【研報】科技行業冠軍系列報告（二）：摘取光刻機皇冠上的明珠ASML-20200717[47頁].pdf

1、請務必閱讀正文后免責條款請務必閱讀正文后免責條款 摘取光刻機皇冠上的明珠摘取光刻機皇冠上的明珠ASML 證券分析師證券分析師 胡小禹胡小禹 投資咨詢資格編號：投資咨詢資格編號：S1060518090003 郵箱郵箱 ： 吳文成吳文成 投資咨詢資格編號：投資咨詢資格編號：S1060519100002 郵箱郵箱 ： 科技冠軍系列報告（二）科技冠軍系列報告（二）證券研究報告證券研究報告 20202020年年7 7月月1717日日 報告要點報告要點 2 ASML簡介：全球光刻機行業的標桿，市場份額最大，并壟斷了簡介：全球光刻機行業的標桿，市場份額最大，并壟斷了EUV光刻機市場光刻機市場 公司的產品包括

2、光刻機、量測設備以及計算光刻解決方案。公司是全球光刻機行業龍頭， 并壟斷了光刻機皇冠上的明珠EUV光刻機市場。 2019年ASML的總收入為118.20億歐元（+8.00%），扣非后歸母凈利潤為25.92億歐元 （+0.03%）。公司毛利常年維持在40%以上，凈利率在20%以上。 行業簡介：全球光刻機行業由荷蘭的行業簡介：全球光刻機行業由荷蘭的ASML、日本尼康和佳能三家把持，、日本尼康和佳能三家把持，ASML獨占鰲頭獨占鰲頭 ASML是全球光刻機行業絕對龍頭，市占率超過60%，在DUV浸入式光刻機市場占據了最 大的份額，并壟斷了頂級的EUV光刻機市場。尼康的光刻機集中在中高端區域，佳能則集

3、中在低端區域。 發展歷史：四大里程碑事件，讓公司從默默無聞發展為光刻機霸主發展歷史：四大里程碑事件，讓公司從默默無聞發展為光刻機霸主 推出PAS 5500、雙工作臺、浸入式光刻機、EUV光刻機是公司發展歷史上的四大里程碑事 件，使得ASML從一個名不見經傳的小公司逐步發展為光刻機領域的霸主。 建立行業上下游的利益共同體，聯合外部平臺合作研發，模塊化的設計和制造能力構建了 公司的核心競爭力。 發展前景：發展前景：5G、物聯網技術進步推動需求爆發，新技術、新工藝推動設備進步、物聯網技術進步推動需求爆發，新技術、新工藝推動設備進步 物聯網、5G技術不斷普及推動半導體的需求增加，轉化為對半導體設備需求

4、的增加。 公司未來的研發重點在于提高數值孔徑，提供更高分辨率的EUV光刻機產品。 oPpQnNsNqPtRxPtMrNsNoN6M8Q7NpNnNnPpPjMmMrOkPnPnN8OoOzQuOrMmRxNmOmN 目錄Content ASML公司介紹公司介紹 光刻機行業概況光刻機行業概況 ASML發展歷史發展歷史 ASML市場前景市場前景 1.1 ASML：全球光刻機行業的標桿：全球光刻機行業的標桿 4數據來源：數據來源：ASML官網官網、WIND、平安證券研究所、平安證券研究所 公司是全球最成功的半導體設備制造商之一，光刻機行業的標桿。公司是全球最成功的半導體設備制造商之一，光刻機行業的標

5、桿。 1984年，飛利浦與芯片制造商ASMI合資成立ASML，總部位于荷蘭艾恩德霍芬。1995年在 阿姆斯特丹和紐約證券交易所上市。 截至2019年，公司共有來自180個國家及地區的24,900名員工，辦公室分布在全球16個國家 的60個城市。 公司全資子公司包括計算光刻集成電路廠商Brion、準分子激光源提供商Cymer、電子束晶 圓檢測設備廠商HermesMicrovision等。 2019年，公司光刻機出貨量達到229臺，全球份額超過60%；總收入為118.20億歐元，同比 增長8.00%；扣非后歸母凈利潤為25.92億歐元，同比增長0.03%。 ASML辦公室分布在全球辦公室分布在全球

6、16個國家的個國家的60個城市個城市ASML股價（美元）總體呈上升趨勢股價（美元）總體呈上升趨勢 7 57 107 157 207 257 307 357 407 00-01 01-01 02-01 03-01 04-01 05-01 06-01 07-01 08-01 09-01 10-01 11-01 12-01 13-01 14-01 15-01 16-01 17-01 18-01 19-01 20-01 阿斯麥 5 1.1 ASML：產品以光刻機為主，量測設備及計算光刻為輔：產品以光刻機為主，量測設備及計算光刻為輔 公司產品主要包括光刻機、量測設備和計算光刻解決方案等。公司產品主要包括

