全球光刻机产业发展概述

全球光刻机产业发展概述目录光刻机的全球市场空间光刻机的全球市场格局海外巨头概览核心要点光刻机的全球市场空间。受益于下游需求旺盛，光刻设备有望量价齐升带动市场空间不断增长。量：晶圆尺寸变大和制程缩小将使产线所需的设备数量加大，12寸晶圆产线中所需的光刻机数量相较于8寸晶圆产线将进一步上升。同时预计2020年随着半导体产线得到持续扩产，光刻机需求也将进一步加大。价：随着芯片制程的不断升级，IC前道光刻机制造日益复杂，其价格不断攀升。光刻机的全球市场格局。目前光刻机行业已经成为一个高度垄断的行业，行业壁垒较高，全球前道制造光刻机市场基本被ASML、尼康、佳能垄断，CR3高达99%。ASML一家独占鳌头，成为唯一的一线供应商，Nikon高开低走，但凭借多年技术积累，勉强保住二线供应商地位；而Canon只能屈居三线；上海微电子装备（SMEE）作为后起之秀，暂时只能提供低端光刻设备。对标ASML：他山之石可以攻玉。在IC前道光刻机领域，ASML一家独大，高端EUV光刻机市占率高达100%。总结ASML的崛起之路：1、在全球维度，通过并购、入股获取光刻机各项关键子系统的尖端技术，贯通上游产业链，再进行整机集成；2、针对顶尖工艺的巨额研发投入。2021年将会是全球晶圆厂设备支出的标志性一年，增长率为24％，达到创纪录的677亿美元，比先前预测的657亿美元高出10％，所有产品领域都有望实现稳定增长。存储器工厂将以300亿美元的设备支出领先全球半导体领域；其次是领先的逻辑和代工厂，预计将以290亿美元的投资排名第二。从产业趋势来看，存储器厂成为投资主力，基于存储芯片龙头三星、海力士及美光二季度数据，服务器云计算、5G基础建设将会带动相关芯片需求增长。资料来源：SEMI，OFweek，方正证券研究所晶圆厂设备开支（前端）从2月预测中推出的最低点增长率设备（百万美元）2月预测增长率5月预测增长率全球晶圆厂设备开支预测晶圆厂资本开支加速带动设备需求光刻机全球市场未来预测受益于下游需求旺盛，光刻设备有望量价齐升带动市场空间不断增长。价：随着芯片制程的不断升级，IC前道光刻机制造日益复杂，其价格不断攀升。先进制程发展使得晶体管成本降低，但是光刻机价格不断增高。目前7nm

EUV光刻机平均每台价格达到了1.2亿欧元。量：晶圆尺寸变大和制程缩小将使产线所需的设备数量加大，性能要求变高。12寸晶圆产线中所需的光刻机数量相较于8寸晶圆产线将进一步上升。同时预计2020年随着半导体产线得到持续扩产，光刻机需求也将进一步加大。资料来源：中国产业信息网，方正证券研究所光刻机和晶体管的价格变化趋势 12寸晶圆产线需要的光刻设备更多晶体管均价光刻机价格光刻机平均每像素成本1960 1970 1980 1990 2000 2010 202009876543218寸线 12寸线（成熟制程） 12寸线（先进制程）制造产线所需光刻机数量（台/1万晶圆/月）全球格局三足鼎立，ASML龙头地位突显目前全球光刻设备的格局是：ASML一家独占鳌头，成为唯一的一线供应商，旗下产品覆盖了全部级别的光刻机设备；Nikon高开低走，但凭借多年技术积累，勉强保住二线供应商地位；而Canon只能屈居三线；上海微电子装备（SMEE）作为后起之秀，暂时只能提供低端光刻设备，由于光刻设备对知识产权和供应链要求极高，短期很难达到国际领先水平。目前光刻机行业已经成为一个高度垄断的行业。如果没有特别原因，这一格局在未来的时间里都很难发生变化。资料来源：电子说，方正证券研究所全球格局三足鼎立，ASML龙头地位突显从全球角度来看，半导体前道光刻机长期由ASML、尼康和佳能三家把持，从2012-2019历年全球半导体前道光刻机出货比例可以看出，ASML，尼康，佳能三家公司几乎占据了99%的市场份额，其中ASML光刻机市场份额常年在60%以上，市场地位极其稳固。2012-2019年的半导体前道光刻机市场份额变化 2011-2019年三大公司各品类累计出货量（台）0%10%20%30%40%50%60%70%2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019ASMLNikon Canon018001600140012001000800600400200CANONASML NIKONEUV ARFI ArFKrF i-line资料来源：ASML、Nikon、Canon官网，方正证券研究所高端市场AMSL一枝独秀顶级光刻机市场ASML一家独大。2019年的光刻机高端市场中，EUV方面ASML独占鳌头，市占率100%。从EUV、ArFi、ArF机型的出货来看，全年共出货154台，其中ASML出货130台，在高端市场占有84%的份额。Nikon在高端光刻机市场仍有一席之地，Canon则完全退出高端市场，将其业务重点集中于中低端光刻机市场。中低端光刻机市场竞争激烈，产品包括封装光刻机、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，

