半導體（tǐ）光學係統（tǒng）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（yè）級精密光學（xué）元器（qì）件製造難度高（gāo），應用於（yú）高科技行業的關鍵配套器件。參考茂萊光學招股說（shuō）明（míng）書的定義，我們根據精（jīng）度和用途的不同，可（kě）將光學元器件分為傳統光學（xué）元器件和精密（mì）光學元器件（jiàn），其中精密光學元器件根據應用領域的不同可進（jìn）一步細分為消（xiāo）費級精密光學元器件及工業級精密光學元器件。工業級精密光學元器件主要應用於工業測量、半導體、生（shēng）命科學、無人駕駛、生物識別、AR/VR檢測等高科技行業，對於工藝參數、技術（shù）性能、應（yīng）用環境（jìng）、作用效果等方麵要求較為苛刻（kè），對精密加工製造提出了（le）更高的要求。
　　超精密光學元（yuán）件加工技術考驗製造與（yǔ）係統仿真的結合（hé）能力。生（shēng）產製造高麵形精度、高光潔度（dù）、低反射率的光學（xué）元件，廠商需（xū）要在光學設計、材料選擇、加工工藝和後處理方麵具備優秀的技術能力（lì）。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，並根據設計要求選擇適（shì）合的材（cái）料（liào）。在加工（gōng）和後處理過程中，廠商需要將設計求轉化為加工和表麵處理操作，從而達到（dào）麵形精度、表麵光潔（jié）度（dù）和反射率等技術參數。在原有（yǒu）的拋光技（jì）術、鍍膜（mó）技術、膠合技術和主動裝調技術等製造技術的基礎上，根據蔡司官網信（xìn）息，超精密光學加工還需要實現複雜儀器（qì）係統（tǒng）設計及仿真、高端鏡頭優化設計（jì）及模擬分析（xī）、自動控製（zhì）及信號采集係統設計及快速（sù）實施（shī）、圖像形態學/融合/超（chāo）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統的設計與製造。
　　國（guó）產替代空間廣闊，國內廠商發力超精密光學領域
　　國內超精密光學廠（chǎng）商設備（bèi）依賴進口，不利於國產光學廠商加工能力長期提升。長期以來，我國（guó）超精密光學行（háng）業關鍵製造、檢測設備較依賴進口，國產相關設備（bèi）可靠性較低。根據《關於南（nán）京茂萊光學科（kē）技股份有限公司首次公開發行（háng）股票並在科（kē）創板上（shàng）市申請文件的審核問詢函之回（huí）複（fù）》披露，茂萊光學在生產環（huán）節中使用的（de）關鍵（jiàn）進口設備包括鍍膜機、幹涉儀、拋光機、研磨機、測量儀等，主要（yào）來源國家（jiā）及地區包括德國、美國、日本、英國、新加坡、韓國（guó）、馬來西亞、泰國、中國（guó）香港及中國台灣。雖然絕大多數製（zhì）造、檢測設備已存在（zài）國產替代供應（yīng）商，但是部分鍍膜機、磁流變拋光機設備暫無國（guó）產替代選擇。短（duǎn）期看，進口設備訂單履約較（jiào）為順利，國內超精密光（guāng）學廠商可使用進口設備進行工藝研發生產。長期看，如果國內廠商逐步進入高端（duān）光學領域、國際貿易摩擦升級，若國內不能在關（guān）鍵製造、檢測設備形成自主可（kě）控，或影響國產半導體、生命科學領域光學（xué）係統發展。
　　國（guó）產超精密光學加（jiā）工設備與海外仍有較大差距。我國（guó）高端光學元件超精密製造技術及裝備，相比國際前沿存在階段性差距，成為製（zhì）約高端裝備製造（zào）業（yè）發展的重（chóng）大短板。根據《高端光學元件超（chāo）精（jīng）密加工技術與裝備發（fā）展研究（2023）》（作（zuò）者：蔣莊德，李常勝，孫林等），超精密（mì）光學元件製造的基礎為高端光學加工機床，目前我國雖初步（bù）形（xíng）成了超（chāo）精密（mì）加工機床自主研發（fā）能力，產（chǎn）品品種基本滿足重點領域（yù）需求（qiú），但以04專（zhuān）項實施完（wán）畢後的狀態（tài）來判斷，我國機床行業與國（guó）際先進水平仍有15年左右的差距，國內光學廠商基本依賴進口超精（jīng）密光學加（jiā）工、檢測設備及核心零部件。
