半導體光學係統行業專題報告：國產超精密（mì）光學未來可期
　　光學行業“掌上明珠”，國（guó）產（chǎn）替代空間廣（guǎng）闊
　　光學（xué）行業“掌上明（míng）珠”，考驗廠商結合製（zhì）造能力
　　工業級精密光學元（yuán）器件製造難度高，應（yīng）用於高科技（jì）行業的關鍵配套器件。參考茂萊光學（xué）招股說明書的定（dìng）義，我們根據（jù）精度和用途的不同，可（kě）將光學元（yuán）器件分為（wéi）傳統光學元器件和精（jīng）密光學元（yuán）器件，其中精密光學元器件根據應用領（lǐng）域的（de）不同可進一步（bù）細分為消費級精密光學元器件及工業級精密光學元器件。工業級精密光學元（yuán）器件（jiàn）主要應用於工業測（cè）量、半導體、生命科學、無人駕駛、生物識別、AR/VR檢測等（děng）高科技行（háng）業，對於工藝參數（shù）、技術（shù）性能、應用環境、作用效果等方麵要求較為苛刻，對精密加工製造提出（chū）了更高的要求。
　　超（chāo）精密光學元件加工技（jì）術考驗製造與係統仿真的結合能力。生產製造高麵形精度、高光（guāng）潔度、低反射率的光學元件，廠（chǎng）商需要在光學設（shè）計、材料選擇、加工工藝和後處理方麵具備優秀的技術能力。光學設計需要將（jiāng）客（kè）戶的需求轉化為光學元件的幾何形狀和（hé）光學特性，並根據設計要求選（xuǎn）擇適合（hé）的材料。在（zài）加工和後處理過程中，廠商需要將設計（jì）求轉化為加工和表麵處理操作，從而達到麵形精度、表麵光潔度和反射（shè）率等技術參數。在原有的拋光（guāng）技（jì）術、鍍膜技術、膠（jiāo）合技（jì）術和主動裝調技術等製造技術的基礎上（shàng），根據蔡司官網信息，超（chāo）精密光學加工還需要實（shí）現複雜（zá）儀器係統設計及仿真、高端鏡頭優化設計及模擬分析、自動控製及信號采集係統設計及快速實（shí）施、圖像形態學/融合/超分辨/頻率域處理等圖像算法等計算機技術，從而實現超精密光學元件與係（xì）統的設計（jì）與製造。
　　國產替代空間廣（guǎng）闊，國內廠商發力超精密光學領域
　　國內超精密光學廠商設備依（yī）賴進口，不利於國（guó）產光學廠商加工（gōng）能力長期提升。長期以來，我（wǒ）國超精密光學行業關鍵製造、檢測設備較依賴進口，國產相關設備可靠（kào）性較低。根據《關於南京（jīng）茂萊光學科技股（gǔ）份有限公司（sī）首次公開（kāi）發行股票（piào）並在科創板（bǎn）上市申請文件（jiàn）的審核問詢函之回複》披（pī）露（lù），茂萊光學在生產（chǎn）環節（jiē）中使用（yòng）的關鍵進口（kǒu）設備包括鍍膜機、幹涉儀、拋光機、研磨機、測（cè）量儀等，主要來源國（guó）家（jiā）及地區包括德國、美國、日（rì）本、英國、新加坡、韓國、馬來西亞、泰國、中國香港（gǎng）及中國台灣。雖然絕大多數製造、檢測設（shè）備已存在國產替代供（gòng）應商，但是部分鍍膜機、磁流變拋光機設備暫無國產替代選（xuǎn）擇。短期看，進口設備訂單履約較為順利，國內超精（jīng）密光學廠商可使用進口設備進行工藝研發生產。長期看，如果國內（nèi）廠（chǎng）商逐步進入高端光學領域、國際貿易摩（mó）擦升級，若（ruò）國內不能（néng）在關鍵製造、檢（jiǎn）測設備（bèi）形成自主可控，或影（yǐng）響國產半導體、生（shēng）命科學領域光學係統發展。
　　國產超精密光學加工設備（bèi）與海外仍（réng）有較大（dà）差距。我國高端光學元件超精密製造技術及裝備，相比國際前（qián）沿存在階段性差距，成為製約高端裝備製造（zào）業發（fā）展的重大（dà）短板。根據《高端光（guāng）學元（yuán）件超精密加工技術與裝備發展研究（2023）》（作（zuò）者：蔣莊德，李常勝（shèng），孫林等），超精密光（guāng）學元件製造的基礎為高（gāo）端光學加工機床，目前我國雖初步形成了超精密加工機（jī）床自主研發能力，產品品種基本滿足重點領域（yù）需求，但以04專項實施完（wán）畢後的（de）狀態來判斷，我（wǒ）國（guó）機床行業與國際先進水平仍有15年左右的差距，國內（nèi）光學廠商基本依賴進（jìn）口超精密光學加工、檢測設備及（jí）核（hé）心零部（bù）件。
