1、目目 录录1 1 提要：提要：光光刻工刻工艺艺是晶是晶圆制圆制造最核造最核心心环节环节，光刻光刻产产业业链链协同发协同发展展成为成为光光刻机刻机突突破破关关键因键因子子 11.光刻定义晶体管尺寸，光刻工艺合计占芯片成本近 30%12.区别于其他晶圆制造设备，光刻机独有自身产业链概念 42 2 复盘复盘：ASML 如何通如何通过光过光刻产业刻产业链链垄断垄断全全球光球光刻刻机机市场市场 71.ASML 成立之前：光刻机即将进入准分子激光时代，美国三雄称霸光刻市场 72.2 1984-2000：PAS5500 帮助公司立足全球光刻市场 83.2001-2010：双工作台技术提升效率，先发浸没式系统
2、打败尼康、佳能 94.2010-至今：打通 EUV 光刻产业链，成为全球 EUV 光刻机独家供应商 132 2 探寻：探寻：02 专项加码专项加码关键关键技术突技术突破破，本，本土土光刻光刻产产业业链链构建正构建正当时当时 171.光刻机组件：“02 专项”强化国产物镜、光源、浸没式系统等高端光刻组件 192.配套光刻胶：ArFi、EUV 光刻胶初见锋芒，南大光电领衔国内公司加速国产替代 223.配套光刻气：决定分辨率范围，华特气体、凯美特气完善国内光刻气链条 294.配套光罩：光罩占半导体材料市场份额 13%，高世代光罩实现突破 315.配套设备：涂胶显影设备为光刻必要环节，检测设备成为提升
3、良率关键 353 3 希冀：希冀：本本土光土光刻刻产业产业链协链协同发展同发展，上海上海微微电子电子下下一一代代光刻机光刻机突突破在破在即即 411.晶圆前道光刻机制程达 90nm，封装、LED、面板光刻机市占率较高 412.国产光刻链的打通助力上海微电子下一代光刻机突破 434 4 推荐标的推荐标的 441.精测电子（300567）：布局半导体前、后道检测设备，迈向泛半导体检测龙头 442.福晶科技（002222）：非线性光学晶体全球龙头，部分产品供货 ASML 455 5 风险提示风险提示 461图图 目目 录录图 1：19 年全球半导体市场规模达 4090 亿美元 1 图 2：数码产业占
4、全球企业总产值的 41%，半导体成为数码产业基石 2 图 3：半导体芯片制造工艺流程图 2 图 4：光刻工艺流程较多，占晶圆制造耗时的 40%-50%4 图 5：ASML 今年来在国内晶圆厂中频繁中标 6 图 6：步进扫描式技术可大幅提高产能 7 图 7：1980 年代末美国光刻机“三巨头”被收购或被迫转型 8 图 8：PAS5500 系列各型号光刻机介绍 9 图 9：2000 年之前为 ASML 快速增长期 9 图 10：1999 年新兴市场已经占据 ASML 总收入相当大比例 9 图 11：Twinscan 双工件台结构示意图 10 图 12：浸没式光刻可大大缩短等效波长 10 图 13：
5、尼康推出的 ArF 浸没式光刻机可靠性与 ASML 差距较大 11 图 14：Twinscan NXT:2000i 配合先进工艺与材料可实现 7nm 制程 12 图 15：ASML 目前的 Twinscan NXT 系列光刻机 12 图 16：2009 年金融危机后 ASML 营收强势反弹 13 图 17：浸没式系统帮助 ASML 毛利率与净利率提升 13 图 18：2010 年 ASML 净利润达 13.6 亿美元 13 图 19：2001-2010 年 ASML 光刻机销量全球占比提升 13 图 20：EUV 光源结构示意图 14 图 21：ASML 在售的 EUV 光刻机包括 NXE:3
6、300B 和 NXE:3400C 两种机型 15 图 22：2019 年 ASML 营收屡创新高 16 图 23：2011-2019 年 ASML 净利率维持在 20%以上 16 图 24：2011-2019 年 ASML EUV 销量与单价齐升 17 图 25：2019 年 ASML EUV 光刻机单价为 ArFi 两倍 17 图 26：国科精密 Epolith A075 曝光系统（物镜组）分辨率达到 90nm 19 图 27：启尔机电浸没式系统研发总体方案 20 图 28：华卓精科双工件台样机打破 ASML 垄断 21 图 29：福晶科技的部分产品已向 ASML 供货 22 图 30：20
