560亿元！光刻机从0到1突破，产业链分析全读懂！

01产业驱动因素

①上海微电子新品中标

12月25日，中国政府采购网公示，上海微电子中标“zycgr22011903单一来源采购步进扫描式光刻机”项目，设备数量为一台，成交金额1.1亿元。

据悉，此台光刻机是上海微电子首次披露的新型号，虽然不是更先进的浸没式DUV光刻机，但其核心价值在于其高套刻精度以及稳定的工艺能力，被专家论证适用于对多层对准精度要求极高的特种领域。

此次上海微电子的中标被认为是国产装备多元化落地的重要里程碑。

②光刻机产业国产替代空间巨大

近期SEMI报告显示，2025年全球半导体制造设备总销售额有望达到1330亿美元，同比增长13.7%，创历史新高。

而我国大陆是全球最大的单一市场，占比约为30%，估算下来便是约400亿美元市场空间。

同时光刻机作为半导体设备中最复杂、价值量最高的环节，如果按20%占比来算，就是80亿美元，约560亿元。

但2024年，我国光刻机国产化率仅有2.5%，也就是说国产企业面临着超90%的国产替代空间。

02产业全景图

03上游产业链

03-1光刻机三大核心系统及部件

我们都知道，光刻机的主要作用是将设计好的掩膜版电路图案通过光学投影的方式转移至硅片表面的光刻胶层上，从而形成纳米级的微细结构。

那么围绕光刻机的核心应用原理，其三大核心系统无疑是最关键的，即光源系统、光学系统和工作台系统。

其中，光源系统指的是光学投影中的光束，它首要决定着光刻机的工艺能力，核心器件为产生光源或光束的汞灯、激光器等。

但由于光源制造复杂，对波长、稳定性、质量都有着极高的要求，光源系统并没有说起来那么简单。比如一个EUV光源系统就可能包含约45万个零部件，重量超过17吨，光路总长500米，有着极高的制造壁垒。

此外，光学系统主要为光源照射会用到的照明系统、投影物镜系统，主要用来弥补光源照射产生的误差。核心器件为物镜透镜、反射镜、偏振器、滤光片等。

如果说光源系统为光刻机的核心，那么物镜系统便是最主要光学部件。

工作台系统是光刻机中承载和移动晶圆的关键子系统，工作台的运行精度要控制在几纳米甚至亚纳米级，移动速度要与曝光节奏高度同步。

一个工作台往往由吸盘模块、驱动模块、导向模块、位置测量模块和运动控制模块组成，涉及诸多精密部件。

工作台直接决定着光刻机的产能和良率，目前主要为双工作台系统，大幅提高了光刻机的产能。

03-2光刻机其他系统部件

以阿斯麦的光刻机为例，除三大核心系统外，其他零部件价值量也有49%。

其他零部件包括浸没系统、控制系统、计算机系统、微电子系统、精密机械系统以及故障检测等其他辅助系统等。

而不论是哪类系统还是部件，都有着极高的技术壁垒。

目前已知上海微电子为国内主要的光刻机生产企业之一，其多类系统的研发均不止由自身完成，相关合作商涉及诸多科研机构。

虽然上海微电子已经能够量产的DUV及以下制程的光刻机已经实现了较高的零部件国产化率，但仍有EUV光刻机以及部分核心零部件仍待突破。

我们光刻机零部件厂商也因此在各领域不断努力。

03-3相关标的

①波长光电：提供包括反射镜、聚焦镜、场镜等光学元器件以及平行光源和一些小型光学系统，是国内主要的精密光学元件、组件供应商。

②茂莱光学：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等。

③赛维电子：全球光刻机巨头厂商提供透镜系统MEMS部件的工艺开发与晶圆制造服务。

④新莱应材：公司真空产品以及气体产品均可以应用到光刻机的设备中，客户已经包含光刻机设备的制造商。

⑤美埃科技：公司为上海微电子开发国内首台28纳米光刻设备工艺制程所需的洁净室提供EFU（超薄型设备端自带风机过滤机组）及ULPA（超高效过滤器）等产品。

⑥苏大维格：向上海微电子提供了其半导体领域投影式光刻机用的定位光栅部件，并自研了激光直写光刻机和纳米压印光刻机。

04中游产业链

04-1光刻机整机制造

在了解光刻机整机制造前，我们先来了解一下其分类。

首先，按光源波长及工艺节点，我们可以把光刻机分为5大类，即第一代到第五代。

其中第一代和第二代光刻机的光源都是汞灯光源，并根据掩膜版和硅片的接触方式分为接触式和接近式光刻机，它们所应用的工艺节点最小为250nm，因此一般适用于基础电子元件和分立器件的制造。

