武建龍 胡江榮 鮑萌萌 王今

摘?要：通過對德溫特創(chuàng)新平臺數(shù)據(jù)庫中收錄的光刻技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)據(jù)進行分析，從專利整體環(huán)境、技術(shù)布局和機構(gòu)競爭3個方面，探討全球光刻技術(shù)的技術(shù)競爭態(tài)勢。研究結(jié)果表明：全球光刻領(lǐng)域?qū)＠鍞?shù)量仍呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，中國近幾年技術(shù)研發(fā)活躍度較高，但與技術(shù)原始積累較強的美、日相比仍有較大差距；研究熱點圍繞極紫外光刻技術(shù)呈發(fā)散式分布；全球范圍內(nèi)，各國機構(gòu)科研活動的內(nèi)部集聚性明顯，外部技術(shù)壁壘由日、美等技術(shù)領(lǐng)先國家搭建，形成局部技術(shù)鎖定。因此，中國在光刻方面必須把握國家科技轉(zhuǎn)型發(fā)展機遇期，敏銳感知技術(shù)發(fā)展趨勢以提前布局，理論研究與應(yīng)用研究協(xié)同推進，加快構(gòu)建以國內(nèi)合作為主、以國際合作為輔的新型合作組織及治理機制。

關(guān)?鍵?詞：光刻技術(shù)；關(guān)鍵核心技術(shù)；競爭態(tài)勢；專利數(shù)據(jù)

DOI：10.16315/j.stm.2023.01.003

中圖分類號：?F1243

文獻標志碼：?A

Research?on?the?global?competition?of?photolithography

technology?based?on?patent?data

WU?Jianlong，?HU?Jiangrong，?BAO?Mengmeng，?WANG?Jin

（School?of?Economics?and?Management，?Harbin?University?of?Science?and?Technology，?Harbin?150080，?China）

Abstract：By?analyzing?the?patent?data?of?lithography?technology?included?in?the?Derwent?Innovation，?this?paper?discusses?the?technology?competition?situation?of?global?photolithography?technology?from?three?aspects：?the?overall?patent?environment，?technology?layout?and?institutional?competition.?The?results?show?that?the?number?of?global?photolithography?technology?patents?is?still?in?a?stable?growth?stage.?Chinas?photolithography?technology?has?been?highly?active?in?technology?research?and?development?in?recent?years，?but?there?is?still?a?big?gap?compared?with?the?United?States?and?Japan，?which?have?strong?original?technology?accumulation.?The?research?focus?is?divergent?distribution?around?the?extreme?ultraviolet?lithography?technology;?Globally，?the?internal?agglomeration?of?scientific?research?activities?of?institutions?in?various?countries?is?obvious，?and?external?technical?barriers?are?set?up?by?Japan，?the?United?States?and?other?technology?leading?countries，?forming?a?local?technology?lock.?Therefore，?in?the?field?of?lithography，?China?should?seize?the?opportunity?of?technological?transformation，?keenly?grasp?the?technological?development?trend?to?advance?the?layout，?pay?attention?to?both?basic?research?and?application?development，?and?build?a?new?cooperative?organization?and?governance?mechanism?that?focuses?on?domestic?cooperation?and?is?supplemented?by?international?cooperation.?Focus?on?domestic?cooperation?and?expand?new?ideas?for?cooperation?with?foreign?institutions.

Keywords：photolithography?technology;?Key?core?technologies;?Technological?competition?situation;?patent?data

收稿日期：?2022-10-14

基金項目：?國家自然科學基金面上項目（72074061）;國家社會科學基金青年項目（22CTQ030）;黑龍江省自然科學基金項目（LH2020G007）

作者簡介：?武建龍（1981—），男，教授，博士生導師；

胡江榮（1997—），女，碩士研究生；

鮑萌萌（1995—），女，博士研究生；

王?今（1992—），女，講師.

