光刻机行业深度调研与发展前景评估

光刻机行业深度调研与发展前景评估202X-XX-XX01光刻机行业定义光刻机行业定义光刻设备是一种投影曝光系统，由紫外光源、光学镜片、对准系统等部件组装而成。在半导体制作过程中，光刻设备会投射光束，穿过印着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。通过蚀刻曝光或未受曝光的部份来形成沟槽，然后再进行沉积、蚀刻、掺杂，架构出不同材质的线路。此工艺过程被一再重复，将数十亿计的MOSFET或其他晶体管建构在硅晶圆上，形成一般所称的集成电路。光刻技术是指光刻胶在特殊波长光线或者电子束发生化学变化，通过曝光、显影、刻蚀等工艺过程，将设计在掩膜版上的图形转移到衬底上的图形精细加工技术。光刻机工作原理:激光器作为光源发射光束穿透掩膜版及镜片，经物镜补偿光学误差，将线路图曝光在带有光感涂层的硅晶圆上，然后显影在硅片上，理论上相当于与照相机加投影仪组合。光刻机的构造分为:照明系统(光源+产生均匀光的光路)、Stage系统、镜头组、搬送系统、Alignment系统。此外光刻机工作温度必须保持在23度，确保硅片在恒温和无尘环境。光刻机主要性能指标:支持基片尺寸范围、分辨率、对准精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。光刻机性能决定了晶体管的尺寸，晶体管的尺寸对于芯片的性能具有重大意义。随着科技高速的发展，对高性能芯片需求越来越高，不断追求尺寸更小、性能更强的芯片。021960-70s1960-70s1965年，英特尔公司创始人之一戈登摩尔博士提出摩尔定律,预言半导体集成电路密度每年将会翻倍，此定律为半导体领域的原生驱动力。1980-90s2000s2010s1980-90s尼康和佳能两大光学巨头公司在东京电子、日立、迪恩士等一系列配套日本厂商的支持下，在1984年后主导着全球光刻机领域,市场份额占比达40。GCA公司，随后推出真正具有现代意义的自动化步进式光刻机Stepper。1984年4月，ASML正式成立。1985年ASML与蔡司(Zeiss)公司合作改进光学系统，凭借PAS-2500产品占有10市场份额。2000s2002年，台积电公司林本坚博士提出“浸没式光刻机技术”打破困扰全球光刻机领域发展长达20多年无法突破193nm光源的技术难题。2003年，ASML和与台积电合作研究"浸没式光刻机技术”解决方案，并成功推出第一台具备浸没式光刻机技术的产品。2010sEUV极紫外光刻技术是制程突破10nm的关键，2010年ASML公司成功研发首台EUV光刻机NXE:3100。2013年，ASML收购准分子激光源巨头Cymer，同年推出NXE:3300B,2017年推出第三款EUV光刻机NXE:3400B。目前为止，ASML凭借EUV光刻机,成为光刻机领域超高端市场的垄断企业，最新EUV极紫外光技术能达到5nm精度。中国上海微电子SMEE，已从90nm制程一举突破28nm工艺，在后道封装光刻机领域，全球市占率为40%。光刻机的进化其实是不断降低波长的进程，光源波长决定晶体管线宽，波长越短线宽越小然而芯片性能就越强03产业链产业链产业链上游产业链中游产业链下游产业链下游芯片设计公司、垂直整合制造商、晶圆管代工厂、、04产业链产业链产业链上游产业链中游产业链下游产业链上游光刻机行业上游龙头企业已开始对产业链进行延伸，逐渐进军原材料生产领域，以规避高额进口原料的成本支出，攫取上游毛利。此外，伴随着上游原料生产企业的重组进程加快以及中国市场参与者技术水平的提高，光刻机行业上游原材料供应有望朝着专业化和规模化的方向继续发展，逐渐抢夺外资企业在行业内的话语权。产业链中游光刻机行业中游企业原材料大部分依靠进口，主要原因是下游消费终端为保障科研成果，对行业产品的质量稳定性要求较高，因此，中游科研用制备厂商更倾向于选择仪器先进、供应链稳定的进口原材料供应商。企业产品价格主要受市场供求关系的影响。由于光刻机企业的产品毛利较高，原材料价格波动不会对企业的盈利能力产生重大影响。产业链下游光刻机行业下游企业市场空间广阔、销售范围广、用户分散、单批数量少、销售单价高等特点。随着全球范围内生物医药行业研究的深入及产业化程度的提升，中国行业产品种类进一步丰富，应用领域持续增加，个性化、高端化的产品将逐渐获得更广阔的应用空间。