20230418_国金证券_电子行业证券研究报告：光刻机光学国产之路道阻且长“中国蔡司”未来可期_21页.pdf

敬请参阅最后一页特别声明 1 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”。ASML 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。35 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 PV0.25nm，茂莱 PV30nm），超精密光学部件国产化任重道远。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。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.6 图表 9：EUV 光刻机稳健增长.6 图表 10：EUV 光刻机价格遥遥领先（亿欧元/台）.6 图表 11：2022 年 ASML 中国光刻机收入约占 15%.7 图表 12：2020-2022 年中国光刻机市场稳健增长.7 图表 13：2022 年全球光 刻机竞争格局（出货量口径）.7 图表 14：2022 年全球光刻机竞争格局（销售额口径）.7 图表 15：ASML 在高端光刻机出货量绝对领先.8 图表 16：ASML 光刻机销售额增速领先.8 图表 17：ASML 在产品类型、工艺、生产效率上均处于领先地位.8 YWAZxOnQpMrQtNsRrMqPqR6M9R9PtRpPsQnOeRmMrNjMnMxO6MpPxPNZrNtNvPsPxO行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 3 图表 18：光学系统为光刻机的核心，物镜系统为最主要光学部件.9 图表 19：光刻机光学系统主要光学部件.9 图表 20：蔡司为 ASML 唯一光学部件供应商.10 图表 21：ASML 各地区供应商分布.10 图表 22：光学 部件采购约占成本的 26%.10 图表 23：2022 年全球光刻机光学市场规模约为 33.8 亿美元.11 图表 24：2022 年光刻机光学竞争格局.11 图表 25：2022 年各类光刻机光学单机价值量.11 图表 26：半导体、工业、医疗、消费为蔡司主要收入来源.12 图表 27：2015-2022 年半导体领域收入 CAGR 领先.12 图表 28：2015-2022 蔡司净利润 CAGR 达 28%.12 图表 29：毛利率、净利率持续双增长.12 图表 30：2021 年销售费率、管理费率为 17.9%、6.1%.12 图表 31：研发支出占营收比逐年提高.12 图表 32：光刻机投影物镜重量可达 500kg.13 图表 33：光刻机投影物镜一般需要 29 枚 镜头.13 图表 34：蔡司最畅销的几款 DUV（深 紫外 线）、NUV（近紫外线）物镜系统.13 图表 35：EUV 光刻光学工艺更为复杂.14 图表 36：EUV 特性要求采用全反射的投影物镜系统.14 图表 37：蔡司主要 EUV 光学部件.15 图表 38：蔡司光刻机光学加工工艺远超茂莱光学.15 图表 39：2022H1 光刻机光学相关上市公司情况.17 行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 4 ASML 1.半 导体 工业 皇冠 上的 明珠，千亿市场 高速 增长 2022 年全球前三大 光刻机厂商 ASML、Nikon、Canon 出货量 达到 551 台，同增 15%。2022年 全球 光刻机 市场 规模 达 196 亿美元，同增 26%，约占全球半导体销售额（1076 亿美元）的 18%。在 2020 年“宅经济”刺激的半导体强需求下，2021-2022 年半导体需求旺盛，但受美联储加 息、经济 增速 下行 的影 响下，全球 半导 体销 售额 自 2022 年8 月起持续下行，但是 2022年 光刻机出货量逐季创新高。尽管目前已有多家晶圆厂下调 2023 年资本开支，但考虑光刻机交期长（2022 年末 ASML 在手订单高达 404 亿欧元，订单营收比达 1.9 倍）、战 略意义高，预计 2023 年光刻机市场需求 维持 高增。据 MarketIntelligence，预计 2028 年全球光刻机市场规模将达到 277 亿美元，2022-2028 年 CAGR 达 6%。