全球光刻機行業發展現狀

光刻機行業發展歷史歷程

光刻機最早的歷史要追溯到上世紀。1955年，貝爾實驗室將制造印刷電路板的光刻技術應用到矽片上。3年后，仙童半導體制造了第一臺“步進重復”光刻照相機。20世紀60年代，GCA公司制造出第一臺接觸式光刻機。在此之后，尼康和佳能加入光刻機行業研究。隨后，尼康推出了第一臺步進式光刻機。1984年ASML成立，并于21世紀初推出雙工件臺光刻機。2003年ASML推出浸沒式光刻機，至此ASML奠定光刻機統治地位。十年后，世界上第一臺EUN量產產品由ASML推出，其壟斷地位進一步加強。

接觸光刻(1950年代)：最早的光刻技術，它是一種通過直接物理接觸將圖案從光掩模(具有所需圖案的掩模)轉移到襯底(如硅片)的方法。在接觸光刻機中，光掩膜和承印物彼此直接物理接觸。掩模直接放在基板的頂部，紫外線通過掩模照射，將圖案轉移到基板上。該工藝通常用于較小特征的圖案，并且通常與較舊的半導體制造工藝相關聯。由于光的衍射以及在不損壞掩模或晶片的情況下進行直接接觸的挑戰，它在實現精細分辨率方面存在局限性。

接近光刻機：接近光刻技術將圖案從光掩模轉移到硅片，掩模和襯底之間具有小間隙。在近距離光刻機中，光掩膜靠近基板而不是直接接觸基板。與接觸式光刻相比，鄰近光刻具有一些優勢，例如降低掩模和基板損壞的風險，以及與接觸式光刻相比能夠實現更小的特征尺寸。這種方法在接觸光刻后不久出現，增加了掩模和晶片之間的距離以防止損壞，但面臨類似的分辨率限制。

步進掃描光學光刻(1980年代至1990年代)：掃描投影光刻技術是一種高分辨率、高通量的工藝，該技術使用掃描過程，其中掩模和基板保持靜止，投影系統掃描基板上的圖案。掃描投影光刻機通過以步進重復的方式掃描光掩模圖案在基板上進行操作，其中基板逐漸移動以暴露不同區域。

深紫外(DUV)光刻術(20世紀90年代至2010年代)：隨著對更小特征的需求，光刻術進入了深紫外光譜，最初在248nm左右，然后逐漸發展到193nm等更短的波長。這些進步允許更精細的細節，但需要復雜的光學系統來處理更短的波長。2000年8月，阿斯麥爾的首臺TWINSCAN系統光刻機出貨，這是光刻機行業的一大進步。此前的光刻機都只有一個工件臺，而阿斯麥爾創新為雙工件臺，在一個工件臺進行12英寸晶圓曝光的同時，另外一個工件臺進行曝光之前的預對準工作，生產效率可驚人地提高大約35%。

浸沒式光刻：為了進一步提高分辨率，引入了浸沒式光刻。在透鏡和晶片之間使用液體(通常是水)代替空氣，從而可以有效地使用更短的波長。2004年，光刻機廠商阿斯麥爾率先研制出浸沒式光刻機改進成熟并順利投入使用。雙重圖案化和多重圖案化：作為一種突破分辨率限制的解決方案，這些方法包括將圖案分割為多次曝光，以實現比單次曝光更精細的特征。

極紫外(EUV)光刻(2010年代至今)：EUV光刻利用了約13.5nm的極短波長，在不依賴復雜的多重圖案化的情況下實現了更小的特征。依靠EUV光刻機，已經能實現7nm及以下更加精細制程。

全球光刻機行業發展現狀

一、全球光刻機市場規模

據SEMI發布的數據顯示，2013-2022年全球半導體設備市場規模由318億美元增長至1074億美元，CAGR為14.5%;同期中國大陸半導體設備規模由34億美元增長至283億美元，CAGR為26.5%，顯著高于全球水平。隨著消費電子、PC等下游市場的繁榮和5G、Al、云計算等新應用領域的拓展，全球半導體需求持續增長，進而推動了半導體廠商的資本開支進入上升周期，半導體設備市場規模也隨之提升。2022年全球光刻機市場規模約為258億美元。2023年全球光刻機市場規模約為272億美元。

二、全球光刻機出貨量

半導體光刻機市場呈現強壟斷性特征，ASML、Nikon、Canon是全球半導體光刻機產業三大龍頭，占據絕大部分市場份額，根據各公司官網數據，2023年ASML、Nikon、Canon半導體用光刻機銷售量分別為449臺、45臺、187臺，合計681臺。