05政治环境1政治环境1《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》《扩大和升级信息消费三年行动计划(2018-2020)》《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策》《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》在电子核心产业中将集成电路、新型元器件列入战略性新兴产业重点产品目录。《扩大和升级信息消费三年行动计划(2018-2020)》加大资金支持力度，支持信息消费前沿技术研发，拓展各类新型产品和融合应用。各地工业和信息化、发展改革主管部门要进一步落实力度。《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策》家鼓励集成电路设计、装备、材料、封装、测试企业和软件企业，自获利年度起，第一年至第二年免征收企业所得税，第三年至第五年按照25%的法定税率或减半。06政治环境2政治环境2《国家信息化发展战略纲要》《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策》《国家信息化发展战略纲要》制定国家信息领域核心技术设备发展战略纲要，以体系化思维弥补单点弱势，打造国际先进、安全可控的核心技术体系，带动集成电路、基础软件、核心元器件等薄弱环节实现根本性突破。《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策》国家鼓励集成电路设计、装备、材料、封装、测试企业和软件企业，自获利年度起，第一年至第二年免征收企业所得税，第三年至第五年按照25%的法定税率或减半。07政治环境2政治环境2《关于促进集成电路产业和软件产业高质量发展企业所得税政策的公告》《十四五年规划和2035年远景目标纲要》《关于促进集成电路产业和软件产业高质量发展企业所得税政策的公告》国家鼓励的重点集成电路设计企业和软件企业，自获利年度起，第一年至第五年免征企业所得税,接续年度减按10%的税率征收企业所得税。《十四五年规划和2035年远景目标纲要》需要集中优势资源攻关多领域关键核心技术，其中集成电路领域包括集成电路设计工具开发、重点装备和高纯靶材开发，集成电路先进工艺和绝缘栅双极晶体管（IGBT）、微机电系统（MEIS）等特色工艺突破，先进存储技术升级，碳化硅、氮化综等宽禁带半导体发展。08经济环境经济环境光刻机行业需求持续火热，光刻机领域资金利好，行业长期发展。“十四五”规划纲要提出，经济保持中高速增长。未来五年经济社会发展的主要目标是:经济保持中高速增长，到2020年国内生产总值和城乡居民人均收入比2019年翻一番，主要经济体各项指标均衡协调，发展质量和效益显着提高;创新驱动发展成效显着;发展协调能力明显增强;人民生活水平和质量普遍提高;国民素质和社会文明显着提高;生态环境总体质量有所改善;各种系统都变得更加成熟，更加千篇一律。那么，在“十四五”背景下，我国光刻机产业如何看现状、定未来、战略前瞻、科学规划、谋求技术突破、产业创新、经济发展，为引领下一轮发展奠定坚实基础。09社会环境1社会环境1010201下游需求旺盛，上游技术亟待突破:光刻设备主要机台包括用于涂胶和显影的轨道机和对晶圆片施加射线光源的曝光机两部分，随着器件尺寸的不断缩小，光刻技术也从最初的接触式、接近式曝光发展到目前普遍使用的投影式曝光，经由5代发展，如今主流高端机型为采用ArF/KrF光源的浸没式光刻机，更高端的则为极紫外光（EUV）技术，前景广阔，有望实现7nm甚至5nm制程，下游市场供不应求。02全球格局三雄鼎立，ASML霸主地位:全球光刻机市场长期由ASML、尼康和佳能把持，高端光刻机市场更是ASML一家独大。通过收购光源大厂Cymer和电子束检测设备商HMI以及入股镜头龙头卡尔蔡司，ASML构建起完整的上游供应链，拥有三星、台积电和英特尔三大客户的资金支持，其牢牢把持着光刻机霸主的地位，市占率超过80%。ASML对光刻设备的研发投入连年超过营收的13%，并且持续增加，其EUV技术垄断行业，下游大客户三星、台积电和Intel、格罗方德等均采用ASML的光刻机。从出货量上看，2019年ASML第二季度出货48台光刻机，与第一季度持平。010社会环境2社会环境2目前光刻机主要可以分为IC前道制造光刻机(市场主流)、IC后道先进封装光刻机、LED/MEMS/PowerDevices制造用光刻机以及面板光刻机。其中IC前道光刻机需求量和价值量都最高,但是技术难度最大。而封装光刻机对于光刻的精度要求低于前道光刻要求,面板光刻机主要用在薄膜晶体管制造中,与IC前道光刻机相比技术难度更低。