林本坚,台湾积体电路制造公司的前研发大将,于2000年加入公司。2002年,全球投入波长157纳米干式微影技术遇到瓶颈,他发表浸润式微影技术,引起轰动。然而,干式微影技术的大公司对此针锋相对,因干式微影技术的投资已远超过10亿美元。在台积电的支持下,林本坚和团队撰写论文,从理论证明浸润式微影的可行性和优势。这促使ASML放弃原先的157纳米干式微影光刻机研发,转而与台积电共同开发193纳米浸润式微影机台。此一行动让台积电在55纳米之后跳跃成长6个技术世代,对半导体产业产生了长达20年的深远影响。林本坚描述了这场关键的战役。
浸润式微影成为生产半导体的主流,从45纳米世代直至现在的7纳米,共经历六个世代。放弃10亿美元的投资改用浸润式,并非易事!1987年,林本坚在研讨会中提出光学微影的未来可能遇到的瓶颈,并建议浸润式可以解决。然而,当时的业界正准备1000纳米的量产,还有多种方法可用,无需采用浸润式。
从1000纳米到现在的7纳米,半导体业界每一代都采用创新方法跨越难关。到了65纳米世代,波长已缩短至193纳米,镜头的孔径达到0.93,各种创意方法已使相同波长和孔径的解析度增加了超过两倍,难以再有突破。13.4纳米的极紫外光遥不可及,业界将希望寄予在157纳米波长。
157纳米波长存在多个技术瓶颈,如镜头材料、感光物质、光罩材料、聚焦区外护膜及氧气吸收等问题。2002年,林本坚在SPIE的“国际微影讨论会”上提出浸润式微影的可能性,并发表了设备和操作的示意图。有些听众理解其重要性,而其他人则认为浸润式仍然是冷门技术。在随后的研讨会中,林本坚提出用水配合193纳米,能比干式的157纳米多增进一世代,而且更容易开发,结果全场轰动。
说服光刻机厂商研发并量产浸润式机台面临重重困难。全世界的研发方向都转向157纳米,投资超过10亿美元,单是一家光刻机台厂商已投资超过7亿多美元。林本坚和团队需要撰写论文,证明浸润式微影的可行性和优势,驳斥错误的负面看法,并申请相关专利。他们也继续在国际技术讨论会上发表论文,最终说服厂商提供机台。经过一年的努力,在2003年10月,林本坚和团队在荷兰技术讨论会上看到ASML研发出的第一片浸润式光刻机在光阻上的成像。接着,台积电和ASML共同投入数年,将机台和制程发展至能熟练应用于量产。
45纳米是浸润式技术量产的第一代,随后在全球,40纳米、32纳米、28纳米、20纳米、16纳米、14纳米、10纳米、7纳米等技术世代都依赖浸润式技术生产。2012年,台积电使用浸润式技术生产的收入占总收入的47%,当年总营收为170亿美元。至2016年,总营收增长至320亿美元,浸润式技术生产的比例预计更高。2017年第一季度,ASML的季度收入中,浸润式机台占74%。林本坚因此获得公司内外的高度认可,这是他所获得的“眼睛未曾看见、耳朵未曾听见、人心未曾想到的恩典”。本文摘自林本坚的著作《把心放上去:“用心则乐”人生学(增订版)》。