張貝貝，李 娜，李存金

(北京理工大學 管理與經濟學院，北京100081)

0 引言

芯片是國家戰(zhàn)略性、基礎性高新技術產業(yè)，芯片產品涉及人們生活的方方面面。在智能汽車、物聯(lián)網、人工智能、5G等技術發(fā)展的助推下，我國芯片需求市場呈現(xiàn)逆周期性高速增長趨勢，中國已成為全球最大的IC需求市場，但產品仍主要依賴進口。國家統(tǒng)計局數據顯示，我國2020年芯片進口額高達3 800億美元，同比增長25%，創(chuàng)歷史新高。芯片制造技術具有高、精、尖等特征[1]，是世界各國爭奪的技術戰(zhàn)略高地。我國芯片制造技術起步較晚，近年來在國家政策的大力扶持下得到快速發(fā)展，但仍處于全球芯片產業(yè)鏈低附加值位置，高端產品核心技術與發(fā)達國家相比仍存在較大差距，如PC、服務器芯片和光刻技術等。另外，隨著中國經濟的迅速崛起，美國已將中國列為首要遏制對象，中美貿易摩擦持續(xù)升級，致使芯片制造技術成為我國半導體產業(yè)發(fā)展的“卡脖子”技術。在外部限制加強、全球疫情沖擊背景下，掌握芯片核心制造能力成為中國占領核心技術制高點、打造獨立自主芯片制造產業(yè)化能力的關鍵。芯片核心制造能力影響因素諸多，只有掌握芯片制造核心技術基本創(chuàng)新原理和方法，才能基于我國國情探索出一條特色創(chuàng)新發(fā)展之路。

由重大復雜技術創(chuàng)新實踐可知，集成是芯片制造技術基本創(chuàng)新模式之一。重大復雜技術具有系統(tǒng)性、網絡性和不可分割性特征[2-3]。根據系統(tǒng)性特征，可將芯片制造技術分解為一個三層級系統(tǒng)技術體系，其中高級模塊由六大工藝組成，分別為清洗工藝、熱處理工藝、摻雜工藝、薄膜工藝、光刻工藝和平坦化工藝，每個高級模塊又被分解為次級技術模塊。相關理論表明，技術集成創(chuàng)新是基于集成思想，將內外部技術資源進行重新甄選、聯(lián)結和重構進而推動技術創(chuàng)新的動態(tài)循環(huán)過程[4-6]。當前，芯片制造技術和復雜技術創(chuàng)新研究主要集中于產業(yè)發(fā)展效率優(yōu)化[7-8]、企業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略制定[9-10]、創(chuàng)新績效評價[11-13]、創(chuàng)新網絡分析[14-15]和基礎性創(chuàng)新探索[16-18]等方面，對創(chuàng)新機理的研究較少。有些學者從組織層面梳理復雜技術創(chuàng)新機理。如程鵬等(2018)以中國科技大學量子系統(tǒng)相關控制技術為例，探討重大技術項目創(chuàng)新機理；Lai等[19]以芯片制造企業(yè)為研究對象，解析該技術探索式創(chuàng)新機理；Roehrich等[20]運用半結構化訪談方法歸納復雜技術創(chuàng)新網絡中組織成員向集成團隊轉變的過程。總之，已有文獻對芯片制造技術集成創(chuàng)新機理的研究較少，對相應微觀機理的解析比較匱乏。

芯片制造技術創(chuàng)新突破不僅需要從宏觀層面關注政府政策、組織戰(zhàn)略等因素，也需要從微觀層面厘清技術發(fā)展內在規(guī)律。因此，本研究以技術系統(tǒng)結構變化為切入點，基于結構再造原理構建芯片制造技術集成創(chuàng)新微觀機理解釋框架，以芯片光刻工藝子系統(tǒng)專利數據為例進行實證研究，從系統(tǒng)結構再造視角揭示芯片制造復雜技術集成創(chuàng)新規(guī)律，可為芯片制造技術創(chuàng)新提供一種突破路徑，對一般技術創(chuàng)新實踐和企業(yè)層面創(chuàng)新管理具有重要借鑒意義。

