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鬼才林本坚,一个疯狂点子改写光刻机市场新格局

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创意酱007 2021-04-12 18:46
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随着华为公司被美国恶意打压,大家都了解到光刻机的重要性,中科院已经将光刻机研究作为国家战略重点推进。光刻机是芯片制造最为关键的环节,摩尔定律基本上都是靠光刻机技术提升来续命的。在芯片的制造的设计、制造和封装等几个环节中,我们在设计软件、光刻胶还落后不少,但最大差距在光刻机。

01|认识光刻机

其实光刻机的门槛还是很低的,其本质就是一台投影仪,通过光将设计好的电路图投射到硅片上,以光为刀,在硅片上刻出电路图。因此早期美国日本都有不少光刻机企业。根据摩尔定律,同样大小的集成电路,上面排列的晶体管数量每18个月就翻一番,性能会提升一倍。

然而,到20世纪90年代摩尔定律却不能延续下去,为什么呢?就是因为光刻机的光源波长在193纳米上再也降不下来,光源技术遇到了瓶颈。我们都知道,雕刻的东西越精密,刀尖就必须越细越锋利,那怎样才能将193纳米的光波磨细呢?全世界的半导体人都在苦苦思考,寻找对策。

尼康公司主张采用157纳米的F2激光。美国牵头的EUV联盟主张采用十几纳米的极紫外光。但当时的光源技术没有取得突破,无法满足这两种方案。半导体发展遇到了障碍停止不前,整个行业都在绞尽脑汁,苦苦摸索。

正当业界一筹莫展时,台积电的一位叫林本坚的工程师却另辟蹊径,提出了一个脑洞大开的方案。

02|认识林本坚

林本坚,1942年出生于越南,成长于中国台湾省,美国俄亥俄州立大学博士,美国国家工程院院士。13岁生日那天母亲送了他一台照相机,让他对光刻产生了浓厚的兴趣,从此心中有火,眼里有光,连博士论文都与光有关,求职柯达被拒后,在IBM研究22年的光刻,然后炒了老板鱿鱼,自己成立一家设计光刻软件公司,单飞8年后觉得做老板也不好玩,一狠心把自己也炒了,去了半导体大鳄台积电公司,做一个安静的美男子,专注微影技术研究。

林本坚也一直研究怎样降低光源的波长,但光源技术并不是他的研究专长,也正因为如此,他才有站在地球边缘看世界的视角,提出了与众不同的思路。

03|认识沉浸式技术

怎么降低光的波长,大家都在光源上找出路,寻找新的光源技术。林本坚想到的办法其实就是中学物理老师敲黑板时反复讲的原理,光通过介质也会降低波长。专业一点表述就193nm波长的光,水的折射率为1.44,即波长通过折射可以降到132nm。

林本坚想到的办法,就是在镜头和硅片之间加一层水。让光经过水的折射,降为132nm,这样投射到硅片的图案分辨率更清晰,晶片密度可以更高。

林本坚反复实验证明了方案的可行性,于是拿着方案、怀揣梦想到日、美、德等国大公司上门推销。

然而理想很完美,现实却很残酷。当时的光刻巨头们都不看好这种“投机取巧”的办法,他们觉得通过光源技术降低光波才是正道。同时,在芯片制造是需要完全无污染的环境,制造过程中加水容易产生水泡和造成污染,直接影响芯片的良品率,谁也不愿意为这“临时之策”耽误自己的光源研究进展,何况这些公司已为之投入上10亿美刀呢。但林本坚并没有放弃,针对巨头们的顾虑,不断地优化自己的方案,一次又一次上门推销。这让光刻公司们不胜其烦,一家公司甚至直接写信给当时的台积电CEO,也就是现在的中芯国际副董事长蒋尚义,要求他管束一下林本坚,不要再来扰乱他们的研究进展和专注方向。

开拓性的成功从来都是在冷落和嘲笑中走出来的,坚持与坚定一直都是成功者的标配。无奈之下,林本坚找到了荷兰ASML公司。当时的ASML几乎就是一个作坊式车间,总共30号人,老板还兼着保安出纳什么的,技术远落后于日、美光刻公司,产品也没有销路,根本没有实力研究先进光源。所以当他们看到林本坚的方案后,草根ASML没有顾虑,决定搏一搏单车变摩托,押注林本坚的沉浸式技术。

2004年,只用不到一年的时间,ASML就在林本坚的指导下制造出132纳米的样机。技术的突破,带来了业务的提升。从此ASML开启了开挂的人生,拿单拿到手软,一举取代尼康成为光刻机的灭霸。虽然之后尼康也研发出157纳米的光刻机,但已失去先机,并且还落后于阿斯麦的132纳米,从此尼康逐渐走向末路。

现在极紫外光的波长已经降到了13.4nm,林本坚的沉侵式技术并没有被抛弃,反而被所有光刻机采用。

思路决定出路,科学从来都不是按部就班地走别人老路,科学家从来都不是安分之人。当前光刻机技术又已走到物理极限,摩尔定律岌岌可危,这对落后中国光刻企业来说,何尝不是一种机遇。与其背后苦苦追赶,不如另辟蹊径。

你认为中国半导体界还会出现林本坚这样能出鬼点子的鬼才吗?

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