全球光刻机市场份额集中在少数企业 我国光刻机亟需自主突破

1、全球光刻机市场持续扩大，行业集中度极高

光刻(Lithography)是一种图像复制技术，是集成电路工艺中至关重要的一项工艺。简单地说，光刻是将掩模版上具有各种电子特性的区域图（即电路图形），按比例精确微缩并曝光成像在晶圆上，完成集成电路工艺图形化转移的第一步。其原理与照相十分类似，但精细度要求较高。相机的原理，是被摄物体被光线照射所反射的光线，透过相机的镜头，将影像投射并聚集在相机的底片（感光元件）上。而光刻机的原理是将高能激光（Laser）穿过掩模版（Reticle），将掩模版上的电路图形透过聚光镜（Projection lens），将影像缩小十六分之一后成像（影像复制）在预涂光阻层的晶圆（Wafer）上。对比相机和光刻机，被拍摄的物体相当于掩模版，单反镜头等同于聚光镜，底片就是预涂光阻层的晶圆。值得注意的是，光刻过程只是投影，并没有刻的过程，刻的过程是在刻蚀机完成的。

在芯片制造过程中，一般需要进行 20-30 次光刻才能完成各层图形的传递，每一次都需要经过一整套复杂的工艺过程,包括沉积、涂胶、曝光、显影、刻蚀、离子注入、光刻胶移除等重要步骤。在芯片制造过程中，光刻是最复杂、昂贵和关键的工艺，光刻的成本约为整个制造工艺成本的 1/3，耗费时间约占整个制造工艺时间的 40%-60%。

(1) 沉积：将硅或是其他材料通过沉积的方式加在晶圆上，作为这一层的基材(基底材料)。并在其上层产生氧化层(二氧化硅)作为绝缘层。

(2) 涂胶：将光刻胶均匀旋涂在氧化层(二氧化硅)上。

(3) 曝光：使用高能激光透过掩模版，将光罩上的线路图形转移到光刻胶上，光刻胶被激光照射到的部分会产生感光。

(4) 显影：加入显影液，将没有被感光的光刻胶溶解去除。此时，氧化层(二氧化硅)上只留下了被感光的光刻胶区域，即掩模版上的线路图图形。

(5) 刻蚀：使用化学或物理溅射方式将没有被光阻保护的氧化层(二氧化硅)部分去除。

(6) 离子注入：在没有被光刻胶或氧化层保护的部分注入离子，在硅层产生半导体层。

(7) 光刻胶移除：离子注入之后，已经不再需要光刻胶作为保护层，这时将多余的光刻胶去除。

由于采用了投影的方式，一片晶圆经过光刻工艺之后，便完成了成千上万个芯片的曝光工作，效率较高，远超电子束刻蚀、纳米压印等其他技术路线。高效率意味着更低的成本，因此光刻技术路线是目前厂商大规模量产的主流选择，其地位不可撼动。以 ASML NXT1980Di 的官方数据为例，其产能是每小时 275 片，前置条件是单片晶圆曝光 96个区域，同时每平方厘米能给 30 焦耳的能量。目前没有一个其他的技术路线，包括电子束刻蚀和纳米压印能做到这样的量产规模。

光刻机作为光刻工艺的核心设备，是所有半导体设备中难度最高、最难突破的一环，其原理是将高能镭射光穿过掩模版，经过物镜补偿各种光学误差，从而将掩模版上的图形缩小 1/16 后成像在预先涂制好光刻胶的晶圆上。光刻机是数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、算法、图像识别领域等多项顶尖技术的集大成者。

根据所用光源改进和工艺创新，光刻机经历了五代产品发展，每次改进和创新都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。

（1）接触式光刻机：曝光方式为掩模版与半导体基片之间靠控制真空度实现紧密接触，使用光源分别为 g 线和 i 线。接触式光刻机由于掩模与光刻胶直接接触，所以易受污染，掩模版和基片容易受到损伤，掩模版寿命短。

（2）接近式光刻机：曝光方式为掩模版与半导体基片之间为非紧密接触状态，掩模版不容易受到损伤，掩模版寿命长，但由于掩模版与基片之间有一定间隙，成像质量受到影响，分辨率下降。

（3）扫描投影式光刻机：中间掩模版上的 IC 版图通过光学透镜成像在基片表面，有效地提高了成像质量，投影光学透镜可以是 1∶1，但大多数采用精密缩小分步重复曝光的方式（如 1∶10，1∶5，1∶4）。IC 版图面积受限于光源面积和光学透镜成像面积。光学曝光分辨率增强技术的突破，把光刻技术推进到深亚微米及百纳米级。

（4）步进式扫描投影光刻机：以扫描的方式实现曝光，可以增大曝光面积和曝光效率，通过采用 193nm 的 ArF 准分子激光光源，实现光刻过程中掩模和硅片的同步移动，并同时实现将掩模图像缩小投影在硅片上，进行分步重复曝光，将芯片的最小工艺节点提升一个台阶。利用浸没式光刻技术，通过在光刻机投影物镜最后一个透镜下表面与硅片光刻胶之间充满高折射率的液体（如去离子水），进一步提高了光刻分辨率，把193nm光源的光刻工艺节点进化到 22nm。

（5）EUV 光刻机：采用波长为 13.5nm 的激光等离子体光源作为光刻曝光光源。即使其波长是 193nm 的 1/14，几乎逼近物理学、材料学以及精密制造的极限，将最小工艺节点推进至 7nm 仍然面临着种种难题。荷兰 ASML 公司用于 7nm 工艺的EUV 光刻机共有 10 万个零件，其中 90%的关键设备来自世界各国。

