光刻技术简介
摩尔定律指出集成电路上可容纳的电子元件数目约每隔 18-24 个月便会增加一倍。光刻技术作为集成电路工艺中至关重要的一项，通过将掩模版上的电路图形精确微缩并曝光成像在晶圆上，完成集成电路工艺图形化转移。光刻过程包括沉积、涂胶、曝光、显影、刻蚀、离子注入、光刻胶移除等步骤，其中光刻是最复杂、昂贵和关键的工艺，成本约占整个制造工艺成本的 1/3，耗费时间约占整个制造工艺时间的 40%-60%。与其他技术路线相比，光刻技术更适合大规模量产，是目前厂商大规模量产的主流选择。
光刻的工艺水平决定芯片的制程与性能
光刻分辨率由光源波长、数值孔径、光刻工艺因子决定，通过缩短光源波长、增大数值孔径、减小光刻工艺因子可以提高光刻分辨率。提升光刻工艺的分辨率，进而提升芯片的性能，包括提升数据传递速度和芯片的集成度。工艺节点是反应集成电路技术工艺水平最直接的参数，每一代工艺节点上晶体管的面积都比上一代大约缩小一半，这也是著名的摩尔定律的基础所在。28nm 是工艺节点的重要分水岭，在性价比方面与下一代工艺有着较大的差别，会成为一个长节点。
多重曝光工艺可跨越光刻机极限分辨率，实现更小线宽
多重曝光是指将原本一层光刻的图形拆分到多个掩模版上，利用多次曝光和刻蚀来实现原来一层设计的图形，以获得更小的线宽，更高的分辨率。多重曝光工艺通常分为 LELE 和 SADP 两种类型，相较于多重曝光，EUV 在工艺和成本上更具优势，能降低 15%-50%的成本，缩短 3-6倍的周期时间，使产品更快量产。
光刻机详解：半导体制造业皇冠上的明珠，光学系统为重中之重
光刻机作为光刻工艺的核心设备，是所有半导体设备中难度最高、最难突破的一环，其原理是将高能镭射光穿过掩模版，经过物镜补偿各种光学误差，从而将掩模版上的图形缩小 1/16 后成像在预先涂制好光刻胶的晶圆上。光刻机经历了五代产品发展，每次改进和创新都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点，从接触式光刻机、接近式光刻机、扫描投影式光刻机到步进式扫描投影光刻机，再到 EUV 光刻机。
发展历程与趋势：从 UV 到 EUV，正在向 High-NA EUV 发展
根据所用光源改进和工艺创新，光刻机经历了五代产品发展，每次改进和创新都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。目前，EUV 光刻机可支持芯片制造商将芯片制程推进到 3nm 制程左右，但是如果要继续推进到 2nm 制程甚至更小的尺寸，就需要更高数值孔径的 High-NA EUV 光刻机。
产业链涉及范围广，所需供应组件众多，供应链管理难度高
光刻机产业链主要包括上游材料与组件、中游光刻机整机以及下游光刻机具体应用三大环节。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，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。
整体结构：多种先进系统的精准组合
光刻机本体由光源系统、曝光系统和工作台系统三大核心系统组成，主要性能指标有分辨率、套刻精度和产率。其中，光源系统负责发射紫外光束，曝光系统（主要包括照明系统和投影物镜系统）负责缩小光束，工作台系统负责承载晶圆。
光源系统：稳定产生特定波长的光线
光源系统的功能是稳定产生光刻所需的特定波长的光线。从高压汞灯光源到 DUV 深紫外光光源再到 EUV 极紫外光源，光刻机的光源系统不断发展进化。目前，全球仅美国 Cymer 公司具备 EUV 光源产业化能力，而 DUV 光源除 Cymer 外，日本 Gigaphoton 厂商也能生产。
照明系统：优化成像过程
照明系统为投影物镜成像提供特定光线角谱和强度分布的照明光场，位于光源与投影物镜之间，是复杂的非成像光学系统。
投影物镜系统：实现光线的聚焦
投影物镜系统的功能是实现光线聚焦，其性能决定光刻机的分辨率及套刻精度，是精准成像的关键。投影物镜主要由多枚镜片组成，典型的投影物镜包含近 30 块镜片，60 个光学表面，最大直径达 0.8m。
工作台系统：承载晶圆、精确对准
工件台主要起承载晶圆的作用，每一次曝光前都需要将硅片和工件台对准，而后通过将光罩和工件台对准以实现光罩和硅片的对准，从而将图形精确地复制到需要光刻的区域。
千亿市场高速增长，一超两强三分天下
2023 年光刻机市场规模 257 亿美元，占晶圆生产设备总市场的 24%。光刻机市场前三大供应商（荷兰阿斯麦 ASML、日本佳能 Canon、日本尼康 Nikon）占据了绝大多数市场份额，2011-2023 年，三大供应商的光刻机营收合计由 89 亿美元增长至 257 亿美元，对应 CAGR 为 9.2%。目前在半导体设备细分市场中，光刻机设备在半导体设备总市场的 24%，为市场占比最大的细分设备。
竞争格局：三大供应商占据主要市场，ASML 为绝对龙头
从光刻机出货量来看，2023 年 ASML、Nikon 和 Cannon 分别出货 449/46/187 台光刻机，ASML 具备明显优势，市占率为 66%。从营收来看，2023 年 ASML、Nikon 和 Cannon 的光刻机营收分别为 229/14.4/13.9 亿美元，其中 ASML 以 89%市占率绝对领先。ASML 在高端光刻机市场占据绝对优势，市占率有望继续巩固。
国产光刻机空间广阔、任重道远
中国除港澳台地区光刻机进口规模大，替代空间广。陆资晶圆代工厂产能持续扩张，晶圆厂产能扩张带动光刻机需求提升。美日荷对华先进制程封锁，光刻机国产化势在必行。
举全国之力，国产光刻机产业链实现部分突破
我国的光刻机发展起源于 70 年代，伴随着半导体行业研究的兴起，我国于 1977 年研发成功第一台光刻机。国家决定实施科技重大专项《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》项目（又称“02 专项”），由各科研院所攻坚各子系统，由上海微电子（SMEE）负责整机组装。目前干法光刻机的子系统基本通过验收，产业化陆续落地，湿法光刻机各子系统的研发仍在进行。
产业链相关公司概览
茂莱光学（688502.SH）：精密光学方案商赋能国产 I 线曝光物镜。福晶科技（002222.SZ）：立足晶体元件，布局超精密光学业务。福光股份（688010.SH）：特种及民品光学镜头领先者。腾景科技（688159.SH）：深入研发光刻机合分束器项目。波长光电（301421.SZ）：大孔径光学镜头进入半导体产业链。永新光学（603297.SH）：光学精密仪器及元组件供应商，产品可用于半导体领域。蓝特光学（688127.SH）：领先的光学产品制造企业，纳米级光刻机镜头系统在研。炬光科技（688167.SH）：供应光刻机用光场匀化器，拟向光刻制程设备微透镜阵列拓展。赛微电子（300456.SZ）：全球 MEMS 代工龙头，高端光刻机微镜主要供应商。
