芯片大师林本坚：中国大陆一定能追上国际先进水平

出品 | 网易新闻

采写 | 王茸

光刻（或称微影）是半导体芯片生产过程中最为复杂和关键的一道工序，目的是将庞大复杂的电路图缩小到芯片上。

而光刻机的工作原理是，在硅晶片表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶，用光线透过掩模版（一块内部刻着线路设计图的透明板，也叫光罩）， 再经光学镜头成像后，照射在硅晶片表面。由于被光线照射的光刻胶会发生反应，经特定溶剂清洗后电路图就会印在硅晶片上。之后，只需再用刻蚀机按图施工，就能在硅晶片表面雕刻出晶体管和电路。

早期主流技术是“干式光刻”，但在发展中逐渐遇到瓶颈，而林本坚另辟蹊径开拓了“浸润式光刻”。通过在镜头和硅晶片之间充满水，比空气更高的折射率带来了更精细的电路，这为建造强大的计算和通信系统做出了关键贡献。

林本坚是台湾清华大学、台湾交通大学、台湾大学特聘教授，清大-台积电联合研发中心主任，台湾中央研究院院士，美国工程院院士，同时也获得了2018年未来科学大奖。网易新闻《了不起的中国制造》对他进行了专访。

（一）一层水，突破“干式光刻”瓶颈

网易新闻：您的代表性工作是发明推广浸润式微影技术，可以介绍一下这项研究吗？

林本坚：说到浸润式微影，我先要从曝光机（光刻机）讲起。曝光机是上面有一片光罩，下面有个镜头，再下面有块晶片。镜头有大小，镜头的孔径越大，它下面的成像就会越精细，孔径小就没那么精细。同样，光的波长短，它也会精细一点，波长长会没那么精细。所以我们要想办法让孔径变大，或者把波长变短。

到最后两个方面都到顶点了。孔径从0.18一直增加到0.93。0.93很厉害，显微镜那个小小的镜头也不过是0.95左右，但那是很小的一个面积，而现在我们要涵盖的面积是26mm×33mm，手指比起来好像很小，但在光学上来说是非常大的。光刻机再做下去的话，做到0.95也只能够进步一点点，会贵得不得了，划不来。波长，我们从436纳米减到365，再缩短到248，193，接下来可以缩的就到157纳米。我们就在那个地方做了好几年，有很多困难。

那浸润式是怎么回事呢？就是镜头下总是距离晶片有空间的，因为它要在晶片上移动。那个空间当然就是空气，可是空气的折射率只有1，假使我把水放进去，那折射率就可以变成1.44。193纳米波长的光经过1.44的介质，就变成134纳米了，缩短了很多。就是这样一个想法。

网易新闻：是怎么想到加一层水来改进技术的？

林本坚：假如我们保持用干式的话，接下来就是缩到157纳米，那157没有134短，进步不多。而且已经做好几年了，过不去，有些问题。比如第一个问题就是镜头的材料，到了157纳米的时候需要非常纯的结晶来做镜头，这种非常纯的结晶做不出来。

但是如果用水来做的话，只要解决水的问题，那光罩、光源、镜头，统统是原来的材料就可以用，相对简单。所以我提出来之后，两年之内第一台机器就做出来了。

但是水的问题也不小，因为晶片在镜头下面要很快地移动，水要跟着它移动，也不能够残留在晶片上，因为水的痕迹会污染晶片。那个东西很考究的，你什么地方进水，什么地方出水，要符合流体力学，否则它会产生漩涡和气泡，这些东西都会影响成像。但是那时候，我们认为去克服水的问题，比克服材料的问题要容易得多。

网易新闻：如果选用折射率更大的液体，会不会效果更好？

林本坚：对，绝对是有帮助。我一提出来之后，很多人都想到，我当然自己也会想到，可是那个液体不容易找得到。怎么讲呢？折射率很高的液体有很多，可是那些液体合不合适在半导体的工厂里面用是很大的问题。第一，它本身必须是很稳定的。第二，它不能是油性的，因为会污染晶片、侵蚀镜头等等。然后，它不能黏性很高，黏性高，晶片就不容易移动了。

