开放科学(资源服务)标识码(OSID)：
At present, the research on chip manufacturing technology and complex technology innovation mainly focuses on industrial development efficiency optimization, enterprise innovation strategy formulation, innovation performance evaluation and innovation network analysis. The research on innovation mechanism is limited, and the analysis of micro mechanism is relatively scarce. In order to realize the breakthrough of chip manufacturing technology innovation, we need to pay attention to government policies, organizational strategies and other factors from the macro level, as well as clarify the internal law of technology development from the micro level.From the perspective of structural change of technology system, this paper constructs a theoretical interpretative framework of integrated innovation mechanism of chip manufacturing technology based on the principle of structural reengineering, and empirically analyzes the theoretical framework by taking the patent data of chip lithography process as an example. The results are as follows. (1) system structure reengineering is an effective way to realize technology integration innovation. Under the guidance of technology market demand, we should adjust or reconstruct the linear or nonlinear integration rules between technical elements in the chip manufacturing technology system, make the relationship between various parts of the system more coordinated and effectively promote the innovation of the original technology system, and form a new chip manufacturing technology system with high yield, high integration and low energy consumption. (2) The reasons for the structural changes of chip manufacturing technology system can be summarized as the variety, the relationship and the proportion changes of technology elements. (3) According to the change degree of system structure, structural reengineering can be divided into two types: structural adjustment and structural reorganization.
The research conclusions are conducive to deepening the understanding of chip manufacturing technology innovation principles for the relevant enterprises and technical personnel, and of reference significance for the innovation practice of complex technology system. The corresponding innovation management suggestions to the government, enterprises and technicians are listed below.
