半導（dǎo）體光學係統行業專題報告：國（guó）產超精密光學未來（lái）可期
　　光學行業“掌上明（míng）珠”，國產替代空間廣闊
　　光學行（háng）業“掌上明珠”，考驗廠商結合製造能力
　　工業級精密光學元器件製造難度高，應（yīng）用（yòng）於高科技行業的關鍵配套器件（jiàn）。參考茂萊光學招股說（shuō）明書的定義，我們根據精度和用途的不同，可將光學元（yuán）器件（jiàn）分為傳統光學元器件和精密光學元器件，其中精密光學元器件根據應用（yòng）領域的不同可進一步細分為消費級精密光學元（yuán）器件及工業級精密光學元器件。工業級精（jīng）密光學元器件主要應用於工業測量、半導體、生命科學、無人駕駛、生物識別（bié）、AR/VR檢測等高科技行業，對於工藝參數、技（jì）術性能、應用環境、作用效果等方（fāng）麵要求（qiú）較為苛刻，對精密加工製（zhì）造提出了更高的要求。
　　超精密光學元件加工技術考驗製造與係統仿真的結合能力。生產製造高麵形精度、高光潔度、低反射率的光學元件，廠商需要在光學設計、材料選擇、加工工藝和後處理方（fāng）麵具備優秀的技術（shù）能力。光（guāng）學設計需要將客戶的需求轉化為光學元件的幾何形狀和光學特性（xìng），並根據設計要求選擇（zé）適合的材料。在加工和後處理過程中，廠商需要將設計（jì）求轉化為加工和（hé）表麵處理操作，從而（ér）達到麵形精度、表麵光（guāng）潔度和反射率等技術參（cān）數。在原有的拋光技術、鍍膜技術、膠合技術和（hé）主動（dòng）裝調技術等製造技術的基礎上，根據蔡司官網信息，超精密（mì）光學加工還需要實現複雜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（jí）係統設計及快速實施、圖像形態學/融合/超分辨/頻率域處理（lǐ）等圖像算（suàn）法等（děng）計算機技術，從而實現超精（jīng）密光學元件與係統的設計與製造。
　　國產替（tì）代空間廣闊（kuò），國內廠商（shāng）發力超（chāo）精密光學領域
　　國內超精密光（guāng）學廠商設備依賴（lài）進口，不利（lì）於國產光（guāng）學廠商加工能力長期提升。長期以來，我國超精密光學行業關鍵製造、檢測（cè）設備較依賴進口，國產相關設備可靠性較（jiào）低。根據《關於（yú）南京茂萊光學科技股份有限公司首次公開發行股票（piào）並在科（kē）創板（bǎn）上（shàng）市申請文件的審核（hé）問（wèn）詢函之回複》披露，茂（mào）萊光學在生產環節中使用的關鍵進口設備包括鍍膜機、幹涉（shè）儀、拋光機、研磨機、測量（liàng）儀等，主要來源國家及地區包括德（dé）國、美國、日本、英（yīng）國、新加坡、韓國、馬來西亞、泰國、中國（guó）香港及中國台灣。雖然絕（jué）大（dà）多數製造、檢測設備已存（cún）在國產替代（dài）供應商，但是部分鍍膜機、磁流變拋光機設（shè）備暫無國產替代選擇。短期看，進口設備訂（dìng）單履約較為順利，國（guó）內超精密光學廠商可使用進口設備進行工藝（yì）研發生產。長期看，如果國內（nèi）廠商逐步進入（rù）高端光學領域、國際貿易（yì）摩擦（cā）升級，若國（guó）內不能在關鍵（jiàn）製造、檢測（cè）設備形成自主可控，或影響國產半導體、生命科學領域光學（xué）係統發（fā）展。
　　國產超精密光學加工設備與海外仍有較大差距。我國（guó）高（gāo）端光學元件超精密製造（zào）技術（shù）及裝備，相比（bǐ）國際前沿存在階段（duàn）性差（chà）距，成為製約高端裝備製造業（yè）發展的重大短板。根據《高端光學元件超精密加工技術與裝備發展研（yán）究（2023）》（作者：蔣莊德，李常勝，孫林等），超精密光學元件製造的基礎為高端光（guāng）學加工機床，目前（qián）我國雖初步形成了（le）超精密加工機床自主研發能力，產品品種基本滿足重點領域需求，但以04專項（xiàng）實施完畢後的狀態來（lái）判斷，我（wǒ）國機床行業與國際先進水平仍有15年左右的差距，國（guó）內光學廠（chǎng）商基本依（yī）賴進口超精密光學加工、檢測設備及核心零部件。
