光刻机分类与市场现状如何？

接触式光刻机是最早期的曝光方式。

1.光刻机分类

根据曝光方式和光学成像原理的不同，光刻机主要分为三大类型：接触式光刻机、接近式光刻机和投影式光刻机。接触式和接近式光刻采用1:1比例直接将掩模图形转移到晶圆上，而 投影式光刻通过成像光学系统以缩小倍率（如4:1）将掩模图形投影到晶圆光刻胶上。随着半导体特征尺寸不断缩小，投影式光刻逐渐成为主流，并发展出步进式和步进扫描式两种技 术路径，以提高视场和分辨能力。

接触式光刻机是最早期的曝光方式。在系统中，掩模版（光罩）与涂有光刻胶的晶圆表面直接紧密接触，然后从掩模上方照射紫外光或可见光，使光通过掩模上透明图形区域曝光光 刻胶，完成图形转移。接触式（或接近式）光刻的曝光过程：光源发出的平行光经简单聚光后直接照射掩模并曝光下方晶圆上的光刻胶层，曝光完成后经过显影过程得到所需图形。

接触式光刻机的曝光系统结构相对简单，主要包括光源、掩模对准机构和晶圆载台等。早期常用的光源是汞灯（如g线436 nm或i线365 nm汞弧灯），通过光学滤光和简易聚光后照 射掩模。接触式光刻采用“接触印刷”的原理，类似于橡皮图章盖印。曝光时掩模和晶圆完全接触，光刻胶紧贴掩模上的图形区域。紫外光从掩模上方照射，穿过掩模透明区域直接 在光刻胶中形成图像，由于没有成像透镜，掩模图案几何尺寸不发生变化。

接触式光刻的主要优点在于结构简单、曝光能量利用率高和分辨率相对较高。由于无成像透镜衍射效应，掩模图形几乎直接复制到晶圆，因此在波长一定时接触式比非接触成像可以 得到更小的线宽。然而，其缺点也十分明显：掩模版与晶圆反复直接接触会产生摩擦，导致掩模图形划伤和晶圆颗粒污染，严重影响良品率。掩模需要频繁清洗和更换，提高了生产 成本。此外，每次曝光整个晶圆，无法针对单个芯片区域进行独立优化，制约了产能和灵活性。因此，接触式光刻仅适用于早期特征尺寸较大的芯片制造。随着集成度提高和良率要 求提高，接触式光刻在20世纪70年代后逐步被改进的接近式和投影式光刻技术取代。

接近式光刻机由光源、掩模对准机构、可控间隙机构和晶圆台等组成。曝光前，掩模与晶圆依然通过对准机构完成图形重叠，但并不紧密接触，而是利用垫片或气垫保持一固定的平 行间隙。该间隙通常充入氮气等惰性气体以避免氧气吸收光线。曝光时，紫外光经过掩模版照射到下方一定距离处的光刻胶层上，由于存在间隙，光刻胶上形成的图形不再是掩模图 形的完全接触复制，而会受到菲涅尔衍射效应影响。间隙越大，衍射越明显，导致成像模糊和临界尺寸扩大。因此接近式曝光实质上属于“近场”光刻，其成像原理可视为掩模图形 在短距离传播下的衍射投影。

 接近式光刻的主要优点是在牺牲部分分辨率的情况下，大幅减少了掩模损伤和污染，提升了生产良率和掩模使用寿命。同时，因为掩模不直接接触光刻胶，光刻胶在每次曝光后的残 留物不至于转移到掩模上，保持了图形转移的稳定性。接近式还减少了对光刻胶厚度不均等的敏感性。然而，其固有缺陷在于衍射效应限制了分辨率继续提升——间隙一旦存在，无 法完全避免光在传播过程中的衍射扩散。这使得接近式光刻难以用于亚微米级图形转移，当半导体工艺进入1 µm以下时代时，接近式已无法满足分辨率要求。

