半 导体/行 业深度 分析报 告/2024.02.21 请阅读 最后 一页 的重 要声 明！晦极而明，半导体光学 迈向璀璨转折点 证券研究报告 投 资评 级:看好(维持)最近 12 月市场表现 分 析师 张 益敏 SAC 证 书编号：S0160522070002 相关报 告 1.国产 封装设 备发力，勾勒 三维集 成电 路新时 代 2024-01-19 2.AI 引领 复苏，重视技术 迭代增 量 2024-01-18 3.汽车 驱动芯 片：国 产企业 进入加 速放 量期 2023-12-29 半 导 体光 学 产业 链 深度 报 告 核 心观 点 光学领域仍为 设备自主可控最短板：国产 光刻 机（覆盖 90nm 工艺）与量检测 设备（明场 工艺可 覆盖 65nm）仍为 半导 体设备 自主可 控最 短 板。国 内光学 产业链 发力攻 克难关：量检 测等光 学设备 营收快 速增长，2023 年主 要上市公 司营收 规模合 计可能 达到十 余亿元，对上 游光学 元件 需 求有望 快速增 长。光学元件影响关键性能指标，进口依赖国外：半导 体光 学设备 使用激 光器、工 业相机（光电传 感器）、运 动平台（工件台）等多 种光 学元件；上述元 件技术 水平决 定光刻 机/量 检测设备 性能。2021 年 全球 半 导 体光 学 零 部件 市 场约 82亿 美 元，海 外 企业 占 据市 场主 导 地 位；国内进口 面临供应 链风险，制约 国内光刻 与量检 测设备 迈向更 高端制 程。精密光学制造加工难度大，国内尚存差距：加工、材 料、设 备等环 节共同决 定精密 光学的 工艺水 平，需 要漫长 时间的 积累与 磨合。VLSI 统计 2022 年全 球 工 业精 密 光学 加 工市 场规 模 160 亿 人 民币，多数蔡 司、尼 康等海 外企业占 据。我 国超精 密光学 加工产 业起步 较晚，整体仍 处于追 赶状态，进步 空间大。国内半导体光学产业链初具规模：受 益 于多个 行业 需 求带动 与国家 重大专项 支持，我国 半导体 光学产业 进步较 快：围绕光刻 设备平 台，长春光 机所、科益 虹 源、华 卓 精 科 等 企 业 技术 快 速 进 步；光 刻 与 量 检 测 设备存 在 大 量 技术 重叠，两大 领域 互 相支援、和谐 共振，加快国 内半导 体光学 产业发 展。投资建议：建议关注 英 诺激 光、大 族激 光、杰普特、埃科光电、奥普特、凌云光、苏 大 维格 等光学 元件企业，与 茂 莱 光 学、波 长光电、福晶 科 技、腾 景科技、炬 光科 技、福 光 股份、奥普光电等精密光学 加工 企业。风险提示：半 导体光 学产品 需求不 及预期；技术 研发不 及预期；海外 供应链风 险；行 业竞争 加剧。-37%-26%-16%-5%6%17%半导体 沪深300 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 2 行业深度分析报告/证券研究报告 表 1：重点公司投资评级:代码 公司 总市值（亿元）收盘价（02.20）EPS（元）PE 投资评级 2022A 2023E 2024E 2022A 2023E 2024E 301021 英诺激 光 23.29 15.37 0.15 0.20 0.36 173.10 77.62 43.12 未覆盖 002008 大族激 光 190.34 18.09 1.15 1.52 1.98 22.30 11.90 9.14 增持 688025 杰普特 48.45 51.01 0.82 1.42 2.63 54.13 35.92 19.40 增持 688610 埃科光 电 19.47 28.63 1.38-0.00-未覆盖 688400 凌云光 98.03 21.15 0.40 0.47 0.65 63.10 45.43 32.52 未覆盖 688502 茂莱光 学 60.19 114.00 1.49 1.55 2.10 0.00 73.55 54.29 增持 301421 波长光 电 49.44 42.72 0.71 0.52 0.74-82.39 57.48 未覆盖 002222 福晶科 技 100.33 23.47 0.53 0.55 0.67 29.87 42.70 35.20 未覆盖 688195 腾景科 技 29.88 23.10 0.45 0.39 0.62 50.65 59.05 36.98 未覆盖 002338 奥普光 电 57.65 24.02 0.34 0.61 0.88 65.40 39.70 27.45 未覆盖 