榮耀！「讓水發光」半導體光刻大神林本堅 摘未來科學獎桂冠

作者：DIGITIMES張語芯

台積電前研發副總經理林本堅，18日在北京榮獲「2018年未來科學大獎--數學與計算機科學獎」。

這項大獎被視為等同「華人界諾貝爾科學獎」榮譽。

林本堅因開拓浸潤式微影系統方法，持續擴展納米級集成電路製造，將摩爾定律延伸多代，而摘得桂冠。

這距離他在2002年正式發表浸潤式微影系統方法理論已近16年，當時他身任台積電研發資深處長，如今，獨創的浸潤式顯影技術，已被英特爾等國際半導體龍頭企業普遍採用，成為國際半導體藍圖主流架構。

今年是集成電路發明60周年，這一位「讓水發光」的半導體光刻工藝「大神」獲殊榮，於行業與個人都意義深遠。

林本堅也被公認是半導體界具重大貢獻的科學家和發明家。

林獲獎感言 鼓勵年輕人勇於創新

林本堅在獲獎致詞時，特別希望激勵青年人投身科學。

他表示，科學就是探索真理的路徑，對於年輕人來說，興趣、基本功、創意和好奇心缺一不可，但一山還有一山高，身處高手如雲中，唯有堅持誠信（integrity）優勢才更大。

他回顧過去職場生涯，Integrity：誠信、正直、操守，才能更進一步。

而服務過的兩個公司，IBM和台積電都強調永續經營，能夠讓他提出的新技術應用得以有發揮舞台。

2002年提出顛覆性創新 語驚四座

台上數分鐘，台下十年功。

一獎殊榮，道盡他在半導體業界的巨大貢獻與多年從事科學研究的堅持。

浸潤式微影系統方法理論是林本堅2002年受邀參加國際光電學會技術研究會時正式發表。

當時，林本堅在一場國際光電學會技術研討會中專題演講，指出當時設備商積極研究的157奈米波長乾式機台，鏡頭成本過高，還不如用主流193納米機台加入高純度水為媒介，得出比157納米還短的143納米波長。

沒想到此語一出，驚動四座，更令2000位專家譁然！

林本堅說，當時所有設備商已投入數10億美元開發157乾式機台，所以微影設備廠商對他提出的理論都抱觀望態度。

他整整花了一年時間四處奔走向設備廠遊說這個理論的可行性，直到2003年12月國際半導體技術藍圖（ITRS）年會正式將浸潤式微影技術列入正式討論項目。

業界也紛紛焦點轉移到他所提出的193納米濕式工藝，反倒是主角157納米逐漸淪為配角。

2003年年底，荷蘭設備廠ASML與台積電共同開發出全球第一台193納米浸潤式微影機，立即獲得台積電率先下單；原本力主開發157納米波長的IBM，也將浸潤式微影技術納入先進研發部門；而緊接著幾年，ASML與台積電更合作著手研發第二代193機台。

孰料自此改變晶片工藝的技術方向。

2004年台積電率先採用 自此拉開競爭優勢

2004年年底，台積電宣布，193納米浸潤式微影機台，產生出第一批90納米晶片，通過內部認證。

台積電證明，浸潤式微影機不僅只是理論，而是一套可實際納入量產的工藝，並且視為布局45納米的「秘密武器」，從此，也造就台積電首次主導了業界規格。

當時台積電向世界證明確實可行，也得以讓台積電在先進45納米、32納米工藝拉開與對手好幾年的領先差距。

當時力挺林本堅的頂頭上司，台積電前CEO蔣尚義（時任研發副總）則回憶，2003年中到2004年整整一年之間，浸潤式機台全球僅獲得1張訂單，唯一的客戶就是台積電；但後來卻暴增至10家半導體業者紛紛下單；相較之下，157納米乾式微影機台訂單數量銳減，顯示廠商對浸潤式微顯影技術的信心大增。

浸潤微影商用 克服重重難關

林本堅說，當時業界都以為193納米已經走到盡頭了，誰知道「遇到水」一切都改變。

通過浸潤式微影技術，可以讓193納米光波透過水，將IC技術節點從65nm循產業路線圖持續降至7nm，使得摩爾定律得以持續延伸了七代。

根據IEEE近期的數據統計，浸潤式微影技術製造了至少世界上80％的電晶體。

林本堅便主張，若能善用善用193納米波長，只是加高純度水的浸潤式機台，成本較乾式193納米機台多出1至2成價格，但怎麼算都比157機台整套顯影劑、光罩、光阻及蝕刻材料大幅翻新還要划算。

不過，要推翻當時的既定認知，確實存在很多技術障礙，包括浸潤工藝步驟都可在台積電內部完成，但仍有一層光罩曝光、顯影送至設備商ASML進行，後續再送回台積電加以完成，要與設備商緊密合作，才能分段完成。

還有，以往乾式微影是在無塵室中，以空氣為媒介，光經光罩顯影在空白晶圓上顯影，而浸潤式微影則利用水作為透鏡，在晶圓與光源之間加一層水。

不過，水與工藝中使用的光阻劑產生變化，以及水中的氣泡，足以使晶圓曝光過程中產生許多瑕疵，尤其當機台以每秒50公分速度移動，產成的微氣泡可能損及晶圓上的成像，這些都是浸潤式微影遇到很大的困難，一一克服。

母親一台老相機 啟發他對光好奇

半導體關鍵技術就是微影學，全球精於此的兩隻手指頭數得出來，林本堅是排名很前面人。

就連台積電高管為了了解這領域，都要拜讀林本堅論文。

說起「微影學」是他畢生的最愛。

從小生長在越南華人村，讓他對「光」產生啟蒙的，是母親送他的一台老式的照相機，啟發他對光的好奇，一生與光結下不解之緣，甚至國外念書時，也以幫女友拍照為由，開啟生平第一次約會，後來這位女主角就是他的一生伴侶。

年輕時他在美國俄亥俄州立大學專研雷射研究時，共發表過63篇論文、獲得35項專利，畢業後加入IBM，一工作就長達20年，他帶領IBM團隊開發最新的0.5微米工藝，成為微影界的翹楚，後來台積電董事長張忠謀決定找科學家來帶領微影團隊，過程中尋覓了2年，最後相中林本堅。

但他笑說「她（老婆）是台大動物系的高材生，在校的成績比我好」今年，正逢林本堅伉儷結縭50周年，他沒忘了當初當攝像「模特」的老婆始終默默支持他，有感而發說，「假使我有什麼成就，太太的功勞是不容埋沒的」。