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1、版权归属 上海嘉世营销咨询有限公司光刻机行业简析报告商业合作/内容转载/更多报告01.光刻机是芯片制造中的最核心环节数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络光刻机是生产芯片的核心装备，被誉为半导体工业皇冠上的明珠。光刻机是一种投影曝光系统：光刻机由光源、照明系统、物镜、工件台等部件组装而成。在芯片制作中，光刻机会投射光束，穿过印有图案的光掩膜版及光学镜片，将线路图曝光在带有光感涂层的硅晶圆上。芯片制造过程需要用到的设备种类繁多，包括氧化炉、涂胶显影机在整个半导体芯片制造过程中，光刻是最复杂工艺，光刻工艺的费用约占芯片制造成本的1/3左右，耗费时间占比约为40-50%，光刻工艺所需的光

2、刻机是最贵的半导体设备。光刻机工艺的发展史光刻工艺流程图光源波长(nm)对应设备最小工艺节点(nm)主要用途第一代g-line436接触式800-2506寸晶圆接近式800-250第二代i-line365接触式800-2506寸、8寸晶圆接近式800-250第三代KrF248扫描投影式180-1308寸晶圆第四代ArF193步进扫描投影130-6512寸晶圜浸没式步进扫描投影45-22第五代EUV13.5极紫外22-712寸晶圓02.光刻机的技术水平决定集成电路的发展水平数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络光刻机的技术水平很大程度上决定了集成电路的发展水平。随着EUV光刻机的出现

3、，芯片制程最小达到3nm。目前ASML正在研发High-NA EUV光刻机，制程可达2nm、1.8nm，预计2025年量产。英伟达在23年GTC大会上也表示其通过突破性的光刻计算库cuLitho，将计算光刻加速40倍以上，使得2nm及更先进芯片的生产成为可能，ASML、台积电已参与合作，届时将带动芯片性能再次提高。各个工艺节点和光刻技术的关系 ASML对客户节点演进的预测制程晶圆尺寸金属材料光刻机类型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.我国以举国之力发展光刻机产业数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络我国光刻机的研制起步并不晚，早在70年代就研制出接触

7、式曝光系统，由于早期我国半导体产业的整体落后，以及“造不如买”的思潮影响，光刻机产业化落地滞后。2002年ArF光刻机被列入“863计划”、2008年启动“02专项”，光刻机事业才再度觉醒。我国光刻机攻尖采取类ASML的模式，细分各科研院所、高校做分系统，再由SMEE进行整机组装。中科院微电子所、长光所、上光所，清华大学、浙江大学、哈工大等均参与光刻机的研发，目前干法光刻机的分系统基本通过验收，陆续产业化落地，并继续承担“02专项”进行湿法光刻机分系统研发。国内光刻机重点项目主要产业化落地公司及进展分系统产业化公司主要股东相关项目公司进展整机上海微电子上海电气(上海市国资委)、上海张江浩成创投

8、(张江高科)02专 项90nm光刻机样机研制;02专项浸没光刻机关键技术预研项目;.项目均通过了验收，90nm ArF光刻机SSA600系列实现出货光源系统科益虹源中科院微电子所、亦庄国投、哈勃投资02准分 子激光技术成果产业化载体;193nm ArF高能准分子激光器完成出货，40W 4kHz KrF准分子激光器批量生产。光学系统.国望光学亦庄国投、长光集团(长光所)02二期面向28nm节点的ArF浸没式光刻曝光光学系统研发;90nm ArF投影光刻机曝光光学系统交付用户;28nm ArF浸没式光刻曝光光学系统研发攻关任务进展顺利。光学系统国科精密国望光学02-期高NA浸没光学 系统关键技术研

9、究;02二期浸没式光刻机光学系统产品研制与批量生产能力建设;.02高NA浸没光学系统关键技术研究项目通过验收;0.75NA投影物镜/0.75NA照明系统均实现交付(90nm ArF光源)；28nm ArFi曝光系统在研。双工件台系统华卓精科清华大学朱煜等三个02专项，包括IC装备高端零部件集成制造工艺研究与生产制造应用于干式光刻机的DWS双工件台已对SMEE出货;浸没式光刻机用双工件台DWSi在研。浸没系统启尔机电上海浦东新兴产业投资、中信证券投资、深创投浙江大学启尔团队，国家863计划等提供高端半导体装备超洁净流控系统及其关键零部件。04.全球光刻机市场维持高增长数据来源：公开数据整理；嘉世

