1.1光刻机是半导体核心设备，目前主流光刻机分为i-Iine、KrF、ArF、ArFi、EUV五大类
光刻机的核心指标是分辨率、套刻精度、产率。光刻机主要性能指标有支持基片的尺寸范围，分辨率、套刻精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。其中，分辨率直接决定制程，极致的分辨率水平为光刻机行业不懈追求，是光刻机最重要的指标。套刻精度是在多层曝光时层间图案的定位精度，影响良率。生产效率影响光刻机的产能及经济性。曝光方式分为接触、接近式、投影式和直写式。光源波长分为紫外、深紫外和极紫外。光源有汞灯，准分子激光器等。光刻机是实现光刻工艺的核心设备，被誉为半导体工业皇冠上的明珠。光刻机是芯片制造流程中光刻的核心设备，也是所有半导体制造设备中技术含量最高的设备，包含上万个零件，集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域等多项顶尖技术。其光刻的工艺水平直接决定芯片的制程、性能水平，因此被誉为半导体工业皇冠上的明珠。
根据是否使用掩膜版，光刻机主要分为直写光刻机与掩膜光刻机。掩膜光刻由光源发出的光束，经掩膜版在感光材料上成像，具体可分为接近、接触式光刻以及投影光刻。相较于接触式光刻和接近式光刻技术，投影式光刻技术更加先进，通过投影的原理能够在使用相同尺寸掩膜版的情况下获得更小比例的图像，从而实现更精细的成像。
根据光源不同，掩膜光刻机还可分为紫外光源（UV）、深紫外光源(DUV)、极紫外光源（EUV）光刻机。光源的波长影响光刻机的工艺。
直写光刻机根据辐射源不同可进一步分为光学直写、带电粒子直写光刻机。直写光刻机又称无掩膜光刻机，指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上，无掩膜直接进行扫描曝光。一种是光学直写光刻，如激光直写光刻；另一种是带电粒子直写光刻，如电子束直写、离子束直写。直写光刻机在半导体应用领域相对较窄，业务体量较小，是掩膜光刻机的补充。目前直写光刻机在IC前道制造领域存在光刻精度及产能效率较低、在FPD制造领域存在产能效率较低等问题。
市场主流光刻机有i-Iine、KrF、ArF、ArFi、EUV五大类。其中EUV为超高端，ArFi、ArF为高端，KrF、i-Iine则为中、低端。
1.2光刻机产业链非常复杂，市场被海外厂商ASML,Nikon和Canon垄断
光刻机行业产业链主要包括上游核心组件及配套设备、中游光刻机生产及下游光刻机应用三大环节。光刻机技术极为复杂，主要涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等多项先进技术。光刻机行业产业链上游主要供应光刻机生产所需的零件、组件和设备等。生产一台光刻机往往涉及上千家供应商，如德国的光学设备与超精密仪器，美国的计量设备与光源等。光刻机涉及的内部零件种类众多，越高端的光刻机组成越复杂，如最高端的EUV内部零件多达8万件以上。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。配套设施包括光刻胶、掩膜版、涂胶显影等。
光刻机行业产业链下游应用主要包括芯片制造、功率器件制造、芯片封装、LED与MEMS制造等。下游市场主要为晶圆制造市场、半导体市场。
全球光刻机行业市场规模平稳增长，2024年预计增至295.7亿美元。受益于下游晶圆巨大需求、服务器云计算与5G基础建设发展，全球光刻机市场规模平稳增长。2022年全球半导体设备市场规模为1076.5亿美元，其中光刻机市场占比约为24%，规模达约258.4亿美元。2023年全球光刻机市场规模预计将增至271.3亿美元，2024年增至295.7亿美元。
全球光刻机销售结构以中、低端KrF、i-Iine为主，ArFi、ArF、EUV占比较小。2022全球光刻机销量约为510台，以中、低端产品KrF、i-Iine为主。ASML、Nikon和Canon的KrF、i-Iine产品销量合计394台，占比约71.5%。其次为ArFi、ArF、EUV，占比分别为15.4%、5.8%及7.3%。其中，EUV是全球光刻机的重要发展方向之一，其价格远高于其他种类的光刻机。
