次微米之旅

從西元一九五八年，世界第一顆積體電路(IC)在美商德州儀器公司的達拉斯實驗室問世開始，這種利用「開」與「關」、「通電（導）」或「絕緣（不導）」為區隔，讓電流在經過設計的各式矽晶板電路迷宮裡「按圖遊走」的小東西──半導體，就成了全球產業界矚目的焦點。

正如同神經傳導物質在人類腦中的神經網絡遊走，人腦就能記憶、選擇、運算，甚至聽、說、讀、寫，從事種種有「智慧」的行為一樣，電流在電路裡遊走，功能也可以無限衍生：

它能讓耶誕卡一打開就唱起聖誕歌、讓電動玩具裡的飛彈一逮到機會就摧毀超人、讓冷氣有著睡眠時定時定溫的功能，更可以讓辦公桌上的電腦一次處理上百萬筆資料而毫無倦容。半導體是高科技智慧產業的「腦」，被喻為「高科技神燈裡的精靈」。

不過，半導體雖然藏身你我身邊，天天為你我效命，但一般對高科技「過敏」的使用者，對它的了解可能幾近於零。

業績壓力無所不在，洗手換裝、進入潔淨室前，別忘了抬頭看看今天的產能目標！（邱瑞金）

半導體？IC？

「半導體是一種關鍵零組件，日常生活中主要是用在資訊業（電腦、掃瞄器等）、消費性電子工業（全彩動化電視機、微電腦家電產品等），以及通信業（大哥大、無線電話等）三大產業，也就是所謂的3C，」資策會資訊情報中心主任黃欽勇解釋。不過，矽晶圓的領域不斷擴展，機器廠房的自動化設備、國防、運輸等，也在急速成長中。

資訊業是目前半導體的主要應用領域，大約用掉全球近三分之一的半導體。尤其台灣以資訊業見長，去年台灣消耗的半導體，高達八成是用在資訊業中。

如果以產品種類來分，半導體可以分為「積體電路」、「分離式元件」和「光電半導體」；其中又以「積體電路」為代表，獨佔去年全球一千四百多億美元半導體市場的百分之八十七，然而新興的光電半導體，潛力同樣不容忽視。

目前國內的光電半導體──主要是具有高解析度特質的液晶顯示器──還在起步階段，因此提到台灣蓬勃的半導體工業，嚴謹一點的人總會婉轉糾正，「與其說『台灣半導體工業』，不如說『台灣積體電路(IC)工業』！」

積體電路也罷、光電半導體也罷，既同屬半導體，製造原理其實大同小異。而「半導體精靈」附身在一粒粒呈方格狀的晶片(Chip)中，一粒粒晶片再整齊排列在直徑四、五、六、或八吋不等的晶圓(Wafer)上。參觀打造八吋晶圓的次微米工廠，則是一趟奇幻旅程。

進入次微米工廠是件大事，單看洋洋灑灑的「注意事項」，就令人不由得神經緊繃：先是女性訪客不要化妝，五彩粉塵飛落會大大斲傷電路的流通度；還有參觀前請先上好廁所，否則只好像裡面的員工「排班出來解決」。

進入潔淨室前，要用「比蒸餾水還純淨」的水洗三次手，再從真空包中取出連身無塵衣、套上只露出兩眼的無塵帽，穿上高過小腿肚的靴狀防塵鞋，密密實實地把自己包裹起來；口鼻呼出的熱氣，在緊扣著鼻樑的兩層口罩加溫下，馬上使眼鏡蒙上一層霧氣。連筆記用的紙，都是難得一見的長纖紙，為的是避免紙張纖維掉落。

極小空間，魔力無限

進入潔淨室內，一座座大型機組排排放置：「離子濺鍍機」先將矽晶圓片的表面鍍上一層金屬薄膜、「黃光室」則是利用曝光原理，將光罩上的圖案曝在金屬薄膜上；接著進入蝕刻過程，將多餘的金屬面侵蝕、洗淨、固定刻痕，留下呈一格格連鎖方格狀的電路圖形。

