全球光刻机行业发展现状

光刻机行业发展历史历程

光刻机最早的历史要追溯到上世纪。1955年，贝尔实验室将制造印刷电路板的光刻技术应用到矽片上。3年后，仙童半导体制造了第一台“步进重复”光刻照相机。20世纪60年代，GCA公司制造出第一台接触式光刻机。在此之后，尼康和佳能加入光刻机行业研究。随后，尼康推出了第一台步进式光刻机。1984年ASML成立，并于21世纪初推出双工件台光刻机。2003年ASML推出浸没式光刻机，至此ASML奠定光刻机统治地位。十年后，世界上第一台EUN量产产品由ASML推出，其垄断地位进一步加强。

接触光刻(1950年代)：最早的光刻技术，它是一种通过直接物理接触将图案从光掩模(具有所需图案的掩模)转移到衬底(如硅片)的方法。在接触光刻机中，光掩膜和承印物彼此直接物理接触。掩模直接放在基板的顶部，紫外线通过掩模照射，将图案转移到基板上。该工艺通常用于较小特征的图案，并且通常与较旧的半导体制造工艺相关联。由于光的衍射以及在不损坏掩模或晶片的情况下进行直接接触的挑战，它在实现精细分辨率方面存在局限性。

接近光刻机：接近光刻技术将图案从光掩模转移到硅片，掩模和衬底之间具有小间隙。在近距离光刻机中，光掩膜靠近基板而不是直接接触基板。与接触式光刻相比，邻近光刻具有一些优势，例如降低掩模和基板损坏的风险，以及与接触式光刻相比能够实现更小的特征尺寸。这种方法在接触光刻后不久出现，增加了掩模和晶片之间的距离以防止损坏，但面临类似的分辨率限制。

步进扫描光学光刻(1980年代至1990年代)：扫描投影光刻技术是一种高分辨率、高通量的工艺，该技术使用扫描过程，其中掩模和基板保持静止，投影系统扫描基板上的图案。扫描投影光刻机通过以步进重复的方式扫描光掩模图案在基板上进行操作，其中基板逐渐移动以暴露不同区域。

深紫外(DUV)光刻术(20世纪90年代至2010年代)：随着对更小特征的需求，光刻术进入了深紫外光谱，最初在248nm左右，然后逐渐发展到193nm等更短的波长。这些进步允许更精细的细节，但需要复杂的光学系统来处理更短的波长。2000年8月，阿斯麦尔的首台TWINSCAN系统光刻机出货，这是光刻机行业的一大进步。此前的光刻机都只有一个工件台，而阿斯麦尔创新为双工件台，在一个工件台进行12英寸晶圆曝光的同时，另外一个工件台进行曝光之前的预对准工作，生产效率可惊人地提高大约35%。

浸没式光刻：为了进一步提高分辨率，引入了浸没式光刻。在透镜和晶片之间使用液体(通常是水)代替空气，从而可以有效地使用更短的波长。2004年，光刻机厂商阿斯麦尔率先研制出浸没式光刻机改进成熟并顺利投入使用。双重图案化和多重图案化：作为一种突破分辨率限制的解决方案，这些方法包括将图案分割为多次曝光，以实现比单次曝光更精细的特征。

极紫外(EUV)光刻(2010年代至今)：EUV光刻利用了约13.5nm的极短波长，在不依赖复杂的多重图案化的情况下实现了更小的特征。依靠EUV光刻机，已经能实现7nm及以下更加精细制程。

全球光刻机行业发展现状

一、全球光刻机市场规模

据SEMI发布的数据显示，2013-2022年全球半导体设备市场规模由318亿美元增长至1074亿美元，CAGR为14.5%;同期中国大陆半导体设备规模由34亿美元增长至283亿美元，CAGR为26.5%，显著高于全球水平。随着消费电子、PC等下游市场的繁荣和5G、Al、云计算等新应用领域的拓展，全球半导体需求持续增长，进而推动了半导体厂商的资本开支进入上升周期，半导体设备市场规模也随之提升。2022年全球光刻机市场规模约为258亿美元。2023年全球光刻机市场规模约为272亿美元。

二、全球光刻机出货量

半导体光刻机市场呈现强垄断性特征，ASML、Nikon、Canon是全球半导体光刻机产业三大龙头，占据绝大部分市场份额，根据各公司官网数据，2023年ASML、Nikon、Canon半导体用光刻机销售量分别为449台、45台、187台，合计681台。

