税赋减免、加速折旧、研发补助金、财政补贴等，都是以财税的形式补贴半导体产业的投资、设备购买、研究发展所需。 税赋减免一般是从企业营业所得税中减免一定百分比的已投资、设备购买或研发经费，这是一般政府比较喜爱采用的奖励形式。原因是政府给的补助经费其实是企业发展成功后自行创造出来的，是个无中生有的办法。但是这个办法比较适用的产业发展阶段，是产业稍为有立足之地、能加入国际竞争行列的阶段之后。对于甫开展半导体产业国家中的初始企业，既无法减轻投资的负担，也无法增加短期内其生存的机率。毕竟营所税的减免只适用于企业已有盈余产生的状况，而一般半导体制造厂规划的盈余年度至少在公司开始设立厂房的第五年后，能准时达标的已算是其中佼佼者。 因为对起始的企业帮助不大，企业可能以变通的方法来利用。举个有趣的实例。有一个国家对于半导体设备投资有营所税减免的奖励，但是如前所述，这是一笔看的到、吃不到的奖励。于是，半导体企业与金融机构联手「协作」，由金融机构购买半导体设备后租赁给半导体企业使用。由于金融机构是赚钱的企业，一刚开始就可以使用投资半导体设备的营所税减免。从政府所取得的部分税赋减免金额则以降低设备租赁金额的方式，回馈给半导体企业。政府补助半导体产业的意图由于奖励方法的不恰当而被迫部分流向他处；而半导体企业生产设备以租赁的方式租用通常是最不得已的最后手段，好似典当变现。这个国家最终落得12寸厂完全消声匿迹。订定税赋减免条例必须能够精准规范其最终受惠对象。加速折旧容许企业在较短的时间内将设备折旧完毕。譬如台湾的半导体制造设备会计上折旧年限一般是5年，加速折旧就譬如说在3年内折旧完毕，只留残值。这样一来，由于在前三年内折旧金额较高、帐面上的生产成本较高，盈利因而较少，需要缴交的营所税较少。其所提供的实质好处就是让企业能从「未来」调动现金流到现在，能够提前投入资金于扩充产能或研发。这个办法比较适用于长期有盈余、量产主要依赖于少数领先制程的公司，譬如过去DRAM扮演先进制程推手（technology driver）次产业时的三星电子（Samsung Electronics）。对于存活是首要任务的新进公司，这可不是实惠，也用不着、不敢用。加速折旧必然的会扩大初期的营运亏损，其所显示的营运结果会令潜在投资者为之却步。 财政补贴是真金白银，要编列在政府预算之中。对政府是结结实实的现金投入；接受者也是实在的优惠。半导体产业发展初期产业环境欠佳、进入障碍高，现金补助可以有效降低投资风险，降低进入障碍，这是对产业发展初期最有效的补助手段。然而，由于这是政府真实的投入，所以一般财政补贴会綑绑许多附加条件。除了对于投资者的资格审查外，一般也附有一些条件，譬如对就业机会的保障—特别是欧洲国家。 用现金的补助虽然要比较严格的规范补助标的，但是以达到特定技术门槛才给予补助可能不是一个好手段。半导体发展是一个漫长的过程，在产业发展初期能够让企业存活、进入经营良性循环、丰富产业生态才是比较务实的发展策略。

我担任国立阳明交通大学信息学院院长时，学院有不少老旧的大型电脑设备。根据学校流程，这些旧设备应该报废，以免占据空间。我当时觉得这些电脑代表计算机科学的演进，应该予以保存，而有了成立电脑历史博物馆的念头。经过十几年后，这个构想才由彭文志系主任实现，在信息学院的地下室成立博物馆。当初我担任院长时，国外友人愿意捐出一部ENIAC（Electronic Numerical Integrator And Computer；ENIA）部分零件，然而物换星移，最后没成功，相当可惜。ENIAC是首部实用的电子计算机。第二次世界大战时，美国陆军军械部（ARMy Ordnance Department）为了量测枪炮的弹道，出资给宾州大学的摩尔学院（Moore School of Electrical Engineering），研制能进行大量计算的机器，以填写弹道表格。当时军方的联络人是Herman Goldstine少尉，而宾州大学计划主持人是John Brainerd教授，团队成员包括2位学生John Mauchly， 以及Presper Eckert。关于Brainerd对ENIAC的贡献，鲜少人提及。IEEE有文章溢美Brainerd，说：「Under Dr. Brainerd's inspiration, leadership, and supervision the ENIAC was conceived and built.」。但是，其他文件却显示Brainerd曾阻挠ENIAC的发展。