慧博智能投研-光刻机行业深度：核心技术、竞争格局、国产替代及相关公司深度梳理

“半导体光刻机”被称为“史上最精密机器”之一，光刻机是半导体制造中最为关键的设备之一，其技术水平直接决定了芯片制造的精细化程度。2.光刻波长在半导体制造领域，光刻机是延续摩尔定律的核心装备。摩尔定律的维系依赖光刻技术分辨率提升，而缩短光源波长是关键路径。半导体行业的光刻波长发展历经多个阶段：早期使用汞灯的365nm，20世纪90年代后期升级为氪-氟激光器的248nm，本世纪初引入氩-氟激光器的193nm。当193nm波长接近物理极限时，浸没式光刻 2/24 3/24技术通过在透镜与晶圆间注入水将数值孔径从0.93提升至1.35，使193nm光刻成为2006年后的主流技术。随着芯片集成度和性能要求持续提高，传统光刻技术再次逼近物理极限。13.5nm极紫外光刻技术成为破局关键——ASML研发的EUV光刻技术已经能支持7nm甚至更先进工艺，被视为延续摩尔定律的核心突破，正推动半导体产业向下一代技术迈进。3.光刻机迭代光刻机经历五次迭代：根据所使用的光源的方案，光刻机经历了5代产品的迭代，每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。光刻技术的进步使得器件的特征尺寸不断减小，芯片的集成度和性能不断提高。在摩尔定律的引领下，光学光刻技术经历了接触/接近、等倍投影、缩小步进投影、步进扫描投影等曝光方式的变革。曝光光源的波长由436纳米（g线），365纳米(i线)，发展到248纳米(KrF)，再到193纳米(ArF)。技术节点从1978年的1.5微米、1微米、0.5微米、90纳米、45纳米，一直到目前持续推进。 4.光刻工艺原理光刻工艺直接决定集成电路制造的细微化水平。光刻工艺是对光刻胶进行曝光和显影，形成三维光刻胶图形的过程，光刻胶图形为所有后续图形转移工艺提供了基础，直接决定集成电路制造的微细化水平。光刻工艺的核心是对准和曝光，实现设备是光刻机。光刻工艺的原理和作用是，利用特定波长的光照射带有电路图形的掩膜/光罩，利用光刻胶的光敏特性，将设计好的电路图形转移至晶圆上。光刻工艺用到的黄光区制造设备主要为光刻机及配套的涂胶显影设备。5.光刻机关键指标 4/24 5/24光刻机技术等级和经济性的主要指标有分辨率、套刻精度、产率和焦深，其中，1）分辨率是指光刻能够将掩模版上的电路图形在衬底面光刻胶上转印的最小极限特征尺寸（CD）；2）套刻精度是描述在非理想情况下，前一层电路图案与当前层电路图案套准偏移的参数；3）产率是指光刻机单位时间处理的衬底片数，决定设备的经济性能；4）焦深是指光刻机能够清晰成像的范围。二、光刻机核心技术及市场空间1.光刻机成像质量取决于各系统及部件协同配合 6/24光刻机的成像质量是整机的成像质量，不等同于投影物镜的成像质量，取决于曝光光源及照明、投影物镜、工件台/掩模台、调焦调平等分系统的技术水平，也依赖于控制分系统协同工作的整机技术。以EUV光刻机为例，根据《追踪极紫外光刻机技术的出现：识别、保护和推广下一代新兴技术的经验教训》（约翰·弗维2025），5千家供应商提供10万个零部件、3千根电缆、4万个螺栓和2千米长的软管来制造EUV工具，该工具重约180吨。 2.光学系统、对准系统、调焦调平系统是光刻机的核心技术鉴于光刻机是由众多部件构成的复杂系统，为了呈现各环节的重要性，参考《光刻机产业技术扩散与技术动态演化——对“卡脖子”技术的启示》（杨武等2022），分析结论如下：下图是光刻技术领域贡献前10位的IPC（国际专利分类号），主要集中在光源、光学系统设计、光刻胶材料、光学镜头材料、抗蚀剂材料工艺等；其中，G03F是光刻最核心的技术分类，主要涉及光刻器件制造及光刻方法，如对准系统、调焦调平系统等；接下来是G02B，主要涉及光刻机的光学系统，包括照明系统和投影系统。3.光学系统为光刻机最核心部件光刻机光学部件指直接参与光的传输和处理过程精密零部件。