光刻机为晶圆制造最核心设备，技术难度最高且当前国产化率最低
思瀚产业研究院    2025-06-12

1、光刻机是推动半导体产业延续“摩尔定律”发展的基石

在半导体制造领域，光刻机是延续摩尔定律的核心装备。摩尔定律的维系依赖光刻技术分辨率提升，而缩短光源波长是关键路径。半导体行业的光刻波长发展历经多个阶段：早期使用汞灯的 365nm，20 世纪 90 年代后期升级为氪-氟激光器的 248nm，本世纪初引入氩氟激光器的 193nm。

当 193nm 波长接近物理极限时，浸没式光刻技术通过在透镜与晶圆间注入水将数值孔径从 0.93 提升至 1.35，使 193 nm 光刻成为 2006 年后的主流技术。随着芯片集成度和性能要求持续提高，传统光刻技术再次逼近物理极限。13.5nm 极紫外光刻技术成为破局关键——ASML 研发的 EUV 光刻技术已经能支持 7nm 甚至更先进工艺，被视为延续摩尔定律的核心突破，正推动半导体产业向下一代技术迈进。

光刻机经历五次迭代：根据所使用的光源的方案，光刻机经历了 5 代产品的迭代，每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。光刻技术的进步使得器件的特征尺寸不断减小，芯片的集成度和性能不断提高。在摩尔定律的引领下,光学光刻技术经历了接触/接近、等倍投影、缩小步进投影、步进扫描投影等曝光方式的变革。曝光光源的波长由 436 纳米（g 线）,365 纳米(i 线),发展到 248 纳米(KrF)，再到 193 纳米(ArF)。技术节点从 1978 年的 1.5 微米、1 微米、0.5 微米、90 纳米、45 纳米，一直到目前持续推进。

光刻机是半导体设备中市场占比最大的品类。根据 SEMI 及中商产业研究院数据显示，2024年全球半导体设备销售额为 1090 亿美元，从细分产品来看，光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备为半导体设备主要核心设备，市场占比均在 20%以上。其中，光刻机为市场占比最高品类，光刻机的占比达 24%，并且随芯片制程迭代，这一占比还在持续提高。

“半导体光刻机”被称为“史上最精密机器”之一，光刻机是半导体制造中最为关键的设备之一，其技术水平直接决定了芯片制造的精细化程度。光刻工艺的原理和作用是，利用特定波长的光照射带有电路图形的掩膜/光罩，利用光刻胶的光敏特性，将设计好的电路图形转移至晶圆上。光刻工艺用到的黄光区制造设备主要为光刻机及配套的涂胶显影设备。

2、光刻机市场“三分天下”，高端机台主要被 ASML 垄断

全球光刻机市场呈现出明显的寡头垄断格局。ASML、Nikon 和 Canon 三家公司长期占据全球光刻机市场的主导地位。其中，ASML 凭借其在高端光刻机领域的技术优势，2024 年占据了全球光刻机市场 61.2%的份额，特别是在 EUV 光刻机领域，ASML 是全球唯一的供应商。尼康和佳能则主要集中在中低端光刻机领域。

历经长期发展，ASML 把握浸没式机遇后来者居上，成为当前光刻机行业的绝对龙头。尼康和佳能作为老牌光刻机厂商，占据先发优势，但面对当时如何突破 193 纳米波长的瓶颈的难题时，科学界和光刻机产业界都积极寻求超越它的方案。最终，在 ASML 和台积电的通力合作下，率先将 193 纳米浸润式光刻机生产出来，也正是这一领先尼康三年的新产品，让 ASML 彻底赢得了光刻机绝大部分的市场份额。此后，在 2013 年 ASML 推出第一台 EUV量产产品，进一步加强行业垄断地位,截至目前，ASML 依然是 EUV 光刻机全球唯一供应商，奠定了光刻机高端领域当之无愧的霸主地位。

