在海外对中国科技管制越来越严格的背景下，国产化的需求越发强烈，华为近期公布其已经完成13,000多个器件的国产替代，未来将有更多国内企业在芯片端进行国产化。当前制约国内半导体发展的瓶颈主要在于制造相关的半导体设备和材料国内公司依旧跟海外头部公司存在较大差距，也是国产化最迫切的方向。其中，光刻机是卡脖子最严重的地方。

光刻机三大核心：激光光源、物镜系统以及工作台

光刻机简易工作原理图

【资料图】

数据来源：民生证券

光刻机主要由激光光源、物镜系统以及工作台这三个核心部分组成，它们之间相互配合就是为了完成更为精确的光刻，数值越小芯片性能也就越强，当然难度也就大。

就激光光源来说，为了实现更精确的光刻，就必须要提高分辨率，那就只有两种方法，分别是减少光源波长或提高数值孔径：

（1）减少波长：目前最顶尖的光刻机的光源波长达到13.5nm，也被称为极紫外光；

（2）提高数值孔径：改变环境的折射率，折射率越大孔径也就越大，于是人们研究出了浸入式光刻机，也就是工作台，它是将光学系统浸入水中，通过水来进行折射，从而实现更高的折射率提高数值孔径。

光刻机技术发展路线

数据来源：民生证券

光源系统:科益虹源已突破193nm ArF光源

光源系统发展到今天，主流的EUV光源已确定为激光等离子体光源(LPP)，目前只有两家公司能够生产：一家是美国的Cymer（2012年被ASML收购），另外一家是日本的Gigaphoton。

国产进度：中国科益虹源公司自主研发设计生产的首台高能准分子激光器，以高质量和低成本的优势，填补中国在准分子激光技术领域的空白，其已完成了6kHZ、60w主流ArF光刻机光源制造，激光器上的KBFF晶体由中科院旗下的福晶科技提供。同时，科益虹源也是上海微电子待交付的28纳米光刻机的光源制造商。

物镜系统：突破90nm

镜是光刻机中最昂贵最复杂的部件之一，浸没式光刻物镜异常复杂，涵盖了光学、机械、计算机、电子学等多个学科领域最前沿，二十余枚镜片的初始结构设计难度极大——不仅要控制物镜波像差，更要全面控制物镜系统的偏振像差。随着光刻分辨率的不断提高，光学光刻机中采用的投影物镜结构型式经历了一个演变和筛选过程。在早期的低分辨率光刻机中，全反射型、全折射型、折反射型多种结构型式并存：在目前的高分辨率光刻机中，以全折射式结构型式为主流。

卡尔蔡司是ASML透镜，反射镜，照明器，收集器和其他关键光学元件（即光学元件）的唯一供应商。ASML与卡尔蔡司成了独家协议，如果卡尔蔡司无法维持和提高生产水平，ASML可能无法履行订单。

在光学镜头方面，尽管与卡尔蔡司、尼康等公司还有非常大的差距，但奥普光学（奥普光电）提供的镜头已经可以做到90nm。

双工作台：突破10nm

高端光刻机都采用了双工作台，如此一来，一个工作台负责测量，另一个工作台可以曝光晶圆，完成后，两个工作台交换位置和职能，从而提高3倍以上的生产效率。双工作台技术难度很高，精确度要求极高（高速运动下保持2nm精度），能够掌握该项技术的只有荷兰ASML。有媒体传出清华大学和华卓精科合作研发出光刻机双工作台，精度为10nm，虽然比不上ASML的水平，但也算填补了国内空白。

沉浸系统：突破ArFi

目前，国产光刻机还处于DUV阶段。而DUV光刻机也分三类，即KrF、ArF、ArFi。前两种已经突破，国产最高可做到90nm，可满足国内重要机构使用，不受国外限制。现在我们正在努力的就是ArFi光刻机（波长等效134nm），多出的这个i代表加入了沉浸式技术，一旦能够实现突破，那么就等于迈进了DUV光刻机中的高端行列。ArFi沉浸式光刻机最关键的就是这个沉浸式技术，ArF波长为193nm，加入沉浸式技术后就可以达到134 nm。而近些年国内企业启尔机电在浸液控制系统上取得了重大突破。

A股相关上市公司

茂莱光学：工业精密光学龙头，为上海微批量供应光刻机透镜。公司主营业务为精密光学元件、光学系统、光学镜头，下游涵盖半导体、生命科学、VR\AR 等领域。

福晶科技：晶体龙头，主要产品为激光光学元器件、激光器件、非线性光学晶体、激光晶体。前期曾通过欧洲代理向 ASML 供应少量光学元件，公司晶体核心产品LBO、BBO 市占率达 80%。

腾景科技：公司主营产品为精密光学元组件、光纤器件。目前多波段合分束器已进入样品验证阶段。

炬光科技：公司主要从事激光行业上游的高功率半导体激光元器件（“产生光子”）、激光光学元器件（“调控光子”）的研发、生产和销售，目前光场匀化器成功进入 ASML 供应链。

奥普光电：蔡司的间接供应商，主要供应 K9 光学玻璃、人造萤石（CaF2)等高端光学材料。公司主营业务为光学仪器制造，主要产品为光电测控仪器、光栅传感类产品。

苏大维格：研发生产投影式光刻机用定位光栅部件，主要客户为上海微电子。

晶方科技：通过收购荷兰子公司打入 ASML 供应链，拥有混合镜头、晶圆级微型光学器件工艺技术设计、特性材料及量产能力，其产品可广泛应用于半导体精密设备、工业自动化、汽车、安防、3D 传感器等应用领域。

参考资料：

20230424-民生证券-一周解一惑系列：光刻机各环节国产化情况

本报告由研究助理协助资料整理，由投资顾问撰写。投资顾问：黄波（登记编号：A0740620120007）