半導體光學係（xì）統行業專題報告：國（guó）產超（chāo）精密光學未來可期
　　光學行業“掌上明珠”，國（guó）產替代空間廣闊
　　光學行業“掌上明珠”，考（kǎo）驗廠商結合製造能力
　　工業級精密光學元器件製造難度高，應用於高科技行業的關鍵配套器件。參考（kǎo）茂萊光學招股說明書的定義，我們根據（jù）精度和用途的不同，可將光學元器件分為傳統光學元器件和精密光學元器件，其中精密（mì）光學（xué）元器件根據應用領域的不同可進一步細分（fèn）為消費級精密光學元（yuán）器件及工（gōng）業（yè）級精密光學元器件。工業級精密光學元（yuán）器件主要應用於工業（yè）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（yì）參數、技術性能、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（tí）出了更高的要求。
　　超精密光學元件加工（gōng）技術考驗製造與係統仿真的（de）結合能力。生產製造高麵形精度（dù）、高光潔度、低反射率（lǜ）的光學（xué）元件，廠商需要在光學設計、材料（liào）選擇、加工工藝和（hé）後處（chù）理方麵具備優（yōu）秀的技術能力。光學設計（jì）需要將客戶（hù）的需求（qiú）轉化為光學元件的幾何形狀和光學特性，並根據設（shè）計要求選擇適合（hé）的材料。在加工和後（hòu）處理過程中，廠商需（xū）要將設計求轉化為加工（gōng）和表麵處（chù）理（lǐ）操作，從而達到麵形精度（dù）、表麵光潔度和反射率等技術參數。在原有（yǒu）的拋光技（jì）術、鍍膜技術、膠合（hé）技術和主動裝調技術等製造技術的基礎上，根據蔡（cài）司（sī）官網信（xìn）息，超精密光學（xué）加工（gōng）還需要實現複雜儀器係統設計及仿（fǎng）真、高端鏡頭優化設計及模擬分析、自（zì）動控（kòng）製及信號采集係統設（shè）計（jì）及快速實施（shī）、圖像形態學/融合（hé）/超分辨/頻（pín）率域處理等圖像算法等計算機技術，從而實現超精密（mì）光學元件與係統的設計與製造。
　　國（guó）產（chǎn）替代空（kōng）間廣闊，國內廠商發力超精密光學領域
　　國內超精（jīng）密光學（xué）廠商設備依賴進口，不利於國產光學廠商加工能力長期提升。長期（qī）以來，我國（guó）超（chāo）精（jīng）密（mì）光學（xué）行業關鍵製造、檢測設備較依賴進口，國產相（xiàng）關設備可靠性較低。根據《關於南京茂萊光學科技股份有限公司首次公開發行股票並在科創板上市申請文（wén）件的審核問詢函之回複》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（jī）、幹涉（shè）儀、拋光機、研磨機（jī）、測量儀等，主要來（lái）源國家及（jí）地區包括德國、美國、日本、英國、新加（jiā）坡、韓國（guó）、馬（mǎ）來西亞、泰國、中國（guó）香港及（jí）中國台灣。雖（suī）然絕大多數製造、檢測設備已存在國產替代供應（yīng）商，但是部分鍍膜機、磁（cí）流變拋光（guāng）機設備暫無國產替代選擇。短期看，進口設備訂單履約較為順利，國內超精密光學廠商可使用進口設備進行工藝研發生產（chǎn）。長期看，如（rú）果國（guó）內廠商逐步進入高端光學領域、國際貿易摩擦升級，若國內不能在關鍵製造（zào）、檢測設備形成自主可控，或影響國產半導體、生命科學領域光學係統發展。
　　國產超精密光學加工（gōng）設備與海外仍有較大差距。我國高端光學元（yuán）件超精密製造技術及裝（zhuāng）備，相比國際前沿（yán）存在階段性差距，成為製約（yuē）高端裝備（bèi）製造業發展的重大短板。根據（jù）《高端光學元（yuán）件超精密加工技術與裝備發展（zhǎn）研究（jiū）（2023）》（作者：蔣莊德（dé），李（lǐ）常勝，孫（sūn）林（lín）等），超（chāo）精密光學元件製造的基礎為高端光學加工機床（chuáng），目前我國雖初步形成了超精密加工機床自主研發能力，產品品種基本滿足重（chóng）點領域需求，但以04專項實施完畢後的狀態來判斷，我國機床行業與國（guó）際（jì）先進水平仍有15年左右的差（chà）距，國內光學廠商基本依賴進口超精密光學加（jiā）工、檢測設（shè）備及核心零部件。
