亚商投顾-半导体皇冠明珠---光刻机，国产化突破正纷至沓来（附股）！

 

事件驱动：近日，中微公司发布的2023年业绩快报显示，公司2023年实现营业收入62.64亿元，同比增长32.15%；其中，2023年新增订单金额约83.6亿元，同比增长约32.3%。

 

并且，隔夜美股半导体个股ACMR涨超40%，ACMR为科创板个股盛美上海的控股股东。

 

另外，值得注意的是，历时五年，福建晋华在美国摆脱了所谓“经济间谍”和其他刑事指控，终获清白。报道称，美国司法部打击中国所谓“窃取知识产权”的行动受挫。

 

受此些消息刺激，光刻机概念迎来集体爆发，多只个股涨停，有望持续活跃。

 

行业透视

 

随着科技的快速发展，芯片在各行各业的应用越来越广泛，从智能手机、个人电脑到自动驾驶汽车、人工智能等领域，都离不开芯片的支持。随着电子元件需求的增加，2024年全球存储芯片行业正迎来加速复苏。

 

而光刻机是半导体产业的核心设备，直接决定芯片制程的先进程度，重要性不言而喻。在全球半导体产业持续扩张的趋势下，光刻机市场规模长期可观；此外，光刻机开发难度大，产业垄断性强，是海外对华半导体制裁的重灾区，直接影响国内半导体产业先进制程的发展，因此光刻机自主突破的重要性尤为凸显，光刻机国产产业链颇具潜力。（文末附产业链及相关上市公司梳理）

 

一、行业简介

 

1.光刻是什么？

 

光刻是半导体制造中最重要的工艺之一（光刻占芯片制造时间的40-50%，占其总成本的30%），决定着芯片的最小特征尺寸。

 

集成电路更新迭代很大程度上直接依赖于光刻设备的进步；光刻机极为精密，对设备本身及各子系统的精密度要求极高，制造难度大，稀缺性极强。

 

 

2.光刻机的作用

 

光刻机是半导体光刻工艺中的最核心设备，它的作用是将掩膜板上的图形曝光至预涂了光刻胶的晶圆表面上（可以理解成一个极其精细的“复印机”，它在半导体制造过程中，将复杂的电路设计图案精确地“复印”到硅片上）。这个过程非常关键，因为这些图案最终会成为芯片上的电路，决定了芯片的功能和性能。因此，光刻机是决定制程工艺的关键设备，光刻机分辨率就越高，制程工艺越先进。

 

 

3.光刻机的分类

 

光刻设备总体上可划分为有掩膜和无掩膜两种技术路径，目前绝大部分应用均为有掩膜光刻机，无掩膜光刻机在精细掩膜版制造、半导体封测等方面有所应用。

 

按成像方式划分，有掩膜光刻机经历了接触式、接近式和投影式的发展路径，目前主流的光刻机为投影式光刻机；按照光源类型划分，光刻机经历了紫外、深紫外、极紫外的技术演进路径，半导体先进制程的快速发展很大程度上可归因于光源波长的不断缩短。

 

 

二、行业现状

 

1.光刻机的价值量

 

2022年全球半导体设备市场规模超千亿美元，其中晶圆制造中光刻设备为关键工艺设备，设备价值在晶圆厂单条产线成本中占比最高。

 

 

2.光刻技术演进

 

从汞灯光源到准分子激光器，再到极紫外（EUV）光源，光刻机的光源波长不断缩短，数值孔径（NA）和工艺因子（k1）也在不断优化，以实现更高的分辨率和生产效率。（通过多重曝光，DUV光刻机也可实现7nm工艺，但再往下则必须要用到EUV光刻机）

 

 

3.ASML一家独大

 

全球光刻机行业竞争格局上，ASML一家独大，Nikon+Canon占据剩余份额，其中，最高端E U V光刻机全球仅ASML可以生产，具有极高的技术壁垒。

 

 

