牛奶姐姐 足交 当代晶圆厂，是如何出身的

1970 年，比尔·哈丁 (Bill Harding)遐想了一条全自动晶圆坐褥线，该坐褥线可在不到一天的时刻内坐褥出集成电路。这一方针不仅在 54 年前是果敢的，即使在今天价值数十亿好意思元的晶圆厂中也号称果敢，因为先进集成电路的制造时刻以周而不是天来计较。那时牛奶姐姐 足交，诸如迅速存取存储器芯片之类的集成电路往往需要经过数十个手动工作站，在一个月内走走停停地坐褥出来。

那时，哈丁是位于纽约州东菲什基尔的 IBM 制造究诘小组的司理。他将带领一个如今实在无东谈主认知的、旨在完结其愿景的技俩，该技俩被称为 SWIFT 技俩。要完结如斯惊东谈主的短盘活时刻，需要一定的自动化水平，而这只消通过集成电路坐褥线打算的范式调节才能完结。哈丁和他的团队作念到了这少许，他们取得的率先最终将响应在环球半导体行业。SWIFT 的好多冲破性窜改如今在高度自动化的芯片制造厂中已司空见惯，但 SWIFT 令东谈主难以置信的短盘活时刻从未被极度。

SWIFT 平均需要 5 小时才能完成其制造工艺的每一层，而最快的当代晶圆厂每处理一层需要 19 小时，行业平均时刻为 36 小时。尽管现在的集成电路剿袭更多层构建，晶圆尺寸更大（小比萨饼大小），而且处理过程也更复杂，但这些成分并不可弥散弥补差距。哈丁的自动化坐褥线如实相当快。

半导体制造宣言

我（指代本文作家，下同Jesse Aronstein）第一次遭受哈丁是在 1962 年，那时我本以为这是临了一次。那时 IBM正准备坐褥其首台全固态计较机System/360。此次会面有些险峻。当我演示如何自动批量处理未封装的袖珍半导体芯片进行测试和分类时，他对我吼谈：“这到底有什么用？”

威廉·E·（“比尔”）·哈丁是一位窜改念念想家和发明家。1961年， IBM 新斥地的零部件部门斥地时，他也曾在 IBM 工作了三年，从事半导体极度制造本领开发。哈丁成为新部门的中层司理，负责开发和坐褥制造 System/360 固态设备和电路模块所需的设备。

动作 IBM 司理，他有点按凶恶。但关于一个在纽约布鲁克林长大、在乔治·S·巴顿将军的第全军入伍时间在二战中三次受伤的东谈主来说，这也许是料到之中的事。战后，哈丁取得了数学和物理学学士和硕士学位，并成为 IEEE 会员。

1961 年，我加入 IBM，之前在通用电气从事火箭发动机开发工作。和那时的大渊博工程师不异，我对半导体制造一无所知。五年前，我参加了一门真空管电子学课程，辅导将晶体管描写为“一种实验室奇不雅，可能长久不会有任何成就。”

SWIFT 技俩占据了 IBM 宽敞的东菲什基尔半导体工场 310 号楼的一小块空间（图中黄色部分）

每次我和哈丁再见，他按凶恶失仪的行径都会表露出来。淌若他也曾上过 IBM “魔力学校”（料理培训），那也看不出有什么光显的凭证。尽管如斯，他如故收效完成了任务。到 1964 年，System/360 的固态逻辑模块从位于东菲什基尔一个前农场的零部件部门新工场流出。

1970 年 7 月，在完成三年的究诘生学习后，我回到了 IBM。在学习中断之前，我担任了四年的一级司理，不想再从事料理工作。我想要一份隧谈的本领劳动，于是我加入了 East Fishkill 的制造究诘 (MR) 小组，但愿能得到这么的工作。

其后我和哈丁又有了交加。1970 年 8 月中旬，他成为 MR 的高管。在此之前，他花了一年时刻制定 IBM 公司畴昔制造和使用 超大畛域集成电路(VLSI) 的企业计策。他被任命为 MR 的负责东谈主，以诠释其制造理念的可行性。

