Hoy en día, los chips están presentes en todos los aspectos de la sociedad moderna, desde aviones, barcos, satélites y cohetes hasta teléfonos móviles y reproductores portátiles, todos ellos inseparables de los chips. A medida que países liderados por Estados Unidos reprimen a Huawei, "máquina de litografía" se ha convertido en un término de búsqueda popular en internet, y abundan los artículos que hablan sobre este tema.

La realidad es que China no solo ha desarrollado máquinas de fotolitografía de vanguardia, sino que también las ha desarrollado y fabricado de forma independiente a pesar de los bloqueos y embargos externos, y posee todos los derechos de propiedad intelectual. Mucha gente desconoce que el desarrollo y la fabricación de las máquinas de litografía chinas están estrechamente relacionados con Xu Duanyi, un científico de Guizhou.

En 1955, Xu Duanyi se graduó de la Escuela Secundaria N.° 1 de Guiyang y fue admitido en la Universidad de Tsinghua con excelentes resultados. Tras graduarse del Departamento de Instrumentos de Precisión de la Universidad de Tsinghua en 1961, permaneció en la universidad como profesor. Durante la Revolución Cultural, un gran número de profesores y personal de la Universidad de Tsinghua fueron enviados a granjas cerca del lago Poyang, en la provincia de Jiangxi. Bajo la supervisión del Equipo de Propaganda, se "reformaron" y aprendieron a cultivar arroz de campesinos pobres y de clase media baja. Xu Duanyi estaba entre ellos. Al año siguiente, cuando Xu Duanyi, padre primerizo, regresó a su ciudad natal de Guizhou para visitar a sus familiares, llevó a su hijo de dos años a una granja en Jiangxi, donde planeaba establecerse y dedicarse a la agricultura el resto de su vida. Una noche, recibió una llamada urgente desde Pekín, ordenándole que regresara inmediatamente porque tenía una misión importante. Tras regresar a Pekín, Xu Duanyi descubrió que originalmente había sido el responsable del desarrollo de equipos clave que la industria nacional de semiconductores y la industria de defensa necesitaban con urgencia: la "máquina de litografía automática" y la "cámara de repetición de imágenes".

Por lo tanto, Xu Duanyi, un joven entrenador asistente de Guizhou, fue designado en el momento crítico y asumió la importante tarea.

La Universidad de Tsinghua dotó a Xu Duanyi de un sólido equipo de investigación y desarrollo. Tras la finalización del edificio del Departamento de Instrumentos de Precisión de Tsinghua, se estableció una fábrica de procesamiento de instrumentos ópticos de precisión (base de pruebas 9003) en la primera planta del edificio. El Sr. Shen Zhao fue el director del departamento y de la fábrica. La universidad asignó a Xu Duanyi todo el equipo de ingeniería y personal técnico de la fábrica, incluyendo cientos de ajustadores altamente cualificados y maestros en otros tipos de mecanizado de precisión, para su despliegue unificado. También asignó a un grupo de estudiantes de pregrado graduados de la Universidad de Tsinghua y a un grupo de militares retirados altamente cualificados para unirse al equipo de investigación. Además, la universidad también transfirió a varios profesores y técnicos de control informático de otras unidades. El equipo de desarrollo está integrado por cientos de personas de cinco departamentos de toda la universidad. Se trata de una operación de grupo a gran escala.

Debido a la complejidad y dificultad de la tecnología de fabricación de las máquinas de fotolitografía, el Comité Coordinador de París (Batumi) las incluyó durante mucho tiempo en su lista de productos de tecnología punta e impuso un bloqueo y embargo a China. En ese momento, China estaba aislada del mundo exterior y era imposible obtener información del extranjero. Xu Duanyi lideró a su equipo en el desarrollo de nuevos equipos. Él mismo diseñó todos los planos y fabricó todas las piezas en su propio taller. Todo comenzó desde cero.

Aunque Xu Duanyi y su equipo nunca habían participado en la investigación, el desarrollo ni la fabricación de máquinas de fotolitografía, y carecían de conocimientos en este campo, trabajaron con gran dedicación y aprendieron sobre la marcha, logrando un rápido progreso. Cabe destacar que, dado que en aquel entonces no existía el sistema de bonificaciones ni el pago de horas extras, todos los miembros del equipo tomaron la iniciativa de trabajar horas extras y se esforzaron día y noche.