目前，EUV 光刻机可支持芯片制造商将芯片制程推进到 3nm 制程左右，但是如果要继续推进到 2nm 制程甚至更小的尺寸，就需要更高数值孔径的 High-NA EUV 光刻机。相比目前 NA 为 0.33 的 EUV 光刻机，High-NA EUV 光刻机将 NA 提升到 0.55，可以进一步提升分辨率与成像能力，从而实现更先进制成的生产。

光刻机发展历程

资料来源：公开资料整理

根据观研报告网发布的《中国光刻机行业发展趋势分析与投资前景研究报告（2025-2032年）》显示，光刻机产业链主要包括上游材料与组件、中游光刻机整机以及下游光刻机具体应用三大环节。光刻机涉及的内部零件种类众多，且越高端的光刻机组成越复杂，其核心组件包括光源系统、双工作台、物镜系统、对准系统、曝光系统、浸没系统、光栅系统等，其中光源、晶圆曝光台、物镜和对准系统的技术门槛较为显著。因此，光刻机企业往往具备高外采率、与供应商共同研发的特点。

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目前在半导体设备细分市场中，光刻机设备在半导体设备总市场的 24%，为市场占比最大的细分设备。近年来，光刻机市场在半导体总市场中的占比持续提升。尽管目前已有部分晶圆厂调整未来资本开支，但考虑光刻机交期长、战略意义高，预计 2025 年光刻机市场需求依然维持高位，未来行业规模有望维持高增长。

资料来源：观研天下数据中心整理

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从光刻机类型角度分析，ASML 是唯一的 EUV 光刻机供应商，处于垄断地位，同时多种光刻机均有出售，高端光刻机（EUV、ArFi、ArF）的出货量占据绝对优势，市占率分别为100%/92%/80%。作为 EUV 光刻机唯一的供应商，ASML 技术领先、在手专利充足，因此在在高端光刻机的优势短期内难以被追平，未来有望随高端光刻机需求增长而持续获得市场份额，行业龙头效应将更加集中。

资料来源：公开资料整理

2、我国光刻机面临持续制裁，行业发展仍然存在不确定性

我国的光刻机发展起源于 70 年代，伴随着半导体行业研究的兴起，我国于 1977年研发成功第一台光刻机，1978-1985 年先后研制成功三台光刻机，当时我国的半导体产业虽然没有达到当时世界先进水平，但是差距并不大。80 年代底，由于信奉“造不如买”的发展理念，导致我国半导体行业停滞不前，直到 2002 年，国家开始重视光刻机的研发。至今 20 余年的时间里，我国在逐步缩小和国际光刻机巨头的差距。

2008年，我国出台了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》，其中明确了16个科技重大专项，其中排名第二的就是“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”，因此也被业内称为“02专项”。光刻机项目作为“02专项”的核心项目之一由此开启，根据“02专项”的部署，上海微电子负责光刻机整体的系统设计和系统集成；中科院长春光学精密机械和物理研究所（简称长光所）牵头负责物镜系统的研发，中科院上海光学精密机械研究所（简称上光所）负责照明系统的研发，两者一起组成光刻机的曝光光学系统；清华大学牵头负责光刻机双工件台设计；浙江大学牵头负责研发光刻机浸液系统。

上海微电子是中国目前唯一前道晶圆制造光刻机整机制造商。上海微电子装备（集团）股份有限公司（简称 SMEE）主要致力于半导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的开发、设计、制造、销售及技术服务。公司设备广泛应用于集成电路前道、先进封装、FPD 面板、MEMS、LED、Power Devices 等制造领域。

美国联合荷兰对我国半导体产业实施多轮制裁，目前来看，EUV完全对我国禁售，ASML的2000i及以上的浸没式光刻机的出口许可证也于2024年年初失效，稍低端的1980i和1970i的出口则需要荷兰政府的许可证，实施光刻机整机自主可控是大势所趋。此外，BIS于2022年年底将国产光刻机厂商上海微纳入实体清单，基本不可能从美国获得《出口管理条例》所列物项和技术，而目前成熟光刻机的一些核心零部件依赖美国供应商，因此国产光刻机的零部件供应链的国产化建设也至关重要。

美国联合荷兰政府对于我国半导体产业的制裁措施

资料来源：公开资料整理

我国光刻机行业发展风险：

1、产业化进展不及预期风险

国内光刻机产业起步较晚，和国际厂商尚存在较大差距，研发和产业化进展有可能不及预期。

2、技术风险

技术进步是推动行业发展的关键因素。如果关键技术的研发进展缓慢或者未能实现预期的突破，可能会阻碍产品的创新和升级，影响企业的竞争力和市场表现。

3、人才流失风险

半导体是典型的技术密集型产业，而光刻机更是行业明珠，涉及诸多基础学科和工程原理，对于专业人才的依赖程度很高，多人才流失，可能会导致产业发展滞后。

4、地缘政治风险

全球政治和经济的不确定性，如贸易争端、地缘政治紧张和经济制裁，都可能对市场需求产生负面影响。这些宏观因素可能导致消费者信心下降，企业投资减少，从而抑制光刻机需求。

中美之间的贸易摩擦可能会迫使企业重新考虑其供应链布局，以规避潜在的贸易壁垒和关税。这种产业链的重构可能会导致成本上升、生产效率下降，甚至影响全球供应链的稳定性。（YM）