【文章內(nèi)容簡介】 的顫動發(fā)生了共振。進(jìn)一步的檢查表明，傳統(tǒng)的機(jī)罩設(shè)計方法僅 適用于傳統(tǒng)的材料，但是依然沒有人知道共振的確切原因。對于舊的材料而言，嵌入在現(xiàn)有問題解決策略和溝通渠道的知識可以實現(xiàn)有效的設(shè)計，但是新材料帶來了新的相互作用，這就需要工程師們?nèi)カ@取具有針對性的新知識。 架構(gòu)性創(chuàng)新因此具有重要的競爭意義。在位組織可能在創(chuàng)新中投入了大量資源，但卻把創(chuàng)新理解為對在位技術(shù)的漸進(jìn)性延伸，或者低估了創(chuàng)新對他們嵌入性架構(gòu)知識的影響。而新的行業(yè)進(jìn)入者則可以更有效地挖掘架構(gòu)性創(chuàng)新的潛力，因為他們不會受到嵌入性的、不太相關(guān)的架構(gòu)知識所制約。 我們將通過對半導(dǎo)體照相 平版印刷校準(zhǔn)器行業(yè)的競爭和技術(shù) 發(fā)展史 做簡要回顧 ，來驗證本文理論框架的效度。照相平版印刷校準(zhǔn)器是一種被用于生產(chǎn)集成電路的精密設(shè)備。在過去的 25年里，它的性能得到了 大幅度地改進(jìn)，雖然核心技術(shù)只發(fā)生了很小的變動，但是自從這項技術(shù)產(chǎn)生后，該行業(yè)卻一直處于動蕩之中。市場的領(lǐng)導(dǎo)者頻繁更換，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中不斷會有新的公司進(jìn)入，新推出的設(shè)備看似 具有很小的創(chuàng)新，但卻常常導(dǎo)致在位企業(yè)市場份額的大幅降低。我們認(rèn)為是因為行業(yè)中出現(xiàn)了架構(gòu)性創(chuàng)新，我們利用行業(yè)發(fā)展中的三個片段，尤其是佳能（ Canon）推出近接式校準(zhǔn)器以及 Kasper公司的反應(yīng)，來詳細(xì)闡釋本文的觀 點。 照相平版印刷校準(zhǔn)器的創(chuàng)新 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)來源于對照相平版印刷校準(zhǔn)器 (photolithographic alignment equipment)所進(jìn)行的、歷時兩年的現(xiàn)場研究。此項研究的最初目的是為了探究架構(gòu)性創(chuàng)新的效度，這一概念是本文的一位作者在研究汽車和制陶產(chǎn)業(yè)時提出的 (Clark, 1987)。 數(shù)據(jù)的核心部分是一組包含產(chǎn)品研發(fā)成本和銷售收入的面板數(shù)據(jù)，涉及了從 1962 年產(chǎn)品第一次商業(yè)化到 1986 年這一期間的每一個產(chǎn)品開發(fā)項目。附加信息包括每個項目詳細(xì)的管理和技術(shù)的歷史記錄。通過對一手和二手資料的 研究收集數(shù)據(jù)。 二手資料包括行業(yè)期刊，科學(xué)期刊以及咨詢報告，主要用于辨別行業(yè)中活躍的公司和它們所推出的產(chǎn)品，從而形成行業(yè)技術(shù)發(fā)展史的一個初步概況。 與產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊中至少一位成員建立直接聯(lián)系，并進(jìn)行訪談，通過這種方式收集每一種產(chǎn)品開發(fā)項目的數(shù)據(jù)。訪談共進(jìn)行了 14個月，從 1987年 3月到 1988年 5月。在這一過程中，我們共訪談了 100多人。 訪談對象盡可能包括每一個項目的高級設(shè)計工程師和每個企業(yè)的高級營銷主管。