光刻機(jī)行業(yè)發(fā)展歷史歷程

光刻機(jī)最早的歷史要追溯到上世紀(jì)。1955年，貝爾實(shí)驗(yàn)室將制造印刷電路板的光刻技術(shù)應(yīng)用到矽片上。3年后，仙童半導(dǎo)體制造了第一臺(tái)“步進(jìn)重復(fù)”光刻照相機(jī)。20世紀(jì)60年代，GCA公司制造出第一臺(tái)接觸式光刻機(jī)。在此之后，尼康和佳能加入光刻機(jī)行業(yè)研究。隨后，尼康推出了第一臺(tái)步進(jìn)式光刻機(jī)。1984年ASML成立，并于21世紀(jì)初推出雙工件臺(tái)光刻機(jī)。2003年ASML推出浸沒式光刻機(jī)，至此ASML奠定光刻機(jī)統(tǒng)治地位。十年后，世界上第一臺(tái)EUN量產(chǎn)產(chǎn)品由ASML推出，其壟斷地位進(jìn)一步加強(qiáng)。

接觸光刻(1950年代)：最早的光刻技術(shù)，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(zhuǎn)移到襯底(如硅片)的方法。在接觸光刻機(jī)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(zhuǎn)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(dǎo)體制造工藝相關(guān)聯(lián)。由于光的衍射以及在不損壞掩?；蚓那闆r下進(jìn)行直接接觸的挑戰(zhàn)，它在實(shí)現(xiàn)精細(xì)分辨率方面存在局限性。

接近光刻機(jī)：接近光刻技術(shù)將圖案從光掩模轉(zhuǎn)移到硅片，掩模和襯底之間具有小間隙。在近距離光刻機(jī)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(yōu)勢，例如降低掩模和基板損壞的風(fēng)險(xiǎn)，以及與接觸式光刻相比能夠?qū)崿F(xiàn)更小的特征尺寸。這種方法在接觸光刻后不久出現(xiàn)，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(jìn)掃描光學(xué)光刻(1980年代至1990年代)：掃描投影光刻技術(shù)是一種高分辨率、高通量的工藝，該技術(shù)使用掃描過程，其中掩模和基板保持靜止，投影系統(tǒng)掃描基板上的圖案。掃描投影光刻機(jī)通過以步進(jìn)重復(fù)的方式掃描光掩模圖案在基板上進(jìn)行操作，其中基板逐漸移動(dòng)以暴露不同區(qū)域。

深紫外(DUV)光刻術(shù)(20世紀(jì)90年代至2010年代)：隨著對(duì)更小特征的需求，光刻術(shù)進(jìn)入了深紫外光譜，最初在248nm左右，然后逐漸發(fā)展到193nm等更短的波長。這些進(jìn)步允許更精細(xì)的細(xì)節(jié)，但需要復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)來處理更短的波長。2000年8月，阿斯麥爾的首臺(tái)TWINSCAN系統(tǒng)光刻機(jī)出貨，這是光刻機(jī)行業(yè)的一大進(jìn)步。此前的光刻機(jī)都只有一個(gè)工件臺(tái)，而阿斯麥爾創(chuàng)新為雙工件臺(tái)，在一個(gè)工件臺(tái)進(jìn)行12英寸晶圓曝光的同時(shí)，另外一個(gè)工件臺(tái)進(jìn)行曝光之前的預(yù)對(duì)準(zhǔn)工作，生產(chǎn)效率可驚人地提高大約35%。

浸沒式光刻：為了進(jìn)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(jī)廠商阿斯麥爾率先研制出浸沒式光刻機(jī)改進(jìn)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(shí)現(xiàn)比單次曝光更精細(xì)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(fù)雜的多重圖案化的情況下實(shí)現(xiàn)了更小的特征。依靠EUV光刻機(jī)，已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)7nm及以下更加精細(xì)制程。

全球光刻機(jī)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

一、全球光刻機(jī)市場規(guī)模

據(jù)SEMI發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2013-2022年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)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(dǎo)體設(shè)備規(guī)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(fèi)電子、PC等下游市場的繁榮和5G、Al、云計(jì)算等新應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，全球半導(dǎo)體需求持續(xù)增長，進(jìn)而推動(dòng)了半導(dǎo)體廠商的資本開支進(jìn)入上升周期，半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模也隨之提升。2022年全球光刻機(jī)市場規(guī)模約為258億美元。2023年全球光刻機(jī)市場規(guī)模約為272億美元。

二、全球光刻機(jī)出貨量

半導(dǎo)體光刻機(jī)市場呈現(xiàn)強(qiáng)壟斷性特征，ASML、Nikon、Canon是全球半導(dǎo)體光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)三大龍頭，占據(jù)絕大部分市場份額，根據(jù)各公司官網(wǎng)數(shù)據(jù)，2023年ASML、Nikon、Canon半導(dǎo)體用光刻機(jī)銷售量分別為449臺(tái)、45臺(tái)、187臺(tái)，合計(jì)681臺(tái)。

