国内光刻机发展道阻且长，国产突破行则将至

证券研究报告/行业研究 国内光刻机发展道阻且长，国产突破行则将至 ——半导体行业专题研究 投资评级:看好 投资要点 分析师：吴起涤 执业登记编号：A0190523020001 wuqidi@yd.com.cn 半导体行业迎来复苏，美日荷制裁推动设备国产化 2024年半导体行业逐步进入周期上行阶段，2025年行业有望迎来更快增长。根据SEMI预测，2024/2025年全球半导体设备行业市场规模为983/1128亿美元，同比+3%/+15%。2022年起美日荷陆续发布对华设备出口管制措施，半导体设备国产化迫在眉睫，而大陆晶圆厂有望逆势扩张带动设备资本开支。 研究助理：程治 执业登记编号：A0190123070008chengzhi@yd.com.cn 光刻机是半导体设备明珠，上游零部件供应复杂且品类广泛 光刻机指数与沪深300指数走势对比 光刻机是半导体制造中最核心的设备，光刻机的性能直接决定晶圆产线的制程节点和产能上限。光刻机的基本结构由激光器、照明光学模组、物镜、晶圆传输模组、晶圆扫描模组和扫描刻线模组等组成。我们认为光刻机的核心器件包括激光器、光学镜头和工作台等：1）激光器是光刻机的光源，决定了光 刻机的套刻精度和工艺节点；2）光学镜头：保证光刻机光源可以精准成像在光刻机指数沪深300 晶圆表面，伴随光刻机技术衍进，投影物镜结构愈加复杂、尺寸增加；3）工作台：2004年ASML将双工作台推广至TX系列光刻机，光刻机产能显著提升。 光刻机市场阿斯麦一家独大，国产替代迫在眉睫 ASML在全球市场中一家独大，2023年ASML供给了全球92%的高端光刻机 （ArF、ArFi、EUV）。2023年6月30日荷兰对华管制措施落地，2000i以上的光刻机型号限制出口。根据ASML公告，2024年H1对中国大陆设备销售收入为42.77亿欧元，占公司光刻机销售收入的49%，同比增长142%，凸显大陆晶圆厂对光刻机的需求旺盛。目前光刻机国产化率几乎为零，仅上海微电子有90nm工艺节点的DUV光刻机产品。 光刻机国产化曙光已现，65nm节点光刻机有望突破 近日，工信部发布《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》中的电子专用装备目录下，集成电路设备方向披露一台氟化氩光刻机，属于DUV光刻机。光刻机分辨率≤65nm、套刻≤8nm。若按照套刻精度与量产工艺约1：3的关系，氟化氩光刻机有望用于28nm芯片产线中的部分工艺。此外根据有关报道，上海微电子正在进行28nm浸没式光刻机样机的研发生产。 投资建议 在光刻机关键系统中，建议关注：福晶科技（光源）；富创精密、新莱应材（零部件）；茂莱光学、波长光电（光学镜头）；华卓精科（工作台、未上市）；上海微电子（光刻机整机、未上市）。 风险提示 国际政治动荡和摩擦加剧；国内芯片产能扩产不及预期；设备国产化导入不及预期；上游供应链发展不及预期。 20% 10% 0% -10% -20% -30% -40% -50% 2023/92024/12024/52024/9 资料来源：Wind，源达信息证券研究所 1.《半导体行业研究：行业复苏拐点将至，国产替代加速进行》2023.09.15 2.《半导体测试设备行业专题研究：半导体行业景气度有望回升，测试设备国产化持续推进》2024.02.01 3.《半导体行业专题研究：大基金三期正式启航，半导体行业自主可控加速推进》2024.05.30 请阅读最后评级说明和重要声明 目录 一、大陆晶圆厂有望逆势扩张，设备国产替代加速进行4 1.半导体设备国内需求不减，美日荷制裁推动国产替代4 2.美日荷垄断半导体设备市场，国产化率正在提升6 二、光刻机是半导体设备明珠，对芯片生产至关重要9 三、光刻机市场阿斯麦一家独大，国内需求高速增长12 四、光刻机国产化曙光已现，65nm光刻机有望突破14 五、行业公司15 1.