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マイクロプロセッサーができるまで

マイクロプロセッサーは、地球上で最も複雑な集積回路のひとつです。マイクロプロセッサーの中には、スイッチの役割を果たす何億個ものトランジスターが組み込まれています。このような膨大な数のトランジスターを親指の爪ほどの面積に作り込んでいくのが最先端の半導体製造技術です。ここでは、原料となるシリコンからマイクロプロセッサーができあがるまでの流れを解説していきます。

> はじめに:マイクロプロセッサーの土台と製造環境
> 前工程:ウエハーの表面にマイクロプロセッサーの回路を作り込む
> 後工程:プロセッサー・ダイを切り出してマイクロプロセッサーを作る

マイクロプロセッサーができるまで
 
 
マイクロプロセッサーの土台となる高純度シリコンのウエハー
 

マイクロプロセッサーの回路は、シリコンでできたウエハーと呼ばれる薄い円板の上に作られます。シリコンは、土や砂に多く含まれる成分で、地球上では酸素に次いで 2 番目に多く存在する元素です。ウエハーのもとになるシリコンは、硅石 (けいせき) と呼ばれる鉱物から作られます。鉱山から掘り出された原石は、化学的な方法によって何度も繰り返し精製され、99.999999999 % (イレブンナイン) にまで純度が高められます。
マイクロプロセッサーの土台となる高純度シリコンのウエハー しかし、この時点ではまだ原子同士がバラバラに並んだ多結晶の状態ですので、マイクロプロセッサーの土台として使用できません。そこで、多結晶シリコンを高温のるつぼで溶かし、原子同士がきれいに並んだ単結晶のシリコンを作り直します。このときに作られる円柱状の大きなシリコン棒をインゴットと呼びます。さらに、インゴットは厚さ 0.5 mm ほどに薄く切り出され、ウエハーができあがります。ウエハーは直径が 200~300 mm ほどの薄い円板で、この表面に数多くのマイクロプロセッサーの回路が作り込まれます。

 
マイクロプロセッサーはクリーンルーム内で製造される
 
マイクロプロセッサーはクリーンルーム内で製造される

最新のマイクロプロセッサーで採用されている半導体製造技術は、インフルエンザ・ウイルスの直径 (約 100 nm) よりも小さな線を引くことができます。マイクロプロセッサーの微細な回路にとって、大気中を漂うホコリはもちろんのこと、人間の目に見えない微粒子や細菌でさえも回路を破壊する大きな原因となります。

このため、マイクロプロセッサーは空気が非常にきれいなクリーンルームの中で製造されています。また、クリーンルーム内では人間の手がほとんど介在しないように、コンピューター制御によるロボット装置が多くの作業をこなします。さらに、これらの装置を遠隔操作したり、動作状況を監視したりしているスタッフも、クリーンスーツと呼ばれる防塵服で頭からつま先までを完全に覆ってから作業します。マイクロプロセッサーの製造に求められる空気の清浄度とは、これほどまでに究極的なのです。

 

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