快速掌握一条产业链：光刻机产业链

摘要：半个多世纪以来，摩尔定律（Moore’s Law）一直驱动着芯片性能的指数级提升：在价格不变的情况下，集成电路上可容纳的晶体管数量约每18–24个月翻一番。这一定律得以延续的关键支柱之一，正是不断迭代的光刻技术。

半个多世纪以来，摩尔定律（Moore’s Law）一直驱动着芯片性能的指数级提升：在价格不变的情况下，集成电路上可容纳的晶体管数量约每18–24个月翻一番。这一定律得以延续的关键支柱之一，正是不断迭代的光刻技术。

光刻机是芯片制造的关键设备，它在芯片制造中承担着将电路图形转移到晶圆上的核心步骤，相当于集成电路工艺的“照相机”。

其工作原理类似于投影仪：高能光束穿过掩模版（光罩）上的电路图形，经由精密光学镜头缩小成像，将电路图精确成像在涂有光刻胶的硅晶圆表面。

“光刻”步骤本身只是光学投影成像，并不直接进行材料去除；后续的刻蚀工艺才会将光刻胶图形所定义区域的基材去除，从而真正“刻”出电路。

作为芯片制造流程中技术难度最大、成本最高、耗时最长的环节之一，光刻工艺往往决定了芯片的最小特征尺寸（即制程节点）和性能上限。

图：光刻工艺流程

一颗先进芯片通常需要进行数十次光刻步骤，每一道电路层的制造都以光刻开篇。据统计，一个0.13µm工艺、4层金属的CMOS芯片制造流程包含约474道工序，其中超过30道是掩模光刻层，光刻曝光相关步骤多达212步。

以台积电7nm工艺为例，所需掩模层数高达87层左右；如果采用多重曝光技术（如双重图形化），部分层的一次电路绘制可能需要拆分为两次以上曝光来完成。光刻步骤贯穿了大部分半导体制造流程，耗费了约1/3的制造成本和40%–60%的生产时间，堪称芯片制造的“咽喉工序”。

图表：光刻工艺是半导体制造技术中重要组成部分，每个掩模层均需要光刻作为起始工艺点

光刻机的重要性不仅在于数量众多的光刻步骤本身，更因为它直接决定了下一代技术节点能否实现进一步缩小。

图表：光刻技术决定下一个技术节点尺寸

每当工艺迭代，光刻机的分辨率（能够清晰成像的最小线宽）必须提高，才能将电路线宽和间距按约0.7倍的比例缩小，从而实现晶体管密度翻倍。

根据经典的瑞利判据，光刻分辨率受限于光源波长和数值孔径等因素：分辨率R = k₁·λ/NA（其中λ为光源波长，NA为物镜数值孔径，k₁为工艺因子）。

因此，半导体光刻40年来围绕缩短光源波长、增大物镜NA、提升工艺因子（降低k₁）这“三驾马车”不断演进。得益于光刻机的持续创新，半导体产业才能一次次突破极限，让摩尔定律得以延续。

光刻机是芯片制造不可或缺的核心装备，承担着“缩小投影”将电路图形打印到晶圆上的重任。它以极高的精度和速度在晶圆上同时绘制成千上万个晶体管图形，是目前唯一支撑芯片大规模量产的实用技术路线。

正因如此，顶尖的光刻机不仅价格昂贵（EUV光刻机单台售价高达1.87亿欧元），研发制造更是集全球之力方能成就。

图：光刻机分类

下面，我们将沿着光刻机的上中下游产业链，全面剖析这一产业链条的关键环节、代表企业和未来趋势。

一、上游产业链

光刻机被称为人类有史以来最复杂的工业制品之一，其背后凝聚了极其庞大的上游供应链。据统计，光刻机产业链涉及全球超过5000家供应商，提供从高性能激光器、精密光学镜头到控制软件、特殊材料在内的各类组件和工具，而整机厂商主要负责核心模块设计和系统集成。

图：光刻机产业链梳理

光刻机上游环节包括光源系统、照明系统、投影物镜系统（以上统称曝光光学系统）、以及精密工件台（工作台）系统等核心模块，另有光学材料、控制软件、精密机械部件、光刻胶和掩模版等关键支撑要素，下面分别介绍。

光源系统：光源是光刻机的“光之引擎”，决定了光刻曝光波长λ，也是提升分辨率最直接的途径。

图：光刻曝光相关步骤（举例，基于实际工艺需求，顺序有所调整）

早期i线（365nm）及g线（436nm）光刻机采用高压汞灯作为光源，但随着芯片特征尺寸进入深亚微米时代，目前主流前道光刻机光源已过渡到深紫外（DUV）的准分子激光器和极紫外（EUV）的等离子体光源。

DUV光源通常为氟化氩（ArF, 193nm）或氟化氪（KrF, 248nm）的准分子激光器，它通过对惰性气体和卤素混合气体放电，激发产生特定波长的激光输出。

这一领域长期被美日两家公司垄断：美国Cymer公司（2013年已被ASML收购）和日本Gigaphoton掌握着高功率准分子激光器的核心技术，合计占据全球80%以上市场份额。

