（报告出品方/作者：兴业证券，姚康、张元默）
一、光刻机：半导体工业“皇冠上的明珠”
（一）光刻是半导体制造关键工艺，光刻机经历数次迭代升 级
光刻工艺是集成电路制造的关键步骤，直接决定了集成电路制造的微细化水平， 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。光刻工艺的主 要步骤包括气相成底膜、旋转涂胶、软烘（前烘）、对准曝光、曝光后烘焙（后烘）、 显影、坚膜烘焙和显影后检查等 8 个基本步骤。集成电路整个制造过程中，光刻 步骤至少要重复 10 次，一般要重复 25-40 次。
光刻机，又称光刻对准曝光机、掩模对准曝光机、曝光系统或光刻系统等，是光 刻工艺乃至整个芯片制造过程中的核心设备。光刻机一般可以分为无掩模光刻机 和有掩模光刻机，其中无掩模光刻机包括电子束直写光刻机、激光直写光刻机、 离子束直写光刻机，有掩模光刻机包括接近/接触式光刻机、投影式光刻机。
随着光刻技术不断发展， 光刻机经历了 5 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。按照使用光源依次从 g-line、i-line 发展到 KrF、ArF 和 EUV；按照工作原理依次从接触接近式光刻机发展到浸没步进式投 影光刻机和极紫外式光刻机。
（二）光刻工艺的关键技术指标
分辨率即光刻系统能清晰投影最小图像的能力。分辨率数值越小，光刻机性能越 佳。光刻机的分辨率受光源波长（λ）、工艺因子（k1）和数值孔径（NA）三个主 要参数的影响。根据瑞利第一公式（CD = k1*λ/NA），这三个参数共同决定了光 刻机的分辨率。由瑞利公式可以看出提高光刻分辨率的方法包括：减小曝光波长 λ、增大投影物镜的数值孔径 NA，采用分辨率增强技术降低工艺因子 k1 等。光 刻系统的波长，从早期的 g 线、i 线到后面的 248nm、193nm 和 13.5nm 的 EUV 光，波长逐渐缩短。投影物镜的 NA 值，从早期的 0.38、0.6 提升至 0.93，配合 浸没式光刻，NA 值提升至了 1.35 的量值上，在 EUV 波段，目前也已交付了 NA值为 0.55 的高 NA 光刻系统，从而使得光刻分辨率从 1000nm 到 100nm，再到 如今的 10nm 以内，芯片上晶体管的集成度获得了极大的提高。
光源波长（λ）：从最初的汞灯光源 436 nm g-line 到现在的极紫外光源 13.5nm EUV，光源波长的缩短一直是光刻机发展史上的主要方向。
数值孔径（NA）：NA = n * sin θ，其中 n 为介质折射率，θ为镜头聚焦至成像 面的角度。增大 NA 可以提高分辨率。增大数值孔径的方法 1）采用入射角更大 的非球面光学系统，球面透镜中，球差会导致成像点模糊，在相同情况下，非球 面透镜的成像点更为清晰，所需光学元件数量更少，可使得物镜 NA 增至 0.9 的 干式物理极限；2）采用折射率高的水为介质，在投影物镜的下方和晶圆之间充满 水，大幅缩小光的折射角，可使得物镜 NA 增至 1.1 以上。在 65nm 工艺节点及 以前，由于镜头 NA 的指标没有太大变化，所以工艺节点的水平主要由光源的波长所决定。到了 65nm 工艺节点以后，业界采用浸入式技术，根据 ASML 产品数 据信息，NA 参数有了较大突破，NA 值由 0.50-0.93 发展到了 0.85-1.35，从而进 一步提高了分辨率。
工艺因子（k1）：这一因子涵盖了光刻工艺中对分辨率影响的诸多因素，包括光照 条件的设置、掩模版设计以及光刻胶工艺等。ASML 认为其物理极限在 0.25。降低工艺因子的方法 1）相移掩膜技术 PSM，通过引入另一光场，两光场之间发 生相消干涉，使得亮区光场增强、暗场光强减弱，以此提高对比度，增强分辨率。
