2024年半导体设备行业专题报告：详解光刻巨人ASML成功之奥妙

ASML：全球最大IC光刻机&半导体设备制造商

ASML：全球第一大半导体制造设备供应商

经历40年的发展，通过不断收购同业和上游供应商、创新并引领行业技术突破，ASML现已成为全球第一大 半导体制造设备供应商。荷兰的阿斯麦（ASML Holding N.V.，ASML）由Philips和ASMI合资成立于1984年， 1995年登陆阿姆斯特丹证交所和纽交所上市。经过40年的发展，ASML现已成为全球半导体设备公司TOP5之 一，也是全球最大的IC光刻机厂商，基本垄断了包括ArFi、EUV光刻机在内的中高端光刻机市场。2023年， ASML实现销售额约300亿美元，全球市占率28%，位列全球半导体设备厂商第一名。截至2024.10.13，ASML （ASML.O）市值约3360亿美元。

发展历程：从创业之初的筚路蓝缕，几经突破后终成光刻巨人

ASML的发展历史可大体分为五个阶段。ASML于1984年成立，曾在之后几年的起步阶段几次濒临破产，后经 历了1990s的奠基阶段和2000s的技术实力突飞猛进，直至2010年才开始实现稳定盈利。2010-2021年ASML凭借 中高端的浸没式和EUV光刻机充分享受半导体扩产的红利。2022年以来，ASML开始发力提升光刻机的产能与 既有光刻机的迭代升级，2023年成功推出首台High-NA EUV光刻机EXE 5000。

股权结构：按单体看较为分散，但按地域看集中于美国

ASML的股权较为分散，公司前几大股东均为欧美机构投资者。截至 2023年末，公司前两大股东分别为Capital Research and Management Company（美国资本研究与管理公司，持股10.32%）和Blackrock Inc. （美国贝莱德，持股7.95%）。此外，7名核心高管仅持有0.03%的公司 股份。分地域来看，截至2024年8月，美国地区的投资者合计持有ASML 47%的股份。

产品布局：专注于IC前道光刻机及配套量测设备

ASML主营业务包含设备系统（Net system）和已安装设备管理（IBM，Installed Base Management），其中 设备系统收入占比在70%以上。设备系统产品分为IC前道光刻机和量测设备两大类，其中IC光刻机应用于IC 前道光刻工序中的曝光步骤，在设备系统中的收入占比超过95%。按照光源种类对ASML的IC光刻机进一步 拆分，可分为I-line光刻机、DUV光刻机（KrF、ArF、ArFi）和EUV光刻机。

过去十年业绩稳健增长，未来业绩指引相对乐观

ASML预期2024年营收达275亿欧元（约合2150亿人民币），同比持平；目标2025、2030年营收分别达到300- 400亿欧元、440-600亿欧元。2012-2023年，ASML的营收和归母净利润CAGR分别为17%和19%。历史上 ASML的营收和利润基本跟随全球半导体设备行业波动，2023年出现明显背离，主要原因系ASML DUV浸没 式光刻机出口禁令生效前来自中国大陆的大批积压订单快速交付。2024H1，ASML实现营收115亿欧元，同 比-16%；归母净利润28亿欧元，同比-28%。展望未来，公司预计24Q3营收为67-73亿欧元，同比增长0-9%； 2024全年营收同比持平；2025年营收目标维持300-400亿欧元，2030年营收目标440-600亿欧元。

研发投入&资本开支快速增长，保障新品研发与产能扩张

持续巨额的研发投入和快速扩张的资本开支为ASML新 品研发与产能扩张提供有力保障。2023年，ASML的研 发费用达40亿欧元，同比+22%；截至2023年末研发人 员数量为15500人，研发人数占比达37%；资本开支达 22亿欧元，同比+66%。2012-2023年，ASML的研发费 用和资本开支CAGR分别为19%、26%，这期间EUV光 刻机为主要研发和资本支出方向，重大投资项目包括 2013年收购DUV和EUV光源制造商Cymer、2016年收购 电子束量测设备供应商汉微科（HMI）、2017年收购蔡 司SMT 24.9%的股份。