The government should formulate corresponding incentive policies to encourage the research on basic innovation principles in major and complex technology fields of chip manufacturing, build corresponding national innovation platforms, focus on the research on basic principles of core technology, and integrate resources in different social fields.
Enterprises should formulate reasonable talent introduction policies, actively build a technology innovation team integrating talents from multiple fields, create an open and cooperative corporate culture, actively establish connections with the outside world, establish an effective communication mechanism, improve the communication efficiency of internal and external personnel across organizations, teams and projects, maximize the integration of internal and external explicit knowledge and tacit knowledge to gear up for enterprises' resource integration ability.
Technicians should cultivate their own integrated innovation thinking on the basis of in-depth understanding of the complex technological innovation principles of chip manufacturing, and update the technical constituent elements from the perspective of system structure reengineering, improve the correlation between technical elements or change the proportion of technical constituent elements in the practice of technological innovation, adjust or restructure the original technical system structure, so as to provide more possibilities for core technology breakthroughs.
开放科学(资源服务)标识码(OSID)：
芯片是国家战略性、基础性高新技术产业，芯片产品涉及人们生活的方方面面。在智能汽车、物联网、人工智能、5G等技术发展的助推下，我国芯片需求市场呈现逆周期性高速增长趋势，中国已成为全球最大的IC需求市场，但产品仍主要依赖进口。国家统计局数据显示，我国2020年芯片进口额高达3 800亿美元，同比增长25%，创历史新高。芯片制造技术具有高、精、尖等特征[1]，是世界各国争夺的技术战略高地。我国芯片制造技术起步较晚，近年来在国家政策的大力扶持下得到快速发展，但仍处于全球芯片产业链低附加值位置，高端产品核心技术与发达国家相比仍存在较大差距，如PC、服务器芯片和光刻技术等。另外，随着中国经济的迅速崛起，美国已将中国列为首要遏制对象，中美贸易摩擦持续升级，致使芯片制造技术成为我国半导体产业发展的“卡脖子”技术。在外部限制加强、全球疫情冲击背景下，掌握芯片核心制造能力成为中国占领核心技术制高点、打造独立自主芯片制造产业化能力的关键。芯片核心制造能力影响因素诸多，只有掌握芯片制造核心技术基本创新原理和方法，才能基于我国国情探索出一条特色创新发展之路。
由重大复杂技术创新实践可知，集成是芯片制造技术基本创新模式之一。重大复杂技术具有系统性、网络性和不可分割性特征[2-3]。根据系统性特征，可将芯片制造技术分解为一个三层级系统技术体系，其中高级模块由六大工艺组成，分别为清洗工艺、热处理工艺、掺杂工艺、薄膜工艺、光刻工艺和平坦化工艺，每个高级模块又被分解为次级技术模块。相关理论表明，技术集成创新是基于集成思想，将内外部技术资源进行重新甄选、联结和重构进而推动技术创新的动态循环过程[4-6]。当前，芯片制造技术和复杂技术创新研究主要集中于产业发展效率优化[7-8]、企业创新战略制定[9-10]、创新绩效评价[11-13]、创新网络分析[14-15]和基础性创新探索[16-18]等方面，对创新机理的研究较少。有些学者从组织层面梳理复杂技术创新机理。如程鹏等(2018)以中国科技大学量子系统相关控制技术为例，探讨重大技术项目创新机理；Lai等[19]以芯片制造企业为研究对象，解析该技术探索式创新机理；Roehrich等[20]运用半结构化访谈方法归纳复杂技术创新网络中组织成员向集成团队转变的过程。总之，已有文献对芯片制造技术集成创新机理的研究较少，对相应微观机理的解析比较匮乏。
