高端精密光學國產替代趨勢確定--蔡司

• 柯壯賓 2023年5月10日 來源：中研網 296 12
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近年來國家戰(zhàn)略持續(xù)向高端制造、自主可控傾斜，高端精密光學國產替代趨勢確定?？春脟鴥葟S商不斷突破核心技術，加快實現(xiàn)高端精密光學國產替代進程。

蔡司是全球光學行業(yè)標桿企業(yè)。蔡司成立于1846年，至今已有177年歷史。蔡司以生產顯微鏡起家，逐漸形成半導體制造技術、工業(yè)質量與研究、醫(yī)療技術和光學消費品市場四大業(yè)務板塊，業(yè)務遍及全球近50個國家和地區(qū)，擁有約30個生產工廠、60家銷售和服務公司以及27個研發(fā)基地，是光學和光電子領域的全球標桿企業(yè)。

生產顯微鏡起家，逐步拓展產品矩陣。1847年，公司開始生產顯微鏡；1890年，發(fā)布第一款相機光學鏡頭，切入光學消費品領域；1908年，開始轉向眼科測量儀器的研發(fā)，進入醫(yī)療光學領域；1931年，開始研制電子顯微鏡，豐富了工業(yè)領域的產品矩陣；1968年，為Telefunken生產用于光刻的新型光學器件，標志著公司進入半導體制造領域。

布局四大業(yè)務板塊，產品矩陣豐富。公司業(yè)務可劃分為四個部分，共九個戰(zhàn)略業(yè)務單元：

半導體制造技術（SemiconductorManufacturingTechnology）：包括光刻光學、光掩膜系統(tǒng)和過程控制解決方案，覆蓋了微芯片生產的各種關鍵工藝。

工業(yè)質量與研究（IndustrialQuality&Research）：1）工業(yè)質量檢測：例如坐標測量機、三維X射線檢測設備等，被廣泛用于汽車、工業(yè)、飛機建造、塑料工業(yè)等領域，提供生產質量檢測；2）科學研究顯微鏡：包含光學、電子、離子、X射線顯微鏡，被廣泛用于生命科學、材料研究、以及制藥等行業(yè)。

醫(yī)療技術（MedicalTechnology）：包含眼科手術器械和手術顯微鏡及可視化系統(tǒng)。

消費市場（ConsumerMarkets）：包含視覺護理、攝影、運動光學等。蔡司是世界上最大的眼鏡鏡片制造商之一，除此之外，還為客戶提供相機和電影鏡頭、望遠鏡等高端產品。

業(yè)績實現(xiàn)穩(wěn)定增長，持續(xù)投入高研發(fā)。蔡司過去20年業(yè)績穩(wěn)步增長，2002-22年營收CAGR7.0%、凈利潤CAGR15.8%。近幾年隨著半導體光刻需求快速增加，公司業(yè)績加速增長。22財年收入突破80億歐元，達到87.54億歐元，同比16.28%，歸母凈利潤11.55億歐元，同比10.34%。22財年公司研發(fā)費用率達13%，研發(fā)上保持高投入保證競爭優(yōu)勢。

圖：蔡司營業(yè)收入及同比

半導體制造技術占比持續(xù)提升。22財年，受益于下游旺盛需求，四大板塊業(yè)務收入均實現(xiàn)二位數(shù)增長，分別同比增長20.0%、14.7%、15.4%、12.6%。其中，半導體制造技術業(yè)務由于下游光刻需求快速增加，近兩年增長加速，收入占比超過30%。

發(fā)展歷程：由于光刻機直接決定了晶體管尺寸，而晶體管尺寸對于芯片的性能起決定性作用。因此在半導體產業(yè)不斷追求芯片尺寸更小、性能更強的背景之下，光刻機也不斷創(chuàng)新迭代。從最早的普通光源到使用193nm波長的DUV激光，再到13.5nm的EUV激光，制程節(jié)點已提升到7-3nm。據ASML，下一代EUV0.55NA光刻系統(tǒng)（將數(shù)值孔徑從0.33提升至0.55）預計2025年投產，進一步提高芯片生產效率。

市場格局：全球光刻機市場三足鼎立，AMSL龍頭地位凸顯。全球前道設備光刻機市場已基本被ASML、尼康、佳能所壟斷，2022年三家光刻機廠商合計出貨量達551臺。按平均售價測算，2022年全球市場規(guī)模達189億美元。其中，ASML獨占鰲頭，22年實現(xiàn)光刻機出貨345臺，其中EUV光刻機出貨40臺，系EUV唯一供應商。據ASML，公司未來將大幅提升產能，預計2025-26年將實現(xiàn)年產90臺EUV光刻機和600臺DUV光刻機，并且在2027-28年增產20臺HighNAEUV光刻機，未來市場潛力巨大。

光刻機主要包含五大核心基礎硬件模組：

1）光學系統(tǒng)：包含光源模組(Source)、照明模組(illuminationmodule)和物鏡模組(Optics)。紫外光從光源模組生成之后，被導入到照明模組，該系統(tǒng)要對光的能量、均勻度、形狀進行檢測和控制)，光穿過光罩后，物鏡模組將影像聚焦成像在晶圓表面的光阻層上；