7、19 年南大光电营收 3.21 亿元，同比+40.9%24 图 31：2019 年南大光电归母净利润 0.6 亿元，同比+7.4%24 图 32：南大光电 19 年毛利率与净利率分别约为 44%和 19%24 图 33：南 大 光 电 19 年 特 气 类 占 收 入 比 例 约 为 52%24 图 34：2019 年 晶 瑞 股 份 营 收 7.6 亿 元，同 比-6.8%25 图 35：2019 年 晶 瑞 股 份 业 绩 短 期 承 压 25 图 36：晶 瑞 股 份 19 年 毛 利 率 与 净 利 率 分 别 约 为 27%和 5%25 图 37：晶 瑞 股 份 19 年 光 刻 胶
8、 占 收 入 比 例 约 为 11%25 图 38：雅 克 科 技 近 5 年 营 收 总 体 稳 定 增 长 26 图 39：2019 雅 克 科 技 归 母 净 利 润 同 比+120.2%26 图 40：雅 克 科 技 近 2 年 毛 利 率 与 净 利 率 大 幅 提 升 2623图 41：2019 年雅克科技半导体前驱体材料占收入比例约为 27%26图 42：2019 年容大感光营业收入 4.6 亿元，同比+7.6%27 图 43：2019 年容大感光业绩短期承压 27 图 44：容大感光近 5 年毛利率与净利率总体保持稳定 27 图 45：容大感光近 5 年光刻胶占收入比例逐年上升
9、 27 图 46：2019 年上海新阳营收 6.4 亿元，同比+14.5%28 图 47：2019 年上海新阳归母净利润 2.1 亿元，同比大幅增长 28 图 48：2019 年上海新阳毛利率与净利率分别约为 32%和 33%28 图 49：2019 年上海新阳涂料品收入占比 58.4%28 图 50：华特气体与凯美特气突破国内光刻用气进口制约 29 图 51：华特气体近 5 年营收总体稳定 30 图 52：2019 年华特气体归母净利润 0.7 亿元，同比+7.0%30 图 53：2019 年华特气体毛利率 35.4%30 图 54：2019 年华特气体光刻及其他混合气体收入占比 10%30
10、 图 55：2019 年凯美特气营收 5.1 亿元，同比+2.0%31 图 56：2019 年凯美特气归母净利润 0.9 亿元，同比-4.9%31 图 57：2019 年凯美特气毛利率 46.8%31 图 58：2019 年凯美特气液态二氧化碳收入占比达 41.7%31 图 59：光罩占 18 年全球半导体材料市场份额的 13%32 图 60：菲利华光掩膜版最终客户为京东方等显示器厂家 32 图 61：菲利华近 5 年营收稳健增长 33 图 62：2019 年菲利华归母净利润 1.9 亿元，同比+18.7%33 图 63：19 年菲利华石英玻璃材料收入占比过半，并向制品拓展 33 图 64：2
11、019 年菲利华毛利率 49.7%，净利率 24.7%33 图 65：清溢光电处在光罩领域国内顶尖、国际一流水平 34 图 66：2019 年清溢光电营收 4.8 亿元，同比+17.7%34 图 67：2019 年清溢光电归母净利润 0.7 亿元，同比+12.2%34 图 68：2019 年清溢光电毛利率 33.6%35 图 69：清溢光电近 5 年石英掩模版收入占比逐年上升 35 图 70：2019 年芯源微营收 2.1 亿元，同比+1.5%36 图 71：2019 年芯源微归母净利润 0.3 亿元，同比-3.9%36 图 72：2019 年芯源微毛利率 46.6%36 图 73：2019
12、芯源微光刻工序涂胶显影设备收入占比约为 54%36 图 74：精 测 电 子 近 十 年 营 收 CAGR 高 达+71.2%37 图 75：精 测 电 子 近 十 年 归 母 净 利 润 CAGR 高 达+52.0%37 图 76：精 测 电 子 近 十 年 毛 利 率 维 持 在 45%以 上 37 图 77：精 测 电 子 19 年 AOI 光 学 检 测 系 统 营 收 占 比 近 四 成 37 图 78：精 测 电 子 半 导 体 前、后 道 测 试 设 备 订 单 密 集 落 地 38 图 79：2019 年 赛 腾 股 份 营 收 12.1 亿 元，同 比+33.3%39 图 8
13、0：2019 年 赛 腾 股 份 归 母 净 利 润 1.2 亿 元，同 比+1.1%39 图 81：2019 年 赛 腾 股 份 毛 利 率 44.9%，净 利 率 10.7%39 图 82：2019 年 赛 腾 股 份 自 动 化 设 备 收 入 占 比 79.6%39 图 83：上 海 微 电 子 SSA600/20 与 ASML 的 PAS5500 系 列 产 品 比 较 424表表 目目 录录表 1：2019 年台积电先进制程（28nm 及以内）收入占比达 67%3 表 2：预计 2024 年 14 纳米及以下更先进制程全球市场规模将达 386 亿美元 3 表 3：光刻机产业链包含光