MR 召开了一次职工大会，通知了料理层变动。在先容之后，哈丁描写了他对畴昔 VLSI 应用和制造的看法。以下是他的主要不雅点：

VLSI 电路将基于场效应晶体管本领（那时双极结型晶体管占主导地位）；

无缺点的高产量至关紧迫；

制造业将弥散自动化；

每次处理一块晶圆可取得最好效果；

较短的盘活时刻将带来紧迫的公正；

通过复制收效的坐褥线，产量将会扩大。

教训讲座已矣后，哈丁从辅导变成了率领官，就像巴顿将军不异。MR 的惟一职责是展示哈丁的想法，与该方针不符的正在进行的技俩将被滚动到 IBM 的其他地点或被放弃。MR 将诠释不错构建一个自动化系统，每天处理梗概 100 个晶圆，一次一个，产量高，盘活时刻为一天。

什么？我没听错吧？从裸晶圆到制品电路，一天的盘活时刻等于咱们现在所说的“登月谈论”。记着，那时往往需要一个多月的时刻。他是负责的吗？

哈丁知谈这在表面上是可行的，他决心完结它。他声称，淌若原型实验 IC 打算大略在一天内而不是几个月内坐褥出来，IBM 将领有巨大的竞争上风。他但愿电路打算师在将数字描写提交给坐褥线后的第二天就能领有可测试的电路。

哈丁立即在 MR 里面组织了一个设备组和一个工艺组，并任命我负责料理设备组。我不想再当司理了。现在，我免强成为了二级司理，负责为一条尚未细则的坐褥线开发统统的加工和晶圆处理设备，而我那时实在还莫得驱动遐想这条坐褥线。我联想中的究诘工作只捏续了一个多月。

Walter J. (“Wally”) Kleinfelder调入 MR 负责料理工艺组。他们会采用要制造的产物并界说制造工艺——获取空缺硅片并在其名义高产地构建集成电路所需的化学、热和光刻要津的详实规则。

克莱因费尔德采用了迅速存取存储器芯片 IBM RAM II 进行演示。该产物在东菲什基尔现场坐褥，因此咱们领有制造该产物所需的一切，并根据现存的非自动化坐褥线评估咱们的已矣。

IBM 的 SWIFT 试点晶圆厂领有一辆单轨“出租车”

集成电路制造开端需要在硅片名义的安妥位置制作晶体管和其他元件，然后通过添加一层经过采用性蚀刻的铝薄膜来创建所需的布线图案，从而将它们聚首在沿路。这种导体薄膜被称为布线层或金属化层。

IC 制造使用光刻本领来创建制造 IC 所需的多个层，每个层都有私有的图案。这些层包括金属布线层，如今，一个先进的芯片可能有十几个金属布线层。在这些要津中，晶圆上的金属层涂有感光光刻胶材料，然后将图案的图像曝光在其上。将要酿成导体的区域挡住光泽。图像显影后，从曝光的图案区域去除光刻胶，使这些区域大略被酸蚀刻。其余名义仍受到耐酸光刻胶的保护。蚀刻完成后，去除剩余的保护光刻胶，只留住所需图案的布线层。

SWIFT 技俩概览

Project SWIFT 坐褥线基于五个“区域”。每个区域都是一个闭塞的汽车大小的机器，在光刻掩模图案曝光之间本质统统工艺要津。除了第一和第五个区域外，晶圆参加一个区域时，光刻胶已曝光，准备显影；离开该区域时，光刻胶已清新，准备进行下一次图案曝光。出租车将单个晶圆从一个区域运输到光刻图案曝光站，然后按规则运输到下一个区域。

WIFT 坐褥线由三级截止系统截止。最高层由一台 IBM 1800 计较机负责总体料理。它与五个加工区的每个截止器进行通讯，加工区内有加工和晶圆处理子区，其中一些子区有我方的截止器。

IC 工艺还使用光刻本领在硅片上制造晶体管和其他元件。在此，绝缘层上蚀刻出启齿，通过这些启齿不错将微量的特定杂质注入纯硅的裸露点中，以改变电气性情。坐褥 RAM-II IC 需要使用四种不同的图案进行四次单独的光刻操作：三种用于制造晶体管和其他元件，一种用于制造金属布线层。这四种图案必须弥散对王人才能收效制造芯片。

光刻可是，这仅仅 IC 制造过程的一部分。在现存的坐褥线上，处理 RAM-II 晶圆需要数周时刻。但原始处理时刻（晶圆在各式热、光刻、化学和千里积站本体处理的时刻）不到 48 小时。晶圆的大部分时刻都花在恭候下一个工艺要津上。淌若晶圆从一个要津快速阐明到下一个要津，则不错省去某些要津，尤其是化学清洗。

