國立交通大學
科技管理研究所
博士論文
創新網路之探討
: 以微影技術之發展與預測為例
On Innovation Network:
The Development and Forecasting of Lithography
研 究 生 : 彭 弼 聲
指 導 教 授 : 袁 建 中
創新網路之探討
: 以微影技術之發展與預測為例
On Innovation Network:
The Development and Forecasting of Lithography
研 究 生 : 彭 弼 聲
Student : Bee Pi-Sheng Peng
指 導 教 授 : 袁 建 中
Advisor : Benjamin J. C. Yuan
國立交通大學
科技管理研究所
博士論文
A DissitaionSubmitted to Institute of Management of Technology Colledgue of Management
National Chiao Tung University In Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Doctor of Philosophy
In
Management of Technology May, 2013
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
i
創新網路之探討
: 以微影技術之發展與預測為例
學生 : 彭弼聲 指導教授 : 袁建中教授國立交通大學科技管理研究所
摘要
此論文的目的在提出應用社會技術研究方法（sociotechnical）於創新上的研 究。創新是社會改變的關鍵樞紐，無論是經濟面或社會結構上，技術性與社會性的 創新，透過採用1與擴散之後造成社會文明的變遷。本研究所針對的創新研究並不 僅是研究創新的內容，而是在於創新本質以及被採用的過程。援引科學技術社會 （Science Technology Social) 研究領域裡所發展的行動者網路理論（Actor Network Theory) ，與社會學領域中發展的社會資本2 (Social Capital) 理論，結合成一新的研 究架構，以創新網路 (Innovation Network) 探討創新所置身的網路架構。應用技術 預測常用的觀察法，透過訪談，技術社群活動，技術文獻與會議報告，技術藍圖報 告等資料，回顧半導體產業中浸潤式微影技術的發展生命史過程，藉以說明一項創 新如何從非人的物，透過研發過程，因應各種行動過程而被動員或組織起來，因而 成功重組創新網路，而這由共同利益所驅動的網路結構，除了最終創新為何被採用 外，也可說明技術替代如何發生在技術—研發—生產的過程中 ，這項創新與原有 的持續性創新網路結構基礎有交互關係，而非全然無中生有。透過觀察法的田野調 查，應用行動者網路理論研究架構所採用的問題呈現、被動的徵召、主動的動員， 進而達到利益轉譯 (Translation)，以及社會資本理論中所提出的取得資源最大化與 1 這裡採用 D. Edgerton 的觀點，認為創新必須要被採用之後才有其價值，發明與創新很少導致使用， 是使用才導致發明與創新 (Edgerton，1999)。 2 這裡使用的 Social capital 是指為實現工具性或情感性的目的，透過社會網路來動員的資源或能力 的總和, 與經濟資本(economic capital)或金融資本(financial capital) 定義不同。ii
損失最小化，強弱連結學理，指出創新是在一連串的競爭與策略規劃影響下，造成 創新網路資本的變化，以及超越主要行動者所設定的數個必須通過點（OPP， Obligatory Passage Point) 進而被採用。例如浸潤式微影技術式如何透過各種策略行 動，達到半導體產業中各行動者的共同認知，因而替代了 157 奈米微影技術，成功 地成為生產採用的製造標準，佔有新的次世代微影技術藍圖上的位置 。最後本文 提出創新網路的分析架構，並對下一世代微影技術（Next Generation Lithography) 在超紫外光微影以及多重電子束微影兩項技術的創新網路進行分析，並提出兩項創 新的前景評估與預測。
關鍵字 :
iii
On Innovation Network:
The Development and Forecasting of Lithography
Student : Bee, Pi-Sheng Peng Advisor : Prof. Benjamin J. C. Yuan
Institute of Management of Technology, National Chiao Tung University
Abstract
This dissertation is aiming to propose a new sociotechnical method applying on innovation study. Innovation-in-use always brings social changes after the process of use, adoption and diffusion, no matter it is technical or social innovation. The core of this research is not the detail contents of innovation but what and why is. By combining Actor Network Theory (ANT) from Science Technology Social (STS) field and social capital from social research to form an Innovation Network model research approach. And then, try to dig out through the life story study of Immersion Lithography—the observation method, activities in technology community, technical journal paper and conference reports, roadmapping report etc. to re-build an innovation. The innovation is a Network also a Worknet that both human and non-human are entangled within the interest-driven process. Finally the innovation is becoming a disruptive innovation to substitute developing 157nm technology and immerses it into the dark of history. The case study is providing a general analysis steps through the different angle than previous study on innovation survivor. The innovation survivor is taking advantage timely to pass the obligatory passage points after the interest translation process—Problemation, Passive Enrollment, Active Mobilisation. And those actions are towards 2 principles of resources and social capital: minimum of lost and maximum of gain. Finally, this research propose a novel research approach on Innovation Network and applying on forecast the next generation lithography (NGL) in semiconductor industrial.
Keywords: Actor Network Theory; Social Capital; Innovation Network Capital; Next Generation Lithography; Forecasting
iv
誌
謝
人生有時就像是拼圖，順應著時序機緣與付出，一塊接一塊去組合，透過不 同的嘗試後，慢慢有了方向與形狀，從微觀到總觀，總是有其階段性的不同意義。 此一研究就是這樣的經驗: 不斷在過去與現在之間對話，試圖透過詮釋而建立研究 上的新路數。 這篇論文的完成，必須感謝很多人的支持與鼓勵。首先要謝謝家人的支持: 母 親劉梅珍女士，妻子慧雯，岳父葉妙貴先生與岳母陳梅花女士。兩個不斷長大的外 星人小孩:以諼與如頡。大妹慧霖，妹婿黃文信先生與小妹慧蓉，還有三個不斷長 大的外星人小孩: 子綾，詠翔，阿力(國宸)。 我也要將這篇文章獻給已逝的父親彭家灶先生，祖父彭盛涂先生，祖母周安 妹女士，他們與母親，姑姑們是我在原生家庭中最大的支持。從小一起長大的大哥 朝聲，弟弟振聲與晶聲。也要感謝外祖父祖母與阿姨舅舅們對一個鄉下孩子在種種 人生方向上的導引與協助。 延續學習的進程首要感謝指導教授袁建中博士與師母張玲玲女士，多年以來 給予的協助、指導與極大的自由度，現任所長洪志洋博士以 ”態度決定高度，格 局決定結局”作為勉勵。國家講座教授曾國雄博士的循循善誘，引領進入研究的殿 堂，個人一輩子也忘記不了國際會議廳的大會考，應該是求學階段最認真也收穫最 大的一門課。徐作聖教授在格局與治學態度上的提點，銘感五內，還要感謝虞孝成 教授與史欽泰教授，這篇論文的發端來自於他們在博士資格試考時所設下的要求: 找出一個好問題並深入研究。此外，劉尚志教授以化繁為簡，專注關鍵觀念的學習 方式啟發甚多。 從計劃書口試到最後答辯的幾位教授都提供了他們的洞見與最寶貴的建議， 謝謝吳豐祥教授，謝志宏教授，賴以軒教授，林亭汝教授，黃仕斌教授。此外，雷v