1 理論基礎

1.1 技術集成創(chuàng)新理論

集成創(chuàng)新基于集成思想，根據產品開發(fā)目的進行一系列新技術選擇、調查和評估活動，具有復雜性和多面性特征[21-22]，其目的不是在現(xiàn)有技術庫中選擇一個或兩個市場中廣泛使用的技術，而是集成多種技術到一個與企業(yè)環(huán)境相匹配的復雜新產品系統(tǒng)中。集成創(chuàng)新并非企業(yè)傳統(tǒng)研發(fā)活動，而是在公司現(xiàn)有能力以外開展技術改進活動，其在新穎性探索與復雜產品開發(fā)之間搭建了“橋梁”[23]。Ferrari等[24]認為，新技術開發(fā)本身就是對企業(yè)內部知識和技術資源進行有效集成的過程。

圖1為Iansiti[22]基于集成思想構建的新技術開發(fā)流程。其中，在探索/研究階段，企業(yè)根據技術市場要求，在系統(tǒng)預測、技術規(guī)劃和研究數據的基礎上進行基礎性研究和探索，一般發(fā)生在企業(yè)或大學、研究機構實驗室，由各不同學科領域并行研究，為技術集成提供元素級資源供給。技術集成介于基礎研究與產品開發(fā)之間，在企業(yè)現(xiàn)有技術、資源基礎上加入新技術元素，對產品概念進行系統(tǒng)設計，進而形成新產品概念和技術規(guī)范體系。在產品開發(fā)階段，根據技術集成階段制定的技術規(guī)范章程進一步開工實施。

國內研究未對技術集成與技術整合作嚴格區(qū)分。魏江等[6]在Iansiti技術集成理論的基礎上，結合當前國內技術發(fā)展環(huán)境，對技術集成作出進一步界定，認為技術集成是指基于特定外部市場環(huán)境，為實現(xiàn)企業(yè)產品創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新，對企業(yè)內外部各類技術資源進行甄選、轉移和重構的動態(tài)循環(huán)過程。借鑒這一思路，本文將技術集成創(chuàng)新定義為基于集成思想，對企業(yè)內外部技術資源進行重新甄選、聯(lián)結和重構進而推動技術創(chuàng)新的動態(tài)循環(huán)過程。

1.2 結構再造原理

結構再造即技術系統(tǒng)結構的重新構造，如結構優(yōu)化、結構重組等。重組思維是指思維主體對原有事物的部分或整體進行修改，對應要素重組和系統(tǒng)結構重組[25]。要素重組是指將多個獨立的可創(chuàng)新要素按照實踐需要和一定規(guī)律在系統(tǒng)內部重組，以獲取具有統(tǒng)一整體和協(xié)調功能的新技術、新工藝或新產品[26]。

同理，技術系統(tǒng)內部各要素按照一定規(guī)則形成不同于其它系統(tǒng)、具有特殊功能的特定結構。重組是創(chuàng)新的基本特征之一，技術系統(tǒng)結構優(yōu)化重組會帶來技術產品物理、化學性質的改進。徐文鵬[27]通過優(yōu)化相應技術結構，在外觀不變情況下消除3D模型缺陷，使其具有更好的變形性和穩(wěn)定性，減少了打印材料，縮短了打印時間；郭杰等[28]在不改變技術元素種類情況下，對電池充電技術串并聯(lián)結構進行重新構造，提升了電池充電速度和均衡效果；Rani 等[29]通過調整蛋白質內部結構，改變了相應外部功能；Wang等[30]通過控制外界物理條件重組聚乙烯內部構成結構，研發(fā)出具有不同使用功能的材料。因此，結構再造原理是指通過改變技術系統(tǒng)結構，使技術系統(tǒng)各部分之間的關系更加協(xié)調、合理，相互之間的配合更加高效，進而改進和完善原技術系統(tǒng)功能的過程。