14、刻机组件、配套材料和设备 4 表 4：光刻机内部结构复杂 5 表 5：ASML 主要供应商 5 表 6：浸没式技术难点均已被 ASML 解决 11 表 7：EUV 光刻机的新挑战基本被 ASML 解决 14 表 8：ASML 通过收购打通 EUV 产业链 15 表 9：ASML 下游客户及收入占比估算 16 表 10：“02 专项”目标 17 表 11：“02 专项”支持的光刻机及其组件项目 18 表 12：“02 专项”支持的光刻配套材料与设备项目 18 表 13：国科精密 Epolith A075 曝光系统（物镜组）关键指标达到国际先进水平 19 表 14：国内企业在不同光刻胶领域国产化情
15、况 22 表 15：国内外主要光刻胶厂商量产情况 23 表 16：国内其他半导体光刻胶公司生产研发情况 30 表 17：清溢光电产品介绍 33 表 18：睿励科学产品介绍 38 表 19：Optima 产品介绍 40 表 20：上海微电子光刻机产品介绍 41 表 21：上海微电子光刻机产品介绍 43 表 22：上海微电子产品和技术突破 44 表 23：推荐公司盈利预测与评级（2020.6.17）461 提要提要：光刻光刻工工艺是晶圆制造艺是晶圆制造最最核心环节核心环节，光光刻刻产业链产业链协协 同发展成为光同发展成为光刻刻机突破关键因机突破关键因子子1.1 光光刻定义晶体管尺寸刻定义晶体管尺寸
16、，光刻工艺合计占光刻工艺合计占芯芯片成本近片成本近 30%2019 年年全球半全球半导导体市体市场规场规模模达达 4090 亿美元亿美元，成成为数为数码产业码产业的的基石基石。第二次工业革命就 是数码产业的革命，据麦肯锡预测，2020 年全球数码产业将占全球企业总产值的 41%，而 半导体则成为数码产业的基石。根据 WSTS 统计，2019 年全球半导体市场份额达 4090 亿 美元，其中集成电路占比达 81%，集成电路中的逻辑 IC 和存储器是推动摩尔定律发展的主 要力量，两者合计占半导体整体市场规模的 52%，市场规模达 2127 亿美元。图图 1：19 年年全全球球半导体半导体市市场规模
17、达场规模达 4090 亿亿美元美元数据来源：WSTS，西南证券整理半导体半导体产产业链业链分分为设为设计计、制制造造、封封测测三大三大环环节节，设设备成备成为半导为半导体体产业产业支支柱柱。芯片设计主 要根据芯片的设计目的进行逻辑设计和规则制定，并根据设计图制作掩模以供后续光刻步骤 使用。芯片制造实现芯片电路图从掩模上转移至硅片上，并实现预定的芯片功能，包括光刻、刻蚀、离子注入、薄膜沉积、化学机械研磨等步骤。芯片封测完成对芯片的封装和性能、功 能测试，是产品交付前的最后工序。半导体设备贯穿设计、制造、封测三大流程，成为半导 体产业的支柱。据 Semi 统计，2019 年全球半导体设备市场达 5
18、97.4 亿美元，设备投资占晶 圆厂整体资本支出的 70%-80%，其中用于芯片制造的设备占半导体设备总支出的 81%。5图图 2：数数码产码产业业占全占全球球企业总企业总产产值的值的 41%，半半导体导体成成为数码为数码产产业基石业基石数据来源：中微公司业绩说明会，西南证券整理图图 3：半半导体导体芯芯片制片制造造工艺流工艺流程程图图数据来源：半导体芯片制造技术，西南证券整理14nm 及以下先进及以下先进制制程应程应用用广泛且广泛且不不断进断进步步，光光刻刻、刻刻蚀蚀、沉沉积积设备设备成成为投为投资资重重点点。晶 体管线宽在 28nm 以内的称为先进制程，目前台积电、三星两家晶圆厂最先进工艺
19、可将制程 推进到 5nm 级别，其中台积电为全球最大晶圆代工厂，全球代工市占率达 50.5%，2019 年台积电 28nm 以内制程收入占比达 67%，其中 16nm（与三星、中芯国际 14nm 处于同一竞 争序列）及以内制程收入贡献达 50%。受益于高压驱动、图像传感器、射频等应用的需求增 加，根据 IHS Markit 统计，28 纳米制程的集成电路晶圆代工市场将保持稳定增长，预计 2024 年全球 市场规模将达到 98 亿美元。14 纳米及以纳米及以下下更先进更先进制制程的程的集集成电成电路路晶晶圆圆代工市代工市场将场将 保持快保持快速速增长增长，预预计计 2024 年全球年全球市市场规
