管理学经典文献之十八——架构性创新_现有产品技术的重组和在位企业的失败

管理学经典文献之十八——架构性创新_现有产品技术的重组和在位企业的失败内容摘要：

的颤动发生了共振。 进一步的检查表明，传统的机罩设计方法仅 适用于传统的材料，但是依然没有人知道共振的确切原因。 对于旧的材料而言，嵌入在现有问题解决策略和沟通渠道的知识可以实现有效的设计，但是新材料带来了新的相互作用，这就需要工程师们去获取具有针对性的新知识。 架构性创新因此具有重要的竞争意义。 在位组织可能在创新中投入了大量资源，但却把创新理解为对在位技术的渐进性延伸，或者低估了创新对他们嵌入性架构知识的影响。 而新的行业进入者则可以更有效地挖掘架构性创新的潜力，因为他们不会受到嵌入性的、不太相关的架构知识所制约。 我们将通过对半导体照相 平版印刷校准器行业的竞争和技术 发展史 做简要回顾 ，来验证本文理论框架的效度。 照相平版印刷校准器是一种被用于生产集成电路的精密设备。 在过去的 25年里，它的性能得到了 大幅度地改进，虽然核心技术只发生了很小的变动，但是自从这项技术产生后，该行业却一直处于动荡之中。 市场的领导者频繁更换，产业发展的过程中不断会有新的公司进入，新推出的设备看似 具有很小的创新，但却常常导致在位企业市场份额的大幅降低。 我们认为是因为行业中出现了架构性创新，我们利用行业发展中的三个片段，尤其是佳能（ Canon）推出近接式校准器以及 Kasper公司的反应，来详细阐释本文的观 点。 照相平版印刷校准器的创新 数据 数据来源于对照相平版印刷校准器 (photolithographic alignment equipment)所进行的、历时两年的现场研究。 此项研究的最初目的是为了探究架构性创新的效度，这一概念是本文的一位作者在研究汽车和制陶产业时提出的 (Clark, 1987)。 数据的核心部分是一组包含产品研发成本和销售收入的面板数据，涉及了从 1962 年产品第一次商业化到 1986 年这一期间的每一个产品开发项目。 附加信息包括每个项目详细的管理和技术的历史记录。 通过对一手和二手资料的 研究收集数据。 二手资料包括行业期刊，科学期刊以及咨询报告，主要用于辨别行业中活跃的公司和它们所推出的产品，从而形成行业技术发展史的一个初步概况。 与产品开发团队中至少一位成员建立直接联系，并进行访谈，通过这种方式收集每一种产品开发项目的数据。 访谈共进行了 14个月，从 1987年 3月到 1988年 5月。 在这一过程中，我们共访谈了 100多人。 访谈对象尽可能包括每一个项目的高级设计工程师和每个企业的高级营销主管。 我们也采访了 行业中其他观察者和参与者，包括首席执行官、高校中的科学家、熟练的设计工程师和服务经理。 在可能的 情况下，我们利用企业内部资料对访谈进行补充。 多数访谈是半结构化的，大约持续两个小时。 访谈对象需要描述他们所熟悉的产品开发项目的技术、商业和管理方面的历史，以及这些产品在技术上和商业上的成功之处。 为了增强上述过程中所收集数据的有效性，我们将每种设备供应商产品开发的简要历史分发给所有访谈对象和那些了解公司历史的人，并在补充性访谈中通过电话来讨论所记述内容的准确性。 同样，我们在构建产业的技术发展史时采取了同样的验证程序。 其中，利用访谈数据、出版的产品文献和科学报道构建技术的发展史。 这些历史资料被分发给熟悉产业技术发展史的关键人物，他们可以恰当地修改材料。 我们选择半导体照相平版印刷校准器产业作为研究对象有两个原因。 第一，它与我们最初形成理论框架的产业不同，行业中企业的规模更小，技术创新的速度更快。 第二，它提供了一些架构性创新如何影响在位企业竞争地位的例子。 照片平板印刷器产业经历了四次架构性创新，每次的结果都是新的行业进入者夺得了行业的领导地位。 为了便于讨论架构性创新，我们将对照相平版印刷产业做一个简要的描述。 照相平版印刷技术 照相平版印刷校准器用于制造固态半导体设备。 半导体的生产需要将微小而复杂的图案转换到 半导体材料上，如硅的晶片 (wafer)表面，这种转换过程被称为平版印刷（ lithography）。 晶片的表面涂上一层感光化学材料或称 “抗蚀涂层 ”（ resist）。 将需要转移到晶体表面的图案绘制在遮光板（ mask）之上，遮光板阻挡了投射到抗蚀涂层上的光线。 