 

4.国内光刻机依赖进口

 

根据中国海关总署数据，2022年中国大陆IC用光刻机进口金额共39.7亿美元，其中从荷兰、日本的进口金额分别为25.5/ 13.0亿美元，进口机台数分别为147台、635台，对应进口均价分别为1733、204万美元，高端机台主要从荷兰ASML进口。

 

 

5.国内目前最新进展

 

国内最正宗的光刻机生产商是上海微电子、中科院长春光机所、H为三家公司。光刻机，不管是DUV还是EUV，最难的就四大块：光源系统、反射镜系统、双工件台、最后到整机集成。

 

这两年大家最关心的莫过于上海微电子28nmDUV的进度，也不断有消息传出。为什么我国主攻28nm的DUV呢？

 

首先，28nm通过多次曝光可以实现7nm制程的晶圆，而7nm可以满足除手机外90%以上的智能设备的需求。

 

其次，DUV光源我们自主可控（目前也只有中M两国能做），而EUV光源目前仅美国Cymer公司能做，当然也有传闻说长春光机所也攻克了EUV光源，同时也在布局EUV光刻机的研发，但具体情况不详。

 

目前最确切且最快实现的路线便是上海微电子的DUV光刻机（也有可能28nmDUV早已交付使用了）。

 

三、行业产业链上下游分析

 

光刻机所需供应组件众多，供应链管理难度高。光刻机上游涉及的内部零件种类众多，且越高端的光刻机组成越复杂，如 EUV 内部零件多达 8 万件以上，其核心组件包括光源系统、双工作台、物镜系统、对准系统、曝光系统、浸没系统、光栅系统等，其中光源、晶圆曝光台、物镜和对准系统的技术门槛较为显著。因此，光刻机企业往往具备高外采率、与供应商共同研发的特点，而其下游应用主要包括芯片制造、功率器件制造、芯片封装等。

 

 

1.上游：

 

光刻机由三大核心系统（光源系统、光学系统、双工件台系统），数万个零件组成（例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），是产业链各环节顶尖公司通力合作的成果。

 

光源系统：提供光刻机所需的光源，包括准分子激光器、极紫外（EUV）光源等，光源波长决定了光刻机的工艺能力。光源系统主要供应商有美国Cymer（已被ASML收购）、日本Gigaphoton等。

 

光学系统：包括照明系统和投影物镜系统，用于实现高分辨率成像，光学系统了决定光刻机的分辨率以及套刻精度。ZEISS是ASML的关键光学元件供应商，国内茂莱光学等公司也在努力提升技术水平。

 

双工件台系统：提供精密运动和测控系统，提高光刻精度与效率。国内华卓精科和清华大学团队在这方面有显著进展。

 

 

2.中游：

 

光刻机制造商：如荷兰ASML、日本Nikon、日本Canon、上海微电子等，负责光刻机的整体设计、组装和销售。

 

3.下游：

 

半导体制造商：光刻机主要卖给半导体制造商，如台积电、中芯国际、英特尔等。

 

4.光学系统是光刻机的核心！

 

光学部件的研发难度大，投入巨大，研发周期长，是光刻机的核心组成！光刻机制程越小，对光学系统的精度的要求越高，目前仅有少数公司（德国蔡司、日本佳能、尼康）具备光刻机超精密光学系统供应能力。其中光学系统主要组成部分为光刻机的物镜系统，一般由15～20个直径为200～300mm的透镜组成。如下图所示。

 

 

蔡司为ASML的光学部件的唯一独家供应商，蔡司的光刻机光学部件约占ASML产品成本的26%。中国光刻机设备聚齐一定需要中国的“蔡司”！

 

四、行业投资逻辑

 

1.行业发展趋势

 

半导体行业十年翻倍，晶圆厂积极扩产，叠加芯片性能升级，光刻强度上升，中航证券预计5nm逻辑芯片的光刻支出占比达35%，光刻工艺的重要性愈发凸显，市场规模快速增长，预计2024年有望达230亿美元。

