1、书书书第 25 卷第 1 期2023 年 1 月科技与管理Science-Technology and ManagementVol.25No.1Jan，2023技技技技技技技技技技术术术术术术术术术术突突突突突突突突突突破破破破破破破破破破与与与与与与与与与与创创创创创创创创创创新新新新新新新新新新赶赶赶赶赶赶赶赶赶赶超超超超超超超超超超文章编号:1008 7133(2023)01 0001 12基于专利数据的全球光刻技术竞争态势研究武建龙，胡江荣，鲍萌萌，王今(哈尔滨理工大学 经济与管理学院，黑龙江哈尔滨150080)摘要:通过对德温特创新平台数据库中收录的光刻技术领域的专利数据进行分析，从
2、专利整体环境、技术布局和机构竞争 3 个方面，探讨全球光刻技术的技术竞争态势。研究结果表明:全球光刻领域专利族数量仍呈现逐年递增的趋势，中国近几年技术研发活跃度较高，但与技术原始积累较强的美、日相比仍有较大差距;研究热点围绕极紫外光刻技术呈发散式分布;全球范围内，各国机构科研活动的内部集聚性明显，外部技术壁垒由日、美等技术领先国家搭建，形成局部技术锁定。因此，中国在光刻方面必须把握国家科技转型发展机遇期，敏锐感知技术发展趋势以提前布局，理论研究与应用研究协同推进，加快构建以国内合作为主、以国际合作为辅的新型合作组织及治理机制。关键词:光刻技术;关键核心技术;竞争态势;专利数据DOI:10 16
3、315/j stm 2023 01 003中图分类号:F 124.3文献标志码:Aesearch on the global competition of photolithographytechnology based on patent dataWU Jian-long，HU Jiang-rong，BAO Meng-meng，WANG Jin(School of Economics and Management，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China)Abstract:By analyzing the
4、patent data of lithography technology included in the Derwent Innovation，this paper dis-cusses the technology competition situation of global photolithography technology from three aspects:the overall pa-tent environment，technology layout and institutional competition The results show that the numbe
5、r of global photo-lithography technology patents is still in a stable growth stage Chinas photolithography technology has been highlyactive in technology research and development in recent years，but there is still a big gap compared with the UnitedStates and Japan，which have strong original technolo
6、gy accumulation The research focus is divergent distributionaround the extreme ultraviolet lithography technology;Globally，the internal agglomeration of scientific research ac-tivities of institutions in various countries is obvious，and external technical barriers are set up by Japan，the UnitedState