隨著全球競爭的不斷加劇，我國經(jīng)濟由高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，突破關(guān)鍵核心技術(shù)也成為當前創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的當務(wù)之急。十四五規(guī)劃要求緊盯“卡脖子”薄弱環(huán)節(jié)，堅決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn)，這關(guān)系著我國能否如期進入創(chuàng)新型國家前列，建成世界科技強國。然而中美貿(mào)易摩擦的持續(xù)升級，西方發(fā)達國家對我國中興、華為等高科技企業(yè)全面加緊技術(shù)封鎖，“卡脖子”問題凸顯，其中涉及最多的就是芯片相關(guān)技術(shù)。芯片決定了現(xiàn)代數(shù)字信息社會的發(fā)展高度，而光刻技術(shù)是芯片生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。光刻技術(shù)是通過化學光源將掩模上的電路圖形轉(zhuǎn)移到涂覆于硅片表面的光刻膠上，然后通過顯影、刻蝕等工藝將圖形轉(zhuǎn)移到硅片上。光刻技術(shù)歷經(jīng)50余年的發(fā)展與創(chuàng)新，在驗證摩爾定律正確性的基礎(chǔ)上，也不斷引領(lǐng)著集成電路產(chǎn)業(yè)及芯片行業(yè)的進步。但是光刻技術(shù)在發(fā)展的過程中也有其發(fā)展極限，2005年，摩爾定律的發(fā)展陷入停滯，阿斯麥與臺積電率先突破發(fā)展了浸沒式光刻技術(shù)，掌握了全球高端光刻機70%的市場，使摩爾定律得以繼續(xù)發(fā)展。近些年光刻領(lǐng)域的科研活力再次進入有待激活的階段，極紫外光刻技術(shù)創(chuàng)新、新興的光刻技術(shù)等或?qū)⒊蔀槲覈莆展饪毯诵募夹g(shù)的關(guān)鍵。目前我國光刻技術(shù)優(yōu)勢亟待提升，在當前中美貿(mào)易戰(zhàn)不確定性的環(huán)境下，明確全球光刻技術(shù)競爭態(tài)勢，對尋求光刻技術(shù)關(guān)鍵突破點至關(guān)重要。

1?文獻綜述

很多學者從不同的角度對光刻技術(shù)的發(fā)展進行了研究，作為以光刻技術(shù)為中心的半導體產(chǎn)業(yè)，有學者從商業(yè)模式創(chuàng)新、政策整合角度揭示了半導體產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破方式[1-3]。對于光刻技術(shù)本身，張貝貝[4]以技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化為切入點，指出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)再造是實現(xiàn)光刻技術(shù)集成創(chuàng)新的一種有效途徑。余江等[5]以美國實驗室實施的光刻系統(tǒng)創(chuàng)新項目為例，認為我國需要構(gòu)建以戰(zhàn)略需求為目標，聚焦核心技術(shù)問題，依托多學科高端人才平臺的多元主體組織模式，以此攻克光刻技術(shù)難題。部分學者也進行了光刻技術(shù)與專利計量相結(jié)合的研究，如楊武[6]從技術(shù)鎖定構(gòu)建專利引文網(wǎng)絡(luò)識別光刻技術(shù)主路徑，馬蘭夢[7]利用情報學進行光刻技術(shù)領(lǐng)域的文獻計量分析，并形成了關(guān)鍵核心技術(shù)的情報學研究模式。總的來說，已有關(guān)于光刻技術(shù)軌道的專利數(shù)據(jù)分析和光刻技術(shù)論文計量分析為本文提供了有益借鑒。

其次，其他關(guān)于關(guān)鍵核心技術(shù)的研究也為光刻技術(shù)突破研究提供了理論啟示，如關(guān)鍵核心技術(shù)的內(nèi)涵和特征、規(guī)律和機理等[8-10]；其次是關(guān)鍵核心技術(shù)突破方式的研究，肖廣嶺[11]從技術(shù)和顛覆性創(chuàng)新結(jié)合的角度開展研究，張羽飛等[12]從產(chǎn)學研角度出發(fā)，構(gòu)建了產(chǎn)學研深度融合突破關(guān)鍵核心技術(shù)的動態(tài)演進模型，得出一條產(chǎn)學研策略的不斷深入促進關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新能力逐階提升的動態(tài)路徑，陳勁等[13]從關(guān)鍵核心技術(shù)識別模型出發(fā)，提出雙元動態(tài)平衡的戰(zhàn)略新視野，最終從宏觀、中觀、微觀3個角度構(gòu)建新的關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)。

最后，也有部分文獻對技術(shù)競爭態(tài)勢進行了分析，技術(shù)競爭態(tài)勢研究是指發(fā)現(xiàn)并分析能影響競爭主體未來發(fā)展狀況的外部技術(shù)資源[14]，在爭取競爭市場的主導地位，全面了解對手信息、產(chǎn)業(yè)目前發(fā)展狀況及總體戰(zhàn)略、自身定位和未來發(fā)展方向都具有長遠意義[15]。楊武[16]認為專利數(shù)據(jù)能定量地刻畫技術(shù)發(fā)展模式，可以全面分析技術(shù)發(fā)展態(tài)勢。

