111 專技高考高等考試 化學工程技師 工業化學 考古題詳解

核心觀念

本題為標準的化工名詞釋義題，主要考核《工業化學》中涵蓋半導體微電子化學、高分子化學、無機材料化學（玻璃與陶瓷）以及石化合成氣化工（C1 化學）四大核心範疇的基礎觀念與工藝原理：

1. 微影製程化學：光阻材料感光前後的溶解度差異機制，以及圖案由光罩轉移至基材的製程步驟。
2. 高分子聚合機理：多官能基單體逐步反應並脫除小分子的機制，及其動力學與分子量成長特徵（Carothers 原理）。
3. 無機非金屬材料應力工程：玻璃經熱處理或離子交換形成的「表面壓應力／內部張應力」結構及其安全破碎機制。
4. 合成氣（Syngas）水煤氣轉化平衡與催化：可逆放熱反應的熱力學平衡限制、雙階工業反應器操作（HTS/LTS）與觸媒系統。

---

解題方法

申論名詞釋義題不可僅寫出一兩句白話翻譯，必須採取「工業製程定義 $\to$ 化學/物理機制 $\to$ 核心工藝步驟或化學反應式 $\to$ 工業應用與特徵」之四層結構作答，才能在專技高考中取得滿分：

• (一) 曝光顯影：明確定義「微影技術（Photolithography）」，區分正光阻與負光阻的化學轉變，並條列完整製程工序。
• (二) 縮合聚合：寫出官能基反應特徵與副產物副產小分子，列出經典實例化學式（如尼龍或 PET），並點出與加成聚合之關鍵差異。
• (三) 回火玻璃：以材料力學中的「殘留應力分布（表面壓應力、內部張應力）」解說增強原理，說明物理熱淬火法與破碎安全特性。
• (四) 水煤氣轉化反應：寫出平衡反應式與熱化學數據（放熱反應），並說明工業上為克服「熱力學平衡 vs. 動力學速率」矛盾所採用的高溫轉化（HTS）與低溫轉化（LTS）串聯配置。

---

名詞意涵詳細解析

(一) 曝光顯影（photolithography）

1. 定義與目的： 曝光顯影（微影技術）是半導體晶圓製造與微機電（MEMS）製程中，利用光化學反應將光罩（Photomask）上的微細幾何電路圖案精確轉移至基板表面光阻層（Photoresist, PR）的關鍵圖案化技術。
2. 核心製程步驟：

• 塗布光阻（Spin Coating）：將液態感光高分子均勻旋轉塗布於晶圓表面。
• 軟烤（Soft Bake）：蒸發溶劑，提高光阻膜附著力。
• 曝光（Exposure）：以紫外光（UV、DUV 或 EUV）透過光罩照射光阻，使受光區產生光化學反應。
• 顯影（Development）：使用顯影液（如 TMAH 鹼液）溶解特定區域的光阻，顯現圖形：
• 正光阻（Positive Resist）：受光區光阻分子鏈斷裂或官能基極性轉變（如鄰萘醌重氮化合物光解重排成茚羧酸），在顯影液中溶解度大增被洗去，留下未受光區圖案（圖案與光罩相同）。
• 負光阻（Negative Resist）：受光區光阻分子發生光交聯（Cross-linking）或光聚合，不溶於顯影液而保留，未受光區被溶解除去（圖案與光罩相反）。
• 硬烤（Hard Bake）：提升殘留光阻耐蝕刻性，作為後續蝕刻（Etching）或離子植入（Ion Implantation）之遮罩。

(二) 縮合聚合（condensation polymerization）

1. 定義與反應機制： 縮合聚合係指含有兩個或兩個以上活性官能基（如 $-\text{OH}$、$-\text{COOH}$、$-\text{NH}_2$、$-\text{COCl}$ 等）的單體分子，藉由官能基之間的重複縮合反應逐步鍵結成聚合物，並在此過程中伴隨脫除小分子副產物（如 $\text{H}_2\text{O}$、$\text{HCl}$、$\text{CH}_3\text{OH}$、$\text{NH}_3$ 等）的聚合反應。
2. 反應特徵：

• 屬於逐步生長聚合（Step-growth Polymerization），任何兩個單體、低聚物（Oligomer）或鏈長不同的分子均可相互反應。
• 依據 Carothers 方程式，數目平均聚合度 $\bar{X}_n = \frac{1}{1-p}$（其中 $p$ 為反應轉化率），高分子量必須在反應後期（轉化率極高，通常 $p > 99\%$）且化學計量比嚴格對稱時方能形成。
• 必須透過減壓或除水手段將小分子副產物自反應系統移出，促使平衡向右推進。

