2023光刻机产业发展简析报告

光刻机行业简析报告 版权归属上海嘉世营销咨询有限公司 01.光刻机是芯片制造中的最核心环节 •光刻机是生产芯片的核心装备，被誉为半导体工业皇冠上的明珠。光刻机是一种投影曝光系统：光刻机由光源、照明系统、物镜、工件台等部件组装而成。在芯片制作中，光刻机会投射光束，穿过印有图案的光掩膜版及光学镜片，将线路图曝光在带有光感涂层的硅晶圆上。 •芯片制造过程需要用到的设备种类繁多，包括氧化炉、涂胶显影机在整个半导体芯片制造过程中，光刻是最复杂工艺，光刻工艺的费用约占芯片制造成本的1/3左右，耗费时间占比约为40-50%，光刻工艺所需的光刻机是最贵的半导体设备。 光刻工艺流程图 光刻机工艺的发展史 02.光刻机的技术水平决定集成电路的发展水平 •光刻机的技术水平很大程度上决定了集成电路的发展水平。随着EUV光刻机的出现，芯片制程最小达到3nm。目前ASML正在研发High-NA EUV光刻机，制程可达2nm、1.8nm，预计2025年量产。•英伟达在23年GTC大会上也表示其通过突破性的光刻计算库cuLitho，将计算光刻加速40倍以上，使得2nm及更先进芯片的生产成为可能，ASML、台积电已参与合作，届时将带动芯片性能再次提高。 各个工艺节点和光刻技术的关系 03.我国以举国之力发展光刻机产业 •我国光刻机的研制起步并不晚，早在70年代就研制出接触式曝光系统，由于早期我国半导体产业的整体落后，以及“造不如买”的思潮影响，光刻机产业化落地滞后。2002年ArF光刻机被列入“863计划”、2008年启动“02专项”，光刻机事业才再度觉醒。 •我国光刻机攻尖采取类ASML的模式，细分各科研院所、高校做分系统，再由SMEE进行整机组装。中科院微电子所、长光所、上光所，清华大学、浙江大学、哈工大等均参与光刻机的研发，目前干法光刻机的分系统基本通过验收，陆续产业化落地，并继续承担“02专项”进行湿法光刻机分系统研发。 04.全球光刻机市场维持高增长 •2022年全球光刻机市场规模达196亿美元，同增26%，约占全球半导体销售额（1076亿美元）的18%。在2020年“宅经济”刺激的半导体强需求下，2021-2022年半导体需求旺盛，但受美联储加息、经济增速下行的影响下，全球半导体销售额自2022年8月起持续下行，但是2022年光刻机出货量逐季创新高。 •尽管目前已有多家晶圆厂下调2023年资本开支，但考虑光刻机交期长（2022年末ASML在手订单高达404亿欧元，订单营收比达1.9倍）、战略意义高，预计2023年光刻机市场需求维持高增。预计2028年全球光刻机市场规模将达到277亿美元，2022-2028年CAGR达6%。 05.中国光刻机产品大部分依赖进口 •中国大陆光刻机市场空间广阔，但主要依赖荷兰、日本等地进口。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。 •中国大陆是ASML第三大客户。2022年ASML对中国大陆总销售额31.4亿美元（含设备、服务等），其中设备收入23.3亿美元，占14%，仅次于中国台湾和韩国。 06.光刻机产业链复杂 •光刻机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。 光刻机产业链全景图 上游设备及材料 台积电，三星、格罗方德，联电力积电，海力士、美光、英特尔、东芝、瑞萨、德州仪器、英飞凌；中芯国际、华虹宏力、长江存储、合肥长鑫、华润微、斯达半导。 光刻机配套设施 光刻胶(容大感光、南大光电)污染控制、先进材料(Entegris)光刻气体(华特气体)光掩膜版(华润微、菲利华、Photronies)涂胶显影(芯源微)缺陷检测(精测电子、东方晶源) 07.全球光刻机行业属于明显的寡头垄断格局 •光刻机行业属于明显的寡头垄断格局，前三供应商（荷兰阿斯麦、日本佳能、日本尼康）占据绝大多数市场份额。 •2022年光刻机占半导体设备市场份额达23%，市场规模232.3亿美元。其中，全球光刻机三大巨头ASML/Canon/Nikon光刻机营收分别为161/20/15亿美元，市场份额达82%/10%/8%；出货量分别为345/176/30台，市场份额63%/32%/5%。 •从EUV、ArFi、ArF三个高端机型的出货来看，ASML仍维持领先地位，出货量分别占100%/95%/87%。 08.