23年ASML的ArFi光刻机出货量大幅增加，EUV出货量受产能限制

从出货量角度看，ASML出货的IC光刻机以ArFi和KrF光刻机为主。2023年ASML光刻机的出货量为449台 （同比+30%），其中EUV、ArFi、ArF、KrF、I-line光刻机的出货量分别为53、125、32、184、55台。进入 2024年以来，24Q1公司的光刻机出货量为70台，出现较大下滑（同比-30%、环比-44%），主要系面向中国 大陆以外地区的光刻机出货量大幅减少，而面向中国大陆的光刻机出货量同比仍在增长；24Q2公司的光刻机 出货量为100台，其中ArFi光刻机环比增加12台。  受卡尔蔡司的EUV光学系统产能限制，EUV光刻机的供应紧张，交付周期长达16-20个月（ASML光刻机的 平均交付周期为12-18个月），因此2024年的大部分新签订单会于2026年开始交付。ASML预估2024年、2025 年分别交付53台、72台EUV光刻机。

24H1 ASML来自中国大陆的营收同比高增，占比同比+15pct达到42%

2023年以来ASML来自中国大陆的营收快速增长，营收占比大幅提升。2023年ASML来自中国大陆的收入为 73亿欧元，同比+149%，占比达到26%，同比+13pct；2024H1来自中国大陆的收入达48亿欧元，同比+128%， 占比同比+15pct达到42%。一方面是受到中国大陆光刻机进口限制不断升级的风险影响，面向中国大陆的大 批积压订单快速交付；另一方面也预示着未来中国大陆晶圆厂扩产的潜在需求旺盛。

24H1 ASML存储领域的新签订单同比+66%，反映存储市场高景气

分下游来看，近年来ASML逻辑（含代工）领域的新签订单占比高于存储，但存储订单的增速更快，占比逐 步提高。2024H1公司在逻辑和存储领域分别取得55亿元和36亿元的设备新签订单，同比分别-9%、+66%，存 储领域新签订单占比达40%，同比+13pct。可见2024H1由DRAM和NAND主导的存储市场复苏节奏明显快于 逻辑，存储市场有望成为本轮半导体行业及半导体设备行业复苏的主要驱动力。

光源&数值孔径&工艺因子三轮驱动，共促光刻技术迭代

光刻工艺：光刻机承担曝光这一核心步骤

光刻的基本原理是利用光将设计好的电路图形从掩模版或倍缩掩模版上，转移到晶圆上涂有的光敏性材料 （光刻胶）表面，通过曝光后的显影、刻蚀等工序，使得晶圆上呈现出期望的电路图案。晶圆表面上光刻胶 的图案是最为基本的电路图案，IC制造中的刻蚀、沉积、离子注入等工艺大多需要以光刻工艺在光刻胶上留 下的图案为基础，因此光刻是IC制造中最为重要的工艺。

光刻机仅承担光刻工艺中的曝光步骤。完整的光刻工艺包括8个细分步骤：脱水烘烤（气相成底膜和增黏）、 旋转涂胶、前烘、曝光、后烘、显影、坚膜烘烤、显影检查，其中光刻机仅负责曝光步骤，涂胶显影设备则 承担除曝光以外的所有光刻步骤。

光刻工艺：步进扫描式为投影式中的主流技术

投影式光刻机经历了从扫描投影式到步进重复式，再到步进扫描式光刻机的迭代。（1）扫描投影式：早期 的投影式光刻机为扫描投影式光刻机（Scanner），投影成像比例为1:1，通过一次扫描过程完成整个硅片的 曝光，属于逐片曝光的方式。缺点是难以设计能够在越来越大的区域上形成精确图像的光学器件，且1:1的投 影成像比例使得更加精细的掩模版制作难度显著提升。（2）步进重复式：硅片表面上某个曝光场完成曝光 后，硅片台进行步进运动，使得下一个曝光场得以继续曝光。步进重复式光刻机（Stepper）基本能够满足 250nm以上线宽制程的工艺要求，目前仍然应用在芯片非关键层、封装等精度要求相对较低的领域。（3）步 进扫描式：步进扫描式光刻机（Stepper&Scanner）通过动态扫描的方式，使得掩模版相对晶圆同步运动，可 完成26mm×33mm曝光场的曝光，当前曝光场扫描完毕后，转移至下一个曝光场继续进行扫描曝光，直至整 个晶圆所有曝光场完成曝光。得益于有效提升掩模的使用效率和曝光精度，步进扫描式光刻机现已成为主流 光刻机型，占据光刻机市场份额的70%以上。从180nm节点开始，硅基CMOS工艺大量采用步进扫描光刻。

