2024年光刻机行业专题报告：国之重器，路虽远行则将至

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

ASML 拥有全面、丰富的光刻机产品线，并提供翻新产品业务。ASML 拥有极紫外（EUV）和深紫外（DUV） 两大类光刻系统，其中 DUV 包括浸入式系统（NXTi 平台）和干式系统（NXT 和 XT 平台），并提供翻新产 品业务对旧光刻系统进行翻新、升级，目前提供翻新的有 PAS 5500 和第一代 AT、XT 和 NXT 系统。

浸入式系统行业领先，EUV 技术为其独有。ASLM 的浸入式系统在生产力、成像和覆盖性能方面处于行业领 先，适用于最先进逻辑和内存芯片的大批量生产，最新的 NXT 机器已显示出每天运行超过 6,000 个晶圆的 能力，在 12 个月内平均提高 5%的生产力。EUV 机使用波长仅为 13.5nm 的光打印微芯片，该技术为 ASML 独有，EXE 系统是最新一代 EUV 光刻技术，其新型光学元件的数值孔径（NA）为 0.55，分辨率仅 8 nm。 得益于 NXE 和 DUV 浸入式系统销量增加，ASML 营业收入持续增长。2019-2023 年，ASML 的营业收入持 续增长，由118.2亿欧元增长至275.59亿欧元，年复合增长率为23.57%；2023年营业收入同比增长30.16%。 这主要是因为 NXE 和 DUV 浸入式系统的销量增加，供应赶上需求，其中 DUV 销量从 2022 年的 305 台增 至 2023 年 396 台。此外，来自中国的 DUV 需求有所增加，而以前由于供应限制无法满足这些需求。

NXE 和 DUX 量价齐升，AMSL 净利润快速增长。由于 NXE 和 DUV 浸入式销售量的增加及盈利能力的提高， 2019-2023 年 ASML 净利润稳定增长，由 25.92 亿欧元增长至 2023 年的 78.39 亿欧元；年复合增长率为 31.87%。2023 年净利润相较于 2022 年同比增长 39.38%。

ASML 研发投入不断加码，牢牢占据高端光刻机市场。2023 年 ASML 研发投入为 39.81 亿欧元，同比增长 22.35%，主要包括研发成本 31.13 亿欧元、资本化支出 9.45 亿欧元，且其研发费用占净销售额的 11.3%。 主要用于开发 NXE：3800E 系统，并进一步提高 EUV 安装基础系统的可用性与生产力；投资下一代 EUV 0.55 NA（高数值孔径）系统，以支持 Logic 和 DRAM 客户的未来节点；引进浸入式系统 NXT：1980Fi 和干式 系统 XT：400M；下一代扫描仪持续开发，包括 NXT：2150i 和 NXT：870B。

2.2.2 通过产业链上下游收购不断拓宽护城河

ASML 注重产业链协同效应，通过收购上游供应商实现补强。1986 年，ASML 与镜头制造商卡尔蔡司（Carl Zeiss）合作。2001 年，收购硅谷光刻集团，加强在半导体技术进步方面能力。2007 年，收购半导体设计和 制造优化解决方案的领先供应商 BRION， 是“整体光刻”战略的开始。 2013 年，收购光刻光源制造商 Cymer，加速 EUV 开发。2016 年，收购电子束计量工具的领先供应商 HMI，扩大整体光刻产品组合。同 年以 10 亿欧元现金入股光学系统供应商卡尔蔡司，开发用于下一代的 EUV 的 High NA 光学系统。2018 年， 收购高科技公司 Mapper 知识产权资产。2020 年，收购 Berliner Glas 团队，为 ASML 的极紫外（EUV）和 深紫外（DUV）系统制造了许多关键组件，包括晶圆台和夹具，十字线卡盘和镜块。

与下游客户建立密切的伙伴关系，坚持客户至上。ASML 与全球领先的半导体制造商，如 Intel、TSMC、三 星等保持紧密合作。且坚持客户至上方法，根据客户意见提出解决方案，帮助客户实现技术、成本路线图， 并通常在一个团队工作，以确保公司与客户的解决方案完美结合。

重视技术创新，与客户、供应商、研究合作伙伴、同行共建创新生态系统。ASML 不是孤立地创新，而是在 强大的创新生态系统中与客户、供应链、研究合作伙伴、同行密切合作。2023 年 ASML 创新成果主要有软 X 射线（SXR）散射测量，一种革命性的下一代 3D 计量技术，适用于测量 GAA 晶体管等先进设备的 3D 轮 廓。生成光滑的镜面，与其他玻璃材料相比，光滑镜面具有更大刚度，能更好应对下一代 NXE、EXE 系统 中的极端舞台加速度。