芯片制造技术创新突破不仅需要从宏观层面关注政府政策、组织战略等因素，也需要从微观层面厘清技术发展内在规律。因此，本研究以技术系统结构变化为切入点，基于结构再造原理构建芯片制造技术集成创新微观机理解释框架，以芯片光刻工艺子系统专利数据为例进行实证研究，从系统结构再造视角揭示芯片制造复杂技术集成创新规律，可为芯片制造技术创新提供一种突破路径，对一般技术创新实践和企业层面创新管理具有重要借鉴意义。
集成创新基于集成思想，根据产品开发目的进行一系列新技术选择、调查和评估活动，具有复杂性和多面性特征[21-22]，其目的不是在现有技术库中选择一个或两个市场中广泛使用的技术，而是集成多种技术到一个与企业环境相匹配的复杂新产品系统中。集成创新并非企业传统研发活动，而是在公司现有能力以外开展技术改进活动，其在新颖性探索与复杂产品开发之间搭建了“桥梁”[23]。Ferrari等[24]认为，新技术开发本身就是对企业内部知识和技术资源进行有效集成的过程。
图1为Iansiti[22]基于集成思想构建的新技术开发流程。其中，在探索/研究阶段，企业根据技术市场要求，在系统预测、技术规划和研究数据的基础上进行基础性研究和探索，一般发生在企业或大学、研究机构实验室，由各不同学科领域并行研究，为技术集成提供元素级资源供给。技术集成介于基础研究与产品开发之间，在企业现有技术、资源基础上加入新技术元素，对产品概念进行系统设计，进而形成新产品概念和技术规范体系。在产品开发阶段，根据技术集成阶段制定的技术规范章程进一步开工实施。
国内研究未对技术集成与技术整合作严格区分。魏江等[6]在Iansiti技术集成理论的基础上，结合当前国内技术发展环境，对技术集成作出进一步界定，认为技术集成是指基于特定外部市场环境，为实现企业产品创新和工艺创新，对企业内外部各类技术资源进行甄选、转移和重构的动态循环过程。借鉴这一思路，本文将技术集成创新定义为基于集成思想，对企业内外部技术资源进行重新甄选、联结和重构进而推动技术创新的动态循环过程。
结构再造即技术系统结构的重新构造，如结构优化、结构重组等。重组思维是指思维主体对原有事物的部分或整体进行修改，对应要素重组和系统结构重组[25]。要素重组是指将多个独立的可创新要素按照实践需要和一定规律在系统内部重组，以获取具有统一整体和协调功能的新技术、新工艺或新产品[26]。
同理，技术系统内部各要素按照一定规则形成不同于其它系统、具有特殊功能的特定结构。重组是创新的基本特征之一，技术系统结构优化重组会带来技术产品物理、化学性质的改进。徐文鹏[27]通过优化相应技术结构，在外观不变情况下消除3D模型缺陷，使其具有更好的变形性和稳定性，减少了打印材料，缩短了打印时间；郭杰等[28]在不改变技术元素种类情况下，对电池充电技术串并联结构进行重新构造，提升了电池充电速度和均衡效果；Rani 等[29]通过调整蛋白质内部结构，改变了相应外部功能；Wang等[30]通过控制外界物理条件重组聚乙烯内部构成结构，研发出具有不同使用功能的材料。因此，结构再造原理是指通过改变技术系统结构，使技术系统各部分之间的关系更加协调、合理，相互之间的配合更加高效，进而改进和完善原技术系统功能的过程。
图1 技术集成创新流程
Fig.1 Technology integration innovation process
本文将基于系统结构再造的集成创新机理内涵归纳为：在技术资源集成过程中，调整或重构芯片制造技术系统中技术元素之间的线性或非线性集成规则，使系统各部分间的关系更加协调、相互配合更加高效，从而推动原技术系统向具有高良品率、高集成能力和低能耗的芯片制造新技术系统转变。如图2所示，根据芯片制造技术结构层次特征，将其分解为一个三层级系统体系。其中，芯片制造技术由若干高级模块组成，每个高级模块都由各自的子模块构成，子模块又由元技术群体构成。本文将人类在不同时期创造出来的可以构成任意领域专业技术的基本技术称之为元技术。
芯片制造技术系统结构变化原因包括技术元素变化、技术元素间关联关系变化和技术元素比重变化3种。具体而言，元素种类变化指技术系统中各层级技术元素新增或淘汰，关联关系变化指技术元素之间非线性关系变化。图2中虚线方框表示技术元素间新增的非线性关系，实线方框表示技术元素间消失的非线性关系。技术元素比重变化对应该技术系统物理性结构变化，图中虚线更新标记表示该技术元素在系统中所占比重上升，实线更新标记表示该技术元素比重下降。
以芯片制造技术子模块为例，设z为元技术，w为元技术在某一子模块系统中所占的比重，r为子模块系统中元技术间的关联关系，F为功能函数。其中，zn表示子模块中第n种元技术，wn为第n种元技术所占比重，r1n表示第一种元技术和第n种元技术的关联关系。将由n种元技术交互集成的子模块功能表示为t，其是z、r和w共同作用的函数，如式(1)所示。同理，将由m个子模块Z、子模块间关联关系R和子模块比重W相互作用组成的芯片制造技术系统功能表示为T，如式(2)所示。
t=F(z,w,r)
(1)
T=F(Z,W,R)
(2)
如图2所示，3种因素带来的技术系统结构变化程度不同。其中，技术元素比重变化或技术元素关联关系变化带来技术系统或技术子模块局部结构变化，属于小幅度技术系统结构再造；技术元素更新变化同时导致技术元素比重变化和技术元素间关联关系变化，对应芯片制造技术系统或技术子模块整体结构变动，属于大幅度技术系统结构再造。所以，根据结构变化程度不同，将技术系统结构再造分为结构调整和结构重组两种。
