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1、版權歸屬 上海嘉世營銷咨詢有限公司光刻機行業簡析報告商業合作/內容轉載/更多報告01.光刻機是芯片制造中的最核心環節數據來源：公開數據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡光刻機是生產芯片的核心裝備，被譽為半導體工業皇冠上的明珠。光刻機是一種投影曝光系統：光刻機由光源、照明系統、物鏡、工件臺等部件組裝而成。在芯片制作中，光刻機會投射光束，穿過印有圖案的光掩膜版及光學鏡片，將線路圖曝光在帶有光感涂層的硅晶圓上。芯片制造過程需要用到的設備種類繁多，包括氧化爐、涂膠顯影機在整個半導體芯片制造過程中，光刻是最復雜工藝，光刻工藝的費用約占芯片制造成本的1/3左右，耗費時間占比約為40-50%，光刻工藝所需的光

2、刻機是最貴的半導體設備。光刻機工藝的發展史光刻工藝流程圖光源波長(nm)對應設備最小工藝節點(nm)主要用途第一代g-line436接觸式800-2506寸晶圓接近式800-250第二代i-line365接觸式800-2506寸、8寸晶圓接近式800-250第三代KrF248掃描投影式180-1308寸晶圓第四代ArF193步進掃描投影130-6512寸晶圜浸沒式步進掃描投影45-22第五代EUV13.5極紫外22-712寸晶圓02.光刻機的技術水平決定集成電路的發展水平數據來源：公開數據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡光刻機的技術水平很大程度上決定了集成電路的發展水平。隨著EUV光刻機的出現

3、，芯片制程最小達到3nm。目前ASML正在研發High-NA EUV光刻機，制程可達2nm、1.8nm，預計2025年量產。英偉達在23年GTC大會上也表示其通過突破性的光刻計算庫cuLitho，將計算光刻加速40倍以上，使得2nm及更先進芯片的生產成為可能，ASML、臺積電已參與合作，屆時將帶動芯片性能再次提高。各個工藝節點和光刻技術的關系 ASML對客戶節點演進的預測制程晶圓尺寸金屬材料光刻機類型0.5um200mmAlg-line:436nm0.35um200mmAli-line:365nm0.25um200mmAlKrF:248nm(stepper)0.18um200mmAlKrF:2

4、48nm(stepper&scanner)0.13um200/300mmAl/CuArF:193nm90nm300mmAl/CuArF:193nm65/55nm300mmCuArF:193nm45/40nm300mmCuArFi:193nm(134nm)28nm300mmCuArFi:193nm(134nm)22/20nm300mmCuArFi:193nm(134nm)16/14nm300mmCuArFi:193nm(134nm)10nm300mmCuArFi:193nm(134nm)7nm300mmCuEUV:13.5nm/ArFi:193nm(134nm)5nm300mmCuEUV:13.

5、5nm3nm300mmCuEUV:13.5nmLogicLogicLogicPerfoemanceMemoryStorageMemoryDRAMDRAMStorageStorageClassClassMemoryMemoryPlanarPlanar3D3D-NANDNAND10nm10nm7nm7nm5nm5nm3nm3nm2nm2nm1X1X1Y1Y1Z1Z1A1A1B1B2X/x22X/x22X/x42X/x41Y/x41Y/x41Y/x81Y/x8nextnext1414-1515x64x64x96x961Z1Zx256x256300300X152/x192X152/x1922017 2

6、018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 20252017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025EUV ProductionInsertion WindowHigh NA ProductionInsertion WindowNode nameNode nameMin.1/2 pitch/x number of layersX number of layersX number of layers03.我國以舉國之力發展光刻機產業數據來源：公開數據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡我國光刻機的研制起步并不晚，早在70年代就研制出接觸

7、式曝光系統，由于早期我國半導體產業的整體落后，以及“造不如買”的思潮影響，光刻機產業化落地滯后。2002年ArF光刻機被列入“863計劃”、2008年啟動“02專項”，光刻機事業才再度覺醒。我國光刻機攻尖采取類ASML的模式，細分各科研院所、高校做分系統，再由SMEE進行整機組裝。中科院微電子所、長光所、上光所，清華大學、浙江大學、哈工大等均參與光刻機的研發，目前干法光刻機的分系統基本通過驗收，陸續產業化落地，并繼續承擔“02專項”進行濕法光刻機分系統研發。國內光刻機重點項目主要產業化落地公司及進展分系統產業化公司主要股東相關項目公司進展整機上海微電子上海電氣(上海市國資委)、上海張江浩成創投