图表1：全球 光刻机 出货 量 稳 健增 长 图表2：全 球 光 刻 机市 场 规模 稳健 增 长 来源：ASML、Nikon、Canon 公告，Chipinsights，国金证券研究所 来源：Chipinsights，MarketIntelligence，国金证券研究所 图表3：22 年 Q4 光 刻机出货 量 创新高 图表4：全 球 半 导 体 需求 放缓 来源：猎芯网，半导体设备与材料，国金证券研究所 来源：ifind，国金证券研究所 光刻机是生产芯片的核心装备，被誉为半导体工业皇冠上的明珠。其原 理为 光 复印 工艺，经曝 光系 统用 投影 方法 将掩 模上 的大 规模 集 成电 路器 件的 结构 图形 画在 涂 有光 刻胶 的硅片上，经物镜补偿等光学误差，通过光的照射映射到晶圆上，生成电路图。按照 光源 划分，市面 上主 流的 光刻机可分为 g-line、i-line、KrF、ArF、EUV 五 种，其中g-line 逐渐走向边缘。每次光源的改进都显著提升了 了光刻机的工艺水平、生产效率、良率。五代光刻机的主要差异是光刻机的工艺节点，即 限制成品所能获得的最小尺寸，目前第五代 EUV 光刻机的最小工艺节点达到了最优。一般而言，光刻系统能获得的分辨率 越高，则 成品所能获得的 最小 尺寸 越小，这需要 减小照射光源的波长。在光刻机的更新迭代中，对光源、光学透镜、反射镜系统 提出了越来越高的要求。i-line 光刻机：光源方面，i-line 光刻机使用波长为 365nm 的紫外光 作为光源，通常采用汞灯或氙灯。曝光方面，i-line 光刻机 往往采用接触式曝光，将掩 模与 光 刻胶 直接 接触，可能 导致 掩模 和光 刻胶 之间 的污 染和 损 伤，降低 掩模 的使 用寿 命。应 用方 面，尽管-15%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%01002003004005006002014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 YOY0%5%10%15%20%25%30%0501001502002503002020 2021 2022 2028E YOY02040608010012014016018020019Q119Q219Q319Q420Q120Q220Q320Q422Q122Q222Q322Q4-15%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%01002003004005006007002012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 YOY行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 5 i-line 光刻技术已经被深紫外光刻技术所替代，但在针对 部分 旧款 半导 体工 艺和 制造 流程、MEMS（微 机电 系统）制造、显示器制造、大型光掩模 上 仍然需要使用 i-line 光刻机。KrF 光刻机：KrF 光刻技术全称为KryptonFluorideExcimerLaserLithography。光源方面，KrF 光刻机采用波长为 248nm 的深紫外线光源，即 使用氪氟准分子激光，比 i-line 光刻机 具 有 更 高 的 分 辨 率 和 更 小 的 制 程。曝 光 方 面，KrF 光 刻 机 采 用 扫 描 投 影 式（ScanningProjectionExposure）曝光方式，光源通过一个镜头和掩模进行投影，将电路图案投影到电路板上，通过将掩模和光刻胶之间的距离控制在纳米级别来进行曝光，避免了接触式曝光中可能导致的污染和损伤。应用方面，KrF 光刻机 在制造高密度 DRAM、SRAM、闪存等存储器件时表现出色。ArF 光刻机：ArF 光刻技术全称为 ArgonFluorideExcimerLaserLithography。光源方面，ArF 光刻机采用波长 更短的 193nm 的深紫外线光源，即 氩氟准分子激光，比 KrF 光刻机更加先进。ArF 光刻机 有两 种类 型，分别 是 ArFimmersio（浸没式 DUV）和 ArFdry（干式 DUV）。ArFimmersio 采用液体浸没技术，在曝光过程中，将掩模和硅片之间涂上一层 液体介质，可以提高曝光分辨率和制程能力。ArFdry 相对于液浸技术更加简单和稳定。在曝光过程中，不需 要使 用液 体介 质，可以 直接 进行 曝光，但 制程能力相对于 ArFimmersio 稍差。KrF光刻机 主要集中在高端芯片市场，例如制造高性能计算机、云计算、人工智能等领域所需的芯片。EUV 光刻机：EUV 光刻技术全称为紫外光刻（ExtremeUltravioletLithography），是目前半导体制造业中最先进的光刻技术之一，可以用于 10nm 以下的先进制程。