克莱因菲尔德的团队负责细则哪些要津不错不详，哪些要津不错加快。最终的原始工艺时刻不到 15 小时。然后， 我的化学设备开发司理Maung Htoo负责测试提出的工艺。他的团队将直径 1.25 英寸的晶圆放入“锅碗瓢盆”实验室设备中，对其进行评估和纠正。正如预期的那样，简化的门径在梗概 15 小时内收效坐褥出工作电路。

自动化系统架构得以完结。最初遐想是一系列相接的机器，每台机器本质过程的一步，就像汽车安装线不异。但必须辩论到设备停机时刻，以进行看守性爱戴和故障维修。这是通过插入短期存储“缓冲区”来完结的，这些缓冲区可在必要时将晶圆暂时存储在工艺链中的给与点。

这一工艺链见解因与光刻图案成像 计议的辩论而进一步被颠覆。那时，光刻胶在晶圆上的曝光往往通过访佛于影相往来印刷的工艺完成。光刻掩模极度于影相底片，当曝光光刻胶时，光泽会穿过光刻掩模。掩模上的任何缺点或颗粒都会导致芯片上出现相应的缺点，在清除个位置，一派又一派晶圆。

东菲什基尔光刻小组开发了一种非往来式 10:1 放松 步进叠加图像投影仪。不错将其视为一种摄影幻灯片投影仪，可产生放松的图像，其中包含芯片上单个层的图案。然后，它“步进”穿过晶圆，一次曝光一个芯片位置。相干于往来式掩模，步进式光刻机对颗粒混浊的明锐度更低，因为任何杂散颗粒的暗影尺寸都会放松 10:1。其他上风包括更高的光学分别率和更长的掩模寿命。

但是，由于速率较慢，因此需要多台步进机才能达到产量方针。为了在每个晶圆上完结最好图案瞄准以完结屡次图案曝光，需要将晶圆送回清除台步进机，以对工艺链中的每一层进行曝光。这么不错摒除因机器之间的轻捷各异而引起的图像失简直影响。然后，构建 RAM-II 电路需要晶圆四次单独前去其指定的步进机。这将线性序列分为五个区段。单轨“出租车”会将晶圆从一个处理区段运输到其指定的步进机，然后再复返将其运输到下一个区段。

遐想将五个区域中的每一个区域都打算成一个闭塞空间，其中包含完成该工艺链部分所需的统统自动晶圆加工和处理设备。区域闭塞空间和滑行舱的打算将为晶圆提供洁净室质料的局部环境。在区域闭塞空间内，晶圆往往会平直从湿化学模块传送到袖珍熔炉，再传送到光刻胶应用模块，临了传送到滑行舱的取件口。举例，在湿化学模块内，晶圆将接受清洁、光刻胶显影和去除、蚀刻等门径。

整条坐褥线的截止将分三个眉目完成。统统这个词坐褥线料理、纪录保存、滑行物流和过程监控将由中央计较机系统处理。每个区域均有专用截止器，负责料理区域内的晶圆物流，并将晶圆流量和处理数据反馈给中央系统。每个区域外壳内的各个处理和晶圆处理模块将根据需要领有我方的专用截止器，以进行零丁扶持和爱戴。

最终成立完成后，咱们的 RAM-II 芯片自动化演示线将由五个部门、一辆出租车和一个光刻图案成像中心构成，全部由计较机料理。哈丁接任六个月后，MR 驱动打算和建造本体系统。

豪恣的中层司理从文体中寻找灵感

哈丁往往前去位于纽约州阿蒙克的 IBM 总部，陈述阐明、央求资源、反驳挑战，并劝服高层带领，这笔钱是对畴昔的考究投资。这是一项凄沧的任务。他每周召开的冗长的职工会议时时响应出他所承受的压力。他会就他知谈咱们知谈的事情发表言反正传，讲寓言故事，并进行类比。

那时，我并莫得领略到他正在诈欺职工会议来制定和完善阿蒙克演示的想法。他详实到了咱们的反应，并相应地调解了他的演示想法。他向高层带领的演示相当有用。在技俩捏续约三年的时刻里，MR 取得了开发、打算、构建和运营统统这个词系统所需的统统资金和支捏。

