光刻机照明系统专利分析

光刻机照明系统专利分析　
张海波，林妩媚，廖志杰，白瑜，冯建美，邢廷文　
（中国科学院光电技术研究所，四川成都６１０２０９）　
摘　要：为了解光刻机照明系统的技术发展方向和技术研究热点及技术成熟度，并为科研人员　
提供技术参考，对光刻机照明系统技术专利文献进行了检索．并对专利文献数据进行了统计分　
析，分别从专利权人分布、国际专利分类号分布、专利申请国分布和年度发展趋势及技术生命周　
期等几个方面进行统计分析。揭示了国内外光刻机照明系统专利申请的主要专利权人依次为阿　
斯麦、尼康、佳能和蔡司．专利文件分布的主要技术领域为半导体器件和其部件的制造处理等方　
面，专利文件的年度申请在２００４年出现最高峰．之后开始下降，并结合技术生命周期曲线图，指　
出光刻机照明系统技术已经历了从萌芽、发展、成熟阶段。同时进行了重要专利文件的挖掘，分析　
了技术研究热点，追踪核心专利文件的技术发展脉络：并对偏振照明技术作出技术一功效矩阵分　
析图，分析出技术研究热点，并提出我国科研人员应利用未在我国进行保护的重要专利技术，为　
我国企业提出了专利申请的相关建议．节省研发时间　
关键词：光刻机；照明系统；专利分析；专利统计　
中图分类号：Ｎ１８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４．４５０７（２０１４）０８—０００１．０８　

Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　Ｐａｔｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　
ＺＨＡＮＧ　Ｈａｉｂｏ，ＬＩＮ　Ｗｕｍｅｉ，ＸＩＮＧ　Ｔｉｎｇｗｅｎ，ＬＩＡＯ　Ｚｈｉｊｉｅ，ＦＥＮＧ　Ｊｉａｎｍｅｉ　
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｏｆ　ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６　１　０２０９，Ｃｈｉｎａ）　
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈｅ　ｈｏｔ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｋｅ　ｔｒａｃｋｓ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｔａｎｔ　
ｐａｔｅｎｔｓ’Ｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｒｏｕｔｅ，ａｎｄ　ｍａｋｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｓｃｉｅｎｔｉｓｔ，Ｐａｔｅｎｔｓ　ｏｎ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　
ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｉｚｅｄ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｌｌｙ，ｔｈｅｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈｅ　ｄａｔａ．Ａｎａｌｙｓｉｓｉｎｇ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｔｅｎｔｅｅ，ｉｎ　
ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ＩＰＣ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｔｅｎｔｓ　ａｐｐｌｉａｔｉｏｎ　ｃｏｕｎｔｒｙ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｙｅａｒｌｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　
ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｔｒｅｎｄ，Ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｔａｍｓ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｔｒｅｎｄ　ｏｎ　ｐａｔｅｎｔｓ　ｉｎ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　
ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ｆｉｅｌｄ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｏｖｅｄ．Ｉｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｏｐ　４　ｐａｔｅｎｔｅｅｓ　ａｒｅ　ＡＳＭＬ，Ｎｉｋｏｎ，Ｃａｎｏｎ，ａｎｄ　
Ｚｅｉｓｓ　ｏｒｄｅｒｌｙ；ｐａｔｅｎｔｓ　ｄｉｓｔｒｕｂｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ＩＰＣ　ａｒｅ　Ｈ０　１　Ｌ／２　１／０２，Ｈ０　１　Ｌ／２０／２７，ａｎｄ　Ｇ０３Ｆ／０７／２０；ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｉｎ　
ｙｅａｒ　２００４　ｔｈｅ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｔｅｎｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｃａｍｅ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｐｅａｋ　ｖａｌｕｅ，ｄｅｃｌｉｎｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗ　ｙｅａｒｓ，　
ｒｅｆｅｒｅｎｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｔｙ　ｌｉｆｅｃｙｃｌｅ　ｔｉｇｅｒ　ｄｉｓｃｏｖｅｒｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　
ｇｏ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｐｒｏｕｔ，ｇｒｏｗａｂｌｅ，ａｎｄ　ｍａｔｕｒａｔｉｏｎ　ｐｈａｓｅ．Ｄｉｓｃｏｖｉｎｇ　ｔｅｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｔｅｎｔｓ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈｅ　ｈｏｔ　