数据来源：Wind，财通证券研究所，未覆盖公司 的预测数据来自 Wind 一致预期（基于 2024 年 2 月 21 日收盘数据）xXVCXvMtOmPoPpRsRsPoRoPaQaO7NoMqQtRmQeRqQtRkPmOsRaQqQxPvPnOqQNZmRmM 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 3 行业深度分析报告/证券研究报告 1 半导体光学：传统光 学跨 界电子领域的华丽转 身.5 1.1 半导体光学企业：基 于传 统业务，深度绑定设 备龙 头公司.5 2 半导体光学元件：光 刻/量检测设备核心构成.7 2.1 光学元件参数决定半 导体 光学设备性能.7 2.2 激光器：光学设备的 力量 之源.9 2.3 相机：半导体光学设 备的 目明之眼.12 2.4 运动平台系统与组件：精 准移动定位关键.14 3 精密光学制造：半导 体光 学上游核心.17 3.1 精密光学制造：半导 体光 学设备核心部件诞生 地.17 3.2 光学设备与材料：微 纳雕 琢的刻刀与精粹.20 4 国产半导体光学产业 链:多 个赛道充分发力.22 5 投资建议.25 6 风险提示.26 半导体光学产业链概 况.5 海外半导体光学产业 链上游主要企业格局 图.6 半导体光学设备中光 学零部件占比（2022 年估计）.6 2021 年全球半导体零 部件市场中光学零部 件占比.6 光罩光学缺陷检测设 备结构.7 暗场光学缺陷检测设 备结构图.7 典型暗场晶圆缺陷检 测设备的中的光学元 件.8 明场光学设备中的光 学元件.8 半导体光源波长与应 用对应情况.9 266nm 紫外激光器.10 光线波长对应不同 材料的光学性能.10 266 纳米波长光源产 生原理图.10 激光激励的宽光谱 等离子体（LSP）光源.11 2016-2022 年全球激光器市场规模(亿美元).11 内容目录 图表 目录 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 4 行业深度分析报告/证券研究报告 2020 年全球激光器 应用领域.11 TDI 相机原理及市 场概况.12 半导体量检测用工 业相机结构图.13 双能 X 射线检测用 TDI 设备原理图（双 传感 器）.13 X 射线检测效果图.13 海外运动平台产业 格局.14 平面光栅干涉（左）与激光干涉（右）工件 台定位.15 方镜结构图.15 碳化硅陶瓷方镜和 工件台.15 压电陶瓷系列产品.16 压电陶瓷调节运动 台位置.16 压电陶瓷调节镜片 位置.16 半导体量检测设备 光学系统.17 光刻机物镜的组装 结构件.17 蔡司公司超精密光 学模组的生产流程.18 超精密光学测量辅 助加工工序.19 蔡司早期手工生产 线.20 蔡司的现代化生产 线.20 超精密光学制造使 用的主要设备.21 德国肖特公司的高 端光刻用微晶玻璃.22 德国肖特公司 iline 玻璃.22 新原理光刻用量检 测与真空设备.22 新原理光刻非球面 镜表面检测.22 中国超精密光学主 要产业链情况.23 我国高端光学制造 装备发展路线图.24 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 5 行业深度分析报告/证券研究报告 1 半导体光学：传统 光 学 跨 界 电 子领 域 的 华 丽 转 身 1.1 半 导体 光学企 业：基于传 统业 务，深 度绑 定设备 龙 头 公司 半导体光学产业 伴随着 集 成电路 产业的 发展应运 而 生，与光刻与 量检测 设 备 关系密切。早期 芯 片的 生产 规 模较小，集成 电路线宽 较 粗糙；光刻与 量检测设 备 使用量 相对有限，技术 设计也 相对简单，对半导 体光学 元件的需求 量较小。此时 半导体光学 尚未形成独立 的产 业链。半导体 光学 产业 链概况 数据来 源：TEL 官网，Direct industry，ZEISS 官网，Leica 官网，hamamatsu 官网，屹持 光电 官网，Semiwiki，财通证 券研 究所 伴随 半导体 产 业的 不断 发 展，集成电路 线 宽不断 缩 小；光刻与量 检测 等光 学 设备出货量 快速 增长，设计 也 愈发复 杂精 密。光学设备的 半导体光学元件市场规 模快速扩大，生产门槛也大幅 提高，逐渐形成 了单独的 半导体光学产业 链，主要 产品包括：光 源、工业 相机/传感 器、精 密光学加 工元件、光学部 件、其他 光学元件、光学仿 真软 件等。