7、s and other technology leading countries，forming a local technology lock Therefore，in the field of lithogra-phy，China should seize the opportunity of technological transformation，keenly grasp the technological developmenttrend to advance the layout，pay attention to both basic research and applicatio
8、n development，and build a new co-operative organization and governance mechanism that focuses on domestic cooperation and is supplemented by in-ternational cooperation Focus on domestic cooperation and expand new ideas for cooperation with foreign institutionsKeywords:photolithography technology;Key
9、 core technologies;Technological competition situation;patent data收稿日期:2022 10 14基金项目:国家自然科学基金面上项目(72074061);国家社会科学基金青年项目(22CTQ030);黑龙江省自然科学基金项目(LH2020G007)作者简介:武建龙(1981)，男，教授，博士生导师;胡江荣(1997)，女，硕士研究生;鲍萌萌(1995)，女，博士研究生;王今(1992)，女，讲师随着全球竞争的不断加剧，我国经济由高速增长转向高质量发展，突破关键核心技术也成为当前创新驱动发展战略的当务之急。十四五规划要求紧盯“卡脖子
10、”薄弱环节，坚决打赢关键核心技术攻坚战，这关系着我国能否如期进入创新型国家前列，建成世界科技强国。然而中美贸易摩擦的持续升级，西方发达国家对我国中兴、华为等高科技企业全面加紧技术封锁，“卡脖子”问题凸显，其中涉及最多的就是芯片相关技术。芯片决定了现代数字信息社会的发展高度，而光刻技术是芯片生产流程中的关键环节。光刻技术是通过化学光源将掩模上的电路图形转移到涂覆于硅片表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺将图形转移到硅片上。光刻技术历经 50 余年的发展与创新，在验证摩尔定律正确性的基础上，也不断引领着集成电路产业及芯片行业的进步。但是光刻技术在发展的过程中也有其发展极限，2005 年，摩尔定
11、律的发展陷入停滞，阿斯麦与台积电率先突破发展了浸没式光刻技术，掌握了全球高端光刻机 70%的市场，使摩尔定律得以继续发展。近些年光刻领域的科研活力再次进入有待激活的阶段，极紫外光刻技术创新、新兴的光刻技术等或将成为我国掌握光刻核心技术的关键。目前我国光刻技术优势亟待提升，在当前中美贸易战不确定性的环境下，明确全球光刻技术竞争态势，对寻求光刻技术关键突破点至关重要。1文献综述很多学者从不同的角度对光刻技术的发展进行了研究，作为以光刻技术为中心的半导体产业，有学者从商业模式创新、政策整合角度揭示了半导体产业技术突破方式1 3。对于光刻技术本身，张贝贝4 以技术系统结构变化为切入点，指出系统结构再造
12、是实现光刻技术集成创新的一种有效途径。余江等5 以美国实验室实施的光刻系统创新项目为例，认为我国需要构建以战略需求为目标，聚焦核心技术问题，依托多学科高端人才平台的多元主体组织模式，以此攻克光刻技术难题。部分学者也进行了光刻技术与专利计量相结合的研究，如杨武6 从技术锁定构建专利引文网络识别光刻技术主路径，马兰梦7 利用情报学进行光刻技术领域的文献计量分析，并形成了关键核心技术的情报学研究模式。总的来说，已有关于光刻技术轨道的专利数据分析和光刻技术论文计量分析为本文提供了有益借鉴。其次，其他关于关键核心技术的研究也为光刻技术突破研究提供了理论启示，如关键核心技术的内涵和特征、规律和机理等8 1