结果，在涂层上只有被遮光板空出的部位得到曝光。 光线与空出的涂层发生化学反应，未反应的涂层则被清除。 剩下的图案可以作为向晶片表面沉积材料或蚀刻晶片表面材料的基底。 在生产半导体设备的过程中，这一过程可能重复多达 20 次，每一次都需要精确定位，也就是要与前一层涂层精确的重叠相对 (Watts and Einspruch, 1987)。 图 2对这一复杂过程做了简要说明。 照相平板印刷校准器被用于遮光板与晶片的定位，在曝光过程中固定两者的位置。 图 3展示了第一代校准器 ——接触式（ contact）校准器的基本原理。 校准技术的改进主要体现在最小特征尺寸 ——晶片表面产生最小图案的尺寸，成功率（ yield） ——成功处理晶片的百分比，以及产量（ throughput） ——给定时间内校准器所处理晶片的数量。 接触式校准器是首次被商业化的平版印刷校准器。 它们利用遮光板的投影将遮光板上的图案转变 到晶片表面。 遮光板与晶片之间是相互接触的，光线通过遮光板上的空隙照射到晶片表面。 接触式校准器使用起来简单、快捷，但是遮光板与晶片的直接接触会损伤遮光板或污染晶片。 为了解决这一问题， 1973年市场上推出了第一代接近式（ proximity）校准器。 光 线遮 光 板抗 蚀 涂 层晶 片步 骤1 . 曝 光 抗 蚀 涂 层 3 . 沉 积 材 料抗 蚀 涂 层晶 片晶 片 上 形成 的 图 案4 . 清 除 剩 余 涂 层2 . 移 除 未 曝 光 涂 层晶 片抗 蚀 涂 层 A晶 片遮 光 板校 准 系 统平 台机 械 系 统C控 制 系 统光 源 图 2 照相平版印刷过程示意图 图 3 接触式校准器示意图 A晶 片遮 光 板校 准 系 统平 台机 械 系 统（ 包 括 间 距 设 置 装 置 ）C控 制 系 统光 源 如图 4所示，在接近式校准器中，遮光板与晶片表面之间保持一个非常 小的距离。 遮光板与晶片的分离意味着在曝光过程中两者都不太会受到损伤，但是由于遮光板与晶片之间是相互分离的，通过遮光板的光线在到达抗蚀涂层前会发生散射，得到的阴影便不如接触式校准器中的阴影清晰。 因此，转而使用接近式校准器的用户则需要在损失最小特征尺寸与提高成功率之间做出权衡。 光学照相平版印刷技术的核心设计概念，包括使用可见光光源将遮光板的图案转换到晶片上，使用透镜或其他装置将遮光板的图像聚焦在晶片表面，一个使用可见光的校准系统，一个用于固定遮光板与晶片位置的机械系统。 该项技术自首次开发之后一直都未发生变化，但是校准器的性能却有了非常巨大的改进。 第一代校准器的最小特征尺寸约为 15到 20微米，现在一般都已低于半微米。 其它使用完全不同核心设计的突破性设计，虽然已经在实验室中被开发出来，但并未进入大规模生产中。 例如已经开发出使用 X 射线和离子光线作为光源的校准器，以及可以直接刻写的电子束校准器，它可以用聚焦的电子束直接在晶片上刻写 (Chang et al., 1977, Brown, Venkatesan, and Wagner, 1981。 Burggraaf, 1983)。 这些技术显然是一些突破性的创新。 在光源上 它们不但使用完全不同的核心概念，而且使用完全不同的遮光、校准和透镜技术。 不断的渐进性创新是光学照相平版印刷技术持续成功的关键。 每一部件的技术都实现了巨大进步。 现在的光源更加强大和均匀，校准系统也更加准确。 该项技术经历了四次架构性创新的浪潮，从接触式校准器到接近式校准器，到扫描投影 (scanning projection)校准器，再到第一代和第二代的 “步进机 ”（ steppers）。 表 1总结了每一代设备在技术上的变化。 每一次改进，光学照相平版印刷的核心技术均未发生大的变动，前一代所积累的技术知识多数可以转移到下一代。 但是，在每一次变革中，行业领导者都未能完成转变。 表 1 照相平版印刷校准技术中架构性创新的简介 主 要 变 化 设备 技术 部件间的关键连接 接近式校准器 曝光时遮光板与晶片相分离 间距的准确性与稳定性取决于间距设置装置（ gapsetting mechanism） 与其他部件的关联 扫描投影校准器 通过扫描反射光将遮光板的图案投射到晶片上 良好的性能取决于透镜与其他部件的互动关系 图 4 接近式校准器示意图 第一代步进机 遮光板 上的图案通过反射透镜放射到晶片上，图案在晶片上逐步成像 透镜视角的尺寸与光源能量的关系是产量的决定因素。 