三、光刻机出货量结构

按技术别划分，目前半导体光刻机市场主要由i-line、KrF、ArFdry、ArFi、EUV组成，ASML在EUV领域处于绝对垄断地位，2023年销售53台，在ArFi、ArF、KrF领域占据主导地位，2023年分别销售125台、32台、184台;Nikon2023年除EUV之外的均有销售，高端ArFi销售9台，仅次于ASML;Canon则聚焦中低端领域，2023年i-line销售131台，市占率第一。

下游应用市场--全球半导体行业市场现状

半导体是现代科技的核心，它们在各种电子设备中起着至关重要的作用。然而，2023 年对于全球半导体行业来说是一个充满挑战和机遇的一年。根据美国半导体行业协会(SIA)的报告，该行业在 2023 年经历了一波三折的发展，最终实现了 5,268 亿美元的销售额，虽然比 2022 年的历史最高值 5741 亿美元下降了 8.2%，但也显示出了强劲的复苏势头和对未来的乐观预期。

2023 年上半年：库存调整导致销售低迷

2023 年上半年，全球半导体市场受到了多重因素的影响，导致销售额出现了明显的下滑。其中最主要的原因是客户端个人电脑、消费电子和服务器行业的库存修正。这些行业在 2022 年受到了新冠疫情的刺激，导致了对芯片的过度采购，而在 2023 年则出现了需求的回落，使得这些行业的库存水平超过了正常水平。为了消化库存，这些行业减少了对芯片的新订单，从而影响了半导体行业的销售额。

此外，2023 年上半年还受到了其他一些不利因素的影响，例如美国和中国之间的贸易摩擦、全球芯片制造能力的短缺、以及部分地区的自然灾害等。这些因素都给半导体行业带来了一定的不确定性和压力，使得市场的信心受到了一定的打击。

2023 年下半年：需求回暖带动销售反弹

尽管 2023 年上半年的表现不尽如人意，但半导体行业在下半年却迎来了强劲的反弹，显示出了半导体市场的韧性和活力。这主要得益于两个方面的因素：一是客户端行业的库存调整基本完成，需求开始恢复;二是汽车和智能设备等新兴行业的需求增长迅速，推动了芯片的出货量。

根据 SIA 的数据，2023 年第四季度的芯片销售额跃升至 1460 亿美元，与 2022 年第四季度相比增长了 11.6%，比 2023 年第三季度增长了 8.4%。这是半导体行业自 2019 年第四季度以来的最高季度销售额。同样，2023 年 12 月份的销售额也达到了 486 亿美元，比 11 月份增长了 1.5%。这些数据表明，半导体行业在 2023 年下半年已经走出了低谷，进入了一个新的增长周期。

2023 年各产品类别的表现：逻辑产品领跑，存储器下滑，MCU 和汽车 IC 增长

在 2023 年的半导体市场中，不同的产品类别表现出了不同的趋势。其中，逻辑产品(CPU、GPU、FPGA 和处理数据的类似设备)以 1785 亿美元的销售额遥遥领先，成为该行业最大的细分市场，其销售额超过了其他三个细分市场的总和。逻辑产品的销售额在 2023 年基本保持稳定，受益于云计算、人工智能、游戏和移动设备等领域的持续需求。

相反，存储器(主要包括 3D NAND 和 DRAM)以 923 亿美元的收入紧随其后，但却是唯一一个销售额同比下降的产品类别。这主要是因为 3D NAND 和 DRAM 的价格在 2023 年上半年出现了大幅下跌，导致存储器的收入受到了严重的影响。不过，随着下半年需求的回升，存储器的价格也有所回升，使得存储器的销售额在下半年有所恢复。

与此同时，微控制器(MCU)和汽车集成电路(IC)的销售额分别同比增长 11.4% 和 23.7%，其中 MCU 的销售额达到 279 亿美元，汽车集成电路的销售额则创下 422 亿美元的新高。这两个产品类别的销售额增长主要得益于汽车和各种智能设备制造商对芯片的需求增长迅速，因为这些行业现在比以往任何时候都要使用更多的半导体。特别是汽车集成电路，由于汽车行业的电气化、智能化和网联化的趋势，对于各种传感器、控制器、通信和导航等芯片的需求大幅增加，使得汽车集成电路的销售额在 2023 年实现了突破性的增长。

2023 年各地区的表现：欧洲增长，其他地区下降

在全球范围内，半导体行业的销售额在不同的地区也有所差异。根据 SIA 的数据，欧洲是唯一一个销售额增长的地区，增长了 4%。这主要是因为欧洲的汽车和工业行业的需求较为强劲，以及欧洲的半导体制造商在 5G、物联网和人工智能等领域的投资较为积极。