13、0;其次是关键核心技术突破方式的研究，肖广岭11 从技术和颠覆性创新结合的角度开展研究，张羽飞等12 从产学研角度出发，构建了产学研深度融合突破关键核心技术的动态演进模型，得出一条产学研策略的不断深入促进关键核心技术创新能力逐阶提升的动态路径，陈劲等13 从关键核心技术识别模型出发，提出双元动态平衡的战略新视野，最终从宏观、中观、微观 3 个角度构建新的关键核心技术领域产业创新生态。最后，也有部分文献对技术竞争态势进行了分析，技术竞争态势研究是指发现并分析能影响竞争主体未来发展状况的外部技术资源14，在争取竞争市场的主导地位，全面了解对手信息、产业目前发展状况及总体战略、自身定位和未来发展方向
14、都具有长远意义15。杨武16 认为专利数据能定量地刻画技术发展模式，可以全面分析技术发展态势。综上所述，当前研究主要是对光刻技术的现状和未来路径进行分析，或是从专利计量视角针对我国光刻技术领域发展轨迹进行讨论，基于专利数据挖掘开全球光刻技术创新态势分析的相关文献偏少。因此，基于专利数据分析光刻技术的全球技术竞争态势，具体内容包括:技术发展趋势、技术领域、核心专利、研究热点、主要竞争主体及竞争主体间合作关系等，以此为中国光刻企业突破关键核心技术提供参考。2研究框架与数据来源2 1研究框架专利作为技术创新的主要产出，专利数据常常被采纳用于了解技术竞争态势、预测技术发展方向和制定技术创新战略中。因此
15、基于专利数据信息，分析光刻技术领域的发展态势、研发热点和主要竞争主体间的竞合关系等，可以为政府部门和相关企业的决策提供有效支撑17。基于 DI 专利数据库，进行科学计量分析、专利信息分析和 IPC 共现网络分析，运用 citespace 对专利数据进行具体分析，得到光刻技术专利的整体发展态势、技术领域、研究热点、核心专利及机构竞争，以此来刻画光刻技术的全球竞争态势。本文研究框架，如图 1 所示。2 2数据来源以 DI(Derwent Innovation)数据库为数据源，该专利数据库是世界上最全面的国际专利信息库之一，该数据库具有时间追溯期长、覆盖范围广、专利信息完整的优势，为研究人员提供了世
16、界范围内的光刻技术有关的技术发展信息。首先，通过专家访谈，对光刻技术领域细化，主要涉及半导体分立器件制造、集成电路制造和光电子器件制造业，并确定相应的主题关键词;其次，成立数据分析小组，分别查阅中国知网、WoS(Web ofscience)、万方等数据库中的相关文献，选定 CSSCI2科技与管理第 25 卷源期刊和 SSCI 检索期刊中被引次数大于 5 的文献，对比不同专家提出的光刻技术关键词，对关键词进行删除、补充和匹配，依据 DI 数据库对检索表达式的要求，最终确定检索式为“(TI=(photolithographor photolithography or photoetching or
17、 lithograph orlithography or microlithograph or stepper or scanner)and TI=(lens or photoresist or mask or photomask orduv or euv or extreme-ultraviolet)”;最后，在 DI 数据库检索，将数据下载时间确定为 2021 年 12 月31 日，检索得到 43 085 条专利数据，经数据清理后，得到 17 892 条专利族作为分析依据，进行下一步的研究。图 1本文研究框架Fig 1esearch framework3光刻技术竞争态势分析3 1光刻技术整
18、体发展态势专利族作为细分技术领域的具体表征，其数量的变化可用于反映技术的发展概况14，对 19712021 年光刻技术专利族数量的变化情况进行统计，如图 2 所示。图 2光刻技术专利年度分布Fig 2Annual distribution of the number of photolithography patent families自 1971 年申请首个专利到 2021 年，光刻技术的申请数量中间有两次较小波动，但整体呈增长趋势，其发展历程可据此分为以下几个阶段:1)干式光刻技术。19711995 年，这一时期发展了最早期的光刻技术，涉及了扫描投影和曝光方式等基础技术。从 1982 年开
19、始专利族数量大规模增长，1992 年专利族数量达到了 410 件，该阶段的申请国主要是美国、日本、德国和丹麦。期间，美国GCA 开发出第一台分布重复投影曝光机，美国 SVG开发出第一代步进扫描投影曝光机。90 年代初，日本佳能推出了 EX3L 和 5L 步进机，丹麦阿斯麦推出FPA2500 波长步进扫描曝光机，光学光刻分辨率到达 70 nm。这一时期的光刻技术创新主要集中在镜头及投影方法上。19952002 年，尼康和佳能掌握了绝大部分光刻技术市场。2)湿式光刻技术。20022005 年，光刻技术进入新一轮发展高峰，在 2003 年专利族数量达到了496 件之多，以水为介质的浸没式技术开始崛起
