2025.10.14光刻机行业观察

一、光刻：晶圆制造核心工序，价值量最高的半导体设备环节

（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

光刻是晶圆制造的核心工序，承担电路图案转移的关键任务。在前段工艺中，晶圆需经沉积、光刻、刻蚀与离子注入等反复步骤，光刻通过涂胶、曝光、显影将电路设计图案精准投射到硅片表面，形成的光刻胶结构指导后续工序，直接决定器件尺寸、线宽与集成度。

从价值量看，光刻机在半导体设备中占比最高。据头豹研究院数据，晶圆厂资本开支 70%-80% 投向设备，观研天下援引 SEMI 数据显示，2024 年全球半导体设备销售额约 1090 亿美元，光刻设备以约 24% 的份额居首。且其单机价格高昂，DUV 机型售价 2000 万 - 5000 万美元，ASML EUV 机型 1.5 亿 - 2 亿美元，最新 High-NA EUV 设备或达 3.5 亿 - 4.1 亿美元，随着先进制程演进，其需求和占比有望持续提升。

（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

自 1970 年代起，光刻机历经五代升级，为摩尔定律延续提供支撑。第一代以汞灯光源（g 线 436nm、h 线 405nm）为起点，用于接触式 / 接近式光刻机；第二代 i 线（365nm）汞灯光源，同样为接触式 / 接近式；第三代 DUV 的 KrF（248nm），采用扫描投影式；第四代 DUV 的 ArF（193nm）及 ArF + 浸入式（等效 134nm），分别为步进扫描投影和浸没式步进扫描投影；第五代 EUV（13.5nm），推动 7nm 及以下先进制程发展。

分辨率是光刻机核心性能指标，由瑞利判据CD=k1​⋅λ/NA决定（λ为曝光光源波长，NA 为投影物镜数值孔径，k1​反映工艺条件），提升分辨率主要通过缩短波长、增大数值孔径、优化工艺因子三条路径，具体如下：

• 光源波长（λ）不断缩短：早期用汞灯光源（g 线 436nm、i 线 365nm），推动制程至亚微米；1990 年代中期 DUV 的 KrF（248nm）、ArF（193nm）实现百纳米突破，后因 193nm 缩短难度大，探索 F2 准分子激光（157nm，未产业化）和浸没式光刻（193nm 等效 134nm）；2013 年 EUV（13.5nm）产业化，成 7nm 及以下制程关键，ASML 为全球唯一 EUV 供应商，正研发 High-NA EUV 瞄准 2nm 及以下节点。且波长越小制造难度越高，如 EUV 需高功率CO2​激光击中锡滴，维持稳定输出。

• 数值孔径（NA）持续提升：NA 公式为NA=n⋅sinθ（n 为介质折射率，θ 为光线进入镜头半角），提升方式有增大透镜直径（有物理极限，sinθ 极限约 0.93）和引入高折射率介质。浸没式技术用超纯水（193nm 下折射率 1.44）填充透镜与晶圆间，将 NA 提升至 1.35，延长 ArF 机型生命周期，2007 年 ASML 推出首台浸没式光刻机，推动工艺至 65nm 以下。

• 工艺因子优化：k₁值压缩至 0.3 以下时，需分辨率增强技术（RET）改进掩模和光照。离轴照明（OAI）改变入射角度，适配不同图形；光学邻近效应校正（OPC）通过添加辅助结构或修正边缘补偿偏差；相移掩模（PSM）引入相位差强化干涉；光瞳滤波调控频率分量；光源与掩模协同优化（SMO）迭代找最优组合；多重曝光技术（如 LELE、LFLE、SADP/SAQP）为 DUV 突破 20nm 节点提供路径。

• 曝光方式逐代升级：从接触式（易划伤、污染，适用于 5μm 以上）、接近式（2-3μm 间隙，分辨率约 2μm），到投影式（引入物镜提升分辨率）、步进重复投影（22mm×22mm 视场，4:1 或 5:1 倍率），再到步进扫描光刻（掩模台与晶圆台同步反向扫描，兼顾分辨率、视场、效率，成先进制程核心）。

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

光刻机由数十子系统、数万零部件构成，光源、光学、工作台是核心，决定分辨率、成像精度与产能，各系统情况如下：

（一）光源系统

提供特定波长、线宽与功率光束，主要有 UV 汞灯光源（早期用，气体放电产生）、DUV 准分子激光光源（稀有气体和卤素为介质，难点在高重复频率、高功率、窄线宽）、EUV 光源（基于激光等离子体原理，需真空环境，系统复杂）。市场高度集中，Cymer（2013 年被 ASML 收购，唯一 EUV 光源量产商）与 Gigaphoton（DUV 领域强势，研发 EUV 检测光源）双寡头垄断。

（二）光学系统

含照明和投影物镜系统，是价值量最高环节，蔡司为 ASML 关键供应商，2024 年供货占 ASML 采购成本超 28%。照明系统负责光场整形等，难点在提升均匀度等，依赖计算光刻技术；投影物镜承担图形缩小成像，汞灯及 DUV 系统中，早期为摄影与显微镜头组合，DUV 波段用多腰结构、非球面透镜、折反式结构；EUV 系统因光强吸收，用纯反射式物镜，核心是钼硅多层镀膜反射镜（需防氧化，蔡司独家供应 EUV 反射镜）。