光学 元件设计与超精 密 加 工技术的进步，需要长期 的经验积累。18 世纪 早期 光学产业主要分布 在法国与 英 国；第二次工 业革命中，以 耶拿 市为摇 篮的德国 光 学产业后来居上，孕育了现 代 光学产业。第 二次世界 大 战后，日本民 用光学产 业 逐渐发展，并奠定 了日本在 半 导体光学的行 业 地位；同 时期美国凭借 其技术和 经 济优势，同 样聚 集了 一批 领先 的 光学企 业。故全 世界 的领 先 半导体 光学 企业 分为 美国、欧洲、日本 三大 集群。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 6 行业深度分析报告/证券研究报告 海外 半 导体 光学 产业 链上游 主要 企业 格局 图 数据来 源：各公 司官 网，华卓 精科 招 股说明 书，中科 飞测 招股 说明 书，茂 莱光学 招股 说明 书，Maximize Market Research 等，财 通证 券研 究所 高端光学玻璃 原材料的 主 要海外生产商 包括美国 康 宁、德国肖特、日本小 原 等。半导体 光学 光源 的海 外生 产商为 美国 相干（coherent）、美国 Cymer、美 国 Newport、德国通 快（TrumpF）、德国 Toptica、荷兰 Avantes、日本 Gigaphoton、日 本滨 松光学（Hamamatsu）、日本 oxide。光学 设备 运动 平台 的海 外供应 商包 括美 国 Aerotech、美国 Newport，德 国 PI 等。半导体 工业 相机（传感 器）的主要 生产 商为 荷 兰 avantes和日本 滨松 光学（Hamamatsu）。光 学元 件/部件 方面，美 国 Edmund、Materion、Thorlabs，德国 蔡司、徕 卡，日本 尼康、佳 能、奥林 巴斯 等 都有 参与。半导体 光学 设备 中光 学零 部件占 比（2022 年 估计）2021 年全球 半 导体 零部 件 市场中 光学 零部 件占 比 数据来 源：富创 精密 对落 实函 的回 复，财通 证券 研究 所 数据来 源：SEMI，财通证 券研 究所 55%45%光学设备中光学类零部件光学设备中非光学零部件17%83%光学类其他 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 7 行业深度分析报告/证券研究报告 根据 SEMI 统计，2021 年全 球半导 体零 部件 市场 中，光学类零部件总体占比 16.7%，市场规模为 82 亿美元。富创精 密估 计，在量 检测 设备/光 刻机 等光 学类 半导 体设备中，光学 类零 部件 的原 材料成 本占 比约 为 55%。2023 年 荷兰 阿斯 麦（ASML）公司营 收规 模 276 亿欧 元，首次 排名 世界 第一；另 一光学 大厂 科磊（KLA）营收预计 为 96 亿美 元，由上 述 企业营 收可 估 算 2023 年 的 半导体 光学 元件 市场。德国卡 尔蔡 司公司（ZEISS）是荷 兰阿 斯麦（ASML）的主要 供应 商，2022/23 年其 半导体业务收入高达 35.55 亿欧元，是全世界最大 的半导体零部件供应 商。2 半导体光学元件：光刻/量 检 测 设备 核 心 构 成 2.1 光 学元 件参数 决定 半导体 光学 设备性 能 光罩光 学缺 陷检 测设 备结 构 暗场光 学缺 陷检 测设 备结 构图 数据来 源：Field results from a new die-to-database reticle inspection platform（William Broadbent 等），财 通证 券研 究所 数据来 源：Structural Design and Simulation of a Multi-Channel and Dual Working Condition Wafer Defect Inspection Prototype（Ruizhe Ding 等），财 通证 券 研究所 以光刻机和 明场 量检 测设 备为代表 的半导体光 学设 备，是 集成电路产线中精 确度最高的设备。典型 的刻蚀 与薄膜沉 积设备 通 常采 用 化学气体 或液体作 为反应 原材料，通过机械 学、电磁 学、热力学、流 体学 等原理，对反应（生 产）过程 进 行微调，有时 也借助 光谱 仪等 测量仪器 进 监控 工艺 状况。但受制于气体/液体的物 理特性，绝大多数刻蚀或 薄膜 沉积设备单独工作时 精度 有限。相比之下，使 用短波长 光 源的光 学设备 具有极高 的 精确度。