目前顶尖ArF光源的输出功率已达120W、重复频率6000Hz，实现大约4–6kJ每平方厘米的能量供应。

近年来，中国企业科益虹源作为全球第三家光刻机准分子激光器供应商，成功研制出了193nm ArF激光光源并实现出货，初步打破了海外垄断。

EUV光源：EUV光刻采用13.5nm波长的极紫外光。由于如此短波长无法通过传统激光介质直接产生，目前行业采用激光等离子体（LPP）方案：将高能CO₂激光器脉冲打击高速喷射的微小锡金属液滴，使之电离成等离子体，产生EUV光。

“双脉冲”技术进一步提高了等离子体光源的光子产出：先用低能预脉冲将锡滴打扁，再用高能主脉冲激发，从而显著提升EUV光的产生效率。

EUV光源系统结构复杂，包括预脉冲和主脉冲激光器、光束传输系统、锡液滴发生器、锡回收装置、集光镜等模块。迄今，能制造EUV光源的仅有ASML及其合作伙伴：德国TRUMPF公司提供特制高功率CO₂激光器，ASML负责系统集成与锡滴发生器，德国蔡司（Zeiss）提供EUV集光光学组件。

目前主流EUV光源功率已达到每焦点250W左右，对应每小时可曝光约200片晶圆；业界正努力向1000W级更高亮度迈进，以提高生产效率并降低单位晶圆成本。

国内科研团队也在探索同步辐射/自由电子激光（如稳态微聚束SSMB）等新原理EUV光源，有望在未来实现“弯道超车”。

照明系统：又称匀光/整形光学系统，位于光源和物镜之间，负责对来自光源的光束进行扩展、均匀化和整形，并提供不同的照明模式。

其作用是将光束整形为特定的角度光谱与强度分布，以适应不同电路图形对光照的需求，提高成像对比度和分辨率。照明系统包括光束处理单元（扩束、稳频、功率控制等）、光瞳整形单元（通过可调光学元件产生环形光、四孔照明等模式）、匀光单元（利用微透镜阵列将光分割为多个子光源并均匀叠加）以及中继透镜等。

举例来说，对于高密度线路图形，常用环形光照明来增加衍射光收集效率；微透镜阵列（类似“复眼”）则保证了掩模面光强的高度均匀。全球顶尖光刻机的照明系统多由整机厂自行设计或与光学伙伴联合开发，一些关键部件也有专业供应商参与。

国内企业中，炬光科技研发的光场匀化器（微透镜阵列）已进入上海微电子等光刻机厂商供应链，并计划拓展更多微光学组件用于光刻照明系统。

投影物镜系统：这是光刻机的成像之眼，由多组高精度透镜或反射镜组合而成，作用是将掩模版上的图形精确缩小投影在晶圆光刻胶上。物镜系统的性能决定了光刻机的分辨率和对准精度，被视为光刻机技术含量最高的组件之一。

图：投影物镜NA发展路径

在193nm DUV光刻机中，物镜通常采用全透射光学，由约十多片超高纯度的光学透镜组成，总高度超过1米，最大直径可达40厘米以上。

透镜采用特殊光学材料（如高纯石英玻璃和氟化钙CaF₂晶体）以及多层增透膜，以最大限度减少193nm深紫外光的吸收和像差。高端DUV物镜的NA值可达1.35（借助浸没式液体提高有效NA），其分辨能力大致可支持到10nm左右的半导体节点。

图：紫外光谱图

对于EUV光刻，由于13.5nm的极紫外光在物质中穿透深度极低，物镜改用全反射光学系统，包含多达6–8片精密非球面反射镜，NA一般为0.33左右，当前EUV单次曝光分辨能力可达~10nm及以下。EUV物镜对镜片材料和镀膜要求极为严苛，其反射镜采用低热膨胀率的特殊玻璃基底，镀覆Mo/Si多层膜以形成布拉格反射镜。

图：光刻机整体结构图

目前全球能制造EUV反射镜的只有德国蔡司一家公司；DUV高性能光学透镜则除蔡司外，日企如尼康、佳能也具备自研生产能力。

光刻物镜的制造壁垒极高。一方面，大尺寸光学元件的材质纯度和加工精度需达到极限水平：透镜表面粗糙度需控制在纳米甚至亚纳米量级，镜片的面形公差以λ/100计，任何细微瑕疵都会导致成像畸变。另一方面，多达几十片镜头的光学设计十分复杂，既要实现高NA、大视场，又要校正各种像差，往往需要数年反复计算优化。

