东吴证券-海外半导体设备巨头巡礼系列：详解光刻巨人ASML成功之奥妙

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海外半导体设备巨头巡礼系列：详解光刻巨人ASML成功之奥妙
证券研究报告
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首席证券分析师 ：周尔双
执业证书编号：S0600515110002
zhouersh@dwzq.com.cn
证券分析师：李文意
执业证书编号：S0600524080005
liwenyi@dwzq.com.cn
2024年10月15日
投资要点
2
◆历经40年发展，通过不断收购同业和上游供应商、创新并引领行业技术突破，ASML现已成为全球第一大IC光刻机厂商。
ASML于1984年成立，40年来公司产品布局专注于IC前道光刻机，从创业之初的筚路蓝缕，几经突破后终成光刻巨人。
2023年，ASML实现营收276亿欧元（约2150亿人民币），同比+30%，净利润78亿欧元（约610亿人民币），同比+39%。
◆光源&数值孔径&工艺因子三轮驱动，共促光刻技术迭代。光刻机在光刻工艺中承担曝光这一核心步骤，投影式掩模光
刻长期成为IC光刻机采用的主流技术。投影式光刻机可按曝光方式分为扫描式、步进重复式和步进扫描式（目前步进扫
描式为行业主流），也可按光源类型分为UV、DUV和EUV光刻机。过去40年光刻机的技术迭代主要围绕分辨率、套刻
精度、产能三大关键指标以及决定分辨率的光源波长、数值孔径和工艺因子三大参数展开。
◆光源系统&光学系统&双工件台为光刻机三大核心部件。光刻机产业链覆盖众多上游组件&系统和中游配套设备&材料，
其中光源系统、光学系统、双工件台为光刻机的三大核心部件，价值量占比分别为15%、24%、12%。光源供应几乎由美
国Cymer和日本Gigaphoton垄断；光学系统包括照明系统和投影物镜两大组成部分，其中投影物镜技术难度极高，EUV投
影物镜由德国蔡司一家垄断；双工件台由ASML于2001年最先推出，可在大幅提升光刻机产率的同时实现更高精度。
◆光刻机市场：一超双强格局稳定，晶圆扩产拉动需求增长。2023年全球IC光刻机市场规模接近260亿美元，且稳定呈现
“一超双强”的竞争格局，其中ASML在DUV和EUV光刻机市场均占据主导地位，特别是EUV光刻机市占率达到100%。
展望未来光刻机市场需求，ASML预计2025年、2030年全球晶圆需求将分别达1280万片/月、1660万片/月（等效12英寸），
2020-2030年成熟制程和先进制程晶圆需求CAGR分别为6%和10%，从而带动光刻机特别是中高端光刻机的需求增长。
◆ASML核心壁垒：技术、生态、资金三重壁垒筑高墙。通过复盘ASML的发展历程，我们发现ASML的成功之路离不开技
术、生态、资金三大要素，而这三大要素也铸造了ASML未来持续垄断行业的高大护城河。（1）技术：ASML早期凭借
PAS 5500、双工件台、浸没式、EUV四项技术实现赶超日本，如今ASML各项光刻机指标均在引领行业，成为延续摩尔
定律的先锋。（2）生态：ASML已掌控了光刻机的光源、光学系统、双工件台这三大最核心部件的供应，并与全球头部
晶圆厂客户深度合作，已构筑起完善而牢固的生态网络。（3）资金：ASML早期获得了头部客户的股权投资，中后期又
在自身大量盈利以及荷兰政府的补贴/减税支持下，持续巨额投入资金研发、收购供应商，不断强化自身优势。
◆国产光刻机：前路漫漫亦灿灿，吾将上下而求索。美日荷意图通过光刻机管制政策限制中国大陆先进制程发展，其中
EUV光刻机早已明令禁入中国大陆，如今ArFi光刻机的管制也在加强。但我们看到，2023年以来ASML已将较多高端