20、场规模模将将达达 386 亿美元亿美元，2018 年年至至 2024 年年的的复合增复合增长长 率将率将达达 19%。67表表 1：2019 年年台台积电积电先先进制程（进制程（28nm 及及以内以内）收入占收入占比比达达 67%制程制程收入占比收入占比2017201820197nm/9%27%10nm10%11%3%16nm22%21%20%20nm3%2%1%28nm23%20%16%40/45nm12%11%10%65nm10%8%8%90nm4%4%3%0.11/0.13micro3%2%2%0.15/0.18micro10%9%8%0.25micro3%3%2%Total100%10
21、0%100%数据来源：台积电年报，西南证券整理表表 2：预预计计 2024 年年 14 纳纳米米及及以以下更先下更先进进制程制程全全球市球市场场规模将达规模将达 386 亿亿美元美元制程制程应用领域应用领域特点特点2019 市场规模市场规模2024 市场规模市场规模14nm 及以下手机应用处理器、基带芯片、加密货币、高性能计算高性能、低功耗、高集成度70.3 亿美元386 亿美元28nmSOC 芯片、物联网、机顶盒、数字电视、监控视频处理器芯片较高性能、较低功耗69.2 亿美元98 亿美元40nm 及以上物联网、工业、电子汽车相对重视安全、稳定及成本控制310 亿美元303 亿美元数据来源：I
22、HS Markit，西南证券整理光刻、光刻、刻刻蚀、蚀、薄薄膜沉膜沉积积设设备备三大设三大设备备成为成为推动推动 28nm 及以下及以下先先进工进工艺艺发展发展的的主主要要力量力量，分别占分别占半半导体导体晶晶圆处圆处理理设设备的备的 23%、24%、18%。光刻定光刻定义义了晶了晶体体管尺管尺寸寸，是是集成电集成电路路生产生产中中的最的最核核心心工工艺艺，占占晶圆晶圆制制造耗造耗时的时的 40%-50%。光刻工艺是 IC 制造中最关键、最复杂和占用时间比最大的步骤，光刻的原理是在硅片表面 覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶，再用光线（一般是紫外光、深紫外光、极紫外光）透过 掩模照射在硅片表面，被
23、光线照射到的光刻胶会发生化学反应。此后用特定显影液洗去被照 射/未被照射的光刻胶，就实现了电路图从掩模到硅片的转移。一般的光刻工艺要经历气相成 底膜、旋转涂胶、软烘、对准与曝光、曝光后烘培、显影、坚膜烘培、显影检查等工序，光 刻工艺占晶圆制造耗时的 40%-50%，光刻机约占光刻机约占晶圆晶圆制造设制造设备备投资投资额的额的 23%，考虑到考虑到光刻光刻 工工艺艺步骤中的步骤中的光光刻胶、光刻气刻胶、光刻气体体、光罩（、光罩（光光掩膜版掩膜版）、涂、涂胶胶显影设备显影设备等等诸多配套设施诸多配套设施和和材材料料 投资，投资，整整个光个光刻刻工艺工艺占占芯芯片片成本成本的的 30%左右。左右。图
24、图 4：光光刻工刻工艺艺流程流程较较多，占多，占晶晶圆制造圆制造耗耗时的时的 40%-50%数据来源：中科院长春光机所，西南证券整理1.2 区区别于其他晶圆制造别于其他晶圆制造设设备，光刻机独有备，光刻机独有自自身产业链概念身产业链概念区别于晶圆制造其区别于晶圆制造其他他工工艺艺，光刻机组件及配套设光刻机组件及配套设施施复杂复杂，形成自身产业链形成自身产业链概概念念。光 刻机的制造研发并不是某一个企业能够单独完成的，光刻作为晶圆制造过程中最复杂、最 重要的步骤，主要体现在光刻产业链高端复杂，需要很多顶尖的企业相互配合才可以完成。光刻产业链主要体现在两点上，一是作为光刻核一是作为光刻核心心设备的
25、光刻机组设备的光刻机组件件复杂复杂，包括光源、包括光源、镜头镜头、激光器激光器、工作台工作台等等组件技术往往只被组件技术往往只被全全球球少少数几家公司掌握数几家公司掌握，二是二是作作为与光刻机为与光刻机 配套的光刻胶配套的光刻胶、光光刻气刻气体体、光光罩罩（光掩膜（光掩膜版版）等等半半导体材料和涂胶显导体材料和涂胶显影影设设备备等同样拥有等同样拥有 较高的科技含量。较高的科技含量。表表 3：光光刻机刻机产产业链业链包包含光刻含光刻机机组件、组件、配配套材套材料料和设备和设备光刻机组成部分光刻机组成部分配套材料和设备配套材料和设备激光器配套材料光束矫正器光罩能量控制器光刻胶光束形状设置光刻气体遮