图2 基于系统结构再造原理的芯片制造技术集成创新机理
Fig.2 Integrated innovation mechanism of chip manufacturing technology based on system structure reengineering
基于结构调整的集成创新是指在芯片制造原集成系统的基础上，技术元素间联结关系或技术元素比重中一种或两种因素同时变化，对应技术系统结构局部调整，促使系统各组成部分之间的关系更协调、配合更高效，能够降低单位能耗，推动适应市场需求的芯片制造技术新系统诞生。技术系统结构调整集成创新往往对应着技术渐进式创新和微创新，技术系统结构调整存在3种情况：第一,当其它因素不变时，技术元素比重发生变化。第二，当其它因素不变时，技术元素间关联关系发生变化。第三，当技术元素种类不变时，元素间关联关系和元素比重同时变化。
以第一种情况为例，对于技术子模块而言，当其它因素不变时，改变原子模块内部技术元素比重，对应原技术模块结构局部调整，从而推动该模块功能创新，调整后的模块结构更适应技术发展需求，原模块功能t升级至t'，如公式(3)所示。当其它对应因素不变时，技术元素间关联关系由r变为r'、技术元素比重w和关联关系r同时变化与上述情况类似。
同理，对于技术系统而言，当其它因素不变时，芯片制造技术系统子模块比重发生改变，对应技术系统结构局部调整，系统内部各子模块之间的协同更加高效，从而推动整个技术系统功能创新，系统功能由T变为T'，如公式(4)所示。
t'=F(z,w',r)
(3)
T'=F(Z,W',R)
(4)
基于结构重组的集成创新是指在技术市场需求引导下，更新原技术系统中的技术元素种类，同时会引起元素间联结关系和元素比重变化，对应系统结构的大幅度变动，促使系统内各部分重新组合，相互之间的配合更加高效、关系更加协调，从而推动适应市场需求的芯片制造新技术系统诞生。结构重组集成创新往往对应着技术突破式创新和颠覆式创新。对于技术子模块而言，随着技术发展需求的不断提升，更新技术子模块原系统中技术元素种类z、技术元素间关联关系r和技术元素比重w随之发生变动，对应该模块技术元素重新交互集成，推动功能更强大的子模块系统诞生，模块功能由t变为t'，如公式(5)所示。
t''=F(z'',w'',r'')
(5)
同理，对于技术系统而言，技术系统功能是技术子模块、子模块间关联关系和子模块所占比重三者的函数。当技术子模块种类发生变化时，会同时引起技术模块间关联关系R和技术模块比重W发生变动，技术系统中各子模块重新组合，促使各子模块的关系更加协调、合理，相互之间配合更加高效，进而推动芯片制造技术系统功能由T升级至T'，如公式(6)所示。
T''=F(Z'',W'',R'')
(6)
光刻是芯片制造领域的核心工艺，从最简单的硅集成电路到如今5nm制程的特大规模集成电路芯片，光刻工艺在芯片制造技术演进过程中发挥着重要作用。本文以光刻工艺结构调整为例，从专利视角解析基于结构再造原理的芯片制造技术集成创新机理。
本文所用专利数据(2011-2020年)来自德温特创新索引数据库(DII)。鉴于芯片光刻工艺技术系统的复杂性，根据某几类IPC国际专利分类号检索难免出现纰漏，故本文参阅芯片光刻技术相关资料[31-32]，通过专家访谈建立对应的关键词检索式，同时以IPC国际专利分类号检索作为补充，如表1所示。根据表1检索式下载专利数据并对数据进行清洗、字段分割、去重并删除专利权人为个人的数据，最终得到光刻工艺专利数据27 118条。
表1 芯片光刻工艺专利检索式
Tab.1 Patent search scheme for chip lithography technology
技术关键词IPC((IC OR "Integrated Circuit" OR Semiconductor) AND (photolithography ORimaging OR Lithograph* OR reslet process* OR (Xray AND Lithograph* ) OR XRLOR FIB OR "Focused Ion Beam" OR Focused-ion-beam OR Lithograph* OR FIBL OREUV OR "Extreme Ultraviolet Lithography" OR Extreme-ultraviolet-lithographyOR EUVL OR NIL OR "Nanoimprint Lithography" OR Nanoimprint-lithographyOR EPL OR "Electron Projection Lithograph*" OR Electron-projection-lithograph* ))G03F7/G03F/;G03B/;H04N3/H04N-005/;B23K26/362H01L21/027H01L21/312H01L21/47
首先，构建芯片光刻工艺2011-2015年和2016-2020年两阶段技术网络系统；其次，根据网络节点重要性分析芯片光刻工艺技术网络系统结构；最后，通过网络系统中技术元素比重变化情况解析芯片光刻工艺集成创新机理。
3.2.1 技术网络系统构建法
技术网络系统构建是指从专利原始数据到绘制出技术网络系统的过程，通过以下3步实现：
(1)聚类。将上述光刻工艺领域专利数据聚类，得到具有不同研究主题的技术子模块，并对归属于不同子模块的专利数据作相应标记。本文采用经典K-Means算法进行聚类，结合TF-IDF(词频-逆向文本频率)法对文本矩阵赋予权重。
TF-IDF=TF*IDF
