他是光刻技术的引领者,以一己之力,帮助台积电垄断全球高端市场

谈数码过千里 2024-04-05 10:44:34
前沿导读

在世界集成电路的发展史当中,欧美国家一直是行业领先者的地位,其次是日本韩国等举国家力量推进半导体技术的国家。

中国大陆在早期发展过一段时间的半导体,但是由于瓦森纳协议的规定,发展势头一直不好,直到2000年由江上舟牵头的一批海外华人群体公车上书,国家发布18号文件之后,大陆的半导体行业才迎来了快速发展的阶段。

针对于半导体制造行业,我国依靠尹志尧的中微半导体,实现了刻蚀机国产化控制,而上海微电子牵头的光刻机产品,一直都在缓慢的发展当中。

除了制造设备之外,光刻的技术方法,也是国际半导体层面向下发展最困难的地方。

全新的光刻方法

光刻机的两种光刻方法,一种是降低曝光尺寸,另一种是在制造的时候加入介质。

各企业用第一种方法发展了几十年,遇到了技术瓶颈,无法继续向下发展更精密的晶圆加工。一个人的到来,让这个技术瓶颈被打破,全新的技术手段改变了整个世界光刻系统的战局。

这个人是出生在越南的华侨,名叫林本坚。

在林本坚13岁的时候,他母亲送给他一台相机。林本坚对于相机很是着迷,便开始研究光学领域的技术。林本坚在后来去到了台湾念书,考上了台湾大学电机系,并且在美国的俄亥俄州立大学攻读至电机工程系博士学位。

从大学开始,一直到博士,林本坚的主要学习方向都是跟光学有关的技术。

他最开始想去柯达工作,但是投了多份简历没有回应,最后来到了IBM在半导体领域进行光学技术的研究。

他扎根在IBM一呆就是20多年的时间,并且参与了IBM公司在1微米、0.75微米、0.5微米光刻微影技术的开发。

在IBM离职以后,林本坚成立了一家与光学领域相关的软件企业。但是后来竞争对手被大公司收购,林本坚的企业没有抗衡大公司的能力,碰巧这个时期台积电的蒋尚义打来电话邀请他加入台积电,于是林本坚便再次回到了台湾,入职了台积电。

林本坚入职台积电之后,他发现了世界光刻行业遇到的技术瓶颈:准分子激光的波长被卡死在193nm,暂时没有找到向下发展的方法。

由于摩尔定律的影响,芯片内部的晶体管密度呈倍数增长,光刻技术需要将曝光尺寸降低30%-50%,才能达到摩尔定律的要求。但是如果按照当时的技术水平,将193nm的波长只能缩减到157nm,根本达不到摩尔定律的水平要求。

如果解决不了这个问题,那么全球的芯片制造业会陷入僵局。

老牌的光刻厂商也在进行技术尝试,尼康曾经联合美国硅谷技术部门,准备走之前的路线,将193nm缩短到157nm。但是这样一来,在光刻胶等材料上面都要全部重新来,工程太过于庞大。虽然发展思路清晰,但是整个产业链需要推倒重来。

这时候,林本坚发现了一个被整个行业都忽略的盲点。

用水。

光线照射到水中,会形成折射。

在光刻机的透镜和加工晶圆之间,以水为介质,将激光波长打入水中进行折射,可以将193nm的波长缩短到134nm。林本坚将这种全新的技术手段,命名为浸没式微影技术。

林本坚的技术思路,在国际技术大会上面被他自己提了出来,但是有不少的半导体厂商对这种新技术持反对态度。大多数人的看法就是这个技术思路过于无厘头,整个行业都无法解决的问题,凭他一个人加入水就能解决?

光刻战局的改变

林本坚拿着他开发的新技术,去找美国、德国等地区的大厂合作,但是没有人相信他。找日本、韩国合作,这两国的企业也没有人相信他。

张忠谋和蒋尚义则是很看好林本坚的技术,也帮助他找寻合作商,最终找到了荷兰的asml。

当时的asml远远没有现在这么庞大,技术水平跟尼康、佳能差距不小,也正是因为这么大的差距,所以asml选择赌一把,用林本坚的新技术在自家的光刻机上面。

一年之后,asml的浸没式光刻机诞生,投入使用。同期,尼康宣布自家的157nm光刻机完成研发。从这一刻开始,国际光刻机领域的历史车轮开始以碾压的方式向前滚动。

由浸没式光刻机生产出来的产品,不但技术水平先进,而且市场反响也好,获得了国际巨头企业的认可。

由于技术水平的先进,asml抢下了来自于IBM、英特尔等大厂的制造订单。这一仗打下来,asml在光刻机领域的优势已经绝对领先于日本厂商。

以林本坚为领导,asml和台积电两个团队开始并驾齐驱,将光刻技术的精度继续下探到90nm、65nm、40nm、28nm、16nm、10nm、7nm。

浸没式光刻机在市场上面最终的技术水平是7nm,当时苹果的a12仿生芯片、华为的麒麟980、麒麟990都是采用的这种技术方法加工出来的产品。

华为后续还推出过一款麒麟990 5G的手机芯片,这款芯片是台积电基于全新EUV光刻机打造出来的产品。虽然都是7nm技术,但是EUV胜在工艺更先进,技术水平更高,性能和功耗也更加优秀。

一直到5nm的手机芯片时代,才全面启用EUV光刻机进行制造,浸没式光刻机这才退出了技术发展的一线位置。

从全球光刻机技术的发展情况来看,在技术发展最关键的这几年当中,林本坚一直在领着全球半导体产业链的发展方向走,以一己之力让各大厂商跟着他的脚步前进。

林本坚的技术思路直接将光刻系统的技术研发向前推进了9代,这也是台积电能称霸国际晶圆代工行业的主要原因。

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