祥麟教授與王文基教授在 STS 領域裡的啟蒙相當寶貴。也感謝在 ASML 任職期間， 十數位接受訪談的同事，他們提供了 Immersion Lithography 與 EUVL 兩項創新的 許多一手資料，直接且真實。 除了從小到大的老師們外，還要感謝從青少年時期就熟識的蔡岱朋教授與斯 國峰教授，他們始終是我在學習上的最佳範例。這幾年我所加入的十八尖山長跑隊 諸多隊友們，開啟另一扇窗，讓我看到不一樣的風景，一併要謝謝他們，進財兄， 志岡兄，永吉兄，榮清兄，鴻輝兄，國華兄等等尤其惠我良多。從大學時期以來， 動機系九一清與中語系九一級的同學長期給予各種鼓勵。學長: 羅達賢博士，吳勝 銘博士， 張建清博士，邱泰成博士，謝志宏博士，劉俊儀博士，博士班同學燕妮， 禎屏，昕翰，坤成，芃婷，玫黛，歷年研究所同學明男，致吉，貞枝，素貞，周君， 金蘭等等。學弟妹嘉麗，嘉駿，佳君，光斌，崑銘，文玲等等，還有在科管所就讀 期間，在大小事務上幫忙最多，令人最懷念的張姐，熱心無比的助理美玲以及雅玲， 不勝感謝，諸多在生活，工作上互相砥礪的朋友: 感謝。 哲學家 Karl Popper 否定實證論的論述，他說我們不能證明什麼是真的，但是 好的科學是可以證明什麼是錯的; 誠然，我們不能證明什麼預測是對的，但是我們 可以事後知道預測是錯在什麼地方，在不斷累積對於錯誤的了解之後，總能釐清脈 絡成為研究方法的一種，也可以更增進在直觀上的了解。一個好的研究應具備獨立 性，完備性與一致性，此研究援引管理學與社會學領域有若干名詞時，屬於隱性定 義 (implicit definition) 係在各自領域中的所屬表達，若因此以致這研究上表達不 清 楚或疏漏之處，當責成於作者，也歡迎讀者您能提供更多意見給作者。
vi
目錄
摘要... i Abstract ... iii 誌謝... iv 目錄... vi 表目錄... viii 圖目錄... ix 一 、 緒論... 1 1.1 研究背景... 1 1.2 研究目的... 2 1.3 研究架構... 4 1.4 研究大綱... 5 二 、文獻回顧... 6 2.1 微影技術... 6 2.1.1 微影技術... 6 2.1.2 技術藍圖... 9 2.2 創新... 10 2.2.1 創新世代 ... 11 2.2.2 Abernathy--Clark 創新類型 ... 12 2.2.3 Henderson--Clark 創新類型 ... 12 2.2.4 破壞性創新... 13 2.3 行動者網路理論 ... 14 2.4 社會資本(Social capital) ... 18 2.5 創新的替代與預測... 19 三、浸潤式微影技術... 22 3.1 浸潤式微影技術生命史... 22 3.1.1 早期發展 (1980-2000): 浸潤式微影技術的的專利與設計 ... 22 3.1.2 157 奈米微影與浸潤式技術 (2001 年) ... 23 3.1.3 193 奈米浸潤式微影技術的提出初期 ( 2002 二月到九月) ... 23vii 3.1.4 193 奈米浸潤式微影技術的可行性研究 ( 2002 年九月到 2003 年二月 ) . 24 3.1.5 193 奈米浸潤式微影技術的最初階段 ( 2003 年二月到九月) ... 25 3.1.6 早期浸潤式曝光設備 (2003 年九月到 2005 年) ... 27 3.1.7 高數值孔徑浸潤式設備的發展(2005 到 2006 年之間) ... 28 3.2 創新網路的分析... 30 四、次世代微影技術... 32 4.1 超紫外光微影技術 ... 33 4.1.1 先期發展：1981 到 1996 ... 33 4.1.2 1997 到 2003 年：超紫外光有限公司的成立 ... 34 4.1.3 商用化之前的開發：2003-2011 ... 36 4.1.4 商用化設備... 37 4.2 多重電子束微影技術 ... 37 五、創新網路 ... 40 5.1 創新網路的型態... 40 5.1.1 願景驅動網路與利益驅動網路 ... 40 3.2 社會資本與創新網路... 41 5.3 創新網路資本 ... 43 5.4 次世代微影技術預測 ... 45 六、結果與討論... 47 6.1 次世代微影技術的技術前景評估與預測... 47 6.2 其他選項 ... 52 七 、結論... 54 參考文獻... 57 附錄一 替代與技術擴散... 67 附錄二 電子束微影技術... 80
viii
表目錄
表 1 微影技術演進年代一覽表 ... 8 表 2 R. Rothwell 所提出的五種創新管理世代及 J. Niosi 第四代研發管理 ... 11 表 3 W. Abernathy 與 A. B. Clark 所提出的四種創新類型 ... 12 表 4 行動者網路理論中使用名詞定義與特徵之列表 ... 16 表 5 P. Bourdieu 所提出的資本形態與本文提出的對應變換 ... 18 表 6 浸潤式微影技術由利益驅動而成為創新網路的歷程分析 ... 29 表 7 浸潤式微影技術創新網路的階段分析 ... 30 表 8 經濟資本，社會資本與行動者網路的互換形式 ... 43 表 9 超紫外光微影技術的創新網路分析 ... 47 表 10 多重電子束微影技術的創新網路分析 ... 48 表 11 微影技術演進的預測 ... 51ix
圖目錄
圖 1 以微影技術為例的創新網路研究架構 ... 4 圖 2 Henderson 與 Clark 所提出的創新模型 ... 13 圖 3 辨別破壞性創新與持續性創新的發展 ... 14 圖 4 行動者網路的兩階段形成示意 ... 17 圖 5 193 奈米浸潤式微影技術的創新網路結構 ... 17 圖 6 浸潤式微影技術動態創新網路的示意 ... 31 圖 7 EUV LLC 公司的商業運作模式以及主要組成 ... 35 圖 8 從外部橋接到擴大網路範圍成為內部鍵結的動態示意 ... 42 圖 9 辨別創新網路結構與應用於預測 ... 461
一 、 緒論
1.1 研究背景
學者 J. A. Schumpeter 從研究資本主義的特徵中指出創新乃是一種「建設性的 破壞(creative destruction)」 (Schumpeter，1942)開啟了管理學上對創新的研究。P. F. Drucker 則定義創新是「企業創造財富的工具，或者企業將現有的資源轉變成未來 具有創造財富的方式」3
(Drucker， 1985)，創新是一種實際操作(work)而不僅僅是 具有聰明才智就能夠達成，也就是創新活動所需求的是知識、別出心裁及專注，此 外創新包括技術層面與社會層面，其中涵括了大量的分析、系統化及許多的實際操 作(Drucker， 1985)，創新的意涵乃在 What，When 以及 Why，如何提供創新，以 及創新活動背後的策略決定為何。 過去四分之三個世紀中，許多學者投入在創新活動形成過程與無論就其定義， 分類或就創新活動為核心的管理意涵已多有創見。也越來越多的研究者關注社會變 遷與技術創新的相對關係(Linton，2002)。 誠如 D. Edgerton 所指出的，應用於經濟 面與社會結構的動機才是發明與創新被採用的主要原因，單獨地發明或創新很少導 致應用出現，而是應用導引了發明與創新的實現4 (Edgerton, 1999)。 於是問題如斯產生，甚麼樣的創新會出現並存活? 創新可被預測嗎? 過去三十年在半導體產業的驅動能量，除了來自於電子產品與資訊，通訊產業 的不斷推陳出新，可視為市場拉力外，還有在製程技術上的演進，是為技術推力。 在追求最大利潤化--成本下降與電子元件尺寸縮小的過程中，有相當多的研發管理 與技術創新活動，但這其中也有相當多的創新並未被採用或者得到長期的資源投注。
3 “ the means by which the entrepreneur either creates new wealth-producing resources or endows existing
resources with enhanced potential for creating wealth”。
2
一則是企業在研發投資的投資報酬考量，另一方面則是創新技術之間的替代與競爭。 本文的研究標的--微影技術(lithography)，就是半導體製造產業中設備資本投資最大， 而製程技術最困難的一部分。著名的 Henderson-Clark 模型(Henderson & Clark， 1990)就是研究微影技術的發展過程而提出，該模型將創新依照核心觀念與元件知 識 為 矩 陣 ， 定 義 創 新 是 漸 增 性 (incremental) ， 模 組 化 (modular) ， 結 構 性 (architectural)，突破性(radical)，但此一模型仍是著重在技術推力的靜態描述。最 近十年在微影技術發展中，以浸潤式微影技術(immersion)應用在 193 奈米波長替代 157 奈米波長微影技術之後，其替代過程顯示出諸如微影技術這類極專精的開發歷 程，不僅僅是技術上的卓越，浸潤式微影技術的成功是許多開發過程中的網路結構 透過共同利益(interest-driven)開發所導致的結果5 (Yuan et al.， 2012)。
1.2 研究目的