Canon凭借价格优势拿下不少的中低端市场份额。2019年度全球高端光刻机销售情况2019年度全球高端光刻机市占率情况0%20%40%60%80%100%EUVArFASMLArFiNikonCanon140120100806040200ASMLCanonNikonEUV ArFi ArF资料来源：ASML、Nikon、Canon官网，方正证券研究所ASML：高端光刻机的龙头ASML成立于1984年，是世界领先的半导体设备制造商之一，其唯一产品类型就是集成电路制造环节中最核心的设备——光刻机。对内：ASML不断投入巨额研发费用，集合美国、欧洲科研力量，掌握了EUV光刻机的核心技术，从而奠定了在高端光刻机的龙头地位。对外：通过并购竞购竞争对手，不断布局光刻机领域关键技术；同时加强与三星，英特尔和台积电等世界顶级芯片制造商的通力合作。ASML通过携手行业上下游，不断巩固市场龙头地位。1995飞利浦出售其剩余股份，ASML成为一家完全独立的上市公司，在阿姆斯特丹和纳斯达克证券交易所上市2000收购了硅谷集团，并将康涅狄格州的威尔顿作为研发和制造地点2001推出了TWINSCAN系统及其革命性的双阶段技术2007发运了第一个浸入式系统，收购了领先的半导体设计和制造优化解决方案提供商BRION2012与三个主要客户-英特尔，台积电和三星共同开发了客户联合投资计划2016-2017通过收购HMI扩展了HolisticLithography产品组合。联合ASML和HMI工作于2017年首次出货ePfm51988ASMI退出ASML合资公司，并被飞利浦收购2013收购了位于圣地亚哥的光刻光源制造商Cymer1984飞利浦和ASMI成立了ASML开发光刻系统，推出了第一个系统PAS2000步进器1986推出PAS

2500步进器，与镜片制造商卡尔蔡司建立了密切的合作关系2019ASML宣布同意收购位于荷兰代尔夫特的高科技公司Mapper的知识产权资产资料来源：ASML，方正证券研究所ASML：迭代产品，拉大差距ASML旗下的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。最新的TWINSCAN

NXE:3400C可用于生产5nm的芯片，2019年共交付了9台。目前全球绝大多数半导体生产厂商，都向ASML采购TWINSCAN机型。市场上主力机种是XT系列以及NXT系列，为ArF和KrF激光光源，XT系列是成熟的机型，分为干式和沉浸式两种，而NXT系列则是现在主推的高端机型，全部为沉浸式。预估2021年将推出0.55NA的新机型EXE:5000样机，可用于2纳米生产。ASML产品对比：ArFi

vs

EUV资料来源：ASML，方正证券研究所ArFi

(193nm)EUV

(13.5nm)透射光学（透镜）反射光学（布拉格反射镜）准分子激光源激光等离子体源浸没式（NA

of

water=1.33）真空度（NA=0.33）ASML：创新的股权结构ASML为了筹集EUV光刻机的研发资金，于2012年提出“客户联合投资计划”：客户可通过注资的方式成为股东后拥有优先订货权。这样一来，ASML的研发资金压力转移到了客户身上，客户需要为先进光刻技术的研发买单，但同时也会拥有对先进技术的优先使用权。该计划一经推出，ASML以23%的股权共筹得53亿欧元资金。ASML在2019年共向客户交付了26台极紫外光刻机。其中，有9台是最新型号，即NXE:3400C，这些新型号的光刻机被用于7nn