26、光器配套设备能量探测器涂胶设备掩膜台显影设备物镜/镜头量台、曝光台内部封闭框架、减振器数据来源：西南证券整理89随着制随着制程程精度精度提提升，升，光光刻刻机机复杂程复杂程度度提高提高，贯通贯通光光刻刻产产业链业链成为成为 ASML 垄断光垄断光刻刻市市场场 的关键的关键。摩尔定律的进步伴随着工艺与设备的双重突破，光刻设备作为推动摩尔定律的核心 设备，截止目前光刻机已经历经五代发展，随着制程精度提升，自身复杂程度也在不断提高，以 ASML 的 EUV 光刻机为例，7nm 的 EUV 光刻机内部共有 10 万个零件，重达 180 吨，包 含硅片输运分系统、硅片平台分系统、掩膜版输运分系统、系统测
27、量与校正分系统、成像分 系统、光源分系统等 13 个系统，90%的关键设备来自外国而非荷兰本国，ASML 作为整机 公司，实质上只负责光刻机设计与集成各模块，需要全而精的上游产业链作坚实支撑。透视ASML 的 5000 多个供应商，其中与产品相关的供应商提供直接用于生产光刻系统的材料、设备、零部件和工具，这个类别包括 790 家供应商，占 ASML 总开支的 66%。表表 4：光光刻机刻机内内部结部结构构复杂复杂组件名称组件名称作用作用备注备注激光器光源/光束矫正器矫正光束入射方向，让激光束尽量平行/能量控制器控制最终照射到硅片上的能量曝光不足或过足都会严重影响成像质量光束形状设置设置光束为圆
28、型、环型等不同形状不同光束状态有不同光学特性遮光器在不需要曝光的时候，阻止光束照射到硅片/能量探测器检测光束最终入射能量是否符合曝光要求，并反馈给能量控制器/掩模版图形信息转移的载体价格高达数十万美元掩膜台承载掩模版运动运动控制精度可达到纳米级物镜（1）把掩膜版上的电路图按比例缩小，再被激光映射到硅片上（2）补偿各种光学误差设计难度大，精度要求高，光刻机造价昂贵的重要原因量台、曝光台承载硅片的工作台双工件台技术可大大提高效率内部封闭框架、减振器（1）将工作台与外部环境隔离，减少外界振动干扰（2）维持稳定的温度、压力/数据来源：中国产业信息网，西南证券整理表表 5：ASML 主主要要供供应商应商
29、公司名称公司名称简简称称/股票代码股票代码国国家家/地区地区产品产品技术水平技术水平汉微科（被 ASML 收购）HMI中国台湾电子束检测设备全球领先Photronics 股份有限公司PLAB US美国光罩全球领先卡尔蔡司股份公司Carl Zeiss AG德国镜头全球极少数高端光刻机镜头厂家Cymer（被 ASML 收购）Cymer美国极紫外光源全球极少数极紫外光源厂家小松制作所6301JP日本准分子激光源全球领先Sparton 公司SPA US美国机电设备全球领先Lumentum 控股股份有限公司LITE US美国激光器全球领先硅谷光刻集团SVG美国微激光系统全球领先LMI 航空股份有限公司L
30、MIA US美国激光设备组配件/公准精密3178 TT中国台湾模组模具全球领先布鲁克斯自动化股份有限公司BRKS US美国真空仪器仪表全球领先Sparton 公司SPA US美国机电设备全球领先Entegris 股份有限公司ENTG US美国污染控制、先进材料全球领先公司名称公司名称简简称称/股票代码股票代码国国家家/地区地区产品产品技术水平技术水平Axcelis 技术股份有限公司ACLS US美国离子注入机套件全球领先MKS Instruments 股份有限公司MKSI US美国仪表和控制系统全球领先贰陆股份有限公司IIVI US美国高功率激光材料加工系统全球领先信邦电子3023 TT中国台
31、湾高阶线材，印刷电路板与整机组装/数据来源：猎芯网，各公司官网，西南证券整理日、美日、美配配套光套光刻刻胶、胶、光光刻刻气气体等材体等材料料和设和设备备紧紧紧紧追随追随 ASML 产品产品迭迭代代。由于 ASML 统 治全球高端光刻市场，众多配套设备材料和设备厂商纷纷追随 ASML 产品的技术工艺。配套 光刻气体方面，美国空气化工产品（APD）、英国林德集团均有相应布局，日本合成橡胶(JSR)、东京应化、信越化学和富士胶片等日本企业则统治了光刻胶市场，仅有美国杜邦公司有一定 竞争力，其中东京应化已实现极紫外光刻胶量产，日本合成橡胶紫外光刻胶即将量产。配套 设备方面，光刻工序中的涂胶显影设备主要
