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荣耀!“让水发光”半导体光刻大神林本坚 摘未来科学奖桂冠

2018-11-19   


台积电前研发副总经理林本坚,18日在北京荣获“2018年未来科学大奖--数学与计算机科学奖”。这项大奖被视为等同“华人界诺贝尔科学奖”荣誉。


林本坚因开拓浸润式微影系统方法,持续扩展纳米级集成电路制造,将摩尔定律延伸多代,而摘得桂冠。


这距离他在2002年正式发表浸润式微影系统方法理论已近16年,当时他身任台积电研发资深处长,如今,独创的浸润式显影技术,已被英特尔等国际半导体龙头企业普遍采用,成为国际半导体蓝图主流架构。


今年是集成电路发明60周年,这一位“让水发光”的半导体光刻工艺“大神”获殊荣,于行业与个人都意义深远。林本坚也被公认是半导体界具重大贡献的科学家和发明家。



林获奖感言 鼓励年轻人勇于创新

林本坚在获奖致词时,特别希望激励青年人投身科学。他表示,科学就是探索真理的路径,对于年轻人来说,兴趣、基本功、创意和好奇心缺一不可,但一山还有一山高,身处高手如云中,唯有坚持诚信(integrity)优势才更大。


他回顾过去职场生涯,Integrity:诚信、正直、操守,才能更进一步。而服务过的两个公司,IBM和台积电都强调永续经营,能够让他提出的新技术应用得以有发挥舞台。


2002年提出颠覆性创新 语惊四座

台上数分钟,台下十年功。一奖殊荣,道尽他在半导体业界的巨大贡献与多年从事科学研究的坚持。浸润式微影系统方法理论是林本坚2002年受邀参加国际光电学会技术研究会时正式发表。


当时,林本坚在一场国际光电学会技术研讨会中专题演讲,指出当时设备商积极研究的157奈米波长干式机台,镜头成本过高,还不如用主流193纳米机台加入高纯度水为媒介,得出比157纳米还短的143纳米波长。没想到此语一出,惊动四座,更令2000位专家哗然!


林本坚说,当时所有设备商已投入数10亿美元开发157干式机台,所以微影设备厂商对他提出的理论都抱观望态度。


他整整花了一年时间四处奔走向设备厂游说这个理论的可行性,直到2003年12月国际半导体技术蓝图(ITRS)年会正式将浸润式微影技术列入正式讨论项目。业界也纷纷焦点转移到他所提出的193纳米湿式工艺,反倒是主角157纳米逐渐沦为配角。


2003年年底,荷兰设备厂ASML与台积电共同开发出全球第一台193纳米浸润式微影机,立即获得台积电率先下单;原本力主开发157纳米波长的IBM,也将浸润式微影技术纳入先进研发部门;而紧接着几年,ASML与台积电更合作着手研发第二代193机台。孰料自此改变芯片工艺的技术方向。


图说:台积电前CEO蒋尚义当时力挺林本坚的顶头上司


2004年台积电率先采用 自此拉开竞争优势

2004年年底,台积电宣布,193纳米浸润式微影机台,产生出第一批90纳米芯片,通过内部认证。


台积电证明,浸润式微影机不仅只是理论,而是一套可实际纳入量产的工艺,并且视为布局45纳米的“秘密武器”,从此,也造就台积电首次主导了业界规格。


当时台积电向世界证明确实可行,也得以让台积电在先进45纳米、32纳米工艺拉开与对手好几年的领先差距。


当时力挺林本坚的顶头上司,台积电前CEO蒋尚义(时任研发副总)则回忆,2003年中到2004年整整一年之间,浸润式机台全球仅获得1张订单,唯一的客户就是台积电;但后来却暴增至10家半导体业者纷纷下单;相较之下,157纳米干式微影机台订单数量锐减,显示厂商对浸润式微显影技术的信心大增。


图说:2006年台积电当时技术蓝图


浸润微影商用 克服重重难关

林本坚说,当时业界都以为193纳米已经走到尽头了,谁知道“遇到水”一切都改变。


通过浸润式微影技术,可以让193纳米光波透过水,将IC技术节点从65nm循产业路线图持续降至7nm,使得摩尔定律得以持续延伸了七代。根据IEEE近期的数据统计,浸润式微影技术制造了至少世界上80%的晶体管。


林本坚便主张,若能善用善用193纳米波长,只是加高纯度水的浸润式机台,成本较干式193纳米机台多出1至2成价格,但怎么算都比157机台整套显影剂、光罩、光阻及蚀刻材料大幅翻新还要划算。


不过,要推翻当时的既定认知,确实存在很多技术障碍,包括浸润工艺步骤都可在台积电内部完成,但仍有一层光罩曝光、显影送至设备商ASML进行,后续再送回台积电加以完成,要与设备商紧密合作,才能分段完成。


还有,以往干式微影是在无尘室中,以空气为媒介,光经光罩显影在空白晶圆上显影,而浸润式微影则利用水作为透镜,在晶圆与光源之间加一层水。不过,水与工艺中使用的光阻剂产生变化,以及水中的气泡,足以使晶圆曝光过程中产生许多瑕疵,尤其当机台以每秒50公分速度移动,产成的微气泡可能损及晶圆上的成像,这些都是浸润式微影遇到很大的困难,一一克服。


母亲一台老相机 启发他对光好奇

半导体关键技术就是微影学,全球精于此的两只手指头数得出来,林本坚是排名很前面人。就连台积电高管为了了解这领域,都要拜读林本坚论文。


说起“微影学”是他毕生的最爱。从小生长在越南华人村,让他对“光”产生启蒙的,是母亲送他的一台老式的照相机,启发他对光的好奇,一生与光结下不解之缘,甚至国外念书时,也以帮女友拍照为由,开启生平第一次约会,后来这位女主角就是他的一生伴侣。



年轻时他在美国俄亥俄州立大学专研雷射研究时,共发表过63篇论文、获得35项专利,毕业后加入IBM,一工作就长达20年,他带领IBM团队开发最新的0.5微米工艺,成为微影界的翘楚,后来台积电董事长张忠谋决定找科学家来带领微影团队,过程中寻觅了2年,最后相中林本坚。


但他笑说“她(老婆)是台大动物系的高材生,在校的成绩比我好”今年,正逢林本坚伉俪结缡50周年,他没忘了当初当摄像“模特”的老婆始终默默支持他,有感而发说,“假使我有什么成就,太太的功劳是不容埋没的”。



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