光刻工艺是芯片制造流程中技术难度最大、成本最高、周期最长的环节。芯片制造流程 可分为芯片设计、前道工序（芯片制造）和后道工序（封测）三个环节。前道工序是芯 片产业链的核心环节，包括扩散、薄膜、光刻、刻蚀、离子注入、化学机械抛光（（CMP）、 金属化、量测等工序，通过层层往上叠的芯片制造流程，最终将芯片设计公司设计好的 电路图移植到晶圆上，并实现预定的芯片电学功能。其中光刻工艺是芯片制造流程中技 术难度最大、成本最高、周期最长的环节，光刻技术水平直接决定了芯片的最小线宽， 定义了半导体器件的特征尺寸，直接决定芯片的制程水平和性能水平，先进技术节点的 芯片制造需要 60-90 步光刻工艺，光刻成本占比约为 30%，耗费时间占比约为 40- 50%。
光刻的核心工具包括光掩膜、光刻机和光刻胶。光刻工艺是指利用光刻机发出的光通过 具有图形的光罩（掩模版）对涂有光刻胶的薄片曝光，光刻胶见光后会发生性质变化， 从而将光罩上得图形复印到晶圆上，使晶圆具有电子线路图的作用。光刻的核心工具包 括光掩膜（（如同芯片的蓝图，上面印有每一层结构的图案）、光刻机（（像一把精确的画笔， 能够引导光线在光刻胶上刻画出图案）和光刻胶（一种特殊的感光材料，通过光刻过程 在光刻胶上形成图案，进而构建出三维结构）。
光刻工艺一般需要经历表面处理、旋转涂胶、前烘、对准曝光、后烘、显影、坚膜烘焙 和检测八道工序：
表面处理：1）清洁：硅片需要经过湿法清洗以去除表面的颗粒和有机物污染。2） 冲洗：使用去离子水进行彻底冲洗，确保所有杂质都被清除。3）增粘处理：硅片会 被暴露于六甲基二硅烷（HMDS）气体中，这种气体可以使硅片表面脱水并形成一层 疏水性的表面，从而提高光刻胶的附着力。
旋转涂胶：采用旋转涂胶法，将光刻胶滴在硅片中心，随着硅片的缓慢旋转，光刻 胶会被均匀涂抹，并达到稳定的厚度。硅片边缘通常需要倒角处理，以避免光刻胶 在边缘堆积。
前烘：涂抹好光刻胶的硅片会放置在专门的烘箱中进行前烘处理，以加速光刻胶的 固化，使其变得更加坚固，同时提高光刻胶与硅片之间的粘附力。
对准曝光：硅片会被装载到光刻机中进行对准和曝光，对准：光掩膜和硅片工件台 需要进行精密对准和平整调整。曝光：光源开始发光，通过移动工件台的方式，确 保硅片上的每个区域都能得到精确的曝光。
后烘：为了确保光刻胶中的光化学反应能够充分完成。通过加热，可以弥补曝光强 度不足的问题，确保图案转移的质量。
显影：硅片会接触显影液，正性胶的曝光区和负性胶的非曝光区则会在显影中溶解。 显影后，使用去离子水彻底清洗硅片，以去除残留的显影液和溶解的光刻胶，最终 在光刻胶上重现光掩膜上的图案，以此呈现出三维的图形。（正性光刻胶使用更为普 遍，占到总量的 80%以上）
坚膜烘培：经过显影后的晶片，需要一个高温处理过程，成为坚膜，主要作用为进 一步增强光刻胶对衬底的附着力，同时减少光刻胶中的溶剂含量，防止多余的水分 影响后续的刻蚀沉积与离子注入。
检测：验证光刻胶薄膜的厚度、套刻精度等指标，只有当达到所需的精度标准后， 硅片才能进行刻蚀或者沉积等后续工艺。
分辨率、套刻精度（Overlay）为光刻工艺中的关键参数。分辨率是指光刻机能清晰地 在晶圆上投影出的最小特征尺寸，可理解为两个相邻的点能被区分的最小距离，根据瑞 利准则，当一个艾里斑中心与另一个艾里斑的第一级暗环重合时，达到极限点，此时两 个光斑刚好可被分辨，能区分两个光斑的最小距离，就是分辨率。套刻精度是曝光显影 后存留在光刻胶上的图形（当前层）与晶圆上已有图形（参考层）对准时能容忍的最大 误差。除分辨率与套刻精度外，光刻机重要性能参数还包括产率（曝光速度）、视场、调 控传递函数、掩膜版误差因子（硅片上曝出的线宽对掩膜版线宽的偏导数）、焦深等。
光刻分辨率由光源波长、数值孔径、光刻工艺因子决定。根据瑞利准则，分辨率公式为 R=k1*λ/NA（（分辨率与数值孔径成反比，与光源波长和工艺参数成正比）。其中，NA 为 光学器件的数值孔径，衡量系统所能收集光的角度范围，计算公式为 NA=n*sinθ（n 为 介质折射率，θ 为孔径角（物镜光轴上点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度）的一 半），孔径角越大，透镜的光通量越大。K1 为光刻工艺因子，理论上单次曝光 k1 的最小 极限约为 0.25。
根据分辨率公式可以看出，改善分辨率核心在于缩短光源波长、增大数值孔径、降低工 艺因子。 （1） 光源波长：光刻机历经五代，波长从 436nm 缩小约 30 倍，达到 13.5nm，对 应节点从μm级升级到最先进的 3nm，光源波长的缩短支撑了摩尔定律的发展。 20 世纪六七十年代，集成电路产业制造初期采用接触式光刻技术，以可见光作 为光源；80 年代广泛应用接近式光刻技术，并改用高压汞灯产生的紫外光（UV）， g 线和 i 线是紫外光中能量较高的谱线，365nm 的 i-line 可将最高分辨率推动至 220nm；80 年代中期，IBM/Cymer 等公司开始研发深紫外（DUV）准分子激光，最高分辨率降低至 KrF（110nm）和 ArF（65nm），采用 ArF 光源的第四代光刻 机是目前应用最广泛的一代。随着工艺节点发展到 7nm 及以下，20 世纪初期产 业联合研发第五代 EUV 光刻机，使用 13.5nm 的极紫外光，比 DUV 短 14 倍以 上。
（2） 数值孔径：NA=n（（折射率） sinα，可以通过增加投影物镜的直径（影响 sinα） 来提高 NA。理论上限接近 1，但不可能无限大，同时可以通过提升介质折射率 提高数值孔径。
（3） 降低工艺因子 K1：在波长特定，NA 有上限情况下，降低工艺因子是降低分辨率 的重要措施，主要通过 OPC、相移掩膜、离轴照明、添加亚分辨率辅助图、多重 曝光、ILT、SMO 等技术。
OPC（（光学邻近正正）：对因邻近效应产生的图形缺陷和变形，在掩膜版制作时进行 补偿，建立补偿规则库或模型。包括基于规则的 OPC（RB-OPC），通过建立掩模修 正规则表格，查表修正掩模局部结构；基于模型的 OPC（（MB-OPC），利用光刻成像 模型，将 OPC 问题转化为数学优化问题来求解。
添加亚分辨率的辅助图形（SRAF）：掩膜上添加一些尺寸小于光刻系统分辨率的辅 助图形，通过影响光的衍射和干涉，改善主图形成像质量、减少光学邻近效应影响。
相移掩膜（PSM）：在传统光罩的相邻缝隙上覆盖相移层，使电场反相，让相邻缝隙 的电场因相位相差 180°而互相抵消，从而提高分辨率（使用厚度为特定值的透明 材料作为相移层，厚度 d=λ/2（n-1），其中 n 为相移材料的折射率，λ为波长）。
离轴照明（Off-Axis Illumination）：将照明光线由正入射改为倾斜入射，与物镜 主光轴形成一定夹角，使得同等 NA 下可容纳光量提升，以提升分辨率。
多重曝光技术：通过多次曝光和图形叠加的方式，将复杂的图形分解为多个简单的 图形进行光刻，每次曝光使用不同的掩模和光刻条件，最终将多次曝光的图形组合 在一起，实现更高分辨率的图形制作。该方式对套刻精度要求极高，包括 LELE、 SADP（自对准双重曝光）、SAQP（自对准四重曝光）等。
光源-掩膜协同优化（SMO）：采用类似光线追踪算法思路，从成型目标图像反推计 算，获得最佳掩膜版图形和光源配置方案。利用精确成像模型，计算不同光瞳填充 参数及掩膜版图修正量下的光刻成像效果，通过优化调整光瞳填充参数及掩膜版图， 增大光刻工艺窗口。
逆光刻技术（ILT）：以晶圆上要实现的图形为目标，反演计算出掩膜版上所需要的 图形。不仅对设计图形修正，还能根据目标图形反演计算掩膜图形，通过复杂数学 计算得到理想掩膜图形，曝光时可提供较高成像对比度。