任意 一个光电 场 的完整 物理量 包括 频率、振 幅、相位和偏振 态。以光 学 量检测 为例，晶圆缺陷 检 测 一般 在 线性光学系统中 进行，频 率通常 不 会改 变；但由 于光的 波粒 二象 性，其 振幅、相位、偏振 态均 会发 生改 变。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 8 行业深度分析报告/证券研究报告 典型暗 场晶 圆缺 陷检 测设 备的中 的光 学元 件 数据来 源：Structural Design and Simulation of a Multi-Channel and Dual Working Condition Wafer Defect Inspection Prototype（Ruizhe Ding 等），财通 证券 研究 所 与光刻机工 作时直 接成像 的光学原理 的不同，光学 量检测设备 广泛采 用 非 直接成像原理。量 检测设备 由 多 个入射通道（波长、入射 角、照明方 式 等不 同）和 多个信号收集通 道（散射 光、衍射 光、反 射 光等、宽窄 等），组合成 不同的工 作模 式。通过监测不同 模式下的 光 谱信息，再使 用算法对 晶 圆表面逆向成 像，从而 发 现晶圆表面 的缺 陷 或 测量 参数。非直接成像方法，较少 受 制于光波长带来的衍射 极 限；但 对检 测波段、光 束 偏振态、照 明光 束截 面形 状、物镜 NA 值、探 测器 灵敏 度等有 极高 的要 求。先进 制程的 量检测过程 中，待测 参 数增多带来额 外挑战。光 刻机内置的套 刻误差测 量 组件也在不断提 高精度中 遇到 了类似的问 题。半导 体光 学产业的发 展和上述 挑战，对光源，相机/传感器，运动 平台，算法等光学组 件提 出了更高的要求。明场光 学设 备中 的光 学元 件 数据来 源：Jadak Tech，SPIE（Erin M.Schadt）财 通证 券研 究所 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 9 行业深度分析报告/证券研究报告 2.2 激 光器：光学 设备 的力量 之源 光源（半导体 激光器）为 光刻与量检测 设备提供 运转 所需的 激光，在晶圆 切 割、解键合、打标 领域也 有运 用。光源 主要 由 泵浦源、增益介质、谐振腔 等组成。泵浦源为激光器 的激发源，谐振腔为泵浦 光源与增 益 介质之间的回 路，增益 介 质指可将光放大的 工作物质。在工作状态下 增益介质 通 过吸收泵浦源 提供的能 量，经谐振腔 振荡 选模，输 出特 定类型 激光。半导体 光源 波长 与应 用对 应情况 数据来 源：各公 司官 网，Semi Engineer,超微細 加工 本（麻 蒔立 男），财通证 券研 究所 光刻机 使用 的光 源包 括 436/365nm 波长 的汞 灯光 源，248/193nm 波长 的深紫外 准分 子 光 源（Kr/Ar 气 体 与 氟 气 在 高 压 强 电 场 环 境 下 结 合 又 分 解，释 放 光 子），及13.5nm 波长的 极紫 外光 源（二氧 化碳 激光 器两 次轰 击锡液 滴产 生 13.5nm 波长光线）。光源 的 关 键技 术参 数 有脉冲 频率、持 续时 间、单个 脉 冲能 及其 稳定 性、输出功率 等；其 中 功 率决定 光 刻机的 产能，最 新型的 光 源功率 已 达 120w。采用短 波长光源 设计的设备通常 能获 得较高的分辨率。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 10 行业深度分析报告/证券研究报告 266nm 紫外 激光 器 光线波 长对 应不 同材 料的 光学性 能 数据来 源：Toptica 官网，财 通证 券研 究所 数据来 源：Euv litho 官网，财通 证券 研究所 量检测设备 与 光刻机使用的光源 性能存 在较大区 别，主要原因 为：光刻过 程 中 激光直接 照射 掩膜 版与 光刻 胶，量检测过程中，光罩 检测会照射掩膜版，其他 量测的 激光的照射对象通常为 硅、硅化物、金属等，其 光学属 性存 在较 大 区别；其次工作 目的不同，光刻曝 光 过程直接改变 光刻胶的 理化 性质；量检 测需尽可 能 避免对集成 电路 结构 的改 变或 损伤,故其 激光 能量 一般 低 于光刻 用准 分子 激光。掩 膜版检测采 用 13.5nm/193nm 波长 激光（与光刻 准 分子 激光 波长 一致），其他量检测则广泛采用 532/355/266/213nm 波 长的紫外或深紫 外光。