3、高端机型主要被 ASML 垄断，Nikon 及 Canon 出货主要集中在中低端品类

ASML 主导全球前道高端光刻机市场。根据 ChipInsights 的 2024 年全球半导体前道光刻机销量数据显示，ASML 作为行业龙头在 EUV、ArFi 等高端光刻机领域的销量明显高于其他两家。Nikon 和 Canon 在 KrF、i-line 等领域占据相当程度的市场份额，Nikon 除高端的 EUV 光刻机外，其他类型均有出货；而 Canon 则主攻低端的 i-line 和 KrF 光刻机，在i-line 类型光刻机方面销售量较高。

ASML 是全球光刻机市场领导者，2024 年总出货量达 418 台。在高端 EUV 光刻机方面，拥有垄断地位，是全球唯一量产 EUV 光刻机的厂商。根据 ASML 年报披露，2024 年 EUV 光刻机出货量为 44 台，价值量占其总销售额的 38%；ArFi 光刻机销量 129 台，销售额占比约44%，是收入占比最高的出货品类；其余光刻机销量为 245 台。

24 年 ASML 光刻机均价有所提升。从光刻机种类来看，ASML 是全球唯一的 EUV 光刻机供应商，具有绝对的垄断优势，2024 年首次交付新设备 EXE（ High NA EUV）2 台，引领行业走向下一时代。根据 ASML2024 年年报披露，从 2024 年产品单价来看，EUV 机型产品均价为 1.88 亿欧元， Arfi 机型产品均价为 0.74 亿欧元，均出现价格上升。

中国光刻机需求量较大，是 ASML 光刻机最大的客户。当前，中国大陆是最大的半导体设备市场，同时也是 ASML 的最大客户之一，2023 年中国大陆营收占 ASML 全部营收比为 29%，2024 年因晶圆厂扩产景气度及超额备货的因素爆发增长至 41%，2025 年 Q1 受出口限制等因素影响，营收占比下滑至 27%。展望未来，我们认为后续国内晶圆厂仍将继续扩产，国内对于光刻机需求仍然旺盛。

4、当前光刻机国产化率低，海外限制加剧背景下的国产替代势在必行美日

荷对中国光刻机持续进行光刻机管制。全球先进半导体设备基本上被美国、日本和荷兰所垄断，特别是在光刻机领域，荷兰的 ASML、日本的 Nikon 和 Canon 三家巨头基本统治了全球光刻机市场。而国内光刻机由于进度较为落后，高精尖设备主要依赖进口，而美国早在 2018 年就开始施压对华高端光刻机的出口，之后又陆续出台“1007 新规”等针对政策，限制对中国出口先进制程芯片设备，同时联合日本荷兰制定相关出口条例共同对华进行产业封锁，在美日荷对中国芯片产业封锁不断升级的情况下，以光刻机为代表的卡脖子设备，其国产化替代越发迫切。

国内政策扶持光刻机加速发展。1966 年，中国成功制造出第一台接触式光刻机，90 年代初期，国内光刻机设计制造一直停滞不前，国内的光刻机仍然主要依赖进口。2002 年，光刻机被正式列入“863 重大科技攻关计划”，同时上海微电子装备有限公司成立，并于 2007年宣布研制出 90nm 工艺的分布式投影光刻机。2008 年国家成立“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”（02 专项），在 02 专项的支持下，一批相关企业和科研机构在曝光光学系统、双工件台、光刻胶等关键技术和零部件方面取得了突破。

国内光刻机产业不断突破。2016年上海微电子 90nm ArF 光刻机 SSA600 系列实现出货。2020 年华卓精科生产的光刻机双工件台，打破了 ASML 公司在光刻机工件台上的技术垄断。2025 年，哈尔滨工业大学官宣了成功研制出 13.5nm 波长的极紫外光刻光源，这是光源技术上备受瞩目的一项突破。中科院上海光机所成功研发了全固态深紫外光源系统，使得中国芯片工艺推进至 3 纳米理论极限。整体而言，国内光刻机产业正不断进步，国产替代空间广阔。

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