光源方面，使用波长为 13.5nm 的 极紫外光，即采用锗（Ge）和锡（Sn）混合的等离子体光源，产生高能量的光子来进行曝光。曝光方面，EUV 光刻机采用反射式光学系统，曝光光线从光源进入光 刻机，经过 多个 反射 镜进 行光 路调 节，最后 通过 掩模 进行 投影 曝光。EUV 光刻机可以实现单层掩模曝光，避免了传统光刻机需要多次曝光的缺点，大大提高了生产效率。同时，由于曝光光线需要穿过多层反射镜，EUV 光刻机对光学镜片的精度和质量要求 非常 高，也成为了 EUV 光刻机生产和维护的难点之一。应用方面，EUV 光刻机主要用于制造10 纳米及以下的高端芯片，是未来半导体制造业发展的重要方向之一，已经被 intel、三星、台积电、美光、SK 海力士 等芯片制造厂商广泛采 应 用。图表5：光 刻 机 原 理（从 上到 下：光 源、掩 膜、物镜、晶片）来源：Elifor，国金证券研究所 图表6：EUV 光刻机可实现最先进的制程 光源 波长（nm）对应设备 最小工艺节点（nm）主要用途 第一代 g-line 436 接触式 800-250 6 寸晶圆 接近式 800-250 第二代 i-line 365 接触式 800-250 6 寸、8 寸晶圆 接近式 800-250 第三代 KrF 248 扫描投影式 180-130 8 寸晶圆 第四代 ArF 193 步进扫描投影 130-65 12 寸晶圆 浸没式步进扫描投影 45-22 第五代 EUV 13.5 极紫外 22-7 12 寸晶圆 来源：智能电子集成网，国金证券研究所 行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 6 从 2022 年出货量结构来看，KrF 光刻机 占据大头、出货 量达 209 台。i-line 光刻机 次之，出货量达 185 台。受限于产能，EUV 光刻机出货量 较 低、仅 40 台。从成长性来看，KrF光刻机、i-line 光刻机、EUV 光刻机 成长性最佳，2019-2022 年出货量 CAGR 达 27%、22%、15%，ArF 出货量保持平稳。考虑 EUV 光刻机 在 性能、功耗、生产 成本、生产 周期 等方 面优 势突 出，且由于独家供应商ASML 产能吃紧，在先进逻辑芯片、12nmDRAM 领域EUV 光刻机 供不应求，对应近年 来 EUV光刻机 价格持续攀升，根据 ASML 年报，2022 年 EUV 销售金额达 70 亿欧元、占全球光刻机市场规模的 36%。EUV 光刻机 平均 售价 达 1.8 亿欧 元、且一 路攀 升。KrF 光刻机、i-line光刻机 售价为 411、394 万欧元。图表7：光 刻 机 出 货量 实 稳健 增长 图表8：光 刻 机 出 货量 结 构 来源：Chipinsights，国金证券研究所 来源：Chipinsights，国金证券研究所 图表9：EUV 光 刻机 稳健 增 长 图表10：EUV 光 刻机 价格 遥 遥领 先（亿 欧元/台）来源：Chipinsights，国金证券研究所 来源：Chipinsights，ASML 公告，国金证券研究所 我们 预 计2022 年中国 光刻 机 市场 规模 达27 亿美元，未来 各国 或加 大对 光刻 机出 口 限制。1）根据 ASML 年报，2020-2022 年中国市场在 ASML 光刻机市场的占比分别为 18%、17%、15%。考虑 ASML 占据全球 80%以上的光刻机市场份额，我们 估 计 2020-2022 年中国向全球光刻机厂商采购金额比值 为 17%、15%、14%，对应 2020-2022 年中国光刻机市场规模为 24、23、27 亿美元。2）受制 于地 缘政 治的 不确 定性，未来 各国 可能 限制 主要光刻机制造厂商向中国出口半导体制造设备。3 月 8 日，荷兰 贸易 和发 展合 作部 发布 了“宣 布即 将对 先进半导体制造设备采取的出口管制措施”的公告，表示政府有必要扩大现有的特定半导体制造设备的出口管制。但据 ASML 官方 表示，预计 2023 年将 从中 国市 场获 得 22 亿欧元收入，较 2022 年 增长 2%；2023 年将向中国销售 大约 100 台 DUV 光刻机，与 2022 年持平。0501001502002502019 2020 2021 2022EUV ArFimmersio ArFdry KrF i-lineEUV,7%ArFimmersio,15%ArFdry,6%KrF,38%i-line,34%0%20%40%60%80%100%120%010203040506070802018 2019 2020 2021 2022 EUV YOY1.01.11.41.51.80.50.5 0.50.60.60.30.20.30.50.50.03 0.04 0.04 0.04 0.040.