ASML垄断高端光刻机市场，Nikon紧随其后，Canon在中低阶市场中占比较高。ASML拥有绝对优势，2022年共计出货345台；Canon紧随其后，出货量达176台；Nikon相对数量较少，仅出货30台。在超高端光刻机EUV领域中ASML独占鳌头，高端光刻机ArFi和ArF领域也主要由ASML占领；Canon主要集中在i-Iine领域；Nikon除EUV外均有涉及。
光刻机国产化率仅2.5%，上海微电子为国产光刻机绝对龙头。截至2022年，光刻机国产化率仅2.5%，国内企业中，上海微电子是目前中国第一家也是唯一家光刻机巨头，出货量已占国内市场份额超过80%，产品主要涉及ArF、KrF和i-line领域，其已具备90nm及以下的芯片制造能力。此外，还有北京华卓精科、北京科益虹源等国内光刻机企业。
2.复盘海外龙头ASML成长之路，我们得到哪些启示？2.1ASML：四十载砥砺前行，成就全球光刻机龙头
ASML是全球最领先的光刻机行业龙头企业，市场份额占比高达82.1%。自1984年成立以来，ASML一直帮助芯片制造商将技术推向新的极限并释放社会潜力，其硬件、软件和服务共同提供了一种大规模生产微芯片图案的整体方法，目前已成长为全球最领先的光刻机龙头。2022年全球光刻机行业市场规模为258.4亿美元，其中ASML占绝对霸主地位，市场份额占比82.1%。
ASML充满创新与协作四十载的发展历程
1980年代：初出茅庐，与知名透镜制造商建立合作
1984年，ASML成立，推出第一台油压驱动PAS2000系统。1986年，将PAS2500步进式光刻机推向市场，开始在市场上建立起一定的名气，同年与透镜制造商卡尔蔡司建立密切的合作关系。
1990年代：PAS5500使ASML名声大噪
1990年，推出突破性平台PAS5500，在推出之前，ASML在光刻机市场上排名第三，远远落后于巨头尼康和佳能。但PAS5500平台的成功很快使ASML跃居第二，并为其成长为光刻领域的全球领导者奠定了基础。1995年，在阿姆斯特丹和纽约证券交易所上市。
2000年代：双工作台、浸没式光刻技术助力ASML成为行业绝对的龙头
2001年，推出TWINSCAN系统，双工作台系统使得光刻机能够在不改变初始速度和加速度的条件下，当一个工作台在进行曝光工作的同时，另外一个工作台可以同时进行曝光之前的预对准工作，使得光刻机的生产效率提升大约35%。同年；收购美国光刻机巨头硅谷集团（SVGL），进一步扩大了公司。2003年，TWINSCANAT：1150i作为第一台浸入式设备亮相。2006年，推出第一台量产浸入式设备XT：1700i。2007年，推出TWINSCANXT：1900i浸入式系统，数值孔径1.35为业内最高，当时的另两大光刻巨头尼康、佳能主推的157nm光源干式光刻机被市场抛弃，在产品线上显著落后于ASML，尼康、佳能由盛转衰，是ASML一家独大的重要转折点。同年ASML收购半导体设计和制造优化解决方案提供商BRION。
2010年代：第一台EUV光刻机问世，收购业内一众领先厂商
2010年，推出第一台原型EUV光刻机（NXE：3100）。2013年，收购光源制造商Cymer，出货第二代EUV系统（NXE：3300）。2015年，出货第三代EUV系统（NXE：3350）。2016年，收购HMI。2019年，收购Mapper。
2020年代：EUV机器进入HighNA时代
2020年，EUV大批量生产，收购BerlinerGlas团队。2023年，推出第一款0.55数值孔径的下一代EUV系统（EXE），EXE可以打印比NXE系统小1.7倍的晶体管，从而实现2.9倍的晶体管密度。
2.2内生外延：研发投入不断加码，通过产业链上下游收购不断拓宽护城河
2.2.1不断投入，ASML具有丰富的光刻机产品线
ASML拥有全面、丰富的光刻机产品线，并提供翻新产品业务。ASML拥有极紫外（EUV）和深紫外（DUV）两大类光刻系统，其中DUV包括浸入式系统（NXTi平台）和干式系统（NXT和XT平台），并提供翻新产品业务对旧光刻系统进行翻新、升级，目前提供翻新的有PAS5500和第一代AT、XT和NXT系统。