　　國內已培育出一批在關鍵設備及加工領域具備巨（jù）大潛力的企業，我國有望逐步實現（xiàn）超精密光學元件自主可（kě）控。目前，包括4m及以上口（kǒu）徑光學元件毛坯製造基礎裝備、輕量（liàng）化及超精密磨削裝備、亞納（nà）米級（jí）加工裝備、超大口徑光學元件超精密測量儀器在（zài）內的高端裝備處於國（guó）外禁運狀態。國內企業已在消費級、工業（yè）級光學元件領域（yù）成長為龍頭（tóu）企業（yè），正圍繞超精密光學元件（jiàn）領域（yù）尋求突破。當前國內已（yǐ）培育了一批（pī）在高端設備領域基礎良好的企業，正重（chóng）點突破全頻（pín）譜納米（mǐ）/亞納米級精度創成、近無缺陷高表麵完整性加工、超精密機（jī）床正向（xiàng）設計與（yǔ）數據（jù）資源建構、超精密（mì）智（zhì）能機（jī）床製造等共性關鍵（jiàn）技術（shù），我國有望逐步實現國產光學元件超精密光學自主可控（kòng）。
　　2026年全球工業級精密光學市場有望達到268億元
　　預計2026年全球工業級精密（mì）光學元器件市場規模達到268億（yì）元（yuán）。根據弗若斯特沙利文（wén）數據（轉引自茂萊光（guāng）學招（zhāo）股說明書（shū）），2022年（nián）全球工業級（jí）精密光學市場規模為（wéi）159億元，預計2026年市場規模將達（dá）到268億元，對（duì）應2022-2026年CAGR為14%。受益於生命科學（xué）、半（bàn）導體、無（wú）人駕駛、生物識別、AR/VR檢測等（děng）下遊領域的快速發展，下遊客（kè）戶對於精密光學係統提出了更高要求，有望推動精密光學元器件向工業級迭（dié）代，工業級精密光學市場規模有望持續增長。
　　半導（dǎo）體設備及生命科學為全球工業級精密光學重要細分應用。受益（yì）於科研及先進製造行業快速增長、半導體及生命科學領域不斷提高精度以（yǐ）及（jí）輕量化要求，我們認為工業級（jí）精密光學元器件的重要性有望持續提升。根據（jù）弗若（ruò）斯特沙（shā）利（lì）文數據（jù）（轉引自茂萊（lái）光學招股說明書），在生命科學（xué）領（lǐng）域，工業級精密光學產品主要（yào）應用在基因（yīn）測序儀、口腔醫療器械等設備，且預計2026年市場規模將達到53億（yì）元，對應2022-2026年CAGR為11%；在半（bàn）導體領域，工業級（jí）精密光學產品（pǐn）主要應用在半導體檢測以及光刻機等高端設備，預計2026年市場規模將達到（dào）56億元（yuán），對應2022-2026年CAGR為12%。
　　當前德國及日本廠商主導工業級精密（mì）光（guāng）學市場，2021年中國廠商在半導體市場份額為6%。憑借悠久的曆史傳承、完善的產業（yè）鏈（liàn）體係以及領先的加工能力，德國及日本擁有一批享譽全（quán）球的光學元器件（jiàn）企業，包括蔡司、尼康、佳能、Jenoptik、徠（lái）卡（kǎ）、奧林巴斯等（děng）。作為光（guāng）學元器件產業的“掌（zhǎng）上明珠”，生產工業（yè）級精密光學元器件需（xū）要擁有（yǒu）最先（xiān）進的製造設備（bèi）並掌握超精密（mì）光學加工技術。根據弗（fú）若斯特沙利文數據（轉引自茂萊光學招股說（shuō）明（míng）書），2021年（nián）蔡司、尼康、佳能、Newport、Jenoptik、徠卡、奧林巴斯等國際巨頭占據了超過70%的市場份額，在半導體及生命科學領域（yù）的市場份額分別達到80%和70%以上。近年（nián）來，隨著國際精密（mì）光學企業大量在中國設廠並與國內光學加工（gōng）企業建立外協關係，國內精密光學企業抓住了產業轉移的機遇，在產品設計、製造、檢（jiǎn）測等關鍵環節技術水平逐步縮小與國（guó）際廠商的差距，根據茂萊光學（xué）測算，2021年在半導體和生命科學領域市場份額分別達到了6%和12%。
　　貫穿（chuān）半導體製造全流程，精密光學係統為“產業基礎”
　　半導體製程持續（xù）升級，製造工（gōng）序及投資均大幅增長
　　半導體製程進步需開發更高集（jí）成密（mì）度（dù）工藝，實現難度持續增大。半個世紀以來，半導體器件性能的增長率遵循著名的摩爾定律，先進半導體製（zhì）程已從平麵結構發展至3D結構（gòu），晶體管麵積不斷縮（suō）小，集成電路可（kě）容（róng）納的晶體管數（shù）目保持約18個月翻倍的規律（lǜ）。根據MKS萬機儀器手冊信息，我們可以看到3D NAND架構將內存單元堆疊以減少總體占用空間；FinFET晶體管（guǎn）使用3D方法製造以減少隧穿效應。隨著半導體（tǐ）器件集成度提升（shēng），行（háng）業需要使用更為複雜的（de）製（zhì）造工藝，對於（yú）材（cái）料（liào）和設備均提出了更高的要求。