8、(張江高科)02專 項90nm光刻機樣機研制;02專項浸沒光刻機關鍵技術預研項目;.項目均通過了驗收，90nm ArF光刻機SSA600系列實現出貨光源系統科益虹源中科院微電子所、亦莊國投、哈勃投資02準分 子激光技術成果產業化載體;193nm ArF高能準分子激光器完成出貨，40W 4kHz KrF準分子激光器批量生產。光學系統.國望光學亦莊國投、長光集團(長光所)02二期面向28nm節點的ArF浸沒式光刻曝光光學系統研發;90nm ArF投影光刻機曝光光學系統交付用戶;28nm ArF浸沒式光刻曝光光學系統研發攻關任務進展順利。光學系統國科精密國望光學02-期高NA浸沒光學 系統關鍵技術研

9、究;02二期浸沒式光刻機光學系統產品研制與批量生產能力建設;.02高NA浸沒光學系統關鍵技術研究項目通過驗收;0.75NA投影物鏡/0.75NA照明系統均實現交付(90nm ArF光源)；28nm ArFi曝光系統在研。雙工件臺系統華卓精科清華大學朱煜等三個02專項，包括IC裝備高端零部件集成制造工藝研究與生產制造應用于干式光刻機的DWS雙工件臺已對SMEE出貨;浸沒式光刻機用雙工件臺DWSi在研。浸沒系統啟爾機電上海浦東新興產業投資、中信證券投資、深創投浙江大學啟爾團隊，國家863計劃等提供高端半導體裝備超潔凈流控系統及其關鍵零部件。04.全球光刻機市場維持高增長數據來源：公開數據整理；嘉世

10、咨詢研究結論；圖源網絡2022年全球光刻機市場規模達196億美元，同增26%，約占全球半導體銷售額（1076億美元）的18%。在 2020年“宅經濟”刺激的半導體強需求下，2021-2022年半導體需求旺盛，但受美聯儲加息、經濟增速下行的影響下，全球半導體銷售額自 2022年8月起持續下行，但是 2022年光刻機出貨量逐季創新高。盡管目前已有多家晶圓廠下調2023年資本開支，但考慮光刻機交期長（2022年末ASML在手訂單高達404億歐元，訂單營收比達1.9倍）、戰略意義高，預計2023年光刻機市場需求維持高增。預計2028年全球光刻機市場規模將達到277億美元，2022-2028年CAGR達

11、6%。全球光刻機出貨量穩健增長全球光刻機市場規模穩健增長 0%5%10%15%20%25%30%0501001502002503002020202120222028E銷售金額（億美元）YOY-15%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%0100200300400500600201420152016201720182019202020212022銷售金額（億美元）YOY05.中國光刻機產品大部分依賴進口數據來源：公開數據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡中國大陸光刻機市場空間廣闊，但主要依賴荷蘭、日本等地進口。根據中國海關總署數據，2022年中國大陸IC用光刻機進口金額共39.7億美

12、元，其中從荷蘭、日本的進口金額分別為25.5/13.0億美元，進口機臺數分別為147臺、635臺，對應進口均價分別為1733、204萬美元。中國大陸是ASML第三大客戶。2022年ASML對中國大陸總銷售額31.4億美元（含設備、服務等），其中設備收入23.3億美元，占14%，僅次于中國臺灣和韓國。2022年ASML中國光刻機收入約占 15%2020-2022年中國光刻機市場穩健增長242327212223242526272820202021202219%18%16%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%20202021202206.光刻機產業鏈復雜數據來源：公開數