7、光刻機、量測設備和計算光刻解決方案等。 光刻機：光刻機：包括EUV光刻機、DUV光刻機，其中DUV光刻機分為浸入式和干式兩類。 量測設備：量測設備：包括YieldStar量測設備和HMI電子束量測設備。 計算光刻軟件：計算光刻軟件：利用軟件技術實現精確的光刻仿真，從而增強光刻系統性能，提高芯片良率 和質量，是一種用于精準校正的軟件系統。 公司產品包括光刻機、量測設備和計算光刻公司產品包括光刻機、量測設備和計算光刻 數據來源：數據來源：ASML官網官網 1）光刻機：半導體設備的最高峰）光刻機：半導體設備的最高峰 6 ASML光刻機主要包括三大款：光刻機主要包括三大款：EUV、浸入式、浸入式DUV

8、、干式、干式DUV。公司在中高端領域領先，。公司在中高端領域領先， 在最高端領域壟斷，是摘取光刻機皇冠上明珠的領先企業。在最高端領域壟斷，是摘取光刻機皇冠上明珠的領先企業。 光刻工藝：集成電路制造中最復雜、最關鍵的工藝步驟光刻工藝：集成電路制造中最復雜、最關鍵的工藝步驟 光刻工藝是集成電路制造中最復雜、最關鍵的工藝步驟，光刻技術的不斷升級推動了光刻工藝是集成電路制造中最復雜、最關鍵的工藝步驟，光刻技術的不斷升級推動了 集成電路不斷升級。集成電路不斷升級。光刻技術對集成電路制造非常重要，從集成電路誕生之初，光刻 就被認為是集成電路制造工藝發展的驅動力。IC生產工藝中最小導線寬度被稱為線寬， 是先

9、進水平的主要指標，光刻技術與線寬指標密切相關。 光刻工藝有兩個重要意義：1）從價格方面來講，一片硅片的處理費用與硅片上的芯片 數目關聯性不強，如果一個硅片能夠接納更多的芯片，則單個芯片的成本將降低。2） 從性能上來講，摩爾定律指出，當價格不變時，集成電路上可接納的元器件數目，每 隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。 光刻機：半導體設備的最高峰光刻機：半導體設備的最高峰 光刻機是實現光刻工藝的關鍵設備，光刻機將掩膜版上的電路結構圖復制到硅片上， 啟動芯片生產。 光刻機設備是所有半導體設備中復雜度最高、精度最高、單臺價格最高的設備。光刻 機是現代工業的集大成者，其難度包括激光光源、物鏡

10、系統、機臺設計等等。 光刻機主要分為EUV光刻機、DUV光刻機。EUV是最高端的光刻機，其研發周期長達 十余年，是光刻機皇冠上的明珠。 7 1）EUV光刻機：最頂級光刻機，光刻機：最頂級光刻機，ASML獨家優勢獨家優勢 公司EUV光刻機 EUV光刻機是目前最先進的光刻機，采用EUV光源，使用的光波波長只有13.5nm，NA（數值 孔徑）為0.33，目前全球只有ASML能生產EUV光刻機，售價高達1.2億美元。EUV光刻機不需 要多重曝光，一次就能曝出想要的精細圖形，沒有超純水和晶圓接觸，在產品生產周期、光學 鄰近效應矯正的復雜程度、工藝控制、良率等方面都有明顯優勢。格芯首席技術官Gary Pa

11、tton 曾說：“如果在5nm的時候沒有使用EUV光刻機，那么光刻的步驟將會超過100步”。 TWINSCANNXE:3400C 3400B的升級版，兩者基本結構相同，但 NXE:3400C采用模塊化設計，維護更加便 捷，平均維修時間將從48小時縮短到8-10 小時，產能提升到了170WPH。 TWINSCANNXE:3400B 集高效率、最高分辨率、最先進的套刻精 度和焦深性能與一體?？捎糜谏a7nm和 5nm的芯片。產能為125WPH（每小時處 理晶圓數）。 數據來源：數據來源：ASML官網官網 8 1）浸入式）浸入式DUV光刻機：使用最廣泛的光刻機，光刻機：使用最廣泛的光刻機，ASML份

12、額領先份額領先 公司浸入式DUV光刻機 是目前使用最廣泛的光刻機，采用ArF光源，通常將浸入式光刻機稱作ArFi光刻機。光源波長突 破193nm，縮短為134nm，NA值為1.35，最高可實現7nm制程節點。浸入技術是指讓鏡頭和硅 片之間的空間浸泡于液體之中，由于液體的折射率大于1，使得激光的實際波長會大幅度縮小。 目前主流采用的純凈水的折射率為1.44，所以ArF加浸入技術實際等效的波長 193nm/1.44=134nm。 TWINSCANNXT:2000i 是最新一代的浸入式 光刻機，用于在7nm 節點處生產300mm晶 圓片，是最先進的浸 入式光刻機。產能為 275WPH。 TWINSC

