光刻機行業(yè)深度研究報告：核心“卡脖子”設(shè)備 國產(chǎn)替代蓄勢待發(fā)

光刻機是半導(dǎo)體制造過程中價值量和技術(shù)壁壘最高的設(shè)備之一。全球光刻機市場規(guī)模超230 億美元，ASML 處于絕對領(lǐng)先，國內(nèi)市場規(guī)模超200 億元，但是國產(chǎn)化率僅2.5%。目前半導(dǎo)體制造工藝節(jié)點縮小至5nm 及以下，曝光波長逐漸縮短至13.5nm，光刻技術(shù)逐步完善成熟，但是國內(nèi)光刻機仍明顯落后ASML。

同時，美國對中國先進制程設(shè)備和技術(shù)圍追堵截，光刻機處于核心“卡脖子”狀態(tài)。產(chǎn)業(yè)本土化趨勢下，制造環(huán)節(jié)先行，我們認為國產(chǎn)高端光刻機的發(fā)展有望獲得推動，光刻機及半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈將有望同步受益。

光刻機：半導(dǎo)體制造過程中價值量、技術(shù)壁壘和時間占比最高的設(shè)備之一。一個指甲大小的芯片可以由上百億個晶體管組成，制造工藝的難度和精細度要求極高。芯片制造過程是多層疊加的，上百億只晶體管由金屬線條連接起來，實現(xiàn)了芯片的功能。半導(dǎo)體設(shè)備是芯片制造的核心包括晶圓制造和封裝測試等，其中光刻工藝是半導(dǎo)體制造的重要步驟之一，其成本約為整個硅片制造工藝的1/3，耗時約占整個硅片工藝的40～60%。光刻是半導(dǎo)體制造的重要步驟之一，實質(zhì)為光源通過掩膜版將其附有的臨時電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到硅片表面的光敏薄膜上，再通過一系列處理形成特定的電路結(jié)構(gòu)。在芯片制造過程中，光刻機是決定制程工藝的關(guān)鍵設(shè)備，光刻機分辨率就越高，制程工藝越先進。

市場概況：全球光刻機市場規(guī)模超230 億美元，ASML 處于絕對領(lǐng)先，上海微實現(xiàn)國產(chǎn)零突破。2021/22 年全球半導(dǎo)體設(shè)備市場規(guī)模均超千億美元，其中晶圓制造中光刻設(shè)備為關(guān)鍵工藝設(shè)備，設(shè)備價值在晶圓廠單條產(chǎn)線成本中占比最高，根據(jù)Gartner 預(yù)測，2022 年全球晶圓制造設(shè)備市場中光刻設(shè)備占比21.3%， 全球半導(dǎo)體光刻設(shè)備市場規(guī)模約231 億美元。全球來看：2022 年全球光刻機年銷量約為500 臺，主要市場被ASML、Canon、Nikon 壟斷，其中高端光刻機ASML處于絕對領(lǐng)先地位。國內(nèi)來看：根據(jù)長江存儲、華力集成、華虹無錫2015-2022年的招標數(shù)據(jù)，共公開采購光刻設(shè)備157 臺，總體國產(chǎn)化率為2.5%。其中荷蘭的阿斯麥中標95 臺，占比60.5%；日本的佳能和尼康分別中標35/11 臺，占比分別為22.3%/7.0%。國內(nèi)上海微電子光刻機目前實現(xiàn)國產(chǎn)替代，共中標3 臺，占比1.9%，未來有待繼續(xù)突破實現(xiàn)高端國產(chǎn)替代。

技術(shù)發(fā)展：工藝節(jié)點不斷縮小至5nm 及以下，曝光波長逐漸縮短至13.5nm，光刻技術(shù)逐步完善成熟。自20 世紀60 年代推出光刻機以來，光刻技術(shù)經(jīng)歷了接觸/接近式光刻、光學投影光刻、步進重復(fù)光刻、掃描光刻、浸沒式光刻到EUV光刻的發(fā)展歷程。光刻設(shè)備的系統(tǒng)越來越復(fù)雜，范疇也不斷拓展。我們根據(jù)北京集電DRAM 項目的環(huán)評報告，對其芯片生產(chǎn)過程中光刻機的分層使用情況進行測算，先進制程產(chǎn)線依然對傳統(tǒng)機型有較高需求。此外，未來技術(shù)來看，無掩模光刻及NIL 壓印或為替代路徑，但技術(shù)發(fā)展仍存在較高不確定性。

技術(shù)壁壘：光刻分辨率決定工藝區(qū)間，多重曝光技術(shù)拓展工藝邊界。光刻工藝的關(guān)鍵指標為光刻分辨率（CD）、套刻精度（Overlay）和產(chǎn)能，決定了產(chǎn)品的定位和應(yīng)用場景?；仡欀袊雽?dǎo)體設(shè)備的發(fā)展歷史，“起步早、門類全、發(fā)展曲折”，目前和國際先進水平還有2 代（ArFi、EUV 技術(shù)）的差距，國內(nèi)廠商正在努力追趕。我們認為，國內(nèi)的先進光刻技術(shù)的發(fā)展有兩條可以路線同時進行：

一條是迭代浸沒式DUV 光刻機，實現(xiàn)多重曝光功能，另一條是長期布局EUV光刻技術(shù)。

光刻機產(chǎn)業(yè)鏈：上萬個零部件，上千家供應(yīng)商，全球協(xié)作打造高端設(shè)備。半導(dǎo)體制程越先進，需要光刻設(shè)備越精密復(fù)雜，包括高頻率的激光光源、光掩模的對位精度、設(shè)備穩(wěn)定度等，集合許多領(lǐng)域的最尖端技術(shù)。光刻機生產(chǎn)制造的技術(shù)要  求極高，ASML 一臺光刻機包含了10 萬個零部件，主要部件包含測量臺與曝光臺、激光器、光束矯正器、能量控制器等11 個模塊。目前國內(nèi)以上海微電子為首的光刻機產(chǎn)業(yè)鏈已初具雛形，全產(chǎn)業(yè)鏈均在快速發(fā)展。除光刻機整機集成外，還包括光源、物鏡與照明系統(tǒng)、雙工件臺、浸沒系統(tǒng)等關(guān)鍵組成部分，與顯影涂膠及量測檢測的配套設(shè)備均在快速成長。

風險因素：政策支持力度不及預(yù)期，先進技術(shù)創(chuàng)新不及預(yù)期，國際產(chǎn)業(yè)環(huán)境變化和貿(mào)易摩擦加劇風險，技術(shù)路線革新，下游需求波動等。

投資策略：我們認為，國內(nèi)對于光刻機產(chǎn)業(yè)鏈的投資和支持力度持續(xù)加大，國產(chǎn)高端光刻機的發(fā)展有望獲得推動，半導(dǎo)體設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈將有望同步受益。我們認為，未來若DUV 及EUV 設(shè)備逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化突破，對28nm 和14nm 產(chǎn)線有能力逐步實現(xiàn)國產(chǎn)替代，有望迎來新一輪的半導(dǎo)體擴產(chǎn)周期。建議關(guān)注受到光刻機“卡脖子”問題影響的半導(dǎo)體制造、設(shè)備、零部件自主化替代的相關(guān)公司，尤其是光刻工藝相關(guān)的設(shè)備和零部件廠商，包括芯源微、茂萊光學、奧普光電、福晶科技、炬光科技、騰景科技、富創(chuàng)精密、旭光電子等。

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轉(zhuǎn)自中信證券股份有限公司 研究員：徐濤/王子源