　　國內已培育出一批在關（guān）鍵設備及加工領域具備巨大潛力的企業，我國有望逐步實現超精（jīng）密光學元件（jiàn）自主可（kě）控。目（mù）前，包括（kuò）4m及以上口徑光學元件（jiàn）毛坯製（zhì）造基礎裝備、輕量化及超精密磨（mó）削裝備、亞納米級加工裝備、超大口（kǒu）徑光學元件超精密（mì）測量儀器在內的高端裝備處於國外禁運狀態。國內企業已在消費級、工業（yè）級光學元（yuán）件（jiàn）領域成（chéng）長為龍頭企業，正圍繞超（chāo）精密光學元件領域（yù）尋求突破。當前國內已培育了一批在高端設（shè）備領（lǐng）域基礎良（liáng）好的企業，正重點突破全頻譜納米/亞納（nà）米級精度創（chuàng）成、近無缺陷高表麵完整性加工、超精密機（jī）床正向設計與數據資源建構、超精密智能機床製造等共性關（guān）鍵技術，我國有望逐步實現（xiàn）國產光學元件超精密光學自（zì）主可控。
　　2026年全球工業級精密（mì）光（guāng）學市場有望達到268億元
　　預計2026年（nián）全球（qiú）工業級精密光學元器件市場規模達到268億元。根（gēn）據弗若斯特沙利（lì）文數據（jù）（轉引（yǐn）自茂萊光學招股說明書），2022年全球工業級精密光學市場規模為159億（yì）元，預計2026年市場規模將達到268億元，對應2022-2026年CAGR為14%。受益於生命科學、半導體、無人駕駛（shǐ）、生物識別、AR/VR檢測等（děng）下遊領域的快速（sù）發（fā）展，下遊客戶對於精密光（guāng）學係統提出了更高要求（qiú），有望（wàng）推動精密光學元器件向工業級迭代，工業級精密光學（xué）市場規模有望持續增長。
　　半導體（tǐ）設（shè）備及生命科學為全球工業級精（jīng）密光學（xué）重要細分應用。受益於科研（yán）及先進製造行業（yè）快速增長、半導體及生命科（kē）學領域（yù）不斷（duàn）提高精度以及輕量化要求，我們認為工業級精密光學元器件的（de）重要性有望持續提升。根據弗若斯特沙利文數據（轉（zhuǎn）引（yǐn）自茂萊光（guāng）學招（zhāo）股說明（míng）書），在生命科學領域，工業級精密光學產品主要應用在基因測序儀、口腔醫療器械等設備，且預計2026年市場（chǎng）規模（mó）將（jiāng）達到53億元，對應2022-2026年CAGR為11%；在（zài）半（bàn）導體領域，工業級精密（mì）光學產品主要（yào）應用在半導體檢測以及光刻機等高端（duān）設備，預（yù）計2026年市場規（guī）模將達到56億元，對應2022-2026年CAGR為12%。
　　當前德國及日（rì）本廠商主導工業級精密光學市場，2021年中國廠商在半導體市場（chǎng）份額為6%。憑借悠久的曆史傳承、完善的產業鏈體係以及領先（xiān）的加工（gōng）能力，德國及日本擁有一批享譽全球的光（guāng）學元器件企業，包括蔡司（sī）、尼康、佳能、Jenoptik、徠卡、奧林巴斯等。作為（wéi）光學（xué）元器件（jiàn）產業的“掌上明珠”，生產工業級精密光學元器件需要擁有最先進的製造設（shè）備並掌握超精（jīng）密光學加工技術。根據弗若斯（sī）特沙利文數據（轉引自茂萊光學招股說明書），2021年蔡司（sī）、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（fèn）額，在半導體及生命科學領域的市場份額（é）分別達到80%和70%以上。近年來，隨著國際精密光學企業大量在中國設廠並與國（guó）內光學（xué）加工企業建立外協關係，國內精密光學企業抓住了產業轉移的機遇，在（zài）產品設計、製造、檢測等關鍵環節技術水平逐步縮小與國際廠商的差距，根據（jù）茂萊光學測算，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%。
　　貫穿半（bàn）導體製造全流程，精密光學係統為“產業基礎”
　　半導體製程持續升級，製（zhì）造工序及投資均大幅增長
　　半導體（tǐ）製程進步需開發更高集成密度工藝，實現難度持續（xù）增大。半個世紀以來（lái），半導體器件性能的增長率（lǜ）遵循著名的摩爾定律，先進（jìn）半導體製程已從平麵結構發展至3D結構，晶體管麵積不斷縮小，集成（chéng）電路可容納的晶體管數目（mù）保持約18個月翻倍的規律。根據MKS萬機儀器手冊信息，我們可以看到3D NAND架（jià）構將（jiāng）內存單元堆疊以（yǐ）減少總體占用空間；FinFET晶體管使用3D方法製造以（yǐ）減少隧穿效應。隨（suí）著半導體器件（jiàn）集成度提升，行業（yè）需要使用更為複雜的製造工藝，對（duì）於材料和設備均提出了更高的要求。