 

 

2.国产替代逻辑

 

全球光刻机市场规模超230亿美元，ASML处于绝对领先，国内市场规模超200亿元，但是国产化率仅2.5%，高端光刻机限制进口的背景下，产业本土化趋势有望加速。

 

 

五、市场展望

 

24 年设备市场有望回暖，光刻占比将超 25%

 

2023 年 WFE（晶圆制造设备）放缓，2024 年有望复苏。据 SEMI 数据，2022 年全球晶圆厂设备支出980 亿美元，创历史新高，2023 年将下降 22%至 760 亿美元。预计 2024 年迎来复苏，同比增长 21%至 920 亿美元，其中 Foundry 引领投资，2024 年达 488 亿美元。

 

 

技术升级，光刻市场增速快于 WFE 增速。光刻机市场趋势与 WFE 整体趋势基本保持一致，但随着芯片工艺升级，对应光刻难度提升，采用更先进的机台，因此，光刻机在半导体设备的占比呈向上趋势，2024 年光刻支出占 WFE 的比例将超过 25%，以此测算光刻机市场规模约 230 亿美元。

 

 

六、机会显现

 

光刻机开发难度大，产业垄断性强，是海外对华半导体制裁的重灾区，直接影响国内半导体产业先进制程的发展，因此光刻机自主突破的重要性尤为凸显，光刻机国产产业链颇具潜力。上海微电子是国产光刻机之光，是国内半导体前道光刻设备的领航者，自成立以来多次承担光刻机相关的国家重大科技专项，包括浸没式光刻机、90nm光刻机等，很大程度上代表国产光刻机领域的先进水平。

 

所以，上海微电子供应链值得多关注！涉及物镜系统的上市公司，赛微电子，它是光刻机厂商的ME­MS透镜部件供应商，全球MEMS代工龙头，已实现MEMS硅光子器件的量产。另外，奥普光电，提供的镜头已经可以做到90nm。‍光刻机光学国产化上市公司主要有：茂莱光学、福晶科技、腾景科技、炬光科技、苏大维格、奥普光电、晶方科技等。

 

 

1）参股上海微电子：

 

张江高科：持有上海微电子10.779%股权。

 

2）上海微电子潜在供应商：

 

①奥普光电：实控人中科院，中科院长光学所持股公司42.4%的股权，2008年国家“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”科技重大专项将EUV光刻技术列为“32-22nm装备技术前瞻性研究”重要攻关任务。

 

②福晶科技：实控人中科院，公司生产的KBBF晶体是光刻机的重要的上游原材料！

 

③炬光科技：间接供货光刻机巨头ASML。已经进入上海微电子、华卓精科、韩国DIT等客户供应体系。华为哈勃在2020年9月以每股25元的价格入股炬光科技，持有公司2.96%股份。

 

④麦克迪奥：国望光学和科益虹源（国内第一，世界第三，供货上海微电子）都是亦庄旗下公司。亦庄唯一控股的上市公司是麦克奥迪（稀缺唯一性）。

 

⑤茂莱光学：我国的茂莱光学的DUV光学透镜已经在给上海微电子供货。

 

⑥富创精密：公司已进入全球光刻机龙头ASML供应链体系，已切入上海微电子等国产半导体设备厂。

 

⑦蓝英装备：公司控股子公司UCMAG为荷兰光刻机制造商ASML提供精密清洗解决方案。

 

⑧海立股份：公司与上海微电子装备集团以封装光刻机的冷却系统配套为起点，深化合作，目前该冷却系统年收入规模仅数十万元。

 

 

风险提示：国内技术产品开发不及预期的风险、下游需求不及预期的风险等

 

参考资料：20240228--平安证券—光刻机：现代工业集大成者，亟待国产破局

                20230925--慧博智能投研—光刻机行业深度；网页公开资料

 

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