圖1 技術集成創(chuàng)新流程Fig.1 Technology integration innovation process

2 芯片制造技術系統(tǒng)集成創(chuàng)新機理

2.1 基于結構再造的集成創(chuàng)新機理內涵

本文將基于系統(tǒng)結構再造的集成創(chuàng)新機理內涵歸納為：在技術資源集成過程中，調整或重構芯片制造技術系統(tǒng)中技術元素之間的線性或非線性集成規(guī)則，使系統(tǒng)各部分間的關系更加協(xié)調、相互配合更加高效，從而推動原技術系統(tǒng)向具有高良品率、高集成能力和低能耗的芯片制造新技術系統(tǒng)轉變。如圖2所示，根據芯片制造技術結構層次特征，將其分解為一個三層級系統(tǒng)體系。其中，芯片制造技術由若干高級模塊組成，每個高級模塊都由各自的子模塊構成，子模塊又由元技術群體構成。本文將人類在不同時期創(chuàng)造出來的可以構成任意領域專業(yè)技術的基本技術稱之為元技術。

芯片制造技術系統(tǒng)結構變化原因包括技術元素變化、技術元素間關聯(lián)關系變化和技術元素比重變化3種。具體而言，元素種類變化指技術系統(tǒng)中各層級技術元素新增或淘汰，關聯(lián)關系變化指技術元素之間非線性關系變化。圖2中虛線方框表示技術元素間新增的非線性關系，實線方框表示技術元素間消失的非線性關系。技術元素比重變化對應該技術系統(tǒng)物理性結構變化，圖中虛線更新標記表示該技術元素在系統(tǒng)中所占比重上升，實線更新標記表示該技術元素比重下降。

以芯片制造技術子模塊為例，設z為元技術，w為元技術在某一子模塊系統(tǒng)中所占的比重，r為子模塊系統(tǒng)中元技術間的關聯(lián)關系，F(xiàn)為功能函數。其中，zn表示子模塊中第n種元技術，wn為第n種元技術所占比重，r1n表示第一種元技術和第n種元技術的關聯(lián)關系。將由n種元技術交互集成的子模塊功能表示為t，其是z、r和w共同作用的函數，如式(1)所示。同理，將由m個子模塊Z、子模塊間關聯(lián)關系R和子模塊比重W相互作用組成的芯片制造技術系統(tǒng)功能表示為T，如式(2)所示。

t=F(z,w,r)

(1)

T=F(Z,W,R)

(2)

如圖2所示，3種因素帶來的技術系統(tǒng)結構變化程度不同。其中，技術元素比重變化或技術元素關聯(lián)關系變化帶來技術系統(tǒng)或技術子模塊局部結構變化，屬于小幅度技術系統(tǒng)結構再造；技術元素更新變化同時導致技術元素比重變化和技術元素間關聯(lián)關系變化，對應芯片制造技術系統(tǒng)或技術子模塊整體結構變動，屬于大幅度技術系統(tǒng)結構再造。所以，根據結構變化程度不同，將技術系統(tǒng)結構再造分為結構調整和結構重組兩種。

圖2 基于系統(tǒng)結構再造原理的芯片制造技術集成創(chuàng)新機理Fig.2 Integrated innovation mechanism of chip manufacturing technology based on system structure reengineering

2.2 基于結構調整的集成創(chuàng)新

基于結構調整的集成創(chuàng)新是指在芯片制造原集成系統(tǒng)的基礎上，技術元素間聯(lián)結關系或技術元素比重中一種或兩種因素同時變化，對應技術系統(tǒng)結構局部調整，促使系統(tǒng)各組成部分之間的關系更協(xié)調、配合更高效，能夠降低單位能耗，推動適應市場需求的芯片制造技術新系統(tǒng)誕生。技術系統(tǒng)結構調整集成創(chuàng)新往往對應著技術漸進式創(chuàng)新和微創(chuàng)新，技術系統(tǒng)結構調整存在3種情況：第一,當其它因素不變時，技術元素比重發(fā)生變化。第二，當其它因素不變時，技術元素間關聯(lián)關系發(fā)生變化。第三，當技術元素種類不變時，元素間關聯(lián)關系和元素比重同時變化。

以第一種情況為例，對于技術子模塊而言，當其它因素不變時，改變原子模塊內部技術元素比重，對應原技術模塊結構局部調整，從而推動該模塊功能創(chuàng)新，調整后的模塊結構更適應技術發(fā)展需求，原模塊功能t升級至t'，如公式(3)所示。當其它對應因素不變時，技術元素間關聯(lián)關系由r變?yōu)閞'、技術元素比重w和關聯(lián)關系r同時變化與上述情況類似。

