探訪英特爾中外芯片晶圓廠：CPU是怎樣煉成的？

英特爾海外CPU制造廠探秘

Intel在以色列這個(gè)國(guó)家有很多工廠，其中就包括 兩個(gè)芯片生產(chǎn)工廠，我們將共同前往領(lǐng)略一下Intel Fab18工廠的奇幻旅程。Fab18坐落在以色列的Kiryat Gat，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)90 nm制造工藝的Pentium 4處理器，當(dāng)然還包括一些芯片組以及閃存顆粒。

首先我們先看一下Intel工廠及研發(fā)中心的全球分布情況：

Intel工廠及研發(fā)中心

如圖所示，在這些工廠中，完整的晶圓片將被分割為若干的芯片，然后這些切割出來的芯片被送往其它的工廠進(jìn)行裝配和測(cè)試，它們?cè)谀抢飳⒃俳邮芊指?，之后這 些芯片被分為處理器或者是芯片組，然后進(jìn)行最后的封裝工作。而且從圖中我們可以了解到，其實(shí)全球只有3個(gè)國(guó)家和地區(qū)擁有Intel晶圓工廠（Fab）：美 國(guó)、愛爾蘭以及以色列。

裝配和測(cè)試的工廠則都被設(shè)立在離消費(fèi)市場(chǎng)很近的地方。其實(shí)，細(xì)心的人會(huì)發(fā)現(xiàn)在我們市場(chǎng)上接觸到的CPU成品上， 經(jīng)常會(huì)刻有“Costa Rica”、“Malaysia”或者是“Philippines”等的字樣，而從來看不到“Israel”，因?yàn)橐陨械腇ab18最終的成品是晶圓 片，后期加工要送到其他的專門負(fù)責(zé)裝配和測(cè)試的工廠。此外，在以色列除了我們今天要重點(diǎn)介紹的Fab18外，還有一個(gè)重要的工廠是不得不提到的，那就是— Fab8，它坐落在耶路撒冷，始建于1985年，是首個(gè)在美國(guó)國(guó)外建立的Intel晶圓工廠。

以色列擁有很多研發(fā)中心

Haifa團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)建立Pentium M CPU以及所有的基于相同架構(gòu)的其他CPU產(chǎn)品，例如Yonah（雙核心Pentium M）以及即將推出的Merom、Conroe和Woodcrest。Haifa可謂是歷史悠久，始建于1974年，也就是在Intel成立5年之后，由創(chuàng) 立EPROM芯片的Dov Frohman領(lǐng)導(dǎo)的5人工程師小組最新開辟的根據(jù)地。Petach Tikva團(tuán)隊(duì)主要負(fù)責(zé)開發(fā)所有的Intel cell CPU，還有Wi-Max技術(shù)。

下面我們進(jìn)入到今天的主角—Fab18工廠一探究竟。

Fab18工廠外觀

Intel Fab18建立于1999年，那個(gè)年代主要負(fù)責(zé)制造Pentium III晶圓片。后來升級(jí)到了90 nm制造工藝而且現(xiàn)在也生產(chǎn)重心也轉(zhuǎn)移到了制造Pentium 4 CPU晶圓片、芯片組和閃存顆粒上，員工總數(shù)約3，700人。

Fab18占地面積大約兩個(gè)英式足球場(chǎng)大小，為了保持無塵環(huán)境投入了很高成本，不過，并非所有的車間都需要這種無塵的環(huán)境。有趣的是，地面并非是我們平 常所了解的硬地板，而是采用的一種類似于網(wǎng)狀的設(shè)計(jì)，但是非常的堅(jiān)固，目的是保持空氣的流通。房間的空氣，每4分鐘就要完全的更換一次。

