2023光刻机行业产业链、竞争格局、市场空间及相关公司分析报告（25页）.pdf

1、2023 年深度行业分析研究报告 行业研究报告 慧博智能投研 目录 目录 一、光刻机行业概述.1 二、市场空间及竞争格局.4 三、国内光刻机行业现状.7 四、光刻机产业链.10 五、光刻机相关公司.14 六、光刻技术发展趋势及市场展望.22 一、光刻机行业概述一、光刻机行业概述 1.光刻工艺光刻工艺（1）集成电路制造流程复杂，光刻为其中关键一环）集成电路制造流程复杂，光刻为其中关键一环光刻（Lithography）是指在特定波长光线的作用下，将设计在掩膜版上的集成电路图形转移到硅片表面的光刻胶上的技术工艺。为了完成图形转移，需要经历沉积、旋转涂胶、软烘、对准与曝光、后烘、显影、坚膜烘焙、显影检

2、测等 8 道工序，检测合格后继续进行刻蚀、离子注入、去胶等步骤，并视需要重复制程步骤，建立芯片的“摩天大楼”。（2）光刻核心地位：光刻核心地位：1/2 的时间的时间+1/3 的成本的成本 随着芯片技术的发展，重复步骤数增多，先进芯片需要进行 20-30 次光刻，光刻工艺的耗时可以占到整个晶圆制造时间的 40%-50%，费用约占芯片生产成本的 1/3。2.光刻机光刻机（1）曝光设备应用广泛，光刻机通常指用于芯片前道工艺的光刻设备曝光设备应用广泛，光刻机通常指用于芯片前道工艺的光刻设备 泛半导体光刻技术可分为直写光刻和掩模光刻，直写式光刻精度较低，多用于 IC 后道封装、低世代线平板显示、PCB

3、等领域；掩模光刻目前的主流形式为投影式，光刻精度高，可用于 IC 制造的前道工艺、后道先进封装和中高世代线的 FPD 生产。UWjWoXtV8VlXtVmObR8QaQmOqQsQtQkPnNzQfQsQrO9PoPpPuOnMoRuOtOpM （2）光刻机单机价值量高，孕育千亿市场空间光刻机单机价值量高，孕育千亿市场空间 2022 年全球晶圆前道设备销售 941 亿美元，光刻机占 17%，是 IC 制造的第三大设备，但却是单机价值量最大的设备。据 ASML 财报测算，2022 年单台 EUV 价格约 1.8 亿欧元，浸没式 DUV 约 6500 万欧元。3.光刻机技术发展历程光刻机技术发展历

4、程 光刻机的技术演进主要分为以下几个阶段。1）UV 光刻机：光刻机：用于 0.25 微米及以上制程节点，UV 为紫外光，光源类型包括 g-line、i-line 等。2）干式）干式 DUV 光刻机：光刻机：可用于 65nm-0.35m 制程节点，干式 DUV 是指在光刻过程中使用干式透镜和深紫外线光源，该技术在 20 世纪 90 年代初得到了广泛应用。3）浸入式）浸入式 DUV 光刻机：光刻机：可用于 7nm-45nm 制程节点，随着芯片制造技术对先进制程的需求持续增加，干式 DUV 光刻机已无法满足其精度要求。浸入式 DUV 光刻机通过把物镜与晶圆之间的填充由空气改变为水，进而获得更高的数值

5、孔径（NA），使光刻机具有更高的分辨率与成像能力。4）Low-NAEUV 光刻机：光刻机：用于 3nm-7nm 制程节点，EUV 为极紫外光，该光源的波长较此前光源明显减小，显著提升光刻机的分辨率。5）High-NAEUV 光刻机：光刻机：用于 3nm 以下制程节点，High-NA 是指高数值孔径（0.330.55），是下一代光刻机技术，将在已有 EUV 基础上进一步提高分辨率与成像能力，从而实现更先进制成的生产。当前该技术由阿斯麦公司研发中，公司预计在 2025 年实现出货。二、二、市场空间市场空间及竞争格局及竞争格局 1.高端高端 EUV+ArFi 光刻机市场规模较大光刻机市场规模较大 从