　　國內已培育出一批在關（guān）鍵設備及加（jiā）工領域具備巨大潛力的企業（yè），我（wǒ）國（guó）有望（wàng）逐步實現超精密光學元件自主（zhǔ）可控。目前（qián），包括4m及以上口徑光學元件毛坯製造（zào）基礎裝備、輕量化（huà）及超（chāo）精密磨削裝備、亞（yà）納米級加工裝備、超大口徑光學元件超精密測量儀器在內（nèi）的高端裝備處於國外禁運狀態。國內企業（yè）已在（zài）消費級（jí）、工（gōng）業級光學元件領域成長為龍頭企業，正（zhèng）圍繞超精密光學元件領域尋求突破。當前國內已培育了一批在高（gāo）端設（shè）備領域基（jī）礎良好的企業，正重點突破全頻譜納（nà）米/亞納米（mǐ）級精度創成、近無缺陷高表（biǎo）麵完整性加工、超精密機床正向設計與數據資（zī）源建構、超精密智能機床製造等共性關鍵技術，我國（guó）有（yǒu）望逐步實現國產光學元件超精密光學自主（zhǔ）可控。
　　2026年（nián）全球工業級精密光學市場有（yǒu）望達到268億元
　　預計（jì）2026年全球工業級精密光學（xué）元（yuán）器件市場規模達到（dào）268億元。根據弗若斯特沙利文數據（轉引自茂萊光學招股說明書），2022年全球工（gōng）業級精密光學市場（chǎng）規模為159億元，預計2026年（nián）市場規（guī）模將達到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檢測等下遊領（lǐng）域的快（kuài）速發展，下遊客戶對於精密光學係統提出了更高要求，有望推動（dòng）精密光學元（yuán）器件向工業級迭代，工業級精（jīng）密光學市場規模有望持續增長。
　　半導體設備及生命科學為全球工業級精密光學重要細分（fèn）應用。受（shòu）益於科研及先進製造行（háng）業快速增長、半導體及生命科學領域不斷提高精度以及輕量化要求，我們認為工業級精密（mì）光學元器件的重要性有望持續提升（shēng）。根據（jù）弗若斯特沙利（lì）文數據（轉引自（zì）茂萊光學招股（gǔ）說明書），在生命科學領域，工業（yè）級（jí）精密光學產品主要應用在基因測序儀（yí）、口腔醫療器械等設備，且預計2026年市場規模將達到53億元，對應2022-2026年CAGR為11%；在半導體（tǐ）領域，工業級精密（mì）光學產品主要（yào）應用在半導體檢測（cè）以及光刻機等高端設備，預計2026年市（shì）場規模將達到（dào）56億元，對應2022-2026年CAGR為12%。
　　當前德國及日本廠商（shāng）主（zhǔ）導（dǎo）工業級精密光學市場，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）鏈體係以及領先的加工能力，德國及日本擁有一批享譽全球的光學元器件企業，包括蔡司（sī）、尼康、佳能（néng）、Jenoptik、徠卡、奧林巴斯（sī）等。作為光學元（yuán）器件產業（yè）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並掌握超精密光學加（jiā）工技術。根據弗若斯特沙利文數據（轉引自茂萊光學招股說（shuō）明書），2021年蔡（cài）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的市場份額分別達到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內（nèi）光學加工企（qǐ）業建立外協關係，國內精密光學企業抓住了產業轉（zhuǎn）移的機遇，在產品設計、製造、檢測等關鍵環（huán）節技術水平逐步（bù）縮小與國際（jì）廠商的差距，根據茂萊光學測算，2021年在半導體和生命科學領域市場份額分（fèn）別（bié）達（dá）到了6%和12%。
　　貫穿半導體（tǐ）製造全流程，精（jīng）密光（guāng）學係統為“產業基礎”
　　半導體製（zhì）程持續升（shēng）級，製造工序及投資均大幅增長
　　半導體製程進步需開發更高集成密度工（gōng）藝，實現難度（dù）持續增大。半個世紀以來，半導體（tǐ）器件性（xìng）能的增長率遵循著名（míng）的摩爾定律，先進半導體製程已從平麵結構發展至3D結構，晶（jīng）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個月翻倍的規律（lǜ）。根據MKS萬機儀器手冊信息，我們可以看（kàn）到3D NAND架構將內存單元堆疊以減少總體占用空間；FinFET晶體管使用3D方（fāng）法製（zhì）造以減少隧穿效應。隨著半導體器件集成度提升，行業（yè）需要使用更為複雜（zá）的製造工藝，對於材料和設備均提出了更高的要（yào）求。