当今市场上，物镜供应的国际龙头是蔡司，公司为ASML独家供应了EUV光刻物镜，并与ASML成立合资公司共享技术红利。

在中国，多家光学企业和研究机构正奋起直追：如国科精密作为02专项支持的高端光学牵头单位，正在研发NA 0.82干式及NA 1.35浸没式投影物镜技术；茂莱光学等公司也在攻关光刻物镜的关键工艺。

另外，福晶科技等企业深耕KBBF深紫外非线性光学晶体、国望光学研发90nm级ArF物镜、蓝特光学布局纳米级光刻镜头系统、永新光学、福光股份等也在向半导体精密光学领域延伸，形成国内光学产业链对光刻领域的积极支撑。

精密机械与工件台系统：光刻机的机械平台主要包括晶圆工件台和掩模台，以及驱动控制它们的精密机械结构。

曝光时，晶圆工件台需带动硅片在物镜下以亚纳米级精度定位对准，并按照扫描路径高速移动，而掩模台同步移动以实现扫描曝光。

为了提升产能，ASML在2000年代首创了双工件台（TwinScan）技术：配置两个晶圆台并行运作，一个台在物镜下曝光的同时，另一台在旁边执行晶圆的装载/对准，下一个曝光瞬间两台交替换位，从而将产能提高约35%、对准精度提升10%。

双工件台的实现涉及高速磁悬浮直线电机驱动、干涉仪实时测量反馈等核心技术：晶圆台在不到0.1秒内加速到7g（约0.4秒从0到时速100公里），运动极其平稳且定位精度达0.06纳米。

同时，还需通过重物平衡、主动隔振等设计将高速运动的反作用力隔绝，确保整机稳定。此类精密机械系统的研发门槛极高，长期只有少数公司掌握：ASML凭借磁浮双工件台专利一家独大，近年来尼康也推出了类似的“双台阶”系统来提升性能。

在中国，华卓精科作为上海微电子的供应商，经过产学研合作成为全球第二家掌握双工件台核心技术的企业，成功研制出满足65nm工艺要求的双工件台样机，打破了ASML在该领域的技术垄断。

精密机械环节还包括光刻机内部的大量超高精度运动部件、传感器和控制系统，例如纳米级对准系统、激光干涉仪定位系统、温控装置以及真空、洁净环境维持设备等。

这些零部件对加工和装配精度要求极端严格，也孕育了一批专业供应商。比如雷尼绍（Renishaw）等企业提供激光尺和定位系统，埃地曼（ETEL）等提供直线电机平台，日本SMC提供超高纯气阀，美国PI提供纳米定位台等等。

国内方面，富创精密等厂商在光刻机精密零组件加工上已有深厚积累，新莱应材在高纯材料与管路、美埃科技/蓝英装备在洁净环境设备、同飞股份/海立股份在温控冷却等领域逐步进入国际供应链。这些配套环节的国产化对于构建完整自主产业链同样至关重要。

光刻胶与材料：光刻胶是涂覆在晶圆表面的感光聚合物材料，是光刻图形转移的媒介。

光刻胶按照波长可分为g/i线胶、KrF胶、ArF干式胶、ArF浸没胶及EUV胶等，不同制程节点使用相应类型。

全球光刻胶市场长期被日美厂商主导，如日本JSR、东京应化（TOK）、信越化学以及美国陶氏等提供了大部分中高端光刻胶产品。

近年来，为了保障供应链安全，各国都在推动光刻胶本土化。中国企业中，南大光电成功开发了ArF浸没光刻胶并小批量供应，晶瑞电材、北京科华在g线/i线和KrF光刻胶领域已经实现量产，苏州瑞红等公司也在攻关ArF胶配方。

此外，EUV光刻胶由于技术难度极高，目前主要由日企（如富士Film等）和IBM等少数几家在研发试产，国内亦有高校和企业合作攻关中。除了光刻胶本身，光刻工艺还需要配套的化学品（涂胶前底层、显影液、剥离液等），这方面国内如上海新阳、江化微等公司已经有所布局，逐步填补国产空白。

图：光刻工艺基本步骤

掩模版（光罩）：掩模版被誉为芯片生产的“母版”，其上承载了芯片电路的图形，是光刻机成像的原模板。

高端集成电路使用石英掩模板（石英玻璃基板镀铬，再刻蚀出电路图形），尺寸典型为6英寸方板，上面包含上百亿晶体管的图样。由于掩模版精度直接影响芯片图形精度，其制造本身是一门高技术工艺，目前主要通过电子束直写在空白掩模上刻画电路（无需更高母版）。

图：掩模版结构示意图（a)\预对准标识（b)

全球掩模版市场同样集中于几家厂商：如日本东电化（DNP）、凸版（Toppan）以及美国Photronics等是主要的独立掩模版供应商，台积电、三星、英特尔等头部晶圆厂也内部自备掩模车间制作部分高阶光罩。

