武建龍 胡江榮 鮑萌萌 王今

摘?要：通過(guò)對(duì)德溫特創(chuàng)新平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的光刻技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)利數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從專(zhuān)利整體環(huán)境、技術(shù)布局和機(jī)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)3個(gè)方面，探討全球光刻技術(shù)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。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(shì)，中國(guó)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(qiáng)的美、日相比仍有較大差距；研究熱點(diǎn)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(guó)機(jī)構(gòu)科研活動(dòng)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(guó)家搭建，形成局部技術(shù)鎖定。因此，中國(guó)在光刻方面必須把握國(guó)家科技轉(zhuǎn)型發(fā)展機(jī)遇期，敏銳感知技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以提前布局，理論研究與應(yīng)用研究協(xié)同推進(jìn)，加快構(gòu)建以國(guó)內(nèi)合作為主、以國(guó)際合作為輔的新型合作組織及治理機(jī)制。

關(guān)?鍵?詞：光刻技術(shù)；關(guān)鍵核心技術(shù)；競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)；專(zhuān)利數(shù)據(jù)

DOI：10.16315/j.stm.2023.01.003

中圖分類(lèi)號(hào)：?F1243

文獻(xiàn)標(biāo)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(xiàng)目：?國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（72074061）;國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金青年項(xiàng)目（22CTQ030）;黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（LH2020G007）

作者簡(jiǎn)介：?武建龍（1981—），男，教授，博士生導(dǎo)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(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，我國(guó)經(jīng)濟(jì)由高速增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，突破關(guān)鍵核心技術(shù)也成為當(dāng)前創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的當(dāng)務(wù)之急。十四五規(guī)劃要求緊盯“卡脖子”薄弱環(huán)節(jié)，堅(jiān)決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)，這關(guān)系著我國(guó)能否如期進(jìn)入創(chuàng)新型國(guó)家前列，建成世界科技強(qiáng)國(guó)。然而中美貿(mào)易摩擦的持續(xù)升級(jí)，西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)中興、華為等高科技企業(yè)全面加緊技術(shù)封鎖，“卡脖子”問(wèn)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(huì)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(guò)化學(xué)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(guò)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(yàn)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(jìn)步。但是光刻技術(shù)在發(fā)展的過(guò)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(tái)積電率先突破發(fā)展了浸沒(méi)式光刻技術(shù)，掌握了全球高端光刻機(jī)70%的市場(chǎng)，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(jìn)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?guó)掌握光刻核心技術(shù)的關(guān)鍵。目前我國(guó)光刻技術(shù)優(yōu)勢(shì)亟待提升，在當(dāng)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(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，對(duì)尋求光刻技術(shù)關(guān)鍵突破點(diǎn)至關(guān)重要。

1?文獻(xiàn)綜述

很多學(xué)者從不同的角度對(duì)光刻技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了研究，作為以光刻技術(shù)為中心的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，有學(xué)者從商業(yè)模式創(chuàng)新、政策整合角度揭示了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)突破方式[1-3]。對(duì)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(diǎn)，指出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)再造是實(shí)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(guó)實(shí)驗(yàn)室實(shí)施的光刻系統(tǒng)創(chuàng)新項(xiàng)目為例，認(rèn)為我國(guó)需要構(gòu)建以戰(zhàn)略需求為目標(biāo)，聚焦核心技術(shù)問(wèn)題，依托多學(xué)科高端人才平臺(tái)的多元主體組織模式，以此攻克光刻技術(shù)難題。部分學(xué)者也進(jìn)行了光刻技術(shù)與專(zhuān)利計(jì)量相結(jié)合的研究，如楊武[6]從技術(shù)鎖定構(gòu)建專(zhuān)利引文網(wǎng)絡(luò)識(shí)別光刻技術(shù)主路徑，馬蘭夢(mèng)[7]利用情報(bào)學(xué)進(jìn)行光刻技術(shù)領(lǐng)域的文獻(xiàn)計(jì)量分析，并形成了關(guān)鍵核心技術(shù)的情報(bào)學(xué)研究模式。總的來(lái)說(shuō)，已有關(guān)于光刻技術(shù)軌道的專(zhuān)利數(shù)據(jù)分析和光刻技術(shù)論文計(jì)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(jī)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(kāi)展研究，張羽飛等[12]從產(chǎn)學(xué)研角度出發(fā)，構(gòu)建了產(chǎn)學(xué)研深度融合突破關(guān)鍵核心技術(shù)的動(dòng)態(tài)演進(jìn)模型，得出一條產(chǎn)學(xué)研策略的不斷深入促進(jìn)關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新能力逐階提升的動(dòng)態(tài)路徑，陳勁等[13]從關(guān)鍵核心技術(shù)識(shí)別模型出發(fā)，提出雙元?jiǎng)討B(tài)平衡的戰(zhàn)略新視野，最終從宏觀、中觀、微觀3個(gè)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(xiàn)對(duì)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行了分析，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)研究是指發(fā)現(xiàn)并分析能影響競(jìng)爭(zhēng)主體未來(lái)發(fā)展?fàn)顩r的外部技術(shù)資源[14]，在爭(zhēng)取競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，全面了解對(duì)手信息、產(chǎn)業(yè)目前發(fā)展?fàn)顩r及總體戰(zhàn)略、自身定位和未來(lái)發(fā)展方向都具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義[15]。楊武[16]認(rèn)為專(zhuān)利數(shù)據(jù)能定量地刻畫(huà)技術(shù)發(fā)展模式，可以全面分析技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)。