13、據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡光刻機涉及的內部零件種類眾多，且越高端的光刻機組成越復雜，如EUV內部零件多達8萬件以上，其核心組件包括光源系統、雙工作臺、物鏡系統、對準系統、曝光系統、浸沒系統、光柵系統等，其中光源、晶圓曝光臺、物鏡和對準系統的技術門檻較為顯著。因此，光刻機企業往往具備高外采率、與供應商共同研發的特點，而其下游應用主要包括芯片制造、功率器件制造、芯片封裝等。光刻機產業鏈全景圖自動對準系統:激光器(Lumentum)、90*棱鏡、對準快門、衰減輪、能量監視二極管、50%分光鏡、透鏡和棱鏡、光學調制器曝光系統(尼康、德國蔡司、國科精密):照明光學系統、投影光學系統整機控制系統(

14、上海微電子、碩芯半導體、影速半導體):總控制層:總控計算機分系統控制層:分系統的CPUDSP控制層:控制板卡1/0接口層:1/0電路板傳感器執行器層:傳感器、執行器硅片傳輸系統(中天自動化):傳輸部分:傳輸手預對準部分:旋轉臺、升降臺、對心臺，CDD探測器整機軟件系統(ASM、尼康、佳能、上海微電子):用戶界面層，系統應用層、系統控制層、分系統接口層、固件控制層、基本支撐層、測試校正層整機框架及減震系統:壓電式主動減震系統(TMC)、精密振動測試儀器和分析軟件(上海美星半導體)調焦調平測量系統(硬件組成):compactPCI系統，CPU板、圖像采集卡(Euresys).線陣CCD(ATMEL

15、)工作臺掩膜臺系統(華卓精科):對準傳感器、調平傳感器、投影物鏡環境控制系統:直接控制式:(1)壓縮式制冷:壓縮機、冷凝器，膨脹閥和蒸發器(2)半導體制冷(3)制熱介質類控制式:恒溫循環水機、控制機箱、空氣溫度處理單位，光刻機核心系統及組件上游設備及材料中游系統集成和生產光刻機下游應用光刻機設計及系統集成企業:ASM，尼康，佳能，上海微電子，影速半導體，芯碩半導體，歐泰克，Suss，ABM，Inc。有掩膜光刻機：接近式光刻機、接觸式光刻機、投影光刻機；無掩膜光刻機：無掩膜光刻機：電子束直寫光刻機、激光直寫光刻機、離子束直寫光刻機。晶圓廠:臺積電，三星、格羅方德，聯電力積電，海力士、美光、英特爾

16、、東芝、瑞薩、德州儀器、英飛凌；中芯國際、華虹宏力、長江存儲、合肥長鑫、華潤微、斯達半導。光刻機配套設施光刻膠(容大感光、南大光電)污染控制、先進材料(Entegris)光刻氣體(華特氣體)光掩膜版(華潤微、菲利華、Photronies)涂膠顯影(芯源微)缺陷檢測(精測電子、東方晶源)光刻機光刻工藝流程圖氣象成底膜旋轉涂膠軟烘對準和曝光曝光后烘焙顯影堅膜烘焙顯影檢查07.全球光刻機行業屬于明顯的寡頭壟斷格局數據來源：公開數據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡光刻機行業屬于明顯的寡頭壟斷格局，前三供應商（荷蘭阿斯麥、日本佳能、日本尼康）占據絕大多數市場份額。2022年光刻機占半導體設備市場份額達2

17、3%，市場規模232.3億美元。其中，全球光刻機三大巨頭 ASML/Canon/Nikon 光刻機營收分別為161/20/15億美元，市場份額達82%/10%/8%；出貨量分別為 345/176/30 臺，市場份額63%/32%/5%。從EUV、ArFi、ArF三個高端機型的出貨來看，ASML仍維持領先地位，出貨量分別占100%/95%/87%。2022 年光刻機三大巨頭出貨量場份額2022 年光刻機三大巨頭營收市場份額82.0%8.0%10.0%ASMLNikonCanon63.0%5.0%32.0%ASMLNikonCanon08.國內光刻機企業實現從0到1的突破數據來源：公開數據整理；嘉

18、世咨詢研究結論；圖源網絡上海微電子是大陸光刻機進展最快的廠商。上海微電子裝備(集團)股份有限公司主要致力于半導體裝備、泛半導體裝備、高端智能裝備的開發、設計、制造、銷售及技術服務。公司設備廣泛應用于集成電路前道、先進封裝、FPD面板、MEMS、LED、Power Devices等制造領域。2022年前十大專屬晶圓代工公司中，中國大陸有三家。分別為中芯國際、華虹集團、晶合集成，排名第四、第五和第九。國內晶圓廠陸續恢復擴產，有望帶動半導體設備的需求。大陸光刻機零部件廠商進度2022年全球晶圓代工廠市占率63.14%7.77%6.66%6.01%3.58%2.12%1.52%1.40%1.29%1.

