本文轉(zhuǎn)自微信公號“未來論壇” （futureforum）

2018年9月8日，林本堅(jiān)因開拓浸潤式微影系統(tǒng)方法，持續(xù)擴(kuò)展納米級集成電路制造，將摩爾定律延伸多代榮膺2018年未來科學(xué)大獎—數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)獎。

林本堅(jiān)（圖自“未來論壇”）

林本堅(jiān)是誰？他做了什么？

對于林本堅(jiān)獲獎，軟銀遠(yuǎn)景基金合伙人同時(shí)也是未來論壇理事會輪值主席的陳恂帶著有點(diǎn)小激動的心情說：“大概從2006年開始至今，世界上所有的高端芯片-包括咱們?nèi)耸忠徊康氖謾C(jī)里的核心芯片，人工智能芯片，5G芯片，比特幣挖礦芯片，無一不是浸潤式光刻科技制造的。說沒有浸潤式光刻科技就沒有IT的今天，毫不夸張。

世界上第一個(gè)提出這個(gè)科技的就是林本堅(jiān)。咱們的科學(xué)家委員會能夠找出林本堅(jiān)這樣在工業(yè)界作出世界級、決定性貢獻(xiàn)的華人科學(xué)家真是令人佩服。這樣的人在中國，絕無僅有。一個(gè)創(chuàng)新決定了人類信息科技幾十年的軌跡。林本堅(jiān)就是那種典型的科學(xué)家風(fēng)范-大家見到就知道了。幾十年如一日，樸素平實(shí)?！?

林本堅(jiān)是虔誠的基督教徒，待人和善，說話的時(shí)候語調(diào)總是慢慢的輕輕的，以前的同事和晚輩都稱他“Burn爺爺”。但是，當(dāng)面對自己的工作和研究時(shí)，這個(gè)和善的老先生就會無比堅(jiān)定。

林本堅(jiān)從小生長在越南西貢，父親是當(dāng)?shù)赜⑽母咧械男ｉL，高三那年，他獨(dú)立一人來臺就讀新竹中學(xué)。出于對物理的喜愛以及工作機(jī)會的思量林本堅(jiān)在隔年考臺大時(shí)選擇了電機(jī)系，進(jìn)而與電磁波結(jié)緣（所有的光都是電磁波）。

從臺大畢業(yè)后，林本堅(jiān)又前往美國俄亥俄州立大學(xué)攻讀博士學(xué)位?；叵朊绹那髮W(xué)經(jīng)歷，林本堅(jiān)笑說不只高手云集，課業(yè)也重?！爱?dāng)時(shí)教我物理的是楊振寧的弟弟楊振平，要求很嚴(yán)格。過去在臺大我從沒熬過夜，沒想到在那邊要熬夜趕功課?！?

快畢業(yè)時(shí)，林本堅(jiān)詢問導(dǎo)師求職的方向。由于林本堅(jiān)以全相學(xué)（Holography）為博士論文，對方建議他循著一本光學(xué)月刊背后所登載的贊助公司，一家一家寫求職信。愛好攝影的林本堅(jiān)本來最中意的是柯達(dá)（Kodak），沒想到求職信杳無回音，反而是另外兩家—IBM T.J. Watson Research Center與貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Labs）找上門來。

起初，林本堅(jiān)還很納悶，IBM一個(gè)電腦公司需要光學(xué)做什么？入職后才發(fā)現(xiàn)，原來芯片產(chǎn)業(yè)所有的零件和芯片都需要光學(xué)來做小型和微型化。林本堅(jiān)自己也沒想到一做就是二十二年，談到IBM的扎實(shí)經(jīng)歷，最讓林本堅(jiān)印象深刻的是同事間不吝分享、討論的氛圍。“有什麼想法就可以找同事來談。同事也會用很open的態(tài)度跟你分享他的看法與知道的資訊?！?

盡管如此，林本堅(jiān)在IBM的道路并非一帆風(fēng)順。林本堅(jiān)早年在IBM半導(dǎo)體部門做深紫外光光刻研究時(shí)，公司的發(fā)展主流，卻是另一項(xiàng)X光微影科技。不但人力資源遠(yuǎn)超過他的團(tuán)隊(duì)，而且，負(fù)責(zé)X光光刻的主管，同時(shí)也是林本堅(jiān)的頂頭上司。他在公司處境之尷尬可想而知。