本文以半導體產業中微影技術的發展，浸潤式微影技術生命歷程與次世代微影 技術發展為例，試圖以另一種研究進路提出創新在所處的網路結構中如何發展，也 就是考慮創新如何存活的條件與其分析，稱之為創新網路。 在創新管理的研究範疇中，技術預測與評估能夠協助理解創新活動中所牽涉到 的交易行為與各種活動的互動關係，比如說在技術研討會中的報告影響了投資者對 於某項技術的投資意願，正是以技術面強化投資者的信心與資源分配的決策。因此， R. H. Coase 在經濟制度研究上所提出的交易成本(transaction cost)理論是否可以對應 在創新活動(innovation actions)內的量化計算? 比如交易成本中所述搜尋資訊的成本、 談判成本、定契約成本、議價成本、監督履行契約的成本、處理違約行為的成本等 (Coase，1937)，這些成本的計算是否可以成為創新活動的量化部份，還是每一創 5 該文援引行動者網路理論而建立浸潤式微影技術替代 157 奈米微影技術的分析，進而指出微影技術發 展的特性在複雜的網路結構中有複現性質，也就是有高度類似的檢驗方式，作者認定這即是必要超越 點的模式。3 新活動在其所處的周遭環境(稍後將以創新網路稱之)有其一貫性的成本估算模式與 採用條件，以及誰決定了一項創新的應用與否。 此外，創新活動的質化評量部份也是一個不可或缺的考量點，本研究透過對 技術創新的發展過程中，各種互動關係的事件(event)進行研究，在技術發展歷程中， 透過事件與文獻記錄回顧，建立技術的生命史(life history)分析，或者說，是再現 (represent) 網路結構的形成過程 (Latour，2005)。首先是以浸潤式微影技術為例描 繪出創新網路的分析，其次是對發展中的次世代微影技術，在階段性的活動中如何 於既存的網路關係為背景而塑形與調整，最終目標乃為達致最終存活進行預測。其 中，所謂技術的生命史，是從心理學研究領域發展出來的研究方法，受訪者在研究 者的引發下，以聲音或文字形式，將其過去的生命經歷呈現出來的一種回顧敘述 (Runyan，1982)。晚近受到社會科學學術領域的重視，像是社會學、人類學領域使 用此研究方法逐漸熱絡，尤以技術生命史不但述及技術的創新階段，還包括技術發 展以及使用的其他面向(Edgerton，1999)，例子之一便是 M. Callon 對 St. Brieuc 海 灣中扇貝養殖與漁人的關係研究(Callon，1986)。 創新活動中的互動關係往往不是只有人的參與，還包括各種所牽涉物件，創 新物與其所置身的結構環境，可謂相當複雜，I. Hacking 就以顯微鏡為例指出： 「起初，先是猜想會存有基因，然後，透過發展像顯微鏡一類的工具才能找到它」 (Hacking，1983)，這是以非人的實體物件顯微鏡，作為創新活動的中心，連接真 實(what)與知識(how)之間的介面，本文所提及的微影技術正是許多創新活動中多重 介面的交集結果，透過時序上的分析，本研究意圖建立創新發展的網路關係變化， 說明創新活動中複現結構的層析方式，並以行動者網路理論中必要超越點的概念 對創新與創新網路之存活與否進行檢驗。
4
1.3 研究架構 (Research Framework)
圖 1 以微影技術為例的創新網路研究架構 圖 1 顯示了本研究的架構將創新與行動者網路理論結合，以半導體產業中微 影技術的發展為例，提出創新網路的概念，並根據創新網路發展，如何通過主要行 動者所提出的必要超越點，而對次世代微影技術的技術前景提出預測。依照創新網 路類比於社會結構，創新並不是只依據技術效能而決定存活，而是在其所處的環境 中，面對諸多階段性地的決策結果。5 據以進行決策的準則來自於經濟面與類社會結構，必然有量化與質化的條件。 本研究以社會資本類推至創新網路資本概念，並不是要將此概念推擴至社會研究面， 而是選擇性地以創新所牽涉之範疇，作為各種決策的分析參考。
1.4 研究大綱 Outline of Dissertation
此小節為說明本研究的大綱。 第一章為緒論，說明本研究的研究背景，目的，架構與研究大綱。 第二章為文獻回顧，首先針對微影技術進行介紹，回顧幾項重要的創新理論， 介紹行動者網路理論以及社會資本。 第三章回顧浸潤式微影技術的發展以及替代 157 奈米技術的過程，側重在創 新網路中，網路結構透過外部橋接而進一步內部化，在不同階段，主要行動者與必 要超越點的探索，最終達致創新的替代發生。 第四章針對兩項主要的次世代微影技術發展進行創新網路發展的分析，而對 其進行前景評估與預測。 第五章為本研究提出的創新網路概念以及次世代微影技術預測方法論。 第六章為本研究的結果與討論，對次世代微影技術發展提出預測。 第七章為本研究的結論與展望。6
二 、文獻回顧
2.1 微影技術
2.1.1 微影技術 (lithography) 所謂微影技術是利用設計在光罩(mask)上的幾何形狀，透過各種不同波長光線 將能量轉移到半導體晶圓材料上的感光薄膜材料(稱為光阻)，藉以轉移圖案定義出 積體電路的不同區域(Sze，1981)進而在各種導電材料，半導體材料，絕緣材料的 搭配設計下完成各式各樣不同功能的電子開關與線路布局。 自 1960 年代起，半導體產業中就有為數眾多的創新，這些創新不僅是在技術 發展，營運模式或商品化上，都與企業的經營息息相關。其中，光學微影技術自 1970 年代之後就成為半導體元件製造中的關鍵技術(Lin，1975; Ronse，2006; Lin， 2006; Lin，2010)，微影技術的發展與著名的摩爾定律(Moore，1965 )所描述的元件 尺 寸 縮 小 在 歷 程 上 幾 乎 貼 合 ， 同 時 微 影 技 術 的 資 本 支 出 與 生 產 成 本 (cost of ownership)也是逐代升高。事實上，晚近微影技術的設備供應商在研發上的投資高 達營業利潤的 15%到 20%6。可以說微影製程所使用的光學曝光機設備是居於微影 技術的中心，其與生產者，供應者，研發機構各種創新網路的介面有密切關聯性。 1980 年代之後，微影技術的發展主要是以曝光機的開發(因應電子元件尺寸， 晶圓尺寸)，光罩圖案(元件設計)以及光阻材料(製程化學品)為主。在有如照相技術 的微影技術開發過程中，用兩個簡單的方程式可以表明在技術上的關鍵點為光源的 波長以及數值孔徑(Numerical Aperture，NA，是一無單位的數值，代表光線通過介 質折射率後光量的衡量)的大小，以決定成像解析度(resolution)及疊對(元件製作中 層與層之間圖案的相疊程度)的製程要求。這兩個方程式稱為 Rayleigh 方程式。 6 這比例是從位於荷蘭的設備供應商 ASML Inc.的內部訪談以及財報得來。7
D=k1 *(/NA) (1)
DOF=k2 *(/NA2) (2)
其中 D 代表成像解析度，k1 乃為一與微影設備(曝光機)的設計有關的特徵常 數，是光源波長，NA 代表數值孔徑，DOF 為聚焦深度(Depth of focus)，就是聚 焦平面的設計，會影響疊對(overlay)的結果，k2 是在設備設計上與聚焦深度相關的 特徵常數。 微影設備所重視的正是解析度，疊對以及產出率(throughput)。而從 Rayleigh 方程式可以看出，解析度越高(D 值越小)的條件是光源波長()要短，而數值孔徑 (NA)要大，但波長越短反而會造成聚焦深度(DOF)變小，造成疊對上的困難，且數 值孔徑的變化也使得聚焦深度的變化成反平方比。 從 1977 年後到 2000 左右的微影技術發展，咸信為設備商開發主導的光學微影 為主流，包括步進機(Stepper systems)，掃描機(Scanner systems)，而作為曝光能量 的光源開發則是從汞燈光波 436 奈米(稱為 g-line)，365 奈米(稱為 i-line)，準分子雷 射—248 奈米波長(KrF)，193 奈米波長(ArF)，以至 157 奈米波長(F2)等光源波長逐 步降低的應用，當然也有其他如相偏移光罩設計(PSM，Phase-Shifting Mask) 7，偏
軸 式 照 明 (OAI ， Off-Axis Illumination) 8以 及 光 學 鄰 近 效 應 修 正 (OPC ， Optical
proximity correction)，雙圖案曝光(double patterning ) 9等等應用以提高局部解析度 技術的創新。 以下表 1 整理出幾代微影設備的交替與其被採用與否的關鍵(Fay，2002; Ronse, 2006; Wong，2001)。稍後的論文內容中將會以透過分析微影技術(包括微影設備的 7透過光罩設計降低繞射效應的干涉現象提高解析度。 8使入射光與光罩平面夾一角度，讓第零階繞射光不再垂直入射而聚焦深度增加，可提高解析度。 9雙圖案曝光應該說是兩階段曝光，將一圖案透過兩次曝光程序而定義出更小的圖案尺寸，此一技 術甚至可延伸到多圖案曝光(multi-patterning，但生產成本的增加—光罩設計與多數道製造流程。
