2024光刻机行业市场格局、国产替代现状及相关标的分析报告

2024年深度行业分析研究报告 01 光刻：集成电路制造核心环节 02 技术：光源、数值孔径、工艺系数、机台四轮驱动，共促光刻产业升级 03 04 市场：一超两强格局稳定，新建晶圆厂+产线扩产拉动需求破局：师夷长技以制夷，星星之火可燎原 05 相关标的 01 光刻：集成电路制造核心环节 • 1.1 光刻三剑客：光刻机+光刻胶+光掩膜 • 1.2 光刻机：通过光源将光掩膜上图形投射于硅片 • 1.3 光刻胶：在曝光区发生光固化反应 • 1.4 光掩膜：图形转移工具或母版 • 1.5 集成电路制造流程 • 1.6 集成电路制造资本开支结构 • 1.7 光刻工艺：各步骤环环相扣，光刻机代表产线先进程度 • 1.8 发展历程：投影光刻机为当前IC制造主流选择 02 技术：光源、数值孔径、工艺系数、机台四轮驱动，共促光刻产业升级 •2.1分辨率由光源波长、数值孔径、光刻工艺因子决定 •2.2光源波长（λ）——光源 •2.2.1原理：其他条件不变下，光源波长越短，光刻机分辨率越高 •2.2.2发展：高压汞灯光刻光源→深紫外光光源→极紫外光光源 •2.2.3核心技术（EUV光源）：LLP光源较为稳定，且碎屑量较低，适用于大规模量产 •2.2.3核心技术（EUV光源）：高功率、转换效率为EUV光刻必要条件 •2.2.3核心技术（EUV光源）：液滴Sn靶易于操控，转换效率较高 02 技术：光源、数值孔径、工艺系数、机台四轮驱动，共促光刻产业升级 •2.2.3核心技术（EUV光源）：加入预脉冲可以极大提高CE，双脉冲成为主流 •2.2.4现状：Cymer与Gigphoton几乎垄断全球激光光刻机光源产业，科益虹源弥补技术空白 •2.2.5趋势：输出功率、脉冲能量整体呈现上升趋势，光谱线宽呈现收窄趋势 •2.2.6弯道超车：稳态微聚束(SSMB)为极紫外光的产生提 •2.3.2路径（投影方式）：折反式使用较少光学元件实现更大数值孔径并实现场曲矫正 •2.3.2路径（像方介质折射率）：浸没式光刻提供更大焦深并支持高NA成像 •2.3.3制造：物镜加工精度确保光线高精度聚焦 •2.3.4现状：高端光学元件超精密制造技术及装备成为制约高端装备制造业发展重大短板 供新方法 •2.3数值孔径（NA）——物镜 •2.3.1原理：其他条件不变下，数值孔径越大，光刻机分辨率越高 •2.3.2路径（物镜结构）：从“双腰”到“单腰”，引入非球面镜片 •2.4工艺系数——计算光刻技术 •2.4.1光学邻近效应校正（OPC）：对掩膜图形进行预畸变处理，补偿光学邻近效应误差 •2.4.2光源-掩膜协同优化技术（SMO）：结合SO与OPC技术，提高设计自由度，扩大工艺窗口 02 技术：光源、数值孔径、工艺系数、机台四轮驱动，共促光刻产业升级 •2.4.3多重图形技术（MPT）：LELE，主要原理为化繁为简 •2.4.3多重图形技术（MPT）：SADP，一次光刻后相继使用非光刻工艺实现图形密度加倍 •2.4.4逆光刻技术（ILT）：已知光刻结果，反推出光源、光掩膜等调整参数 •2.4.5现状：国内市场被国际巨头垄断，东方晶源、宇微光学填补国内空白 •2.5双工作台系统：精确对准+光刻机产能的关键 •2.5.1组成：由掩膜台系统、硅片台系统和控制系统三大部分组成 •2.5.2功能：负责对准调平，精密定位，接送硅片 •2.5.3难点：快、准、稳 03 市场：一超两强格局稳定，新建晶圆厂+产线扩产拉动需求 •3.1光刻机产业链图谱 •3.2光刻机供应链核心环节 •3.3发展：技术&成本综合驱动光刻机发展 •3.4格局：一超两强格局稳定，ASML为EUV光刻机独家供应商 •3.5出货：EUV光刻增速最快，KrF与l-line仍为主要 需求类型 03 市场：一超两强格局稳定，新建晶圆厂+产线扩产拉动需求 •3.6现状：浸没式光刻机近乎全部限制出口，上海微电子产品对标CANON •3.7需求 • 3.7.1 