EUV光刻机研发的幕后功臣!
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位在比利时第八大城鲁汶(Leuven)近郊的微电子研究中心(imec),分布在两栋一高一矮、一黑一白的大楼内。说这座研发中心主宰了全球5500亿美元的半导体芯片产业技术和先进知识,一点也不夸张。
成立于1984年的imec,起源于有近600年历史的天主教鲁汶大学,目前有近5000名员工,年营收约7亿欧元,研究领域以半导体为主,横跨人工智能、能源、脑神经科学、物联网等。他们七成五的运作经费来自全球半导体生态系的合作伙伴,譬如英特尔、三星电子、台积电等芯片制造商。
全球半导体的最强智囊,绝对中立专业
彼此是竞争对手的英特尔、台积、三星,甚至中国中芯,以及EUV制造厂ASML,都抢着想和imec合作,因为它是半导体大厂背后的最强智囊。
为什么他们能得到全球半导体企业的高度信任?imec执行长范登霍夫(Luc Van den hove)认为,他们的成功秘诀其实跟台积电很类似。在imec草创时期就加入的范登霍夫,担任执行长已迈入第13年,过去也曾多次造访台湾。
「我们位处于一个中立小国,不被任一大企业宰制,」范登霍夫解释,imec之所以能被所有企业接受,是因为绝对的中立性。「其他国家的研究机构通常有政府支持,会有压力要扶植本国企业,」他补充说。
相较之下,imec跟所有客户都能够合作,保持绝对中立与专业,「在这点上,我们跟台积电的商业模式很类似,」他说。
跟所有企业都能成为伙伴,这点从偌大的实验室里就能看出端倪。
透过长廊的玻璃,能看到一整间无梁柱的实验室内,穿着无尘衣的工程师们,身边散落着来自全球各大厂牌的芯片切割机等各色半导体制程相关机台。
一台可买40户台北豪宅,EUV的开发地
其中最引人注目的,就是荷兰半导体设备公司ASML的EUV极紫外光曝光机(EUV )。最新EUV机款售价据传超过80亿台币,可买40户台北市最贵的豪宅。
这台被范登霍夫称为「全世界最精密的机械」,里头的光束只有1奈米这么细。里面用来反射的镜子,是全世界最平的镜子。最平的意思是「如果把反射镜放大到跟地球表面一样大,这镜子的平坦程度是连一根发丝的突起都不能有,」他生动形容。
然而,大小将近一辆中型巴士的EUV,却被白色遮蔽板包得密不透风。一位工程师透露,3年前,EUV机台有些部份还有透明塑胶板,让人可一窥内部,但现在从头到尾包得紧紧,深怕最高机密外泄。
范登霍夫强调,为了开发EUV微影制程,imec把所有生态系的人拉进来,汇聚近200名工程师、研究期间长达20年,才终于开花结果。
前荷兰驻台代表纪维德(Guy Wittich),现任荷兰政府经济与气候政策部的半导体产业资深顾问,他在深度访谈过半导体产业关键人物后,得出一个重要结论:EUV之所以能成功研发并使用在半导体制程上,除了ASML与台积电之外,还仰赖imec,这三者紧密合作、缺一不可。
「因为imec是全球唯一对所有半导体企业都提供研发服务的机构,」他说。
纪维德提到,他在跟荷兰半导体产业交流时,很常听业者感叹,「如果荷兰也有像imec这样的研发机构,该有多好!」主要是因为imec能把所有研发能量集中在一处,发挥惊人综效。
台积自己有研发,为何要跟imec合作?
然而,每间半导体企业都有自己的研发部门,为何非得跟imec合作不可?
「因为我们可以比业界早5到10年看到下一世代的趋势,」imec大中华暨东南亚区总经理何玫玲以开比萨店举例说,创业者当然可以从零开始、测试所有技术再找出最佳食谱与技术,但如果有了imec协助测试不同设备与技术,就可以站在前人的肩膀上,做得更快更好。
这几年,台湾半导体业在全球地位快速腾飞,从imec的台湾客户数可见一斑。何玫玲透露,8年前她刚加入imec时,在台湾只有一两家合作伙伴,但过去3年,已增加到10家左右,台湾营收也倍增。
「imec的价值,是能帮助台湾半导体产业技术升级,」她强调,台湾半导体产业早已从纯粹代工走到技术导向,需要更强的研发能量。
在诸多顶尖研发工作中,台湾扮演要角。
现任imec主任研究员的林瀚中,是目前在imec最资深的台湾员工。20多年前,他从台大电机系毕业后,就进到美国贝尔实验室做光通讯技术,还开发出速度打破世界纪录的光纤传输技术,后来到普渡大学攻读博士,因为相中半导体未来的潜力,毅然转换跑道。
林瀚中2006年的博士论文,就是全世界第一份针对35族材料(砷化镓)做化合物半导体的研究,也让他从2007年起,就进到imec做研究工作。
「我们的工作就是一直在探索未知,」戴着鸭舌帽、有点娃娃脸的林瀚中,以「挖宝」来形容半导体研究的工作,一谈到技术,他就两眼晶亮。
他认为,半导体让人们可以从枯燥重复的工作被解放出来,因为运算是所有自动化的基础,从计算机、电脑到智能型手机,日益强大的运算能力,让人们能有余裕从事更有创造力的工作。
在imec实验室里,为了不断突破极限,他们做的事也很极限。
这儿聚集了来自全世界所有半导体公司的机台,工程师们犹如在玩模型一般,把机台拆解重组,是家常便饭,是为了找出更有效率的生产方式。
下一步是研究永续
除了确保技术领先,imec下一阶段最大挑战,是要协助半导体业走向永续。
去年9月起,imec发起了永续半导体技术与系统(SSTS,Sustainable Semiconductor Technologies and Systems)研究计划,包括苹果、微软、ASML、日本KURITA、SCREEN与东京电子等半导体设备商都参与其中,目前已有11个伙伴,其中也有台湾企业。
imec SSTS研究计划总监拉格纳松(Lars-Åke Ragnarsson)受访指出,过去半导体业者聚焦于技术精进,减碳并非重点,但在巴黎气候峰会后,许多科技大厂宣示迈向碳中和,永续开始变成显学。
最重要的是,过去被所有业者视为高度机密的材料、用水、碳排与各种环境影响数据,为了共同达到永续目标,大家都愿意开诚布公。
拉格纳松说,在SSTS计划平台上,各家业者可以看到每项技术的环境数据,但他们并不会揭露公司身分,更不会做任何排名。
他强调,计划目的不是为了排出高下,而是让消费品牌端、芯片制造商与设备商,在掌握完整数据后可以进一步研究,能在制程或材料上做怎样的改变,以降低芯片业对环境的负面影响。
范登霍夫强调,未来几年,全球的半导体业会持续成长,而制程又愈来愈复杂,所以必须要在研发阶段,就掌握所有材料以及制程的碳排,未来在制程放大时候,才能确保对环境负面影响降到最低。
40年来,imec在全球半导体业扮演不可或缺的角色,犹如一颗隐形金头脑。而深入走到研究中心,才发现来自台湾的能量,更是金头脑当中的无名英雄。
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