光罩的原材料：掩模空白板更是高度垄断，由日本HOYA、住友等提供绝大部分高端产品（特别是EUV掩模空白板制造难度极大，基本只有HOYA供应）。

近年来我国在掩模版领域实现了从无到有的突破：本土企业清溢光电已建成90nm及以上节点掩模版的量产线并成功上市；2022年龙图光罩也启动了先进掩模制造项目。

图：掩模版制备流程

一些晶圆厂（如中芯国际）亦自建了掩模制造线。虽然在最尖端的EUV掩模和空白板上我国仍依赖进口，但整体掩模版自给率正逐步提升。可以预见，随着国内IC制造工艺发展，对高端掩模的需求会进一步倒逼上游掩模材料和制造能力的提升。

综上所述，光刻机上游产业链覆盖了光、电、机、软、材等众多高科技领域，每一环都有各自的龙头与壁垒。

当前全球范围来看，荷兰ASML通过战略合作和收购，已将光源（收购Cymer）、物镜（与蔡司深度绑定）、双工件台等核心环节掌控在手中。而我国上游虽已在若干子领域实现突破，但整体技术水准与国际领先尚有差距，尤其在EUV相关的光学、光源材料领域仍待攻坚。

然而，正是因为产业链长、环节复杂，国产替代拥有巨大的纵深空间和众多切入点。一批优秀的国内企业正从细分领域逐步切入国际市场，为中国光刻机崛起储备弹药。

二、中游产业链

沿着产业链来到中游，即光刻机整机的设计制造环节。目前全球能够独立研制光刻机整机的企业屈指可数，形成了“一超两强”的竞争格局：荷兰的ASML是当之无愧的绝对龙头，日本的Nikon（尼康）和Canon（佳能）作为传统劲旅紧随其后，共同垄断了全球光刻机市场。

图：2023年全球前三大光刻机厂商销量（台）

近年来，中国的上海微电子（SMEE）作为后来者正努力突破，在中低端市场取得进展，但高端领域仍有较大差距。

ASML：1984年创立的ASML公司经过40年发展，已成为全球规模最大的IC光刻机厂商。

公司专注于前道光刻机，凭借一系列重大技术创新（如PAS 5500平台、双工件台、浸没式光刻、EUV光刻）实现了对日系前辈的反超。如今ASML在高端市场近乎垄断：EUV光刻机市场占有率达到100%，ArF浸没式光刻机市占率也超过90%。

2023年ASML实现营收约276亿欧元，同比增长30%，净利润78亿欧元，同比增长39%。其EUV机型收入已占公司总营收近四成（39.4%），ArF浸没机型约占45.8%。

图表：ASML分地区销售，中国大陆需求占比持续升高

可以说，ASML牢牢掌控着全球最先进制程所需的光刻设备供应，被誉为“延续摩尔定律的先锋”。ASML成功的秘诀在于技术、生态与资金的三重高墙：在技术上不断研发突破并掌握核心专利，在生态上通过并购和合作将上游关键供应链（光源、光学、工件台）纳入自身体系，同时与顶尖晶圆厂形成深度绑定（如早期获Intel、台积电、三星等入股支持），在资金上也得到荷兰政府补贴与其自身雄厚利润支撑，从而形成难以撼动的护城河。

当前ASML最高端产品是NXE系列EUV光刻机，最新TWINSCAN NXE:3800E每小时可曝光≈160片晶圆，正向每小时更高产能和0.55 NA的高NA EUV新一代EXE系列迈进。

图：ASML的三大核心壁垒

Nikon：作为曾经的光刻机王者，尼康在1980–90年代主导了IC光刻市场。但进入深亚微米时代后，因技术路线与投资决策失误，市场地位逐步被ASML超越。

尼康目前聚焦于ArF浸没及KrF、i线等成熟节点光刻机，在高端EUV领域缺位。近年尼康推出了搭载“双工件台”的新一代ArF浸没机型（称为NSR-S635e，NA 0.92）以提升生产率，并依托其在精密光学上的深厚积累保持了一定市场份额。

根据统计，2019–2023年尼康每年光刻机出货量在30台左右浮动（2023年约31台），市场份额呈下滑趋势。尼康近年来营收中光刻机业务占比已降低，更多着眼于FPD（平板显示）曝光设备等领域。

不过，尼康强调其核心技术自主可控，以产品高品质和附加服务为卖点，经营相对稳健。在先进工艺受制于人的背景下，尼康也曾宣布与比利时imec合作研发下一代高NA EUV原型机，但短期内难改局面。可以预见，尼康将继续扮演特定细分市场供应商的角色，在一些成熟制程、模拟芯片生产线上，其KrF/i线步进机仍有较大需求。

Canon：佳能是日系光刻机另一巨头，历史上在中低端光刻领域有强势地位。佳能目前策略是聚焦成熟及特殊应用市场，同时大胆探索新技术路径。

一方面，佳能提供大量用于MEMS、功率器件等成熟制程的i线、KrF光刻机，其每年出货台数甚至一度超过尼康（2023年佳能光刻机出货187台，远高于尼康的31台；不过佳能机器主要是销售价较低的传统机型，总营收份额仍落后于尼康）。