10、咨询研究结论；图源网络2022年全球光刻机市场规模达196亿美元，同增26%，约占全球半导体销售额（1076亿美元）的18%。在 2020年“宅经济”刺激的半导体强需求下，2021-2022年半导体需求旺盛，但受美联储加息、经济增速下行的影响下，全球半导体销售额自 2022年8月起持续下行，但是 2022年光刻机出货量逐季创新高。尽管目前已有多家晶圆厂下调2023年资本开支，但考虑光刻机交期长（2022年末ASML在手订单高达404亿欧元，订单营收比达1.9倍）、战略意义高，预计2023年光刻机市场需求维持高增。预计2028年全球光刻机市场规模将达到277亿美元，2022-2028年CAGR达

11、6%。全球光刻机出货量稳健增长全球光刻机市场规模稳健增长 0%5%10%15%20%25%30%05003002020202120222028E销售金额（亿美元）YOY-15%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%0050060020002020212022销售金额（亿美元）YOY05.中国光刻机产品大部分依赖进口数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络中国大陆光刻机市场空间广阔，但主要依赖荷兰、日本等地进口。根据中国海关总署数据，2022年中国大陆IC用光刻机进口金额共39.7亿美

12、元，其中从荷兰、日本的进口金额分别为25.5/13.0亿美元，进口机台数分别为147台、635台，对应进口均价分别为1733、204万美元。中国大陆是ASML第三大客户。2022年ASML对中国大陆总销售额31.4亿美元（含设备、服务等），其中设备收入23.3亿美元，占14%，仅次于中国台湾和韩国。2022年ASML中国光刻机收入约占 15%2020-2022年中国光刻机市场稳健增长2423272272820202021202219%18%16%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%20202021202206.光刻机产业链复杂数据来源：公开数

13、据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络光刻机涉及的内部零件种类众多，且越高端的光刻机组成越复杂，如EUV内部零件多达8万件以上，其核心组件包括光源系统、双工作台、物镜系统、对准系统、曝光系统、浸没系统、光栅系统等，其中光源、晶圆曝光台、物镜和对准系统的技术门槛较为显著。因此，光刻机企业往往具备高外采率、与供应商共同研发的特点，而其下游应用主要包括芯片制造、功率器件制造、芯片封装等。光刻机产业链全景图自动对准系统:激光器(Lumentum)、90*棱镜、对准快门、衰减轮、能量监视二极管、50%分光镜、透镜和棱镜、光学调制器曝光系统(尼康、德国蔡司、国科精密):照明光学系统、投影光学系统整机控制系统(

14、上海微电子、硕芯半导体、影速半导体):总控制层:总控计算机分系统控制层:分系统的CPUDSP控制层:控制板卡1/0接口层:1/0电路板传感器执行器层:传感器、执行器硅片传输系统(中天自动化):传输部分:传输手预对准部分:旋转台、升降台、对心台，CDD探测器整机软件系统(ASM、尼康、佳能、上海微电子):用户界面层，系统应用层、系统控制层、分系统接口层、固件控制层、基本支撑层、测试校正层整机框架及减震系统:压电式主动减震系统(TMC)、精密振动测试仪器和分析软件(上海美星半导体)调焦调平测量系统(硬件组成):compactPCI系统，CPU板、图像采集卡(Euresys).线阵CCD(ATMEL

15、)工作台掩膜台系统(华卓精科):对准传感器、调平传感器、投影物镜环境控制系统:直接控制式:(1)压缩式制冷:压缩机、冷凝器，膨胀阀和蒸发器(2)半导体制冷(3)制热介质类控制式:恒温循环水机、控制机箱、空气温度处理单位，光刻机核心系统及组件上游设备及材料中游系统集成和生产光刻机下游应用光刻机设计及系统集成企业:ASM，尼康，佳能，上海微电子，影速半导体，芯硕半导体，欧泰克，Suss，ABM，Inc。有掩膜光刻机：接近式光刻机、接触式光刻机、投影光刻机；无掩膜光刻机：无掩膜光刻机：电子束直写光刻机、激光直写光刻机、离子束直写光刻机。晶圆厂:台积电，三星、格罗方德，联电力积电，海力士、美光、英特尔

16、、东芝、瑞萨、德州仪器、英飞凌；中芯国际、华虹宏力、长江存储、合肥长鑫、华润微、斯达半导。光刻机配套设施光刻胶(容大感光、南大光电)污染控制、先进材料(Entegris)光刻气体(华特气体)光掩膜版(华润微、菲利华、Photronies)涂胶显影(芯源微)缺陷检测(精测电子、东方晶源)光刻机光刻工艺流程图气象成底膜旋转涂胶软烘对准和曝光曝光后烘焙显影坚膜烘焙显影检查07.全球光刻机行业属于明显的寡头垄断格局数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络光刻机行业属于明显的寡头垄断格局，前三供应商（荷兰阿斯麦、日本佳能、日本尼康）占据绝大多数市场份额。2022年光刻机占半导体设备市场份额达2