EUV工艺的制造。其中有一半给了台积电，其余给了三星、英特尔等有晶圆业务的公司。ASML三

星台积电英特尔41亿美元股权投资10亿美元研发支持ASML资本国际集团贝莱德集团吉福德集团15.2%4.35%6.52%2012年ASML研发获得注资 2020年1月ASML股权结构变化5.03亿欧元股权投资2.75亿欧元研发支持8.38亿欧元股权投资注资美国英国资料来源：ASML，方正证券研究所ASML：稳固的产业生态塑造极强的护城河资料来源：半导体设备资讯站，方正证券研究所ASML：营收及净利润情况在2019年下半年，内存芯片客户需求趋弱，而逻辑芯片客户需求走强。2019年ASML的净销售额为118.2亿欧元（约907.3亿人民币），同比增长8%，净利润为25.9亿欧元（约198.9亿人民币），同比增长3%。未来逻辑芯片客户强劲的需求将弥补在存储芯片方面的需求减缓。由于半导体领域的技术创新，以及5G技术的成熟推动多种场景的落地，ASML预计未来营收将实现稳步增长。ASML2014-2019年营收及增长 ASML2014-2019年归母净利润及其增长35%30%25%20%15%10%5%0%140120100806040200201420152016 2017 20182019营业收入(亿欧元) 营收同比增长0%10%20%30%40%50%0.005.0010.0015.0020.0025.0030.00归母净利润(亿欧元)2014 2015 2016 2017 2018 2019同比增速资料来源：ASML年报，方正证券研究所ASML:2019年营收重点由存储转为逻辑从光刻机收入按下游应用拆分可以看出，逻辑芯片在2019年按下游应用拆分的光刻收入中占比73%，存储芯片占比27%，逻辑芯片成为主要来源。从ASML营业收入按下游应用拆分可以看出，2019年之前ASML营收增长的主要动力来源于存储芯片，其营收占比从2016的22.1%，一路增长至2018的41.5%，但是在2019年实现反转，存储芯片市场需求疲软，而逻辑芯片需求逆势走强。ASML2014年以来光刻机收入按下游应用拆分200604080140120100201420192015 2016已安装的基础管理2017 2018逻辑 存储ASML2019年光刻机收入按下游应用拆分73.00%27.00%逻辑存储资料来源：ASML年报，方正证券研究所ASML:光刻机营收按产品及地区划分从光刻机收入按产品拆分可以看出，目前ASML的主流光刻机仍为ArFi，2019年营收占比为53%，但随着EUV被更多大厂采用，我们认为EUV占比在未来几年会迅速增长。从ASML光刻机销售净额可以看到，三星，海力士，台积电，英特尔作为ASML的大客户，韩国，中国台湾以及美国成为了ASML光刻机的主要出货地区，2019年销售净额占比分别为18%、45%和17%。ASML2019年光刻机销售收入按产品拆分ASML2019年光刻机销售净额按地区拆分资料来源：ASML，方正证券研究所ASML：出货统计及销售额情况从ASML光刻机2017-2019年出货统计图可以发现，其出货增长主要来源于EUV，其中EUV2019年较2018年增长8台，若以1亿欧元计价，营收将贡献8亿欧元，高端光刻机成为ASML出货增长的主要驱动力。从ASML2019年光刻机销售额统计图可以看出，ASML2019年全球光刻机总销售额为90亿欧元，光刻机总出货为229台，平均每台光刻机价格价格为0.39亿欧元，2020年将有望迎来量价齐升。ASML2017年以来光刻机出货统计（台）ASML2017-2019年销售额变化0501001502002502017 2018EUV ArF ArFdry2019KrF i-line63.782.690.01009080706050403020100201720192018光刻机销售总额（亿欧元）资料来源：ASML，方正证券研究所ASML:盈利能力及研发支出从长期的盈利能力来看，ASML盈利能力稳健增长。毛利率从2008年34.4%，增长到2019年的44.7%，净利率从2008年10.9%，增长到2019年的21.9%，但近几年盈利能力保持稳定。ASML2019年研发费用高达19.6亿欧元，占营业收入比重为16.6%。ASML在光刻设备市场具有不可撼动的霸主地位，尼康和佳能难以与之抗衡的一大重要原因在于其巨额研发投入撑起高端产品的竞争力，对于ASML来讲，研发其实是研发组装技术和核心部件，因为光刻机有90%的部件是全球采购的，不是ASML生产的，这种模式比佳能和尼康的“单枪匹马”研发模式更具效率和灵活性。资料来源：wind，方正证券研究所0102030402016年以来ASML毛利率与净利率变化 ASML

