三個月，700步！為什么生產一顆芯片需要這么長時間?
2021-08-22 12:28:10 EETOP接下來我們跟隨工廠的高級部門經理克里斯托弗·貝爾菲(Christopher Belfi)走進GF車間，看一下GF是如何生產出芯片的。
Belfi最初是一名技術員，負責修理在機器之間運送硅芯片的自動化設備。隨著時間的推移，他開始監督自動化系統，該系統沿著天花板上的軌道推動數千個吊艙，每個吊艙都攜帶 25 個閃亮的圓盤，有朝一日將為移動電話、飛機或汽車安全氣囊提供動力。
最近，這些軌道上擠滿了比以往任何時候都多的吊艙，因為GlobalFoundries 工廠——美國為數不多的類似工廠之一——競相跟上對計算機芯片飆升的需求。
他管理著 95 個人，并學會了在他們的西裝中識別他們。“你可以通過人們走路的步幅來認出他們，”他說。
GlobalFoundries 由阿布扎比政府全資擁有，總部位于奧爾巴尼以北 30 分鐘路程的馬耳他，是美國生產的主要來源之一。馬耳他工廠每天 24 小時運行，每年生產 500,000 個復雜的硅芯片，然后將其切割成單個芯片。
數百名員工在每個班次開始時都會穿上稱為兔子服的精心制作的防護裝備，以防止散落的棉絨或頭發損壞晶圓。即使是一粒灰塵也會破壞生產芯片的艱苦過程。
12 英寸的硅盤在出廠時看起來就像閃亮的光滑鏡子。三個月后，它們被復雜的蝕刻覆蓋，形成數十億個晶體管，這些微型開關控制電流并允許芯片執行任務。
整個過程大約有 700 個加工步驟，通過這些步驟，按照每個芯片客戶提供的設計，在彼此的頂部印刷和蝕刻數十層圖案。
“考慮做一個蛋糕”貝爾菲在機器的噪音中說道。“在這種情況下，它將是一個 60 到 75 層的蛋糕，這個蛋糕大約需要兩個半月、三個月的時間。”
為了創建每一層，芯片都涂有光敏化學物質。然后被稱為光刻機的高科技打印機在晶圓上一遍又一遍地投射相同的微小圖案，就好像它在棋盤的每個方塊上印上相同的圖案，每個方塊代表一個未來的芯片。
之后，蝕刻機將這些圖案雕刻到芯片上，更多的化學物質沉積并烘烤到表面上。當不同的圖案相互疊加以創建數十層晶體管時，這個過程會一遍又一遍地重復。然后這些層通過銅線相互連接，以允許信號和電源在整個芯片中傳輸。
在這三個月的過程中，承載晶圓的吊艙很少休息，根據預先編程的路線從一臺機器移動到另一臺機器。
Belfi 和其他工程師在那里確保機器不會發生故障，隨著需求的飆升，這項任務變得更加緊迫。典型的芯片工廠（稱為晶圓廠）中的機器大約 90% 的時間都在運行，10% 的停機時間用于計劃或緊急維護。
工廠中最關鍵和最昂貴的設備是在晶圓上打印復雜設計的光刻機。GF馬耳他工廠有 20 個；每個成本大約為 1 億美元。
“當機器發生故障時，重要的是要盡快修復它，”工廠總經理 Peter Benyon 說，他之前在新加坡經營一家GlobalFoundries 工廠。
去年夏天，隨著芯片需求飆升，馬耳他工廠的一臺光刻機出現故障。通常情況下，設備制造商荷蘭公司 ASML 會派遣一名工程師來幫助修復它，但由于冠狀病毒危機，這是不可能的。Benyon 說，取而代之的是，工廠技術人員戴著增強現實耳機與荷蘭的 ASML 工程師聯系，以便他們可以查看機器內部并監督維修。
讓機器快速恢復運行可以幫助工廠擠出更多芯片。Benyon說，因此可以減少每個晶圓的故障芯片數量。
半導體工廠優秀人才缺失
在談到半導體工廠的技術人才時，Belfi 說：“對我們來說，困難之一實際上是獲得優秀人才，因為你在這里看到的很多東西，沒有很多大學提供圍繞半導體制造的課程，芯片公司強調需要更好的 STEM 教育和工人培訓，為半導體制造勞動力做好準備。
他說，工廠的其他團隊正在尋找擁有材料科學、化學或工程學位的員工。GlobalFoundries提供學徒制，為沒有學位的員工提供兩年的在職培訓，并與社區學院合作，幫助設計與芯片相關的課程。
貝爾菲本人在大學期間主要學習軟件和計算機科學，但更喜歡動手建造東西。
“我更受設備驅動，喜歡用手工作”他說。
關鍵詞： GlobalFoundries GF 格芯
