光刻机行业深度研究报告：光刻机：半导体设备价值之冠，国产替代迎来奇点时刻

电子2025年10月14日 光刻机行业深度研究报告 推荐 （维持） 光刻机：半导体设备价值之冠，国产替代迎来奇点时刻 光刻机是半导体设备中最复杂、价值量最高的环节，也是国产化进程中亟待攻克的高地。光刻作为晶圆制造的核心工序，承担电路图形转移的关键使命，单机价值量居半导体设备首位。根据观研天下数据中心，2024年光刻机以约24%的市场份额在半导体设备中占比最高。 华创证券研究所 证券分析师：岳阳邮箱：yueyang@hcyjs.com执业编号：S0360521120002 光刻机演进遵循瑞利判据（CD=k₁·λ/NA），通过光源波长缩短、数值孔径提升及工艺因子优化，延续摩尔定律推动工艺节点突破。1）汞灯到DUV再到EUV，波长逐步缩短；2）浸没式技术突破折射率瓶颈，使NA提升至1.35；3）工艺因子优化，离轴照明、OPC、相移掩模、多重曝光等系统性优化手段扩展工艺窗口；4）曝光方式由接触式演进至步进扫描投影，确立现代主流架构。 行业基本数据 占比%股票家数(只)4860.06总市值(亿元)133,316.4211.28流通市值(亿元)107,933.1511.30 光源系统、光学系统与工作台系统三大核心子系统构成，分别承载能量供给、图形成像与精准对位三大关键功能。光源系统通过不断缩短波长以提升分辨率，演进路径从汞灯、KrF、ArF扩展至EUV激光等离子体光源；光学系统作为成像核心，DUV时代以高NA折射透镜为主，EUV时代则转向多层反射镜体系以适应光源波长极限，架构显著改变；而工作台系统则承担晶圆高速移动与高精度对准，在浸没式与EUV设备中演进至双工件台和磁悬浮结构，支撑高通量与纳米级精度协同。三大系统协同推进光刻精度提升、良率改善与产能释放，共同构筑整机壁垒。 %1M6M12M绝对表现6.5%51.8%67.2%相对表现5.0%29.3%49.0% 他山之石可以攻玉，复盘光刻机产业五十年龙头更替史。美系厂商凭借半导体发源地优势率先起步，日系企业依托精密光学与政策扶持在DUV时代登顶；ASML则通过三次代际跃升实现跨越反超：2000年TWINSCAN双工件台提升产能效率，2004年浸没式ArF突破光学极限，2007年市占率超越尼康。此后，依托EUV光源独家攻关与客户联合投资，ASML于2017年实现量产交付，奠定先进制程核心地位。与此同时，公司并购Cymer、HMI、Berliner Glas并深度绑定蔡司，形成覆盖光源、光学、检测的闭环壁垒。全球格局上，2024年ASML/Canon/Nikon市占率分别为61.2%/34.1%/4.7%，Canon与Nikon聚焦KrF与i-line等成熟机型，而ASML在ArFi浸没式与EUV领域高度垄断。未来，随着ASMLHigh-NA逐步量产，高端市场“一超”格局有望进一步稳固。 相关研究报告 《半导体先进封装行业深度研究报告：AI算力需求激增，先进封装产业加速成长》2025-08-25《半导体存储行业深度研究报告：供需双振驱动 价格持续上扬，企业级存储国产化加速推进》2025-07-01《模拟芯片行业深度研究报告：需求回暖进行时，国产替代与并购整合共筑成长动能》2025-06-30 需求、政策与外部环境共振，国产替代迎来追赶窗口期。2024年中国已成为全球最大光刻机采购市场，贡献ASML营收41%。当前中国光刻机高端机型依赖进口，在美日荷联合封锁风险下，国产化进度势在必得。政策端“02专项”体系化布局曝光光学、双工件台、浸液系统等核心环节，推动国产技术快速迭代，上海微电子、华卓精科等已在90nm ArF机型与双工件台实现突破。未来在政策、需求与验证三重驱动下，国产光刻机有望进入商业化加速阶段。 投资建议：国产整机与核心子系统加速突破，进入从验证向量产转化的关键阶段，建议关注具备核心环节能力的本土厂商茂莱光学、汇成真空、波长光电、福晶科技等。 风险提示：技术验证进度不及预期、下游扩产需求不及预期、原材料成本波动风险、竞争格局演变风险。 投资主题 报告亮点 本报告系统梳理光刻机作为晶圆制造最核心环节的技术演进逻辑与全球产业格局。报告从瑞利判据出发，全面解析光源波长、数值孔径、工艺因子与曝光方式四条演进主线。在整机层面，报告拆解光源、光学、工作台三大核心子系统，揭示蔡司、Cymer等全球核心供应商的技术壁垒与价值量分布。格局方面，报告复盘光刻机产业50年龙头更替史，梳理ASML凭借浸没式、双工件台与EUV三次代际突破完成反超，并通过并购整合实现“技术+产业链”闭环优势。最后，报告聚焦中国市场，强调在AI与高性能计算需求推动下，国内装机需求旺盛，而在美日荷管制背景下，国产替代紧迫性与政策驱动共振，正孕育整机及核心零部件的突破窗口。 投资逻辑 光刻机作为晶圆制造中技术门槛最高、价值量占比最大的核心装备，是先进制程放量与国产替代进程的重点之一。本篇报告围绕光刻机技术演进与全球格局变化展开，论证光刻机作为晶圆制造的核心环节，其价值量与战略地位持续提升，并在先进制程需求与国产替代共振下迎来新一轮机遇。 第一部分梳理光刻工艺演进路径，指出分辨率提升长期受瑞利判据约束，技术升级沿光源波长缩短、数值孔径提升、工艺因子优化与曝光方式升级四条主线展开。第二部分聚焦光刻整机架构，拆解光源、光学与工作台三大子系统，分别承担能量供给、图形成像与精准对位关键功能。第三部分复盘全球龙头更替路径，从美系范式奠定、日系工程化崛起，到ASML通过浸没式、EUV等三次代际跃迁完成超车，并通过并购Cymer、HMI、Berliner Glas及绑定蔡司构建技术与供应链闭环，确立“高端唯一”的全球主导地位。第四部分回到中国大陆产业链，当前国产光刻机依赖进口程度高，受美日荷联合封锁与“02专项”加码推动，国产整机与核心子系统加速突破，进入从验证向量产转化的关键阶段，建议关注具备核心环节能力的本土厂商茂莱光学、汇成真空、波长光电、福晶科技等。 