海外光刻机演进历程、市场格局及国产化替代空间如何？

全球龙头格局演进清晰，国产化迎追赶窗口。

1.海外发展复盘：美日企业先后崛起， ASML 通过代际跃升实现反超

高端“一超”、成熟“两强”，格局随代际更替不断重构。回顾行业 50 余年演进历程，光 刻机主导权依次从“美系（方法学/范式）→日系（工程化/量产）→ASML（平台化/代际 整合）”迁移。其背后是三条技术主线的阶段性突破：美系率先开创“投影+步进”范式，日 系依靠步进扫描与 DUV 工程化登顶，而 ASML 则通过 TWINSCAN、浸没式及 EUV（并 演进至 High-NA）实现跨代反超，并凭借供应链纵向整合固化龙头优势。

1. 美系起步：从接触/接近式到投影/步进式，Perkin-Elmer 与 GCA 率先奠定现代光 刻范式。

20 世纪 60–70 年代，作为半导体产业的发源地，美国厂商率先切入光刻机研发并确立 主导地位。早期设备仍以接触式与接近式为主，分辨率有限且良率偏低。1973 年，获得 美国军方投资的 Perkin-Elmer 推出 Micralign 投影对准机，首次采用投影光学系统，有 效避免掩模与硅片直接接触导致的颗粒与缺陷，大幅改善良率，被视为现代光刻的开端。 1978 年，GCA 又推出自动化步进投影式光刻机，通过“缩小投影 + 晶圆步进”架构解决 了掩模尺寸与晶圆不断放大的矛盾，兼顾分辨率与产能，成为此后数十年光刻系统的标 准路线。凭借在工作台与投影光学的先发突破，美国厂商在光刻机早期市场形成压倒性 优势，奠定了全球产业格局的基础。

2. 日系赶超：政策扶持叠加光学镜头突破，Nikon 与 Canon 实现反超。 进入 1980 年代，随着投影与步进式工艺路线逐步成熟，竞争焦点转向投影物镜精度与量 产能力。日本政府将半导体列为国家战略，通过 VLSI 计划集中资金与科研资源，推动设 备和工艺能力跃升。在此背景下，Nikon 与 Canon 借助在精密光学与成像系统的深厚积 累，实现光刻机产业化突破。 Nikon 于 1980 年代初推出 NSR 系列步进式光刻机，率先实现商用量产，凭借高精度对 准与稳定产能迅速崛起。Canon 则依托在相机与精密镜头的工艺积累，强化投影物镜制 造，并在 i-line 与 KrF 机型形成差异化竞争。两家公司既受益于本土 DRAM 龙头的旺盛 需求，也依托与日本材料、零部件厂商的紧密协作，构建起完整的光刻产业链。到 1980年代末，Nikon 与 Canon 已在全球市场份额上全面超越美系厂商，尤其在 KrF 与 i-line 等 关键 DUV 机型占据超过 70%的市场份额，成为全球扩产潮的最大赢家，奠定了日系设 备长达 20 年的黄金时代。

