王義偉/文 敬請(qǐng)讀者朋友留意，本篇主要分析芯片制造技術(shù)的進(jìn)展，相對(duì)而言要專業(yè)一些，筆者盡可能做到簡(jiǎn)單明了、深入淺出。

一枚芯片是如何制造出來的呢？

簡(jiǎn)而言之，芯片的母體是硅晶片（也稱晶圓），形狀類似于一張光盤，在這張圓形的晶圓上制作出一枚枚方形（長(zhǎng)方形或者正方形）的芯片。這有點(diǎn)類似于我們?cè)谡障囵^拍證件照，一張感光紙上能印出9張或更多照片。

制造芯片的主要設(shè)備是光刻機(jī)和蝕刻機(jī)，其中光刻機(jī)是利用照相原理在晶圓上畫出電路圖，蝕刻機(jī)則是將這些電路圖刻出來并進(jìn)行加工，然后經(jīng)過測(cè)試、將合格的產(chǎn)品切割下來進(jìn)行封裝（封測(cè)），就可以出廠了。這些設(shè)備中，光刻機(jī)是最重要的，因此光刻機(jī)也就成了全套芯片制造設(shè)備的代名詞。

對(duì)于單個(gè)的芯片而言，在面積固定的情況下，電路越多、越密集，則芯片的功能越強(qiáng)大。舉個(gè)例子，我們用的手機(jī)，塊頭一直沒有多大變化，但功能越來越強(qiáng)大，這就是芯片中的電路不斷密集的結(jié)果?，F(xiàn)在最高級(jí)的芯片，其電路密集的程度已經(jīng)達(dá)到7納米，也就是一根頭發(fā)的萬分之一。而臺(tái)積電的制造工藝，很快就要達(dá)到5納米甚至3納米。

對(duì)于一塊晶圓而言，晶圓的面積越大，單塊晶圓所能制造出的芯片也就越多，所以芯片廠都希望用大塊的晶圓生產(chǎn)芯片，這就是我們常常接觸的概念，8寸晶圓廠，或者12寸晶圓廠。過去幾十年，臺(tái)灣當(dāng)局在審核臺(tái)灣芯片廠商到大陸投資時(shí)，是嚴(yán)格控制晶圓廠的尺寸的。2002年，陳水扁當(dāng)局勉強(qiáng)開放臺(tái)灣8寸晶圓廠到大陸投資。2016年2月，趕在蔡英文5月20日就任之前，馬英九當(dāng)局批準(zhǔn)臺(tái)積電到南京投資設(shè)立12寸晶圓廠。

臺(tái)積電之所以遙遙領(lǐng)先其他芯片制造廠，原因就在于它在光刻機(jī)領(lǐng)域作出了突破性的貢獻(xiàn)。

這里面的關(guān)鍵人物是林本堅(jiān)。

林本堅(jiān)祖籍廣東潮汕，1942年出生在越南，在越南西貢長(zhǎng)大。1959年，林本堅(jiān)獨(dú)自一人到臺(tái)灣讀高中，之后考入臺(tái)灣大學(xué)。大學(xué)畢業(yè)后林本堅(jiān)赴美留學(xué)，并于1970年獲得美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)電機(jī)工程學(xué)博士學(xué)位。1970年至1992年，林本堅(jiān)在IBM工作。1992年至2000年，林本堅(jiān)在美國(guó)創(chuàng)業(yè)。2000年，林本堅(jiān)返回臺(tái)灣加入臺(tái)積電。

在IBM期間，林本堅(jiān)就是光刻技術(shù)領(lǐng)域的奇才。1975年，工作僅5年的林本堅(jiān)做出當(dāng)時(shí)光刻領(lǐng)域最短波長(zhǎng)的光線，他自己把它命名為深紫外線（DEEP Ultra-Violet，簡(jiǎn)稱DUV）。后來，DUV成為光刻顯影技術(shù)的主流。

現(xiàn)在中國(guó)芯片廠商求之不得的設(shè)備EUV（極紫外線）光刻機(jī)，就是在DUV技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。

發(fā)明這項(xiàng)頂尖技術(shù)的，還是林本堅(jiān)。

在做出DUV光線11年之后，1986年，林本堅(jiān)意識(shí)到，原來的微影技術(shù)已經(jīng)走到了盡頭，很難再發(fā)展了。

這個(gè)時(shí)候微影技術(shù)所能觸及的最短的波長(zhǎng)，是157納米。全世界的頂級(jí)光學(xué)專家，都面對(duì)著157納米這樣一堵高墻，再也無法前進(jìn)一步。

