计算光刻软件行业技术特点及竞争格局
思瀚产业研究院    2026-09-07

1、计算光刻软件行业情况

计算光刻软件是现代光刻工艺的核心软件，是连接芯片设计与制造的桥梁，也是 90nm 及以下制程集成电路制造的必备软件和实现高良率生产的决定性工具，不仅影响整条晶圆制造产线光刻工艺的设计和运行，更直接关系到晶圆制造厂的良率。光刻工艺直接定义了半导体器件的尺寸，是集成电路制造中的关键环节和核心步骤，是摩尔定律的驱动者。光刻工艺在很大程度上决定了集成电路制造的成败与精细化水平，对芯片制造良率和产能具有至关重要的影响作用。

集成电路芯片在生产过程中一般需要进行几十次光刻工序，耗费时间约占整个晶圆制造工艺的 40-60%，成本约为整个晶圆制造工艺的 1/3。为满足芯片性能和良率的要求，必须不断提升光刻系统的成像分辨率和图形复刻精度。

随着集成电路制造向更先进节点不断演进，光刻工艺逼近物理极限，光学邻近效应、光刻胶曝光显影的物理化学过程以及刻蚀效应的影响愈发显著。若不对这些效应进行充分建模与修正，将导致最终图形严重偏离设计目标，致使良率无法满足量产要求，这使得计算光刻软件成为先进制程制造的必备软件。

①全球计算光刻软件市场

根据 QYR 的统计和预测，全球计算光刻软件市场销售额由2021 年的10.15亿美元增长至 2025 年的 13.68 亿美元，复合增长率达到7.74%，2032 年预计达到 26.33 亿美元。

②中国大陆计算光刻软件市场

根据 QYR 的统计和预测，中国大陆计算光刻软件市场销售额由2021 年的2.52 亿美元增长至2025 年的 3.79 亿美元，复合增长率达到10.74%，增速高于全球市场，2032 年预计达到 8.14 亿美元，届时在全球市场占比约为30.93%。

计算光刻软件是技术含量最高、国产化率最低、对产线影响最深远的EDA软件之一，市场主要被西门子 EDA、新思科技和睿初科技三家国际龙头企业占据。国内计算光刻软件供应商主要为东方晶源微和全芯智造。

2、行业技术水平及特点

计算光刻是基于光刻工艺模型，采用数学方法对光刻系统参数和工艺参数进行独立或综合优化设计，用于提高光刻成像精度、扩大光刻工艺窗口（即提高对光刻工艺参数波动的容忍度），以达到提高芯片制造良率、缩短芯片工艺研发周期、降低芯片制造成本的一类技术的总称。

光刻工艺建模是整个计算光刻软件的基础。为了满足芯片制造的精度要求，需要构建一个具备纳米级模拟精度的数值模型。整个光刻工艺极其复杂，影响成像的因素极多，掩模制造误差、掩模对光的散射效应、照明光源的分布及偏振特性、投影物镜的像差和数值孔径、光刻胶结构以及曝光后的光化学反应、力学效应等均需准确地纳入该数值模型中，才能保证足够的精度。模型需要精确地刻画光刻成像的全链路过程，并尽量全面地考虑各种因素对成像质量的影响，同时又需要有所取舍，兼顾计算速度。光刻工艺模型既不能过于简化，否则将会损失过多的物理信息，导致模型精度下降，最终影响优化结果的正确性；又不能过于复杂，否则将导致计算量过大，直接影响算法的实施效率。

光刻本质就是通过光源照射掩模版，把图形转移到光刻胶上的过程。其最核心的两个要素，一个为“刻”即掩模版，另一个为“光”即光刻机曝光光源。计算光刻的两个核心功能光学邻近效应修正（OPC）和光源掩模联合优化（IRO）分别对应这两个核心要素。光学邻近效应修正是指对掩模版图形做出适当修正，以补偿光学邻近效应，从而在晶圆上得到与设计目标更接近的图形。光源掩模联合优化是指同步对光刻机的照明光源形状与掩模版图形进行协同优化，以确立两者的最佳匹配组合，从而在晶圆上获得所需的最佳图形。

光学邻近效应修正技术（OPC）按照技术发展顺序和原理，可以依次分为基于规则的光学邻近效应修正（RBOPC）、基于模型的光学邻近效应修正（MBOPC）和反向光刻（ILT）。

