インテルがCPUの製造方法を公開

あなたのCPUは砂から生まれました

砂。25%のケイ素を含む砂は、地殻において酸素に次いで2番目に豊富な化学元素です。砂、特に石英は、二酸化ケイ素（SiO2）の形で高い割合でケイ素を含み、半導体製造の基本原料となっています。

浄化と成長

原料砂を調達し、シリコンを分離した後、余剰分を処分し、シリコンは複数の工程を経て精製され、最終的に半導体製造品質、いわゆる電子グレードシリコンに達します。この純度は非常に高く、電子グレードシリコンには10億個のシリコン原子に対してわずか1個の異原子しか含まれません。精製工程の後、シリコンは溶融段階に入ります。この写真では、精製されたシリコン溶融物から1つの大きな結晶が成長する様子を見ることができます。得られた単結晶はインゴットと呼ばれます。

大きなインゴット

単結晶インゴットは、電子グレードのシリコンから製造されます。1インゴットの重量は約100キログラム（220ポンド）で、シリコン純度は99.9999パーセントです。

インゴットスライス

インゴットは次にスライス工程に移され、ウェーハと呼ばれる個々のシリコンディスクが薄くスライスされます。インゴットの中には、高さが5フィート（約1.5メートル）を超えるものもあります。必要なウェーハサイズに応じて、複数の異なる直径のインゴットが存在します。現在、CPUは一般的に300mmウェーハで製造されています。

ウェーハ研磨

切断されたウエハーは、完璧な鏡面になるまで研磨されます。インテルはインゴットやウエハーを自社で製造しておらず、サードパーティ企業から製造可能なウエハーを購入しています。インテルの先進的な45nm High-K/メタルゲートプロセスでは、直径300mm（12インチ）のウエハーを使用します。インテルがチップ製造を開始した当初は、直径50mm（2インチ）のウエハーに回路を印刷していました。現在、インテルは300mmウエハーを使用しており、チップあたりのコスト削減につながっています。

フォトレジスト塗布

上図の青い液体は、写真フィルムに使用されているものと同様のフォトレジスト仕上げです。この工程ではウェハーが回転し、均一に塗布された滑らかで非常に薄いコーティングを実現します。

紫外線への曝露

この段階では、耐光性仕上げに紫外線（UV）を照射します。UV光によって引き起こされる化学反応は、カメラのシャッターボタンを押した瞬間にフィルム素材に起こる反応に似ています。

ウェーハ上のレジストのうち、紫外線に照射された部分は溶解性を持つようになります。露光はステンシルのような役割を果たすマスクを用いて行われます。紫外線照射によって、マスクは様々な回路パターンを形成します。CPUの製造は、基本的にこのプロセスを何度も繰り返し、複数の層を積み重ねていくことで行われます。

レンズ（中央）はマスクの像を小さな焦点に縮小します。その結果、ウェハ上に焼き付けられた「プリント」は通常、マスクのパターンの線形の4分の1の大きさになります。

さらに露出

この写真は、トランジスタ1個を肉眼で見た場合の様子を再現したものです。トランジスタはスイッチとして機能し、コンピューターチップ内の電流の流れを制御します。インテルの研究者たちは、ピンの先端に約3000万個収まるほどの小型トランジスタを開発しました。

フォトレジスト洗浄

紫外線照射後、青色フォトレジスト部分は溶剤によって完全に溶解されます。これにより、マスクによって形成されたフォトレジストのパターンが現れます。この時点から、トランジスタ、相互接続、その他の電気接点の形成が始まります。

エッチング

フォトレジスト層は、エッチングで除去されるべきではないウェハ材料を保護します。露出した部分は化学薬品でエッチングされます。

フォトレジスト除去

エッチング後、フォトレジストが除去され、目的の形状が見えるようになります。