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区别于晶圆制造其他工艺，光刻机组件及配套设施复杂，形成自身产业链概念，需由多家企业配合完成。随着制程精度提升，光刻机复杂程度提高，贯通光刻产业链成为 ASML 垄断光刻市场的关键。国内集成电路产业起步较晚，目前与国外技术差距巨大，正在逐步实现突破。
01 光刻机产业链
光刻机产业链主要包括上游核心组件及配套设备、中游光刻机生产及下游光刻机应用三大环节。光刻机技术极为复杂，在所有半导体制造设备中技术含量最高。主要涉及系统集成、精密光学、精密运动、精密物料传输、高精度微环境控制等多项先进技术，生产一台光刻机往往涉及到上千家供应商，比如德国的光学设备与超精密仪器，美国的计量设备与光源等。
区别于晶圆制造其他工艺，光刻机组件及配套设施复杂，形成自身产业链概念。光刻机的制造研发并不是某一个企业能够单独完成的，光刻作为晶圆制造过程中最复杂、最重要的步骤，主要体现在光刻产业链高端复杂，需要很多顶尖的企业相互配合才可以完成。
光刻产业链主要体现在两点上，一是作为光刻核心设备的光刻机组件复杂，包括光源、镜头、激光器、工作台等组件技术往往只被全球少数几家公司掌握，二是作为与光刻机配套的光刻胶、光刻气体、光罩（光掩膜版）等半导体材料和涂胶显影设备等同样拥有较高的科技含量。
光刻机中主要的装置为光学系统，其中光源、物镜是最关键的零部件，分别掌握着光源波长和数值孔径，是影响芯片制程线距的关键。光刻机所采用的光源主要为波长248nm 的 KrF 光源、波长 193nm 的 ArF（干式/浸没式）光源和波长 13.5nm 的EUV 光源，业内主要供应商为美国 Cymer，并由光刻机巨头 ASML 于 2012 年以25 亿美元收购。透镜系统则是光源之外的另一重要环节，主要用于 DUV 的光学系统中，在 EUV 时代将由一系列高精度的反射镜系统取代，光刻机透镜组的业内主要供应商为德国光学仪器龙头蔡司。
照明系统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。照明系统位于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。照明系统包括光束处理、光瞳整形、 能量探测、 光场匀化、 中继成像和偏振照明等单元。
照明系统组成部件：
1）光束处理单元：与光源相连，主要实现光束扩束、光束传输、 光束稳定和透过率控制等功能，其中光束稳定由光束监测和光束转向两部分组成。
2）光瞳整形单元：光刻机需要针对不同的掩膜结构采用不同的照明模式以增强光刻分辨力，提高成像对比度。光瞳整形单元通过光学元件调制激光束的强度或相位分布，实现多种照明模式。
3）光场匀化单元：用于生成特定强度分布的照明光场。引入透射式复眼微透镜阵列，每个微透镜将扩束准直后的光源分割成多个子光源，每个子光源经过科勒照明镜组后在掩膜面叠加，从而实现高均匀性的照明光场。
4）中继镜：在掩膜面上形成严格的光束强度均匀的照明区域并将中间的平面精确成像在掩膜版平面。
照明系统技术难点：为了使光能在晶圆上完美成像，需要进行高质量加工。
1） 提升光均匀度：光刻要以来回扫描的方式成像，这束条形光的任何位置能量都需一致。需要通过镜子进行多次反射，提升光的均匀度。
2）控制扫描条形光的开合：晶圆上曝光单元的所有位置需要接受等量的光，因此扫描的条形光必须是能开合的。
3）调节光形状，需要用到光瞳整形技术：不同的照明方式，比如圆形、环形、二级、四级光源下，光刻机分辨率不同。例如：光穿过掩膜版上的图案时会产生衍射效应，线宽越小，衍射角度越大，1阶衍射光超过投影物镜外就无法成像。如果将点光的形状改成环状光或其他形状，1阶衍射光就可以被收进物镜且图像对比度清晰。