Fab18生產(chǎn)車間

圖片上是其中的一個(gè)無塵車間，可以注意一下地板。工作人員必須穿防塵服，免得讓晶圓遭受污染。遠(yuǎn)處技術(shù)人員所抱的“黑匣子”名字叫“l(fā)ot”，里面裝的 就是晶圓。他要做的是把這個(gè)“l(fā)ot”安裝在一個(gè)機(jī)器（或者是叫處理工具）當(dāng)中?；诔杀痉矫娴目紤]，只有“l(fā)ot”入口是在無塵房間中，而其他部分是在 低于無塵等級(jí)的“chase”當(dāng)中。

晶圓生產(chǎn)設(shè)備

這就是我們剛才提到的“chase”車間（留意地板）。這就是處理那些晶圓片的機(jī)器，也就是處理剛才技術(shù)人員抱著的“l(fā)ot”。

整個(gè)工廠的無塵房間和機(jī)器數(shù)量是非常的可觀的，因?yàn)橹圃煲粋€(gè)CPU晶圓片的工藝過程是非常的復(fù)雜的。

一個(gè)Pentium 4 CPU要使用26道光刻掩膜（photolithographic mask）工序。每一個(gè)工序又需要很多的處理步驟，再加上攙雜以及金屬鍍層等，最后一個(gè)CPU制造工序就有上百道。

在這里順便給大家說一下，很多車間中需要使用紫外線照射，這是必不可少的，但是在無塵車間（clean room）中通常要使用白光，而我們剛介紹的無塵車間使用的是橙色光，這又與其他的無塵車間使用的不同，因?yàn)檫@里是晶圓加工的初步工序，而原因是 photoresist層對(duì)白光非常敏感。

安裝“l(fā)ot”晶圓盒子

工作人間不能直接的接觸晶圓片，而是要放在一個(gè)叫“l(fā)ot”的黑色方盒子中，每個(gè)盒子能放25張晶圓片。在Intel工廠中，lot采用的是鋁材料做金屬層，并且為黑色，晶圓片采用的銅做材料，為橙色。

早期的lot模型

這是早期的lot模型，現(xiàn)在已經(jīng)陳列在Fab18的博物館中了。當(dāng)工作人員把lot放到處理機(jī)器當(dāng)中的時(shí)候，機(jī)器將會(huì)逐個(gè)的提取這25張晶圓片，處理完畢后再放回到lot中。

從一個(gè)無塵房間到另一個(gè)無塵房間，lot都是按照預(yù)定軌跡自動(dòng)的被傳送。在圖上，注意大約天花板的高度，那個(gè)軌跡就是用來傳送lot的。在某些條件 下，lot是被直接的輸送到相應(yīng)的機(jī)器當(dāng)中，不需要人工的干預(yù)。在每臺(tái)機(jī)器上都有一個(gè)屏幕，方面技術(shù)人員觀察目前機(jī)器工作情況以及晶圓片處理到了哪種程度 上。

我們開始已經(jīng)提到了，F(xiàn)ab18最后的成品并非是我們用戶最終使用的CPU，晶圓片當(dāng)中包含了很多的芯片，這些晶圓要被送到如 Malaysia、Costa Rica以及Philippines這些地區(qū)的裝配及測(cè)試工廠，在那里晶圓片被切割，將個(gè)體芯片從上面分離下來，測(cè)試、貼標(biāo)并出貨，最后才到了我們用戶手 上。

揭秘大連英特爾亞洲首家晶圓制造工廠

2010年10月26日，大連——英特爾公司在中國(guó)的首個(gè)晶圓制造設(shè)施今天在大連落成。這座晶圓制造廠是英特爾1992年在愛爾蘭建立F10晶圓廠后， 新建的第一座晶圓廠，也是英特爾在亞洲的第一個(gè)晶圓制造工廠。在投產(chǎn)當(dāng)天，筆者有幸隨行參觀了亞洲第一個(gè)晶圓制造工廠。

2007年9月破土動(dòng)工的大連芯片廠如今已經(jīng)投產(chǎn)

