今日では、チップは現代社会のあらゆる側面に浸透しており、飛行機、船舶、人工衛星、ロケットから、人々の手にある携帯電話やウォークマンに至るまで、チップと切り離せないものとなっている。米国をはじめとする各国がファーウェイを締め付ける中、「リソグラフィー装置」はインターネット上でホットな検索ワードとなり、リソグラフィー装置に関する記事が圧倒的に多く掲載されている。

The real situation is: China has not only developed world-class photolithography machines, but also independently developed and manufactured them despite external blockades and embargoes, and has complete intellectual property rights. People don’t even know that the development and manufacturing of China’s lithography machines is closely related to Xu Duanyi, a scientist from Guizhou.

1955年、徐端義は貴陽第一中学校を卒業し、優秀な成績で清華大学に入学した。1961年に清華大学精密機器学科を卒業後、同大学に留まり教鞭を執った。文化大革命中、清華大学の多くの教職員が江西省鄱陽湖周辺の農場に派遣された。「工作宣伝隊」の監督の下、彼らは「思想改革」を受け、貧しい農民や下層中農から稲作を学んだ。徐端義もその一人だった。翌年、初めて父親になった徐端義は、親戚を訪ねるために故郷の貴州省に戻った際、2歳の息子を連れて江西省の農場へ行き、そこで根を下ろし、残りの人生を農民として過ごすことを計画した。ある夜遅く、北京から緊急の電話があり、徐端一は重要な任務があるため、すぐに北京に戻るよう命じられた。北京に戻った徐端一は、自分がもともと、国の半導体産業と防衛産業が緊急に必要としている重要な装置、すなわち「自動リソグラフィー装置」と「ステップアンドリピートカメラ」の開発を担当していたことを知った。

そのため、貴州省出身の若手アシスタントコーチである徐端義が、まさにその重要な局面で任命され、重要な任務を引き受けた。

清華大学は徐端一氏に強力な研究開発チームを編成した。清華大学精密機器学科棟が完成すると、同棟1階に精密光学機器加工工場（9003試験拠点）が設立された。沈昭氏が学科長兼工場長を務め、同大学は数百名の熟練した組立工や各種精密加工の熟練者を含む工場の全技術スタッフを徐端一氏に一斉配置した。また、清華大学を卒業した学部生グループと優秀な退役軍人グループを研究チームに加えた。さらに、コンピュータ制御に従事する教員や技術者数名を他部署から異動させた。開発チームは大学内の5つの学科から数百名が参加する大規模なグループ作業となっている。

Because the manufacturing technology of photolithography machines is too complex and difficult, the international "Paris Coordinating Committee" (Batumi) has long listed them as cutting-edge technology products and imposed a blockade and embargo on China. At this time, China was isolated from the outside world and it was impossible to obtain any foreign information. Xu Duanyi led his team to develop new equipment. All drawings were designed by himself, and all parts were processed and manufactured in his own workshop. Everything was started from scratch.

徐端義氏とそのチームメンバーは、これまでフォトリソグラフィー装置の研究開発や製造に携わった経験がなく、この分野の知識も不足していたにもかかわらず、皆が懸命に努力し、実践を通して学び、急速に進歩を遂げた。特筆すべきは、当時ボーナスや残業代がなかったにもかかわらず、チームメンバー全員が自主的に残業し、昼夜を問わず懸命に働いたことである。

Xu Duanyi's team started from the development of helium-neon gas lasers that can be frequency-stabilized by the interferometer of the lithography machine. They then designed and manufactured the precision guide rails, screws, balls, stepper motors, computers for digital control, optical systems, large-aperture projection objectives, etc. by themselves.

Under extremely difficult conditions, after more than a year of hard work, Xu Duanyi's team lived up to expectations and finally developed China's first photolithography machine and step-and-repeat camera in 1971, and put them into large-scale production for use by the national semiconductor industry. This achievement won the National Science and Technology Conference Award in 1978.