綜上所述，當前研究主要是對光刻技術(shù)的現(xiàn)狀和未來路徑進行分析，或是從專利計量視角針對我國光刻技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展軌跡進行討論，基于專利數(shù)據(jù)挖掘開全球光刻技術(shù)創(chuàng)新態(tài)勢分析的相關(guān)文獻偏少。因此，基于專利數(shù)據(jù)分析光刻技術(shù)的全球技術(shù)競爭態(tài)勢，具體內(nèi)容包括：技術(shù)發(fā)展趨勢、技術(shù)領(lǐng)域、核心專利、研究熱點、主要競爭主體及競爭主體間合作關(guān)系等，以此為中國光刻企業(yè)突破關(guān)鍵核心技術(shù)提供參考。

2?研究框架與數(shù)據(jù)來源

2.1?研究框架

專利作為技術(shù)創(chuàng)新的主要產(chǎn)出，專利數(shù)據(jù)常常被采納用于了解技術(shù)競爭態(tài)勢、預(yù)測技術(shù)發(fā)展方向和制定技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略中。因此基于專利數(shù)據(jù)信息，分析光刻技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢、研發(fā)熱點和主要競爭主體間的競合關(guān)系等，可以為政府部門和相關(guān)企業(yè)的決策提供有效支撐[17]?；贒I專利數(shù)據(jù)庫，進行科學計量分析、專利信息分析和IPC共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析，運用citespace對專利數(shù)據(jù)進行具體分析，得到光刻技術(shù)專利的整體發(fā)展態(tài)勢、技術(shù)領(lǐng)域、研究熱點、核心專利及機構(gòu)競爭，以此來刻畫光刻技術(shù)的全球競爭態(tài)勢。本文研究框架，如圖1所示。

2.2?數(shù)據(jù)來源

以DI（Derwent?Innovation）數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，該專利數(shù)據(jù)庫是世界上最全面的國際專利信息庫之一，該數(shù)據(jù)庫具有時間追溯期長、覆蓋范圍廣、專利信息完整的優(yōu)勢，為研究人員提供了世界范圍內(nèi)的光刻技術(shù)有關(guān)的技術(shù)發(fā)展信息。

首先，通過專家訪談，對光刻技術(shù)領(lǐng)域細化，主要涉及半導體分立器件制造、集成電路制造和光電子器件制造業(yè)，并確定相應(yīng)的主題關(guān)鍵詞；其次，成立數(shù)據(jù)分析小組，分別查閱中國知網(wǎng)、WoS（Web?of?science）、萬方等數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)文獻，選定CSSCI源期刊和SSCI檢索期刊中被引次數(shù)大于5的文獻，對比不同專家提出的光刻技術(shù)關(guān)鍵詞，對關(guān)鍵詞進行刪除、補充和匹配，依據(jù)DI數(shù)據(jù)庫對檢索表達式的要求，最終確定檢索式為“（TI=（photolithograph?or?photolithography?or?photoetching?or?lithograph?or?lithography?or?microlithograph?or?stepper?or?scanner）?and?TI=（lens?or?photoresist?or?mask?or?photomask?or?duv?or?euv?or?extremeultraviolet））”；最后，在DI數(shù)據(jù)庫檢索，將數(shù)據(jù)下載時間確定為2021年12月31日，檢索得到43?085條專利數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)清理后，得到17?892條專利族作為分析依據(jù)，進行下一步的研究。

3?光刻技術(shù)競爭態(tài)勢分析

3.1?光刻技術(shù)整體發(fā)展態(tài)勢

專利族作為細分技術(shù)領(lǐng)域的具體表征，其數(shù)量的變化可用于反映技術(shù)的發(fā)展概況[14]，對1971—2021年光刻技術(shù)專利族數(shù)量的變化情況進行統(tǒng)計，如圖2所示。

自1971年申請首個專利到2021年，光刻技術(shù)的申請數(shù)量中間有兩次較小波動，但整體呈增長趨勢，其發(fā)展歷程可據(jù)此分為以下幾個階段：

1）干式光刻技術(shù)。1971—1995年，這一時期發(fā)展了最早期的光刻技術(shù)，涉及了掃描投影和曝光方式等基礎(chǔ)技術(shù)。從1982年開始專利族數(shù)量大規(guī)模增長，1992年專利族數(shù)量達到了410件，該階段的申請國主要是美國、日本、德國和丹麥。期間，美國GCA開發(fā)出第一臺分布重復(fù)投影曝光機，美國SVG開發(fā)出第一代步進掃描投影曝光機。90年代初，日本佳能推出了EX3L和5L步進機，丹麥阿斯麥推出FPA2500波長步進掃描曝光機，光學光刻分辨率到達70?nm。這一時期的光刻技術(shù)創(chuàng)新主要集中在鏡頭及投影方法上。1995—2002年，尼康和佳能掌握了絕大部分光刻技術(shù)市場。