另一方面，佳能押注纳米压印光刻（NIL）作为后摩尔时代的潜在替代方案。纳米压印不同于投影曝光，而是用带有纳米图形的模板直接压印在光敏材料上成型，设备原理简单成本低廉。

佳能已推出Nanoimprint系列机型，并宣称在存储器制造中找到应用前景。然而NIL技术在产能、寿命等方面尚有挑战，短期难以撼动投影光刻的主流地位。总体而言，佳能当前在半导体光刻市场以“中低端为主、前沿为辅”的姿态参与竞争：既通过技术整合赋能传统光刻机产品来获取稳定收益，又战略性投入新概念以期实现后来居上。

中国的上海微电子（SMEE）：作为中国大陆目前唯一的前道晶圆光刻机整机厂商，上海微电子肩负着打破国际垄断的重任。经过多年自主研发，SMEE在90nm工艺节点的ArF干式光刻机领域取得突破，其600系列光刻机已交付中芯国际等晶圆厂用于90nm逻辑和NOR闪存生产，实现量产应用。

这使中国成为继美日荷后少数能自主制造前道光刻机的国家之一。然而，与国际领先的EUV和浸没式ArF光刻机相比，SMEE的高端产品仍处于研制阶段，尚未实现商用量产。

图：上海微电子光刻机产品矩阵

根据公开信息，上海微电子正全力研发14nm及28nm节点所需的浸没式光刻机，预计先行推出28nm左右能力的机型满足国内急需的成熟工艺产线。

除前道IC光刻机外，SMEE在LED蓝宝石衬底光刻、先进封装曝光机等领域也已有产品布局。必须指出，由于光刻机技术极其复杂，SMEE的发展也离不开国内整个产业链的协同支持。好消息是，在当前国际环境下，中国政府和资本市场正“举全国之力”加码扶持本土光刻机研发，SMEE可利用的资源和机遇大为增加。

有券商预计，国内光刻机市场需求远大于供应：2023年中国大陆光刻机需求量约727台，但国产产量仅124台，供需严重失衡。这意味着一个广阔的国产替代空间正等待SMEE去填补。

其他整机及相关企业：除了SMEE，中国还有一些企业在光刻机相关领域有所作为。

例如：芯碁微装专注于直写光刻设备（无需掩模，用电子束直接在晶圆上绘制图形）并已上市科创板，产品用于先进封装、掩模制造等领域；

中科飞测等单位研发电子束光刻机，用于科研和掩模制备；

奥普光电联合中科院长春光机所研制了一款用于8英寸晶圆的I线光刻机，实现了国产i线步进器零的突破；此外，日本乌斯（Ushio）、荷兰ASML旗下Mapper等海外公司也曾涉足特种光刻设备（如用于封装的毛细管曝光、用于科研的多束电子直写等）。

总体来看，前道晶圆制造用的主流光刻机市场，目前仍由ASML、尼康、佳能三强把持90%以上的份额，且高端市场ASML一家独大。

中国厂商在这一领域尚属追赶者，在低端市场取得一些进展，但与世界顶尖水平差距仍在20年以上。不过在先进封装、MicroLED、MEMS等新兴应用的光刻装备上，中小厂商可能找到差异化切入机会，逐步实现“从边缘到核心”的突破。

三、下游产业链

光刻机下游直接对应的是晶圆制造企业，包括专业代工厂、IDM厂商，以及进一步延伸至各种芯片产品应用领域的市场需求。

可以将下游概括为三个层次：晶圆代工（Foundry）、IDM厂商（Integrated Device Manufacturer，集成器件制造商）和终端应用领域。它们共同决定了光刻机需求的规模和结构，也倒逼着光刻机技术规格的演进。

晶圆代工厂：指专门为客户代工制造芯片的晶圆厂商，以台积电、中芯国际、联华电子、GlobalFoundries等为代表。

其中台积电（TSMC）是全球最大的代工厂，在先进制程上遥遥领先。

台积电的工艺节点从7nm开始引入EUV光刻，目前5nm、3nm制程大量采用EUV曝光，极大推动了EUV光刻机需求。

台积电对于新一代高NA EUV也积极参与测试布局，以确保其2nm及以下节点的领先地位。中芯国际（SMIC）作为中国大陆龙头代工，在14nm及部分7nm工艺上仍使用DUV多重曝光方案，由于受制于EUV光刻机禁运，只能通过ArF浸没光刻的反复套刻来勉强实现接近7nm的水平，这使得工艺难度和成本大增。

总体而言，代工厂对光刻机的需求具有两极性：一方面，顶尖代工如台积电、三星需要最先进的EUV和高端DUV机型来支撑3nm、5nm等先进工艺生产；另一方面，大量二线代工和新建产线集中在28nm及以上的成熟工艺节点，对中端DUV（ArF干式、KrF）乃至i线机型有庞大需求。

