国信证券光刻机产业深度报告指出，光学系统是光刻机最重要的子系统之一，约占整体光刻机成本的30%。光刻机光学系统主要包括照明系统和投影物镜系统，其中投影物镜是精准成像的关键——典型DUV投影物镜包含近30块镜片、60个光学表面，最大直径达0.8m，像差控制在2nm以内（顶级单反相机镜头像差在200nm以上），技术壁垒极高。全球光刻机光学系统由德国Zeiss主导，EUV反射镜仅Zeiss一家具备产业化能力。但国内企业正在加速突破——国望光学承担28nm ArFi浸没式光刻曝光光学系统研发，茂莱光学曝光物镜用光学器件已应用于i-line光刻机，福晶科技子公司至翔光子布局超精密光学元件和非球面产品。
光学系统：光刻机成本占比30%的核心子系统
光学系统是光刻机中技术壁垒最高、成本占比最大的子系统之一。国信证券研报指出，光学系统约占整体光刻机成本的30%，主要包括照明系统和投影物镜系统两大模块。照明系统位于光源与投影物镜之间，负责对光束进行扩束、调整光形状、提升均匀度、控制曝光剂量，并通过光瞳整形单元实现环形、二级、四级等不同照明模式以增强光刻分辨力。投影物镜系统是实现光线聚焦的核心——将照明模组发射出的1阶衍射光收进物镜内，将掩模版上的电路图案缩小、聚焦成像在晶圆光阻层上，并补偿光学误差。典型DUV光刻机投影物镜高度超1米、镜片超15片、最大直径超40cm，镜片可动以消除像差。随着分辨率要求不断提高，光刻机投影物镜结构越来越复杂，对光学材料、光学加工、光学镀膜等要求达到工业水平的极限，是光刻机中技术壁垒最高的零部件之一。
技术参数对比：光刻机物镜精度远超顶级单反
国信证券研报通过技术参数对比直观呈现了光刻机光学系统的超高精度要求。顶级单反相机镜头加工产生的像差在200nm以上，而ASML的ArF DUV投影物镜像差在2nm以内，精度相差两个数量级。高端光刻机镜头的价值量接近0.6亿美元，成本占比巨大。制造高质量物镜需要高精度机床铣磨成型、小磨头抛光、磁流变抛光、离子束抛光、镀膜等先进工艺，离子束抛光是关键步骤——利用离子轰击物体表面快速去除材料缺陷和凸起而不产生新的表面缺陷。新一代EUV光刻机的反射镜面形精度为PV小于0.12nm、表面粗糙度小于30pm（原子级别光洁度），全球仅Zeiss能达到。相比之下，国内茂莱光学曝光物镜用光学器件面形精度PV小于30nm、表面面形RMS小于5nm、表面粗糙度小于0.5nm，已可满足i-line光刻机需求，但与EUV级别仍存在数量级的差距。
国内光学系统国产化进展：国望光学+茂莱光学+福晶科技+福光股份
国信证券研报对国内光刻机光学系统领域的核心企业进行了系统梳理。国望光学（未上市）是“02专项”光学系统的主要承担单位，正在研发面向28nm节点的ArFi浸没式光刻曝光光学系统，同时承担高NA浸没光学系统关键技术研究等任务，若顺利突破则将国产光刻机光学系统从90nm推进至28nm。茂莱光学（688502.SH）是国内领先的精密光学综合解决方案商，核心技术生产的光刻机曝光物镜用光学器件最大口径达直径300mm、面形精度小于30nm，可满足KrF、ArF、i-line等光刻机曝光物镜系统应用需求，已成功应用于365nm i-line光刻机曝光物镜中，半导体领域收入占比48.60%。福晶科技（002222.SZ）子公司至翔光子深入布局超精密光学元件和非球面产品，2024年上半年营收2824.65万元较2023年快速增长。福光股份（688010.SH）设有超精密加工事业部，为高端装备（光刻机）提供高精密光学镜头和光学系统，反射镜面型精度RMS从1/30波长提高到1/50波长达到全国领先水平。
国产光学系统突破路径：从i-line/90nm向28nm迈进
国信证券研报指出，国产光刻机光学系统正沿着“从低端到高端、从零部件到子系统”的路径稳步进阶。当前国产光学系统已能实现i-line（365nm）和90nm ArF光刻机的光学器件配套，28nm ArFi浸没式光刻曝光光学系统正在攻关中。从技术难度看，i-line光刻机物镜以透镜为主、NA 0.48-0.65；DUV干法光刻机物镜NA 0.6-0.93；ArFi浸没式光刻机物镜NA 1.35，且需克服浸没液体对成像的影响；EUV光刻机则完全转向反射镜系统、NA 0.33-0.55。国产光学系统企业需要在光学材料、超精密加工、镀膜、检测等全链条上实现突破。国信证券认为，在“02专项”持续支持和国家大基金三期（注册资本3440亿元，超一期二期总和）的加持下，国产光刻机光学系统从90nm向28nm的跨越值得期待，届时将打开更为广阔的市场空间。
光刻机光学系统国产化核心企业梳理
| 企业 | 核心产品/技术 | 当前进展 | 目标节点 |
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| 国望光学 | ArFi浸没式光刻曝光光学系统 | 在研 | 28nm |
| 茂莱光学 | 曝光物镜用光学器件 | 已应用 | i-line/90nm |
| 福晶科技（至翔光子） | 超精密光学元件、非球面 | 快速增长期 | — |
| 福光股份 | 高精密光学镜头/反射镜 | 已供货特种领域 | 面型精度1/50波长 |
| 腾景科技 | 合分束器（光刻机光学系统） | 在研 | 国产替代 |
| 波长光电 | 大孔径光学镜头/平行光源系统 | 已配套 | 国产光刻机 |
投资策略：光学系统是光刻机国产化的核心突破口
国信证券认为，光学系统是光刻机国产化进程中技术难度最高、战略价值最大的环节之一，也是国产替代最先可能突破的子系统方向。当前全球光刻机光学系统由Zeiss主导，但国内企业已在i-line和90nm级别实现了光学器件的国产配套，28nm级别的曝光光学系统正在攻关中。建议重点关注：茂莱光学（688502.SH）——精密光学器件已应用于国产i-line光刻机曝光物镜，是光学器件环节最核心标的；福晶科技（002222.SZ）——子公司至翔光子超精密光学业务快速放量；福光股份（688010.SH）——超精密加工事业部具备光刻机镜头加工能力；腾景科技（688159.SH）——在研合分束器项目直接应用于光刻机光学系统；波长光电（301421.SZ）——大孔径光学镜头与平行光源系统配套国产光刻机。国信证券判断，随着28nm ArFi光刻机光学系统研发推进，率先进入国产光刻机供应链的光学企业将持续受益于国产替代的长期趋势。
