光学行业“掌上明珠”， 考验厂商结合制造能力
工业级精密光学元器件制造难度高，应用于高科技行业的关键配套器件。参考茂莱光 学招股说明书的定义，我们根据精度和用途的不同，可将光学元器件分为传统光学元器件 和精密光学元器件，其中精密光学元器件根据应用领域的不同可进一步细分为消费级精密 光学元器件及工业级精密光学元器件。工业级精密光学元器件主要应用于工业测量、半导 体、生命科学、无人驾驶、生物识别、AR/VR 检测等高科技行业，对于工艺参数、技术性 能、应用环境、作用效果等方面要求较为苛刻，对制造提出了更高的要求。
超精密光学元件加工技术考验制造与系统仿真的结合能力。生产制造高面形精度、高 光洁度、低反射率的光学元件，厂商需要在光学设计、材料选择、加工工艺和后处理方面 具备优秀的技术能力。光学设计需要将客户的需求转化为光学元件的几何形状和光学特性， 并根据设计要求选择适合的材料。在加工和后处理过程中，厂商需要将设计求转化为加工 和表面处理操作，从而达到面形精度、表面光洁度和反射率等技术参数。在原有的抛光技 术、镀膜技术、胶合技术和主动装调技术等制造技术的基础上，根据蔡司官网信息，超精 密光学加工还需要实现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及快速实施、图像形态学/融合/超分辨/频率域处理等图像算法等计 算机技术，从而实现超精密光学元件与系统的设计与制造。
国产替代空间广阔，国内厂商发力超精密光学领域
国内超精密光学厂商设备依赖进口，不利于国产光学厂商加工能力长期提升。长期以 来，我国超精密光学行业关键制造、检测设备较依赖进口，国产相关设备可靠性较低。根 据《关于南京茂莱光学科技股份有限公司首次公开发行股票并在科创板上市申请文件的审 核问询函之回复》披露，茂莱光学在生产环节中使用的关键进口设备包括镀膜机、干涉仪、 抛光机、研磨机、测量仪等，主要来源国家及地区包括德国、美国、日本、英国、新加坡、 韩国、马来西亚、泰国、中国香港及中国台湾。虽然绝大多数制造、检测设备已存在国产 替代供应商，但是部分镀膜机、磁流变抛光机设备暂无国产替代选择。短期看，进口设备 订单履约较为顺利，国内超精密光学厂商可使用进口设备进行工艺研发生产。长期看，如 果国内厂商逐步进入高端光学领域、国际贸易摩擦升级，若国内不能在关键制造、检测设 备形成自主可控，或影响国产半导体、生命科学领域光学系统发展。
国产超精密光学加工设备与海外仍有较大差距。我国高端光学元件超精密制造技术及 装备，相比国际前沿存在阶段性差距，成为制约高端装备制造业发展的重大短板。根据《高 端光学元件超精密加工技术与装备发展研究（2023）》（作者：蒋庄德，李常胜，孙林等）， 超精密光学元件制造的基础为高端光学加工机床，目前我国虽初步形成了超精密加工机床 自主研发能力，产品品种基本满足重点领域需求，但以 04 专项实施完毕后的状态来判断， 我国机床行业与国际先进水平仍有 15 年左右的差距，国内光学厂商基本依赖进口超精密 光学加工、检测设备及核心零部件。
国内已培育出一批在关键设备及加工领域具备巨大潜力的企业，我国有望逐步实现超 精密光学元件自主可控。目前，包括 4m 及以上口径光学元件毛坯制造基础装备、轻量化 及超精密磨削装备、亚纳米级加工装备、超大口径光学元件超精密测量仪器在内的高端装 备处于国外禁运状态。国内企业已在消费级、工业级光学元件领域成长为龙头企业，正围绕超精密光学元件领域寻求突破。当前国内已培育了一批在高端设备领域基础良好的企业， 正重点突破全频谱纳米/亚纳米级精度创成、近无缺陷高表面完整性加工、超精密机床正向 设计与数据资源建构、超精密智能机床制造等共性关键技术，我国有望逐步实现国产光学 元件超精密光学自主可控。