　　國內已培育出一批在關鍵（jiàn）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（yuán）件自主可控。目前，包括4m及以（yǐ）上口徑光學元件毛（máo）坯製造基礎裝備、輕量化及超精密磨削裝備、亞納米級加工裝備、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外禁運狀態。國內企業已在消費級、工業（yè）級光學元件領域成長為龍頭企業（yè），正圍繞超精密光學元件領（lǐng）域（yù）尋求突破。當（dāng）前國內已培（péi）育了一批在高端設備領域基礎良好的企業（yè），正重點突破全頻譜納（nà）米/亞納米級精（jīng）度創成、近無缺陷高表麵完整（zhěng）性加工、超精密機床正向設計與（yǔ）數據資源建構、超精密智能機床製造（zào）等共性關鍵技術，我國有望逐（zhú）步實現國產光學元件超精密光（guāng）學自主可控。
　　2026年全球工業級精密光學市場有望達到268億元
　　預計2026年全球工業級精密光學元器件市場規（guī）模達到268億元。根據弗若斯特沙利文數據（轉引自（zì）茂萊光（guāng）學招股說明書），2022年全球工業級精密光學市場規模為159億元，預計2026年市場規模（mó）將達到268億元，對應2022-2026年CAGR為14%。受益於生（shēng）命科學、半導體、無人駕駛、生物識別、AR/VR檢測等下遊（yóu）領域的快速（sù）發展，下遊客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代，工業級精密（mì）光學市場規（guī）模有望持續增長。
　　半導體設（shè）備（bèi）及生命科學為全球工業級（jí）精密光學重要細分應（yīng）用。受益於科研及先進製造行業快速增長、半導體及（jí）生命科（kē）學領域不斷提高精度以（yǐ）及輕量化要求，我們認為工業級（jí）精密光學元器件的重要性有望持續提（tí）升。根（gēn）據弗若斯（sī）特沙利文數據（jù）（轉引自茂萊光（guāng）學招股說明書），在生命科（kē）學領域，工業（yè）級精密光學產品主要（yào）應用在基因測序儀、口（kǒu）腔醫療器械等設備，且預（yù）計2026年市場規模將（jiāng）達到（dào）53億元，對（duì）應2022-2026年CAGR為11%；在（zài）半導體領域（yù），工（gōng）業級精密光學產品主（zhǔ）要應用在半導體檢測以及光刻機等高端設備，預計2026年市（shì）場規模將達到56億元，對應2022-2026年CAGR為12%。
　　當前德國及日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（píng）借悠久的曆史傳承、完善的產業鏈體係以及（jí）領先（xiān）的加工能（néng）力，德國及（jí）日本擁有一批享譽全球（qiú）的光學元器件企業，包括蔡司、尼康（kāng）、佳能、Jenoptik、徠卡、奧林巴斯等。作為光學元器件（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備（bèi）並掌握超精密光（guāng）學加工（gōng）技術。根據弗若斯特沙利文數（shù）據（轉引自茂萊光學招股說明書），2021年（nián）蔡司、尼康、佳能、Newport、Jenoptik、徠卡、奧林巴斯（sī）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的市場份額分（fèn）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（bìng）與國內光學加工企業建立外協關（guān）係（xì），國內精密光學企業抓住了產業轉移的（de）機遇，在產品設計、製造、檢測等（děng）關鍵環（huán）節技術水平逐步縮小與國際廠商的差距，根（gēn）據茂萊光學測算，2021年在半導體（tǐ）和生命（mìng）科學（xué）領域市場份額分別達到了6%和12%。
　　貫穿半導體製造全流程，精（jīng）密光學係（xì）統為“產業基（jī）礎”
　　半導體製程持續升級，製造工序及投資均大幅增長
　　半導（dǎo）體製程進步需開發更（gèng）高集成（chéng）密（mì）度工藝，實現（xiàn）難度持續增大。半個世（shì）紀以來，半導（dǎo）體器件性能的增長率遵（zūn）循著名的摩爾定律，先（xiān）進半導體製程已從平麵結構發展至（zhì）3D結構，晶體管麵積不斷縮小，集成電路可容納的晶體管數目保持約18個月翻倍的規（guī）律。根據MKS萬機（jī）儀器手冊信息，我（wǒ）們可以看到3D NAND架構將（jiāng）內存單元（yuán）堆疊以減少總體占用空間；FinFET晶體管使用3D方法製造以減少隧穿（chuān）效應。隨著半導體（tǐ）器件集成度提升，行業需要使用更為複雜的製（zhì）造工藝，對於材料和設備均提出了更高的要（yào）求。