我們也采訪了 行業(yè)中其他觀察者和參與者，包括首席執(zhí)行官、高校中的科學(xué)家、熟練的設(shè)計工程師和服務(wù)經(jīng)理。在可能的 情況下，我們利用企業(yè)內(nèi)部資料對訪談進(jìn)行補(bǔ)充。多數(shù)訪談是半結(jié)構(gòu)化的，大約持續(xù)兩個小時。訪談對象需要描述他們所熟悉的產(chǎn)品開發(fā)項目的技術(shù)、商業(yè)和管理方面的歷史，以及這些產(chǎn)品在技術(shù)上和商業(yè)上的成功之處。 為了增強(qiáng)上述過程中所收集數(shù)據(jù)的有效性，我們將每種設(shè)備供應(yīng)商產(chǎn)品開發(fā)的簡要?dú)v史分發(fā)給所有訪談對象和那些了解公司歷史的人，并在補(bǔ)充性訪談中通過電話來討論所記述內(nèi)容的準(zhǔn)確性。同樣，我們在構(gòu)建產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展史時采取了同樣的驗證程序。其中，利用訪談數(shù)據(jù)、出版的產(chǎn)品文獻(xiàn)和科學(xué)報道構(gòu)建技術(shù)的發(fā)展史。這些歷史資料被分發(fā)給熟悉產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展史的關(guān)鍵人物，他們可以恰當(dāng)?shù)匦薷牟牧稀? 我們選擇半導(dǎo)體照相平版印刷校準(zhǔn)器產(chǎn)業(yè)作為研究對象有兩個原因。 第一，它與我們最初形成理論框架的產(chǎn)業(yè)不同，行業(yè)中企業(yè)的規(guī)模更小，技術(shù)創(chuàng)新的速度更快。 第二，它提供了一些架構(gòu)性創(chuàng)新如何影響在位企業(yè)競爭地位的例子。照片平板印刷器產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了四次架構(gòu)性創(chuàng)新，每次的結(jié)果都是新的行業(yè)進(jìn)入者奪得了行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。為了便于討論架構(gòu)性創(chuàng)新，我們將對照相平版印刷產(chǎn)業(yè)做一個簡要的描述。 照相平版印刷技術(shù) 照相平版印刷校準(zhǔn)器用于制造固態(tài)半導(dǎo)體設(shè)備。半導(dǎo)體的生產(chǎn)需要將微小而復(fù)雜的圖案轉(zhuǎn)換到 半導(dǎo)體材料上，如硅的晶片 (wafer)表面，這種轉(zhuǎn)換過程被稱為平版印刷（ lithography）。晶片的表面涂上一層感光化學(xué)材料或稱 “抗蝕涂層 ”（ resist）。將需要轉(zhuǎn)移到晶體表面的圖案繪制在遮光板（ mask）之上，遮光板阻擋了投射到抗蝕涂層上的光線。結(jié)果，在涂層上只有被遮光板空出的部位得到曝光。光線與空出的涂層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，未反應(yīng)的涂層則被清除。剩下的圖案可以作為向晶片表面沉積材料或蝕刻晶片表面材料的基底。在生產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備的過程中，這一過程可能重復(fù)多達(dá) 20 次，每一次都需要精確定位，也就是要與前一層涂層精確的重疊相對 (Watts and Einspruch, 1987)。圖 2對這一復(fù)雜過程做了簡要說明。 照相平板印刷校準(zhǔn)器被用于遮光板與晶片的定位，在曝光過程中固定兩者的位置。圖 3展示了第一代校準(zhǔn)器 ——接觸式（ contact）校準(zhǔn)器的基本原理。