3. 代表性工業範例：

• 聚醯胺（Nylon 6,6）合成： $n\,\text{H}_2\text{N-(CH}_2\text{)}_6\text{-NH}_2 + n\,\text{HOOC-(CH}_2\text{)}_4\text{-COOH} \longrightarrow \text{H-}[\text{HN-(CH}_2\text{)}_6\text{-NHCO-(CH}_2\text{)}_4\text{-CO}]_n\text{-OH} + (2n-1)\,\text{H}_2\text{O}$
• 聚酯（PET）合成：對苯二甲酸與乙二醇脫水縮合。

(三) 回火玻璃（tempered glass）

1. 定義與增強機制： 回火玻璃又稱強化玻璃，係普通退火平板玻璃（Annealed Glass）經過受控的熱處理（物理回火）或化學離子交換處理（化學回火），使其在玻璃截面形成特殊殘留應力分布的高強度安全玻璃。
2. 物理熱回火原理：

核心觀念

本題評量環境化學工藝與大氣污染防制之核心觀念，重點包含：

1. 大氣光化學反應機制：一次污染物（氮氧化物 $\text{NO}_x$ 與揮發性有機物 $\text{VOCs}$）在紫外光（$h\nu$）驅動下，經自由基鏈反應生成二次污染物（臭氧 $\text{O}_3$、過氧硝酸乙醯酯 $\text{PAN}$ 等光化學氧化劑）。
2. 光化學平衡破壞（Leighton 循環）：純 $\text{NO}_x$ 系統中 $\text{O}_3$ 會被 $\text{NO}$ 滴定消耗；當 $\text{VOCs}$ 介入生成過氧自由基（$\text{RO}_2\cdot$、$\text{HO}_2\cdot$）後，將 $\text{NO}$ 氧化為 $\text{NO}_2$ 而不消耗 $\text{O}_3$，導致 $\text{O}_3$ 大量累積。
3. 毒理與人體危害途徑：強氧化性自由基與氧化劑對呼吸系統黏膜及眼部結膜之氧化壓力、細胞損傷與刺激性。
4. 大氣污染防制工程與法規策略：固定源與移動源前驅物（$\text{NO}_x$、$\text{VOCs}$）之源頭減量技術、管末處理工程及空氣品質管制策略（以命題當年民國 111 年《空氣污染防制法》管制架構為準）。

---

解題方法

本題屬申論題型，答題架構應緊扣「反應原理 $\rightarrow$ 生物效應 $\rightarrow$ 工程與管理防制」三階段層次：

1. 第一小題（10 分）：先給予精準嚴謹的學術定義，隨後列舉促成條件（前驅物、氣象條件），最後以標準自由基鏈反應步驟（引發、傳播、終止）列出關鍵化學反應方程式，展現化學工程專業背景之深度。
2. 第二小題（5 分）：分門別類針對「呼吸系統」、「眼部與黏膜」、「心血管與全身性效應」進行病理機轉說明，並明確指認各污染物（$\text{O}_3$ 與 $\text{PAN}$）的專屬特徵毒性。
3. 第三小題（5 分）：採用化工環境工程之經典分析架構「源頭減量 $\rightarrow$ 過程控制 $\rightarrow$ 管末處理 $\rightarrow$ 法規行政管理」，分別針對兩大前驅物（$\text{NO}_x$ 與 $\text{VOCs}$）提出具體可行的工程技術與防制策略。

---

選項分析

本題為申論問答題，無選擇題選項。計分重點在於化學反應方程式之推導完整度、形成機理之邏輯連貫性，以及工程防制策略之具體性與專業術語應用。

---

解題技巧

1. 化學方程式不可或缺：若僅以文字陳述「陽光照射汽車廢氣」，難獲高分。務必寫出 $\text{NO}_2$ 光解、氧原子與氧氣結合、Leighton 循環，以及自由基鏈反應式。
2. 區分一次與二次污染物：論述時明確點出 $\text{NO}$、$\text{NO}_2$、$\text{VOCs}$ 為一次污染物；$\text{O}_3$、$\text{PAN}$、醛類、酸霧為二次污染物。
3. 掌握氣象特徵：光化學煙霧好發於「夏季正午前後、高溫、強日照、低風速（靜風）、逆溫層」之大氣環境。
4. 防制策略需兼顧雙前驅物：解決方案不可單寫削減 $\text{NO}_x$ 或單寫 $\text{VOCs}$，應依據非甲烷碳氫化合物與氮氧化物比值（$\text{NMHC}/\text{NO}_x$）及 EKMA 經驗曲線之概念，並行提出移動源與固定源防制技術。

