6.2 台積電林本堅的瘋狂想法：「為什麼不直接在光學鏡頭與晶圓之間加一滴純水？」#
一位帶著 IBM 血統的台灣工程師#
林本堅（Burn J. Lin）生於 1942 年，1960 年代赴美，在 IBM 服務 20 多年，長期從事光學微影研究，是 1980 年代 IBM 光學投影微影諸多關鍵技術的參與者之一（包括準分子雷射在微影中的早期探索）。
2000 年（約 58 歲），林本堅自 IBM 退休回台灣，加入台積電，負責微影技術——此時台積電的微影主要仍是跟著國際設備商的路線走。
問題：157nm 的死局（見上節）#
2001–2002 年，全產業的數十億美元被鎖在 157nm——但 CaF2 的雙折射與 pellicle 問題無解，多家設備商開始失去信心。
林本堅的看法：「水」為什麼會有效#
林本堅問的問題很簡單：光學公式中的折射率 \(n\)——成像如果不在空氣（\(n=1\)），而在水（在 193nm 波長下 \(n \approx 1.44\)）中呢？
- 有效波長縮短：193 / 1.44 ≈ 134nm；
- NA 的上限從乾式的約 0.93 提升到約 1.35：因為 \(NA = n \cdot \sin\theta\)，水介質讓 \(n\) 直接乘上去——NA 就能超過 1。
這其實是百年顯微鏡的老知識——1813 年起在生物顯微鏡中就有「油浸鏡頭」——資深微影專家只不過第一個把它認真地應用到晶圓製造上。
林本堅丟出論文#
2002 年，林本堅在 SPIE 微影會議與 Sematech 的討論會上公開「193nm 浸潤式」的理念與可行性，並給出技術路徑：65nm → 45nm → 32nm，全由 193nm 浸潤式支撐。
產業的反應——「不可思議」#
- ASML 的第一反應：震驚之後是認真評估「嗯，可行」；
- Nikon 與 Canon 起初強烈抗拒——「水會污染晶圓」「水在光底下會產生氣泡」「水深誤差會毀掉成像」；
- Intel 起初也放慢 157nm 計畫，但未立刻承認浸潤式。
浸潤式微影的工程本質#
浸潤式並不是「把晶圓泡進水裡」，而是在最後一塊物鏡的底面與 wafer 之間，由機台自動鋪一層純水薄膜——水只存在於曝光的局部區域，機台掃描時水膜跟著移動。
工程上的問題因此分成這幾類：
- 水的操控：水的溫度、溶解氧、壓力與流動狀態都會改變折射率——需要實時探測並以回授修正；
- 光阻的耐水性：光阻不能在水下溶出或滲水——材料廠（JSR、信越化學）以「top coat」頂層塗層解決；
- 氣泡與微粒：水膜在曝光時會受熱，須以精密的水循環、密封與純度管理避免氣泡與顆粒附著。
歷史意義：Rayleigh 極限被「水」突破#
林本堅的洞察，使半導體微影在沒有新雷射、沒有新鏡片的情況下多走五個世代（65 → 45 → 32 → 22 → 16 → 10nm），令摩爾定律延長十年——是半導體史上少數「一人改寫整座產業」的案例。2018 年，林本堅因此獲選美國國家工程院院士。
小結#
林本堅於 2002 年提出的「一滴水」的想法，重寫了全球微影的經濟學。下一節看 ASML 如何孤注一擲全力投入浸潤式——並最終走上獨霸之路。