原来光刻机核心技术,来自一个华人
数据森麟
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· 2022-09-06
世界首屈一指的光刻机厂商-荷兰的ASML,在8、90年代时,还是寂寂无闻的小公司,那时风头正劲的公司是日本尼康,在193纳米制程上一家独大,把所有对手按地上摩擦,占据全球光刻机市场超 50%的份额。
可惜后面尼康遇到技术难题,卡在193纳米这个节点上,一直无法往157纳米推进。
众所周知光刻机是用光在晶圆上雕刻,当时流行的技术是 干式光刻技术,即把空气作为镜头和晶圆之间的介质,但这种方式一直无法雕刻出更精细的电路,全球芯片产业都为之头疼。
2002年,有一个叫林本坚的华人受邀前往美国参加芯片研讨会,原本他只是大会找来的点缀,过场讲讲干式光刻机的衍伸技术,谁知他反客为主,对着台下200多位芯片业大拿,讲起他的 浸入式光刻技术。
他提议以水取代空气,作为镜头与晶圆之间的介质,通过水把波长为193纳米的光,缩成134纳米。
台下的人听到134纳米都惊呆了,原本讨论的是如何往157纳米突破,这一下闪现到134纳米,况且,仅仅用水这种不起眼的东西就能实现?
他的理论是,在193纳米的干式光刻机镜头前滴上一层1到2毫米厚的水层,水的折射率是1.44,波长为193纳米的光波透过水,能一下缩短成134纳米的波长,波长越短,刻出的电路就越精密。
很快大家都被他的理论折服,把157纳米抛之脑后,纷纷讨论浸入式光刻技术如何实现。
可惜该理论激起的水花不大,会议开完后的2年,包括尼康在内的其他光刻机公司,由于前期几十亿美元的重金投入,还偏执地继续坚持干式光刻技术。
不过有一家公司听进去了,那就是荷兰的ASML,ASML迅速放弃157纳米干式光刻机的研发,转而研发193纳米浸入式光刻机。
2004年年底,尼康终于将干式光刻机推进到157纳米,可此时的ASML,已凭借浸入式技术,一举突破到132纳米,领先2个段位,反过来将尼康按地上摩擦。
2007年,坚持浸入式技术的ASML,已经占领全球光刻机70%的市场,并一直领先至今。
当年那个螳臂挡车,逆世界大流的 林本坚,究竟何许人?
光痴
林本坚1942年出生于越南一个华人家庭,祖籍广东潮安,在西贡附近的堤岸市长大,父亲是当地英文中学校长,他在当地华人学校完成了小学和初中教育。
小时候,他很喜欢母亲的老式相机,“那台相机我心怡许久,每次看母亲拿在手上,我就很羡慕。”
13岁那年,母亲正式把相机送给了他,从此他踏上对光的认识之路。也许是上天赐予的慧根,他对光的成像非常好奇,不单拍照,还喜欢研究光线背后的意义。
高三那年,他从越南独自一人过去中国台湾入读新竹中学,隔年考上台大的电机系。
在台大读书时,他特别痴迷结合物理和数学的电磁波学,后来他到美国俄亥俄州立大学投入当时新兴的镭射研究,博士期间,他一头钻进当时流行的全相学的研究。
全相学可以将三维空间中每一点的资料录下来,包括能保存光的衍射等信息,1970年,他以全相学完成博士论文,拿到美国俄亥俄州立大学的电机工程学博士学位。
读博期间,他也认识了现在的妻子,两人第一次碰面也跟光有关,林以帮她拍照为由,开启了第一次的约会。
职业生涯
取得博士学位的林本坚,因为对拍照和光学的热爱,首选工作是去柯达公司工作,可惜投简历后一直没回音,相反,原本认为不太可能去的IBM,竟通知他去面试。
后来他在IBM一呆就是20年,1984年在IBM做到研发部经理。在此期间他做出当时光刻技术最短波长的光线。
“那时没人知道怎么叫它,我把它叫做深紫外线(Deep UV)” 这种由林本坚命名的光线,40年后的今天仍被广泛应用。
他总说,水在自然界是一个大神迹,水在4℃时密度最高,到0℃结冰时,浮到水面形成保护层,让冰下的鱼不会被冻死。而水在半导体也是一个神迹,水缩短了光的波长,又非常透光,没有阻力,因此能在半导体工业广泛应用。
1992年,他从IBM提前退休,同年创立领创公司,2000年回到中国台湾,加入当时还名不见经传的台积电,2年后,研发出浸入式光刻技术,该技术被ASML采用,助ASML对日本尼康弯道超车,也推进了台积电和ASML在技术上的深度捆绑。
2015年,他从台积电退休,担任国立清华大学特聘研究讲座教授、半导体研究学院院长。
回顾自己一生,林本坚称自己在半导体界有所成就,与他从小对摄影美学的陶冶分不开,母亲赠予的相机成就了他。
2015年,林本坚在北京大学演讲
从左到右,林本坚,台积电创始人张忠谋,台积电COO蒋尚义
前台积电资深研发长、前三星电子研发副总经理梁孟松,现在是中芯国际的联席CEO兼执行董事,也是他带领中芯国际,实现了制程的追赶,如今中芯国际14纳米工艺的良率已追平台积电。
END
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