　　4nm及以下節點半導體製程工序已增至近千道，每道工序（xù）良率需超過99.99%才能保證整體良率達到95%。根據（jù）Yole數據（轉引自《中國集成電路檢測和測試產業技術創新路線圖》（集成電（diàn）路測（cè）試儀器與裝備產業技術創新聯盟）），工藝節點每縮減一代（dài），工藝中（zhōng）產生（shēng）的（de）致命缺陷數量會增加50%，每一道工（gōng）序的良（liáng）率都（dōu）要保（bǎo）持在非常高的水平才能（néng）保證最終（zhōng）的良品率。根據中科飛測公告，28nm工藝節點的（de）工藝步驟有數百道工序，由於采用多層套刻技術，14nm及以下節點工藝步驟增（zēng）加至近千道工序。當工序（xù）超過500道時，隻有保（bǎo）證每（měi）一道工序的（de）良品率都超過99.99%，最終的（de）良品率方可超過（guò）95%；當單道工序的良品率下降至99.98%時（shí），最終（zhōng）的總良品率會下（xià）降至約（yuē）90%。因此，製造過程中對工藝（yì）窗口的挑戰要求幾乎“零缺陷”。
　　先進（jìn）製程（chéng）芯片流片成本快速提升，IBS數據顯示每（měi）5萬片3nm製程晶圓設備投資將達到215億元。在摩（mó）爾定律的推動下，元器件集成度的大（dà）幅提高要求集成電路線寬不（bú）斷縮小（xiǎo），導致生產（chǎn）技術與製造工序愈為（wéi）複（fù）雜，製（zhì）造成本呈指數級上（shàng）升（shēng）趨勢。根據IBS統計（轉引自中芯國際招股說明書），隨著技術節點的不斷縮小（xiǎo），集成電路製造的設備投入（rù）呈大幅上升的趨勢。以5nm技術節（jiē）點為例（lì），其投資成本（běn）高達156億美（měi）元，是14nm的兩倍以上（shàng），28nm的四倍左右（yòu）。因此，芯片（piàn）廠流片成本也出現較大幅（fú）度增加，根據The Information Network數據，12nm工藝的流片成本大約（yuē）在300-500萬美元，5nm工藝流片的成本為4000-5000萬美元；采用2nm工（gōng）藝流片的（de）成（chéng）本（běn）高達1億（yì）美元。
　　光學係統貫穿半導體製造全流程，光刻（kè）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（tǐ）設備（bèi）重要組成（chéng），設備升（shēng）級推動技術節點進步。半導體（tǐ）設備（bèi）擁有十大類設備，光刻機和（hé）量/檢測設備為半導體製造（zào）重（chóng）要設備。根（gēn）據Gartner數據，光刻機和半導體量/檢測設（shè）備占半導體設備市場（chǎng）比例分別為17%和12%。當（dāng）技術節點向5nm及以下升級時，半導體製造工藝出現較大變化，微觀結構及製（zhì）造工序進一步（bù）複雜帶動工藝設備以及質量控製（zhì）設備持續升（shēng）級。DUV光刻（kè）機受其波長限製，其精度已（yǐ）無法滿足工藝要求，晶圓（yuán）廠需要采購更為昂貴的EUV光刻機，或采（cǎi）用多（duō）重模板工藝，重複多次（cì）薄膜沉積和刻蝕工序（xù）以實現更小的線寬，使得薄膜沉積和刻蝕次數顯著增加，對於良率控製也（yě）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）的工藝設備及良率控製設備。
　　精密光學係統為（wéi）光刻機以及量/檢測（cè）設備重要組成，覆（fù）蓋半導體製造全流程。在半導體製造過程中（zhōng），生產一個（gè）合格器件需要數百道處理步驟，每道工序均需要使用相關設備進行製造以及良率控製。根據（jù）KLA（科天半導（dǎo）體），半導體量/檢測基（jī）本覆蓋半導體（tǐ）製造全流程，其中量/檢測設備原理以光學檢測為主，每道步驟都（dōu）必須完美執行（háng），以避免產生致命缺陷產生。此外，對於（yú）半導體器（qì）件而言，光刻為結構形成的重（chóng）要環節，光刻係統作（zuò）為光刻機關鍵組成直接影（yǐng）響製程、速（sù）度以及良率。因此，我們認為精（jīng）密光學係（xì）統對於製造工藝以及良（liáng）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（kè）機重要組成，蔡司為全球龍頭
　　半導體工業“皇冠”，光刻機（jī）已升級至EUV