　　4nm及以下節點半（bàn）導體製程工序已增（zēng）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（dào）95%。根據（jù）Yole數據（轉引自《中（zhōng）國集成電路檢測和測試產業技術創新路線圖》（集成電路（lù）測試儀器與裝備（bèi）產業技術創新聯（lián）盟）），工藝（yì）節（jiē）點每縮減一代，工藝中產（chǎn）生的致命缺（quē）陷（xiàn）數量會（huì）增加50%，每一道工序的良率都要保持在非常高的（de）水平才（cái）能保證最（zuì）終的（de）良品率。根據中科飛測公告，28nm工藝節點的工藝步驟有數百道工序，由於采（cǎi）用多層套刻技術，14nm及（jí）以下節點工藝步（bù）驟增加（jiā）至近千道工序。當工序（xù）超過500道時，隻有保證每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（pǐn）率（lǜ）下降至99.98%時，最終的總良品率會（huì）下降至約90%。因此，製造（zào）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（běn）快（kuài）速提（tí）升，IBS數據顯示每5萬片3nm製程晶（jīng）圓設備投資將達到（dào）215億元。在摩（mó）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（xiǎo），導致生產技術與製造工序愈為（wéi）複雜，製造成本呈指數級上升趨勢。根據IBS統計（轉引自中芯國（guó）際招股說明書），隨著（zhe）技術節點的不斷縮小，集成電（diàn）路製造的設備投入呈大幅上升的趨（qū）勢。以5nm技術節點為例，其（qí）投資（zī）成本高達156億美元，是14nm的（de）兩倍以上，28nm的四倍左右。因此，芯片廠流片成本也出現較大幅度增加，根據The Information Network數據，12nm工藝的（de）流（liú）片成本大約（yuē）在300-500萬美元，5nm工藝流片的成本為4000-5000萬美元（yuán）；采（cǎi）用2nm工藝流片的成本高達1億美元。
　　光學係統貫穿半導（dǎo）體製造全流程（chéng），光刻以及量/檢測為半（bàn）導體設備重要（yào）組成
　　光刻機（jī）和半導體量/檢測為半導（dǎo）體設備重（chóng）要組成，設備升級推動技術節點進步。半導體設（shè）備擁有十大類設備，光刻機和量（liàng）/檢測設備為半導體製造重要（yào）設備（bèi）。根據Gartner數據（jù），光刻機和半導體量/檢測設（shè）備占半導體設備市場比例分別為17%和12%。當技（jì）術（shù）節點向5nm及以下升級時，半導體製造工藝出現較大變（biàn）化，微觀結構及製（zhì）造工序（xù）進一（yī）步複雜帶動工藝設備以及質量控製設備持續升級。DUV光刻機受其波長限製，其精度已無法滿足工藝要求，晶圓廠需要采購更為昂貴的EUV光刻機，或采用多重模板工藝，重複多次薄膜沉積和（hé）刻蝕工序以實現更小的線寬，使得薄膜沉積和刻蝕次數顯著增（zēng）加，對於良率（lǜ）控製也提出了更高要求。因此，我們認為未來晶圓廠需投入更多、更先進（jìn）的工藝設備及良率（lǜ）控製設備。
　　精密（mì）光學係統為光刻機以及（jí）量/檢測設備重要組成（chéng），覆蓋半導體製造全流程。在半導體製造過程中，生產一個合格器件需（xū）要數百道處理步驟，每道工序均需要使用相關（guān）設備進行製造以及良率控製。根據KLA（科（kē）天半導（dǎo）體），半導體量/檢測基本覆蓋半導體製造全流程，其中量/檢測設備原理以（yǐ）光學檢測為主，每道步驟都必須完美執行，以避免產生致命缺陷產生（shēng）。此外，對於半導體器件而（ér）言，光刻為結構形成的重要環節，光刻係統作為光刻機關鍵組成直接影響製（zhì）程、速度以及良率。因此，我們認為精密光學係統對於製（zhì）造工藝以及良率控製有重大影響，為半導體設備的核（hé）心係統。
　　光學係統為光刻機重要組成，蔡司（sī）為（wéi）全球龍頭
　　半（bàn）導體工業“皇冠”，光（guāng）刻（kè）機已升級至（zhì）EUV