綜上所述，當(dāng)前研究主要是對(duì)光刻技術(shù)的現(xiàn)狀和未來(lái)路徑進(jìn)行分析，或是從專(zhuān)利計(jì)量視角針對(duì)我國(guó)光刻技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展軌跡進(jìn)行討論，基于專(zhuān)利數(shù)據(jù)挖掘開(kāi)全球光刻技術(shù)創(chuàng)新態(tài)勢(shì)分析的相關(guān)文獻(xiàn)偏少。因此，基于專(zhuān)利數(shù)據(jù)分析光刻技術(shù)的全球技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，具體內(nèi)容包括：技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、技術(shù)領(lǐng)域、核心專(zhuān)利、研究熱點(diǎn)、主要競(jìng)爭(zhēng)主體及競(jìng)爭(zhēng)主體間合作關(guān)系等，以此為中國(guó)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(lái)源

2.1?研究框架

專(zhuān)利作為技術(shù)創(chuàng)新的主要產(chǎn)出，專(zhuān)利數(shù)據(jù)常常被采納用于了解技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)、預(yù)測(cè)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(zhuān)利數(shù)據(jù)信息，分析光刻技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展態(tài)勢(shì)、研發(fā)熱點(diǎn)和主要競(jìng)爭(zhēng)主體間的競(jìng)合關(guān)系等，可以為政府部門(mén)和相關(guān)企業(yè)的決策提供有效支撐[17]?；贒I專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行科學(xué)計(jì)量分析、專(zhuān)利信息分析和IPC共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析，運(yùn)用citespace對(duì)專(zhuān)利數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析，得到光刻技術(shù)專(zhuān)利的整體發(fā)展態(tài)勢(shì)、技術(shù)領(lǐng)域、研究熱點(diǎn)、核心專(zhuān)利及機(jī)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)，以此來(lái)刻畫(huà)光刻技術(shù)的全球競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。本文研究框架，如圖1所示。

2.2?數(shù)據(jù)來(lái)源

以DI（Derwent?Innovation）數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)源，該專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)是世界上最全面的國(guó)際專(zhuān)利信息庫(kù)之一，該數(shù)據(jù)庫(kù)具有時(shí)間追溯期長(zhǎng)、覆蓋范圍廣、專(zhuān)利信息完整的優(yōu)勢(shì)，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(guò)專(zhuān)家訪談，對(duì)光刻技術(shù)領(lǐng)域細(xì)化，主要涉及半導(dǎo)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(guó)知網(wǎng)、WoS（Web?of?science）、萬(wàn)方等數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)文獻(xiàn)，選定CSSCI源期刊和SSCI檢索期刊中被引次數(shù)大于5的文獻(xiàn)，對(duì)比不同專(zhuān)家提出的光刻技術(shù)關(guān)鍵詞，對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行刪除、補(bǔ)充和匹配，依據(jù)DI數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)檢索表達(dá)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(kù)檢索，將數(shù)據(jù)下載時(shí)間確定為2021年12月31日，檢索得到43?085條專(zhuān)利數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)清理后，得到17?892條專(zhuān)利族作為分析依據(jù)，進(jìn)行下一步的研究。