　　4nm及以下節點半導體製程工（gōng）序已增至近（jìn）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（jù）（轉引自《中國（guó）集成電路檢測和測試產（chǎn）業技術創新路線圖》（集（jí）成電路測（cè）試儀器（qì）與（yǔ）裝備產業技術創新聯盟）），工（gōng）藝節點每縮（suō）減一代，工藝中產生的致命缺（quē）陷數量會增加50%，每一道工序的良率都要保持在非常高的水平才能保（bǎo）證最終的良品率。根據中科飛測公告（gào），28nm工藝節點的工藝步驟有數百道工序，由於采用（yòng）多層套（tào）刻技術，14nm及以下節點工藝步驟（zhòu）增（zēng）加至近（jìn）千道工序。當工序超過500道時，隻有保證每（měi）一道工序的良品率都超過99.99%，最終的良品率方可超過95%；當單道工序的良品率下降至99.98%時，最終的總（zǒng）良品率會下降至約90%。因此，製造過程中對（duì）工藝窗口的挑戰要求幾乎“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（chéng）晶圓設備投資將達到215億元。在摩爾定律的推動下，元器件集成度的大幅提高要求集成電路線寬不斷縮小，導致生產技術與製造工序愈為複（fù）雜，製造成本呈指數級上升（shēng）趨勢（shì）。根（gēn）據IBS統計（轉引（yǐn）自中芯國際招股說明書），隨著技（jì）術節點的不斷縮小，集成電路製造（zào）的設備投（tóu）入呈大（dà）幅上升的趨勢。以5nm技術節點為例，其（qí）投資成本（běn）高達156億美元，是（shì）14nm的兩（liǎng）倍（bèi）以上，28nm的四倍左右。因此，芯片廠流（liú）片成（chéng）本也出現較大幅度增加（jiā），根據The Information Network數據，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（yuán）；采用2nm工藝流片的成本高達1億美元。
　　光學係統貫穿（chuān）半導體製造全流程，光刻以及（jí）量/檢測為（wéi）半導體設備重要組成
　　光刻（kè）機和半導體量/檢測（cè）為半導體（tǐ）設備重要（yào）組成，設備升級推動技術節點進步。半導體設備擁有十大類設備（bèi），光刻機和量/檢測設備為半（bàn）導體製（zhì）造（zào）重要設（shè）備。根（gēn）據Gartner數據，光刻機和（hé）半導體量/檢測（cè）設備占（zhàn）半導體設（shè）備市場比例分別為17%和12%。當技術節點向5nm及以下升級時，半導體製造工（gōng）藝出現較大變化（huà），微觀結構及製造工序進一步複雜帶動工藝設備以及質量控製設備（bèi）持續（xù）升級。DUV光刻機受其波長限製，其精度已無法滿足工（gōng）藝要求，晶圓廠需要采購更為昂貴的EUV光刻機（jī），或采用多重模板工藝，重（chóng）複多次薄膜沉積（jī）和刻蝕工序以實現更小的線寬（kuān），使得薄膜沉積和刻蝕次數顯著增加（jiā），對於良率控製也提（tí）出了更高（gāo）要求。因此，我們認為未來（lái）晶圓廠需投入更（gèng）多、更（gèng）先（xiān）進的工藝設（shè）備及良率控製設備（bèi）。
　　精密光學係統為光刻機以及量/檢測設備重要組成，覆蓋半導（dǎo）體製造全流程。在半導體製造過程中，生產一（yī）個合格（gé）器件需要數百道處理步驟，每道工序均需要（yào）使用相關設備（bèi）進（jìn）行製造以及良率控製。根據KLA（科天半導體），半導體量/檢測基本覆蓋半導體製（zhì）造全流程，其中（zhōng）量/檢測設備原（yuán）理以光學檢（jiǎn）測為主，每道步驟都必須完美執（zhí）行，以避免產生致命缺陷產生。此外，對於半導（dǎo）體器件而言，光刻為結構形成的重要環節，光刻係（xì）統作（zuò）為光刻機關鍵組成直接影響製程（chéng）、速（sù）度以及良率。因（yīn）此，我（wǒ）們認為精密光學係（xì）統對於製造工藝以及良率控製有重大影響，為半導體設備的核心係統。
　　光學係（xì）統為光刻機重要組成（chéng），蔡司為全球龍頭
　　半導體工業（yè）“皇冠”，光刻機已升級至EUV
　　光刻機為芯片生產的核心設備，直接影響製程工藝節點。芯片生產主要包括沉積、光刻（kè）、蝕刻等7個步驟（zhòu），其中光刻為實現圖形轉移功能（néng）的（de）核心步驟：負（fù）責把芯片設計圖案通過光學顯影技術轉移到芯片表麵，進而實現在半導體晶圓（yuán）表麵製造微小結構。光刻機生產具備高技術門（mén）檻，需要高度精密的物理設備和嚴（yán）格的控製流程，以達到所（suǒ）需的製造精度。先進製（zhì）程工藝需要先進的、高分辨率的光刻機進行適配，光刻機直接（jiē）影（yǐng）響芯片的工藝（yì）製程與性能。