　　光刻機為芯片生產的核心設備，直（zhí）接影響製程工藝節點（diǎn）。芯片生產主要包括沉積、光刻、蝕刻等7個步驟，其中光刻為實現圖形轉移功能的核心步（bù）驟：負責把芯（xīn）片設計（jì）圖案通過光學顯影技術轉移到芯片表麵，進而實現（xiàn）在半導體晶圓表麵製造微小結構。光刻機生產具備高技術門檻，需要高度精密的（de）物理設備（bèi）和嚴格（gé）的控製流程，以（yǐ）達到所需的製造精度。先進製程工藝需要先進的、高分辨（biàn）率（lǜ）的光刻機進（jìn）行適配，光刻機直接影響芯片的工藝製程與（yǔ）性能。
　　相同製程下，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單台設備價格約為1.5億美元，而ArFi DUV價（jià）格約為0.7億美元（yuán）。當製程進（jìn）步至7nm以下時，EUV光刻機被引入半導體製造並簡化了一些工藝步驟，為半（bàn）導（dǎo）體製造成本和效（xiào）率帶來了較大提升。若使用DUV光刻（kè）機，晶圓廠需（xū）要（yào）使用DUV進（jìn）行多次曝光才能完成7nm製程的圖形，而（ér）EUV僅需一次曝光（guāng）即可完成，降低曝光次數可減少不可控畸變，提升芯片的一致性和良率。根據台積電數據，台積（jī）電（diàn）首次使用EUV製造7nm芯片的工藝被（bèi）命名為N7+，與初代N7工藝相比，電路密度可提升（shēng）15%-20%；相同性能下，功耗可降低15%。
　　光學係統為光刻（kè）機核心組成，光刻機（jī）迭代帶動光（guāng）學係統升級
　　曝光係統（tǒng）為光刻機核心，光學（xué）元件廣泛應用於各光刻機係統。根（gēn）據中國工程院（yuàn）（轉引自（zì）前瞻產業研究院）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、工作台（tái）係統、曝光係統等，全球（qiú）供應商超過5000家。從光刻（kè）機結構看，工業（yè）級超精（jīng）密光學元件被反應用於光刻機各類子係統，各類反射鏡、透鏡（jìng）、光柵構成了光刻機複雜的光（guāng）學（xué）係統。其中，物鏡係統為光刻機核（hé）心組成，關（guān）係到光刻機分辨率以及良率。
　　回顧光刻機發展曆史，光學係統跟隨光源迭代不斷升級。光刻機自誕生以來，光源主要（yào）經曆了六次升級（jí），波長從436nm提升至13.5nm。蔡司作為全球超（chāo）精密光學龍頭，不斷推出新光學係統以適配光刻機升級。根據瑞利公式，光刻機發展需要再降低波長的同時提（tí）升數值孔徑，光學係統（tǒng）升級為光刻（kè）機提升分辨率的重要途徑，與光源係統一同影響（xiǎng）光刻技（jì）術（shù）的發展。在發展至EUV之前，光學係統的數值孔徑不斷增大，導致光學係統的鏡片數量以（yǐ）及體積（jī）也（yě）持續增（zēng）加。隨著光刻機發展至（zhì）EUV，13.5nm的EUV光會被透鏡吸（xī）收的特點（diǎn）也導致光（guāng）學係統進入“反射”時代，光學係統仍（réng）為光刻機最（zuì）重要的（de）組（zǔ）成之一。
　　DUV光（guāng）學係統為透鏡方案，紫外熔融二氧化矽（guī）或氟化鈣（CaF2）是（shì）DUV透（tòu）射光學基板的首選材料。投（tóu）影物鏡要將照明模組發射出的一（yī）階衍射（shè）光收進物鏡內，再把掩（yǎn）膜版上（shàng）的電路圖案縮小（xiǎo），聚焦（jiāo）成像在晶圓上，並且還要補償光學誤差，所以投（tóu）影物鏡（jìng）主要由多枚透（tòu）鏡組（zǔ）成。由（yóu）於材料的（de）典型透射率曲線（xiàn）會在200nm以下透射（shè）率急劇下降,DUV透鏡係統需要使用特殊材料紫外熔融二氧化矽（guī）或氟化鈣（CaF2）塗覆。同時，與DUV波長兼容的拋光（guāng）化合物和拋光工藝也需要被廣泛研究測試，一些拋光材（cái）料/化合物會吸收UV/DUV光，這會（huì）影響光學元件的可靠性和壽命；其他（tā）材料可能含有化合物，直接與DUV光（guāng）反應，導致係統損壞或故障。精密光學對（duì）表麵拋（pāo）光的要求更嚴（yán）格（gé），光學加（jiā）工是利用（yòng）計算機數控（CNC）、磁流變（biàn）計算（MRF）、傾斜度研磨（PL）和單點金（jīn）剛石車削（SPDT）工藝完成。