3?光刻技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析

3.1?光刻技術(shù)整體發(fā)展態(tài)勢(shì)

專(zhuān)利族作為細(xì)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(duì)1971—2021年光刻技術(shù)專(zhuān)利族數(shù)量的變化情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖2所示。

自1971年申請(qǐng)首個(gè)專(zhuān)利到2021年，光刻技術(shù)的申請(qǐng)數(shù)量中間有兩次較小波動(dòng)，但整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其發(fā)展歷程可據(jù)此分為以下幾個(gè)階段：

1）干式光刻技術(shù)。1971—1995年，這一時(shí)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(kāi)始專(zhuān)利族數(shù)量大規(guī)模增長(zhǎng)，1992年專(zhuān)利族數(shù)量達(dá)到了410件，該階段的申請(qǐng)國(guó)主要是美國(guó)、日本、德國(guó)和丹麥。期間，美國(guó)GCA開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)分布重復(fù)投影曝光機(jī)，美國(guó)SVG開(kāi)發(fā)出第一代步進(jìn)掃描投影曝光機(jī)。90年代初，日本佳能推出了EX3L和5L步進(jìn)機(jī)，丹麥阿斯麥推出FPA2500波長(zhǎng)步進(jìn)掃描曝光機(jī)，光學(xué)光刻分辨率到達(dá)70?nm。這一時(shí)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(chǎng)。

2）濕式光刻技術(shù)。2002—2005年，光刻技術(shù)進(jìn)入新一輪發(fā)展高峰，在2003年專(zhuān)利族數(shù)量達(dá)到了496件之多，以水為介質(zhì)的浸沒(méi)式技術(shù)開(kāi)始崛起。2004年，阿斯麥與臺(tái)積電合作推出了浸沒(méi)式光刻機(jī)，顛覆了光刻技術(shù)市場(chǎng)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(jī)投影物鏡最后一個(gè)透鏡下表面與硅片光刻膠之間充滿(mǎn)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(jì)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(xiàn)。

3）光刻膠材料。2005年至今，光刻技術(shù)進(jìn)入到了圍繞光刻膠發(fā)展的新階段。該階段專(zhuān)利多以高于500件/年的速度在發(fā)展。在此階段，韓國(guó)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(méi)式技術(shù)的市場(chǎng)適應(yīng)性，阿斯麥、臺(tái)積電等其他企業(yè)也陸續(xù)開(kāi)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(jī)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(xué)放大型極紫外光刻膠。這一階段高校開(kāi)始參與技術(shù)研發(fā)，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟促進(jìn)了光刻技術(shù)的多樣化發(fā)展。

自20世紀(jì)70年代至今，曝光光源的波長(zhǎng)R由436?nm（G線(xiàn)），365?nm（I線(xiàn)），發(fā)展到248?nm（KrF），再到193?nm（ArF）。技術(shù)節(jié)點(diǎn)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(lái)越大，分辨率就越清晰，浸沒(méi)式技術(shù)使NA大于1成為現(xiàn)實(shí)，分辨率更高成為顯而易見(jiàn)的發(fā)展趨勢(shì)[20]。光刻機(jī)發(fā)展至今經(jīng)歷了從接觸式光刻機(jī)、投影掃描式光刻機(jī)，到步進(jìn)式掃描投影光刻機(jī)，再到浸沒(méi)式光刻機(jī)和現(xiàn)在的極紫外光刻機(jī)，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(diǎn)分析

1）技術(shù)領(lǐng)域分析。專(zhuān)利的IPC分類(lèi)號(hào)有利于進(jìn)行專(zhuān)利檢索，也可以明確每項(xiàng)專(zhuān)利涉及的技術(shù)領(lǐng)域。通過(guò)分析光刻技術(shù)專(zhuān)利的IPC分類(lèi)號(hào)，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(diǎn)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(lèi)，如表1所示。