6、出货结构来看，中低端 KrF/i-line 光刻机出货最多。2022 年，ASML/Nikon/Canon 三家头部光刻机公司合计出货 209 台 KrF 和+193 台 i-line 光刻机，KrF 机台主要来自 ASML，i-line 主要来自 Canon。此外，浸没式光刻机可覆盖最广泛应用的 28nm 节点，全年出货 85 台，其中 81 台来自 ASML；EUV全年出货约 40 台。从收入结构来看，高端机型贡献主要收入。据 ASML 的财报计算，EUV 与 ArFi 光刻机的 ASP 远远高于KrF 和 i-line 光刻机，尽管高端机型出货量少于中低端光刻机，但总收入较高，市场规模较

7、大。在ASML 的设备收入中，EUV+ArFi 占比超 8 成。2.EUV 光刻市场高速成长光刻市场高速成长 先进节点主要依赖 EUV。7nm 逻辑芯片中，ArFi 机台的开支与 EUV 基本持平，但最新的 3nm 工艺中，EUV 约占总光刻支出的 70%；DRAM 芯片发展到 1 节点也开始依赖 EUV，预计未来 EUV 在光刻机总市场规模的占比将进一步提升。三家主要的 EUV 客户宣布在全球投资超 3000 亿美元。Intel IDM2.0 计划，对先进制程的投资可观，TSMC、Samsung 也规划大手笔扩产。Mordor Intelligence 预计，2022-2027 年 EUV

8、光刻市场 CAGR达 16.7%，2028 年有望超过 200 亿美元。3.竞争格局：竞争格局：“一超两强一超两强”，高端市场，高端市场 ASML 一枝独秀一枝独秀 当前全球半导体前道光刻机市场主要由 ASML、Nikon、Canon 三分天下。光刻机市场历经千帆，从早年美国 GCA+PerkinElmer 把持，到如今仅剩荷兰 ASML+日本 Nikon/Canon，美国光刻机企业退出历史舞台。后入局的上海微电子主要在封装环节，前道光刻机小批量出货。当前，光刻机市场份额集中度很高，ASML 占据全球 8 成以上的市场。浸没式的成功和 EUV 的飞跃，使 ASML 几乎垄断高端市场。全球仅 A

9、SML 能生产高端 EUV，浸没式DUV 也仅 ASML 与 Nikon 出货，2022 年 ASML 出货占 95%，在 ArF 和 KrF 光刻机的份额也高达88%/72%。仅低端 i 线光刻机上，Canon 出货占比较高。三、三、国内光刻机国内光刻机行业行业现状现状 1.国内光国内光刻机依赖进口，亟待刻机依赖进口，亟待 01 的突破的突破 中国大陆光刻机市场空间广阔，但主要依赖荷兰、日本等地进口。根据中国海关总署数据，2022 年中国大陆 IC 用光刻机进口金额共 39.7 亿美元，其中从荷兰、日本的进口金额分别为 25.5/13.0 亿美元，进口机台数分别为 147 台、635 台，对

10、应进口均价分别为 1733、204 万美元，高端机台主要从荷兰ASML 进口。中国大陆是 ASML 第三大客户。2022 年 ASML 对中国大陆总销售额 31.4 亿美元（含设备、服务等），其中设备收入 23.3 亿美元，占 14%，仅次于中国台湾和韩国。2.高端光刻机面临断供，自主可控势在必行高端光刻机面临断供，自主可控势在必行 制裁情况优于此前预期，行业燃眉之急暂缓。2023 年初美日荷三国领导人会晤，计划联合制裁。随后日本管制条例于 7 月 23 日正式实施，Nikon 的高端 DUV 受限。3 月 8 日荷兰政府公告拟对华限制出口“最先进”的 DUV 光刻设备，6 月 30 日正式出

11、台管制措施，并定于 9 月 1 日正式落地。此前预期ASMLNXT:2000i 及之后的浸没式机台将无法出货。但 ASML 最新确认，公司可在 2023 年底前向中国大陆客户出口包括 2000i 及更先进型号的浸没式 DUV。延长了出货时间，且先进机台的套刻精度、产率都有明显提升。EUV 长期被限，2024 年高端浸没式也将断供。尽管危机暂缓，但并未完全解除，我国光刻机仍受制于人，仍是“卡脖子”最关键环节，从国家安全考虑，实现高端光刻机的国产替代至关重要。3.谋国产化宏图，各科研院所齐发力谋国产化宏图，各科研院所齐发力 我国光刻机的研制起步并不晚，早在 70 年代就研制出接触式曝光系统，由于早