　　EUV光學係（xì）統升級為反射係統，掩膜版及物鏡係統均由特（tè）殊（shū）布拉格反射器（qì）構成。EUV波長為13.5nm，幾乎被一切材料（包（bāo）括空氣）吸收，因此EUV光學係統必須在真空條件下運行（háng），且（qiě）照明係統和投影物鏡係統僅使（shǐ）用反射光學元件即（jí）可使光從中間焦（jiāo）點傳輸（shū）到光陣。其中，反射鏡為布拉格（gé）反射器，是關（guān）鍵的係（xì）統組件，必須具有極低的表麵粗糙度（幾個原子）和高精度平麵度和曲率。EUV反（fǎn）射鏡表麵鍍有Mo/Si多層膜結構，最高（gāo）有100層堆疊，通過多層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，使反射率達到70%。由於沒有光學材料對EUV透（tòu）明，EUV光刻機使用的（de）掩膜版也必須為反射元件。
　　光學係統價值（zhí）量提升，2025年光刻機光學係統市場規模將達到60億美元
　　光學係統迭（dié）代，EUV鏡片較DUV鏡片（piàn）價格差距達到8倍（bèi）。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（jù）Edmund信息，EUV鏡片相較DUV鏡片單價較高，同等規格（gé）的（de）EUV和DUV鏡片的價格差距達到8倍。隨著先進製程進入3nm時代，EUV光刻機已被頭部晶（jīng）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（xì）統成為趨勢或將提升光學係統在（zài）光刻機當中的重要程度。
　　ASML光刻機包含超過10萬個零部件，光學（xué）係（xì）統供應商（shāng）主（zhǔ）要來自德國。根據中國工程院（轉引（yǐn）自（zì）前（qián）瞻產業研究院）信息，一台EUV光刻機包含（hán）了超過10萬個零部件，全球供應商超過5000家。從（cóng）光刻機的結構分析來看，美國光源（yuán）占27%，荷蘭腔體和英國真空占（zhàn）32%，日（rì）本材料占27%，德國（guó）光學係統占14%。
　　EUV升級帶動光刻機市場規（guī）模保持較快增長，2022年光刻機市場規模177億美（měi）元。光刻機市場前三（sān）大供應商占據了絕大多數市場份額，2017-2022年，三大供（gòng）應商的光刻機營收合計由80億美元增長至177億美元，對應（yīng）CAGR為17%。展望（wàng）未來，根據ASML信息，近年來光刻機市場在半導體（tǐ）總市場中的占比持續提升，且未來該趨勢有望（wàng）得以延（yán）續，主要（yào）考慮（lǜ）到半導體產業近年來快速發展，先進製程擴產帶來晶圓廠資本開支爬升，設備支出占比提升有望（wàng）為光刻機帶來（lái）持續增量，市場規模保（bǎo）持較快增長。
　　高端光刻機光學係統（tǒng）價值量高，2025年全球光刻機光學係統市場規模有望達到60億美元。隨著先進製程發展，EUV光刻機在全球範圍內出貨量持續增加，且下（xià）一代High-NA EUV有（yǒu）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（de）EUV光學係統價值量遠超其他類型光刻機光學係統，光學係（xì）統重要性日益提升。根據我（wǒ）們對於全球光刻機出貨量、售價、光學係統價格占比等因素的預測，我們估算全球光刻機光學係（xì）統市場規（guī）模有望在2025年達到60億（yì）美元，對應2022-2025年CAGR為25%。
　　1）2025年全球光刻機出貨量假設（shè）：根據ASML預測，2020-2030年全球半導體市場將（jiāng）保持穩定增長，期間CAGR為9%，半導（dǎo）體行業保持增（zēng）長將帶動晶圓需求（qiú）增加，其（qí）中，先進製程和成熟製程年均（jun1）複合增速較快，預計分別為12%和6%，晶（jīng）圓廠需（xū）進行擴產以滿足需求增長。因此，我們假設用（yòng）於生產先進製程的EUV光刻機以及輔助生產的ArF光刻機市場需求將快速增加，2025年出（chū）貨量有望分別（bié）達到80台和280台。
　　2）2025年光（guāng）刻機售價假（jiǎ）設：根據ASML數據，High-NA EUV價（jià）格有望達到（dào）3.5億美元；通（tōng）過分（fèn）析ASML各類（lèi）型光刻機2018-2022年售價，除EUV光刻機售價保（bǎo）持小幅增長外，其他型（xíng）號光刻機價格保持穩定（dìng）。我們（men）認為全（quán）球光刻（kè）機行業為寡頭壟（lǒng）斷市場，價格波動較小，預計2022-2025年EUV光刻機出貨量進入小（xiǎo）幅增長區（qū）間，價格將保持穩（wěn）定，其（qí）他各類型光刻機售價將持續穩（wěn）定（dìng）。