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02018 2019 2020 2021 2022EUV ArFimmersio ArFdry KrF i-line行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 7 图表11：2022 年 ASML 中 国光 刻 机收 入约 占 15%图表12：2020-2022 年中 国光 刻 机市 场 稳健 增长 来源：ASML 公告，Chipinsights，国金证券研究所 来源：ASML 公告，Chipinsights，国金证券研究所 2.ASML、佳 能、尼 康 三分天下，国产厂商任重道远 全球光刻机 市场 ASML、佳能（Canon）、尼康（Nikon）三分天下，ASML 为绝对龙头。1）据 芯思想 Chipinsights 数据，在 2022 出货的 551 台光刻机中，ASML 累计出货 345 台，佳能 176 台，尼康 30 台。销售额方面，ASML、佳能、尼康 在光刻机方面的营收分别实现161、20、15 亿美元，ASML 为绝对龙头，占据 82%的市场份额。2）按光刻机类型来看，出货量上，ASML 在 EUV 光刻机上占据垄断地位，多种 光刻机均有出售，并在高端光刻机上占有绝对优势地位；佳能在低端光刻机市场具有优势地位，仅在 i-line、KrF 两类 光刻机上有所 出货；尼康在光刻机 产品类型 覆盖范围较广，但在 出货量 远低 于其 他 两家 企业，其 光刻机出货较 2021 年减少 5 台，主要系 i-line 光刻机 出货减少 8 台。3）从三家公司的发展态势来看，ASML 遥遥领先，佳能逐步赶超尼康成为光刻机行业第二。ASML 垄断最高端的 EUV 光刻 机市 场，无论 从市 占率、产品 均价、产品 数量 皆远 高于 其他 两家 企业，龙头地 位显 著，高技 术壁 垒叠 加马 太效 应，占比 持续 提升。由于 技术 水平 受限，尼康 和佳 能在7nm 及以下制程芯片的制造能力相对ASML 落后。佳能 业务 重点 布局 中低 端光 刻机 市场，尼康光刻机范围广泛，采用独特的多镜头投影光学系统处理大型面板到制造职能设备中的中小型面板。图表13：2022 年 全球 光 刻机 竞争 格 局（出货 量 口径）图表14：2022 年 全球 光 刻机 竞争 格 局（销售额 口径）来源：Chipinsights，国金证券研究所 来源：Chipinsights，国金证券研究所 0%20%40%60%80%100%120%2020 2021 2022 2021222324252627282020 2021 2022,66%,34%,6%,82%,10%,8%行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 8 图表15：ASML 在 高端 光 刻机 出货 量 绝对 领先 图表16：ASML 光 刻机 销 售额 增速 领 先 来源：Chipinsights，国金证券研究所 来源：Chipinsights，国金证券研究所 ASML 技术 领先，国 产光 刻机任重道远。1）在产品设计上，EUV 领域 ASML 掌握绝对核心技术，处于满产满销状态。目前 尼康 在 ArFimmersio、ArFdry（干式 DUV）、KrF 领域已有不少产品对标 ASML 的产 品，但其 生产 效率 与 ASML 相比 仍存 在差 距。2）国产光刻机与 ASML、佳能、尼康 相比 仍有 较大 差距。国产光刻机 的主要企业为 上海微电子装备(集团)股份有限公司(简称 SMEE)，是我国光刻机制造领头羊。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，可用 于 WiFi 芯片、LCD 驱动 芯片、电源 管理芯 片、射频 芯片、各种 数模 混合 电路。在制 程上，其与 国际 三大 光刻 机厂 商仍 有一 定的差距。3）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。早于“十 二五 期间”国家 启动 02 专项（极大规模集成电路制造装备及成套工艺）：重点进行45-22 纳米关键制造装备攻关 等项目。