8 條件，零組件與化學品供應商的網路結構，競爭或替代技術)被採用的關鍵視為階 段性必要超越點的依據。 表 1 微影技術演進年代一覽表 技術演進 採用 應用元件尺 寸 市場佔有高 峰 採用與否關鍵原因 接觸式 (Contact) 1962 7 微米 無 產出率慢 近 接 式 (Proximity) 1972 3 微米 1973 微影設備第一代生產工具，技術推力 市場拉力 投 影 式 (Projection) 1973 2 微米 1977 解析度，疊對能力，產出率 電子束 (E-beam) 1976 0.5 微米 從未大量商 用 解析度與疊對能力佳，產出率慢，設 備成本與搭配生產技術成本高 X 光(X-ray) 1978 0.3 微米 從未大量商 用 解析度與疊對能力佳，產出率慢，設 備成本與搭配生產技術成本高 G 光源(G-line) 1978 1.25 微米 1982 波長 436 奈米，解析度與疊對能力次 佳，產出率高，設備成本與搭配生產 技術成本相對電子束與 X 光低 I 光源(I-line) 1985 0.80 微米 1991 波長 365 奈米，解析度與疊對能力較 G-line 佳，產出率高，設備成本與搭 配生產技術成本相對 G-line 低 248 奈米深紫外 光 (Deep UV KrF) 1986 0.45 微米 1998 波長 248 奈米，解析度與疊對能力較 I-line 佳，產出率逐漸提升，滿足市場 拉力製程需求 193 奈米深紫外 光 (Deep UV ArF) 1996 0.13 微米-45 奈米 2006 後一直 維持高峰 波長 193 奈米，解析度與疊對能力， 產出率逐漸提升，滿足市場拉力製程 需求 157 奈米深紫外 光 (Deep UV F2) 1998 90 奈米 從未大量商 用 波長 157 奈米，解析度與疊對能力， 滿足市場拉力製程需求，但設備成本 與搭配生產技術成本相對高 193 奈米深紫外 光浸潤式設備 2005 45 奈米以下 最先進製程 需求到 20 奈 米 波長 193 奈米，等效波長 134 奈米。 解析度與疊對能力，滿足市場拉力製 程需求，設備成本與搭配生產技術成 本相對 157 奈米低，搭配雙圖案技術 可擴充至 20 奈米左右製程 表面上改變系統所使用的光源波長相當簡單。但每世代微影製程的光源波長縮 短，不僅是需要新的光源，而是相關的微影成像流程中設備結構、鏡片、光罩、光 阻等，都要改變並在可接受的成本計算內，結果提高整體生產費用，導致另外一個
9
路數是必須追求生產的產出率以降低生產成本。這也就是半導體產業會盡量延長技 術世代以使用完成開發的光源波長與製程架構的原因。
2.1.2 技術藍圖(Roadmap method)
半導體產業協會(SIA，Semiconductor Industry Association)的技術藍圖報告( ITRS， International Technology Roadmap for Semiconductors)10 主要是以半導體產業中長期 的技術預測與現況報導。這是從1993年起以技術藍圖方式徵集半導體產業專家意見 而完成的一項報告 (Brown， 1995)，由於專家意見法所需時間較長，所以這份報告 為每兩年一個主要版本，每隔一年有修訂版。此一報告羅列了半導體產業中所有的 先進製程發展與預測作為產業中長期技術發展與投資策略的參考。 依據 ITRS 2009 版本， 22奈米節點以上的元件，將以浸潤式微影技術為主要的 製程，其重點為 (1) 22 奈米11以上將由193奈米曝光設備加上浸潤式微影技術加上 雙重圖案曝光法勝出，理由是投資報酬(成本考量)。(2) 22 奈米節點以下的元件尺 寸，應該有三種可能出線的技術: 超紫外光微影技術(EUV Lithography)，無光罩微 影技術(Maskless lithography)(其中最著名的是多重電子束技術，Multi e-beam，也稱 為 MEB)，以及奈米壓印微影技術(Imprint Lithography) 12。
除 了 國 際 光 電 工 程 學 會 (SPIE ， Society of Photographic Instrumentation Engineering)13的期刊與會議報告，提供詳細的次世代微影技術的發展，台積電研發 副總林本堅博士(B. J. Lin)也在SPIE 期刊 JM3 editorial上提供了次世代微影技術的 10 http://www.sia-online.org/ 以及 http://www.itrs.net/ 11事實上 2012 年已經有公司宣布 20 奈米節點及以下，有可能透過浸潤式微影技術加上三重或多重 圖案曝光法而先進行產品製程驗證。 12
可參酌於 editorial review, journal J. Micro/Nanolith. MEMS MOEMS, 7(4), 2008, 1.
13
SPIE 是一成立於 1955 年的非營利組織，主要是以提供光學與光電領域的工程技術揭露，透過會 議與期刊的形勢推動光電相關的技術推展。SPIE，原名 Society for Photo-Instrumentation and Engineering，現全名為 The International Society for Optical Engineering。
10 發展14。擔任期刊主編的林博士長期關注微影技術發展，除了疊對，聚焦深度等技 術面必須要達到的規格，林博士認為生產產出率(productive throughput)與生產成本 (cost of ownership)是新的微影技術被採用的兩項主要指標。
2.2 創新 (Innovation)
創新是在經濟，商業，新創事業，技術與社會變化各範疇都受到重視的課題， 從字根來看， in- 表示”進入” (into) 而 nov 代表”新” (new)。學者 J. A. Schumpeter 最早指出創新乃是一種商業或工業上的新產品，新製程，或新的生產方式，新的市 場或供給來源，新的商業模式或財務組織(Schumpeter，1934) 。創新被解釋為技術 的不連續性(discontinuities) (Moore，1991)以及社會變化(Linton，2004) ，於是創新 就有了生命期限與替代發生的過程(Martino，1993)。Betz 則指出創新會在想法，產 品，製程或組織上有漸進性(incremental)，突發性(emergent)，重大性(radical) 與革 命性(revolutionary)的不同類型變化 (Betz， 2003)。誠如 P. F. Drucker 所指出的，在過去數十年，社會創新(social innovation)的速 度比起技術創新要來的慢，諸如醫院，學校，非營利公益組織等創新都已經存在很 長一段時間。由於資訊技術進展所帶來的不僅僅是技術創新也影響到社會創新，比 如說 1990 年代後，網際網路的蓬勃使得資訊分享速度改變以及新的商業模式，甚 或重組了許多組織型態與結構，然而創新還是常常被誤為只牽涉到技術面的改變--事實上許多技術創新都來自於技術所在環境的變化。P. F. Drucker 指出七項創新的 來源，四項是相關於商業組織或企業: 意料之外(unexpected occurances)，不一致 (incongruities)，流程需求(process needs)，產業需求(industry market)，其他三項則 與商業組織或企業無關: 人口的變化與結構(demographic changes and structures)，公 眾的認知改變(changes in public perception)，新科技的開發(新知識)(new technology and scientific findings ，new knowledge) (Drucker，1985)。
14
11
P. F. Drucker 不認為”好點子”(bright idea)15是創新的來源。有學者認為創新的 知識必須是長時間的”收斂”(convergence)，這也印證許多創新的發展期長達 25 年 到 35 年並形成數段發展的接力期16。 2.2.1 創新世代 R. Rothwell 研究從 1950 到 1990 期間內的西方產業，提出五個創新世代 (generation)的觀點(Rothwell，1992; Rothwell，1994)，認為創新的主要動力是對市 場的需求能及時反應與產品的研發成本符合市場期望，但這樣著重在高科技新創公 司的研究結果，解釋並提供單一公司如何進行創新活動的策略觀點，似乎並未能完 表 2 R. Rothwell 所提出的五種創新管理世代(Rothwell，1994) ，以及 J. Niosi 對第四代研發管理的研究(Niosi，1999) 世代 時間 歷史背景 創新焦點 企業策略 1st: 技 術 推 力 (Technology Push) 1950 到 1960 中葉 快速經濟成長 企業專注在由科技 創新所帶來的機會 越多研發投入，越多新產品 產出 2nd: 市場拉力 (Market Pull) 1960 中 葉 到 1970 初 成 本 效 益 分 析 ; 專注在市場佔有 率 轉 向 在 專 注 市 場 需求的反應 研發與生產必須縮短上市時 間 3rd: 技 術 與 市 場 混 合型(Coupling) 1970 初到 1980 中葉 通貨膨脹與經濟 停 滯 壓 力 ; 付 出 必須合理化 專 注 在 公 司 經 營 的強化並產出”產 品組合” 透過結構化的創新管理，市 場行銷與研發活動變的緊密 結合;營運費用的降低是一項 驅動力 4th: 整合業務程序 1980 初 到 1990 中葉 西 方 經 濟 復 甦 期;與時間競逐 專注在整合製程與 產品成為一整體 平行與整合供應鏈並專注在 主要客戶的需求 5th: 系 統 整 合 與 網 路化 1990 後 資源限制變成中 心 思 考 ; 商 業 模 式採生態系路線 (Business ecosystems) 專 注 在 系 統 整 合 以 及 網 路 成 型 ， 以 確 保 彈 性 與 反 應速度 透過資訊技術對製造程序達 到企業資源管理以期商業運 作自動化; 與策略夥伴共同經 營式場需求，朝向開放式創 新(open innovation) 15 雖然 Drucker 不認為好點子是創新的來源，但還是另著一章討論這個題目(Drucker，1985)。 16 這個觀念來自本文指導教授袁健中博士的長期歸納結果。
12
全描述創新的失敗是否與創新管理的方式有關， 而這五種管理世代從歷史中歸納 出如表 2 所示，不同的創新管理對應到執行不同創新活動的組織，這項研究對應到 稍後微影技術所述發展的複雜網路結構的一部分說明。
2.2.2 Abernathy--Clark 創新類型
