Aujourd'hui, les puces électroniques sont omniprésentes dans la société moderne : avions, navires, satellites, fusées, téléphones portables et baladeurs… tous ces objets sont désormais indissociables des puces. Face à la répression exercée par les États-Unis contre Huawei, l'expression « machine de lithographie » est devenue un sujet de recherche très populaire sur Internet, et les articles qui en parlent abondent.

La réalité est la suivante : la Chine a non seulement développé des machines de photolithographie de pointe, mais les a également conçues et fabriquées de manière indépendante malgré les blocus et embargos internationaux, et détient l’intégralité des droits de propriété intellectuelle. On ignore souvent que le développement et la fabrication de ces machines sont étroitement liés à Xu Duanyi, un scientifique originaire du Guizhou.

En 1955, Xu Duanyi obtint son diplôme du collège n° 1 de Guiyang et fut admis à l'université Tsinghua avec d'excellents résultats. Diplômé du département d'instruments de précision de cette même université en 1961, il y resta comme enseignant. Pendant la Révolution culturelle, de nombreux professeurs et membres du personnel de Tsinghua furent envoyés dans des fermes près du lac Poyang, dans la province du Jiangxi. Encadrés par une équipe de propagande active, ils furent formés à la riziculture auprès de paysans pauvres et de la classe moyenne inférieure. Xu Duanyi était parmi eux. L'année suivante, devenu père pour la première fois, Xu Duanyi retourna dans sa ville natale du Guizhou pour rendre visite à sa famille. Il emmena son fils de deux ans dans une ferme du Jiangxi, où il comptait s'installer et devenir agriculteur pour le restant de ses jours. Tard dans la nuit, un appel urgent arriva de Pékin, lui ordonnant de rentrer immédiatement pour une mission importante. De retour à Pékin, Xu Duanyi apprit qu'il était initialement responsable du développement d'équipements clés dont l'industrie nationale des semi-conducteurs et l'industrie de la défense avaient un besoin urgent : une « machine de lithographie automatique » et une « caméra à répétition pas à pas ».

C’est pourquoi Xu Duanyi, un jeune entraîneur adjoint originaire du Guizhou, a été nommé à ce moment critique et s’est vu confier cette tâche importante.

L'Université Tsinghua a doté Xu Duanyi d'une solide équipe de recherche et développement. Après l'achèvement du bâtiment du Département des instruments de précision de Tsinghua, une usine de traitement d'instruments optiques de précision (base d'essai 9003) a été installée au premier étage. M. Shen Zhao en a été le directeur du département et de l'usine. L'université a affecté à Xu Duanyi l'ensemble de son personnel technique et d'ingénierie, comprenant des centaines d'ajusteurs hautement qualifiés et de spécialistes en usinage de précision. Elle a également intégré à l'équipe de recherche un groupe d'étudiants diplômés de l'Université Tsinghua et un groupe d'anciens militaires hautement qualifiés. Par ailleurs, l'université a transféré plusieurs enseignants et techniciens spécialisés en contrôle informatique d'autres unités. L'équipe de développement compte ainsi des centaines de personnes issues de cinq départements de l'université. Il s'agit d'une opération de grande envergure.

La technologie de fabrication des machines de photolithographie étant extrêmement complexe, le Comité de coordination de Paris (Batoumi) les a longtemps classées comme produits de haute technologie et a imposé un blocus et un embargo à la Chine. À cette époque, la Chine était coupée du monde et ne pouvait obtenir aucune information étrangère. Xu Duanyi a alors dirigé son équipe pour développer un nouvel équipement. Il a conçu lui-même tous les plans et a réalisé l'usinage et la fabrication de toutes les pièces dans son propre atelier. Tout a été créé de toutes pièces.

Bien que Xu Duanyi et son équipe n'aient jamais participé auparavant à la recherche, au développement et à la fabrication de machines de photolithographie et qu'ils manquaient de connaissances dans ce domaine, chacun a travaillé avec acharnement et a appris sur le tas, progressant rapidement. Il est remarquable qu'à cette époque, aucune prime ni rémunération des heures supplémentaires n'existât ; tous les membres de l'équipe ont donc pris l'initiative de faire des heures supplémentaires et ont travaillé sans relâche, jour et nuit.