2）濕式光刻技術(shù)。2002—2005年，光刻技術(shù)進入新一輪發(fā)展高峰，在2003年專利族數(shù)量達到了496件之多，以水為介質(zhì)的浸沒式技術(shù)開始崛起。2004年，阿斯麥與臺積電合作推出了浸沒式光刻機，顛覆了光刻技術(shù)市場格局。在濕式光刻技術(shù)階段，影響物鏡清晰度的主要工藝是光刻機投影物鏡最后一個透鏡下表面與硅片光刻膠之間充滿高折射率增大大數(shù)值孔徑投影物鏡，因此改變了全折射設(shè)計的投影物鏡，采用了折返式投影物鏡[18]，蔡司公司在此階段做出了顯著貢獻。

3）光刻膠材料。2005年至今，光刻技術(shù)進入到了圍繞光刻膠發(fā)展的新階段。該階段專利多以高于500件/年的速度在發(fā)展。在此階段，韓國海力士公司率先突破了投影方式的限制，將研究方向延伸至基于頂端抗反射涂層改性的光刻膠材料[19]。為了提升浸沒式技術(shù)的市場適應(yīng)性，阿斯麥、臺積電等其他企業(yè)也陸續(xù)開展光刻膠技術(shù)研發(fā)布局。2013年，阿斯麥推出極紫外光刻機NXE：3300B，使7?nm工藝制程成為可能。由于極紫外光刻技術(shù)的發(fā)展，近些年光刻創(chuàng)新突破方向也轉(zhuǎn)向了化學放大型極紫外光刻膠。這一階段高校開始參與技術(shù)研發(fā)，產(chǎn)學研聯(lián)盟促進了光刻技術(shù)的多樣化發(fā)展。

自20世紀70年代至今，曝光光源的波長R由436?nm（G線），365?nm（I線），發(fā)展到248?nm（KrF），再到193?nm（ArF）。技術(shù)節(jié)點從1978年的1.5?μm、1?μm、0.5?μm、90?nm、45?nm，一直到現(xiàn)在的7?nm。投影物鏡的數(shù)值孔徑（NA）變得越來越大，分辨率就越清晰，浸沒式技術(shù)使NA大于1成為現(xiàn)實，分辨率更高成為顯而易見的發(fā)展趨勢[20]。光刻機發(fā)展至今經(jīng)歷了從接觸式光刻機、投影掃描式光刻機，到步進式掃描投影光刻機，再到浸沒式光刻機和現(xiàn)在的極紫外光刻機，其工藝制造水平與生產(chǎn)效率都得到了跨越式發(fā)展。

3.2?光刻技術(shù)布局與研究熱點分析

1）技術(shù)領(lǐng)域分析。專利的IPC分類號有利于進行專利檢索，也可以明確每項專利涉及的技術(shù)領(lǐng)域。通過分析光刻技術(shù)專利的IPC分類號，能夠掌握光刻技術(shù)的主要技術(shù)領(lǐng)域分布狀況及發(fā)展光刻技術(shù)的重點研究領(lǐng)域。根據(jù)IPC數(shù)量排列，數(shù)量最多的前十IPC小類，如表1所示。

由表1可知，光刻技術(shù)的專利技術(shù)主要屬于G（物理）和H（電學）兩大類。物理領(lǐng)域主要技術(shù)為半導體器件的加工工藝；光學元件、系統(tǒng)或儀器；光波裝置或設(shè)備，電學領(lǐng)域主要技術(shù)為半導體器件；圖像通信；放電管或放電燈等。

從光刻技術(shù)國家分布來看，日本的研發(fā)領(lǐng)域分布較為全面，如H04N、B41J、G03B、H01J等;美國、韓國和德國的光刻技術(shù)主要集中在G03F、H01L和G02B;中國技術(shù)分布在G03F領(lǐng)域，H01L、G02B、G06K領(lǐng)域占比在30%以下，其他技術(shù)領(lǐng)域鮮有涉及;具體分布，如表2所示。

2）核心專利分析。Narin[21]認為如果一項專利公開之后被多次引用，則可以表明這項專利是該企業(yè)的核心專利，其相關(guān)技術(shù)也是企業(yè)的重要技術(shù)。國內(nèi)學者從更深層次闡述了核心專利的概念，即在技術(shù)軌道中處于重要節(jié)點，給技術(shù)領(lǐng)域帶來關(guān)鍵性變革，對其他專利產(chǎn)生重要影響，并且創(chuàng)造巨大經(jīng)濟價值的專利[22]。借鑒黃魯成[23]通過專利被引用頻次確定核心專利的研究方法，確定被引用頻次大于4次的專利為核心專利，通過對核心專利數(shù)量進行年度分析，可以得出光刻領(lǐng)域的核心專利，幫助企業(yè)選擇競爭力強的專利，以此來降低成本；對主要競爭國家的頻次分析，能夠明晰我國競爭優(yōu)勢與劣勢，以此進行戰(zhàn)略布局，從而形成持續(xù)的競爭優(yōu)勢。