在一次职工会议上，哈丁高声朗诵了海伍德·布朗的短篇演义《The 51st Dragon》，以强调称号或标语激勉东谈主们完结不可能的力量。虽然，他的不雅点是，咱们需要为这个技俩起一个相当好的名字。最终采用了“SWIFT”。哈丁一直坚捏以为这不是一个缩写词，但东谈主们仍然以为它是“半导体晶圆集成工场本领”(Semiconductor Wafer Integrated Factory Technology)的简写。

SWIFT 的加工和晶圆处理设备弥散由 IBM 的零部件部门定制打算。主要打算方针是自动、一致、均匀地处理晶圆，并保捏晶圆清洁无损。晶圆处理实验选出了最清洁、最和睦的本领。处理设备的打算想法是撑捏晶圆，而不是收拢晶圆。一种新颖的晶圆处理器诈欺晶圆上方的气流将其抬起，而无需物理往来，收效地应用于一些晶圆传输动作。

SWIFT 处理设备的“清洁而和睦”打算有一个例外。位于佛蒙特州伯灵顿的零部件部门料理层向 Harding 施压，条款其使用他们开发的“气轨”晶圆运载设备。该设备诈欺气流来耕种和挪动晶圆，就像空气曲棍球比赛中的冰球不异。Harding 需要伯灵顿的捏续支捏，因此他下令在 SWIFT 中使用一些气轨设备。尽管晶圆混浊和可靠性问题尚未措置，但 Harding 如故这么作念了。

另一项从上至下的敕令解释了为什么 SWIFT 最终剿袭两种不同类型的部门截止系统 - 这与考究的可儿戴性打算以火去蛾中。咱们打算了一个定制截止器，并建造了五个单位（每个部门一个），这时总部条款咱们剿袭新发布的 IBM System/7，它是故意为工场设备和过程截止应用开发的。毕竟，淌若 IBM 自己不在我方的先进坐褥线上使用计较机，潜在客户会想“为什么不呢？”但淌若 SWIFT 使用 System/7，而且该技俩被诠释是收效的，它将有助于销售 System/7。因此，关于这五个部门，SWIFT 最终剿袭了四个定制截止器和一个 System/7。两种类型都运行考究。

设备可靠性是 SWIFT 的致命缺陷。为了完结高可靠性和易于爱戴，某些机制和控件被范例化以供统统这个词系统使用，而且采用它们是因为可靠性和节略性，而不是新颖性或优雅性。举例，不雅察系统运行的东谈主会详实到好多动作所以缓和的平滑要津而不是单一的横向挪动完成的。这一性情的背后是节略、坚固且可靠的 日内瓦驱动器的平常使用，它最初是几个世纪前为钟表开发的，但现在适用于必须平滑且在端点精准锁定的线性和旋转通顺。日内瓦驱动器的输入轴每往往截止动弹一次，就走一步。长横向挪动需要轴动弹屡次，从而导致奇怪的通顺。

另一项简化波及旋转晶圆，以离心形势散播液态光刻胶，然后滴在晶圆中心。在现存坐褥线中，“失误的旋转速率”往往被以为是光刻胶计议晶圆加工不对格的原因。通过用同步疏通电机驱动 SWIFT 的旋转器，旋转速率不再是变量，这些电机由 60 赫兹疏通电源锁定为 3，600 rpm，就像驱动留声机转盘不异。无需速率截止器。通过调解其余变量（温度、粘度和/或旋转时刻），可完结所需的光刻胶膜厚度。临了，通过摒除四个单独的速率截止器，系统可靠性得到了提高。

跟着 SWIFT 从逸想见解发展到本体硬件实施，Harding 调解了 MR 的组织结构，并取得了支捏团队的配合。他确保他的职工领有完成工作的资源，并不错专注于技俩。我驱动钦佩他的组织智力以及从公司里面挑选和招募顶尖东谈主才的智力。

哈丁斥地了一个小组来开发 SWIFT 的主截止系统，该系统监控每个晶圆在各个区域挪动时的程度。该本质截止系统 (ECS) 基于 IBM 1800。每个晶圆都有一个序列号，并在坐褥线的每一步都进行追踪。ECS 存储和监控每个晶圆的加工参数，检测并快速豪迈不对格情况。它的打孔卡和磁带盒以今天的范例来看似乎有些过期，但它是晶圆坐褥线坐褥截止和监控方面的一项首要率先。

他还把由 Sam Campbell 料理的统统这个词姿首部门从 IBM Endicott 滚动到了 East Fishkill。Campbell 的部门随后为 SWIFT 开发了首创性的及时现场过程截止面目。