Mauchly首先于1942年提出程序（Program）这个名词，并写了一份7页的提案 《The Use of High-Speed Vacuum Tube Devices for Calculation》，建议发展电子设备（Electronic Device）取代机械式计算设备 （Mechanical Calculation Device），认为可借此大幅加速计算。然而Brainerd怀疑其可行性，将之存档，束之高阁。幸好Goldstine看到这份报告，直接要求Mauchly正式提案，由军方提供经费。1943年，发展ENIAC的计划由Mauchly主导观念性的设计，Eckert负责硬件工程。这个计划被列为最高机密，代号为「PX」。ENIAC由18,000 个真空管及1,500个继电器组成，重量约30公吨，占地1,500平方尺，消耗140千瓦电力，需要2部12匹马力的吹风机散热。ENIAC程序设定为外接式，全由手工在接线板上设定完成之。ENIAC的高速计算能力远胜于过去机械方式，可以在一秒钟内做5,000个加法或357个十位数的乘法运算。除了用来计算弹道外，ENIAC也用于发展原子弹的计算。传说这部机器一运转，费城（Philadelphia）西区的灯光会变暗。维持此机器正常连转着实不易，大约每2天就有1个真空管故障。ENIAC服役10年后，于1955年10日月2日正式退役。1945年，ENIAC升级改善，增加程序储存的功能（Stored-Program），命名为EDVAC。Eckert发明一种特殊存储器「水银音波延迟线」（Mercury Delay Line Memory），同时储存数据（Data）及程序（Program）。这是一个创新做法。此时数学奇才John von Neumann正于宾州大学担任顾问，参与EDVAC计划的相关讨论。von Neumann写了一份EDVAC的内部报告《First Draft of a Report on the EDVAC》。因为von Neumann是超级大牌人物，Goldstein将这份报告送到和von Neumann往来的军事单位，以宣传EDVAC计划的卓越。问题是，Goldstein刻意将报告中提到Mauchly和Eckert的部分删除（大概嫌他们不够大牌）。读到这份von Neumann报告的人，对于报告中EDVAC这种创新的计算机架构都大感惊艳，称之为「von Neumann Architecture」。现代计算机的设计几乎都遵循von Neumann Architecture。例如剑桥大学的Maurice Vincent Wilkes，根据这份报告造出第一部储存程序的计算机EDSAC（Electronic Delay Storage Automatic Calculator）。Mauchly和Eckert吃了闷亏，未能得到应有的功劳。von Neumann非掠夺之人，从未宣称他是这个架构的发明人。Mauchly一直活跃于电脑界，是ACM（Association for Computing Machinery）共同发起人，后来并成为ACM的总裁。我因为信息技术（Information Technology）贡献，有幸于2003年被选为ACM会士（Fellow），为全球第十七位华人获此殊荣者，深感荣幸。

全球供应链重组的过程中，提供许多供应链国家的内部半导体的市场。做为系统制造最关键的零组件半导体元件，系统制造厂所在地的国家无不寻求半导体元件制造的进口替代机会。  在半导体产业根基薄弱的状况下，政府以产业发展奖励促进条例，提高初始投资成功的机率也是势所必然。更何况，从产业发达国家自美、日、韩、德等乃至于产业发展国内家，无不使用各式奖励办法。如果产业发展国内家没有奖励促进条例来弥补产业生态环境的先天不足，于半导体产业的发展恐怕距离会愈来愈远。  一般半导体产业奖励促进条例，包括：税赋减免（tax deduction）、加速折旧（accelerated depreciation）、研发补助金（research and development grants）、财政补贴（financial subsidies）、出口促进计划（export promotion program）、劳动力发展和培训（work force development and training）、知识产权保护（intellectual property protection）、监管支持（regulatory support）、合作研究中心（collaborative research centers）、贸易协议（trade agreements）、投资促进机构（investment promotion agencies）、环保激励措施（environmental incentives）、群聚发展（cluster development）、政府优先采购（government purchase preferences）等诸多措施。