011行业驱动因素行业驱动因素1研究资源投入稳健增长1供需平衡促进市场发展1研究资源投入稳健增长1为促进行业科技创新事业发展，全面提升科技创新能力，中国逐步加大行业经费投入、落实税收优惠、鼓励科研人才发展，全面推动科研事业发展，同时带动科研服务市场增长，广泛运用于各个研究领域，未来市场空间将进一步释放1供需平衡促进市场发展1光刻机产业处于快速增长时期，由于光刻机行业的产品及服务模式特性，使其供给市场与需求市场存在较强的相互依赖、相互促进关系，光刻机市场在良好的供需作用机制下保持稳定发展012行业驱动因素行业驱动因素商业应用领域不断拓展行业竞争促进行业正向发展商业应用领域不断拓展从应用领域来看，光刻机行业产品广泛的运用于医学、药学、检验学、卫生免疫学、食品安全、农业科学等民营领域行业竞争促进行业正向发展在市场发展中，行业企业为争取竞争优势，尤其是大中型企业，越来越重视自主研发实力，在企业科研方面投入逐年增长，企业科研服务市场逐步打开，未来科研用检测试剂的服务主体趋于多元化013行业现状行业现状ASML作为全球唯一一家生产高精度光刻机公司，其EUV极紫光刻机用于生产5nm芯片，垄断全球高端光刻机的供应，光刻机领域未来竞争格局难以改变.由于光刻设备对光学技术和供应链要求极高，拥有极高技术壁垒，已成为高度垄断行业。上海微电子与ASML在光刻机领域的差距客观反映中国和西方在精密制造领域差距，超高端光刻机关键零部件来自不同西方发达国家，来自美国光源，德国镜头和法国阀件等，所有核心零部件皆对中国禁运，中国大学研究机构在半导体领域也相对偏薄弱，无法提供有效技术支持，致使中国光刻机技术处在弱势地位。在未来时间里，中国光刻机难以追赶世界光刻机世界水平。目前光刻工艺是IC制造中最关键也是最复杂步骤，光刻机是目前成本最高的半导体设备，光刻工艺也是制造中占用时间比最大的步骤。其约占晶圆生产线设备成本30%，占芯片制造时间40%-50%。以光刻机行业龙头ASML为例，其研发投入每年在10亿欧元左右，并且逐年增长。高端EUV价格不断攀升。2018年单台EUV平均售价04亿欧元，较2017年单台平均售价增长4%。而在2018年一季度和第四季的售价更是高达16亿欧元。014行业现状行业现状尼康阿斯麦（ASML）尼康光刻机作为整个集成电路制造最关键的设备，其设备的性能直接影响到整个微电子产业的发展。全球范围内最先进的沉浸式光刻机也只有ASML、尼康和佳能三家能够生产，单台价格高达几千万美元。尼康的G-line、I-line步进式光刻机（stepper）、投影式光刻机在全球晶圆厂大量使用。阿斯麦（ASML）是全球最大的半导体设备制造商之一，向全球复杂集成电路生产企业提供领先的综合性关键设备。ASML为半导体生产商提供光刻机及相关服务，TWINSCAN系列是目前世界上精度最高，生产效率最高，应用最为广泛的高端光刻机型。目前全球绝大多数半导体生产厂商，都向ASML采购TWINSCAN机型，比如英特尔（Intel）、三星（Samsung）、海力士（Hynix）、台积电（TSMC）、中芯国际（SMIC）等。015行业现状行业现状全球半导体设备行业复苏，受益于下游晶圆巨大需求、服务器云计算和5G基础建设的发展，带动相关芯片的需求,2020年光刻机销售额增速稳定提升。伴随着物联网和5G市场高速发展，对芯片性能要求越来越高，对高性能光刻机设备需求也将进一步加大。近年来下游晶圆代工厂加速扩建产能，带动光刻机设备需求并有望持续增长。目前7nmEUV光刻机平均每台价格达到2亿欧元，但晶圆代工厂对高端光刻机的需求量仍然不减。。光刻机市场龙头集中，中低端市场广阔竞争激烈光刻机设备市场龙头集中，EUV光刻机被ASML垄断。全球光刻机出货量99%集中在ASML，尼康和佳能。其中ASML份额最高，达到67.3%，且垄断了高端EUV光刻机市场。ASML技术先进离不开高投入，其研发费用率始终维持在15%-20%，远高于Nikon和Canon。016行业现状行业现状ASML在高端EUV、ArFi、ArF机型市场占有率不断提升。2017年ASML上述三种机型出货量总计为101台，市场份额占比为78.29%，到2018年ASML出货量增长到120台，市场份额约90%。2018年ASML共出货224台光刻机，较2017年198年增加26台，增长113%。Nikon2018年度（非财年）光刻机共出货106台，半导体用光刻机出货36台，同比增长333%，面板（FPD）用光刻机出货70台。2018年Canon光刻机出货183台，同比增6%。半导体用光刻机出货达114台，增长685%。但是主要是i-line、KrF两个低端机台出货，其面板（FPD）用光刻机出货69台。