266 纳 米波 长光 源产 生原 理图 数据来 源：Global Gaap,财通 证券 研究 所 光刻 机使用气态 准分 子激 光，量检测设 备通常采用 全固态激光。全 固态 激光 具有线宽窄、体 积小、稳 定性 高、光 束质 量好 等优 点。以 266nm 深紫外 全固 态激 光为例，其 产 生 方式 为：掺 钕 的 钇 晶体 产生 1064nm 波长 的近红 外激 光，再经 由 BBO、LBO、KBBF 等晶体的和 频 或 倍频，将 波长 缩短 为原 来的 1/4，最终 得 到 266nm 波长的激 光。类似 的原 理，近红外 激光 三倍 频即 1064nm 波长除以 3 可 得到 355nm波长激 光。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 11 行业深度分析报告/证券研究报告 激光激 励的 宽光 谱等 离子 体（LSP）光源 数据来 源：KLA 公司官方 频道，EUV litho，财通 证券 研究 所 晶圆表面缺陷尺寸小、缺 陷物质 种类多，高检出率 需要 检测光源须同时 具备 高亮度、宽光谱范围等 特点。为 满足上述需求，激 光维持 等离子体(LSP)光源应运而 生，广泛应用于明场缺陷 检测 设备中。LSP 光源 利用 导 入的外 部激 光和 曲面 聚焦 收集镜，形 成外 部激 光辐 射场。高 压 Xe 灯中 激光 与电 离气体 相互 作用 产生 的等 离子体，从聚焦在 等离子体 区 域的外部 激光 辐射场中 吸 收能量，维持 在接近热 力 学平衡状态；等 离子 在内 部的 电子跃 迁过 程中 发出 等离 子激光。LSP 光 源体 积小、能量沉积 效率 高，同等 功率 下光源 发光 强度 高，且 寿 命更长。2016-2022 年 全球 激光 器市 场规模(亿美 元)2020 年全 球激 光器 应用 领 域 数据来 源：中商 情报 网，财通 证券 研 究所 数据来 源：Laser Focus World，财通 证券研 究所 激光器 广泛 应用 在多 个行 业，如 上图，全球 激光 器 市场规 模 从 2016 年的 107.5 亿美元增 长至 2020 年的 160.1 亿美元，年 均复 合增 长 率达 10.47%。光刻用激光 器2020 年市场规模为 12.75 亿美元。随 着 EUV 光刻机全球 出货 量快 速增 长，DUV光刻 机 需求 旺盛，用 于产 生 EUV 光的 CO2 光源、DUV 用 准分 子光 源，有 望推 动光刻用 激光 器市 场规 模持 续扩大。量检测设备用激 光 器需求规模也有望同 步增长。107.5137.7149.4 147.2160.1184.8201-10.00%0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%0501001502002502016 2017 2018 2019 2020 2021E2022E市场规模 YOY 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 12 行业深度分析报告/证券研究报告 2.3 相机：半导体 光学 设备 的 目明 之眼 晶圆 缺陷检测过程中，所需 光学信号获取，多数由 时域延迟 积分(TDI)相机完成。TDI 相机以“线”为 单位 进行图 像采 集。TDI 相机的原型 单线 扫描 相机 只有 一行感光像 素，随着 检测 速度 的提高，相 机的 曝光 时间 被不断 缩短，多 线感光的 TDI线扫描 相机 逐渐 成为 主流。新型 TDI 线扫 描相 机最多 有 256 阶，综合 各线 的 影像数据，可 获得最大 256 倍灵敏度的图像，从而满足 低光照条件（尤其是暗场）环节下的 量检测工艺。使用 TDI 相机 也可 改善 环境 条 件恶劣，引起 信噪 比太 低 的不利因素。此外，采 集速 度 达 90180fps 的 高速 大面 阵工业 相机，在 高 端半 导 体 3D测量 也 有使 用。TDI 相机 原理 及市 场概 况 数据来 源：滨松 光学 官网，Sukhamburg 官网，Photonics 官网，SDKI，财通证券 研究 所 TDI 相机属于工业相 机的 分支，2022 年市场规模约 为 2.5 亿美元，主 要厂 商 包括日本的 滨松 光学，德 国 vieworks 公司，加 拿 大 teledyne 等。CIS 芯片 为 TDI 芯片的核心 元件。