校準(zhǔn)技術(shù)的改進(jìn)主要體現(xiàn)在最小特征尺寸 ——晶片表面產(chǎn)生最小圖案的尺寸，成功率（ yield） ——成功處理晶片的百分比，以及產(chǎn)量（ throughput） ——給定時間內(nèi)校準(zhǔn)器所處理晶片的數(shù)量。 接觸式校準(zhǔn)器是首次被商業(yè)化的平版印刷校準(zhǔn)器。它們利用遮光板的投影將遮光板上的圖案轉(zhuǎn)變 到晶片表面。遮光板與晶片之間是相互接觸的，光線通過遮光板上的空隙照射到晶片表面。接觸式校準(zhǔn)器使用起來簡單、快捷，但是遮光板與晶片的直接接觸會損傷遮光板或污染晶片。為了解決這一問題， 1973年市場上推出了第一代接近式（ proximity）校準(zhǔn)器。 光 線遮 光 板抗 蝕 涂 層晶 片步 驟1 . 曝 光 抗 蝕 涂 層 3 . 沉 積 材 料抗 蝕 涂 層晶 片晶 片 上 形成 的 圖 案4 . 清 除 剩 余 涂 層2 . 移 除 未 曝 光 涂 層晶 片抗 蝕 涂 層 A晶 片遮 光 板校 準(zhǔn) 系 統(tǒng)平 臺機(jī) 械 系 統(tǒng)C控 制 系 統(tǒng)光 源 圖 2 照相平版印刷過程示意圖 圖 3 接觸式校準(zhǔn)器示意圖 A晶 片遮 光 板校 準(zhǔn) 系 統(tǒng)平 臺機(jī) 械 系 統(tǒng)（ 包 括 間 距 設(shè) 置 裝 置 ）C控 制 系 統(tǒng)光 源 如圖 4所示，在接近式校準(zhǔn)器中，遮光板與晶片表面之間保持一個非常 小的距離。遮光板與晶片的分離意味著在曝光過程中兩者都不太會受到損傷，但是由于遮光板與晶片之間是相互分離的，通過遮光板的光線在到達(dá)抗蝕涂層前會發(fā)生散射，得到的陰影便不如接觸式校準(zhǔn)器中的陰影清晰。因此，轉(zhuǎn)而使用接近式校準(zhǔn)器的用戶則需要在損失最小特征尺寸與提高成功率之間做出權(quán)衡。 光學(xué)照相平版印刷技術(shù)的核心設(shè)計概念，包括使用可見光光源將遮光板的圖案轉(zhuǎn)換到晶片上，使用透鏡或其他裝置將遮光板的圖像聚焦在晶片表面，一個使用可見光的校準(zhǔn)系統(tǒng)，一個用于固定遮光板與晶片位置的機(jī)械系統(tǒng)。該項技術(shù)自首次開發(fā)之后一直都未發(fā)生變化，但是校準(zhǔn)器的性能卻有了非常巨大的改進(jìn)。第一代校準(zhǔn)器的最小特征尺寸約為 15到 20微米，現(xiàn)在一般都已低于半微米。 其它使用完全不同核心設(shè)計的突破性設(shè)計，雖然已經(jīng)在實驗室中被開發(fā)出來，但并未進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)中。例如已經(jīng)開發(fā)出使用 X 射線和離子光線作為光源的校準(zhǔn)器，以及可以直接刻寫的電子束校準(zhǔn)器，它可以用聚焦的電子束直接在晶片上刻寫 (Chang et al., 1977, Brown, Venkatesan, and Wagner, 1981。 Burggraaf, 1983)。這些技術(shù)顯然是一些突破性的創(chuàng)新。在光源上 它們不但使用完全不同的核心概念，而且使用完全不同的遮光、校準(zhǔn)和透鏡技術(shù)。 不斷的漸進(jìn)性創(chuàng)新是光學(xué)照相平版印刷技術(shù)持續(xù)成功的關(guān)鍵。每一部件的技術(shù)都實現(xiàn)了巨大進(jìn)步?，F(xiàn)在的光源更加強(qiáng)大和均勻，校準(zhǔn)系統(tǒng)也更加準(zhǔn)確。該項技術(shù)經(jīng)歷了四次架構(gòu)性創(chuàng)新的浪潮，從接觸式校準(zhǔn)器到接近式校準(zhǔn)器，到掃描投影 (scanning projection)校準(zhǔn)器，再到第一代和第二代的 “步進(jìn)機(jī) ”（ steppers）。