Внутри Intel - 2

В прошлом номере я начал рассказывать о поездке в Ирландию, которую Intel устроила для двенадцати восточноевропейских журналистов. Представители компании рассказали о том, что будет делать Intel в следующем году (в двух словах: Pentium II), а также провели нас по заводу, где выращиваются процессоры и собираются материнские платы. Вам хотелось бы узнать, как делается процессор, который, скорее всего, установлен у вас в компьютере? Мне - хотелось, и поэтому я с интересом внимал рассказам инженеров и рассматривал то, что мог углядеть через стекла "чистых комнат первой категории", куда нас, грязных, естественно, не пускали. Но сначала обо всем по порядку.

Рано утром нас, полусонных, загрузили в автобус и повезли на единственный в Европе завод Intel, который находится от Дублина в нескольких километрах. Билл Гейтс не назвал бы Дублин европейским городом, так как щитовой рекламы на улицах почти нет. А вот движение там очень оживленное, к тому же левостороннее, от чего первое время испытываешь внутренний дискомфорт. Утром и вечером на дорогах образуются пробки, по протяженности напоминающие московские, а по медленности продвижения - даже их превосходящие. Может быть, поэтому, а, может быть, из-за тяги к здоровому образу жизни местное население очень любит велосипеды. Крутят педали все - от школьников до бабушек. На стоянке велосипеды обыкновенно приковываются цепями такой толщины, что они наводят на мысль о корабельных якорях. Медленно продвигаясь по узкому шоссе, мы, наконец, добрались до широких и плоских заводских корпусов. Intel был inside.

С высоты птичьего полета завод напоминает большую материнскую плату (фото 1). Он представляет собой два отдельных предприятия - ESSM (European Site for System Manufacturing), на котором собираются системные платы, и Fab 10, где выращиваются процессоры Pentium, чипсеты и другие полупроводниковые элементы. Закончено строительство еще одного корпуса - Fab 14, где в 1998 году начнется производство процессоров по новой, 0,25-микронной технологии. На Fab 10 пока еще используется технология 0,6 Мкм.

Если сказать, что Fab 10 обрабатывает вафли, это будет правдой. Именно так, "wafer", называется кремниевая пластина, на которой выращиваются полупроводниковые элементы. Хотя на русский "wafer" в данном контексте переводится как "кремниевая подложка", я все-таки буду называть ее "вафлей". Она представляет собой тонкий отполированный диск диаметром 20 см (фото 2) и толщиной 1-2 мм, полученный путем распиливания цилиндрического монокристалла. Кто делает для Intel кремниевые пластины, мы так и не узнали. Представители компании сказали лишь, что таких поставщиков несколько и они разбросаны по всему миру.

После вводных слов нам выделили гида и провели на производство. Сердце завода составляют те самые "чистые комнаты первой категории", о которых я упомянул вначале. "Первая категория" означает, что воздух в этих комнатах должен быть в 1000 раз чище, чем в операционной. Это значит, что на кубический метр может приходиться не более 30 частиц размером не более 0,2 Мкм. Это приблизительно эквивалентно одной горошине на 12 кубических километров. Поэтому даже во время сооружения чистых комнат воздух в них уже фильтруется. В окончательной фазе строительства рабочие уже должны надевать скафандры. Кроме того, работе прецизионного оборудования не должны мешать никакие вибрации, ведь отклонение на долю микрона уже чревато браком. Поэтому на заводе в 70000 кв. м. все направлено на обеспечение стерильности и покоя в чистых комнатах, площадь которых в десять раз меньше. Чтобы погасить колебания, исходящие от мощного вентиляционного оборудования, чистые комнаты имеют независимую систему "подвески". Воздух, поступающий с улицы, должен пройти через систему фильтров, которые улавливают все носящиеся в воздухе видимые и невидимые частицы: пыльцу, споры, микробы и т. д. По системе воздуховодов он непрерывно поступает в чистых комнатах с потолка (еще один фильтр) и отсасывается через решетчатый пол. Весь объем помещений обновляется десять раз в минуту, однако ветра, как уверили нас, внутри нет. Поскольку "отработанный" воздух все равно чище, чем на горных вершинах, он возвращается обратно через систему рециркуляции. А чтобы никакая пылинка не залетела через гипотетическую щель, внутри комнат поддерживается небольшое положительное давление.