---

【答案】

(一) 何謂光化學煙霧？如何形成？（10 分）

1. 定義 光化學煙霧（Photochemical Smog）是指大氣中的一次污染物（主要為氮氧化物 $\text{NO}_x$ 與揮發性有機化合物 $\text{VOCs}$），在強烈太陽光（特別是波長 $\lambda < 420\text{ nm}$ 之紫外線）照射下，經一系列複雜的光化學自由基連鎖反應，生成以臭氧（$\text{O}_3$）、過氧硝酸乙醯酯（$\text{PAN}$）、醛類、硝酸霧滴等為主要成分的二次氧化性混合煙霧。外觀常呈現淺藍色至棕褐色霧霾，具強氧化性與強烈刺激性。

2. 形成條件

• 化學前驅物：高濃度的一氧化氮（$\text{NO}$）、二氧化氮（$\text{NO}_2$）及揮發性有機化合物（$\text{VOCs}$）。
• 光照與溫度：強烈日光照射（提供反應所需之光子能量）與較高之大氣溫度。
• 氣象與地形限制：逆溫層存在、低風速（靜風）或盆地地形，導致污染物於近地面聚集擴散不易。

3. 形成機制與反應方程式 光化學煙霧的形成主要由四個階段的化學反應推動：

• 第一階段：光解與臭氧生成循環（Leighton 循環） 燃燒排放的 $\text{NO}_2$ 吸收紫外光分解出具高反應活性之基態氧原子 $\text{O}(^3\text{P})$，進而生成臭氧： $\text{NO}_2 + h\nu \ (\lambda < 420\text{ nm}) \rightarrow \text{NO} + \text{O}(^3\text{P})$ $\text{O}(^3\text{P}) + \text{O}_2 + \text{M} \rightarrow \text{O}_3 + \text{M} \quad (\text{M 為第三相物體，如 }\text{N}_2\text{ 或 }\text{O}_2)$ 正常大氣中，生成之 $\text{O}_3$ 會與 $\text{NO}$ 迅速反應而被消除： $\text{O}_3 + \text{NO} \rightarrow \text{NO}_2 + \text{O}_2$ 在此純無機循環中，$\text{O}_3$ 處於動態平衡，難以大量累積。

• 第二階段：氫氧自由基（$\cdot\text{OH}$）引發與 $\text{VOCs}$ 氧化 大氣中微量水氣與激發態氧原子反應生成氫氧自由基（$\cdot\text{OH}$），$\cdot\text{OH}$ 攻擊碳氫化合物（$\text{RH}$）形成烷基自由基（$\text{R}\cdot$），再迅速與氧分子結合成過氧烷基自由基（$\text{RO}_2\cdot$）： $\text{O}_3 + h\nu \ (\lambda < 310\text{ nm}) \rightarrow \text{O}_2 + \text{O}(^1\text{D})$

核心觀念

本題測驗「煤炭熱裂解（乾餾）與碳化程序」在工業化學與冶金工程中的核心製程架構，涵蓋以下重點觀念：

1. 煤炭乾餾（Coal Carbonization）原理：煙煤在隔絕空氣條件下加熱至高溫（通常為 $900^\circ\text{C} \sim 1100^\circ\text{C}$），經歷乾燥脫水、軟化熔融、熱解產氣、再固化縮合形成具備高強度、多孔性之冶金焦炭（Coke）。
2. 副產物回收系統（By-product Recovery System）：由爐頂導出之粗煤氣（Raw Coke Oven Gas），透過冷凝、吸收、蒸餾等化工單元分離揮發份，回收燃料與化學品。
3. 煉焦環保工程（Coking Environmental Engineering）：高溫乾餾過程產生的多環芳香烴（PAHs）、粉塵、硫化物，以及含酚、氰、氨之高毒性煉焦廢水（酚氰廢水）之處理程序。