浸入式系统行业领先，EUV技术为其独有。ASLM的浸入式系统在生产力、成像和覆盖性能方面处于行业领先，适用于最先进逻辑和内存芯片的大批量生产，最新的NXT机器已显示出每天运行超过6,000个晶圆的能力，在12个月内平均提高5%的生产力。EUV机使用波长仅为13.5nm的光打印微芯片，该技术为ASML独有，EXE系统是最新一代EUV光刻技术，其新型光学元件的数值孔径（NA）为0.55，分辨率仅8nm。得益于NXE和DUV浸入式系统销量增加，ASML营业收入持续增长。2019-2023年，ASML的营业收入持续增长，由118.2亿欧元增长至275.59亿欧元，年复合增长率为23.57%；2023年营业收入同比增长30.16%。这主要是因为NXE和DUV浸入式系统的销量增加，供应赶上需求，其中DUV销量从2022年的305台增至2023年396台。此外，来自中国的DUV需求有所增加，而以前由于供应限制无法满足这些需求。
NXE和DUX量价齐升，AMSL净利润快速增长。由于NXE和DUV浸入式销售量的增加及盈利能力的提高，2019-2023年ASML净利润稳定增长，由25.92亿欧元增长至2023年的78.39亿欧元；年复合增长率为31.87%。2023年净利润相较于2022年同比增长39.38%。
ASML研发投入不断加码，牢牢占据高端光刻机市场。2023年ASML研发投入为39.81亿欧元，同比增长22.35%，主要包括研发成本31.13亿欧元、资本化支出9.45亿欧元，且其研发费用占净销售额的11.3%。主要用于开发NXE：3800E系统，并进一步提高EUV安装基础系统的可用性与生产力；投资下一代（高数值孔径）系统，以支持Logic和DRAM客户的未来节点；引进浸入式系统NXT：1980Fi和干式系统XT：400M；下一代扫描仪持续开发，包括NXT：2150i和NXT：870B。
2.2.2通过产业链上下游收购不断拓宽护城河
ASML注重产业链协同效应，通过收购上游供应商实现补强。1986年，ASML与镜头制造商卡尔蔡司（CarlZeiss）合作。2001年，收购硅谷光刻集团，加强在半导体技术进步方面能力。2007年，收购半导体设计和制造优化解决方案的领先供应商BRION，是“整体光刻”战略的开始。2013年，收购光刻光源制造商Cymer，加速EUV开发。2016年，收购电子束计量工具的领先供应商HMI，扩大整体光刻产品组合。同年以10亿欧元现金入股光学系统供应商卡尔蔡司，开发用于下一代的EUV的HighNA光学系统。2018年，收购高科技公司Mapper知识产权资产。2020年，收购BerlinerGlas团队，为ASML的极紫外（EUV）和深紫外（DUV）系统制造了许多关键组件，包括晶圆台和夹具，十字线卡盘和镜块。
与下游客户建立密切的伙伴关系，坚持客户至上。ASML与全球领先的半导体制造商，如Intel、TSMC、三星等保持紧密合作。且坚持客户至上方法，根据客户意见提出解决方案，帮助客户实现技术、成本路线图，并通常在一个团队工作，以确保公司与客户的解决方案完美结合。
重视技术创新，与客户、供应商、研究合作伙伴、同行共建创新生态系统。ASML不是孤立地创新，而是在强大的创新生态系统中与客户、供应链、研究合作伙伴、同行密切合作。2023年ASML创新成果主要有软X射线（SXR）散射测量，一种革命性的下一代3D计量技术，适用于测量GAA晶体管等先进设备的3D轮廓。生成光滑的镜面，与其他玻璃材料相比，光滑镜面具有更大刚度，能更好应对下一代NXE、EXE系统中的极端舞台加速度。
根据ASML预测：2030年，其有机会达到约440亿欧元至600亿欧元的年销售额，毛利率约为56%至60%。在发达、成熟的市场，技术、地缘政治和竞争的增长驱动下，ASML预测将在2025年实现约300亿欧元至400亿欧元的年销售额，毛利率约为54%至56%。展望未来，到2030年，其有机会达到约440亿欧元至600亿欧元的年销售额，毛利率约为56%至60%。ASML发展历程对于国内光刻机企业发展的启示：ASML通过不断研发投入、技术创新、并购与合作策略，拓展新的产品线，实现了其在光刻机行业的差异化竞争。1）持续高水平研发投入，坚持创新：打破国内外光刻机巨头的技术壁垒，需要持续高水平投入研发资金，坚持产品技术创新。2）重视产业链协同，深度绑定上下游，构建利益共同体。可以采取并购或合作的方法绑定上下游企业，构建企业生态圈，发挥产业链协同效应。