三、光刻機(jī)出貨量結(jié)構(gòu)

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

下游應(yīng)用市場--全球半導(dǎo)體行業(yè)市場現(xiàn)狀

半導(dǎo)體是現(xiàn)代科技的核心，它們在各種電子設(shè)備中起著至關(guān)重要的作用。然而，2023 年對(duì)于全球半導(dǎo)體行業(yè)來說是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇的一年。根據(jù)美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)(SIA)的報(bào)告，該行業(yè)在 2023 年經(jīng)歷了一波三折的發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)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(qiáng)勁的復(fù)蘇勢頭和對(duì)未來的樂觀預(yù)期。

2023 年上半年：庫存調(diào)整導(dǎo)致銷售低迷

2023 年上半年，全球半導(dǎo)體市場受到了多重因素的影響，導(dǎo)致銷售額出現(xiàn)了明顯的下滑。其中最主要的原因是客戶端個(gè)人電腦、消費(fèi)電子和服務(wù)器行業(yè)的庫存修正。這些行業(yè)在 2022 年受到了新冠疫情的刺激，導(dǎo)致了對(duì)芯片的過度采購，而在 2023 年則出現(xiàn)了需求的回落，使得這些行業(yè)的庫存水平超過了正常水平。為了消化庫存，這些行業(yè)減少了對(duì)芯片的新訂單，從而影響了半導(dǎo)體行業(yè)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(mào)易摩擦、全球芯片制造能力的短缺、以及部分地區(qū)的自然災(zāi)害等。這些因素都給半導(dǎo)體行業(yè)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(dòng)銷售反彈

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

根據(jù) SIA 的數(shù)據(jù)，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(dǎo)體行業(yè)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(dá)到了 486 億美元，比 11 月份增長了 1.5%。這些數(shù)據(jù)表明，半導(dǎo)體行業(yè)在 2023 年下半年已經(jīng)走出了低谷，進(jìn)入了一個(gè)新的增長周期。

2023 年各產(chǎn)品類別的表現(xiàn)：邏輯產(chǎn)品領(lǐng)跑，存儲(chǔ)器下滑，MCU 和汽車 IC 增長

在 2023 年的半導(dǎo)體市場中，不同的產(chǎn)品類別表現(xiàn)出了不同的趨勢。其中，邏輯產(chǎn)品(CPU、GPU、FPGA 和處理數(shù)據(jù)的類似設(shè)備)以 1785 億美元的銷售額遙遙領(lǐng)先，成為該行業(yè)最大的細(xì)分市場，其銷售額超過了其他三個(gè)細(xì)分市場的總和。邏輯產(chǎn)品的銷售額在 2023 年基本保持穩(wěn)定，受益于云計(jì)算、人工智能、游戲和移動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域的持續(xù)需求。

相反，存儲(chǔ)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(gè)銷售額同比下降的產(chǎn)品類別。這主要是因?yàn)?3D NAND 和 DRAM 的價(jià)格在 2023 年上半年出現(xiàn)了大幅下跌，導(dǎo)致存儲(chǔ)器的收入受到了嚴(yán)重的影響。不過，隨著下半年需求的回升，存儲(chǔ)器的價(jià)格也有所回升，使得存儲(chǔ)器的銷售額在下半年有所恢復(fù)。

與此同時(shí)，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(dá)到 279 億美元，汽車集成電路的銷售額則創(chuàng)下 422 億美元的新高。這兩個(gè)產(chǎn)品類別的銷售額增長主要得益于汽車和各種智能設(shè)備制造商對(duì)芯片的需求增長迅速，因?yàn)檫@些行業(yè)現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都要使用更多的半導(dǎo)體。特別是汽車集成電路，由于汽車行業(yè)的電氣化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化的趨勢，對(duì)于各種傳感器、控制器、通信和導(dǎo)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(shí)現(xiàn)了突破性的增長。

2023 年各地區(qū)的表現(xiàn)：歐洲增長，其他地區(qū)下降

在全球范圍內(nèi)，半導(dǎo)體行業(yè)的銷售額在不同的地區(qū)也有所差異。根據(jù) SIA 的數(shù)據(jù)，歐洲是唯一一個(gè)銷售額增長的地區(qū)，增長了 4%。這主要是因?yàn)闅W洲的汽車和工業(yè)行業(yè)的需求較為強(qiáng)勁，以及歐洲的半導(dǎo)體制造商在 5G、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等領(lǐng)域的投資較為積極。

其他地區(qū)的表現(xiàn)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(dá)到 14%。這些地區(qū)的銷售額下降的原因有多種，包括庫存調(diào)整、貿(mào)易摩擦、匯率波動(dòng)、市場競爭等。其中，中國的銷售額下降最為明顯，主要是因?yàn)橹袊南M(fèi)電子和通信行業(yè)的需求減弱，以及中國的半導(dǎo)體制造能力受到了美國的制裁和限制。