　　4nm及以下節點半導體製程工序已增至近千道，每道工序良率需超過99.99%才能保證整體良率達到95%。根據Yole數據（轉引自《中國集成（chéng）電路檢測和測試產業技術創新路線圖》（集成電路測試儀器與裝備產業技（jì）術創新聯（lián）盟）），工藝節點每縮減一代，工藝（yì）中產生的致命缺陷數量會增加50%，每一道工（gōng）序的良率都要保持在非常高的水平才能保證最終的良品率。根據中科飛測公告，28nm工藝節（jiē）點的工藝步（bù）驟有數百道工序，由於采用多層套刻技術，14nm及以下節點工藝步驟增加至近千道工序（xù）。當工序超過500道時，隻（zhī）有保證每一道（dào）工序的良品率都超過99.99%，最終的良品率方可超過95%；當單道工序的良（liáng）品率下降至（zhì）99.98%時，最終的總良品（pǐn）率（lǜ）會（huì）下降至約90%。因此，製造過程（chéng）中對工藝窗口的（de）挑戰要求幾乎“零缺陷”。
　　先進製程芯片流片成本快速提升，IBS數據顯示每5萬片3nm製程晶（jīng）圓設（shè）備投資將（jiāng）達到215億元。在摩爾定律的推動下，元器件集成度（dù）的大幅提高要（yào）求集成電路線寬不斷（duàn）縮小，導致生產技術與製造工（gōng）序愈為複雜，製造成本呈（chéng）指數級上升趨勢。根據IBS統計（轉（zhuǎn）引自中芯國際招股說明（míng）書），隨（suí）著技術（shù）節點的不斷縮小，集成電路製造（zào）的設備投入呈大幅（fú）上升的趨勢。以5nm技術節點為例，其投（tóu）資成本高達156億美元，是14nm的兩（liǎng）倍以上，28nm的四倍左右。因此，芯片廠流片成本也出現較大幅度（dù）增加，根據（jù）The Information Network數據（jù），12nm工藝的流片成本大約在300-500萬美元，5nm工藝流片的成本為4000-5000萬美元；采用2nm工藝流片的成本高達1億美元。
　　光學係（xì）統貫穿半導體製造全流程（chéng），光刻以及量/檢測為半導體設備重要組成
　　光刻機和半導體量/檢測為半導體設備重要組成，設備升級推動技術節點進步。半導體設備擁有十大（dà）類設備，光刻機和量/檢測設備為半導體製造重要設備。根據（jù）Gartner數（shù）據，光刻機和半導體量/檢測設備占半導（dǎo）體設備市（shì）場比例分別為17%和12%。當技術節點（diǎn）向5nm及（jí）以下升級時，半導（dǎo）體製造工藝出現較大變化，微觀結構及製造工序進一步（bù）複雜帶動工藝設備以（yǐ）及質量控製設備持續升級。DUV光刻機受其波長限製，其精度（dù）已無法滿足工藝要求，晶圓廠需要采（cǎi）購更為昂貴（guì）的EUV光刻機，或（huò）采用多（duō）重模板工藝，重複多次薄膜（mó）沉積和刻蝕工序以實現（xiàn）更小的線寬，使得薄膜沉積和刻蝕次數顯著增加，對於良率控製（zhì）也提出（chū）了更高要求。因此，我們認為未來晶（jīng）圓廠需投入更多、更先進的（de）工（gōng）藝設備及良率控製設備。
　　精密光學係統為光（guāng）刻機以及量/檢測設備重要（yào）組成，覆蓋半導體製造全流（liú）程。在半導體製造過程中，生產（chǎn）一個合格器件需要（yào）數百道處理步驟，每道工序均需要使用相關設備（bèi）進行製造以及良率控製。根據KLA（科（kē）天半導體），半導體量（liàng）/檢測基本覆蓋半導體製（zhì）造全流程，其中量/檢測設備原理以光學檢（jiǎn）測為主（zhǔ），每道步驟（zhòu）都必須完美執行，以避免產生致（zhì）命缺陷產（chǎn）生。此外，對（duì）於半導體器件而言，光刻為（wéi）結構形成（chéng）的重要環節，光刻係統作為（wéi）光刻機關鍵組成直接影響製程、速度以及良率（lǜ）。因（yīn）此，我們認為精密光學係（xì）統對於製造工藝以及（jí）良率控製有重大影響，為半導體設備的核心係統。
　　光學係統為光刻機重要組成（chéng），蔡司為全球龍頭
　　半導（dǎo）體工業“皇冠”，光刻（kè）機（jī）已升級至EUV
　　光刻機為芯片生（shēng）產的核心設備，直接影響製程工藝節點。芯片生產主要包括沉積、光刻、蝕刻（kè）等7個步驟，其（qí）中光刻為實（shí）現圖形轉移功能的核心步驟：負（fù）責把芯片設計圖案通過光學顯影（yǐng）技術轉移到芯片表麵，進而實現在半導體（tǐ）晶（jīng）圓表麵製造微小結構。光（guāng）刻機生產具備高技術門檻，需要高度（dù）精密的物理設備和嚴格的控製流程，以達到（dào）所需的製（zhì）造精度。先進製程工藝需要先進的、高分辨率的光刻機進（jìn）行適配，光刻機直接影響芯片的（de）工藝製程與性能。