經(jīng)過DI數(shù)據(jù)庫檢索，共得到7?188項符合要求的核心專利，具體分布，如圖3所示。由于近幾年被引頻次大于4的專利需要在更長的時間序列中得以全面展現(xiàn)，計算截止時間統(tǒng)計點（2021年12月31日）的年輕專利數(shù)量會導致研究結(jié)果誤差較大，因此本文以5年為誤差時間范圍[24]，將核心專利年度數(shù)量分析時間節(jié)點確定為2016年。具體分析如下，經(jīng)過30余年的發(fā)展，核心專利于2006年達到了最高350件，在2012年之后開始逐漸減少，這表明了光刻技術(shù)大范圍的核心技術(shù)在2006—2010年這個時期達到成熟，性能和產(chǎn)能都得到了很好的驗證，這與第三階段的浸沒式光刻技術(shù)的發(fā)展相呼應(yīng)，如GT40A系列ArF浸沒光刻機自2010年成熟后就被廣泛應(yīng)用在許多發(fā)達國家。

雖然美日中三國在核心專利數(shù)量居于世界前列，但是中國與排在前兩位的美國和日本相差6倍，呈現(xiàn)斷崖式的落后，具體如圖4所示。這是因為美日兩國進入光刻技術(shù)領(lǐng)域時間較早，具有技術(shù)原始積累優(yōu)勢，并搭建了技術(shù)壁壘，提高了技術(shù)準入門檻，使得發(fā)展中國家難以通過模仿式創(chuàng)新實現(xiàn)技術(shù)突破，而近年來的技術(shù)封鎖制度，進一步拓寬了技術(shù)鴻溝。另外，美國占據(jù)絕對性的優(yōu)勢，源于美國90年代末成立的光刻國家實驗室，匯集了光刻領(lǐng)域內(nèi)國內(nèi)外高端人才，投入了巨額研發(fā)資金，最終證實了極紫外光刻技術(shù)的可行性，與2000—2006年核心專利數(shù)量的第二次快速增長相印證，這對我國發(fā)揮新型舉國體制的作用有很大借鑒意義。

本文引入的發(fā)明專利引用分析方法有發(fā)明專利被引用頻率和發(fā)明專利平均被引用頻率。被引頻率是指從發(fā)明專利被引用頻率角度的數(shù)據(jù)，年均被引頻率是指一項發(fā)明專利從申請至2021年的每年被引的頻率，它能夠校正因為發(fā)表年份不同造成的偏差，具有可靠性[25]。光刻技術(shù)被引頻率高的發(fā)明專利，如表3所示。

被引頻次排名第一的專利號“JP1985204214A”年均被引頻次只有30.1次，排名第8位，而專利號“US2009439148A”和“US2004826602A”雖然是2009年和2004年才申請的，但是年均被引頻次位居前列，與綜合專利影響力成正比，可以看出核心專利具有較強的敏感性，可對光刻領(lǐng)域研究熱點的轉(zhuǎn)變做出迅速反應(yīng)，這有助于創(chuàng)新主體發(fā)掘技術(shù)窗口，提前進行技術(shù)布局。

高被引專利最多的是美國專利，共有7件，專利技術(shù)主題為浸沒光刻系統(tǒng)、納米材料聚合物、光學器件、浸沒式光刻透鏡清洗的方法和系統(tǒng)等；日本共有2件，被引頻次為前兩名，技術(shù)主題為曝光裝置和精細圖案轉(zhuǎn)移裝置。這說明日本雖然起步較早，掌握了早期光刻技術(shù)的核心技術(shù)，但是美國掌握了目前浸沒式光刻技術(shù)的核心技術(shù)。而中國在前十名高被引專利中并無專利出現(xiàn)，說明我國暫未融入光刻核心領(lǐng)域。專利“DD254806A”隸屬于東德的國有半導體公司，雖然于1983年申請，但在1990年兩德統(tǒng)一后該專利才得到有效發(fā)展，借此推動德國蔡司等集團進入了光刻技術(shù)核心領(lǐng)域，證明了國家和平統(tǒng)一是促進高水平技術(shù)進一步發(fā)展的必要條件。

3）研究熱點分析。光刻技術(shù)專利全景圖，如圖5所示。圖中的每個黑點表示一篇專利文獻，綠色部分表示同一方面相關(guān)專利匯集的地方，棕色部分專利最多，藍色部分代表幾乎沒有專利。專利地圖可以進行技術(shù)分析與預(yù)測，進而研究技術(shù)熱點、探索技術(shù)未來發(fā)展趨勢[26]。