偏振照明：通过起偏器可以将自然光转换为偏振光，起偏器只允许特定方向振动的 光通过，而吸收或阻挡其他方向振动的光。检偏器则用于检测光的偏振状态，通过 偏振照明，以减少反射眩光，提高对比度。
套刻通常指光刻过程中每一层图形都需要精确转移到硅片面上的正确位置，使其相对于 上一层图形的位置误差在容限范围之内。对于投影光刻机而言，不同层之间的误差主要 取决于系统的对准精度，因此对准系统的在线测量精度是影响套刻性能的关键因素。一 般来说，套刻误差只允许在光刻分辨力的 1/3~1/5 范围以内，而对准误差只允许在套刻 误差的 1/3 以内。
产能（Throughput）：通常用 WPH（（Wafer per hour）表示，是衡量光刻机生产效率的 核心指标。当前 ASML 的 NXT 系列高端浸入式光刻机 NXT2150i 产能≥310WpH，NXT： 2100i≥295WpH。
光刻机是芯片制造的核心设备，主要由光源系统、照明系统、曝光物镜系统、对准系统、 硅片传输系统、环境控制系统、计算机控制系统等部分组成。其中光源系统、照明系统、 曝光物镜系统为核心组件。
光源：为光刻提供能量，不同制程和芯片类型需匹配特定光源。光源主要为光刻提供能 量，光源发出的光束经照明系统后穿过掩膜版，再由投影物镜系统将掩膜版上的电路图 形复制到硅片表面。对应不同制程和芯片类型，光源有所不同，常见光刻光源包括汞灯 （g-line、i-line）、准分子激光（KrF、ArF）和极紫外光（EUV）。ASML 光源供应商主要 为 Cymer（2013 年被 ASML 并入）、日本 Gigaphoton 公司，其中 ASML 的 EUV 光源为 Cymer 独家供应。 1） 汞灯（g/i 线）：汞灯是一种气体放电灯。在汞灯内部，充有汞蒸气和少量其他气 体（如氩气）。当灯两端电极加上高电压时，电子在电场作用下加速运动，与汞 原子发生碰撞。汞原子吸收能量后从基态跃迁到激发态，激发态不稳定，会向低 能级跃迁并辐射出光子。g-line 光源波长为 436nm，i-line 光源波长为 365nm， 这些特定波长的光就是汞原子在特定能级跃迁过程中产生的。通过对汞灯的气体 成分、气压、电极材料和形状等进行优化设计，可以提高特定波长光的输出效率 和稳定性。 2） 准分子激光（KrF、ArF）：准分子激光是一种受激辐射产生的激光光源。以 KrF 激光器为例，工作物质是氪（Kr）和氟（F）混合气体。放电过程中，电子与 Kr 和 F 分子相互作用，形成激发态 KrF 准分子。准分子是一种在激发态下才能稳定 存在的分子，处于激发态的 KrF 准分子在回到基态时，会发射出波长为 248nm 的激光。ArF 激光器原理类似，通过放电使氩（Ar）和氟（F）混合气体形成激发 态的 ArF 准分子，发射出波长为 193nm 的激光。 3） 极紫外光（EUV）：极紫外光光源产生技术难度高。目前主流的 EUV 光源产生方 法是激光等离子体（LPP）技术。光源主要由主脉冲激光器、预脉冲激光器、光 束传输系统、锡液滴靶、锡回收器、收集镜等构成。在 LPP 系统中，高功率的脉 冲激光聚焦在微小的锡（Sn）液滴靶上。激光能量使锡液滴迅速加热、蒸发并电离，形成高温高密度的等离子体。等离子体中的电子在复合过程中会辐射出波长 为 13.5nm 的极紫外光。
照明系统：对光源发出的激光进行扩束，确保光照的均匀性和强度，同时提供特定的照 明模式以适应不同的工艺需求。该系统主要包含传输光路、光束矫正器、光束整形装置、 能量探测与计量控制系统、照明均匀器以及掩模光阑等组件。通过这些组件的协同作用， 照明系统能够有效地提高光刻质量，确保每一片硅片上的曝光效果一致。 1） 光线扩束与传输单元：对光源进行扩束、传输、稳定及透过率控制。 2） 光束整形装置：光瞳整形技术针对不同的掩模图形产生特定的光瞳光强分布模式， 从而实现分辨力增强，获得更好的成像性能。高分辨率投影光刻机照明系统中主 要包括基于衍射光学元件（（DOE）、微透镜阵列（（MLA）和微反射镜阵列（（MMA） 的 3 种光瞳整形技术。3） 光场匀化单元：用于生成特定强度分布的照明光场，在非扫描方向上照明光场为 均匀分布，在扫描方向上为梯形分布或平顶高斯分布，其作用是减小扫描曝光过 程中的激光脉冲量化误差，获得更均匀的曝光剂量。 4） 扫描狭缝：共面式扫描狭缝单元主要由置于同一平面的 4 个相互正交的刀片及驱 动部件组成。当 4 个刀片形成的狭缝面与光轴垂直时，4 个方向上的刀片在掩模 面或硅片面上形成的刀口半影一致，且单个刀片在掩模面或硅片面内的不同位置 处形成的刀口半影也一致。 5） 中继镜：分为前组、后组和反射镜，通常包含 7-12 个透镜，负责将扫描狭缝上 的照明光场成像到掩模面上，实现照明系统与投影物镜的衔接，且不仅需要满足 不同光瞳大小和环宽的照明模式需求，并且要尽量减少照明光场不均匀性在中继 过程中的恶化。
投影物镜：精准成像的关键。投影物镜的作用是将经过掩模版图案后的衍射光收集并聚 焦至晶圆表面的光刻胶上，是影响数值孔径的关键，根据 NA=n*sinα，物镜直径越大， sinα越大，数值孔径越大，但随着直径变大，透镜本身特性所导致的各种像差问题也会 越明显，常见像差主要包括球差、彗差、象散、场曲、畸变、色差。 1） 球差：球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的球形表面造成的，球差造成一个 点成像后，不在是个亮点，而是一个中间亮边缘逐渐模糊的亮斑。从而影响成像 质量。可通过使用凸、凹透镜组合来消除。 2） 色差：不同颜色（即不同波长）的光在同一光学介质中的折射率不同而引起的像 差。可通过加入滤光片消除。 3） 彗差：属轴外点的单色相差。轴外物点以大孔径光束成象时，发出的光束通过透 镜后，不再相交一点，光点型如慧星，故称"慧差。可使用轴向平行光消除。 4） 象散：影响清晰度的轴外点单色相差，当视场很大时，边缘上的物点离光轴远， 光束倾斜大，经透镜后则引起象散。象散使原来的物点在成象后变成两个分离并 且相互垂直的短线，在理想象平面上综合后，形成一个椭圆形的斑点。通过复杂 的透镜组合来消除。 5） 场曲：当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想象点重合，虽然在每个特定 点都能得到清晰的象点，但整个象平面则是一个曲面。这样在镜检时不能同时看 清整个相面，给观察和照相造成困难。 6） 畸变：光束的同心性不受到破坏，不影响象的清晰度，但象与原物体比，在形状 上造成失真。
投影物镜结构类型主要包括全折射型、折反射型、全反射型。由于单片镜片存在像差、 球差等问题，投影物镜多采用组合镜片进行纠正，DUV 光刻机物镜多采用折射式设计（（即 镜片均为透镜），随着技术演进向浸没式，镜片组中也会加入反射镜，镜片组中同时包含 透镜与反射镜，以实现相同条件下更大数值孔径，进入 EUV 领域，由于 EUV 使用的波长 为 13.5nm，该波段的光几乎没有光学材料可以透过，只能采用全反射式进行设计。
双工作台：高效曝光，提升产能核心部件。 双工作台光刻机是在同一设备中集成两个独立的工作台，每个工作台都具备完整的光刻 曝光系统和自动化处理装置。通过这种设计，光刻机可以同时处理两个硅片或掩模，从 而显著提高生产效率和设备利用率。 双工作台系统包含有掩膜台、硅片台和控制系统三个子系统。硅片台系统用于承载待曝 光硅片，包括粗动台、微动台、线缆台等，粗动台负责完成大行程、微米级精度运动， 微动台补偿粗动台的运动误差，最终实现纳米级运动精度；掩膜台用于承载掩膜版和接 收控制系统信号，结构同硅片台类似；控制系统可发送和接收信号指令，以调控各子系 统。