光源系统&光学系统&双工件台为光刻机三大核心部件

光源系统、光学系统、双工件台为光刻机的三大核心部件

光刻机的主要组成系统包括：光源系统、光学系统（包括照明系统和投影物镜）、掩模台、掩模传输系统、 工件台、晶圆传输系统、对准系统、调平调焦系统、环境控制系统、整机框架和减振系统、整机控制系统和 整机软件等，其中光源、光学系统、双工件台为光刻机的三大核心部件，价值量占比约为15%、24%、12%。

光刻机光源包括UV、DUV和EUV，其中EUV技术难度极高

曝光光源技术为光刻机提供满足光刻需求的特定波长、线宽以及功率的光束，主要包括UV汞灯光源（G-line 、I-line）、DUV准分子激光光源（KrF、ArF、ArFi），以及EUV光源。 UV汞灯光源：光刻机最早采用高压汞灯产生的紫外光源，隶属于气体放电光源，汞蒸气被能量激发，汞原 子最外层电子受到激发从而跃迁，落回后放出光子，如光刻机使用的G-line（436nm）、I-line（365nm）等。 DUV准分子激光光源：准分子激光光源工作介质一般为稀有气体及卤素气体，并充入惰性气体作为缓冲剂， 工作气体受到放电激励，在激发态形成短暂存在的“准分子”，准分子受激辐射跃迁，形成紫外激光输出， 应用于光刻机的光源有KrF（248 nm）和ArF（193 nm）。准分子激光光源的技术难点在于实现高重复频率、 高功率和窄线宽，高重复频率、高功率能够提高产率，而窄线宽可以保证集成电路图案的精细度，减少色差 对最终光刻效果的影响。

光刻机市场：一超双强格局稳定，晶圆扩产拉动需求增长

全球半导体行业复苏趋势确立，中国大陆半导体设备市场保持高景气

乘半导体行业需求复苏与国产替代之风，中国大陆半导体设备景气度持续高涨。2023年11月起，全球半导体 销售额已连续9个月同比增长，其中2024年1-7月，全球/中国半导体销售额为3373/1025亿美元，同比+17%/25%。叠加国产替代趋势，2024Q1中国大陆半导体设备销售额为125亿美元，同比+113%，景气度持续高涨。

每万片月产能的12英寸晶圆产线需要8台左右的光刻机

月产1万片300mm（12英寸）晶圆厂需要8台左右的光刻机，实际生产线根据工艺节点和芯片类型略有不同。 从国内具有代表性、月产1万片的3类生产线所需的设备配置数量可以看出，工艺节点越先进，所需的设备数 量越多，12英寸晶圆产线多种设备需求是8英寸产线的两倍以上。  工艺节点不断微缩，生产线投资成本越高。12英寸生产线起始节点是90nm，8英寸生产线节点是350～90nm。 按3万片/月的产能，130nm节点8英寸晶圆产线投资约为14亿美元，90nm节点生产线投资约为24亿美元，而 14nm节点投资需要100亿美元，投资成本大幅增长。