2026 年全球工业级精密光学市场有望达到 268 亿元
预计 2026 年全球工业级精密光学元器件市场规模达到 268 亿元。根据弗若斯特沙利 文数据（转引自茂莱光学招股说明书），2022 年全球工业级精密光学市场规模为 159 亿元， 预计 2026 年市场规模将达到 268 亿元，对应 2022-2026 年 CAGR 为 14%。受益于生命 科学、半导体、无人驾驶、生物识别、AR/VR 检测等下游领域的快速发展，下游客户对 于精密光学系统提出了更高要求，有望推动精密光学元器件向工业级迭代，工业级精密光 学市场规模有望持续增长。
半导体设备及生命科学为全球工业级精密光学重要细分应用。受益于科研及先进制造 行业快速增长、半导体及生命科学领域不断提高精度以及轻量化要求，我们认为工业级精 密光学元器件的重要性有望持续提升。根据弗若斯特沙利文数据（转引自茂莱光学招股说 明书），在生命科学领域，工业级精密光学产品主要应用在基因测序仪、口腔医疗器械等 设备，且预计 2026 年市场规模将达到 53 亿元，对应 2022-2026 年 CAGR 为 11%；在半 导体领域，工业级精密光学产品主要应用在半导体检测以及光刻机等高端设备，预计 2026 年市场规模将达到 56 亿元，对应 2022-2026 年 CAGR 为 12%。
当前德国及日本厂商主导工业级精密光学市场，2021 年中国厂商在半导体市场份额 为 6%。凭借悠久的历史传承、完善的产业链体系以及领先的加工能力，德国及日本拥有 一批享誉全球的光学元器件企业，包括蔡司、尼康、佳能、Jenoptik、徕卡、奥林巴斯等。 作为光学元器件产业的“掌上明珠”，生产工业级精密光学元器件需要拥有最先进的制造 设备并掌握超精密光学加工技术。根据弗若斯特沙利文数据（转引自茂莱光学招股说明书）， 2021 年蔡司、尼康、佳能、Newport、Jenoptik、徕卡、奥林巴斯等国际巨头占据了超过70%的市场份额，在半导体及生命科学领域的市场份额分别达到 80%和 70%以上。近年 来，随着国际精密光学企业大量在中国设厂并与国内光学加工企业建立外协关系，国内精 密光学企业抓住了产业转移的机遇，在产品设计、制造、检测等关键环节技术水平逐步缩 小与国际厂商的差距，根据茂莱光学测算，2021 年在半导体和生命科学领域市场份额分 别达到了 6%和 12%。
半导体制程持续升级，制造工序及投资均大幅增长
半导体制程进步需开发更高集成密度工艺，实现难度持续增大。半个世纪以来，半导 体器件性能的增长率遵循著名的摩尔定律，先进半导体制程已从平面结构发展至 3D 结构， 晶体管面积不断缩小，集成电路可容纳的晶体管数目保持约 18 个月翻倍的规律。根据 MKS 万机仪器手册信息，我们可以看到 3D NAND 架构将内存单元堆叠以减少总体占用空间； FinFET 晶体管使用 3D 方法制造以减少隧穿效应。随着半导体器件集成度提升，行业需要 使用更为复杂的制造工艺，对于材料和设备均提出了更高的要求。
4nm 及以下节点半导体制程工序已增至近千道，每道工序良率需超过 99.99%才能保 证整体良率达到 95%。根据 Yole 数据（转引自《中国集成电路检测和测试产业技术创新 路线图》（集成电路测试仪器与装备产业技术创新联盟）），工艺节点每缩减一代，工艺中 产生的致命缺陷数量会增加 50%，每一道工序的良率都要保持在非常高的水平才能保证最 终的良品率。根据中科飞测公告，28nm 工艺节点的工艺步骤有数百道工序，由于采用多 层套刻技术，14nm 及以下节点工艺步骤增加至近千道工序。当工序超过 500 道时，只有 保证每一道工序的良品率都超过 99.99%，最终的良品率方可超过 95%；当单道工序的良 品率下降至 99.98%时，最终的总良品率会下降至约 90%。因此，制造过程中对工艺窗口 的挑战要求几乎“零缺陷”。