Но больше всего грязи приносят, конечно же, люди. За один наш чих в воздух вылетает около миллиона мельчайших капелек. Любая из них, попав на будущую микросхему, произведет эффект дерева, обрушившегося на провода. А ведь кроме капелек, есть еще чешуйки кожи, волос, косметика и ворсинки с одежды. Вот почему каждый, прежде чем войти в чистую комнату, должен одеть: хлопковые перчатки, резиновые перчатки, специальные носочки, ботинки, шапочку для волос, шапочку для бороды (если таковая имеется), маску с фильтрующим аппаратом, что-то наподобие шлема и комбинезон из особой ткани (фото 3). Некоторые детали этого костюма одноразовые, некоторые - подвергаются чистке каждые три дня. Человечков из рекламы Intel в серебристых и, тем более, малиновых скафандрах увидеть на заводе не удалось. Наверное, "задор MMX" в процессоры добавляли где-то в другом месте. Вообще, в зоне изготовления процессоров стараются обойтись минимальным присутствием человека. Все, что возможно, делают роботы. Пластиковые контейнеры с "вафлями" перевозят специальные тележки, скользящие под потолком по монорельсу.

Грубо и приближенно процесс изготовления транзистора выглядит следующим образом. На поверхности "вафли" выращивается изолирующий слой диоксида кремния. Затем его покрывают светочувствительным составом. Все это накрывают маской, в которой образы будущих полупроводниковых элементов оставлены прозрачными. Этот "бутерброд" (раз уж пошли гастрономические термины) экспонируют под ультрафиолетом. Те места фотоэмульсии, на которые попал свет, становятся растворимыми и смываются. Обнажившийся слой диоксида кремния подвергается травлению. Все эти операции проводятся в помещениях с желтыми лампами, дабы лишние кванты света не испортили картину.

После этого на поверхность вафли с помощью тех же процедур маскирования и травления наносят проводник - полимерный кремний. Затем основу "вафли", кристаллический кремний, через "окна" в защитном слое диоксида насыщают различными добавками, изменяющими его полупроводниковые свойства. Эта операция называется легированием. Еще несколько операций, и на кристалле образуются миниатюрные транзисторы, которые теперь нужно соединить друг с другом. В качестве проводника используется алюминий, который образует с кремнием хороший электрический контакт. Сетку из миниатюрных "проводов" наносят с помощью тех же операций маскирования-травления. Теоретически для того, чтобы получить доступ к любому транзистору (у каждого из них три вывода - исток, сток, затвор), достаточно сделать разводку в два слоя. Правда, в таком случае к некоторым элементам придется добираться уж очень кружным путем. Поэтому для упрощения схемы таких слоев делается больше - четыре или пять. Каждый слой заливается жидким стеклом, после чего становится похож под микроскопом на холмистую местность. Чтобы вернуть желаемую гладкость, поверхность стекла полируется. Как и в других операциях, здесь необходима крайняя точность: недополируешь - останутся неровности, переполируешь - обнажится проводник. Слои то - микронные.

В общем, число слоев на "вафле" достигает двадцати. В своем изготовлении она проходит около 300 технологических процессов, некоторые из них длятся несколько часов. Неудивительно, что полный цикл обработки продолжается около двух месяцев. Конечно, такое производство должно быть насквозь компьютеризировано. Мониторы и клавиатуры были неотъемлемой принадлежностью каждого агрегата. Путь каждой "вафли" по конвейеру индивидуально отслеживается и контролируется в базе данных. Запросив ее, можно получить справку о любом кусочке кремния не только на Fab 10, но и на других предприятиях Intel. Я поинтересовался, что представляют собой центральные компьютеры, и на каких процессорах они работают. Неужели на Intel? Мне ответили, что это Unix-серверы, в которых установлены, по всей видимости, процессоры компании Digital. В качестве же рабочих компьютеров по большей части используются PC. Естественно, с процессорами Intel.

На одной "вафле" я насчитал более 150 процессоров - квадратиков величиной с ноготь. Тонкие полоски между ними не пропадают впустую. На них располагаются проверочные транзисторы. Вообще, на заводе существует несколько этапов тестирования, начиная от оптического контроля поверхности пластины и кончая проверкой уже готовых процессоров. Индивидуальному тестированию процессоры подвергаются, еще будучи неразделенными на "вафле". Специальный аппарат тестирует чипы, переходя от одного к другому. За это на заводе его называют стэппером. На процессоры, не прошедшие проверку, стэппер наносит жирную черную точку и они автоматически выбраковываются, когда вафля разрезается алмазной пилой. Резка выполняется не на Fab 10, а в другом месте (где, нам не сказали), затем процессоры возвращаются назад для корпусирования. Корпус защищает микросхему от влаги, грязи, механических повреждений и, в то же время, помогает рассеивать тепло. Готовый процессор затем подвергается новой серии тестов.