13、ANNXT:1980Di 該系統于2015年推 出，具有高產能、高 穩定性。設計用于在 低于10nm節點批量 生產300mm晶圓。產 能為275WPH。 TWINSCANNXT:1970Ci 是1965Ci的升級版， 解決了客戶雙模式和 多模式的需求，用于 在低于20nm節點批 量生300mm晶圓。產 能為250WPH。 TWINSCANNXT:1965Ci 采用雙工作臺概念， 提供了高產能和出色 的分辨率，用于在低 于20nm節點批量生 產300mm晶圓。產能 為250WPH。 浸入式光刻機簡介浸入式光刻機簡介 數據來源：數據來源：ASML官網官網 9 1）干式）干式DUV光刻機：早期較低端

14、光刻機光刻機：早期較低端光刻機 公司干式DUV光刻機 是業內早期較低端的光刻機，最高可達65nm制程節點。在浸入式光刻機未推出之前，DUV干 式光刻機是市場主推產品。由于無法突破193nm波長，之后被浸入式光刻機所取代。 TWINSCANXT:1460K 最新一代雙工作臺 干式光刻機，在低 于65nm節點生產 300mm晶圓，采用 ArF光源，波長為 193nm，數值孔徑 0.93，產能為 205WPH。 TWINSCANXT:860M 在低于110nm節點 下生產300mm晶圓， 采用KrF光源，波長 為248nm，數值孔 徑0.55-0.80，產能 為240WPH。 TWINSCANXT:

15、400L 最新一代i-line光刻 系統。在220nm節 點處生產200mm和 300mm的晶圓。光 源波長為365nm,數 值孔徑0.65，產能 為230WPH。 TWINSCANXT:1060K 在80nm節點下生產 300mm晶圓，業界 最先進KrF光刻機， 采用KrF光源，波長 為248nm，數值孔 徑0.93，產能為 205WPH。 干式光刻機簡介干式光刻機簡介 數據來源：數據來源：ASML官網官網 10 2）量測設備：公司擁有光學和電子束兩類量測設備）量測設備：公司擁有光學和電子束兩類量測設備 YieldStar量測設備：量測設備：光學量測設備主要通過分析光的反射、衍射光譜間接進行

16、測量，進而 通過對比光信號發現晶圓上存在的缺陷。YieldStar光學量測設備可以快速、準確地測量并檢 測晶圓上圖案的質量。公司YieldStar光學量測系統有三種規格：YieldStar1375F、 YieldStar380G、YieldStar375F。 YieldStar1375F 業界唯一的在芯片內 部提供測量的 YieldStar光學計量系 統。主要是對刻蝕之 后芯片的分辨率和套 刻精度進行測量。 YieldStar375F 對曝光后刻蝕前芯片 的套刻精度和聚焦性 能進行檢測，并且對 光刻系統的穩定性進 行監測。 YieldStar380G 是375F的升級版，具 有更高的產量和精度

17、。 YieldStar光學量測系統簡介光學量測系統簡介 數據來源：數據來源：ASML官網官網 11 2）量測設備：公司擁有光學和電子束兩類量測設備）量測設備：公司擁有光學和電子束兩類量測設備 HMI電子束量測設備：電子束量測設備：電子束量測是根據電子掃描直接放大成像，可以呈現缺陷的具體形貌。 該系統可以幫助定位和分析數以百萬計的印刷圖案中的單個芯片的缺陷，能夠大幅提高芯片 圖形的準確性。產品包括HMIeScan600、HMIeScan430、HMIeP5、HMIeScan 1000。其 中，HMIeScan1000是是2020年年5月推出的新產品，這是月推出的新產品，這是ASML第一代的多光束

18、檢測系統第一代的多光束檢測系統 （MBI)，包含了九束光，可以用于包含了九束光，可以用于5nm及以下制程節點的檢測。及以下制程節點的檢測。 HMIeScan430 高吞吐量電子束晶 圓檢測系統,可以檢 測10nm以下的圖案 缺陷和電氣缺陷， 主要用于3DNAND 芯片的生產監控。 HMIeScan600 柔性電子束檢測系 統，可以檢測出圖 案缺陷，電氣缺陷 （包括開路，短路 和漏電）和材料對 比度缺陷。 HMIeP5 最高分辨率的電子 束檢測系統，可以 對芯片的分辨率進 行檢測，也可以檢 測出5nm以下圖案 缺陷和電氣缺陷。 HMIeScan1000 ASML第一代多電子 束檢測系統。與單 個