(7)
其中，词频(TF)表示词条在某专利文档中出现的频率，nij指某一词条在文件dj中出现的次数，分母表示文件dj中所有词条出现的次数之和。
(8)
在式(8)中，逆向文本频率(IDF)用以对某一词条在全局文档中的重要性进行度量。其中，|D|表示语料库中的文件总数，分母表示包含词条ti的文件数目。为避免分母为0，所以此处加1处理。
(2)专利国际分类号(IPC)和技术领域映射。首先，选取某一技术子模块专利数据为研究对象，截取专利数据库中IP字段(国际分类号)前3位，与专利国际技术分类体系中的技术领域相映射，得到对应专利技术领域字段，即元技术群体。
(3)光刻工艺系统网络构建。从技术子模块专利数据库中提取技术领域字段，构建不同模块技术元素共现矩阵，将共现矩阵去权重、去频次、去方向，得到技术元素间的关系矩阵。运用社会网络分析软件Pajek(1.0)，将上述各子模块关系矩阵网络化，得到芯片光刻工艺网络系统。
3.2.2 网络结构分析法
网络节点位置决定技术系统整体功能重要性，本文从点度中心性、接近中心性和中介中心性3个方面进行分析，最终以三者的综合指标反映某一技术元素的节点重要性。
(1)点度中心性。某一元技术点度中心性表示该技术与其它所有技术节点连接的紧密程度，直接组合技术节点越多，表明该技术节点点度中心性值越高[33]，该元技术组合越广。对于一个拥有n个元技术的芯片制造元技术网络而言，第i个元技术度中心性计算公式如下：
(9)
其中，xij表示节点i与节点j之间的组合连线。
(2)接近中心性。接近中心性指某一元技术到其它技术节点的距离，距离越小，说明该技术与其它技术节点的组合越紧密[34]，该元技术组合程度越深。对于一个拥有n个元技术的芯片制造元技术网络而言，第i个元技术的接近中心性计算公式如下：
(10)
其中，d(Ni,Nj)指节点i与节点j之间的测地距离。
(3)中介中心度。中介中心性指某一技术节点调节和控制其它技术节点组合的程度，是影响技术交流和组合方式的重要指标，某一元技术的中介中心性越高，说明该节点在技术组合中的“桥梁”或“纽带”作用越强[35]。对于一个拥有n个元技术的芯片制造元技术网络而言，第i个元技术的接近中心度计算公式如下：
(11)
其中，gjk表示节点j与节点k间测地距的路径数量，gjk(Ni)代表j和k之间经过节点i的路径条数。
将上述3个指标标准化，运用加权平均法计算每个技术元素的综合性结构指标,得到第i个元技术在光刻工艺技术网络系统中的重要性指标Ii。
(12)
3.2.3 系统结构调整分析法
对比两个时间阶段芯片光刻工艺网络系统，以技术元素比重变化解析技术系统结构调整集成创新机理。第一，以不同时间段某一子模块对应元技术的比重变化描绘子模块系统内部结构调整；第二，以不同时间段技术网络系统中子模块专利数量比重变化描绘技术系统整体集成结构调整；第三，将两者结合描绘整个芯片光刻工艺技术系统集成结构调整。
(13)
其中，Pi表示第i个子模块在芯片光刻工艺系统中出现的频次(篇幅所限，不再详细列示)。
3.3.1 芯片光刻工艺网络系统
基于专利数据国际分类号字段，运用社会网络分析法构建芯片光刻工艺网络系统，并聚类得到芯片光刻工艺技术子模块次级网络系统。如图3所示，芯片光刻工艺由3层级体系网络系统构成，次级技术系统由曝光显影、光刻胶和刻蚀3个技术子模块组成，每个技术子模块又由对应的元技术网络构成。3个子模块技术系统网络存在交叉重叠的元技术类型共43种，同时每个子模块又拥有各自独特的元技术种类。曝光显影模块元技术网络共包含84种元技术，其中金属冲压技术、切割技术和测时技术等是该模块特有的元技术类型；刻蚀模块共包含57种元技术，其中道路铁路及桥梁技术、切割技术等为该模块特有的元技术类型；光刻胶模块共包含70种元技术，其中一般发动机技术、钻进技术和组合生长技术是该模块所特有的元技术类型。总体而言，曝光显影子模块包含的元技术种类最多，光刻胶子模块次之，刻蚀模块系统涉及的元技术种类最少。
图3 芯片光刻工艺网络系统
Fig.3 Network system of chip lithography technology
就模块子系统网络密度而言，曝光显影子模块和光刻胶子模块网络密度均为0.28，刻蚀子模块网络密度较大，为0.37，表明刻蚀子模块网络系统中元技术关联关系较曝光显影和光刻胶子模块更紧密。
3.3.2 芯片光刻工艺网络系统结构解析
(1)指标解析。上述点度中心性、接近中心性和中介中心性三者构成综合指标I，用来衡量元技术在子模块技术网络系统中的重要性。本文根据重要性指标将元技术分为3个群体，分别为核心元技术(I>1)、基本元技术(0<I<1)和辅助元技术(I<0)。2016-2020年刻蚀子模块网络系统综合指标测度结果如表2所示。从中可见，刻蚀子模块核心元技术包括5种，分别为基本电器元件、表面处理技术、电记录术、微观结构技术和测量测试，从集成广度、集成深度和桥梁作用3个方面综合考虑，此5项元技术在刻蚀子模块系统网络中居于核心位置，占比84.30%；清洁技术、其它电技术、纳米技术等为基本元技术，占比11.78%；塑料加工技术等为辅助元技术，占比3.92%。受篇幅所限，光刻工艺系统其它子模块元技术结构性指标值不一一列示。
表2 刻蚀子模块元技术结构指标
Tab.2 Element Technical structure index of etching submodule element
