Chapter 4 of 9Chương 4/9 5 min5 phút
Inside the fabBên trong nhà máy chip
Nobody who works on the production floor of a chip factory is allowed to wear perfume. The building where chips are made is a machine in its own right, and everything in it, down to the people, is tuned to keep dust away from the wafers.
Không ai làm việc trên tầng sản xuất của một nhà máy sản xuất chip (fab) được phép dùng nước hoa. Tòa nhà nơi những con chip ra đời tự thân đã là một cỗ máy, và mọi thứ bên trong, kể cả con người, đều được tính toán để bụi không chạm tới wafer.
In this chapter
Trong chương này
- What a fab costs, and how many years and people it takes to build
- What each of a fab’s four levels does
- How cleanrooms are graded, why everyone on the production floor wears a bunny suit, and why the lithography areas use yellow light
- What a real fab looks like, on a five-minute tour of Micron’s fab in Taiwan
- Xây một fab tốn bao nhiêu tiền, bao nhiêu năm và bao nhiêu người
- Mỗi tầng trong bốn tầng của một fab đảm nhận việc gì
- Phòng sạch được phân cấp (class) ra sao, vì sao phải mặc bunny suit và khu quang khắc dùng đèn vàng
- Một fab thật trông ra sao, qua đoạn phim năm phút quay bên trong fab của Micron ở Đài Loan
A fab costs more than ten billion dollars
Một fab có giá hơn mười tỷ đô la
A typical fab holds more than a thousand production tools, many worth millions of dollars each. Building one costs more than ten billion dollars, takes three to five years, and needs over six thousand workers on the construction site. The four months a chip spends inside covers more than a thousand steps, most of them variations of the four basic moves from the previous chapter, each at its own precision.
Một fab điển hình chứa hơn một nghìn thiết bị sản xuất (tool), nhiều thiết bị trị giá hàng triệu đô la. Xây một fab tốn hơn mười tỷ đô la, mất ba đến năm năm, và cần hơn sáu nghìn công nhân trên công trường. Trong bốn tháng nằm trong fab, một con chip trải qua hơn một nghìn công đoạn, phần lớn là những biến thể của bốn thao tác cơ bản ở chương trước, mỗi công đoạn đòi độ chính xác riêng.
A fab's four levels all protect the wafers
Bốn tầng của fab cùng bảo vệ những tấm wafer
A fab cannot fit in one room, and its floors are not interchangeable. Every level exists to protect the wafers moving through the production floor. The table lists the levels from the top of the building down.
Một fab không thể nằm gọn trong một căn phòng, và các tầng không thể hoán đổi cho nhau. Tầng nào cũng có nhiệm vụ bảo vệ những tấm wafer đang di chuyển qua tầng sản xuất. Bảng dưới đây liệt kê các tầng theo thứ tự từ trên nóc tòa nhà xuống.
| Level (top to bottom) | What it does | Who works there |
|---|---|---|
| Interstitial and fan deck (top) | Keeps the cleanroom air dust-free and holds temperature and humidity exactly right | Facility engineers |
| Cleanroom | The production floor: more than 1,200 machines patterning wafers | Engineers and technicians in bunny suits |
| Clean sub-fab | Pumps, transformers, electrical cabinets; “lateral” pipes carry gases, liquids, and exhaust to and from the tools | Staff in hard hats and safety glasses |
| Utility level (bottom) | Electrical cabinets, the large supply pipes, chillers and compressors | Staff in normal clothes plus hard hats and safety glasses |
| Tầng (từ trên xuống) | Việc của nó | Ai làm việc ở đó |
|---|---|---|
| Tầng trống kỹ thuật (interstitial) và sàn quạt (fan deck), ở trên cùng | Giữ không khí phòng sạch không bụi và duy trì nhiệt độ, độ ẩm thật chính xác | Kỹ sư hạ tầng |
| Phòng sạch | Tầng sản xuất: hơn 1.200 máy đang tạo hình lên wafer | Kỹ sư và kỹ thuật viên mặc bunny suit |
| Tầng phụ trợ sạch (sub-fab) | Máy bơm, máy biến áp, tủ điện; các ống “lateral” dẫn khí, chất lỏng tới các thiết bị và đưa khí thải ra | Nhân viên đội mũ bảo hộ và đeo kính an toàn |
| Tầng tiện ích, ở dưới cùng | Tủ điện, các đường ống cấp lớn, máy làm lạnh và máy nén | Nhân viên mặc quần áo bình thường, chỉ cần đội mũ bảo hộ và đeo kính an toàn |
A cleanroom is cleaner than an operating room
Phòng sạch còn sạch hơn cả phòng phẫu thuật
A class 10 cleanroom allows only about ten particles of 0.5 micron per cubic foot of air; even a hospital operating room has up to about a hundred thousand. On the same scale, class 100 allows about a hundred, and ordinary room air carries around a million such particles per cubic foot. Humidity is held near forty to sixty percent, because too much invites oxidation and condensation and too little builds static electricity. The air pressure inside is also kept slightly higher than outside, on purpose, so that dust can only flow out, never in.