半导体制造业顷刻的一世却留住了捏久的遗产

建造并测试了熔炉和化学处理器的模子。东菲什基尔制造工程集团的Robert J. Straub部门打算并建造了这些部门以极度中的加工设备模块。哈丁请来Bevan PF Wu料理坐褥线的安装、调试和运行。跟着设备和设施在 SWIFT 专用的 4，000 平方英尺空间中合并，Rolf H. Brunner负责吴的安装、启动和调试，他曾料理过大部分部门打算以及真空金属千里积设备的开发工作。

统统这个词过程中只消一个操作莫得弥散自动化。晶圆瞄准以将图案曝光在光刻胶上仍然需要检修有素的操作员。SWIFT 的最终版块既有 10:1 光学步进机，也有 1:1 往来式掩模机，但事实上，大渊博芯片都是用 1:1 机器坐褥的，因为这么产量更高。

到 1973 年底，IBM 总部也曾信服晶圆加工的全自动化不错收效。因此，这一方针被动作新晶圆加工线的主要方针，用于坐褥 IBM 下一代计较机“FS”（畴昔系统 ）的电路。拟建的新坐褥线被称为“FMS”（畴昔制造系统），SWIFT 改名为“FMS 可行性坐褥线”。

Bevan Wu 收效地料理了坐褥线的完工、试运行、东谈主员培训以及设备、工艺和门径的纠正。他使坐褥线达到坐褥 IBM 产物电路的水平。该系统在 1974 年中期至 1975 岁首进行了五次连气儿运行。在运行时间，他的团队分析了已矣并实施了纠正。最长的连气儿运行捏续了 12 天。晶圆产量平均为每天 58 片晶圆，是其打算最大值的 83%。从裸晶圆输入到可测试电路输出的平均盘活时刻约为 20 小时。原始处理时刻为 14 小时。最终产量与 East Fishkill 的传统 RAM-II 坐褥线有史以来的最好产量捏平。

IBM 环球各地共有 135 名本领东谈主员、工程师和料理东谈主员接受了系统操作培训，坐褥出 600 个产等第晶圆，其中包含 17，000 个 RAM-II FET 内存芯片。

但就像他的二战率领官巴顿将军不异，哈丁被绕往时带领“大戏”——对哈丁来说，等于创造新的 FMS 自动化坐褥线。他放弃了料理劳动道路，被耕种为 IBM 院士，这是公司中最高的非料理级别。

FMS 可行性坐褥线（最初称为 SWIFT）于 1975 岁首进行了临了一次连气儿运行。它也曾完成了方针。现在需要它的东谈主员匡助创建 FMS 坐褥线以坐褥 FS 计较机。但在 1975 年晚些时候，FS 技俩被取消，FMS 变得过剩。一部分运往 FMS 的设备成为了 East Fishkill 的 QTAT（快速盘活时刻）坐褥线，这是 IBM 的一项首创性效力，比其鲜为东谈主知的前身 SWIFT 技俩更令东谈主记起。

尽管 SWIFT 的寿命很短，而且从未成为世东谈主温顺的焦点，但它的繁密窜改在现在的半导体工场中明晰可见。与 SWIFT 不异，这些工场高度自动化且由计较机截止；领有中央传输系统和“伯努利”处理器，诈欺气流耕种晶圆而无需物理往来；在氧化物或金属膜酿成后立即涂上抗蚀剂；使用步进机进行光刻图案曝光；并剿袭及时过程截止。统统这些都是 50 年前 SWIFT 技俩的冲破性性情。

在 Harding 部属为 SWIFT 工作三年的资格对我来说是一次转念。一驱动的惊惧最终化为钦佩。我驱动以为 Bill Harding 是一位真确的天才，他有我方的私有之处。在他私有的料理作风的激勉和支捏下，一小群敬业的东谈主取得了远超任何东谈主最初遐想的成就。致使超出了咱们我方的设想。

咱们以为行业中的第一批成就者是其发明的当代体现的“父亲”。东谈主们往往这么称呼爱迪生、贝尔、福特和莱特兄弟。从这个道理上讲，威廉·E·哈丁赫然是当代、自动化、价值数十亿好意思元的工场之父。

参考贯穿

https://spectrum.ieee.org/semiconductor-fabrication牛奶姐姐 足交