「浸潤式微影之父」林本堅是台灣半導體產業領先國際的關鍵推手，成功把摩爾定律推進六個世代，影響全球半導體的技術發展，並讓台積電首次主導業界規格，成為世界領先者，憑藉在台灣半導體產業的貢獻，林本堅榮獲第六屆總統創新獎。本集《全新一週》邀請中研院院士、清華大學半導體研究學院特聘研究講座教授、台積電前研發副總經理林本堅，分享如何以 22 年前研發「浸潤式微影、用水當介質、搭配 193 奈米」的技術，在當年助台積電突破成像瓶頸，顛覆整個產業界，驚豔全世界？
林本堅表示，過去半導體晶片製程主要採用乾式曝光，以空氣為鏡頭和晶圓之間的介質，使光罩上的圖形在晶圓上成像，業界為了提高成像解析度，研究將光源的波長從 193 奈米縮短至 157 奈米，卻發現技術難以突破，「因為到了 157 奈米，鏡頭等材料都變成不透明，只有一、兩種材料是透明的，其中一個就是氟化鈣，但是製程上對它的要求很高，必須是一個單結晶，一大塊光學材料的鏡頭也必須是單結晶，而單結晶的性能在 193 奈米可以實現，到了 157 奈米性能就會不夠好，所以大家花費很多功夫、時間、經費，始終沒有辦法把結晶做到好，就變成一個很難突破的關頭。」
林本堅當時發現，如果採取浸潤式將水完全注滿在鏡頭與光阻之間，光的波長就會在水中縮短為 134 奈米，得以刻出更精密的晶片。林本堅表示，早在 100 年前顯微鏡的使用原理就類似如此，將「油」放在鏡頭與實驗樣本之間進行觀察，「但是液體會吸收光，光過來一定不均勻，在亮的地方溫度較高，暗的地方溫度則是較低，這種些微溫度的差異就會干擾影像。在半導體產業，如果液體出現氣泡也不行，因為夾雜空氣會導致液體出現瑕疵、髒東西留在晶片上，所以我透過浸潤式微影技術克服這些挑戰，並申請專利，發表在半導體製程中以水當作介質的技術，並搭配光阻、鏡頭已經成熟的 193 奈米。」
台積電用結果證明「浸潤式微影、用水當介質、搭配 193 奈米」的新技術
不過當時林本堅推出浸潤式微影這項創新技術時就遇到阻力，例如設備公司、半導體公司的老闆通常已經設定 Road Map（技術路線圖）、投入經費，「我對他們說，你已經投資金這麼久了，已經知道這個技術行不通，那你還不趕快止血，還要繼續投下去？」另一個阻力，則是林本堅分享技術相關的文章，受到外界的質疑，「我用理論、用實驗去解決這些問題，實際上當然還有量產的問題，因為產線上要求良率很高，我們花費蠻多功夫研究。」
面對這些挑戰，台積電持續投入研究與概念驗證，讓製程更加優化。林本堅分享，「我們除了要讓成像清晰，還要解決瑕疵的問題。假如水不均勻，成像畫面就不好，所以要讓水能夠快速流動、不斷更換新的水進去，但是在這個過程又不能夠產生氣泡，也不可以讓水殘留在晶圓，這些都花費蠻多功夫研究並建立 SOP。」林本堅回想當初加入台積電團隊的時候，從每片晶圓有幾千顆的瑕疵，逐步降到幾百顆、幾十顆甚至零顆的瑕疵率，「台積電就是有這樣的本事，負責量產的工作人員也很有決心與耐心找出瑕疵原因並解決問題。」
「我們要用結果來證明我們是對的，」而當創新技術與製程需要新機器，台積電如何和上游供應商 ASML 共同研發解決方案？林本堅指出，ASML 團隊的技術很厲害，對於理論也非常清楚，經過雙方持續溝通，最後根據林本堅提出的的概念共同開發浸潤式微影機台，「我想台積電成功，是因為我們跟設備商、供應商以及客戶都進行很好的溝通，我們也知道他需要什麼東西，並做出客戶需要的解決方案，滿足對方的需求，所以溝通是非常重要的。」
想聽中研院院士、清華大學半導體研究學院特聘研究講座教授、台積電前研發副總經理林本堅進一步分享為什麼半導體製程已經到了物理上的極限，卻不等於半導體技術已經到了極限？半導體產業如何跳脫過去每一代只需要把製程縮小的慣性與惰性，找到新的研發路徑、百花齊放？以及產業界如何協助大學，培育足以和全世界競爭的領袖級半導體產業人才？立即收聽本集《全新一週》。
（責任編輯：曾品潔）