ArFi光刻机交付中国大陆，其中湖北、安徽、北京三地为进口ASML中端光刻机的主要省市。光刻机国产化方面，目前
国产光刻机实现自主可控的三大核心要素均已具备，生态网络正逐步完善，资金面相对充足，但最为关键的技术端仍然
薄弱。目前国内光刻机可实现65nm制程，整体技术水平落后ASML约20~30年，但在政府重视程度不断加深、多家顶尖
科研院所与高校的共同努力下，我们看好未来SMEE和各大院所在技术端的持续突破。
◆风险提示：半导体行业投资不及预期，设备国产化进程不及预期，国际贸易摩擦加剧风险，半导体技术快速迭代风险。
名词解释
3
数据来源：东吴证券研究所整理
◆表：本篇报告中重要专有名词释义
名称
单位
说明
光刻机光
源类型
G-line
一种
UV汞灯光源，波长436nm
I-line
一种
UV汞灯光源，波长365nm
KrF
氟化氪，一种
DUV光源，波长248nm
ArF
氟化氩，一种
DUV光源，波长193nm
ArFi
浸没式氟化氩，通过浸没式技术提高
NA，将光源波长等效为134nm
DUV
深紫外光，波长在
170-300nm范围内
EUV
极紫外光，波长为
13.5nm
光刻机相
关技术参
数
分辨率（
Resolution
，
R）nm
表示光刻机能够清晰投影最小图像的能力，是光刻机最重要的技术指标之一，决定了光刻机能够被应用于的技术节点水平。一般对于
32/28nm
及以上技术节点的逻辑器件，CD等于技术节点；而对于32/28nm以下节点的逻辑器件，由于晶体管进入立体结构时代，CD
要大于技
术节点。
瑞利准则（
Raleigh
criterion）
在光刻技术中，瑞利准则用来定义光刻机的分辨率，即光刻机的分辨率
R=k1 ⋅λ / NA。
CD（Critical
Dimension) nm
关键尺寸，集成电路中的最小特征尺寸，代表芯片结构中的最小线宽半间距，等于光刻机的分辨率
R。
λnm
光源波长，单位：
nm。
NA（Numerical
Aperture）\
光刻机中投影物镜镜头的数值孔径，定义为
n⋅sin(θ)，其中n是镜头与晶圆之间介质的折射率，θ
是曝光光线在晶圆表面的最大入射角（（取决
于透镜直径）。
NA越大，分辨率越高。干式DUV光刻机的NA最大为0.93，DUVi光刻机的NA最大为1.35，标准EUV光刻机的NA为0.33，
High
-NA EUV光刻机的NA为0.55，Hyper-NA EUV光刻机的NA为0.75。
k1 \
光刻工艺因子，单次曝光下的物理极限为
0.25。
套刻精度（
Overlay
）
nm
多次光刻的图案层之间的对齐精度。由于一个器件可能需要经过多次光刻步骤来完成不同的层，因此每一层的图案都需要与先前的层精准对
齐，稍有偏移可能会导致电路性能降低，良率下降，甚至芯片完全失效。随着芯片工艺节点越来越小，允许的绝对套刻精度误差也变得更小。
多重曝光工艺对套刻精度的要求更高。
光刻机单机产能
（Throughput）wph
光刻机每小时处理的晶圆数量。
光刻机相
关零部件
厂商
Zeiss
德国
-卡尔蔡司集团，ASML的核心零部件供应商。
Zeiss SMT
蔡司的半导体事业部
/子公司，ASML的核心零部件供应商。
Cymer
美国的一家
DUV和EUV光源供应商，2013年被ASML全资收购，现为ASML EUV光源系统的唯一供应商。
Gigaphoton
日本的一家
DUV光源供应商，主要为ASML、Nikon、Canon等整机厂提供DUV光源系统，目前其EUV光源处于商业化量产的验证阶段。
其他
HVM
（High
Volume
Manufacturing）
大批量生产，在半导体行业中，进入
HVM阶段表明相关技术和工艺已经足够成熟，可支持大规模商业化生产。

标签： #半导体

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