L'équipe de Xu Duanyi a commencé par développer des lasers à gaz hélium-néon dont la fréquence pouvait être stabilisée par l'interféromètre de la machine de lithographie. Elle a ensuite conçu et fabriqué elle-même les rails de guidage de précision, les vis, les billes, les moteurs pas à pas, les ordinateurs pour la commande numérique, les systèmes optiques, les objectifs de projection à grande ouverture, etc.

Dans des conditions extrêmement difficiles, après plus d'un an de travail acharné, l'équipe de Xu Duanyi a relevé le défi et a finalement mis au point, en 1971, la première machine de photolithographie et la première caméra à répétition pas à pas de Chine, qu'elle a ensuite produites à grande échelle pour l'industrie nationale des semi-conducteurs. Cette réalisation a été récompensée par le Prix de la Conférence nationale des sciences et des technologies en 1978.

A mis au point la première machine de photolithographie de Chine en 1971.

caméra de répétition pas à pas

À partir de 1975, Xu Duanyi investit dans le développement d'une machine de lithographie par projection à alignement automatique étape par étape, utilisant la méthode de lithographie directe de circuits intégrés sur des plaquettes de semi-conducteurs. En 1980, son équipe acheva la mise au point de la première machine de ce type en Chine, capable de traiter des lignes d'une finesse extrême de 0.8 micron. Comblant un manque technologique national, elle fut produite en série et commercialisée. Il s'agit de la machine de lithographie de deuxième génération chinoise. Cette innovation lui valut le premier prix du premier Prix des réalisations scientifiques et technologiques de Pékin en 1981. À ce jour, seuls quelques pays au monde, comme les États-Unis et le Japon, sont capables de fabriquer ce type d'équipement.

Machine de lithographie de deuxième génération chinoise

En 1987, le ministère de l'Industrie électronique a organisé la création de la « China Electronic Special Equipment Industry Association » (CEPEA), une association industrielle nationale dotée de la personnalité morale et reconnue par l'État, qui compte plus de 100 membres à travers le pays. L'Institut de micro-ingénierie de l'université Tsinghua, dirigé par Xu Duanyi, était alors le seul établissement d'enseignement supérieur du pays spécialisé dans la recherche sur les équipements électroniques spéciaux.

Xu Duanyi a été élu vice-président de l'Association chinoise de l'industrie des équipements électroniques spéciaux, dont le département hiérarchique supérieur est le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information.

Après la création de l'Association chinoise de l'industrie des équipements électroniques professionnels, Xu Duanyi a été invité à donner des conférences dans de nombreuses entreprises. Il a animé une formation courte sur les techniques de micro-usinage optique à l'Université Tsinghua et a élaboré des supports pédagogiques, tels que « Principes de structure et conception des machines de lithographie par projection » et « Technologie d'alignement et de mise au point automatiques photoélectriques », destinés aux techniciens. Parallèlement, il est membre du comité de rédaction de la revue « Équipements spéciaux pour l'industrie électronique ».

Xu Duanyi, de l'Université Tsinghua, a organisé une courte formation sur la technologie de micro-usinage optique.

L'industrie chinoise des équipements spéciaux pour l'électronique s'est développée rapidement durant cette période et dispose d'infrastructures complètes, ce qui est rare dans d'autres pays.

S’appuyant sur un travail de recherche et développement de longue haleine, Xu Duanyi a dirigé son équipe dans la mise au point d’une « machine de lithographie par projection étape par étape » plus avancée.

Les caractéristiques techniques de cette nouvelle machine de lithographie visaient les plus hauts standards internationaux de l'époque. Par exemple : la surface maximale de la puce pouvant être photolithographiée est de 10 × 10 millimètres carrés, la résolution effective est de 1.25 microns, la course de la table de travail est de 160 × 160 mm et elle peut traiter des plaquettes de 4 à 6 pouces.

Après la mise au point réussie de la machine de photolithographie, trois unités ont été mises en production simultanément. L'une d'elles est conservée à l'Institut de micro-ingénierie de Tsinghua pour la recherche expérimentale ; les deux autres sont fournies à l'usine 109 de l'Académie chinoise des sciences et à l'usine de dispositifs semi-conducteurs de Pékin pour une évaluation pilote.