据SEMI统计，2020–2024全球将新建近百座晶圆厂，其中相当部分是面向成熟制程（40/65/130nm等）。这些新厂大量位于中国内地（预计到2024年底中国将新建约50座大型晶圆厂），拉动了对中低端光刻机的采购需求。

以中芯国际在天津的新产线为例，其规划的0.18µm–90nm产线就需要多台i线、KrF光刻机。

可以说，代工厂的新建与扩产潮是当前光刻机市场增长的重要动力之一。

IDM厂商：指既设计又生产自身芯片的综合型半导体公司，包括逻辑芯片IDM（如Intel、三星电子等）和存储器IDM（三星、海力士、美光等），以及一些模拟/功率器件IDM（德州仪器、意法半导体、英飞凌等）。

图：逻辑器件的横截面图示

IDM由于自有工厂，对于光刻机等设备的投入需求直接取决于自身产品技术升级和产能规划。逻辑IDM方面，Intel曾长期引领光刻技术的量产应用（如在45nm节点首先用浸没ArF光刻、在2018年后逐步引入EUV）。

但近年Intel制程推进放缓，甚至依赖台积电代工部分芯片，不过Intel仍在内部积极投资下一代EUV，并参与ASML高NA EUV项目测试，希望夺回工艺领先。

三星电子则兼具逻辑和存储双重身份：在逻辑代工业务上，三星紧追台积电，已在7nm、5nm量产中大量采用EUV，计划在3nm节点用上高NA EUV；在存储业务上，三星也是首家将EUV引入DRAM量产的公司，其最新一代DDR5 DRAM有多层关键层使用EUV曝光，提高了制程精度和生产效率。

存储器方面，除了三星，SK海力士也在1α/1β代DRAM节点使用EUV，多家NAND Flash厂商则通过增加3D堆叠层数来延缓平面光刻尺寸的缩减需求（3D NAND的关键挑战在于层数堆叠而非光刻分辨率）。

图：3D NAND高度规则线宽/线距

整体上看，存储器制造对光刻机的需求与逻辑类似地分为高端和中端：先进DRAM产线开始需要EUV光刻机支持，而NAND和较成熟DRAM仍以ArF浸没多重曝光为主。不过存储芯片的图形相对规则统一，利于优化（例如DRAM内存阵列区域大量使用自对准双重图形SADP技术，提高图形密度），因此存储厂对最尖端光刻设备的依赖程度略低于逻辑厂商。

图：DRAM内部结构（外部电路+存储阵列)

终端应用领域需求：终端市场对芯片性能的追求，实质上转化为对不同级别光刻机的需求牵引。

当下最热门的AI计算、云服务器、大数据等领域需要大规模的高性能算力芯片和高速存储，这类HPC/AI芯片（如GPU、AI加速器）大多采用5nm、7nm甚至3nm工艺制造，对EUV光刻机需求旺盛。

据预测，随着AI、云等应用爆发，2025–2030年服务器/数据中心用高性能芯片市场将以约9%的年复合增速攀升，推动先进逻辑晶圆需求大增。

这意味着高端光刻设备市场将持续景气。同样，智能手机SoC、5G芯片等需要先进工艺，也在支撑光刻机高端市场。而在另一端，物联网、汽车电子、工业控制等领域大量采用成熟工艺芯片（28nm甚至90nm以上），这些市场规模同样在快速增长，带来了对KrF、i线光刻机的不少需求。

比如汽车MCU常用90nm工艺、功率管理芯片大量在0.18µm节点生产，这些产品对设备稳定性和成本更敏感，日企光刻机在此类市场仍具优势。

综合来看，高端应用拉动EUV/ArFi设备需求增长，中低端应用支撑KrF/i线设备的长尾市场。根据ASML预测，到2025年全球12寸晶圆月产能需求将达1280万片，到2030年增至1660万片，其中成熟制程和先进制程需求年增速分别约6%和10%。

这意味着各档次光刻机都有其用武之地：先进制程需求增长更快，EUV和高端DUV扩产明显；成熟制程需求亦稳步提升，对中端机型形成持续需求。

需要指出的是，地缘政治因素也对下游格局产生影响。美国出于遏制中国半导体的考虑，联合荷兰、日本对华实施光刻机出口管制：EUV光刻机被明令禁止出口中国大陆，ArF浸没式光刻机近年来管控也在趋严。

这使得中国的晶圆代工和存储厂商在先进制程上面临设备断供挑战，不得不暂缓最前沿节点的推进。

短期看，这限制了EUV设备在中国的装机量，但另一方面也促使国内下游企业调整产品策略，更多投资成熟工艺产线，从而增加对中低端光刻机的需求。

据统计，ASML在2023年依然向中国大陆交付了相当数量的高端ArFi浸没机台（主要流向湖北、安徽、北京等地的新晶圆厂）。

中国已成为ASML最大的区域市场之一，2024年ASML对华销售额预计超过100亿欧元，占其总收入的三分之一以上。可见即便在高端设备受限的情况下，中国下游旺盛的建厂需求仍对全球光刻机产业产生重大影响。