根据 yole 统计，2021 年军 工/航天（包 含科学 仪器）CIS 芯片市场规模约 为 4 亿 美元，行业 前六 名分别 为 Teledyne（41.5%）、onsemi（安 森美 15.46%）、BAE Fairchild（8.46%）、Hamamatsu（滨松 6.78%）、Sony（索尼 6.49%）、长 光 芯辰（6.24%）。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 13 行业深度分析报告/证券研究报告 半导体 量检 测用 工业 相机 结构图 数据来 源：Thorlabs 官网，财通 证券 研究所 当前 TDI 线扫 描相 机图 像 传感器 输出 分辨 率已 经达 到了 24K，面扫描 相机 分 辨率达 2 亿 像素 以上，数 据位 宽也从 最初 的 8bi 逐 步发 展到 10bit 乃至 16bit。搭 载了FPGA 和 DRAM 芯 片的 工 业相机，其 前 端嵌 入式 运 算能力 进一 步加 强，更 多 的复杂 计算 可以 在相 机端 实现。借助像素位移技术和超 分辨率算法，相机可 实现 4 倍或 更高分辨率的图像 合成：例如 在 1.5 亿 图像 传感 器基础 上，实现 6 亿 分辨 率 的图像输 出。光学量 检测 设备 之外：先进封装与三维集成电 路 技 术，对穿透力强 又无损的 X 射线 检测设备需求旺盛。相 比于面 阵相 机，TDI 相机可极大 提高 X 射线 检 测效 率，还可 部分避免 照射角度 引 起的图像形变，在信号 弱 环境下也可以 采集高信 噪 比图像。TDI 相机 在 X 射 线检 测中优 势明 显，需求 规模 也有望 进一 步扩 大。双能 X 射线 检测 用 TDI 设备原理 图（双传 感器）X 射 线检 测效 果图 数据来 源：滨松 光学 官网，财 通证 券 研究所 数据来 源：伯东 国际 通商 官网，财 通 证券研 究所 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 14 行业深度分析报告/证券研究报告 TDI 相机 的 应用 也存 在一 些局限：其 成像 原理 对镜 头和光 源要 求较 高，加大 了系统开发 的难 度和 成本；TDI 相机需要运 动控 制与 反 馈系统 支持，扫描过程中 被检测 物 体需 接 近匀 速运 动，否则 图像精度 可能降低，最终 影响 量检 测 的精度。TDI相机 对运动精度和速 度的 要求，需要通过先进 的运 动 平 台系统实现。2.4 运动 平 台系统 与组 件：精 准移 动 定位 关键 光刻 与量检测过程中 的精确 定位和位移，由 高精密 运动平台（光刻机中称双 工件台）系统实现。运 动 平台 系统 具备 工装夹取、移载、定位等 功能，也 可用于 晶圆键合、晶圆切 割等工艺。以负责曝光过 程中晶圆 移 动的 光刻机工 件台为例，其具备 高速、大行 程、六 自由 度 的纳米 级超 精密 运动 的能力。光刻机工件台由 ASML、尼康、佳能等公司 自制，量检测设备 用运动平 台由 Aerotech，Newport，德 国 PI等第三方供应商供应。海外运动 平 台产业 格局 数据来 源：各公 司官 网，ASML 公开展示材 料，SageJournals，Researchand Markets，Liner Motion Tips，财 通证 券研究 所 以光刻 工件 台例，运动 平台采用了 多项 特殊 设计，以 满 足半导 体光 学 的 工艺 要求。高度轻量化：为 降低运 动 惯量，减轻 电机负 载，提 高运动效率，运动 平台普 遍采用轻量 化结 构设 计，轻 量 化最高 可达 到 90%；高形 位精度：为实 现高 精度 运 动和定位，运 动台结构 具有极 高的形位 精度；高尺寸稳定性：运动台结 构件不 易 因为温度或力度 而 变形；清洁无污染：运 动台 具 有极低 的摩擦系数，动能 损失小，无磨削颗 粒的 污染。上述特殊 设计，需要 激 光干涉/平面光栅 测量，特 种光学元 件加工，先进材料，多层 压电 驱动器等多项关键技 术支持。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 15 行业深度分析报告/证券研究报告 平面光 栅干 涉（左）与激 光干涉（右）工 件台 定位 数据来 源：ASML 公开展示 材料，各 公司官 网，面向 光刻 机晶 圆台 的超 精密光 栅定 位技 术（朱俊 豪，汪盛 通，李星辉），财 通证 券研 究所 激光干涉仪 以激 光波长 为 基准，具有 高精度 和可溯 源性。