图表17：ASML 在产品类型、工艺、生产效率 上均处于领先地位 公司 代际 光源 对应设备 最小工艺节点 镜头倍率 晶片尺寸（mm）产出率（片/h）ASML 第五代 EUV13.5nm 极紫外 8/13/22 1:04 300 125-160 第四代 ArFimmersio193nm 浸没式步进扫描 38 1:04 300 175-295 第四代 ArFdry193nm 干式步进扫描 57/65/90 1:04 300 162-300 第三代 KrF248nm 步进扫描 80/110 1:04 200/300 145-330 第二代 i-line365nm 步进扫描 220/350 1:04 200/300 150-230 佳能 第三代 KrF248nm 步进扫描 90/130/150 1:04 200/300 200 第二代 i-line365nm 步进扫描 350/500 1:04 尼康 第四代 ArFimmersio193nm 浸没式步进扫描 38 1:04 200/300 200-270 第四代 ArFdry193nm 干式步进扫描 65 1:04 200/300 230 第三代 KrF248nm 步进扫描 110 1:04 200/300 176-230 第二代 i-line365nm 步进扫描 280 1:04 200 200 上海微电子 第四代 ArFdry193nm 干式步进扫描 90 1:04 200/300 80-135 第三代 KrF248nm 步进扫描 110 1:04 200/300 第二代 i-line365nm 步进扫描 280 1:04 120/800 来源：智能电子集成网，国金证券研究所 050100150200250EUV ArFimmersio ArFdry KrF i-line-30%-20%-10%0%10%20%30%40%50%0204060801001201401601802018 2019 2020 2021 2022 YOY YOY YOY 行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 9 1.全 球光 刻机 光学 市场 规模达35 亿美元，蔡司 一家 独 大 光刻 机光 学部 件指 直接 参与 光的 传输 和处 理过 程精 密零 部件。一台光刻机主要由以下系统组成：光学系统、曝光 光源 系统、双工 作台、浸没系统、微电 子系 统、计算 机系 统、精密机械系统和控制系统 等。其中 光学 系统主要组成部分为 光刻机的 物镜系统，一般由 1520 个直径为 200 300mm 的透镜组成，用以 补偿光源通过掩模版照射到附有光刻胶的硅片表面 时产生的 光学误差，除此 之外 光学 系统 还包 括 反射 镜、偏振 器、滤光 片、光阑 等。光学系统是 光刻机的核心，光刻机的最小工艺节点越小，对光学系统的精度要求越高，同时价格更加昂贵，推高了第五代光刻机 EUV 的造价与售价。图表18：光 学 系 统 为光 刻 机的 核心，物镜 系 统为 最主 要 光学 部件 来源：华卓精科招股说明书，国金证券研究所 图表19：光 刻 机 光学 系统 主要 光学 部件 光 学 元 器件 功能 物镜（Lens）由 20 多块透镜镜片组成，主要作用是把掩膜版上的电路图按比例缩小，再被激光映射的硅)上，并且物镜还要补偿各种光学误差技术难度就在于物镜的设计难度大，精度的要求高。反射镜（Mirror）反射光线，将光线引导到透镜 或者其它光学组件 中。常用的反射镜包 括平面反射镜和倾斜 反射镜。平面反射 镜能够将光线反射到其它方向，倾斜反射镜能够将光线反射到不同的角度和位置。偏振器（Polarizer）控制光线的偏振状态，将光线 的振动方向限制在 特定方向上。包括线 性偏振器和圆偏振器，能够控制光线的 偏振方向和振幅，从而控制光斑的形成和分布。滤光片（Filter）控制光线的波长，只允许特定 波长的光线通过。包括窄带滤光片和宽 带滤光片，能够控制 光线的波长分布，从而控制光斑的形成和色彩。光阑（Aperture）控制光线的强度和分布，可以 通过限制光线的传 播和分散来控制光斑 的大小和形状。包括 圆形光阑和方形光 阑，它们能够限制光线的传播和散射，从而控制光斑的形成和分布。来源：Elsevier，国金证券研究所 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%。1）根据 ASML 年报，其光刻机总供应商约 4984 家，与光刻机制造相关的核心供应商高达789 家，遍布 美国、德国、日本、中国台湾厂商。2）其中 CarlZeissSMTGmbH 是 ASML 光刻机的 透 镜、反 射 镜、照 明 器、采 集 器 和 其 他 关 键 光 学 部 件 的 独 家 供 应 商，CarlZeissSMTGmbH 由卡尔蔡司控股、ASML 持股 25%。