　　相同製程下，EUV較DUV可實現降（jiàng）本增效。EUV單台價格較高，約為ArFi DUV價格的2倍。根據ASML公告，當前EUV單台設備價格約為1.5億（yì）美元，而ArFi DUV價格約為0.7億（yì）美元。當（dāng）製程進步至7nm以（yǐ）下時，EUV光刻機被引入半導體製造並簡化了一些工（gōng）藝步（bù）驟（zhòu），為半導體製造成本和效率帶來了較大提升。若使用DUV光（guāng）刻機，晶（jīng）圓廠需（xū）要使用DUV進行多次曝光才能完成7nm製程（chéng）的圖（tú）形，而EUV僅需一次曝光即可完成，降低曝光次數可減（jiǎn）少不可控畸變（biàn），提升芯片的一致性和良率。根據台積電（diàn）數據，台積電首次使用（yòng）EUV製造7nm芯片的工藝（yì）被命名為N7+，與初代N7工藝相比，電路密度可（kě）提升15%-20%；相（xiàng）同性能下（xià），功耗可降低15%。
　　光學係統為光刻機核心組成，光刻機迭（dié）代帶動光學係統升級
　　曝光係統為光刻機核心，光學元件廣泛應用於各光刻機係統。根（gēn）據中國工程院（轉引自前瞻產業（yè）研究院）信息，一台EUV光刻機包含了超過10萬個零（líng）部件，主要包括（kuò）照明（míng）係統（tǒng）、工作台（tái）係統、曝光係統等，全球供應商超過（guò）5000家。從光刻機結構看，工業級超精密光學元件被反應用於光刻機各（gè）類子係統，各類反射鏡、透鏡、光（guāng）柵（shān）構成了光刻機複雜的光學係統。其（qí）中，物鏡係統（tǒng）為光刻機核心組（zǔ）成，關係到光刻機分辨率以及良率（lǜ）。
　　回（huí）顧光刻機發（fā）展曆史，光學係統跟隨光源（yuán）迭代不斷升級。光刻機自誕生以來，光源主要經曆（lì）了六次（cì）升級，波（bō）長從436nm提升至13.5nm。蔡司作為全球超精密光學龍頭，不斷推出新光學係統以適（shì）配光刻機升級。根（gēn）據瑞利公式，光（guāng）刻機（jī）發（fā）展需要再降低波長的同時（shí）提升數值孔徑，光學係（xì）統升級為（wéi）光刻機提升分辨（biàn）率的重（chóng）要（yào）途徑，與光（guāng）源係統一同影響光刻技術的發展。在發展至EUV之前，光學係統的（de）數值孔（kǒng）徑不斷增大，導致光學係統的鏡片數量以及體積也持續增加。隨著光刻（kè）機發（fā）展（zhǎn）至EUV，13.5nm的EUV光會被透鏡吸收的特點也導致光（guāng）學係統進入“反（fǎn）射”時代，光學係統（tǒng）仍為光刻機最重要的（de）組成之一。
　　DUV光學係統為透鏡方案，紫外熔融二氧化矽（guī）或氟化鈣（CaF2）是DUV透射（shè）光學基板的首（shǒu）選材料。投影物鏡要將照明模組發射出的一階衍射光收進物鏡內，再把掩膜版上的電路圖案縮小（xiǎo），聚焦成像在晶圓上，並且還要補償光學誤差（chà），所（suǒ）以投影物鏡主要由多枚透（tòu）鏡組成。由於（yú）材料的典型透射率曲線會在200nm以（yǐ）下透射率急劇下降,DUV透鏡係統需要使用特殊材料紫（zǐ）外熔融（róng）二（èr）氧化矽或氟化鈣（CaF2）塗覆。同時，與（yǔ）DUV波長兼容（róng）的拋（pāo）光化合物和拋光（guāng）工藝也需要被（bèi）廣泛研究測試，一些拋（pāo）光材料/化合物會吸收（shōu）UV/DUV光，這會影響光（guāng）學（xué）元件的可靠性和壽命；其他（tā）材（cái）料可（kě）能含有（yǒu）化合物，直接與DUV光反應，導致係統損壞或故障。精密光學對表麵拋光的要求更嚴格，光學加工是利用計算（suàn）機數控（kòng）（CNC）、磁流變計算（MRF）、傾斜度研磨（mó）（PL）和單點金剛石（shí）車（chē）削（SPDT）工藝完成。
　　EUV光（guāng）學係統升級（jí）為反射係統，掩膜版及物鏡（jìng）係統均由特殊布拉格（gé）反射器構成。EUV波長（zhǎng）為13.5nm，幾乎被（bèi）一切材料（包括空氣）吸（xī）收（shōu），因此EUV光學係統必須在真（zhēn）空條件（jiàn）下運行，且照明係統和投影物鏡係統僅使用反射光學元件即可使光從中（zhōng）間焦點傳輸到光陣。其中，反射鏡為布拉格反射器（qì），是關鍵的係統組件，必須具有極低的表麵粗（cū）糙度（幾個原子）和高精度平麵度和曲率。EUV反射鏡表麵鍍有Mo/Si多層膜結構，最高有100層堆疊，通過多層膜實現更高的反射效率，ZEISS與Fraunhofer IOF研（yán）究所共同研發獨特的鍍膜（mó）係統，使反射率達到70%。由於沒有光學材（cái）料（liào）對EUV透明，EUV光刻機（jī）使用的掩膜版也必須為反射元件。