El equipo de Xu Duanyi partió del desarrollo de láseres de gas helio-neón cuya frecuencia puede estabilizarse mediante el interferómetro de la máquina de litografía. Posteriormente, diseñaron y fabricaron por sí mismos los rieles guía de precisión, los tornillos, las bolas, los motores paso a paso, los ordenadores para el control digital, los sistemas ópticos, los objetivos de proyección de gran apertura, etc.

En condiciones extremadamente difíciles, tras más de un año de arduo trabajo, el equipo de Xu Duanyi cumplió con las expectativas y, finalmente, en 1971, desarrolló la primera máquina de fotolitografía y la primera cámara de repetición de China, que comenzaron a producir en masa para la industria nacional de semiconductores. Este logro le valió el Premio de la Conferencia Nacional de Ciencia y Tecnología en 1978.

Desarrolló la primera máquina de fotolitografía de China en 1971.

cámara de repetición de pasos

A partir de 1975, Xu Duanyi invirtió en el desarrollo de una "máquina de litografía por proyección con alineación automática paso a paso" utilizando el método de litografía de circuitos integrados directamente sobre obleas semiconductoras. En 1980, el equipo de Xu Duanyi completó el desarrollo de la primera "máquina de litografía por proyección con alineación automática paso a paso" de China, capaz de procesar líneas de tan solo 0.8 micras de ancho. Esta máquina cubrió la brecha tecnológica nacional y se puso en producción en masa. Se trata de la máquina de litografía de segunda generación de China. Este logro le valió el primer premio del primer Premio al Logro Científico y Tecnológico de Beijing en 1981. Hasta la fecha, solo unos pocos países en el mundo, como Estados Unidos y Japón, pueden fabricar este tipo de equipo.

Máquina de litografía de segunda generación de China

En 1987, el Ministerio de la Industria Electrónica organizó la creación de la "Asociación China de la Industria de Equipos Electrónicos Especiales" (CEPEA), una asociación industrial nacional con personalidad jurídica aprobada por el Estado y que cuenta con más de 100 miembros en todo el país. El Instituto de Microingeniería de la Universidad de Tsinghua, dirigido por Xu Duanyi, era la única institución de educación superior del país especializada en la investigación de equipos electrónicos especiales en aquel entonces.

Xu Duanyi fue elegido vicepresidente de la Asociación China de la Industria de Equipos Electrónicos Especiales, cuyo departamento administrativo superior es el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información.

Tras la creación de la Asociación China de la Industria de Equipos Electrónicos Profesionales, Xu Duanyi fue invitado a impartir conferencias en numerosas instituciones. Impartió un curso intensivo sobre tecnología de micromecanizado óptico en la Universidad de Tsinghua y elaboró ​​materiales didácticos como "Principios estructurales y diseño de máquinas de litografía por proyección" y "Tecnología de alineación y enfoque automáticos fotoeléctricos" para técnicos en activo. Al mismo tiempo, también forma parte del consejo editorial de la revista "Equipos especiales para la industria electrónica".

Xu Duanyi, de la Universidad de Tsinghua, impartió un breve curso de formación sobre tecnología de micromecanizado óptico.

La industria china de equipos especiales para la industria electrónica se desarrolló rápidamente durante este período y cuenta con instalaciones de apoyo completas, algo poco común en otros países.

Tras una larga trayectoria de investigación y desarrollo, Xu Duanyi lideró a su equipo para llevar a cabo activamente el desarrollo de una "máquina de litografía por proyección paso a paso" más avanzada.

Los indicadores de diseño de esta nueva máquina de litografía estaban orientados al más alto nivel internacional de la época. Por ejemplo: el área máxima del chip que se puede fotolitografiar es de 10 × 10 milímetros cuadrados, la resolución efectiva real es de 1.25 micras, el recorrido de la mesa de trabajo es de 160 × 160 mm y se pueden procesar obleas de 4 a 6 pulgadas.

Tras el exitoso desarrollo de la máquina de fotolitografía, se pusieron en producción tres unidades simultáneamente. Una de ellas se conserva en el Instituto de Microingeniería de Tsinghua para investigación experimental; las otras dos se entregaron a la Fábrica 109 de la Academia China de Ciencias y a la Fábrica de Dispositivos Semiconductores de Pekín para su evaluación.

