半导体行业深度分析报告-光刻为半导体设备之巅-冰山峰顶待国产曙光-财通证券_54页_5mb

光刻设备行业研究报告总结

核心内容

光刻设备是半导体制造中最核心的工艺装备，直接影响集成电路的性能和良率。光刻机的核心工艺指标包括分辨率、聚焦深度、套刻精度、曝光功率及单位时间产能等。主流光刻设备采用浸没系统、可编程光照、畸变修正、热效应修正、对准与表面测量等技术。光刻设备具有高技术附加值，毛利率普遍超过50%。

主要观点

• 光刻工艺的重要性：光刻是决定芯片性能最关键工艺，通过将掩模版上的图形转印到晶圆表面，形成最基本的电路图案。
• 光刻技术的多样性：光刻技术包括接触/接近式光刻、扫描投影/重复步进光刻、步进扫描光刻、电子束光刻、纳米压印等，其中扫描式光刻是当前主流。
• 光刻设备的技术革新：随着制程的不断升级，光刻设备经历了多次技术革新，包括浸没式系统、极紫外光刻（EUV）、双工件台系统等，显著提升了光刻性能。
• 光刻产业链的复杂性：光刻设备涉及多个精密系统和组件，包括光源、照明、物镜、工件台等，技术门槛高，全球供应链高度集中。
• 国产光刻设备的发展机遇：随着国内半导体产线的扩产，光刻设备需求增加，国产光刻设备在部分领域已实现突破，但仍需在高端设备领域加快研发。

关键信息

• 光刻机的市场地位：ASML在全球光刻设备市场占据主导地位，市场份额约90%，在EUV和非EUV设备方面均有重要布局。
• 市场规模：2021年全球光刻设备市场规模约为181亿美元，显影涂胶设备市场规模超过30亿美元。光刻设备成本占比不断提升，特别是在高端制程中。
• 光刻设备的性能指标：分辨率、套刻精度、聚焦深度、曝光功率、单位时间产能等是衡量光刻设备性能的关键指标。
• 国产替代的潜力：国内光学企业如苏大维格、茂莱光学、芯源微、精测电子、盛美上海、美埃科技、炬光科技、福晶科技等在光刻设备的配套设备和零部件领域具备一定的竞争力。

投资建议

建议关注以下公司在光刻设备及相关领域的表现：

• 苏大维格（300311.SZ）：发力非IC光刻机和多种光学元件，投资评级为增持。
• 茂莱光学（688502.SH）：供应多种前道光刻机零件，投资评级为未覆盖。
• 芯源微（688037.SH）：光刻机配套显影涂胶设备先行者，投资评级为增持。
• 精测电子（300567.SZ）：光刻涂胶显影后电路量测设备，投资评级为增持。
• 盛美上海（688082.SH）：开发显影涂胶设备，扩大产品工艺覆盖，投资评级为增持。
• 美埃科技（688376.SH）：提供光刻所需的高洁净度环境，投资评级为增持。
• 福晶科技（002222.SZ）：激光晶体打入ASML供应链，投资评级为未覆盖。
• 炬光科技（688167.SH）：光刻机电子及光学元件供应商，投资评级为未覆盖。

风险提示

• 半导体行业景气度下滑：可能导致光刻设备需求不及预期。
• 贸易保护主义：可能影响国内晶圆厂的扩产速度。
• 技术难度大：光刻设备与组件的研发进度可能慢于预期。