先进制程芯片流片成本快速提升，IBS 数据显示每 5 万片 3nm 制程晶圆设备投资将 达到 215 亿元。在摩尔定律的推动下，元器件集成度的大幅提高要求集成电路线宽不断缩 小，导致生产技术与制造工序愈为复杂，制造成本呈指数级上升趋势。根据 IBS 统计（转 引自中芯国际招股说明书），随着技术节点的不断缩小，集成电路制造的设备投入呈大幅 上升的趋势。以 5nm 技术节点为例，其投资成本高达 156 亿美元，是 14nm 的两倍以上， 28nm 的四倍左右。因此，芯片厂流片成本也出现较大幅度增加，根据 The Information Network 数据，12nm 工艺的流片成本大约在 300-500 万美元，5nm 工艺流片的成本为 4000-5000 万美元；采用 2nm 工艺流片的成本高达 1 亿美元。
光学系统贯穿半导体制造全流程，光刻以及量/检测为半导体设备重要组成
光刻机和半导体量/检测为半导体设备重要组成，设备升级推动技术节点进步。半导体 设备拥有十大类设备，光刻机和量/检测设备为半导体制造重要设备。根据 Gartner 数据， 光刻机和半导体量/检测设备占半导体设备市场比例分别为 17%和 12%。当技术节点向 5nm 及以下升级时，半导体制造工艺出现较大变化，微观结构及制造工序进一步复杂带动 工艺设备以及质量控制设备持续升级。DUV 光刻机受其波长限制，其精度已无法满足工艺 要求，晶圆厂需要采购更为昂贵的 EUV 光刻机，或采用多重模板工艺，重复多次薄膜沉 积和刻蚀工序以实现更小的线宽，使得薄膜沉积和刻蚀次数显著增加，对于良率控制也提 出了更高要求。因此，我们认为未来晶圆厂需投入更多、更先进的工艺设备及良率控制设 备。
精密光学系统为光刻机以及量/检测设备重要组成，覆盖半导体制造全流程。在半导体 制造过程中，生产一个合格器件需要数百道处理步骤，每道工序均需要使用相关设备进行 制造以及良率控制。根据 KLA（科天半导体），半导体量/检测基本覆盖半导体制造全流程， 其中量/检测设备原理以光学检测为主，每道步骤都必须完美执行，以避免产生致命缺陷产 生。此外，对于半导体器件而言，光刻为结构形成的重要环节，光刻系统作为光刻机关键 组成直接影响制程、速度以及良率。因此，我们认为精密光学系统对于制造工艺以及良率 控制有重大影响，为半导体设备的核心系统。
半导体工业“皇冠”，光刻机已升级至 EUV
光刻机为芯片生产的核心设备，直接影响制程工艺节点。芯片生产主要包括沉积、光 刻、蚀刻等 7 个步骤，其中光刻为实现图形转移功能的核心步骤：负责把芯片设计图案通 过光学显影技术转移到芯片表面，进而实现在半导体晶圆表面制造微小结构。光刻机生产具备高技术门槛，需要高度精密的物理设备和严格的控制流程，以达到所需的制造精度。 先进制程工艺需要先进的、高分辨率的光刻机进行适配，光刻机直接影响芯片的工艺制程 与性能。
相同制程下，EUV 较 DUV 可实现降本增效。EUV 单台价格较高，约为 ArFi DUV 价 格的 2 倍。根据 ASML 公告，当前 EUV 单台设备价格约为 1.5 亿美元，而 ArFi DUV 价格 约为 0.7 亿美元。当制程进步至 7nm 以下时，EUV 光刻机被引入半导体制造并简化了一 些工艺步骤，为半导体制造成本和效率带来了较大提升。若使用 DUV 光刻机，晶圆厂需 要使用 DUV 进行多次曝光才能完成 7nm 制程的图形，而 EUV 仅需一次曝光即可完成， 降低曝光次数可减少不可控畸变，提升芯片的一致性和良率。根据台积电数据，台积电首 次使用 EUV 制造 7nm 芯片的工艺被命名为 N7+，与初代 N7 工艺相比，电路密度可提升 15%-20%；相同性能下，功耗可降低 15%。