19、14%5.44%臺積電聯電格芯中芯國際華虹集團力積電世界先進拖塔晶合集成東部高科其他光刻機組件及配套設施公司名稱公司代碼目前進展物鏡系統國望光學/研發光刻機曝光光學系統賽微電子300456.SZ 給ASML提供透鏡系統MEMS部件和晶圓制造服務光源科益虹源/研發準分子激光器福晶科技002222.SZ研發KBBF晶體(用于激光設備的上游關鍵零部件),KBBF晶體是目前可直接倍頻產生EUV激光的非線性光學晶體光學元件茂萊光學688502.SH 光刻機光學透視鏡提供商，目前生產的半導體光學透鏡被應用在光刻機光學系統中騰景科技688195.SH 公司 多波段合分束器已完成產品開發，進入半導體設備廠供應

20、鏈炬光科技688167.SH 為上海微電子等企業提供了半導體激光退火系統以及核心元器件晶方科技603005.SH子公司Anteryon為全球領先的光學設計和晶圓級光學鏡頭制造商，是ASML光學平臺和晶國對位傳感器的供應商蘇大維格300331.SZ 向上海微電子提供了光刻機用的定位光柵產品浸沒式系統啟爾機電/浸沒系統供應商雙工作臺華卓精科A20224.SH 雙工件臺供應商空氣凈化設備美?？萍?88376.SH 為上海微提供了光刻設備所需的潔凈過濾產品新萊應材富創精密688409.SH 半導體零部件制造的工藝技術達到主流國際客戶標準，是ASML的戰略供應商新萊應材300260.SZ 真空產品以及氣

21、體產品均可以應用到光刻機的設備中09.晶圓廠積極擴產帶動光刻機需求數據來源：公開數據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡2020-2030年，預計全球晶圓產能每年將增長78萬片/月，CAGR為6.5%。其中先進、成熟制程每年月產能增長分別為22/38萬片，CAGR分別為12.0%/6.0%，存儲芯片增速放緩，DRAM和NAND增速分別為4.7%/4.9%。若進一步考慮技術主權和競爭，將再增加15萬片/月的產能。全球晶圓年產能及增速（百萬片，等效12英寸）光刻機在晶圓制造設備價值占比超 20%30.0%25.0%23.0%22.0%刻蝕薄膜沉積光刻其他晶圓制造05010015020025020102

22、015202020252030-10%inefficiency or an additional18 million wafer capacity by 2030技術主權技術主權&競爭競爭10.光刻機在半導體設備的占比呈向上趨勢數據來源：公開數據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡2022年WFE（全球晶圓廠設備支出）980億美元，創歷史新高，2023年將下降22%至760億美元。預計2024年迎來復蘇，同比增長21%至920億美元。光刻機市場趨勢與WFE整體趨勢基本保持一致，但隨著芯片工藝升級，對應光刻難度提升，采用更先進的機臺，因此，光刻機在半導體設備的占比呈向上趨勢，2024年光刻支出占WF

23、E的比例將超過25%，以此測算光刻機市場規模約230億美元。光刻市場增速快于WFE整體增速 全球晶圓廠設備支出（前道）-30%-20%-10%0%10%20%30%40%50%02004006008001000120020192020202120222023E2024EWFE（億美元）YOY0%5%10%15%20%25%30%1997200120052009201320172021202511.高端需求驅動光刻機發展數據來源：公開數據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡以光學傳感器與成熟邏輯芯片為代表的高端市場，驅動光刻機技術的迭代。其中成熟芯片中，主要包括功率芯片、傳感器、成熟邏輯/模擬芯片：