2016年以来研发支出情况50201620192017销售净利率%2018销售毛利率%13%13%14%14%15%15%16%16%17%17%051015202520162017研发费用（亿欧元)2018

2019研发费用占营收比例ASML：拳头产品EUV的优势资料来源：ASML，方正证券研究所成本降低15~50%大幅度减少工艺时间大幅提升客户的销售净利润EUV突破了传统光刻机的7nm技术瓶颈，拥有巨大的商业前景对比传统光刻机，EUV光刻为客户所带来的价值5nm及以下制程，EUV将成为必备工具技术领域的革命性突破商业上的巨大前景1.2倍的密度提升同等功耗下10%的性能增幅EUV13.5nm光刻分辨率VS传统光刻机193nm紫外光EUV14层掩膜层VS传统光刻机27层掩膜层EUV光刻机全新晶体管结构全新工艺材料EUV单一图案鳍式场效应晶体管金属栅电极叠层技术光刻机行业发展趋势：EUV成为大势所趋第一代 第二代 第三代资料来源：中国产业信息，ASML，方正证券研究所第四代第五代0100200波长（nm）50040030043636524819313.5光源：g-line接触接近式800-250nm制程光源：i-line接触接近式800-250nm制程光源：KrF扫描投影式180-130nm制程光源：ArF步进投影式130-65nm制程浸没步进式45-22nm制程光源：EUV极紫外式22-7nm制程DryEUVArFi2025E目前AMSL一半以上的收入来自于ArFi，但是预计2025年EUV将会给ASML带来超过75%的营收

AMSL光刻机收入占比

EUV光刻机：引领未来ASML当前的生产是使用0.33NA数值孔径系统完成的，未来计划在3nm处引入0.55NA的形变镜头，可以提高光刻机的分辨率和生产率。毫无疑问，EUV现在是用于领先工艺的关键光刻的首选解决方案，将支持未来十年的应用。EUV技术扩展到0.33NA和0.55NA支持超出了未来十年的应用EUV将延伸到0.33NA以提供最先进广泛的覆盖和节点到节点的生产力改进EUV0.33NA20162017201820192020202120222023…2025NXE3350B NXE:3400B•2.5nm|125wph•2.0nm|125wphOverlay

Tput•1.5nm

•155NXE:3400C1.5nm|170wphNXE

Next<1.1nm|≥185wphEUV0.33NA0.55NA分分辨辨率率High

NA1.1nm

|185wph3nm处引入0.55NAEUV0.55NA资料来源：ASML，方正证券研究所ASML客户扩建情况各大代工厂扩建来安装EUV系统，用以提升工艺水平资料来源：ASML，方正证券研究所ASML中国业务随着行业的发展而增长ASML在中国的系统销售和员工13遍布中国的办事处2研发中心1培训中心1仓库1000 员工通过在中国开设公司，ASML在中国的销售快速增长：中国北部（2个新晶圆厂）中国西部（2个新晶圆厂）中国东部（3个新晶圆厂）中国中部（2个新晶圆厂）上海（2个新晶圆厂）中国南部（4个新晶圆厂）系统销售额员工ASML在中国的布局逐渐深化，设立了多家工厂、研发中心，拥有1000多名员工。随着国产光刻机业务的不断发展，ASML在中国的业务也不断增长。资料来源：ASML，方正证券研究所光刻机未来前景受益于5G时代、AI、自动驾驶等技术的普及，ASML