ASML核心壁垒：技术、生态、资金三重壁垒筑高墙

总起：“技术+生态+资金”三重壁垒筑高墙

ASML的核心壁垒可总结为“技术+生态+资金”，三者相辅相成、缺一不可。通过复盘光刻机行业和ASML的发展历程，我们 发现，光刻巨人的成功之路离不开技术、生态、资金三大要素，而这三大要素也铸造了ASML未来持续垄断行业的高大护城河。 1）技术层面，光刻机围绕分辨率（瑞利准则下进一步分为光源波长、数值孔径、工艺因子）、单机产能、套刻精度这三项关 键指标不断迭代，而ASML如今每一项指标都在引领行业，成为延续摩尔定律的先锋。2）生态层面，光刻机制造的产业生态极 为复杂，研发投入成本巨大，不仅需要遍布全球的上中下游产业链通力合作，还需要多方政府支持。ASML已掌控了光刻机的 光源、光学系统、双工件台这三大最核心部件的供应，并与TSMC、Intel、Samsung三大头部晶圆厂客户深度合作，导致其他光 刻机整机厂在先进制程望尘莫及。3）资金层面，ASML早期获得了头部客户的股权投资，中后期又在自身大量盈利以及荷兰政 府的补贴/减税支持下，持续巨额投入资金研发、收购供应商、大力扩张产能。

技术层面：四次重大突破，ASML终成延续摩尔定律的先锋

推出PAS5500、双工件台、浸没式光刻机和EUV光刻机四大里程碑事件使得ASML在光刻机领域的地位逐渐 不可撼动。1991年ASML推出PAS 5500光刻机，其采用模块化设计，使得客户可根据不同工艺自由选配不同 部件包（兼容各种光源、晶圆尺寸、镜头和投影/步进模式），同时设备便于升级和维护，提高了光刻机在产 线上的使用率；2001年，ASML推出双工件台技术，极大提高了光刻机的产能，奠定了ASML的市场主导地 位；2006年在Nikon不看好浸没式光刻机技术情形下，ASML采纳了浸没式光刻路线，推出NXT平台的浸没式 量产型产品，绕开当时157nm光源技术困扰，将光源波长等效缩短至134nm；2012年，TSMC、Intel、三星共 同投资ASML联合研发EUV光刻机，2013年ASML收购光刻光源制造商Cymer，解决EUV产能问题并推出首台 商用第二代0.33 NA EUV光刻机NXE 3300，由此垄断EUV光刻机及最先进制程市场。

国产光刻机：前路漫漫亦灿灿，吾将上下而求索

美日荷意图通过光刻机管制政策限制中国大陆先进制程发展

近年来美日荷先进光刻机管制政策不断加码，目前我国本土晶圆厂仅可自由进口前道低端DUV光刻机和I-line光刻机， 芯片制程普遍被限制在成熟制程领域。此外，虽然目前ASML仍可为我国本土晶圆厂提供光刻机的维护服务，但在涉 及需要从美国或欧洲发送关键零部件或采用相关技术时会受到一定限制。具体来看不同国家出台的光刻机管制政策： （1）美国：2022年美国商务部出台1007法案，光刻机管控范围为用于16/14nm以下的逻辑芯片、128层以上NAND存 储芯片以及半间距为18nm或以下的DRAM芯片的制造。2023年的1017法案进一步细化对光刻机核心性能参数进行限 制，要求ASML对华出口2000i及后续浸没式光刻机需事先获得许可证，1980i系列光刻机出口需要限定用于成熟制程。 （2）日本：2023年5月发布《外汇与对外贸易法》修正案，光刻机方面限制光源波长小于193nm或分辨率小于45nm （光刻工艺因子k1按0.25计算）的光刻机出口，等同于将Nikon的所有浸没式光刻机纳入管制。  （3）荷兰：2024年1月1日起，ASML的2000i及后续浸没式光刻机出口需申请许可证，与美国1017法案保持一致； 2024年9月7日起，ASML的1970i和1980i浸没式光刻机出口需向荷兰政府而非美国政府申请许可证。

2023年以来ASML已将较多DUV光刻机交付中国大陆

ASML为中国大陆IC光刻机的最主要进口来源，2023年以来光刻机快速交付。2023年中国大陆IC光刻机进口 总额为87亿美元，同比+120%，其中从荷兰进口额72亿美元（基本符合同期ASML来自中国大陆的收入）， 同比+184%，荷兰进口额占进口总额的83%，同比+18pct。2024年1-8月，中国大陆从荷兰进口IC光刻机的金 额为55亿美元，同比持续大增67%。2023年以来，中国大陆从荷兰进口IC光刻机的均价大幅提高，表明 ASML已将较多光刻机快速交付至我国本土晶圆厂。

报告节选：

编辑：火腿肠