12、期我国半导体产业的整体落后，以及“造不如买”的思潮影响，光刻机产业化落地滞后。2002 年 ArF 光刻机被列入“863 计划”、2008 年启动“02 专项”，光刻机事业才再度觉醒。集各家所长，各科研院所阶段性成果陆续落地。我国光刻机攻尖采取类 ASML 的模式，细分各科研院所、高校做分系统，再由 SMEE 进行整机组装。中科院微电子所、长光所、上光所，清华大学、浙江大学、科院微电子所、长光所、上光所，清华大学、浙江大学、哈工大哈工大等均参与光刻机的研发，目前干法光刻机的分系统基本通过验收，陆续产业化落地，并继续承担“02 专项”进行湿法光刻机分系统研发。4.举国之力，国产光刻机曙光初显举国

13、之力，国产光刻机曙光初显 上海微电子完成 90nm 光刻机出货，并加快浸没式设备研发。SMEE 在光刻机领域有多年积累，占据国内后道封装用光刻机 80%以上的市场份额。2018 年公司承担的 02 专项“90nm 光刻机样机研制”通过验收，对应公司 90nmSSA600/20 步进扫描投影光刻机实现量产。2017 年公司承担的 02 专项“浸没光刻机关键技术预研项目”也通过验收，目前正在加速推进产业化落地。若浸没式 DUV 能顺利跑通，通过ArFi+多重曝光或可将国内 IC 制造的国产化能力推进至先进制程，将是里程碑式的迈进。国家牵头，科研院所、关键公司参与，供应链自主可控。光刻机作为高壁垒、

14、重资本、高风险的行业，其发展必将借助“举国体制”之力，重点关注上海微电子上海微电子和几大院所的研究进展，以及其控股/参股的资产，或有光刻机成果注入的预期。四、光刻机四、光刻机产业链产业链 光刻机所需供应组件众多，供应链管理难度高。光刻机上游涉及的内部零件种类众多，且越高端的光刻机组成越复杂，如 EUV 内部零件多达 8 万件以上，其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，其中光源、晶圆曝光台、物镜和对准系统的技术门槛较为显著。因此，光刻机企业往往具备高外采率、与供应商共同研发的特点，而其下游应用主要包括芯片制造、功率器件制造、芯片封装等。1.上游：上

15、游：整机进展可期，上游零部件先行整机进展可期，上游零部件先行 （1）光刻机上游零部件市场空间大，光刻机上游零部件市场空间大，技术关键性强技术关键性强 一台光刻机由数万个零部件组成，2022 年 ASML 供应商共 5000 家，合计供应链支出 124 亿欧元，以欧洲为主导，且依赖部分美国、中国台湾的公司。其中与产品相关的支出 86 亿欧元，2022 年 ASML设备收入 154 亿欧元，以此测算，上游零部件成本占比约 56%。2022 年国内 IC 用光刻机进口金额约40 亿美元，若供应链实现全国产替代，对应上游零部件市场空间超 150 亿元。（2）零部件存在断供隐忧，国产替代有望提速零部件存

16、在断供隐忧，国产替代有望提速 彭博社此前称，荷兰出口管制规则将限制 ASML 为受控设备进行维护、修理和提供备件。在此情况下，未来无论是整机自研配套零部件，或是备件更换都会更多依赖国内零部件供应商，应重视光刻机上游零部件的投资机会。2.下游下游：半导体行业发展，晶圆厂扩产半导体行业发展，晶圆厂扩产（1）半导体行业十年翻倍，先进与成熟共振半导体行业十年翻倍，先进与成熟共振 短期下行不改长期趋势，产业规模持续增长。据麦肯锡预测，2030 年半导体市场规模约 1.1 万亿美元，相较于 2020 年实现翻倍增长，2021-2030 年期间市场规模的 CAGR 为 7%，各下游终端均有贡献，其中汽车电子