富创精密15 2.茂莱光学16 3.福晶科技17 六、投资建议18 1.建议关注18 2.一致预测18 七、风险提示19 图表目录 图1：2024年全球晶圆厂设备支出预计至983亿美元4 图2：半导体前道晶圆制程对应的主要工序7 图3：2022年全球半导体设备各类型价值占比7 图4：每5万片晶圆产能对应设备投资额（亿美元）7 图5：二重模板/四重模板可实现更先进制程节点，需要用到多道薄膜沉积、刻蚀工序7 图6：存储芯片向三维结构转变，需要用到多道薄膜沉积、刻蚀工序7 图7：ASMLNXE：3400系列EUV光刻机，可用于7/5nm制程节点9 图8：光刻机的基本结构10 图9：光刻工艺的基本原理10 图10：带有科勒结构的光刻机成像光路结构11 图11：光刻机精度提升推动折射物镜NA及尺寸增加11 图12：光刻机由单工作台向双工作台发展12 图13：上海微电子SSA600/20光刻机图例14 图14：上海微电子600系列光刻机最高光刻精度在90nm14 图15：2019-2024年H1富创精密营收情况15 图16：2019-2024年H1富创精密归母净利润情况15 图17：2019-2024年H1茂莱光学营收情况16 图18：2019-2024年H1茂莱光学归母净利润情况16 图19：2019-2024年H1福晶科技营收情况17 图20：2019-2024年H1福晶科技归母净利润情况17 表1：中国大陆部分晶圆厂晶圆产线建设规划及进展整理5 表2：美日荷联合对华出口管制，倒逼半导体设备国产替代6 表3：半导体设备整体来看国产化率仍处于较低水平8 表4：光刻机所用光源的波长决定光刻精度9 表5：ASML在全球光刻机市场一家独大12 表6：ASML对华出口管制措施落地，涉及2000i及之后可用于14nm以上先进制程的机型13 表7：3类产能1万片/月的芯片生产线所需各类半导体设备数量13 表8：工信部重大技术装备指导目录中披露两类半导体光刻机设备14 表9：万得一致盈利预测18 一、大陆晶圆厂有望逆势扩张，设备国产替代加速进行 1.半导体设备国内需求不减，美日荷制裁推动国产替代 2025年全球半导体设备销售额有望加速增长。根据SEMI在2024年7月发布的《年中总 半导体设备预测报告》：2024年全球晶圆厂设备支出将由2023年的956亿美元增长至 983亿美元，同比增长3%，主要系行业逐步好转，进入周期上行阶段。展望2025年，人工智能等行业对高性能芯片需求进一步增长，叠加汽车、消费电子和工业等行业的需求复苏，全球晶圆厂设备支出有望增长至1128亿美元，实现同比增长15%。 图1：2024年全球晶圆厂设备支出预计至983亿美元 1200 1000 800 600 400 200 全球晶圆厂设备支🎧（亿美元）YOY 50% 40% 30% 20% 10% 0% -10% 0 2015201620172018201920202021202220232024E2025E -20% 资料来源：SEMI，源达信息证券研究所 大陆晶圆厂扩产空间大，有望拉动设备资本开支。通过整理大陆部分晶圆厂产线建设项目，合计规划产能缺口超100万片/月。以上信息验证大陆晶圆厂对设备需求仍然存在，2024年国内半导体设备需求仍然可观。 表1：中国大陆部分晶圆厂晶圆产线建设规划及进展整理 厂商 项目 规划产能 （10k/m） 现有产能厂房状态 （10k/m） 中芯京城（12英寸） 10 /建成 中芯天津（12英寸） 10 0 在建 中芯深圳（12英寸） 4 / 建成 fab1（12英寸） 10 / 建成 长江存储 fab2（12英寸） 10 0 在建 fab3（12英寸） 10 0 计划 fab1（12英寸） 12.5 / 建成 合肥长鑫 fab2（12英寸） 12.5 0 计划 fab3（12英寸） 12.5 0 计划 华虹集团 无锡（12英寸） 8.3 / 在建 福建晋华 晋江（12英寸） / / 