Бродя по территории Fab 10 и слушая объяснения экскурсовода, я ощущал нечто важное, что проходило рядом, за армированными стеклами чистых комнат, но мимо меня. По словам нашего сопровождающего, некоторые экземпляры оборудования стоят несколько миллионов долларов. Для людей же, которые работали там, все это было уже рутиной. Оно и неудивительно: конвейер быстро отбивает чувство новизны. Рабочие (на 95% ирландцы) работают на заводе посменно. Смена длится 12 часов. Три дня работы, четыре дня отдыха, потом наоборот - четыре дня работы, три - отдыха. Как распределяются дневные и ночные смены я не выяснил, но работа предприятия не прекращается ни на минуту. С одним исключением. Раз в году, на Рождество, завод останавливается на несколько дней.

По Библии, трудящийся достоин пропитания. Начальная зарплата работника составляет около 20 тыс. ирландских фунтов в год (около 30 тыс. долларов). Но это не все. Доплаты, премии и прочие вознаграждения дают еще 60% прибавки к основной зарплате. Есть желание получать больше - иди учись, Intel обеспечивает такую возможность. По местным меркам, деньги неплохие и молодежь охотно приходит на фабрику. Дольше нескольких лет, однако, на конвейере обычно не задерживаются. Уйдя с завода, многие возвращаются обратно, уже в новом качестве. Всего на производстве процессоров и материнских плат занято 2800 человек, обслуживающий персонал составляет еще около 800. В 1998 году, когда откроется производство на Fab 14, потребуется еще около 2000 рабочих рук. Наверное, Intel придется делать тогда еще одну стоянку для машин и велосипедов, так как уже имеющиеся не смогут вместить весь транспорт сотрудников. Дорогу к заводу, видимо, тоже нужно будет расширить.

Производство материнских плат, в отличие от процессоров, было более осязаемо и реально. Нас даже пустили к самим производственным линиями, предварительно обрядив в белые антистатические халаты и защитные очки. Раньше на ESSM собирались, наряду с материнскими платами, и целые компьютеры, но сейчас эта часть завода закрыта на реконструкцию.

Всего на ESSM работают шесть линий по производству материнских плат. Процесс начинается с покрытия поверхности печатной платы припоем. Он представляет собой оловянно-свинцовую пасту. Покрытая припоем плата попадает в станок, звуком и скоростью своей работы напоминающей автомат Калашникова. Он с умопомрачительной быстротой устанавливает на плату мелкие элементы - резисторы, конденсаторы и т. д. Таких "автоматов" несколько, и "стреляют" они деталями все большего калибра, вплоть до микросхем.

Затем плата проходит через инфракрасную печь, где припой плавится и закрепляет детали.

Более крупные компоненты: коннекторы, гнезда и т. п. вставляются вручную. Эту работу обыкновенно выполняют симпатичные девушки (фото 4). Затем плата проходит над волной припоя, который по застывании прочно держит все детали на местах. После этого "мамки" тестируются (опять-таки вручную) и упаковываются (автоматически). В конце каждой линии накапливались упаковки коробок: из серого картона (для OEM) или ярко раскрашенных (для розничной продажи).

Как и в любом сложном производстве, не обходится без брака. К неисправным платам на заводе индивидуальный подход. Большинство поддается ремонту - достаточно заменить одну неисправную деталь или исправить дефект пайки.

Конвейер движется непрерывно, останавливаясь лишь в исключительных случаях. Один из таких случаев произошел как раз во время нашего визита. Что-то случилось в одном из главных компьютеров, обслуживающих производство, и все шесть линий одновременно встали. Однако менее чем через час все было налажено, и платы продолжили свое движение по конвейеру. Инженер, который сопровождал нас, сказал, что часто проводит экскурсии типа нашей, но такое случилось первый раз.

Осмотр завода заканчивался, и нас вежливо попросили покинуть ESSM. Неловко повернувшись, я неожиданно ощутил чувствительный укол в грудь. Оказалось, что укололо меня острие значка "AMD K6", который валялся у меня в кармане и про который я совсем забыл. Конкуренция продолжалась на уровне неодушевленных предметов.