三、光刻機出貨量結構

按技術別劃分，目前半導體光刻機市場主要由i-line、KrF、ArFdry、ArFi、EUV組成，ASML在EUV領域處于絕對壟斷地位，2023年銷售53臺，在ArFi、ArF、KrF領域占據主導地位，2023年分別銷售125臺、32臺、184臺;Nikon2023年除EUV之外的均有銷售，高端ArFi銷售9臺，僅次于ASML;Canon則聚焦中低端領域，2023年i-line銷售131臺，市占率第一。

下游應用市場--全球半導體行業市場現狀

半導體是現代科技的核心，它們在各種電子設備中起著至關重要的作用。然而，2023 年對于全球半導體行業來說是一個充滿挑戰和機遇的一年。根據美國半導體行業協會(SIA)的報告，該行業在 2023 年經歷了一波三折的發展，最終實現了 5,268 億美元的銷售額，雖然比 2022 年的歷史最高值 5741 億美元下降了 8.2%，但也顯示出了強勁的復蘇勢頭和對未來的樂觀預期。

2023 年上半年：庫存調整導致銷售低迷

2023 年上半年，全球半導體市場受到了多重因素的影響，導致銷售額出現了明顯的下滑。其中最主要的原因是客戶端個人電腦、消費電子和服務器行業的庫存修正。這些行業在 2022 年受到了新冠疫情的刺激，導致了對芯片的過度采購，而在 2023 年則出現了需求的回落，使得這些行業的庫存水平超過了正常水平。為了消化庫存，這些行業減少了對芯片的新訂單，從而影響了半導體行業的銷售額。

此外，2023 年上半年還受到了其他一些不利因素的影響，例如美國和中國之間的貿易摩擦、全球芯片制造能力的短缺、以及部分地區的自然災害等。這些因素都給半導體行業帶來了一定的不確定性和壓力，使得市場的信心受到了一定的打擊。

2023 年下半年：需求回暖帶動銷售反彈

盡管 2023 年上半年的表現不盡如人意，但半導體行業在下半年卻迎來了強勁的反彈，顯示出了半導體市場的韌性和活力。這主要得益于兩個方面的因素：一是客戶端行業的庫存調整基本完成，需求開始恢復;二是汽車和智能設備等新興行業的需求增長迅速，推動了芯片的出貨量。

根據 SIA 的數據，2023 年第四季度的芯片銷售額躍升至 1460 億美元，與 2022 年第四季度相比增長了 11.6%，比 2023 年第三季度增長了 8.4%。這是半導體行業自 2019 年第四季度以來的最高季度銷售額。同樣，2023 年 12 月份的銷售額也達到了 486 億美元，比 11 月份增長了 1.5%。這些數據表明，半導體行業在 2023 年下半年已經走出了低谷，進入了一個新的增長周期。

2023 年各產品類別的表現：邏輯產品領跑，存儲器下滑，MCU 和汽車 IC 增長

在 2023 年的半導體市場中，不同的產品類別表現出了不同的趨勢。其中，邏輯產品(CPU、GPU、FPGA 和處理數據的類似設備)以 1785 億美元的銷售額遙遙領先，成為該行業最大的細分市場，其銷售額超過了其他三個細分市場的總和。邏輯產品的銷售額在 2023 年基本保持穩定，受益于云計算、人工智能、游戲和移動設備等領域的持續需求。

相反，存儲器(主要包括 3D NAND 和 DRAM)以 923 億美元的收入緊隨其后，但卻是唯一一個銷售額同比下降的產品類別。這主要是因為 3D NAND 和 DRAM 的價格在 2023 年上半年出現了大幅下跌，導致存儲器的收入受到了嚴重的影響。不過，隨著下半年需求的回升，存儲器的價格也有所回升，使得存儲器的銷售額在下半年有所恢復。

與此同時，微控制器(MCU)和汽車集成電路(IC)的銷售額分別同比增長 11.4% 和 23.7%，其中 MCU 的銷售額達到 279 億美元，汽車集成電路的銷售額則創下 422 億美元的新高。這兩個產品類別的銷售額增長主要得益于汽車和各種智能設備制造商對芯片的需求增長迅速，因為這些行業現在比以往任何時候都要使用更多的半導體。特別是汽車集成電路，由于汽車行業的電氣化、智能化和網聯化的趨勢，對于各種傳感器、控制器、通信和導航等芯片的需求大幅增加，使得汽車集成電路的銷售額在 2023 年實現了突破性的增長。

2023 年各地區的表現：歐洲增長，其他地區下降

在全球范圍內，半導體行業的銷售額在不同的地區也有所差異。根據 SIA 的數據，歐洲是唯一一個銷售額增長的地區，增長了 4%。這主要是因為歐洲的汽車和工業行業的需求較為強勁，以及歐洲的半導體制造商在 5G、物聯網和人工智能等領域的投資較為積極。

