原文轉自：http://www.systhinker.com/html/85/n-21185.html
如果你想寫份郵件，檢索一下網頁的數據庫，傳輸一段720p的小貓視頻，或以60幀每秒的速度再現爆炸場面，首先必須得有臺電腦。
若要構建一臺電腦，你還得設計和製造出微小的處理器來，這些處理器必須能快速運算隱藏在數字行爲背後海量的離散計算步驟，其運算速度要達到每秒30億次。
其實歸根結底，你還是需要去美國應用材料公司（Applied Materials）購置一套芯片加工設備，應用材料公司是半導體工業設備的主要供應商之一。
應用材料公司的機器會對硅晶圓（如下圖所展示的英特爾硅晶圓）進行一系列的處理：絕對真空，化學腐蝕，高能等離子體撞擊和強烈的紫外線輻射等等，經過數百道分散的加工步驟以後，硅晶圓纔會被打磨成CPU、存儲芯片和圖形處理器。
這些加工過程對人體的危害很大，因此大多數工作都在密封室中進行，機械手臂會把晶圓從一個加工區移到另一個加工區。機器本身也是被置於潔淨室中，潔淨室中的淨化空氣（以及全身裹得嚴嚴實實的員工）使空氣污染降至最低。要知道，你頭髮上的一粒灰塵就足以將一塊價值500美元的CPU變成廢品，因此這些高科技公司都非常希望能將這種損失降到最低。
《連線》最近探訪了應用材料公司位於加州聖克拉拉（Santa Clara）的梅登技術中心（Maydan Technology Center），這是一家最先進的無塵中心，應用材料公司專門在此開發和測試其加工機器。
3600平方米的超淨工作區和一塊足球場差不多大，被分割成三個大區，每塊區域中都塞滿了應用材料公司價值數百萬的機器，機器旁邊擺滿了管道、管線、配件、裝滿腐蝕化學品的儲罐、工具箱和架起的巨大硅晶圓。進入工作區以前，你必須穿上特製的工作服，戴上面罩和護目鏡，雙層手套和鞋套。甚至連記者用來記錄的筆記本也不準帶進去，公司的工作人員給我們每人發了一本潔淨室專用的筆記本和鋼筆，都是包在收縮膜中經過特殊淨化過的。
這裏並不是製造工廠，潔淨室只是用來模擬機器的生產環境，在新工藝和工序投入實際生產線之前對其進行徹底檢驗。因此，它等同於爲我們提供了一次極爲難得的機會，去一睹尖端半導體的生產過程。
圖片來源：Intel
光掩膜（Photomask）
芯片製造的核心工藝是光刻技術（lithography），它類似於絲網印刷，後者是將油墨通過絲模壓到棉質T恤上，而光刻技術是利用透過玻璃光掩膜的紫外線輻射到包裹着光阻劑（photoresist）的硅襯底上。
紫外線的照射會化學性弱化光阻劑，並在硅襯底的表面留下圖案。晶圓再經過化學浸浴，利用腐蝕劑去蝕刻暴露出來的硅基質，同時那些覆蓋有光阻劑的區域依然完好無損。
去除光阻劑以後，其他機器會在蝕刻痕跡中填入各種各樣的材料，如銅或鋁，它們是構成處理器的組件之一。
上圖顯示的即爲一塊光掩膜，它上面印的圖案會被印到晶圓上。
沉積，蝕刻，再重複
晶圓被送到製造區以後還需要進行250道不同工序的加工，這些工序包括不同材料的膜沉積，和將沉積膜蝕刻成晶體管和銅線的形式。
上圖中的右圖是一臺應用材料公司生產的Endura機械系統。Endura平臺是一種模塊化的可配置系統，用來在晶圓上沉積金屬和金屬合金。用用材料公司的工作人員告訴我們，過去20年所出產的每塊芯片都用到了Endura平臺。
左圖是一套Applied Tetra III高級掩膜蝕刻系統，如果掩膜板製造商要開發和生產45納米的掩膜，就必須得使用這套設備。
應用材料公司現在正在致力於開發和測試新型的製造設備，因此他們在相關研究上投入了鉅額資金。2009年，公司在研發上的支出爲9.34億美元，佔其銷售收入的20%。
目前最先進的芯片製造工藝爲30納米，這意味着芯片元件的平均尺寸爲300億分之一米。
芯片製造商們現在致力於製造更小的22納米芯片。