　　3）光學係統占光刻機售價比（bǐ）例假設：蔡司半導體事業部（bù）主要生（shēng）產超精密（mì）半導體光學係統，其主要客戶為ASML。根據ASML以及（jí）蔡司公告（gào），2015-2022年蔡司半（bàn）導體事業部90%的營收來自（zì）ASML，而蔡司半導體事業部為ASML光（guāng）刻機光（guāng）學係統唯一供（gòng）應商。因此，通過對蔡司半導體事業部收入（rù）以及ASML各（gè）光刻機出貨量以及（jí）平均售價情況進行分析，我們估算得到各類型光刻機光學係統占（zhàn）光刻機售價比例（lì）的假設（shè）。
　　國產光刻機光學係統任重道遠，蔡司為全球光刻機光學係統龍頭
　　蔡司為全球光刻機光學係統龍頭，2022年市場占有率達（dá）到90%。根據ASML公告，蔡司為ASML光刻（kè）機核心光學係統主要供應（yīng）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（gǔ）份（fèn），與蔡司半導體更（gèng）是達成了“兩（liǎng）家（jiā）公司，一項（xiàng）業務（wù）”的合作原則（zé），共同推動先進光刻機的開發。因此（cǐ），在ASML成長為光刻機市場絕對龍頭後，蔡司也（yě）成為光刻機光學係統領先企業，基於ASML以及蔡司公告，2022年我（wǒ）們測算蔡司（sī）在全（quán）球市場占有率已達到（dào）90%。
　　國產光刻機光（guāng）學元件參數與蔡司仍有較大差距，國產光刻機光學係統任重道（dào）遠。我國在（zài）光學領域積累（lèi）了（le）豐富的技術經驗，在消費級、激光以及光通信領域均具有良好的技術基礎，但在半導體等（děng）工業級超精（jīng）密光學領域（yù），我國距國際一流水平仍有較大（dà）差距。目前，長春光機所為國內超精密光學領域的佼佼者，在（zài）DUV透鏡（jìng）係統以及EUV反射鏡係（xì）統均取（qǔ）得了一定進展。根據蔡司、ASML、國科精密和長春光機所官網，國科（kē）精密推出的（de）DUV光刻機光學係統已可滿足90nm工藝節點（diǎn），與蔡司DUV光學係統仍有三代以上的差距；而長春光機所承擔的國家科技重大專（zhuān）項項目“極紫外光刻關鍵技術研究”研（yán）製的EUV光學係統麵型精度與蔡司仍有較大（dà）差距。我國在光刻機光學係統領域與海外仍有較大差距（jù），但近年來國內各企業（yè）、研究所已加大半導（dǎo）體光（guāng）學研（yán）發力度，技術能力有望快速提升。
　　前道光學檢測設備為主流方案，光學係統為重要支撐
　　良率控製為芯片製造關鍵，檢/量測貫穿製造全過程
　　前道製程和（hé）先進封裝的質量控製可劃分為檢測（Inspection）和量測（Metrology）環節（jiē）。檢測指在晶圓表麵上或電（diàn）路結構中，檢測其是否出現異質情況，如顆粒汙染、表麵劃傷、開短路等對芯片（piàn）工藝性能具有不（bú）良影響的特征性結構缺陷；量測指對被觀測的晶圓電路上的結構尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、關鍵尺寸、刻蝕深度、表麵形貌等物理性（xìng）參數（shù）的量測。根據檢測類型的不同，半導體質量控製設備（bèi）可（kě）分為（wéi）檢測設備和量測設備。
　　檢測+量測（cè）環節貫穿前道製程和先進封裝全過程，光刻和刻蝕等（děng）工藝均（jun1）需至少7種類型量/檢測設備。量/檢測設備主要（yào）應用於前道製程和先進封裝，基本覆蓋了各子環節，是保證芯片生產良率的關鍵（jiàn）要（yào）素之一。根據VLSI Research數據，檢測設備銷售占比較高，約為62.6%，其中納米圖形晶圓缺陷檢測設備為銷售額占比最高的設備，2020年銷售額為（wéi）18.9億美元（yuán）；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。在前道以及先進封裝的具體工藝當中，光刻（kè）、刻蝕以及CMP對於（yú）檢測和量測設備需求較高，均（jun1）需至少7種不（bú）同類型的量/檢測設備（bèi）。
　　量/檢測包括三大技術路線，光學檢測技術市場占（zhàn）比超75%
　　半導體量/檢（jiǎn）測包括光學檢測（cè）、電子束檢測和X光量（liàng）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、檢測速度以及應用場景等。光（guāng）學檢測技術在檢測速度方麵更具（jù）有優勢，相（xiàng）同條件下速度可比電子束檢測技（jì）術快1000倍以上。因（yīn）此，電子束檢測技術主要應用在對吞吐量要（yào）求較低的場景，如納（nà）米（mǐ）量級尺（chǐ）度缺陷（xiàn）的複查，部（bù）分關鍵區域的表麵尺度量測以及部分關鍵區域的抽檢等。與X光（guāng）量測（cè）技術相比，光學檢測技術的適用範圍更廣，而（ér）X光量測技術主要應用於（yú）特定金屬成分測量和超薄膜測量等特（tè）定的領域（yù），適用場景相對較窄。