　　光刻（kè）機（jī）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、蝕刻等7個步驟，其（qí）中光刻為實現圖形轉移功能的（de）核心步（bù）驟：負責把芯片（piàn）設計圖案（àn）通過光學顯影技術轉移到芯片表麵（miàn），進而實現在半導體（tǐ）晶圓表麵製造微小結構。光刻機（jī）生（shēng）產具備高技術門檻，需要高度精密（mì）的物理設備和（hé）嚴格（gé）的控製流程，以達到（dào）所需的製造精度。先進製程工（gōng）藝需（xū）要先（xiān）進的（de）、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（zhì）程下，EUV較DUV可實現降本增效。EUV單台價格（gé）較高，約（yuē）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（yuán），而ArFi DUV價格約（yuē）為0.7億美（měi）元。當製（zhì）程進步至7nm以下時，EUV光刻（kè）機被引入半導體製造並簡化了一些工藝步驟，為半導體製造成本（běn）和效率帶來了較大提（tí）升。若使用DUV光刻機，晶圓廠需要使用（yòng）DUV進（jìn）行多次曝光才能（néng）完成7nm製程的圖形，而EUV僅需一次曝（pù）光即可（kě）完成，降低曝光次（cì）數可減少不可控畸變（biàn），提升芯片的一致性和良率。根據台積電數據，台積電首次使用EUV製造7nm芯片的工藝被命名為N7+，與初代N7工（gōng）藝相比，電（diàn）路密度可提升15%-20%；相同性能下，功耗可（kě）降低（dī）15%。
　　光學係（xì）統為光刻機核心組成，光（guāng）刻機迭代帶動光學係（xì）統升級
　　曝光係（xì）統為光刻機核心，光學元件廣泛應用於（yú）各光刻機係統。根據中國工程院（轉引自前瞻產業研究院）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、工作台係（xì）統、曝光係統等，全球供應商超過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類子係統，各類反射鏡、透鏡、光柵構成（chéng）了光刻機複雜的光學係統。其中（zhōng），物鏡係統為光刻機核心組成，關係（xì）到光刻機分辨率以及良率。
　　回顧光刻機發展曆史（shǐ），光學係統（tǒng）跟隨光源迭代不斷升級。光刻機（jī）自誕（dàn）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（xué）龍頭，不斷推（tuī）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（jiàng）低波長的同時提升數值孔徑，光學係統升級為光（guāng）刻機提升分辨率的重要途徑，與（yǔ）光源係統一同影響光刻技術的發展。在發展至EUV之前（qián），光學係（xì）統的（de）數值孔徑不斷增大，導致光學係統的鏡片數（shù）量以及體積也持續增加。隨著（zhe）光刻機發展至EUV，13.5nm的EUV光會被透（tòu）鏡吸收的特點也（yě）導（dǎo）致光學係統進入（rù）“反射”時代（dài），光學係統仍為光刻機最重要的組成之一。
　　DUV光學係（xì）統為透鏡（jìng）方案，紫外熔融（róng）二氧化矽或氟化鈣（CaF2）是DUV透射光學基板的首（shǒu）選材料。投（tóu）影物（wù）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，聚焦成像在晶（jīng）圓上，並且還要補償光學誤差，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（qǔ）線會在200nm以下透射（shè）率急劇（jù）下降,DUV透鏡係統需要使用特殊材料紫外熔（róng）融二（èr）氧化矽或（huò）氟化鈣（CaF2）塗覆。同時，與（yǔ）DUV波長兼容的拋光化合物和拋（pāo）光工藝也需要被廣泛研究測試，一些（xiē）拋光材料/化合物會吸收UV/DUV光，這會影響光學元件的可靠性和壽命；其他材料可能含有化合物，直接與DUV光反應，導致係統損壞或故障。精密光學對表（biǎo）麵拋光的要求更嚴格，光學加工是利用計算機數控（CNC）、磁（cí）流變計算（MRF）、傾斜度研磨（PL）和單點（diǎn）金剛石車削（xuē）（SPDT）工藝完成。