這位以好好先生著稱，人們幾乎沒見過他發(fā)過脾氣的「Burn爺爺」，竟不甘忍氣吞聲，以幽默的方式，公開與上司唱反調(diào)。

某天，X光微影研究有了重大進(jìn)展，他的上司發(fā)給每人一件T恤「X ray works」（X光有用）以資慶賀，林本堅(jiān)竟是在下面加了三個(gè)字，成了「X ray works - for the dentists」（X光可用，是在牙醫(yī)診所），還用磁鐵掛在他辦公桌后面的檔案柜上，昭告所有路過的同事。（值得一提的是，深紫外光，成了半導(dǎo)體過去三十年的主要光源，X ray則至今仍未商用化。）

然而形勢比人強(qiáng)，林本堅(jiān)還是在50歲時(shí)，申請?zhí)崆巴诵輨?chuàng)業(yè)。林本堅(jiān)本想憑借自己的科研經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)業(yè)，因而成立領(lǐng)創(chuàng)公司（Linnovation，Inc.）。然而創(chuàng)業(yè)后，林本堅(jiān)才發(fā)現(xiàn)專利在美國維持不易，小公司的發(fā)明更常常被大公司占便宜。當(dāng)原有競爭對手被一個(gè)更大的公司并購后，林本堅(jiān)開始擔(dān)心?！拔议_始希望出現(xiàn)一個(gè)大公司把我的公司買下，不過一直沒有大公司出現(xiàn)。”

后來，臺積電的副總蔣尚義打電話給林本堅(jiān)，希望他帶領(lǐng)由光罩和光刻兩個(gè)部門合并后新成立的光刻制像科技發(fā)展處。林本堅(jiān)認(rèn)同蔣尚義的安排，雖然沒有公司來買下自己的公司，但臺積電這家大公司邀請他去服務(wù)也是不錯(cuò)的選擇。“我想這也許是個(gè)機(jī)會，而且臺積電本來就是我的顧客，我了解臺積電的潛力，跟妻子和心中的主溝通完后，我就決定去了。”林本堅(jiān)從此與臺積電結(jié)了緣。

改變了芯片歷史

2002年，全球芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展瓶頸期，摩爾定律也因此止步不前。摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）提出來的。其內(nèi)容為：當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會新增一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦效能，將每隔18-24個(gè)月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術(shù)進(jìn)步的速度。

后來人們對它進(jìn)行歸納，主要有以下三種“版本”：

1.集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目，每隔18-24個(gè)月就翻一番。

2.微處理器的效能每隔18-24個(gè)月提高一倍，而價(jià)格下降一倍。

3.用一個(gè)美元所能買到的電腦效能，每隔18-24個(gè)月翻兩番。

以上幾種說法中，以第一種說法最為普遍，第二、三兩種說法涉及到價(jià)格因素，其實(shí)質(zhì)是一樣的。三種說法雖然各有千秋，但在一點(diǎn)上是共同的，即“翻番”的週期都是18-24個(gè)月，至于“翻一番”（或兩番）的是“集成電路芯片上所集成的電路的數(shù)目”，是整個(gè)“電腦的效能”，還是“一個(gè)美元所能買到的效能”就見仁見智了。

芯片產(chǎn)業(yè)所遇到的問題主要出自光刻技術(shù)。光刻技術(shù)決定晶片上的最小圖形尺寸，可以說是芯片生產(chǎn)中最重要的一道步驟。當(dāng)時(shí)，業(yè)界已經(jīng)把光刻機(jī)的工藝做到了用193納米波長的光來成像。若根據(jù)摩爾定律把最小圖形繼續(xù)縮小，下一代光刻機(jī)所用的波長就應(yīng)該縮短到157納米，因?yàn)楣鈱W(xué)的波長越短，越高解析度的影像就可以轉(zhuǎn)接到晶圓的光阻上，讓刻出的電路更精細(xì)，芯片上就可以承載更多的電路。芯片里容納的電路可以越多，效能也就越強(qiáng)。

當(dāng)時(shí)的光刻機(jī)以干式光刻技術(shù)為主，干式光刻是以空氣作為鏡頭與晶圓間的介質(zhì)，讓光罩上的圖形在晶圓上成像。然而，從193納米到157納米，微縮比例不到20%，達(dá)不到摩爾定律的要求。而且業(yè)界雖然研發(fā)多年，卻卡在鏡片材料的制造周期上，始終無法達(dá)到所需的規(guī)格，而且光阻的透明度也很難提高。

由此造成157納米工藝無法按著摩爾定律要求的期限內(nèi)完成。依照當(dāng)時(shí)的進(jìn)度發(fā)展，全球芯片產(chǎn)業(yè)甚至摩爾定律都將陷入停滯狀態(tài)。