17、3%，市场规模232.3亿美元。其中，全球光刻机三大巨头 ASML/Canon/Nikon 光刻机营收分别为161/20/15亿美元，市场份额达82%/10%/8%；出货量分别为 345/176/30 台，市场份额63%/32%/5%。从EUV、ArFi、ArF三个高端机型的出货来看，ASML仍维持领先地位，出货量分别占100%/95%/87%。2022 年光刻机三大巨头出货量场份额2022 年光刻机三大巨头营收市场份额82.0%8.0%10.0%ASMLNikonCanon63.0%5.0%32.0%ASMLNikonCanon08.国内光刻机企业实现从0到1的突破数据来源：公开数据整理；嘉

18、世咨询研究结论；图源网络上海微电子是大陆光刻机进展最快的厂商。上海微电子装备(集团)股份有限公司主要致力于半导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的开发、设计、制造、销售及技术服务。公司设备广泛应用于集成电路前道、先进封装、FPD面板、MEMS、LED、Power Devices等制造领域。2022年前十大专属晶圆代工公司中，中国大陆有三家。分别为中芯国际、华虹集团、晶合集成，排名第四、第五和第九。国内晶圆厂陆续恢复扩产，有望带动半导体设备的需求。大陆光刻机零部件厂商进度2022年全球晶圆代工厂市占率63.14%7.77%6.66%6.01%3.58%2.12%1.52%1.40%1.29%1.

19、14%5.44%台积电联电格芯中芯国际华虹集团力积电世界先进拖塔晶合集成东部高科其他光刻机组件及配套设施公司名称公司代码目前进展物镜系统国望光学/研发光刻机曝光光学系统赛微电子300456.SZ 给ASML提供透镜系统MEMS部件和晶圆制造服务光源科益虹源/研发准分子激光器福晶科技002222.SZ研发KBBF晶体(用于激光设备的上游关键零部件),KBBF晶体是目前可直接倍频产生EUV激光的非线性光学晶体光学元件茂莱光学688502.SH 光刻机光学透视镜提供商，目前生产的半导体光学透镜被应用在光刻机光学系统中腾景科技688195.SH 公司 多波段合分束器已完成产品开发，进入半导体设备厂供应

20、链炬光科技688167.SH 为上海微电子等企业提供了半导体激光退火系统以及核心元器件晶方科技603005.SH子公司Anteryon为全球领先的光学设计和晶圆级光学镜头制造商，是ASML光学平台和晶國对位传感器的供应商苏大维格300331.SZ 向上海微电子提供了光刻机用的定位光栅产品浸没式系统启尔机电/浸没系统供应商双工作台华卓精科A20224.SH 双工件台供应商空气净化设备美埃科技688376.SH 为上海微提供了光刻设备所需的洁净过滤产品新莱应材富创精密688409.SH 半导体零部件制造的工艺技术达到主流国际客户标准，是ASML的战略供应商新莱应材300260.SZ 真空产品以及气

21、体产品均可以应用到光刻机的设备中09.晶圆厂积极扩产带动光刻机需求数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络2020-2030年，预计全球晶圆产能每年将增长78万片/月，CAGR为6.5%。其中先进、成熟制程每年月产能增长分别为22/38万片，CAGR分别为12.0%/6.0%，存储芯片增速放缓，DRAM和NAND增速分别为4.7%/4.9%。若进一步考虑技术主权和竞争，将再增加15万片/月的产能。全球晶圆年产能及增速（百万片，等效12英寸）光刻机在晶圆制造设备价值占比超 20%30.0%25.0%23.0%22.0%刻蚀薄膜沉积光刻其他晶圆制造050020102

22、0030-10%inefficiency or an additional18 million wafer capacity by 2030技术主权技术主权&竞争竞争10.光刻机在半导体设备的占比呈向上趋势数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络2022年WFE（全球晶圆厂设备支出）980亿美元，创历史新高，2023年将下降22%至760亿美元。预计2024年迎来复苏，同比增长21%至920亿美元。光刻机市场趋势与WFE整体趋势基本保持一致，但随着芯片工艺升级，对应光刻难度提升，采用更先进的机台，因此，光刻机在半导体设备的占比呈向上趋势，2024年光刻支出占WF

