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台湾教授林本坚跨越海峡的芯片之光
9 月8 日14 时许,第三届“未来科学大奖”在北京揭晓.林本坚摘得三项大奖之一的“数学与计算机科学奖”.
对于林本坚获奖,软银远景基金合伙人同时也是未来论坛理事会轮值主席的陈恂带着有点小激动的心情说：“大概从2006 年开始至今,世界上所有的高端芯片——包括咱们人手一部的手机里的核心芯片、人工智能芯片、5G 芯片、比特币挖矿芯片,无一不是浸润式光刻科技制造的.说没有浸润式光刻科技就没有IT 的今天,毫不夸张.世界上第一个提出这个科技的就是林本坚.”
林本坚是谁？他做了什么？
林本坚从小生长在越南西贡,父亲是当地英文高中的校长,高三那年,他独自一人来台就读新竹中学.出于对物理的喜爱以及工作机会的思量,林本坚在隔年考台大时选择了电机系,进而与电磁波结缘.
从台大毕业后,林本坚又前往美国俄亥俄州立大学攻读博士学位.回想美国的求学经历,林本坚笑说不只高手云集,课业也重.“当时教我物理的是杨振宁的弟弟杨振平,要求很严格.过去在台大我从没熬过夜,没想到在那边要熬夜赶功课.”
毕业时,IBM T.J. Watson ResearchCenter 与贝尔实验室（Bell Labs）找上门来.起初,林本坚还很纳闷,IBM 一个电脑公司需要光学做什么？入职后才发现,原来芯片产业所有的零件和芯片都需要光学来做小型和微型化.
林本坚自己也没想到一做就是22 年,谈到IBM 的扎实经历,最让林本坚印象深刻的是同事间不吝分享、讨论的氛围.
尽管如此,林本坚在IBM 的道路并非一帆风顺.林本坚早年在IBM 半导体部门做深紫外光光刻研究时,公司的发展主流,却是另一项X 光微影科技.不但人力资源远超过他的团队,而且,负责X 光光刻的主管,同时也是林本坚的顶头上司.他在公司处境之尴尬可想而知.
这位以好好先生著称,人们几乎没见过他发过脾气的“Burn 爷爷”,竟不甘忍气吞声,以幽默的方式,公开与上司唱反调.
然而形势比人强,林本坚还是在50 岁时,申请提前退休创业.林本坚本想凭借自己的科研经验创业,因而成立领创公司.然而创业后,林本坚才发现专利在美国维持不易,小公司的发明更常常被大公司占便宜.
后来,台积电的副总蒋尚义打电话给林本坚,希望他带领由光罩和光刻两个部门合并后新成立的光刻制像科技发展处,林本坚从此与台积电结了缘.
2002 年,全球芯片产业进入发展瓶颈期,摩尔定律也因此止步不前.摩尔定律是由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出来的.其内容为：当不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18 ～ 24个月便会新增一倍,性能也将提升一倍.换言之,每一美元所能买到的电脑效能,将每隔18 ～ 24 个月翻一倍以上.这一定律揭示了信息技术进步的速度.
芯片产业所遇到的问题主要出自光刻技术.当时,业界已经把光刻机的工艺做到了用193 纳米波长的光来成像.若根据摩尔定律把最小图形继续缩小,下一代光刻机所用的波长就应该缩短到157 纳米.然而,从193 纳米到157 纳米,微缩比例不到20%,达不到摩尔定律的要求.而且业界虽然研发多年,却卡在镜片材料的制造周期上,始终无法达到所需的规格,而且光阻的透明度也很难提高.依照当时的进度发展,全球芯片产业甚至摩尔定律都将陷入停滞状态.
正所谓时势造英雄,当时已在台积电担任光刻技术研发负责人的林本坚,早已注意到这个瓶颈.他换个角度思考,发现可以在原有193 纳米干式光刻镜头上发展浸润式光刻,改用水代替空气作为介质,注入为浸润式设计的镜头与晶圆上的光阻之间,把进入光阻的光波长缩到134 纳米.就是这个思考让林本坚相信,改变原本的193 纳米干式为浸润式,就可以让工艺前进两代半甚至三代.
同年,林本坚受邀到美国参加一场以157 纳米波长为主题的研讨会,本来大会邀请林本坚是去讨论157 纳米工艺的.结果林本坚直接抛出了“运用水作为193 纳米浸润式的介质,可以超过干式的157 纳米”的论点,整个会场就像被扔下了一颗炸弹,所有人的思路都被打开了.大家直接抛弃157 纳米议题开始讨论193 纳米浸润式.
不过,台下的芯片业者也都提出了自己的疑问,有人提到水会不会产生气泡？水会不会污染设备？是不是要做防水？怎么做？水遇热会膨胀,折射率会改变,怎么解决？科技既然是林本坚提出来的,那解决问题的重任自然也就落到他身上.
但解决了问题还不够,最重要的是做量产机器的厂商愿意投入才行啊.林本坚的理论若被采用,等于宣告其他的人前功尽弃.台积电高层蒋尚义曾回忆,“（当年）确实有大公司的高层表达严重关切,希望我能管管他（林本坚）,不要搅局.”
林本坚提出的浸润式光刻技术在台积电高层张忠谋、蒋尚义的大力支持下,开始放手一搏.除了技术的理论,林本坚的沟通也做得彻底,当时他跑遍美国、日本、荷兰与德国等地,一一拜会业界,劝说他们继续投入157 纳米是浪费钱浪费时间,促使艾斯摩尔与尼康等国际大厂转向.
林本坚在台积电研发期间带领团队从130 纳米做到90 纳米、65纳米、40 纳米、28 纳米、20 纳米、和16 纳米,并开始研发10 纳米、7 纳米和5 纳米.他的创新和推动不但让全球芯片工艺得以往下推进了六七代,台积电也因此跻身一线大厂、主导业界规格.台积电董事长张忠谋曾称,假如没有林本坚及其团队,“台积电的光刻技术不会有今天这规模.”
2015 年底,林本坚从台积电退休,随后应邀加入清华大学,担任讲座教授.
林本坚原规划退休之后,只做两件事,就是传福音及帮助人得到更丰富的生命,后来一想,教书也是帮助人得到丰富生命的好方法,“我在产业界服务了46 年,学到很多,也希望能教给下一代.”除了教导专业知识外,他点出,学生在校常只为自己的成绩竞争.因此希望能激发学生创意,教导他们解决问题以及团队合作的能力.这是他想教给清华学生的一项重要能力.
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