20、。2004 年，阿斯麦与台积电合作推出了浸没式光刻机，颠覆了光刻技术市场格局。在湿式光刻技术阶3第 1 期武建龙等:基于专利数据的全球光刻技术竞争态势研究段，影响物镜清晰度的主要工艺是光刻机投影物镜最后一个透镜下表面与硅片光刻胶之间充满高折射率增大大数值孔径投影物镜，因此改变了全折射设计的投影物镜，采用了折返式投影物镜18，蔡司公司在此阶段做出了显著贡献。3)光刻胶材料。2005 年至今，光刻技术进入到了围绕光刻胶发展的新阶段。该阶段专利多以高于500 件/年的速度在发展。在此阶段，韩国海力士公司率先突破了投影方式的限制，将研究方向延伸至基于顶端抗反射涂层改性的光刻胶材料19。为了提升浸没式技
21、术的市场适应性，阿斯麦、台积电等其他企业也陆续开展光刻胶技术研发布局。2013 年，阿斯麦推出极紫外光刻机 NXE:3300B，使 7 nm 工艺制程成为可能。由于极紫外光刻技术的发展，近些年光刻创新突破方向也转向了化学放大型极紫外光刻胶。这一阶段高校开始参与技术研发，产学研联盟促进了光刻技术的多样化发展。自 20 世纪 70 年代至今，曝光光源的波长 由436 nm(G 线)，365 nm(I 线)，发展到 248 nm(KrF)，再到 193 nm(ArF)。技术节点从 1978 年的1 5 m、1 m、0 5 m、90 nm、45 nm，一直到现在的7 nm。投影物镜的数值孔径(NA)变
22、得越来越大，分辨率就越清晰，浸没式技术使 NA 大于 1 成为现实，分辨率更高成为显而易见的发展趋势20。光刻机发展至今经历了从接触式光刻机、投影扫描式光刻机，到步进式扫描投影光刻机，再到浸没式光刻机和现在的极紫外光刻机，其工艺制造水平与生产效率都得到了跨越式发展。3 2光刻技术布局与研究热点分析1)技术领域分析。专利的 IPC 分类号有利于进行专利检索，也可以明确每项专利涉及的技术领域。通过分析光刻技术专利的 IPC 分类号，能够掌握光刻技术的主要技术领域分布状况及发展光刻技术的重点研究领域。根据 IPC 数量排列，数量最多的前十 IPC 小类，如表 1 所示。表 1光刻技术领域前十的 IP
23、C 分类Tab 1IPC classification of the top ten in the field of lithography technology排名IPC 分类号数量技术内容1G03F9454图纹面的照相制版工艺，例如，印刷工艺、半导体器件的加工工艺;其所用材料;其所用原版;其所用专用设备2H01L6445半导体器件;其他类目中不包括的电固体器件3G02B4328光学元件、系统或仪器4H04N2461图像通信5B41J1137打字机;选择性印刷机构，即不用印刷的印刷机构;排版错误的修正6G03B911摄影、放映或观看用的装置或设备;利用了光波以外其他波的类似技术的装置或设备;
24、以及有关的附件7H01J595放电管或放电灯8G06K459数据识别;数据表示;记录载体;记录载体的处理9G01B431长度、厚度或类似线性尺寸的计量;角度的计量;面积的计量;不规则的表面或轮廓的计量10G01N422借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料由表 1 可知，光刻技术的专利技术主要属于 G(物理)和 H(电学)两大类。物理领域主要技术为半导体器件的加工工艺;光学元件、系统或仪器;光波装置或设备，电学领域主要技术为半导体器件;图像通信;放电管或放电灯等。从光刻技术国家分布来看，日本的研发领域分布较为全面，如 H04N、B41J、G03B、H01J 等;美国、韩国和德国的光刻技
25、术主要集中在 G03F、H01L 和G02B;中国技术分布在 G03F 领域，H01L、G02B、G06K 领域占比在 30%以下，其他技术领域鲜有涉及;具体分布，如表 2 所示。表 2五个主要国家前十 IPC 分布表Tab 2Distribution of top ten IPC in five major countriesIPC 分类号日本美国中国韩国德国G03F3 2702 2161 817724521H01L3 583819531846160G02B2 429672445135335H04N1 8322571542966B41J1 0217281213G03B264308381827
