中國曾經的光刻機研發與徐端頤

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2022-03-17 07:50:23 0

如今，芯片已進入了人類現代社會的方方面面，大到飛機艦船、衛星火箭，小到人們手中的手機、“隨身聽”，都離不開芯片。隨著以美國為首的*對華為公司的打壓，“光刻機”成了網絡熱搜詞，談論光刻機的文章鋪天蓋地。

真實的情況是：中國不僅曾經研制出國際*水平的光刻機，而且是在外界封鎖禁運的情況下獨立研發制造，擁有完整知識產權。人們更不會知道，中國光刻機的研發制造，與一位貴州籍的科學家徐端頤密切相關。

1955年，從貴陽一中高中畢業的徐端頤以優異成績考入清華大學，1961年從清華精密儀器系畢業后留校任教?！拔母铩逼陂g，清華大學的大批教職員工被下放到江西鄱陽湖畔的農場，在“工宣隊”的監督下“改造思想”，跟貧下中農學種水稻，徐端頤也在其中。次年，初為人父的徐端頤回家鄉貴州探親時，將2歲的幼子也帶到了江西農場，準備在那里落地生根，當一輩子農民了。一天深夜，北京突然來了緊急電話，命令徐端頤立即返回北京，有重要任務?；氐奖本┖螅於祟U才知道，原來是要他負責研制*半導體工業和國防工業急需的關鍵設備——“自動光刻機”和“分步重復照相機”。

于是，這位來自貴州的青年助教徐端頤臨危受命，承擔了重任。

清華大學為徐端頤配備了實力很強的研制隊伍。清華精密儀器系大樓建成后，在大樓的一層建立了精密光學儀器加工工廠（9003試驗基地），沈釗先生任系主任兼廠長。學校將整個工廠的工程技術人員隊伍，其中包括幾百個技術超群的鉗工、搞精密機械加工的其他工種的師傅，都劃歸徐端頤統一調配；又分配了清華畢業的一批本科生和一批素質很好的轉業軍人，加入這個研究團隊。此外，學校還從其他單位調來好幾位搞計算機控制的老師和技術工人。研制隊伍成員涵蓋全校5個系，人數多達數百人，是一次大規模的集團作戰。

因為光刻機的制造技術太復雜，難度太高，國際“巴黎統籌委員會”（巴統）早就將其列為*技術產品，對華實行封鎖禁運。此時的中國與外界隔絕，根本不可能獲得任何外國資料。徐端頤率領其團隊研制新設備，全部圖紙都是由自己設計，全部零部件都是自己的車間加工制造，一切都是從零開始。

雖然徐端頤和團隊成員過去都沒有搞過光刻機的研發制造，缺乏這方面的知識，但是大家都非常認真努力，邊干邊學，進展很快。難能可貴的是，當時沒有一分錢的獎金和加班費，團隊的所有成員都主動加班加點，沒日沒夜地苦干。

徐端頤團隊從光刻機干涉儀可穩頻的氦-氖氣體激光器的研制做起，直到精密導軌、絲杠、滾珠、步進電機、數字控制用的計算機、光學系統、大孔徑的投影物鏡等，都是自己設計制造。

在極其困難的條件下，經過一年多的艱苦努力，徐端頤團隊不負眾望，終于在1971年研制出中國*臺光刻機和分步重復照相機，并投入規模生產，供應全國半導體行業使用。此成果于1978年榮獲全國科技大會獎。

1971年研制出中國的*臺光刻機

分步重復照相機

從1975年開始，徐端頤采用直接在半導體晶片上光刻集成電路的方法，投入了對“自動對準分步投影光刻機”的研制。1980年，徐端頤團隊完成了國內*臺“自動對準分步投影光刻機”的研制，加工最細線寬為0.8微米，填補了國內技術空白，投入批量生產，交付使用。這是中國的第二代光刻機。此成果獲1981年北京市首屆科技成果一等獎。直到今天，*上只有美國、日本等少數*能制造這種設備。

中國的第二代光刻機

1987年，*電子工業部組織成立了“中國電子專用設備工業協會”（CEPEA），這是*批準的具有社團法人資格的全國性工業行業協會，全國共有一百多個會員單位。徐端頤領導的清華大學微細工程研究所，是當時全國大專院校中*的專門從事電子專用設備研究的單位。