2）光罩模組：分為光罩傳送模組(ReticleHandler)及光罩平臺模組(ReticleStage)。光罩傳送模組負責將光罩由光罩盒一路傳送到光罩平臺模組，而光罩平臺模組負責承載及快速來回移動光罩。

3）晶圓模組：分為晶圓傳送模組(WaferHandler)及晶圓平臺模組(WaferStage)。晶圓傳送模組負責將晶圓由光阻涂布機一路傳送到晶圓平臺模組，而晶圓平臺模組（一般是雙平臺）負責承載晶圓及精準定位晶圓來曝光。

光學系統(tǒng)是光刻機最核心的模塊，決定光刻機的工藝能力：

1）光源：光刻機的工藝能力首先取決于光源的波長。在摩爾定律驅動下，光刻設備由從最早的普通光源到使用193nm波長的DUV激光，再到13.5nm的EUV激光，制程節(jié)點已提升到7-3nm。

2）照明系統(tǒng)：照明系統(tǒng)位于光源和物鏡系統(tǒng)之間，通過調制，為掩膜提供成像曝光所需的照明模式和照明光場。照明系統(tǒng)主要包括擴束單元、光束整形單元、勻光單元以及照明物鏡四個關鍵部分，其主要作用是提供高均勻性照明、控制曝光劑量和實現(xiàn)離軸照明,以提高光刻分辨率和增大焦深。

3）物鏡系統(tǒng)：物鏡系統(tǒng)作為“光刻機之眼”，決定了光刻機分辨率以及套值誤差能力。通過大直徑物鏡可提升數(shù)值孔徑從而提高光刻機分辨率，通過多鏡片組合可修正圖像的形變從而提高成像質量。目前ASMLDUV光刻機中先進機種投影物鏡的高度超過1米，直徑大于40厘米，物鏡內各種鏡片的數(shù)量超過15片。

高精密光學鏡頭作為“光刻機之眼”，是光刻機最核心部件。高數(shù)值孔徑的鏡頭決定光刻機分辨率以及套值誤差能力。蔡司憑借著自身在光學設計、加工、檢測環(huán)節(jié)的深厚技術積累，是ASMLEUV極紫外光刻機鏡頭唯一供應商。目前，由蔡司生產的最新一代EUV光刻機反射鏡最大直徑1.2米，面形精度峰谷值0.12納米，表面粗糙度20皮米（=0.02納米=0.2埃），比很多原子的直徑都要小，也就是說達到了原子級別的平坦。憑借自身的先發(fā)優(yōu)勢和技術優(yōu)勢，蔡司在光刻機鏡頭市場地位顯著，市占率達到80%。

國內眼科器械市場需求大，市場呈現(xiàn)進口壟斷。伴隨著青少年屈光不正患病率提高，中老年白內障手術量增加，我國眼科器械市場增長迅速，據貝殼研究院，2021年市場規(guī)模達375億元，2017-21年CAGR為18.5%。而眼科醫(yī)療設備行業(yè)技術壁壘高，呈現(xiàn)極高的進口壟斷率，蔡司、愛爾康、拓普康等海外公司占據絕大部分市場份額。

電子顯微鏡：市場保持穩(wěn)步增長，競爭格局相對穩(wěn)定

市場規(guī)模：近年來隨著全球對生命科學、材料研究的探索和研究持續(xù)深入，以及對半導體需求不斷擴大等，推動了高校、科研院所、半導體工業(yè)等領域對電子顯微鏡的需求，全球電子顯微鏡行業(yè)市場規(guī)模呈不斷增長趨勢。據日本電子數(shù)據，2020年全球電子顯微鏡市場規(guī)模為27.64億美元，預計2026年將達到38.87%，2021-26年CAGR為5.8%。其中，掃描電子顯微鏡為主要細分市場，占比74%。而透射電鏡則由于技術水平和價格高、操作難度大，分辨率可達原子級別，主要對樣品晶體結構進行分析等，應用市場還尚未完全打開和釋放，故總體規(guī)模還較小，占全球電鏡的26%左右。

競爭格局：從行業(yè)參與者情況來看，由于技術水平較高、資金/人才投入大等因素影響，全球電子顯微鏡參與企業(yè)較少。目前，全球電鏡市場競爭格局基本穩(wěn)定，形成了賽默飛(含F(xiàn)EI)、日本電子、日立高新、蔡司、TESCAN、COXEM等幾大電鏡巨頭。

國產替代：近年來，中國掃描電子顯微鏡市場規(guī)模呈現(xiàn)逐年增長的態(tài)勢且增速較快，均在10%左右。2020年，中國掃描電子顯微鏡市場規(guī)模實現(xiàn)16.72億元，受疫情影響，各單位對于掃描電子顯微鏡等科學儀器的采購預算增幅有所下調，故其同比增長率較2018-19年略有下滑，僅為9.21%。但由于國內掃描電子顯微鏡的技術水平與國際先進水平有一定差距，中國的掃描電子顯微鏡行業(yè)市場主要被海外知名掃描電子顯微鏡生產企業(yè)所占據，市場集中度較高，CR4在75%以上，其中蔡司市占率為22%，排名第一。

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