沒有浸潤式光刻科技就沒有IT的今天,毫不夸張。世界上第一個提出這個科技的就是林本堅(jiān)。
9月8日14時許,第三屆“未來科學(xué)大獎”在北京揭曉。林本堅(jiān)摘得三項(xiàng)大獎之一的“數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)獎”。
對于林本堅(jiān)獲獎,軟銀遠(yuǎn)景基金合伙人同時也是未來論壇理事會輪值主席的陳恂帶著有點(diǎn)小激動的心情說:“大概從2006年開始至今,世界上所有的高端芯片——包括咱們?nèi)耸忠徊康氖謾C(jī)里的核心芯片、人工智能芯片、5G芯片、比特幣挖礦芯片,無一不是浸潤式光刻科技制造的。說沒有浸潤式光刻科技就沒有IT的今天,毫不夸張。世界上第一個提出這個科技的就是林本堅(jiān)?!?/p>
林本堅(jiān)是誰?他做了什么?
林本堅(jiān)從小生長在越南西貢,父親是當(dāng)?shù)赜⑽母咧械男iL,高三那年,他獨(dú)自一人來臺就讀新竹中學(xué)。出于對物理的喜愛以及工作機(jī)會的思量,林本堅(jiān)在隔年考臺大時選擇了電機(jī)系,進(jìn)而與電磁波結(jié)緣。
從臺大畢業(yè)后,林本堅(jiān)又前往美國俄亥俄州立大學(xué)攻讀博士學(xué)位?;叵朊绹那髮W(xué)經(jīng)歷,林本堅(jiān)笑說不只高手云集,課業(yè)也重。“當(dāng)時教我物理的是楊振寧的弟弟楊振平,要求很嚴(yán)格。過去在臺大我從沒熬過夜,沒想到在那邊要熬夜趕功課。”
畢業(yè)時,IBM T.J. Watson Research Center與貝爾實(shí)驗(yàn)室(Bell Labs)找上門來。起初,林本堅(jiān)還很納悶,IBM一個電腦公司需要光學(xué)做什么?入職后才發(fā)現(xiàn),原來芯片產(chǎn)業(yè)所有的零件和芯片都需要光學(xué)來做小型和微型化。
林本堅(jiān)自己也沒想到一做就是22年,談到IBM的扎實(shí)經(jīng)歷,最讓林本堅(jiān)印象深刻的是同事間不吝分享、討論的氛圍。
盡管如此,林本堅(jiān)在IBM的道路并非一帆風(fēng)順。林本堅(jiān)早年在IBM半導(dǎo)體部門做深紫外光光刻研究時,公司的發(fā)展主流,卻是另一項(xiàng)X光微影科技。不但人力資源遠(yuǎn)超過他的團(tuán)隊(duì),而且,負(fù)責(zé)X光光刻的主管,同時也是林本堅(jiān)的頂頭上司。他在公司處境之尷尬可想而知。
這位以好好先生著稱,人們幾乎沒見過他發(fā)過脾氣的“Burn爺爺”,竟不甘忍氣吞聲,以幽默的方式,公開與上司唱反調(diào)。
然而形勢比人強(qiáng),林本堅(jiān)還是在50歲時,申請?zhí)崆巴诵輨?chuàng)業(yè)。林本堅(jiān)本想憑借自己的科研經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)業(yè),因而成立領(lǐng)創(chuàng)公司。然而創(chuàng)業(yè)后,林本堅(jiān)才發(fā)現(xiàn)專利在美國維持不易,小公司的發(fā)明更常常被大公司占便宜。
后來,臺積電的副總蔣尚義打電話給林本堅(jiān),希望他帶領(lǐng)由光罩和光刻兩個部門合并后新成立的光刻制像科技發(fā)展處,林本堅(jiān)從此與臺積電結(jié)了緣。
2002年,全球芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展瓶頸期,摩爾定律也因此止步不前。摩爾定律是由英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出來的。其內(nèi)容為:當(dāng)價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數(shù)目,約每隔18~24個月便會新增一倍,性能也將提升一倍。換言之,每一美元所能買到的電腦效能,將每隔18~24個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。
