侵润式光刻技术鼻祖林本坚：欲重塑武林

中国中国台湾清华与tsmc、力积电等10家顶级半导体企业协作的半导体材料科学研究学校，将于2021年8月创立，该半导体材料学校找来了凭着侵润式光刻工艺改变全世界半导体材料发展历程的中研院工程院院士林本坚拔尖。

现阶段，林本坚是清华大学半导体材料学校筹建处负责人，将来将变成 第一任半导体材料学院教授。

林本坚曾在美国IBM研究所，领着精英团队造就出很多领跑全世界的技术性。后在tsmc力邀下返回台湾省，逐渐促进对全世界半导体产业及tsmc优秀制造奉献巨大的侵润式光刻工艺，领着精英团队从130nm、保证90nm、65nm、40nm、28nm、20nm、16nm，和10nm，并逐渐产品研发7nm、和5nm。

他从tsmc辞去后，资金投入到培养半导体材料优秀人才的工作上，自2016年起出任台湾省清华聘用讲座教授。

改变历史时间

1980年代，林本坚在IBM工作中期内，企业內部造成了光刻技术线路之战，那时候，光刻工艺的科技攻关过程决策了集成ic特点规格的尺寸，是推动集成ic特性迭代更新、修建强劲测算和通讯设备的重要。除开林本坚，基本上全部业内都是在全力以赴科技攻关X光光刻工艺。

林本坚细心科学研究过X光光刻技术，不但灯源不太好处理、实际操作难度系数大，并且迅速会精准推送画面质量的極限。相较来讲，紫外光光刻技术不但容易实际操作，并且提高室内空间更高。

那时候，林本坚的紫外光光刻技术计划方案沒有获得企业和老板的适用，也就沒有资产可以用，他只有孤独一人开展有关技术性的科学研究。

林本坚在IBM工作中了22年，在五十岁时挑选提前退休政策。那时候，他早已10度得到美国IBM优秀发明奖、优秀三等奖，为企业造就多种世界第一。之后，林本坚添加了tsmc。

以往大半个多新世纪，颠覆性创新一直在充分发挥，但到2002年，当集成ic制造变小至65nm时，这一基本定律不灵敏了。那时候，基本上任何人都指望157nm光波长光刻技术、以气体为物质的“干试”光刻工艺的提升上，全世界头顶部生产商因此资金投入数十亿美元，但没什么进度。

2002年，林本坚明确提出了一项颠覆性创新技术性，即运用水做物质的侵润式光刻技术。此项技术性不但比传统手工艺工程造价便宜、实际操作简单，并且集成ic分辨率比157nm干试技术性提升 了二倍。

那时候，林本坚在tsmc工作中，企业左右抵住多方工作压力，尤其是这些在干试光刻工艺上资金投入重金的半导体材料机械厂，对林本坚很不友善，而tsmc对他这一技术性设想大力支持。

为了更好地争得这些半导体行业生产商，林本坚亲自踏遍美国、日本、法国、西班牙等地，逐一会见行业龙头，想不到，一上去就遭受一家美国大型厂当头一棒：大家绝对不会用你的高新科技，始终不。

历经不断会见，光刻技术生产商ASML、nikon等国际性大型厂最后钦佩于林本坚的固执和技术性功底和想像力，技术性发展趋势线路陆续转为。

2003年，ASML展现了第一片用侵润式曝光机作出的显像。没多久后，侵润式光刻工艺宣布批量生产。从批量生产第一代45nm芯片逐渐，以后的40nm、32 nm、28 nm、20 nm、16 nm、14 nm、10 nm、7 nm、5 nm集成ic，都靠侵润式光刻工艺生产制造。

离去IBM多年以后，当林本坚在tsmc产品研发130nm光刻技术集成ic，每钟头早已能够作出100多口腔上皮细胞，IBM仍在用X光做250nm制造加工工艺，由于技术性落后且没法批量生产，最终迫不得已舍弃。

据不彻底统计分析，今日全世界每一年超八2%的集成ic由侵润式光刻工艺生产制造，从2002到2019年，林本坚以2年一迭代更新的速率，将颠覆性创新往前推动了7代。

侵润式光刻工艺浅析

那么牛的侵润式光刻工艺，到底是何许人也呢？下边实际介绍一下。

当人们刚创造发明出集成电路芯片的情况下，那时候的特点规格大约是5μm（5000nm），以后变小到3μm，发展趋势迄今，tsmc早已逐渐批量生产5nm芯片了。在这个全过程之中，制造共经历了21代转型，将来两年，3nm集成电路芯片也将完成批量生产。从5μm到5nm，完成了1000倍的转变，大约经历了40年。

在这里一全过程之中，有一件较为奇妙的事儿，5μm环节，那时候的光波长是436nm，而到7nm，光波长是193nm，转变并并不是尤其大，那样，从电子光学的角度观察，我们要完成将特点规格缩到光波长的四十分之一，好像是不太可能进行的每日任务，大家必须跳出来纯电子光学逻辑思维，从半导体材料的视角去考虑到怎样完成它。