定義圖形、曝光、蝕刻、固相，週而復始，每一道手續都要重複二十多次，每次在晶片上刻下不同的電路圖，經過五十多天的精雕細琢，一片攜帶著數百粒記憶體晶片、閃動著神秘折射光的八吋晶圓，才算大功告成。

其後又是一連串測試、切割與封裝的過程，最後一粒粒晶片被包裹在一個個四方黑硬殼裡，殼旁還伸展著許多與其他線路連接的「腳」，成了我們一打開電腦就可以看到的，在主機板上的一顆顆「積體電路」。

儘管絕大部分的製程都在厚實密閉的機器中進行、在電腦上操做監控，晶片不會暴露在空氣中，不過潔淨室的防塵措施仍是不能鬆懈。

從腳底往下看，高達一層樓的高架地板下，風管密布，用漏斗迴風原理，吸進潔淨室空間中的任何微粒；訪客在這裡不敢隨意走動（會揚起灰塵）、不敢擠在一處（粉塵密度會上升），甚至不敢咳嗽，就怕電影《桃色機密》裡，男主角因「空氣潔淨度下降」而險遭高科技公司炒魷魚的一幕在此翻演。

奇怪的是，「比外面空氣乾淨一千倍」、連濾過性病毒都難以存活的潔淨室空氣，並不令人心曠神怡，反倒待不了多久就隱隱泛起氣悶頭暈之感，這才佩服每天在這裡一待就是十二小時的線上作業員們。

「黏」與「不黏」的奧祕

在這國內第一座次微米工廠裡，生產的是積體電路產品中，應用量最大的「動態隨機存取記憶體」(DRAM)。潔淨，是它的生命所繫。為什麼？

帶著訪客參觀的世界先進積體電路公司製造部組長胡呈祥解釋，所謂「次微米」，就是形容0.5微米（一微米為百萬分之一公尺）以下的寬度。若以人類髮絲直徑七微米為標準，「次微米」遠遠小於一根髮絲的怳壑坐@。

這樣肉眼不能見、甚至無從擬想的寬度，就是晶片電路圖上兩條金屬線路間的最小距離（線距）；「要黏，又不能太黏，」胡呈祥點出次微米製程的難處。

「要黏」，指的是線距極端貼近，因此可以在小小一片長寬高各約二公釐、一公釐、0.5公釐、光滑如鏡的晶片上，疊床架屋地，反覆堆疊出二抴X層立體空間，每一層還密密麻麻刻蝕著數百條線路。

這樣製成的一片16Mb DRAM（怳誚妐U位元的記憶晶片）威力驚人；以一個中文字佔用二個位元來算，可記錄幾百萬字，相當於一本大英百科全書。體積越來越小、密度越來越高的記憶體，正是讓電腦更輕薄短小、記憶容量更大的祕訣。

另一方面，線距極端細微，最怕的就是沾黏，一沾黏就有「短路」的可能。除了製程本身的疏失外，任何外來粉塵掉落，也都會導致線路沾黏，這顆價值約八美元的16Mb DRAM就無異宣告死亡。一片八吋晶圓，上面可以負載數百粒晶片，「良率」高低關乎獲利，也關乎榮譽，有時會是一個廠的最高機密。

精密的潔淨控制與品管過程，是「次微米工廠」身價昂貴的原因。簡單一點的電動玩具、音樂卡IC沒有那麼多線路，不用如此費心，只需要在一微米上下就可以做了。

不過，科技人挑戰極限的野心永無止盡。在目前0.18「深次微米」的技術尚未成熟、還不能進入大量生產階段之際，已有人預言，到了西元二千年，將會有以0.1微米為最小線距，製造抳鶡鴗(1G)記憶體的工廠出現。

到那時，「鉅觀的世界將建築在最微小的分子上」，人類的夢想，又將往前大幅推進。