光刻机行业研究框架

光刻机行业研究框架纪要（2025年9月17日） 本次由平安证券TMT团队电子行业首席分析师杨忠及团队成员陈福栋主讲的光刻机行业研究框架线上会议，系统梳理了光刻机的技术原理、产业链结构、市场格局、国产化进程及投资逻辑。以下是本次会议的核心内容纪要。 一、光刻机的战略地位与市场规模 光刻机是半导体前道制造中最核心的设备，直接决定芯片的工艺水平和制程能力，在整个半导体设备体系中具有“心脏”级的地位。从价值量角度看，光刻机占半导体前道设备总投资的约17%，市场规模庞大。 据预测，到2026年全球光刻机市场规模将达到310亿美元（约合人民币2000亿元以上），长期增长动力强劲，主要受益于AI芯片、高性能计算等对先进制程的持续需求。 二、光刻机分类与技术演进路径 光刻机可分为两大类： 1.有掩模光刻机：主流技术，通过掩模版进行图形转移，广泛应用于逻辑与存储芯片制造。 2.无掩模光刻机：包括电子束、激光直写、离子束等，主要用于研发、特殊封装或掩模版制造。 当前市场关注焦点集中于深紫外（DUV）光刻机与极紫外（EUV）光刻机，二者构成先进制程（7nm及以下）的核心支撑。 1.核心技术指标：瑞利公式 光刻分辨率由瑞利公式决定： >分辨率=K₁×λ/NA 其中： λ：光源波长（越短越好）NA：光学系统的数值孔径（越大越好）K₁：工艺因子（可通过多重曝光等技术优化） 提升分辨率的关键在于降低波长（λ）和提高数值孔径（NA），这也是光刻机代际跃迁的核心驱动力。 2.DUV光刻机 波长：193nm（ArF准分子激光），支持干式与浸没式两种模式。浸没式通过在物镜与晶圆间加入水层，提升折射率，从而提高NA值，显著改善分辨率。可配合多重曝光技术（如双重、四重甚至八重曝光），实现等效更小节点（如7nm、5nm）。主流机型如ASML的NXT:1980Di、2000i、2050i、2100i等，广泛用于成熟及先进逻辑/存储产线。 3.EUV光刻机 波长：13.5nm，相比DUV实现数量级跃升，是7nm以下先进制程不可或缺的设备。光源产生机制复杂：采用高能激光轰击锡液滴（直径约25微米），生成等离子体发出EUV光。因13.5nm光极易被吸收，必须采用全反射式光学系统（多层反射镜），不能使用传统透射镜头。功率要求极高：每秒需轰击5万次以上锡滴，确保足够曝光能量。当前最先进型号为高NAEUV光刻机，已交付客户，进一步缩小关键尺寸。 三、全球市场竞争格局 目前全球光刻机市场呈现高度集中态势，主要厂商为： ASML（荷兰）：绝对龙头，尤其在EUV领域垄断全球，DUV高端机型也占据主导地位。 -2023年销售数据：共售出光刻机449台，其中EUV53台，浸没式DUV为主力。-成功关键：深度整合上下游，构建强大生态。-上游：收购Cymer（光源）、HMI（电子束检测）、BerlinGlas（光学系统）、Mycro（计量）等核心技术企业。 -下游：与台积电、三星、英特尔建立战略合作，形成“共同研发+优先供货”模式。 尼康（日本）：在干式DUV和部分浸没式市场有一定份额，但未进入EUV领域。佳能（日本）：聚焦中低端市场，主打i-line（365nm）、KrF（248nm）等成熟制程设备，在面板、功率器件等领域有应用。 四、中国光刻机发展现状与国产替代机遇 受美国主导的出口管制影响，自2024年起，ASML已无法向中国大陆客户出口高端浸没式DUV光刻机（如1980Di及以上型号），部分Fab厂难以获得1970i/1980i设备，严重制约先进制程扩产。 在此背景下，中国必须加快光刻机全产业链自主可控进程，推动“零到一”的突破。 国内代表性企业和进展： 上海微电子（SMEE）：国内唯一具备整机集成能力的光刻机企业，承担多项国家重大专项，已量产90nm光刻机，正在攻关28nm及以下节点。科益虹源：国内首家实现193nmArF准分子激光器产业化的企业，打破海外垄断，产品已用于DUV光源模块。