（三）工作台

涉及超精密技术，决定套刻精度与产能。气浮技术（DUV 时代主流）使精度达纳米级，磁浮技术（EUV 时代）适应真空环境。2000 年 ASML 推出双工件台系统，一台曝光时另一台完成对准等，产能提升约 35%，如 ASML TWINSCAN NXT:2050i/2100i 每小时产 295 片晶圆，且需在高速运动下保持纳米 / 亚纳米级精度。

三、全球龙头格局演进清晰，国产化迎追赶窗口

（一）海外发展复盘

• 美系起步：20 世纪 60-70 年代，美国为半导体发源地，Perkin-Elmer 1973 年推出 Micralign 投影对准机（首用投影光学），GCA 1978 年推出自动化步进投影式光刻机，奠定现代光刻范式，美系厂商早期占优。

• 日系赶超：1980 年代，日本政府将半导体列为国家战略，Nikon 推出 NSR 系列步进式光刻机量产，Canon 依托精密镜头强化投影物镜，受益本土需求和产业链协作，1980 年代末市占超 70%，主导 DUV 机型。

• ASML 弯道超车：ASML 脱胎于飞利浦，21 世纪后靠三次代际创新反超。2000 年推出 TWINSCAN 双工作台提升效率；2004 年联合台积电推出浸没式设备，2007 年市占超尼康；2006 年推出 EUV 原型机，2017 年量产交付，成 7nm 及以下制程关键，且通过收购（如 Cymer、Brion、HMI 等）和参股（蔡司）整合产业链，构建壁垒，成全球龙头。

（二）全球市场格局

全球光刻机市场由 ASML、Canon、Nikon 长期主导。2024 年全球出货约 683 台，ASML/Canon/Nikon 分别 418/233/32 台，市占率 61.2%/34.1%/4.7%。ASML 垄断高端，2024 年交付 EUV 44 台，ArFi 机型出货 129 台（占 97.7%），两类先进机型占其营收六成以上；Canon 聚焦 KrF 与 i-line，Nikon 侧重 ArF、KrF 等成熟 DUV 机型。ASML 持续领先，2024 年 EUV 营收占比 29.4%，单台均价超 2.05 亿美元，2025 年 Q2 首台 High-NA EUV 出货，将巩固高端优势。

（三）国产光刻机发展

• 需求旺盛：中国是全球产能扩张积极地区，2024 年产能同比增 15%，晶圆代工产能占全球 21%，成 ASML 最大采购方（2024 年营收占比 41%），Yole 预测 2030 年中国将占全球 30% 晶圆制造产能。

• 国产化率低：2022 年光刻机国产化率不足 1%，是半导体设备中国产化最低环节，高度依赖进口。

• 外部环境驱动：美日荷持续升级出口管制，如美国 2022 年禁运 14nm 及以下设备，2023 年美日荷限制 DUV 出口，中国国产替代需求迫切。

• 政策支持：中国光刻机研发追溯至 1966 年，2002 年纳入 “863 计划”，上海微电子成立；2008 年 “02 专项” 体系化布局核心环节，上海微电子负责系统集成，长光所、上光所、清华大学、浙江大学分别牵头物镜、照明、双工件台、浸液系统研发。

• 技术突破：2016 年上海微电子 90nm ArF 光刻机出货；2020 年华卓精科双工件台量产；2025 年哈尔滨工业大学研制 13.5nm EUV 光源，中科院上海光机所实现全固态深紫外光源突破，国产产业链能力持续提升，相关企业如福晶科技、茂莱光学、波长光电等在光学、光源、真空系统等领域有布局。

四、相关标的

• 茂莱光学：深耕精密光学二十余年，有九大关键技术且产业化，产品应用于半导体设备及光刻机，进入上海微电子供应链，布局光刻前道缺陷光学量测技术，紫外检测系统样机交付，推进 KrF 光刻机照明系统器件验证，受益 DUV 国产化。

• 汇成真空：2006 年成立，2024 年上市，深耕多种镀膜技术，应用领域广，客户包括苹果、三星等，具备光刻掩模版镀膜设备生产能力，卡位该赛道，有望随国产光刻机突破实现订单增长。

• 波长光电：专注工业激光等领域，设相关实验室，客户覆盖国内外龙头，2025H1 营收增长，半导体及泛半导体收入翻倍，开发直写光刻照明与成像镜头（高激光承受力、均匀性、解析度）及 UV LED 平行光源系统，加速国产替代。

• 福晶科技：大股东为中科院福建物质结构研究所，是非线性光学晶体全球龙头，LBO、BBO 晶体产能全球第一，具备 “晶体 + 光学元件 + 激光器件” 一体化能力，切入光刻元件领域，曾向 ASML 少量供货，子公司研发的元件应用于国内重大装备，在 DUV 光源晶体有优势，把握国产替代机遇。

五、风险提示

• 技术验证进度不及预期：光刻机零部件对精度、稳定性、寿命要求高，导入周期长，若国产厂商关键环节性能不达标，可能导致客户验证延后，影响市场空间。

• 下游扩产需求不及预期：零部件需求依赖光刻机装机量和出货节奏，若全球晶圆厂资本开支收缩、先进制程扩产放缓或国产光刻机研发量产推迟，将导致采购需求低于预期。

• 原材料成本波动风险：光学晶体、超高纯金属等原材料占零部件成本比高，其价格大幅波动会推升成本，压缩厂商盈利。

• 竞争格局演变风险：光刻机零部件各子环节壁垒不同，若低门槛环节本土厂商扩产导致产能同质化，可能引发价格竞争，削弱行业盈利。