---

解題方法

1. 第 (一) 子題（程序架構，10分）：依化工廠典型「單元操作與程序」線性流程切入，分為「原料準備與調配 $\to$ 裝爐 $\to$ 高溫乾餾結焦 $\to$ 推焦與熄焦（濕熄／乾熄） $\to$ 篩分整形」五大階段，重點說明溫度區間與物理／化學變化。
2. 第 (二) 子題（副產物盤點，5分）：以氣液相冷凝分離程序分類，明確指出焦爐氣（COG）、煤焦油（Coal Tar）、粗苯（BTX）、氨及硫化產物之主成分與用途。
3. 第 (三) 子題（環境污染與防制，5分）：由「氣體污染物（含粉塵與逸散源）」與「液體污染物（煉焦廢水）」兩大主軸著手，分別對應具體的物理、化學、生物處理單元技術。

---

解題技巧

1. 階段化條列：第 (一) 小題切忌寫成流水帳短文，應按工序流程化列點；提及熄焦時，務必點出現代煉焦之關鍵技術「乾法熄焦（CDQ）」，展現熱能回收與低污染的專業深度。
2. 化學名詞準確性：第 (二) 小題副產物應提及具體化學成分，如焦爐氣富含 $\text{H}_2$ 與 $\text{CH}_4$、粗苯為芳香烴（BTX）、硫化物回收為硫磺或硫酸銨。
3. 廢水處理層次感：第 (三) 小題煉焦廢水為化工技師歷年經典考點，回答不可僅寫「活性污泥法」，應寫出「預處理（隔油、脫酚、蒸氨）$\to$ 生物處理（A/O 或 A2/O）$\to$ 高級氧化／吸附深度處理」的完整工藝鏈。

---

【答案】

(一) 說明煉焦的概略程序

煉焦為煙煤在隔絕空氣（無氧）條件下經高溫加熱分解，使非碳成分揮發逸散，留下高固定碳含量、高抗壓強度與多孔性固體焦炭之製程。概略工藝流程如下：

1. 原料煤調配與前處理（Coal Blending & Preparation）： 將不同煤種（強結焦性煤、中結焦性煤、弱結焦性煤）依比例摻配，使混合煤之揮發份、膨脹係數、黏結性達到最佳配比；隨後進入粉碎機破碎至指定粒徑（通常 $< 3\text{ mm}$ 佔 $80\%$ 以上），並調控適當含水量。
2. 裝爐（Charging）： 利用裝煤車將調配好的配合煤，由煉焦爐（Coke Oven）頂部裝煤孔均勻投入碳化室（Coking Chamber），隨後密閉爐孔與爐門，隔絕外界空氣。
3. 高溫乾餾／碳化（High-Temperature Carbonization）： 燃燒室經由爐壁間接加熱碳化室，煤料經歷升溫反應：

• 常溫 $\sim 200^\circ\text{C}$：水分蒸發、脫氣。
• $350^\circ\text{C} \sim 500^\circ\text{C}$：熱裂解劇烈進行，煤炭軟化、熔融形成塑性膠質體，開始大量析出熱解氣體與焦油蒸氣。
• $500^\circ\text{C} \sim 700^\circ\text{C}$：膠質體固化再縮聚，形成半焦（Semi-coke）。
• $700^\circ\text{C} \sim 1000^\circ\text{C}$：半焦脫氫收縮，結實固化形成耐磨、多孔的緻密高爐焦炭。整個乾餾週期通常為 16 至 24 小時。

4. 推焦與熄焦（Pushing & Quenching）： 碳化完成後，打開兩側爐門，以推焦機將約 $1000^\circ\text{C}$ 的赤熱焦炭推出，落入熄焦車。冷卻方式分為兩類：

• 濕法熄焦（Wet Quenching）：以大量水噴淋冷卻，操作簡便，但顯熱完全散失且水蒸氣易帶出粉塵。

核心觀念

本題考查高分子化學與物理中「聚合物凝聚態結構（Morphology）」與「結構－物性關係（Structure-Property Relationships）」之核心理論：

1. 結晶度（Degree of Crystallinity, $X_c$）：聚合物中緊密、規整排列之晶區所佔的質量或體積分率。多數高分子為半結晶態（Semi-crystalline），兼具晶區（Crystalline region）與非晶區（Amorphous region）。
2. 微觀結構決定巨觀性質：晶區內分子鏈堆積緻密且分子間作用力強，非晶區分子鏈纏結且自由體積較大；結晶度之消長直接決定材料之物理、力學、熱學、光學及阻隔性能。
3. 三大合成材料（纖維、塑膠、橡膠）之分類本質：取決於分子鏈的規整度（Symmetry/Tacticity）、柔曲性（Chain flexibility）、分子間作用力大小，以及加工時的配向與結晶行為。

