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一、光刻机概述
1.光刻机
光刻机是半导体设备中市场占比最大的品类。根据 SEMI 及中商产业研究院数据显示，2024 年全球半导体设备销售额为 1090 亿美元，从细分产品来看，光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备为半导体设备主要核心设备，市场占比均在 20%以上。其中，光刻机为市场占比最高品类，光刻机的占比达 24%，并且随芯片制程迭代，这一占比还在持续提高。
“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
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
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。
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。
（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（High NAEUV）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。
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
2024 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。
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。
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，增加对于光刻机等半导体设备领域的投资。根据 ASML 预测，预计服务器、数据中心及存储将成为 AI 产业发展初期主要受益领域，2030 年相关半导体销售预计超 3500 亿美元，AI 服务器（训练/推理）因高芯片含量成为增长主力。而在其他领域：智能手机、汽车电子、工业电子等稳步增长，其中汽车半导体 2030 年销售额预计 1120 亿美元（2025 年 700 亿美元）。并且 ASML 认为，由于考虑到供应链安全及国家战略布局等因素，可能带来额外的产能扩充。
五、光刻机国产替代势在必行
1.美日荷对中国光刻机持续进行管制
全球先进半导体设备基本上被美国、日本和荷兰所垄断，特别是在光刻机领域，荷兰的 ASML、日本的Nikon 和 Canon 三家巨头基本统治了全球光刻机市场。而国内光刻机由于进度较为落后，高精尖设备主要依赖进口，而美国早在 2018 年就开始施压对华高端光刻机的出口，之后又陆续出台“1007 新规”等针对政策，限制对中国出口先进制程芯片设备，同时联合日本荷兰制定相关出口条例共同对华进行产业封锁，在美日荷对中国芯片产业封锁不断升级的情况下，以光刻机为代表的卡脖子设备，其国产化替代越发迫切。
2. 我国光刻技术与全球先进水平存在较大差距
目前我国光刻技术与全球先进水平存在较大差距，根据《基于光刻机全球产业发展状况分析我国光刻机突破路径》（郭乾统等 2021），国内光刻机整机交付制造精度为 90nm，主要短板在于光刻机组件、系统和整机设计等方面。组件方面，掩膜版、激光光源、光学镜片、封装框架和减震器是主要短板；系统方面，计算光刻（控制软件）子系统、步进光刻子系统、温度湿度洁净度控制子系统、电子束检测子系统、浸没式/真空系统、传输系统是主要短板；整机设计方面，EUV、DUV 是主要短板。
3.国内政策扶持光刻机加速发展
1966 年，中国成功制造出第一台接触式光刻机，90 年代初期，国内光刻机设计制造一直停滞不前，国内的光刻机仍然主要依赖进口。2002 年，光刻机被正式列入“863 重大科技攻关计划”，同时上海微电子装备有限公司成立，并于 2007 年宣布研制出 90nm 工艺的分布式投影光刻机。2008 年国家成立“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”（02 专项），在 02 专项的支持下，一批相关企业和科研机构在曝光光学系统、双工件台、光刻胶等关键技术和零部件方面取得了突破。
4.光刻机国产替代正加速
2016 年上海微电子 90nmArF 光刻机 SSA600 系列实现出货。2020 年华卓精科生产的光刻机双工件台，打破了 ASML 公司在光刻机工件台上的技术垄断。2025 年，哈尔滨工业大学官宣了成功研制出 13.5nm波长的极紫外光刻光源，这是光源技术上备受瞩目的一项突破。中科院上海光机所成功研发了全固态深紫外光源系统，使得中国芯片工艺推进至 3 纳米理论极限。整体而言，国内光刻机产业正不断进步，国产替代空间广阔。
六、国内相关公司
1.茂莱光学
国内工业级精密光学领先厂商，全球化布局打造增长驱动力：
（1）拥有精密光学设计和光机电算一体化的光学综合解决方案能力
公司与全球领先的高科技企业及关键技术领域的科研院所合作并同步参与光学产品的前期研发。目前公司已掌握了精密光学镀膜技术、高面形超光滑抛光技术、高精度光学胶合技术、光学镜头及系统设计技术、低应力高精度装配技术五大核心技术。同时，能够满足客户从方案设计、测试验证设计到调试设计等一体化的服务需求，可将光学成像系统、激光或 LED 照明光源模块、运动控制、数字相机器件进行系统组合，实现主动照明、自动对焦取像、控制扫描、数字存储等多功能一体化的光机电算光学系统模块。
（2）全球化布局
茂莱光学总部位于南京，主要从事光学器件、光学镜头、光学系统的设计、研发和制造。同时公司积极在海外布局，在泰国成立了生产基地，主要从事光学元器件的加工，光学镜头及模组的装配和测试；在美国成立了研发中心，为美国及欧洲客户提供光学校准技术服务、技术问题诊断等；在英国设立了子公司，专注于先进制造产业。公司积极进行全球化布局，有利于更好的服务海内外客户，更加灵活地应对宏观环境波动、产业政策调整以及国际贸易格局。
2.波长光电
专注光学领域，跻身国内领先行列。波长光电成立于 2008 年，深耕工业激光和红外热成像领域。公司2011 年设立新加坡分部，打开国际市场；2012 年设立光研科技子公司，开展光学软件和检测仪器业务；2014 年完成股份改制并成功登录“新三板”；2015 年公司投资日本、印度公司，发力全球市场；2017 年成功开发硅的非球面衍射面加工技术；2018 年红外热成像产品市场份额大幅提升；2019 年激光光学元件进驻显示面板切割行业；2022 年推出应用于半导体行业和 AR/VR 行业的光学组件；2023 年成功在深交所上市。2024 年公司新基地项目建设进入收尾阶段，开启业务新篇章，持续深耕拓展光学领域。目前公司已成为国内精密光学元件、组件的主要供应商，长期专注于服务工业激光加工和红外热成像领域，提供各类光学设备、光学设计以及光学检测的整体解决方案。
3.福晶科技
非线性光学和激光晶体技术领先国际，不断丰富产品矩阵体系。公司深耕激光和光通讯关键元器件领域，作为全球规模最大的 LBO、BBO、Nd:YVO4 晶体及其元器件的生产企业，在非线性光学晶体和激光晶体领域处于国际领先地位。公司积极布局新兴市场高端光学元件市场，成功实现了应用于 5G 通讯的新型棱镜反射式镀金光栅的批量生产，成为国际头部企业重要的供应商；同时瞄准中高端领域的激光器件市场，自主研发声光器件、磁光器件、电光器件等器件类产品并实现批量供应，在声光产品与光隔离器领域取得显著突破，成功打破少数国外激光器件供应商的垄断格局。随着产品体系的丰富和完善，公司综合竞争力进一步增强，成为业内极少数能够为激光客户提供“晶体+光学元件+激光器件”一站式综合服务的供应商。
4.旭光电子
公司是国内领先的电真空器件以及电子陶瓷材料企业，公司的主营业务涵盖电力设备、军品业务、电子材料三大板块，并积极探索可控核聚变、半导体及 CT 球管领域，目前已在可控核聚变领域取得显著进展。公司多样化优势来自于技术同源、市场同源，其均是基于电真空技术的延伸，进而实现矩阵业务发展，形成而今几大块业务格局。
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