徐端頤被選為中國電子專用設備工業協會的副理事長，其上級業務主管部門就是工業和信息化部。

中國電子專業設備工業協會成立后，徐端頤被邀請到許多單位講學。他在清華大學校內舉辦了光學微加工技術短訓班，針對在職技術人員編寫了《投影光刻機結構原理及設計》《光電自動對準與調焦技術》等教材。同時，他還擔任《電子工業專用設備》雜志的編委。

徐端頤清華大學舉辦光學微加工技術短訓班

中國的電子工業專用設備工業在這段時期發展很快，配套齊全，這在其他*并不多見。

在長期研發的基礎上，徐端頤帶領其團隊，積極地開展了更為先進的“分步投影光刻機”的研制。

這種新型光刻機的設計指標，瞄準了當時國際的最高水平。例如：可光刻的芯片最大面積為10×10平方毫米，實際有效分辨率為1.25微米，工作臺行程160×160毫米，可加工4-6英寸的晶片。

該光刻機研制成功后，同時投產了3臺。其中，一臺留在清華微細工程研究所進行實驗研究；另外兩臺，則分別提供給中國科學院109廠和北京半導體器件廠，進行試用考核。

中國科學院的王守武先生，用這臺光刻機進行了多種大規模集成電路的研制，成品率與傳統工藝相比，平均提高了27%。

王守武先生對徐端頤發明的在光刻掩模上增加保護膜的新方法非常贊賞，還介紹了一家美國公司來與徐端頤團隊合作生產。

此項成果上報到電子工業部后，有關領導非常重視，親自到清華大學和中科院試驗現場考察。

1991年1月，電子工業部和*教育委員會召集國內有關權威專家，在清華大學組織了一次規模很大的鑒定會和技術交流會，對清華大學徐端頤等研制的第三代“自動對準分步投影光刻機”進行鑒定。鑒定會由電子工業部領導主持，由中國物理學界泰斗王守武先生任評審專家組組長。徐端頤在會上介紹了清華光刻機的研發情況。

這一次的鑒定會規模很大，非常隆重。除電子工業部專用設備司司長陸錦榮等領導外，科技部、*教委的領導也紛紛出席。清華主管科研的常務副校長倪維斗負責接待。此外，還有一批來自全國各地的半導體加工專用設備生產廠的代表參加。

王守武先生仍然保持著自己一貫的獨特作風，講話簡明扼要，只講了三句話：

“這臺光刻機還不錯。希望大家認真提修改意見。使用單位應該積極參與設備研制?！?

能得到王守武先生如此肯定，已經非常難得了。

在鑒定會召開之前，王先生給了徐端頤一個專家組名單，讓清華正式邀請這些專家組成鑒定小組。此外，他還指定了一批有關設備設計制造、半導體器件生產單位的工程技術人員，和電子工業部的領導一起，對這臺光刻機進行現場測試，并將測試數據資料交給鑒定委員會專家組審查。

最后，王守武先生根據這些數據資料和專家組的意見，起草了鑒定意見，并親自在會上宣讀了鑒定結果。

徐端頤搞電子工業專用設備多年，參加過各種產品鑒定會，但都沒有經歷過這樣嚴格認真的鑒定程序。

這次鑒定會具有里程碑似的重要意義。

清華大學由此成為中國*的能自主研發生產國際*水平的高端光刻機的單位。

通過*級的正式鑒定后，徐端頤團隊研制的第三代“自動對準分步投影光刻機”和該機使用的鏡頭，雙雙榮獲“*科技成果獎”。

1991年3月，電子工業部決定將該機在*計委主辦的“首屆全國工業企業技術進步成就展覽會”上展出。于是，清華大學研制的這臺“自動對準分步投影光刻機”被安置在北京展覽館主展廳，向中外觀眾、國內外專家及媒體記者展出。

《人民日報》（海外版）、《北京日報》、北京電視臺等媒體報道了這一消息后，引起了各國科學界的重視。

這天，徐端頤接到北京展覽館來電說，他們要接待一個重要的外國代表團來參觀，要求徐端頤親自接待。

徐端頤按時來到北京展覽館主展廳后，王守武先生陪同一個外國代表團來到清華大學的展位，參觀清華研制的自動投影光刻機，隨同的還有許多中外記者。

徐端頤不知道這些人是什么來頭，沒敢多問，很有禮貌地接待他們參觀光刻機，對方問什么就答什么。

此時的中國科學界完全沒有“知識產權”這個概念，不知道保密，無論人家問什么，都會和盤托出。

1991年3月，清華大學研制的第三代“自動對準分步投影光刻機”在北京展覽館參加“首屆全國工業企業技術進步成就展覽會”。圖為徐端頤（中）向與會專家介紹中國光刻機的研發情況