大連芯片廠位于大連市金州新區(qū)出口加工區(qū)內(nèi)，其投資總額為25億美元，與2007年9月破土動(dòng)工。英特爾大連芯片廠是英特爾在全球第八家300毫米晶圓 廠，投產(chǎn)后將首先生產(chǎn)芯片組產(chǎn)品，支持從筆記本電腦，高性能臺(tái)式機(jī)到基于英特爾至強(qiáng)處理器的服務(wù)器等各種領(lǐng)先產(chǎn)品。一塊使用65nm制程的300毫米晶圓 上有數(shù)百個(gè)芯片，芯片的晶體管線寬比人的頭發(fā)絲還要細(xì)1400倍。新工廠將首先采用65nm制程技術(shù)。

英特爾大連芯片廠

英特爾大連芯片廠總使用面積達(dá)到163，000平方米，大約是23個(gè)足球場(chǎng)的面積。新晶圓廠潔凈車間的潔凈度為“10級(jí)”，即每立方英尺的空氣中0.5微米或稍大些的微塵數(shù)量不超過10個(gè)，而人的頭發(fā)絲直徑為80微米。

英特爾大連芯片廠廠外

大連芯片廠的施工超過了16，441，82個(gè)工時(shí)，共有24，711名建筑工人參與了工程建設(shè)，在建廠高峰期，同時(shí)有3215名建筑工人在現(xiàn)場(chǎng)施工。建 設(shè)大連芯片廠共使用混凝土152，320立方米，鋼材29，275噸，管材426，140米，電纜 667，482米（不包括信號(hào)電纜），大約27，229個(gè)燈具以及23，801平方米的潔凈車間地板磚。同時(shí)還加設(shè)了4，140米的懸掛式單軌輸送道，可 同時(shí)在潔凈車間內(nèi)數(shù)百個(gè)工藝處理設(shè)備之間平均運(yùn)送116個(gè)晶圓傳送行車。

英特爾大連芯片廠前臺(tái)

●英特爾選派了300多名員工到美國(guó)和愛爾蘭接受了專業(yè)培訓(xùn)，也派了200多名外籍員工來中國(guó)工作，以確保大連工廠的順利開工投產(chǎn)。其它培訓(xùn)投入包括：

1. 自2008年1月起，課堂培訓(xùn)超過175，000個(gè)課時(shí)。

2. 向新入職本地員工授予了500多個(gè)設(shè)備操作資質(zhì)證書和250多個(gè)設(shè)備維護(hù)資質(zhì)證書。

3. 60多名新入職的管理人員完成了“管理與領(lǐng)導(dǎo)力發(fā)展課程。

4. 進(jìn)行了數(shù)千小時(shí)的在崗培訓(xùn)。

5. 除了向大連派駐200多名外籍員工，還從英特爾全球各個(gè)工廠選派了50多位專家到大連培訓(xùn)員工。

英特爾建廠以來積極參與當(dāng)?shù)厣鐣?huì)活動(dòng)

●自宣布建設(shè)大連芯片廠以來，英特爾一直積極參與當(dāng)?shù)厣鐣?huì)活動(dòng)：

1. 2007年以來，大連市共有超過1700名教師接受了英特爾未來教育項(xiàng)目的培訓(xùn)。

2. 2007年以來，大連市共有超過1000名青少年接受了英特爾求知計(jì)劃培訓(xùn)。、

3. 2009年，英特爾大連芯片廠的員工為社區(qū)奉獻(xiàn)了5000多個(gè)小時(shí)的志愿服務(wù)，員工的參與率達(dá)到了60%，包括英語和電腦培訓(xùn)，幫助弱勢(shì)群體和環(huán)境保護(hù)等活動(dòng)。2010年大連芯片廠員工參與社區(qū)活動(dòng)的志愿服務(wù)已超過5000小時(shí)。

英特爾建廠以來積極參與社會(huì)活動(dòng)