国内光刻机企业实现从0到1的突破 •上海微电子是大陆光刻机进展最快的厂商。上海微电子装备(集团)股份有限公司主要致力于半导体装备、泛半导体装备、高端智能装备的开发、设计、制造、销售及技术服务。公司设备广泛应用于集成电路前道、先进封装、FPD面板、MEMS、LED、PowerDevices等制造领域。 •2022年前十大专属晶圆代工公司中，中国大陆有三家。分别为中芯国际、华虹集团、晶合集成，排名第四、第五和第九。国内晶圆厂陆续恢复扩产，有望带动半导体设备的需求。 09.晶圆厂积极扩产带动光刻机需求 •2020-2030年，预计全球晶圆产能每年将增长78万片/月，CAGR为6.5%。其中先进、成熟制程每年月产能增长分别为22/38万片，CAGR分别为12.0%/6.0%，存储芯片增速放缓，DRAM和NAND增速分别为4.7%/4.9%。若进一步考虑技术主权和竞争，将再增加15万片/月的产能。 10.光刻机在半导体设备的占比呈向上趋势 •2022年WFE（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。 •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。 11.高端需求驱动光刻机发展 •以光学传感器与成熟逻辑芯片为代表的高端市场，驱动光刻机技术的迭代。其中成熟芯片中，主要包括功率芯片、传感器、成熟逻辑/模拟芯片：ArFi光刻机主要应用在光学传感（ArFi光刻花费占比约40%）与成熟逻辑芯片（ArFi光刻花费占比约60%）。 •其余光刻机主要用于功率芯片（KrF45%、i-line55%）、非光学传感（KrF30%、i-line70%）、模拟芯片（ArF、KrF、i-line光刻花费占比相近）的生产。 •据ASML的财报计算，EUV与ArFi光刻机的ASP远远高于KrF和i-line光刻机，尽管高端机型出货量少于中低端光刻机，但总收入较高，市场规模较大。在ASML的设备收入中，EUV+ArFi占比超8成。 12.芯片性能升级推动光刻强度上升 •光刻强度是指光刻资本支出占新建晶圆厂总资本支出的比例，呈现上升态势。先进逻辑制程对分辨率要求最高，因而光刻难度最大、光刻强度也最高。 •10nm逻辑芯片已达25%，5nm及以下制程需要利用EUV+多重曝光实现，光刻强度超过35%。先进DRAM芯片光刻强度在25%左右。NAND多采用3D堆叠架构，光刻强度相对较低，但存储巨头也在逐步引入EUV生产更高层3DNAND。 Storage Memory 13.光刻机行业的四大发展趋势 国产光刻机企业紧抓上游零部件机会 行业龙头效应将更加集中 由于荷兰出口管制规则将限制ASML为受控设备进行维护、修理和提供备件。零部件存在断供隐忧，国产替代有望提速。未来无论是整机自研配套零部件，或是备件更换都会更多依赖国内零部件供应商，为光刻机上游零部件企业提供了机会，若供应链实现全国产替代，对应上游零部件市场空间超150亿元。 考虑到阿斯麦公司的领先技术优势、EUV的唯一供货能力、在手专利充足等因素，阿斯麦在高端光刻机的优势短期内难以被追平，未来有望随高端光刻机需求增长而持续获得市场份额，行业龙头效应将更加集中。 01 02 光刻机出口进一步受到限制 光刻机的应用更加广泛 03美国进一步加强对中国芯片产业的封锁，寻求进一步阻止中国获得先进半导体技术，荷兰发布禁令主要涉及先进的沉积设备和浸润式光刻系统，这一系列限制的实施无疑给中国的光刻机产业带来了严峻挑战，有可能让中国芯片产业可能会退回到45nm水平，迫使国内企业加强自身的研发实力，推动自主创新。 随着人工智能和大数据技术的不断发展，其在光刻机产业中的应用也越来越广泛。通过将人工智能和大数据技术与光刻机产业相结合，可以实现光刻机的自动化和智能化生产，提高光刻机的生产效率和制造精度。 04 版权说明 本报告为简版报告，内容均从嘉世咨询原有完整报告中精炼提取，如需了解详细内容，请联系：mcr@chinamcr.com. 本报告中的所有内容，包括但不限于文字报道、照片、影像、插图、图表等素材，均受《中华人民共和国著作权法》、《中华人民共和国著作权法实施细则》及国际著作权公约的保护。 本报告的著作权属于上海嘉世营销咨询有限公司所有，如需转发、转载、引用必须在显著位置标注出处，并且不得对转载内容进行任何更改。 本报告是免费报告，任何机构和个人不得将本报告用于收费为目的经营活动。