光刻機(jī)行業(yè)競爭情況

一、光刻機(jī)行業(yè)競爭現(xiàn)狀

全球半導(dǎo)體前道光刻機(jī)長期由ASML、佳能和尼康三家公司壟斷，三家公司占據(jù)市場份額達(dá)99%，其中ASML市場份額常年達(dá)60%以上，呈現(xiàn)市場壟斷地位全球高端光刻機(jī)市場呈現(xiàn)兩極分化，ASML完全壟斷超高端光刻機(jī)領(lǐng)域。佳能完全退出高端市場，并憑借價(jià)格優(yōu)勢占據(jù)中低端市場主動(dòng)地位。

二、代表性企業(yè)【ASML 、佳能、尼康】

ASML是全球最先進(jìn)的光刻機(jī)廠商，自1984年成立以來，經(jīng)過40年的發(fā)展，目前已成長為全球領(lǐng)先的光刻機(jī)龍頭。ASML發(fā)展歷程中的重要節(jié)點(diǎn)總結(jié)如下：1)1990年左右，推出突破性平臺(tái)PAS5500，為ASML帶來盈利所需的關(guān)鍵客戶;2)2001年，推出TWINSCAN系統(tǒng)，生產(chǎn)效率大幅提升;3)2003年，推出第一臺(tái)浸沒式光刻機(jī)TWINSCAN AT1150i;4)2010年，交付第一臺(tái)EUV設(shè)備(NXE：3100);5)2023年，交付第一臺(tái)High-NA EUV設(shè)備。

作為全球最頂尖的光刻機(jī)廠商，ASML擁有DUV&EUV、干式&浸沒式等全系列光刻設(shè)備，執(zhí)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)之牛耳，很大程度上影響全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，其光刻技術(shù)及產(chǎn)品均處于全球領(lǐng)先地位。ASML在浸沒式光刻機(jī)領(lǐng)域全球領(lǐng)先，NXT：2100i設(shè)備分辨率為38nm,產(chǎn)率為295wph;此外，ASML在EUV光刻機(jī)領(lǐng)域是絕對(duì)的壟斷者，全球僅ASML一家公司實(shí)現(xiàn)了EUV設(shè)備的批量交付，其NXE：3600DEUV設(shè)備分辨率達(dá)到13nm，且最新的High-NAEUV設(shè)備也已交付客戶。

伴隨全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，近年ASM在收入、利潤方面總體呈現(xiàn)穩(wěn)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(jī)出貨量來看，2018-2023年ASML光刻機(jī)(含i-line、KrF、ArF、ArFi、EUV)銷售量從224臺(tái)增長到449臺(tái)，其中，最高端的EUV光刻機(jī)從18臺(tái)增長到53臺(tái)，增速較快，牢牢占據(jù)高端光刻市場。

光刻設(shè)備是一項(xiàng)巨大的精密系統(tǒng)工程，需要全球頂尖的產(chǎn)業(yè)鏈資源協(xié)同完成，共同構(gòu)成完整的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。ASML重視產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)，通過多種方式與上下游產(chǎn)業(yè)鏈公司建立了密切關(guān)系，為其在光刻設(shè)備領(lǐng)域取得巨大成功奠定了基礎(chǔ)。1986年ASML與光學(xué)鏡頭龍頭蔡司建立了合作伙伴關(guān)系，2001年收購硅谷光刻集團(tuán)，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(guān)系密切，于2012年獲得Intel、臺(tái)積電、三星的投資，作為其CCIP項(xiàng)目的一部分共同推動(dòng)EUV設(shè)備的開發(fā)。

2024年ASML將無法取得對(duì)中國市場的出口許可，影響包括高端浸沒式光刻設(shè)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(shè)備，ASM預(yù)計(jì)受到影響的范圍大約占2023年中國系統(tǒng)收入的10%-15%。此外，公司認(rèn)為，中國市場的中低端產(chǎn)品和成熟制程的需求較為穩(wěn)定。

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

Canon在光刻機(jī)領(lǐng)域切入時(shí)間較早，1970年便發(fā)售了日本首臺(tái)半導(dǎo)體光刻機(jī)PPC-1，至今已有50余年，1975年Canon發(fā)售的FPA-141F光刻機(jī)在世界上首次實(shí)現(xiàn)了1um以下的曝光，在光刻機(jī)的發(fā)展歷程中發(fā)揮了舉足輕重的作用。目前，Canon的光刻機(jī)陣容包括i-line光刻機(jī)和KrF光刻機(jī)產(chǎn)品線，主要針對(duì)中低端市場，其FPA-6300ES6a型號(hào)可實(shí)現(xiàn)≤90nm分辨率;根據(jù)公司官網(wǎng)，2023年Canon光刻機(jī)銷售總量為187臺(tái)，其中i-line光刻機(jī)銷售131臺(tái)，KrF光刻機(jī)銷售56臺(tái)。