בציוד EUV שהותקן לאחרונה במפעל, כמו גם בתוכניות של GlobalFoundries לצעדים עתידיים בתהליך ייצור השבבים.
האם אתה סקרן למהירות האינטרנט שלך בפס רחב? בחן את זה עכשיו!
