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新突破:干式微影技术的窠臼突破

时间:2023-06-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:尽管性格温和、待人和善,但是林本坚在技术上需要攻坚克难时,却又能不落窠臼地突破重重障碍。浸润式微影技术的发展,也极大地促进了台积电和光刻巨头阿斯麦的发展。以水为介质的浸润式微影机大受欢迎,而日本尼康与佳能投入巨资研发的157纳米“干式”微影技术从此被搁置,而这也为后来阿斯麦全面超越日本企业埋下了伏笔。

新突破:干式微影技术的窠臼突破

林本坚出生于越南,高三时独自一人到中国台湾地区的新竹中学求学,次年考上了台湾大学电机系,毕业后到美国俄亥俄州立大学求学。尽管性格温和、待人和善,但是林本坚在技术上需要攻坚克难时,却又能不落窠臼地突破重重障碍。这也符合“只有偏执狂才能生存”的论断。面对“干式”微影的技术难题,林本坚审视了技术发展历程,认为与其在157纳米上“撞墙”,不如退回到193纳米波长,将介质从空气改为水(以水为透镜,在晶圆与光源间注入纯水,波长光束透过介质“水”后缩短成更短波长),使光束波长缩短至134纳米。林本坚的这一设想,从原理上看并不复杂:正如把筷子插入盛水的玻璃杯后,水里的筷子看上去折弯了,193纳米波长的光束透过介质水,就能缩短至134纳米。

林本坚很小的时候就表现出对光学的兴趣。13岁时母亲将一台老式相机送给他,他利用相机成像原理把它改成放大机。“我把父亲的照片放上去,又弄一个玻璃片,画了胡子,两张叠在一起,就合成出爸爸长胡子的照片。”1970年至1992年,林本坚在IBM工作,其间参与了1微米、0.75微米、0.5微米光刻技术的研发,他说:“我们在IBM做研究,一定要比世界早几步。IBM就是有这种‘坏习惯’―凡事要领先。我自己也是这种个性,才会在IBM待这么久。”1975年,林本坚做出当时光刻技术最短波长的光线,他把它命名为“深紫外线(Deep Ultra-Violet,简称DUV)”,后来成为光刻显影技术的主流。

1986年,林本坚还在IBM时,就认定微影技术继续发展就需要从干式转向浸润式微影技术(Immersion Lightography)―只有这样才能让光束的波长更短,由此解析度更强,光刻电路更为精密,使摩尔定律得以延续。

2002年,林本坚在比利时举行一场国际光电学会技术研讨会上抛出了他的观点。本来,林本坚受邀参会,只是想介绍一下浸润原理。但是,林本坚演讲完后,“不得了,我找到了134纳米波长的光波,大家听到134,全都睁大眼睛。之后,大家把原本讨论的157纳米都丢一边了,全部围绕在134浸润式的话题上。”不过,研讨会后,业界一开始并不认可林本坚的策略。表面上看,反对方一开始列举的理由有很多是技术性的,例如利用水作介质容易被污染,而且水中的气泡会影响曝光等。但是,从更深的层面看,这意味着他们已经投入数十亿美元研发费用的“干式”微影前功尽弃。对此,台积电前共同营运长蒋尚义回忆道:“(当年)确实有大公司的高层主管表达严重关切,希望我能管管他(林本坚),不要搅局。”(www.xing528.com)

“偏执狂”林本坚的设想得到了蒋尚义和张忠谋的支持,而他自己也在积极对外交流,说明下一代技术应该改变策略,使用浸润式光刻机技术的性价比更高!他说:“像下棋一样,要先想好后面好几步。把所有可能的步骤都一直想下去,(直到)想不到可能。”林本坚带领团队在半年内发表了3篇论文,一一回应了反对方质疑的技术难题。同时,林本坚还跑遍美国、日本、荷兰与德国,与业界开展了深入沟通,林本坚说他从张忠谋身上学到的重要一课是沟通。他的努力终于有了回报,阿斯麦发现,林本坚是对的,于是与台积电开展了合作。最终,台积电和阿斯麦于2004年共同研发成功全球第一台浸润式微影机。林本坚后来曾说:“原本一个美国大厂的代表说他们绝不用这技术,结果一个(半导体制程)世代后,他们也用了。”后来,张忠谋曾评价,“如果没有林本坚及其团队,台积电的微影不会有今天的规模。”

林本坚的事例表明,潜心钻研、矢志探索的专业技术人才,是企业发展的法宝。浸润式微影技术的发展,也极大地促进了台积电和光刻巨头阿斯麦的发展。以水为介质的浸润式微影机大受欢迎,而日本尼康佳能投入巨资研发的157纳米“干式”微影技术从此被搁置,而这也为后来阿斯麦全面超越日本企业埋下了伏笔。阿斯麦首席执行官彼得·韦尼克(Peter Wennink)在接受采访时曾说,“iPhone能出现,是因为浸润式微影技术。确实如此。”

图6 浸润式微影技术示意图

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