未来，随着全球晶圆产能分布调整以及区域政策变化，下游市场对各档次光刻机的需求结构也将继续演变。

四、发展趋势

面对愈发艰巨的技术挑战和复杂多变的产业环境，光刻机产业链正沿着多条路径演进。我们从技术迭代、多重曝光、国产替代、政策投入和全球格局五个方面展望其未来发展趋势。

1. 技术迭代方向：DUV→EUV→High-NA EUV，持续提升分辨率。光刻机技术演进的主线依然是提高分辨率，以延续摩尔定律下器件微缩的需求。

从光源看，过去几十年光刻波长经历了436nm（g线）→365nm（i线）→248nm（KrF）→193nm（ArF）→193nm浸没（等效NA提升）→13.5nm（EUV）的跨越，每一次波长的降低都带来分辨率的大幅提升。

图：曝光步骤示意图

当前ArF浸没光刻（配合多重曝光）可支持至7nm左右节点，再往下便需要EUV光刻接棒。

2019年7nm逻辑工艺首次实现EUV量产使用，此后5nm、3nm节点逐步增加EUV层数，EUV光刻从导入期走向成熟期。

展望后EUV时代，高数值孔径EUV（High-NA EUV）已在开发中。ASML计划于2025年前后推出NA≈0.55的EXE系列EUV光刻机。相比当前0.33 NA的EUV系统，高NA可将分辨率提升约70%，使单次曝光理论上可胜任1.5nm–2nm节点图形制造。

这将再次延长EUV光刻的生命线。不过高NA也带来巨大的工程挑战：物镜反射镜将增加至8片且采用更复杂的非同倍率光学设计，景深显著变浅，需要重新设计台片和对准系统等等。

目前Intel、台积电等已预订了首批High-NA原型机，预计2025–2026年进行试验验证，2030年前后投入量产。如果成功，摩尔定律在晶圆层面的物理极限将进一步被推迟。

当然，在高NA之后，业界也开始思考下一个光刻手段，例如“下一代EUV”（波长更短的6.x nm软X射线、多束并行电子束直写）等都在研究储备。但可以肯定的是，未来十年主流仍将围绕EUV光刻深化改进，高NA EUV是确定的下一个里程碑。

2. 多重曝光工艺：以时间换空间，延长现有光刻机寿命。多重曝光（Multiple Patterning）是指在同一层电路图形成型时，通过多次光刻叠加实现原本一次曝光无法达到的分辨率或覆盖范围。

图：多重曝光技术LELE、LELELE、SADP、SAQP工序示意图

它本质上是用增加工艺步骤来突破光刻机物理极限，被广泛应用于ArF光刻时代。例如，当单次193nm浸没曝光无法打印出20nm以下线宽时，可采用LELE双重图形：先曝光一批间隔开的线，再对准错位曝光第二批，将线间空隙填补；或者使用SADP侧墙拉伸：一次曝光形成图形后，通过沉积侧墙膜再刻蚀的方法，使图形“复制”出间隔更窄的线。

在14nm/10nm节点时期，台积电和三星大量采用了双重甚至四重曝光技术，让193nm光刻机延续服役。然而代价是工艺流程复杂度成倍增加：有报告显示，用浸没ArF实现7nm需要多达4–5次曝光/层，而换用EUV单次曝光即可完成同样图形。

因此在EUV问世后，先进厂商迅速用EUV替代了若干最困难层的多次ArF曝光，以降低成本和提高良率。不过，多重曝光理念并未过时：即便在EUV时代，当目标尺寸进一步缩小时，EUV本身也可能需要双重曝光（例如未来2nm逻辑可能要EUVLELE）。

另外对于买不到EUV机台的厂商，多重曝光仍是不得已而为之的手段，比如中芯国际7nm试产即通过14nm级DUV设备的多重曝光实现。

为配合多重曝光和提升成品率，光刻工艺的计算光学优化也日益重要，比如OPC光学邻近校正在掩模上预畸形，以抵消光学像差；SMO光源/掩模优化选择最佳照明模式和掩模结构；ILT反演光刻技术甚至可直接算出理想掩模图形。

这些软件技术（很多由EDA公司和设备商提供）与多重曝光一起，大幅扩展了现有光刻机的能力边界，为摩尔定律续命发挥了关键作用。

3. 国产替代路径：分段突围，整合攻关。对于中国半导体产业而言，光刻机被视为“卡脖子”环节中最难啃的硬骨头。

然而在外部封锁和内部需求的双重压力下，国产替代已不再是选择题，而成为迫切的必由之路。我国的替代策略大体遵循“先易后难、分段突破、系统集成”的思路。

首先，在中低端市场实现进口替代，例如90nm及以上节点所需的i线、KrF光刻机，国内已基本能供货部分市场；接着向中端工艺推进，争取28nm浸没式光刻机的研制成功，从而满足主流成熟工艺产线需求；最终瞄准高端前沿，攻克EUV及后续世代光刻机。这一过程需要整个产业链各环节齐头并进。