同理，對于技術系統(tǒng)而言，當其它因素不變時，芯片制造技術系統(tǒng)子模塊比重發(fā)生改變，對應技術系統(tǒng)結構局部調整，系統(tǒng)內部各子模塊之間的協(xié)同更加高效，從而推動整個技術系統(tǒng)功能創(chuàng)新，系統(tǒng)功能由T變?yōu)門'，如公式(4)所示。

t'=F(z,w',r)

(3)

T'=F(Z,W',R)

(4)

2.3 基于結構重組的集成創(chuàng)新

基于結構重組的集成創(chuàng)新是指在技術市場需求引導下，更新原技術系統(tǒng)中的技術元素種類，同時會引起元素間聯(lián)結關系和元素比重變化，對應系統(tǒng)結構的大幅度變動，促使系統(tǒng)內各部分重新組合，相互之間的配合更加高效、關系更加協(xié)調，從而推動適應市場需求的芯片制造新技術系統(tǒng)誕生。結構重組集成創(chuàng)新往往對應著技術突破式創(chuàng)新和顛覆式創(chuàng)新。對于技術子模塊而言，隨著技術發(fā)展需求的不斷提升，更新技術子模塊原系統(tǒng)中技術元素種類z、技術元素間關聯(lián)關系r和技術元素比重w隨之發(fā)生變動，對應該模塊技術元素重新交互集成，推動功能更強大的子模塊系統(tǒng)誕生，模塊功能由t變?yōu)閠'，如公式(5)所示。

t''=F(z'',w'',r'')

(5)

同理，對于技術系統(tǒng)而言，技術系統(tǒng)功能是技術子模塊、子模塊間關聯(lián)關系和子模塊所占比重三者的函數。當技術子模塊種類發(fā)生變化時，會同時引起技術模塊間關聯(lián)關系R和技術模塊比重W發(fā)生變動，技術系統(tǒng)中各子模塊重新組合，促使各子模塊的關系更加協(xié)調、合理，相互之間配合更加高效，進而推動芯片制造技術系統(tǒng)功能由T升級至T'，如公式(6)所示。

T''=F(Z'',W'',R'')

(6)

3 實證解析——以專利為視角

光刻是芯片制造領域的核心工藝，從最簡單的硅集成電路到如今5nm制程的特大規(guī)模集成電路芯片，光刻工藝在芯片制造技術演進過程中發(fā)揮著重要作用。本文以光刻工藝結構調整為例，從專利視角解析基于結構再造原理的芯片制造技術集成創(chuàng)新機理。

3.1 芯片光刻工藝專利數據收集

本文所用專利數據(2011-2020年)來自德溫特創(chuàng)新索引數據庫(DII)。鑒于芯片光刻工藝技術系統(tǒng)的復雜性，根據某幾類IPC國際專利分類號檢索難免出現(xiàn)紕漏，故本文參閱芯片光刻技術相關資料[31-32]，通過專家訪談建立對應的關鍵詞檢索式，同時以IPC國際專利分類號檢索作為補充，如表1所示。根據表1檢索式下載專利數據并對數據進行清洗、字段分割、去重并刪除專利權人為個人的數據，最終得到光刻工藝專利數據27 118條。

表1 芯片光刻工藝專利檢索式Tab.1 Patent search scheme for chip lithography technology

3.2 研究方法

首先，構建芯片光刻工藝2011-2015年和2016-2020年兩階段技術網絡系統(tǒng)；其次，根據網絡節(jié)點重要性分析芯片光刻工藝技術網絡系統(tǒng)結構；最后，通過網絡系統(tǒng)中技術元素比重變化情況解析芯片光刻工藝集成創(chuàng)新機理。

3.2.1 技術網絡系統(tǒng)構建法

技術網絡系統(tǒng)構建是指從專利原始數據到繪制出技術網絡系統(tǒng)的過程，通過以下3步實現(xiàn)：

(1)聚類。將上述光刻工藝領域專利數據聚類，得到具有不同研究主題的技術子模塊，并對歸屬于不同子模塊的專利數據作相應標記。本文采用經典K-Means算法進行聚類，結合TF-IDF(詞頻-逆向文本頻率)法對文本矩陣賦予權重。