El Sr. Wang Shouwu, de la Academia China de Ciencias, ha utilizado esta máquina de fotolitografía para desarrollar diversos circuitos integrados a gran escala. En comparación con los procesos tradicionales, el rendimiento ha aumentado en un promedio del 27 %.

El Sr. Wang Shouwu valoró enormemente el nuevo método de añadir una película protectora a la máscara de fotolitografía inventado por Xu Duanyi, y también presentó a una empresa estadounidense para que cooperara con el equipo de Xu Duanyi en la producción.

Tras comunicar este resultado al Ministerio de la Industria Electrónica, los responsables pertinentes le concedieron gran importancia y visitaron personalmente los centros de pruebas de la Universidad de Tsinghua y la Academia China de Ciencias.

En enero de 1991, el Ministerio de la Industria Electrónica y la Comisión Nacional de Educación convocaron a expertos nacionales de renombre y organizaron una reunión de evaluación a gran escala y un intercambio técnico en la Universidad de Tsinghua para evaluar la "máquina de litografía por proyección paso a paso con alineación automática" de tercera generación, desarrollada por Xu Duanyi y otros miembros de la Universidad de Tsinghua. La reunión fue organizada por los líderes del Ministerio de la Industria Electrónica, y el Sr. Wang Shouwu, una figura destacada en la comunidad de física china, presidió el grupo de expertos evaluadores. Xu Duanyi presentó la investigación y el desarrollo de las máquinas de litografía de Tsinghua durante la reunión.

Esta reunión de evaluación fue multitudinaria e importante. Además de Lu Jinrong, director del Departamento de Equipos Especiales del Ministerio de Industria Electrónica, y otros altos cargos, asistieron representantes del Ministerio de Ciencia y Tecnología y de la Comisión Nacional de Educación. Ni Weidou, vicepresidente ejecutivo de investigación científica de la Universidad de Tsinghua, estuvo a cargo de la recepción. Asimismo, participó un grupo de representantes de fabricantes de equipos especiales para el procesamiento de semiconductores de todo el país.

El señor Wang Shouwu mantuvo su estilo singular habitual. Su discurso fue conciso y directo, y solo pronunció tres frases:

"Esta máquina de litografía no está mal. Espero que todos aporten sugerencias para modificaciones. Los usuarios deben participar activamente en el desarrollo del equipo."

Es muy raro obtener tal afirmación del Sr. Wang Shouwu.

Antes de la reunión de evaluación, el Sr. Wang entregó a Xu Duanyi una lista de expertos y solicitó a la Universidad de Tsinghua que los invitara formalmente a formar parte del equipo de evaluación. Además, designó a un grupo de ingenieros y técnicos de las unidades de diseño y fabricación de equipos y de producción de dispositivos semiconductores para que colaboraran con los responsables del Ministerio de la Industria Electrónica en la realización de pruebas in situ de la máquina de litografía y la presentación de los datos de las pruebas al grupo de expertos del comité de evaluación para su revisión.

Finalmente, el Sr. Wang Shouwu redactó un dictamen de evaluación basado en estos datos y en las opiniones del grupo de expertos, y leyó personalmente los resultados de la evaluación en la reunión.

Xu Duanyi lleva muchos años trabajando en el sector de equipos especiales para la industria electrónica y ha participado en diversas reuniones de evaluación de productos, pero nunca había experimentado un proceso de evaluación tan estricto y serio.

Esta reunión de evaluación reviste una importancia trascendental.

De este modo, la Universidad de Tsinghua se ha convertido en la única entidad en China capaz de desarrollar y producir de forma independiente máquinas de litografía de alta gama y de primera categoría.

Tras superar la evaluación formal nacional, la "máquina de litografía por proyección paso a paso con alineación automática" de tercera generación, desarrollada por el equipo de Xu Duanyi, y la lente utilizada por la máquina, ganaron el "Premio Nacional al Logro Científico y Tecnológico".