2）离轴照明技术 OAI，将照明光线由正入射改为倾斜入射，与物镜主光轴形成一 定夹角，使得同等 NA 下可容纳光量提升，以提升分辨率。
3）光学临近效应修正 OPC，临近效应指由于光的衍射效应使曝光成像图形发生 畸变的现象，通过反向修正掩膜图形，消除图像畸变失真，由此提高分辨率。
（三）光刻机系统组成
光刻机是一个高度复杂、精密的系统，主要由光源、光路系统及物镜、双工件台、 测量系统、聚焦系统、对准系统等部分组成。
光源：光源为光刻机提供曝光能量。光源波长是影响光刻机分辨率的关键因素。为提高分辨率，光源波长不断缩短，从 436nm、365nm 缩短到 248nm、193nm， 再到 13.5nm，波段由可见光到紫外、深紫外再到极紫外。436nm 和 365nm 波 长的曝光光源为汞灯，两个波长分别对应汞灯的 g 线和 i 线。248nm 和 193nm 波长的曝光光源分别为 KrF 和 ArF 准分子激光器。当前商用的 13.5nm 波长的曝 光光源是激光等离子体光源。汞灯因其发射的光谱范围较宽且具有较高的亮度，因此被用作光刻机的曝光光源。光刻机中最常用的谱线为波长 435.83nm 的 g 线、波长 404.65nm 的 h 线和波长 365.48nm 的 i 线。汞灯在熔融石英灯室中填充汞与惰性气体氩气或氙气，在灯室 的阳极与阴极之间施加高频高电压，使得填充的惰性气体电离。放电使得灯室内 的汞蒸发，并辐射出光。
准分子激光光源：当曝光波长缩短至深紫外区域，光刻机开始使用准分子激光器 作为曝光光源，包括 248nm 波长的 KrF 准分子激光器和 193nm 波长的 ArF 准 分子激光器。准分子激光器主要由激光腔、线宽压窄模块、高压电源、波长测量 单元、能量探测单元等组成。KrF、ArF 准分子激光器是脉冲型气体激光器，它的 工作气体由常态下化学性质稳定的惰性气体原子（如 Ne、Kr、Ar）和化学性质较 活泼的卤素原子 F 组成，再以放电的形式加以激励， 就能成为激发态的分子。当 激发态的分子跃迁回基态时，会立刻分解还原成本来的状态，同时释放出光子， 经谐振腔共振放大后，发射出高能量的深紫外激光。
EUV 光源 ：主要有两种， 即放电等离子体光源（DPP）和激光等离子体光源 （LPP）。目前商用 EUV 光刻机采用的是 LPP 光源，其通过高功率 CO2 激光与 Sn 液滴相互作用，产生等离子体辐射 EUV 光。基本结构如主要由主脉冲激光器、 预脉冲激光器、光束传输系统、Sn 液滴靶、Sn 回收器、收集镜、靶室等构成。主脉冲激光器通常采用高功率 CO2 激光器。主脉冲与预脉冲经光束传输系统后 聚焦于收集镜的焦点上。Sn 液滴靶产生的 20～30μm 直径的液滴先后被预脉冲 与主脉冲轰击，转化为高温 Sn 等离子体，辐射出 13.5nm 波长的 EUV 光，经收 集镜汇聚于 IF。
照明系统：是光刻机曝光系统的重要组成部分之一，位于曝光光源与投影物镜之 间，是复杂的非成像光学系统。照明系统的主要功能是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，照明系统的功能随着光刻机的发展在不断增强。在浸没式光刻机照明系统中为了进一步增加光刻分辨率，增加了可产生特定偏振 模式的功能。
步进扫描投影式光刻机照明系统主要包括光束处理、光瞳整形、能量探测、光场 匀化、可变狭缝、中继成像和偏振照明等单元。
