国金证券研报指出，光学系统是光刻机最核心的部件，全球光刻机光学市场规模约53亿美元。蔡司是ASML光刻机透镜、反射镜等关键光学部件的独家供应商，EUV光学部件仅有蔡司有供应能力。EUV反射镜被誉为“宇宙中最光滑的人造结构”，面型精度PV<0.12nm（原子层面）。国产超精密光学部件虽已实现i-line光刻机搭载，但与蔡司差距巨大。本文从市场规模、技术壁垒、国产差距三方面拆解光刻机光学系统产业链。
全球光刻机光学市场53亿美元，蔡司一家独大
光刻机光学部件指直接参与光的传输和处理过程的精密零部件，包括物镜（透镜组）、反射镜、偏振器、滤光片、光阑等。光学系统是光刻机的核心，最小工艺节点越小对光学系统精度要求越高。蔡司为ASML光刻机的透镜、反射镜等关键光学部件的独家供应商，2022-2024年ASML采购蔡司光学部件数额分别为26.9、33.3、39.5亿欧元。由于蔡司仅向ASML供应半导体光学部件，且ASML为其光刻机光学单一客户，全球光刻机市场规模264亿美元，估算光刻机光学市场规模约53亿美元。蔡司在光刻机光学市场份额也在60%以上，为绝对龙头。光刻机光学的主要供应商还有尼康（从原材料到成品全流程生产）、佳能（光学组件主要自行供应），但蔡司在EUV领域具有不可替代性。
表：光刻机光学系统核心数据（2024年）| 指标 | 数据 |
|---|
| 全球光刻机光学市场规模 | 约53亿美元 |
| 蔡司半导体营收 | 41亿欧元 |
| ASML光刻机收入 | 206亿欧元 |
| 蔡司光刻机光学市场份额 | 60%以上 |
EUV光学系统之难：原子级平整度，仅蔡司有生产能力
EUV光刻机采用的是带有镀膜的非球面镜组成的离轴反射系统，难度远超DUV。EUV光刻技术采用13.5nm极紫外线作为光源，穿透性强，DUV所用的透射式系统无法使极紫外线偏折，只能使用全反射的投影系统。EUV能量很高，可引起反射镜表面化学反应和损伤。镀膜方面，由钼和硅的交替纳米层制作、最高达100层，且多层膜厚度误差在0.025nm（原子级别）。平整度方面，非球面镜面型精度误差低于0.25nm。EUV反射镜被誉为“宇宙中最光滑的人造结构”、“世界上最精确的反射镜”。绝对的平整度要求任何环境中的微小颗粒都会对工艺质量造成极大破坏，整套系统要求极高的真空洁净度，蔡司位于Oberkochen的实验室能达到该要求。DUV光刻机的投影物镜高度超1米、直径大于40厘米、镜片数量超15片，重量可达500kg，需采用折射率不同材料组成复合透镜、高质量涂层、多片可动镜片（自适应光学）以及更高偏振控制性能四大途径缩小像差。EUV光学系统由6个镜子组成，需要大约20000个重达2吨的单个零件。
国产超精密光学：已突破i-line，距蔡司仍有代际差距
超精密光学部件国产化任重道远。国产的物镜系统已实现了工艺上的突破，如茂莱光学生产的超精密物镜系统用光学器件已实现搭载在i-line光刻机上。但对比蔡司供给ASML的EUV光学物镜系统，在面型精度、表面光洁度指标等方面仍有较大差距。蔡司面型精度PV<0.12nm（原子层面），茂莱光学PV<30nm；蔡司表面光洁度达原子级别，茂莱光学为20/10。光刻机光学加工需要光学设计、材料选择、加工工艺和后处理多方面综合能力，现有先进光学制造技术已不仅是简单光学加工，还需辅以复杂仪器系统设计及仿真、高端镜头优化设计及模拟分析、自动控制及信号采集系统设计、图像算法等计算机技术。超精密光学部件国产化与蔡司相差甚远，茂莱光学、福晶科技（至期光子）、波长光电等企业正持续攻坚，但追赶仍需时间和投入。至期光子聚焦纳米及亚纳米精度超精密光学元件，2024年营收0.76亿元同比增长180%，目标2025年1.5亿元，发展势头良好但体量仍小。