En marzo de 1991, el Ministerio de la Industria Electrónica decidió exhibir la máquina en la "Primera Exposición Nacional de Logros Tecnológicos de Empresas Industriales", organizada por la Comisión Estatal de Planificación. Por lo tanto, la "máquina de litografía por proyección con alineación automática paso a paso", desarrollada por la Universidad de Tsinghua, se colocó en el pabellón principal del Centro de Exposiciones de Pekín y se mostró al público chino y extranjero, a expertos nacionales e internacionales y a periodistas.

Tras la publicación de la noticia en "People's Daily" (edición internacional), "Beijing Daily", la televisión de Pekín y otros medios de comunicación, la noticia atrajo la atención de la comunidad científica en varios países.

Ese día, Xu Duanyi recibió una llamada del Centro de Exposiciones de Pekín informándole de que iban a recibir a una importante delegación extranjera y pidiéndole que la recibiera personalmente.

Tras la puntual llegada de Xu Duanyi al pabellón principal del Centro de Exposiciones de Pekín, el Sr. Wang Shouwu acompañó a una delegación extranjera al stand de la Universidad de Tsinghua para visitar la máquina de litografía por proyección automática desarrollada por dicha universidad, acompañado por numerosos periodistas chinos y extranjeros.

Xu Duanyi no sabía quiénes eran esas personas, así que no se atrevió a hacer más preguntas. Los recibió amablemente para que vieran la máquina de litografía y respondió a todas sus preguntas.

En aquel entonces, la comunidad científica china desconocía por completo el concepto de "derechos de propiedad intelectual" y no sabía cómo mantener la confidencialidad. Sin importar lo que se les preguntara, lo contaban todo.

En marzo de 1991, la máquina de litografía por proyección de alineación automática paso a paso de tercera generación, desarrollada por la Universidad de Tsinghua, participó en la "Primera Exposición Nacional de Logros Tecnológicos de Empresas Industriales" en el Pabellón de Exposiciones de Pekín. La imagen muestra a Xu Duanyi (en el centro) presentando el estado de la investigación y el desarrollo de las máquinas de litografía chinas a los expertos asistentes a la reunión.

Estos expertos extranjeros rodearon la máquina de litografía, la examinaron con mucha atención y formularon preguntas muy profesionales; algunos incluso se arrastraron por el suelo, se dieron la vuelta y observaron detenidamente la estructura interna de la máquina.

Solo entonces Xu Duanyi se enteró de que los miembros de esa delegación eran todos expertos en máquinas de fotolitografía procedentes de Estados Unidos y Japón.

Cuando expertos de Estados Unidos y Japón vieron con sus propios ojos que China había desarrollado de forma independiente una máquina de fotolitografía de primera clase con derechos de propiedad intelectual completos a pesar de estar bloqueada y embargada en el extranjero, quedaron asombrados e incluso dijeron: "¡Inconcebible!".

Poco después de la partida de los expertos estadounidenses y japoneses, llegaron también expertos en fotolitografía de otros países. En aquel entonces, casi todas las empresas y fabricantes extranjeros de renombre que producían máquinas de litografía enviaron representantes a Pekín para visitar e inspeccionar las máquinas desarrolladas de forma independiente por la Universidad de Tsinghua. Todos observaron con gran atención y formularon numerosas preguntas. Xu Duanyi recibió a estos expertos extranjeros con amabilidad y respondió a sus preguntas en el acto. Estos expertos estaban sinceramente convencidos de que China había desarrollado de forma independiente máquinas de litografía e invitaron cordialmente a Xu Duanyi a visitarlos para intercambiar ideas. Lamentablemente, entre los visitantes no había ningún representante de la empresa holandesa ASML, que más tarde se convertiría en un gigante de la industria mundial de máquinas de litografía. En aquel momento, esta empresa aún no existía.

Poco después de que finalizara la exposición de Pekín y estos expertos extranjeros abandonaran China y regresaran a sus países, el Comité Coordinador de París anunció el levantamiento del embargo a la exportación de máquinas de litografía por proyección a China. Estados Unidos y Japón, los dos principales productores mundiales de máquinas de litografía por proyección en aquel momento, anunciaron simultáneamente el levantamiento de la prohibición de exportación a China y la posibilidad de exportar dichas máquinas a un precio más favorable. Al mismo tiempo, se ofreció una atractiva propuesta: «Cualquier empresa china que adquiera nuestras máquinas de litografía podrá invitar a sus directivos a visitar nuestras instalaciones. Los billetes de avión de ida y vuelta, el alojamiento en hotel y todos los gastos de viaje correrán a cargo de nuestra empresa».