　　光學係統價值（zhí）量提升，2025年光刻機光學係（xì）統市場規模將達到60億美元
　　光學係統迭代，EUV鏡片較（jiào）DUV鏡片價格差距達到8倍。EUV光學係（xì）統由特殊布拉格反射鏡組成，製造工藝複雜，價格較高。根據Edmund信息（xī），EUV鏡片相較DUV鏡片單價較高（gāo），同等規格的（de）EUV和DUV鏡片的價格差距（jù）達到8倍。隨著先進製程進入（rù）3nm時代，EUV光刻機已（yǐ）被頭部晶圓廠大範圍使用，下一代High NA EUV光刻機有望在2025年推出，EUV光學係統成為趨勢或將提升光學係（xì）統在光（guāng）刻機（jī）當中的重要程度（dù）。
　　ASML光刻機（jī）包含超過10萬個零部件，光學係統供應商主（zhǔ）要來自德國。根據（jù）中（zhōng）國工程院（轉引自前瞻產業研究院（yuàn））信息，一台EUV光（guāng）刻機（jī）包含了超過10萬個零部件，全球（qiú）供應商超過5000家。從（cóng）光刻機的（de）結構分析（xī）來看，美國光源占27%，荷蘭腔體和英國（guó）真空占32%，日本材料占27%，德國光學係統占14%。
　　EUV升級帶動光刻機市場規模保持較快增（zēng）長，2022年（nián）光刻機市場規模177億美元。光刻機市（shì）場（chǎng）前三大供應商占據了絕大多數市場份額，2017-2022年（nián），三大供應商的光刻機（jī）營收合計由80億美元增長至177億美元，對應CAGR為17%。展（zhǎn）望未來，根據ASML信（xìn）息（xī），近年來光刻機市場在半導體總市場中的占比持續提升，且未來該趨勢有望得以延（yán）續，主（zhǔ）要考慮到半導體產業近年來快速發展，先進（jìn）製程擴產帶（dài）來晶圓廠資本開支爬升，設備支出占比提升（shēng）有望為（wéi）光刻機帶來持續增量，市場規模（mó）保持較快增（zēng）長。
　　高端光刻機光學係統價（jià）值量高，2025年全球光刻機光學係統市場規模有望達到60億（yì）美元。隨著先進製程發展，EUV光刻機在全球範圍內（nèi）出貨量持續（xù）增加，且下一代High-NA EUV有望在2025年出貨，EUV光刻機市（shì）場（chǎng）占有率有望（wàng）保持增長。由於EUV光（guāng）學係統製造難度大，蔡司（sī）半導體事（shì）業部獨供的EUV光學係統（tǒng）價值量遠超其他類型光刻機（jī）光學係統，光學係統重要性日（rì）益（yì）提升。根據我們對（duì）於全球光刻機出貨量、售（shòu）價、光學係（xì）統價格占比等因（yīn）素的預測，我們估算全球光刻機光學係統市場規模有望在2025年達到60億美元，對應2022-2025年CAGR為25%。
　　1）2025年全（quán）球光（guāng）刻機出貨（huò）量（liàng）假設：根據ASML預測，2020-2030年（nián）全球半導（dǎo）體市場將保持穩定（dìng）增長，期（qī）間CAGR為（wéi）9%，半導體行業保（bǎo）持增長將（jiāng）帶動晶圓需求（qiú）增加，其中，先進製（zhì）程和成熟製程年均複合增速較快，預計分（fèn）別為12%和（hé）6%，晶圓廠需進行擴產（chǎn）以滿足需求增長。因此，我們假設用（yòng）於（yú）生產先進製程的（de）EUV光刻機以及輔助生產的（de）ArF光刻機市場需（xū）求將快速增加，2025年出貨（huò）量有望分別達到80台和280台（tái）。
　　2）2025年光刻機售價假設（shè）：根據ASML數據，High-NA EUV價格有望達到3.5億美元；通過分析ASML各（gè）類型光刻機（jī）2018-2022年售價，除EUV光刻機售價（jià）保持小幅增長外，其他型號（hào）光刻機價格保持穩（wěn）定。我（wǒ）們認為（wéi）全球（qiú）光（guāng）刻機行業為寡頭壟斷市（shì）場，價格波（bō）動較（jiào）小，預計2022-2025年EUV光刻機出貨量進入小幅增長區（qū）間，價格（gé）將保持穩定，其他各類型光刻機售價將持續穩定。