17、、工业电子增速最快。先进与成熟制程共成长，催生不同类别光刻机需求。一方面，手机和计算机性能跃升，AI 对算力需求激增，摩尔定律延续，逻辑芯片向 2nm 以下工艺演进；另一方面，智能终端里芯片种类丰富，如电源管理等芯片以成熟制程为主，IoT、汽车电子相关芯片也以成熟为主。此外，芯片不同层的精度需求有差异，或采用先进+普通光刻设备搭配使用的方案，各类型光刻机都有增长机会。（2）晶圆厂积极扩产，头部大厂资本开支仍居高位晶圆厂积极扩产，头部大厂资本开支仍居高位 ASML 预计 2020-2030 年，全球晶圆产能每年将增长 78 万片/月，CAGR 为 6.5%。其中先进、成熟制程每年月产能增长分别为

18、 22/38 万片，CAGR 分别为 12.0%/6.0%，存储芯片增速放缓，DRAM 和NAND 增速分别为 4.7%/4.9%。若进一步考虑技术主权和竞争，将再增加 15 万片/月的产能。半导体下行期，存储大厂短期削减资本开支，主流代工厂持平略减。TSMC 预计今年资本开支 320-360亿美元，基本持平或略减 10%，Intel 计划削减 30 亿美元，UMC 保持 30 亿美元不变。国内中芯国际资本支出预计与 2022 年持平，维持 63.5 亿美元的高位。五、光刻机五、光刻机相关公司相关公司 1.福晶科技：非线性晶体王者，发力超精密光学元件福晶科技：非线性晶体王者，发力超精密光学元件

19、 公司成立于 2001 年，公司为中科院福建物构所控股，技术实力强劲。公司研发的非线性光学晶体，是光刻机重要的上游原材料。非线性光学晶体能够转换激光的种类，广泛应用于固体激光器的制造。目前公司有多个项目聚焦于晶体质量与性能的提升，未来产品市场有望进一步扩张。公司立足于晶体材料，横拓纵延，成为业内稀缺的“晶体+光学元件+激光器件”一站式综合服务的供应商。其中，非线性光学晶体 LBO 和 BBO 市占率近 80%，位居全球第一，产品供货 TRUMPF，Lumentum、锐科激光等国内外知名激光器企业。公司成立“至期光子”，有望开辟新增长。至期光子聚焦纳米精度的超精密光学元件制造及复杂光机组件的研发

20、，面向半导体等尖端光学应用领域。2.奥普光电：长光所领衔，高端光栅编码器龙头奥普光电：长光所领衔，高端光栅编码器龙头 公司实控人为中科院长春光机所，控股“禹衡光学”，布局光栅编码器。公司目前以军工业务为主，主导产品有光电经纬仪光机分系统、航空/航天相机光机分系统、新型雷达天线座、精密转台、医疗检测仪器、光栅编码器、高性能碳纤维复合材料、高端 k9 光学玻璃等，并参与祝融、羲和等多项国家重大工程项目。禹衡光学是亚洲最具实力的光栅编码器制造商，参与了多项行业标准的制定。公司持有禹衡光学 65%的股权，并布局超精尺方面的技术投入和研发，理论上可用于光刻机。3.茂莱光学：下游多领域齐发展，透镜供货茂莱

21、光学：下游多领域齐发展，透镜供货 SMEE 公司技术底蕴深厚，下游应用多点开花。公司是国际先进精密光学综合解决方案提供商，专注于精密光学器件，高端光学镜头和先进光学仪器的研发与制造，并广泛用于半导体、生命科学、航空航天、无人驾驶、生物识别、AR/VR 检测等多领域。23H1，半导体领域收入占比约 34%。厚积薄发，相关产品进入半导体头部客户供应链。公司的半导体检测设备光学模组供货 KLA、Camtek；光学透镜供货 SMEE，为光刻机国产化提供了重要支撑。据 Frost&Sullivan 报告，预计 2022-2026 年，全球半导体领域工业级精密光学市场规模将从 35.5 亿元增长至 55.