從專利全景地圖中可以看出，專利地圖山峰區(qū)域即光刻技術(shù)的研究熱點為掩架表面、光刻膠技術(shù)、鏡頭及主掃描方向等。選取近5年（2017—2021年）光刻領(lǐng)域核心專利進行文本聚類分析。Citespace軟件在進行專利文本聚類時先將篩選出來的專利文獻進行分類，再對每一類進行技術(shù)關(guān)鍵詞的提煉，生成技術(shù)主題。文本聚類的結(jié)果將選擇的光刻領(lǐng)域被引次數(shù)大于4次的專利主題分為7類，有效的類別及數(shù)量，如表4所示。

由表4可知，專利文本聚類后提取的主題類數(shù)量最多的分布在極紫外線、半導體基底、光罩基底及掩膜層上，結(jié)合專利文獻調(diào)研，得出光刻領(lǐng)域研究熱點集中于光源方式、光刻膠材料、納米制程、透鏡組裝等方面。光刻技術(shù)各個分支領(lǐng)域呈現(xiàn)了交互發(fā)展、齊頭并進的趨勢，研究熱點領(lǐng)域重疊明顯。

3.3?國家和機構(gòu)競爭態(tài)勢分析

1）主要競爭國家分析。國家技術(shù)研發(fā)能力可以通過專利族申請量進行衡量，通過對各國專利族數(shù)量分析，能更好地了解各個國家在光刻領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力[27]。通過對各個國家專利族申請量進行統(tǒng)計分析，其中日本

（7?104件）占據(jù)最多，為45%，美國（3?731件）居于第二名，占23%，中國占（2?938件）18%，韓國（1?438件）和德國（793件）只占9%和5%。90%的專利族由日、美、中、韓以及德國申請，這5個國家是光刻技術(shù)領(lǐng)域主要的領(lǐng)先國家。

進一步挖掘5個國家的近20年發(fā)展歷程，得到其專利的年度分布情況，如圖6所示。

由圖6可知，進入21世紀以來，日本、美國是光刻技術(shù)領(lǐng)域前期的主要參與者，每年專利申請都保持著較高的數(shù)量水平和不斷攀升的增長速度。由于專利公開具有一定延遲性，2021年出現(xiàn)申請數(shù)量驟降屬于數(shù)據(jù)收集問題，與上述持續(xù)增長的研究結(jié)果不沖突。2005年韓國開始成為光刻技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾埖闹饕獓遥袊敝?009年才有較多專利出現(xiàn)，逐步開始實現(xiàn)每年申請專利數(shù)量的趕超，是光刻技術(shù)領(lǐng)域的后來者，研發(fā)勢頭猛烈。德國雖然專利申請數(shù)量較低但平穩(wěn)增長，且核心專利較多，仍是光刻技術(shù)領(lǐng)域不容忽視的存在。日本較早開始涉及該領(lǐng)域，但浸沒式光刻機階段開始的戰(zhàn)略性技術(shù)錯誤開始了較長時間的停滯期，不過由于其前期的技術(shù)積累仍掌握著光刻技術(shù)的大部分市場?？傮w來看，光刻領(lǐng)域核心技術(shù)仍掌握在日美韓等技術(shù)先行者手中，雖然近幾年中國光刻技術(shù)創(chuàng)新活動頻繁，在專利數(shù)量上開始占據(jù)優(yōu)勢，但申請專利多集中于非核心領(lǐng)域，技術(shù)價值偏低，實現(xiàn)全方位趕超難度較大。

2）主要競爭主體分析。將主要競爭主體按照專利族數(shù)量多少排序，前50個競爭主體，如表5所示。由表5可知，在競爭主體數(shù)量上，日本擁有26家，占據(jù)絕對優(yōu)勢地位，美國有9家，中國有8家，德國和韓國各有3家；從專利數(shù)量來看，理光、富士、佳能等企業(yè)申請量較多，在全球?qū)＠鍞?shù)量的份額占比超過16%，申請總量的30%以上都主要來源于排名前十位的競爭主體。從競爭主體類型占比來看，Top50競爭主體大部分為企業(yè)，企業(yè)占據(jù)了光刻領(lǐng)域90％的市場，高校分布較少，說明現(xiàn)在的光刻技術(shù)創(chuàng)新仍舊是以企業(yè)為核心的技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)學研合作潛力有待進一步挖掘。