　　3）光學係統占光刻機售價比例假設：蔡司半導體事業部主（zhǔ）要生產超精密半導體光學係統，其主要客戶為ASML。根據（jù）ASML以及蔡司公告，2015-2022年蔡司半導體事業部90%的營收來自ASML，而蔡司半導體事業部為ASML光刻機光學係統唯（wéi）一供應商。因（yīn）此，通過對蔡（cài）司（sī）半導體（tǐ）事業部收入以及ASML各（gè）光刻機出貨量以及平（píng）均（jun1）售價情況（kuàng）進行分析，我（wǒ）們估算得（dé）到各類型光刻機光學係統占光刻機（jī）售價比例（lì）的假設。
　　國產（chǎn）光刻機光學係統任重道遠，蔡司為全球光刻機（jī）光學係統龍頭
　　蔡司為全球光刻機（jī）光學係統龍頭，2022年（nián）市場（chǎng）占有率達（dá）到90%。根據ASML公告，蔡司為ASML光刻機核心光學係統主要供應商，尤其在EUV光刻機領域為唯一供應商。2016年，ASML直（zhí）接以（yǐ）10億歐元投資獲得（dé）了蔡司（sī）半導體子（zǐ）公司Zeiss SMT 24.9%的股份，與蔡司半導（dǎo）體更是達成了“兩家公司，一項業務”的合作原則（zé），共同推動先進光刻機的開發。因此，在ASML成長為光刻機市場絕對龍頭後，蔡司也成為光刻（kè）機光學係統領先企業，基於ASML以及蔡司公告，2022年（nián）我們測（cè）算蔡司在全球市場占有率已達到90%。
　　國產光刻機光學元件參（cān）數與蔡（cài）司仍有較大（dà）差距，國產光刻（kè）機光學係統任重（chóng）道遠。我國在（zài）光學領域積累了豐富的技術（shù）經（jīng）驗，在消費級、激光以及光通信領域均具有（yǒu）良好的技術基礎（chǔ），但在半導體等工業級超精密光學領域，我國距國際一流水平仍有較大差距。目前，長春光機所為國內超精密光學領域的佼佼者，在DUV透鏡係統以及（jí）EUV反射鏡係統均取得了一（yī）定進展。根據蔡司、ASML、國科精密和（hé）長春（chūn）光機所官網，國科精密推出的DUV光刻機光學係統已可滿足90nm工藝節點，與蔡司DUV光學係（xì）統仍有三代以上的差距；而長春光機所承擔的國家科技重（chóng）大專項項目“極紫外光刻關鍵技術研究”研製的EUV光學係統（tǒng）麵（miàn）型精度與蔡司仍有（yǒu）較（jiào）大差距。我國在光刻機光學係統領域與海（hǎi）外仍有較大差距，但近年來國（guó）內各企業、研究所已加（jiā）大半導體光學研發力度，技術能力有望快（kuài）速提升。
　　前道光學（xué）檢測設備為主流方案，光學係統為重要支撐
　　良（liáng）率控（kòng）製為（wéi）芯片製造關鍵，檢/量測貫穿製造全過程
　　前（qián）道製程（chéng）和先（xiān）進（jìn）封裝的（de）質量控製（zhì）可劃分為檢測（Inspection）和量（liàng）測（Metrology）環節。檢測指在晶圓表（biǎo）麵上或（huò）電（diàn）路結（jié）構中（zhōng），檢測其是否出現異質情況，如顆粒汙染、表麵劃傷、開短路等對（duì）芯片工藝性能具有不良影（yǐng）響的特征性結構缺陷；量測指對被（bèi）觀（guān）測的晶圓電路上的結構尺寸和材料特性做出（chū）的量化描（miáo）述（shù），如薄膜厚度、關（guān）鍵尺寸、刻蝕深度、表麵形貌等物理性（xìng）參（cān）數的量測。根據檢測類型的不同，半導體質量控製設備可分為檢測設備和量測（cè）設備。
　　檢測+量測環節貫（guàn）穿（chuān）前道製程和先進封裝（zhuāng）全過程，光刻和刻蝕（shí）等工藝均（jun1）需至少7種類型量/檢測設備。量/檢測設（shè）備主要應用於前（qián）道製程和先進封裝，基本覆蓋了各子環節，是（shì）保（bǎo）證芯片生產（chǎn）良率的關鍵要素之一。根據VLSI Research數（shù）據，檢（jiǎn）測（cè）設備銷（xiāo）售占比（bǐ）較高，約為62.6%，其中納米（mǐ）圖形晶圓缺陷檢測設（shè）備為銷售額占比最高的設備，2020年銷售額為（wéi）18.9億美元；量測設備中關鍵（jiàn）尺寸量測設備銷售額占比最高，2020年銷售額為7.8億美元。在前道以及先進封裝的具體工藝當中，光刻、刻蝕以及CMP對於檢測和量測設備需求較高，均需至少7種不（bú）同類型的量/檢測設備。
　　量（liàng）/檢測包括三大技術路線，光學檢測技術市場占比超（chāo）75%