---

解題方法

1. 第 (一) 小題解題架構（系統維度展開法）： 切入點應涵蓋工程材料最重要的四個物性構面，切忌雜亂條列：

• 力學性質（強度、模數、韌性/伸長率）
• 熱學性質（熔點 $T_m$、熱變形溫度 HDT）
• 物理與光學性質（密度、透明度）
• 化學與阻隔性質（耐溶劑性、透氣透水性） 針對每一構面，說明結晶度增加時性質上升或下降之趨勢，並給出分子層次的因果機制。

2. 第 (二) 小題解題架構（橫向對比分析法）： 依序剖析「纖維」、「塑膠」、「橡膠」在正常使用狀態下的結晶度特徵，並連結至其「分子結構特點」與「終端使用需求」：

• 纖維：高結晶度（經拉伸配向與強分子間作用力），滿足高抗張、低伸長要求。
• 塑膠：結晶度跨度廣（半結晶至完全非晶），依加工性、剛性與透明度等功能定位區分。
• 橡膠：常態極低結晶或非晶（鏈段極度柔順），但在拉伸時具備關鍵的「應變誘導結晶（Strain-induced crystallization）」自補強機制。

---

選項分析

本題為專業技術人員高等考試之申論題，非選擇題型。針對歷屆考生常混淆之命題判斷點進行觀念正誤辨析：

• 「結晶度愈高，透明度愈好」為嚴重錯誤：晶區球晶（Spherulite）尺寸通常大於可見光波長，且晶區與非晶區折射率不同，會引起光強烈散射而呈現乳白半透明；完全無結晶的非晶高分子（如 PMMA、PS）光學穿透率最高。
• 「橡膠完全無法結晶」為不完整觀念：橡膠在室溫未受力時處於高彈態（非晶態），但在高倍率外力拉伸時會產生「應變誘導結晶」，此為天然橡膠具備優異抗撕裂強度的主因。
• 「熔點 $T_m$ 隨結晶度增加而大幅改變」觀念須釐清：$T_m$ 是晶相熔解的熱力學特徵溫度，主要受晶片厚度與化學結構決定；結晶度增加主要使「熔融熱焓（$\Delta H_m$）增加」與「熱變形溫度（HDT）提高」，對熔點本身數值影響有限。

---

解題技巧

1. 口訣記憶（高結晶性質趨勢）：

• 「四高一低」：高模數/強度、高密度、高耐化/阻隔性、高耐熱性；「低」透明度與韌性（伸長率）。

2. 高分關鍵詞標註：

• 閱卷委員評分重點包含：球晶光散射、自由體積、屈曲路徑（Tortuous path）、拉伸配向（Drawing/Orientation）、應變誘導結晶（Strain-induced crystallization）。在答案中準確置入專有名詞，可大幅提升評分層級。

---

【答案】

(一) 結晶度大小對聚合物性質之影響

聚合物之結晶度（$X_c$）代表鏈段密集緊鄰、高度週期性排列的區域比例。當結晶度增大時，對各項性質之影響如下：

1. 力學性質（Mechanical Properties）：

• 剛性與模數（Modulus）上升：晶區內分子鏈堆積緻密且凡得瓦爾力或氫鍵作用強烈，抵抗形變能力提高，楊氏模數、降伏強度（Yield strength）與表面硬度顯著上升。

核心觀念

本題考查半導體化學與電子材料工程中「高純度單晶矽晶圓（Silicon Wafer）」的物理化學本質、產業用途及完整製造流程。核心重點涵蓋：

1. 矽晶圓之定義與純度等級：自二氧化矽（$\text{SiO}_2$）提煉至電子級矽（Electronic Grade Silicon, EGS，純度達 $9\text{N}\sim 11\text{N}$ 即 $99.9999999\%\sim 99.999999999\%$）之薄圓形單晶基板。
2. 四大製造階段及單元操作：

• 冶金級矽（MGS）製備：電弧爐碳熱還原反應。
• 電子級多晶矽（EGS）純化：西門子法（Siemens Process，含氯化蒸餾與化學氣相沉積 CVD 還原）。
• 單晶生長：柴可拉斯基法（Czochralski Method, CZ 柴氏提拉法）熔融晶體生長原理與摻雜控制。
• 晶圓加工與表面處理：切片、倒角、研磨、化學蝕刻、化學機械研磨（CMP）與 RCA 清洗。

