一个疯狂点子让光刻机巨擘巨额投资成泡沫,改写全球芯片制造格局

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一个疯狂点子让光刻机巨擘巨额投资成泡沫,改写全球芯片制造格局
麻省理工科技评论 2018年9月9日

2018年9月9日

2018 年未来科学大奖在 8 日揭晓,今年颁出的数学与计算机科学奖,由台湾清华大学林本坚教授获得。
芯片 未来科学大奖
2018 年未来科学大奖在 8 日揭晓,今年颁出的数学与计算机科学奖,由台湾清华大学林本坚教授获得。

编者言:2018 年未来科学大奖在 8 日揭晓,今年颁出的数学与计算机科学奖,由台湾清华大学林本坚教授获得。过去 24 小时,许多媒体争相报导 “谁是林本坚?”,在此其中,许多人谈林本坚对台积电的贡献,许多人谈他如何改变半导体技术发展的路径,这些都是林本坚教授奉献人生近 50 载在半导体科研技术领域所写下的成就篇章。

林本坚对于科研的追求精神与实质贡献,拿下未来科学大奖实至名归,但在林本坚获奖的背后,其实更让人深思的是,在激烈讨论中国半导体芯片产业发展问题的当下,林本坚——一个孜孜矻矻的科研工作者,用他终身的科研成就改变了全世界半导体技术发展的路径,由此所激荡出的影响之深远,不只是单一公司在商场上的胜负消长,而是由半导体技术驱动全世界科技发展进步的速度。

70 年前在实验室裡诞生的晶体管,或许可以说是有史以来,仅次于电与电话以外,对整个人类世界影响最深远的科研成果。当我们谈”不要沉迷模式创新”经济成长效应,而必须更重视 “核心技术价值创新”的实质变革成长,我们面对的现实,却是资本市场的追逐紧逼、是与浮沉消长的估值与股价追求较劲、是靠着蹭着热点风口扶摇直上的便宜捷径。

许多人悲观的不看好中国半导体芯片产业的发展,其中的一个关键,就因为在现在这个氛围下,可能很难有人傻到愿意花几十年时间只为做好一个技术,即使这个技术最后能做到世界第一。

但林本坚教授是一个实证,从科学研究的成就到产业影响力的实现,他的精神,是在这个时代中,值得被尊敬,也需要被更多人看到的。”有为者,亦若是”,让我们想想,10年、20˙年、甚至是30年后,中国半导体芯片、甚或者是科技产业,是否能有更多的 “林本坚”出现?这是中国半导体芯片科技产业的挑战,也是绝大的机遇关键。

我们诚挚的恭贺林本坚教授成为未来科学数学与计算机科学奖的首位得主,我们也深切的期盼,在未来科技产业发展的长路上,让更多坚持科研创新的人绝不寂寞。

2018 年未来科学奖揭晓,一个出生越南、成名于台湾的陌生名字“林本坚”拿下“数学与计算机科学奖”吸引了众人目光,一般读者或许对他很陌生,但半导体业人人提起“Burn Lin”是会肃然起敬的。曾经因为他的一个疯狂点子,让光刻机巨擘 ASML 高达 7.5 亿美元的研发投入归零,更让 15 年前还未“大大茁壮”的台积电,首度拿下新技术的发球权,一步步到今日逼近英特尔技术霸主地位的地位。

台积电创办人张忠谋曾说过,如果没有林本坚和其带领的技术团队,台积电的光刻部门不会有今天的规模。林本坚在 2000 年加入台积电时,公司的光刻团队仅 50 人,一直到 2013 年发展成 500 人规模,在他 2015 年从台积电退休时,光刻部门已经长成 700 人的大团队了!



台积电营收 18 年“7 倍跳”,技术实力一步步逼近英特尔


众所周知,“光刻”(或称微影)是半导体工艺中非常关键的一道程序,林本坚 2000 年加入台积电后,独排众议力挺以“浸润式光刻”技术取代当时是主流的“干式光刻”技术,改变了全球半导体产业的生态。

时间拉回 2000 年左右,当时的台积电全球营收约 53 亿美元,以这个规模来看,大概是在全球前十大半导体厂的第十大门口徘徊,约莫是一个“中型”半导体企业。

当时的龙头巨擘英特尔的年营收约 300 亿美元,然 18 年过去,眼前的英特尔年营收规模成长了一倍至超过 600 亿美元,然台积电的年营收已经从 2000 年的 50 亿美元,成长将近 7 倍来到超过 330 亿美元。

台积电有今日的成就,不但是营收规模“7 倍跳”,技术实力更是逼近英特尔,林本坚在 2002 年的一个“愚公移山”的“疯狂点子”,绝对是功不可没。



林本坚提出疯狂点子,以“水”作为介质取代传统的“干式光刻”技术


我们现在常聊半导体大厂的 7 纳米战争,2002 年的全球半导体产业从 0.13 微米(130 纳米)技术、 90 纳米技术,再发展到 65 纳米节点左右,出现了史无前例的技术“大撞墙期”。

在林本坚提出的“浸润式光刻”技术以前,半导体制程一直都是以“空气”作为媒介,也就是所谓的“干式光刻”技术。那时的业界共识是继续发展 157 纳米波长的干式光刻机,支持者包括光刻大厂 ASML 也投入约 7.5 亿美元做研发,但是,这个技术的进展遇到严重卡关。