除了贸易协议与出口促进计划与因半导体在各国关税均濒于零而较少见诸实施外，其他的措施在台湾半导体产业发展过程中的各阶段几乎都发挥过其作用。 对处于半导体产业发展初期的国家，监管支持和群聚发展最好由政府直接介入、投资。监管支持是指单一的行政窗口以流水线的方式涵盖所有的行政处理作业。这个措施牵涉到法规的修订和机构的设立，都需要公权力的直接介入；群聚效应则需要足以供产业群聚的大片土地以及相关的基础建设—没有公权力的支持，即使有资金投入也是寸步难行。 台湾过去发展的历史是以科学园区与科学园区管理局（以下简称科管局）一并解决产业群聚以及监管支持的问题，其中自然有法源依据。但是徒法不足以自行，能让其动起来的自然是政府先期的投资。有些国家想单靠奖励条例来促成群聚效应，这恐怕是条艰难的旅程。 科管局是园区所有涉政府业务接洽的单一窗口，而且直属中央政府。在行政效率、政策的统以及行政清廉的监管上有较佳的表现。如果没有这单一的窗口，投资的不确定性便会大幅增加。 讲一个实例。原先科管局的确统一管理所有园区中，业者须与政府接洽办理的所有相关业务，但是后来环保法规立法之后，没有将园区的环保业务也拨归科管局一并管理。有一年新竹市政府向园区厂商募款以改造城区，不久之后突然向园区厂商发动环保检查，裁罚30几家厂商，而这些处罚有很多是有高度争议性的。罚款的金额对于园区的厂商是可以容受的，但是高科技厂商需要持续的资金投入，向资本市场募资是经营常态。募资时的必要档案公开说明书（prospectus）中如果附记环保事件，对于募资活动将造成极大的困难。特别是在欧、美资金市场，环保事件代表极大的经营风险—可能面临政府处罚以及民事甚至是刑事诉讼。后来解决方式自然是立法修改，将环保的监管权也并入科管局，维持单一窗口的监管体制，避免多重监管单位所造成的复杂经营风险。 

2023年诺贝尔化学奖，颁授予Moungi G. Bawendi、Louis E. Brus以及Alexei I. Ekimov，表彰他们在1980年代发现和合成量子点（for the discovery and synthesis of quantum dots）。  大概念来说，量子点是人工制造的「原子」（artificial atom）。  20世纪迄今，人类文明发展大幅度的依赖于电磁学，包括它所涵盖的电荷、磁、自旋、电磁波等诸种现象。对于用于承载、操控这些现象的物质，我们对其了解的基础知识是量子力学以及电磁学。人类对于这些性质的应用，大都是顺从自然的安排。譬如矽的带隙能量（energy gap）为1.12 eV，集成电路的栅极电压就设为比这数值稍高，用以开关晶体管。又譬如DUV雷射光源的氟化氩（ArF；Argon Fluoride）分子的能阶间隙是6.42 eV，所以ArF DUV曝光机对应的波长就是193纳米。换句话说，人类虽然开始掌握关于物质的部分知识，但是对于这些知识的应用，人类过去大致上是听从自然的安排，至少在那些物质的特性参数是如此的。 如果我们想「设计」物质的基础特性呢？譬如它的光、电荷、自旋等性质时呢？我们用以建构的基础单元—也就是类似乐高的积木块—仍旧是自然的原子及其形成的分子，只不过这次要使用基础单元数目要多得多，1个量子点可能要使用100~10,000个原分子来建构，这样制造出来的量子点大小直径在数纳米至100纳米之间。我们的付出的代价是较复杂的制作程序，以及较为庞大的单元尺寸；收益是可控、可设计的量子点的光、电、自旋等特性。这些特性可以藉由量子点的大小、组成材料、形状等来调整其内部能阶，而能阶正是物质的量子特性之一，是以名之。 可以设计出人工原子，自然也可以设计出人工分子、乃至于超晶格（superlattice）等更大尺度的结构。 量子点的制作材料过去以II-IV族、III-V族为主，譬如硫化铅（PbS）、硒化铅（SePb）、硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）、碲化镉（CdTe）、砷化铟（InAs）、磷化铟（InP）等。  但是II-IV族量子点多含重金属，譬如镉与铅，对环境相当不友善，所以显示器中的量子点目前正转向III-V族的量子点，譬如磷化铟（InP）、硫化铜铟（CuInS）等。而III-V族量子点如当成生物中的体内（in vivo）当传感器或成像使用，可能有毒性或致癌，因此目前正寻找其他材质如矽、碳等，或者加以表面修饰（surface modification）以制作安全的量子点。  