　　相同製程（chéng）下，EUV較DUV可實現降本增效。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（shè）備（bèi）價格約為1.5億（yì）美元（yuán），而ArFi DUV價格（gé）約為0.7億美元（yuán）。當製程進步至7nm以下時，EUV光刻機被引入半（bàn）導體製造並（bìng）簡（jiǎn）化了一些工藝步驟，為半導體製造成（chéng）本和效率帶來了較大提升。若使用DUV光刻機，晶圓廠需要使用DUV進行多次曝光才能（néng）完成7nm製程的（de）圖形，而EUV僅需一次曝光即可完（wán）成，降低曝光次數可減少不可控畸變，提升芯片的一（yī）致性和良率。根據台積電數（shù）據，台積電首次使用（yòng）EUV製造7nm芯（xīn）片的工（gōng）藝被命名為N7+，與初代N7工藝相（xiàng）比，電路密（mì）度可提升15%-20%；相（xiàng）同性能下，功耗可降（jiàng）低15%。
　　光學係統為光刻機核心組（zǔ）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（xué）元件廣泛應用於各（gè）光刻機係統。根據（jù）中國工程院（轉引自前瞻產（chǎn）業研究院）信息，一台EUV光刻機包含了超過10萬個零部件，主要包括照明係統、工作（zuò）台（tái）係（xì）統、曝光係統等，全球供應商超過5000家。從（cóng）光刻機（jī）結構看，工業級超精密光學元件被反應用於光刻（kè）機各類子係統，各類反射鏡、透鏡（jìng）、光柵構成了光刻機複雜的光學係統。其中，物鏡係統為光刻（kè）機核心組成，關係到（dào）光刻機分辨率以及良率。
　　回顧（gù）光刻機（jī）發展曆史，光學（xué）係統跟隨光源迭代不斷升級。光刻機自誕生以來，光源主要經曆了六次升級，波長從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配光刻機升級。根（gēn）據瑞利公式，光刻機發展需要再降低波長的同時提升（shēng）數值孔徑，光學係統升級（jí）為光刻機提升（shēng）分辨率的重要途徑（jìng），與光（guāng）源係統一同影響光刻技（jì）術的發展。在發（fā）展至EUV之（zhī）前，光（guāng）學係統的數值孔徑不斷增大，導致光學係（xì）統的鏡片數（shù）量以及體積也持續增加。隨著光刻（kè）機發（fā）展至EUV，13.5nm的EUV光會被透鏡吸收的特點（diǎn）也導致光學係統進（jìn）入“反射”時代，光學係統仍為光刻機最重要的組成之一。
　　DUV光學係統為透鏡方案，紫（zǐ）外熔融二氧化矽或氟化鈣（CaF2）是DUV透射（shè）光學基板的首選（xuǎn）材料。投影物鏡要將照明模組發（fā）射出的（de）一階衍射光收進物鏡內，再把掩膜版（bǎn）上的（de）電路圖案縮小，聚焦成像在晶圓上，並且還要（yào）補償光學誤差，所以投影物鏡主要由多枚透鏡組成。由於材料的典型透射率曲線會（huì）在200nm以（yǐ）下透射率急劇下降,DUV透（tòu）鏡係統需要（yào）使用特殊材料紫（zǐ）外熔融二氧化矽或氟化鈣（CaF2）塗覆。同時，與DUV波長兼容的拋光化合物（wù）和拋光工藝也需要被（bèi）廣泛研究測試，一些拋光材料/化合物會（huì）吸收UV/DUV光，這會影響光學元件的可（kě）靠（kào）性和壽（shòu）命；其他材料可（kě）能含有化合物，直接與DUV光反應，導致係統損壞或故障（zhàng）。精密光學對表麵拋光的要求更嚴格（gé），光學加工是利用計算機數控（CNC）、磁流變計算（MRF）、傾斜（xié）度研磨（PL）和單點金剛石車削（SPDT）工藝完成。
　　EUV光學（xué）係統升級為反射係統，掩膜版及物鏡係統均由特殊（shū）布拉格反射器構成。EUV波長為13.5nm，幾（jǐ）乎（hū）被一切材料（包括空氣）吸收，因此EUV光學係統必須在真空（kōng）條件下運（yùn）行，且照明係（xì）統和投影物鏡係統僅（jǐn）使用反射光學元件即可使光從中間焦點傳（chuán）輸到光陣（zhèn）。其中，反射鏡為（wéi）布拉格反射器，是關鍵的係統組件，必須具有（yǒu）極低的表麵粗糙度（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（zuì）高有100層堆疊，通過多層（céng）膜實現更高的反射效率，ZEISS與Fraunhofer IOF研究所共同研發獨特的鍍膜係統，使反射率（lǜ）達到70%。由於沒有光學材料對EUV透明，EUV光（guāng）刻機使用的掩膜版也必須為（wéi）反射元件。