Phòng sạch class 10 chỉ cho phép khoảng mười hạt bụi 0,5 micron trên mỗi foot khối (cubic foot) không khí; ngay cả một phòng phẫu thuật trong bệnh viện cũng có tới khoảng một trăm nghìn hạt. Theo cùng thang đo ấy, class 100 cho phép khoảng một trăm hạt, còn không khí trong một căn phòng bình thường có khoảng một triệu hạt như vậy trên mỗi foot khối. Độ ẩm được giữ ở mức bốn mươi đến sáu mươi phần trăm: ẩm quá dễ gây oxy hóa và đọng hơi nước, khô quá lại sinh tĩnh điện. Áp suất không khí bên trong cũng được cố ý giữ cao hơn bên ngoài một chút, để bụi chỉ có thể thoát ra ngoài, không lọt vào trong.
The people follow the same logic. Everyone on the production floor wears a bunny suit so that lint, hair, and skin cells never reach a wafer, and perfume is banned outright: its volatile organic compounds can contaminate a process. Even the light is different. Photolithography chemicals react to short-wavelength light, so the litho areas run under yellow light that cannot expose them.
Với con người cũng vậy. Ai làm việc trên tầng sản xuất cũng phải mặc bunny suit (bộ đồ phòng sạch) để xơ vải, tóc và tế bào da không rơi xuống wafer. Nước hoa bị cấm hoàn toàn: các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi trong nước hoa có thể làm nhiễm bẩn quá trình sản xuất. Ngay cả ánh sáng cũng khác. Hóa chất quang khắc phản ứng với ánh sáng bước sóng ngắn, nên khu vực quang khắc dùng đèn vàng, loại ánh sáng không làm các hóa chất này bị phơi sáng.
What a real fab looks like inside
Bên trong một fab thật trông ra sao
The five-minute tour below was filmed inside Micron’s fab in Taiwan: the air shower and bunny-suit ritual, a wafer being spin-coated and exposed in a hundred-million-dollar lithography machine, and the overhead-rail robots that carry wafer containers nearly four hundred thousand kilometers a day between tools, the equivalent of circling the planet ten times.4.1
Trăm nghe không bằng một thấy. Đoạn phim năm phút dưới đây quay bên trong fab của Micron ở Đài Loan: nghi thức tắm khí và mặc bunny suit, một tấm wafer được phủ quay rồi phơi sáng trong cỗ máy quang khắc trị giá một trăm triệu đô la, và đoàn robot chạy trên ray treo, chở các hộp wafer qua lại giữa các thiết bị. Mỗi ngày cả đoàn đi gần bốn trăm nghìn kilômét, bằng mười vòng quanh Trái Đất.4.1
The yellow light in the litho areas and the hundred-million-dollar machine in the tour belong to the same step: lithography. The next chapter shows how that step prints a pattern with light.
Đèn vàng ở khu quang khắc và cỗ máy trị giá một trăm triệu đô la trong đoạn phim cùng thuộc về một bước: quang khắc. Chương tiếp theo sẽ cho thấy bước ấy dùng ánh sáng để in hình mẫu ra sao.