根据 ASML 预测：2030 年，其有机会达到约 440 亿欧元至 600 亿欧元的年销售额，毛利率约为 56%至 60%。 在发达、成熟的市场，技术、地缘政治和竞争的增长驱动下，ASML 预测将在 2025 年实现约 300 亿欧元至 400 亿欧元的年销售额，毛利率约为 54%至 56%。展望未来，到 2030 年，其有机会达到约 440 亿欧元至 600 亿欧元的年销售额，毛利率约为 56%至 60%。 ASML 发展历程对于国内光刻机企业发展的启示： ASML 通过不断研发投入、技术创新、并购与合作策略，拓展新的产品线，实现了其在光刻机行业的差异化 竞争。1）持续高水平研发投入，坚持创新：打破国内外光刻机巨头的技术壁垒，需要持续高水平投入研发 资金，坚持产品技术创新。2）重视产业链协同，深度绑定上下游，构建利益共同体。可以采取并购或合作 的方法绑定上下游企业，构建企业生态圈，发挥产业链协同效应。

3. 享受半导体行业发展红利，国产光刻机有望实现技术突围

目前，国内需求大于国产供给，2022 年产量为 95 台。近些年中国光刻机国产化进程加快，中国的光刻机产 业取得一定发展，但与国际领先水平相比，仍存在一些技术限制，尤其是高端光刻机技术受制于国外供应商。 导致中国光刻机制造商在面对技术挑战和供应链问题时，产能和产量受限制。2022 年中国光刻机产量约为 95 台，而需求量约为 652 台。 政策大力支持，中国光刻机行业市场规模总体呈上涨态势，2022 年中国光刻机市场规模为 147.82 亿。近年 来，中国政府出台一系列政策支持半导体产业，包括资金支持、税收优惠等，促进国内半导体制造业发展， 2022 年中国光刻机市场规模为 147.82 亿元。

国内光刻机产业链携手共进，有望实现技术突围。整机方面，上海微电子推出 SSX600 系列光刻机，可用于 8 寸线或 12 寸线大规模工业生产。其余核心子系统组件的突出厂商在其细分领域均取得一定的技术突破。

3.1 上海微电子：国产光刻机巨头，SSX600 系列光刻机较具代表性

国产光刻机巨头，四类产品线齐头并进。公司是国产光刻机巨头，致力于半导体装备、泛半导体装备、高端 智能装备的研发制造、销售及技术服务。产品包括光刻设备、集成电路制程设备、平板显示制程设备、光学 量/检测设备四类。主要产品为半导体产业高端投影光刻机，应用于集成电路前道、先进封装、FPD 面板、 MEMS、LED、Power Devices 等制造领域。

SSX600 系列光刻机可满足 IC 前道制造 90nm、110nm、280nm 关键层和非关键层的光刻工艺需求。SSX600 系列光刻机是目前公司产业线中较具代表性的先进产品型号，采用四倍缩小倍率的投影物镜、工艺自适应调 焦调平技术，以及高速高精的自减振六自由度工件台掩模台技术，可满足 IC 前道制造 90nm、110nm、280nm 关键层和非关键层的光刻工艺需求，可用于 8 寸线或 12 寸线大规模工业生产。

3.2 炬光科技：深耕激光元器件，激光雷达、泛半导体、医疗健康多产业布局

深耕激光元器件，多种产品技术指标行业领先。公司主营业务为光子产业链上游高功率半导体激光元器件和 原材料（“产生光子”）、激光光学元器件（“调控光子”）的研发生产和销售。目前正拓展光子产业链中游的 光子应用模块、模组、子系统业务（“提供光子应用解决方案”），重点布局汽车应用、泛半导体制程、医疗 健康三大应用方向。公司多种产品技术指标已达行业先进，应用于先进制造、医疗健康、科学研究、汽车应 用、消费电子领域。

炬光科技 2023 年业绩下滑，2024 年 Q1 业绩承压。2023 年经济复苏不及预期，在国内外经济环境的下行 压力下，炬光科技 2023 年度公司实现营业收入 5.61 亿元，同比上涨 1.69%。毛利率 47.96%，较去年同期 下降 6.3pct。2024 年 Q1、报告期内完成了对瑞士 SUSS MicroOptics 的收购，受瑞士炬光原来客户在前期 对于收购方不确定性的担忧导致收入略有下降以及成本费用相对较高因素影响，公司实现营业收入 1.37 亿元， 同比增长 17.38%；毛利率为 34.78%，环比减少 14.23pct。 公司坚持技术导向，立足激光元器件、汽车应用、泛半导体领域。激光元器件领域，公司的光场匀化技术， 能实现对激光光束高度匀化，应用于全球先进半导体制程设备。汽车应用领域，产品覆盖点、线、面不同类 型的激光雷达发射光源模组及光学元器件、组件，应用于机械旋转式、混合固态、全固态等多种激光雷达技 术路线。泛半导体领域，公司的线光斑及光学整形技术和相关产品获客户认可，将在大幅面、大批量生产中 凸显高加工效率、生产良率。

3.3 茂莱光学：领军国内工业级精密光学，实现九项核心技术产业化

领军国内工业级精密光学，拥有多个前沿科技领域竞争力。公司深耕光学行业，主要产品包括精密光学器件、 光学镜头和光学系统。其中最主要产品为定制化工业级精密光学产品，应用于多个前沿科技领域，如半导体、 生命科学、航空航天、无人驾驶、AR/VR 等。公司客户涉及世界主要发达国家和地区，与北美、欧洲、中东 及其他亚洲客户建立了良好关系。

