高端精密光学国产替代趋势确定--蔡司

蔡司是全球光学行业标杆企业。蔡司成立于1846年，至今已有177年历史。蔡司以生产显微镜起家，逐渐形成半导体制造技术、工业质量与研究、医疗技术和光学消费品市场四大业务板块，业务遍及全球近50个国家和地区，拥有约30个生产工厂、60家销售和服务公司以及27个研发基地，是光学和光电子领域的全球标杆企业。

生产显微镜起家，逐步拓展产品矩阵。1847年，公司开始生产显微镜；1890年，发布第一款相机光学镜头，切入光学消费品领域；1908年，开始转向眼科测量仪器的研发，进入医疗光学领域；1931年，开始研制电子显微镜，丰富了工业领域的产品矩阵；1968年，为Telefunken生产用于光刻的新型光学器件，标志着公司进入半导体制造领域。

布局四大业务板块，产品矩阵丰富。公司业务可划分为四个部分，共九个战略业务单元：

半导体制造技术（SemiconductorManufacturingTechnology）：包括光刻光学、光掩膜系统和过程控制解决方案，覆盖了微芯片生产的各种关键工艺。

工业质量与研究（IndustrialQuality&Research）：1）工业质量检测：例如坐标测量机、三维X射线检测设备等，被广泛用于汽车、工业、飞机建造、塑料工业等领域，提供生产质量检测；2）科学研究显微镜：包含光学、电子、离子、X射线显微镜，被广泛用于生命科学、材料研究、以及制药等行业。

医疗技术（MedicalTechnology）：包含眼科手术器械和手术显微镜及可视化系统。

消费市场（ConsumerMarkets）：包含视觉护理、摄影、运动光学等。蔡司是世界上最大的眼镜镜片制造商之一，除此之外，还为客户提供相机和电影镜头、望远镜等高端产品。

业绩实现稳定增长，持续投入高研发。蔡司过去20年业绩稳步增长，2002-22年营收CAGR7.0%、净利润CAGR15.8%。近几年随着半导体光刻需求快速增加，公司业绩加速增长。22财年收入突破80亿欧元，达到87.54亿欧元，同比16.28%，归母净利润11.55亿欧元，同比10.34%。22财年公司研发费用率达13%，研发上保持高投入保证竞争优势。

图：蔡司营业收入及同比

半导体制造技术占比持续提升。22财年，受益于下游旺盛需求，四大板块业务收入均实现二位数增长，分别同比增长20.0%、14.7%、15.4%、12.6%。其中，半导体制造技术业务由于下游光刻需求快速增加，近两年增长加速，收入占比超过30%。

发展历程：由于光刻机直接决定了晶体管尺寸，而晶体管尺寸对于芯片的性能起决定性作用。因此在半导体产业不断追求芯片尺寸更小、性能更强的背景之下，光刻机也不断创新迭代。从最早的普通光源到使用193nm波长的DUV激光，再到13.5nm的EUV激光，制程节点已提升到7-3nm。据ASML，下一代EUV0.55NA光刻系统（将数值孔径从0.33提升至0.55）预计2025年投产，进一步提高芯片生产效率。

市场格局：全球光刻机市场三足鼎立，AMSL龙头地位凸显。全球前道设备光刻机市场已基本被ASML、尼康、佳能所垄断，2022年三家光刻机厂商合计出货量达551台。按平均售价测算，2022年全球市场规模达189亿美元。其中，ASML独占鳌头，22年实现光刻机出货345台，其中EUV光刻机出货40台，系EUV唯一供应商。据ASML，公司未来将大幅提升产能，预计2025-26年将实现年产90台EUV光刻机和600台DUV光刻机，并且在2027-28年增产20台HighNAEUV光刻机，未来市场潜力巨大。

光刻机主要包含五大核心基础硬件模组：

1）光学系统：包含光源模组(Source)、照明模组(illuminationmodule)和物镜模组(Optics)。紫外光从光源模组生成之后，被导入到照明模组，该系统要对光的能量、均匀度、形状进行检测和控制)，光穿过光罩后，物镜模组将影像聚焦成像在晶圆表面的光阻层上；

2）光罩模组：分为光罩传送模组(ReticleHandler)及光罩平台模组(ReticleStage)。光罩传送模组负责将光罩由光罩盒一路传送到光罩平台模组，而光罩平台模组负责承载及快速来回移动光罩。

