50年前的7月30日，時任仙童半導體公司總經理的羅伯特諾伊斯（Robert Noyce）提交了一份專利申請，宣佈可以利用平面製造工藝來生產半導體集成電路，這為全世界的半導體產業帶來了革命性的變化。1968年，諾伊斯同戈登摩爾（Gordon Moore）、安迪格魯夫（Andy Grove）一起創立了英特爾公司（Intel）。英特爾以41年持續不懈的技術創新，深深地影響了全球IT產業的發展進程，極大地改變了人們的工作和生活方式。1971年英特爾推出了世上第一款商用微處理器4004型號。它只有2250個晶體管，以10微米制程技術製造，其運算能力相當於世上第一部電子巨型機ENIAC，在當時被稱為“劃時代的產品”。2008年11月英特爾發佈Core i7處理器時，已經集成了7.31億個晶體管，採用45納米制程技術製造，能支持4核心8線程運算。從2000多到7億多個晶體管，進步的神速，不言而喻。

為紀念集成電路發明50週年，英特爾以“一粒沙、芯世界”（From Sand to Silicon）為主題，從英特爾Core i7的製煉過程，瞭解當今英特爾最先進的芯片製造工廠裡，如何製造一個含有多達7.31億個晶體管、基於45納米製程的處理器，其背後有著令人驚歎不已的複雜工藝和過程。50年來集成電路的演進過程，與摩爾定律有著驚人的一致。1965年摩爾第一次預言集成電路上的晶體管數目會以每年翻一番的速度增長；到1975年，考慮到電路板上空間的限制，他修正為集成電路上的晶體管數目將以每兩年翻一番的速度增長。摩爾定律指引了半導體行業，也指導了英特爾的技術創新──從微米到納米製程，從4位到64位微處理器，從硅技術、微架構到芯片創新。如果你以為製造火箭是世上最復雜的工程，那麼可能是你太輕視沙子了。電腦用的微處理器才是世上製造過程最復雜、最高科技的產品，不但要在納米級的微觀世界內製造，還得在全球最干凈的微處理器晶圓工廠，經過數百個步驟，才能製造成功。以下所展示的，僅僅是製造過程中的一些關鍵步驟而已，這已足以讓人嘆為觀止！

1.沙子
從沙子變成處理器，是世上最嚴峻、最復雜、最高科技的生產過程，難怪世上只有一兩家公司，掌握這種生產技術。半導體製造業的主要材料是以二氧化硅（SiO2）形式存在的硅元素，而沙子正好富含了二氧化硅。這正是沙子在陽光下閃閃發亮的原因。電腦處理器就這樣與自然界中最普通的物質建立了緊密的關係。

2.從硅熔體到電子級硅（EGS）（等級：約300微米或12寸）
製造處理器需要非常純凈的硅原料，因此沙子中的二氧化硅必須經過多次提煉，才能得到電子級硅，其純凈度：平均每10億個硅原子中，最多只能有一個雜質原子。

3.單晶硅錠
硅熔體經過多次提煉，就可得到大晶體，最後產生的單晶體叫做硅錠。每個硅錠的重量約100公斤，硅純度達99.9999%。

4.切割硅錠
圓柱形的硅錠被切割成單個硅晶片，由於形狀是圓形的，因此叫做“晶圓”或英文叫做Wafer。

5.晶圓
經過拋光後的晶圓，會如鏡面般潔凈平整、完美無瑕。英特爾會向其它廠商購買晶圓成片製造處理器。開始時是用50毫米（或2寸）直徑的晶圓，現在則使用直徑300毫米式，因此可調降成本。

6.涂光刻膠
在旋轉晶圓表面澆涂上抗光的光刻膠液，就像電影的底片或菲林一樣。旋轉方式澆涂，可使光刻膠層涂得非常薄且均勻。

7.紫外光照射
光刻膠層在紫外光照射下，會產生化學作用融化，就像按下相機快門一樣，菲林會產生化學反應。紫外光是通過刻蝕用的掩膜（上方）在處理器的各層（以紫外光）刻蝕出各種微型電路圖。基於掩膜的物理限制，無法雕刻出更細微的電路圖，惟有通過中間的鏡片來縮小電路圖，通常晶圓上的電路圖是掩膜的四分之一而已。