22、8 亿元。4.福光股份：军用高端光学镜头供应商福光股份：军用高端光学镜头供应商 福光股份承担多项武器装备科研任务，掌握多项自主核心产品，并实现军民技术互转，使民用安防监控镜头在超长焦距、高变倍、红外夜视等性能上实现技术飞跃，达到国内先进水平，供货于海康威视、大华股份、华为等。公司募投项目布局精密及超精密光学加工。项目对非球面玻璃镜片加工、球面镜片高精度加工、紫外镜片加工等超精密光学加工技术进行突破，为光刻机等高端装备、国防、航空、航天等领域提供高精密光学镜头及光学系统。5.美埃科技：国内电子半导体洁净室设备龙头美埃科技：国内电子半导体洁净室设备龙头 聚焦工业级超洁净技术，覆盖国内外半导体龙头厂

23、商，为国内光刻事业提供一臂之力。公司应用于半导体行业的主要产品有风机过滤单元、过滤器等，风机过滤单元是洁净室空气净化的关键设备，并搭配或内置超高效过滤器，提供稳定洁净气流。公司客户矩阵强大，覆盖中芯国际、STM、Intel 等国内外头部半导体公司，2006 年至今为中芯国际多地工厂供应 FFU、过滤器等产品。此外，公司为 SMEE 开发28nm 光刻机所需的国际最高洁净环境提供 EFU（超薄型设备端自带风机过滤机组）及 ULPA（超高效过滤器）等产品。6.华卓精科：大陆首家磁悬浮双工件台供应商华卓精科：大陆首家磁悬浮双工件台供应商 华卓精科深耕纳米精度运动及测控系统等半导体设备产业。华卓精科

24、2012 年 5 月创立于北京，深耕纳米精度运动及测控系统等半导体设备产业，公司业务涵盖纳米精度运动及测控系统、超精密测控装备整机及大部分超精密测控装备部件产品等领域，并均处于国内前沿。公司是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。光刻机双工件台是芯片制造 IC 前道光刻机的核心部件之一，可实现对准和光刻同步进行，极大地提高了光刻机的精度和生产效率。公司生产的光刻机双工件台采用了宏-微叠层驱动的技术方案，由磁悬浮驱动。双工作台产品分为 DWS 系列和 DWSi 系列，其中 DWS 系列双工件台主要适用于干式光刻机，已投产。DWSi 系列双工件台适用于浸没式光刻机，正在研发中。公司

25、是上海微电子双工件台产品及技术开发的供应商，2020 年光刻机相关业务占公司营收的 11%。7.腾景科技：深耕高端光学元件腾景科技：深耕高端光学元件 公司主营产品为精密光学元件与光纤器件。公司于 2013 年 12 月成立，主要业务为各类精密光学元件、光纤器件研发、生产和销售。产品主要应用于光通信、光纤激光等领域，其他少量产品应用于量子信息科研、生物医疗、消费类光学等领域。公司开发的合分束器项目已处于产品验证阶段，主要用于光刻机的光学系统。预计未来投产后将满足客户对合分束器的需求，弥补该领域空白，实现国产设备替代。分束器是一种衍射光学元件。分束器将单个激光束分成几个光束，每个光束具有原始光束的

26、特性，激光通过分束器之后的光束直径和相位都不变，而传播方向和能量会发生改变。8.苏大维格：光学元器件供应商苏大维格：光学元器件供应商 苏州苏大维格科技集团股份有限公司 2001 年成立，2012 年在深交所上市，公司深耕高端微纳光学材料及反光材料制品多年，已发展形成了公共安全和新型印材、消费电子新材料、反光材料、高端智能装备四大事业群，下游覆盖公共安全、液晶平板、交通安全、高端智能装备等领域。公司于 2021 年末向上海微电子提供了光刻机用的定位光栅产品，该器件是光刻机产品的重要部件。9.炬光科技：激光元器件产业领军者炬光科技：激光元器件产业领军者 公司主营业务为激光产业上游元器件。公司成立于

27、 2007 年 9 月，主要从事光子产业链上游的高功率半导体激光元器件和原材料、激光光学元器件的研发、生产和销售，主要产品为半导体激光业务典型产品、激光光学业务典型产品、汽车应用业务典型产品、光学系统业务典型产品。目前正在积极拓展光子产业链中游的光子应用模块、模组、子系统业务，下游重点布局消费电子、汽车应用、泛半导体制程、医疗健康等领域。公司为上海微电子提供了半导体激光退火系统以及核心元器件，2021 年 H1 光刻机相关业务占公司营收的 3.3%。10.美埃科技美埃科技:大陆洁净设备龙头厂商大陆洁净设备龙头厂商 公司主营业务为空气净化产品、大气环境治理产品。公司产品主要应用于洁净室空气净化，

