半导体行业系列专题(四):光刻机:现代工业集大成者 亟待国产破局

类别:行业 机构:平安证券股份有限公司 研究员:付强/徐勇/徐碧云/陈福栋 日期:2024-02-28

  光刻是半导体核心工艺,开发难度大,性能指标要求高。光刻机是半导体制造的核心设备,其性能直接决定了芯片的工艺水平,开发难度大,价值量高,市场规模可观,目前市场主流光刻设备有i-line、KrF、ArF、ArFi、EUV五大类;分辨率、套刻精度、产率是光刻机的核心指标,其中,分辨率直接决定制程,极致的分辨率水平是光刻机产业不懈的追求,是光刻机最重要的指标,而套刻精度影响良率,产率影响光刻机的产能及经济性,此外,多重曝光技术可在光刻机分辨率不变的情况下进一步提高芯片制程,应用较为广泛。

      光刻机是现代工业的集大成者,核心为光源/照明/投影/双工作台四大子系统。1)光源系统经历了高压汞灯→DUV→EUV的发展历程,为追求更极致的分辨率,光源波长需要不断缩短,光源的演进历程很大程度上代表了光刻机的发展历程,DUV、EUV光刻机便是以光源命名的,其中DUV光源是准分子激光器,EUV光则是高能激光轰击金属锡滴产生;2)照明系统是对光进行扩束、传输、整形、匀化、准直、汇聚后照射至掩膜,DUV采用反射式光路,EUV采用折射式光路;3)投影系统是将掩膜图形按一定比例投射至晶圆,浸没式投影可增加光刻机NA值,进一步提升光刻机分辨率;4)双工作台系统主要作用为提高产能,改善光刻机的经济性。

      光刻机产业呈现强垄断特性,国产突破是唯一选择。ASML、Nikon、Canon是全球光刻机产业三大龙头,占据绝大部分市场份额,其中ASML在高端浸没式DUV及EUV方面绝对领先,Nikon在浸没式DUV方面也有少量出货,Canon则聚焦中低端领域。国内来看,上海微电子是领航者,在“02专项”支持以及产业链公司的共同努力下,国产光刻机产业链不断完善:科益虹源已实现准分子激光光源的出货,炬光科技的光刻机用匀化器取得规模可观的营收,茂莱光学已掌握“光刻机曝光物镜超精密光学元件加工”核心技术且其精密光学器件已应用于国产光刻机中,华卓精科则在双工作台方面取得突破。在当前海外对华制裁的背景下,光刻机是被限制的重点,国产化是唯一选择,亟待突破。

      投资建议:光刻机是半导体产业的核心设备,直接决定芯片制程的先进程度,重要性不言而喻,在全球半导体产业持续扩张的趋势下,光刻机市场规模长期可观;此外,光刻机开发难度大,产业垄断性强,是海外对华半导体制裁的重灾区,直接影响国内半导体产业先进制程的发展,因此光刻机自主突破的重要性尤为凸显,光刻机国产产业链颇具潜力,建议关注炬光科技、茂莱光学、晶方科技、福晶科技、波长光电、腾景科技等。

      风险提示:(1)国内技术产品开发不及预期的风险。(2)海外制裁加剧的风险。(3)下游需求不及预期的风险。