其他地區的表現則不盡如人意：美洲的芯片銷售額下降了 5.2%，日本下降了 3.1%，而中國的降幅最大，達到 14%。這些地區的銷售額下降的原因有多種，包括庫存調整、貿易摩擦、匯率波動、市場競爭等。其中，中國的銷售額下降最為明顯，主要是因為中國的消費電子和通信行業的需求減弱，以及中國的半導體制造能力受到了美國的制裁和限制。

光刻機行業競爭情況

一、光刻機行業競爭現狀

全球半導體前道光刻機長期由ASML、佳能和尼康三家公司壟斷，三家公司占據市場份額達99%，其中ASML市場份額常年達60%以上，呈現市場壟斷地位全球高端光刻機市場呈現兩極分化，ASML完全壟斷超高端光刻機領域。佳能完全退出高端市場，并憑借價格優勢占據中低端市場主動地位。

二、代表性企業【ASML 、佳能、尼康】

ASML是全球最先進的光刻機廠商，自1984年成立以來，經過40年的發展，目前已成長為全球領先的光刻機龍頭。ASML發展歷程中的重要節點總結如下：1)1990年左右，推出突破性平臺PAS5500，為ASML帶來盈利所需的關鍵客戶;2)2001年，推出TWINSCAN系統，生產效率大幅提升;3)2003年，推出第一臺浸沒式光刻機TWINSCAN AT1150i;4)2010年，交付第一臺EUV設備(NXE：3100);5)2023年，交付第一臺High-NA EUV設備。

作為全球最頂尖的光刻機廠商，ASML擁有DUV&EUV、干式&浸沒式等全系列光刻設備，執全球半導體產業之牛耳，很大程度上影響全球半導體產業的進步，其光刻技術及產品均處于全球領先地位。ASML在浸沒式光刻機領域全球領先，NXT：2100i設備分辨率為38nm,產率為295wph;此外，ASML在EUV光刻機領域是絕對的壟斷者，全球僅ASML一家公司實現了EUV設備的批量交付，其NXE：3600DEUV設備分辨率達到13nm，且最新的High-NAEUV設備也已交付客戶。

伴隨全球半導體產業的快速發展，近年ASM在收入、利潤方面總體呈現穩定增長的趨勢：2018-2023年，公司收入從109.44億歐元增長到275.59億歐元，期間CAGR為20.29%，歸母凈利潤從25.92億歐元增長到78.39億歐元，期間CAGR為24.78%。從光刻機出貨量來看，2018-2023年ASML光刻機(含i-line、KrF、ArF、ArFi、EUV)銷售量從224臺增長到449臺，其中，最高端的EUV光刻機從18臺增長到53臺，增速較快，牢牢占據高端光刻市場。

光刻設備是一項巨大的精密系統工程，需要全球頂尖的產業鏈資源協同完成，共同構成完整的產業鏈生態。ASML重視產業生態建設，通過多種方式與上下游產業鏈公司建立了密切關系，為其在光刻設備領域取得巨大成功奠定了基礎。1986年ASML與光學鏡頭龍頭蔡司建立了合作伙伴關系，2001年收購硅谷光刻集團，2013年收購激光光源龍頭Cymer，2016年收購HMl，2018年收購Mapper;此外，ASML與下游芯片代工巨頭關系密切，于2012年獲得Intel、臺積電、三星的投資，作為其CCIP項目的一部分共同推動EUV設備的開發。

2024年ASML將無法取得對中國市場的出口許可，影響包括高端浸沒式光刻設備(2000i及以上)的出口，且部分中國Fab廠無法獲得1970i以及1980i浸沒式光刻設備，ASM預計受到影響的范圍大約占2023年中國系統收入的10%-15%。此外，公司認為，中國市場的中低端產品和成熟制程的需求較為穩定。

Nikon是全球三大光刻設備廠商之一，在i-line、KrF、ArF光刻機方面有較為全面的布局，其中，Nikon在高端浸沒式ArF光刻機方面僅次于ASML，分辨率可達≤38nm，頗具市場競爭力。從市場表現來看，根據公司官網信息，2023年公司光刻機銷售總量為45臺，其中，浸沒式ArF光刻機銷售量為9臺，僅次于ASML，干式ArF光刻機銷售量為10臺，KrF、i-line光刻機銷售量分別為2臺、24臺。

Canon在光刻機領域切入時間較早，1970年便發售了日本首臺半導體光刻機PPC-1，至今已有50余年，1975年Canon發售的FPA-141F光刻機在世界上首次實現了1um以下的曝光，在光刻機的發展歷程中發揮了舉足輕重的作用。目前，Canon的光刻機陣容包括i-line光刻機和KrF光刻機產品線，主要針對中低端市場，其FPA-6300ES6a型號可實現≤90nm分辨率;根據公司官網，2023年Canon光刻機銷售總量為187臺，其中i-line光刻機銷售131臺，KrF光刻機銷售56臺。