3.享受半导体行业发展红利，国产光刻机有望实现技术突围目前，国内需求大于国产供给，2022年产量为95台。近些年中国光刻机国产化进程加快，中国的光刻机产业取得一定发展，但与国际领先水平相比，仍存在一些技术限制，尤其是高端光刻机技术受制于国外供应商。导致中国光刻机制造商在面对技术挑战和供应链问题时，产能和产量受限制。2022年中国光刻机产量约为95台，而需求量约为652台。政策大力支持，中国光刻机行业市场规模总体呈上涨态势，2022年中国光刻机市场规模为147.82亿。近年来，中国政府出台一系列政策支持半导体产业，包括资金支持、税收优惠等，促进国内半导体制造业发展，2022年中国光刻机市场规模为147.82亿元。
国内光刻机产业链携手共进，有望实现技术突围。整机方面，上海微电子推出SSX600系列光刻机，可用于8寸线或12寸线大规模工业生产。其余核心子系统组件的突出厂商在其细分领域均取得一定的技术突破。
3.1上海微电子：国产光刻机巨头，SSX600系列光刻机较具代表性
国产光刻机巨头，四类产品线齐头并进。公司是国产光刻机巨头，致力于半导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的研发制造、销售及技术服务。产品包括光刻设备、集成电路制程设备、平板显示制程设备、光学量/检测设备四类。主要产品为半导体产业高端投影光刻机，应用于集成电路前道、先进封装、FPD面板、MEMS、LED、PowerDevices等制造领域。
SSX600系列光刻机可满足IC前道制造90nm、110nm、280nm关键层和非关键层的光刻工艺需求。SSX600系列光刻机是目前公司产业线中较具代表性的先进产品型号，采用四倍缩小倍率的投影物镜、工艺自适应调焦调平技术，以及高速高精的自减振六自由度工件台掩模台技术，可满足IC前道制造90nm、110nm、280nm关键层和非关键层的光刻工艺需求，可用于8寸线或12寸线大规模工业生产。
3.2炬光科技：深耕激光元器件，激光雷达、泛半导体、医疗健康多产业布局
深耕激光元器件，多种产品技术指标行业领先。公司主营业务为光子产业链上游高功率半导体激光元器件和原材料（“产生光子”）、激光光学元器件（“调控光子”）的研发生产和销售。目前正拓展光子产业链中游的光子应用模块、模组、子系统业务（“提供光子应用解决方案”），重点布局汽车应用、泛半导体制程、医疗健康三大应用方向。公司多种产品技术指标已达行业先进，应用于先进制造、医疗健康、科学研究、汽车应用、消费电子领域。
炬光科技2023年业绩下滑，2024年Q1业绩承压。2023年经济复苏不及预期，在国内外经济环境的下行压力下，炬光科技2023年度公司实现营业收入5.61亿元，同比上涨1.69%。毛利率47.96%，较去年同期下降6.3pct。2024年Q1、报告期内完成了对瑞士SUSSMicroOptics的收购，受瑞士炬光原来客户在前期对于收购方不确定性的担忧导致收入略有下降以及成本费用相对较高因素影响，公司实现营业收入1.37亿元，同比增长17.38%；毛利率为34.78%，环比减少14.23pct。公司坚持技术导向，立足激光元器件、汽车应用、泛半导体领域。激光元器件领域，公司的光场匀化技术，能实现对激光光束高度匀化，应用于全球先进半导体制程设备。汽车应用领域，产品覆盖点、线、面不同类型的激光雷达发射光源模组及光学元器件、组件，应用于机械旋转式、混合固态、全固态等多种激光雷达技术路线。泛半导体领域，公司的线光斑及光学整形技术和相关产品获客户认可，将在大幅面、大批量生产中凸显高加工效率、生产良率。
3.3茂莱光学：领军国内工业级精密光学，实现九项核心技术产业化
领军国内工业级精密光学，拥有多个前沿科技领域竞争力。公司深耕光学行业，主要产品包括精密光学器件、光学镜头和光学系统。其中最主要产品为定制化工业级精密光学产品，应用于多个前沿科技领域，如半导体、生命科学、航空航天、无人驾驶、AR/VR等。公司客户涉及世界主要发达国家和地区，与北美、欧洲、中东及其他亚洲客户建立了良好关系。
