中國政府"十三五"規劃草案，經濟發展目標包括半導體等先進產業及在晶片材料、機器人、航空設備和衛星的次世代領域成為世界領先，研發經費將達GDP2.5%。

那么半導體是怎么制造出來的？這里我們并不是探究從沙子到芯片的過程，而是聚焦于半導體生產制造的環境和生產設備。

半導體芯片的生產通常要經歷以下過程：

半導體芯片生產工序

這些高端精細的制備過程對芯片的生產環境和設備要求是極高的，這些機器設備會令硅芯片（如英特爾硅芯片）遭受超強真空處理、「化學浴」浸泡、高能等離子體加工、紫外光照射等一系列步驟，同時還要使硅芯片經過數百個制造階段，從而將它們變成CPU、存儲器片、圖形處理器等。我們以美國應用材料公司的梅坦技術中心半導體生產環境和制備設備為例。

1.無塵室

在進入研究中心以前，必須穿上防護服，戴上面具、護目鏡、兩幅手套以及將鞋完全套住的塑膠袋。這里不是生產車間，相反，這個無塵室只是模擬了晶圓廠的環境，應用材料公司的設備將在這種環境下使用，以便公司及其客戶可以測試新技術和新工藝，然后真正將它們推向生產線。

2.玻璃光掩膜

芯片制造的核心技術是平版印刷（光刻），這種技術就像是絲網印刷，只不過不是通過絲制模板將墨滾壓至棉T恤上，而是通過玻璃光掩膜，使紫外光照射表面涂有光刻膠（一種有機化合物）的硅襯底上。在紫外光照射穿透的地方，光刻膠的化學特性會被削弱，使硅芯片表面留下圖案。接著，硅芯片會被送入一個「化學浴室」，在暴露在外的硅襯底上蝕刻溝槽，同時光刻膠覆蓋的區域不會受到任何影響。在去除了光刻膠以后，其他設備會用各種材料填補溝槽，比如用于制造處理器零部件的銅或鋁。此圖顯示的就是光掩膜，上面印有將打印到硅芯片上的圖案。

3.技術一流的機器設備

隨著硅芯片被送進制造車間，它將經過多達250個不同步驟的處理。這些步驟包括給各種材料覆上一層薄膜，接著蝕刻以制成晶體管和銅線。右圖是Endura機器。Endura平臺是一個模塊化、可配置系統，用于將金屬和金屬合金安裝到硅芯片。左圖則是TetraIII先進掩膜刻蝕系統。世界各地所有的掩膜制造商都利用這套系統開發和生產直徑為45納米的掩膜。

4.平板印刷室

根據現階段的技術發展水平制造的芯片直徑是30納米，也就是說，芯片零部件的平均尺寸大概是300億分之一米。芯片制造商目前正在開發直徑22納米的芯片設計，這會使得芯片零部件的尺寸更小。有些零部件的厚度遠遠超過寬度，有時，這一比例達到60比1，進一步增加了芯片制造的難度。因為這意味著蝕刻系統必須能以納米刻度，以超高精度在芯片上刻下極深、極窄的溝槽。平板印刷室里面點著黃色的燈，避免光掩膜與紫外線相互干擾。

5.極端真空狀態

技術人員在Endura系統的觸摸屏界面上工作。圖為大型銀泵，用于在機器內產生極端真空狀態——低至10-12個大氣。相比之下，距地面124英里（約合200公里）的高空（航天飛機飛行軌道所在位置）的氣壓為10-10個大氣。

6.前置式晶圓傳送盒

過去幾十年，用于制造芯片的硅芯片在尺寸上穩步增加，使得制造商可以在每張盤上集成更多的芯片。從2000年開始，硅芯片直徑的行業標準一直為300毫米。為簡化傳送過程，將污染的風險降至最低程度，晶圓廠會充分利用前置式晶圓傳送盒（簡稱FOUP）。每個前置式晶圓傳送盒可以在無菌的清潔環境下放置25個硅芯片。接著，機器吸入里面的硅芯片，一個個地自動快速加工。

7. 高度自動化

放滿硅芯片的前置式晶圓傳送盒很重，大約為9公斤，自動化就成了無塵室設計的重要部分。無塵室有一條自動化懸掛單軌，可將前置式晶圓傳送盒從一處輸送至另一處。在照片中顯示的密封房間內，最多可以放置700個前置式晶圓傳送盒（可裝1.75萬個硅芯片）。機械臂將它們從兩側移進移出，放置在貫穿于整個無塵室的懸掛單軌（這張照片上沒顯示）。

另外2800個前置式晶圓傳送盒可以存放于主無塵室下面的一層。現代無塵室中的每一臺機器都圍繞300毫米的硅芯片設計和制造。新一代芯片將采用450毫米的硅芯片制造，從而實現更大的規模效益。但是，要與450毫米的硅芯片兼容使用，整個行業必須更換每一個設備零部件。

8．零部件精確制造

雖然電腦芯片僅相當于手指甲大小，但卻由數億個晶體管構成，而用于將這些晶體管連接于機器、再將機器與主板和剩余世界連接的配線更是像迷宮一般。芯片全部是用直徑大約1英尺（約合30厘米）的圓形硅芯片制造，每個可以包含200個獨立、但外形相同的處理器。由于偶爾會發生污染事件，雖然無塵室極為干凈，制造商仍必須測試那些處理器的每一個零部件，以確保5億個零部件（每個直徑僅30至45納米左右）在制造過程中不會出現任何瑕疵。所以，這類機器的成本高達數千億美元。一個可容納數百臺此類機器的成熟晶圓廠，建造成本達數十億美元。