测量 运动平 台多自 由 度位移，需采 用多台 激光 干 涉仪，搭建 多自由 度测 量 系统。美国 Keysight 公司（原Agilent 公司）和 Zygo 公司为光刻用干涉仪的 重要 供应商。激光 干涉 仪 定 位 存在光路较 长 的 缺点，受 环境 影 响 会导 致的 纳米 级的 误差，正 被光 栅干 涉 法 部分 替代。光栅干涉仪 以光 栅 的栅 距 为基准，利 用光栅 的衍射 效应实现 对 工件台 的 单点 多自由度测 量。由 于光 栅仪 的 光路较 短，环 境适 应性 强，可 满足 3-5nm 制程光刻 机超精密定 位的 需求。ASML 公司采用德国 海德汉 公司 的 四光栅-四读数头 技术。方镜 结 构图 碳化硅 陶瓷 方镜 和工 件台 数据来 源：ZEISS 官网，财 通证 券研 究所 数据来 源：中国 建筑 材料 科学 研究 总 院，财 通证 券研 究所 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 16 行业深度分析报告/证券研究报告 光刻机 工件 台的 方镜 用于 承载 晶圆，同时也是 多轴 激光干涉仪 的目标反 射镜，对于精确定位至 关重要。方镜 对 反射面的 面形精度、位置精度、整 体刚度等 都 具有极高的 要求，对 其参 数测量 需要 20 余 种通 用及 专用 测量仪 器。原材料 方面，工 件台 本体 常 采 用 铝合金或碳化硅（采用 碳化硅 的性 能优 于铝 合金）；殷钢作为 测量系统 的基座；机械和 热学性能 出色的 肖特微晶玻璃 用于 制造方 镜。微晶玻 璃 在 EUV 光 刻中 容 易破损 导致 精度 下降；其 在维持 刚度 时需 增加 厚度，无法实现 轻量 化；堇青石或 碳化 硅陶瓷未来 有 望成 为 替代材 料。压电陶 瓷系 列产 品 数据来 源：PI 公司 官网，财 通证 券研 究所 多层 压电驱动是另一项关 键技术：对压电 陶瓷 施加 电压，其会产 生位 移形变，具有纳米级位移 分辨率，且响应快、体积 小、扭力 大、无电磁干扰 的优势。多 层压电驱动 应用 在镜片 微调、掩模台 或运动 台 位置 调整、主动 减振 等环节。德国 PI 公司 的压电驱动 器位移精 度 可达亚纳米 级、响应时 间 达到微秒量级，分辨率 及 稳定性出色。其 他厂 商 有 Thorlabs、NEC/TDK 等。压电陶 瓷调 节运 动台 位置 压电陶 瓷调 节镜片 位置 数据来 源：广亿 科技 官网，财 通证 券 研究所 数据来 源：多层 压电 驱动 器在 光刻 机中的 应用（杜 刚等），财通 证券 研 究所 谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 17 行业深度分析报告/证券研究报告 相比 DUV 光刻机 300 片的 WPH(Wafer per Hour 每小时晶圆产能)。国产 2Xnm节点无 图形 晶圆 缺陷 检测 设备 的 WPH 约为 25；单 腔膜厚 设备 的 WPH 约为 80;暗场有图 形晶 圆缺陷 检 测设 备 的 WPH 为数 十片 每小 时；电 子束 设备/明场 有图 形缺陷检测 设备 的 WPH 更低。由于产能较少，相同精 度等级下 量检测设备 运动 平台的位移和测量工作量 少，技术难点相对少。3 精密光学制造：半导体光学上 游核 心 3.1 精 密光 学制造：半 导体光 学设 备核心 部件 诞生 地 精密光学 制造 居于半 导体 光学产业链位 的核心 地位，支撑几乎所有半导体光 学元件的生产。除 用于半 导体 领域外，工 业级精 密光学 制造 主要服务 于航 空航天、生命科学 及医 疗、无人 驾驶、生物 识别、AR/VR 检 测 设备 等 产业。半导体领域，极紫外光 刻 正成为集成电 路制造的 核 心技术，对光 学 元件面 型 精度的要求 达 到/200，表 面粗 糙度低 于 0.1nm，这些指 标 达到 或 超过 了当 前精 密光 学加工技术的极 限，属于 超 精密级别。德 国、日本、美国 占据超精 密光学制造技术制高点，德 国蔡司 是半导 体全球光学 代表性 企业。超精密光 学 制造由 超精密光学加工、超精密光学 镀 膜、超精密光学检测、超 精密 装调 等环节构成。半导体 量 检 测设 备光 学系 统 光刻机 物镜 的组装 结 构件 数据来 源：KLA 官方频道,财 通证 券 研究所 数据来 源：IPCEI 官网，财通 证券 研 究所 超精密光学 加工是光 学元 件 的成形工序，其 技术路线 分为触式和非接触 式两 大类。