3. ASML 弯道超车：三次代际创新与产业链协同，跃升全球唯一龙头地位。 ASML 脱胎于飞利浦光刻设备研发小组。1971 年，飞利浦在此前显影透镜设备的基础上 研发出透镜式非接触光刻机，但市场反响有限。进入 21 世纪后，ASML 依托与台积电等 客户的深度协同，通过连续三次代际创新实现弯道超车，逐步奠定全球绝对龙头地位。 1） TWINSCAN 双工作台系统：2000 年，ASML 首次推出双平台结构的 TWINSCAN 系统，大幅提升生产效率，彻底革新了芯片生产的经济成本。2008 年升级的 NXT TWINSCAN 平台进一步在速度与精度上实现突破，采用轻量化材料与磁悬浮驱 动，运动更快、定位更精准，奠定其在高产能光刻机市场的优势。 2） 浸没式 ArF 机台：2001 年 ArF 光刻机推出后，193nm 工艺逐渐成为业界主流， 摩尔定律的持续推进使分辨率突破成为核心难题。彼时，尼康与硅谷集团主张在 既有路径上演进，采用 157nm F2 光源；而台积电林本坚提出以水作为折射介质， 将 193nm 等效缩短至 134nm 的浸没式方案。尚处于追赶地位的 ASML 果断押注 浸没式技术，2004 年，其与台积电联合推出首台浸没式设备 TWINSCAN XT:1250i，2007 年进一步发布首台商用浸没式机型 TWINSCAN XT:1900i，加速 了工艺演进。依托该突破，ASML 在 2007 年超越尼康登顶市场第一，并在 2009 年市场份额提升至 70%。 3） EUV 光刻机： 随着制程演进至 5 纳米节点，极紫外光刻（EUV）成为业界竞争 焦点。ASML 作为唯一的光刻设备生产商加入 EUV LLC 联盟，与美国政府及科 研机构协同攻关，逐步突破光源、抗蚀剂及防护膜三大难题，并于 2006 年推出 首台 EUV 原型机。2012 年，Intel、TSMC 与 Samsung 通过“客户共同投资计划” 合计入股 ASML 约 23%，并在五年内向 ASML 的 EUV 光刻机及 450mm 研发共 计投入 13.8 亿欧元。至 2016 年，支持 5nm 及以下工艺第四代 EUV 机型 NXE:3400B 问世，并于 2017 年开始量产交付。ASML 在 EUV 领域的独家供应 地位，并在高端光刻市场市占率超 90%。

技术迭代的同时，ASML 通过产业链纵向整合构筑系统性壁垒。2002 年，公司收购美国 硅谷光刻集团（SVG），深化与美国本土的产业联系，为后续融资与市场拓展奠定基础； 2007 年收购 Brion，补强计算光刻与检测解决方案；2013 年并购 Cymer，掌握唯一可量 产的 EUV 光源技术；2016 年收购 HMI，补强电子束检测与计量能力；2017 年以 24.8% 股权参股卡尔蔡司，稳固其在 EUV 投影光学上的核心竞争力；2019 年收购 Mapper Lithography 知识产权与研发团队，扩展多束电子束计量技术；2020 年收购 Berliner Glas Group，扩充高端光学与模块制造产能，强化 EUV 产能爬坡的关键瓶颈环节。通过一系 列收购整合，ASML 实现了从光源、光学、检测到整机的全链路覆盖，在“技术+产业链” 的闭环优势中建立了高度不可替代的系统能力。

2.全球市场三分天下，ASML 凭借 EUV 设备龙头地位稳固

全球光刻机市场格局稳定，三巨头长期寡头主导。 ASML、Canon 与 Nikon 长期分列全 球市场份额 1 至 3 名。2024 年全球集成电路用光刻机合计出货约 683 台，其中 ASML/Canon/Nikon 分别为 418/233/32 台，对应市占率约 61.2%/34.1%/4.7%。

高端 EUV机型由 ASML 垄断，Nikon 与 Canon 主要布局成熟 DUV。分机型看，ASML 在高端领域具备绝对垄断地位。2024 年，ASML 交付 EUV 光刻机 44 台，是全球唯一能 够量产 EUV 设备的厂商；在 ArFi 浸没式机型中出货 129 台，占比高达 97.7%，Nikon 仅约 3 台。ArFi 和 EUV 两类先进机型合计占据 ASML 光刻机销售收入的六成以上。相 比之下，Nikon 业务重心在 ArF、KrF 等成熟 DUV 机型，Canon 则主要聚焦 KrF 与 i-line， 满足成熟制程及特色工艺需求。

High-NA EUV 继续前移技术边界，带动 ASML 在高端形成实质性垄断。 2024 年 ASML 交付 EUV 约 44 台，营收占比约 29.4%。受 NXE:3800E 等新一代机型拉动，2024 年单 台均价超过 2.05 亿美元，同比提升约 10%。自 2011 年首台 EUV 设备交付以来，截至 2025 年上半年累计出货已达 305 台，并在 2025 年 Q2 实现首台 0.55 NA 高数值孔径 EUV 机台 TWINSCAN EXE:5200B 出货。未来随着 High-NA 的装机与产能爬坡，ASML 将在 既有优势基础上继续拉开代际差距，进一步巩固其在超高端市场的定价权与话语权。