表 1總結(jié)了每一代設(shè)備在技術(shù)上的變化。每一次改進(jìn)，光學(xué)照相平版印刷的核心技術(shù)均未發(fā)生大的變動，前一代所積累的技術(shù)知識多數(shù)可以轉(zhuǎn)移到下一代。但是，在每一次變革中，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者都未能完成轉(zhuǎn)變。 表 1 照相平版印刷校準(zhǔn)技術(shù)中架構(gòu)性創(chuàng)新的簡介 主 要 變 化 設(shè)備 技術(shù) 部件間的關(guān)鍵連接 接近式校準(zhǔn)器 曝光時遮光板與晶片相分離 間距的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性取決于間距設(shè)置裝置（ gapsetting mechanism） 與其他部件的關(guān)聯(lián) 掃描投影校準(zhǔn)器 通過掃描反射光將遮光板的圖案投射到晶片上 良好的性能取決于透鏡與其他部件的互動關(guān)系 圖 4 接近式校準(zhǔn)器示意圖 第一代步進(jìn)機(jī) 遮光板 上的圖案通過反射透鏡放射到晶片上，圖案在晶片上逐步成像 透鏡視角的尺寸與光源能量的關(guān)系是產(chǎn)量的決定因素。聚焦的深度變得非常重要，它主要受光源的波長和透鏡口徑之間關(guān)系所影響。平臺與校準(zhǔn)系統(tǒng)的互動關(guān)系也非常關(guān)鍵 第二代步進(jìn)機(jī) 引入點對點（ “site by site”）校準(zhǔn)器，更大的 5倍透鏡 產(chǎn)量主要受校準(zhǔn)（ calibration）和步進(jìn)機(jī)穩(wěn)定性的影響， 透鏡和機(jī)械系統(tǒng)間關(guān)系成為控制變形的關(guān)鍵 資料來源：實地訪談，公司內(nèi)部資料（ Henderson, 1988） 表 2列出了從 1962到 1986年，每一代設(shè)備 中領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)消除通貨膨脹率的累計銷售額比例。 1965 年， Kulicke 和 Soffa 兩家公司推出了第一個成功商業(yè)化的校準(zhǔn)器。他們?nèi)〉昧司薮蟪晒?，在這一非常小的市場中占據(jù)了近百分之百的份額長達(dá)九年之久，但是在 1974 年Cobilt和 Kasper公司取代了他們成為了行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。 1974年， PerkinElmer公司推出了掃描投影校準(zhǔn)器，并很快成為該行業(yè)最大的企業(yè)。隨后，推出步進(jìn)機(jī)的 GCA 公司取代了PerkinElmer公司的領(lǐng)導(dǎo)地位，然而 GCA公司又被推出第二代步進(jìn)機(jī)的尼康（ Nikon）公司所替代。 表 2 每一代光學(xué)照相平版印刷校準(zhǔn)器領(lǐng)先設(shè)備商的市場份額 *（ %）： 19621986 校準(zhǔn)器 企業(yè) 接觸式 接近式 掃描式 步進(jìn)（ step）和重復(fù)式（ 1） 步進(jìn)和重復(fù)式（ 2） Cobilt 44 1 Kasper 17 8 7 Canon 67 21 9 PerkinElmer 78 10 1 GCA 55 12 Nikon 70 Total 61 75 99+ 81 82+ *所有這些產(chǎn)品都一直在銷售，這會使上述測算發(fā)生扭曲。對于第二代步進(jìn)和重復(fù)式校 準(zhǔn)器這一問題會更加嚴(yán)重。因為，在 1986 年，這一產(chǎn)品依然處于生命周期的早期。 