M. Wang Shouwu, de l'Académie chinoise des sciences, a utilisé cette machine de photolithographie pour développer divers circuits intégrés à grande échelle. Comparé aux procédés traditionnels, le rendement a augmenté en moyenne de 27 %.

M. Wang Shouwu a grandement apprécié la nouvelle méthode d'ajout d'un film protecteur sur le masque de photolithographie inventée par Xu Duanyi, et a également présenté une entreprise américaine pour coopérer avec l'équipe de Xu Duanyi dans la production.

Après la communication de ce résultat au ministère de l'Industrie électronique, les responsables concernés y ont accordé une grande importance et se sont rendus personnellement sur les sites d'essai de l'université Tsinghua et de l'Académie chinoise des sciences.

En janvier 1991, le ministère de l'Industrie électronique et la Commission nationale de l'éducation ont réuni des experts nationaux reconnus et organisé une importante réunion d'évaluation et d'échange technique à l'université Tsinghua afin d'évaluer la machine de lithographie par projection à alignement automatique étape par étape de troisième génération, développée par Xu Duanyi et ses collègues de l'université Tsinghua. Cette réunion était organisée par les dirigeants du ministère de l'Industrie électronique, et M. Wang Shouwu, figure éminente de la physicienne chinoise, présidait le groupe d'experts. Xu Duanyi y a présenté les travaux de recherche et développement menés par l'université Tsinghua sur les machines de lithographie.

Cette réunion d'évaluation était d'envergure. Outre Lu Jinrong, directeur du Département des équipements spéciaux du ministère de l'Industrie électronique, et d'autres personnalités, des représentants du ministère des Sciences et des Technologies et de la Commission nationale de l'éducation étaient également présents. Ni Weidou, vice-président exécutif de l'université Tsinghua en charge de la recherche scientifique, a assuré l'accueil. Par ailleurs, des représentants de fabricants d'équipements spéciaux pour le traitement des semi-conducteurs venus de tout le pays y ont participé.

M. Wang Shouwu a conservé son style unique habituel. Son discours était concis et direct, et il n'a prononcé que trois phrases :

« Cette machine de lithographie n'est pas mauvaise. J'espère que chacun formulera sérieusement des suggestions d'amélioration. Les utilisateurs doivent participer activement au développement de l'équipement. »

Il est très rare d'obtenir une telle affirmation de la part de M. Wang Shouwu.

Avant la réunion d'évaluation, M. Wang a remis à Xu Duanyi une liste d'experts et a demandé à l'Université Tsinghua de les inviter officiellement à constituer l'équipe d'évaluation. Par ailleurs, il a également désigné un groupe d'ingénieurs et de techniciens issus des unités de conception et de fabrication d'équipements et de production de dispositifs semi-conducteurs pour collaborer avec les responsables du ministère de l'Industrie électronique afin de réaliser des essais sur site de la machine de lithographie et de soumettre les résultats à l'équipe d'experts du comité d'évaluation pour examen.

Finalement, M. Wang Shouwu a rédigé un avis d'évaluation basé sur ces données et sur les opinions du groupe d'experts, et a personnellement lu les résultats de l'évaluation lors de la réunion.

Xu Duanyi travaille depuis de nombreuses années dans le domaine des équipements spéciaux pour l'industrie électronique et a participé à diverses réunions d'évaluation de produits, mais n'a jamais connu un processus d'évaluation aussi strict et sérieux.

Cette réunion d'évaluation revêt une importance capitale.

L’université Tsinghua est ainsi devenue la seule entité en Chine capable de développer et de produire de manière indépendante des machines de lithographie haut de gamme de classe mondiale.

Après avoir passé avec succès l'évaluation officielle nationale, la « machine de lithographie par projection à alignement automatique étape par étape » de troisième génération développée par l'équipe de Xu Duanyi et la lentille utilisée par la machine ont toutes deux remporté le « Prix national des réalisations scientifiques et technologiques ».