芯片產(chǎn)業(yè)所遇到的問題主要出自光刻技術(shù)。當(dāng)時,業(yè)界已經(jīng)把光刻機(jī)的工藝做到了用193納米波長的光來成像。若根據(jù)摩爾定律把最小圖形繼續(xù)縮小,下一代光刻機(jī)所用的波長就應(yīng)該縮短到157納米。然而,從193納米到157納米,微縮比例不到20%,達(dá)不到摩爾定律的要求。而且業(yè)界雖然研發(fā)多年,卻卡在鏡片材料的制造周期上,始終無法達(dá)到所需的規(guī)格,而且光阻的透明度也很難提高。依照當(dāng)時的進(jìn)度發(fā)展,全球芯片產(chǎn)業(yè)甚至摩爾定律都將陷入停滯狀態(tài)。
正所謂時勢造英雄,當(dāng)時已在臺積電擔(dān)任光刻技術(shù)研發(fā)負(fù)責(zé)人的林本堅(jiān),早已注意到這個瓶頸。他換個角度思考,發(fā)現(xiàn)可以在原有193納米干式光刻鏡頭上發(fā)展浸潤式光刻,改用水代替空氣作為介質(zhì),注入為浸潤式設(shè)計(jì)的鏡頭與晶圓上的光阻之間,把進(jìn)入光阻的光波長縮到134納米。就是這個思考讓林本堅(jiān)相信,改變原本的193納米干式曝光為浸潤式,就可以讓工藝前進(jìn)兩代半甚至三代。
同年,林本堅(jiān)受邀到美國參加一場以157納米波長為主題的研討會,本來大會邀請林本堅(jiān)是去討論157納米工藝的。結(jié)果林本堅(jiān)直接拋出了“運(yùn)用水作為193納米浸潤式的介質(zhì),可以超過干式的157納米”的論點(diǎn),整個會場就像被扔下了一顆炸彈,所有人的思路都被打開了。大家直接拋棄157納米議題開始討論193納米浸潤式。
不過,臺下的芯片業(yè)者也都提出了自己的疑問,有人提到水會不會產(chǎn)生氣泡?水會不會污染設(shè)備?是不是要做防水?怎么做?水遇熱會膨脹,折射率會改變,怎么解決?科技既然是林本堅(jiān)提出來的,那解決問題的重任自然也就落到他身上。
但解決了問題還不夠,最重要的是做量產(chǎn)機(jī)器的廠商愿意投入才行啊。林本堅(jiān)的理論若被采用,等于宣告其他的人前功盡棄。臺積電高層蔣尚義曾回憶,“(當(dāng)年)確實(shí)有大公司的高層表達(dá)嚴(yán)重關(guān)切,希望我能管管他(林本堅(jiān)),不要攪局?!?/p>
林本堅(jiān)提出的浸潤式光刻技術(shù)在臺積電高層張忠謀、蔣尚義的大力支持下,開始放手一搏。除了技術(shù)的理論,林本堅(jiān)的溝通也做得徹底,當(dāng)時他跑遍美國、日本、荷蘭與德國等地,一一拜會業(yè)界,勸說他們繼續(xù)投入157納米是浪費(fèi)錢浪費(fèi)時間,促使艾斯摩爾與尼康等國際大廠轉(zhuǎn)向。
林本堅(jiān)在臺積電研發(fā)期間帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從130納米做到90納米、65納米、40納米、28納米、20納米、和16納米,并開始研發(fā)10納米、7納米和5納米。他的創(chuàng)新和推動不但讓全球芯片工藝得以往下推進(jìn)了六七代,臺積電也因此躋身一線大廠、主導(dǎo)業(yè)界規(guī)格。臺積電董事長張忠謀曾稱,假如沒有林本堅(jiān)及其團(tuán)隊(duì),“臺積電的光刻技術(shù)不會有今天這規(guī)模?!?/p>
2015年底,林本堅(jiān)從臺積電退休,隨后應(yīng)邀加入清華大學(xué),擔(dān)任講座教授。
林本堅(jiān)原規(guī)劃退休之后,只做兩件事,就是傳福音及幫助人得到更豐富的生命,后來一想,教書也是幫助人得到豐富生命的好方法,“我在產(chǎn)業(yè)界服務(wù)了46年,學(xué)到很多,也希望能教給下一代?!背私虒?dǎo)專業(yè)知識外,他點(diǎn)出,學(xué)生在校常只為自己的成績競爭。因此希望能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)意,教導(dǎo)他們解決問題以及團(tuán)隊(duì)合作的能力。這是他想教給清華學(xué)生的一項(xiàng)重要能力。