光刻机的订单和收入强劲增长有望在未来几年持续，2025

年ASML预计实现收入500亿美元左右，年均复合增长率为15.8%。CAGR=15.8%智能手机+APP时代个人电脑+浏览器时代百万自动驾驶人工智能大数据虚拟现实400500600300200100020172018201920202021202220232024

2025全球光刻机市场规模（亿美元）资料来源：ASML，方正证券研究所尼康：发挥面板光刻比较优势尼康（Nikon），是日本的一家著名相机制造商，成立于1917年，当时名为日本光学工业株式会社。1988年该公司依托其照相机品牌，更名为尼康株式会社。尼康最早通过相机和光学技术发家，1980年开始半导体光刻设备研究，1986年推出第一款FPD光刻设备，2006推出ArF液浸式扫描光刻机。如今，尼康既是相机制造商，也是半导体和面板光刻设备制造商，还生产护目镜，双筒望远镜，显微镜，勘测器材等，业务覆盖范围广泛。资料来源：尼康，方正证券研究所尼康：业务拆分及应用领域尼康的业务可拆分成四大事业部：影像事业、精机事业、医疗健康事业以及工业仪器及其他。其中，精机事业是指通过制造LCD液晶面板和有机电致发光（OLED）面板的平板显示（FPD）曝光装置，以及制造用于半导体生产的半导体曝光装置的开发与研究，推动超智能社会的实现。集成电路芯片和高分辨率平板显示器是推动IoT和AI进步的关键。尼康从事这些部件的电路图曝光制造系统的研发和生产，助力智能社会的创建。

尼康产品主要应用领域 资料来源：尼康，方正证券研究所尼康：发挥面板光刻比较优势在FPD光刻方面，尼康则可发挥其比较优势。尼康的机器范围广泛，从采用独特的多镜头投影光学系统处理大型面板到制造智能设备中的中小型面板，为全球领先的制造商提供多样化的机器。尼康平板显示器的制造工艺以及FPD曝光装置掩模板玻璃面板接收测试曝光检测和维修整列工艺（TFT制作工艺）FPD曝光装置电池和模块工艺玻璃面板尺寸第六代:1500*1850mm第8代:2200*2500mm第10.5代:2940*3370mm资料来源：尼康，方正证券研究所尼康：营收下降加速，归母净利下滑尼康在经历了2017年和2018年利润的大幅增长后，2019年遭遇业绩大幅滑坡。据尼康2019年（2019年4月至2020年3月）财报显示，该年度公司合并年营收下滑至5,910.12亿日元，下滑幅度16.6%，扣非后归母净利润下滑至76.93亿日元，下滑幅度高达88.40%。图像产品收入同比减少最为严重，2020年受到舆情的影响，市场对于高端产品的需求反弹缓慢，不排除连续明年亏损的可能性。尼康2014-2019年营收及增长率尼康2014-2019年扣非后归母净利润及增长率-20%-15%-10%-5%0%5%10%15%1,000,000900,000800,000700,000600,000500,000400,000300,000200,000100,000020142015

2016

2017营收（百万日元）2018

2019同比增长%900%800%700%600%500%400%300%200%100%0%-100%-200%010,00020,00030,00040,00050,00060,00070,0002014201820192015