23、E的比例将超过25%，以此测算光刻机市场规模约230亿美元。光刻市场增速快于WFE整体增速 全球晶圆厂设备支出（前道）-30%-20%-10%0%10%20%30%40%50%020040060080092020202120222023E2024EWFE（亿美元）YOY0%5%10%15%20%25%30%520092002511.高端需求驱动光刻机发展数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络以光学传感器与成熟逻辑芯片为代表的高端市场，驱动光刻机技术的迭代。其中成熟芯片中，主要包括功率芯片、传感器、成熟逻辑/模拟芯片：

24、ArFi光刻机主要应用在光学传感（ArFi光刻花费占比约 40%）与成熟逻辑芯片（ArFi 光刻花费占比约 60%）。其余光刻机主要用于功率芯片（KrF 45%、i-line 55%）、非光学传感（KrF 30%、i-line 70%）、模拟芯片（ArF、KrF、i-line 光刻花费占比相近）的生产。据ASML的财报计算，EUV与ArFi光刻机的ASP远远高于KrF和i-line光刻机，尽管高端机型出货量少于中低端光刻机，但总收入较高，市场规模较大。在ASML的设备收入中，EUV+ArFi占比超8成。不同类型成熟芯片的光刻花费比例（按光刻机类型）光刻机TOP3公司历年合计销售数量（台）050

25、0300350400450500200222023H1EUVArFiArFKrFi-line0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%功率成熟模拟成熟逻辑非光学传感光学传感i-lineKrFArFArFi12.芯片性能升级推动光刻强度上升数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络光刻强度是指光刻资本支出占新建晶圆厂总资本支出的比例，呈现上升态势。先进逻辑制程对分辨率要求最高，因而光刻难度最大、光刻强度也最高。10nm逻辑芯片已达25%，5nm及以下制程需要利用EUV+多重曝光实现，光刻强度超过35%。先进DRAM芯片光

26、刻强度在25%左右。NAND多采用3D堆叠架构，光刻强度相对较低，但存储巨头也在逐步引入EUV生产更高层3DNAND。Logic不同工艺和制程中光刻强度的变化Performance MemoryStorage Memory光刻强度（%）25%29%35%40%10nm7nm5nm3nm24%25%25%40%1X1Y1Z1A19%15%13%11%27%x64x96x128x25616L3D NANDStorage Class13.光刻机行业的四大发展趋势数据来源：公开数据整理；嘉世咨询研究结论；图源网络国产光刻机企业紧抓上游零部件机会01由于荷兰出口管制规则将限制ASML为受控设备进行维护、

27、修理和提供备件。零部件存在断供隐忧，国产替代有望提速。未来无论是整机自研配套零部件，或是备件更换都会更多依赖国内零部件供应商，为光刻机上游零部件企业提供了机会，若供应链实现全国产替代，对应上游零部件市场空间超150亿元。行业龙头效应将更加集中02考虑到阿斯麦公司的领先技术优势、EUV的唯一供货能力、在手专利充足等因素，阿斯麦在高端光刻机的优势短期内难以被追平，未来有望随高端光刻机需求增长而持续获得市场份额，行业龙头效应将更加集中。光刻机出口进一步受到限制03美国进一步加强对中国芯片产业的封锁，寻求进一步阻止中国获得先进半导体技术，荷兰发布禁令主要涉及先进的沉积设备和浸润式光刻系统，这一系列限制

28、的实施无疑给中国的光刻机产业带来了严峻挑战，有可能让中国芯片产业可能会退回到45nm水平，迫使国内企业加强自身的研发实力，推动自主创新。光刻机的应用更加广泛04随着人工智能和大数据技术的不断发展，其在光刻机产业中的应用也越来越广泛。通过将人工智能和大数据技术与光刻机产业相结合，可以实现光刻机的自动化和智能化生产，提高光刻机的生产效率和制造精度。本报告为简版报告，内容均从嘉世咨询原有完整报告中精炼提取，如需了解详细内容，请联系：.本报告中的所有内容，包括但不限于文字报道、照片、影像、插图、图表等素材，均受中华人民共和国著作权法、中华人民共和国著作权法实施细则及国际著作权公约的保护。本报告的著作权属于上海嘉世营销咨询有限公司所有，如需转发、转载、引用必须在显著位置标注出处，并且不得对转载内容进行任何更改。本报告是免费报告，任何机构和个人不得将本报告用于收费为目的经营活动。版权说明版权归属 上海嘉世营销咨询有限公司