人的头发截面直徑大约是80μm，以选用28nm制造加工工艺的SRAM为例子，能够在秀发的截面上面2073五个这一样的SRAM模块，伴随着缩微技术性的发展趋势，在直徑为80μm的截面上，能够容下愈来愈多的SRAM模块了。这主要是由光刻技术以及技术性演变完成的。

光刻技术缩微的理论基础关键根据下面的图的表达式：屏幕分辨率和DOF（depth of focus，景深效果）。

从图上的公式计算能够看得出，屏幕分辨率关键由三个因素决策，分别是光波长λ、摄像镜头视角的正弦值sinθ，及其k1，在其中，针对做光刻技术的人而言，k1这一主要参数是十分关键的。

减少光波长和加大sinθ都能够提高屏幕分辨率，但这种全是有成本的，减少光波长λ、提升sinθ，DOF都是会减少，而k3和k1也是有关系的，且非常复杂。

针对选用不一样设备制造同样制造IC的生产厂而言，其技术实力差别便会很突显，比如，有的生产商用EUV机器设备（光刻技术光波长为13.5nm）才可以做7nm芯片，而有的生产商用DUV机器设备（光刻技术光波长为193nm）就可以作出7nm芯片，做一样的商品，前面一种必须大量的项目投资去选购升级近的机器设备，而后面一种则不用。这就是根据高质量加工工艺提高屏幕分辨率W所造成的经济收益。

根据表达式，有4种方式能够提高屏幕分辨率W，而针对技术工程师而言，在其中最便捷的方式莫过提升sinθ了，针对半导体材料厂的技术工程师而言，只需向老总多申请办理一些经费预算，购买大一点的摄像镜头和设备就好了，因而，技术工程师会采用的优选计划方案，通常便是在sinθ上下功夫。

提升sinθ必须很多的项目投资，并且愈来愈贵，除此之外，现阶段sinθ早已提高到0.93，已难以再提高，并且其不太可能超过1。那样，我们可以根据更改光波长λ来进一步提高光刻技术的屏幕分辨率。

减小k1也是一种方式。k1是一个指数，在光学显微镜运用之中，k1最少只有降至0.61，再小得话，物品便会模糊不清，看不清了，而在光刻技术行业，则不会有这个问题，只必须考虑到线的部位，只需能曝出就行，因而，能够把k1减少到0.07。

根据更改k1，能够无需拆换眼镜片，无需更改光波长跟光阻，就可以提高屏幕分辨率，具备非常好的经济收益。除此之外，DOF也有很有可能会提升。减小k1有这么多的益处，但其完成起來并不易。

也有一种方式是扩大n。n是折光率，根据更改n，还可以提高光刻技术系统软件的屏幕分辨率，非常简单的方式便是在摄像镜头和结晶中间添加水，以替代气体，也就是侵润式系统软件，根据扩大n，能够获得短光波长的实际效果。

当NA超过1的情况下，尤其是1.35NA时，必须放进具备尤其结构的眼镜片，因为牵涉到商业机密，下面的图中沒有得出1.35NA的平面图，现阶段有俩家企业能够保证这一点，她们选用不一样的方式完成。

侵润式的基本原理，光折射根据液态物质的时候会弯曲的特点，光学显微镜的影象通过淋湿的摄像镜头会进一步变大。反过来地，当光源根据浸在液态中的微真实写照摄像镜头时，就能将影象通过折光率进一步变小。

这儿自来水做为物质是更为经济发展高效率的，不然就必须花几亿美元去产品研发新的、更强的物质，那样太消耗资产和時间，并且不一定能确保取得成功，算起來是不划算的。

做为侵润式光刻工艺的发明者，林本坚针对产业链的技术实力提高和经济收益作出了极大的奉献。伴随着EUV的普及化，大量的优秀技术性还会继续问世，将再次把半导体材料光刻技术发扬。

投身于人才的培养

凭一己之力创造发明了侵润式光刻工艺，并经历过在公司的光辉以后，近期这么多年，林本坚将关键活力放到了半导体材料年青人才的塑造上。

特别是在中国台湾省，这儿在全世界半导体业处在领先水平，一直是靠高校培养的高品质优秀人才挺起来的，假如要维持全球领先水平，就务必把握独创性技术性，而这必须高质量的学术研究产品研发自然环境。

林本坚强调，假如只需给予半导体业需要的人力资源管理，高校就可以保证，台湾省清华与顶级公司协作开设半导体材料学校的目地，便是要培养能与全球市场竞争的领导者级半导体材料优秀人才。

怎样培养半导体材料领导者优秀人才？林本坚订出了兼顾“人才、全才、活才”的优秀人才培养战略方针。他表明，学员最先要挑选一个技术专业，如半导体器件等，开展深层次刻苦钻研，变成 该行业的“人才”。想要与精英团队内的设计方案等别的行业人才沟通交流协作，务必具有半导体材料跨行业会话工作能力，也就是“全才”。

半导体技术发展很快，经常会出现出乎意料的新难题，这时更必须能处理不明难题及开自主创新局的“活才”。具有之上三才，方能取得成功领导干部科学研究及工程项目单位。