　　半導體量/檢測包括（kuò）光學檢（jiǎn）測、電（diàn）子束檢測（cè）和X光量測等技術。光學檢測技術、電子（zǐ）束檢測技術和X光量測技術的差異包括檢測精度、檢測速度以（yǐ）及應用場（chǎng）景等。光學檢測技術在檢測速度方麵更具有優勢，相同（tóng）條件下速（sù）度可比電子束檢測技術快1000倍以（yǐ）上。因此，電子束檢測技（jì）術主要應用在對吞吐量要求較低的場景，如納米量級尺度缺（quē）陷的複查，部分關鍵（jiàn）區域的表麵尺度量（liàng）測以（yǐ）及部分關鍵區域的抽檢等。與X光量測技（jì）術（shù）相比，光學檢測技術的適用（yòng）範圍（wéi）更廣，而X光量測技術主要應用於特定金屬成分測（cè）量和超薄膜測量等特定的領（lǐng）域，適用場景（jǐng）相對（duì）較窄。
　　應用光學（xué）檢測技術的設備應用場景廣泛，2020年市場占比超75%。應（yīng）用光學檢測技術的設備可以較好實現精度與速度之間（jiān）的平衡，並（bìng）能夠滿足其他技術所不能（néng）實（shí）現的功能，如三維形貌測量、光刻套刻測量和多層膜厚測量等應用。根據VLSI Research和QY Research數據，2020年全球（qiú）半導體檢測和量測設備市場中，應用光學檢測技術、電子束檢測（cè）技（jì）術及X光量測技術的設備市場份額占比分別為75.2%、18.7%和（hé）2.2%，應用光（guāng）學檢測技術的設備占比最大。
　　光學檢測技術（shù）被廣（guǎng）泛應用在量（liàng）/檢測環（huán）節，技術（shù）分類豐富（fù）。半導體光學量（liàng）/檢（jiǎn）測設備適用場景豐富，在半導體先進製程當中應用廣泛。在檢測環節，光學檢測（cè）技術可進一步（bù）分為無圖形晶圓（yuán）激光掃描檢（jiǎn）測技術、圖形晶（jīng）圓成像檢測技術和光刻掩膜板成像檢（jiǎn）測技術。在量測環（huán）節，光學檢測技術基於光的波動性和相（xiàng）幹性實現測量遠小於波長的（de）光學（xué）尺度，集成電路製造和先進封裝環節中的量（liàng）測主要（yào）包括三維形貌量測、薄膜膜厚量測、套刻精度量測、關鍵尺寸（cùn）量測等。
　　半導體量/檢測（cè）設備分辨率持續提升，2024年配套光（guāng）學係統市場規模有望達到（dào）13億美元
　　半（bàn）導體製程已向亞納米發展，推動（dòng）量/檢測（cè）技術發展。頭（tóu）部半導體製造商已將（jiāng）製程提升至（zhì）3nm工（gōng）藝，三（sān）維FinFET晶體管、3D NAND等新技術已成為行（háng）業內（nèi）主流工藝技術。為滿足檢測和量測技（jì）術向高速度、高靈敏度、高準確度、高重複（fù）性、高性（xìng）價比的發展（zhǎn）趨勢和要求，行業內通過提升分辨率（lǜ）、提升算法和軟件性能（néng）、以及（jí）提升設備吞吐量等方式進行（háng）改（gǎi）進，例如（rú）增強照明的光強、光譜範圍（wéi）延展至DUV波段、提高光學係統的數值孔徑、增加照（zhào）明（míng）和采集的光學模式、擴大光學算法和光學仿真在檢測和量測領域的應用等。
　　光學（xué）係統為半（bàn）導體光學檢測設備重要組成，需滿足高（gāo）NA低像（xiàng）差。半導體光學檢測設備光路設計較為複雜，且對於光學係統質量要求較高。以典型的明場光學缺（quē）陷檢測裝備為例，該設備采用柯勒照（zhào）明光路將（jiāng）高（gāo）亮寬譜等離子（zǐ）體光（guāng）源（yuán）光（guāng）束調製成超均勻、特定光束截麵形狀的偏振光（guāng）束（shù）；之後利用高NA低像差的物鏡係（xì）統收集矽片結構（gòu）圖形缺陷引起的散（sàn）射光，再通過折反混合透鏡組（zǔ）與變焦透鏡組相結合的成（chéng）像光路（lù）將散射光成像（xiàng）至時間延（yán）遲積分（TDI）相機；最後利用基於片（piàn）對片的圖像差分處理（lǐ）算法實現缺陷信號的準（zhǔn）確識別。
　　進入（rù）10nm製程（chéng）以下時代，半導體光學檢測設（shè）備需升級光源至VUV光。目前，美國KLA公司所開發的高端K39XX係列和K29XX係列明場光學缺陷檢測裝備能夠實現亞30nm的缺陷檢測靈敏度，並且產率能夠維持1WPH（Wafer Per Hour）36nm，適用於1X nm及以下節點工藝生（shēng）產線上的矽片結構圖形（xíng）缺陷檢測。為了實現先進製程亞納米級缺（quē）陷檢測，行業內需針對（duì）半導體（tǐ）材料的反（fǎn）射、透射特性對（duì）於光路係統進行特殊設計。根（gēn）據KLA Workshop信息，KLA采用LSP光（guāng）源技術以達到納米級缺陷檢測，其中光學係統與EUV光刻機類（lèi）似，需使用超精密光（guāng）學加工的反射鏡進行光路設計。因（yīn）此，我們（men）認為隨著納米級缺陷（xiàn）檢測需求增加，設備需采用超（chāo）精密光學加工技術的反射鏡替（tì）代部分透鏡，光路係統（tǒng）設計也（yě）將更為複（fù）雜，總體（tǐ）看光學係統價（jià）值量占比有望提升。