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

從光刻技術(shù)國(guó)家分布來(lái)看，日本的研發(fā)領(lǐng)域分布較為全面，如H04N、B41J、G03B、H01J等;美國(guó)、韓國(guó)和德國(guó)的光刻技術(shù)主要集中在G03F、H01L和G02B;中國(guó)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(zhuān)利分析。Narin[21]認(rèn)為如果一項(xiàng)專(zhuān)利公開(kāi)之后被多次引用，則可以表明這項(xiàng)專(zhuān)利是該企業(yè)的核心專(zhuān)利，其相關(guān)技術(shù)也是企業(yè)的重要技術(shù)。國(guó)內(nèi)學(xué)者從更深層次闡述了核心專(zhuān)利的概念，即在技術(shù)軌道中處于重要節(jié)點(diǎn)，給技術(shù)領(lǐng)域帶來(lái)關(guān)鍵性變革，對(duì)其他專(zhuān)利產(chǎn)生重要影響，并且創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的專(zhuān)利[22]。借鑒黃魯成[23]通過(guò)專(zhuān)利被引用頻次確定核心專(zhuān)利的研究方法，確定被引用頻次大于4次的專(zhuān)利為核心專(zhuān)利，通過(guò)對(duì)核心專(zhuān)利數(shù)量進(jìn)行年度分析，可以得出光刻領(lǐng)域的核心專(zhuān)利，幫助企業(yè)選擇競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的專(zhuān)利，以此來(lái)降低成本；對(duì)主要競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家的頻次分析，能夠明晰我國(guó)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，以此進(jìn)行戰(zhàn)略布局，從而形成持續(xù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

經(jīng)過(guò)DI數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，共得到7?188項(xiàng)符合要求的核心專(zhuān)利，具體分布，如圖3所示。由于近幾年被引頻次大于4的專(zhuān)利需要在更長(zhǎng)的時(shí)間序列中得以全面展現(xiàn)，計(jì)算截止時(shí)間統(tǒng)計(jì)點(diǎn)（2021年12月31日）的年輕專(zhuān)利數(shù)量會(huì)導(dǎo)致研究結(jié)果誤差較大，因此本文以5年為誤差時(shí)間范圍[24]，將核心專(zhuān)利年度數(shù)量分析時(shí)間節(jié)點(diǎn)確定為2016年。具體分析如下，經(jīng)過(guò)30余年的發(fā)展，核心專(zhuān)利于2006年達(dá)到了最高350件，在2012年之后開(kāi)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(gè)時(shí)期達(dá)到成熟，性能和產(chǎn)能都得到了很好的驗(yàn)證，這與第三階段的浸沒(méi)式光刻技術(shù)的發(fā)展相呼應(yīng)，如GT40A系列ArF浸沒(méi)光刻機(jī)自2010年成熟后就被廣泛應(yīng)用在許多發(fā)達(dá)國(guó)家。

雖然美日中三國(guó)在核心專(zhuān)利數(shù)量居于世界前列，但是中國(guó)與排在前兩位的美國(guó)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?yàn)槊廊諆蓢?guó)進(jìn)入光刻技術(shù)領(lǐng)域時(shí)間較早，具有技術(shù)原始積累優(yōu)勢(shì)，并搭建了技術(shù)壁壘，提高了技術(shù)準(zhǔn)入門(mén)檻，使得發(fā)展中國(guó)家難以通過(guò)模仿式創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，而近年來(lái)的技術(shù)封鎖制度，進(jìn)一步拓寬了技術(shù)鴻溝。另外，美國(guó)占據(jù)絕對(duì)性的優(yōu)勢(shì)，源于美國(guó)90年代末成立的光刻國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，匯集了光刻領(lǐng)域內(nèi)國(guó)內(nèi)外高端人才，投入了巨額研發(fā)資金，最終證實(shí)了極紫外光刻技術(shù)的可行性，與2000—2006年核心專(zhuān)利數(shù)量的第二次快速增長(zhǎng)相印證，這對(duì)我國(guó)發(fā)揮新型舉國(guó)體制的作用有很大借鑒意義。