早期的 OPC 技术为 RBOPC 技术，其主要依赖的是以往芯片制造过程中工程师积累的经验，对掩模进行调整，这些经验会被收集入资料库。OPC软件根据资料库查表，自动检查设计图形，根据规则找出所要修正的部分，并对线段按照规则移动，运算速度较快。基于规则的 OPC 广泛用于250nm和180nm技术节点。

随着光刻技术发展到 90~45nm 及以下工艺节点，集成电路的关键尺寸CD已经进入深亚波长量级，即 CD 远小于曝光波长。此时，光波的干涉和衍射效应、厚掩模的三维效应、光波的偏振特性、光学投影物镜像差、系统误差、光刻工艺中的变化因素（如离焦、曝光剂量变化等）都将严重影响光刻成像结果，导致光刻图形出现扭曲和失真。面对日益先进的工艺节点，RBOPC 技术已经无法满足光刻成像误差的补偿精度要求。运用数学建模和数值算法相结合的计算光刻技术成为了新的发展方向。

从 90nm 工艺节点开始，MBOPC 被广泛使用，它使用光学模型和光刻胶光化学反应模型，对 OPC 问题建模并将其转化为数学优化问题，结合数学优化算法，优化出曝光后的图形。MBOPC 技术对掩模图形的边缘进行移动，把设计图形的边缘识别出来并将边缘轮廓分为若干片段，通过片段的向外凸出或向内缩进，从而补偿光刻成像误差。切分的片段越多，修正的精度越高，但运算量也就越大。此外，片段越多也会使得图形边缘更加零碎，增加掩模制造的成本。反向光刻技术（ILT）是一种进行光学邻近效应修正的更先进技术。

反向光刻利用软件和高性能计算，以需要在晶圆上实现的图形为目标，基于模型反演计算出掩模上所需要的图形。ILT 的优化变量为掩模图形上的每个像素，最终得到的结果是一张优化后的掩模图形，而 MBOPC 的优化变量是原始设计图形上打断的线段，目标是曝光后图形尽可能地接近设计图形。相较于MBOPC，用 ILT 方法优化的掩模版在曝光时能够提供更高的图形对比度。由于掩模像素化优化数据量较大，计算量也非常庞大，传统的 CPU 计算架构仅能使用反向光刻技术进行小版图切片的优化。

与 OPC 经历了比较漫长的发展历程不同，IRO 是一个相对更年轻的技术。在 28nm 及以上技术节点，通常使用固定形状的光刻曝光光源，如环型、双极型、四极型等，OPC 则主要基于既定光源对掩模形状进行修正。然而，当技术节点推进到 14nm 及以下时，图形尺寸接近 193nm 浸没式光刻技术的物理极限，传统光源无法获得足够的工艺窗口，IRO 便成为解决这一矛盾的有效方法。其本质旨在优化得到自由形貌光源以使成像的图形更符合要求，进而改善在超小尺寸节点中的光刻工艺窗口和光学表现。

目前先进的光刻机机台都支持像素式光源设置，其可以形成任意形式的光照强度分布。针对不同的版图图案，存在一个最优的光照分布以实现精确成像；IRO 正是通过计算优化来求解出这一最佳光照强度分布。

IRO 和 OPC 是相互配合的关系，其根本目标都在于获得更好的光刻工艺窗口。IRO 工作的目的是寻找最佳的光照条件，而 OPC 是对掩模版上的图形做修正以便得到最佳的光刻工艺窗口。OPC 可以选择不同复杂程度的计算方法，包括 RBOPC、MBOPC 和 ILT。如果 OPC 修正不够理想，可以用较复杂的光照条件来补偿，来保证一定的光刻工艺窗口；反之，如果光刻机不够先进，没有配置复杂的光照系统，那么可以使用具有较复杂 OPC 的掩模来补偿，以保证光刻工艺窗口。

3、竞争格局及主要企业

计算光刻软件是现代光刻工艺的核心软件，连接了芯片设计与制造两大环节，是 90nm 及以下制程集成电路制造的必备软件，能够提高光刻成像质量和晶圆制造良率，是技术含量最高、国产化率最低、对产线影响最深远的EDA软件品类之一，市场主要被西门子 EDA、新思科技和睿初科技三家国际龙头企业占据。受益于国内半导体产业的快速发展和对产业链安全关注的不断提升，国产计算光刻软件市场份额逐步提升。