TF-IDF=TF*IDF

(7)

其中，詞頻(TF)表示詞條在某專利文檔中出現(xiàn)的頻率，nij指某一詞條在文件dj中出現(xiàn)的次數，分母表示文件dj中所有詞條出現(xiàn)的次數之和。

(8)

在式(8)中，逆向文本頻率(IDF)用以對某一詞條在全局文檔中的重要性進行度量。其中，|D|表示語料庫中的文件總數，分母表示包含詞條ti的文件數目。為避免分母為0，所以此處加1處理。

(2)專利國際分類號(IPC)和技術領域映射。首先，選取某一技術子模塊專利數據為研究對象，截取專利數據庫中IP字段(國際分類號)前3位，與專利國際技術分類體系中的技術領域相映射，得到對應專利技術領域字段，即元技術群體。

(3)光刻工藝系統(tǒng)網絡構建。從技術子模塊專利數據庫中提取技術領域字段，構建不同模塊技術元素共現(xiàn)矩陣，將共現(xiàn)矩陣去權重、去頻次、去方向，得到技術元素間的關系矩陣。運用社會網絡分析軟件Pajek(1.0)，將上述各子模塊關系矩陣網絡化，得到芯片光刻工藝網絡系統(tǒng)。

3.2.2 網絡結構分析法

網絡節(jié)點位置決定技術系統(tǒng)整體功能重要性，本文從點度中心性、接近中心性和中介中心性3個方面進行分析，最終以三者的綜合指標反映某一技術元素的節(jié)點重要性。

(1)點度中心性。某一元技術點度中心性表示該技術與其它所有技術節(jié)點連接的緊密程度，直接組合技術節(jié)點越多，表明該技術節(jié)點點度中心性值越高[33]，該元技術組合越廣。對于一個擁有n個元技術的芯片制造元技術網絡而言，第i個元技術度中心性計算公式如下：

(9)

其中，xij表示節(jié)點i與節(jié)點j之間的組合連線。

(2)接近中心性。接近中心性指某一元技術到其它技術節(jié)點的距離，距離越小，說明該技術與其它技術節(jié)點的組合越緊密[34]，該元技術組合程度越深。對于一個擁有n個元技術的芯片制造元技術網絡而言，第i個元技術的接近中心性計算公式如下：

(10)

其中，d(Ni,Nj)指節(jié)點i與節(jié)點j之間的測地距離。

(3)中介中心度。中介中心性指某一技術節(jié)點調節(jié)和控制其它技術節(jié)點組合的程度，是影響技術交流和組合方式的重要指標，某一元技術的中介中心性越高，說明該節(jié)點在技術組合中的“橋梁”或“紐帶”作用越強[35]。對于一個擁有n個元技術的芯片制造元技術網絡而言，第i個元技術的接近中心度計算公式如下：

(11)

其中，gjk表示節(jié)點j與節(jié)點k間測地距的路徑數量，gjk(Ni)代表j和k之間經過節(jié)點i的路徑條數。

將上述3個指標標準化，運用加權平均法計算每個技術元素的綜合性結構指標,得到第i個元技術在光刻工藝技術網絡系統(tǒng)中的重要性指標Ii。

(12)

3.2.3 系統(tǒng)結構調整分析法

對比兩個時間階段芯片光刻工藝網絡系統(tǒng)，以技術元素比重變化解析技術系統(tǒng)結構調整集成創(chuàng)新機理。第一，以不同時間段某一子模塊對應元技術的比重變化描繪子模塊系統(tǒng)內部結構調整；第二，以不同時間段技術網絡系統(tǒng)中子模塊專利數量比重變化描繪技術系統(tǒng)整體集成結構調整；第三，將兩者結合描繪整個芯片光刻工藝技術系統(tǒng)集成結構調整。

(13)

其中，Pi表示第i個子模塊在芯片光刻工藝系統(tǒng)中出現(xiàn)的頻次(篇幅所限，不再詳細列示)。

3.3 結果解析

3.3.1 芯片光刻工藝網絡系統(tǒng)

