电子行业深度研究：光刻机光学-国产之路道阻且长，“中国蔡司”未来可期

敬请参阅最后一页特别声明 1 行业观点 光刻机是半导体设备中最昂贵、最关键、国产化率最低的环节，全球光刻机市场被荷兰 ASML、日本佳能、尼康三大巨头垄断。光学系统是光刻机的核心，光刻机制程越小，对光学系统的精度要求越高，目前仅有少数公司（德国蔡司、日本佳能、尼康）具备光刻机超精密光学系统供应能力。 伴随荷兰、日本、美国加大半导体设备出口限制，光刻机、光刻机光学零部件国产替代意义重大。我们估算中国光刻机光学部件市场达 5 亿美元，尽管目前蔡司在收入规模、研发投入、技术水平遥遥领先，但是中国光刻机设备崛起一定需要中国的“蔡司”。 光刻机：千亿市场 ASML、佳能、尼康三分天下，国内厂商任重道远： 2022 年全球前三大光刻机厂商出货量达到 551 台，同增 15%；市场规模达 196 亿美元，同增 26%。从销售金额来看，ASML、佳能、尼康市占率为 82%、10%、8%。四种主流 i-line、KrF、ArF、EUV 光刻机中，EUV 光刻机技术最先进、可用于 10nm 以下的先进制程，ASML 在 EUV 光刻机市场为绝对垄断。 我们预计 2022 年中国光刻机市场规模达 27 亿美元，伴随荷兰、日本、美国加大半导体设备出口限制，光刻机国产化意义重大。国产光刻机的主要企业为上海微电子，其自主研发的 600 系列光刻机突破了外国光刻机卡脖子，可批量生产 90nm 工艺的芯片。早于“十二五期间”国家启动 02 专项，重点进行 45-22nm 关键制造装备攻关等项目。 光刻机光学：全球市场达 35 亿美元，蔡司收入规模、研发投入、技术水平遥遥领先： 光刻机光学系统的作用是通过光学透镜将芯片图案缩小并映射到硅片上，是整个光刻机的核心，光刻机光学部件的精度和性能决定了芯片的制造精度、性能、成本、效率。 蔡司为 ASML 的光学部件独家供应商，蔡司的光刻机光学部件约占 ASML 产品成本的 26%。2022 年蔡司半导体收入为 28亿欧元，我们估算全球光刻机光学部件市场规模为 35 亿美元，中国光刻机光学部件市场规模为 5 亿美元。 蔡司自 1846 年创立，2022 年蔡司收入、净利达 88、12 亿欧元，2015-2022 年 CAFR 达 10%、28%，毛利率超 55%。2022年四大部门半导体、工业、医疗、消费光学收入占比为 31%、24%、26%、18%。2022 年蔡司研发费用达 11.5 亿欧元、研发费率达 13%；2020 年蔡司半导体制造业务研发投入达 3.3 亿欧元，研发费率达 18%。 半导体物镜系统难度极高，设计、材料、工艺、组装缺一不可，EUV 离轴反射系统中的反射镜需要原子级平整度要求。国产的物镜系统已实现了工艺上的突破，如茂莱光学生产的超精密物镜系统用光学器件已实现搭载在 i-line 光刻机上，但其工艺相比蔡司供给 ASML 的 EUV 光学物镜系统在面型精度、表面光洁度指标等方便仍有较大差距（面型精度方面，蔡司 PV<0.25nm，茂莱 PV<30nm），超精密光学部件国产化任重道远。 投资建议 建议积极关注茂莱光学、福晶科技、腾景科技、炬光科技、苏大维格等。 风险提示 国产光刻机研发不达预期；光刻机光学部件研发不达预期；国际贸易摩擦加剧；汇率超预期变动。 行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 2 内容目录 一、光刻机：千亿市场高速增长，ASML、佳能、尼康三分天下.......................................... 4 1.半导体工业皇冠上的明珠，千亿市场高速增长.................................................. 4 2.ASML、佳能、尼康三分天下，国产厂商任重道远................................................ 7 二、光刻机光学：蔡司遥遥领先，国产之路道阻且长.................................................. 9 1.全球光刻机光学市场规模达 35 亿美元，蔡司一家独大........................................... 9 2.蔡司：半导体、工业、医疗、消费光学四轮驱动，高额研发护城河深厚........................... 11 3.国产之路道阻且长，蔡司技术水平遥遥领先................................................... 12 3.1 DUV 投影物镜之难：四大途径缩小像差，设计、材料、工艺、组装缺一不可 ..................... 12 3.2 EUV 反射系统之难：原子级平整度，仅蔡司有生产能力 ....................................... 14 3.3 超精密光学部件国产化虽已实现突破，但与蔡司相差甚远、任重道远........................... 15 三、投资建议................................................................................... 16 四、风险提示................................................................................... 18 图表目录 图表 1： 全球光刻机出货量稳健增长 ............................................................... 4 图表 2： 全球光刻机市场规模稳健增长 ............................................................. 4 图表 3： 22 年 Q4 光刻机出货量创新高.............................................................. 4 图表 4： 全球半导体需求放缓 ..................................................................... 4 图表 5： 光刻机原理（从上到下：光源、掩膜、物镜、晶片） ......................................... 5 图表 6： EUV 光刻机可实现最先进的制程............................................................ 5 图表 7： 光刻机出货量实稳健增长 ................................................................. 6 图表 8： 光刻机出货量结构 .....................................................................