某些芯片元件的深度比其寬度要大得多——某些時候，深度與寬度之比達到了60比1，這種要求增加了加工的難度，它意味着蝕刻系統必須以極高的精度在硅晶圓上製造出極深極狹窄的納米級溝道來。
光刻室沐浴在黃色的燈光中，以避免對光掩膜中使用的紫外線造成干擾。
極度真空
上圖中，一位技術員正在Endura系統的觸摸屏界面上進行操作。
右邊是一臺大型的鍍銀泵，用於在機器內部創造真空——其真空度會低至10的負12次方個大氣壓（相比之下，地球上方200公里處，即航天飛機所在位置的真空度才達到10的負10次方個大氣壓）。
無金屬過程
圖中這臺Centura機器右側的銀色金屬裝置是一臺分批裝載機，用來給堆積的晶圓迅速減壓，再把它們送入機器進行加工。
綠色的“非金屬添加工具（metal free tool）”標誌意味着硅晶圓必須得經過這臺機器的處理以後，才能去添加銅質電路。銅是一種污染物，會對非金屬加工過程造成混亂，因此用於添加銅質電路的機器需要被仔細的隔離。
前開式標準晶圓盒（FOUP）
過去幾十年，隨着晶圓尺寸的不斷增加，芯片製造商們可以利用單片晶圓上製造出更多的芯片。2000年，半導體工業的晶圓標準被定爲300毫米。
爲了簡化運輸和儘可能降低被污染的風險，芯片製造商利用“前開式標準晶圓盒”即所謂的FOUP來搬運晶圓。每個無塵超淨的晶圓盒中可放置25塊硅晶圓。
FOUP可以對接在大多數應用材料機器系統的前端，機器可以將晶圓一片片的吸進去，自動進行加工。
自動操作和存儲
裝滿硅晶圓的FOUP重量可達9公斤，因此自動化操作就成了潔淨室設計的一項重要內容。
應用材料公司的潔淨室利用高架的機械單軌來搬用FOUP。在上圖中的密封室中貯存着700個FOUP（共有17500塊晶圓），需要使用時，機械手臂會將晶圓盒從架子的任意一端移出，放到高架的單軌（圖中未顯示）上，由單軌輸送至目的地。
另有2800個FOUP被存儲在主潔淨室的下方。
現代潔淨室中的所有機器都是用來製造300毫米硅晶圓的。下一代的芯片將利用450毫米的硅晶圓進行生產，面積的擴大將會產生更多的規模效益，但同時也意味着芯片製造公司需要對所有的機器設備進行調整，因此很多公司不願接受新標準也在情理之中。
應用材料、因特爾、AMD和其他相關公司正在進行曠日持久的談判磋商，一旦協商成功，這種轉變將不可避免。
精密製造業
電腦芯片只有指甲蓋般大小，卻包含了數以百萬計的晶體管，而將這些晶體管連接到其他工作單元、主板和電腦其他部分的線路更是不計其數。
它們都集中在一塊直徑爲30釐米的圓形硅晶圓上，每一塊這樣的晶圓可以被做成200塊各自獨立且完全相同的處理器。
雖然潔淨室異常乾淨，但污染還是避免不了，製造工人需要對每一塊處理器進行測試，確保包含在其中的5億個元件不會出現工藝缺陷，這些元件的尺寸只有30至45納米。
所以說，這些形態各異的機器每臺都價值上千萬美元（其實大多數都在幾百萬左右）也不足爲奇了。一家成熟的芯片生產企業通常擁有上百臺這樣的機器，總價值將近幾十億美元。
然而，如此鉅額的費用在那些財大氣粗的企業看來不過爾爾。2009年，全世界半導體產業的銷售額爲2263億美元，像因特爾這樣的行業巨頭一直躋身於世界上最賺錢的企業行列。
片刻休憩
在潔淨室中全副武裝的工程師和技術人員負責設置和監視機器內部的加工過程。但是機器一旦開動，基本上是全自動化的，除非需要進行人工檢修。undefined
光是穿上或脫下這一套多層的防護服就花費了我們十分鐘的時間，一般有經驗的工人幾分鐘就搞定了。而在潔淨室中，更是麻煩不斷，一般人只能在裏面呆一會兒。undefined
當機器在運行的時候，潔淨室中的工作人員會利用筆記本乾點別的，如分析數據、寫報告和收發郵件什麼的。undefined
其實他們電腦中所用的芯片當初也是從這樣的車間被打磨出來的。