臺灣教授林本堅 跨越海峽的芯片之光

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。

9月8日14時許，第三屆“未來科學大獎”在北京揭曉。林本堅摘得三項大獎之一的“數學與計算機科學獎”。

對于林本堅獲獎，軟銀遠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——包括咱們人手一部的手機里的核心芯片、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。”

林本堅是誰？他做了什么？

林本堅從小生長在越南西貢，父親是當地英文高中的校長，高三那年，他獨自一人來臺就讀新竹中學。出于對物理的喜愛以及工作機會的思量，林本堅在隔年考臺大時選擇了電機系，進而與電磁波結緣。

從臺大畢業后，林本堅又前往美國俄亥俄州立大學攻讀博士學位?；叵朊绹那髮W經歷，林本堅笑說不只高手云集，課業也重?！爱敃r教我物理的是楊振寧的弟弟楊振平，要求很嚴格。過去在臺大我從沒熬過夜，沒想到在那邊要熬夜趕功課。”

畢業時，IBM T.J. Watson Research Center與貝爾實驗室（Bell Labs）找上門來。起初，林本堅還很納悶，IBM一個電腦公司需要光學做什么？入職后才發現，原來芯片產業所有的零件和芯片都需要光學來做小型和微型化。

林本堅自己也沒想到一做就是22年，談到IBM的扎實經歷，最讓林本堅印象深刻的是同事間不吝分享、討論的氛圍。

盡管如此，林本堅在IBM的道路并非一帆風順。林本堅早年在IBM半導體部門做深紫外光光刻研究時，公司的發展主流，卻是另一項X光微影科技。不但人力資源遠超過他的團隊，而且，負責X光光刻的主管，同時也是林本堅的頂頭上司。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。

然而形勢比人強，林本堅還是在50歲時，申請提前退休創業。林本堅本想憑借自己的科研經驗創業，因而成立領創公司。然而創業后，林本堅才發現專利在美國維持不易，小公司的發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，希望他帶領由光罩和光刻兩個部門合并后新成立的光刻制像科技發展處，林本堅從此與臺積電結了緣。

2002年，全球芯片產業進入發展瓶頸期，摩爾定律也因此止步不前。摩爾定律是由英特爾創始人之一戈登·摩爾提出來的。其內容為：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，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進步的速度。

芯片產業所遇到的問題主要出自光刻技術。當時，業界已經把光刻機的工藝做到了用193納米波長的光來成像。若根據摩爾定律把最小圖形繼續縮小，下一代光刻機所用的波長就應該縮短到157納米。然而，從193納米到157納米，微縮比例不到20%，達不到摩爾定律的要求。而且業界雖然研發多年，卻卡在鏡片材料的制造周期上，始終無法達到所需的規格，而且光阻的透明度也很難提高。依照當時的進度發展，全球芯片產業甚至摩爾定律都將陷入停滯狀態。

正所謂時勢造英雄，當時已在臺積電擔任光刻技術研發負責人的林本堅，早已注意到這個瓶頸。他換個角度思考，發現可以在原有193納米干式光刻鏡頭上發展浸潤式光刻，改用水代替空氣作為介質，注入為浸潤式設計的鏡頭與晶圓上的光阻之間，把進入光阻的光波長縮到134納米。就是這個思考讓林本堅相信，改變原本的193納米干式曝光為浸潤式，就可以讓工藝前進兩代半甚至三代。

同年，林本堅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是去討論157納米工藝的。結果林本堅直接拋出了“運用水作為193納米浸潤式的介質，可以超過干式的157納米”的論點，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，臺下的芯片業者也都提出了自己的疑問，有人提到水會不會產生氣泡？水會不會污染設備？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，最重要的是做量產機器的廠商愿意投入才行啊。林本堅的理論若被采用，等于宣告其他的人前功盡棄。臺積電高層蔣尚義曾回憶，“（當年）確實有大公司的高層表達嚴重關切，希望我能管管他（林本堅），不要攪局?！?/p>

林本堅提出的浸潤式光刻技術在臺積電高層張忠謀、蔣尚義的大力支持下，開始放手一搏。除了技術的理論，林本堅的溝通也做得徹底，當時他跑遍美國、日本、荷蘭與德國等地，一一拜會業界，勸說他們繼續投入157納米是浪費錢浪費時間，促使艾斯摩爾與尼康等國際大廠轉向。

林本堅在臺積電研發期間帶領團隊從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10納米、7納米和5納米。他的創新和推動不但讓全球芯片工藝得以往下推進了六七代，臺積電也因此躋身一線大廠、主導業界規格。臺積電董事長張忠謀曾稱，假如沒有林本堅及其團隊，“臺積電的光刻技術不會有今天這規模?！?/p>

2015年底，林本堅從臺積電退休，隨后應邀加入清華大學，擔任講座教授。

林本堅原規劃退休之后，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，“我在產業界服務了46年，學到很多，也希望能教給下一代?！背私虒I知識外，他點出，學生在校常只為自己的成績競爭。因此希望能激發學生創意，教導他們解決問題以及團隊合作的能力。這是他想教給清華學生的一項重要能力。