學者 W. Abernathy 與 K. B. Clark 在常範性(regular)與革命性(revolutionary)的 創新分類以外提出結構性(Architectural)及專精性(Niche)藉以說明如何以創新作為企 業的競爭優勢及為何會失去競爭優勢(Abernathy & Clark，1985)，如表 3 所示。此 理論將創新類型定位以利理解競爭優勢之所在。
表 3 Abernathy 與 Clark 所提出的四種創新類型 (Abernathy & Clark，1985)
創新類型 市場 生產 常範性(Regular) 現存的市場優勢 既存的市場優勢 專精性(Niche) 改變市場優勢 維持現有的生產優勢 革 命 性 (Revolutionary) 延長現存市場優勢的生命 週期 迫使現存的生產優勢消失 結 構 性 (Architectural) 迫使現存市場優勢消失 迫使現存的生產優勢消失 2.2.3 Henderson--Clark 創新類型 R. M. Henderson 與 K. B. Clark 則更進一步以微影設備的發展，以核心知識與 元件知識的強弱關係區分出四種創新的形態(Henderson，1988; Henderson & Clark， 1990)，如圖 2 所示。此一模型著重在技術推力的分類，對創新提供在知識面的理 解途徑。
13 來源:本研究整理
圖 2 Henderson 與 Clark 所提出的創新模型 (Henderson & Clark，1990) 2.2.4 破壞性創新
依 C. M. Christensen 所述，結構化的知識系統已經根深於既存的企業組織之中， 對於破壞性技術的創新是不容易與既存的技術共存於一套管理之下(Christensen， 1997)。
J. Bower 與 C. M. Christensen 提出破壞性技術(disruptive technology)一詞，深入 研究特定技術的歷程，產業中領導廠商，企圖在組織中維持原主流技術與創新技術 並存的管理，往往無法與新創組織匹敵因而失去原競爭優勢與地位 (Bower & Christensen，1995)。稍後這一名詞為 C. M. Christensen 更進一步說明為破壞性創新 (disruptive innovation)(Christensen，1997; Christensen，2003)來表達創新如何影響企 業的策略制定。這一類的創新通常是在降低成本或新的客戶群與市場需求反應較為 靈活，因此 C. M. Christensen 提出價值網路(value network)的觀點(Christensen， 2003)，圖 2 所示即為表達破壞性創新在不同的市場與價值網路上比既存的企業更 具有優勢取得市場。
14 圖 3 辨別破壞性創新與持續性創新的發展(Christensen， 2003) 破壞性創新，可以從科學技術社群中常使用的典範轉移(paradigm)這個觀點來 看待(Kuhn，1962)，因為創新是提供了另一種解決問題的方法，從而使三部曲—發 生危機，出現新典範，回歸常態能夠解釋破壞性創新的市場佔有或技術替代。但正 如其他創新理論所面對的問題一樣，發生替代的創新不全都是破壞性創新。 Dosi 指出關於創新的起源是基於改變 (Dosi，1988; Dosi，1988(a))，因此可以觀察創新 的雙向發生: 順向(downstream)—從創新到最終應用，以及逆向(upstream)—從最終 需求反推創新的要求，這兩者都會透露出創新的軌跡。
2.3 行動者網路理論(ANT，Actor Network Theory)
行動者網路理論是應用在科學技術社會(Science Technology Social)領域中的一 種技術社會研究路數，行動者網路理論主要論述在對以共同利益(aligned interests)， 利益轉譯(interest translation)的行動者所形成之社群互動進行研究，這是一種對異 質介面(亦即人與物與環境等不同屬性所構成)網路的研究，最初由 M. Callon，B. Latour 及 J. Law(Latour，1987; Callon，1986; Law，1987) 於 1980 年代中期提出。 這一理論從初期的理論基礎(Callon & Latour，1981; Latour，1986; Latour，1990; Latour，1991; Law，1992; Latour，1992; Latour，1993; Callon，1995; Callon & Law，
15
1995)，科學知識社群(Latour，1983; Latour，1988; Law，1994)，技術社群的發展 (Callon ， 1986; Law ， 1986(a); Callon ， 1987; Law ， 1987; Law & Callon ， 1988; Callon ，1991; Law， 1991; Latour ，1991; Callon ， 1999)，逐漸擴大到組織理論 (Cooper ， 1992) 、 社 會 學 (Michael ， 1996) 、 地 理 學 (Murdoch ， 1997) 、資訊 科學 (Allen，2004)及技術社會的領域(Grammig，2003)，都是在探討如何理解由共同核 心(願景或利益)趨動的網路結構關係。Sismond 指出行動者網路理論是在科學技術 社會研究中最具威力的理論(Sismond，2003). 行動者網路理論將網路結構中的行動者與其行動視之為對共同利益而發展，種 種介面的交集可藉由分析而列舉網路結構的面貌，透過必要超越點的說明利益衝突 以及行動為何不能完成。這一理論並不全然以人(Human)為研究標的，非人的(Non-human)物質或議題也是研究標的，最著名的例子便是 M. Callon 研究在 St. Brieuc 海灣中扇貝與漁人的關係(Callon, 1986)，在法國的 St. Brieuc 海灣，三位研究者企 圖模仿日本扇貝的養殖技術，與漁民，學術圈同事透過結盟方式而將扇貝養在海灣 中，但是此一結盟結構因為漁民的提早捕撈而致使整個模仿扇貝養殖的行動宣告失 拜，其中重要的部分不僅僅是人，還包括扇貝此一行動物，以扇貝為技術的表徵， 養殖扇貝這項技術就是一個不可忽略的行動者。當透過應用行動者網路理論所整理 出的網路介面與其對應的利益轉換或必要超越點，將可以知道行動者如何評估其對 應的行為，資源配置或互動。 表 4 列舉了經過整理，在行動者網路理論中經常使用的重要技巧與名詞。 圖 4、圖 5 所示即為行動者網路理論常見的圖示法，圖 4 顯示二階段網路結 構的形成示意圖，表達每一個行動網路之中的行動者都可能與其他外部行動者有雙 向的互動，而達成兩階段或多階段的網路擴大 (Callon，1999)。圖 5 引用的是對浸 潤式微影技術(immersion lithography)的分析，其中箭頭代表的是動態關係，而網路 結構介面的界定是以管理學上的通則處理。
16 表 4 行動者網路理論中使用名詞定義與特徵之列表 名詞 定義 特徵 主體(Entity) 網路結構中具有明顯，獨立存 在的人或物 人:個體或集合體 非 人 : 策 略 制 定 、 設 備 、 法 令、區域性、文件等 行動者17 (Actor) 對主體有互動關係並在行動中 影響利益關係的皆可稱為行動 者 行動者在網路中會影響共同利 益的建立與轉譯 異 質 介 面 (Heterogeneous) 不是單一屬性的介面 異質介面是鑑別網路關係重要 的條件 轉 譯 (Translation) 特指行動者所建立的共同利益 網路過程所使用的方法，包括 提出問題，提出共同利益，徵 集與動員 不同行動者可能有不同的利益 轉譯過程，這可以透過主要行 動者的活動與其他行動者之間 比較出差異與進展 必要超越點 (OPP， obligatory passage point) 正如一般所謂檢查點，在主要 行動者的利益目標與決策之間 比較，行動的目的在達致必要 超越點的標準 主要行動者設定的必要超越點 式行動得以在網路中達成利益 驅動的原因，透過網路中的訊 息傳遞與行動執行共同利益的 達成. 提 出 問 題 (Problematizatio n) 由主要行動者提出讓其他行動 者能夠注意到共同利益的問題 之步驟 建立透過共同利益的陳述而顯 現問題的必要超越點 提 出 共 同 利 益 (Interessement) 由主要行動者說服其他行動者 接受共同利益設定的必要超越 點 主要行動者邀集或影響其他在 網路結構中的行動者 加 入 網 路 (Enrollment) 網路中其他行動者為主要行動 者的利益說服而加入 主要是其他行動者的被動決定 動 員 (Mobilisation) 由主要行動者對網路中其他成 員進行支持共同利益的動員行 為 呈現為強化網路中非主要行動 者的利益轉譯 反 對 (Dissidence) 提 出 對 必 要 超 越 點 的 不 同 意 見，或者是無法從被動的加入 網路轉為主動的動員過程 反對或競爭是屬於對行動者網 路反對的動作 銘 刻 (Inscription) 保護行動者利益過程中所出現 的人工物件 諸如智慧財產權，法令，專利 等
17本文的行動者(Actor)已經涵括人與非人的總稱。事實上，Latour 使用 agency 表達 actor 與物件
17 圖 4 行動者網路的兩階段形成示意圖
圖片來源: Callon，1999
圖 5 193 奈米浸潤式微影技術的創新網路結構 圖片來源: Yuan et. al.，2012。
18
2.4 社會資本(Social capital)
社會資本可說是為實現工具性或情感性之目的，透過社會網路來動員的資源或 能力的總和。最初是由 P. Bourdieu 提出，P. Bourdieu 指出禮物的交換並不只有經 濟資本上的意義還包括符號資本(symbolic capital)(Bourdieu， 1977)18。P. Bourdieu