本文引入的發(fā)明專(zhuān)利引用分析方法有發(fā)明專(zhuān)利被引用頻率和發(fā)明專(zhuān)利平均被引用頻率。被引頻率是指從發(fā)明專(zhuān)利被引用頻率角度的數(shù)據(jù)，年均被引頻率是指一項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利從申請(qǐng)至2021年的每年被引的頻率，它能夠校正因?yàn)榘l(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(zhuān)利，如表3所示。

被引頻次排名第一的專(zhuān)利號(hào)“JP1985204214A”年均被引頻次只有30.1次，排名第8位，而專(zhuān)利號(hào)“US2009439148A”和“US2004826602A”雖然是2009年和2004年才申請(qǐng)的，但是年均被引頻次位居前列，與綜合專(zhuān)利影響力成正比，可以看出核心專(zhuān)利具有較強(qiáng)的敏感性，可對(duì)光刻領(lǐng)域研究熱點(diǎn)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(jìn)行技術(shù)布局。

高被引專(zhuān)利最多的是美國(guó)專(zhuān)利，共有7件，專(zhuān)利技術(shù)主題為浸沒(méi)光刻系統(tǒng)、納米材料聚合物、光學(xué)器件、浸沒(méi)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(xì)圖案轉(zhuǎn)移裝置。這說(shuō)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(guó)掌握了目前浸沒(méi)式光刻技術(shù)的核心技術(shù)。而中國(guó)在前十名高被引專(zhuān)利中并無(wú)專(zhuān)利出現(xiàn)，說(shuō)明我國(guó)暫未融入光刻核心領(lǐng)域。專(zhuān)利“DD254806A”隸屬于東德的國(guó)有半導(dǎo)體公司，雖然于1983年申請(qǐng)，但在1990年兩德統(tǒng)一后該專(zhuān)利才得到有效發(fā)展，借此推動(dòng)德國(guó)蔡司等集團(tuán)進(jìn)入了光刻技術(shù)核心領(lǐng)域，證明了國(guó)家和平統(tǒng)一是促進(jìn)高水平技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的必要條件。

3）研究熱點(diǎn)分析。光刻技術(shù)專(zhuān)利全景圖，如圖5所示。圖中的每個(gè)黑點(diǎn)表示一篇專(zhuān)利文獻(xiàn)，綠色部分表示同一方面相關(guān)專(zhuān)利匯集的地方，棕色部分專(zhuān)利最多，藍(lán)色部分代表幾乎沒(méi)有專(zhuān)利。專(zhuān)利地圖可以進(jìn)行技術(shù)分析與預(yù)測(cè)，進(jìn)而研究技術(shù)熱點(diǎn)、探索技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[26]。

從專(zhuān)利全景地圖中可以看出，專(zhuān)利地圖山峰區(qū)域即光刻技術(shù)的研究熱點(diǎn)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(zhuān)利進(jìn)行文本聚類(lèi)分析。Citespace軟件在進(jìn)行專(zhuān)利文本聚類(lèi)時(shí)先將篩選出來(lái)的專(zhuān)利文獻(xiàn)進(jìn)行分類(lèi)，再對(duì)每一類(lèi)進(jìn)行技術(shù)關(guān)鍵詞的提煉，生成技術(shù)主題。文本聚類(lèi)的結(jié)果將選擇的光刻領(lǐng)域被引次數(shù)大于4次的專(zhuān)利主題分為7類(lèi)，有效的類(lèi)別及數(shù)量，如表4所示。

由表4可知，專(zhuān)利文本聚類(lèi)后提取的主題類(lèi)數(shù)量最多的分布在極紫外線(xiàn)、半導(dǎo)體基底、光罩基底及掩膜層上，結(jié)合專(zhuān)利文獻(xiàn)調(diào)研，得出光刻領(lǐng)域研究熱點(diǎn)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(gè)分支領(lǐng)域呈現(xiàn)了交互發(fā)展、齊頭并進(jìn)的趨勢(shì)，研究熱點(diǎn)領(lǐng)域重疊明顯。