大幅提高光刻机产能，有利于提升良品率。与传统仅包含一个掩膜台和硅片台的光刻机 工作台系统相比，双工作台系统无需依照次序完成硅片上片、形貌测量、扫描曝光、下 片等工序，而是分离成同时运行的两部分完成，减少硅片切换的等待时间，极大的提高 了光刻机的产能与效率，从而降低生产成本。同时，双工作台设计允许更加灵活的工艺 调整与优化，有利于提高产品良品率，并大幅减少停机时间，可实现在不影响产能的情 况下，进行更加复杂的测量。 超高对准精度要求，高速运动与运作稳定挑战并存。光刻机双工作台系统仍面临着一些 技术难点：由于在芯片制造中图形的曝光需要多层精确叠加，套刻精度要求达到 2nm 以 下，超高的对准精度对测量和运动控制等技术提出了较高要求；按照当前 ASML 最先进 的 DUV 光刻机产率 300wph，晶圆平台需要以高达 7g 的加速度高速移动；双工作台系 统的工作原理需要工作台间频繁地位置互换，对加减速防震、精确定位和减少磨损等提 出了极高的要求。
测量系统：工件台精准定位之基。 超精密位移测量系统是光刻机不可或缺的关键分系统之一，其直接影响着工件台位置测 量精度、工件台定位精度，是影响光刻机的套刻精度的重要因素。目前应用于光刻机的 超精密位移测量系统主要有双频激光干涉仪和平面光栅测量系统两种。
外差干涉技术：外差干涉又称双频干涉或者交流干涉，是利用“拍频”现象，在单频干 涉基础上发展而来的一种干涉测量技术。所谓外差即将要接收的信号调制在一个已知频 率信号上，再在接收端解调该调制信号。利用外差干涉技术，可以用低频拍频信号把难 以精确测量的高频信号的相位变化解调出来，大大降低后续精确鉴相的难度。与单频干 涉技术相比，外差干涉技术在光电探测时避过低频噪声区，提高了光电信号信噪比，因 此更适用于工业现场，可根据差频信号的增减直接判别运动方向，无需复杂的鉴相系统。 双频激光干涉仪由单频激光干涉仪的基础上结合外差干涉技术发展而来。双频激光器发 出两列偏振态正交的具有不同频率的线偏振光，经过偏振分光器后光束被分离。偏振态 平行于纸面光束透过干涉仪后，被目标镜反射回干涉仪。利用被测目标镜移动时，产生 多普勒效应的多普勒偏移量承载其位移信息。经过干涉镜后，与频率为参考光束会合， 发生拍频，经光电探测器转换为电信号，放大整形后，去除直流量，将交流量转换为一 组脉冲信号。并从双频激光器中输出另一脉冲信号，测试板卡采用减法器对两列信号相 减，得到由被测目标镜位移引起的多普勒频移，并计算出被测物体的位移。
平面光栅测量系统基于外差干涉原理，进一步克服了双频激光干涉仪在大量程测量时精 度易受环境影响的缺陷。在常规光栅测量上，基于外差干涉，双频激光器发出两不同频 率的线偏振光垂直入射被测光栅表面，分别进行+1 级和−1 级衍射，衍射光经过角锥反 射镜后再次入射至被测光栅表面进二次衍射，然后会合并沿垂直于光栅表面的方向返回。 利用被测光栅与光栅干涉仪发生的相对运动，产生的多普勒频移量，及会合后的光束拍 频，计算得到多普勒频移，并得到被测物体的位移。在该一维基础上，将光栅的刻线由 一维变成二维（即平面），便可获得二维测量。
ASML 首先在光刻机工件台平面光栅测量技术上取得突破，2008 年推出 Twinscan NXT： 1950i 浸没式光刻机，采用平面光栅测量技术对 2 个工件台的六自由度位置进行精密测 量。通过在主基板下方布置 8 块大面积高精度平面光栅，在两个工件台上分别布置 4 个 平面光栅读数头（光栅干涉仪），工件台相对于平面光栅运动时，平面光栅读数头可测出 工件台的运动位移。Nikon 公司在 NSR620D 光刻机中采用平面光栅和双频激光干涉仪混 合测量的技术方案，将平面光栅安装在工件台上表面，将光栅读数头安装在主基板下表 面，同时增加双频激光干涉仪，结合二者的优点。在读头与读头切换时采用双频激光干 涉仪进行在线正准。
对准系统：套刻精度的核心保障
光刻作为集成电路制造中的核心工艺，其对准精度直接决定了芯片的性能与良率。集成 电路特征尺寸的不断缩小，从微米级迈入纳米级时代，随着光刻技术向 10nm 及以下工 艺节点的延伸，光刻工艺对套刻精度提出了更高的要求，相应的对准精度的要求已经达 到亚纳米量级。
对准标识在光刻过程中发挥着关键作用。对准标识是位于光刻掩膜和基片上高精度的特 殊图案，用于帮助确认掩膜版和晶圆的相对位置。在实际工艺过程中，对准标识不仅需 要是能在对准激光照射下产生衍射的周期性结构，并且需要满足不易被工艺损坏、便于 放置而不影响器件、可被对准光学系统有效探测等现实条件。
掩膜和晶圆的预对准、掩膜工件台与晶圆工作台之间的对准，初步实现了掩膜与晶圆的 对准。1）掩膜版预对准系统包括两个发光二极管及其对应光探测器，在掩膜上固定的位 置设计有预对准标识，利用对准标识透光，发光二极管在其上方照明，光线通过并被探 测器接收，从而判断其相对位置，并进行调整完成预对准。2）晶圆的预对准是通过对其 边缘的测定来实现的。通过包括转台、发光二极管和 CCD 传感器的晶圆边缘位置测量装 置，利用晶圆在偏心旋转时边缘光照不均匀导致 CCD 传感器输出信号呈现的周期性变 化，计算出晶圆偏离中心的修正量和缺口相对于探测器的位置，根据计算结果做出调整， 完成晶圆预对准。3）依靠 TIS 系统测量计算位于掩膜工件台上 TIS 标识相对于晶圆工 件台的位置，实现掩膜工件台与晶圆工件台间的对准。TIS 系统包括设置在掩膜工作台 上的 TIS 标识、光刻机的光学成像系统、晶圆工作台上的 TIS 传感器。在光源的照射下， TIS 标识通过光学成像透镜系统投射在晶圆工件台表面。位于晶圆工件台上的 TIS 传感 器可以随其移动测量出 TIS 标识像强度的空间（（X Y Z）分布，并据此计算出掩膜工件台 上 TIS 标识与晶圆工件台的相对位置。
完成掩膜及晶圆的预对准和二者工件台的对准后，进一步实现掩膜版与晶圆的精确对准。 为实现掩模与硅片进行高精度的对准，首先需要测量出掩模与硅片的相对位置，并根据测量 结果移动工件台与掩模台，最终实现掩模与硅片的对准。掩膜与晶圆的对准有多种方式， 按光学系统工作方式可分为亮场、暗场或衍射模式；按光线的传输方式及其与曝光系统 的关系，可分为透过曝光系统（（TTL）、在轴和离轴；按对准位置数目分，可分为全硅片、 增强型全硅片、曝光区域之间对准。同轴对准的测量光路经过光刻机的投影物镜，用于 测量掩模的位置。离轴对准系统的测量光路不经过投影物镜，具有独立的光学模块，用 于测量硅片的位置。掩模与硅片相对位置关系的建立通过离轴对准结合同轴对准来实现。 目前，全球高端光刻机市场长期由阿斯麦公司（ASML）、尼康公司（Nikon）和佳能公 司（Canon）占据，其光刻机核心技术在集成电路行业内具有坚实的发展基础和前瞻代 表性。自 20 世纪 70 年代起，光刻机先后经历了大致五代产品发展，套刻精度要求也随 之不断地提高，其对准技术也在不断地改进迭代。
ASML 公司对准技术主要基于相位光栅位置测量原理，历经四代技术发展。最初采用的 TTL 技术，使用一阶衍射光，位置精度难以满足提高的对准需求，因此设计推出了高阶 射级次增强型对准技术（ATHENA），使用 7 个衍射级次，测量精度得到提高引入 532nm 对准波长缓解干涉相消问题。为进一步优化对准标识设计，兼容尼康公司和佳能公司的 对准标记，公司提出了基于自参考干涉的 SMASH，使标记设计更加灵活，并大幅提高对 准效率。此后 ASML 推出了 ORION，可适用于更小周期标记，增强了系统稳定性，提高 了测量精度和工艺鲁棒性。