量子点的应用非常广泛，包括显示器、单电子晶体管（SET；Single Electron Transistor）、太阳能电池（solar cell）、LED、雷射、单光子光源（single-photon sources）、二次谐波生成（second-harmonics generation）、量子点量子位元（quantum dot qubits）、生医研究里的传感器及成像（imaging）等。  量子点显示器已经商业量产，制造方法与LCD差不多，只不过LCD中用来当背光（backlit）白光LED改为蓝光的量子点。制作流程先是在基板上以有机金属化学气相沈积法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD）制作蓝光量子点，于这层之上制造并排的绿光量子点及红光量子点当彩色滤光片，另外留一处空缺透蓝光，形成RGB三原色像素。  量子点显示器有深黑色（deep blacks）、最佳视角（optimal viewing angle）、原始色彩（pristine colors），较省电、高色彩饱和度（saturation）、较宽色域（wider color gamut），寿命亦较长。目前市场上的竞争对手是OLED，但是未来分辨率再走向8k以后，暂时没有能涵盖如此广泛色域的对手。  量子点的2个前瞻性应用，分别是生物医疗研究与量子计算。  量子点于生物中可以用于成像、标记（label）、运送（delivery）、传感等功能。量子点具有明亮且稳定的萤光，而且可以调整其颜色，还可以附加功能基以锁定特殊标靶。由于其尺寸仅数纳米，不仅微米级的动物细胞可以轻易解析，连尺度与其相当的蛋白质也可以用量子点来标记研究。  一个有趣的应用领域是用来研究脑细胞及功能，这个研究领域又终将回馈到人工智能（AI）、类神经芯片（neuromorphic chips）、脑机界面等竞争激烈的尖端科技新领域。  只是如前所述，量子点于体内毒性的问题需要先澄清并克服。  量子点量子位元是被寄予厚望的量子计算技术，因为它不只是半导体兼容的技术—它本身就是半导体技术。如果原型开发成功，它可以立即利用目前成熟的半导体生产体系快速投入量产。  目前的量子点量子位元是自旋量子元（spin qubit），即量子点中约束1个电子，而且这个电子的自旋的状态可以被操控、测量，当成量子位元使用。  量子点量子位元的技术发展面临的主要挑战，是量子点量子位元之间不易形成量子纠缠，目前可以相互纠缠的量子点量子位元数一只手数得完。不容易被环境干扰的量子位元，也意味着不容易与周遭的量子位元形成量子纠缠。这是典型的工程问题—权衡两难以最佳化。 量子点此次获得诺贝尔化学奖实至而名归。它发现人工原子，使得人类拥有更进一步操控微观世界的能力，它对文明及经济的贡献已经开展在照明及显示器上，而它又可以成为促成其他领域新发现的工具，这些都是典型得奖作品的印记。  

多年来，我参与中华民国管理科学学会「吕凤章先生纪念奖章评审会议」，评选出的获奖者都是年轻有为的管理科学研究者。比较遗憾的是，申请者大部分以学术研究及论文成果为被审查标的，很少提出如何将其研究成果转换成管理科学的成功实务案例。管理科学单纯比拼论文发表有意义吗？以上的问句并无贬抑管理学理论的意思。如同戴明（William Deming；1900～1993）所言：「光靠经验教导管理层任何事情，如果缺乏理论，对于如何提升品质和竞争地位是没有帮助的。」然而理论重要，缺乏实际经验也不行。戴明的管理理论是经由实战而来。1927年，戴明认识贝尔电话实验室的Walter Shewhart。Shewhart是统计过程控制概念的创始人，也是相关技术工具控制图的发明者，这使得戴明开始将统计方法应用于工业生产和管理。我在美国的电话公司工作时，实际的操作都使用到Shewhart有关变异的共通原因和特殊原因的概念。这些实际的操作步骤直接促成戴明的管理理论。戴明认为，这些电话公司的操作步骤不仅适用于制造过程，还适用于企业的领导和管理过程。据此，戴明发展在1940年美国人口普查中首次使用的抽样技术，并制定迭代比例拟合的演算法—Deming-Stephan algorithm。在第二次世界大战期间，戴明参与编制美国战争标准，并教授统计过程控制技术给参与战争生产的工人。1947年，美军占领日本，麦克阿瑟（Douglas MacArthur）将军请戴明协助日本推动人口普查。戴明在日本期间，日本科学家和工程师联盟（JUSE）邀请他来教授统计控制技术。这个组织曾经研究过Shewhart的技术，认为是日本重建的一个关键。戴明培训数百名工程师、经理和学者，教授统计过程控制和品质概念。戴明向日本的公司老板们传达的信息是，提高品质将减少开支，同时增加生产力和市占。