光刻机行业专题报告：国之重器，路虽远行则将至（附下载）

（精选报告来源：报告研究所）

1. 光刻机：半导体核心设备，目前国产化率仅 2.5%

1.1 光刻机是半导体核心设备，目前主流光刻机分为 i-Iine、KrF、ArF、ArFi、EUV 五大类

光刻是半导体芯片生产中最关键一环。半导体芯片生产主要分为 IC 设计、制造、封测三大环节，光刻是半 导体芯片生产中最复杂、关键的工艺步骤，耗时长、成本高。光刻指利用光学-化学反应原理和化学、物理刻 蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。一般芯片在生 产中需进行 20-30 次光刻，耗时占 IC 生产环节 50%左右，占芯片生产成本的 1/3。光刻机的工作原理：光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光，光刻胶见光后发生性质 变化，从而使光罩上的图形复印到薄片上，使薄片具有电子线路图的作用。其原理类似于照相机照相，照相 机拍摄的照片印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是电路图和其他电子元件。

光刻机的核心指标是分辨率、套刻精度、产率。光刻机主要性能指标有支持基片的尺寸范围，分辨率、套刻 精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。其中，分辨率直接决定制程，极致的分辨率水平为 光刻机行业不懈追求，是光刻机最重要的指标。套刻精度是在多层曝光时层间图案的定位精度，影响良率。生产效率影响光刻机的产能及经济性。曝光方式分为接触、接近式、投影式和直写式。光源波长分为紫外、 深紫外和极紫外。光源有汞灯，准分子激光器等。光刻机是实现光刻工艺的核心设备，被誉为半导体工业皇冠上的明珠。光刻机是芯片制造流程中光刻的核心 设备，也是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备，包含上万个零件，集合了数学、光学、流体力学、 高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域等多项顶尖技术。其 光刻的工艺水平直接决定芯片的制程、性能水平，因此被誉为半导体工业皇冠上的明珠。

根据是否使用掩膜版，光刻机主要分为直写光刻机与掩膜光刻机。掩膜光刻由光源发出的光束，经掩膜版在感光材料上成像，具体可分为接近、接触式光刻以及投影光刻。相 较于接触式光刻和接近式光刻技术，投影式光刻技术更加先进，通过投影的原理能够在使用相同尺寸掩膜版 的情况下获得更小比例的图像，从而实现更精细的成像。

根据光源不同，掩膜光刻机还可分为紫外光源（UV）、深紫外光源(DUV)、极紫外光源（EUV）光刻机。光 源的波长影响光刻机的工艺。

直写光刻机根据辐射源不同可进一步分为光学直写、带电粒子直写光刻机。直写光刻机又称无掩膜光刻机， 指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上，无掩膜直接进行扫描曝光。一种是光 学直写光刻，如激光直写光刻；另一种是带电粒子直写光刻，如电子束直写、离子束直写。直写光刻机在半导体应用领域相对较窄，业务体量较小，是掩膜光刻机的补充。目前直写光刻机在 IC 前道 制造领域存在光刻精度及产能效率较低、在 FPD 制造领域存在产能效率较低等问题。

市场主流光刻机有 i-Iine、KrF、ArF、ArFi、EUV 五大类。其中 EUV 为超高端，ArFi、ArF 为高端，KrF、 i-Iine 则为中、低端。

1.2 光刻机产业链非常复杂，市场被海外厂商 ASML, Nikon 和 Canon 垄断

光刻机行业产业链主要包括上游核心组件及配套设备、中游光刻机生产及下游光刻机应用三大环节。光刻机 技术极为复杂，主要涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等多项先进技 术。光刻机行业产业链上游主要供应光刻机生产所需的零件、组件和设备等。生产一台光刻机往往涉及上千家供 应商，如德国的光学设备与超精密仪器，美国的计量设备与光源等。光刻机涉及的内部零件种类众多，越高 端的光刻机组成越复杂，如最高端的 EUV 内部零件多达 8 万件以上。核心组件包括光源系统、双工作台、 物镜系统、对准系统、曝光系统、浸没系统、光栅系统等。配套设施包括光刻胶、掩膜版、涂胶显影等。

光刻机行业产业链下游应用主要包括芯片制造、功率器件制造、芯片封装、LED 与 MEMS 制造等。下游市 场主要为晶圆制造市场、半导体市场。

全球光刻机行业市场规模平稳增长，2024 年预计增至 295.7 亿美元。受益于下游晶圆巨大需求、服务器云 计算与 5G 基础建设发展，全球光刻机市场规模平稳增长。2022 年全球半导体设备市场规模为 1076.5 亿美 元，其中光刻机市场占比约为 24%，规模达约 258.4 亿美元。2023 年全球光刻机市场规模预计将增至 271.3 亿美元，2024 年增至 295.7 亿美元。