26、H01J264168184433G06K531531342323G01B171102732138G01N1531345320234科技与管理第 25 卷2)核心专利分析。Narin21 认为如果一项专利公开之后被多次引用，则可以表明这项专利是该企业的核心专利，其相关技术也是企业的重要技术。国内学者从更深层次阐述了核心专利的概念，即在技术轨道中处于重要节点，给技术领域带来关键性变革，对其他专利产生重要影响，并且创造巨大经济价值的专利22。借鉴黄鲁成23 通过专利被引用频次确定核心专利的研究方法，确定被引用频次大于4 次的专利为核心专利，通过对核心专利数量进行年度分析，可以得出光刻领域的核心专利，
27、帮助企业选择竞争力强的专利，以此来降低成本;对主要竞争国家的频次分析，能够明晰我国竞争优势与劣势，以此进行战略布局，从而形成持续的竞争优势。经过 DI 数据库检索，共得到 7 188 项符合要求的核心专利，具体分布，如图 3 所示。由于近几年被引频次大于 4 的专利需要在更长的时间序列中得以全面展现，计算截止时间统计点(2021 年 12 月31 日)的年轻专利数量会导致研究结果误差较大，因此本文以 5 年为误差时间范围24，将核心专利年度数量分析时间节点确定为 2016 年。具体分析如下，经过 30 余年的发展，核心专利于 2006 年达到了最高 350 件，在 2012 年之后开始逐渐减少
28、，这表明了光刻技术大范围的核心技术在 20062010 年这个时期达到成熟，性能和产能都得到了很好的验证，这与第三阶段的浸没式光刻技术的发展相呼应，如GT40A 系列 ArF 浸没光刻机自 2010 年成熟后就被广泛应用在许多发达国家。虽然美日中三国在核心专利数量居于世界前列，但是中国与排在前两位的美国和日本相差 6 倍，呈现断崖式的落后，具体如图 4 所示。这是因为美日两国进入光刻技术领域时间较早，具有技术原始积累优势，并搭建了技术壁垒，提高了技术准入门槛，使得发展中国家难以通过模仿式创新实现技术突破，而近年来的技术封锁制度，进一步拓宽了技术鸿沟。另外，美国占据绝对性的优势，源于美国 90年
29、代末成立的光刻国家实验室，汇集了光刻领域内国内外高端人才，投入了巨额研发资金，最终证实了极紫外光刻技术的可行性，与 20002006 年核心专利数量的第二次快速增长相印证，这对我国发挥新型举国体制的作用有很大借鉴意义。图 3核心专利年度分布图Fig 3Annual distribution of core patents图 4主要竞争国家核心专利数量及被引频次Fig 4Figure of number and cited frequency of core patents in main competitive countries5第 1 期武建龙等:基于专利数据的全球光刻技术竞争态势研究本文
30、引入的发明专利引用分析方法有发明专利被引用频率和发明专利平均被引用频率。被引频率是指从发明专利被引用频率角度的数据，年均被引频率是指一项发明专利从申请至 2021 年的每年被引的频率，它能够校正因为发表年份不同造成的偏差，具有可靠性25。光刻技术被引频率高的发明专利，如表 3 所示。表 3光刻技术被引频次前 10 的专利Tab 3Lithography technology was cited as the top 10 patents序号专利申请号被引频次申请年综合专利影响力年均被引频次及排名1JP1985204214A1 08319851 0301(8)2JP1986303987A1 04
31、919861 0300(9)3US1991669200A931199180 7310(7)4US2009439148A865200980 7721(1)5US2003702664A707200381 77393(3)6US2004826602A705200481 42415(2)7DD254806A68519832 43180(10)8US2003713765A644200337 1358(4)9US2003748076A624200340 67347(5)10US2004802087A574200454 97338(6)被引频次排名第一的专利号“JP1985204214A”年均被引频次只有