2023 年业绩向好，2024Q1 有所下滑。受益于半导体领域收入增长，茂来光学 2023 年实现营业收入 4.58 亿元，同比增长 4.40%；实现扣非归母净利润 0.33 亿元。毛利率 51.89% 较去年同期增长 2.37pct。随着半 导体领域产品加工难度提高，交付周期加长，2024 年 Q1 公司业绩下滑，实现营业收入 1.11 亿元，同比下 降 11.32%；毛利率为 49.48%，环比减少 4.65pct。 公司光刻机曝光物镜超精密光学元件加工技术已实现产业化。公司注重自主创新，已形成 3D 数字化光学模 块设计与制造技术、高通量集成电路测试设备光学技术、高分辨率荧光显微系统技术、人眼仿生光学系统技 术、星载航天光学设计与制造技术、光刻机曝光物镜超精密光学元件加工技术在内的九大核心技术，且均实 现产业化。

3.4 福晶科技：光学晶体龙头，提供“晶体+光学元件+激光器件”一站式服务

公司是光学晶体龙头，晶体核心产品行业领先。公司主要从事晶体元器件、精密光学元件、激光器件三大类 产品的研发生产和销售，是全球知名 LBO 晶体、BBO 晶体、Nd:YVO4 晶体、磁光晶体、精密及超精密光学 元件、高功率光隔离器、声光及电光器件的龙头。公司晶体核心产品处于行业领先，在非线性光学晶体和激 光晶体领域处于国际领先，是全球规模最大的 LBO、BBO 晶体及其元器件生产企业。

下游行业需求回暖，带动 2023 年、2024Q1 营收持续增长。受益于下游厂商加速拓展海外市场、下沉市场 应用空间扩宽、超快激光技术快速发展等需求带动，福晶科技 2023 年实现营业收入 7.82 亿元，同比增长 1.73%；扣非归母净利润 1.94 亿元，毛利率 56.18%，较去年同期减少 1.62pct。2024 年 Q1 公司营业收入 2.08 亿元，同比增长 5.22%；扣非归母净利润 0.47 亿元，同比下降 8.95%。 公司布局光学元件、激光器件市场，提供“晶体+光学元件+激光器件”一站式服务。公司布局高端光学元件 市场，实现应用于 5G 通讯的新型棱镜反射式镀金光栅批量生产。瞄准中高端激光器件市场，研发声光器件、 磁光器件等产品获得紫外激光器、光纤激光器、超快激光器客户认可并实现批量供应。实现为客户提供“晶 体+光学元件+激光器件”一站式综合服务。

3.5 波长光电：国内激光光学元件的主要供应商，以先进的光刻技术助力半导体产业发展

国内精密光学元件、组件的主要供应商，长期专注于服务工业激光加工和红外热成像领域。公司的主要产品 包括激光光学和红外光学的元件、组件系列以及光学设计与检测系列，涵盖了激光光学系列中的扩束镜头、 扫描镜头、聚焦镜、准直镜；红外热成像系列中的红外热成像镜片、近红外镜头、短波红外镜头、中波红外 镜头以及长波红外镜头；光学设计与检测系列中的主流光学设计软件 ZEMAX 以及光学检测设备等。目前， 公司已具备提供光刻机配套的大孔径光学镜头的能力，公司成功开发的光刻机平行光源系统可用于国产光刻 机领域配套。

2023 年、2024Q1 营收持续增长。得益于前瞻性的技术创新和“境内+境外”双轮驱动的全球化战略，公司营 收保持增长。波长光电 2023 年实现营业收入 3.64 亿元，同比增长 6.4%；实现扣非归母净利润 0.52 亿元； 毛利率 37.61%，与 22 年持平。2024 年 Q1 公司营业收入 0.82 亿元，同比增长 14.46%；实现扣非归母净 利润 0.1 亿元，与去年同期持平。毛利率 35.59%，环比增长 2.38pct。 依托产品品类、质量和客户资源优势，深耕工业激光加工与红外热成像领域。公司产品种类较为齐全，能满 足各类主流的工业激光加工应用，例如激光打标、激光焊接、激光切割等；以及红外热成像应用，例如红外 测温、监控等。公司坚持走高质量路线，产品的镜片抛光精度误差优于行业平均水平。其长期客户包含国内 激光行业龙头华工科技、大族激光、海目星，国内红外行业龙头高德红外、大立科技，以及国际知名激光和 红外企业美国 IPG 阿帕奇， 美国 FLIR 菲力尔等。公司的激光光学系列产品可以应用于多个波长范围 （180nm 到 10600nm）、多种类型激光器的光路设计。该系列产品涉及的应用领域不仅包括消费电子以及 智能制造，也进入了新能源汽车、半导体制造、增材制造等新兴产业。

编辑：火腿肠