24、ArFi光刻機主要應用在光學傳感（ArFi光刻花費占比約 40%）與成熟邏輯芯片（ArFi 光刻花費占比約 60%）。其余光刻機主要用于功率芯片（KrF 45%、i-line 55%）、非光學傳感（KrF 30%、i-line 70%）、模擬芯片（ArF、KrF、i-line 光刻花費占比相近）的生產。據ASML的財報計算，EUV與ArFi光刻機的ASP遠遠高于KrF和i-line光刻機，盡管高端機型出貨量少于中低端光刻機，但總收入較高，市場規模較大。在ASML的設備收入中，EUV+ArFi占比超8成。不同類型成熟芯片的光刻花費比例（按光刻機類型）光刻機TOP3公司歷年合計銷售數量（臺）050

25、10015020025030035040045050020192020202120222023H1EUVArFiArFKrFi-line0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%功率成熟模擬成熟邏輯非光學傳感光學傳感i-lineKrFArFArFi12.芯片性能升級推動光刻強度上升數據來源：公開數據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡光刻強度是指光刻資本支出占新建晶圓廠總資本支出的比例，呈現上升態勢。先進邏輯制程對分辨率要求最高，因而光刻難度最大、光刻強度也最高。10nm邏輯芯片已達25%，5nm及以下制程需要利用EUV+多重曝光實現，光刻強度超過35%。先進DRAM芯片光

26、刻強度在25%左右。NAND多采用3D堆疊架構，光刻強度相對較低，但存儲巨頭也在逐步引入EUV生產更高層3DNAND。Logic不同工藝和制程中光刻強度的變化Performance MemoryStorage Memory光刻強度（%）25%29%35%40%10nm7nm5nm3nm24%25%25%40%1X1Y1Z1A19%15%13%11%27%x64x96x128x25616L3D NANDStorage Class13.光刻機行業的四大發展趨勢數據來源：公開數據整理；嘉世咨詢研究結論；圖源網絡國產光刻機企業緊抓上游零部件機會01由于荷蘭出口管制規則將限制ASML為受控設備進行維護、

27、修理和提供備件。零部件存在斷供隱憂，國產替代有望提速。未來無論是整機自研配套零部件，或是備件更換都會更多依賴國內零部件供應商，為光刻機上游零部件企業提供了機會，若供應鏈實現全國產替代，對應上游零部件市場空間超150億元。行業龍頭效應將更加集中02考慮到阿斯麥公司的領先技術優勢、EUV的唯一供貨能力、在手專利充足等因素，阿斯麥在高端光刻機的優勢短期內難以被追平，未來有望隨高端光刻機需求增長而持續獲得市場份額，行業龍頭效應將更加集中。光刻機出口進一步受到限制03美國進一步加強對中國芯片產業的封鎖，尋求進一步阻止中國獲得先進半導體技術，荷蘭發布禁令主要涉及先進的沉積設備和浸潤式光刻系統，這一系列限制

28、的實施無疑給中國的光刻機產業帶來了嚴峻挑戰，有可能讓中國芯片產業可能會退回到45nm水平，迫使國內企業加強自身的研發實力，推動自主創新。光刻機的應用更加廣泛04隨著人工智能和大數據技術的不斷發展，其在光刻機產業中的應用也越來越廣泛。通過將人工智能和大數據技術與光刻機產業相結合，可以實現光刻機的自動化和智能化生產，提高光刻機的生產效率和制造精度。本報告為簡版報告，內容均從嘉世咨詢原有完整報告中精煉提取，如需了解詳細內容，請聯系：.本報告中的所有內容，包括但不限于文字報道、照片、影像、插圖、圖表等素材，均受中華人民共和國著作權法、中華人民共和國著作權法實施細則及國際著作權公約的保護。本報告的著作權屬于上海嘉世營銷咨詢有限公司所有，如需轉發、轉載、引用必須在顯著位置標注出處，并且不得對轉載內容進行任何更改。本報告是免費報告，任何機構和個人不得將本報告用于收費為目的經營活動。版權說明版權歸屬 上海嘉世營銷咨詢有限公司