精密的运动系统亦为光刻机核心组件。当图案在晶圆上光刻成像时，需要将掩模版沿着一个狭窄的光缝平滑移动，每次只曝光图案的一小部分；同时，晶圆向相反的方向平稳移动，以捕捉整个图案，二者的运动必须完全同步，因此运动控制的精度至关重要。而在晶圆平台，由 ASML 主导了双工件台的设计，即同时移动两个晶圆平台，当一个晶圆平台在给晶圆进行曝光时，另一个平台可对下一片晶圆进行量测校正，当第一个工件台的曝光步骤完成后，两个工件台交换位置和功能，其速度和精度直接决定了光刻机的生产效率和良率。
老式的光刻机中只有一个工件台，晶圆的上下片、测量、对准、曝光依次进行；而在双工件台光刻机中，大部分测量、校正工作可以在非曝光工件台上进行，曝光位置的利用效率大幅提高。双工件台的发明使得光刻机的产能有了大幅度的提高。传统的单工件台光刻机很难实现其产能超过 100WPH，而基于双工件台的ASML 浸没式光刻机的产能已经能超过 200WPH，部分新型光刻机产能已经接近300WPH。
随着制程精度提升，光刻机复杂程度提高，贯通光刻产业链成为 ASML 垄断光刻市场的关键。摩尔定律的进步伴随着工艺与设备的双重突破，光刻设备作为推动摩尔定律的核心设备，截止目前光刻机已经历经五代发展，随着制程精度提升，自身复杂程度也在不断提高，以 ASML 的 EUV 光刻机为例，7nm 的 EUV 光刻机内部共有 10 万个零件，重达 180 吨，包含硅片输运分系统、硅片平台分系统、掩膜版输运分系统、系统测量与校正分系统、成像分系统、光源分系统等 13 个系统，90%的关键设备来自外国而非荷兰本国，ASML 作为整机公司，实质上只负责光刻机设计与集成各模块，需要全而精的上游产业链作坚实支撑。透视ASML 的 5000 多个供应商，其中与产品相关的供应商提供直接用于生产光刻系统的材料、设备、零部件和工具，这个类别包括 790 家供应商，占 ASML 总开支的 66%。整个光刻机中，荷兰腔体和英国真空占32%，美国光源占27%，德国光学系统占14%， 日本的材料占27%。
ASML 的收购使得其几乎参与了整个 EUV 光刻上游产业链。但收购美国企业的过程使 ASML 必须同意在美国建立一所工厂和一个研发中心，以此满足所有美国本土的产能需求，另外，还需要保证 55% 的零部件均从美国供应商处采购，并接受定期审查，这也为日后 ASML 向中国出口光刻机受到美国管制埋下伏笔。
中国逐步在光刻机产业链中实现部分突破。在光刻机产业链上游，中国初步突破了光刻机的双工作台（华卓精科）、光源（科益虹源、福晶科技）和光学镜头（奥普光电）三大核心子系统。在中游，上海微电子是国内技术最领先的光刻设备厂商；在下游，中芯国际是全球领先的集成电路晶圆代工企业之一。
日、美配套光刻胶、光刻气体等材料和设备紧紧追随 ASML 产品迭代。由于 ASML 统治全球高端光刻市场，众多配套设备材料和设备厂商纷纷追随 ASML 产品的技术工艺。
02 光刻机竞争格局及市场规模
光刻机厂商集中度高，ASML 地位不可撼动；国内技术水平差距巨大，SMEE目前可量产 90nm 工艺节点光刻机。全球最大的光刻机厂商为荷兰的 ASML，市占率超过 80%，在 EUV 领域处于完全垄断的地位。除 ASML 以外，日本佳能（CANON）、尼康（NIKON）也是国外知名的光刻机生产商。ASML 可以覆盖所有档次光刻机产品，尼康、佳能的产品分别仅停留在了 28nm 和 90nm 的节点上，尼康虽然有浸没式 ArF 光刻机，其工件台等设计与行业主流不同， 客户接受度较低，近两年光刻机销量持续下降；佳能则专注KrF 和 i 线设备，完全退出高端光刻机市场，未来阿斯麦的行业地位将更加稳固。