稍 後 擴張 了符 號資 本的 觀 念 (Bourdieu ， 1990)19， 定義 出三 種 資本 ： 經 濟資本
(economic capital)、社會資本(social capital)與文化資本(cultural capital)。相關的研 究則在微觀巨觀等不同面向闡釋社會資本的形成與其意義。表四所列出的資本類型 是由 P. Bourdieu 所提出，至於對應變換(exchange) 20則是由本研究所提出。 表 5 P. Bourdieu 所提出的資本形態與本文提出的對應變換 類型 定義 特性 對應變換 經濟資本 (Economic capital) 可數的經濟資源之總稱 (現金、資 產) 可 交 易 性 (Transaction) 可 轉 移 (transferable) 人力資本 (Human Capital) 無形的人力資源資產、工程能力、 智慧財產權(專利)、知識等 可 交 易 性 ， 可 以 與 經 濟 資本合成 可轉移 社會資本 (Social capital) 來自群體的資源，比如說基於團體 成員而享有，或因網路關係的影響 力與支援，P. Bourdieu 定義這種資 本是在網路關係中占有地位而擁有 的既存或潛在資源運用，也是制度 化下所能具有認同的共有認知 能 與 界 定 下 的 結 構 或 組 織 ， 以 及 公 共 領 域 有 互 動發生 可 評 估 的 無 形 、 資 產 、 局 部可轉移 文化資本 (Cultural capital) 知識、技能、教育以及來自個人能 夠提高社會地位的優勢 個人擁有 透 過 教 育 之 後 可轉移或傳遞 符號資本 (Symbolic capital) 來自於個人所屬的個人地位、名望 或網路關係 個人擁有 屬於個人獨有 局部可轉移 18
此書的第一版是以法文印行，Esquisse d'une theorie de la pratique, Librairie Droz, Switzerland, 1972. 本文引用的是 1977 年的英文版本。
19此書的第一版是以法文印行， Le Sens Pratique, Les É ditions De Minuit, Paris, 1980.本文所參酌的
是 1990 年的英文版本。英文書名為 The Logic of Practice。
20
19
來源: 本研究整理 (Bourdieu， 1977; Bourdieu 1986; Bourdieu， 1990) 社會資本在社會研究領域裡成為幾種學派，包括
(1)社會規範學派(The school of social norms)：主要是在說明個體與其所屬社 會之間基於互惠與信賴而有的價值規範是一種社會資本，如 J. S. Colemn (Coleman, 1988)，F. Fukuyama (Fukuyama， 1999)，R. D. Putnam (Putnam， 2000)。
(2)網路鑲嵌學派(The school of network embeddedness)：如 M. Granovetter 將強 連結與弱連接解釋社會結構中社會資本與種種經濟活動受到既存社會網絡關係的影 響 (Granovetter， 1973; Granovetter， 1983; Granovetter， 1985)，此外 R. S. Burt 也 提出社會資本是指透過人際間鑲嵌(embedded)關係的運用而達成個人社會資本與財 富之創造，也就是結構洞(structure hole)的觀念(Burt，1992)。
(3)社會資源學派(The school of social resources)：社會資本是網路結構中成員 所能獲得的支持。P. Bourdieu 定義社會資本是與群體成員相關聯的實際或潛在的資 源的總和，它們為群體的每一個成員提供集體共有資本(Bourdieu， 1986)。N. Lin 則提出資源是鑲嵌在社會網路中而非個人資源，但獲取這種資源的權力則是屬於個 人(Lin， 2001)。 社會資本是一種描述資源如何在人際關係中配置的研究，行動者網路理論則指 出社會資本應可結合非人的行動者與行動者之間的互動關係整合而成一整體的資本 評估，對必要超越點而言，擴充了非經濟因素或標的範圍而有更大彈性。如何在行 動者網路中鑑別出必要超越點的判準依據則必須要了解包括互動行為在內(不僅是 交易行為)的成本與資本如何估算21。
2.5 創新的替代與預測
幾乎所有的創新，技術平台，產品，甚至產業結構，都有被替代的危機與認 知，不論是耐久財或科技產品，都可能面臨創新的替代。這些替代的威脅有許多的 21社會資本結合行動者網路中互動行為的資本研究是為了理解如何達致與說明必要超越點，稍後本 文的結論將結合經濟資本後以網路資本(Network Capital)稱呼之。20 改變是可預測的(Porter，1985)。例如黑白電視機與彩色電視機，鋁罐替代鐵罐 (Farrell，1993)，CD 取代錄音帶，DVD 替代 VCD 等等，過去的實證研究更指出， 替代的發生在市場佔有率的改變不到 10%時(Porter et al.， 1991)就已經發生。於是， 分析替代品之技術來源，產業結構以及種種相關聯的研究，特別是建立一可靠的預 測模型，作為策略規劃之輔助工具，十分常見且重要(Lilian et al.， 1992)。 一般而言，建立有效的替代模型作為技術預測之工具(Porter et al.，1991; Martino，1993)，除了要能有效地預測技術發展的方向，還同時預測市場的替代時 間或擴散速度(Bass，1969; Fisher et al.，1971; Lenz，1985 )，這方面的研究多以成 長曲線模型，一般也稱為 S 曲線模型，或稱為羅吉斯曲線(logistic curve)來說明， 替代的過程與替代的辨識前人已多有研究，但多是對於替代技術或創新進行模型建 構，而原有技術或市場主要佔有者，面對市場長期消退，或進入式微(decline)的動 態規劃，卻少見有建立模型之分析，這也是多元並存的現象。對替代的預測其實也 提供原有市場佔有者在策略上有更佳的選擇。使用替代模型(substitution model)， 通常是要提供對於模型中所涉及的分析要因，建立某種程度直觀上的(intuitive)了解， 同時提供對創新在市場上的預測，將有助於協助產業或企業的整體策略規劃。這種 模型由它們的方法論以及它們的目的構成，作為決策系統的依據(Lilian et al.， 1992)。
在過去的文獻中，已經有學者整理出相當多的替代模型(Kumar and Kumar， 1992; Young，1993)，一方面，這些替代模型的分析，大多是以新興技術或產品的 市場增長為主，同時也衍生出市場擴散以及替代的研究並建立模型(Bass，1969; Fisher and Pry，1971)，討論到原有技術或產品市場的消退時，比較少見以模型說 明，也就是說，在技術替代發生的過程中，這些模型雖然提供了替代技術成長或擴 散方面，有良好的分析結果，卻在被替代者的模型建立與作為預測工具的研究鮮少 見述。
21
substitution model)的建立，說明技術替代或者技術擴散( innovation diffusion )以及 技術衍生之產品成長的過程，也就是作為技術成長效能預測(Porter et al, 1991; Martino， 1993 )，至於產品市場的描述，通常是以市場佔有率為主要內容。最先 採用成長曲線或 S 型曲線作為擴散模型是以鐵路業，煤礦業，鋼鐵業等作為成功 的例子，後來 Bass 提出了著名的擴散模型(Bass，1969)，以消費性產品為例探討擴 散模型的使用。 但是作為管理的工具，模型似乎遇到問題在經理人不能善知技術成長模式的 背景及其意義，那麼便不能夠真正及正確使用，特別是如何面對決策時的進退維谷 (dilemma) 。利用模型作為決策參考，即便模型會因為經濟狀況，社會條件，選擇 行為，技術因素等等而顯得不是那麼完備。特別在創新並不盡然都有大數量的市場 預測時，替代模型在量化的預測就有其限制。 本研究對於替代與預測的部分著重在替代過程與被採用的時間點。22 22 這是筆者所考慮關於創新的替代與擴散的問題，其文獻部分，本研究將其置於附錄一部分。
22
三、浸潤式微影技術 (Immersion Lithography)
3.1 浸潤式微影技術生命史(Life story)
此一章節將說明浸潤式微影技術從候選技術成為主流技術的過程，透過企業發 布的新聞，國際光電工程學會(SPIE) 會議論文，學術期刊，商業期刊，企業內部訪 談，甚至公司發布的商業產品規格目錄，就時間歷程所建立的生命史，以期能夠瞭 解稍後文本所述兩種行動者網路關係的建立特徵: (1)內部網路( Inter-network) :行動 者在相同網路範疇內的連接與其鍵結關係。 (2)由內而外( Inside-out network) : 行動 者在不同網路結構的互動過程與其如何達成橋接。此即為浸潤式微影技術這項創新 如何基於 193 奈米波長微影技術的基礎，加上浸潤式設計而成為相當於 134 奈米波 長光源，最終替代了 157 奈米波長微影技術，並迫使該項技術完全停止發展 (immerse into the dark)。3.1.1 早期發展 (1980-2000): 浸潤式微影技術的的專利與設計
