近日媒体报道，我国自主研发的新一代100kV电子束光刻机“羲之”已进入应用测试。该设备专攻量子芯片、新型半导体研发的核心环节，无需传统光刻所需的掩膜版，可通过高能电子束直接在硅基上写电路，精度达到0.6纳米，线宽8纳米，比肩国际主流设备。#光刻机

随着国产光刻技术的不断突破，A股光刻机板块走势如虹，近一个月暴涨23%！

芯片制造流程大致包括晶圆加工、氧化、光刻、刻蚀、薄膜沉积、互连、测试、封装等重要步骤。其中，光刻是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高。

（资料来源：华海清科招股说明书，东海证券研究所）

主流光刻技术的原理是将高能激光穿过掩模版，将掩模版上的电路图形透过聚光镜，将影像缩小后成像在预涂光阻层的晶圆上。类似于照相，被拍摄的物体相当于掩模版，单反镜头等同于聚光镜，底片就是预涂光阻层的晶圆。

需要注意的是，光刻过程只是投影，并没有刻的过程，刻的过程是在刻蚀机完成的。

（资料来源：CSDN，东海证券研究所）

根据是否使用掩膜版，光刻技术主要分为掩膜光刻和直写光刻。掩膜光刻由光源发出的光束，经掩膜版在感光材料上成像，具体可分为接近/接触式光刻以及投影光刻。直写光刻也称无掩膜光刻，指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上，无需掩膜直接进行扫描曝光。直写光刻根据辐射源的不同大致可进一步分为两大主要类型：一种是光学直写光刻，如激光直写光刻；另一种是带电粒子直写光刻，如电子束直写、离子束直写等。

（资料来源：芯碁微装招股书，《集成电路产业全书》）

掩膜光刻在最小线宽、对位精度、产能等核心指标方面能够满足各种不同制程泛半导体产品大规模制造的需要，成为当前IC前道制造、IC后道封装以及FPD制造等泛半导体领域的主流光刻技术。

直写光刻技术能够在计算机控制下按照设计好的图形直接成像，容易修改且制作周期较短，成为目前泛半导体掩膜版制版的主流技术。

（资料来源：芯碁微装招股书，山西证券研究所）

掩膜光刻进一步细分，投影式光刻较接触/接近式光刻更加先进。其通过投影的原理能够在使用相同尺寸掩膜版的情况下获得更小比例的图像，从而实现更精细的成像。目前投影式光刻逐渐替代接触/接近式光刻机，成为芯片制造领域的主流光刻机。

02、核心设备与工具

光刻的核心设备与工具包括光刻机、光刻胶和光掩膜。

光刻机是一种投影曝光系统，像一把精确的画笔，能够引导光线在光刻胶上刻画出图案；

光刻胶是一种特殊的感光材料，通过光刻过程在光刻胶上形成图案，进而构建出三维结构；

光掩膜是在透明基板形成高精度图案的模板，如同芯片的蓝图，上面印有每一层结构的图案。

02-1 光刻机

光刻机是半导体设备中市场占比最大的品类。2024年全球半导体设备销售额为1090亿美元，其中光刻机为市场占比最高品类，占比达24%，并且随芯片制程迭代，这一占比还在持续提高。

（资料来源：中商产业研究院，国金证券研究所）

根据是否使用掩膜版，光刻机主要分为无掩膜光刻机与有掩膜光刻机。其中，无掩模光刻机包括电子束直写光刻机、激光直写光刻机、离子束直写光刻机，有掩模光刻机包括接近/接触式光刻机、投影式光刻机。

（资料来源：前瞻产业研究院，兴业证券经济与金融研究院）

“羲之”电子束光刻机就属于无掩模光刻机，通过高能电子束在硅基芯片上“手绘”电路，

虽然精度可以达到0.6nm，但效率较低，难以实现量产。

根据光源不同，掩膜光刻机还可分为紫外光源（UV）、深紫外光源(DUV)、极紫外光源（EUV）光刻机。光源的波长直接影响光刻机的工艺，5nm及以下先进制程芯片均须使用EUV光刻机。

（资料来源：中国科学院微电子研究所，东兴证券研究所）

在摩尔定律的引领下,光学光刻技术经历了接触/接近、等倍投影、缩小步进投影、步进扫描投影等曝光方式的变革。曝光光源的波长由436纳米（g线）,365纳米(i线),发展到248纳米(KrF)，再到193纳米(ArF)。技术节点从1978年的1.5微米、1微米、0.5微米、90纳米、45纳米，一直到目前持续推进。