收稿日期：２０１４—０７—３０　
匝Ｉ嚣团咽（总第２３４期）①　
趋势与展望　电子工业苣用设苗　－　
ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｋｅ　ｔｒａｃｋｓ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｔａｎｔ　ｐａｔｅｎｔｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｒｏｕｔｅ．Ｔｈｅ　ｗｒｉｔｅｒ　
ｍａｋｅｓ　ａ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ－ｅｆｆｅｃｔ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｈａｒｔ　ｏｆ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｉｅｌｄ，ｉｔ　ｉｓ　ｓｅｒｖｅｄ　ａｓ　ａ　
ｇｕｉｄｅ　ｆｏｒ　ｈｏｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｉｅｌｄｓ．Ｉｔ　ｉｓ　ｓｕｇｇｅｓｔｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｃｈｉｎｅｓｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ　ｃｏｕｌｄ　ｌｅｇａｌｌｙ　ｍａｋｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｔｅｎｔｓ　ｔｈａｔ　ａｒｅ　ｎｏｔ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ，ｓｈｏｒｔｉｎｇ　ｔｈｅｉｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｅｒｉｏｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｆｉｅｌｄ．　
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；Ｐａｔｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｐａｔｅｎｔ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　

专利是能够反映科学技术发展水平最新动态　
的情报文献，分析某领域的专利，对于科研人员了　
解国内外技术的发展动态、现有技术水平以及未　
来发展趋势有重要的意义。　
在微细加工产业的领域里，投影光刻机是其中　
的关键设备之一，而与投影物镜匹配的照明系统又　
是投影光刻机的重要组成部分，只有高质量的照明　
系统，才可充分发挥曝光系统的性能并满足曝光系　
统成像的需要［１．３】。至今，国内外还未见有关于此领域　
宏观的专利分析的文章。本文将通过对光刻机照明　
系统专利数据进行专利权人分布、国际专利分类、专　
利申请国分布、年度发展趋势和技术生命周期分析，　
并对重要专利进行挖掘，追踪技术发展方向，旨在为　科研人员提供参考，使其了解当前照明系统技术发　展情况，避免重复研究，缩短研发周期。　本文利用Ｉｎｎｏｇｒａｐｈｙ专利检索分析系统和　Ｅｘｃｅｌ，统计分析从１９８３年到２０１２年之间公开的　专利数据，Ｉｎｎｏｇｒａｐｈｙ专利检索系统的数据包括　欧洲专利局、美国专利局、日本专利局、中国专利　局、世界知识产权组织等国家和地区专利局受理　和授权的专利。根据照明系统的专利分类号和关　键词编辑检索式，并对检索结果进一步筛选，得到　相关的专利近１万件。　衄｛　哥　专利检索式为：　（１）（１ｉｔｈｏｇｒａｐｈ　ｏｒ　ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ　ｏｒ　ｐｈｏ—　ｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ　ｏｒ　ａｌｉｇｎｅｒ　ｏｒ　ｓｔｅｐ—ａｎｄ—ｓｃａｎ　ｏｒ　ｓｔｅｐ－－ａｎｄ－－ｒｅｐｅａｔ　ｏｒ　ＩＣ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｏｒ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒ－　ｃｕｉｔｓ　ｏｒ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｏｒ　ｓｔｅｐｐｅｒ　ｏｒ　ｓｃａｎｎｅｒ　ｏｒ　ｓｃａｎ—　ｎｅｒ）ａｎｄ（ｉｌｌｕｍｉｎａｔ　ｏｒ　ｉｌｌｕｍｉｎａｎｔ　ｏｒ　ｒａｄｉａｔ　ｏｒ（１ｉｇｈｔ　ｓｏｕｒｃｅ）ｏｒ（ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｏｕｒｃｅ））ａｎｄ　Ｇ０３Ｆ７　（２）ＥＵＶ　ｏｒ　ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｗ　ｕｖ　ｏｒ　ｆｅｘｔｒｅｍｅ　ｗ　ｕｌｔｒａ—　ｖｉｏｌｅｔ）ｏｒ（ｅｘｔｒｅｍｅ　ｗ　ｕｌｔｒａ　ｗ　ｖｉｏｌｅｔ）ｏｒ（ｘ　ｗ　ｒａｙ？））　ａｎｄ　Ｇ０３Ｆ７　（３）（ｐｏｌａｒｉｅ　ｏｒ　ｐｏｌａｒｉｓ　）ａｎｄ（１ｉｔｈｏｇｒａｐｈ　ｏｒ　ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ　ｏｒ　ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　、ａｎｄ　Ｇ０３Ｆ７　下面对对这些专利文件进行分析，结合世界范围　
内的相关技术和产业动态，探索照明系统领域技　
术发展总体趋势。　