　　光學係統（tǒng）價值量提升（shēng），2025年光刻機光學係統（tǒng）市場規模將達到60億美元
　　光學係統迭代，EUV鏡（jìng）片較DUV鏡片價格差距達到8倍。EUV光學係統由特殊布拉格反射（shè）鏡組成，製造工藝複雜，價格較高。根據Edmund信息，EUV鏡片相較DUV鏡片單價較高，同等規格的EUV和DUV鏡片的價（jià）格差距達到8倍。隨著先（xiān）進製程進入3nm時代，EUV光刻機已被頭（tóu）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（shì）或將提升光學係統在光刻機當中的重要程度。
　　ASML光刻機包含超過10萬個（gè）零部件，光學係統供應商主要來自德國。根據中國（guó）工（gōng）程院（轉引自前瞻產業研究（jiū）院）信息，一台EUV光刻機包含了超過10萬個零部件（jiàn），全球供應商超過5000家。從光刻（kè）機的結構分析來看，美國光源占27%，荷蘭腔體和英國（guó）真空占32%，日本（běn）材料占27%，德國光學係統占14%。
　　EUV升級（jí）帶動光刻機市場規模保持較快增長，2022年光刻機市場規模177億美元。光刻機市場前三大供應商占據了絕大多數市場份額，2017-2022年，三大供應商的光刻機營收合計由（yóu）80億美元增長至177億美元，對應CAGR為17%。展望未來，根據ASML信息，近（jìn）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，主要考慮到半導體產業近年來快（kuài）速發展，先（xiān）進製（zhì）程擴產帶來晶圓廠資本開支爬升，設備（bèi）支出占比提升（shēng）有望為光刻機帶來持續增量，市場規模（mó）保持較（jiào）快增長。
　　高端光刻機光學係統價值（zhí）量高，2025年全（quán）球光刻機（jī）光學係統（tǒng）市場規（guī）模（mó）有望達到60億美元。隨著先進製程發展，EUV光（guāng）刻機在全球範圍內出貨（huò）量持續增加，且下一代High-NA EUV有望在2025年出貨，EUV光刻機市場占有率有望保持增長。由於EUV光學係統製造難度大，蔡司半導體事業部獨供的EUV光學係統價值量遠（yuǎn）超其他類型光刻機光學係統，光學係（xì）統重要性日（rì）益提升。根據我們對於全球光刻機出貨量、售價、光（guāng）學係統價格（gé）占比等因素的預測，我（wǒ）們估算全球光刻機光學係（xì）統市場規模有望在2025年達到（dào）60億美元，對應2022-2025年CAGR為25%。
　　1）2025年全球光刻機出貨量假設：根（gēn）據ASML預測，2020-2030年全球半導體市場將保持穩（wěn）定增長，期間CAGR為9%，半導（dǎo）體行業保持增長將帶動晶圓需求增加，其中，先進製程和成（chéng）熟製程（chéng）年（nián）均複（fù）合增速較快，預計分別為12%和6%，晶圓廠需進行擴產以（yǐ）滿足需求增長。因此，我們假設用於（yú）生產先進製程的EUV光刻機以及（jí）輔（fǔ）助生產的（de）ArF光刻機（jī）市場（chǎng）需求將快速增加，2025年出貨量有望分別達到80台和280台（tái）。
　　2）2025年光刻機售價假設：根據ASML數據，High-NA EUV價格有望達到3.5億美元；通過分析ASML各類（lèi）型光刻機2018-2022年售價，除（chú）EUV光（guāng）刻機售價保持（chí）小幅增長外，其他型號光（guāng）刻機價（jià）格保（bǎo）持穩定。我（wǒ）們認（rèn）為全球光刻機行業為寡頭壟斷市場，價格波動較小，預計2022-2025年EUV光刻機出貨量進入小幅增長區間，價格（gé）將保（bǎo）持穩定（dìng），其他各類（lèi）型光刻機售價將持續穩（wěn）定。
　　3）光學係統占光刻機（jī）售價比例假設：蔡司半導（dǎo）體事業部主要生產超精密（mì）半導體光學係統，其主要客戶為（wéi）ASML。根據（jù）ASML以及蔡司公告，2015-2022年蔡司半（bàn）導體事業部90%的營收來自ASML，而蔡司半導體事業部為ASML光刻機光學係統唯一供應商（shāng）。因此，通過對蔡司半導體（tǐ）事業部收入以（yǐ）及ASML各光刻（kè）機出貨量以及平均售價情況（kuàng）進行分析，我們估算（suàn）得到各類型光刻機光學係統占光刻機售價比例的假設（shè）。