19、電子束檢查工具 相比，將使吞吐量 提高達600%，大大 減少了晶圓質量分 析所耗費的時間。 HMI電子束計量檢測系統簡介電子束計量檢測系統簡介 數據來源：數據來源：ASML官網官網 12數據來源：數據來源：CNKI 3）計算光刻：用以輔助光刻機的精密程序）計算光刻：用以輔助光刻機的精密程序 計算光刻是一種用于校正的軟件系統。計算光刻是一種用于校正的軟件系統。由于光學鄰近效應的存在，原始版圖通過光線照射到 硅片表面成像時，會發生一定的失真，如出現線寬不均、線端縮短、邊角圓化等光學鄰近效 應，因此需要采用一些技術手段校正。通常是通過改變硅片表面的曝光強度，最終使得曝光 后硅片上輪廓與期望得到的目標

20、輪廓相似。 ASML計算光刻方案的基本原理是應用計算仿真的方法，將包含照明光源、掩模、投影物鏡 系統的成像系統與光刻膠曝光、刻蝕等工藝過程聯系起來，然后通過數學的方法進行掩模圖 形分拆與校正、光源照明形狀優化、投影物鏡參數調節等，補償光刻過程中發生的物理和化 學反應，以增強分辨率，校正光學鄰近效應，使得在硅片上的圖案和最初設計的電路圖案相 差無幾。 光學鄰近效應的體現光學鄰近效應的體現 13數據來源：數據來源：WIND 1.2 業績增長，盈利強勁，業績增長，盈利強勁，研發研發投入逐年攀升投入逐年攀升 2018年，ASML正式跨入百億收入俱樂部。2019年ASML總營收為118.20億歐元，同比

21、增長 8%；扣非后歸母凈利潤為25.92億歐元，同比增長0.03%。 公司盈利能力強勁，并且持續多年。2019年ROE、銷售毛利率、銷售凈利率分別為 21.39%，44.67%，21.93%。 光刻機的發展需要強大的研發支持。公司的研發費用常年維持在10億歐元以上，占收入比例 在13%以上。2019年，公司的研發費用為19.68億歐元，占營收的比重為16.65%。 0 10 20 30 40 50 20152016201720182019 ROE(%)銷售凈利率(%)銷售毛利率(%) ASML營業收入持續增長（億歐元）營業收入持續增長（億歐元）ASML扣非后歸母凈利（億歐元）扣非后歸母凈利（億

22、歐元） ASML盈利強勁盈利強勁 ASML研發投入逐年攀升研發投入逐年攀升 0 10 20 30 40 0 50 100 150 20152016201720182019 總營業收入（左軸，億歐元）同比(右軸，%) 0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25 30 20152016201720182019 扣非后歸母凈利潤（左軸，億歐元）同比(右軸，%) 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 25 20152016201720182019 研發費用（左軸，億歐元）研發費用/總營業收入（右軸，%） 14數據來源：數據來源：WIND、ASML官網官網 1.2 光刻機貢

23、獻超過光刻機貢獻超過80%的收入的收入 ASML的營業收入主要分為兩個部分，第一部分 是系統收入，包括光刻機以及量測設備；第二部 分是軟件和服務，主要包括計算光刻的軟件以及 光刻機的維修升級服務等。近幾年，公司系統收 入占比一直增加，2019年，系統收入達到89.96 億歐元，占比76.12%；軟件和服務的收入達到 28.24億歐元，占比33.88%。 2010-2014年，受市場需求影響，公司光刻機出 貨量連續下降。2015年后，市場需求開始反彈， 2018年公司光刻機出貨量為224臺，已經恢復到 了2010年的水平。2019年ASML光刻機出貨量為 229臺，創歷史新高。 ASML營業收入

24、結構營業收入結構ASML2019年營業收入結構年營業收入結構 ASML歷年光刻機出貨量歷年光刻機出貨量 0 20 40 60 80 100 120 140 20152016201720182019 營業收入結構（億歐元） 系統軟件和服務 0 50 100 150 200 250 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 ASML光刻機出貨量（臺） 76% 24% 2019年營業收入構成（%） 系統 服務和軟件 15 1.2 浸入式浸入式DUV光刻機與光刻機與EUV光刻機是最主要的產品光刻機是最主要的產品 公司EUV光刻機2016年正式上