许多日本制造商广泛应用他的技术，经历前所未闻的品质和生产力水平。提高品质和降低成本，共同创造对日本产品的新的国际需求。在1982年，戴明的书籍《品质、生产力和竞争地位》（Quality, Productivity, and Competitive Position）由麻省理工学院出版，并于1986年改名为《走出危机》。在这本书中，他提出一个基于他着名的《管理的14项原则》的管理理论。管理层未能为未来做出计划，将导致市场损失，进而导致失业。管理层应该不仅仅按季度股息来评价，还应该通过创新计划来保持业务运作，保护投资、确保未来股息，并通过改进产品和服务提供更多的就业机会。戴明的每一个原则都经过实务的验证，很值得管理科学教授们参考。

2023年9月下旬，媒体报导韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope；JWST）探测到木星的第二号卫星（木卫二，Europa）的表面冰层，有二氧化碳的踪迹。科学家长期以来认为在木卫二及土卫二（土星的第二颗卫星），其表面冰层下因为引力的作用，存在着丰富的海水。这两颗卫星是太阳系内除了地球外，最有可能存在生命的星球。土卫二在先前已有NASA卡西尼（Gassini）太空船飞越，侦测到其表面有碳、氢、氧、氮甚至磷等，构成生命必要元素，而此次木卫二是经由太空望远镜的观测而获得。韦伯太空望远镜自从2022年发射升空后，除了提供了更遥远星际的清晰影像外，由于其主要观测的光谱位于近红外线（near IR；NIR，波长0.6～5微米），及中红外线（Mid-IR；MIR，波长5～28微米），可见光波长是在0.4～0.7微米，因此对于天文学家研究宇宙的形成、星系的演化及探测可能的生命，提供必要工具。除了影像的提供外，韦伯太空望远镜也内建分光仪，可以做光谱分析，恒星的发射光谱或者行星的吸收光谱，举凡二氧化碳、氢分子或者甲烷等，都逃不过它的利眼。韦伯太空望远镜是如何做到的？这个伟大的计划是为了接续第一代的哈伯（Hubble）太空望远镜而成立，从构想到实现超过20年的功夫，总耗费100亿美金，由美国、欧洲及加拿大三个太空单位合力所完成。韦伯太空望远镜是为了纪念美国在执行登月阿波罗计划时期，NASA的主管James Webb而命名。韦伯与哈伯除了侦测的光谱不同外，哈伯以可见光为主，两者所运行的轨道也不一样。哈伯是位于地球上空约550公里的高度，相当于现在低轨卫星的距离；韦伯太空望远镜却是位于离地球150万公里的超高空，是月球与我们距离的4倍远。为何会放在那麽远的太空？原来那个区域是个所谓被引力遗忘的角落。十八世纪2位伟大的数学家Leonhard Euler以及Joseph-Louis Lagrange，已计算出在地球运行的轨道面，有5个区域是太阳与地球引力互相抵消的地方，这150万公里的高空是离我们最近，且同时可以背对着太阳、地球及月球，可以避免三者所造成的光害。哈伯因位于低轨道，因此时时受到这三个星球不同引力的影响，需要使用燃料喷气，来调整望远镜本体的姿态及角度。韦伯没有此一限制，可以让望远镜的生命周期更久。但是低轨道的哈伯是太空梭可以抵达的地方，可以进行必要维修，韦伯可就没有这个福分了。记得哈伯在刚运作时，影像是模糊的，原因是镜片有2微米的误差，后来是透过太空梭及太空人实施必要更换，方能正常运作。韦伯的核心是NIR以及MIR镜头，这两段光谱是如何被吸收而转换为电信号，传回到地球？这里就牵涉到2种不同的半导体材料。作为红外线的光侦测器，这分别是NIR的碲化汞镉（Hg1-xCdxTe；MCT）以及MIR的Si（As doped）。MCT乃化合物半导体，一般大众所熟悉的化合物半导体是IV-IV（四四族）的SiC, SiGe，或者III-V（三五族）的GaAs、GaN，而MCT却是II-VI（二六族）。II-VI族半导体其共价键愈弱，而离子键愈强，因此不论在晶体或磊晶的成长，或是在制作元件上就更具有挑战性。这两种红外光侦测元件，分别是由２家位于美国加州，专业于光侦测器的公司所研发完成。MCT藉由改变x的组成，也就改变半导体的能隙（bandgap），因此可将光侦测元件的吸收光谱的临界值，由波长0.8微米（x=1）调整到5微米（x=0.3）；Si（As）则是利用砷掺杂在矽半导体内，所需要的游离位能（30-40 meV），当作MIR的吸收能阶，使得元件得以吸收28微米的红外光。然而这2种红外光的侦测器，都得在极低的温度下操作，尤其是Si更是需要在绝对温度10K以下的超低温工作。韦伯在面对太阳的一面，温度常会超过摄氏50度，科学家们利用特殊的材料，制作出大面积且极薄的光罩版，阻绝太阳的光及热，使得在很短的距离内，温度可以下降300度，让这两类的红外光侦测器，才得以正常的工作。30年前当笔者刚任教于国立中央大学，参与部分中研院天文所的无线电天文望远镜的计划，时任中大校长的刘万亿汉先生就告诉我，天文观测所使用的技术都是最尖端的科技，刘校长本身是位太空科学专家。这件事发生在中研院的次毫米波无线电天文阵列上，也同时见证于韦伯红外线太空望远镜上。