正所謂時(shí)勢造英雄，當(dāng)時(shí)已在臺積電擔(dān)任光刻技術(shù)研發(fā)負(fù)責(zé)人的林本堅(jiān)，早已注意到這個(gè)瓶頸。他換個(gè)角度思考，發(fā)現(xiàn)可以在原有193納米干式光刻鏡頭上發(fā)展浸潤式光刻，改用水代替空氣作為介質(zhì)，注入為浸潤式設(shè)計(jì)的鏡頭與晶圓上的光阻之間，把進(jìn)入光阻的光波長縮到134納米。因而提高44%解析度的影像就可以轉(zhuǎn)接到晶圓的光阻上，讓刻出的電路更精細(xì)。就是這個(gè)思考讓林本堅(jiān)相信，改變原本的193納米干式曝光為浸潤式，就可以讓工藝前進(jìn)兩代半甚至三代。

同年，林本堅(jiān)受邀到美國參加一場以157納米波長為主題的研討會，本來大會邀請林本堅(jiān)是去討論157納米工藝的。結(jié)果林本堅(jiān)直接拋出了“運(yùn)用水作為193納米浸潤式的介質(zhì)，可以超過干式的157納米”的論點(diǎn)，整個(gè)會場就像被扔下了一顆炸彈，所有人的思路都被打開了。大家直接拋棄157納米議題開始討論193納米浸潤式。

不過，臺下的芯片業(yè)者也都提出了自己的疑問，有人提到水會不會產(chǎn)生氣泡？水會不會污染設(shè)備？是不是要做防水？怎麼做？水遇熱會膨脹，折射率會改變，怎麼解決？科技既然是林本堅(jiān)提出來的，那解決問題的重任自然也就落到他身上。

但解決了問題還不夠，“最重要的是做量產(chǎn)機(jī)器的廠商愿意投入才行啊。配套的廠商總共在157納米光刻機(jī)研發(fā)上投入了不下十億美元，更有廠商建好了157納米鏡頭材料的工廠。”林本堅(jiān)的理論若被採用，等于宣告其他的人前功盡棄。臺積電高層蔣尚義曾回憶，“（當(dāng)年）確實(shí)有大公司的高層首長表達(dá)嚴(yán)重關(guān)切，希望我能管管他（林本堅(jiān)），不要攪局?！?

林本堅(jiān)提出的浸潤式光刻技術(shù)在臺積電高層張忠謀、蔣尚義的大力支持下，開始放手一博。一批曾和林本堅(jiān)一起奮斗的臺積電首長記得，起初反對方常在國際研討會上與臺積電針鋒相對，質(zhì)疑以水做為介質(zhì)易產(chǎn)生污染，且水中的氣泡會影響曝光等等。

對外界疑慮有備而來的林本堅(jiān)，決定更徹底解決，便帶著團(tuán)隊(duì)做該做的實(shí)驗(yàn)，寫該寫的論文。他自己也完成三篇論文，投稿到國際期刊，連還未被提出的質(zhì)疑也一并設(shè)想、響應(yīng)。

除了技術(shù)的理論，林本堅(jiān)的溝通也做得徹底，當(dāng)時(shí)他跑遍美國、日本、荷蘭與德國等地，一一拜會業(yè)界，勸說他們繼續(xù)投入157納米是浪費(fèi)錢浪費(fèi)時(shí)間，促使艾斯摩爾與尼康等國際大廠轉(zhuǎn)向。 “原本一個(gè)美國大廠的代表說他們絕不用這科技，結(jié)果一年后，他們也用了?！?

林本堅(jiān)在臺積電研發(fā)的期間帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從130納米、做到90納米、65納米、40納米、28納米、20納米、和16納米，并開始研發(fā)10納米、7納米、和5納米。他的創(chuàng)新和推動不但讓全球芯片工藝得以往下推進(jìn)了6、7代，臺積電也因此躋身一線大廠、主導(dǎo)業(yè)界規(guī)格。臺積電董事長張忠謀曾稱，假如沒有林本堅(jiān)及其團(tuán)隊(duì)，“臺積電的光刻技術(shù)不會有今天這規(guī)模?！?

2015年底，林本堅(jiān)從臺積電退休，隨后應(yīng)邀加入清華大學(xué)，擔(dān)任講座教授。他原規(guī)劃退休之后，只做兩件事，就是傳福音及幫助人得到更豐富的生命、后來一想，教書也是幫助人得到豐富生命的好方法，“我在產(chǎn)業(yè)界服務(wù)了46年，學(xué)到很多，也希望能教給下一代。除了教導(dǎo)專業(yè)知識外，他點(diǎn)出，學(xué)生在校常只為自己的成績競爭。因此希望能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)意，教導(dǎo)他們解決問題以及團(tuán)隊(duì)合作的能力。這是他想教給清華學(xué)生的一項(xiàng)重要能力。