28、下游应用细分主要包括半导体、生物制药、食品等，主要产品包括风机过滤单元、高效过滤器、化学过滤器。公司是中芯国际、上海微电子的供应商。公司 2002 年起进入半导体洁净室领域，为中芯国际供应 FFU、高效/超高效过滤器、化学过滤器等产品。同时，公司为上海微电子构建国际最高洁净等级标准（ISOClass1 级）洁净环境提供 EFU 及 ULPA 等产品。11.其他相关其他相关公司公司 六、六、光刻技术发展趋势及光刻技术发展趋势及市场市场展望展望 1.光刻机技术发展趋势光刻机技术发展趋势（1），向更短光源波长冲刺，向更短光源波长冲刺 光刻机历经五代，波长从 436nm 缩小约 30 倍，达到 13.

29、5nm，对应节点从 m 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，同时摩尔定律对芯片性能、成本的追求又催动光刻机在分辨率、加工效率等方面不断进步，相互实现。（2）NA，增大物镜直径，增大物镜直径+浸没式另辟蹊径浸没式另辟蹊径 光源迭代速度放缓，high-NA 是当前尖端光刻机的研发重点。缩短光源波长是提高分辨率最直接的方法，但光源发展到 ArF（193nm）时，下一代光源推进速度放缓，巨头开始将目光转向提高数值孔径，并出现了 F2（光源演进）与 ArF+immersion（增大 NA）的路线之争。（3 3），RET 推动工艺因子突推动工艺因子突破物理极限破物理极限 工艺因子

30、包含了光刻工艺中对分辨率影响的诸多因素，半导体工程师致力于优化缩小该参数。光照条件的设置、掩模版设计以及光刻胶工艺等因素对分辨率的影响都反映在1 因子中，1 因子也常被用于评估光刻工艺的难度，在批量生产时，为了保证工艺稳定性和良率，一般要求1 大于 0.3，ASML 认为其物理极限在 0.25，1 体现了各家晶圆厂运用光刻技术的水平。RET 帮助突破传统衍射极限。RET（分辨率增强技术）是指对掩模和光照系统做改进，实现最大共同工艺窗口，从而提高分辨率。常见的分辨率增强技术包括离轴照明、光学邻近校正、移相掩模、添加亚分辨率辅助图等方法，通过改变掩模的振幅（OPC 法）或相位（PSM 法），调整光

31、源入射角度（OAI 法）等提高分辨率、增加焦深、改善图形质量，此外也可以用多重曝光技术实现超越光刻机理论分辨率的精度。2.芯片性能升级，光刻强度上升芯片性能升级，光刻强度上升 光刻强度是指光刻资本支出占新建晶圆厂总资本支出的比例，呈现上升态势。先进逻辑制程对分辨率要求最高，因而光刻难度最大、光刻强度也最高。10nm 逻辑芯片已达 25%，5nm 及以下制程需要利用EUV+多重曝光实现，光刻强度超过 35%。先进 DRAM 芯片光刻强度在 25%左右。NAND 多采用 3D堆叠架构，光刻强度相对较低，但存储巨头也在逐步引入 EUV 生产更高层 3DNAND。3.24 年设备市场有望回暖，光刻占比

32、将超年设备市场有望回暖，光刻占比将超 25%2023 年 WFE（晶圆制造设备）放缓，2024 年有望复苏。据 SEMI 数据，2022 年全球晶圆厂设备支出980 亿美元，创历史新高，2023 年将下降 22%至 760 亿美元。预计 2024 年迎来复苏，同比增长 21%至 920 亿美元，其中 Foundry 引领投资，2024 年达 488 亿美元。技术升级，光刻市场增速快于 WFE 增速。光刻机市场趋势与 WFE 整体趋势基本保持一致，但随着芯片工艺升级，对应光刻难度提升，采用更先进的机台，因此，光刻机在半导体设备的占比呈向上趋势，2024 年光刻支出占 WFE 的比例将超过 25%，以此测算光刻机市场规模约 230 亿美元。