同步辐射所产生的光，是由电场加速带电粒子因而产生辐射产生的光，不像雷射是利用原子天然能阶之间的跃迁（transition）产生的相干光（coherent light），光源波长是可以控制、设计的。同步辐射产生光的波长，从远红外（far infrared）至hard X-ray，大约是10几微米到0.01纳米，这波段已足以处理矽基半导体制程的所有波长需求。高于DUV波长的光就不必讨论了—已有既存成熟的设备，不必再重新发明轮子。可以讨论的是现在EUV波长波段，以及将矽基半导体推向物理极限的几纳米波长的光。用同步辐射做为光源有个明显好处，即为光的亮度充分。只要加速器中心能稳定控制的电流够大—就是电子够多，辐射光的亮度便充分—这个可以立刻解决现在EUV产量不够好的窘境。另一个好处是光源成本的下降。一个同步辐射圆形加速器至少可以有十几、廿个出光口。一个同步辐射加速器要多少经费呢？1980年代台湾开始建造同步辐射时，预算是几千万美元；虽然后来还有追加预算，平均一个光源才数百万美元的成本。对于现在价格动辄上亿美元的曝光机台，这个成本不算是钱。但是同步辐射光源也面临现在EUV因光的能量较高，容易被物质吸收的问题。如果波长更短，问题愈严重。同步辐射在解决高能量光源会被物质吸收的问题上，可用的光径安排方式有几个。第一个，自然是与EUV相同的反射式镜面。但是因为波长不同，材料和镀膜必须要再调适；第二个，还是用透镜，但是透镜材质变成矽或锗，这样也能聚焦X-ray；第三个，是波带片（zone plate），片上有多个不同半径同心圆上的狭缝，X-ray通过波带片产生绕射（diffraction），因而聚焦。以上都是同步辐射既有的光学元件。但是同步辐射是仪器（instrument），而曝光机是量产设备（equipment），二者要求的精度、可靠性、成本等有巨大差距。同步辐射要做为曝光光源有2个大挑战。同步辐射基本上是个圆形加速器，出光口散布在圆周周边，这个格局与现在的晶圆厂的布局（layout）天差地别。如果使用同步辐射，会大幅更动晶圆厂的运作方式，甚至是一些界面规格。这也是当初半导体产业选择使用现在EUV的理由之一。EUV虽大，但是长的方方正正的，而且每部机台独立运作。第二个挑战是维修时的停机时间（downtime）。设备维修，停机理所当然。但是同步辐射加速器的维修会导致每个出光口同时停机，晶圆厂就处于关闭状况。在半导体产业眼中，这是只有在灾难时才会出现的状况。半导体产业的逻辑一般是将既存的技术和设备榨出最后一滴价值，最大幅度的降低设备折旧（depreciation）与技术摊提（amortization）。所以现在曝光机的发展主流是尽其所能的提高EUV的亮度以及分辨率，并且佐以其他非曝光手段如纳米压印（nanoimprint）与定向自组装（DSA；Directed Self-Assembly）等方法，以期能够支撑到矽基精细元件的物理极限。如果最终还是需要同步辐射来推进分辨率，是否花巨大的研发经费来开发，只供一、两个技术节点使用？这对于半导体产业将是个很艰难的抉择。

韩国总统府办公室于10月9日发出声明，已接获美国通知，将三星电子（Samsung Electronics）和SK海力士（SK Hynix）国内工厂认定为「已核实终端用户」（Validated End-User；VEU），此后两厂进口美国芯片设备将无需「额外单独审批程序」，接着传出台积电也获美国延展1年不需审批的消息，即便如此，未来国内半导体产能增长已非外资主导，而主要由中资业者投资所带动了！延伸报导三星、SK海力士国内产线获美芯片禁令无限期豁免目前国内半导体厂外资业者，主要包括韩资与台资业者。韩资包括三星西安厂与SK Hynix无锡厂、大连厂等12寸厂，三星西安厂月产能约25万片，SK Hynix月产能分别是无锡厂21万片及大连厂6万片。台资包括台积电、联电及力晶。以12寸厂来看，台积电南京厂与联电厦门厂月产能各约3万片，而以力晶转投资的合肥晶合，月产能超过10万片为最。2022年合计外资业者产能约占国内总产能的3分之1，三星与SK Hynix是主要贡献者，两家业者近年可说是带动国内存储器供应链的逐步成形；在晶圆代工方面，台积电与联电规模不大，力晶是后进者，就发展时间与产业地位上，均不若自2000年起遍地开花的中芯国际。