　　EUV光學係（xì）統升級為反射（shè）係統，掩膜版及物鏡係（xì）統（tǒng）均由特殊布拉格反射器構成。EUV波（bō）長為13.5nm，幾乎被一切材料（liào）（包括空氣）吸收，因此EUV光學係統（tǒng）必（bì）須在真空條件下運行，且照明係統和投影物鏡係統僅使用反射（shè）光學元件（jiàn）即可使光從中間焦點傳輸到光陣。其中，反射鏡為（wéi）布拉格（gé）反射器，是關鍵的係統組件，必須具有極低的表麵粗糙度（幾個（gè）原子）和高精度平麵度和曲率。EUV反射鏡表麵鍍有（yǒu）Mo/Si多層（céng）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（yǔ）Fraunhofer IOF研究所共同研發獨（dú）特的鍍膜係統，使反（fǎn）射率達（dá）到70%。由於沒有光（guāng）學材料對EUV透明，EUV光刻機使用的掩（yǎn）膜版也（yě）必須為反射元件。
　　光學係統（tǒng）價值量（liàng）提升，2025年光刻（kè）機（jī）光學係統市場規模將達到（dào）60億美元
　　光學係統（tǒng）迭代（dài），EUV鏡片（piàn）較DUV鏡片價格差距達到8倍（bèi）。EUV光（guāng）學係（xì）統由（yóu）特殊（shū）布拉格反射鏡組成，製造工藝複雜，價格較高（gāo）。根（gēn）據Edmund信息，EUV鏡片相較DUV鏡片單價較高，同等（děng）規格的（de）EUV和DUV鏡片的價（jià）格差距達到8倍。隨著先進製程（chéng）進入3nm時代，EUV光刻（kè）機已（yǐ）被頭部晶圓廠大範（fàn）圍使用，下一代High NA EUV光刻機有望在2025年推（tuī）出（chū），EUV光學係統成為趨勢或將提升光學係統在（zài）光刻（kè）機當中的重要程度。
　　ASML光刻機包含超過10萬個零部件，光學係（xì）統供應（yīng）商主要來自德國。根據中國工程院（yuàn）（轉引自前瞻產業研究院（yuàn））信息，一台EUV光刻機包含了（le）超過10萬個零部件，全球供應商超（chāo）過5000家。從光刻機（jī）的結構分析來看，美國光源占27%，荷蘭腔體和英（yīng）國真空占32%，日本材料占27%，德國光學係統占14%。
　　EUV升級帶動光（guāng）刻機市場規模保（bǎo）持較快增長，2022年光（guāng）刻機市場（chǎng）規模177億美元。光刻（kè）機市場前三大供應商（shāng）占據（jù）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80億美元增長至177億美元，對應CAGR為17%。展望未來，根據（jù）ASML信息，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（shì）有望得以延續，主要考慮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（kāi）支爬升，設備支出占比提升有望為光刻機帶來持續增量，市場規模保持較快增長。
　　高端光刻機光學係統價值量高，2025年全球（qiú）光（guāng）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（chí）續增加，且下一代High-NA EUV有望在2025年出貨，EUV光（guāng）刻機市場占有率有望保持增長。由於（yú）EUV光學係（xì）統製造難度大，蔡司半導體事業部（bù）獨供的EUV光學係統（tǒng）價值（zhí）量遠超其他類型光刻機光（guāng）學係統，光學係統重（chóng）要性日益提升。根據我們對於全球光刻機出貨量、售價、光學係統價格占比等因（yīn）素的預測，我們估算全球光刻機光學係統市場規模有望（wàng）在2025年達到60億美元，對應（yīng）2022-2025年CAGR為25%。
　　1）2025年全球光刻機出貨（huò）量假設：根據ASML預測，2020-2030年全球半導體市場將保持穩定增長，期間CAGR為9%，半導體行業保持（chí）增長將帶動晶圓需求增加，其中，先進製程（chéng）和（hé）成熟製程年均（jun1）複合增速較（jiào）快（kuài），預計分別為12%和6%，晶圓廠需進行（háng）擴（kuò）產以滿足需求增長。因此，我們假設用於生產先進製程的EUV光刻機以（yǐ）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（wàng）分別達到80台和280台。
　　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各類型光刻機2018-2022年售價，除EUV光刻機售價保持小幅增長外，其他型號光刻機價格保持穩定。我們認為全球光刻機行業為寡頭壟斷（duàn）市場，價格波動較小，預計2022-2025年EUV光刻（kè）機出貨量進入小幅增長區間，價格將保持穩定，其他各類型光（guāng）刻機售價（jià）將持續穩定。