图表与数据

• 图1. 光刻产业链格局图：展示光刻产业链的上下游关系。
• 图2. 芯片性能的发展整体遵循摩尔定律：体现芯片性能随时间的提升趋势。
• 图3. 光刻的基本原理：展示光刻技术的流程与原理。
• 图4. 芯片生产的工艺步骤：展示芯片制造的完整流程。
• 图5. ASML光刻机的全球供应链：说明ASML的供应链分布。
• 图6. 多类设备与光刻密切相关：展示与光刻相关的多种设备。
• 图7. 光刻配套的量测设备/部件：说明量测设备在光刻中的作用。
• 图8. 光刻计算系统：展示光刻计算系统的作用与原理。
• 图9. 光刻机描绘电路的图纸：掩模版：说明掩模版在光刻中的重要性。
• 图10. 光刻机绘图的底板：涂布中的光刻胶：展示光刻胶在光刻过程中的作用。
• 图11. 光刻技术的发展图谱：展示光刻技术的发展历程。
• 图12. 接触/接近式光刻机：展示接触/接近式光刻机的结构与原理。
• 图13. 德国苏斯公司的光刻机：展示德国苏斯公司的光刻设备。
• 图14. 初代投影光刻机的工作原理：展示投影光刻机的工作方式。
• 图15. 三种投影光刻机的成像方式：说明不同投影光刻机的成像方式。
• 图16. 上海微电子步进重复光刻机：展示上海微电子的步进重复光刻机。
• 图17. 步进扫描式光刻双工件台：说明双工件台的结构与工作原理。
• 图18. 步进扫描光刻机运动原理：展示步进扫描光刻机的运动方式。
• 图19. 7纳米（含）前制程均用DUV光刻机完成：说明DUV光刻机的应用范围。
• 图20. ASML光刻机性能参数不断进步：展示ASML光刻机的性能提升。
• 图21. 光刻机的浸没式系统：说明浸没式光刻机的原理。
• 图22. ASML市场份额快速攀升：展示ASML在全球市场的份额增长。
• 图23. 双重光刻工艺（LELE）：说明双重光刻工艺的应用。
• 图24. 利用侧墙实现的自对准双重图形（SADP）：展示自对准双重图形技术。
• 图25. 套刻误差对图案的影响：说明套刻误差对光刻工艺的影响。
• 图26. 极紫外光刻机的应用：展示EUV光刻机的应用。
• 图27. EUV光刻极大简化工艺步骤：说明EUV光刻机的优势。
• 图28. EUV光刻机：展示EUV光刻机的结构。
• 图29. 电子束光刻：说明电子束光刻的技术特点。
• 图30. 紫外固化纳米压印技术：展示纳米压印技术的应用。
• 图31. 光刻机的结构：说明光刻机的整体结构。
• 图32. 高压汞灯的光谱分布：展示高压汞灯的光谱特性。
• 图33. 高压汞灯的结构：说明高压汞灯的结构。
• 图34. 单腔DUV激光产生的原理：展示单腔DUV激光的产生原理。
• 图35. ArF光源系统（DUV）：说明ArF光源的结构。
• 图36. GIGAPHOTON的ArF光源内部结构：展示ArF光源的内部结构。
• 图37. 光源内置的测量模块：说明光源测量模块的作用。
• 图38. EUV设备庞大的前驱激光装置：展示EUV设备的前驱激光装置。
• 图39. 光刻机中的EUV光产生装置：说明EUV光的产生过程。
• 图40. EUV光源工作原理图：展示EUV光源的工作原理。
• 图41. 光刻机照明与投影物镜系统的工作流程图：说明照明与投影物镜系统的流程。
• 图42. 光刻机照明与投影物镜系统结构：展示照明与投影物镜系统的结构。
• 图43. 光刻设备采用不同的照明方式：说明不同照明方式的适用性。
• 图44. 像素化照明方式的成像效果：展示像素化照明的成像效果。
• 图45. 光刻计算优化的掩膜版的成像效果：说明光刻计算优化的作用。
• 图46. DUV光刻机的照明系统：展示DUV光刻机的照明系统。
• 图47. DUV光刻机的物镜系统：说明DUV光刻机的物镜系统。
• 图48. 光刻中的波前畸变：展示波前畸变对成像的影响。
• 图49. 通过镜片形变补偿像差原理图：说明镜片形变补偿像差的原理。
• 图50. 通过局部加热补偿像差原理图：说明局部加热补偿像差的原理。
• 图51. EUV反射镜片：展示EUV反射镜片的结构。
• 图52. EUV光刻机的照明与物镜系统：说明EUV光刻机的照明与物镜系统。
• 图53. 工件台工作流程图：展示工件台的工作流程。
• 图54. ASML的双工件台：说明双工件台的结构与功能。
• 图55. ASML新型机台产能不断提高：展示ASML产能提升的趋势。
• 图56. 掩膜与晶圆上的对准图形：说明对准图形的设计。
• 图57. 配合工件台的对准传感器：展示对准传感器的作用。
• 图58. 掩膜与工件台及晶圆的对准原理图：说明对准原理。
• 图59. 晶圆表面的3D形貌图：展示晶圆表面的形貌特征。

数据来源

• 数据来源：wind，财通证券研究所
• 未覆盖公司的预测数据来源于wind一致预期

结论

光刻设备是半导体制造不可或缺的核心装备，其技术含量高、市场空间大，具备较高的毛利率。随着半导体工艺不断升级，光刻设备需求持续增长，国产替代的前景广阔。在光刻设备的各个细分领域，如光源系统、照明与物镜系统、工件台系统等，国内企业已取得一定进展，但在高端光刻设备领域仍需进一步突破。投资建议关注具备技术和市场优势的国内光刻设备及配套企业。