延伸报导传台积电国内产线将获美国豁免　惟待遇不如韩存储器业者我认为未来数年外资厂产能成长将相对有限。一是产能最大的三星西安厂与SK Hynix无锡厂产能已达原规划目标，仅大连厂尚有月产4万片的扩产空间。二是美国对国内严格出口管制下，获得美国建厂补助的台积电与三星，必须依循在国内扩产的限制规定：先进制程产能成长不得超过5%，成熟制程产能不得超过10%。在未来美国扩大打击的风险下，预期与三星同为存储器领导业者的SK Hynix，未来投资也会相对保守。至于两家成熟制程代工厂联电及力晶，未来还是可能面临美国对成熟制程加以管制的风险，联电已规划将厦门联芯转为独资，要再大规模扩张可能性不高。相较之下，力晶与合肥官方合资的晶合整合，厂区规划目标月产能是30万片，又已于2023年5月在上海创业版挂牌，在官方与民间资本的挹注下，未来应会持续拉开与台积电与联电在国内的产能差距。另一方面，2022年中资业者产能约占国内总产能的3分之2，两家最大晶圆代工厂中，若合计8寸厂与12寸厂产能，中芯约当36万片12寸晶圆，华虹（含华力）约当14.5万片12寸晶圆。在存储器方面，长江存储与长鑫存储大致都在月产10万片12寸晶圆上下。观察中资业者扩产规划，中芯新增产能来自于中芯深圳（Fab 16A/B）、中芯京城（B3）、中芯东方（上海临港）、中芯西青（天津）、中芯整合（绍兴）等5座12寸厂，除深圳厂产能目标为4万片外，其他4座目标都是月产能10万片。华虹增产能来自于无锡12寸厂，目前一期营运已达规划产能，二期待扩，两期合计产能可达18万片。存储器方面，长江存储与长鑫存储产能规划目标都订为月产30万片12寸晶圆。除此之外，国内接下来扩厂与新建厂新增产能规划目标达月产5万片12寸晶圆的业者，尚包括广州粤芯、杭州积海、杭州富芯、上海格科半导体与广州增芯等。今年度上市的中资晶圆厂，包括华虹及绍兴中芯整合，前者更成为今年迄今科创版最大的IPO案，另长江存储预计也会于今年上市。此外，之前曾因弊案而中止一段时间的大基金二期，今年已重新启动，除参与华虹公发外，也相继注资长江存储、士兰微旗下的厦门士兰明稼、华润微旗下的润鹏等。不论就政策与资金上，都为中资晶圆厂扩产提供强力支持。接下来中资晶圆厂扩产的变量有二，一是重要制程机台本土化推进速度，二是是否美国为避免LED、太阳能面板、显示器面板为国内后来居上主导的情况重演，进而限制国内成熟制程产能大规模扩张。只要未被美国进一步「掐脖子」，那麽未来数年，国内业者的产能市占不论在国内或在全球，都将有显着提升！

这是近日网传的议题，只是国内官方已经出面正式否认。这座高能同步辐射光子源（High Energy Photon Source；HEPS）是位于北京怀柔的中科院高能所正在兴建中的第四代同步辐射装置（Synchrotron Radiation Facility）。中科院高能所于1984年开始在北京玉泉路兴建第一代装置，以后迭有升级。这已经是近40年前的旧事了。同步辐射是高能物理实验仪器的另类应用。原先的应用是利用电场加速电子，利用磁铁弯曲电子行径，并依圆形轨道运行。加速后的带电粒子对撞生基本粒子，主要是魅夸克（charm quark）。由于带电粒子被加速时会放出电磁波—也就是光，同步辐射装置也可以利用这些光探测材料及生物结构，这是目前的几个应用范畴。但是现在谈及要被应用于半导体制程中曝光机（lithography equipment）的光源了。考虑用同步辐射来当曝光机光源绝对不是新鲜事，X-ray光阻早在80年代就是研究的题目。90年代业界在考虑未来半导体曝光机的光源时，EUV和同步辐射都是曾被考虑的方方向。当初美国国防部高等研究计划署（DARPA）选择EUV，但是也有其他公司选择同步辐射，譬如IBM。在重新检视同步辐射是否适合当曝光机光源时，让我们简单回顾一下EUV的几个特性。EUV一般是指波长于121~10纳米的光，波长再短就是X-ray了。在EUV波长区域，并没有天然的材料与机制可以产生雷射光，现行的13.5纳米 EUV是以二氧化碳雷射照射掉落的锡液滴（tin drop）所激发的次级光源。由于EUV光的产生程序复杂，光的频率集中的程度远不如使用雷射光源的DUV，亮度（luminosity）也远远不如。亮度不足，曝光时间就需要较长，影响曝光机产出（throughput）。由于EUV光的能量较DUV高，容易与物质—特别是传统的透镜（lens）材料—发生反应而被吸收，光的传递依赖于多个有多层镀膜（multi-layer coating）的反射镜（reflection mirror）组成光径（optical path）并聚焦。