32、30 1 次，排名第 8 位，而专利号“US2009439148A”和“US2004826602A”虽 然 是2009 年和 2004 年才申请的，但是年均被引频次位居前列，与综合专利影响力成正比，可以看出核心专利具有较强的敏感性，可对光刻领域研究热点的转变做出迅速反应，这有助于创新主体发掘技术窗口，提前进行技术布局。高被引专利最多的是美国专利，共有 7 件，专利技术主题为浸没光刻系统、纳米材料聚合物、光学器件、浸没式光刻透镜清洗的方法和系统等;日本共有2 件，被引频次为前两名，技术主题为曝光装置和精细图案转移装置。这说明日本虽然起步较早，掌握了早期光刻技术的核心技术，但是美国掌握了目前浸没式
33、光刻技术的核心技术。而中国在前十名高被引专利中并无专利出现，说明我国暂未融入光刻核心领域。专利“DD254806A”隶属于东德的国有半导体公司，虽然于 1983 年申请，但在 1990 年两德统一后该专利才得到有效发展，借此推动德国蔡司等集团进入了光刻技术核心领域，证明了国家和平统一是促进高水平技术进一步发展的必要条件。3)研究热点分析。光刻技术专利全景图，如图 5所示。图中的每个黑点表示一篇专利文献，绿色部分表示同一方面相关专利汇集的地方，棕色部分专利最多，蓝色部分代表几乎没有专利。专利地图可以进行技术分析与预测，进而研究技术热点、探索技术未来发展趋势26。图 5光刻技术专利地图Fig 5P
34、hoto Lithography Technology Patent Map6科技与管理第 25 卷从专利全景地图中可以看出，专利地图山峰区域即光刻技术的研究热点为掩架表面、光刻胶技术、镜头及主扫描方向等。选取近5 年(20172021 年)光刻领域核心专利进行文本聚类分析。Citespace 软件在进行专利文本聚类时先将筛选出来的专利文献进行分类，再对每一类进行技术关键词的提炼，生成技术主题。文本聚类的结果将选择的光刻领域被引次数大于 4 次的专利主题分为 7 类，有效的类别及数量，如表 4 所示。表 4近五年核心专利文本聚类Tab 4Clustering table of core Pat
35、ent Texts in recent five years主题词数量extreme ultraviolet，semiconductor substrate，mask blank(极紫外线，半导体基底，光罩基底)104mask layer，material layer，hard mask laye(掩膜层，材料层，硬掩膜层)24optical element，collimated light(光学元件，准直光)11etch process，reflectance spectrum，etch profile(蚀刻制程，反射光谱，蚀刻轮廓)9Design layout，process condit
36、ions(设计布局，工艺条件)7Target pattern，cost function(目标模式，成本函数)7illumination source，lens assembly(照射源，透镜组装)6由表 4 可知，专利文本聚类后提取的主题类数量最多的分布在极紫外线、半导体基底、光罩基底及掩膜层上，结合专利文献调研，得出光刻领域研究热点集中于光源方式、光刻胶材料、纳米制程、透镜组装等方面。光刻技术各个分支领域呈现了交互发展、齐头并进的趋势，研究热点领域重叠明显。3 3国家和机构竞争态势分析1)主要竞争国家分析。国家技术研发能力可以通过专利族申请量进行衡量，通过对各国专利族数量分析，能更好地了解
37、各个国家在光刻领域的技术创新能力27。通过对各个国家专利族申请量进行统计分析，其中日本(7 104 件)占据最多，为45%，美国(3 731 件)居于第二名，占 23%，中国占(2 938 件)18%，韩国(1 438 件)和德国(793 件)只占 9%和 5%。90%的专利族由日、美、中、韩以及德国申请，这5 个国家是光刻技术领域主要的领先国家。进一步挖掘 5 个国家的近 20 年发展历程，得到其专利的年度分布情况，如图 6 所示。图 6主要竞争国家专利申请数量年度分布Fig 6Annual distribution of patent applications in main compet