ATHENA 离轴对准技术利用 632.8nm 波长的红光和 532nm 波长的绿光作为照明光束经 反射镜反射后，入射到硅片对准标记上产生衍射，利用对准标记的±1～±7 级衍射光进 行对准，共形成 14 个测量通道，衍射光经过对准光学系统后，在参考光栅处形成对准标 记的像，透过参考光栅后形成莫尔条纹。对准过程中，工件台带动硅片沿 x 方向移动， 硅片对准标记的像在参考光栅上的位置随之变化。探测器探测到的光强也随之变化，光 强达到最大值时对应的位置 x0 即为 x 方向的对准位置。
ASML 在面向 65nm 技术节点的浸液光刻机 XT 1400Ei 上引入了 SMASH 对准技术。 与 ATHENA 技术相比，增加了 780nm 和 850nm 两种近红外探测波长，采用自参考干涉 技术，不需要使用参考光栅，对准标记的设计具有更大的灵活性，可以自由地优化光栅 周期、尺寸等参数，进一步提高了对准精度和工艺适应性。
2017 年 ASML 公司在面向 7nm 技术节点的浸液光刻机 NXT 2000i 上引入 ORION 对准技术。在 SMASH 技术的基础上，每个波长的照明光使用两种偏振态，使得对准信号 的通道数翻倍。对准过程中可以选定一个或者组合使用多个信号通道，使得测量信号具 有足够高的对比度，而且对标记的非对称变形不敏感，从而进一步提高了对准精度和工 艺适应性，是 NXT 2000i 光刻机实现 1.4nm 套刻精度的重要技术支撑。 随着器件特征尺寸的不断缩小，套刻精度需达到 1~2nm，这对于对准技术精度要求越 来越高。因此，对准技术的改进方向有以下几方面展望：
1）优化光机结构：衍射级次越高，其测量信号的对准精度越高。因此为了提高对准精度， 需要优化光机结构，如使用具有更高 NA 的物镜或改变光路以增大 NA，从而获得更高衍 射级次的测量信号，并缩小照射光斑尺寸，减小信号串扰。通过光机结构的优化，提高 光束位置、指向以及偏振的稳定性，提高测量系统的稳定性。 2）引入更多的偏振态和波长：随着技术节点的不断减小，标记非对称性对位置精度的影 响成为制约对准精度的主要因素，因此需研究非对称性对位置精度的影响规律，并修正 非对称性对位置精度的影响。由于不同波长、偏振状态以及衍射级次对非对称性具有不 同的敏感度，因此可以利用这种敏感度的差异，修正非对称性对位置精度的影响。 3）对准标记结构与布局优化：对准精度的提高需要优化对准标记。为了提高标记放置的 灵活性，需引入更小的对准标记。目前对准标记主要通过光栅周期变化来改变光束衍射 信息，超表面技术能在较小区域内实现对光场的调控，可将其应用于对准标记设计，以 减小标记尺寸，丰富对准信号信息。 4）选择不同的定位系统，实现更稳定的控制系统定位补偿：在对准系统中，硅片台的外 部定位系统提供了对准标记的准确位置信息。在空气环境中，如深紫外（DUV）等光刻 机中，可以采用平面光栅定位系统。与双频激光干涉仪相比，平面光栅可以溯源到光栅 的栅距，以微晶玻璃等低膨胀系数材料制成的光栅栅距受环境扰动的影响较小，而且由 栅距误差导致的系统性误差可以被有效补偿。由于双频激光干涉仪系统的光源在真空条 件下波长保持不变，减小了环境变化对波长的影响。因此，在不同的环境条件下，可以 选择不同的定位系统，实现更稳定的定位补偿。
3.1 光刻机发展历程：步进扫描投影式光刻机为当前主流机型
光刻机是决定集成电路关键尺寸、集成度以及终端产品性能的关键设备。其曝光方式先 后经历了接触式、接近式和投影式三个阶段。而投影光刻机又经历了扫描投影、步进重 复投影与步进扫描投影等几个阶段。步进扫描投影光刻机解决了大曝光场与高分辨率之 间的矛盾，将光刻机的发展带入了一个崭新的阶段。随着曝光波长的不断减小、投影物 镜数值孔径的持续增大以及各种分辨率增强技术的应用，步进扫描投影光刻机的分辨率 持续提升。 20 世纪六七十年代，接触式光刻机是集成电路制造的主流光刻设备。接触式光刻机曝光 过程中掩模与硅片上的光刻胶直接接触，光透过掩模图形对光刻胶曝光。掩模和涂胶硅 片分别置于掩模台和承片台上，掩模台和承片台都有 X、Y、Z 三个方向调节与旋转定位 功能。然后通过分立视场显微镜同时观察掩模版和硅片，操作者通过手动控制掩模台和 承片台实现掩模图形和硅片图形的对准。对准完成后，掩模版和硅片表面的光刻胶涂层 直接接触。由汞灯发出的紫外光对硅片进行曝光，实现掩模图形到硅片面的转移。接触 式曝光的优点是掩模与光刻胶直接接触，可以有效减小光衍射效应的影响；缺点是掩模 版和光刻胶直接接触会污染、损坏掩模版和光刻胶层，缩短掩模的使用寿命，且极易形 成图形缺陷，影响良率。
20 世纪 70 年代半导体工业开始采用接近式光刻机。与接触式光刻机不同，接近式光刻 机在掩模和硅片之间留有微小的间距，有效减少了掩模与光刻胶层的污染和损坏。接近 式光刻机与接触式光刻机结构相似，主要区别仅在于掩模和硅片是否接触，因此接触式 光刻机和接近式光刻机通常合称为接近/接触式光刻机。为了得到更高分辨率，需要减小 掩模版与硅片的间距，而当间距接近几十微米时，就很难再减小。由于光学衍射效应的 影响，接近式光刻机的分辨率在当时只能达到 3μm 左右。接近式/接触式光刻机主要应 用于早期的小规模集成电路制造。
接近/接触式光刻机存在掩模和光刻胶污染、损坏以及分辨率低等问题，投影光刻机应 运而生。1973年，Perkin Elmer 公司（美国）推出了世界上首台扫描投影光刻机Micralign， 投影光刻机逐渐取代接近/接触式光刻机，成为集成电路制造的主流机型。与接近式光刻 机不同，扫描投影光刻机在工作过程中将掩模上的图形投影成像到硅片面。该扫描投影 光刻机上安装有带有狭缝的、数值孔径为 0.17 的反射式投影光学系统。当采用波长为 400nm 的汞灯光源照明时，光刻分辨率为 2μm。汞灯发出的光经过狭缝后成为均匀的照 明光，经反射镜照射到硅片上。由于狭缝尺寸较小，为了实现全硅片曝光，需要在整个 硅片面上进行扫描曝光。光刻机工作过程中，掩模和硅片分别置于扫描台上。扫描台在 曝光时同步移动扫描，使得经过狭缝的光束同时扫描掩模和硅片，实现掩模图形在硅片 上光刻胶中的曝光。由于掩模和硅片明显分开，解决了掩模和光刻胶的污染、损坏等问 题，分辨率也有所提高。扫描式光刻机由于采用 1：1 光学镜头进行扫描投影，主要应用 于中等规模集成电路制造。 投影光刻机曝光方式先后经历了扫描投影曝光、步进重复投影曝光和步进扫描投影曝光 等几个发展阶段。扫描投影曝光通过一次扫描过程完成整个硅片的曝光。步进重复投影 曝光每次曝光一个场，然后步进到下一个场进行曝光，直至完成整个硅片的曝光。而步 进扫描投影曝光结合了扫描投影曝光和步进重复投影曝光的特点，与步进重复曝光方式 相同，每次曝光一个场，但是每个场的曝光通过扫描的方式完成。一个场曝光完成后， 硅片步进到下一个场继续进行扫描曝光，直至完成整个硅片的曝光。
扫描投影到步进重复投影，提高掩膜硅片缩放比例，降低掩膜制作难度。扫描投影光刻 机采用的是 1∶1 的缩放比例，掩模与硅片尺寸相同。随着芯片关键尺寸的不断缩小，由 于掩模上的图形必须保持等比例缩小，使得掩模的加工制作越来越困难。而且扫描过程 中微振动引入的图形失真等问题同样不容忽视。步进重复式投影光刻机采用缩小倍率的 投影物镜，解决了这些问题，得到了业界的关注。1978 年，GCA 公司（Geophysical Corporation of America，美国）推出了世界上首台商用步进重复式投影光刻机 DSW4800。 硅片上包含若干个曝光场，每次曝光一个场。一个场曝光完成后，工件台带动硅片步进 到下一个场进行曝光，直至完成整个硅片的曝光。曝光过程中，工件台与掩模台保持静 止，减小了振动引起的图形失真。此外，由于步进重复式投影光刻机采用了缩小倍率（4∶1、 5∶1 或 10∶1）的投影物镜系统，掩模设计制造的难度和成本显著降低。 增大投影物镜数值孔径，减小曝光波长，步进重复式光刻机分辨率不断提高。1978 年 GCA 公司推出的 DSW4800 光刻机采用汞灯的 g 线（436nm）作为曝光波长，投影物镜 的缩小倍率为 10 倍，数值孔径为 0.28，视场为 10mm×10mm，分辨率为 1.4μm。而 20 世纪 90 年代采用 248nm 的 KrF 曝光光源，分辨率达到 250nm。为满足集成电路的发展 对曝光视场的需求，1978 年到 1993 年，步进重复式投影光刻机的投影物镜视场也在逐 渐增大，从 10mm×10mm 增大到 22mm×22mm。目前步进重复光刻机主要应用于 0.25μm 以上工艺，主要采用 g 线和 i 线光源，在非关键层以及封装等领域仍广泛使用。