　　應用光學檢測技術的設備應用場景廣泛，2020年市場占比超75%。應用光學檢測技術的設備（bèi）可以較好實現精度與速度之間的（de）平衡，並能夠滿足其他技術所不能實現的功能，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年全球半導體（tǐ）檢測和量測設備（bèi）市場（chǎng）中，應用光學檢測技術、電（diàn）子束檢測（cè）技術及X光（guāng）量測技（jì）術的（de）設備市場份額占比分別為75.2%、18.7%和2.2%，應用光學檢（jiǎn）測技術的設備占比最大。
　　光學檢測技（jì）術被廣泛應用在量/檢測環節，技術分類豐富（fù）。半導體光（guāng）學量/檢測設（shè）備適用場景豐富，在半導體先（xiān）進製程當（dāng）中應（yīng）用廣泛。在檢測環節，光學檢測（cè）技術可進一步（bù）分為無圖形晶圓激光掃描檢測技術、圖形晶圓成像檢測技術和光刻掩膜板成像檢（jiǎn）測技術。在量測環節，光（guāng）學檢測技（jì）術基於光的波動性和相幹性（xìng）實現測量遠小於波長的光學尺度，集成電路製造和先進封裝環節中的量測主要包括三維形貌量測、薄膜膜厚量測、套刻精度量測、關鍵尺寸（cùn）量測等。
　　半（bàn）導體量/檢測設備分（fèn）辨率持續（xù）提升，2024年配套光學係統市場規模有望達（dá）到13億美元
　　半導體製程已向（xiàng）亞納米（mǐ）發展，推動量/檢測技術發展。頭部半導體製造商已將製程提升至3nm工藝，三維FinFET晶體管、3D NAND等新技（jì）術已成為行業內（nèi）主流工藝（yì）技術。為滿足檢測和量測技術向高速度、高靈敏度、高準確（què）度、高重複（fù）性、高性價比的發展趨勢和要求，行業內通過提升分辨率、提（tí）升算法和（hé）軟件性能、以及（jí）提升設備吞吐量（liàng）等方式進行（háng）改進（jìn），例如增（zēng）強照明的光強、光譜範圍延展至DUV波段、提高光學係統的數值孔徑、增（zēng）加照明和采集的光學模式（shì）、擴大光學算法和光學仿真在檢測和量測領域（yù）的應（yīng）用（yòng）等。
　　光學係統為半導體光學檢測設備重要組（zǔ）成，需滿足高NA低像差。半導體光學檢測設（shè）備光路設計（jì）較為複雜，且對於（yú）光學係統質量要求較高。以典型的明場光學（xué）缺陷檢測裝備為例，該設備（bèi）采用柯勒照明光路將高亮寬譜等離（lí）子體光源光束調製成超均勻、特定光束截麵（miàn）形狀（zhuàng）的偏振光束；之後利用高NA低（dī）像（xiàng）差的物鏡（jìng）係統收集矽（guī）片（piàn）結構圖形缺陷引起的散射光，再通過折（shé）反混合透（tòu）鏡組與變焦透鏡組相結合的成像光（guāng）路將散射光成（chéng）像至時間（jiān）延（yán）遲積分（TDI）相機；最（zuì）後利用基（jī）於片（piàn）對片的（de）圖像差分處理算法實現缺（quē）陷信號的準確識（shí）別。
　　進入（rù）10nm製程以下時（shí）代（dài），半導體光學（xué）檢測設備需升級光源至VUV光。目（mù）前，美國KLA公司所開發的高（gāo）端（duān）K39XX係列和K29XX係（xì）列明場（chǎng）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（chí）1WPH（Wafer Per Hour）36nm，適用於1X nm及以（yǐ）下節點工藝生產線上的（de）矽（guī）片結構圖形缺陷檢測。為了實現先進製程亞納米（mǐ）級缺陷檢測（cè），行業內（nèi）需針對半導體材料的反射、透（tòu）射（shè）特性對於光路係統（tǒng）進行特殊設（shè）計。根（gēn）據KLA Workshop信息（xī），KLA采用LSP光源技術（shù）以（yǐ）達到納米級缺陷（xiàn）檢測，其中（zhōng）光學係統（tǒng）與EUV光刻機類似，需使用（yòng）超精密光學加工的反射（shè）鏡進行光路設（shè）計。因此，我們認為隨著（zhe）納米級缺陷（xiàn）檢（jiǎn）測需求增加，設備需采用超精密光學加工技術的反射鏡替代部分透（tòu）鏡，光路係統設計也將更為複雜，總體看光學（xué）係統價值量占比有望提升。