投影式光刻机（Projection Lithography）通过引入成像光学系统，从根本上提升了光刻分辨率和对准精度。与接触/接近式直接复制不同，投影光刻在掩模和晶圆之间增加了一套高 分辨率投影物镜，以缩小倍率将掩模图形成像到晶圆上。相比于接触式光刻，避免了掩模直接接触晶圆造成的污染磨损问题，也利用缩小成像提高了图形密度和分辨率 • 投影式光刻机的曝光系统结构复杂得多，一般包括照明系统、掩模台、投影物镜、晶圆台以及自动对准、调焦调平等辅助系统。其中照明系统负责产生均匀且可控的光束照射掩模，包 括光源、滤波器、匀光元件等。光源发出的光经扩束、整形和匀光后，通过可调光阑（如环形、双极照明光阑）控制光的数值孔径和相干性，然后照射到掩模（Reticle）上。掩模台用 于精确定位6英寸或9英寸掩模版，并配合激光干涉仪系统进行亚微米乃至纳米级的位置控制，实现与晶圆上已有图形的重叠对准。、

投影光刻根据曝光时掩模和晶圆的运动方式，可分为步进式（Stepper）和步进扫描式（Scanner）两种。早期出现的步进式投影光刻机在曝光时掩模保持静止，物镜一次 成像一个芯片视场（通常边长几毫米到二十毫米不等），曝光完一块后，晶圆台按设定步距平移（step）到下一个芯片位置，再次曝光，如此重复直至整片晶圆全部芯片完 成。步进式光刻由于每次曝光面积有限，一次只能覆盖小视场，因此要求物镜有足够大的成像视场直径才能曝光较大片的芯片，这在高NA下实现难度很大。此外，随着芯 片尺寸增大，用步进方式覆盖整块芯片可能需要多次拼接曝光，增加了图形拼接误差。为了解决大视场高精度曝光的问题，20世纪90年代推出了步进扫描式光刻机。

扫描式的原理是在曝光时掩模和晶圆同步移动：掩模台和晶圆台以精确的速度比（等于缩小倍率倒数，如4:1时速度比4:1）反向扫描，使物镜的狭长视场（曝光窗口）可以 覆盖比自身视场更大的图形区域。具体来说，扫描式物镜的瞬时成像区域通常是一个矩形狭缝（例如宽26 mm、高几毫米），被称为扫描曝光窗口。在曝光时掩模和晶圆 相对移动，使该狭缝扫描过整个掩模图形高度，从而在晶圆上曝光出一个完整的大视场图形（可覆盖单颗大尺寸芯片）。完成一个视场扫描后，晶圆台再步进到下一个视场 起始位置，进行下一次扫描曝光。步进扫描结合了早期扫描投影和步进技术的优点：一方面，由于每次只需成像狭窄的一条区域，物镜有效视场变小，易于在高NA下保证 像质和均匀性；另一方面，通过扫描可以得到远大于物镜视场的曝光面积，满足大尺寸芯片曝光需求，同时扫描运动平均了光强非均匀性，提升了曝光均匀度。

2.光刻机市场：ASML垄断高端，先进制程、高带宽存储驱动光刻市场

从光刻工艺相关设备市场来看，晶圆曝光设备占比约80%，其次为光刻处理设备，占比约10%-20%。并且，随着高NA、短波长的需求，晶圆曝光设备的价值量在 光刻工艺的占比持续提升。2024年，晶圆曝光设备、光刻处理设备、掩模版制造设备合计市场规模约293.67亿美元。随着2nm工艺导入，EUV光刻需求提升， 2025年光刻工艺相关设备预计达312.74亿美元。

细分来看，步进式光刻设备是先进制程的核心曝光设备，2024年步进式光刻机市场规模为243.24亿美元，主要为晶圆曝光设备。2025年步进式光刻机市场规模为 262.41亿美元。

基于ASML设备采购情况来看，晶圆代工厂是核心驱动力。但是随着AI对高带宽内存的需求，如HBM，高端光刻机采购量将持续提升，先进 制程+高带宽存储将成为光刻设备的核心增长曲线。

从光刻销售量来看，DUV仍然是绝对主力。2025HY，ASML共交付153台光刻设备，其中，浸没式ArF交付56台，去年同期为52台。干式 ArF交付7台，去年同期15台。EUV方面，上半年包含EXE、NXE在内共交付25台，去年同期为19台。 • 平均销售价格方面，随着先进制程迈入2nm技术节点，高NA EUV占比或继续抬升，ASML EUV平均销售价格持续攀升。