1971年に中国初のフォトリソグラフィー装置を開発

ステップリピートカメラ

1975年、徐端一は集積回路を半導体ウェハ上に直接リソグラフィする手法を用いて、「自動アライメントステップバイステップ投影リソグラフィ装置」の開発に投資した。1980年、徐端一のチームは、0.8ミクロンの極細線幅を処理できる中国初の「自動アライメントステップバイステップ投影リソグラフィ装置」の開発を完了した。これは国内の技術ギャップを埋め、量産化され、実用化された。これは中国の第二世代リソグラフィ装置である。この成果は、1981年の第1回北京科学技術成果賞で最優秀賞を受賞した。今日に至るまで、米国や日本など、世界でもこの種の装置を製造できる国はごくわずかである。

中国第2世代リソグラフィー装置

1987年、電子工業部は「中国電子特殊機器工業協会」（CEPEA）の設立を組織した。CEPEAは、国から法人格を認められ、全国に100以上の会員企業を持つ全国的な産業協会である。当時、徐端義氏が率いる清華大学微工程研究所は、全国の大学の中で電子特殊機器の研究を専門とする唯一の機関であった。

徐端義氏は中国電子特殊機器工業協会の副会長に選出され、同協会の上級業務部門は工業情報化部である。

中国電子専門機器産業協会設立後、徐端義氏は多くの機関から講演依頼を受け、清華大学で光学マイクロマシニング技術に関する短期研修コースを開催したほか、現場技術者向けに「投影リソグラフィ装置の構造原理と設計」や「光電自動アライメント・フォーカス技術」などの教材を編纂した。また、電子産業向け特殊機器専門誌の編集委員も務めている。

清華大学の徐端義氏が光マイクロマシニング技術に関する短期研修コースを開催した。

中国の電子産業向け特殊設備産業はこの期間に急速に発展し、他国では珍しいほど充実した支援設備を備えている。

On the basis of long-term research and development, Xu Duanyi led his team to actively carry out the development of a more advanced "step-by-step projection lithography machine".

The design indicators of this new lithography machine were aimed at the highest international level at that time. For example: the maximum chip area that can be photolithographed is 10×10 square millimeters, the actual effective resolution is 1.25 microns, the worktable travel is 160×160 mm, and 4-6 inch wafers can be processed.

After the photolithography machine was successfully developed, three units were put into production at the same time. Among them, one is kept at Tsinghua Micro Engineering Institute for experimental research; the other two are provided to Factory 109 of the Chinese Academy of Sciences and Beijing Semiconductor Device Factory for trial evaluation.

中国科学院の王守武氏は、このフォトリソグラフィー装置を用いて様々な大規模集積回路を開発しました。従来のプロセスと比較して、歩留まりは平均27%向上しました。

王守武氏は、徐端義氏が発明したフォトリソグラフィーマスクに保護膜を追加する新しい方法を高く評価し、また、徐端義氏のチームと生産で協力するアメリカ企業を紹介した。

この結果が電子工業省に報告されると、関係幹部はこれを非常に重視し、自ら清華大学と中国科学院の試験場を視察した。

In January 1991, the Ministry of Electronics Industry and the National Education Commission convened relevant domestic authoritative experts and organized a large-scale appraisal meeting and technical exchange meeting at Tsinghua University to appraise the third-generation "automatic alignment step-by-step projection lithography machine" developed by Xu Duanyi and others of Tsinghua University. The appraisal meeting was hosted by the leaders of the Ministry of Electronics Industry, and Mr. Wang Shouwu, a leading figure in the Chinese physics community, served as the leader of the appraisal expert group. Xu Duanyi introduced the research and development of Tsinghua lithography machines at the meeting.

This appraisal meeting was very large and grand. In addition to Lu Jinrong, director of the Special Equipment Department of the Ministry of Electronic Industry and other leaders, leaders from the Ministry of Science and Technology and the National Education Commission also attended. Ni Weidou, Tsinghua's executive vice president in charge of scientific research, was in charge of the reception. In addition, a group of representatives from semiconductor processing special equipment manufacturers from all over the country participated.

王守武氏は相変わらず独特のスタイルを貫いた。彼のスピーチは簡潔で要点を押さえており、たった3つの文しか述べなかった。

「このリソグラフィー装置は悪くない。皆さんが真剣に改良案を提案してくれることを期待している。ユーザーユニットは積極的に装置開発に参加すべきだ。」

It is very rare to get such affirmation from Mr. Wang Shouwu.

