CPU:er till datorer tillverkas i gigantiska halvledarfabriker, som är ett mönster av renhet. När kretsarna har detaljer i storlek med 15 nanometer kan en enda dammpartikel på en mikrometer betyda kassation. Renare än i Intels Fab 24 i Leixlip på Irland kan det knappast bli här på Jorden. Större delen av fabriken är ett renrum i klass 10, alltså med inte fler än 10 mikrometerstora partiklar per kubikfot. Det är renare än i världsrymdens vakuum.
Epitetet ”monster” i rubriken valde jag av kostnadsskäl. Fabriken har kostat 4 miljarder Euro att uppföra! Det är drygt 42 miljarder kronor och med bred marginal den dyraste och mest komplexa fabrik som finns på hela Irland.
Halvledartillverkning är lika delar storindustri och hemlighetsmakeri. På fabriken råder det fotoförbud eftersom bara en skylt, en vy av en bildskärm eller liknande, kan ge konkurrenterna en aning om hur Intel arbetar. Man får inte ens återge fabrikatet på utrusningen i skrift. Att få tag i en wafer visade sig vara helt omöjligt. Det skulle kunna avslöja för mycket (fast konkurrenterna kan kanske köpa en färdig CPU?). Så många tillverkare av till exempel steppers och liknande kritiska maskiner finns det dock inte i världen, det handlar i princip om Nikon, Hitachi och Agilent.
Av denna anledning kontaktades Nils Nordell, föreståndare för Electrumlaboratoriet vid KTH, som stått för många av processbilderna. Man ska ha klart för sig att det Intel gör med automatiserade processer, med robotar och små järnvägar i taket, gör man för hand på Electrumlaboratoriet, varför maskinparken är en annan, men processerna och metoderna är desamma. Det är till och med bättre med handmanövrerade ugnar och etskammare, för då kan man komma i närheten och ta bilder. De hypermoderna maskinerna är bara släta, vita fronter. Intel introducerar hela tiden nya sätt att göra gropar i kislet, mindre gropar, nya dopningsmaterial osv, men tillverkningsprocesserna förblir mer eller mindre desamma.
Magiska namn
Fab 24 byggdes i Leixlip 2004, med en tillbyggnad 2006 kallad Fab 24-2. Fabriken består mer eller mindre bara av renrum, med en total yta på 20.400 kvadratmeter och har cirka 4500 anställda. Dessutom finns 200 anställda på Intel Communications Europe i Shannon där man utför produktutveckling inom Intels grupp för kommunikationsprodukter.
Fabrik 24, varför heter den så? Det är bara ett löpnummer. Det finns betydligt fler fabriker än så världen över. Första fabriken i Kalifornien, byggd för 40 år sedan, kallades Fab 1 och sedan fick de heta 2, 3, 4, 5 osv. På två andra ställen på området finns till exempel fabrikerna Fab 10 och 14 och efter ett tag fick man alltså Fab 24 också. Då kom Intel på att man kanske skulle behålla entalssiffran låst för varje land. Nästa fabrik i Irland kommer alltså att få nummer 34. I Arizona heter de 12, 22 och 32 och i Israel 8, 18 och 28 osv. Den nyaste fabriken i Kina heter (ologiskt) Fab 68 av rent vidskepliga skäl, eftersom kineserna har en stark tro på numerologi och 68 är ett turtal.
Fabrikerna på Irland är kritiska i Intels nätverk av halvledarfabriker. De har den största produktmixen och hanterar för närvarande fler än 65 olika produkter. Här produceras både flashminnen och logikkretsar. Fabriken arbetar med kiselbrickor (wafers) på 300 millimeters diameter (”12 inch technology”) med både 90 och 65 nanometers ledarbredder. Fab 24 är en av Intels mest avancerade fabriker där man tillverkar de allra senaste mikroprocessorerna.