3.3?國(guó)家和機(jī)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)分析

1）主要競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家分析。國(guó)家技術(shù)研發(fā)能力可以通過(guò)專(zhuān)利族申請(qǐng)量進(jìn)行衡量，通過(guò)對(duì)各國(guó)專(zhuān)利族數(shù)量分析，能更好地了解各個(gè)國(guó)家在光刻領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新能力[27]。通過(guò)對(duì)各個(gè)國(guó)家專(zhuān)利族申請(qǐng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中日本

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

進(jìn)一步挖掘5個(gè)國(guó)家的近20年發(fā)展歷程，得到其專(zhuān)利的年度分布情況，如圖6所示。

由圖6可知，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，日本、美國(guó)是光刻技術(shù)領(lǐng)域前期的主要參與者，每年專(zhuān)利申請(qǐng)都保持著較高的數(shù)量水平和不斷攀升的增長(zhǎng)速度。由于專(zhuān)利公開(kāi)具有一定延遲性，2021年出現(xiàn)申請(qǐng)數(shù)量驟降屬于數(shù)據(jù)收集問(wèn)題，與上述持續(xù)增長(zhǎng)的研究結(jié)果不沖突。2005年韓國(guó)開(kāi)始成為光刻技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的主要國(guó)家，中國(guó)直至2009年才有較多專(zhuān)利出現(xiàn)，逐步開(kāi)始實(shí)現(xiàn)每年申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量的趕超，是光刻技術(shù)領(lǐng)域的后來(lái)者，研發(fā)勢(shì)頭猛烈。德國(guó)雖然專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量較低但平穩(wěn)增長(zhǎng)，且核心專(zhuān)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(kāi)始涉及該領(lǐng)域，但浸沒(méi)式光刻機(jī)階段開(kāi)始的戰(zhàn)略性技術(shù)錯(cuò)誤開(kāi)始了較長(zhǎng)時(shí)間的停滯期，不過(guò)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(chǎng)。總體來(lái)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(guó)光刻技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)頻繁，在專(zhuān)利數(shù)量上開(kāi)始占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但申請(qǐng)專(zhuān)利多集中于非核心領(lǐng)域，技術(shù)價(jià)值偏低，實(shí)現(xiàn)全方位趕超難度較大。

2）主要競(jìng)爭(zhēng)主體分析。將主要競(jìng)爭(zhēng)主體按照專(zhuān)利族數(shù)量多少排序，前50個(gè)競(jìng)爭(zhēng)主體，如表5所示。由表5可知，在競(jìng)爭(zhēng)主體數(shù)量上，日本擁有26家，占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，美國(guó)有9家，中國(guó)有8家，德國(guó)和韓國(guó)各有3家；從專(zhuān)利數(shù)量來(lái)看，理光、富士、佳能等企業(yè)申請(qǐng)量較多，在全球?qū)＠鍞?shù)量的份額占比超過(guò)16%，申請(qǐng)總量的30%以上都主要來(lái)源于排名前十位的競(jìng)爭(zhēng)主體。從競(jìng)爭(zhēng)主體類(lèi)型占比來(lái)看，Top50競(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)，高校分布較少，說(shuō)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(xué)研合作潛力有待進(jìn)一步挖掘。

在全球光刻技術(shù)專(zhuān)利數(shù)量TOP100申請(qǐng)人中，共有8家中國(guó)企業(yè)、2所高校，對(duì)這10家企業(yè)及高校進(jìn)行分析，如圖7所示。中國(guó)TOP10申請(qǐng)人分別為臺(tái)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(dǎo)體（113件）、中芯國(guó)際（98件）、臺(tái)聯(lián)電（93件）、上海華力（64件）、北京理工大學(xué)（54件）、杭州?？低暎?9件）。我國(guó)光刻技術(shù)以企業(yè)為主，高校為輔。從所屬區(qū)域來(lái)看，我國(guó)港臺(tái)地區(qū)占據(jù)4家企業(yè)，臺(tái)積電具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，中國(guó)大陸6家企業(yè)實(shí)力稍弱。由圖7可知，臺(tái)積電氣泡最大、最靠上，說(shuō)明臺(tái)積電在光刻技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)利數(shù)量最多、特征度最高，專(zhuān)利度也最好，綜合反映出臺(tái)積電經(jīng)濟(jì)實(shí)力較強(qiáng)，專(zhuān)利質(zhì)量較好；中國(guó)大陸的中科院和上海微電子氣泡大小和位置僅次于臺(tái)積電，但整體實(shí)力與臺(tái)積電相差甚遠(yuǎn)，其它公司或高校光刻技術(shù)實(shí)力與臺(tái)積電、中科院、上海微電子相比存在較大差距。