全球光刻机销售结构以中、低端 KrF、i-Iine 为主，ArFi、ArF、EUV 占比较小。2022 全球光刻机销量约 为 510 台，以中、低端产品 KrF、i-Iine 为主。ASML、Nikon 和 Canon 的 KrF、i-Iine 产品销量合计 394 台， 占比约 71.5%。其次为 ArFi、ArF、EUV，占比分别为 15.4%、5.8%及 7.3%。其中，EUV 是全球光刻机的 重要发展方向之一，其价格远高于其他种类的光刻机。

光刻机市场呈寡头垄断格局，由国外企业主导，ASML、Nikon、Canon 占绝大多数市场份额。全球光刻机 市场由国外企业主导，主要竞争公司为荷兰 ASML、日本 Nikon 和 Canon，其中 ASML 占绝对霸主地位， ASML 市场份额占比 82.1%，Canon 占比 10.2%，Nikon 占比 7.7%。

ASML 垄断高端光刻机市场，Nikon 紧随其后，Canon 在中低阶市场中占比较高。ASML 拥有绝对优势， 2022 年共计出货 345 台；Canon 紧随其后，出货量达 176 台；Nikon 相对数量较少，仅出货 30 台。在超高 端光刻机 EUV 领域中 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。

光刻机国产化率仅 2.5%，上海微电子为国产光刻机绝对龙头。截至 2022 年，光刻机国产化率仅 2.5%，国 内企业中，上海微电子是目前中国第一家也是唯一家光刻机巨头，出货量已占国内市场份额超过 80%，产品 主要涉及 ArF、KrF 和 i-line 领域，其已具备 90nm 及以下的芯片制造能力。此外，还有北京华卓精科、北京 科益虹源等国内光刻机企业。

2. 复盘海外龙头 ASML 成长之路，我们得到哪些启示？

2.1 ASML：四十载砥砺前行，成就全球光刻机龙头

ASML 是全球最领先的光刻机行业龙头企业，市场份额占比高达 82.1%。自 1984 年成立以来，ASML 一直 帮助芯片制造商将技术推向新的极限并释放社会潜力，其硬件、软件和服务共同提供了一种大规模生产微芯 片图案的整体方法，目前已成长为全球最领先的光刻机龙头。2022 年全球光刻机行业市场规模为 258.4 亿 美元，其中 ASML 占绝对霸主地位，市场份额占比 82.1%。

ASML 充满创新与协作四十载的发展历程

1980 年代：初出茅庐，与知名透镜制造商建立合作

1984 年，ASML 成立，推出第一台油压驱动 PAS 2000 系统。1986 年，将 PAS 2500 步进式光刻机推向市 场，开始在市场上建立起一定的名气，同年与透镜制造商卡尔蔡司建立密切的合作关系。

1990 年代：PAS 5500 使 ASML 名声大噪

1990 年，推出突破性平台 PAS 5500，在推出之前，ASML 在光刻机市场上排名第三，远远落后于巨头尼康 和佳能。但 PAS 5500 平台的成功很快使 ASML 跃居第二，并为其成长为光刻领域的全球领导者奠定了基 础。1995 年，在阿姆斯特丹和纽约证券交易所上市。

2000 年代：双工作台、浸没式光刻技术助力 ASML 成为行业绝对的龙头

2001 年，推出 TWINSCAN 系统，双工作台系统使得光刻机能够在不改变初始速度和加速度的条件下，当一 个工作台在进行曝光工作的同时，另外一个工作台可以同时进行曝光之前的预对准工作，使得光刻机的生产 效率提升大约 35%。同年；收购美国光刻机巨头硅谷集团（SVGL），进一步扩大了公司。2003 年，TWINSCAN AT：1150i 作为第一台浸入式设备亮相。2006 年，推出第一台量产浸入式设备 XT：1700i。2007 年，推出 TWINSCAN XT：1900i 浸入式系统，数值孔径 1.35 为业内最高，当时的另两大光刻 巨头尼康、佳能主推的 157nm 光源干式光刻机被市场抛弃，在产品线上显著落后于 ASML，尼康、佳能由 盛转衰，是ASML 一家独大的重要转折点。同年ASML 收购半导体设计和制造优化解决方案提供商BRION。

2010 年代：第一台 EUV 光刻机问世，收购业内一众领先厂商

2010 年，推出第一台原型 EUV 光刻机（NXE：3100）。2013 年，收购光源制造商 Cymer，出货第二代 EUV 系统（NXE：3300）。2015 年，出货第三代 EUV 系统（NXE：3350）。2016 年，收购 HMI。2019 年，收 购 Mapper。

2020 年代：EUV 机器进入 High NA 时代

2020 年，EUV 大批量生产，收购 Berliner Glas 团队。2023 年，推出第一款 0.55 数值孔径的下一代 EUV 系统（EXE），EXE 可以打印比 NXE 系统小 1.7 倍的晶体管，从而实现 2.9 倍的晶体管密度。

2.2 内生外延：研发投入不断加码，通过产业链上下游收购不断拓宽护城河

2.2.1 不断投入，ASML 具有丰富的光刻机产品线

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