在無法前進(jìn)之際，林本堅(jiān)開始進(jìn)行反向思維。既然157納米無法突破，還不如退回到193納米，然后在鏡頭和晶圓之間加入其它介質(zhì)，是否就能做出更短的波長(zhǎng)呢？

之前的技術(shù)，就是鏡頭面對(duì)晶圓，通過拍照畫出電路圖，鏡頭和晶圓中間什么都沒有。

林本堅(jiān)的設(shè)想，是在鏡頭和晶圓中間加入一層水。

這個(gè)設(shè)想的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單。舉例說明，我們把筷子放進(jìn)水中，筷子看起來就折彎了、變粗了。之所以出現(xiàn)這種景象，是因?yàn)樗淖兞瞬ㄩL(zhǎng)。

而根據(jù)林本堅(jiān)的設(shè)想，193納米的波長(zhǎng)，經(jīng)過水的折射后，就變成了134納米。

林本堅(jiān)將這種方法稱為浸潤(rùn)式微影技術(shù)（Immersion Lithography），之前的技術(shù)稱為干式微影技術(shù)。

林本堅(jiān)1986年發(fā)現(xiàn)浸潤(rùn)式微影技術(shù)后，繼續(xù)進(jìn)行研究，完善技術(shù)方案。在這個(gè)過程中，2000年，林本堅(jiān)離開美國(guó)來到臺(tái)灣，加盟臺(tái)積電。

2002年，在比利時(shí)召開的一個(gè)光電學(xué)會(huì)技術(shù)研討會(huì)上，林本堅(jiān)向全球同行公開了自己的發(fā)現(xiàn)和設(shè)想。

這個(gè)設(shè)想一下子把來自世界各地的同行們震住了。

在林本堅(jiān)發(fā)表演講之前，本來大家的討論焦點(diǎn)，是集中在157納米干式微影技術(shù)上的?，F(xiàn)在不得了了，林先生竟然找到了更短的、134納米波長(zhǎng)的光波。

突破性的進(jìn)展也招致猛烈的反對(duì)。那次研討會(huì)之后，對(duì)林本堅(jiān)技術(shù)方案的反駁洶涌而來，反對(duì)方列舉的理由看起來似乎也有些道理，比如利用水做介質(zhì)容易污染，水中的氣泡會(huì)影響曝光等等。

還有一些干擾的背后是來自資本的力量，因?yàn)樵?57納米這個(gè)層級(jí)，國(guó)際級(jí)的大廠已經(jīng)投入了巨額的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，林本堅(jiān)的發(fā)明，意味著這些研發(fā)前功盡棄。有業(yè)內(nèi)高層為此向臺(tái)積電施壓，要求臺(tái)積電管管林本堅(jiān)，讓他收斂點(diǎn)，“不要攪局。”

張忠謀是何等人物？！面對(duì)林本堅(jiān)這樣的奇才，面對(duì)這樣一個(gè)在技術(shù)上一枝獨(dú)秀、一騎絕塵的機(jī)會(huì)，他怎么會(huì)摁住林本堅(jiān)不讓他發(fā)揮呢？！

張忠謀給予林本堅(jiān)的，是堅(jiān)決的支持。

針對(duì)質(zhì)疑方提出的技術(shù)問題，林本堅(jiān)和他的團(tuán)隊(duì)一一進(jìn)行研究攻關(guān)，在半年內(nèi)發(fā)表了3篇學(xué)術(shù)論文進(jìn)行回應(yīng)。

同時(shí)，林本堅(jiān)帶著自己日漸成熟的技術(shù)方案，到美國(guó)、日本、荷蘭、德國(guó)，與相關(guān)技術(shù)廠商進(jìn)行深入的溝通。

絕大多數(shù)廠商對(duì)林本堅(jiān)的技術(shù)方案將信將疑，其中一個(gè)美國(guó)的大廠代表表示，他們絕對(duì)不會(huì)用這項(xiàng)技術(shù)。

只有荷蘭的ASMI（阿斯麥爾）公司認(rèn)為林本堅(jiān)的技術(shù)方案是可行的，代表了光刻機(jī)未來的發(fā)展方向。

于是雙方展開了合作。（未完待續(xù)）