综合排序综合指标值比重(%)类别(%)基本电气元件4.0573.05核心元技术(84.30)表面处理技术2.174.58电记录术1.714.00微观结构技术1.311.37测量测试1.221.31清洁技术0.990.51基本元技术(11.78)其它电技术0.952.66纳米技术0.770.87无机化学技术0.750.44染料涂料抛光剂技术0.732.21机床加工技术0.630.84玻璃或矿棉渣棉技术0.570.50一般物理化学方法或装置0.470.53电解电泳技术0.390.41晶体生长技术0.380.75光学技术0.291.20计算术0.120.56工程原件技术0.030.15喷射或雾化技术0.010.17塑料加工技术-0.050.21辅助元技术(3.92)其它元技术——————
(2)芯片光刻工艺2016-2020年网络系统结构。根据元技术网络结构特征构建光刻工艺集成网络系统，得到如图4所示的具有同心圆结构的技术集成网络系统结构。其中，每个子模块网络系统都由3个相互关联的同心圆组成，最中心圆弧为核心元技术，中间圆弧为基本元技术，外围圆弧为辅助元技术。从中可见，芯片光刻工艺体系由曝光显影、刻蚀和光刻胶3个技术子模块组成，三者在芯片光刻工艺系统中所占比重分别为45.5%、39.6%和14.9%。第一，曝光显影子模块核心元技术占比85.3%，包括基本电气元件、电通信技术、点记录术、测量测试、计算术、光学技术和卫生学技术；基本技术占比12.1%，包括显示技术、其它电技术及基本电子电路技术；辅助技术占比2.6%，包括信息存储技术、晶体生长技术、层状产品技术和制冷制热技术。第二，刻蚀子模块核心元技术占比84.3%，包括有基本电气元件、表面处理技术和电记录术；基本技术占比12.3%，包括其它电技术、燃料涂料抛光剂技术和微观结构技术等；辅助技术占比3.4%，包括有机化学技术、抛光技术和有机高分子化合物技术等。第三，光刻胶子模块核心元技术占比69.2%，包括基本电器元件、电记录术、有机高分子化合物技术、燃料涂料抛光剂技术和测量测试技术；基本技术占比27.2%，包括其它电技术、光学技术和纳米技术等；辅助技术占比3.6%，包括生物化学或遗传工程技术、显示技术和照明技术等。
3.3.3 芯片光刻工艺集成创新
为避免技术元素种类变化和技术元素间关联关系变化带来的干扰，本文以芯片光刻工艺两阶段系统共存的技术元素群体为研究对象。对比芯片光刻工艺2011-2015年和2016-2020年两阶段网络系统，提取共同局部网络，计算相应技术元素比重变化，从技术系统和技术子模块两个层面解析芯片光刻工艺系统集成创新。芯片光刻工艺系统集成结构变化见图5，节点大小对应元技术变化幅度。
(1)子模块到技术系统结构调整。从技术系统层面看，在技术系统进化过程中，光刻工艺技术由三角形abc区域变为a’b’c’区域，系统整体结构得以调整。光刻工艺3个子模块相对比重发生变化，曝光显影模块从第一阶段的46.7%降至45.5%，同比下降2.6%；光刻胶模块由第一阶段的13.8%升至14.9%，同比增长8%；而刻蚀模块在两阶段中的比重无明显变化。
(2)元技术到子模块结构调整。在芯片光刻工艺原系统向功能更强大的新系统进化过程中，3个子模块元技术网络次级系统均发生较为复杂的结构变化。在曝光显影模块中，核心元技术整体同比下降0.6%，基本元技术整体同比增长2.5%，辅助元技术整体同比下降20.7%。具体而言，在核心元技术中，增长较为明显的是点记录术，增幅为14%；下降幅度较为显著的是卫生学技术、计算术，降幅分别为39%和18%。在基本元技术中，同比增长幅度较大的是核物理核工程、喷射或雾化技术、纳米技术，增幅分别为232%、76%和66%；减少幅度较大的是一般物理化学方法或装置及有机化学技术，降幅均在40%以上。辅助元技术中增长幅度较大的是一般热交换技术、绘图器具技术、一般门窗卷轴帘，同比增幅分别为232%、149%和149%；减少幅度较大的元技术是铁门窗等零件技术和运动娱乐活动，降幅均在70%以上。
在刻蚀模块中，核心元技术整体同比下降1.5%，基本元技术整体同比增长4.5%，辅助元技术整体同比增长21%。其中，核心元技术中变化较明显的是微观结构技术，同比增长16%，剩余同比变化幅度均在10%以下。基本元技术中增长较明显的是喷射和雾化技术，同比增长幅度均为166%；比重下降较明显的是一般物理化学方法或装置、染料涂料抛光剂技术、电解电泳技术，同比下降幅度分别为46%和40%。在辅助元技术群体中，增长幅度较大的是气体液体贮存分配技术、装饰技术和供热通风技术，同比增幅均在240%以上；减少幅度较大的是卫生学技术、冶金或合金处理和手动工具技术，同比下降幅度均在70%以上。
图4 光刻工艺系统网络系统结构
Fig.4 Network system structure of lithography technology system
图5 芯片光刻工艺系统结构调整
Fig.5 Structure adjustment of chip lithography technology system
在光刻胶子模块中，核心元技术比重增幅为2.1%，基本元技术同比下降2.8%，辅助元技术较上期增长8.8%。其中，核心元技术增长较明显的是基本电器元件，增幅为21%；比重下降较明显的是测量测试、卫生学技术，降幅分别为34%和32%。基本元技术中增幅较大的是印刷打字排版模印机技术、电解电泳技术、喷射或雾化技术，增幅分别为208%、121%和109%；减少幅度较大的是发电、变电和配电技术、计算术、废水污水处理，减少幅度分别为68%、52%和47%。在辅助元技术中，增长幅度较大的是装饰技术、晶体生长技术和信息存储技术，增幅皆是前一阶段的1.5倍以上；减少幅度较大的是附加制造技术、冶金或合金制造技术和家具设备技术，降幅均在70%以上。
