光刻机：国之重器任重道远

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光刻机：国之重器任重道远

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光刻机是芯片制造中最核心的设备，其技术发展和市场格局备受关注。本文详细介绍了光刻机的技术分类、全球竞争格局、市场规模以及中国在光刻机领域的突破和挑战。

光刻机的技术分类与全球竞争格局

光刻机是芯片制造中最核心的设备，其技术发展和市场格局备受关注。光刻机主要分为三类：浸润式EUV光刻机、浸润式DUV光刻机和干式DUV光刻机。其中，浸润式EUV光刻机主要用于7nm以下的先进制程，浸润式DUV光刻机用于14-28nm的制程，干式DUV光刻机则用于28nm以上的制程。

从全球光刻机竞争格局看，光刻机市场由国外企业主导。ASML占据绝对霸主地位，2022年市场份额占比82.1%，Canon占比10.2%，Nikon占比7.7%，上海微电子为国内唯一巨头。超高端光刻机EUV领域ASML独占鳌头，高端光刻机ArFi和ArF领域也主要由ASML占领；Canon主要集中在i-Iine领域；Nikon除EUV外均有涉及。2022年光刻机国产化率仅2.5%，上海微电子为国内唯一巨头。

光刻机市场规模与技术发展

全球光刻机规模在2023年约为271亿美元，ASML、Nikon、Canon这3家公司几乎垄断全球光刻机供应。2023年全球光刻机总规模高达271.3亿美元，预计2024年或将增长到315亿美元，长期来看光刻机需求有量价齐升的逻辑，市场规模有望保持增长趋势。光刻机的价值量随着制程不断降低呈现指数级别上涨，未来3nm-1nm制程的光刻机价值量或将超过10亿元。2022年三家公司共出货551台光刻机，其中ASML生产了345台光刻机，占比63%。如果拆分不同类别的光刻机占比来看，在EUV领域，ASML具有绝对话语权，占有100%份额，ASML官网数据，2023年各类光刻机均价为EUV（17386万欧元）、ArFi（7196万欧元）、ArFdry（2742万欧元）、KrF（1192万欧元）、l-ine（399万欧元）。

中国光刻机发展现状与挑战

中国严重依赖ASML光刻机。由于ASML必须获得荷兰政府的出口许可证才能出售其先进的DUV工具，实际上中国实体难以获得这些机器。目前光刻机国产化率仅为2.5%，整机技术与海外差距较大。我国2023年进口光刻机数量高达225台，进口金额高达87.54亿美元，进口金额创下历史新高，预计3-5年内我国光刻机主要依赖进口。

作为国内卡脖子较为严重的技术之一，能否实现先进制程的自主可控从某种意义上讲就是看光刻机能否突破。一般来说，国内有更先进的技术才会发布次先进的技术，这次官宣可能代表着光刻机先进制程取得了0→1的突破。中国已攻克氟化氩光刻机，其中该目录中，公开可见的与光刻机代际水平和性能等密切相关的光源193纳米，分辨率≤65nm，套刻≤8nm。此次国产套刻指标≤8nm的氟化氩光刻机，实际制程约为55nm，技术水平仅相当于ASML于2015年二季度出货的TWINSCANXT1460K，甚至部分关键指标不如ASML2006年推出的干式DUV光刻机XT1450，所以总体差距在15—20年。

中国光刻机技术突破与进展

2023年1月27号，针对中国芯片设备出口限制的会议在华盛顿结束谈判,美日荷三国就对限制中国先进设备出口限制达成协议，三方谈判结束后。2024年3月份荷兰传出对中限制先进光刻机型号，4月初日本也出台23种的设备对特定国家禁止输出。由此可见日荷已正式进入立法磋商阶段，相关法律规定的出台呼之欲出。

作为国有企业，上海微电子设备有限公司被视为中国发展国产光刻系统的最佳机会。尽管明显落后于ASML和其他全球竞争对手，但公司仍在不断取得进步。去年，该公司展示了一款能够使用28纳米级工艺技术制造芯片的光刻工具，并计划开始批量生产。

