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用「光」的藝術翻轉晶片發展 「浸潤式微影之父」林本堅如何挑戰想像的極限?

品牌實驗室
2022.03.21

一場疫情,讓全人類的生活模式瞬間翻轉;一顆IC晶片的不斷快速進化,讓所有科技想像成為可能。當半導體成為全球必爭戰場,下一個創新來自何處、下一個世紀的IC晶片又將帶領我們到何處?

「浸潤式微影之父」林本堅曾以浸潤式微影技術改寫全球半導體發展史,在這位曾寫下業界傳奇的大師眼中,下一個傳奇將如何誕生?

在半導體產業裡,有所謂「摩爾定律」一詞,意思是積體電路上可以容納的電晶體數量,約隔一到兩年就會增加一倍,讓更小、更強大的裝置得以出線,推進全球科技發展以「倍數」的方式不斷加速演進。然而這個定律,其實也曾一度遇到瓶頸。

2002年,全球半導體晶片製程還在使用乾式曝光,也就是以空氣作為鏡頭和晶元之間的介質,當時業界已經耗費將近10億美元在乾式微影技術的研發,卻始終無法取得進展,林本堅在美國一場研討會中提出「以水作為193奈米浸潤式的介質,可以超越157奈米」的理論,為業界投下震撼彈,全球半導體發展就此轉向。因為林本堅發明並大力推廣浸潤式微影,使得摩爾定律得以持續延伸,並為台積電進一步奠定領先優勢。

解決科技難題的尋光之旅

半導體產業中的微影技術,可以想像成照相、沖洗底片時,把景物感光在底片上那樣,將電路為縮成極小的圖案,投影在光阻上,而林本堅對於「光」的興趣,其實也和照相有關。

林本堅本人一生更獲獎無數,曾10度獲選美國IBM傑出發明獎、傑出貢獻獎、2008年當選美國國家工程學院院士等,更在2014年獲選為台灣中研院院士,成為台灣最高學術殿堂首位企業界院士。

扭轉業界思維 挑戰想像的極限

林本堅是如何想到像「以水為媒介」這樣扭轉業界的創新靈感?他分析:「靈感有兩種,第一種是命題的靈感,其次是解題的靈感。例如現在有些電阻、電容、電晶體,每一種個別來做,忽然有一個靈感是把三種一起處理,就變成IC,這是命題的靈感。」

命了題之後,就要深入了解、尋找解題的方式,但有時絞盡腦汁依舊找不到最佳解方,這時候如何挑戰想像的極限?林本堅說,其實靈感或發明需要花費很多力氣,並非瞬間就能不勞而獲的。「所以當碰到瓶頸的時候,一開始可能先用既有的知識和想像,不斷拼湊嘗試,如果試到筋疲力盡還是沒辦法,這時候就要慢下來想。所以不是一直處在高壓的狀態,如果已經絞盡腦汁了,就要用這種間歇的方法,換個節奏繼續。」

林本堅教授從年少時開始鑽研攝影光學,開啟一生對於光學與微影學的熱愛和研究。

台灣半導體領航 超越想像的21世紀面貌

由於晶圓在曝光過程中,對光源的要求極高,對光學鏡片的要求也極高,在林本堅帶領台積電研發團隊以「光」的藝術寫出半導體歷史新篇章的一路上,身為半導體製造設備產業的技術先驅的蔡司也持續以領先的光學技術,始終扮演協助產業躍進的最佳夥伴。2004年11月,台積電安裝全球第一台使用蔡司鏡頭的浸潤式微影量產機台;2012年6月,使用蔡司鏡頭的EUV光刻機(NXE:3000)在全球半導體EUV科技跌跌撞撞十年後終於成功問世,第一台依舊落腳台積電。

提及半導體產業未來的發展,林本堅說:「我們從約50年前的5微米,進展到現在的3奈米,當時沒有人想像得到,1980年時沒有人可以想像30年後可以進步一千倍。」現在距離2100年還有80年,80年後可以進步到多少倍?林本堅的回答是「不知道」,但可以確定的是一定會繼續進步,而且是指數成長、越進步越快。而蔡司協助製造商生產更強大、更節能和更環保微晶片的技術,更在微電子時代扮演著關鍵的角色,時值蔡司175週年,林本堅也對蔡司寄予深厚的祝福和期許:「2100年就是蔡司的254週年,到那個時候蔡司一定是大幅躍進。」

林本堅展望半導體技術在未來的2100年,將會有指數性的飛躍進步。

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