投影物镜：投影物镜的功能是将掩模图形按照一定的缩放比例成像到硅片面。目 前用于芯片制造的主流光刻机的投影物镜通常采用 4×缩小倍率。由于掩模图形的 线宽是硅片上的 4 倍，采用缩小倍率降低了掩模制造难度、减小了掩模缺陷对成 像质量的影响。光刻机投影物镜主要有全折射式、折反式与全反射式三种。全折射式投影物镜：物面光轴与像面光轴一致，便于集成装配。但镜片的色散会 导致投影物镜存在较大的色差。为减小色差，必须严格控制光源线宽。通常用于 干式光刻机中。折反式投影物镜：折反式结构可以有效控制色差，同时保持较小的物镜体积，通 常用于数值孔径更高的浸液光刻机中。全反射式投影物镜：由于 EUV 波段的光可被几乎所有光学材料强吸收，EUV 光 刻机投影物镜只能采用全反射式结构。
双工台：在一台光刻机内有两个承载晶圆的工件台，分别位于曝光位置和测量位 置，两台独立且同时运行。当硅片台 1 在曝光位置进行步进扫描曝光时，硅片台 2 在测量位置完成硅片的上下片、硅片三维形貌测量等准备工作，当硅片台 1 完 成整个硅片的曝光后，两台交换位置和职能，如此循环往复完成硅片的高效曝光。传统的光刻机中只有一个工件台，晶圆的上下片、测量、对准、曝光都是顺序进行的，而在双工件台中，大部分测量、校正工作可以在另一个工件台上并行，因 此双工件台使光刻机的产能大幅提升。
二、全球晶圆厂资本开支保持强劲，光刻机需求有望持续提升
ASML 预计到 2030 年，全球半导体销售额将超过 1 万亿美元，2025-2030 年 CAGR 达 9%，主要增长来自于服务器、数据中心。
根据 SEMI，2025 年-2027 年，全球 300mm 晶圆厂设备支出预计分别 1232 亿美 元/1362 亿美元/1408 亿美元，同比分别增长 24%/11%/3%。光刻机是半导体设 备中市场占比最大品类，市场占比达 24%。
伴随先进逻辑和存储芯片制程持续迭代，EUV 光刻机占比持续提升。先进逻辑方 面，预计 2025 年进入 2nm 时代；DRAM 方面，预计在 2025 年制程达到 1C 与 0A；NAND 方面，预计 2025 年 NAND 层数可达 300 层以上。在先进逻辑与 DRAM 方面，随着芯片制程持续缩小，EUV 光刻机费用占比不断攀升。而 NAND 领域主要依赖 ArFi 和干式光刻机，不同制程下对光刻设备上投入的费用占比维 持相对稳定。
三、海外三大厂商占据主要市场份额，ASML 长期处于领先地位
全球光刻机长期由 ASML、Nikon 和 Canon 三家公司垄断。从光刻机出货量来看， 2021-2023 年，三大光刻机厂商累计出货量分别为 484/559/681/台，其中 2023 年 ASML、Canon、Nikon 分别出货 449/187/45 台光刻机，市占率分别为 66%/27%/7%，ASML 出货量位于绝对领先。
从光刻机出货类型来看，ASML 在高端光刻机领域具备绝对优势。2023 年 EUV 光刻机以 100%的市场份额垄断市场，而浸没式 ArFi 机型市占率达 93%，干式 ArF 机型亦占据 76%市场份额，构建了完整的高端产品护城河。由于全球半导体 先进制程不断向3nm及以下节点推进，预计未来三年EUV设备需求将保持旺盛。在技术和市场双重壁垒的叠加下，ASML 在高端光刻机市场的龙头地位将持续强 化。
美日荷对中国光刻机持续进行光刻机管制。2018 年美国就开始施压对华高端光刻 机的出口；2022 年 10 月，美国出台“1007 新规”，限制对中国出口先进制程芯 片设备，光刻机是关键设备之一；2023 年 1 月，美、荷、日三方达成协议，将光 刻机限售范围从 EUV 扩展到部分 DUV 系统；2024 年 4 月，美国新的出口管制 条例生效，加入对 EUV 掩膜、刻蚀机等制造环节设备的管控。
国内光刻机加速追赶，产业链环节实现部分突破。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。2016 年上海微电子 90nm ArF 光刻机 SSA600 系列实现出货。整体而言，国内光刻机产业不断进步，国产替代 空间广阔。