对于半导体产业而言，这是一个全新的光学系统，这也说明为什麽EUV要发展20余年，最终才得以商业化的原因。即使用反射镜来建立光径，垂直镜面入射的光线仍然会被部分吸收。因此，光线最好以与镜面垂直线倾斜6、7度的角度入射。由于这个倾斜入射角，整个光学系统的数值孔径（NA；numerical aperture）就比较难极大化，目前的EUV其NA=0.33，与DUV的NA可以高达1.2、1.3存在巨大的差距。而数值孔径与分辨率（resolution）成正比。这是个关键的光学特性。由于目前EUV波长已经一口气推进到接近X-ray波长的上限，再要缩短波长恐怕要用新的物理机制产生新的光源—那可能是另一段20年艰苦的研发旅程，所以目前产业界的努力都集中2个面向，增加NA和增加产出。增加产出是个多面向的工作，包括增加光源的亮度、改变光阻的化学组成等；增加NA可以在不必缩短波长的状况下增加分辨率，目前的计划是从NA=0.33增加为0.55。以目前13.5纳米波长的EUV大概能做到哪个技术节点？这点是整个半导体产业共同的关心。当初在讨论DUV之后的曝光机光源时，当时已有摩尔定律已日暮的感觉，虽然之后又奋力推进这麽多年。理论上，一个光源的分辨率大概在光源的半波长。譬如第二代DUV ArF（argon fluoride）的波长是193纳米，理论分辨率就只有96.5纳米。但是透过多重曝光（multiple exposure）、过刻（over etch）、相位移（phase shift）以及浸润（immersion）在水中改变光的折射率（refraction index）等工程手段，193 纳米 DUV目前可以处理到7纳米的节点，问题是波长13.5纳米的EUV可以推进到哪一个技术节点？要注意的是现在逻辑制程的节点与早年以晶体管实际的通道长度（channel length）为命名已有所有不同，7、5纳米的通道长度在10纳米以上。目前节点是以1个晶体的总体表现，如速度、功率、热耗散、面积等因素来命名。这问题可以从问题的另一端来思考。如果精细结构装置仍然以矽晶为基础、以电磁学为控制手段，那麽矽基元件（silicon-based devise）的最小尺寸是可以粗估的。矽的共价键长度为0.111纳米。要组织一个元件的功能部分（silicon-based devise）—譬如通道—至少要有几十个原子的内部，要不然物质表面的性质可能就会影响物质内部应有的性质，因而影响元件预计的工作特性。几十个的矽原子就是几纳米的长度了，离现有的EUV的理论分辨率尺度并不远，这也是当初产业界一口气将波长推进至13.5纳米的考虑。如果对原分子的控制可以更精细、物质的表面性质可以被精确掌控，因而使用较少的矽原子也可以构成有效元件，这时在半导体制程演化至物理的自然极限前，光源的波长还留有一个小窗口，这个窗口的候选人之一就是同步辐射的光。

近几年新竹县政府设置智能城市谘询发展委员，邀请我担任委员，也常和我沟通关于人工智能物联网（AIoT）的重要性。政府公权力扮演着智能城市实现的关键角色。新竹县一直致力于推动智能城市发展，为了拉近公务同仁与新科技的距离，于今年（2023年）7月19日举办名为「智能城市科技新知及技术教育训练」的活动。该训练课程内容包括近期最夯的聊天机器人ChatGPT、AIoT及ESG等最新发展趋势，以及数码转型的应用介绍等。这项活动的目标是由行政处长周秋尧所提出，希望透过长期系列课程引导，让第一线推动智能城市业务的同仁们能掌握最新信息，并将新的思维应用在简政便民上，让县民们感受到智能城市的美好。新竹县因应智能城市规划的浪潮，所提供的服务与治理将会变得愈加智能化。现今有愈来愈多的工具让公务服务变得更加便捷，而ChatGPT及AIOT正是其中的代表。透过简单易用的科技教育，每个人都可以成为工程师。此外，随着气候变迁及环境永续发展受到重视，加上中央政府提出2050年净零碳排的目标，各县市政府纷纷提出自己想要实现的净零城市目标或路径，新竹县也需要建立起属于自己的城市净零目标。在演讨会中，我特别强调城市数据的应用非常重要，例如，如果能在交通领域应用这些数据，将有助于减少民众的旅行时间。我个人发展智能农业的亲身经历，以AI生成白草莓病变的图片，在实际侦测农场病变时，可以将准确率由87.50%提升到96.88%。我指出，随着人工智能的蓬勃发展，ChatGPT已经可以透过数据与数据蒐集回应使用者的问题。然而，在某些图形和数据的正确性方面，仍然可能与真实情境有所差异，因此在享受科技服务的便利性时，如何将数据蒐集做有效且正确的应用才是至关重要。透过持续的交流与教育训练，我相信台湾各县市的智能城市发展将会愈来愈成功，让政府服务更智能，让县市民享受到更美好的智能生活。