半導體光學系統行業專題報告：半導體設備基石，國產超精密光學未來可期.pdf

半導體光學系統行業專題報告：半導體設備基石，國產超精密光學未來可期。先進制程半導體設備仍為“卡脖子”環節，其中光刻機以及高端半導體量/檢測 設備國產化率不足 10%。受到國際政治博弈加劇等不利因素影響，我國亟需在 先進制程光刻機以及半導體量/檢測設備尋求國產替代。該類設備設計較為復 雜，零部件技術指標要求較高，產業鏈涉及較廣，其中光學系統作為最重要的 組成之一，分別占光刻機以及半導體量/檢測設備成本的 30%/10%。我國在光 刻機以及半導體量/檢測設備自主可控需核心光學系統達到國際一流水平，目前 我國頭部光學廠商已具備一定工業級超精密光學加工能力，隨著國內半導體行 業快速發展、設備自主可控比例提升，半導體設備光學系統具有巨大的國產替 代空間，我們建議重點關注潛在的半導體設備光學元件供應商。

光學行業“掌上明珠”，國產替代空間廣闊。超精密光學元件為光學元件市場 的“掌上明珠”，主要應用于半導體、生命科學等高科技行業，弗若斯特沙利文 預計（轉引自茂萊光學招股說明書）2026 年全球工業級精密光學市場規模將達 到 268 億元，對應 2022-2026 年 CAGR 為 14%。超精密光學元件制造考驗國 內廠商在制造設備、加工工藝等領域的綜合能力，目前國內廠商較海外龍頭仍有 較大差距。從競爭格局看，國內精密光學企業抓住了產業轉移的機遇，在產品設 計、制造、檢測等關鍵環節逐步縮小了與國際廠商的差距，根據弗若斯特沙利文 數據（轉引自茂萊光學招股說明書），2021 年國內精密光學企業在半導體和生 命科學領域市場份額分別達到了 6%和 12%。

貫穿半導體制造全流程，精密光學系統為“產業基礎”。半導體制程迭代需開 發更高集成密度工藝，實現難度持續增大，先進半導體制程已從平面結構發展至 3D 結構，晶體管面積不斷縮小。隨著半導體器件集成度提升，行業需要使用更 為復雜的制造工藝，對于材料和設備均提出了更高的要求。根據 Gartner 數據， 半導體設備擁有十大類設備，光刻機和量/檢測設備為半導體制造重要設備。光 刻機和半導體量/檢測設備占半導體設備市場規模的比例分別為 17%和 12%。精 密光學系統為光刻機以及量/檢測設備重要組成，覆蓋半導體制造全流程，對于 制造工藝以及良率控制有重大影響，為半導體設備的核心零部件系統。

光學系統為光刻機重要組成，蔡司為全球光刻機光學系統龍頭。光刻機為芯片 生產的核心設備，直接影響制程工藝節點。根據中國工程院（轉引自前瞻產業研 究院），一臺 EUV 光刻機包含了超過 10 萬個零部件，主要包括照明系統、工 作臺系統、曝光系統等，全球供應商超過 5000 家。光學系統為光刻機重要組成， 直接影響光刻機分辨率和良率，大約占光刻機成本的 30%。根據 ASML、蔡司 公告，我們認為高端光刻機光學系統價值量高，我們預計 2025 年全球光刻機光 學系統市場規模有望達到 60 億美元，對應 2022-2025 年 CAGR 為 25%。目前， 蔡司為全球光刻機光學系統市場絕對龍頭，我們測算蔡司市場占有率高達 90%， 而國內廠商雖具備了一定的光刻機光學系統制造能力，但與蔡司仍有較大差距。

半導體光學檢測設備為主流方案，光學系統為重要支撐。應用光學檢測技術的 半導體量/檢測設備使用場景較廣，根據 VLSI Research 和 QY Research 數據， 2020 年全球應用光學檢測技術設備市場份額為 75.2%。隨著半導體制程已向亞 納米發展，半導體量/檢測設備通過提升分辨率、提升算法和軟件性能、以及提 升設備吞吐量等方式進行改進，相關設備對于光學系統要求達到超精密光學等 級，價值量不斷提升。根據 Gartner、SEMI 以及中科飛測公告信息，我們預計 2024 年全球半導體量/檢測設備光學系統市場規模有望達到 13 億美元，而目前 市場仍被 Newport、蔡司、Zygo、Jenoptik 等海外光學廠商主導。