　　3）光（guāng）學係統占光刻機售價比例假設：蔡司半導體事（shì）業部主（zhǔ）要生產超精密半導體光學係（xì）統，其主要客戶（hù）為ASML。根據ASML以（yǐ）及蔡司公告，2015-2022年（nián）蔡司半導（dǎo）體事業部90%的營收來自ASML，而蔡司（sī）半導體（tǐ）事業部為ASML光刻機光（guāng）學（xué）係統唯一供應商。因此，通過對蔡司半導體事業部收入以及ASML各光刻機（jī）出貨量以及平均售（shòu）價情（qíng）況進（jìn）行分析，我們估（gū）算得到各類型光刻機光學係統占光刻機售價比例的假設。
　　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（tóu）
　　蔡司為全球光刻機光（guāng）學係統龍頭，2022年市場占有率達到90%。根據ASML公告，蔡司為ASML光刻機核心光學係統主要供應商，尤其在EUV光刻機領域為唯一（yī）供應商。2016年，ASML直接以10億歐元（yuán）投資獲得了蔡司半導體（tǐ）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（tuī）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（hòu），蔡（cài）司也成為光刻機光學係統領（lǐng）先企業（yè），基於ASML以及蔡司公告，2022年我們測算蔡司在全球市場占有（yǒu）率已達到90%。
　　國產光（guāng）刻機（jī）光學元件參數與蔡司仍有較大差距，國產（chǎn）光刻機光學係統任（rèn）重（chóng）道遠。我國在光學領域積（jī）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（yǒu）良好的技術基礎，但（dàn）在半導體等工業級超精密（mì）光學領域，我國距國際一流水（shuǐ）平仍（réng）有較大差距。目前，長春光機所（suǒ）為國內超精密光學領域的佼佼者，在DUV透鏡係統以及EUV反射（shè）鏡係統均取得了一定進展。根據（jù）蔡司、ASML、國科精密和長春光機所官網，國科精密推出的DUV光（guāng）刻機光學係統已可滿足90nm工（gōng）藝節點，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（guó）家科技重大專項項目“極紫外光刻關鍵（jiàn）技術研究”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（jī）光學係統領（lǐng）域與（yǔ）海外仍有較大差距，但近（jìn）年來國內各企業、研究所已加大半導體光（guāng）學研發力度，技（jì）術能力（lì）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（kòng）製為芯片製造關鍵，檢/量測貫穿（chuān）製造全過程
　　前道（dào）製程和先進封裝的質量控（kòng）製可劃分為（wéi）檢測（Inspection）和量測（Metrology）環節。檢測指在晶圓表麵上或電路結（jié）構中，檢測其是否出現異質情況，如顆粒汙染、表麵劃傷、開短路等對芯片工藝性能具有不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（chǐ）寸（cùn）、刻蝕深（shēn）度、表麵形（xíng）貌（mào）等物理性參數的量測。根（gēn）據檢測類型的不同，半導體質量控製設（shè）備可分為檢測設備和量測設備。
　　檢測+量測環節貫穿前道製程和先（xiān）進封裝全過（guò）程，光刻和刻蝕等工藝均需至少（shǎo）7種類型量/檢測設（shè）備。量/檢測設備（bèi）主要應用於前道（dào）製（zhì）程和（hé）先進封裝，基本覆蓋了各子環節，是保證（zhèng）芯片生（shēng）產良率的關（guān）鍵要素之（zhī）一（yī）。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（xiàn）檢測設備為銷售額占比最高的（de）設備，2020年銷售額為18.9億美元；量（liàng）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（é）為7.8億美元。在前道以及先進封裝（zhuāng）的具體工藝（yì）當中，光（guāng）刻、刻蝕以及CMP對於檢（jiǎn）測和量測設備需求較高，均需至少7種不同（tóng）類型的量/檢測設備。
　　量/檢測包括三大技術路（lù）線，光（guāng）學檢測技術市場占（zhàn）比（bǐ）超75%