还有一点就是说，假设我找到一个液体的折射率是1.8，那很棒，但为了1.8的液体，那镜头上至少要有一片折射率2.0的结晶，否则光不会跑到晶片上。研发这种结晶原则上是可以的，但这2.0折射率的结晶就跟157纳米的结晶一样很难做。

网易新闻：这项技术有没有遇到自己的瓶颈？

林本坚：当然也会，现在波长缩到134纳米，那它就有134的瓶颈，大家目前想到的解决方法是把它曝光两次。比如说线与线的距离我本来只能够做100个纳米，现在要缩到50纳米，怎么办呢？我就用100纳米曝一次，然后再移50纳米曝一次，这样把它凑出来。这个理论上是可以做到的，你要多曝几次都没有关系，但成本会倍增。

（二）中国大陆的芯片技术，一定能追上国际先进水平

网易新闻：对于美国对中兴宣布禁令一事，您怎么看？

林本坚：我觉得这是个很严重的问题，我想晶片几乎算是一个国防的需要吧，美国也一样。我举例讲，我们知道英特尔是技术很先进的，但是英特尔不一定愿意帮美国政府做事情，因为美国政府要的量不大，英特尔如果不做很大量的东西就会很贵，不符合成本，而且不做大量，很多瑕疵都找不出来。我想大陆和台湾的半导体事业也是这样子，你一定要有个量在那里，才能够把事情做好。

所以这是个问题，这是全世界国防都有的问题。就是国家的需要只有从商业化机构那里可以拿到，但是商业化机构又不愿意做国防的事情。因为第一，要帮国家保密，第二，国家也不相信这些商业团体能够帮它保密，所以这个问题蛮大的。

我想现在大陆所面临的问题，大概要严重一些，因为有些基本的晶片还不可以生产。但其实这只是生产的阶段不一样，比如说大陆可以做到28纳米，那边就可以做更小一点的纳米，就是有这样的分野，也不是大陆完全没有生产。你用28纳米也可以做很多事情，比如说人工智能是不限制你多少纳米的，只是你如果用高阶一点的晶片会做得比较快、比较省钱一点，所以并没有让你做不下去。

但是我想这是很重要的，就是中国是要开发，尽量把半导体技术推到越先进越好，也是一定要做的事情。

网易新闻：您认为中国大陆的芯片发展，能追上国际先进水平吗？

林本坚：我觉得一定能追上。我想第一就是要有这个决心，知道它的重要性。第二就是大家要同心协力去做。而且我刚刚讲到了“量”，大陆这边的量是没问题的，你有量的话就可以很快发现很多问题，比如说有些问题要10万片才能够看到，有些要100万片才能看到。你量大的话，一个月就看到了，别人量小的话，可能要十个月才看得到。那你很快找到问题，很快解决，那你就比别人领先了。

我觉得大陆这边是有很多很好的先天条件。第一就是有市场、有机会，只要你做得好，有机会做很多芯片，有量。然后是有人，有很多人才，有好多学校，这些都有了。但是你怎么样让他们觉得半导体很重要，因为现在年轻人都要做很多别的事情，这些都是要去努力的。

网易新闻：在科技创新方面，可以给科研人员或者企业提些建议吗？

林本坚：好啊，我觉得创新第一就要有创新的心态，要有好奇心，因为有些创新是在日常生活中会发生的。你日常生活中碰到一些困难，或者碰到一些瓶颈，是让它过去了还是觉得“我要去想一想，有什么解决的方法”。找到问题之后，假如你觉得这个问题很重要，或者觉得你有能力去解决的话，那你就花点时间去解决它。

创新的时候也要注意到，最好不要一个人关起门来想，也要多吸收一些别人的东西，看看外面的情形，跟别人一起讨论商量。因为彼此会看到大家的缺点，看到改进的地方。看到的不一样，合起来就很有power，很有威力。