王義偉/文敬請讀者朋友留意，本篇主要分析芯片製造技術的進展，相對而言要專業一些，筆者儘可能做到簡單明瞭、深入淺出。

一枚芯片是如何製造出來的呢？

簡而言之，芯片的母體是硅晶片（也稱晶圓），形狀類似於一張光盤，在這張圓形的晶圓上製作出一枚枚方形（長方形或者正方形）的芯片。這有點類似於我們在照相館拍證件照，一張感光紙上能印出9張或更多照片。

製造芯片的主要設備是光刻機和蝕刻機，其中光刻機是利用照相原理在晶圓上畫出電路圖，蝕刻機則是將這些電路圖刻出來並進行加工，然後經過測試、將合格的產品切割下來進行封裝（封測），就可以出廠了。這些設備中，光刻機是最重要的，因此光刻機也就成了全套芯片製造設備的代名詞。

對於單個的芯片而言，在面積固定的情況下，電路越多、越密集，則芯片的功能越強大。舉個例子，我們用的手機，塊頭一直沒有多大變化，但功能越來越強大，這就是芯片中的電路不斷密集的結果。現在最高級的芯片，其電路密集的程度已經達到7納米，也就是一根頭髮的萬分之一。而臺積電的製造工藝，很快就要達到5納米甚至3納米。

對於一塊晶圓而言，晶圓的面積越大，單塊晶圓所能製造出的芯片也就越多，所以芯片廠都希望用大塊的晶圓生產芯片，這就是我們常常接觸的概念，8寸晶圓廠，或者12寸晶圓廠。過去幾十年，臺灣當局在審覈臺灣芯片廠商到大陸投資時，是嚴格控制晶圓廠的尺寸的。2002年，陳水扁當局勉強開放臺灣8寸晶圓廠到大陸投資。2016年2月，趕在蔡英文5月20日就任之前，馬英九當局批准臺積電到南京投資設立12寸晶圓廠。

臺積電之所以遙遙領先其他芯片製造廠，原因就在於它在光刻機領域作出了突破性的貢獻。

這裏面的關鍵人物是林本堅。

林本堅祖籍廣東潮汕，1942年出生在越南，在越南西貢長大。1959年，林本堅獨自一人到臺灣讀高中，之後考入臺灣大學。大學畢業後林本堅赴美留學，並於1970年獲得美國俄亥俄州立大學電機工程學博士學位。1970年至1992年，林本堅在IBM工作。1992年至2000年，林本堅在美國創業。2000年，林本堅返回臺灣加入臺積電。

在IBM期間，林本堅就是光刻技術領域的奇才。1975年，工作僅5年的林本堅做出當時光刻領域最短波長的光線，他自己把它命名爲深紫外線（DEEP Ultra-Violet，簡稱DUV）。後來，DUV成爲光刻顯影技術的主流。

現在中國芯片廠商求之不得的設備EUV（極紫外線）光刻機，就是在DUV技術基礎上發展出來的。

發明這項頂尖技術的，還是林本堅。

在做出DUV光線11年之後，1986年，林本堅意識到，原來的微影技術已經走到了盡頭，很難再發展了。

這個時候微影技術所能觸及的最短的波長，是157納米。全世界的頂級光學專家，都面對着157納米這樣一堵高牆，再也無法前進一步。

在無法前進之際，林本堅開始進行反向思維。既然157納米無法突破，還不如退回到193納米，然後在鏡頭和晶圓之間加入其它介質，是否就能做出更短的波長呢？

之前的技術，就是鏡頭面對晶圓，通過拍照畫出電路圖，鏡頭和晶圓中間什麼都沒有。

林本堅的設想，是在鏡頭和晶圓中間加入一層水。

這個設想的原理其實很簡單。舉例說明，我們把筷子放進水中，筷子看起來就折彎了、變粗了。之所以出現這種景象，是因爲水改變了波長。

而根據林本堅的設想，193納米的波長，經過水的折射後，就變成了134納米。

林本堅將這種方法稱爲浸潤式微影技術（Immersion Lithography），之前的技術稱爲乾式微影技術。

林本堅1986年發現浸潤式微影技術後，繼續進行研究，完善技術方案。在這個過程中，2000年，林本堅離開美國來到臺灣，加盟臺積電。

2002年，在比利時召開的一個光電學會技術研討會上，林本堅向全球同行公開了自己的發現和設想。

這個設想一下子把來自世界各地的同行們震住了。

在林本堅發表演講之前，本來大家的討論焦點，是集中在157納米乾式微影技術上的。現在不得了了，林先生竟然找到了更短的、134納米波長的光波。

突破性的進展也招致猛烈的反對。那次研討會之後，對林本堅技術方案的反駁洶湧而來，反對方列舉的理由看起來似乎也有些道理，比如利用水做介質容易污染，水中的氣泡會影響曝光等等。

還有一些干擾的背後是來自資本的力量，因爲在157納米這個層級，國際級的大廠已經投入了鉅額的研發經費，林本堅的發明，意味着這些研發前功盡棄。有業內高層爲此向臺積電施壓，要求臺積電管管林本堅，讓他收斂點，“不要攪局。”

張忠謀是何等人物？！面對林本堅這樣的奇才，面對這樣一個在技術上一枝獨秀、一騎絕塵的機會，他怎麼會摁住林本堅不讓他發揮呢？！

張忠謀給予林本堅的，是堅決的支持。

針對質疑方提出的技術問題，林本堅和他的團隊一一進行研究攻關，在半年內發表了3篇學術論文進行回應。

同時，林本堅帶着自己日漸成熟的技術方案，到美國、日本、荷蘭、德國，與相關技術廠商進行深入的溝通。

絕大多數廠商對林本堅的技術方案將信將疑，其中一個美國的大廠代表表示，他們絕對不會用這項技術。

只有荷蘭的ASMI（阿斯麥爾）公司認爲林本堅的技術方案是可行的，代表了光刻機未來的發展方向。

於是雙方展開了合作。（未完待續）