　　國產光刻（kè）機光學係統（tǒng）任重道遠，蔡司為全球光刻（kè）機光學係統龍頭（tóu）
　　蔡司為全球光刻機光（guāng）學係統龍頭，2022年（nián）市場占有率達到90%。根據ASML公告，蔡司為ASML光刻機核心光學係統主（zhǔ）要供應商，尤（yóu）其在EUV光刻機領域為唯一供應商。2016年，ASML直接以10億歐元投資獲得了蔡司半導體子公司Zeiss SMT 24.9%的股份，與蔡司半導體（tǐ）更是達成了“兩家公司，一項業務”的合作原則，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（duì）龍（lóng）頭後（hòu），蔡司也（yě）成為光刻機光學係統領（lǐng）先企業，基於ASML以及蔡司公告，2022年我們測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數與蔡司仍有較大（dà）差距，國（guó）產光刻機光學係統任重道遠。我國在光學領域（yù）積累了豐富的技術經驗，在消（xiāo）費級、激光以及光通信領域均具有良（liáng）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（guó）距國際一流水（shuǐ）平（píng）仍有較大差距。目前，長（zhǎng）春光機所為國內超精（jīng）密光學領域的佼佼者，在DUV透（tòu）鏡係統以及EUV反（fǎn）射鏡係統均取得了（le）一（yī）定進展（zhǎn）。根據蔡司、ASML、國科精密和長春光機所官網，國科精密推出的DUV光刻（kè）機光學係（xì）統已可（kě）滿足90nm工藝節點，與蔡司（sī）DUV光學係統仍有三代以（yǐ）上的差距；而長春光機所承擔的國家科（kē）技重大專項項目“極紫外光刻關（guān）鍵技（jì）術研究”研製的EUV光學係統麵型精度與蔡司仍有較大差距。我國在光刻機光學（xué）係（xì）統領域與海外仍有較大差（chà）距，但近年來國內各企業、研究所（suǒ）已加大半導體光學研發力度（dù），技術能（néng）力有望快速提升。
　　前道光學檢測設備為主流方案，光學係（xì）統為重要支撐
　　良率控製為芯片（piàn）製造關鍵，檢/量測貫穿製造全過（guò）程
　　前道製程和先進封裝的質量控（kòng）製可劃分為檢測（Inspection）和量測（Metrology）環節。檢測指在晶圓表麵上或電路結構中，檢（jiǎn）測其是否出現異（yì）質情況，如顆粒汙染、表麵劃傷、開短路等對芯片工藝性能具（jù）有（yǒu）不良影響的（de）特征（zhēng）性結構缺陷；量測指對被觀測的晶圓電路（lù）上的結構尺寸和材料特性做出的（de）量化描述（shù），如薄膜厚度、關鍵（jiàn）尺寸、刻蝕（shí）深度、表（biǎo）麵形貌等物理性（xìng）參數的量測。根據檢測類型的（de）不同，半導體質（zhì）量控製設備可分為檢測設備和量（liàng）測設備（bèi）。
　　檢測+量測環節貫穿前道（dào）製程和先（xiān）進封裝全過程，光刻和刻蝕（shí）等工藝均需至少（shǎo）7種類（lèi）型量/檢測設備。量/檢（jiǎn）測設備主要（yào）應用於前道製程和先進封裝，基本覆蓋了各子環節（jiē），是保證（zhèng）芯片生產良率的關（guān）鍵（jiàn）要素（sù）之一。根據VLSI Research數據，檢測設備銷售占比較高（gāo），約為62.6%，其中納米圖形晶圓缺陷檢測（cè）設備為銷售額占比最高的設備，2020年銷售額為18.9億美（měi）元；量測設備中關鍵尺寸量測設備銷售額占比最高，2020年銷售額為7.8億美（měi）元。在前道（dào）以（yǐ）及先進封裝的具（jù）體工藝當中（zhōng），光刻、刻蝕以及CMP對於檢測（cè）和量測設備需求較高，均需（xū）至少7種不同類型的量/檢測設（shè）備（bèi）。
　　量（liàng）/檢測（cè）包括三大技術路線，光（guāng）學檢測技術市場占比超75%