集成电路不断发展，投影物镜视场和数值孔径同时增大难以实现。随着集成电路的发展， 芯片的集成度越来越高，尺寸不断增大。集成度的提高要求光刻机投影物镜具有更高的分辨率，需要增大数值孔径。芯片尺寸的增大则要求光刻机在实现高分辨率的同时增大 曝光场。对于步进重复式光刻机，增大曝光场需要增大投影物镜视场，设计与制造同时 具有大视场和大数值孔径的投影物镜难度非常大。 步进重复投影到步进扫描投影，较小视场实现更大曝光场，减小投影物镜研发难度。1990 年，SVGL 公司（Silicon Valley Group Lithography，美国）推出了世界上首台步进扫描 投影光刻机 Micrascan I，在投影物镜视场大小一定的情况下，通过扫描实现更大的曝光 场。相比步进重复式投影光刻机，步进扫描投影光刻机可以在大数值孔径下，以较小的 视场实现更大的曝光场。明显降低了对投影物镜视场大小的要求，减小了投影物镜的研 发难度。曝光过程中，曝光狭缝位置保持不变，在曝光当前场时，承载硅片的工件台和 承载掩模的掩模台反向同步运动，实现整个场的扫描曝光。当前场曝光结束后，工件台 步进到下一个曝光场重复扫描曝光过程，直至完成整个硅片的曝光。
步进扫描投影光刻机为当前主流机型。自诞生至今步进扫描投影光刻机已经历 30 年， 主要用于高端芯片制造的关键层。对于传统的硅基底工艺，从 0.18μm 开始便采用可步 进扫描光刻，现阶段最先进的光刻机——EUV 光刻机（7nm 以下）采用的同样是步进扫 描投影曝光方式。步进扫描式光刻机在 7nm 技术节点集成电路制造中发挥着关键作用， 并将支撑集成电路向 5nm 及以下技术节点迈进。
3.2 千亿级市场，海外三强垄断
2024 年全球光刻机设备市场规模预计达 315 亿美元，是市场占比最大的细分设备。据 世界半导体贸易统计协会数据，2024 年全球半导体市场规模为 6280 亿美元，同比增长 19.1%，ASML 预测 2030 年行业规模将突破万亿美元，伴随半导体行业的持续上升，设 备作为基础，市场规模随半导体行业周期上行而持续增长，光刻机设备作为半导体设备 核心细分，根据中商产业研究院数据，2024 年全球光刻机市场规模将增至 315 亿美元。
全球光刻机出货量持续提升。ASML、Canon、Nikon 三大光刻机供应商出货量稳步提升， 2021 年三者集成电路用光刻机出货量为 478 台，2022 年增长到 551 台，涨幅 15%； 2023 年全球半导体 IC 光刻机总出货量为 681 台，其中 ASML 处于主导地位。从 EUV、 ArFi、ArF 三个高端机型的出货来看，2021 年共出货 152 台；2022 年出货 157 台，增长 3.3%，其中 ASML 出货 149 台，占据 95%市场份额；Nikon 出货 8 台，占据剩余 5%的 市场份额。
目前，全球光刻机的销量主要集中在中低端产品（如 KrF 和 i-Line）。它们的市场份额 分别为 37.9%和 33.6%。其次，ArFi、ArFdry 和 EUV 的市场份额分别为 15.4%、5.8% 和 7.3%。其中，EUV 光刻机作为全球光刻机发展的重要方向之一，其价格显著高于其他 类型的光刻机。
光刻机市场呈寡头垄断格局，由国外企业主导。全球光刻机市场的主要竞争者包括 ASML、 Nikon 和 Canon，其中 ASML 占据着绝对的主导地位。具体来说，ASML 的市场份额为 82.1%，Canon 为 10.2%，而 Nikon 为 7.7%。在超高端光刻机 EUV 领域，ASML 独占 市场，它是全球唯一能够设计和制造 EUV 光刻机的公司。同时，在高端光刻机的 ArFi 和 ArFdry 领域，ASML 也占据主导地位。Canon 则主要集中在 i-line 和 KrF 光刻机领域，而 Nikon 则涵盖了除 EUV 之外的多个领域。
ASML 在高端光刻机市场占据主导地位。根据 ASML 2024 年财报数据，各类光刻机收入 占比中，EUV 机型贡献了 39.39%，ArFi 机型占比 45.76%。由于 EUV 和 ArFi 作为高端 设备，单价较高，成为 ASML 主要的收入增长来源。从光刻机种类来看，ASML 是全球唯 一的 EUV 光刻机供应商，具有绝对的垄断优势，2024 年首次交付新设备 EXE（（High NA EUV）2 台，引领光刻机走向新时代。从产品单价来看，EXE 产品 ASP 为 2.33 亿欧元， NXE 为 1.87 亿欧元，Arfi 产品 ASP 为 0.75 亿欧元。
中国为半导体设备最大市场，光刻机需求量较大。中国大陆是最大的半导体设备市场， 同时也是 ASML 的最大客户之一，2024 年 ASML 在中国大陆营收为 101.95 亿欧元，占 比36.1%，2023年中国大陆营收占ASML全部营收比为26.31%，2024年增长至 36.07%。
国产光刻机空间广阔、任重道远。光刻机国内供不应求，根据智研产业研究院，2023 年 我国光刻机产量为 124 台，需求量为 727 台，供需关系严重不匹配，本土厂商供给能力 有待加强。上海微电子是目前中国第一家也是唯一一家光刻机巨头，具备 90nm 及以下 的芯片制造能力。近年来，在国家政策支持下，国内企业加速研发突破光刻机制造技术， 目前国产光刻机在 90nm 及以下工艺节点方面取得了重要进展。例如，上海微电子自主 研发的 600 系列光刻机已实现 90nm 工艺的量产，并正在进行 28nm 浸没式光刻机的研 发工作。根据公开数据，上海微电子光刻机出货量占国内市场份额的比例已超过 80%。 整体来说，目前我国光刻机行业国产化率仅为 2.5%，整机技术仍与海外存在差距较大。 数据显示，2023 年我国进口光刻机数量高达 225 台，进口金额高达 87.54 亿美元，进口 金额创下历史新高，且预计在未来 3-5 年内，我国光刻机仍将主要依赖于进口。 美日荷加强对华先进制程出口限制，光刻机国产化势在必行。2022 年 10 月 7 日，美国 升级对中国半导体行业的管控措施，限制 18nm 及以下 DRAM、128 层及以上 NAND 闪 存，以及 16nm 或 14nm 及以下逻辑芯片制造设备的出口。2023 年 3 月，日本和荷兰相 继宣布加入美国的对华芯片出口管制行列。荷兰 2023 年 6 月 30 日发布新半导体设备出 口限制规定，自 2023 年 9 月 1 日起，特定类型的先进半导体设备出口需获得许可，其中包括 ASML 生产的 2000i 及更新型号的浸润式光刻机。2023 年 3 月，日本宣布自 2023 年 7 月起，对 23 种先进半导体制造设备实施出口管制，包括光掩模镀膜设备、光掩模检 测设备、光刻步进器以及符合氩氟化物（ArF）DUV 性能标准或更高水平的扫描仪设备 等。在这样的背景下，光刻机国产化势在必行。
4.1 上海微电子：国内光刻机整机制造厂商