25、市，主要供應 給英特爾、臺積電以及三星這三家大客戶。 近幾年，公司EUV光刻機出貨量一直在增 加，自2016年的5臺上升到2019年的26臺。 2019年，ASML的系統銷售收入為89.96億 元，EUV、ArFi、ArF、KrF、i-line光刻機出 貨量分別為26、82、22、65、34臺，其中 浸入式DUV光刻機（ArFi）依舊是主流，出 貨量占比36%，收入貢獻為52%；EUV得益 于其昂貴的售價，雖然出貨量占比只有 11%，但是收入占比達32%。 2016-2019年年EUV光刻機出貨量光刻機出貨量 ASML2019年系統收入結構年系統收入結構ASML2019年各類光刻機銷量年各類光

26、刻機銷量 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 EUVArFiArFKrFi-line 2019年各類光刻機出貨量（臺） 54% 32% 8% 5%1% 2019年系統收入結構（%） ArFi EUV KrF ArF i-line 0 5 10 15 20 25 30 2016201720182019 2016年-2019年EUV光刻機出貨量（臺） 數據來源：數據來源：ASML 本章小結本章小結 16 ASML是全球光刻機行業的標桿，市場份額領先，并壟斷了是全球光刻機行業的標桿，市場份額領先，并壟斷了EUV光刻機光刻機市市場。場。 光刻機設備是所有半導體設備中復雜度最高、精

27、度最高、單臺價格最高的設備，現代 工業的集大成者。光刻機主要分為EUV光刻機、DUV光刻機。EUV是最高端的光刻 機，其研發周期長達十余年，是光刻機皇冠上的明珠。 ASML的產品包括光刻機、量測設備以及計算光刻解決方案。其中光刻機有EUV光刻機 和DUV光刻機（DUV光刻機進一步分為浸入式光刻機和干式光刻機），量測設備包括 YieldStar量測設備和HMI電子束量測設備。 公司是全球光刻機行業龍頭，并壟斷了光刻機皇冠上的明珠EUV光刻機。 業績增長，盈利強勁，浸入式業績增長，盈利強勁，浸入式DUV光刻機和光刻機和EUV光刻機是公司收入的主力貢獻軍光刻機是公司收入的主力貢獻軍。 2019年AS

28、ML的總營業收入為118.20億歐元，同比增長8%；扣非后歸母凈利潤為25.92 億歐元。公司毛利常年維持在40%以上，凈利率在20%以上。 公司始終保持高研發投入。自2015年以來，公司的研發費用常年維持在10億歐元以 上，且逐年攀升。2019年，公司的研發費用為19.68億歐元，占營業總收入16.65%。 浸入式DUV光刻機和EUV光刻機是公司主力產品。公司浸入式DUV光刻機出貨量82 臺，收入47.08億歐元，數量占比36%，收入占比52%；EUV得益于其昂貴的售價，出 貨量26臺，數量占比只有11%，但是收入達到28億歐元，占比達32%。 目錄Content ASML公司介紹公司介紹

29、光刻機行業概況光刻機行業概況 ASML發展歷史發展歷史 ASML市場前景市場前景 2.1 光刻工藝光刻工藝:一般分為一般分為8個步驟個步驟 18數據來源：數據來源：半導體制造技術半導體制造技術 光刻的本質是把電路結構圖復制到硅片上的光刻膠上，方便之后進行刻蝕和離子注入光刻的本質是把電路結構圖復制到硅片上的光刻膠上，方便之后進行刻蝕和離子注入。光 刻技術對集成電路制造非常重要，從集成電路誕生之初，光刻就被認為是集成電路制造工藝 發展的驅動力。光刻工藝一般分為8個步驟。 氣相成底膜：光刻的第一步需要清洗、脫水和硅片表面成底膜處理，以便增強硅片和光刻膠 之間的粘附性。 旋轉涂膠：成底膜處理后，通過旋

30、轉涂膠的方法涂上光刻膠材料。 軟烘：涂膠后進行軟烘，用以去除光刻膠中的溶劑。 對準和曝光：將掩膜版和硅片精確對準，然后進行曝光處理。 曝光后烘焙：曝光后需要對硅片再次烘焙，這樣做可以使之后的化學反應更加充分，從而提 高顯影后的圖形尺寸和分辨率。 顯影：通過旋轉、噴霧、浸潤等方式，利用化學顯影劑溶解光刻膠上的可溶解區(一般是曝 光環節中被光照射過的區域)，將電路圖形留在硅片表面，這一步非常關鍵。 堅膜烘焙：顯影后通過熱烘揮發掉存留的光刻膠溶劑，提高光刻膠對硅片表面的粘附性。 顯影檢查：檢查顯影后的電路圖是否完美無缺。 光刻工藝的光刻工藝的8個步驟個步驟 2.1 光刻機構成光刻機構成:11大模塊，