2020-2022 年 ASML 的主营业务成本行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 10 约为 71.8、88、105 亿欧元，其中采购的蔡司光学部件营收分别为 16.2、20.7、26.9 亿欧元，占比分别为 23%、24%、26%。图表20：蔡司为 ASML 唯 一光 学部 件供 应商 企业名称 主营产品 介绍 国家/地区 汉微科被 ASML 收购 电子束检测设备 中国台湾 Photronics 般份有限公司 光罩、掩膜版 一块在 内部 刻着线 路设 计图的玻璃板 美国 卡尔蔡司 镜头 物镜由 20 多块镜片组成，主要作用是把 掩膜 版上的 电路 图按比例缩小，再被激光映射的硅)上，并且物镜 还要 补偿各 种光 学误差技术 难 度 就 在 于 物 镜 的 设 计 难 度大，精度的要求高 德国 Cymer（被 ASML 收购）极限紫外光源 光源，光刻机核心设备之一 美国 小松 机器制作所 准分子激光源 光源，光刻机核心设备之一 日本 Sparton 机电设备 美国 Lumentum 激光器 光源，光刻机核心设备之一 美国 LMI 航空 滋光设备组配件 美国 公准精密 模组模具 中国台湾 BrooksAutomation 真空仪器仪表 美国 Entegris 污染控制、先进材料 美国 AxcelisTechnologies 离子注入机套件 美国 MKSInstruments 仪表和控制系统 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 美国 贰陆股份有限公司 高功率激光材料加工系统 美国 信邦电子 高阶线 材，印刷电 路板 与整机组装 中国台湾 Gigaphoton 准分子激光源 光源，光刻机核心设备之一 日本 来源：ASML 公司官网，国金证券研究所 图表21：ASML 各 地区 供 应商 分布 图表22：光 学 部 件 采购 约 占成 本的 26%来源：ASML 公告，国金证券研究所 来源：ASML 公告，国金证券研究所 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。蔡司仅向 ASML 供应半导体光学部件，且 ASML 为其光刻机光学单一客户，ASML1348 745 1584 1307 0 500 1000 1500 2000,26%,74%行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 11 也仅向蔡司采购光学部件，2022 年蔡司半导体营收为 28 亿欧元，ASML 光刻机销售收入为154 亿欧元，考虑 全球光刻机市场规模为 196 亿美元、中国光刻机市场规模为 27 亿美元，我们估算全球光刻机光学市场规模为 35 亿美元，中国光刻机光学市场规模为 5 亿美元。图表23：2022 年全球光刻机光学市场规模 约 为 33.8 亿美元 2021 2022 全球光刻机光学市场规模（亿美元）26 35 中国光刻机光学市场规模（亿美元）4 5 全球光刻机市场规模（亿美元）156 196 中国光刻机市场规模（亿美元）23 27 蔡司半导体营收（亿欧元）23 28 ASML 光刻机收入（亿欧元）137 154 来源：ASML 公告，蔡司公告，国金证券研究所 光刻机光学的主要供应商有蔡司、尼康、佳能，蔡司为绝对市场龙头。1）ASML 的光刻机光学部件主要由 CarlZeissSMTGmbH 供应，且单位 光学 价值最 高的 EUV 光学部件仅有蔡司有供应能力；2）尼康在光学制造上从原材料到成品 全流程 生产，镜片、镜头、反光镜均自行研发，此外，还独自开发了组装微调试技术以确保稳定的光学性能。3）佳能和尼康业务模式较为类似，都 凭相机 与 镜头 发家，并逐 渐涉 足光 刻设 备领 域，其光 学组 件主 要自行供应。4）由于 蔡司 为 ASML 的光刻机光学独供，ASML 占有约 82%的市 场份 额，我们 估算蔡司在光刻机光 学的市场份额也在 80%以上，为绝对龙头。图表24：2022 年 光刻 机 光学 竞争 格 局 图表25：2022 年 各类 光 刻机 光学 单 机价 值量 来源：Chipinsights，公司公告，国金证券研究所 来源：ASML 公告，国金证券研究所 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 蔡司是全球光学和光电的技术 先驱者，目前蔡司共有 四个 业务 部门：半导 体制 造技 术、工业质 量与 研究、医疗 技术 和光 学消 费品 市场。其中 半导 体制 造技 术部 门分 为 半导体制造光学、光掩 模解 决方 案以 及工 艺控 制解 决方 案，且产 品主 要通 过子 公司 蔡司 SMT 交付。