在全球光刻技術(shù)專利數(shù)量TOP100申請人中，共有8家中國企業(yè)、2所高校，對這10家企業(yè)及高校進行分析，如圖7所示。中國TOP10申請人分別為臺積電（631件）、中科院（389件）、上海微電子（223件）、鴻海精密工業(yè)（159件）、華虹半導體（113件）、中芯國際（98件）、臺聯(lián)電（93件）、上海華力（64件）、北京理工大學（54件）、杭州海康威視（39件）。我國光刻技術(shù)以企業(yè)為主，高校為輔。從所屬區(qū)域來看，我國港臺地區(qū)占據(jù)4家企業(yè)，臺積電具有絕對優(yōu)勢，中國大陸6家企業(yè)實力稍弱。由圖7可知，臺積電氣泡最大、最靠上，說明臺積電在光刻技術(shù)領(lǐng)域的專利數(shù)量最多、特征度最高，專利度也最好，綜合反映出臺積電經(jīng)濟實力較強，專利質(zhì)量較好；中國大陸的中科院和上海微電子氣泡大小和位置僅次于臺積電，但整體實力與臺積電相差甚遠，其它公司或高校光刻技術(shù)實力與臺積電、中科院、上海微電子相比存在較大差距。

3）競爭主體合作關(guān)系分析。競爭主體間的合作關(guān)系深度反映了光刻技術(shù)發(fā)展時的合作態(tài)勢。主體間合作關(guān)系疏散，有利于光刻領(lǐng)域的技術(shù)突破；主體間合作關(guān)系密切，不利于進入科研合作體，故需要做強內(nèi)部科研集團尋求突破。為了解光刻技術(shù)主要競爭主體的合作情況，將樣本專利數(shù)據(jù)導入citespace軟件，以申請專利前100位的競爭主體為研究對象，得到了光刻技術(shù)專利申請數(shù)量排名前100位競爭主體的共現(xiàn)知識圖譜，利用軟件基本算法將前100位機構(gòu)分為了5個聚類，并用虛線方框進行框定，如圖8所示。其中，利用連線相連的主體代表共同申請過專利，字體越大表示權(quán)重越高，節(jié)點越大，代表其共同專利越多。

聚類1#全部為日本競爭主體，聚類2#覆蓋了歐美和新加坡、印尼的競爭主體，聚類3#全部為中國臺灣競爭主體，聚類4#全部為中國大陸競爭主體，聚類5#全部為韓國競爭主體。通過分析可得，在5個聚類所包含的節(jié)點中，除聚類2#包括了跨洲際的競爭合作主體外，其余4個聚類均只包含單一國家或單一地區(qū)內(nèi)的競爭主體?？偟姆治?，各個國家或地區(qū)內(nèi)部競爭主體合作申請專利數(shù)量較多，內(nèi)部合作關(guān)系緊密，形成了國家內(nèi)或區(qū)域內(nèi)的科研合作體，各國間科研團體合作較少，跨國合作的潛力有待發(fā)掘。另外，上海微電子等中國大陸企業(yè)與臺積電等中國臺灣企業(yè)僅有兩項合作申請專利，兩岸光刻技術(shù)合作也未有較大進展，可以在跨地區(qū)合作方式上加以探索。

4?結(jié)論與啟示

4.1?研究結(jié)論

本文研究了光刻技術(shù)專利族申請量的時間分布、主要競爭國家分布、主要競爭主體分布及競爭主體合作態(tài)勢，并綜合了國際專利分類號、專利被引頻次、專利地圖3個角度對光刻技術(shù)領(lǐng)域、研究熱點及核心專利進行了分析，分析了當前光刻技術(shù)的主要競爭態(tài)勢，主要得到以下研究結(jié)論：

1）從技術(shù)整體態(tài)勢來看，全球光刻技術(shù)領(lǐng)域干式光刻技術(shù)與浸沒式光刻技術(shù)經(jīng)歷較長時間的成熟期后，專利申請數(shù)量進入了一段時間停滯，之后由于極紫外光刻技術(shù)的出現(xiàn)近幾年又處于穩(wěn)定增長階段，無論是專利的申請量還是進入光刻領(lǐng)域競爭主體的數(shù)量都在持續(xù)增長，光刻領(lǐng)域市場前景向好發(fā)展，領(lǐng)域內(nèi)競爭激烈。

2）從技術(shù)布局及光刻研究熱點來看，研究熱點包括光源方式、光刻膠材料、納米制程等方面，其圍繞極紫外光刻技術(shù)發(fā)散式分布，涉及技術(shù)領(lǐng)域多，各領(lǐng)域間無明顯界限。我國的技術(shù)領(lǐng)域集中在G03F，2006年核心專利數(shù)量達到峰值，光刻技術(shù)的大部分的核心技術(shù)在2006—2010年這段時期達到成熟。核心專利主要擁有國為美國和日本，核心專利被引頻次比較高，我國擁有的數(shù)量比較少，核心專利被引用頻次還不是很高，與大多數(shù)關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域類似，光刻技術(shù)的發(fā)展以光學、化學等基礎(chǔ)學科為根本，與曝光方式、光刻膠技術(shù)、掩膜制造等眾多應(yīng)用技術(shù)互為補充。