最早將浸潤式微影技術的概念提出的是在 1980年的一項專利(Tabarelli & Lobach， 1980)。雖然浸潤式的技術概念來自早就已經存在於提高顯微鏡解析度的 手法，但是將晶圓浸泡在液體介質的工程設計在當時還是一項新的技術瓶頸 (Owa & Nagasaga， 2008)。 到了1998年，前述專利的生命末期，此時才有兩項可能的工 程設計被提出 (Suwa， 1998; Fukami & Magome， 1998)。這項技術被提出的時間 在1980年代初期，但為何浸潤式微影技術並未被1980後的光學式微影技術所採用呢? 此時所發展的光波波長為365奈米，以及之後準分子雷射技術--248奈米波長，193 奈米波長在光源的選擇與工程設計—特別是提高數值孔徑(NA，numerical aperture ) 都較浸潤式微影要來得容易，附帶一提，根據技術藍圖法的預測，這時期的次世代 微影技術被預測的可開發技術為X光射線投影( X-ray projection)，電子束投影 ( electron beam projection)，離子束投影( ion beam projection)，超紫外光微影技術 ( EUVL)，以及 準分子雷射氟氣157奈米技術 (ITRS， 1999)，浸潤式微影技術根本 都沒被提及。
23 3.1.2 157 奈米微影與浸潤式技術 (2001 年)
在2001，學者提出了157奈米波長加上浸潤式技術的概念 (Switkes， 2001)，而 在此時的157奈米微影技術事實上還未成為半導體的生產設備。1990年代末期，三 家主要的微影設備供應商才從8吋晶圓進入到十二吋晶圓設備的193奈米微影技術市 場，位於荷蘭的ASML Inc. (此公司在1999年併購了位於美國的 SVG Inc. 以得到 Microscan 157nm 產品以及開發總成)，日本設備供應商 Nikon Inc. 以及 Canon Inc. 都同時注意到157奈米加上浸潤式微影技術的發展，因為從計算上，依照摩爾定律 的推估，45奈米(193奈米技術上可達成)以下的30奈米此一節點，將需要157奈米加 上浸潤式微影技術來達致，但此一技術所牽涉的是157奈米技術是否可以成熟，其 中光罩材料，鏡頭材料與其對浸潤式的液體選擇與設計，新光阻的開發都在工程技 術上耗時耗力耗財，特別是否能達成產出率的預期與成本的考量。此時的其他次世 代微影技術，包括深紫外光技術在內，都是發展緩慢，似乎只有157奈米技術是最 快能達到生產目標的技術 (ITRS， 2001)。這也意味，在這一兩年間，投入157奈米 技術的主要行動者，為主要設備供應商的開發時程，必要超越點(OPP， Obligatory Passage Point)是取決在 設備商的開發上。 此一時期的行動者包括設備商，研究社群與學圈的技術報告，主要關心的事 ( matters of concern)顯示行動者是基於共同興趣(interest-driven)而互相徵集聯結起來 (enrolling)。 3.1.3 193 奈米浸潤式微影技術的提出初期 ( 2002 二月到九月) 依據2002年二月的一場關於157奈米微影技術研討會所發表的論文來看，第一個 以浸潤式技術所曝出的圖案是以157奈米微影技術原型實驗設備所產生，而產出所 使用 的 浸潤式液 體 為 純化過 的 去離子 水 (DI ，deionized water， 折射率為 1.33) (Switkes， 2002)。 任職於Nikon 公司的 S. Owa 在一篇回顧性的文章中提到，之所 以會採取浸潤式技術在193奈米微影技術上，主要是因為193奈米技術的基礎設施發 展(infrastructure development)較成熟，較157奈米技術”在新材料的發展與供應鏈結
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構都相對低成本一些” (Owa & Nagasaka， 2008)。這似乎呼應到 Herderson 與Clark 的研究，是結構化知識與模組化知識的混合與競爭。在2002年，193奈米技術已經 成為生產設備有三年之久，且其鏡頭材料對於純水的應用並沒有問題，長期浸淫在 光學微影技術開發，時任職於台積電的林本堅博士(B. J. Lin)在同一場會議中壓軸 提出了洞見，他主張應以193奈米技術作為浸潤式微影技術的基礎，並且提供計算 等效光波將是134奈米，同時採用高折射係數的純水後，由於孔徑數值可期將大於 1.0 23這一特性，將使得解析度與影像都會得到提升 (Lin， 2002)，這是一個重要的 轉變，將浸潤式技術與193奈米技術連結在一起。 在此時期，國際光電工程學會下關於微奈米微影技術，微機電與微光電機械系 統的一份期刊(Micro/Nanolithography， MEMS， MOEMS 也稱為JM3)創立了，創 刊的總編輯正是 B. J. Lin。 此一時期的行動者有了轉變，在人的部分是研究社群以及對於此項應用技術需 求孔急的主要採用者，如在微影技術開發上有豐富經驗的 B. J. Lin即為主要行動者 (primary actor)，物的部分則仍是以期刊論文以及在專業領域所召開的的國際會議， 主要行動者居於生產與技術研究兩個網路之間，而B.J. Lin的提案則是將共同利益 驅動( interest-driven)透過了技術可行性與成本計算的方式，將193奈米技術加上浸 潤式技術成為一可能的實現提案，而技術可行性與成本計算的結果就是此項技術的 必要超越點。 3.1.4 193 奈米浸潤式微影技術的可行性研究 (Feasibility study) ( 2002 年九月 到 2003 年二月 ) 接續在前述的157奈米微影技術的SPIE研討會(2002年九月)後，針對193奈米加上 浸潤式微影的設計有更多的技術上的解決方案被提出，比如說S. Owa的論文 (Owa， 23
參考 Rayleigh 計算式 formulas formula as (1) and (2), the NA > 1 is benefiting to both resolution and DOF enhanced.
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2002)，B. J. Lin 與B. Smith 分析193奈米浸潤式微影的優點(Lin， 2002(a); Smith， 2002)，其中 B. J. Lin 透過長期生產成本(long tern cost)計算的方式提高了在同一生 產網路結構中其他行動者的共同興趣。甚至在第三屆於比利時安特衛普所舉行的 157奈米微影技術研討會，新聞報導都還出現這樣的說法:”根據產業中的專家表示， 157奈米微影技術已經克服了大部份的技術上的障礙，此一技術將使得半導體生產 技術進入65奈米此一節點的生產” 24
。但事實上，這時三個主要的微影設備供應商 Nikon， ASML 以及 Canon，都已經開始設計浸潤式曝光平台(immersion exposure stage)。
約略同時，International SEMATECH (ISMT) 也組織了幾個任務型導向的專案， 加入了浸潤式微影技術的開發並舉辦了三次的討論工作坊(workshop)，涵括的成員 包括學術機構如NIST (National Institute of Standards and Technology)，麻省理工林 肯實驗中心(MIT/LL， Massachusetts Institute of Technology Lincoln Laboratory)， 羅 徹 斯 特 大 學 (RIT ， Rochester Institute of Technology) ， 新 墨 西 哥 州 大 學 (the University of New Mexico) ， 德 州 大 學 (the University of Texas) ， 威 斯 康 辛 ( the University of Wisconsin)，波士頓大學( Boston University)等等。
在這時期，基於更趨一同的利益(common interests)而有有更多的行動者加入，而 他們也開始轉譯(translate)研究成果為更多的利益來源，吸引更多行動者加入，同 時透過這些小型計畫，透過共同分享方式而動員更多成員加入(enrollment and mobilization) 3.1.5 193 奈米浸潤式微影技術的最初階段 ( 2003 年二月到九月) 24
原文是” all major obstacles to manufacturing 157nm optical lithography have been overcome, and the
industry is planning for the insertion of 157nm lithography at the 65nm node” 事後來看似乎有點過於樂
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在 2003的二月到九月之間， Nikon 與 ASML兩家公司同時加速他們在新的曝光 機上的設計以符合浸潤式曝光平台的建立。首先是由Nikon公司在2003年SPIE微影 技術會議揭露了他們在局部注入法(local fill method)曝光的圖案 (Owa & Nakasaga， 2003)，但也同時提出六項主要的瓶頸問題，相對地，主要競爭對手 ASML卻延遲 了六個月之久才發表他們的初步結果，此時表面上是由Nikon公司取得領先，但是 ASML的作法是與台積電(TSMC)合作，將浸潤式覆罩(immersion hood)加裝(retrofit) 在具有高產出的1150設備平台上，成為1150i，以在台積電廠內取得更多關於生產 上的問題與解決問題的準備25，這一加裝不但是區分出了乾式(dry，傳統的光源)與 濕式wet(加裝了以純水作為光源折射介質的浸潤式設計)，將immersion這一字眼與 設備，製程技術結合，也一舉超過了 Nikon公司的進展，因為 ASML 在這裡擴大 了設備商的內部網路結構，與台積電的合作使得此一共同利益的網路結構達致擴張， 事實上，台積電也在此一決策上獲益: 得到更快的問題解決以及廠內驗證(in-house verification)。在此結合性的網路結構所面對的必要超越點，首先是可否超越157奈 米微影技術的所能達到的節點(node)尺寸，等效於134奈米波長的193奈米浸潤式微 影技術證明了技術上可達，同時，依照成本的實際驗算，193奈米浸潤式微影技術 基於各模組化組成的成熟，也在成本這一點上超越階段性的必要超越點。 此一時期的行動者--物(actant)是生產實驗上的結果與各項浸潤式微影的技術報告， 還有所被採用的浸潤式覆罩設計。行動者--人(Actor)則是台積電與其長期微影設備 供應商 ASML，而此一網路結構也隱含像ASML這樣的公司能夠在平台設計(有關 於產出率的提升)以及設計與工程(D&E ，Design and Engineering)管理上的獨到之 處。 即便是157奈米微影設備已經在好幾處安裝之後，193奈米浸潤式技術的迎頭 趕上與競爭，形成在必要超越點的直接比較。