31、大模塊，10萬個零件萬個零件 19數據來源：數據來源：CNKI、sohu 部件部件作用作用 測量臺與曝光臺 承載硅片的工作臺，一般的光刻機只有一個工作臺，需要先測量，再曝光，而ASML的雙工 作臺技術實現測量與曝光同時進行。 激光源光源、光刻機的核心設備之一。 光束矯正器矯正光束射入方向，讓激光束盡量平行。 能量控制器控制最終照射到硅片上的能量，曝光不足或過度都會嚴重影響成像質量。 光束形狀設置設置光束為圓型、環型等不同形狀，不同的光束狀態有不同的光學特性。 遮光器在不需要曝光的時候，阻止光束照射到硅片。 能量探測器檢測光束最終入射能量是否符合曝光要求，并反饋給能量控制器進行調整。 掩模一塊在

32、內部刻著線路設計圖的玻璃板，貴的要數十萬美元。 掩模臺承載掩模版運動的設備，運動控制精度為nm級。 物鏡把掩膜版上的電路圖按比例縮小，再被激光映射的硅片上，補償各種光學誤差。 封閉框架、減震器將工作臺與外部環境隔離，保持水平，減少外界振動干擾，并維持穩定的溫度、壓力。 光刻機生產制造的技術要求極高，ASML一臺光刻機包含了10萬個零部件，需要40個標準集 裝箱才能裝下，涉及到上游5000多家供應商，比如德國的光學設備與超精密儀器，美國的 計量設備與光源等。一臺光刻機的主要部件包含測量臺與曝光臺、激光器、光束矯正器、能 量控制器等11個模塊。 光刻機的主要構成部件光刻機的主要構成部件 2.1 光

33、刻機曝光方式光刻機曝光方式:目前行業主流是步進掃描式目前行業主流是步進掃描式 20數據來源：數據來源：CNKI 按曝光方式分類，光刻機可分為接觸式、接近式和投影式三種。按曝光方式分類，光刻機可分為接觸式、接近式和投影式三種。 接觸式：接觸式：由于曝光場太小，通常用于制作掩模板。 接近式：接近式：通過光刻膠與掩模板無限靠近，復制掩模板上的圖案，但是受氣墊影響，成像精度 較低。該技術用于低端光刻機，生產廠商有德國SUSS、美國MYCRONXQ4006等。 投影式：投影式：投影式光刻機分為掃描投影式、步進重復式和步進掃描式。1）掃描投影式：在光 刻時硅片處于靜止狀態，通過掩模的移動實現硅片不同區域的

34、曝光。應用于70年代末80 年代初；2）步進重復式（stepper）：使用的技術叫作step and repeat，將晶圓一部分曝光 在光下，通過光罩將圖案一次性曝光在晶圓上，然后繼續重復直到將所有圖案曝光在晶圓上。 應用于80年代末90年代。3）步進掃描式（scanner）：使用技術叫作step and scan，步進 掃描投影光刻機中掩模臺及硅片臺的有步進運動以及掃描運動兩種運動方式。其中，步進運 動負責將硅片臺從當前芯片曝光位置移動到下一個芯片曝光位置，而掃描運動則負責完成芯 片曝光過程中掩模臺及硅片臺的移動。步進掃描式是現在光刻機行業的主流曝光方式。 步進掃描光刻機曝光示意圖步進掃描光

35、刻機曝光示意圖 2.1 光刻機光源光刻機光源:從從436nm進步到進步到13.5nm 21數據來源：數據來源：CNKI、sohu、平安證券研究所、平安證券研究所 光源是光刻機的核心之一，光刻機的工藝取決于其光源的波長。光源是光刻機的核心之一，光刻機的工藝取決于其光源的波長。根據所用光源改進和工藝創 新，光刻機經歷了5代產品發展。光源波長從436nm縮小到13.5nm。 g-line：最早光刻機的光源是汞燈產生的紫外光源，1980年前后采用g-line光源，波長為 436nm，制程節點為800-250nm。 i-line：1990年之后，業界開始采用i-line光源，波長縮小到365nm，制程節

36、點為800- 250nm。 KrF：1997年前后，業界開始采用DUV光源，最初使用的KrF光源，波長為248nm，制程節 點為180-130nm，現在Canon最先進的KrF光刻機可以做到90nm制程。 ArF/ ArFi :2001年之后，業界開始采用ArF光源，波長為193nm，制程節點為130-65n。 2007年浸入式技術開始運用，制程節點進一步提高到45-7nm，通常將此類光刻機稱為ArFi 光刻機。 EUV：2016年，EUV光刻機正式商用，開始采用EUV光源，光源波長縮短到13.5nm，制程 節點可以達7-3nm。 光源類型光源類型波長波長(nm)制程節點制程節點（nm） EU