3）晶圆模组：分为晶圆传送模组(WaferHandler)及晶圆平台模组(WaferStage)。晶圆传送模组负责将晶圆由光阻涂布机一路传送到晶圆平台模组，而晶圆平台模组（一般是双平台）负责承载晶圆及精准定位晶圆来曝光。

光学系统是光刻机最核心的模块，决定光刻机的工艺能力：

1）光源：光刻机的工艺能力首先取决于光源的波长。在摩尔定律驱动下，光刻设备由从最早的普通光源到使用193nm波长的DUV激光，再到13.5nm的EUV激光，制程节点已提升到7-3nm。

2）照明系统：照明系统位于光源和物镜系统之间，通过调制，为掩膜提供成像曝光所需的照明模式和照明光场。照明系统主要包括扩束单元、光束整形单元、匀光单元以及照明物镜四个关键部分，其主要作用是提供高均匀性照明、控制曝光剂量和实现离轴照明,以提高光刻分辨率和增大焦深。

3）物镜系统：物镜系统作为“光刻机之眼”，决定了光刻机分辨率以及套值误差能力。通过大直径物镜可提升数值孔径从而提高光刻机分辨率，通过多镜片组合可修正图像的形变从而提高成像质量。目前ASMLDUV光刻机中先进机种投影物镜的高度超过1米，直径大于40厘米，物镜内各种镜片的数量超过15片。

高精密光学镜头作为“光刻机之眼”，是光刻机最核心部件。高数值孔径的镜头决定光刻机分辨率以及套值误差能力。蔡司凭借着自身在光学设计、加工、检测环节的深厚技术积累，是ASMLEUV极紫外光刻机镜头唯一供应商。目前，由蔡司生产的最新一代EUV光刻机反射镜最大直径1.2米，面形精度峰谷值0.12纳米，表面粗糙度20皮米（=0.02纳米=0.2埃），比很多原子的直径都要小，也就是说达到了原子级别的平坦。凭借自身的先发优势和技术优势，蔡司在光刻机镜头市场地位显著，市占率达到80%。

国内眼科器械市场需求大，市场呈现进口垄断。伴随着青少年屈光不正患病率提高，中老年白内障手术量增加，我国眼科器械市场增长迅速，据贝壳研究院，2021年市场规模达375亿元，2017-21年CAGR为18.5%。而眼科医疗设备行业技术壁垒高，呈现极高的进口垄断率，蔡司、爱尔康、拓普康等海外公司占据绝大部分市场份额。

电子显微镜：市场保持稳步增长，竞争格局相对稳定

市场规模：近年来随着全球对生命科学、材料研究的探索和研究持续深入，以及对半导体需求不断扩大等，推动了高校、科研院所、半导体工业等领域对电子显微镜的需求，全球电子显微镜行业市场规模呈不断增长趋势。据日本电子数据，2020年全球电子显微镜市场规模为27.64亿美元，预计2026年将达到38.87%，2021-26年CAGR为5.8%。其中，扫描电子显微镜为主要细分市场，占比74%。而透射电镜则由于技术水平和价格高、操作难度大，分辨率可达原子级别，主要对样品晶体结构进行分析等，应用市场还尚未完全打开和释放，故总体规模还较小，占全球电镜的26%左右。

竞争格局：从行业参与者情况来看，由于技术水平较高、资金/人才投入大等因素影响，全球电子显微镜参与企业较少。目前，全球电镜市场竞争格局基本稳定，形成了赛默飞(含FEI)、日本电子、日立高新、蔡司、TESCAN、COXEM等几大电镜巨头。

国产替代：近年来，中国扫描电子显微镜市场规模呈现逐年增长的态势且增速较快，均在10%左右。2020年，中国扫描电子显微镜市场规模实现16.72亿元，受疫情影响，各单位对于扫描电子显微镜等科学仪器的采购预算增幅有所下调，故其同比增长率较2018-19年略有下滑，仅为9.21%。但由于国内扫描电子显微镜的技术水平与国际先进水平有一定差距，中国的扫描电子显微镜行业市场主要被海外知名扫描电子显微镜生产企业所占据，市场集中度较高，CR4在75%以上，其中蔡司市占率为22%，排名第一。