8.曝光（20至200納米等級）
用光刻技術，把一片晶圓切割成數百個微處理器。現在我們開始進入微觀的納米世界，只放大於處理器上的單個晶體管或微型部件。晶體管就像電源開關，控制著電腦處理器里電流的流動。英特爾已能研發出超微型的晶體管，小到一個針頭上就能放下大概3000萬個。

9.溶解光刻膠
曝光後，大部份光刻膠已被溶解掉，被掩膜擋著紫外光照射不到的地方，就留下了沒被融化的光刻膠組成的電路圖。

10.刻蝕
這些光刻膠會保護不該被刻蝕溶掉的材質，而那些暴露出來的地方叫被化學物質溶解掉。

11.清除光刻膠
刻蝕完成後，清除掉光刻膠，就看到所要的形狀了。

12.再涂上光刻膠
在藍色部份涂上光刻膠，曝光後，再洗掉被曝光的部份，剩下的光刻膠，將用來保護不需注入離子的部份材料。

13.注入離子
離子注入是制程工藝“摻雜”（Doping）的一種形式。這是通過各種化學雜質（即離子）轟擊硅晶圓表面的曝光區來改變此區內的硅導電方式。經過電場加速的離子束，射到晶圓表面的時速可高達30公里。

14.再清除光刻膠
完成離子注入後，再清除光刻膠。已被摻雜的材料（綠色部份），現在已被注入了外來原子。（注意，摻雜後顏色會出現些微變化。）

15.晶體管就緒
至此，晶體管已基本完成。在上面的絕緣層（紫紅色）上刻蝕3個孔，然後填滿銅，以便與其它晶體管連接。

16.電鍍
晶圓被放入硫酸銅液中，通過電鍍把銅離子沉積到晶體管上。銅離子是從陽極（正極）流向晶圓所代表的陰極（負極）。

17.電鍍完成
銅離子會沉積在晶圓表面，形成一片薄薄的銅層，連那3個孔也被銅填滿了。

18.拋光
打磨掉多余的材料。

19.建造金屬層
欲把不同的晶體管連接起來，需要建造多個金屬層。這些金屬層的連接方式，是因處理器的設計而異。電腦處理器看起來很平滑，其實可能包含了20多層復雜的金屬層電路。在顯微鏡下看，這些錯綜復雜的電路與晶體管網絡，就像高架天橋和高速大道系統一樣。

20.晶圓良品測試
這是對局部成品晶圓進行第一次功能測試。不同的測試模式會輸入到每個芯片，然後檢測芯片的輸出，並與“標準答案”進行核對。

21.晶圓切片
將晶圓切割成小片，也就是晶片。

22.廢棄有瑕疵的晶片
通過測試符合規定的晶片，才能進入封裝步驟。

23.單個晶片（10毫米或0.5寸）

這是經過切割出來的單個晶片。這裡展示的正式英特爾的Core i7晶片。

24.封裝
將襯底、晶片、散熱片整合一起，就成了一個完整的處理器。綠色的襯底是處理器的電氣與機械界面，負責與電腦系統其它功能組件連接與互動。上方銀色的散熱片，將安裝上散熱風扇（或其它散熱設備），在處理器運作時降溫。

25.處理器
這就是一顆完整的英特爾Core i7處理器。

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甚麼是納米Nanometer？ 納米（又譯奈米）Nanometer是一個長度的單位。1納米=1億分之1米，約為份子或DNA的大小，或是頭髮寬度的十萬分之一。納米結構的大小約為1~100納米，即介於份子和次微米之間。 納米科技涵蓋的領域甚廣，從基礎科學橫跨至應用科學，包括物理、化學、材料、光電、生物及醫藥等。在產業方面，納米科技已經被公認為21世紀最重要的產業之一。從民生消費性產業到尖端的高科技領域，都能找到與奈米科技相關的應用。例如有名的“蓮花效應”（Lotus effect）是指荷葉由於表面的納米結構，因而具有抗水防塵的自潔功能，這個特性能用來改善高科技的戰機雷達天線罩，也可以運用來生產自潔玻璃及納米馬桶等民生用品。