37、V光源（極紫外光源：光源（極紫外光源：Extreme Ultraviolet Light)13.57-3 DUV光源光源 （深紫外光源：（深紫外光源：Deep Ultraviolet Light) ArFi13445-7 ArF193130-65 KrF248180-130 汞燈光源汞燈光源 （紫外光源：（紫外光源：Ultraviolet Light) i-line365800-250 g-line436800-250 光刻機光源參數光刻機光源參數 2.1 光刻機技術迭代光刻機技術迭代:至今已發展到第至今已發展到第5代代 22數據來源數據來源：sohu、平安證券研究所、平安證券研究所 光刻機經

38、歷了光刻機經歷了5代產品發展：代產品發展：隨著光源、曝光方式不斷改進，光刻機經歷了5代產品發展，每 次改進和創新都顯著提升了光刻機所能實現的最小工藝節點。目前行業內使用最多的是第四 代浸入式光刻機，最高制程可達7nm，在7nm之后芯片廠商必須使用最頂級的EUV光刻機。 光刻機技術迭代歷程光刻機技術迭代歷程 第二代 i-line 365nm 接近式 800-250nm 第三代 KrF 248nm 掃描投影式 180-130nm 第四代 ArF 193nm 45-7nm 130-65nm 浸入步進式 步進投影式 第五代 EUV 13.5nm 極紫外式 7-3nm 第一代 438nm g-line

39、800-250nm 接近式 光源 波長 設備 制程 節點 DUVUVEUV 2.2 競爭格局：三分天下，競爭格局：三分天下，ASML獨占鰲頭獨占鰲頭 23數據來源：芯思想研數據來源：芯思想研究究院、平安證券研究所院、平安證券研究所 全球光刻機市場主要由荷蘭的全球光刻機市場主要由荷蘭的ASML、日本尼康（日本尼康（Nikon）和佳能（和佳能（Canon）三家把持。三家把持。 2016-2019年，IC制造前道光刻機全球銷量分別為245、294、374、359臺，其中ASML的份 額常年保持在60%以上，遠超其他兩家。2019年ASML、尼康、佳能的光刻機出貨量分別為 229、46、84臺，占比分

40、別為64%、13%、23%。結構上，2019年，全球EUV、ArFi、ArF、 KrF、i-line光刻機的出貨量分別為26、93、35、103、102臺。 0 50 100 150 EUVArFiArFKrFi-line 2019年全球各類光刻機出貨量（臺） 0 50 100 150 200 250 ASMLNikonCanon 2019年ASML、尼康、佳能光刻機銷量（臺） ASML尼康尼康佳能佳能總計總計 EUV2626 ArFi821193 ArF221335 KrF65434103 i-line341850102 總計總計2294684359 全球歷年光刻機銷量全球歷年光刻機銷量20

41、19年全球各類光刻機銷量年全球各類光刻機銷量 2019年年ASML、尼康、佳能光刻機銷量、尼康、佳能光刻機銷量2019年年ASML、尼康、佳能各類光刻機出貨量（臺）、尼康、佳能各類光刻機出貨量（臺） 0 100 200 300 400 2016201720182019 2016-2019年全球光刻機出貨量（臺） 2.2 競爭格局：三分天下，競爭格局：三分天下，ASML獨占鰲頭獨占鰲頭 24數據來源：各公司數據來源：各公司官官網網 發展代數發展代數最小制程最小制程技術類型技術類型 ASML第五代EUV5nm頂級的極紫外式和高端浸入式 Nikon第四代ArFi22nm高端浸入式 Canon第三代K

42、rF90nm步進投影式 SMEE第四代ArF90nm步進投影式 全球光刻機市場主要由荷蘭的阿斯麥全球光刻機市場主要由荷蘭的阿斯麥(ASML)、日本尼康和佳能三家把持。、日本尼康和佳能三家把持。 ASML：光刻機行業全球絕對龍頭，市占率超過60%，在DUV浸入式光刻機市場占據了很大 的份額，并壟斷了頂級光刻機（EUV）市場。目前最先進的14-7nm、5nm的光刻機只有 ASML能生產。 尼康：尼康：光刻機領域曾經的世界第一，后被ASML所超越。目前公司主要為中高端機型，包括 ArF、KrF、KrF、i-line光源。在ASML之后才推出浸入式光刻機，但是已經落后于ASML。 佳能：佳能：專注于低

43、端產品，只有i-line和Kr-F光刻機，沒有浸入式光刻機，現在佳能已逐漸減少 在半導體光刻機領域的投資，轉向面板光刻機領域。 上海微電子：上海微電子：國產光刻機領域中，上海微電子(SMEE)一枝獨秀。其產品主要采用ArF、KrF 和i-line光源，目前只能達到90nm制程，且主要用于IC的后道封裝和面板領域。2020年6月 初，上海微電子宣布將在2021-2022年交付第一臺28nm工藝的國產浸入式光刻機，國產光 刻機有望從此前的90nm工藝一舉突破到28nm工藝。 各廠商光刻機技術現狀各廠商光刻機技術現狀 2.2 四大廠商光刻機型號及特征四大廠商光刻機型號及特征 25數據來源：各公司數據