En fabrik i genomskärning
En halvledarfabrik är som en rymdstation med ett rent utrymme för det allra heligaste och dubbelt så mycket utrymme för stödfunktioner. Renlighet är av yttersta vikt och hela produktionsutrymmet (”the clean room level”) är ett renrum av klass 10, alltså renare än i världsrymden. Hela ”fabriksgolvet” och taket är perforerat för att luften, som är förorenad med ångor av syror och lösningsmedel. ska kunna passera tvärs igenom. Luften renas i en filteranläggning på vinden (”the filter level”), blåser igenom produktionsutrymmet och ned i golvet, upp genom maskinutrymmet (där ingen någonsin går) och upp på vinden igen.
Maskinerna befinner sig i ett annat utrymme än människorna, inneslutna i stora lådor för att inte få in damm. Det är bara en del av maskinens front som sticker ut i korridorerna för att kunna laddas med kiselskivor.
Fab 24 är inte organiserad på något särskilt sätt utan alla maskiner är uppställda för att spara golvutrymme maximalt. Det skulle vara meningslöst att försöka bygga en struktur på fabriksgolvet som följer processen, eftersom kiselskivorna vandrar fram och tillbaka mellan de olika maskinerna väldigt många gånger under de 30 dagar det tar att göra en krets och samma maskin återanvänds flera gånger eftersom processen är mycket repetitiv.
Allt stödmaskineri för avjoniserat, hyperrent vatten för sköljning, förvaring av flourvätesyra med flera starka syror för våtetsning och vakuumpumpar står i källaren. Tillverkningsmaskinerna arbetar med 50 nanometers precision, alltså mindre än en ljusvåglängd i violett ljus, så det går inte att ha dem stående på samma golv som människor går på. Därför har de ben (styltor) som går igenom hål i golvet och står på det stabila undergolvet (”the stilt level”, stylt-våningen). Detta är direkt förbundet med berggrunden.
Wafrarna transporteras mellan maskinerna på en liten järnväg som löper i taket, i förslutna kassetter kallade FOUP (Front Opening Unified Pod). En fylld FOUP väger 13 kilo och innehåller 25 wafers och det är inte absolut säkert att en människa kan bära och vända den på ett helt säkert sätt. Därför är det säkrare att robotar gör det.
Den kan inte bäras tillförlitligt av en människa. Skulle någon tappa den skulle kisel för 25 miljoner dollar bli förstört.
Förr i tiden blåste man bara ut den förorenade luften genom höga skorstenar, men det är det sedan länge slut med. Den förbrukade luften passerar genom scrubbers, vattenavskiljare, där alla rester av lösningsmedel och syror fångas, innan luften blåses ut i omgivningen.
Renast i världen
Jämfört med ett operationsrum på ett sjukhus med sina 10.000 partiklar per kubikfot är renrummet i Fab 24 ett under av renhet och sterilitet. Det smutsigaste där inne är människorna. Det är inte så att jobbarna har kanindräkterna (Intel-jargongen är faktiskt ”bunny suits”) på sig för att ämnena de hanterar är så farliga, utan för att det farligaste som finns där inne är partikelspridaren människan. En oskyddad nysning i ett av rummen skulle kunna stoppa produktionen. Att ta med sig frukostmackor in på arbetsplatsen är helt uteslutet och skulle man vilja gå ut och ta en rök är man oanvändbar den närmaste timmen efteråt.
Om någon absolut måste nysa gäller regeln att man ska lägga sig på golvet och nysa i luftutloppet. Det enda som är tillåtet inne i renrummen är att dricka en smula vatten, och muggar och vatten förvaras i hyperblanka, rostfria skåp längs väggarna. Problemet om man går ut ur ett renrum är att man måste göra ”de-suit” och därefter ”suit-up” igen när man ska in och fortsätta jobba, och det kan ta en halvtimme.
Man får givetvis inte gå in i renrummen som besökare utan leds längs en korridor med fönster in mot tillverkningsutrymmena.
När en reparatör ska in och fixa en maskin går det inte heller att bära med sig verktyg hur som helst. Verktygen måste tas in genom särskilda luckor där partiklarna blåses av.
Varför det gula ljuset? Det är för att inte exponera fotoresisten när belagda wafrar transporteras.
På de ställen där man inte hanterar resistbelagda wafrar, har man inte heller något gult ljus.