从销量来看，2021 年 ASML 占比 65%，出货量达到 309 台，力压尼康和佳能，其中 EUV/ArFi/ArF 高端光刻机占比分别为100%/95.3%/88%。
从销额来看，EUV 光刻机单价超过 1 亿欧元，最新一代 0.55NA大数值孔径 EUV 光刻机单价甚至超过 4 亿欧元，全球仅有 ASML 可提供，使其占据市场绝对龙头地位，2021 年市场份额达到 85.8%。
受益于下游需求旺盛，光刻设备有望量价齐升带动市场空间不断增长。
价：随着芯片制程的不断升级，IC 前道光刻机制造日益复杂，其价格不断攀升。先进制程发展使得晶体管成本降低，但是光刻机价格不断增高。12 寸 5 纳米极紫外光(EUV)的光刻机高达 8 亿元。
量：晶圆尺寸变大和制程缩小将使产线所需的设备数量加大，性能要求变高。12 寸晶圆产线中所需的光刻机数量相较于 8 寸晶圆产线将进一步上升。同时随着半导体产线的持续扩产，光刻机需求也将进一步加大。
国内集成电路产业起步较晚，在光刻机制造领域与国际差距巨大。根据电子工程世界资料，近年来上海微电子装备(集团)股份有限公司（SMEE）通过积极研发，已实现 90nm 节点光刻机的量产，并正在研究适用于 65nm 节点的设备。
SMEE 主要有两个系列的产品：
1）600 系列步进扫描光刻机，可满足 IC 前道制造 90nm、110nm、280nm 关键层和非关键层的光刻工艺需求，用于 8 寸线或 12 寸线的大规模工业生产；
2）500 系列步进光刻机，可满足 IC 后道先进封装的光刻工艺，如晶圆级封装（Fan-In/Fan-Out WLP） 的重新布线（RDL），倒装（FC）工艺中常用的金凸块（Gold Bump）、焊料凸块（Solder Bump)、铜柱（Copper）等，也可通过选择背面对准满足 MEMS 和 2.5D/3D 封装的TSV 光刻工艺需求。
总结来看：
ASML：独占鳌头，成为唯一的一线供应商，EUV光刻机独供，旗下产品覆盖全部级别光刻机；
Nikon：高开低走，但凭借多年技术积累，勉强保住二线供应商地位；
Canon：屈居三线；
上海微电子：国内后起之秀，暂时只能提供低端光刻设备，由于光刻设备对知识产权和供应链要求极高，短期很难达到国际领先水平。
受限于《瓦森纳协议》，ASML 的 7nm 制程先进制程光刻机无法出口中国大陆，大陆地区主要以采购成熟制程光刻机为主。对比 AMAT，泛林半导体，东京电子等海外设备龙头，ASML 的大陆地区营收贡献占比明显较低。光刻机产品在前道制程领域的战略意义较高。
光刻机厂商研发费用率高：22 年全球前五大半导体设备厂商的平均研发费用率为 11%， 其中 ASML 研发费用率为 15%，高于其他设备厂商。
上海微电子及相关科研院所的光刻机产品以及市面上流通的二手设备一定程度上填补了空缺，国内成熟制程的光刻设备主要依靠向海外采购。成熟制程所用的 28nm DUV 光刻机并未受到制裁影响。因此，在成熟制程芯片用量增加的大背景下，中国大陆晶圆厂扩产的进程仍在加速推进。成熟制程芯片（MCU, 模拟类芯片，各类传感器，功率器件，车载电子芯片等）的火热需求使代工厂和上游设备持续获得订单。
据观研天下估算 2021 年全球光刻机市场规模为 181 亿美元，预计 2022 年将达到 201 亿美元。
光刻机销售数量的高速增长，与光刻设备单价的提升，有力推动了全球光刻设备市场的不断扩大。
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