2023年3月，上海微电子设备有限公司申请了极紫外线（EUV）光刻技术专利，这一进展表明，尽管面临国际制裁和贸易限制的挑战，中国在光刻技术领域仍在持续取得进展。

中国在光刻技术领域的这些努力，不仅是提升国内产业竞争力的关键一步，也是实现半导体产业自主可控的重要战略。随着技术的不断成熟和商业化进程的推进，中国有望在全球半导体产业链中扮演更加重要的角色。

工信部公布国产光刻机进展

工信部微信公众号“工信微报”9月9号发布“《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》印发”。两款国产光刻机进了首台套目录。

工信部官方文件披露国产ArF光刻机进入推广应用阶段。9月9日，工信部公布《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》，其中集成电路生产装备章节列示了氟化氪（KrF）光刻机、氟化氩（ArF）光刻机两项，意味着国产KrF、ArF光刻机已完成首台生产、进入推广应用阶段。

工信部列示的国产ArF光刻机对应制程≤65nm，预计为干式DUV光刻机。根据工信部文件所示的核心技术指标，该ArF光刻机分辨率≤65nm，即对应单次曝光关键尺寸≤65nm（通俗称即为制程≤65nm），预计为数值孔径（NA）相对较低的干式ArF光刻机。2018年3月上海微电子的干式ArF光刻机SSA600通过验收，SSA600最高可满足12寸线90nm光刻工艺需求，工信部列示的ArF光刻机与SSA600均为干式+ArF光源，但制程更先进，预计因数值孔径有所增加、但仍有较大提升空间。

根据所用光源分类，光刻机经历了5代产品发展。第一代为g线型，属于可见光源，最初为接触接近式光刻机，使用光源为436nm的g-line，对应800-250nm工艺；第二代为i线型，属于紫外光源（UV），最初为接触接近式光刻机，使用光源为365nm的i-line，对应800-250nm工艺；第三代为KrF型，属于深紫外光源（DUV），初代为扫描投影式光刻机，采用248n的KrF光源，对应180-130nm工艺；第四代为ArF型，属于深紫外光源（DUV），采用193nm的ArF光源，分为步进扫描投影式光刻机（干式）和浸没式步进扫描投影式光刻机（湿式），分别对应130-65nm和45-7nm工艺（38nm以下开始使用多重曝光工艺）；第五代为EUV型（极紫外），为步进扫描投影式光刻机，采用13.5nm的EUV光源，对应7-3nm工艺。

工信部列示的国产ArF光刻机套刻精度≤8nm，尚有提升空间。根据工信部文件所示的核心技术指标，该ArF光刻机套刻精度≤8nm，作为对标，当前ASML生产的干式ArF光刻机主力机型NXT:1470，其分辨率≤57nm、套刻精度≤4.5nm。套刻精度即多次光刻的图案层之间的对齐精度，多重曝光工艺对套刻精度的要求更高，预计工信部列示的ArF光刻机尚需提升套刻精度才能满足多重曝光工艺。

国产光刻机及光刻工艺技术持续进展，信息部分公开提振市场信心。此前国产光刻机相关公开信息较少，保密程度高，而2024年以来，3月22日华为公开四重曝光工艺技术改进优化的专利，6月20日工信部发布《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》公示稿（后于9月9日正式发布），9月10日上海微电子公开“极紫外辐射发生装置及光刻设备”的专利，国内光刻设备及曝光工艺公开信息增多，有助于提振市场信心。

工信部指导目录亦列示涂胶显影、CMP、量测等半导体设备。工信部在推广应用指导目录中，列举了涂胶显影机（工艺节点等于或优于28nm）、化学机械抛光机（工艺节点等于或优于14nm）、光学线宽量测装备等，其余亦包含湿法清洗、氧化炉、离子注入等环节装备，当前国产半导体设备多领域处于研发突破关键阶段，短板领域未来有望加速补齐，助力先进制程产线国产化率进一步提升。