上海微电子 2002 年在张江高科技园区正式成立，2009 年 12 月首台先进封装光刻机产 品 SSB500/10A 交付用户，2016 年 6 月首台暨国内首台前道扫描光刻机交付用户，2017 年 4 月公司承担的国家 02 重大科技专项任务“浸没光刻机关键技术预研项目”通过了 国家正式验收，2017 年 10 月公司承担的 02 重大科技专项“90nm 光刻机样机研制”任 务通过了 02 专项实施管理办公室组织的专家组现场测试，2018 年 3 月 90nm 光刻机项 目通过正式验收，公司作为国内光刻机整机制造厂商，引领国内光刻机制造发展。 公司光刻机产品可用于平板显示、先进封装、新型化合物半导体器件、MEMS 和集成电 路前道芯片制造环节，其中 SSX600 系列步进扫描投影光刻机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 寸产线或 12 寸产线。
4.2 国科精密：专注高端曝光光学系统制造
深耕光刻光学领域，构建超精密光机研发体系。国科精密成立于 2014 年 8 月，前身为 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所超精密光学工程研究中心。公司专注于光刻 机投影物镜系统、超精密光学检测、超精密光机制造等领域的研发、生产和销售。其产 品主要应用于高端光学系统，具备高复杂度和极限精度的特点。公司总部位于吉林省长 春市，在上海设有投影光刻照明系统研发分公司。 国家级重大专项承担者，打造国际领先研发平台。国科精密建立了一支由百余名毕业于 著名高正的硕士、博士研究生组成的研发团队，建成了价值 3 亿元、代表当代国际水平 的超精密光机系统研发与制造平台，投入使用的超净厂房面积近万平方米。公司作为（“国 家科技重大专项 02 专项”支持的唯一一家光刻机投影物镜系统研发单位，承担了多项国 家级科研项目，取得了显著的科研成果。
拓展前沿光学应用，加速高端装备产业化进程。近年来，国科精密积极拓展业务布局， 致力于极大规模集成电路光刻投影光学、显微光学、多光谱融合成像探测等领域的高技 术研究，同时开展各类高端光学仪器与装备产品的研发工作。公司在上海设立的分公司 专注于光刻机照明系统的研发、制造和技术服务，提升了在复杂非成像光学系统设计与 仿真、深紫外激光光束整形与控制等方面的能力。
4.3 科益虹源：DUV 光源制造商
专注半导体高端光源技术，布局全产业链解决方案。科益虹源于 2016 年 7 月由亦庄国 投、中科院微电子所、国科控股和技术团队共同发起设立，肩负专项成果转化重任。公 司是一家专注于半导体行业高端光源设备研发的高科技企业，是中国唯一、全球第三家 具备光刻准分子激光技术全链条研发和产业化能力的公司，业务涵盖国产自研光刻曝光 光源产品、进口高端光源技术服务、集成电路检测光源、高端光源核心元器件等领域。
自主创新驱动发展，持续攻克光刻光源关键技术。公司拥有一支涵盖光、机、电、控、 测、系统、集成等技术开发和生产制造能力的团队，秉承“服务国家战略，实现产业价 值”的使命，致力于打造具有自主知识产权的核心技术和产品。 实现国产高能光源突破，加速光刻设备国产化进程。2018 年 3 月科益虹源自主设计开发 的国内首台高能准分子激光器顺利出货，打破了国外厂商的长期垄断。公司正在承担（“国 家 02 重大专项浸没光刻光源研发”任务。科益虹源为上海微电子光源供应商。
4.4 华卓精科：双工作台制造商
华卓精科成立于 2012 年 5 月，目前为国内首家自主研发并实现光刻机双工件台商业化 生产的企业，主营业务以超精密测控技术为基础，研究、开发和生产超精密测控设备部 件、超精密测控设备整机并提供相关技术开发服务，主要产品包括精密运动系统、静电 卡盘和隔振器等超精密测控设备部件，以及晶圆级键合设备、激光退火设备等超精密测 控设备整机，应用领域覆盖集成电路制造、超精密制造、光学、医疗、3C 制造等行业。 公司精密运动系统产品采用定制化技术路线，从细分领域切入，逐步实现全应用领域的 覆盖，拥有精度高、产品成熟和性能好等特点，定位精度可达 60nm，产品已进入各领域 龙头企业供应链，同时为多所高正和科研机构提供产品和技术服务；晶圆级键合设备采 用了面对面对准的方式，扩大了适用晶圆种类，并采用精密控制技术和图形分析算法， 使晶圆对准精度达到 150nm；激光退火设备采取差异化技术路线，提出多波、多光束叠 加退火的核心技术，实现了光束和温度场的灵活可控，已实现首台激光退火设备的生产 并向燕东微电子等客户交付，通过用户验收；纳米精度运动及测控系统采用目前最先进 的磁悬浮平面电机驱动导向一体化结构，在自主开发的先进算法控制下实现纳米级分辨 率及相应套刻精度指标；公司自主研发的静电卡盘产品在产品结构设计、尺寸形位精度 及使用可靠性等方面具有技术优势，一定程度上破除了国外厂商在该产品领域内的长期 垄断局面。 公司 DWS 系列光刻机双工件台采用平台化、模块化的设计，可实现优于 4.5nm 的运动 平均偏差，正在研发中的 DWSi 系列光刻机双工件台运动平均偏差优于 2.5nm，可应用 于 ArFi 光刻机。
4.5 福晶科技：全球头部 LBO 晶体、BBO 晶体供应商
产品体系完备，涵盖晶体元器件、精密光学元件及激光器件。福晶科技主要从事光电元 器件的研发、生产和销售，致力于为客户提供一站式综合解决方案。其产品体系涵盖晶 体元器件、精密光学元件和激光器件三大类。其中，晶体元器件包括非线性光学晶体、 激光晶体、磁光晶体、双折射晶体、声光和电光晶体、闪烁晶体等，广泛应用于各类激 光系统；精密光学元件涵盖窗口片、反射镜、棱镜、偏振器、柱面镜、球面镜、波片、 分光镜等，用于光学系统的精密调控；激光器件主要包括磁光器件、声光器件、电光器 件及电光驱动电源，作为激光系统的核心组件。 营收稳健增长，晶体与精密光学元件业务表现突出。公司 2024 年 Q1-Q3 营收 6.7 亿元， yoy+11.64%，归母净利润 1.7 亿元，yoy+2.66%。2024 上半年总营收 4.39 亿，晶体元 器件较上年同期增长 20.03%，其中非线性光学晶体营收较上年同期增长 17.69%，激光 晶体营收较上年同期增长 23.64%；精密光学元件营收较上年同期增长 19.26%；激光器 件营收较上年同期下降 3.16%。 强化半导体高端光学布局，加速国产化替代进程。公司持有至期光子股份 45.79%，至 期光子主要面向高端光学应用领域，聚焦于纳米及亚纳米精度的超精密光学元件及复杂 光机组件的研发与生产，面向国家重大战略需求的半导体高端装备与其他重大技术设备 应用领域，致力于突破关键性瓶颈技术，为半导体量测设备在内的前沿高端光学应用提 供优异品质的超精密光学元器件国产替代解决方案。
4.6 茂莱光学：先进光学镜头供应商
茂莱光学专注于精密光学器件、光学镜头及光学系统的研发、设计、制造和销售，主要 产品覆盖深紫外 DUV、可见光到远红外全谱段，下游涵盖半导体、生命科学、AR/VR 检 测、无人驾驶等领域。公司深耕光学行业数十载，拥有较强的研发实力、制造工艺，建 立了完善的运营管理体系和营销服务体系，销售网络覆盖欧洲、北美、中东等国家和地 区，凭借着技术实力和垂直整合能力，已与多家全球领先的高科技企业及关键技术领域 的科研院所达成长期战略合作伙伴关系。