光学系统为光刻机核心组成，光刻机迭代带动光学系统升级
曝光系统为光刻机核心，光学元件广泛应用于各光刻机系统。根据中国工程院（转引 自前瞻产业研究院）信息，一台 EUV 光刻机包含了超过 10 万个零部件，主要包括照明系统、工作台系统、曝光系统等，全球供应商超过 5000 家。从光刻机结构看，工业级超精 密光学元件被反应用于光刻机各类子系统，各类反射镜、透镜、光栅构成了光刻机复杂的 光学系统。其中，物镜系统为光刻机核心组成，关系到光刻机分辨率以及良率。
回顾光刻机发展历史，光学系统跟随光源迭代不断升级。光刻机自诞生以来，光源主 要经历了六次升级，波长从 436nm 提升至 13.5nm。蔡司作为全球超精密光学龙头，不断 推出新光学系统以适配光刻机升级。根据瑞利公式，光刻机发展需要再降低波长的同时提 升数值孔径，光学系统升级为光刻机提升分辨率的重要途径，与光源系统一同影响光刻技 术的发展。在发展至 EUV 之前，光学系统的数值孔径不断增大，导致光学系统的镜片数 量以及体积也持续增加。随着光刻机发展至 EUV，13.5nm 的 EUV 光会被透镜吸收的特点 也导致光学系统进入“反射”时代，光学系统仍为光刻机最重要的组成之一。
DUV 光学系统为透镜方案，紫外熔融二氧化硅或氟化钙（CaF2）是 DUV 透射光学 基板的首选材料。投影物镜要将照明模组发射出的一阶衍射光收进物镜内，再把掩膜版上 的电路图案缩小，聚焦成像在晶圆上，并且还要补偿光学误差，所以投影物镜主要由多枚 透镜组成。由于材料的典型透射率曲线会在 200nm 以下透射率急剧下降, DUV 透镜系统 需要使用特殊材料紫外熔融二氧化硅或氟化钙（CaF2）涂覆。同时，与 DUV 波长兼容的 抛光化合物和抛光工艺也需要被广泛研究测试，一些抛光材料/化合物会吸收 UV/DUV 光， 这会影响光学元件的可靠性和寿命；其他材料可能含有化合物，直接与 DUV 光反应，导 致系统损坏或故障。精密光学对表面抛光的要求更严格，光学加工是利用计算机数控 （CNC）、磁流变计算（MRF）、倾斜度研磨（PL）和单点金刚石车削（SPDT）工艺完成。
EUV 光学系统升级为反射系统，掩膜版及物镜系统均由特殊布拉格反射器构成。EUV 波长为 13.5nm，几乎被一切材料（包括空气）吸收，因此 EUV 光学系统必须在真空条件 下运行，且照明系统和投影物镜系统仅使用反射光学元件即可使光从中间焦点传输到光阵。 其中，反射镜为布拉格反射器，是关键的系统组件，必须具有极低的表面粗糙度（几个原 子）和高精度平面度和曲率。EUV 反射镜表面镀有 Mo/Si 多层膜结构，最高有 100 层堆 叠，通过多层膜实现更高的反射效率，ZEISS 与 Fraunhofer IOF 研究所共同研发独特的 镀膜系统，使反射率达到 70%。由于没有光学材料对 EUV 透明，EUV 光刻机使用的掩膜 版也必须为反射元件。
光学系统价值量提升，2025 年光刻机光学系统市场规模将达到 60 亿美元
光学系统迭代，EUV 镜片较 DUV 镜片价格差距达到 8 倍。EUV 光学系统由特殊布拉 格反射镜组成，制造工艺复杂，价格较高。根据 Edmund 信息，EUV 镜片相较 DUV 镜片 单价较高，同等规格的 EUV 和 DUV 镜片的价格差距达到 8 倍。随着先进制程进入 3nm 时代，EUV 光刻机已被头部晶圆厂大范围使用，下一代 High NA EUV 光刻机有望在 2025 年推出，EUV 光学系统成为趋势或将提升光学系统在光刻机当中的重要程度。
ASML 光刻机包含超过 10 万个零部件，光学系统供应商主要来自德国。根据中国工 程院（转引自前瞻产业研究院）信息，一台 EUV 光刻机包含了超过 10 万个零部件，全球 供应商超过 5000 家。从光刻机的结构分析来看，美国光源占 27%，荷兰腔体和英国真空 占 32%，日本材料占 27%，德国光学系统占 14%。