這些外國專家圍著這臺光刻機轉來轉去，看得非常仔細，提的問題非常專業；有的專家甚至還爬在地上，轉到后面，仔細看光刻機的內部結構。

徐端頤這時才知道，這個代表團的成員，都是來自美國和日本的光刻機專家。

當美、日專家親眼看到中國在國外封鎖、禁運的情況下，獨立自主研發出了具有國際*水平的光刻機，擁有完全的知識產權，驚詫不已，連說：“不可思議！”（inconceivable）

美、日專家離開后不久，其他*的光刻機專家也接踵而至，來了一撥又一撥。當時國外生產光刻機的*公司和廠家幾乎都派人來到北京，參觀考察清華大學自主研發的光刻機。他們都看得非常仔細，提問也十分在行。徐端頤友好地接待了這些外國專家，現場回答了他們提出的各種問題。這些專家對中國獨立自主研發出光刻機心悅誠服，還熱情地邀請徐端頤去他們那里訪問交流。遺憾的是，來訪者中唯獨沒有后來成為*光刻機行業巨擘的荷蘭艾司摩爾公司（ASML）的代表，此時，這家公司還沒有誕生。

北京展覽會結束，這些外國專家離開中國回國后不久，國際“巴黎統籌委員會”便宣布：取消對華出口投影光刻機的禁運令。美國和日本這兩個當時*上主要生產“分步投影光刻機”的*同時宣布，取消對中國的出口禁令，可以向中國出口這類投影光刻機，而且價格比較優惠。同時，還祭出了一個頗具誘惑力的法寶——“凡購買本公司光刻機的中國企業，歡迎其領導人來本公司參觀訪問旅游，來回的機票、酒店住宿和所有的旅行費用，全部由本公司承擔”。

此時，國門剛剛打開不久，外面的*很精彩，對中國企業的領導人很有吸引力，都想找個機會出國去看一看，玩一玩，開開眼界。

于是，原先準備購買清華大學生產的投影光刻機的許多單位紛紛改變主意，來電話說不要了；連原來和清華大學有長期合作關系的中國科學院半導體所109廠及北京、上海、天津、無錫等地的其他大單位，都紛紛取消了訂單。清華大學研發制造的新型自動光刻機沒有了市場，也就失去了生存空間。

于是，徐端頤團隊耗費無數心血研制成功的自動光刻機——這一生產加工芯片的重要關鍵設備，就此夭折。多年來的所有努力和無盡心血，全部付諸東流。

徐端頤，這位主持研制出中國*臺光刻機的科學家，從此不能再造光刻機，其內心的悲痛可想而知。無奈之下，他只好告別了光刻機研發領域，將目光轉向國際上方興未艾的光盤研究。

此后，清華大學徐端頤團隊在光盤研究領域取得了驕人的成就。中國的光盤研發制造在國際上獨領風騷，產銷量和出口量均居**，在國際上占據了一席之地，令世人刮目相看。

徐端頤成為中國光盤研究領域的主要奠基人之一。他擁有67項中國專利、2項美國專利，多次應邀擔任國際光學會議主席，榮獲中國科技最高獎“*發明獎”，被任命為*重點基礎研究項目首席科學家。

清華大學停產光刻機后，形勢急轉直下。國外生產的光刻機長驅直入，迅速*占了中國市場。

既然中國已經“揮刀自宮”，自己放棄了光刻機的研發制造，外國的光刻機生產公司沒有了競爭對手，光刻機的價格便一路水漲船高，節節攀升。多年以后，自動光刻機奇貨可居，價格暴漲到了數億美金一臺，比大飛機還貴。

貴還不說，發達*還禁止對中國出售光刻機，只賣芯片給中國。一些*在芯片產品的供應問題上，卡住了中國的脖子，中國的半導體企業也只能在絕望中苦苦掙扎。

正如徐端頤所預言：“未來的光刻機，可能有重大的技術革新與發展?！?

中國的光刻機研發制造停下來后，國外的光刻機研制卻一直在不斷發展，攀登新*?，F在，發達*研制的高端光刻機，其生產制造的芯片已達到納米級。

形勢十分嚴峻。高層領導中具有戰略眼光的領導人也看出了問題，希望清華大學重新恢復自動光刻機的研發制造……

此時，徐端頤已退休，其團隊的骨干成員也星散各方。要想重新組成當年那樣精干*的高水平的科研團隊，談何容易！

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