　　半導體量/檢測包括光（guāng）學檢測、電子束檢（jiǎn）測和X光量測等（děng）技術。光學檢測（cè）技術、電子（zǐ）束檢測技術和X光量測技（jì）術的差異包（bāo）括檢測精度、檢測速度（dù）以及應用場景等。光學檢測技術在檢測速度方麵更具有優勢，相（xiàng）同條件下速度可比電子束檢測技術快1000倍以上。因此，電子束檢測技術主要應用在對吞吐量要求較低（dī）的（de）場景（jǐng），如納米量級尺度缺陷的複查，部分關鍵區域（yù）的表（biǎo）麵（miàn）尺度量測以及部分關鍵區域的抽檢等。與X光量測技（jì）術相比，光學檢測技術的適用範圍更廣，而X光量測技術主（zhǔ）要應用於特定金屬成分測（cè）量和超薄膜測量等特定（dìng）的領域，適用場景相對較（jiào）窄。
　　應用光學檢測技術的設備應（yīng）用場景廣泛，2020年市場占比超75%。應用光學檢測技術的設備可以較好實現精（jīng）度（dù）與速度之間的平衡，並（bìng）能夠滿足其他技術所不能實現的（de）功能，如三維形貌測（cè）量、光刻套刻測（cè）量和多層膜厚測量等應用（yòng）。根（gēn）據VLSI Research和QY Research數據，2020年全球半（bàn）導體檢測和量測（cè）設備市場中，應（yīng）用光學檢測技術（shù）、電子（zǐ）束檢測技術及X光量測技術的設備市（shì）場份額占比分別為75.2%、18.7%和2.2%，應用光學檢測技（jì）術的設備占比最大。
　　光學檢測技術被廣泛應用在量/檢測環節，技術分類豐富。半導體光學量/檢測設備適（shì）用場景豐富（fù），在半導（dǎo）體先進製程當中應用廣泛。在檢測環節，光學檢測技術可進一步分為無圖形晶圓激光掃描（miáo）檢測技術、圖（tú）形晶圓成像檢測（cè）技術和光刻（kè）掩膜板成（chéng）像檢測技（jì）術。在量測環節，光學檢測技術基於（yú）光的（de）波動性和相幹性實現測量遠小於波長的光學尺度，集成電路製造（zào）和先進（jìn）封裝環節中的量測（cè）主要包括三維形貌量測、薄膜膜厚量測、套刻（kè）精度量測、關鍵尺寸量測等。
　　半導（dǎo）體量/檢測設備分辨率持續提升，2024年（nián）配套光學係統市場規模有望達到13億美元
　　半導體（tǐ）製程已向亞納米（mǐ）發展，推動量/檢測技術發展。頭（tóu）部半導體製造商（shāng）已將製程提升至3nm工藝，三維FinFET晶體管、3D NAND等新技術已成（chéng）為行業內主流工藝技術（shù）。為（wéi）滿足檢（jiǎn）測和量測技術向高速度、高靈敏度、高準確度、高重複性、高性價比的發展趨勢和要求，行業內通過提升分辨率、提升算法和軟（ruǎn）件性能、以及提升設備吞吐量（liàng）等方式進行改進，例如（rú）增強照明的光強、光譜範圍延展至DUV波段、提高光學係統的數（shù）值孔徑（jìng）、增加照（zhào）明和（hé）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。
　　光學係統為半導體光學檢測設（shè）備重要組成，需（xū）滿足高NA低像差。半導體光學檢測設備光路設計較為複雜（zá），且對於光學係（xì）統質量要求（qiú）較高。以典型的明場光學缺陷檢測（cè）裝備為例，該設備采用（yòng）柯勒照明光路將高（gāo）亮寬譜（pǔ）等離子體光源光束調製成超均勻、特定光束截麵形（xíng）狀的偏（piān）振光束；之後利用高NA低像差的物鏡係統收集矽片結構圖形缺陷引起的散射（shè）光，再通（tōng）過折反混合透（tòu）鏡組與變焦透鏡組相結合（hé）的成像光路將散射光成像至時間延遲積分（TDI）相機；最後利用基於片對片的圖像差分處理算法實現缺陷信號的準確識（shí）別。
　　進入10nm製（zhì）程以下時代，半導體光學檢測（cè）設（shè）備需升級光源至VUV光。目前，美國（guó）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（xiàn）亞30nm的缺陷檢測靈敏度，並且產率能夠（gòu）維（wéi）持1WPH（Wafer Per Hour）36nm，適用（yòng）於1X nm及以下節點（diǎn）工藝生產線上的矽片（piàn）結構圖形缺陷檢測。為了實現先進製程亞納米級缺陷檢測，行業內需針對半導體材料的反射、透射特性對於光路係統進行特殊設計。根據KLA Workshop信息，KLA采（cǎi）用LSP光源（yuán）技術以（yǐ）達到納米級缺陷檢測，其中光學係統與EUV光刻（kè）機類似，需使用超精密光學加工的反射鏡進行光路設（shè）計。因此，我們認為隨著納米級缺陷檢測（cè）需求增加，設（shè）備需（xū）采用超精密光學加工技術的反射鏡替代部分透鏡，光路係統設（shè）計也將更（gèng）為複雜，總體看光學係統價值量占比有望提升。
