光刻是先进制程的关键步骤,半导体产业的基石。光刻是一种图像复制技术,在芯片制造过程中耗时最长,成本占比最高。作为先进制程的关键步骤,光刻分辨率决定了元件的最小特征尺寸与芯片的集成度。根据瑞利准则,可以通过缩短光源波长、增大数值孔径、减小光刻工艺因子提高光刻分辨率,进而提升芯片的性能。光刻技术作为半导体产业的基石,一般用工艺节点反应半导体行业发展水平,28nm是工艺节点的重要分水岭,在性价比方面与下一代工艺有着较大差异。
光刻机为半导体设备皇冠上的明珠,光学系统是其最重要的子系统之一。光刻机作为所有半导体制造设备中难度最高、最难突破的一环,占晶圆生产设备总市场的24%。从UV到EUV,光刻机经历了五代发展和进化,每次光源的改进都显著提升了光刻机所能实现的最小工艺节点。根据前瞻研究院数据,光刻机由光源、曝光和双工作台三大核心系统组成,一台EUV光刻机内含有超10万个精密零部件,全球供应商超过5000家。其中光学系统最重要的子系统之一,约占整体光刻机成本的30%。
全球光刻机千亿人民币市场规模且保持高速增长。市场规模方面,2011年光刻机市场规模257亿美元。根据Market Intelligence,预计2022-2028年全球光刻机市场规模CAGR有望达到6%。出货量方面,ASML、Nikon、Canon三大光刻机供应商占据了99%以上市场份额,出货量稳步提升,2019-2023年CAGR达16.75%。按供应商分类,ASML出货量增长最为明显,近五年光刻机出货量CAGR达18.33%。平均售价方面,EUV光刻机单价增长明显,ASP由2018年的1.0亿欧元提升至2023年的1.7亿欧元,其余价格较为稳定。
ASML、Nikon、Canon三大光刻机供应商占据主要市场,ASML为行业龙头。光刻机行业属于寡头垄断格局,市场份额集中,ASML出货量市占率63%,营收市占率81%。在高端光刻机(EUV、ArFi、ArF)市场,ASML的出货量占据优势,市占率分别为100%/95%/87%。2006-2023年,ASML总计投入研发费用245.48亿欧元,平均研发费用率达到15.5%。持续高强度的研发投入使ASML在高端光刻机领域构建起绝对领先的技术壁垒,市占率有望继续巩固。Nikon和Canon则凭借价格优势占据中低端光刻机(KrF、i-line)市场。
国产光刻机空间广阔、任重道远。陆资晶圆代工厂产能持续扩张带动光刻机需求提升,美日荷对华先进制程封锁,光刻机国产化势在必行。上海微电子作为目前国内唯一前道光刻机整机制造商,其自主研发的600系列前道光刻机可批量生产90nm工艺的芯片,500系列后道制造光刻机占据80%以上国内市场。国产供应链方面,科益虹源作为我国唯一、全球第三家从事光刻准分子激光技术全链条研发的公司,193nm ArF准分子激光器完成出货。国望光学研发面向28nm节点的ArFi光刻曝光光学系统,国科精密团队成功研制国内首套NA0.75 ArF曝光光学系统。华卓精科与清华大学团队持续攻坚浸没式光刻机用双工件台DWSi。
风险提示:国外顶尖制程工艺再度突破;国产光刻机研发及落地不及预期;下游需求疲软,晶圆代工厂扩产不及预期;光刻机出口管制进一步加剧。