前文所述，上游的光源、光学、机械、材料、软件领域已有一批国家队和民企投入，比如上游有科益虹源攻关准分子激光、华卓精科攻关双工件台、国科精密攻关高NA物镜、中科院光机所等研发EUV光学与对准，等等。

中游的上海微电子则整合各方之力进行整机设计和系统集成。经验表明，在重大科技工程中，“国家队+民营企业”相结合是行之有效的模式：国家科研机构、高校解决基础和共性技术难题，企业发挥工程化和市场化优势。

近年来的02专项等国家项目，以及各地方政府的产业基金，都在以项目制形式将国内资源向光刻机攻关上倾斜。例如北京、上海、深圳等地设立了面向光刻机及其零部件的专项资金，一批上市公司也通过定增等方式募资投入相关研发。

可以预见，在需求牵引和政策扶持下，国产光刻机有望走出一条“从0到1”的路径：先在较低水平实现从无到有，继而不断爬坡追赶，实现从有到优。

尽虽然业内预计我国光刻机总体水平落后ASML约20年以上，但正所谓“前路漫漫亦灿灿，吾将上下而求索”；只要方向明确、投入持续，未来未必没有后来居上的可能。

4. 政策扶持与资本投入：举全国之力加码半导体装备。光刻机的研发被公认为烧钱且周期长，没有强力的政策和资本支持难以为继。

纵观全球，荷兰政府当年通过创新政策和补贴支持了ASML的发展，日本政府也在EUV研发上给予尼康/佳能一定协助。而中国更是将光刻机列为国家科技攻关的重中之重。

02专项（国家集成电路制造装备与成套工艺专项）自2006年启动以来，在光刻机及曝光设备领域持续投入，经费数十亿元以上，促成了国内第一台90nm光刻机、第一台i线量产光刻机等成果。

进入“十四五”时期，又有面向EUV预研的新专项立项。据报道，国家大基金二期、地方产业基金纷纷将光刻机相关企业纳入投资版图，如大基金二期投资了华卓精科、国科精密等项目。资本市场方面，科创板开市以来多家光刻产业链企业上市融资（如芯源微、华卓精科母公司中科飞测借壳、新莱应材、美埃科技等），为行业注入了新鲜血液。

可以说，目前中国在光刻机领域已形成了“国家牵头、龙头承担、产学研联合、多路资金供给”的攻关机制。

相较十年前“小规模作坊式”研发，现在的投入力度和协同程度不可同日而语。这种高举高打的模式虽然未必立竿见影，但只要方向对头、管理得当，将大大加快追赶步伐。

当然需要注意的是，资金不是万能的，光刻机研发本身存在高风险，政策和资本也需要有耐心，容忍可能的反复和失败，才能最终迎来收获。

5. 全球格局变化：合作与对抗并存，新势力悄然酝酿。当前光刻机产业的国际格局一方面呈现出高度集中与合作，另一方面又因地缘因素出现割裂迹象。

ASML作为行业盟主，通过全球协作（美国光源、德国光学、日本零部件等）打造了一个开放共赢的产业生态，使得摩尔定律红利广泛惠及产业上下游，也巩固了自身垄断地位。

这种格局在短期内仍将持续：只要ASML保持技术领先，尼康佳能难以翻盘，客户（晶圆厂）也没有动力另起炉灶，毕竟“买现成的”风险最低。

然而另一方面，出口管制和供应链安全让这种全球协作面临挑战。美日荷的管制措施使中国这一全球最大半导体市场与最顶尖设备供应开始脱钩，这可能催生两套平行发展的技术生态：一套由ASML引领，服务于美日韩台欧的先进厂商；另一套在中国本土自行演进，起点虽低但胜在需求庞大。

在这种割裂环境下，各国政府也更加重视本国在关键装备上的话语权。比如美国CHIPS法案鼓励在美重建半导体供应链，虽然短期无法改变光刻机由荷兰垄断的现实，但长期看不排除通过投资本土企业来扶植竞争者的可能。

日本在限制对华出口的同时，政府和厂商也在评估下一代光刻技术上的重新发力（比如佳能的纳米压印、甚至与美国合作研发EUV替代技术等）。

此外，新兴的计算架构（如量子计算、光子计算）和3D封装技术可能在某些应用上减弱对摩尔定律微缩的依赖，从而间接影响光刻机需求格局。

但总体而言，未来5-10年，以硅基CMOS为核心的集成电路制造范式不会根本改变，光刻机仍将是半导体装备中最关键和最大单笔投入的领域。

据统计，2023年光刻设备市场规模约257亿美元，占晶圆厂设备总开支的24%，为所有工艺设备中占比最高；预计2025年光刻设备市场仍将维持高位增长。