2023年业绩向好，2024Q1有所下滑。受益于半导体领域收入增长，茂来光学2023年实现营业收入4.58亿元，同比增长4.40%；实现扣非归母净利润0.33亿元。毛利率51.89%较去年同期增长2.37pct。随着半导体领域产品加工难度提高，交付周期加长，2024年Q1公司业绩下滑，实现营业收入1.11亿元，同比下降11.32%；毛利率为49.48%，环比减少4.65pct。公司光刻机曝光物镜超精密光学元件加工技术已实现产业化。公司注重自主创新，已形成3D数字化光学模块设计与制造技术、高通量集成电路测试设备光学技术、高分辨率荧光显微系统技术、人眼仿生光学系统技术、星载航天光学设计与制造技术、光刻机曝光物镜超精密光学元件加工技术在内的九大核心技术，且均实现产业化。
3.4福晶科技：光学晶体龙头，提供“晶体+光学元件+激光器件”一站式服务
公司是光学晶体龙头，晶体核心产品行业领先。公司主要从事晶体元器件、精密光学元件、激光器件三大类产品的研发生产和销售，是全球知名LBO晶体、BBO晶体、Nd:YVO4晶体、磁光晶体、精密及超精密光学元件、高功率光隔离器、声光及电光器件的龙头。公司晶体核心产品处于行业领先，在非线性光学晶体和激光晶体领域处于国际领先，是全球规模最大的LBO、BBO晶体及其元器件生产企业。
下游行业需求回暖，带动2023年、2024Q1营收持续增长。受益于下游厂商加速拓展海外市场、下沉市场应用空间扩宽、超快激光技术快速发展等需求带动，福晶科技2023年实现营业收入7.82亿元，同比增长1.73%；扣非归母净利润1.94亿元，毛利率56.18%，较去年同期减少1.62pct。2024年Q1公司营业收入2.08亿元，同比增长5.22%；扣非归母净利润0.47亿元，同比下降8.95%。公司布局光学元件、激光器件市场，提供“晶体+光学元件+激光器件”一站式服务。公司布局高端光学元件市场，实现应用于5G通讯的新型棱镜反射式镀金光栅批量生产。瞄准中高端激光器件市场，研发声光器件、磁光器件等产品获得紫外激光器、光纤激光器、超快激光器客户认可并实现批量供应。实现为客户提供“晶体+光学元件+激光器件”一站式综合服务。
3.5波长光电：国内激光光学元件的主要供应商，以先进的光刻技术助力半导体产业发展
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。公司的主要产品包括激光光学和红外光学的元件、组件系列以及光学设计与检测系列，涵盖了激光光学系列中的扩束镜头、扫描镜头、聚焦镜、准直镜；红外热成像系列中的红外热成像镜片、近红外镜头、短波红外镜头、中波红外镜头以及长波红外镜头；光学设计与检测系列中的主流光学设计软件ZEMAX以及光学检测设备等。目前，公司已具备提供光刻机配套的大孔径光学镜头的能力，公司成功开发的光刻机平行光源系统可用于国产光刻机领域配套。
2023年、2024Q1营收持续增长。得益于前瞻性的技术创新和“境内+境外”双轮驱动的全球化战略，公司营收保持增长。波长光电2023年实现营业收入3.64亿元，同比增长6.4%；实现扣非归母净利润0.52亿元；毛利率37.61%，与22年持平。2024年Q1公司营业收入0.82亿元，同比增长14.46%；实现扣非归母净利润0.1亿元，与去年同期持平。毛利率35.59%，环比增长2.38pct。依托产品品类、质量和客户资源优势，深耕工业激光加工与红外热成像领域。公司产品种类较为齐全，能满足各类主流的工业激光加工应用，例如激光打标、激光焊接、激光切割等；以及红外热成像应用，例如红外测温、监控等。公司坚持走高质量路线，产品的镜片抛光精度误差优于行业平均水平。其长期客户包含国内激光行业龙头华工科技、大族激光、海目星，国内红外行业龙头高德红外、大立科技，以及国际知名激光和红外企业美国IPG阿帕奇，美国FLIR菲力尔等。公司的激光光学系列产品可以应用于多个波长范围（180nm到10600nm）、多种类型激光器的光路设计。该系列产品涉及的应用领域不仅包括消费电子以及智能制造，也进入了新能源汽车、半导体制造、增材制造等新兴产业。
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