32、被日本东京电子、DNS、德国苏斯微和台湾亿力 鑫 ELS 占据。ASML 技术服务基地落技术服务基地落户户无锡，进一步无锡，进一步完完善自身在善自身在中中国市场的产业国市场的产业链链覆盖覆盖。据 WSTS 和日本半导体设备制造装置协会统计，2019 年中国大陆半导体销售额达 1432.4 亿美元，占 全球半导体市场的 34.7%，位列全球第一；中国大陆半导体设备销售规模达 134.5 亿美元，占全球的 22.5%，仅次于中国台湾，全球半导体产业转移正在加速向大陆转移，也使 ASML 加快了在中国的业务布局。2020 年 5 月 14 日，半导体制造设备厂商阿斯麦（ASML）与无 锡高新区举行了
33、“阿斯麦光刻设备技术服务（无锡）基地签约仪式”，光刻设备技术服务（无 锡）基地涵盖两大业务板块：面积约 2000 余平米，拥有近 200 人规模专业团队的技术中心，从事光刻设备的维护、升级等技术服务；以及面积约 2000 余平米的供应链服务中心，为客 户提供高效的供应链服务，为设备安装，升级及生产运营等所需的物料提供更高水准的物流 支持。无锡作为国内继上海之后第二个集成电路产值破千亿的城市，集聚了华虹、SK 海力士、长电科技、中环领先、卓胜微等半导体企业。在进一步完善中国区市场的产业链供应后，ASML 已经形已经形成成全球全球最最全全也也是最强是最强大大的光的光刻刻机供机供应应链链体体系系。图
34、图 5：ASML 今今年年来来在国在国内内晶晶圆圆厂中频厂中频繁繁中标中标数据来源：中国国际招标网，西南证券整理102 复盘复盘：ASML 如何通过光刻如何通过光刻产产业链垄断全球业链垄断全球光光刻机市刻机市场场浸没式浸没式技技术术与与 EUV 光刻光刻产产业链构业链构建建成成为为 ASML 发发展展的两大的两大里里程碑程碑事事件件。上世纪 50 年 代末，仙童半导体发明掩膜版曝光刻蚀技术，拉开了现代光刻机发展的大幕，在 ASML 成立 之前，光刻机光源还是以高压汞灯光源（g-line/i-line）为主，ArF、KrF 等准分子激光光源概 念刚刚被提出，光刻机工艺技术从接触式、接近式发展到步
35、进投影式。目目前前 ASML 在浸没式在浸没式DUV 光刻机市占率光刻机市占率达达 97%，EUV 光刻机光刻机市市占占率率 100%，按营按营收收计算计算为为全球全球第第二二大大半导体半导体设设 备公司。备公司。复盘 ASML 过往 36 年发展历程，面对美、日等竞争对手，ASML 主要通过两个关 键节点成为全球霸主，分别为浸没式系统的使用和 EUV 产业链的构建。根据这两个节点，可将 ASML 的发展分为三个过程:1）1984 年成立年成立到到 20 世纪末世纪末：凭凭借借 PAS5500 系列系列在在 i-line、干法准干法准分分子光子光源源光光刻刻领领域域 占有一占有一席席之地之地；
36、2）21 世纪初世纪初的的 10 年：年：依依靠浸没靠浸没式式光刻光刻技技术弯术弯道道超超车车，一举，一举击击溃尼溃尼康康，成，成为为全全球球光光刻刻 机头号机头号厂厂商商；3）2010 年以后年以后，打打通通 EUV 产业链产业链，推推出出 EUV 光光刻刻机机，成为成为高高端光端光刻刻市场市场绝对绝对垄断垄断玩玩 家。家。2.1 ASML 成立成立之前之前：光光刻机即将进入准分刻机即将进入准分子子激光时激光时代代，美国美国三三雄雄 称霸称霸光光刻市场刻市场i-line 与步进投与步进投影影为光为光刻主刻主流技术流技术。1960 年代，位于加州硅谷的仙童半导体发明了至今 仍在使用的掩膜版光刻
37、技术。70 年代初，Kasper 仪器公司发明接触式对齐机台，但随后接 近式光刻机台逐渐淘汰接触式机台。1973 年，拿到美国军方投资的 Perkin Elmer 公司推出 了投影式光刻系统，搭配正性光刻胶非常好用而且良率颇高，因此迅速占领了市场。1978 年，GCA 推出真正现代意义的自动化步进式光刻机(Stepper)GCA8500，分辨率比投影式高5 倍达到 1 微米。1980 年尼康发售了自己首台商用 Stepper NSR-1010G（1.0um），拥有更 先进的光学系统（光源还是 i-line）极大提高了产能。与 GCA 的 stepper 一起统治主流市场。1982 年，IBM
38、的 Kanti Jain 开创性的提出准分子激光光刻（光源为 KrF 和 ArF）。图图 6：步步进扫进扫描描式技式技术术可可大幅大幅提提高产能高产能数据来源：西南证券整理11美国三美国三雄雄统统治治 1980 年之年之前前的光刻的光刻机机市场市场，日本日本佳佳能能、尼康抓尼康抓住住产业产业转转移机移机会会接接棒棒。美 国作为半导体技术的诞生地，自然汇集了光刻机产业早期的垄断霸主，1980 年代前的全球 光刻机市场主要被三家美国光刻机厂商 GCA、Ultratech 和 P&E 垄断。1980 年代末全球半 导体市场遭遇危机，日本的尼康和佳能抓住同时期日本半导体产业大发展的机遇，取代三家 美国