基于專利數據國際分類號字段，運用社會網絡分析法構建芯片光刻工藝網絡系統(tǒng)，并聚類得到芯片光刻工藝技術子模塊次級網絡系統(tǒng)。如圖3所示，芯片光刻工藝由3層級體系網絡系統(tǒng)構成，次級技術系統(tǒng)由曝光顯影、光刻膠和刻蝕3個技術子模塊組成，每個技術子模塊又由對應的元技術網絡構成。3個子模塊技術系統(tǒng)網絡存在交叉重疊的元技術類型共43種，同時每個子模塊又擁有各自獨特的元技術種類。曝光顯影模塊元技術網絡共包含84種元技術，其中金屬沖壓技術、切割技術和測時技術等是該模塊特有的元技術類型；刻蝕模塊共包含57種元技術，其中道路鐵路及橋梁技術、切割技術等為該模塊特有的元技術類型；光刻膠模塊共包含70種元技術，其中一般發(fā)動機技術、鉆進技術和組合生長技術是該模塊所特有的元技術類型?？傮w而言，曝光顯影子模塊包含的元技術種類最多，光刻膠子模塊次之，刻蝕模塊系統(tǒng)涉及的元技術種類最少。

圖3 芯片光刻工藝網絡系統(tǒng)Fig.3 Network system of chip lithography technology

就模塊子系統(tǒng)網絡密度而言，曝光顯影子模塊和光刻膠子模塊網絡密度均為0.28，刻蝕子模塊網絡密度較大，為0.37，表明刻蝕子模塊網絡系統(tǒng)中元技術關聯(lián)關系較曝光顯影和光刻膠子模塊更緊密。

3.3.2 芯片光刻工藝網絡系統(tǒng)結構解析

(1)指標解析。上述點度中心性、接近中心性和中介中心性三者構成綜合指標I，用來衡量元技術在子模塊技術網絡系統(tǒng)中的重要性。本文根據重要性指標將元技術分為3個群體，分別為核心元技術(I>1)、基本元技術(0

表2 刻蝕子模塊元技術結構指標Tab.2 Element Technical structure index of etching submodule element

(2)芯片光刻工藝2016-2020年網絡系統(tǒng)結構。根據元技術網絡結構特征構建光刻工藝集成網絡系統(tǒng)，得到如圖4所示的具有同心圓結構的技術集成網絡系統(tǒng)結構。其中，每個子模塊網絡系統(tǒng)都由3個相互關聯(lián)的同心圓組成，最中心圓弧為核心元技術，中間圓弧為基本元技術，外圍圓弧為輔助元技術。從中可見，芯片光刻工藝體系由曝光顯影、刻蝕和光刻膠3個技術子模塊組成，三者在芯片光刻工藝系統(tǒng)中所占比重分別為45.5%、39.6%和14.9%。第一，曝光顯影子模塊核心元技術占比85.3%，包括基本電氣元件、電通信技術、點記錄術、測量測試、計算術、光學技術和衛(wèi)生學技術；基本技術占比12.1%，包括顯示技術、其它電技術及基本電子電路技術；輔助技術占比2.6%，包括信息存儲技術、晶體生長技術、層狀產品技術和制冷制熱技術。第二，刻蝕子模塊核心元技術占比84.3%，包括有基本電氣元件、表面處理技術和電記錄術；基本技術占比12.3%，包括其它電技術、燃料涂料拋光劑技術和微觀結構技術等；輔助技術占比3.4%，包括有機化學技術、拋光技術和有機高分子化合物技術等。第三，光刻膠子模塊核心元技術占比69.2%，包括基本電器元件、電記錄術、有機高分子化合物技術、燃料涂料拋光劑技術和測量測試技術；基本技術占比27.2%，包括其它電技術、光學技術和納米技術等；輔助技術占比3.6%，包括生物化學或遺傳工程技術、顯示技術和照明技術等。