东方晶源微计算光刻软件PanGen 技术水平国内领先，可提供全套计算光刻解决方案，已在国内知名的逻辑芯片及存储芯片产线实现量产应用，性能达到国际先进水准，打破了国际厂商对计算光刻软件的垄断。不同于其他同类软件，PanGen 软件建立在 CPU+GPU 混合超算架构之上，并在多个产品模块引入人工智能技术，具有前瞻性和领先优势。同时，PanGen也是全球最早实现全芯片反向光刻的计算光刻工具之一。

①西门子 EDA

（Siemens EDA）原名明导咨询（Mentor Graphics），公司创立于 1981 年，总部位于美国俄勒冈州威尔逊维尔市，是电子设计自动化技术的领导厂商。它提供完整的软件和硬件设计解决方案，是全球三大 EDA 巨头之一。2016 年，被西门子收购，成为西门子数字工厂 DF 集团的一部分。2021 年，更名为Siemens EDA。旗下计算光刻软件产品 Calibre 提供一套完整的分辨率增强、光刻仿真及优化、掩模数据准备等解决方案，是业内最常用的生产应用软件平台，在中国大陆市场份额最高。

②新思科技（Synopsys）

新思科技成立于 1986 年，总部位于美国硅谷，系美国纳斯达克证券交易所上市公司（股票代码：SNPS）。新思科技是全球集成电路EDA 软件工具的主导企业，是全球排名第一的芯片自动化设计解决方案提供商，全球排名第一的芯片接口 IP 供应商，同时也是信息安全与软件质量的全球领导者。旗下计算光刻软件产品 Proteus，功能包括光学邻近校正（OPC）、反向技术（ILT）以及IC 布局的工艺检查和分析。

③睿初科技（ASML-Brion）

睿初科技于 2002 年在美国加州硅谷成立，2007 年与ASML 公司实现战略合并，成为 ASML 旗下重要的战略子公司。睿初科技提出“计算光刻”技术，并利用该技术帮助解决半导体制造过程中的纳米级掩模修复、芯片设计/制造缺陷检测与矫正等难题。通过与 ASML 的技术衔接与创新，为全球知名半导体制造商提供全面的光刻解决方案。旗下计算光刻软件产品Tachyon 在光源掩模协同优化方面处于国际领先水平，全球市场占有率第一。

④全芯智造

全芯智造成立于 2019 年，总部位于合肥。全芯智造是一家专注于智能制造一体化解决方案的专业软件开发与服务的高新科技企业，以工业软件为载体，深入开展产业链协同合作。

⑥东方晶源微

东方晶源微电子科技（北京）股份有限公司成立于2014年2月，总部位于北京经济技术开发区。

计算光刻是现代光刻工艺的核心，不仅有效缩短了光刻研发周期，而且提高了光刻成像质量和光刻制造良率。计算光刻在集成电路生产中具有极其重要的地位，是 90nm 及以下制程集成电路制造的必备软件和实现高良率生产的决定性工具，不仅影响整条晶圆制造产线光刻工艺的设计和运行，更直接关系到晶圆制造厂的良率。计算光刻软件是技术含量最高、国产化率最低、对产线影响最深远的EDA软件之一，市场主要被西门子 EDA、新思科技和睿初科技三家国际龙头企业占据。

公司计算光刻软件 PanGen 技术水平国内领先，可提供全套计算光刻解决方案，已在国内知名的逻辑芯片及存储芯片产线实现量产应用，性能达到国际先进水准，打破了国际厂商对计算光刻软件的垄断。不同于其他同类软件，PanGen 软件建立在 CPU+GPU 混合超算架构之上，并在多个产品模块引入人工智能技术，具有前瞻性和领先优势。同时，PanGen 也是全球最早实现全芯片反向光刻的计算光刻工具之一。

在逻辑芯片制造领域，公司计算光刻软件已应用于28nm/22nm及以上工艺节点的量产，并已实现 14nm 工艺节点的试量产；同时，公司已掌握7nm/5nm等更先进工艺节点计算光刻所需的全部关键技术能力，相关产品正在客户端进行验证。在存储芯片制造领域，公司计算光刻软件已应用于25nm、1x nm工艺节点的量产，并已完成 1y nm 工艺节点的试量产；公司亦已具备更先进存储工艺节点计算光刻所需的全套关键技术能力。