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芯片是这样造出来的

芯片是这样造出来的

1.应用材料公司无尘室
在进入梅坦技术中心以前，你必须穿上防护服，戴上面具、护目镜、两幅手套以及将鞋完全套住的塑胶袋。记者甚至不能将笔记本带入内：相反，应用材料公司给了他们几个用收缩膜包装的、在无尘室经过特殊**处理的笔记本和钢笔使用。
这里不是生产车间，相反，这个无尘室只是模拟了晶圆厂的环境，应用材料公司的设备将在这种环境下使用，以便公司及其客户可以测试新技术和新工艺，然后真正将它们推向生产线。所以，此次采访让《连线》记者对半导体制造行业的生产规程有了难得的了解。

2.玻璃光掩膜
芯片制造的核心技术是平版印刷（光刻），这种技术就像是丝网印刷，只不过不是通过丝制模板将墨滚压至棉T恤上，而是通过玻璃光掩膜，使紫外光照射表面涂有光刻胶（一种有机化合物）的硅衬底上。在紫外光照射穿透的地方，光刻胶的化学特性会被削弱，使硅芯片表面留下图案。接着，硅芯片会被送入一个「化学浴室」，在暴露在外的硅衬底上蚀刻沟槽，同时光刻胶覆盖的区域不会受到任何影响。在去除了光刻胶以后，其他设备会用各种材料填补沟槽，比如用于制造处理器零部件的铜或铝。此图显示的就是光掩膜，上面印有将打印到硅芯片上的图案。

3.技术的机器设备
随着硅芯片被送进制造车间，它将经过多达250个不同步骤的处理。这些步骤包括给各种材料覆上一层薄膜，接着蚀刻以制成晶体管和铜线。右图是应用材料公司的Endura机器。Endura平台是一个模块化、可配置系统，用于将金属和金属合金安装到硅芯片。据应用材料公司的专家介绍，过去20年制造的几乎所有芯片都用到了Endura平台。

左图则是应用材料公司TetraIII先进掩膜刻蚀系统。世界各地所有的掩膜制造商都利用这套系统开发和生产直径为45纳米的掩膜。由于应用材料公司正在开发和测试新制造设备，该公司将大量资金投入到科研领域。2009年，应用材料公司在研发方面的投入高达9.34亿美元，相当于年营收的20%左右。

4.平板印刷室一瞥

根据现阶段的技术发展水平制造的芯片直径是30纳米，也就是说，芯片零部件的平均尺寸大概是300亿分之一米。芯片制造商目前正在开发直径22纳米的芯片设计，这会使得芯片零部件的尺寸更小。有些零部件的厚度远远超过宽度，有时，这一比例达到60比1，进一步增加了芯片制造的难度。因为这意味着蚀刻系统必须能以纳米刻度，以超高精度在芯片上刻下极深、极窄的沟槽。平板印刷室里面点着黄色的灯，避免光掩膜与紫外线相互干扰。

5.极端真空状态
技术人员在Endura系统的触摸屏界面上工作。图左是大型银泵，用于在机器内产生极端真空状态——低至10-12个大气。相比之下，距地面124英里（约合200公里）的高空（航天飞机飞行轨道所在位置）的气压为10-10个大气。

6.「此处无金属」
Centura机器右侧的银色金属设备是一个斗式装载机（batch loader），用于快速给一叠硅芯片降压，然后将它们输送至Centura机器中加工。绿色「无金属工具」标识意味着，这台机器被用在增加铜线路以前的一个过程。铜是一种污染物，会将加工过程的非金属阶段搞砸，所以，添加铜的机器需要进行小心隔离。

7.前置式晶圆传送盒
过去几十年，用于制造芯片的硅芯片在尺寸上稳步增加，使得制造商可以在每张盘上集成更多的芯片。从2000年开始，硅芯片直径的行业标准一直为300毫米。为简化传送过程，将污染的风险降至低程度，晶圆厂会充分利用前置式晶圆传送盒（简称FOUP）。每个前置式晶圆传送盒可以在无菌的清洁环境下放置25个硅芯片。它们能够被放在应用材料公司大多数机器的前端。接着，机器吸入里面的硅芯片，一个个地自动快速加工。

8.高度自动化
因为放满硅芯片的前置式晶圆传送盒很重，大约为20磅（约合9公斤），自动化就成了无尘室设计的重要部分。应用材料公司的无尘室有一条自动化悬挂单轨，可将前置式晶圆传送盒从一处输送至另一处。在照片中显示的密封房间内，多可以放置700个前置式晶圆传送盒（可装1.75万个硅芯片）。机械臂将它们从两侧移进移出，放置在贯穿于整个无尘室的悬挂单轨（这张照片上没显示）。
另外2800个前置式晶圆传送盒可以存放于主无尘室下面的一层。现代无尘室中的每一台机器都围绕300毫米的硅芯片设计和制造。新一代芯片将采用450毫米的硅芯片制造，从而实现更大的规模效益。但是，要与450毫米的硅芯片兼容使用，整个行业必须更换每一个设备零部件，所以，许多公司不愿作出这种调整也可以理解。一旦实现了这种过渡，这会是应用材料公司、英特尔、AMD等企业之间长期谈判的终结果。

9.零部件**制造
虽然电脑芯片仅相当于手指甲大小，但却由数亿个晶体管构成，而用于将这些晶体管连接于机器、再将机器与主板和剩余世界连接的配线更是像迷宫一般。芯片全部是用直径大约1英尺（约合30厘米）的圆形硅芯片制造，每个可以包含200个独立、但外形相同的处理器。由于偶尔会发生污染事件，虽然无尘室极为干净，制造商仍必须测试那些处理器的每一个零部件，以确保5亿个零部件（每个直径仅30至45纳米左右）在制造过程中不会出现任何瑕疵。所以，这类机器的成本高达数千亿美元，也就不足为奇了。一个可容纳数百台此类机器的成熟晶圆厂，建造成本达数十亿美元。2009年，全球半导体销量总额达2263亿美元，像英特尔这样的公司是世界上钱的企业之一。

10.技术人员休息时间
身穿防护服的工程师和技术人员在无尘室内工作，他们负责设计和监督机器内发生的过程。不过，一旦某个操作过程启动，它很大程度上属于自动化，工程师和技术人员此时就可以稍微轻松一下。穿上或脱下这种多层防护服，每次大概需要10分钟时间。虽然有经验的技术人员可以在几分钟内完成这一步，问题是你在无尘室一般只能呆上很短时间，所以说这个过程足够的繁琐。所以，技术人员在机器运行时通常不会走出无尘室，而是使用房间内的笔电处理其他事务。比如，分析数据，写报告，查看邮件。当他们做这些事情的时候，其实正用到在这样的无尘室内制造的芯片。

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