38、itive countries由图 6 可知，进入 21 世纪以来，日本、美国是光刻技术领域前期的主要参与者，每年专利申请都保持着较高的数量水平和不断攀升的增长速度。由于专利公开具有一定延迟性，2021 年出现申请数量骤降属于数据收集问题，与上述持续增长的研究结果不冲突。2005 年韩国开始成为光刻技术领域专利申请的主要国家，中国直至 2009 年才有较多专利出现，逐步开始实现每年申请专利数量的赶超，是光刻技术领域的后来者，研发势头猛烈。德国虽然专利申请数量较低但平稳增长，且核心专利较多，仍是光7第 1 期武建龙等:基于专利数据的全球光刻技术竞争态势研究刻技术领域不容忽视的存在。日本较早开始涉
39、及该领域，但浸没式光刻机阶段开始的战略性技术错误开始了较长时间的停滞期，不过由于其前期的技术积累仍掌握着光刻技术的大部分市场。总体来看，光刻领域核心技术仍掌握在日美韩等技术先行者手中，虽然近几年中国光刻技术创新活动频繁，在专利数量上开始占据优势，但申请专利多集中于非核心领域，技术价值偏低，实现全方位赶超难度较大。2)主要竞争主体分析。将主要竞争主体按照专利族数量多少排序，前 50 个竞争主体，如表 5 所示。由表 5 可知，在竞争主体数量上，日本拥有26 家，占据绝对优势地位，美国有 9 家，中国有8 家，德国和韩国各有 3 家;从专利数量来看，理光、富士、佳能等企业申请量较多，在全球专利族数
40、量的份额占比超过 16%，申请总量的 30%以上都主要来源于排名前十位的竞争主体。从竞争主体类型占比来看，Top50 竞争主体大部分为企业，企业占据了光刻领域 90%的市场，高校分布较少，说明现在的光刻技术创新仍旧是以企业为核心的技术创新，产学研合作潜力有待进一步挖掘。表 5主要竞争主体专利族数量Tab 5Number of patent families of main competitive enterprises排名申请人专利族数量/件排名申请人专利族数量/件1理光88226京瓷1512佳能77127AGC1453蔡司73628应用材料公司1314富士64229日本凸版印刷1245台积电
41、63130华虹半导体1136阿斯麦59131大日本印刷1137东芝51232英飞凌1118尼康39733冲电气1079中科院38934中芯国际9810三星35235飞利浦9411日立33436台联电9312日本电气31337住友化学工业9013松下29538美光科技8814海力士27039杜邦8415国际商业机器公司26540韩国东部6716上海微电子22341西门子6417豪雅20842上海华力6418三菱18943瑞萨电子6319格罗方德半导体18344日本电报电话6120索尼18245施乐6021柯尼卡美能达18146奥林巴斯5922英特尔18047AMD5923精工爱普生16348德州
42、仪器5824鸿海精密工业15949尼德科5825信越集团15250霍尼韦尔57在全球光刻技术专利数量 TOP100 申请人中，共有 8 家中国企业、2 所高校，对这 10 家企业及高校进行分析，如图 7 所示。中国 TOP10 申请人分别为台积电(631 件)、中科院(389 件)、上海微电子(223 件)、鸿海精密工业(159 件)、华虹半导体(113 件)、中芯国际(98 件)、台联电(93 件)、上海华力(64 件)、北京理工大学(54 件)、杭州海康威视(39 件)。我国光刻技术以企业为主，高校为辅。从所属区域来看，我国港台地区占据 4 家企业，台积电具有绝对优势，中国大陆 6 家企业
43、实力稍弱。由8科技与管理第 25 卷图 7可知，台积电气泡最大、最靠上，说明台积电在光刻技术领域的专利数量最多、特征度最高，专利度也最好，综合反映出台积电经济实力较强，专利质量较好;中国大陆的中科院和上海微电子气泡大小和位置仅次于台积电，但整体实力与台积电相差甚远，其它公司或高校光刻技术实力与台积电、中科院、上海微电子相比存在较大差距。图 7全球光刻技术专利数量中国 TOP10 申请人专利质量Fig 7Number of global lithography technology patents，patent quality of Chinas top 10 applicants注:横轴表示专
44、利度，专利度指申请保护权利要求个数，以数值大为佳;纵轴表示特征度，指技术限制特征数，以数值小为最好，数值越大则对应专利保护范围越小;气泡大小表示申请人申请专利数量的多少，气泡越大表示申请人申请的专利数量越多。3)竞争主体合作关系分析。竞争主体间的合作关系深度反映了光刻技术发展时的合作态势。主体间合作关系疏散，有利于光刻领域的技术突破;主体间合作关系密切，不利于进入科研合作体，故需要做强内部科研集团寻求突破。为了解光刻技术主要竞争 主 体 的 合 作 情 况，将 样 本 专 利 数 据 导 入citespace 软件，以申请专利前 100 位的竞争主体为研究对象，得到了光刻技术专利申请数量排名前