評価会議に先立ち、王氏は徐端義氏に専門家リストを渡し、清華大学にこれらの専門家を正式に招集して評価チームを編成するよう依頼した。さらに、機器設計・製造部門および半導体デバイス製造部門から技術者グループを指名し、電子工業部の幹部と協力してリソグラフィ装置の現地試験を実施し、試験データを評価委員会の専門家グループに提出して審査を受けるよう指示した。

最後に、王守武氏はこれらのデータと専門家グループの意見に基づいて評価意見書を作成し、会議で自ら評価結果を読み上げた。

徐端義氏は長年、電子産業向けの特殊機器に携わり、様々な製品評価会議に参加してきたが、これほど厳格で真剣な評価プロセスを経験したことはなかった。

今回の評価会議は、極めて重要な節目となる意義を持つ。

清華大学は、世界最高水準のハイエンド・リソグラフィー装置を独自に開発・製造できる中国唯一の機関となった。

徐端義氏のチームが開発した第3世代「自動位置合わせ段階投影リソグラフィー装置」と、その装置で使用されているレンズは、国の正式な評価を通過し、「国家科学技術成果賞」を受賞した。

1991年3月、電子工業部は、国家計画委員会が主催する「第1回全国工業企業技術進歩成果展」にこの装置を展示することを決定した。そのため、清華大学が開発した「自動位置合わせステップバイステップ投影リソグラフィ装置」は、北京展覧館のメイン展示ホールに設置され、国内外の観客、専門家、報道関係者に公開された。

「人民日報」（海外版）、「北京日報」、北京テレビなどのメディアがこのニュースを報じた後、各国の科学界の注目を集めた。

この日、徐端一は北京展示センターから電話を受け、重要な外国代表団が訪問する予定であり、徐端一が直接出迎えるよう依頼された。

徐端義氏が北京展覧センターのメイン展示ホールに時間通りに到着した後、王守武氏は多くの国内外の記者を伴い、外国代表団を率いて清華大学のブースを訪れ、清華大学が開発した自動投影リソグラフィー装置を見学した。

徐端義は彼らが誰なのか分からなかったので、それ以上質問する勇気はなかった。彼は丁寧に彼らを石版印刷機の見学に案内し、彼らの質問にはすべて答えた。

At this time, the Chinese scientific community did not have the concept of "intellectual property rights" at all, and they did not know how to keep confidentiality. No matter what people asked, they would tell everything.

1991年3月、清華大学が開発した第3世代「自動位置合わせ逐次投影リソグラフィ装置」が、北京展示館で開催された「第1回全国工業企業技術進歩成果展」に出展された。写真中央は徐端義氏で、会議に出席した専門家に対し、中国のリソグラフィ装置の研究開発状況について説明している。

These foreign experts walked around the lithography machine, looked at it very carefully, and asked very professional questions; some experts even crawled on the ground, turned to the back, and carefully looked at the internal structure of the lithography machine.

その時になって初めて、徐端義はこの代表団のメンバー全員がアメリカと日本から来たフォトリソグラフィー装置の専門家であることを知った。

米国と日本の専門家は、中国が海外で制裁や禁輸措置を受けているにもかかわらず、完全な知的財産権を持つ世界クラスのフォトリソグラフィー装置を独自に開発したことを目の当たりにし、驚きを隠せず、「信じられない！」とまで言った。

アメリカと日本の専門家が去った後まもなく、他国からもフォトグラフィーの専門家が次々とやって来た。当時、リソグラフィー装置を製造する著名な外国企業やメーカーのほぼすべてが、清華大学が独自開発したリソグラフィー装置を視察するために北京に人を派遣した。彼らは皆、非常に注意深く見て、質問も巧みだった。徐端義はこれらの外国の専門家を友好的に迎え、その場で彼らから寄せられた様々な質問に答えた。これらの専門家は、中国が独自にリソグラフィー装置を開発したことを心から確信し、徐端義を温かく招待して意見交換を行った。残念ながら、訪問者の中には、後に世界のリソグラフィー装置業界の巨人となるオランダのASML（ASML）の代表者はいなかった。この時、この会社はまだ存在していなかった。