其他地区的表现则不尽如人意：美洲的芯片销售额下降了 5.2%，日本下降了 3.1%，而中国的降幅最大，达到 14%。这些地区的销售额下降的原因有多种，包括库存调整、贸易摩擦、汇率波动、市场竞争等。其中，中国的销售额下降最为明显，主要是因为中国的消费电子和通信行业的需求减弱，以及中国的半导体制造能力受到了美国的制裁和限制。

光刻机行业竞争情况

一、光刻机行业竞争现状

全球半导体前道光刻机长期由ASML、佳能和尼康三家公司垄断，三家公司占据市场份额达99%，其中ASML市场份额常年达60%以上，呈现市场垄断地位全球高端光刻机市场呈现两极分化，ASML完全垄断超高端光刻机领域。佳能完全退出高端市场，并凭借价格优势占据中低端市场主动地位。

二、代表性企业【ASML 、佳能、尼康】

ASML是全球最先进的光刻机厂商，自1984年成立以来，经过40年的发展，目前已成长为全球领先的光刻机龙头。ASML发展历程中的重要节点总结如下：1)1990年左右，推出突破性平台PAS5500，为ASML带来盈利所需的关键客户;2)2001年，推出TWINSCAN系统，生产效率大幅提升;3)2003年，推出第一台浸没式光刻机TWINSCAN AT1150i;4)2010年，交付第一台EUV设备(NXE：3100);5)2023年，交付第一台High-NA EUV设备。

作为全球最顶尖的光刻机厂商，ASML拥有DUV&EUV、干式&浸没式等全系列光刻设备，执全球半导体产业之牛耳，很大程度上影响全球半导体产业的进步，其光刻技术及产品均处于全球领先地位。ASML在浸没式光刻机领域全球领先，NXT：2100i设备分辨率为38nm,产率为295wph;此外，ASML在EUV光刻机领域是绝对的垄断者，全球仅ASML一家公司实现了EUV设备的批量交付，其NXE：3600DEUV设备分辨率达到13nm，且最新的High-NAEUV设备也已交付客户。

伴随全球半导体产业的快速发展，近年ASM在收入、利润方面总体呈现稳定增长的趋势：2018-2023年，公司收入从109.44亿欧元增长到275.59亿欧元，期间CAGR为20.29%，归母净利润从25.92亿欧元增长到78.39亿欧元，期间CAGR为24.78%。从光刻机出货量来看，2018-2023年ASML光刻机(含i-line、KrF、ArF、ArFi、EUV)销售量从224台增长到449台，其中，最高端的EUV光刻机从18台增长到53台，增速较快，牢牢占据高端光刻市场。

光刻设备是一项巨大的精密系统工程，需要全球顶尖的产业链资源协同完成，共同构成完整的产业链生态。ASML重视产业生态建设，通过多种方式与上下游产业链公司建立了密切关系，为其在光刻设备领域取得巨大成功奠定了基础。1986年ASML与光学镜头龙头蔡司建立了合作伙伴关系，2001年收购硅谷光刻集团，2013年收购激光光源龙头Cymer，2016年收购HMl，2018年收购Mapper;此外，ASML与下游芯片代工巨头关系密切，于2012年获得Intel、台积电、三星的投资，作为其CCIP项目的一部分共同推动EUV设备的开发。

2024年ASML将无法取得对中国市场的出口许可，影响包括高端浸没式光刻设备(2000i及以上)的出口，且部分中国Fab厂无法获得1970i以及1980i浸没式光刻设备，ASM预计受到影响的范围大约占2023年中国系统收入的10%-15%。此外，公司认为，中国市场的中低端产品和成熟制程的需求较为稳定。

Nikon是全球三大光刻设备厂商之一，在i-line、KrF、ArF光刻机方面有较为全面的布局，其中，Nikon在高端浸没式ArF光刻机方面仅次于ASML，分辨率可达≤38nm，颇具市场竞争力。从市场表现来看，根据公司官网信息，2023年公司光刻机销售总量为45台，其中，浸没式ArF光刻机销售量为9台，仅次于ASML，干式ArF光刻机销售量为10台，KrF、i-line光刻机销售量分别为2台、24台。

Canon在光刻机领域切入时间较早，1970年便发售了日本首台半导体光刻机PPC-1，至今已有50余年，1975年Canon发售的FPA-141F光刻机在世界上首次实现了1um以下的曝光，在光刻机的发展历程中发挥了举足轻重的作用。目前，Canon的光刻机阵容包括i-line光刻机和KrF光刻机产品线，主要针对中低端市场，其FPA-6300ES6a型号可实现≤90nm分辨率;根据公司官网，2023年Canon光刻机销售总量为187台，其中i-line光刻机销售131台，KrF光刻机销售56台。