2024 年公司实现营业收入 5.03 亿元，较上年同期增加 9.78%，细分来看，半导体领域 收入占比为 46.29%，生命科学领域收入占比为 23.49%，无人驾驶领域收入占比为 7.27%，生物识别领域收入占比为 7.04%，AR/VR 检测领域收入占比为 5.13%，航空航 天领域收入占比为 1.68%，其他占比为 9.10%，半导体领域正处国产化替代浪潮，国内 产品需求持续增加，此外无人驾驶领域收入较同期增幅较大。公司致力于提升产品附加 值和客户体验，以持续增强产品市场竞争力。在技术研发方面，公司专注于核心技术能 力积累与新产品开发，持续加大研发资源投入，夯实研发人才队伍，2024 年公司获得发 明专利 31 项（其中包含 14 项境外发明专利），实用新型专利 11 项。累计获得发明专利 75 项，实用新型专利 119 项，外观设计专利 1 项，软件著作权 8 项。 公司研发设计和制造的精密光学器件包括透镜、棱镜和平片，具有高面型、高光洁度、 高性能镀膜指标特点，应用于光刻机、高分卫星、探月工程、民航飞机等国家重大战略 发展领域；研发制造的精密光学镜头包括显微物镜、机器视觉镜头、成像镜头和监测镜 头系列产品，具有高精度、高分辨率、成像质量优质的技术特点；精密光学系统主要包 括半导体检测光学模组、医疗检测光学系统模组、生物识别光学模组、AR/VR 光学测试 模组及光学检测设备等，覆盖多个科技前沿应用领域中光学模组和光学设备的设计、装 调及测试。
4.7 福光股份：光学元件供应商
覆盖特种与民用光学，广泛布局高端光学市场。福光股份是一家专业从事特种及民用光 学镜头、光电系统、光学元组件研发生产的高新技术企业，产品涵盖激光、紫外、可见 光、红外全光谱镜头及光电系统。公司业务分为（“定制产品”和（“非定制产品”两大类， 其中定制产品主要应用于国家重大航天任务及高端装备，如（“神舟系列”“嫦娥探月”“天 问一号”等，核心客户包括中国科学院及各大集团科研院所；非定制产品则覆盖安防、 车载、红外、机器视觉、投影光机等领域，广泛应用于智慧城市、物联网、车联网、智 能制造等行业，推动光学技术的广泛应用与产业升级。
营收稳步增长，光学元件业务贡献提升。公司 2024 年营收 6.2 亿元，yoy+5.8%，其中 非定制光学镜头为主要收入来源。归母净利润 0.1 亿元，实现扭亏为盈，主要得益于（“提 质降本增效”战略的推进。在业务层面，公司定制产品业务回暖，高毛利率定制产品收 入占比提升，同时某国际知名电子消费品厂商对玻璃光学元件的需求增长，推动光学元 件收入增加；此外，公司优化产品结构、提升生产效率，使非定制光学镜头毛利率提高。 在投资方面，公司参股企业业绩增长，公允价值变动收益及投资收益增加，为盈利改善 提供助力。公司承担的国家重点研发计划及其他研发项目获得政府补助支持，进一步增 强盈利能力。
强化高端光学制造能力，推动关键技术突破。公司持续加码高端光学制造领域，参股企 业至臻光学专注于智能高端光学设备及超精密光学元件的生产，涵盖超精密光学镜片、 滤光片及相关光学组件。目前，至臻光学的超精密离子束抛光机已成功突破国外技术封 锁，为半导体、高端光学系统等领域提供核心支持。同时，公司承担的国家重点研发计 划及其他重大科研项目获得政府补助，进一步增强技术创新能力。未来，福光股份将依 托自主研发优势，强化定制化高端光学业务，推动国产替代进程，巩固行业领先地位。
4.8 汇成真空：国内镀膜设备供应商
专注真空镀膜设备。汇成真空主要产品为以真空镀膜技术及成膜工艺为核心的真空镀膜 设备以及配套的工艺服务。公司长期致力于溅射镀膜技术、蒸发镀膜技术、离子镀膜技 术、柔性卷绕镀膜技术以及成膜工艺的研究和应用，目前公司生产的真空镀膜设备已应 用于智能手机、屏幕显示、光学镜头等消费电子领域，以家居建材和生活用品为主的其 他消费品领域，航空、半导体、核工业、工模具与耐磨件、柔性薄膜等工业品领域，以 及高正、科研院所等领域。下游产品应用具体包括智能手机、摄像头、屏幕显示、汽车 配件、航空玻璃、磁性材料、半导体电子传感器、光刻掩膜版等。 技术积累丰厚，客户分布较广。公司真空镀膜设备销售客户行业分布较广，多个不同行 业应用经验形成了公司丰富的技术和工艺储备。其次，公司产品涵盖了蒸发镀膜、磁控 溅射镀膜、离子镀膜等主要真空镀膜技术及其组合应用，设备形态包括了单体机和连续 线，满足不同客户的需要。经过长期的自主研发，公司拥有多项与真空镀膜设备设计相 关的核心技术，包括真空腔体及真空系统设计技术、真空环境机械装置设计技术、温控 系统设计技术、电弧蒸发源设计技术、磁控溅射靶设计技术、弧光电子束增强离子清洗 装置技术、卷对卷真空镀膜设备设计技术、真空连续生产线设计技术等核心技术，并搭 建了完整的各种功能膜系的研发试验平台，可为不同行业客户提供各种镀膜工艺的研发、 试验。公司在真空镀膜设备领域拥有多项自主知识产权，截至 2023 年 12 月 31 日，发 行人共拥有 96 项专利，其中发明专利 27 项，实用新型专利 68 项，外观设计专利 1 项， 并获得软件著作权 7 项。
客户优势明显。公司主要客户包括苹果公司、富士康、比亚迪、捷普、沃格光电、日久 光电、宏旺等国内外知名企业和科研院所，多为行业内知名的生产企业，公司凭借自身 生产能力、产品和服务质量、技术创新、快速响应等多方面的优势获得了这些国内外大 型知名企业的认可，并进入了其供应链体系。优质的客户资源一方面保证公司处于行业 内先进的技术及应用前沿，提升公司技术研发水平，另一方面也不断促进公司提升精密 制造、产品交付、高效服务等综合能力，保持行业竞争优势。同时公司服务完善，相对 于国外企业存在技术交流和后续服务不足的弱点，公司充分发挥本土厂商优势，依托成 熟技术团队，能为广大客户提供更全面、更及时、更具个性化的技术支持和后续服务。
4.9 腾景科技：深耕精密光学与光通信
专注精密光学元组件与光纤器件，助力前沿科技发展。腾景科技是一家专注于精密光学 元组件与光纤器件研发、生产和销售的高新技术企业。产品涵盖平面光学元件、球面光 学元件、模压玻璃非球面透镜、光纤器件等，广泛应用于光通信、光纤激光、量子信息 科研、生物医疗、消费类光学、半导体设备等领域。其光学产品在量子计算、生物医疗 器械、AR/智能驾驶、半导体设备等前沿技术中发挥重要作用，助力行业创新发展，并积 极拓展新兴应用市场，具备较强的技术优势与市场竞争力。 营收稳健增长，盈利能力持续提升。公司 2024 年营收 4.5 亿元，yoy+30.96%，归母净 利润 0.7 亿元，yoy+66.53%。主要系公司积极把握 AI 算力驱动下高速光通信元器件需 求增长的市场机遇，进一步扩大光通信业务规模；生物医疗、半导体设备等新兴应用领 域业务持续开拓，光学模组产品收入增速明显；产品结构优化，经营效率提升，毛利率 水平逐步上升，对业绩产生正向影响。 强化技术创新，推进光通信产业链整合。公司高度重视技术创新，2023 年研发投入达 0.3 亿元，占营业收入的 10.05%，并呈逐年增长趋势，体现出公司对核心技术平台建设的持 续投入。在激光器噪声控制、光纤透镜制造、光波导生产等关键领域，公司取得技术突破，并推动激光锁模布拉格光栅、生物医疗光学镜头、AR 光波导、智能驾驶激光雷达等 产品落地。此外，公司积极加强 ESG 体系建设，优化治理架构，Wind ESG 评级由 BBB 提升至 A，并通过 ISO45001 职业健康安全管理体系认证，为可持续发展奠定基础。 2025 年 3 月，公司收购迅特通信 100%股权，标志着其在光通信产业链的进一步延伸， 并强化行业整合与协同发展。迅特通信专注于光模块研发制造，产品广泛应用于 AI 算力 中心、云计算数据中心及 5G 通信网络。腾景科技借此实现从（“光学元组件-光模块-系统 集成”的垂直整合，提升协同效应，降低成本，并增强市场竞争力。此次并购顺应光通 信行业快速增长趋势，把握 AI 算力和 5G 机遇，有望推动腾景科技成为一站式光学解决 方案供应商，并进一步拓展全球市场。
4.10 炬光科技：聚焦光子技术全链布局