一台光刻机主要由以下系统组成：光学系统、曝光光源系统、双工作台、浸没系统、微电子系统、计算机系统、精密机械系统和控制系统等。其中光学系统主要组成部分为光刻机的物镜系统，一般由15～20个直径为200～300mm的透镜组成，用以补偿光源通过掩模版照射到附有光刻胶的硅片表面时产生的光学误差，除此之外光学系统还包括反射镜、偏振器、滤光片、光阑等。光学系统是光刻机的核心，光刻机的最小工艺节点越小，对光学系统的精度要求越高。ASML的光刻机光学部件主要由蔡司供应，且单位光学价值最高的EUV光学部件仅有蔡司有供应能力。目前，超精密光学部件国产化虽已实现突破，但与蔡司相差甚远、任重道远。国产的物镜系统已实现了工艺上的突破，如茂莱光学生产的超精密物镜系统用光学器件已实现搭载在i-line光刻机上，但其工艺相比蔡司供给ASML的EUV光学物镜系统在面型精度、表面光洁度指标等方便仍有较大差距。4.2025E全球光刻机/照明及物镜/光源/工件台市场规模为293.7/47.8/28.6/21.5亿美元根据相关测算，2025E全球光刻机市场规模为293.7亿美元，照明+物镜、光源、工件台、其他部件市场规模为47.8、28.6、21.5、45.2亿美元；2025E全球EUV光刻机市场规模为96亿美元，EUV光刻机的照明+物镜、光源、工件台、其他部件市场规模为15.5、12.6、7.0、11.5亿美元。 7/24 三、光刻机市场格局分析 1.全球光刻机市场呈现出明显的寡头垄断格局（1）ASML、Nikon和Canon三家公司长期占据全球光刻机市场的主导地位其中，ASML凭借其在高端光刻机领域的技术优势，2024年占据了全球光刻机市场61.2%的份额，特别是在EUV光刻机领域，ASML是全球唯一的供应商。尼康和佳能则主要集中在中低端光刻机领域。（2）历经长期发展，ASML把握浸没式机遇后来者居上，成为当前光刻机行业的绝对龙头尼康和佳能作为老牌光刻机厂商，占据先发优势，但面对当时如何突破193纳米波长的瓶颈的难题时，科学界和光刻机产业界都积极寻求超越它的方案。最终，在ASML和台积电的通力合作下，率先将193纳米浸润式光刻机生产出来，也正是这一领先尼康三年的新产品，让ASML彻底赢得了光刻机绝大部分的市场份额。此后，在2013年ASML推出第一台EUV量产产品，进一步加强行业垄断地位，截至目前，ASML依然是EUV光刻机全球唯一供应商，奠定了光刻机高端领域当之无愧的霸主地位。 9/24 （3）高端机型主要被ASML垄断，Nikon及Canon出货主要集中在中低端品类ASML主导全球前道高端光刻机市场。根据ChipInsights的2024年全球半导体前道光刻机销量数据显示，ASML作为行业龙头在EUV、ArFi等高端光刻机领域的销量明显高于其他两家。Nikon和Canon在KrF、i-line等领域占据相当程度的市场份额，Nikon除高端的EUV光刻机外，其他类型均有出货；而Canon则主攻低端的i-line和KrF光刻机，在i-line类型光刻机方面销售量较高。（4）ASML是全球光刻机市场领导者，2024年总出货量达418台在高端EUV光刻机方面，拥有垄断地位，是全球唯一量产EUV光刻机的厂商。根据ASML年报披露，2024年EUV光刻机出货量为44台，价值量占其总销售额的38%；ArFi光刻机销量129台，销售额占比约44%，是收入占比最高的出货品类；其余光刻机销量为245台。（5）24年ASML光刻机均价有所提升从光刻机种类来看，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（HighNAEUV）2台，引领行业走向下一时代。根据ASML2024年年报披露，从2024年产品单价来看，EUV机型产品均价为1.88亿欧元，Arfi机型产品均价为0.74亿欧元，均出现价格上升。 10/24 2.