39、光刻机厂商成为国际光刻机市场的主导者。尤其是尼康，从 80 年代后期开始市场占有 率便超过 50%，一直到 ASML 崛起为止；佳能则凭借对准器的优势也占领了一席之地。而 三家美国光刻机厂商GCA、Ultratech 和P&E 则均因为严重的财务问题而被收购或被迫转型。图图 7：1980 年年代代末美末美国国光刻机光刻机“三巨头三巨头”被收被收购购或被或被迫迫转型转型数据来源：各公司官网，西南证券整理2.2 1984-2000：PAS5500 帮帮助公司立足全助公司立足全球球光刻市场光刻市场ASML 成立成立于于 1984 年，年，脱脱胎于飞胎于飞利利浦实浦实验验室室。ASML 成立成立于于
40、1984 年，年，由菲利普和覆 盖沉积、离子注入、封装设备的 ASMI 合资创办，主营业务来源于菲利普原本计划关停的光 刻设备业务。在 ASML 成立的 1984 年，尼康和 GCA 分别占国际光刻机市场三成，Ultratech 占约一成，Eaton、P&E、佳能、日立等均不到 5%。1988 年，ASML 跟随飞利浦在台湾的 合资流片工厂台积电开拓了亚洲业务，彼时，刚刚成立不久的台积电为 ASML 送来急需的17 台光刻机订单，使得 ASML 的国际化拓展初见成功。尽管如此，在异常激烈的市场竞争 下，初创期的 ASML 还不能完全自立，产品没有明显技术优势，客户数量屈指可数。在 1980 年
41、代末的半导体市场危机中，由于投资巨大且短期内难以看到回报，ASML 的两大股东 ASMI 和飞利浦均有退出投资的倾向，但最后 ASMI 将股权出售给飞利浦公司，后者则继续支持ASML 的光刻设备业务。凭凭借借 PAS5500 系列获得系列获得突突破破，开开拓新拓新兴兴市市场场，与与日本日本厂商差厂商差距距缩缩小小。1991 年，ASML 推出PAS5500 系列光刻机，这一设计超前的 8 英寸光刻机具有业界领先的生产效率和精度，成为扭转时局的重要产品。PAS5500 为 ASML 带来台积电、三星和现代等关键客户，通过 对 PAS5500，大多数客户建立起对 ASML 产品的深厚信任，并决定几
42、乎全部改用 ASML 的 光刻设备，到到 1994 年，公司市占年，公司市占率率已经已经提提升升至至 18%。1995 年 ASML 分别在阿姆斯特丹及 纽约上市。ASML 利用 IPO 资金进一步扩大研发与生产规模，其中扩建了位于荷兰埃因霍温 的厂房，现已成为公司新总部。市场策略方面，尼康与佳能正携上位之余威，加速占领美国12市场。而 ASML 则避其锋芒，将重点放在新兴市场，在欧洲、中国台湾、韩国等地区攻城略 地。由于 ASML 多方面主动出击，公司获得了极大的发展。1999 年公司营收首次突破 10 亿欧元，达到 12 亿欧元；而 2000 年时营收更是翻了两倍以上，达到 27 亿欧元。
43、图图 8：PAS5500 系系列列各各型号光型号光刻刻机介绍机介绍数据来源：ASML PAS5500 系列培训资料，西南证券整理图图 9：2000 年年之之前为前为 ASML 快快速速增长期增长期图图 10：1999 年新年新兴兴市场市场已已经占据经占据 ASML 总总收收入相入相当当大比例大比例2.3 2001-2010：双工作：双工作台台技术提升效率，先发浸技术提升效率，先发浸没没式系统打式系统打败败尼尼 康、康、佳佳能能Twinscan 双工件台双工件台系系统统将将生产效生产效率率提提升升 35%，精度精度提升提升 10%。在 2000 年前的光刻设 备只有一个工作台，晶圆片的对准与蚀刻
44、流程都在上面完成。ASML 公司在 2001 年推出的Twinscan 双工件台系统，在对一块晶圆曝光的同时测量对准另外一块晶圆，从而大大提升 了系统的生产效率和精确率，并在第一时间得到结果反馈，生产效率提高大约 35%，精度提 高 10%以上。双工件台对转移速度和精度有非常高的要求，ASML 独家开发出磁悬浮工件台0%-20%80%60%40%20%100%01000200030001993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000营业收入(百万美元)同比（右轴）数据来源：Bloomberg，西南证券整理美国,35.00%中国台湾,24.00%韩国,27.00%欧