　　半導體量/檢測設備光學係統價值（zhí）量提升，我們預計2024年全球半導體量/檢測設備光（guāng）學係統市場規模有望達到13億美元。隨著先進製程發展，10nm以下製程節點（diǎn）快速發展，先進製程所（suǒ）需的半導體量/檢測（cè）設備對於精度以及吞吐量有較高要求。以（yǐ）全球半導體（tǐ）量/檢（jiǎn）測設（shè）備龍頭KLA為例，KLA為（wéi）了適應10nm以下工藝節點缺陷推出了寬光譜DUV連續激光（guāng）光學檢測係統，其對於光學係統提出（chū）了更高要求。根據我們對於（yú）全球半導體量/檢測設備市場規模、光學係統價值量占比等因素的預測（cè），我（wǒ）們認（rèn）為全球半導體量/檢測設備配套的光學係統市場規模（mó）有望在2024年達到13億美元。
　　1）2023-2024年全（quán）球半導體量/檢測設備（bèi）市場規模假設：隨著製程越來越先進、工（gōng）藝環節不斷增加，量/檢測設備（bèi）市場（chǎng）規模有望穩（wěn）定增長。根據華經產業研究（jiū）院（yuàn）數據顯示，2021年晶圓製造設備投資中量/檢測設備占比約為11%。根據Gartner以（yǐ）及SEMI預測數據，2024年全（quán）球晶圓製（zhì）造設備市場規（guī）模將達到1000億美元。近年來，半導體製造所需的（de）主要設（shè）備未發（fā）生重大變化，我們認為半導（dǎo）體量/檢測設備在半導體設（shè）備市場（chǎng）占比有望保持為11%，預（yù）計2024年全球（qiú）半導（dǎo）體量/檢（jiǎn）測設備市（shì）場規模為（wéi）125億美元。
　　2）2024年配套光學係統價值（zhí）量占比假設（shè）：根據Gartner數據，2018-2022年全球半（bàn）導體量/檢測設備市場規模保持穩定增（zēng）長，2022年市場規模高達135億美元。根據中科飛測招股說明書信息，2019-2021年中科飛測半導體量/檢測設（shè）備光學類原材料平（píng）均每年為總采購成本的35.5%。其中，除（chú）激光光源、相機、鏡頭以及傳感器等零部（bù）件外，光學元器件占（zhàn）比（bǐ）約為光學類原材料的60%。通過以上數據，我們測算量/檢測設備配套光學係統約（yuē）占設備價值量的10%。目前，國產半導體量/檢測設備製造水（shuǐ）平處於行業中遊，設備成本拆分具備參考性，我們認為10%的假設具有一定合理性。
　　半導體量/檢測設備國產替代正當時，光學元件（jiàn）替代空（kōng）間廣（guǎng）闊
　　KLA市占率超50%，設備國產化率有望加速提升。根（gēn）據VLSI Research和QY Research數據，全球半導體（tǐ）檢/量測設（shè）備市場集中（zhōng）度較高，2020年KLA占據全球50%以上的市場份額，其他檢/量測設備廠商還包括應用材料、日立、雷泰光電等。2020年全球前五大廠商均來自美國和日（rì）本，占據（jù）了超（chāo）過82%的市場份額；國內市（shì）場也由美國和日本廠商壟斷，前五大廠商占據了超過78%的市場份額。目前，中國大陸半導體（tǐ）產業鏈處於高速發展期，從上遊原材料到終端晶圓代工都有較大的技術突破。中國大陸檢/量（liàng）測設備廠商在製程技術以及產品線（xiàn）均取得了一定突破，未來國產化率有望加速提升。
　　國（guó）內供應商一定具備（bèi）供應（yīng）能力，茂萊光學半（bàn）導體檢測（cè）光學營收快速增長。在半導體量（liàng）/檢測設備領域，以茂萊光學（xué）為（wéi）代表的國內頭部光學廠商已初步具備向行業（yè）頭部客戶供應相關光學模組的能力。根據茂萊光學招股說明書（shū）信息，茂（mào）萊光學已為Camtek、KLA等全球知名半導體檢測裝備商研製半導體檢測光學模組（zǔ），但目前相關市場仍被Newport、蔡司、Zygo、Jenoptik等海外光學廠商主導。我（wǒ）們認為半導體量/檢（jiǎn）測設備光學係統加工難度較光刻機更小，國內廠商在初步掌握工藝後有望較快（kuài）提升份額，2019-22H1茂萊（lái）光學半導體量/檢測光學營收保持較快增（zēng）長，2021年（nián）營收（shōu）已達到8052萬元。