再到后来，第三代、第四代光刻机逐渐出现，它们的波长光源更短，实现的工艺制程也越先进。

二者分别对应KrF和ArF光源，均为DUV（深紫外光源），主要来源于准分子激光器。

但即便是小到65nm的工艺节点，仍然不能满足更先进制程的应用，因此DUV光刻又衍生出了浸没式步进扫描投影光刻机，是一种通过提高折射率叠加物镜数值孔径提升，从而向更小制程工艺延伸。

另外第五代EUV（极紫外光源）则是我们至今还未完全突破的最先进的光刻机。

其次，光刻机按有无掩膜版也可以分为有掩膜光刻和无掩膜/直写光刻，我们常见的用于晶圆制造的便是有掩膜光刻，即掩膜版图案是提前预制好的，适合大批量、标准化生产。

无掩膜光刻则省去掩模制作成本，通过数字微镜器件（DMD）实时投影图案，可以即时修改，成为目前泛半导体掩膜版制版以及光学、微机械元件制造的主流技术。

近年来，我国在无掩膜光刻机领域已取得显著突破，打破了国外技术垄断，为半导体设备国产化提供了重要支撑。

比如我国首台国产商业电子束光刻机“羲之”便是无掩膜光刻机。

而我国在有掩膜光刻机领域自然还处于国产化与快速突破进程中，以上海微电子、宇量昇、新凯来等企业为代表。

04-2光刻机应用配套

事实上，光刻工艺不仅涉及光刻机曝光印制电路图这一个环节，其前后还要经过涂胶（光刻胶）、显影（显影液）两大环节，才最终实现电路图的绘制。

因此，有关光刻机的应用配套还会涉及光刻胶、掩膜版、显影液等半导体材料，以及涂胶显影设备等，半导体材料和设备相辅相成。

04-3相关标的

①张江高科：通过子公司上海张江浩成创业投资有限公司投资持有上海微电子10.779%的股权。

②芯碁微装：国内直写光刻设备领军企业，主要用于PCB领域和泛半导体领域。

③彤程新材：公司krf光刻胶和arf光刻胶在国内技术水平都处于领先。

④路维光电：掩膜版制造领军企业，目前自研150nm/130nm节点产品已通过客户验证并小批量量产，并通过投资路芯半导体，布局先进节点90nm和40nm产品。

⑤盛美上海：半导体设备头部厂商之一，基于ArF工艺前道涂胶显影设备已于2024年底在中国一家头部客户端完成工艺验证。

05下游产业链

既然光刻机主要用于晶圆制造，那么其下游有关晶圆厂的扩张无疑是我们关注的重点。

作为全球第一大晶圆代工厂台积电曾表示如果依照大客户产品规划与成长预期，现有先进制程产能还差约三倍。

与此同时，台积电表示预计明年全球将同步有10座晶圆厂建置或者扩建，新一年资本支出有望达到500亿美元。

除此之外，我国晶圆制造环节虽然相对薄弱，但中芯国际、长江存储、合肥长鑫、士兰微等企业均在持续推进扩产，合计在建和计划产能相比于已建成产能预计也将增长近1倍。

从而全球晶圆厂的扩张有望持续带动光刻机等相关设备及材料的需求。

06发展趋势

总的来说，光刻机作为芯片制造最关键的设备之一，不仅有着较高的技术壁垒，而且对我国产业来说有着巨大的国产替代空间，未来随着相关技术的不断突破，我国光刻机产业有望迎来质的发展。

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