En mars 1991, le ministère de l'Industrie électronique décida de présenter la machine lors de la « Première exposition nationale des réalisations technologiques des entreprises industrielles », organisée par la Commission nationale de planification. Ainsi, la « machine de lithographie par projection à alignement automatique étape par étape » mise au point par l'université Tsinghua fut installée dans le hall principal du parc des expositions de Pékin et présentée à un public chinois et étranger, ainsi qu'à des experts et journalistes nationaux et internationaux.

Après sa publication dans le « Quotidien du Peuple » (édition internationale), le « Quotidien de Pékin », la télévision de Pékin et d'autres médias, l'information a attiré l'attention de la communauté scientifique dans divers pays.

Ce jour-là, Xu Duanyi a reçu un appel du Centre des expositions de Pékin l'informant qu'une importante délégation étrangère allait être reçue et lui demandant de l'accueillir personnellement.

Après l'arrivée à l'heure de Xu Duanyi dans le hall principal du Centre d'exposition de Pékin, M. Wang Shouwu a accompagné une délégation étrangère au stand de l'Université Tsinghua pour visiter la machine de lithographie par projection automatique développée par l'Université Tsinghua, accompagné de nombreux journalistes chinois et étrangers.

Xu Duanyi ignorait qui étaient ces personnes et n'osa donc pas leur poser d'autres questions. Il les accueillit poliment et leur fit visiter la machine de lithographie, répondant à toutes leurs interrogations.

À cette époque, la communauté scientifique chinoise n'avait aucune notion de « droits de propriété intellectuelle » et ne savait pas comment préserver la confidentialité. Elle répondait à toutes les questions.

En mars 1991, la machine de lithographie par projection à alignement automatique étape par étape de troisième génération, développée par l'Université Tsinghua, a été présentée au « Premier Salon national des réalisations technologiques des entreprises industrielles » au Palais des expositions de Pékin. La photo montre Xu Duanyi (au centre) présentant l'état de la recherche et du développement des machines de lithographie chinoises aux experts présents.

Ces experts étrangers ont fait le tour de la machine de lithographie, l'ont examinée très attentivement et ont posé des questions très professionnelles ; certains experts ont même rampé sur le sol, se sont tournés vers l'arrière et ont examiné attentivement la structure interne de la machine de lithographie.

C’est alors seulement que Xu Duanyi apprit que les membres de cette délégation étaient tous des experts en machines de photolithographie originaires des États-Unis et du Japon.

Lorsque des experts des États-Unis et du Japon ont constaté de leurs propres yeux que la Chine avait développé de manière indépendante une machine de photolithographie de classe mondiale avec des droits de propriété intellectuelle complets malgré le blocage et l'embargo à l'étranger, ils ont été stupéfaits et ont même déclaré : « Inconcevable ! »

Peu après le départ des experts américains et japonais, des experts en photolithographie d'autres pays arrivèrent les uns après les autres. À cette époque, presque toutes les entreprises et tous les fabricants étrangers de machines de lithographie de renom avaient dépêché des représentants à Pékin pour visiter et inspecter les machines développées indépendamment par l'Université Tsinghua. Tous les experts les examinèrent avec attention et posèrent des questions pertinentes. Xu Duanyi les accueillit chaleureusement et répondit sur place à leurs nombreuses questions. Ces experts étaient sincèrement convaincus que la Chine avait développé des machines de lithographie de manière indépendante et invitèrent chaleureusement Xu Duanyi à venir les rencontrer pour des échanges. Malheureusement, aucun représentant de la société néerlandaise ASML, qui allait devenir un géant mondial de l'industrie des machines de lithographie, ne figurait parmi les visiteurs. À cette époque, cette entreprise n'existait pas encore.

Peu après la fin du salon de Pékin et le départ des experts étrangers de Chine, le Comité de coordination international de Paris annonça la levée de l'embargo sur les exportations de machines de lithographie par projection vers la Chine. Les États-Unis et le Japon, principaux producteurs mondiaux de ces machines à l'époque, annoncèrent simultanément la levée de l'interdiction d'exportation et la possibilité d'exporter ces machines vers la Chine à un prix plus avantageux. Dans le même temps, une offre alléchante fut proposée : « Toute entreprise chinoise achetant nos machines de lithographie pourra envoyer ses dirigeants visiter notre usine. Nous prendrons en charge tous les frais de voyage, y compris les billets d'avion aller-retour et l'hébergement. »

À cette époque, le pays venait de s'ouvrir. Le monde extérieur était une perspective fascinante et très attrayante pour les dirigeants d'entreprises chinoises. Tous souhaitaient saisir l'opportunité de voyager à l'étranger pour découvrir le monde, se divertir et élargir leurs horizons.