　　半導體量/檢測包括光學檢測、電子束檢測和X光量測等技術。光學檢（jiǎn）測技術、電子束檢測技術和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有優（yōu）勢（shì），相同條件下速度可比電子束檢測技術快（kuài）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的場景，如納米量級尺度缺陷的複查，部分關鍵區域的表麵尺度量（liàng）測以及部分（fèn）關鍵區域的抽檢等。與X光量測技（jì）術相比（bǐ），光學檢測技術的適用範圍更廣，而X光量測技術主要應用於特定金屬成分測量和超薄膜（mó）測量等特定的領域，適用場景相（xiàng）對較窄。
　　應用光學檢測技術的設備應用場景廣泛，2020年（nián）市場（chǎng）占比（bǐ）超75%。應用光學檢測技術的設備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（shí）現的功能（néng），如三（sān）維形貌測量、光刻套刻測量和多層膜厚測量（liàng）等應用。根據VLSI Research和（hé）QY Research數據，2020年全球半導（dǎo）體檢（jiǎn）測和量測設備市（shì）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2.2%，應用光學檢測技術（shù）的設備占比最大。
　　光學（xué）檢測技術被廣（guǎng）泛應用（yòng）在量/檢測環節，技術分類豐富。半（bàn）導體光學量/檢測設備適（shì）用場景豐富，在半導體先進製程當中應用廣泛。在（zài）檢測（cè）環節，光學檢測技術可進一（yī）步分為無圖形晶圓激光（guāng）掃（sǎo）描檢測技術、圖形晶圓成像檢測技術和光刻掩膜板成像檢測技術。在量測環節，光學（xué）檢測技術基（jī）於光的波（bō）動性和相幹性實現測量遠小（xiǎo）於波長的光學尺度，集成（chéng）電路製造和先進封裝環節中的量測（cè）主要包（bāo）括（kuò）三維形貌量（liàng）測、薄膜膜厚量測、套刻精（jīng）度量測、關鍵尺寸量測等。
　　半（bàn）導體量/檢測設備（bèi）分辨率（lǜ）持續提升（shēng），2024年配套光學係（xì）統市場規模有望達到13億美元
　　半導體製程已向（xiàng）亞納米發展，推動量/檢測技術發展。頭部半導體製造商已將（jiāng）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（háng）業內主流工藝技術。為滿足檢測和量測技術向高速度（dù）、高靈敏度（dù）、高準確度、高重複性、高性價比的發（fā）展趨勢（shì）和要求，行業內通過提升分辨（biàn）率、提升算法和軟（ruǎn）件性能、以及提升設（shè）備吞吐（tǔ）量等方式進行改進，例如增強照明的光強、光譜（pǔ）範圍延（yán）展至DUV波段、提高光學係統的數（shù）值孔徑、增加照明和采集的（de）光學（xué）模式、擴大光學算法和光學仿真在檢測和量（liàng）測領（lǐng）域的應用等。
　　光學係統（tǒng）為半導體光（guāng）學（xué）檢測設（shè）備重要（yào）組成，需滿足高NA低像差。半導體光學檢測設備光路設計較為複雜，且對於光學係（xì）統質（zhì）量（liàng）要求（qiú）較高。以典型（xíng）的明場光學缺陷檢測裝備為例，該設備采用柯勒照明光路將高（gāo）亮寬譜等離子體光（guāng）源光束調製（zhì）成超均勻、特定光束截麵形狀的偏振光（guāng）束；之後利用高NA低像差的物鏡（jìng）係統收集矽片（piàn）結構圖（tú）形缺陷引起的散射光，再通過折反混合透鏡組（zǔ）與變焦透鏡組相結合的成像光路（lù）將散射光成像（xiàng）至時（shí）間延遲積分（TDI）相（xiàng）機；最後利用基於片對片的圖像（xiàng）差分處理算法實（shí）現缺（quē）陷信號的準確識別。
　　進入10nm製程以下時代（dài），半導體光學檢測設備需升級光源至VUV光。目前，美國KLA公（gōng）司所開發的高端K39XX係列和K29XX係（xì）列明場光學缺（quē）陷檢測裝備（bèi）能夠（gòu）實現亞（yà）30nm的缺陷檢測靈（líng）敏度，並且產（chǎn）率能夠維持1WPH（Wafer Per Hour）36nm，適用於1X nm及以下節點工藝生產線上的矽片結構圖形缺陷檢測（cè）。為了（le）實現先進製程亞納米級缺陷（xiàn）檢測，行業內需針對半導體（tǐ）材料的反射、透射特性對於（yú）光路係統進行特殊設計。根據KLA Workshop信（xìn）息（xī），KLA采用LSP光源技術以達到納米級缺陷檢測，其中光學係統與EUV光刻機類似，需使用超精密光學加工的反射鏡進行光路設計（jì）。因此，我們認為隨著納米級缺陷（xiàn）檢（jiǎn）測需求增加，設備需（xū）采用超（chāo）精密光學加工技術的反射鏡替代（dài）部（bù）分（fèn）透鏡，光路係統設計也將更為複雜，總體看光學係統價值量占比有望提升。
