半导体光学系统行业专题报告：半导体设备基石，国产超精密光学未来可期.pdf

半导体光学系统行业专题报告：半导体设备基石，国产超精密光学未来可期。先进制程半导体设备仍为“卡脖子”环节，其中光刻机以及高端半导体量/检测 设备国产化率不足 10%。受到国际政治博弈加剧等不利因素影响，我国亟需在 先进制程光刻机以及半导体量/检测设备寻求国产替代。该类设备设计较为复 杂，零部件技术指标要求较高，产业链涉及较广，其中光学系统作为最重要的 组成之一，分别占光刻机以及半导体量/检测设备成本的 30%/10%。我国在光 刻机以及半导体量/检测设备自主可控需核心光学系统达到国际一流水平，目前 我国头部光学厂商已具备一定工业级超精密光学加工能力，随着国内半导体行 业快速发展、设备自主可控比例提升，半导体设备光学系统具有巨大的国产替 代空间，我们建议重点关注潜在的半导体设备光学元件供应商。

光学行业“掌上明珠”，国产替代空间广阔。超精密光学元件为光学元件市场 的“掌上明珠”，主要应用于半导体、生命科学等高科技行业，弗若斯特沙利文 预计（转引自茂莱光学招股说明书）2026 年全球工业级精密光学市场规模将达 到 268 亿元，对应 2022-2026 年 CAGR 为 14%。超精密光学元件制造考验国 内厂商在制造设备、加工工艺等领域的综合能力，目前国内厂商较海外龙头仍有 较大差距。从竞争格局看，国内精密光学企业抓住了产业转移的机遇，在产品设 计、制造、检测等关键环节逐步缩小了与国际厂商的差距，根据弗若斯特沙利文 数据（转引自茂莱光学招股说明书），2021 年国内精密光学企业在半导体和生 命科学领域市场份额分别达到了 6%和 12%。

贯穿半导体制造全流程，精密光学系统为“产业基础”。半导体制程迭代需开 发更高集成密度工艺，实现难度持续增大，先进半导体制程已从平面结构发展至 3D 结构，晶体管面积不断缩小。随着半导体器件集成度提升，行业需要使用更 为复杂的制造工艺，对于材料和设备均提出了更高的要求。根据 Gartner 数据， 半导体设备拥有十大类设备，光刻机和量/检测设备为半导体制造重要设备。光 刻机和半导体量/检测设备占半导体设备市场规模的比例分别为 17%和 12%。精 密光学系统为光刻机以及量/检测设备重要组成，覆盖半导体制造全流程，对于 制造工艺以及良率控制有重大影响，为半导体设备的核心零部件系统。

光学系统为光刻机重要组成，蔡司为全球光刻机光学系统龙头。光刻机为芯片 生产的核心设备，直接影响制程工艺节点。根据中国工程院（转引自前瞻产业研 究院），一台 EUV 光刻机包含了超过 10 万个零部件，主要包括照明系统、工 作台系统、曝光系统等，全球供应商超过 5000 家。光学系统为光刻机重要组成， 直接影响光刻机分辨率和良率，大约占光刻机成本的 30%。根据 ASML、蔡司 公告，我们认为高端光刻机光学系统价值量高，我们预计 2025 年全球光刻机光 学系统市场规模有望达到 60 亿美元，对应 2022-2025 年 CAGR 为 25%。目前， 蔡司为全球光刻机光学系统市场绝对龙头，我们测算蔡司市场占有率高达 90%， 而国内厂商虽具备了一定的光刻机光学系统制造能力，但与蔡司仍有较大差距。

半导体光学检测设备为主流方案，光学系统为重要支撑。应用光学检测技术的 半导体量/检测设备使用场景较广，根据 VLSI Research 和 QY Research 数据， 2020 年全球应用光学检测技术设备市场份额为 75.2%。随着半导体制程已向亚 纳米发展，半导体量/检测设备通过提升分辨率、提升算法和软件性能、以及提 升设备吞吐量等方式进行改进，相关设备对于光学系统要求达到超精密光学等 级，价值量不断提升。根据 Gartner、SEMI 以及中科飞测公告信息，我们预计 2024 年全球半导体量/检测设备光学系统市场规模有望达到 13 亿美元，而目前 市场仍被 Newport、蔡司、Zygo、Jenoptik 等海外光学厂商主导。