深耕光子产业链，覆盖从核心元器件到系统解决方案。炬光科技专注于光子行业上游高 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，并拓展至中游光子应用模块、模组和子系统业务（（“提供光子应用解决方案”）。 公司重点布局汽车应用、泛半导体制程、医疗健康三大领域，产品涵盖半导体激光元器 件、激光光学元器件，以及激光雷达、集成电路、显示面板和医疗设备等光子应用解决 方案，广泛应用于先进制造、医疗健康、科学研究、汽车应用及消费电子等领域，作为 产业链关键环节，为下游客户提供高性能、高可靠性的核心元器件与系统解决方案。 营收稳健增长，短期盈利承压。公司 2024 年营收 6.2 亿元，yoy10.32%，归母净利润1.7 亿元，yoy-287.44%。主要原因一是宏观经济及工业激光传统领域下游客户竞争加剧， 相关产品价格下滑，导致收入减少、毛利率下降；二是瑞士并购纳入的汽车业务呈现负 毛利，以及新加坡资产并购后运营时间较短，固定成本摊销较大，拖累整体毛利率。费 用方面，公司完成两次并购后，职工薪酬及运营成本增加，同时持续加大研发投入，以 聚焦核心技术突破和新型应用领域布局。财务方面，闲置资金减少及并购贷款增加导致 理财收益下降，利息支出上升，汇率波动进一步加剧财务费用压力。 强化全球并购整合，加速光子应用市场渗透。2024 年 1 月 16 日，公司成功完成对瑞士 SMO 的并购。通过本次并购整合，炬光科技将进一步扩大目标市场领域，扩展主营业务 范围，进入光通信、汽车投影照明等新的市场领域，同时在泛半导体制程、医疗健康等 公司已进入的市场领域进一步扩大市场份额与潜在市场规模。SMO 的微纳光学元器件先 进技术和产品也会大大推动公司继续向中游光子技术应用解决方案发展，促进公司做强 上游元器件、做大中游光子技术应用解决方案的战略布局。
4.11 永新光学：全球领先光学显微镜厂商
永新光学是一家专注于科学仪器和核心光学元组件业务的科技型制造企业，是国内光学 显微镜和精密光学元组件的龙头企业。目前公司目前主要业务由光学显微镜、条码机器 视觉、车载激光雷达和医疗光学四部分组成，主要产品包括光学显微镜、条码扫描仪镜 头、自动变焦模组、机器视觉镜头、激光雷达光学核心元组件、内窥镜镜头等。公司在 光学精密制造领域具有数十年的发展历史，在技术研发、产品品质、生产管理、客户资 源等方面形成了较强的综合竞争优势。 分业务来看，1）光学显微镜：公司是国内为数不多的具备高端显微镜自主研发制造能力 的企业，对单价 300 万元以内的高端显微镜产品进行全覆盖，其中超分辨光学显微镜产 品的成功上市标志着公司在光学显微镜领域的技术水平已达到世界顶尖水准。2）条码机 器视觉：公司为全球领先的条码扫描机器视觉设备光学元组件供应商，与全球条码扫描 及机器视觉巨头建立长期深度的合作关系。3）车载激光雷达：公司在激光雷达新兴市场 已有近 10 年的研发制造经验，产品通过车规级环境应力测试、可靠性测试等，已成为禾 赛、图达通、法雷奥等激光雷达全球头部企业的重要合作伙伴。4）医疗光学：公司充分 挖掘围绕光学领域的广泛可能性和技术创新，积极切入医疗器械市场，开发多款内窥镜 镜头、模组，手术镜、检测物镜等极端精度医疗元组件产品，实现光学部组件国产替代， 并以高端显微镜产品的技术积累为基础，切入医疗仪器领域。
深耕行业，客户资源丰富。凭借在光学行业的经营与资源积累，公司在国际市场树立了 良好的品牌形象、形成了较高的市场知名度。公司坚持与细分行业的龙头企业开展合作。 经过数十年的发展，积累了一批优质的客户，与蔡司、徕卡、Zebra、霍尼韦尔、康耐视、 禾赛、法雷奥、图达通等细分领域龙头企业建立长期战略合作。通过与这些企业的合作 可以使得公司保持高水准的研发、制造能力，并先行获得行业前沿技术。
4.12 波长光电：国内精密光学元件、组件的主要供应商
波长光电是国内精密光学元件、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，提供各类光学设备、光学设计以及光学检测的整体解决方案，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，公司紧跟市场发展和客户需求不断 开发新规格的产品，并专注提升包括光学材料、加工工艺、光学系统设计在内的技术整 合能力，公司拥有 30 余台先进的镀膜设备，以及一支具备丰富经验的镀膜团队，能够实 现包括类金刚石膜（DLC）在内的增透、高反射、部分反射、分光、滤光等膜系，提高光 学元件、组件的透光率、反射率和滤过率等技术指标。 细分来看，1）激光光学系列，公司的激光光学系列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，包括了波长为 9.4um/10.6um 的 CO2 激光器、 波长为 266nm/355nm 的紫外固体激光器、波长为 405nm 的蓝光固体激光器、波长为 808nm/915nm/980nm/1064nm 的半导体激光器、光纤激光器和 Nd：YAG 激光器等。 2）红外光学系列：公司的红外热成像系列的波段划分为 900nm-14000nm，包括 900nm1700nm 的近红外波段以及 2000nm-14000nm 的热成像波段，焦距范围从 2mm 至 500mm，可视角度覆盖 1 至 180 度。3）光学设计与检测系列：涵盖了子公司光研科技 南京有限公司代理的主流光学设计软件 ZEMAX 以及光学检测设备等。
客户资源丰富。公司推行全方位的市场服务体系，国际国内市场齐头并进，注重为客户 提供服务的效率，把为客户服务放在首位，逐步建立起忠实的客户群，如国内激光行业 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如美国 IPG 阿帕奇，美国 FLIR 菲力尔等。
4.13 菲利华：深耕石英玻璃赛道
菲利华立足石英玻璃领域，专注开发气熔石英玻璃、合成石英玻璃、电熔石英玻璃与石 英玻璃纤维及制品。主导产品包括石英玻璃锭、筒、管、棒、板、片，石英玻璃器件， 石英玻璃纤维系列产品，石英玻璃纤维立体编织预制件，以及以石英玻璃纤维为基材的 复合材料。高性能石英玻璃材料及制品，石英玻璃纤维及以石英玻璃纤维为基材的复合 材料及制品是半导体、航空航天、光学、光通讯等行业和国家相关重大工程不可或缺的 重要基础性材料及制品，公司以“实现中国石英的崛起”为企业使命，配套航空航天、 半导体、光学、光伏、光通讯等领域，为中国半导体、航空航天等高新技术产业的崛起 与发展贡献力量。 分应用领域看，1）半导体领域：公司的半导体用气熔石英玻璃材料通过 TEL、Lam、AMAT 三大国际半导体原厂设备商以及日立高新技术公司的认证。子公司上海菲利华石创的石 英玻璃器件加工通过了中微公司和北方华创等国内主流半导体设备厂商认证。2）航空航 天领域：公司是全球少数具有石英玻璃纤维量产能力的制造商之一，是国内航空航天领 域石英玻璃纤维主导供应商，拥有石英玻璃纤维材料、石英玻璃纤维立体编织材料、以 石英玻璃纤维为基材的复合材料结构件的完整产业链。3）光学领域：公司推出超低膨胀 合成石英玻璃、高光学均匀性合成石英玻璃以及环保型无氯合成石英玻璃，成为光学应 用的优选材料。4）光伏领域：公司与国内多家知名光伏企业建立了战略合作伙伴关系。 5）光通讯配套领域：公司产品链延伸至炉芯管、石英玻璃器件的生产，以多样化的产品 实现了对光通讯行业石英玻璃辅材的全方位配套，石英玻璃支撑棒、把手棒系列产品， 降低了光通讯行业配套石英玻璃材料成本，提升了光通讯企业的国际竞争力。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