北京展示会が終了し、これらの外国人専門家が中国を離れて帰国した直後、国際的な「パリ調整委員会」は、中国への投影リソグラフィー装置の輸出禁止措置を解除すると発表した。当時、世界で主に「ステップバイステップ投影リソグラフィー装置」を生産していた米国と日本は、同時に中国への輸出禁止措置を解除し、より有利な価格で投影リソグラフィー装置を中国に輸出できると発表した。同時に、非常に魅力的な特典も提示された。「当社のリソグラフィー装置をご購入いただいた中国企業様には、貴社の代表者を当社にご招待いたします。往復航空券、宿泊費、その他すべての旅費は当社が負担いたします。」

当時、中国はまさに開放されたばかりだった。外の世界は中国企業の経営者たちにとって非常に刺激的で魅力的だった。彼らは皆、海外へ行って見て、楽しみ、視野を広げる機会を求めていた。

その結果、清華大学製の投影リソグラフィ装置の購入を当初計画していた多くの企業が考えを変え、購入を取りやめたと連絡してきた。清華大学と長年にわたり協力関係にあった中国科学院半導体研究所第109工場をはじめ、北京、上海、天津、無錫などの大手企業も注文をキャンセルした。清華大学が開発・製造した新型自動リソグラフィ装置は市場を失い、存在意義を失ってしまった。

その結果、徐端義のチームは、チップの製造・加工における重要かつ中核的な装置である自動リソグラフィー装置の開発に多大な努力を費やしたが、結局は失敗に終わった。長年にわたるあらゆる努力と尽力は、すべて無駄に終わったのだ。

中国初のリソグラフィー装置の開発を指揮した科学者、徐端義は、もはや新たなリソグラフィー装置を開発することができなくなった。彼の深い悲しみは想像に難くない。絶望のあまり、彼はリソグラフィー装置の研究開発分野から身を引かざるを得ず、当時台頭しつつあった国際的な光ディスク研究へと目を向けた。

それ以来、清華大学の徐端毅氏率いるチームは光ディスク研究の分野で目覚ましい成果を上げてきた。中国の光ディスク研究開発と製造は世界をリードし、生産量、販売量、輸出量ともに世界第1位にランクインしている。中国は世界における地位を確立し、世界に強い印象を与えている。

徐端義氏は、中国の光ディスク研究分野における主要な創始者の一人となった。彼は中国特許67件、米国特許2件を保有している。国際光学会議の議長に何度も招かれ、中国最高の科学技術賞である「国家発明賞」を受賞し、国家重点基礎研究プロジェクトの主任科学者に任命された。

清華大学がリソグラフィー装置の生産を中止した後、状況は悪化の一途を辿った。海外で生産されたフォトリソグラフィー装置が続々と流入し、中国市場を急速に席巻した。

中国が「宮廷から剣を振り下ろし」、リソグラフィー機の研究開発と製造を放棄した今、海外のリソグラフィー機製造会社には競争相手がいなくなり、リソグラフィー機の価格は上昇の一途を辿った。数年後、自動リソグラフィー機は希少品となり、価格は1台あたり数億ドルにまで高騰し、大型飛行機よりも高価になった。

Not only is it expensive, developed countries also prohibit the sale of photolithography machines to China and only sell chips to China. Some countries have choked China on the supply of chip products, and China's semiconductor companies can only struggle in despair.

徐端義氏が予測したように、「将来のリソグラフィー装置は、大きな技術革新と発展を遂げる可能性がある」。

中国におけるリソグラフィ装置の開発・製造が停滞した後、海外ではリソグラフィ装置の開発が継続され、新たな高みへと到達した。現在、先進国が開発したハイエンドのリソグラフィ装置で製造されるチップは、ナノメートルレベルに達している。

状況は非常に深刻です。上級幹部の中でも戦略的ビジョンを持つリーダーたちはこの問題を認識しており、清華大学が自動リソグラフィー装置の研究開発と製造を再開することを期待しています。

この時、徐端義は既に引退しており、彼のチームの主要メンバーは散り散りになっていた。当時のような能力を備えたハイレベルな科学研究チームを再編成するのは容易ではない。

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