华卓精科：掌握双工作台核心技术，其工件台定位精度达亚纳米级，加速度高达32G，接近ASML水平。茂莱光学：专注于精密光学系统，产品应用于DUV/EUV照明与投影系统，募投项目明确指向光刻机物镜组件。福晶科技：LBO/BBO非线性晶体供应商，可用于EUV光源中的频率转换模块。 炬光科技：提供高功率激光器，参与EUV锡滴激发系统配套。国望光学、启尔机电：分别布局投影物镜与浸没系统，处于关键技术攻关阶段。 此外，“02专项”作为国家级科技攻关计划，长期支持光刻机核心技术研发，已培育一批具备潜力的配套企业。 五、光刻机系统五大功能模块与三大核心指标 杨忠总结提出“三大指标+五大模块+两大误差源”分析框架，帮助投资者理解光刻机的技术壁垒与投资重点。 （一）三大核心指标 1.光学分辨率：决定最小可加工线宽，由光源波长、NA值及工艺决定。 2.套刻精度（OverlayAccuracy）：多层图形对准精度，直接影响良率，越先进制程要求越高（可达±1nm以内）。 3.产能（WPH,WaferPerHour）：每小时处理晶圆数量，体现设备效率。 （二）五大功能模块 1.光学系统（价值最高） 包括光源、照明系统、投影物镜。技术壁垒极高，尤其是EUV反射镜镀膜、多层膜结构设计等。 2.运动与控制系统 涉及掩模台、双工作台，需实现高速（加速度达32G）、高精度（纳米级）运动控制，材料与伺服算法要求严苛。 3.测量系统 采用双频激光干涉仪、光栅尺等，实时监测六自由度位置变化（X/Y/Z/Rx/Ry/Rz），精度达皮米级，含大量核心算法。 4.传输系统 包括机械手、Loadport等，实现晶圆自动上下料，相对技术门槛较低但仍需高可靠性。 5.环境控制系统 控温、控湿、隔振，确保设备运行稳定，避免外界干扰影响成像质量。 （三）两大误差来源 光学误差：成像失真导致线宽偏差，源于波长波动、照明不均、镜头像差等。机械误差：运动定位不准导致图形偏移，影响套刻精度。 只有五大模块协同运作，才能同时控制两大误差，实现先进制程的稳定量产。 六、投资建议与风险提示 投资主线： 1.高价值核心部件：优先关注光源（科益虹源）、光学系统（茂莱光学、国望光学）、双工作台（华卓精科）等“卡脖子”环节。 2.EUV前瞻布局：关注与EUV相关的特种材料、高加速度电机、反射镜镀膜、真空环境组件等潜在标的。 3.国产替代加速：随着政策支持力度加大和技术积累深化，本土光刻产业链将迎来历史性发展机遇。 重点推荐关注企业：炬光科技、茂莱光学、华卓精科、福晶科技、科益虹源、腾景科技、奥普光电等。 主要风险： 1.技术研发不及预期：光刻机为极端复杂系统工程，国产化难度极大，周期可能拉长。 2.海外制裁升级：若美国进一步收紧对华半导体设备及零部件出口，将延缓国产化进程。 3.下游需求波动：若全球半导体景气度下行，资本开支收缩，将影响设备采购节奏。 现场问答（整理摘录） Q1：目前国内能否用多重曝光替代EUV？ A：理论上可行，但成本急剧上升，良率下降，仅适用于特定产品（如DRAM）。对于高性能逻辑芯片（如CPU/GPU），EUV仍是不可替代的选择。 Q2：ASML为何能长期领先？ A：除技术积累外，关键是其构建了“生态圈”——上游整合核心零部件公司，下游绑定三大晶圆厂联合研发，形成闭环优势，非单一技术所能复制。 Q3：EUV光源国产化进展如何？ A：科益虹源已实现193nm激光器国产化，但EUV所需的CO₂激光激发系统仍处于预研阶段，距离实用尚有较大差距。 Q4：光刻胶是否属于光刻机产业链？ A：光刻胶虽非光刻机本体部件，但属于关键耗材，与光刻工艺紧密耦合，尤其EUV光刻胶技术壁垒极高，目前国内仍在攻关中。 Q5：如何看待佳能与尼康的竞争前景？ A：两家在中低端市场仍有空间，但在先进制程领域已被ASML彻底甩开，短期内难有反转机会。 本次会议全面解析了光刻机行业的技术本质、竞争格局与国产化路径，强调在中美科技博弈背景下，光刻机作为“国之重器”，其产业链自主可控将成为未来十年中国半导体发展的重中之重。