IC前道光刻机国产化严重不足。目前国内光刻机处于技术领先的是上海微电子，其最先进的ArF光源光刻机节点为90nm，中国企业技术整体较为落后，在先进制程方面与国外厂商仍有较大差距。Nikon和Canon目前在高端市场技术与ASML相差甚远几乎完全退出市场，Canon也退出了ArF光源光刻机研发与销售，将其业务重点集中于中低端光刻机市场，包括封装光刻机、LED光刻机以及面板光刻机等，与复杂的IC前道制造相比，工艺要求和技术壁垒较低。017行业热点行业热点热点一光刻机应用领域广泛热点二科研服务市场持续增长热点三行业产品质量整体提高热点一光刻机应用领域广泛热点二科研服务市场持续增长光刻机行业具有市场空间广阔、销售范围广、用户分散、单批数量少、销售单价高等特点。热点三行业产品质量整体提高光刻机行业技术提升，多元化科研服务平台持续扩张，促进高价值服务企业品牌形成。行业产品化发展，集研发、生产、销售于一体的综合性科研服务企业逐渐增多。018行业制约因素行业制约因素强大光源独特环境行业痛点3强大光源极紫外光线极其容易被物质吸收。EUV光束在多次反射后,只有不到2%光线能使用，能里转化率极低。因此需使用强大光源，以此保证射线光源足够强，导致耗能巨大。独特环境复杂的光学系统必须使用反射镜代替透镜,布拉格反射器为一种复式资面设计,可将多层反射集中成单一反射。反射镜制造精度要求非常高，制造成本非常昂贵。019行业问题行业问题质量参差不齐行业监管难度大高端产品发展落后质量参差不齐光刻机行业缺乏完备的质量控制和质量保证体系，生产商缺乏统一的生产标准，行业内产品质量良莠不齐，导致产品的可靠性难以保证，丧失产品市场竞争力。行业监管难度大高端产品发展落后020行业发展建议行业发展建议2自主研发，从零部件入手2协同创新,成果共享2装备与工艺相结合,使工艺固化到装备中2自主研发，从零部件入手2国家重大专项对半导体设备与工艺的重视,对国产装备业来说是莫大的发展机会。中国不仅要支持关键装备的研发生产，也要支持相关重要零部件厂商。2协同创新,成果共享2目前半导体装备越来越复杂,家公司独自承担所有零部件的开发确实不易。应利用整个国家、甚至于全球的资源来共同完成。2装备与工艺相结合,使工艺固化到装备中2装备与工艺的结合问题,—直是制约国产装备进入大生产线的主要瓶颈国际半导体装备厂商,特别是关键的、与工艺密切相关的前道设备厂商在工艺研发上投入巨大，一般都建有相应的工艺研发生产线。而目前国内半导体装备厂商还没有建立自己的工艺研发生产021竞争格局竞争格局竞争格局1竞争格局2竞争格局1全球半导体前道光刻机长期由ASML、佳能和尼康三家公司垄断，三家公司占据市场份额达99%，其中ASML市场份额常年达60以上，呈现市场垄断地位:1997年，ASML加入EUvLLC联盟，与AMD、摩托罗拉等公司共享当时顶尖科技技术和资源。后期ASML凭借着上下游关系网，搭建拥有高度壁垒的生态环境。长期以来，ASML在研发费用方面长期领先于行业竞争对手,ASML其研发费用/总销售额比率约20，远超行业平均水平3。除此之外，ASML拥有大量现金，以保证研发费用不受经济周期影响，以此才能保持行业主导地位。2019年，ASML年营业收入达134亿美元,净利润29亿美元。近五年来，ASML营业收入及净利润呈现上升态势。竞争格局2全球高端光刻机市场呈现两极分化，ASML完全垄断超高端光刻机领域。佳能完全退出高端市场，并凭借价格优势据中低端市场主动地位:ASML、佳能和尼康三家公司18年财报显示，光刻机总出货量为374台，较2017年294台增加80台，同比增长27.21。EuV、ArF和ArF等型号共销售134台，其中ASML占120台，市场份额达9O。7nm制程EUV光刻机，全球光刻机厂商中唯有ASML可生产呈现垄断地位。ASML垄断全球超高端EUV极紫光刻机市场。此外，ArFi和ArF市场占有率分别达84和60佳能完全退出高端市场，其将重点集中在中低端光刻机市场，包括封装光刻机、LED光刻机和面板光刻机，目前尼康和佳能占据中低端市场主动地位。022行业发展趋势行业发展趋势产业分工科研投入产业分工国内涉及相关光刻机零部件的企业形成产业分工，各取所长研发、提供相应的技术和零部件科研投入目前国内企业仍存有买办思维，光刻机作为人类智慧的结晶，高科技产物，科研投入必不可少023行业发展趋势行业发展趋势技术突破聚焦投资业务技术突破汇集顶尖人才对于核心技术优先突破聚焦投资业务光刻机行业企业凭借多年的客户服务经验，设备融资租赁和服务体系日趋完备，信息化服务于一身的综合服务体