在建 积塔半导体 临港二期（12英寸） 5 0 在建 广州粤芯 三期（12英寸） 4 0 在建 青岛芯恩 二期（12英寸） 2 0 在建 士兰微 士兰集科（12英寸）士兰集昕（12英寸） 83 60 建成在建 燕东微 北京（12英寸） 4 0 在建 晶合集成 N2（12英寸） 4 1.5 建成 合计（折合12英寸） 139.8 7.5 中芯国际 中芯上海（12英寸）100在建 资料来源：ittbank，semitrade，各公司公告，福建省发改委官网，源达信息证券研究所 美日荷联合发布对华出口管制条例，倒逼半导体设备国产替代加速。2022年10月7日美国商务部公布BIS条例：限制对中国14nm及以下逻辑芯片、128层及以上NANDFlash、18nm及以下DRAM制造设备及零部件的出口。2023年6月30日荷兰发布出口管制新规，限制ASML的TWINSCANNXT:2000i及之后的浸没式光刻机对华出口，管制在9月1日正式生效。2023年7月23日日本对华先进芯片制造设备出口管制的条例正式生效： 管制对象包括涂胶显影设备（EUV）和清洗设备等23类先进制程半导体设备。上述禁令主 要针对先进制程设备，影响国内先进制程产线扩产，但同时也会增强大陆晶圆厂的危机意识，成熟制程设备国产替代有望加快。 美国商务部将31家中国公司加入“未经核实的名单”，限制对中 2022/10/7国14nm及以下logic、128层及以上NANDFlash、18nm及以下DRAM制造设备及零部件的出口 事件 日期 表2：美日荷联合对华出口管制，倒逼半导体设备国产替代 2022/12/15美国商务部决定将长存、寒武纪、ICRD、上海微电子和鹏芯微等 2023/1/27美日荷就对中国先进设备出口限制达成协议，限制内容与10月7 日BIS新规一致 36家中国实体加入实体清单 2023/3/8ASML在官网发布《关于额外出口管制的声明》，将光刻机限制范围设定在2000i及之后的高端浸没式机型 2023/3/31日本政府宣布将23类先进制程半导体设备新增为出口管控对象，限制7月生效 2023/6/30荷兰发布出口管制新规，限制ASML的TWINSCANNXT:2000i及之后的浸没式光刻机对华出口，管制在9月1日正式生效 2023/7/23日本政府宣布对23个品类先进制程半导体设备的出口管制措施正式生效 资料来源：半导体行业观察，电子创新网，电子发烧友网，虎嗅，中国工业网，源达信息证券研究所 2.美日荷垄断半导体设备市场，国产化率正在提升 半导体设备是高技术门槛&高附加值行业。前道晶圆加工的主要工序包括光刻、刻蚀和薄膜沉积等，其特点是对晶圆加工精度要求极高，通常在几十至几百纳米；并且部分工序需要多次进行，对设备产能效率要求高。上述原因也导致用于前道晶圆加工的半导体设备价格高昂，一条产能1万片/月的12英寸晶圆产线设备投资额在数十亿元。 图2：半导体前道晶圆制程对应的主要工序 资料来源：芯源微招股说明书，源达信息证券研究所 根据中微公司2022年业绩说明会，薄膜沉积设备、刻蚀机和光刻机约占半导体设备价值量的22%、22%和17%。根据摩尔定律：芯片中的晶体管数目，约每两年增加一倍。未来在晶圆制造向更先进制程节点转变趋势下，对设备的投资额将会大幅增加。同时逻辑芯片制程中两重模板、四重模板等工艺需求增加，存储芯片向三维结构转变都会显著增加对薄膜沉积、刻蚀等工序的需求，未来薄膜沉积、刻蚀价值占比或将进一步提升。 图3：2022年全球半导体设备各类型价值占比图4：每5万片晶圆产能对应设备投资额（亿美元） 250 200 150 100 50 0 资料来源：SEMI，中微公司，源达信息证券研究所资料来源：中芯国际招股说明书，源达信息证券研究所 图5：二重模板/四重模板可实现更先进制程节点，需要用到多道薄膜沉积、刻蚀工序 图6：存储芯片向三维结构转变，需要用到多道薄膜沉积、刻蚀工序 资料来源：中微公司，源达信息证券研究所资料