四、国内光刻机产业链相关公司概况
光刻机的生产制造极为复杂，主要由光源、光路系统及物镜、双工件台、测量系 统、聚焦系统、对准系统等部分组成。国内光刻机产业链相关零部件上市公司主 要业务涉及光源、照明系统和投影物镜环节等环节，其中光源系统环节包括福晶 科技、波长光电；照明系统和投影物镜环节包括茂莱光学、福晶科技、炬光科 技、永新光学、汇成真空。
茂莱光学：国内工业级精密光学领先厂商
茂莱光学是国际先进的精密光学综合解决方案提供商，专注于精密光学器件、高 端光学镜头和先进光学系统的研发、设计、制造及销售。公司为光刻机光学系统 提供用于匀光、中继照明模块的光学器件、投影物镜，以及用于工件台位移测量 系统的棱镜组件，是光刻机实现光线均匀性与曝光成像的关键模块。公司在光刻 机曝光物镜超精密光学元件加工技术方面领先，基于该核心技术生产的光刻机曝 光物镜用光学器件最大口径可达直径 300mm，其面形精度可以实现 PV 小于 30nm，表面光洁度可达到 20/10，AR 膜性能均匀且能满足强激光照射需求，应 用在 365nm 的 I 线光刻机的曝光物镜中，可实现亚微米量级的曝光线宽，实现光 刻机核心元件的国产化批量生产。公司半导体客户包括上海微电子、Camtek、 CYBEROPTICS 等。2024 年前三季度，公司营收为 3.75 亿元，同比增长 4.33%，其中半导体领域收 入占比为 48.60%，生命科学占比为 22.28%，无人驾驶占比为 6.65%，生物识别 占比为 6.44%，AR/VR 检测占比为 4.74%，航空航天占比为 1.81%，其他占比为 9.48%。公司收入的增长主要得益于半导体领域收入的增长，此外航空航天领域 收入同比增长较大。
福光股份：全球光学镜头的重要制造商
公司是专业从事特种及民用光学镜头、光电系统、光学元组件等产品科研生产的 高新技术企业，是全球光学镜头的重要制造商。公司产品包括激光、紫外、可见 光、红外系列全光谱镜头及光电系统，主要分为“定制产品”、“非定制产品”两 大系列。“定制产品”系列主要包含特种光学镜头及光电系统，广泛应用于“神舟 系列”、“嫦娥探月”、“天问一号”等国家重大航天任务及高端装备，核心客户涵 盖中国科学院及各大集团下属科研院所、企业，为国内最重要的特种光学镜头、 光电系统提供商之一；“非定制产品”主要包含安防镜头、车载镜头、红外镜头、 机器视觉镜头、投影光机等，广泛应用于平安城市、智慧城市、物联网、车联网、 智能制造等领域。公司精密及超精密光学加工技术能够加工反射碗口径覆盖 φ 125mm、面型精度（PV）达到 2μm，面型以非球面为主，相关模具加工精度达 到 0.5μm；此外，公司反射镜面型精度 RMS 从 1/30 波长提高到 1/50 波长，达 到全国领先水平。2024 年前三季度，公司营收为 4.60 亿元，同比增长 4.16%，归母净利润-0.34 亿 元。其中 24Q3 公司定制产品销售收入增加，高端电子消费品对玻璃光学元件的 需求扩大，公司光学元件的销售收入增长。
福晶科技：全球光学晶体领先厂商
公司主营业务为晶体元器件、精密光学元件及激光器件等产品的研发、制造和销 售。公司目前已是全球知名的 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、声光及电光器件的领先厂商，产品广 泛应用于激光、光通讯、AR/MR、生命科学、无人驾驶辅助、环境监测设备以及 精密检测分析仪器等诸多工业领域。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。2024 年前三季度，公司营收为 6.65 亿元，同比增长 11.64%，归母净利润 1.68 亿元，同比增长 2.66%.