综上所述，当技术元素种类和关联关系不变时，通过调整芯片光刻工艺原系统结构，能够产生结构更合理、更协调且各组成部分之间配合更高效的新技术系统，结构调整是技术系统创新的一种有效途径。
本研究以技术系统结构再造为切入点，构建芯片制造技术系统集成创新微观机理理论解释框架，以芯片光刻工艺专利数据为研究对象，得出以下结论：第一，系统结构再造是实现技术集成创新的一种有效途径。在技术资源集成过程中，调整或重构技术系统内部元素之间的线性或非线性集成规则，促使系统各部分更加协调、相互配合更加高效，从而推动原技术系统向更适应当前技术发展要求的新系统转变。第二，芯片制造技术系统结构变化原因包括技术元素种类变化、技术元素间关联关系变化和技术元素比重变化3种，3种因素均会引发不同程度的系统结构再造。第三，根据结构变化程度不同，可将结构再造分为结构调整和结构重组两种类型。
根据上述研究结论，本文提出如下实践启示：
(1)政府层面。一方面，政府应制定相应激励政策，鼓励芯片制造重大复杂技术领域基本创新原理研究，构建相应国家级创新平台，以核心技术基础原理研究为中心，集成不同社会领域资源，为基础性研究集成创新营造良好环境；另一方面，政府还应完善知识产权保护制度，加强对知识产权和创新成果的保护，保障社会各主体之间集成创新活动的顺利开展。
(2)企业层面。一方面，企业应重视技术创新原理研究，为研发人员深入理解创新原理提供有利条件；另一方面，企业应制定合理的人才引进政策，积极构建一个集多学科、多领域人才于一体的技术研发团队，打造开放、合作的企业文化，积极主动与外界建立连接，建立有效沟通机制，提高企业内外部人员跨组织、跨团队、跨项目交流效率，最大化集成企业内外部显性知识和隐性知识，提升企业自身资源集成能力。
(3)技术人员层面。一方面，研发人员应在深入理解芯片制造复杂技术创新原理的基础上培养自身集成创新思维，以系统结构再造为视角，在技术创新实践中更新技术组成元素、改进技术元素间关联关系或改变技术组成元素比重，调整或重组原技术系统结构，为核心技术突破提供更多可能；另一方面，研发人员还应提升自身对技术市场变化的敏感性，实时关注本领域技术发展情况和相关领域新技术内容，为芯片制造技术系统结构再造提供更多可供选择的技术元素。
芯片制造技术是关乎国家安全和经济可持续发展的关键核心技术，其创新管理是典型的系统工程，需要不同领域、不同学科的创新主体共同协作完成，不仅要重视微观技术层面的创新机理研究，同时也要加强学科、知识等层面的创新机理探索。未来可进一步关注如下议题：一是芯片制造技术跨学科交互创新机理研究，对比分析该领域的学科分布特征，探索不同学科之间的交互作用类型以及如何推动芯片制造技术功能改进；二是芯片制造技术知识融合创新机理，分析不同类型知识的非线性作用如何促进芯片制造技术创新，以及知识异质性、知识宽度等融合特征如何影响芯片制造技术的创新效果；三是探索芯片制造技术创新活动与复杂系统管理理论的契合性，结合我国制度环境及社会发展阶段特征，探索出一条具有中国特色的芯片技术自主创新道路。
[1] 新华网.“全国科创中心100个重大科技创新成果”发布[EB/OL].2018-10-15. http://www.xinhuanet.com/tech/2018-10/15/c_1123559861.htm.
[2] HOBDAY M, RUSH H, TIDD J. Innovation in complex products and system[J]. Research Policy,2000,29 (7):793-804.
[3] ARTHUR W B. The nature of technology: what it is and how it evolves[M]. UK: Penguin Books, 2009.
[4] IANSITI M. Technology integration: making critical choices in a dynamic world[J]. Research Technology Management, 1998, 41(1):101-101.
[5] IANSITI M. From physics to function: an empirical study of research and development performance in the semiconductor industry[J]. Journal of Product Innovation Management, 1999, 16(4):385-399.
[6] 魏江,王铜安.技术整合的概念演进与实现过程研究[J].科学学研究,2007，25(S2):196-204.
[7] CHEN Y, CHIEN C. An empirical study of demand forecasting of non-volatile memory for smart production of semiconductor manufacturing[J]. International Journal of Production Research,2018,56(13):4629-4643.
[8] LI H, HE H, SHAN J, et al. Innovation efficiency of semiconductor industry in China: a new framework based on generalized three-stage DEA analysis[J]. Socio-economic Planning Sciences,2019,66:136-148.