De ce fait, de nombreuses entreprises qui comptaient initialement acquérir les machines de lithographie par projection produites par l'Université Tsinghua ont fait volte-face et ont annulé leurs commandes. Même l'usine 109 de l'Institut des semi-conducteurs de l'Académie chinoise des sciences, partenaire de longue date de l'Université Tsinghua, ainsi que d'autres grandes entreprises de Pékin, Shanghai, Tianjin, Wuxi et d'ailleurs, ont annulé leurs commandes. La nouvelle machine de lithographie automatique développée et fabriquée par l'Université Tsinghua n'a trouvé aucun débouché commercial et n'a pas pu être commercialisée.

En conséquence, l'équipe de Xu Duanyi a déployé d'innombrables efforts pour développer une machine de lithographie automatique, un équipement essentiel à la production et au traitement des puces, mais celle-ci a rendu l'âme. Tous ces efforts acharnés et ces années de travail acharné ont été vains.

Xu Duanyi, le scientifique qui a supervisé le développement de la première machine de lithographie chinoise, ne pouvait plus en construire une autre. On imagine aisément son désespoir. Désespéré, il dut renoncer à la recherche et au développement des machines de lithographie et se consacra alors à la recherche émergente sur les disques optiques à l'échelle internationale.

Depuis, l'équipe de Xu Duanyi à l'Université Tsinghua a réalisé des progrès remarquables dans le domaine de la recherche sur les disques optiques. La Chine est à la pointe mondiale de la R&D et de la production de disques optiques, avec un volume de production, de ventes et d'exportations qui la place au premier rang mondial. La Chine s'est imposée sur la scène internationale et a impressionné le monde entier.

Xu Duanyi est devenu l'un des principaux fondateurs de la recherche sur les disques optiques en Chine. Il détient 67 brevets chinois et 2 brevets américains. Il a été invité à présider de nombreuses conférences internationales d'optique, a reçu le Prix national de l'invention, la plus haute distinction scientifique et technologique de Chine, et a été nommé directeur scientifique de projets nationaux de recherche fondamentale.

Après l'arrêt de la production de machines de lithographie par l'université Tsinghua, la situation s'est aggravée. Les machines de photolithographie fabriquées à l'étranger ont envahi le marché chinois et s'y sont rapidement emparées.

Maintenant que la Chine a renoncé à la recherche, au développement et à la fabrication de machines de lithographie, les entreprises étrangères productrices de ces machines n'ont plus de concurrence, et le prix de ces équipements n'a cessé d'augmenter. Des années plus tard, les machines de lithographie automatiques sont devenues une denrée rare, et leur prix a atteint des centaines de millions de dollars l'unité, soit plus cher qu'un gros avion.

Non seulement c'est coûteux, mais les pays développés interdisent également la vente de machines de photolithographie à la Chine et ne lui vendent que des puces. Certains pays ont asphyxié la Chine en lui inondant l'approvisionnement en semi-conducteurs, et les entreprises chinoises du secteur sont confrontées à une situation désespérée.

Comme l'avait prédit Xu Duanyi : « Les futures machines de lithographie pourraient connaître des innovations et des développements technologiques majeurs. »

Après l'arrêt du développement et de la fabrication des machines de lithographie en Chine, leur développement à l'étranger s'est poursuivi et a atteint de nouveaux sommets. Aujourd'hui, les puces produites par les machines de lithographie haut de gamme développées par les pays développés atteignent une finesse de gravure nanométrique.

La situation est très grave. Les dirigeants visionnaires parmi les hauts responsables ont également pris conscience du problème et espèrent que l'Université Tsinghua reprendra la recherche, le développement et la fabrication de machines de lithographie automatiques.

À cette époque, Xu Duanyi avait pris sa retraite et les membres clés de son équipe étaient dispersés. Reconstituer une équipe de recherche scientifique de haut niveau aussi performante qu'auparavant n'est pas chose aisée !

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