蔡司1846 年由眼镜厂商卡尔 蔡司创立，1847 年开始生产显微镜，1866 年物 理学 家、数学 家恩斯特阿贝加入公司；1884 年化学家肖特与蔡司、阿贝共同创立肖特玻璃 厂，保障高品质光学玻璃原材料供应；1968 年开始为电路板曝光设备提供镜头，2001 年聚焦半导体光学的 CarlZeissSMTAG 成立。半导 体+工业+医疗+消费 光学 四驱 轮动，半 导体 增 速领 先。1）半导体光学逐步成为 蔡司主要业务。2020 年始，半导体部门超越其他部门成为蔡司的核心光学部门。蔡司的四大业务部门在 2022 年实现营收 28、21、23、16 亿欧 元，占比 分别 为 31%、24%、26%、18%。2）半导体光学营收逐年增长，且增速 较其他部门始终维持 高位。2015-2022 财年半导体光学营收从 8.9 增至 27.6 亿欧元，CAGR 达 17%。,82%,10%,8%23870.5 0.50510152025EUV ArFimmersio ArFdry KrF i-line2022/行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 12 图表26：半 导 体、工业、医疗、消 费 为蔡 司 主要 收入 来 源 图表27：2015-2022 年半 导体 领 域收 入CAGR 领先 来源：bloomberg，国金证券研究所 来源：bloomberg，国金证券研究所 蔡司营收、净利润、盈利能力持续攀升，高额研发护城 河深厚。2022 年蔡司营收、净利达 88、12 亿欧元，2015-2022 年 CAFR 达 10%、28%。2022 年蔡司 净利率达 13%，毛利 率超55%，近年来 蔡司 销售费率、管理费率持续下降，但研发费率持续攀升。2015-2022 年蔡司 研发费用从 4.7 亿欧元增长到 11.5 亿欧元，研发费率从 10%提升 至 13%；单独 从半 导体业务来看，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%。图表28：2015-2022 蔡司 净利 润 CAGR 达 28%图表29：毛 利 率、净利 率 持续 双增 长 来源：bloomberg，国金证券研究所 来源：bloomberg，国金证券研究所 图表30：2021 年 销售 费 率、管理 费 率为 17.9%、6.1%图表31：研 发 支 出 占营 收 比逐 年提 高 来源：bloomberg，国金证券研究所 来源：bloomberg，国金证券研究所 3.国 产之 路道 阻且 长，蔡司 技术 水平 遥遥 领先 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 光刻机 技术的一大难点是 实现精确成像。光学投影式光刻 的原理是将 掩模版上的图案经过光学系统投影后缩小再曝光到硅片上。精确成像即使得 硅片 上的成像尽可能地与 实际成像0510152025302015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 17%6%9%7%14%0%5%10%15%20%-40%-20%0%20%40%60%80%100%0204060801002015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 YOY YOY 0%10%20%30%40%50%60%2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 0%5%10%15%20%25%02468101214162015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 0%2%4%6%8%10%12%14%024681012142015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 行业深度研究 敬请参阅最后一页特别声明 13 的差距 相近，由于 单个透镜本身的光学特性会导致原始图像的失真，故而 要靠不同透镜的组合来修正图像的形变。对于 ASML 光刻机的投影物镜来说，也同样需要以各种透镜组合来修正成像质量。DUV 光刻机的 投影物镜的高度超过 1 米，直径大于40 厘米，物镜内各种镜片的数量超过 15 片。图表32：光 刻 机 投 影物 镜 重量 可达 500kg 图表33：光 刻 机 投 影物 镜 一般 需要 29 枚 镜头 来源：ASML 公司官网，国金证券研究所 来源：ASML 公司官网，国金证券研究所 目前市面上最高级的单反相机 加