45、100 位竞争主体的共现知识图谱，利用软件基本算法将前 100 位机构分为了 5 个聚类，并用虚线方框进行框定，如图 8 所示。其中，利用连线相连的主体代表共同申请过专利，字体越大表示权重越高，节点越大，代表其共同专利越多。图 8光刻技术专利申请量排名前 100 位机构共现知识图谱F i g 8Knowledge atlas of the top 100 institutions in terms of patent applications of lithography technology聚类 1#全部为日本竞争主体，聚类 2#覆盖了欧美和新加坡、印尼的竞争主体，聚类 3#全部为中国台湾竞
46、争主体，聚类 4#全部为中国大陆竞争主体，聚类 5#全部为韩国竞争主体。通过分析可得，在9第 1 期武建龙等:基于专利数据的全球光刻技术竞争态势研究5 个聚类所包含的节点中，除聚类 2#包括了跨洲际的竞争合作主体外，其余 4 个聚类均只包含单一国家或单一地区内的竞争主体。总的分析，各个国家或地区内部竞争主体合作申请专利数量较多，内部合作关系紧密，形成了国家内或区域内的科研合作体，各国间科研团体合作较少，跨国合作的潜力有待发掘。另外，上海微电子等中国大陆企业与台积电等中国台湾企业仅有两项合作申请专利，两岸光刻技术合作也未有较大进展，可以在跨地区合作方式上加以探索。4结论与启示4 1研究结论本文研
47、究了光刻技术专利族申请量的时间分布、主要竞争国家分布、主要竞争主体分布及竞争主体合作态势，并综合了国际专利分类号、专利被引频次、专利地图 3 个角度对光刻技术领域、研究热点及核心专利进行了分析，分析了当前光刻技术的主要竞争态势，主要得到以下研究结论:1)从技术整体态势来看，全球光刻技术领域干式光刻技术与浸没式光刻技术经历较长时间的成熟期后，专利申请数量进入了一段时间停滞，之后由于极紫外光刻技术的出现近几年又处于稳定增长阶段，无论是专利的申请量还是进入光刻领域竞争主体的数量都在持续增长，光刻领域市场前景向好发展，领域内竞争激烈。2)从技术布局及光刻研究热点来看，研究热点包括光源方式、光刻胶材料、
48、纳米制程等方面，其围绕极紫外光刻技术发散式分布，涉及技术领域多，各领域间无明显界限。我国的技术领域集中在 G03F，2006 年核心专利数量达到峰值，光刻技术的大部分的核心技术在 20062010 年这段时期达到成熟。核心专利主要拥有国为美国和日本，核心专利被引频次比较高，我国拥有的数量比较少，核心专利被引用频次还不是很高，与大多数关键核心技术领域类似，光刻技术的发展以光学、化学等基础学科为根本，与曝光方式、光刻胶技术、掩膜制造等众多应用技术互为补充。3)从技术竞争国家和竞争主体来看，光刻领域主要竞争国家(地区)为日本、美国和德国，是早期技 术 的 来 源 国。近 十 年 韩 国 也 进 入
49、了 光刻核心技术领域中，主要集中在光刻胶的相关技术上;我国在光刻技术专利申请上非常积极，但整体科学技术水平比较落后，而且进入全球光刻技术专利数量 TOP100 申请人较少，专利数量和专利质量两极分化严重，真正具有国际竞争实力的“头部”企业较少;各国科研机构集聚效应明显，除部分科研团体开展了较紧密的合作以外，其他竞争主体均倾向于国内合作，光刻领先国家的技术保护意图明显，因此，我国近年发明专利申请数量的赶超并未完全改变光刻技术研发的“卡脖子”现状。4 2管理启示1)发展态势角度分析，光刻技术经历了不同的发展阶段，从早期掩膜版的不断改进到光源方式的探索再到低成本的光刻胶材料转变，直至现在偏重于绿色经
50、济型技术和材料，我国要抓住技术转型机会，围绕技术发展态势，适时调整战略布局。在传统光刻技术竞争优势较弱的情况下，可借鉴阿斯麦浸没式光刻技术赶超的经验，对光刻技术的新兴颠覆性技术保持高度警惕性，识别技术范式和技术生命周期更迭带来的技术机会窗口，跨越式实现光刻领域关键核心技术的突破。2)技术布局角度分析，光刻技术研究领域遍布基础与应用学科多个部门，这需要我国兼顾发展基础与应用学科。光刻技术难以攻克的根本原因是基础理论研究缺乏，虽然近些年基础学科建设取得阶段性进步，但与光刻技术主要竞争国家仍然差距较大，需大力夯实基础研究，加大基础研发项目的经费投入，促进光刻技术基础学科建设，针对应用开发领域，如全新