3）從技術(shù)競爭國家和競爭主體來看，光刻領(lǐng)域主要競爭國家（地區(qū)）為日本、美國和德國，是早期技術(shù)的來源國。近十年韓國與中國臺灣也進入了光刻核心技術(shù)領(lǐng)域中，主要集中在光刻膠的相關(guān)技術(shù)上；我國在光刻技術(shù)專利申請上非常積極，但整體科學技術(shù)水平比較落后，而且進入全球光刻技術(shù)專利數(shù)量TOP100申請人較少，專利數(shù)量和專利質(zhì)量兩極分化嚴重，真正具有國際競爭實力的“頭部”企業(yè)較少；各國科研機構(gòu)集聚效應(yīng)明顯，除部分科研團體開展了較緊密的合作以外，其他競爭主體均傾向于國內(nèi)合作，光刻領(lǐng)先國家的技術(shù)保護意圖明顯，因此，我國近年發(fā)明專利申請數(shù)量的趕超并未完全改變光刻技術(shù)研發(fā)的“卡脖子”現(xiàn)狀。

4.2?管理啟示

1）發(fā)展態(tài)勢角度分析，光刻技術(shù)經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，從早期掩膜版的不斷改進到光源方式的探索再到低成本的光刻膠材料轉(zhuǎn)變，直至現(xiàn)在偏重于綠色經(jīng)濟型技術(shù)和材料，我國要抓住技術(shù)轉(zhuǎn)型機會，圍繞技術(shù)發(fā)展態(tài)勢，適時調(diào)整戰(zhàn)略布局。在傳統(tǒng)光刻技術(shù)競爭優(yōu)勢較弱的情況下，可借鑒阿斯麥浸沒式光刻技術(shù)趕超的經(jīng)驗，對光刻技術(shù)的新興顛覆性技術(shù)保持高度警惕性，識別技術(shù)范式和技術(shù)生命周期更迭帶來的技術(shù)機會窗口，跨越式實現(xiàn)光刻領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)的突破。

2）技術(shù)布局角度分析，光刻技術(shù)研究領(lǐng)域遍布基礎(chǔ)與應(yīng)用學科多個部門，這需要我國兼顧發(fā)展基礎(chǔ)與應(yīng)用學科。光刻技術(shù)難以攻克的根本原因是基礎(chǔ)理論研究缺乏，雖然近些年基礎(chǔ)學科建設(shè)取得階段性進步，但與光刻技術(shù)主要競爭國家仍然差距較大，需大力夯實基礎(chǔ)研究，加大基礎(chǔ)研發(fā)項目的經(jīng)費投入，促進光刻技術(shù)基礎(chǔ)學科建設(shè)，針對應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域，如全新的成像策略、相關(guān)配套設(shè)施以及光刻膠體系，進行提前布局，加強多學科、多領(lǐng)域的科學技術(shù)融合建設(shè)，與其他學科、領(lǐng)域開展多元合作，以此促進關(guān)鍵核心技術(shù)突破[28]。

3）競爭合作角度分析，國內(nèi)科研機構(gòu)集聚效應(yīng)明顯，國際合作少于國內(nèi)共同研究，這需要我們構(gòu)建以國內(nèi)合作為主、以國際合作為輔的新型合作組織及治理機制。首先，中國幾大光刻公司都應(yīng)堅持以上海微電子為技術(shù)龍頭，加強研究所與國內(nèi)各知名大院校研究所等科研核心機構(gòu)的聯(lián)系，長期地進行國際產(chǎn)學研技術(shù)協(xié)作，擴大與國內(nèi)知名科研核心機構(gòu)的合作競爭優(yōu)勢;其次，國家還應(yīng)盡快制定和出臺一系列鼓勵促進國內(nèi)外科研機構(gòu)相互合作的政策措施，推進有關(guān)新型合作組織的建立，并制定相關(guān)稅收優(yōu)惠政策激發(fā)產(chǎn)業(yè)活力；最后，各高校有關(guān)專業(yè)科研教學機構(gòu)也要進一步完善光刻相關(guān)人才引進制度，以較高薪酬及福利待遇吸引并留住高素質(zhì)光刻技術(shù)人才，提高該技術(shù)領(lǐng)域的人才儲備，為完善該領(lǐng)域的人才制度提供基礎(chǔ)支撐。

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［編輯：劉素菊］