3.需求、政策与外部环境共振三重驱动，国产光刻机迎来突破窗口期

中国市场需求旺盛，2024 年为 ASML 光刻机最大客户。芯语援引 SEMI 数据显示，中国 大陆是全球产能扩张最积极的地区之一，2024 年产能同比增长 15%至月产 885 万片晶圆， 增量主要来自 18 座新建晶圆厂投产，单一地区贡献了当年全球 6%的产能扩张。据芯语 援引 Yole Group 数据，2024 年中国大陆晶圆代工产能占全球比重达 21%，已成为全球第 二大晶圆制造基地。受此拉动，2024 年中国大陆成为全球 ASML 光刻机最大采购方，大 陆客户收入占比已从 2021 年的 16%增长至 2024 年的 41%，单一市场地位日益突出。尽 管 2025 年上半年受出口限制影响，该占比一度回落至 27%，但中长期来看，中国需求韧 性犹存。Yole Group 预测，到 2030 年中国大陆将超越中国台湾地区，占据全球 30%的晶 圆制造产能，长期旺盛的扩产需求将继续驱动光刻机采购规模保持全球领先。

目前中国大陆光刻机高度依赖进口，国产化替代空间广阔。据头豹研究院数据，2022 年 光刻机国产化率不足 1%，是半导体设备中国产化程度最低的环节。

美日荷出口管制持续升级，先进光刻机国产替代需求环节。全球高端半导体设备长期由 美、日、荷企业垄断，光刻机市场几乎完全被 ASML、Nikon 与 Canon 三家巨头掌控。由 于国内光刻机研发进度仍然相对滞后，高端设备高度依赖进口，而美国自 2018 年起即对 中国半导体设备出口实施限制，随后陆续出台“1007 新规”等政策，进一步收紧先进制程 设备的出口管制。与此同时，美国联合日本与荷兰，分别在 DUV 及 EUV 机台等关键领 域制定针对性条例，共同对中国进行产业封锁。在管制范围不断延伸的背景下，以光刻 机为代表的“卡脖子”装备国产化替代需求日益迫切，国内厂商亟需加快技术迭代和产 业化验证。

政策扶持全面加码，02 专项奠定国产光刻机研发体系。中国光刻机研发最早可追溯至 1966 年第一台接触式设备的诞生，但 90 年代初期产业一度停滞，市场高度依赖进口。 2002 年，光刻机被纳入“863 重大科技攻关计划”，同年上海微电子成立，2007 年研制出 90nm 分布式投影光刻机，为后续发展奠定基础。2008 年启动的“极大规模集成电路制造 装备与成套工艺专项”（02 专项），通过体系化布局曝光光学系统、双工件台、光刻胶等 关键环节，其中由上海微电子负责光刻机整体的系统设计和系统集成，由长光所牵头负 责物镜系统的研发，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。

国产光刻机技术突破持续涌现，验证与应用进程加速。在 02 专项支持和政策引导下，国 内光刻机及零部件企业不断取得进展。2016 年，上海微电子 90nm ArF 光刻机 SSA600 系 列实现出货，成为国产光刻机商业化的重要标志；2020 年，华卓精科自主研发的双工件 台实现量产应用，打破 ASML 在工件台上的长期垄断；2025 年，哈尔滨工业大学官宣成 功研制 13.5nm 波长 EUV 光源，中科院上海光机所亦实现全固态深紫外光源突破，使国 内芯片工艺验证能力推进至 3nm 理论极限。众多成果标志着国产光刻机在整机与核心零 部件环节的迭代正在加速，未来在政策支持与市场应用拉动下，国产产业链整体能力有 望持续提升。