　　半導體量/檢測設備光學係統價值（zhí）量（liàng）提升，我們預計2024年全球半導體量/檢測設備光學係統市場規模有望達到13億美元。隨著先進（jìn）製程發展（zhǎn），10nm以下製程節點快速發展，先進製（zhì）程所需的半導體（tǐ）量/檢測（cè）設（shè）備對於精度以及吞吐量有較高要求。以全（quán）球半導體量/檢測設備（bèi）龍頭KLA為例（lì），KLA為了適應10nm以下工藝節（jiē）點缺陷推出（chū）了寬光譜DUV連續激光光學檢測係統，其對於光學係統提（tí）出了更高要求。根（gēn）據我們（men）對於全球半導體（tǐ）量/檢測設備市場（chǎng）規（guī）模、光學係統價值量占比等因素的預測，我們認為全球半導體（tǐ）量/檢測（cè）設備配（pèi）套的光學係統市場規模有（yǒu）望在2024年達到13億美元。
　　1）2023-2024年全球半（bàn）導體量/檢測設備市場規模假設：隨著製程越來越先進、工藝環節不斷增（zēng）加，量/檢測設備市場規模有望（wàng）穩定增（zēng）長。根據華經產業研究院數據顯示，2021年晶圓製造設（shè）備投資中量/檢測設備占比約為11%。根據Gartner以及SEMI預測數據，2024年全球晶圓製造設備市場規模將（jiāng）達到1000億（yì）美元。近（jìn）年來（lái），半導體製造所需的主要設備未發生重大變化，我們認為半導體（tǐ）量/檢測設備在半（bàn）導體設備（bèi）市場占比有望保持為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（jiǎn）測設備市場規模保持穩定增長，2022年市（shì）場規模高（gāo）達135億美元。根據中科飛測招（zhāo）股說明書信息，2019-2021年中科（kē）飛測半導體量/檢（jiǎn）測設備光學類原材料平（píng）均每年為總采購成本的35.5%。其中，除激光光源、相機、鏡頭（tóu）以及（jí）傳感器等零部件外，光學元器件占比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（xué）係統約占設備價值量的10%。目前，國產半導體量/檢（jiǎn）測設備製造水平處於行業中遊（yóu），設（shè）備成本拆分具備參考性，我們（men）認為（wéi）10%的假設具有一定（dìng）合理性。
　　半導體量/檢測設備國產替代正當時，光學元件替代空間廣闊
　　KLA市占率超50%，設備（bèi）國產化（huà）率有（yǒu）望加速提升。根（gēn）據VLSI Research和QY Research數據，全（quán）球半導體檢/量測設備市場集中度較高，2020年KLA占據全球50%以上的市場份額，其他檢/量（liàng）測設備廠商（shāng）還包括應用（yòng）材料、日立（lì）、雷泰光電等。2020年全球前（qián）五大廠商均（jun1）來自美國和日本（běn），占（zhàn）據了超（chāo）過82%的市場份額；國內市場（chǎng）也由美國和日本廠商壟斷，前五大廠商占（zhàn）據了超過78%的（de）市場份額。目前，中國大陸半導體產業鏈處於高速發展期，從上遊原材料到（dào）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均取得了一定突破，未來國產化率有望加速提升。
　　國內供應商一定具備供應能力，茂萊光學半導體檢測光學營（yíng）收快速增（zēng）長。在半導體量（liàng）/檢測設備領域，以茂萊光學為代表的國內頭部光學廠商已初步具備向行業頭部（bù）客戶供應相關光學模組（zǔ）的能力。根據茂萊光學招股說明（míng）書信息，茂萊光學已為Camtek、KLA等全球知名半導（dǎo）體檢測（cè）裝備商（shāng）研製半導體檢測光學模組，但目前相關市場仍被（bèi）Newport、蔡司、Zygo、Jenoptik等海外光（guāng）學廠商主導。我們認為（wéi）半（bàn）導體量/檢測（cè）設備光學係統加工難度較光刻機更小，國內廠商在初步掌握工藝後有望較快提升份額，2019-22H1茂萊（lái）光學半導體量/檢測光學營收保持較（jiào）快增長，2021年營收已達到8052萬（wàn）元。