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27 結果是Intel在2003年五月宣布了將157奈米技術排除在其技術藍圖之外26，改採 浸潤式微影技術。 3.1.6 早期浸潤式曝光設備 (2003 年九月到 2005 年) 透過訪談，公司發布的新聞可以得知早期浸潤式設備的開發是在原設備193奈 米曝光設備上的加裝，在2003到2005年之間，不僅ASML 發表數值孔徑 (NA)從 0.75， 0.85 甚至到 0.93 的設備， Canon 公司也有 NA 0.75 與 0.85 的設備發表。， Nikon公司有 NA 0.85 的設備。 這些設備都被用來驗證浸潤式微影技術所必須因應 改變的製造流程，光阻選擇以及其他生產條件。但從訪談中可以發現，ASML公司 同時對雙平台27 (TWINSCANTM platform) 工程設計改善，帶來更高的產出率，使其 浸潤式覆罩成為被採用的標準，透過加裝的1150i，首台生產用設備1250i28以及後 續1400i的持續推出29，持續地推進產出率的工程目標設定與管理，讓ASML與台積 電，INTEL之間的合作關係，確立了在浸潤式微影技術上幾乎百分之百的佔有率。 Nikon 公司很明顯地在客戶端並未因為其第一個曝出元件圖案而獲得設備輸出 的先機，雖然Nikon公司不斷地在光阻材料發展與光罩設計上力圖發展，且成為第 一個90 奈米節點 與 65 奈米節點上發表的浸潤式設計(Donders et al.， 2004)，並在 更 多 浸潤 式微 影設 備上 提出 更 好 的異議 (different dissidences) (Mulkens et al. ， 2005;Gil et al.， 2005; Donders et al.， 2004)但Nikon錯失了在終端客戶的技術面合 作機會(coalition) 。在這一時期，根據ASML與台積電在SPIE會議或期刊所揭露的 技術論文來看，ASML的確在技術面獲得相當大的超前，同時在各種商業雜誌與半 26 根據 EE Times.com 2003/5/22 的新聞報導。 27所謂雙平台設計是指曝光前量測與曝光平台分開以增進產出率的設計。單平台設計是量測晶圓平 面條件後才曝光，而雙平台通過分開此二步驟而能達到更高的機台使用效率。 28
The first immersion production tool (ASML 1250i) is shipped to TSMC Ltd. Inc. (Taiwan Semiconductor Manufacture Company)
http://www.asml.com/asml/show.do?ctx=13559&rid=27372
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導體設備展上的廣告，ASML成功地將浸潤式( Immersion )此一字眼在非同儕(non-peer-review)之外的管道提升自身的可見度，同時附加在高產出率的優勢宣傳半導 體製造的成本降低較Nikon更值得採用; 在2003年版的技術藍圖中出現的可能採用 技術(“possible liquid immersion”) (ITRS， 2003) 而進展到”可延伸現存193奈米微影 技術的應用年限”。
浸潤式微影技術在這一時期正如B. J. Lin的預測 (Lin， 2002(a))，超越了必要超 越點之成本目標(cost-effective target)是來自於行動者網路的擴大，由生產者網路所 動 員 而 來 (mobilization) 的 光 阻 製 造 商 ， 製 程 檢 測 設 計 的 研 究 者 (metrology researcher)，以及其他因應浸潤式設計而變更的流程因此擴大的徵集—完成一互補 的結構(complementary infrastructure) 。 3.1.7 高數值孔徑(Hyper NA)浸潤式設備的發展(2005 到 2006 年之間) 經過實際生產的驗證之後，浸潤式微影技術到了發展數值孔徑大於1.0 (高數值 孔徑，hyper NA)的階段，這牽涉到投射鏡頭的設計，並將會帶來聚焦深度 (DOF， 意謂影像的改善) 以及解析度(resolution)的提昇。但這並不完全是ASML公司的成 功，而是要大部份歸功於ASML的長期合作夥伴，專營光學鏡頭開發的公司--蔡司 (Zeiss)所提供的合作新設計—高數值孔徑鏡頭，應用在 ASML hyper NA 1700i 設備 上的。在相同時期，事實上在2006 年的一月，另一微影設備供應商Nikon也完成 NSR-S609B (NA 1.07) 並將其安裝在半導體晶圓廠 (Okumura et al.，2006)，然而， Nikon再度落於ASML之後，高數值孔徑設備並未被採用成為主要生產設備，同樣 地，Canon 也並未在高數值孔徑的設備開發上板回一城，至此，ASML獨佔了所有 的浸潤式微影設備市場，包括高數值孔徑的新設計在內，而對接續的雙圖案曝光法 有更大的發展助益，早期所建構的行動者網路結構(coalition)，讓新進入者無法跨 過在產出率，影像與解析度上的門檻—變更供應商的成本相對而言是一項高門檻。
29 自2006年之後，浸潤式微影技術從早期的破壞性創新角色(相對157奈米微影技 術而言)成為一項結構式的創新，支持著其他更新的技術開發，如雙圖案曝光技術 而成為主流的生產技術。 2009年版的技術藍圖將浸潤式技術排除在次世代微影技 術之外，而以其他技術為藍圖中的新標的(ITRS，2009)。毫無疑問地，這個創新網 路從早期的少數行動者，透過徵集，動員與擴大網路結構，超越必要超越點的過程， 是相當有意義的。 表 6 浸潤式微影技術由利益驅動而成為創新網路的歷程分析30 時期 主體(Entity)/行動者(Actant) 利 益 轉 譯 (Translation Process)/行動(Action) 行 動 者 網 路 (Actor Network) 早 期 發 展 (1980-2000): 浸 潤 式 微 影 技 術 的 的 專 利 與 設 計 學術研究者; 專利;同儕評審( peer-review)期刊論文; 微影設備供應商; 積 體 電路 製 造商 ; 技術 合作 網 路 (TCN ， Technology Cooperation Networks) 如 半 導 體 協 會 (SIA) 、 SPIE、SEMI 提出問題 內部網路 必要超越點(Obligatory Passage Point) 已成熟的技術網路: 426 奈 米 (g-line) ， 365 奈 米 ( i-line) ， 248 奈 米， 193 奈米 發展中: X 光投影，電 子束投，深紫外光微影 技術， 157 奈米 157 奈米微影與浸潤 式技術的提案(2001) 157 奈米微影設備與其供應商 學術 研究者; 同儕評審( peer-review)期 刊論文; 專題會議 提 出 問 題 (Problematisation) 提出共同利益 發展 : 157 奈米曝 光機 提案: 157 奈米與浸潤式 193 奈米浸潤式微影 技 術 的 提 出 初 期 (2002 年二月到 2002 年 9 月) 157 奈米微影設備; 193 奈米微影設 備與其供應商;技術合作網路小型 專案;同儕評審( peer-review)期刊 論文 提 出 共 同 利 益 (Interessment) 加入網路 (Enrollment) 157 奈米與浸潤式 193 奈米與浸潤式 193 奈米浸潤式微影 技 術 的 可 行 性 研 究 (2002 年九月到 2003 年二月) 技 術 合 作 網 路 如 ISMT (SEMATECH) 的 小 型 專 案 與 工 作 坊 ; 資 深 專 家 ; 同 儕 評 審 ( peer-review)期刊論文 提出共同利益 加入網路 157 奈米與浸潤式 193 奈米與浸潤式 193 奈米浸潤式微影 以 水 作 為 介 質 的 最 初階段(2003 年二月 到 2003 年九月) 193 奈米微影設備與浸潤式覆罩設 計， 微影設備供應商，積體電路 製造商;同儕評審( peer-review)期 刊論文，ITRS 技術藍圖 提出共同興趣 加入網路 反對 必要超越點 157 奈米 193 奈米 浸潤式設計 早 期 浸 潤 式 曝 光 設 備 (2003 年 九 月 到 2005 年) 193 奈米浸潤式微影設備; 次系統 供應商; 積體電路供應商; 同儕評 審期刊論文 加入網路 動員加入 反對 必要超越點 157 奈米微影技術被放 棄 193 奈米浸潤式設備開 發與技術開發 高 數 值 孔 徑 浸 潤 式 設備的發展(2005 年 到 2006 年間) 193 奈米微影設備; 鏡頭製造供應 商; 積體電路製造商; 同儕評審的 期刊; 商業雜誌，半導體設備展; ITRS 技術藍圖報告 動員加入 必要超越點 193 奈米浸潤式設備開 發與技術成熟 30 表 6 中以底線表達非人的行動者(non-human actant)來區隔行動者在人與物的不同。
