光刻机行业海外硬科技龙头复盘研究系列之九：国之重器，路虽远行则将至

看好/维持 执业证书编号：S1480522060001 投资摘要： 光刻机被誉为半导体工业皇冠上的明珠，光刻是半导体芯片生产中最复杂、关键一环。光刻机是芯片制造流程中的核心设备，其光刻的工艺水平直接决定芯片的制程、性能，被誉为半导体工业皇冠上的明珠。光刻是半导体芯片生产中最复杂、关键步骤，耗时长、成本高。光刻机原理类似相机照相，发出光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光，光刻胶见光后发生性质变化，使图形复印到薄片上，使薄片具电子线路图作用。其中分辨率直接决定制程，是最重要的指标；套刻精度影响良率；生产效率影响产能及经济性。 光刻机可分为直写光刻机与掩膜光刻机，市场主流有i-Iine、KrF、ArF、ArFi、EUV五大类。掩膜光刻机由光源发出光束，经掩膜板在感光材料上成像，又可分为接近、接触式及投影式，投影式为主流，还可分为UV、DUV、EUV。直写式光刻机用计算机控制光束投影至涂感光材料的基材上，无掩膜进行曝光，又可分为光学直写、带电粒子直写。直写光刻机在半导体应用领域窄，体量小，是掩膜光刻机的补充。市场主流光刻机有i-Iine、KrF、ArF、ArFi、EUV五大类。 光刻机产业链上游所需零件设备众多复杂，下游半导体市场驱动行业发展。零件、组件和设备为上游供应。下游市场主要为半导体市场，全球半导体市场规模稳步扩张，使光刻机需求稳步增长。受益于晶圆需求增长、服务器云计算与5G基础建设发展，全球光刻机市场规模平稳增长，2023年全球光刻机市场规模增至271.3亿美元，预计2024年达295.7亿美元。2022年全球光刻机销售结构以中、低端KrF、i-Iine为主，占比约71.5%，高端ArFi、ArF和超高端EUV占比较小，分别为15.4%、5.8%和7.3%。 从全球光刻机竞争格局看，光刻机市场由国外企业主导。ASML占绝对霸主地位，2022年市场份额占比82.1%，Canon占比10.2%，Nikon占比7.7%，上海微电子为国内唯一巨头。超高端光刻机EUV领域ASML独占鳌头，高端光刻机ArFi和ArF领域也主要由ASML占领；Canon主要集中在i-Iine领域；Nikon除EUV外均有涉及。2022年光刻机国产化率仅2.5%，上海微电子为国内唯一巨头。 复盘海外龙头ASML成长之路：四十载砥砺前行，成就全球光刻机龙头。1980年代ASML初出茅庐，与知名透镜制造商卡尔蔡司建立合作。1990年代，ASML推出PAS 5500，使ASML名声大噪。2000年代，双工作台、浸没式光刻技术助力ASML成为行业绝对的龙头。2010年代，ASML第一台EUV光刻机问世，收购业内一众领先厂商。2020年代，ASML将EUV光刻机推进至High NA时代。 ASML光刻机产品全面丰富，浸入式行业领先，EUV为其独有。ASML拥有EUV、DUV两大光刻系统，DUV包括浸入式系统、干式系统，EUV包括EXE、NXE。ASML浸入式在生产力、成像和覆盖性能方面处行业领先，适用最先进逻辑和内存芯片的大批量生产。EUV技术为其独有。得益于NXE和DUV浸入式系统量价齐升，2023年ASML实现营业收入275.59亿欧元，净利润78.39亿欧元。预测将于2025年实现约300亿欧元至400亿欧元的年销售额，毛利率约为54%至56%。 ASML通过不断研发投入、技术创新，通过产业链上下游收购不断拓宽护城河。2023年ASML研发投入39.81亿欧元，同比增长22.35%，以支持其牢牢占据高端市场；同时其注重产业链协同效应，在上游进行有针对性的收购或股权投资，与下游客户建立密切合作关系；并与客户、供应商、研究合作伙伴、同行共建创新生态系统；使其龙头地位不断巩固。 海外龙头企业发展历程对于国内光刻机企业发展的启示：1）持续高水平研发投入，坚持创新。打破国内外光刻机巨头的技术壁垒，需要持续高水平投入研发资金，坚持产品技术创新。2）重视产业链协同，深度绑定上下游，构建利益共同体。可以采取并购或合作的方法绑定上下游企业，构建企业生态圈，发挥产业链协同效应。 政策大力支持，国产光刻机行业初露锋芒。1）上海微电子：国产光刻机唯一巨头，SSX600系列光刻机较具代表性。2）炬光科技：深耕激光元器件，激光雷达、泛半导体、医疗健康多产业布局。3）茂来光学：领军国内工业级精密光学，实现九项核心技术产业化，公司光刻机曝光物镜超精密光学元件加工技术已实现产业化。4）福晶科技：全球光学晶体龙头，“晶 体+光学元件+激光器件”一站式服务。4）波长光电：国内激光光学元件的主要供应商，目前，公司已具备提供光刻机配套的大孔径光学镜头的能力，公司成功开发的光刻机平行光源系统可用于国产光刻机领域配套。 投资策略：光刻机是国之重器，也是目前半导体工艺中被“卡脖子”最为严重的半导体设备之一。基于对国内半导体行业政策以及对于国内半导体设备国产化趋势的分析，我们认为，国产光刻机行业有望通过技术攻坚和上下游协同的形式实现弯道超车，关注上海微电子等相关公司的客户突破与产品突破，受益标的：福晶科技、茂来光学、炬光科技、波长光电等。 风险提示：技术迭代风险、行业景气度下行、行业竞争加剧、中美贸易摩擦加剧 目录 1.1光刻机是半导体核心设备，目前主流光刻机分为i-Iine、KrF、ArF、ArFi、EUV五大类...........................................51.2光刻机产业链非常复杂，市场被海外厂商ASML, Nikon和Canon垄断....................................................................8 2.1 ASML：四十载砥砺前行，成就全球光刻机龙头.......................................................................................................122.2内生外延：研发投入不断加码，通过产业链上下游收购不断拓宽护城河..................................................................152.2.1不断投入，ASML具有丰富的光刻机产品线...................................................................................................152.2.2通过产业链上下游收购不断拓宽护城河..........................................................................................................18 3.1上海微电子：国产光刻机巨头，SSX600系列光刻机较具代表性.............................................................................223.2炬光科技：深耕激光元器件，激光雷达、泛半导体、医疗健康多产业布局..............................................................233.3茂莱光学：领军国内工业级精密光学，实现九项核心技术产业化............................................................................243.4福晶科技：光学晶体龙头，提供“晶体+光学元件+激光器件”一站式服务.............................................................253.5波长光电：国内激光光学元件的主要供应商，以先进的光刻技术助力半导体产业发展............................................26 4.投资建议...........................................................................................................................................................................28 插图目录 图1：掩膜光刻机工作原理....................................................................................................................................................5图2：光刻机内部结构及工作原理.........................................................................................................................................5图3：半导体主要工艺流程....................................................................................................................................................6图4：通过掩模曝光和镜头聚焦.............................................................................................................................................6图5：光刻机可分为无掩膜光刻机与掩膜光刻机....................................................................................................................7图6：光刻机行业产业链........................................................................................................................................................8图7：全球光刻机行业市场规模持续增长...............................................................................................................................9图8：2022年全球光刻机销量KrF、i-Line占比约71.5%..................................................................................................10图9：2022年ASML、Nikon、Canon光刻机市场份额占比...............................................................................................11图10：上海微电子为国产光刻机龙头...........................................................................