En aquel entonces, el país acababa de abrirse al mundo. El mundo exterior resultaba muy emocionante y atractivo para los líderes de las empresas chinas. Todos deseaban encontrar una oportunidad para viajar al extranjero, conocer el mundo, divertirse y ampliar sus horizontes.

Como resultado, muchas empresas que inicialmente planeaban adquirir las máquinas de litografía por proyección fabricadas por la Universidad de Tsinghua cambiaron de opinión y comunicaron que ya no las querían. Incluso la Fábrica 109 del Instituto de Semiconductores de la Academia China de Ciencias, que mantenía una larga relación de cooperación con la Universidad de Tsinghua, y otras grandes empresas de Pekín, Shanghái, Tianjin, Wuxi y otras ciudades, cancelaron sus pedidos. La nueva máquina de litografía automática desarrollada y fabricada por la Universidad de Tsinghua no tiene mercado y ha perdido su relevancia.

Como resultado, el equipo de Xu Duanyi dedicó incontables esfuerzos al desarrollo de la máquina de litografía automática, un equipo fundamental para la producción y el procesamiento de chips, pero fracasó. Todo el arduo trabajo y los esfuerzos incesantes a lo largo de los años fueron en vano.

Xu Duanyi, el científico que dirigió el desarrollo de la primera máquina de litografía de China, ya no puede construir otra. Es fácil imaginar su profunda tristeza. Desesperado, tuvo que abandonar el campo de la investigación y el desarrollo de máquinas de litografía y volcó su atención en la incipiente investigación internacional de discos ópticos.

Desde entonces, el equipo de Xu Duanyi en la Universidad de Tsinghua ha logrado avances notables en la investigación de discos ópticos. La I+D y la fabricación de discos ópticos en China lideran el mundo, con un volumen de producción, ventas y exportaciones que se sitúa en primer lugar a nivel mundial. China se ha consolidado como un referente mundial y ha causado gran impresión en el mundo.

Xu Duanyi se convirtió en uno de los principales pioneros en la investigación de discos ópticos en China. Posee 67 patentes chinas y 2 estadounidenses. Ha sido invitado en numerosas ocasiones a presidir conferencias internacionales sobre óptica, ganó el Premio Nacional a la Invención, el máximo galardón científico y tecnológico de China, y fue nombrado científico jefe de proyectos nacionales clave de investigación básica.

Tras el cese de la producción de máquinas de litografía por parte de la Universidad de Tsinghua, la situación empeoró. Las máquinas de fotolitografía fabricadas en el extranjero irrumpieron en el mercado chino y rápidamente se apoderaron de él.

Ahora que China ha abandonado la investigación, el desarrollo y la fabricación de máquinas de litografía, las empresas extranjeras productoras no tienen competencia, y el precio de estas máquinas no ha dejado de subir. Años después, las máquinas de litografía automáticas se convirtieron en un bien escaso, y su precio se disparó hasta alcanzar cientos de millones de dólares por unidad, un coste superior al de un avión de gran tamaño.

Además de ser costoso, los países desarrollados prohíben la venta de máquinas de fotolitografía a China y solo le venden chips. Algunos países han estrangulado el suministro de chips a China, y las empresas chinas de semiconductores solo pueden luchar con desesperación.

Como predijo Xu Duanyi: "Las futuras máquinas de litografía podrían presentar importantes innovaciones y desarrollos tecnológicos".

Tras la paralización del desarrollo y la fabricación de máquinas de litografía en China, el desarrollo de estas máquinas en el extranjero ha continuado avanzando y alcanzando nuevos niveles. Actualmente, los chips producidos por máquinas de litografía de alta gama desarrolladas en países desarrollados han alcanzado el nivel nanométrico.

La situación es muy grave. Los líderes con visión estratégica entre los altos cargos también han percibido el problema y esperan que la Universidad de Tsinghua reanude la investigación, el desarrollo y la fabricación de máquinas de litografía automáticas.

En ese momento, Xu Duanyi se había retirado y los miembros clave de su equipo estaban dispersos. ¡No es fácil reorganizar un equipo de investigación científica de tan alto nivel como el que era entonces!

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