3）競(jìng)爭(zhēng)主體合作關(guān)系分析。競(jìng)爭(zhēng)主體間的合作關(guān)系深度反映了光刻技術(shù)發(fā)展時(shí)的合作態(tài)勢(shì)。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(jìn)入科研合作體，故需要做強(qiáng)內(nèi)部科研集團(tuán)尋求突破。為了解光刻技術(shù)主要競(jìng)爭(zhēng)主體的合作情況，將樣本專(zhuān)利數(shù)據(jù)導(dǎo)入citespace軟件，以申請(qǐng)專(zhuān)利前100位的競(jìng)爭(zhēng)主體為研究對(duì)象，得到了光刻技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量排名前100位競(jìng)爭(zhēng)主體的共現(xiàn)知識(shí)圖譜，利用軟件基本算法將前100位機(jī)構(gòu)分為了5個(gè)聚類(lèi)，并用虛線(xiàn)方框進(jìn)行框定，如圖8所示。其中，利用連線(xiàn)相連的主體代表共同申請(qǐng)過(guò)專(zhuān)利，字體越大表示權(quán)重越高，節(jié)點(diǎn)越大，代表其共同專(zhuān)利越多。

聚類(lèi)1#全部為日本競(jìng)爭(zhēng)主體，聚類(lèi)2#覆蓋了歐美和新加坡、印尼的競(jìng)爭(zhēng)主體，聚類(lèi)3#全部為中國(guó)臺(tái)灣競(jìng)爭(zhēng)主體，聚類(lèi)4#全部為中國(guó)大陸競(jìng)爭(zhēng)主體，聚類(lèi)5#全部為韓國(guó)競(jìng)爭(zhēng)主體。通過(guò)分析可得，在5個(gè)聚類(lèi)所包含的節(jié)點(diǎn)中，除聚類(lèi)2#包括了跨洲際的競(jìng)爭(zhēng)合作主體外，其余4個(gè)聚類(lèi)均只包含單一國(guó)家或單一地區(qū)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)主體?？偟姆治觯鱾€(gè)國(guó)家或地區(qū)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)主體合作申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量較多，內(nèi)部合作關(guān)系緊密，形成了國(guó)家內(nèi)或區(qū)域內(nèi)的科研合作體，各國(guó)間科研團(tuán)體合作較少，跨國(guó)合作的潛力有待發(fā)掘。另外，上海微電子等中國(guó)大陸企業(yè)與臺(tái)積電等中國(guó)臺(tái)灣企業(yè)僅有兩項(xiàng)合作申請(qǐng)專(zhuān)利，兩岸光刻技術(shù)合作也未有較大進(jìn)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(zhuān)利族申請(qǐng)量的時(shí)間分布、主要競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家分布、主要競(jìng)爭(zhēng)主體分布及競(jìng)爭(zhēng)主體合作態(tài)勢(shì)，并綜合了國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)號(hào)、專(zhuān)利被引頻次、專(zhuān)利地圖3個(gè)角度對(duì)光刻技術(shù)領(lǐng)域、研究熱點(diǎn)及核心專(zhuān)利進(jìn)行了分析，分析了當(dāng)前光刻技術(shù)的主要競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，主要得到以下研究結(jié)論：

1）從技術(shù)整體態(tài)勢(shì)來(lái)看，全球光刻技術(shù)領(lǐng)域干式光刻技術(shù)與浸沒(méi)式光刻技術(shù)經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間的成熟期后，專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量進(jìn)入了一段時(shí)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(zhǎng)階段，無(wú)論是專(zhuān)利的申請(qǐng)量還是進(jìn)入光刻領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)主體的數(shù)量都在持續(xù)增長(zhǎng)，光刻領(lǐng)域市場(chǎng)前景向好發(fā)展，領(lǐng)域內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)激烈。