中国光刻机需求量较大，是ASML光刻机最大的客户当前，中国大陆是最大的半导体设备市场，同时也是ASML的最大客户之一，2023年中国大陆营收占ASML全部营收比为29%，2024年因晶圆厂扩产景气度及超额备货的因素爆发增长至41%，2025年Q1受出口限制等因素影响，营收占比下滑至27%。展望未来，后续国内晶圆厂仍将继续扩产，国内对于光刻机需求仍然旺盛。四、光刻机发展现状及驱动因素1.发展现状 11/24 12/242024年，ASML、Nikon、Canon的集成电路用光刻机出货达683台，较2023年的681台增加2台，基本持平；销售金额约在264亿美元，2023年销售金额约269亿美元，销售额基本持平。从EUV、ArFi、ArF三个高端机型的出货来看，2024年共出货212台，较2023年的229台略有下滑。其中ASML出货201台，较2023年减少9台，占有91.4%的市场；Nikon出货19台，占有8.6%的市场。从光刻机实际出货来看，ASML在高端光刻机领域处于垄断地位，而Canon通过i-line机台也占据了一定份额，而Nikon用于集成电路领域的光刻机出货量则相对偏少。从需求角度而言，虽然高端光刻机如EUV、DUV出货量较多，但是基础光刻机产品如i-line产品出货量也具有一定规模，若能实现国产化突破，市场空间也很可观。2024年ASML共出货418台光刻机，较2023年449年减少31台。其中EUV光刻机出货44台，较2023年减少9台；ArFi光刻机出货129台，较2023年增加4台；ArF光刻机出货28台，较2023年减少4台；KrF光刻机出货152台，较2023年减少32台；i-line光刻机出货65台，和2023年增加10台。2024年，Canon的半导体用光刻机还是i-line、KrF两类机台出货，光刻机出货量达233台，较2023年出货增加46台；其中i-line机台是出货的主力，出货125台。2024年度，Nikon集成电路用光刻机出货32台，较2023年减少13台。其中ArFi光刻机出货4台，较2023年减少5台；ArF光刻机出货7台，较2023年度减少3台；KrF光刻机出货3台，较2023年度增加1台；i-line光刻机出货18台，较2021年度减少6台。 光刻机的技术垄断不仅体现在整机领域，也体现在零部件环节。根据茂莱光学募集说明书，放眼全球工业级精密光学市场，包括Zeiss、Nikon、Canon、Jenoptik、Leica、Olympus等数家德国、日本的光学元器件企业享誉全球，占据了全球超过70%的市场份额，而半导体超精密光学领域的市场集中度则更高，Zeiss、Nikon、Canon作为全球少数能够提供超精密光学元器件的供应商，占据了该细分市场几乎全部份额。EUV市场需求持续增加，在ASML收入占比不断提升。2024年ASML的EUV光刻机营收占光刻机整体收入的38%，2024年单台EUV平均售价超过1.9亿欧元(约15亿元)，较2023年单台平均售价增长11%。这主要是由于2024年公司主要是销售TWINSCANNXE:3800E，相较TWINSCANNXE:3600D价格更高。从2011年出售第一台EUV机台以来，截止2024年第四季出货达280台。2024年加工晶圆超过5.25亿片。中国大陆采购光刻机金额在2024年进一步提升，体现了强劲的市场需求。2024年ASML来自中国大陆的光刻机收入约90亿欧元，相较2023年是65亿欧元；占比方面，2024年来自中国大陆的光刻机收入较2023年增加12个百分点。半导体作为AI、物联网、新能源、智能移动终端等行业发展的关键底层技术，长期需求强劲。尤其是AI的兴起，推动半导体销售额占全球GDP比例持续上升（从PC、互联网时代到AI时代），根据ASML预计2025-2030年全球半导体销售额年复合增长率9%，2030年突破1万亿美元。 13/24 2.AI驱动光刻机市场发展AI应用将拉动对于先进逻辑及高端存储产品的需求，特别是AI服务器所需的高端推理/训练芯片，而其他工业领域也不断出现新兴技术和需求，从而拉动晶圆厂持续扩产，