45、洲,13.00%其他国家,1.00%美国中国台湾韩国数据来源：Bloomberg，西南证券整理欧洲其他国家13系统，使得系统能克服摩擦系数和阻尼系数，其加工速度和精度明显超越机械式和气浮式工 件台。双工件双工件台台技术技术几几乎乎应应用用于于 ASML 所有系列所有系列的光的光刻机，成刻机，成为为 ASML 垄断垄断的的隐形技隐形技术优术优 势。势。图图 11：Twinscan 双双工工件台结件台结构构示意图示意图数据来源：中国科学院研究生院(光电技术研究所)，西南证券整理浸浸没没式系统打式系统打破破光源波长瓶颈光源波长瓶颈。光刻设备中最初采用的干式微影技术沿用到上世纪 90 年代（镜头、光源
46、等一直在改进），然后遇到瓶颈：始终无法将光刻光源的 193nm 波长缩短 到 157nm。为缩短光波长度，全球半导体产业精英及专家，提出了多种方案，其中包括 157nmF2 激光、电子束投射(EPL)、离子投射(IPL)、EUV(13.5nm)和 X 光。但这些方案要么需要增 大投资成本，要么以当时的技术难以实现（比如极紫外（EUV）光刻）。各大厂家都只能对 干法系统进行微小升级，且均无法在市场中占据完全主导地位。2002 年，时任台积电研发副总、世界微影技术权威林本坚博士提出了一个简单解决办法：放放弃突弃突破破 157nm，退回到退回到 技术成技术成熟的熟的 193nm，把把透透镜和硅镜和硅
47、片片之间之间的的介质介质从从空空气气换成水换成水，由于由于水对水对 193nm 光的折光的折射率射率 高高达达 1.44，那么波那么波长长可缩可缩短为短为 193/1.44=134nm，大大超过攻大大超过攻而而不克不克的的 157nm。图图 12：浸：浸没没式光式光刻刻可大可大大大缩短缩短等等效波长效波长数据来源：Nikon，西南证券整理14ASML 率先突率先突破破浸没浸没式式系系统统，自此，自此引引领全领全球球光刻光刻市市场场。由于尼康已经在 157nm F2 激光 和电子束投射(EPL)上付出了巨大的沉没成本，因此没有采纳这一捷径。而 ASML 抓住机会，决定与台积电合作，在在 2003
48、 年开发出年开发出了了首台首台样机样机 TWINSCAN AT:1150i，成功成功将将 90nm 制制 程提升程提升到到 65nm。同期尼康宣布采用干式微影技术的 157nm 产品和电子束投射（EPL）产品 样机研制成功。但阿斯麦的产品相对于尼康的全新研发，属于改进型成熟产品，半导体芯片 厂应用成本低，设备厂商只需对现有设备做较小的改造，就能将蚀刻精度提升 1-2 代，而且 缩短光波比尼康的效果还好（多缩短 25nm）。因此，几乎没有厂商愿意选择尼康的产品，尼 康溃败由此开始。在后期，尼康也选择调转方向研发浸没式光刻系统，并推出 NSR-S622D、NSR-S631E、NSR-S635E 等
49、产品，但半导体产业更新换代迅速，而新产品总是需要至少 1-3 年时间由前后道多家厂商通力磨合。ASML 在浸在浸没没式系统式系统上上的领的领先先比尼比尼康康多多了了时间去时间去改改 善问题善问题和和提高提高良良率率。导导致致尼尼康产品康产品可可靠性靠性始始终落终落后于后于 ASML，也是也是从从此刻此刻，代表代表日日本高端本高端光光 刻机的刻机的尼尼康逐康逐渐渐败给败给了了日日后后的高端的高端光光刻龙刻龙头头 ASML。图图 13：尼：尼康康推出的推出的 ArF 浸浸没式没式光光刻机可刻机可靠靠性与性与 ASML 差差距较大距较大数据来源：Nikon，远川科技评论，西南证券整理利用浸利用浸没没
50、式系式系统统持稳持稳固固竞竞争争优势优势。2006 年，ASML 首台量产的浸入式光刻机TWINSCANXT:1700i 发布，该光刻机比之前最先进的干法光刻机分辨率提高了 30%，可以用于 45nm 量 产。2007 年，阿斯麦配合台积电的技术方向，发布首个采用 193nm 光源的浸没式光刻系统 TWINSCAN XT:1900i，由此一举垄断市场。得益于浸没式光刻，ASML 光刻机销量占全球 销量比例从 2001 年的 25.0%上升 2010 年的 68.9%。ASML 和台积电的合作也更为紧密。反过来，选择 ASML 产品的台积电、三星、英特尔也在之后不断突破制程束缚，成为世界半 导体
