林本坚：半导体无法由单一国家垄断

  台湾清华大学半导体研究学院院长暨台积电前副总裁林本坚，昨日在日本东京进行专题演讲时提到，浸润式微影和极紫外光微影技术，是量产个位数纳米半导体的关键。

  林本坚表示，当制程从5 微米到5 纳米，走了21 个技术世代，不仅把积体电路的周距缩小到千分之一以下，也把线路面积缩小到百万分之一。在微影制程微缩的过程中，搭配使用的曝光光源波长也慢慢变得短，从汞灯光源（436 纳米）一路缩小到极紫外光EUV（13.5纳米）。

  「浸润式微影技术则是让制程能够继续微缩的关键之一。」林本坚表示，在2002年的演讲中宣布透过以水为介质的193 纳米浸润式微影技术。193 纳米除以超纯水的折射率1.44，产生134 纳米波长的光，可提高解析度，突破157纳米干式微影限制，并且没有氟化钙质和量的问题，不需要把光经过的空间充满氮气，也不需要研发157 纳米可用的光罩保护膜，并解决光阻吸收率与抗蚀刻率的问题。

  因为浸润式微影技术突破，让半导体制程一路从65 纳米微缩到45 纳米，并且把摩尔定律延伸了6 个世代（12年），从45 纳米、28 纳米、20 纳米、16 纳米、10纳米，延伸至7 纳米世代。

  林本坚表示，极紫外光微影暨浸润式微影之后把量产延伸到5 纳米、3 纳米及2 纳米等世代，且在继续延伸之中。它的重点在把光的波长缩短到13.5 纳米，以提高解析度。因波长剧烈地缩短所引出的各种困难已得到适度的解决，却仍有许多可研发改进的机会。

  林本坚在演说中也点出，半导体科技已经进化到不是任何国家可以全部垄断，因为半导体设备包括设计、光源、材料、蚀刻、沉积、检测、量产等不同关键技术，分布在美国、荷兰、德国、日本、中国台湾、南韩等国家和地区，所以是无法由单一国家或者地区进行半导体科技垄断。

  台积电前研发副总林本坚、工研院前院长史钦泰，首度在国际专栏Project Syndicate 与中研院士、芝加哥大学布斯商学院经济学教授谢长泰共同撰文，以〈美国芯片法案如何伤害台湾〉（ How America′s CHIPS Act Hurts Taiwan）为题，阐述美国半导体补助如何削弱台积电实力，使整个半导体产业更脆弱。

  评论指出，先进半导体制造集中台湾，引起美国担忧，担心一旦中国封锁或入侵台湾，供应链将变脆弱。美国《芯片与科学法案》（CHIPS and Science Act，下称芯片法案）试图透过520 亿美元补助处理问题，鼓励半导体制造商迁往美国。但照法案设计，目标没办法实现，甚至有可能削弱台湾最重要产业，威胁台湾安全。

  目前半导体产业由分布全球的专业企业主导，台积电只专注合约制造，主要是高阶芯片，其他重要公司有AMD、Nvidia、高通、ASML、东京威力科创和Arm。

  专业化分工有两大好处，首先，全球供应链每部分都可专注最擅长领域并更进步，有利其他供应链；其次，全球供应链各环节产能均提高，更能抵御需求冲击。

  专业化成本代价是产业易受供应冲击，这问题非台湾独有，供应链所有环节都有潜在瓶颈，但无另外的环节和台湾一样面临中国领土要求。因此美国和日本为台积电搬迁提供巨额补助，台积电在日本熊本和美国亚利桑那州凤凰城建设新厂。

  目前熊本一厂按计画完工，台积电许多供应商也一起落户，但亚利桑那州厂大幅落后，且台积电供应商也较少跟着落脚美国。

  此外，台积电过去25 年在华盛顿州波特兰厂的经历，使外界更怀疑亚利桑那州厂的前景。台积电当时特别难找到能维持竞争力的劳动力，即使提供相同培训和相同设备，在美生产所带来的成本仍比台湾高出50%，因此，台积电选择不再扩建波特兰厂。

  然而，根本问题就在于，虽然美国工人在芯片设计技术娴熟，但却缺乏具备芯片制造所需的技能的工人，而这个专业技能在这领域很重要。此外，工人必须一丝不苟、注重细节，并致力于实现一致性、完美性和及时生产，也要熟练地掌握设备的工作原理和现场数据。

  该文章提到，台积电凤凰城厂将继续苦苦挣扎，因为具备半导体制造所需技能的美国工人实在太少，如台积电创办人张忠谋2022 年所警告，透过将半导体制造迁往美国来寻求经济安全，是昂贵且徒劳的做法。此外，美国补贴的520 亿美元数字看似庞大，却不足以在凤凰城创建个自给自足的半导体生态系统。

  产业政策能发挥作用，但只有在适当情况下才能发挥作用，台积电就是最好的证明。该文章指出，台湾的产业规画者明确选择一个建立在现有制造优势基础上的利基市场，也没有试图复制当时领先的英特尔的模式，因为具备必要设计技能的台湾工人太少。同样的道理，日本对台积电的补贴很有可能会成功，因为日本已拥有充足的熟练制造工人。

  文章认为，产业政策与战争一样，也会带来许多意想不到的后果。无偿提供资金/补助可能使台积电从一间坚持不懈地、专注于创新的公司，转变为一家更关心如何获得补贴的公司。随着台积电试图在凤凰城处理问题的时间越长，管理层对其他事务的关注度就越少，这样一些问题很严重，外传也导致台积电董事长刘德音于12 月辞职。

  首先，如果台积电转移关注点，失去对创新的投入，最大损失将是其客户和供应商，其中大部分是美国公司。此外，还会阻碍AI 发展，该领域特别大程度上依赖台积电制造的先进芯片；其次，台积电可能减少在台产能投资，降低整个半导体产业抵御需求冲击的能力。

  最后，台积电可能迷失方向，以至于被另间公司取代，失去在先进半导体制造领域的领导地位。许多台湾人已将美国芯片法案视为美国企图夺取台湾技术的行动，也对美国政客对台湾经商环境的负面评价、政局不稳时的应对回应表示不满。

  台积电从主导地位跌落，更进一步强化美国最终不在乎台湾的感觉。但如果台湾的经济和安全受到削弱，对美国自身国家安全造成的伤害，将超过在美国实现更大半导体产能所带来的任何利益。追根究底，台湾安全就是美国的安全。

  该评论认为，尽管美国芯片法案初衷良好，设计却很糟糕，非但不能在美国建立可持续发展的半导体制造集群，反而可能对台积电造成长期损害，最终损害台湾经济。美国更明智的做法是保护自身经济安全的同时，加强台湾经济安全，承诺保卫台湾，并在日本等国进行产能，可能才是一种战略。

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