经济衰退后出现显著增长，人工智能有望开启新周期 • 3.7.2 25年晶圆厂设备支出有望超1,200亿美元 • 3.7.3 全球新建晶圆厂浪潮带动光刻机需求 • 3.7.4 中国晶圆厂独占鳌头，预计至2024年底建立50座大型晶圆厂 •• 3.7.53.7.6 全球8寸、12寸晶圆产能有望持续提升，带动光刻机需求下游应用蓬勃发展，2030年半导体规模有望破万亿美元 04 破局：师夷长技以制夷，星星之火可燎原 •4.1ASML：光刻机行业绝对霸主，实力远超同业 •4.1.1产品迭代：EUV+DUV全面覆盖市场，EUV负责超高端市场，DUV负责中高端 •4.1.2DUV：NXT平台显著提升KrF及ArF光刻机生产效 率 •4.1.3EUV：首批EXE平台光刻机将于23年交与客户，有望于25年量产 •4.1.4研发与并购：研发费用逐年增长+收购前沿技术公司巩固技术壁垒 04 破局：师夷长技以制夷，星星之火可燎原 •4.1.5供应链：全球化供应链条，供应商共计5,000家 •4.1.6生态：上下游龙头公司紧密合作，产学研深入发展带动技术革新 •4.2Nikon：核心技术自主可控，产品服务导向构建良性生态循环 •4.2.1战略：以高质量与高附加值服务为基础，构建良性生态循环 •4.2.2驱动增长：化繁为简，少即是多，复制数码相机成功道路 •4.2.3技术：核心技术自主可控，贡献长期增长动力 •4.3Canon：技术整合赋能新价值，押注纳米压印光刻 •4.3.1产品：芯片小型化与多样化对设备提出进一步要求 •4.3.2优势：多领域核心技术构筑强大竞争实力 •4.3.3技术：纳米压印较EUV技术功耗降低90%，性价比优势凸显 •4.4国内进展：乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海 05 相关标的 •5.1芯碁微装（直写光刻）：产品矩阵不断突破，技术参数行业领先 •5.2富创精密（零部件）：全球位数不多可供应7nm精密零部件 05 相关标的 userid:93117,docid:168650,date:2024-07-22,sgpjbg.com 10 •5.3炬光科技（光学器件）：相关光场匀化器产品为顶级光学公司供应 •5.4赛微电子（物镜）：可生产光刻机透镜系统和MEMS器件 •5.5波长光电：已具备提供光刻机配套的大孔径光学镜头能力 •5.6奥普光电（整机）：光机装调技术水平在多应用技术领域处于国内领先水平 •5.7腾景科技（光学器件）：合分束器项目处于样品试制阶段 •5.8福晶科技（光源）：全球非线性光学晶体龙头厂商 •5.9茂莱光学：精密光学领域稀缺性标的，产品进入上海微电子供应链 •5.10上海微电子(整机):保留光刻革命火种，静待28nm光刻机王者归来 •5.11华卓精科（工件台）：国内首家自主研发并商业化的双工件台厂商 11 01 光刻：集成电路制造核心环节 • 1.1 光刻三剑客：光刻机+光刻胶+光掩膜 • 1.5 集成电路制造流程 • 1.2 光刻机：通过光源将光掩膜上图形投射于硅片 • 1.6 光刻工艺：8个步骤，光刻机代表产线先进程度 • 1.3 光刻胶：在曝光区发生光固化反应 • 1.7 分类：无掩膜光刻机与有掩膜光刻 • 1.4 光掩膜：图形转移工具或母版 • 1.8 光刻机发展历程 02 03 技术：光源、数值孔径、工艺系数、机台四轮驱动，共促光刻产业升级市场：一超两强格局稳定，新建晶圆厂+产线扩产拉动需求 04 05 破局：师夷长技以制夷，星星之火可燎原相关标的 光刻工艺是指集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术。 光刻工艺可以理解为使用光刻技术进行某一类加工的一种工艺；而光刻技术是则指在光照作用下，借助光致抗蚀剂（即：光刻胶）将掩膜版上的图形转移到基片上的技术。典型的光刻工艺流程包括衬底制备、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、 腐蚀、去胶等。