2016

2017归母净利润（百万日元）同比增长资料来源：尼康，方正证券研究所尼康：营收结构分析从营收产品结构来看，影像事业和精密设备2019年分别实现营收2973亿日元以及2749亿日元，合计占比超过70%，成为支撑营收的主要来源。从营收地区结构来看，尼康面向全球，提供用于智能设备高清晰面板的制造装置、长期以来深受人们喜爱的照相机等各种产品，其销售额的80%以上来自日本以外，2019年日本地区营收占比只有13%。尼康2019年营收地区结构尼康2019年营收产品结构38.57%35.58%8.44%17.27%影像产品精密设备医疗健康工业设备及其他13.02%24.29%16.68%28.15%17.86%日本美国欧洲中国其他资料来源：Wind，方正证券研究所尼康：光刻机贡献利润巨大从毛利率走势来看，尼康毛利率整体呈现上涨走势，从2009的29.7%，不断增长至2019年的超过40%，盈利能力不断增强。而其净利率也在19年翻了一番。从营业利润结构来看，精密设备以35%的营收占比，支撑75%的营收利润，可见在尼康的盈利体系中，光刻机占据主导地位，是盈利的主要来源。尼康2016-2019年毛利率走势图尼康2019年营业利润结构20%75%-2%6%影像产品精密设备医疗健康工业设备及其他50%45%40%35%30%25%20%15%10%5%0%2016201720182019销售毛利率销售净利率资料来源：Wind，方正证券研究所尼康：光刻机出货量结构从尼康光刻机出货量可以看出，尼康光刻机以面板光刻为主，通过发挥面板光刻的比较优势，尼康历年FPD光刻机的出货量在70%左右。2019年，Nikon面板（FPD）用光刻机出货40台，较2018年减少33台。但其10.5代线用光刻机出货量从2018年出货14台增长到2019年的22台。从芯片光刻机出货量可以看出，尼康在芯片光刻技术上远不及ASML，目前的产品还停留在ArF和KrF光源，和ASML的EUV难以相提并论。尼康光刻机出货量（单位：台） 尼康芯片光刻机出货量（单位：台）02040608010012020172019芯片光刻机2018面板光刻机50454035302520151050201720192018ArFi ArF KrF i-line资料来源：Wind，方正证券研究所尼康：研发投入情况尼康研发投入持续增长，但其中对于光刻设备的投入比重却在下降。从2008年260亿日元一路下降至2017年160亿日元，到2019年才勉强恢复到2016年的水平。可以看出，随着芯片光刻机进入EUV时代，尼康在高端光刻机领域逐渐力不从心，佳能更是直接退出高端的竞争，ASML从此奠定垄断地位。佳能与尼康2019年研发占营业收入比重仅为8%左右，远低于ASML17%。尼康FY2016年以来研发支出情况2015年以来三家公司研发占营收比重对比18%16%14%12%10%8%6%4%2%0%20152016201720182019ASMLNikonCannon资料来源：Wind，方正证券研究所资料来源：尼康，方正证券研究所尼康：最新的顶尖制程光刻机产品尼康旗下最新的光刻机产品为ArF液浸式扫描光刻机NSR-S635E，搭载高性能对准站inline

Alignment

Station（iAS），曝光光源ArF

准分子激光器（193纳米波长），分辨率≦38nm，这款光刻机专为5nm工艺制程量产而开发，与阿斯麦的高端光刻机NXT2000i可以一较高下。ArF液浸式扫描光刻机NSR-S635E指标分辨率NA1.35曝光光源ArF

准分子激光器（193纳米波长）缩小倍率1:4最大曝光范围重合精度产出尼康NSR-S635E资料来源：佳能官网，方正证券研究所佳能：光电为主，光刻为辅佳能是日本的一家全球领先的生产影像与信息产品的综合集团，在20世纪90年代早期，佳能推出了其i-line光刻设备，并实现了小型化水平，使350nm模式成为可能。后来，开发了更短波长的光源，最终在21世纪后期开发了ArF浸没式光刻设备，实现了38nm模式。佳能：主营业务拆分佳能一般将业务划分为四个分部：办公产品、影像系统产品、医疗系统和产业设备及其他。通过能够实现半导体电路图案小型化的技术，芯片性能得到了显著提高。佳能开发和制造最先进的半导体光刻设备，用于压印电路图案，实现小型化和提高生产率。目前，我们正在进行纳米压印光刻技术的下一代半导体制造设备的研发，这将进一步实现小型化和降低成本。佳能业务拆分办公产品影像系统产品医疗系统产业设备及其他全球占比26%资料来源：佳能官网，方正证券研究所全球占比56%FPD全球占比第一芯片光刻设备全球占比第二佳能：光刻工艺与纳米压印光刻对比随着各公司试图在EUV光源等方面取得突破，佳能选择了不同的方法。该公司试图通过一种以更低成本实现小型化的新技术，而不是试图缩短光波长。该技术被称为纳米压印光刻（NIL），并且预期其将导致半导体工业中的创新，因为其使得可以通过使用简单工艺以15nm或更小的规模以更低成本制造图案。光刻工艺与纳米压印光刻对比光刻NIL抗蚀剂（树脂）

光线

移除抗蚀剂（树脂）硅片硅片紫外线模具资料来源：佳