１申请趋势分析　
１．１全球主要专利权人统计　
图１为照明系统专利技术的主要专利权人，　
该领域全球专利申请量位居前四的专利权人为阿　
斯麦（ＡＳＭＬ，１７４８件）、蔡司（１３８０件）、尼康　
（１３０４件）和佳能（１０１２件）。　

一，　…　
，　，　…　＿－一．　
图１权利人专利申请量分析　
趋势与展望　电子工业董用设备　
一
个较高的水平。需要说明的是２０１２年的数据受到　
部分申请未公开的影响，下降幅度比较明显，但是不　
能反映该年度实际的专利申请量。１９８３年以前专利　量特别少，而２０１３年由于大部分专利都未公开，数　据量也很少，所以未在图４中作出反映。　２００４年以后申请量下降，原因可能是该项技　术在２００４年前后已经成熟，基本完成了一个技术　周期。据笔者了解的现在照明系统的技术基本已　经处于成熟阶段，但随着光刻技术出现新的技术　方向，技术会有新的突破。根据图４推断，大致可　以将光刻照明系统的技术发展分为４个阶段，即：　技术萌芽期（１９９４年以前），技术发展期　（１９９４—２０００年），技术成熟期（２００１　２００５年），技术　衰退期（２００５年以后）。再通过技术生命周期曲线　图对此作进一步的验证。　１２００　ｌ０００　８００　哥６００　＊　４００　２００　０　．１　Ｉｌ　量儿　量ｎ＿ｌ１ｄ　｜ｌＩ１诖珏　图４专利年度申请趋势图　技术生命周期【５］是指某项特定技术从开发研制　出来投入使用，到该技术逐渐为社会生产部门所淘　汰为止所经历的时间过程，常用折线图表示，横轴表　示专利数量／时间段，纵轴表示发明人／时间段，图　５为技术生命周期通用曲线图。通过某一特定领域　的技术生命周期图与通用曲线图的比较，可发现该　产业所处的技术生命周期状况，如技术萌芽期、发展　期、衰退期、复苏期。以此作为研发投入的重要参考，　企业通常会加大处于发展期技术的研发投入。　根据技术生命周期分析的理论，我们对收集的　照明系统专利进一步统计，得出了１９８３年至２０１２　年的专利申请和申请人数量，并绘制出照明系统专　利双年技术曲线周期图，如图６。结合图４我们可　推断照明系统技术在１９９４年之前处于萌芽期，　１９９４年之后进入技术发展期，１９９８年以后专利数　量和发明人数量开始大幅度增长，２００４年之后专　
利量和发明人数量匀出现回落，出现技术衰退，这　
和根据专利申请年统计结果的推断十分一致。　

３０　
２５　
２０　
１５　
ｌ０　
５　
０　

、　一一　
成孰期　
…～ｊ，ｒ　、）　

＼厂一／　
复苏期　．——／　
／　

，一ｒ
／发展期　

／　
萌芽期　

０　５０　１００　１５０　２００　２５０　３００　３５０　４００　
专利申请量　
图５通用技术生命周期曲线图　

２５０　
２００　
血《　

１５０　

１００　
５０　
０　

期　

０　２００　４００　６００　８００　ｌｏ００　ｌ２００　
专利申请量　
图６照明系统技术生命周期曲线图　

回顾光刻机市场，可以发现光刻机白诞生来，曝　
光光源从先后经历了ｇ线、ｉ线、２４８　ｎｍ和１９３　ｎｍ等　
几个技术阶段　］。２０世纪８０年代初期，ｇ线机型占　
统治地位，２０世纪８０年代后期到９０年代中期，ｉ　
线机型占主导地位，此时光刻机厂商仅有美国的　
ＧＣＡ等几家公司，此时正是技术萌芽期；９Ｏ年代以　
后，全球先后有３０余家企业跻身光刻领域，光刻技　
术进入发展期，照明系统专利申请量开始增加，此　
时远紫外机型便取代ｉ线机成为主流机型；到２００１　
年，ＡＳＭＬ率先推出的Ｔｗｉｎ　Ｓｃａｎ　ＡＴ１１００Ｂ型ＡｒＦ　
准分子激光步进扫描光刻机，其后日本的尼康和佳　
能先后也推出１９３　ｎ／ｎ的光刻机，２００３年１９３　ｎｍ　
的ＡｒＦ光刻机走向成熟，成为主流设备，由于采用　
了浸没技术，目前１９３　ｎｍ光刻技术延伸到６５　ｎｍ、　
４５　ｎｍ甚至３２　ｎｍ节点。通过分析光刻机的发展历　
程，印证了光刻机照明系统的一个整体技术发展趋