目录 一、光刻：晶圆制造核心工序，价值量最高的半导体设备环节.................................6 （一）光刻环节承载电路图形化关键使命，价值量位居制造工艺环节前列..............6（二）光刻机五代升级持续提高分辨率，瑞利判据构成技术演进逻辑......................71、光源波长（λ）不断缩短，从汞灯到DUV再到EUV演进...............................92、数值孔径（NA）持续提升，浸没式技术突破折射率物理瓶颈........................113、工艺因子优化，光照与掩模优化协同推动制程极限延伸.................................124、曝光方式逐代升级，步进扫描投影奠定现代光刻主流.....................................15 二、光源、光学与工作台三大环节构成整机核心，光学系统价值量最高...............17 （一）光源系统：历经汞灯-DUV-EUV，Cymer与Gigaphoton垄断全球市场........18（二）光学系统：DUV透镜复杂度攀升，EUV多层膜反射镜构筑成像体系.........20（三）工作台：超精密运动控制核心，ASML首创双工件台奠定竞争优势...........23 三、全球龙头格局演进清晰，国产化迎追赶窗口.......................................................25 （一）海外发展复盘：美日企业先后崛起，ASML通过代际跃升实现反超.........25（二）全球市场三分天下，ASML凭借EUV设备龙头地位稳固.............................27（三）需求、政策与外部环境共振三重驱动，国产光刻机迎来突破窗口期............29 四、相关标的...................................................................................................................33 1、茂莱光学：深耕精密光学二十载，光刻光学器件加工与检测技术国内领先..332、汇成真空：国内领先PVD镀膜设备厂商，卡位光刻掩模版镀膜新赛道........333、波长光电：深耕精密光学元件，直写光刻镜头切入国产替代新赛道..............334、福晶科技：非线性光学晶体全球龙头，切入光刻光学元件环节......................34 五、风险提示...................................................................................................................34 图表目录 图表1半导体制作工艺流程.................................................................................................6图表2硅晶圆表面光刻胶线条成形的光刻工艺流程.........................................................6图表3光刻工艺实现原理.....................................................................................................6图表4 ASML浸没式扫描光刻机TWINSCAN1980Di及投影系统光路示意..................7图表5 2024年全球半导体设备价值量占比........................................................................7图表6光刻机历经五次历史迭代.........................................................................................8图表7曝光系统光路示意图.................................................................................................8图表8光刻技术中波长λ、数值孔径NA和工艺因子k的发展历史............................8图表9光刻机分辨率发展历程.............................................................................................9图表10光刻应用中使用的辐射光谱...................................................................................9图表11半导体光刻光源及工艺节点对应关系.................................................................10图表12 ASML下一代High NA的工艺将突破2nm及以下节点...................................10图表13不同数值孔径对同一掩模图形的成像效果.........................................................11图表14介质折射率及光线入射角度决定数值孔径..................................