3.3.3 芯片光刻工藝集成創(chuàng)新

為避免技術元素種類變化和技術元素間關聯(lián)關系變化帶來的干擾，本文以芯片光刻工藝兩階段系統(tǒng)共存的技術元素群體為研究對象。對比芯片光刻工藝2011-2015年和2016-2020年兩階段網絡系統(tǒng)，提取共同局部網絡，計算相應技術元素比重變化，從技術系統(tǒng)和技術子模塊兩個層面解析芯片光刻工藝系統(tǒng)集成創(chuàng)新。芯片光刻工藝系統(tǒng)集成結構變化見圖5，節(jié)點大小對應元技術變化幅度。

(1)子模塊到技術系統(tǒng)結構調整。從技術系統(tǒng)層面看，在技術系統(tǒng)進化過程中，光刻工藝技術由三角形abc區(qū)域變?yōu)閍’b’c’區(qū)域，系統(tǒng)整體結構得以調整。光刻工藝3個子模塊相對比重發(fā)生變化，曝光顯影模塊從第一階段的46.7%降至45.5%，同比下降2.6%；光刻膠模塊由第一階段的13.8%升至14.9%，同比增長8%；而刻蝕模塊在兩階段中的比重無明顯變化。

(2)元技術到子模塊結構調整。在芯片光刻工藝原系統(tǒng)向功能更強大的新系統(tǒng)進化過程中，3個子模塊元技術網絡次級系統(tǒng)均發(fā)生較為復雜的結構變化。在曝光顯影模塊中，核心元技術整體同比下降0.6%，基本元技術整體同比增長2.5%，輔助元技術整體同比下降20.7%。具體而言，在核心元技術中，增長較為明顯的是點記錄術，增幅為14%；下降幅度較為顯著的是衛(wèi)生學技術、計算術，降幅分別為39%和18%。在基本元技術中，同比增長幅度較大的是核物理核工程、噴射或霧化技術、納米技術，增幅分別為232%、76%和66%；減少幅度較大的是一般物理化學方法或裝置及有機化學技術，降幅均在40%以上。輔助元技術中增長幅度較大的是一般熱交換技術、繪圖器具技術、一般門窗卷軸簾，同比增幅分別為232%、149%和149%；減少幅度較大的元技術是鐵門窗等零件技術和運動娛樂活動，降幅均在70%以上。

在刻蝕模塊中，核心元技術整體同比下降1.5%，基本元技術整體同比增長4.5%，輔助元技術整體同比增長21%。其中，核心元技術中變化較明顯的是微觀結構技術，同比增長16%，剩余同比變化幅度均在10%以下?；驹夹g中增長較明顯的是噴射和霧化技術，同比增長幅度均為166%；比重下降較明顯的是一般物理化學方法或裝置、染料涂料拋光劑技術、電解電泳技術，同比下降幅度分別為46%和40%。在輔助元技術群體中，增長幅度較大的是氣體液體貯存分配技術、裝飾技術和供熱通風技術，同比增幅均在240%以上；減少幅度較大的是衛(wèi)生學技術、冶金或合金處理和手動工具技術，同比下降幅度均在70%以上。

圖4 光刻工藝系統(tǒng)網絡系統(tǒng)結構Fig.4 Network system structure of lithography technology system

圖5 芯片光刻工藝系統(tǒng)結構調整Fig.5 Structure adjustment of chip lithography technology system

在光刻膠子模塊中，核心元技術比重增幅為2.1%，基本元技術同比下降2.8%，輔助元技術較上期增長8.8%。其中，核心元技術增長較明顯的是基本電器元件，增幅為21%；比重下降較明顯的是測量測試、衛(wèi)生學技術，降幅分別為34%和32%?；驹夹g中增幅較大的是印刷打字排版模印機技術、電解電泳技術、噴射或霧化技術，增幅分別為208%、121%和109%；減少幅度較大的是發(fā)電、變電和配電技術、計算術、廢水污水處理，減少幅度分別為68%、52%和47%。在輔助元技術中，增長幅度較大的是裝飾技術、晶體生長技術和信息存儲技術，增幅皆是前一階段的1.5倍以上；減少幅度較大的是附加制造技術、冶金或合金制造技術和家具設備技術，降幅均在70%以上。

綜上所述，當技術元素種類和關聯(lián)關系不變時，通過調整芯片光刻工藝原系統(tǒng)結構，能夠產生結構更合理、更協(xié)調且各組成部分之間配合更高效的新技術系統(tǒng)，結構調整是技術系統(tǒng)創(chuàng)新的一種有效途徑。