　　半導體量/檢測設備光（guāng）學係統價值量提（tí）升，我們預（yù）計2024年全球半導體量（liàng）/檢測設備光學（xué）係（xì）統市場規模有望達到13億美元。隨著先進製程發（fā）展，10nm以（yǐ）下製程節點快速發展，先進製程所需的半（bàn）導體量/檢測設備對於精度以及吞吐量有較高要求。以全球半導體量/檢測設備龍頭（tóu）KLA為例，KLA為了適應10nm以（yǐ）下工藝節點缺陷推（tuī）出了寬光譜DUV連（lián）續激光光學檢測（cè）係統，其對於（yú）光學係統提出了（le）更高要求。根（gēn）據我（wǒ）們對於全球半導體量/檢測設備市場規模、光學係統價值量占比等因素的預測，我們（men）認為全球半（bàn）導體（tǐ）量/檢測（cè）設備配套的光學（xué）係（xì）統市場規模有望（wàng）在2024年（nián）達到（dào）13億美元。
　　1）2023-2024年全球半導體量/檢測設備（bèi）市場規模假（jiǎ）設：隨著製程越來越先進（jìn）、工藝環節不斷增加，量/檢測設（shè）備市場規模有望穩定增長。根（gēn）據華經產業研（yán）究院數據顯示，2021年（nián）晶圓製（zhì）造設備投資中量/檢測設備占比約為11%。根據Gartner以及（jí）SEMI預測數（shù）據，2024年全球晶圓製造設備市場規模將達（dá）到1000億美元。近年來，半導體製造（zào）所需的主要設備（bèi）未發生重大變化，我們認（rèn）為半（bàn）導體量/檢測設備在半導體設備市場占（zhàn）比有望保持為11%，預計2024年全球（qiú）半導體量（liàng）/檢測設（shè）備（bèi）市場規模為125億美元。
　　2）2024年配套光學係統價（jià）值量占比假設：根據Gartner數（shù）據，2018-2022年全球半導體（tǐ）量/檢測設備（bèi）市場規模保持穩定增長，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（zhōng）科飛測半導體量/檢測設備光（guāng）學類原材料平均每年為（wéi）總采購（gòu）成（chéng）本的35.5%。其中，除激光光源、相機、鏡（jìng）頭以及傳感器等（děng）零部件外，光學（xué）元器件占比約為光學類原材料的60%。通過以上數據，我們（men）測算量/檢測設備配套光學係統約占設備價值量的（de）10%。目前，國產半導體量/檢測設備製造水平處於行業中（zhōng）遊，設備成本拆分具備參考（kǎo）性，我們認為10%的假設具有一定合理性。
　　半（bàn）導體量/檢測設備國產替（tì）代正當（dāng）時，光學元件替代空間廣（guǎng）闊
　　KLA市占率超50%，設備（bèi）國產（chǎn）化率有望加速提升。根據VLSI Research和QY Research數據，全球（qiú）半導（dǎo）體檢/量測設備市場集中度較高，2020年KLA占據全球50%以上（shàng）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，占據了超過82%的（de）市場份額；國內市場也由美國和日本（běn）廠商壟斷，前五大廠商占據了超過（guò）78%的市場份額（é）。目前（qián），中國大陸半導（dǎo）體產（chǎn）業鏈處於高速發展期，從（cóng）上遊原材料到終（zhōng）端晶圓代工都有（yǒu）較大的技術突破。中國大陸檢/量測（cè）設備廠商在製程技術（shù）以及產品線均取得（dé）了一定突破，未來國產化率有望加速提升。
　　國（guó）內供應商一定具備供應能力（lì），茂萊光學半導體檢測光學營（yíng）收快速（sù）增（zēng）長。在（zài）半導體量/檢測設備領域，以茂（mào）萊光學（xué）為代表的國內頭部光學廠商已初步具備向行業頭部客戶供應相關光學模組的能（néng）力。根據（jù）茂萊（lái）光學招股說明（míng）書信息，茂萊光學已為Camtek、KLA等全球知（zhī）名半導體檢測裝備商研製半導體檢測光學模（mó）組，但目前相關（guān）市（shì）場仍被Newport、蔡司、Zygo、Jenoptik等海外光（guāng）學廠商主導。我們認為半導體量/檢測（cè）設備光學（xué）係統加工難度較光刻機更小，國內廠商（shāng）在（zài）初步掌握工藝後有望較快提升份額，2019-22H1茂萊光學半導體量/檢測光學營收保持較（jiào）快增（zēng）長，2021年營收已達到8052萬元。