---

解題方法

1. 第 (一) 小題（5 分）：

• 採「材料特性定義」切入：明確定義其為超高純度、晶向完整、厚度均勻之單晶矽薄片。
• 分層列舉「主要用途」：以半導體積體電路（IC）製造之底層基板為核心，延伸至邏輯晶片、記憶體、微機電（MEMS）及功率元件。

2. 第 (二) 小題（15 分）：

• 採化學工程「原料 $\rightarrow$ 純化 $\rightarrow$ 結晶相變 $\rightarrow$ 機械/表面精加工」的邏輯串連四大程序。
• 寫出關鍵化學反應方程式（如石英砂還原、三氯矽烷合成與高溫氫還原），展現化學工程技師應具備的反應工程與分離程序專業能力。

---

選項分析

本題為申論題型，無選項。配分配置與作答策略如下：

• 第 (一) 小題（5 分）：定義占 2 分，用途占 3 分。定義須命中「高純度」、「單晶」、「薄片」三大關鍵字；用途須具體提及電子產業之應用，避免僅泛稱「做電子零件」。
• 第 (二) 小題（15 分）：依製程四大階段平均分配篇幅，重點在多晶矽純化化學式與單晶長晶（CZ 法）之操作細節，不可直接跳過前段化學提純只寫晶圓切磨拋。

---

解題技巧

1. 口訣記憶四大步驟：「原（原料還原）$\rightarrow$ 純（化學純化）$\rightarrow$ 長（長晶拉棒）$\rightarrow$ 加（加工拋光）」。
2. 常考化學式必背：

• 冶金還原：$\text{SiO}_2 + 2\text{C} \rightarrow \text{Si} + 2\text{CO}\uparrow$
• 氫氯化反應：$\text{Si} + 3\text{HCl} \rightarrow \text{SiHCl}_3 + \text{H}_2\uparrow$
• 西門子沉積：$\text{SiHCl}_3 + \text{H}_2 \rightarrow \text{Si} + 3\text{HCl}\uparrow$

3. 避免常見盲點：

• 勿將「多晶矽」直接寫為矽晶圓；半導體晶圓必須是嚴格無晶界缺陷的「單晶矽」。
• 加工步驟中的化學蝕刻與化學機械研磨（CMP）為化工核心技術，不可遺漏。

---

【答案】

(一) 矽晶圓之定義與主要用途

1. 定義 矽晶圓（Silicon Wafer）是由高純度單晶矽（Single-Crystal Silicon）經晶體生長、切片及精密表面加工後製成的極薄圓形薄片。其材料純度要求達到電子級（Electronic Grade Silicon, EGS，純度達 $9\text{N}\sim 11\text{N}$ 以上），具備極高度的晶格完整性、特定晶面走向（如 $\langle 100 \rangle$ 或 $\langle 111 \rangle$）、原子級表面平整度及精確的電阻率。

2. 主要用途

• 半導體積體電路（IC）的載體基板：做為微處理器（CPU/GPU）、記憶體（DRAM/NAND Flash）、射頻晶片、電源管理晶片（PMIC）等各類積體電路元件的底層物理支撐與半導體活性基底。
• 分立元件與功率半導體：用於製造二極體、電晶體（MOSFET）、絕緣閘雙極電晶體（IGBT）等電力電子元件。
• 微機電系統（MEMS）與感測器：做為微型壓力感測器、加速度計、陀螺儀及光電感測元件（CIS）之微加工微結構材料。

---

(二) 製造矽晶圓之程序方法

矽晶圓的製造程序涵蓋「冶金提煉、化學純化、單晶生長、機械加工與表面化學修飾」四大主要階段：

石英砂 (SiO2)
 │ (碳熱還原)
 ▼
冶金級矽 (MGS, ~98%)
 │ (西門子法純化：HCl 鹵化 ➔ 分餾 ➔ CVD 沉積)
 ▼
電子級多晶矽 (EGS, >99.9999999%)
 │ (柴氏提拉法 CZ 法：高溫熔融 ➔ 晶種提拉 ➔ 摻雜)
 ▼
單晶矽錠 (Silicon Ingot)
 │ (滾磨 ➔ 切片 ➔ 倒角 ➔ 研磨 ➔ 蝕刻 ➔ CMP 拋光 ➔ 洗淨)
 ▼
高平整度矽晶圓 (Silicon Wafer)