4 結論與啟示

4.1 研究結論

本研究以技術系統(tǒng)結構再造為切入點，構建芯片制造技術系統(tǒng)集成創(chuàng)新微觀機理理論解釋框架，以芯片光刻工藝專利數據為研究對象，得出以下結論：第一，系統(tǒng)結構再造是實現(xiàn)技術集成創(chuàng)新的一種有效途徑。在技術資源集成過程中，調整或重構技術系統(tǒng)內部元素之間的線性或非線性集成規(guī)則，促使系統(tǒng)各部分更加協(xié)調、相互配合更加高效，從而推動原技術系統(tǒng)向更適應當前技術發(fā)展要求的新系統(tǒng)轉變。第二，芯片制造技術系統(tǒng)結構變化原因包括技術元素種類變化、技術元素間關聯(lián)關系變化和技術元素比重變化3種，3種因素均會引發(fā)不同程度的系統(tǒng)結構再造。第三，根據結構變化程度不同，可將結構再造分為結構調整和結構重組兩種類型。

4.2 研究啟示

根據上述研究結論，本文提出如下實踐啟示：

(1)政府層面。一方面，政府應制定相應激勵政策，鼓勵芯片制造重大復雜技術領域基本創(chuàng)新原理研究，構建相應國家級創(chuàng)新平臺，以核心技術基礎原理研究為中心，集成不同社會領域資源，為基礎性研究集成創(chuàng)新營造良好環(huán)境；另一方面，政府還應完善知識產權保護制度，加強對知識產權和創(chuàng)新成果的保護，保障社會各主體之間集成創(chuàng)新活動的順利開展。

(2)企業(yè)層面。一方面，企業(yè)應重視技術創(chuàng)新原理研究，為研發(fā)人員深入理解創(chuàng)新原理提供有利條件；另一方面，企業(yè)應制定合理的人才引進政策，積極構建一個集多學科、多領域人才于一體的技術研發(fā)團隊，打造開放、合作的企業(yè)文化，積極主動與外界建立連接，建立有效溝通機制，提高企業(yè)內外部人員跨組織、跨團隊、跨項目交流效率，最大化集成企業(yè)內外部顯性知識和隱性知識，提升企業(yè)自身資源集成能力。

(3)技術人員層面。一方面，研發(fā)人員應在深入理解芯片制造復雜技術創(chuàng)新原理的基礎上培養(yǎng)自身集成創(chuàng)新思維，以系統(tǒng)結構再造為視角，在技術創(chuàng)新實踐中更新技術組成元素、改進技術元素間關聯(lián)關系或改變技術組成元素比重，調整或重組原技術系統(tǒng)結構，為核心技術突破提供更多可能；另一方面，研發(fā)人員還應提升自身對技術市場變化的敏感性，實時關注本領域技術發(fā)展情況和相關領域新技術內容，為芯片制造技術系統(tǒng)結構再造提供更多可供選擇的技術元素。

4.3 不足與展望

芯片制造技術是關乎國家安全和經濟可持續(xù)發(fā)展的關鍵核心技術，其創(chuàng)新管理是典型的系統(tǒng)工程，需要不同領域、不同學科的創(chuàng)新主體共同協(xié)作完成，不僅要重視微觀技術層面的創(chuàng)新機理研究，同時也要加強學科、知識等層面的創(chuàng)新機理探索。未來可進一步關注如下議題：一是芯片制造技術跨學科交互創(chuàng)新機理研究，對比分析該領域的學科分布特征，探索不同學科之間的交互作用類型以及如何推動芯片制造技術功能改進；二是芯片制造技術知識融合創(chuàng)新機理，分析不同類型知識的非線性作用如何促進芯片制造技術創(chuàng)新，以及知識異質性、知識寬度等融合特征如何影響芯片制造技術的創(chuàng)新效果；三是探索芯片制造技術創(chuàng)新活動與復雜系統(tǒng)管理理論的契合性，結合我國制度環(huán)境及社會發(fā)展階段特征，探索出一條具有中國特色的芯片技術自主創(chuàng)新道路。