44、來源：各公司官官網網 光源光源公司公司產品型號產品型號技術類型技術類型特征特征產能產能(WPH) EUVASML TWINSCANNXE:3400BScanner分辨率13nm，0.33NA125 TWINSCANNXE:3400CScanner分辨率13nm，0.33NA170 ArFi ASML TWINSCANNXT:1965CiScanner（浸入式）分辨率38nm，1.35NA250 TWINSCANNXT:1970CiScanner（浸入式）分辨率38nm，1.35NA250 TWINSCANNXT:1980DiScanner（浸入式）分辨率38nm，1.35NA275 TWINS

45、CANNXT:2000iScanner（浸入式）分辨率38nm，1.35NA275 Nikon NSR-S635EScanner（浸入式）分辨率38nm，1.35NA275 NSR-S622DScanner（浸入式）分辨率38nm，1.35NA200 ArF ASML TWINSCANXT:1460KScanner分辨率65nm，0.93NA205 TWINSCANXT:1060KScanner分辨率80nm，0.93NA205 NikonNSR-S322FScanner分辨率65nm，0.92NA230 SMEESSA600/20Scanner分辨率=90nm KrF ASMLTWINSCA

46、NXT:860MScanner分辨率110nm，0.55-0.80NA240 NikonNSR-S220DScanner分辨率110nm，0.82NA230 Canon FPA-3030EX6Stepper分辨率150nm，0.50-0.65NA121 FPA-6300ES6aScanner分辨率90nm，0.50-0.86NA260 FPA-6300ESWScanner分辨率130nm，0.45-0.70210 SMEESSC600/10Scanner分辨率=110nm I-line ASMLTWINSCANXT:400LScanner分辨率350nm，0.65NA230 NikonNSR-

47、SF155Stepper分辨率280nm，0.62NA200 Canon FPA-3030i5+Stepper分辨率350nm，0.45-0.63NA105 FPA-3030iWaStepper分辨率800nm，0.16-0.24NA125 FPA-5550iZ2Stepper分辨率280nm,0.45-0.57NA230 FPA-5510iXStepper分辨率500nm，0.28-0.37NA145 FPA-5520iVStepper分辨率1000nm,0.15-0.18NA160 SMEESSB600/10Scanner分辨率=280nm 本章小結本章小結 26 光刻是集成電路制造工藝發

48、展的驅動力。至今為止，光刻機已經發展到第五代光刻是集成電路制造工藝發展的驅動力。至今為止，光刻機已經發展到第五代EUV光光 刻機，可用于制造刻機，可用于制造5nm芯片。芯片。 光刻工藝一般包括氣相成底膜、旋轉涂膠、軟烘、對準和曝光、曝光后烘焙、顯影、 堅膜烘焙、顯影檢查等8個步驟。 光刻機的主要構成模塊包括測量臺與曝光臺、激光器、光束矯正器、能量控制器、光 束形狀設置、遮光器、能量探測器、掩模、掩模臺、物鏡和封閉框架與減震器等11個 模塊。 光刻機經歷了5代產品發展，光源波長從436nm縮小到13.5nm；目前主流的曝光方式是 步進掃描式。 全球光刻機市場主要由荷蘭的全球光刻機市場主要由荷蘭的

49、ASML、日本尼康（日本尼康（Nikon）和佳能（和佳能（Canon）三家把持，其三家把持，其 中中ASML獨占鰲頭獨占鰲頭。 ASML是全球光刻機行業絕對龍頭，市占率超過60%，在DUV浸入式光刻機市場占據了 最大的份額，并壟斷了頂級的EUV光刻機市場。目前最先進的14-7nm、5nm的光刻機 只有ASML能生產。 尼康的光刻機集中在中高端區域，佳能則集中在低端區域。 國產光刻機領域中，上海微電子(SMEE)目前能達到90nm制程，其宣稱將在2021- 2022年交付第一臺28nm工藝的國產浸入式光刻機。 目錄Content ASML公司介紹公司介紹 光刻機行業概況光刻機行業概況 ASML發展歷史發展歷史 ASML市場前景市場前景 3.1 發展歷史：四大里程碑事件，成就公司龍頭地位發展歷史：四大里程碑事件，成就公司龍頭地位 28 ASML的發展歷史上有四個里程碑事件，使得的發展歷史上有四個里程碑事件，使得ASML從一個默默無聞的小公司逐步發展到光從一個默默無聞的小公司逐步發展到光 刻機領域的霸主?？虣C領