炬光科技：高功率半导体激光行业领军者
公司主要从事光子行业上游的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，目前正在拓展光子行业中 游的光子应用模块、模组和子系统业务（“提供光子应用解决方案”）。公司重点布 局汽车应用、泛半导体制程、医疗健康三大应用方向，向不同客户提供上游核心 元器件和中游光子应用解决方案。光场匀化器是多项光学高端设备如光刻机的重 要核心元器件，公司的光场匀化核心技术，能够实现对激光光束的高度匀化，满 足半导体制程等高端应用需求。2024 年前三季度，公司营收为 4.58 亿元，同比增长 19.17%，归母净利润-0.52 亿元。24Q3 营收为 1.47 亿元，同比增长 1.49%，归母净利润-0.24 亿元。受全 球工业发展普遍放缓及市场竞争加剧的双重影响，工业领域的业务受到了一定程 度的挑战，收入下滑，单价下降。在泛半导体制程领域内，公司凭借自身技术优 势、半导体行业全球范围内旺盛的需求以及瑞士并购带来的产品品类与客户群体 的双重增加，前三个季度实现了显著增长；在光通信领域，在加强与国际现有客 户合作的基础上，公司加大对中国市场的投入，并与多个行业头部企业建立了合 作关系。
永新光学：国产光学精密仪器核心供应商
公司目前主要业务由光学显微镜、条码机器视觉、车载激光雷达和医疗光学四部 分组成，主要产品包括光学显微镜、条码扫描仪镜头、自动变焦模组、机器视觉 镜头、激光雷达光学核心元组件、内窥镜镜头等。公司生产的光刻镜头已应用于 PCB 光刻设备，生产的核心光学模组及镜头已应用于光刻检测系统。2024 年前 三季度，公司营收为 6.51 亿元，同比增长 6.54%，归母净利润 1.40 亿元，同比 下降 19.28%。
汇成真空：国产真空镀膜设备领先厂商
公司长期致力于溅射镀膜技术、蒸发镀膜技术、离子镀膜技术、柔性卷绕镀膜技 术以及成膜工艺的研究和应用，目前公司生产的真空镀膜设备已应用于智能手机、 屏幕显示、光学镜头等消费电子领域，以家居建材和生活用品为主的其他消费品 领域，航空、半导体、核工业、工模具与耐磨件、柔性薄膜等工业品领域，以及 高校、科研院所等领域。下游产品应用具体包括智能手机、摄像头、屏幕显示、 汽车配件、航空玻璃、磁性材料、半导体电子传感器、光刻掩膜版等。2024 年前三季度，公司实现营业收入 4.31 亿元，同比增长 10.99%，归母净利润 0.64 亿元，同比增长 22.31%。
波长光电：国内工业激光加工和红外热成像小巨人
公司是国内精密光学元件、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，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。公司开发的适用于高密度柔性小型化的 PCB 精密激光微 加工镜头以及平行光源系统在下游半导体及泛半导体行业的应用领域取得突破， 2023 年，公司在半导体及 PCB、封测、光刻等泛半导体领域的营业收入超过 2800 万元。2024 年前三季度，公司实现营业收入 2.77 亿元，同比增长 5.91%，主要是境外 业务的增长和国内 PCB、封测等领域激光光学业务的增长；归母净利润 3081.62 万元，同比下降 27.73%，原因主要系人员工资、股权激励费用以及新增固定资产 折旧与摊销费增加。
来源：行业报告研究院
厚禄投资介绍：
上海厚禄投资有限公司成立于2015年，主营科创板PE股权投资业务。早年从事上市公司重组并购业务，在业内获得良好口碑及佳绩。
2025年厚禄投资与见华国际携手设立泰国办公室，致力于为中国企业出海泰国投资设厂，包括泰国工业用地买卖，BOI申请等。
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