●大連芯片廠的設(shè)計(jì)采用英特爾全球環(huán)境績(jī)效的高標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)在節(jié)水，節(jié)能，化學(xué)廢料管理等各個(gè)方面：

1. 2009年，大連芯片廠的工程師們?cè)谒幚硐到y(tǒng)中采用了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，回收再利用生產(chǎn)過程的沖洗水，并因此榮獲英特爾最高級(jí)別的環(huán)境卓越金獎(jiǎng)。

2. 這一全球最先進(jìn)的水處理系統(tǒng)在工廠滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，每年可節(jié)約26萬噸城市自來水。這些水可以用來生產(chǎn)約1，295，094個(gè)普通雞蛋，或54噸豬肉，17噸牛肉，69噸大米。

3. 大連芯片廠的建筑物四周環(huán)繞綠地，樹木和原生植物，可充分利用自然光，極具能源效率。

迄今為止，已有約24家新供應(yīng)商落戶大連，與英特爾開展業(yè)務(wù)。此外，還有80多家大連企業(yè)成為英特爾的供應(yīng)商。

英特爾大連芯片廠揭秘

英特爾大連芯片廠是英特爾在全球第八家300毫米晶圓廠，投產(chǎn)后將首先生產(chǎn)芯片組產(chǎn)品，支持從筆記本電腦，高性能臺(tái)式機(jī)到基于英特爾至強(qiáng)處理器的服務(wù)器 等各種領(lǐng)先產(chǎn)品。一塊使用65nm制程的300毫米晶圓上有數(shù)百個(gè)芯片，芯片的晶體管線寬比人的頭發(fā)絲還要細(xì)1400倍。新工廠將首先采用65nm制程技 術(shù)。

英特爾大連芯片廠綜合辦公樓

隨后，我們有幸來到了英特爾大連芯片廠綜合辦公樓進(jìn)行了參觀。作為英特爾在全球第八家300毫米晶圓廠以及亞洲的第一個(gè)晶圓制造工廠，大連芯片廠有著嚴(yán)格的安保措施。

大連芯片廠沙盤圖

目前英特爾大連芯片廠已經(jīng)建成投產(chǎn)，從沙盤中我們還可以看出未來大連芯片廠還將會(huì)有二期建設(shè)，擴(kuò)建后的工廠無疑將會(huì)擁有更高產(chǎn)能。

身著防塵服的模特

英特爾選派了300多名員工到美國(guó)和愛爾蘭接受了專業(yè)培訓(xùn)，也派了200多名外籍員工來中國(guó)工作，以確保大連工廠的順利開工投產(chǎn)。除了向大連派駐200多名外籍員工，還從英特爾全球各個(gè)工廠選派了50多位專家到大連培訓(xùn)員工。

綜合辦公樓內(nèi)展示的英特爾處理器產(chǎn)品

在英特爾大連芯片廠的綜合辦公樓內(nèi)，還展示了英特爾歷代的處理器產(chǎn)品以及各代晶圓。圖中所示的為目前最為主流的Atom和酷睿i7處理器產(chǎn)品。

英特爾工程師為大家講解處理器誕生過程

在現(xiàn)場(chǎng)，英特爾的技術(shù)專家還專門為現(xiàn)場(chǎng)人員講解了處理器是如何從一粒沙子變?yōu)閾碛懈咝阅艿男酒娜^程。隨后我們了解到，大連芯片廠的生產(chǎn)主要是從國(guó)外 進(jìn)口切割好的硅片，然后在硅片上進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。在晶圓生產(chǎn)出來后，大連芯片廠的工作就基本完成，隨后完整的晶圓將會(huì)送去成都芯片封裝廠進(jìn)行切割，并完成最 后添加散熱頂蓋等等最后的封裝。

大廳內(nèi)的實(shí)時(shí)監(jiān)控能夠讓參觀的人實(shí)時(shí)看到芯片廠內(nèi)的一舉一動(dòng)

英特爾晶圓賞析：