聚焦的深度变得非常重要，它主要受光源的波长和透镜口径之间关系所影响。 平台与校准系统的互动关系也非常关键 第二代步进机 引入点对点（ “site by site”）校准器，更大的 5倍透镜 产量主要受校准（ calibration）和步进机稳定性的影响， 透镜和机械系统间关系成为控制变形的关键 资料来源：实地访谈，公司内部资料（ Henderson, 1988） 表 2列出了从 1962到 1986年，每一代设备 中领导企业消除通货膨胀率的累计销售额比例。 1965 年， Kulicke 和 Soffa 两家公司推出了第一个成功商业化的校准器。 他们取得了巨大成功，在这一非常小的市场中占据了近百分之百的份额长达九年之久，但是在 1974 年Cobilt和 Kasper公司取代了他们成为了行业的领导者。 1974年， PerkinElmer公司推出了扫描投影校准器，并很快成为该行业最大的企业。 随后，推出步进机的 GCA 公司取代了PerkinElmer公司的领导地位，然而 GCA公司又被推出第二代步进机的尼康（ Nikon）公司所替代。 表 2 每一代光学照相平版印刷校准器领先设备商的市场份额 *（ %）： 19621986 校准器 企业 接触式 接近式 扫描式 步进（ step）和重复式（ 1） 步进和重复式（ 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+ *所有这些产品都一直在销售，这会使上述测算发生扭曲。 对于第二代步进和重复式校 准器这一问题会更加严重。 因为，在 1986 年，这一产品依然处于生命周期的早期。 资料来源：企业内部资料， Dataquest， VLSI research Inc 在几乎每一次变革中，在位企业都投入了巨资研究下一代产品，但仅产生了非常小的进步。 通过我们对行业发展史的分析表明，对前一代产品经验形成的架构知识的依赖使得在位企业很难看清新技术的关键之处。 他们因此低估了新技术的潜力，或者生产出明显不如新进入者所推出的产品。 Kasper Saga公司 Kasper 公司和它对佳能推出接近式校准器的反应，说明了在位企 业所遇到的问题。 Kasper 仪器公司组建于 1968 年，到了 1973 年它已经是一家小型的、具有良好盈利性的企业，占有了接触式校准器市场几乎一半的市场份额。 1973 年， Kasper 公司首次推出了具有接近式功能的接触式校准器。 自 1974年起，尽管公司售出的近半数校准器具有接近式功能，但是公司的校准器却很少在接近式功能的模式下使用。 结果，公司销售额持续大幅下降，直到公司于 1981 年离开这一行业。 到了 20 世纪 70 年代后期，佳能公司接近式校准器的推出才促使接近式校准器得到广泛地使用。 接近式校准器很明显并不是一种突破性 的进步。 概念上的变化非常小，多数接近式校准器同样可以当作接触式来使用。 可是，在接近式校准器中，一系列不同的部件间关系是产品性能成功的关键。 尤其，在接近式校准器中，间距设置装置与其他部件之间的关系是截然不同的。 就接触式和接近式校准器而言，若要保证晶片上形成的最终图像质量良好的话，曝光过程中遮光板与晶片表面的距离必须保持相互平行。 这在接触式校准器中是比较容易实现的，因为在曝光过程中遮光板与晶片是直接接触的。 在校准过程中，间距设置装置只是将遮光板与晶片分离，它的稳定性和准确性对校准器的性能影响很小。 可是，在接近 式校准器中，间距设置装置的准确性和精密度则是产品性能的关键。 遮光板与晶片之间的间隔必须准确并保持一致，校准器才能表现好。 因此，间距设置装置必须通过推算定位技术（ dead reckoning）准确地将遮光板放置在晶片上方的正确位置，以确保遮光板与晶片保持完全平行。 所以，间距设置装置的准确性和稳定性不仅取决于自身的设计，也取决于它同其他部件集成在一起的方式。 间距设置装置同其他部件的关系必须改变，校准器的性能才能得到改善。 因此，接近式校准器的成功设计不仅需要获得一些新的部件知识 ——如何制造更加准确和稳定的间距设置 装置，也需要获得新的架构知识。 Kasper 公司在市场中具有很高的地位并拥有照相平版印刷技术的丰富经验，在这种情况下，公司对接近式校准器技术挑战的误解让人十分费解。 在。