在接触 式制 造技 术中，最 具代表 性的 方法 是数 控研 磨抛光（CCP），单 点金刚 石切削以及 磁流 变抛 光（MRF）技术。在 非接 触制 造中，主要 方法 包括 磨料 射流 抛光、等离子体成型 和离子束 抛 光等技术。数 控加工技 术、计算机辅助 设计 等新 技 术，正被 逐步运用 到超精密 光 学加工领域，大幅 提升 生 产效率和品质 保证能力，古典法抛光 工艺 正被 逐渐 取代。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 18 行业深度分析报告/证券研究报告 超精密 光学 加工 中的 低频 误差（空间 周期 长 度 3 3 mm）会 影响 光学 系统 的聚 焦能力，引 入波 像差 从而 降低 系统分 辨率；中 频误 差（空间周 期长 度 0.1 2-33 mm）会引入小角度的 散射，降 低 峰值强度 且会 显著增大 光 斑尺寸，降低 图像 的清晰度；高频误 差（空 间 周 期长 度 小于 0.1 2 m m）则 会使 系统 信噪比 降低，导致 像质 恶 化。故 超精密光学加工对 精度 的要求极为苛刻。蔡司公 司超 精密 光学 模组 的生 产 流程 数据来 源：ZEISS 官网，ASML 公开展示材 料，IPCEI 官网，财通 证券 研 究所 超精 密光学表面镀膜 工序，可 提高光学元件 透射/反射/偏振/强激光耐 受等能 力。精密光学 元件 向功能集 成 化和高精度方 向发展，其 偏振分光、减 反射、光 谱 波长准确定位（纳 米级）等 性 能只能通过镀 膜来实现。镀膜主要方法 包括：等 离 子体镀膜、离子束 镀膜、激 光 束镀膜、化学 气相薄膜 沉 积等。集成电 路 制造所 采 用的原子层 沉积 等镀 膜技术 也 被逐步 采用，提 升效 率和 良品率、降 低成 本效 果明 显。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 19 行业深度分析报告/证券研究报告 超精密 光学装调，负责将 光学元件组装成光学 系统，是另一项核心技术。完 整的装调 工序包括 精密光学 系 统的装配、测 试、像质 补 偿流程。以光 刻机 物镜 为例，光学元 件装 配间 隔误 差、偏心误 差需 控制 在1m 以内；通 过计 算机 辅助 装调 及系统级元件精修，使 波像 差、畸变等像质 的指标 满 足 要求。装调工 序需要测 试 设备的支持，测试 内容包括 传 递函数测试、激光光谱 测 试、镜片厚度 测试、镜 片 位置测试、物镜 系统 波像 差测 试 等。高精度中心偏测试 仪、高精度车削的立式装 校车床、镜片定位仪，是 超精 光学装校的关键设备。超精密 光学 测量 辅助 加工 工序 数据来 源：ZEISS 官网，ASML 公开展示材 料，财通 证券 研究 所 超精密光学检测/测量技术是另一项挑战。自 动 化检 测设备 通过 信号 采集 和 软 件分析，可无接触 式自动判 断 面形和加工精 度，准确 度 高。传统的光 学样板接 触 式检验（接触 对元件 表面有 污 染和损伤）和 个人主观 判 断 检验法，被 快速取代。光学加工检测设备 主要包括 平 面干涉仪、球 面干涉仪、高精度分光光 度计、拼 接 式干涉测量 仪等。其中，面型检测主要使用轮廓仪 和 斐 索干涉仪，粗糙度 检测主 要使用原子力显微镜和 白 光干 涉 仪器。超精密光学检 测在保障 光学 元件质量的 同时，为 数 控加 工系统提 供大量光 学 元件的实时 数据 参数，辅 助指 导抛光/镀膜/修 型等 工艺。因此，光学检测精度一 定 程度决定了加工精度。谨请参阅尾页重要声明及财通证券股票和行业评级标准 20 行业深度分析报告/证券研究报告 3.2 光 学设 备 与材 料：微纳雕 琢的 刻刀与 精粹 以蔡司 为例，早期半导体 光学制造的主要方式 为“金手指”模式：人工经验 判断+手工抛光。但 伴随 半导 体 光学产 业对 镜片 精度 的要 求不断 提升，传 统的 手工 生产方式效率低下、加工精 度 和 稳定性 不可 控、人员 培 训困难的问题 日益严峻。手工抛光的 缺点，导 致蔡 司 1980s 为美国 GCA 公司 生产 的 g 线 镜头 出现 大量 质量 问题，严 重损 害 了 GCA 公 司 和蔡司 的声 誉，蔡司 也陷 入经营 危机。蔡司 于 1990s 正 式引 入 抛光机器人+干涉仪结合的生 产方式，协助 公司 发展 逐步 走上正轨；这 种生 产方 式也 成为半 导体 超精 密光学 制造 的主 流方 式。蔡司早 期手 工生 产线 蔡司的