[9] KAO Y, CHANG S. Setting daily production targets with novel approximation of target tracking operations for semiconductor manufacturing[J]. Journal of Manufacturing Systems,2018,49:107-120.
[10] KODAMA M. Strategic innovation capabilities through capabilities integration: the cases of Qualcomm and TSMC versus Japanese semiconductor manufacturers[M]. UK: Edward Elgar Publishing, 2018.
[11] PARK J H, KOOK S H, IM H, et al. Fabless semiconductor firms' financial performance determinant factors: product platform efficiency and technological capability[J]. Sustainability, 2018, 10(10):3373-3395.
[12] PELLENS M, DELLA M A. Corporate science, firm value, and vertical specialization: evidence from the semiconductor industry[J]. Industrial and Corporate Change, 2018, 27(3):489-505.
[13] 张亚萍,朱录,胡兰丽.技术市场对重大科技创新影响的实证分析——技术输出与技术吸纳视角[J].科技进步与对策,2020,37(19):24-31.
[14] GUO B, CHENG Z, FENG T. Research on the influence of dual governance on the vulnerability of technology innovation network in major engineering projects[J]. International Journal of Electrical Engineering Education, 2020:1-21.
[15] WANG Q, HAUGE J B, MEIJER S. Adopting an actor analysis framework to a complex technology innovation project: a case study of an electric road system[J]. Sustainability, 2020, 12(1)：313-348.
[16] ZARAEE N, ZHOU B, VIGIL K, et al. Gate-Level validation of integrated circuits with structured-illumination read-out of embedded optical signatures[J]. IEEE Access, 2020, 8: 900-912.
[17] ATABAKI A H, MOAZENI S, PAVANELLO F, et al. Integrating photonics with silicon nanoelectronics for the next generation of systems on a chip[J]. Nature, 2018, 556(7701): 349-354.
[18] CHEN C, CHANG S, LIAO D. Equipment anomaly detection for semiconductor manufacturing by exploiting unsupervised learning from sensory data[J]. Sensors,2020,20(19):5650-5677.
[19] LAI H, WENG C S. Exploratory innovation and exploitative innovation in the phase of technological discontinuity: the perspective on patent data for two IC foundries[J]. Asian Journal of Technology Innovation,2016,24(1):41-54.
[20] ROEHRICH J K, DAVIES A, FREDERIKSEN L, et al. Management innovation in complex products and systems: the case of integrated project teams[J]. Industrial Marketing Management, 2019,79:84-93.
[21] IANSITI M. Technology integration: managing technological evolution in a complex environment[J]. Research Policy, 1995,24(4):521-542.
[22] IANSITI M. Technology development and integration: an empirical study of the interaction between applied science and product development[J]. IEEE Transactions on Engineering Management, 1995,42(3): 259-269.
[23] IANSITI M. Science-based product development: an empirical study of the mainframe computer industry[J]. Production and Operations Management Society,1995,4(4): 335-359.
[24] FERRARI F M, TOLEDOWU J C. Analyzing the knowledge management through the product development process[J]. Journal of Knowledge Management, 2004, 1(8):117-129.
[25] 张大松.科学思维的艺术:科学思维方法论导论[M].北京:科学出版社, 2008.
[26] 郑兢晶.要素重组的创新方法研究[D].长沙:湖南大学,2009.
[27] 徐文鹏.3D打印中的结构优化问题研究[D].合肥:中国科学技术大学,2016.
[28] 郭杰,王小鹏,孙春霞,等.动力电池串并联结构重组的均衡充电方法[J].电力自动化设备,2019,39(5):163-168.
[29] RANI L, MALLAJOSYULA S S. Phosphorylation-induced structural reorganization in tau-paired helical filaments[J].ACS Chemical Neuroscience,2021,12(9):1621-1631.
[30] WANG T H, HSU L W, CHANG H C. Structural reorganization of imidazolium ionic liquids induced by pressure-enhanced ionic liquid-polyethylene oxide interactions[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2021, 22(2):981-997.
[31] 田民波.集成电路(IC)制程简论[M].北京:清华大学出版社,2009.
[32] LIU Y, YAN Z, CHENG Y, et al. Exploring the technological collaboration characteristics of the global integrated circuit manufacturing industry[J]. Sustainability, 2018, 10(1):196-219.
[33] WASSERMAN S,FAUST K. Social network analysis:methods and applications[M]. New York: Cambridge University Press,1994.
[34] SABIDUSSI G. The centrality index of a graph[J]. Psychometrika,1966,31:581-603.
[35] FREEMAN L. A set of measures of centrality based upon betweenness[J]. Sociometry,1977,40:35-41.