　　半導體量/檢測設備光學係統價（jià）值量提（tí）升，我們預計2024年（nián）全球半導體量/檢測設備光學係統市場規模有望達到13億美元。隨（suí）著先進製程發展，10nm以下（xià）製程節點快速發展，先進製程所需的半導（dǎo）體量（liàng）/檢測設（shè）備對（duì）於精度以及吞吐量有較高要求。以全球半導（dǎo）體量/檢測設備龍頭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連續激光光學檢測係（xì）統，其對（duì）於光（guāng）學係統提出了更高要求。根據我們對於全球半導體（tǐ）量/檢測設（shè）備市場規模、光學係統價（jià）值量占比等因（yīn）素的預測，我們認為全球半導體（tǐ）量/檢測設備配套的光學係（xì）統市場規模有望在2024年達到13億美（měi）元。
　　1）2023-2024年全球半導體量/檢測設備市場（chǎng）規（guī）模假設（shè）：隨著製程越來越先進、工藝環節不斷增（zēng）加，量/檢（jiǎn）測設備市場規模有望穩定增長。根據華經產業研究院數據顯示，2021年晶圓製造設備（bèi）投資中量/檢測（cè）設備占比約為11%。根據Gartner以及SEMI預測數（shù）據（jù），2024年全球晶圓製造設備市場規（guī）模將達到1000億（yì）美元。近年來，半（bàn）導體製造所需的主（zhǔ）要設備未發生重大變化，我們認為半導體量/檢測設備在半導體設備市場占比有望（wàng）保持為（wéi）11%，預計2024年全球半導體量/檢測設備市場規模為125億美元。
　　2）2024年配套光學係統價值量占比假設：根據Gartner數據，2018-2022年全球半導體量/檢測設備市場規（guī）模保持穩定增（zēng）長（zhǎng），2022年市場（chǎng）規模高達135億美元。根據中（zhōng）科飛測招股說明書信息，2019-2021年中科飛（fēi）測半導體量/檢測設備光學（xué）類原材料（liào）平（píng）均每年為總采購成本的35.5%。其中，除激（jī）光光源、相機、鏡頭（tóu）以及（jí）傳（chuán）感器等零部件外，光學元器件占比約（yuē）為光學類原材料的60%。通過以上數據，我們測算量（liàng）/檢測設備配套光學係統約占設（shè）備價（jià）值量的10%。目前，國產半導體量/檢測設備製造水平處於行業中遊，設備成本拆分具（jù）備參考性（xìng），我（wǒ）們認為10%的假設（shè）具（jù）有一定合理性。
　　半導體量/檢（jiǎn）測設備國產替代正當時，光學元件替代空間廣闊
　　KLA市占率（lǜ）超50%，設備國產化率有望加速提（tí）升。根據VLSI Research和QY Research數據，全球半導體（tǐ）檢/量測設備（bèi）市場集中度較高，2020年（nián）KLA占據全球50%以上（shàng）的市場（chǎng）份額，其（qí）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（wǔ）大（dà）廠商均來自美國和日本（běn），占據了超過82%的市場份額；國內市場也由美國（guó）和日本廠商（shāng）壟斷，前五大廠商占據了超過78%的市場（chǎng）份額。目前，中國大陸半導體產業鏈處於高速發展期（qī），從上遊原材料到（dào）終端晶圓代工都有較大的技術（shù）突破。中國大陸檢/量測設備（bèi）廠商在製程技術以（yǐ）及產品線均取得了一定突破（pò），未來國產化率（lǜ）有望加速提升。
　　國內供應（yīng）商一定具備供應能力，茂萊光學半（bàn）導體檢測光學營收（shōu）快（kuài）速增長。在半導體量/檢測設備（bèi）領域，以（yǐ）茂萊光學為代表的國（guó）內頭部光學廠商（shāng）已初步具（jù）備向行業頭部客戶供應相關光學模組的能力。根據茂萊光學（xué）招（zhāo）股說明書信息，茂萊光學已為Camtek、KLA等全球知名半（bàn）導體檢測裝備商研製半導體檢（jiǎn）測光學模組，但目前相關市場仍被Newport、蔡司、Zygo、Jenoptik等海外光學廠（chǎng）商主導。我們認為半導體量/檢測（cè）設備光學係統加工難度較光刻機更小，國內廠（chǎng）商在初步掌握工藝（yì）後有望較快提升份額，2019-22H1茂萊光學半導體（tǐ）量/檢測光學營收保持較快增長，2021年營收已達到（dào）8052萬元。