（资料来源：上海微系统所公共技术中心，国金证券研究所）

全球光刻机市场呈现寡头垄断格局，ASML、Nikon和Canon三家长期占据全球市场主导地位。其中，ASML凭借其在高端光刻机领域的技术优势，2024年占据全球光刻机市场61.2%的份额，特别是在EUV光刻机领域，ASML是全球唯一的供应商。尼康和佳能则主要集中在中低端光刻机领域。

（资料来源：ChipInsights，国金证券研究所）

02-2 光刻胶

光刻胶在光照或辐射作用下，溶解度会发生变化，经过旋涂、前烘、曝光、后烘和显影等一系列工艺步骤，光刻胶能够将光掩模板上的微纳图形转移到胶膜上。

根据显影原理的不同，光刻胶可分为负性胶和正性胶。显影后，正性光刻胶未曝光的部分将被保留下来，负性光刻胶则在显影后保留下来，即经曝光后形成不可溶物质的是负性胶。。一般来说，正性光刻胶适用于高分辨率场景，负性光刻胶则适用于需要较高附着力和软薄膜厚度的情况。

（资料来源：OLEDindustry，东莞证券研究所）

全球光刻胶市场被日、美企业垄断，国产化空间极大。美、日企业较早进入光刻胶领域，并在全球范围内建立了完善的市场网络语客户基础，因此占据行业主要市场份额。全球前五大光刻胶生产商合计占据87%的市场份额，分别为日本JSR（28%）、日本TOK（21%）、美国杜邦（15%）、日本信越（13%）和日本富士电子材料（10%）。

（资料来源：锐观咨询，东莞证券研究所）

02-3 光掩膜

光掩膜承载图形设计、工艺技术以及知识产权信息，是生产流程中衔接的关键环节之一。根据基板材料的不同，产品可分为石英掩膜版、苏打掩膜版和其他（干版、凸版和菲林等）。

半导体掩模版厂商生产主要分为晶圆厂自建配套工厂和独立第三方掩模版厂商两大类。针对不同制程，晶圆厂半导体掩模版制造需求存在差异，28nm及以下的制程，晶圆厂通常自建掩模版工厂以保护工艺机密，28nm以上的成熟制程，晶圆厂倾向于向独立第三方掩模版厂商采购以降低成本。

2023年全球半导体掩模版市场中，晶圆厂自建工厂占比63%，独立第三方厂商占比37%（由2021年35%提升至37%）。独立第三方掩膜版厂商专注于掩膜版的制作及研发，且拥有大量客户及订单资源，有助于掩膜版厂商积累专业知识及提高工艺优势，形成规模经济效应，具备成本优势，未来第三方半导体芯片掩膜版的市场占有率有望提升。

（资料来源：清溢光电公司公告，SEMI，国盛证券研究所）

半导体掩模版具有较高进入门槛，市场份额主要由海外厂商占据。2023年TOPPAN、Photronics及DNP在独立第三方半导体掩膜版市占率分别约为38%、32%及14%，合计达84%。

（资料来源：清溢光电公告，SEMI，国盛证券研究所）

03、国内细分龙头

张江高科：深度绑定国内唯一整机厂商上海微电子，主导28nm光刻机量产及更先进制程研发。

茂莱光学：多品类光学镜头核心供应商，产品覆盖深紫外DUV、可见光到远红外全谱段，DUV光学透镜进入上海微电子供应链。

福晶科技：光刻机光源核心材料唯一国产供应商，深度绑定ASML、蔡司，参与EUV光源研发。

海立股份：销售光刻机用冷却系统，与上海微电子装备集团举行战略合作协议签约仪式。

凯美特气：控股子公司光刻气产品获得日本GIGAPHOTON株式会社和ASML子公司Cymer公司合格供应商认证。

南大光电：国内唯一量产ArF光刻胶并获中芯国际验证。

久日新材：全国产量最大的光引发剂生产供应商，有两款光刻胶产品可以应用于光刻机掩模版的制备，目前在客户端验证中。

冠石科技：55纳米光掩膜版交付，40纳米光掩膜版生产线成功通线。

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来源：策金说