于是,林本坚提出的“疯狂点子”来了。他认为 157 纳米光刻机技术的难度很难克服,建议“走回头路”用上一代 193 纳米波长的光刻技术,且破天荒提出以“水”为介质,而非传统的“空气”做介质,因为透过水的折射可以找到 134 纳米的光波,居然比 157 纳米的波长更短,成功突破当时半导体大厂都束手无策的关键瓶颈,但这个“疯狂的点子”初期在业界是难以被“容忍”的。

林本坚提出的技术突破原理为何遭到当时众多的半导体大厂反对,甚至引来敌意?因为,当时大厂已经投入巨资在研发 157 纳米干式光刻机上,光是 ASML 就投入了超过 7 亿美元的研发费用,2000 年的 7 亿美元可不是小数目,逼近台积电一年的资本支出,如果技术大转弯,不就等于是宣告大厂的研发费用都血本无归了,可以想像,当时的林本坚承受的压力之重。

一些反对的大厂也提出疑虑,认为以水为介质容易产生污染,且水中的气泡会影响光刻成果等,但林本坚不畏质疑,带领团队完成一篇篇的论文发表到国际期刊上,一一解答外界的疑虑。

把林本坚找入台积电,曾担任台积电 Co-COO 的技术大佬蒋尚义,曾透露一段秘辛,当年确实有大公司的高层表达严重关切,希望蒋尚义能管管林本坚,要他不要来“搅局”。

而林本坚也曾表示,若是没有蒋尚义的支持,他提出的浸润式光刻技术根本无法推动。

之后,林本坚提出的浸润式光刻技术在张忠谋、蒋尚义的大力支持下,终于有机会放手一博,一步步获得国际大厂的认同。

当时,光刻机技术还不像今日是 ASML 独霸局面,还有 Nikon 、 Canon 两家日商和 ASML 并列为全球“光刻三剑客”。而那时,第一个宣布加入浸润式光刻机生产的是日商 Nikon,一年后,ASML 也正式放弃原本 157 光刻机研发,加入生产 193 光刻机之列,并且与台积电共同研发,且 IBM 等十多家半导体厂也跟着转向,跟进采购 193 纳米光刻机。

当年的 193 纳米浸润式光刻机从 65 纳米、 40 纳米一路发展到 28 纳米、 20 纳米、 16 纳米以下,都是高阶工艺的重要关键突破点,全球约莫 90% 以上的电晶体都是采用 193 纳米浸润式光刻机所生产。



生于越南,经历 IBM 工作逾 20 年、创业洗礼,在台积电攀上职涯顶峰


林本坚的职涯若从 1970 年在 IBM 开始算起,一直到 2015 年底从台积电退休,总共经历了 46 个寒暑,其中,在 IBM 待了 22 年,之后曾短暂创业约 8 年的时间,最后的 15 年职涯是在台积电渡过,攀上人生顶峰。他在 2015 年底已从台积电退休,而他为台积电打下的这一场胜仗,已经是名留青史了。

林本坚其实出身于越南,在西贡附近的城市长大,在高三那一年独自以侨生的身份到台湾新竹中学念书,隔年考上台湾台大电机系。

巧合的是,在林本坚 13 岁的时候,他母亲送他一台老式照相机,开启了他对于“光”的探索。他的博士论文都是与“光”(Lithography)有关的技术,而取得博士学位的林本坚因为对于“光”与拍照的热爱,首选的工作是进入柯达,但投去的履历都没有回音,最后误打误撞进入 IBM,就此进入了半导体领域继续研究“光”技术,还颠覆了整个业界生态。



信仰虔诚的他认为进入 IBM、台积电工作都是神的带领


林本坚本人是个非常虔诚的基督教徒,传教也是退休之后的生活重心之一。他曾经分享细数生命中的 7 个转折点:出生、信主、到台湾新竹中学求学、进入台湾台大电机系就读、进入 IBM 工作、创业、进入台积电工作,这当中的每一步都有神的带领。

他分享,进入台积电工作,一切都是神的指引。林本坚在 IBM 工作超过 20 年,之后经历创业,当时的他在美国生活工作都很愉快,直到他创业公司的竞争对手被一间大公司合并后,财力实力各方面都远远胜过他的公司,当时的他,烦恼瞬间降临。

虔诚的他在 1999 年 12 月时,向神做了一个非常慎重的祷告:“神啊,你要我走下去吗?还是有其他的路?”其实,他当时心中是希望也有另一间大公司来合并他当时的公司,但他不敢这样对神说,只说“神啊,凭你的旨意行事”。两个月后,他接到一通从大公司打来的电话,但并不是要合并他的公司,而是蒋尚义打电话给他,邀请他加入台积电。

他认为,这通电话是神回应他两个月前的祷告,于是,他没考虑太久就答应蒋尚义,2000 年 4 月就到台积电上班。对林本坚一生而言,信仰是他人生的光。

成就非凡的他的一生获奖无数,曾获得两个国际电机电子工程学会 ( IEEE ) 大奖、美国国家工程学院院士 ( US National Academy of Engineering ),尤其在 2013 年获得 IEEE 西泽润一金牌大奖 IEEE Jun-Ichi Nishizawa Medal(金牌是 IEEE 奖项中最高的等级) 时,个人技术研究成就声势攀上高峰。

林本坚的一生充满着传奇的色彩,他当年的一个“疯狂想法”,力抗国际大厂的反对声浪,造就了他一生在半导体领域不可抹灭的成就,更让台积电一步步走到今日足以挑战英特尔的地位,逆转产业的技术发展,其坚持果敢的信念、不惧强权的勇气,是成功的核心。林本坚无疑是一个模范, 也是一个指标,让每个科技人都牢记这样的勇气与信念,继续朝自己相信的价值努力前进。

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