在光刻中主要使用工具及材料为光掩膜、光刻机及光刻胶。 路维光电掩膜版 TWINSCANEXE:5000南大光电光刻胶 资料来源：路维光电招股说明书、ASML官网、南大光电、芯片半导体实验室、半导体材料与工艺设备、华金证券研究所 userid:529794,docid:169268,date:2024-07-22,sgpjbg.com 12 光刻机：类似纳米级打印机，通过光源将光掩膜上图形母版投射在硅片上。 工作原理：利用光刻机发出的光通过具有图形的光置对涂有光刻胶的硅片曝光，光刻胶见光后会发生性质变化，从而使光置上得图形复印到硅片上，从而使硅片具有电子线路图的作用。这就是光刻的作用，类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上，而光刻机刻的不是照片，是电路图和其他电子元件。 光刻机工作原理图 内部封闭框架 光束形状设置 遮光器 能量控制器 物镜 测量设备 激光器 硅片 光束矫正器 （共三个） 曝光台 测量台 掩膜版掩膜台 减振装置 光刻胶：又称光致抗蚀剂，组分主要包括成膜树脂、感光组分、微量添加剂和溶剂。其中成膜树脂用于提供机械性能和抗刻蚀能力；感光组分在光照下发生化学变化，引起溶解速度的改变；微量添加剂包括染料、增黏剂等，用以改善光刻胶性能；溶剂用于溶解各组分，使之均匀混合。 原理：将光刻胶涂布在衬底，通过前烘去除其中溶剂；其次，透过掩膜版进行曝光，使曝光部分感光组分发生化学反应，再进行曝光后烘烤；最后通过显影将光刻胶部分溶解（对于正性光刻胶，曝光趋于被溶解；对于负性光刻胶，未曝光区域 被溶解），从而实现图形从掩膜版到衬底片之间转移。 光刻胶工作原理图光刻胶成像制版过程 掩膜版又称光罩、光掩膜等，是微电子制造过程中图形转移工具或母版，用于下游电子元器件行业批量复制生产。掩膜版在生产中起到承上启下的关键作用，是产业链中不可或缺的重要环节。光掩膜可分为接触式光掩膜（真空接触、软接触及硬接触）及投影光掩膜（匀胶铬版光掩膜、移相光掩膜、不透光钼光掩膜及极紫外光掩膜）。 相较于接触式光刻和接近式光刻技术，投影式光刻技术更加先进，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。 光掩膜分类接近/接触式光刻以及投影式光刻示意图 分类 优点 缺点 真空接触 图形接触式转移可保证成 由于直接接触，光刻胶 软接触 接触式光掩膜 像过程的复制质量，避免引人放大率光学误差，在 会污染掩膜版，造成磨损累积缺陷，影响掩膜 硬接触 特定应用范围内具有优势 版的使用寿命 匀胶铬版光掩膜 通过带有棱镜系统的微影光刻机投影曝光，将光掩 移相光掩膜 不透光钼光掩膜 膜图形移转到圆片上，避 投影光掩膜 免光刻胶与掩膜版直接接 N.A. 触导致污染，且具有高耐 极紫外光掩膜 久性、高分辨率及易清洁处理等特性。 资料来源：中为咨询、华金证券研究所16 资料来源：Gartner、屹唐股份招股说明书、华金证券研究所 17 洁净室系统：25%-35% 洁净室分工：50%-70% 机电系统：25%-35% 土建设施：30%-40% 设计：2%-7% 厂房建设 20%-30% 硅片制造：15%-20% 芯片制造：75%-80% 硅片制造：1%-5% 设备投资 70%-80% 集成电路制造产线设备投资中，设备投资占比约为70%-80%，在设备投资中芯片制造设备占比为75%-80%， 光刻机占制 造设备投资20%，故光刻机占产线投资10.5%- 12.8% 长晶&切磨抛设备：2%薄膜沉积设备：20%光刻设备：20%刻蚀/去胶设备：20%工艺控制设备：11%清洗/CMP设备：8%退火/扩散/注入设备：5%其他加工设备：8%封装设备：40%-45%CP&测试设备：55%-60% 底膜准备：主要是清洗和脱水。污染物会减弱光刻胶与硅片之间附着力，彻底的清洗可以提升硅片与光刻胶之间