資料來源：企業(yè)內(nèi)部資料， Dataquest， VLSI research Inc 在幾乎每一次變革中，在位企業(yè)都投入了巨資研究下一代產(chǎn)品，但僅產(chǎn)生了非常小的進(jìn)步。通過我們對行業(yè)發(fā)展史的分析表明，對前一代產(chǎn)品經(jīng)驗形成的架構(gòu)知識的依賴使得在位企業(yè)很難看清新技術(shù)的關(guān)鍵之處。他們因此低估了新技術(shù)的潛力，或者生產(chǎn)出明顯不如新進(jìn)入者所推出的產(chǎn)品。 Kasper Saga公司 Kasper 公司和它對佳能推出接近式校準(zhǔn)器的反應(yīng)，說明了在位企 業(yè)所遇到的問題。Kasper 儀器公司組建于 1968 年，到了 1973 年它已經(jīng)是一家小型的、具有良好盈利性的企業(yè)，占有了接觸式校準(zhǔn)器市場幾乎一半的市場份額。 1973 年， Kasper 公司首次推出了具有接近式功能的接觸式校準(zhǔn)器。自 1974年起，盡管公司售出的近半數(shù)校準(zhǔn)器具有接近式功能，但是公司的校準(zhǔn)器卻很少在接近式功能的模式下使用。結(jié)果，公司銷售額持續(xù)大幅下降，直到公司于 1981 年離開這一行業(yè)。到了 20 世紀(jì) 70 年代后期，佳能公司接近式校準(zhǔn)器的推出才促使接近式校準(zhǔn)器得到廣泛地使用。 接近式校準(zhǔn)器很明顯并不是一種突破性 的進(jìn)步。概念上的變化非常小，多數(shù)接近式校準(zhǔn)器同樣可以當(dāng)作接觸式來使用?？墒?，在接近式校準(zhǔn)器中，一系列不同的部件間關(guān)系是產(chǎn)品性能成功的關(guān)鍵。尤其，在接近式校準(zhǔn)器中，間距設(shè)置裝置與其他部件之間的關(guān)系是截然不同的。 就接觸式和接近式校準(zhǔn)器而言，若要保證晶片上形成的最終圖像質(zhì)量良好的話，曝光過程中遮光板與晶片表面的距離必須保持相互平行。這在接觸式校準(zhǔn)器中是比較容易實現(xiàn)的，因為在曝光過程中遮光板與晶片是直接接觸的。在校準(zhǔn)過程中，間距設(shè)置裝置只是將遮光板與晶片分離，它的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性對校準(zhǔn)器的性能影響很小?？墒?，在接近 式校準(zhǔn)器中，間距設(shè)置裝置的準(zhǔn)確性和精密度則是產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。遮光板與晶片之間的間隔必須準(zhǔn)確并保持一致，校準(zhǔn)器才能表現(xiàn)好。因此，間距設(shè)置裝置必須通過推算定位技術(shù)（ dead reckoning）準(zhǔn)確地將遮光板放置在晶片上方的正確位置，以確保遮光板與晶片保持完全平行。所以，間距設(shè)置裝置的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性不僅取決于自身的設(shè)計，也取決于它同其他部件集成在一起的方式。間距設(shè)置裝置同其他部件的關(guān)系必須改變，校準(zhǔn)器的性能才能得到改善。因此，接近式校準(zhǔn)器的成功設(shè)計不僅需要獲得一些新的部件知識 ——如何制造更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定的間距設(shè)置 裝置，也需要獲得新的架構(gòu)知識。 Kasper 公司在市場中具有很高的地位并擁有照相平版印刷技術(shù)的豐富經(jīng)驗，在這種情況下，公司對接近式校準(zhǔn)器技術(shù)挑戰(zhàn)的誤解讓人十分費(fèi)解。在