2）從技術(shù)布局及光刻研究熱點(diǎn)來(lái)看，研究熱點(diǎn)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(wú)明顯界限。我國(guó)的技術(shù)領(lǐng)域集中在G03F，2006年核心專(zhuān)利數(shù)量達(dá)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(shí)期達(dá)到成熟。核心專(zhuān)利主要擁有國(guó)為美國(guó)和日本，核心專(zhuān)利被引頻次比較高，我國(guó)擁有的數(shù)量比較少，核心專(zhuān)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(lèi)似，光刻技術(shù)的發(fā)展以光學(xué)、化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)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(bǔ)充。

3）從技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家和競(jìng)爭(zhēng)主體來(lái)看，光刻領(lǐng)域主要競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家（地區(qū)）為日本、美國(guó)和德國(guó)，是早期技術(shù)的來(lái)源國(guó)。近十年韓國(guó)與中國(guó)臺(tái)灣也進(jìn)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(guó)在光刻技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)上非常積極，但整體科學(xué)技術(shù)水平比較落后，而且進(jìn)入全球光刻技術(shù)專(zhuān)利數(shù)量TOP100申請(qǐng)人較少，專(zhuān)利數(shù)量和專(zhuān)利質(zhì)量?jī)蓸O分化嚴(yán)重，真正具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的“頭部”企業(yè)較少；各國(guó)科研機(jī)構(gòu)集聚效應(yīng)明顯，除部分科研團(tuán)體開(kāi)展了較緊密的合作以外，其他競(jìng)爭(zhēng)主體均傾向于國(guó)內(nèi)合作，光刻領(lǐng)先國(guó)家的技術(shù)保護(hù)意圖明顯，因此，我國(guó)近年發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)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(shì)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(jìn)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(jì)型技術(shù)和材料，我國(guó)要抓住技術(shù)轉(zhuǎn)型機(jī)會(huì)，圍繞技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)，適時(shí)調(diào)整戰(zhàn)略布局。在傳統(tǒng)光刻技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)較弱的情況下，可借鑒阿斯麥浸沒(méi)式光刻技術(shù)趕超的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)光刻技術(shù)的新興顛覆性技術(shù)保持高度警惕性，識(shí)別技術(shù)范式和技術(shù)生命周期更迭帶來(lái)的技術(shù)機(jī)會(huì)窗口，跨越式實(shí)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(xué)科多個(gè)部門(mén)，這需要我國(guó)兼顧發(fā)展基礎(chǔ)與應(yīng)用學(xué)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(xué)科建設(shè)取得階段性進(jìn)步，但與光刻技術(shù)主要競(jìng)爭(zhēng)國(guó)家仍然差距較大，需大力夯實(shí)基礎(chǔ)研究，加大基礎(chǔ)研發(fā)項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)投入，促進(jìn)光刻技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)，針對(duì)應(yīng)用開(kāi)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(jìn)行提前布局，加強(qiáng)多學(xué)科、多領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)融合建設(shè)，與其他學(xué)科、領(lǐng)域開(kāi)展多元合作，以此促進(jìn)關(guān)鍵核心技術(shù)突破[28]。

3）競(jìng)爭(zhēng)合作角度分析，國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)集聚效應(yīng)明顯，國(guó)際合作少于國(guó)內(nèi)共同研究，這需要我們構(gòu)建以國(guó)內(nèi)合作為主、以國(guó)際合作為輔的新型合作組織及治理機(jī)制。首先，中國(guó)幾大光刻公司都應(yīng)堅(jiān)持以上海微電子為技術(shù)龍頭，加強(qiáng)研究所與國(guó)內(nèi)各知名大院校研究所等科研核心機(jī)構(gòu)的聯(lián)系，長(zhǎng)期地進(jìn)行國(guó)際產(chǎn)學(xué)研技術(shù)協(xié)作，擴(kuò)大與國(guó)內(nèi)知名科研核心機(jī)構(gòu)的合作競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);其次，國(guó)家還應(yīng)盡快制定和出臺(tái)一系列鼓勵(lì)促進(jìn)國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)相互合作的政策措施，推進(jìn)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(zhuān)業(yè)科研教學(xué)機(jī)構(gòu)也要進(jìn)一步完善光刻相關(guān)人才引進(jìn)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(chǔ)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］