EUV 升级带动光刻机市场规模保持较快增长，2022 年光刻机市场规模 177 亿美元。 光刻机市场前三大供应商占据了绝大多数市场份额，2017-2022 年，三大供应商的光刻机 营收合计由 80 亿美元增长至 177 亿美元，对应 CAGR 为 17%。展望未来，根据 ASML 信息，近年来光刻机市场在半导体总市场中的占比持续提升，且未来该趋势有望得以延续， 主要考虑到半导体产业近年来快速发展，先进制程扩产带来晶圆厂资本开支爬升，设备支 出占比提升有望为光刻机带来持续增量，市场规模保持较快增长。
高端光刻机光学系统价值量高，2025 年全球光刻机光学系统市场规模有望达到 60 亿 美元。随着先进制程发展，EUV 光刻机在全球范围内出货量持续增加，且下一代 High-NA EUV 有望在 2025 年出货，EUV 光刻机市场占有率有望保持增长。由于 EUV 光学系统制 造难度大，蔡司半导体事业部独供的 EUV 光学系统价值量远超其他类型光刻机光学系统， 光学系统重要性日益提升。根据我们对于全球光刻机出货量、售价、光学系统价格占比等 因素的预测，我们估算全球光刻机光学系统市场规模有望在 2025 年达到 60 亿美元，对应 2022-2025 年 CAGR 为 25%。
1）2025 年全球光刻机出货量假设：根据 ASML 预测，2020-2030 年全球半导体市场 将保持稳定增长，期间 CAGR 为 9%，半导体行业保持增长将带动晶圆需求增加，其中， 先进制程和成熟制程年均复合增速较快，预计分别为 12%和 6%，晶圆厂需进行扩产以满 足需求增长。因此，我们假设用于生产先进制程的 EUV 光刻机以及辅助生产的 ArF 光刻 机市场需求将快速增加，2025 年出货量有望分别达到 80 台和 280 台。
2）2025 年光刻机售价假设：根据 ASML 数据，High-NA EUV 价格有望达到 3.5 亿 美元；通过分析 ASML 各类型光刻机 2018-2022 年售价，除 EUV 光刻机售价保持小幅增 长外，其他型号光刻机价格保持稳定。我们认为全球光刻机行业为寡头垄断市场，价格波 动较小，预计 2022-2025 年 EUV 光刻机出货量进入小幅增长区间，价格将保持稳定，其 他各类型光刻机售价将持续稳定。
3）光学系统占光刻机售价比例假设：蔡司半导体事业部主要生产超精密半导体光学 系统，其主要客户为 ASML。根据 ASML 以及蔡司公告，2015-2022 年蔡司半导体事业部 90%的营收来自 ASML，而蔡司半导体事业部为 ASML 光刻机光学系统唯一供应商。因此，通过对蔡司半导体事业部收入以及 ASML 各光刻机出货量以及平均售价情况进行分析，我 们估算得到各类型光刻机光学系统占光刻机售价比例的假设。
国产光刻机光学系统任重道远，蔡司为全球光刻机光学系统龙头
蔡司为全球光刻机光学系统龙头，2022 年市场占有率达到 90%。根据 ASML 公告， 蔡司为 ASML 光刻机核心光学系统主要供应商，尤其在 EUV 光刻机领域为唯一供应商。 2016 年，ASML 直接以 10 亿欧元投资获得了蔡司半导体子公司 Zeiss SMT 24.9%的股份， 与蔡司半导体更是达成了“两家公司，一项业务”的合作原则，共同推动先进光刻机的开 发。因此，在 ASML 成长为光刻机市场绝对龙头后，蔡司也成为光刻机光学系统领先企业， 基于 ASML 以及蔡司公告，2022 年我们测算蔡司在全球市场占有率已达到 90%。
国产光刻机光学元件参数与蔡司仍有较大差距，国产光刻机光学系统任重道远。我国 在光学领域积累了丰富的技术经验，在消费级、激光以及光通信领域均具有良好的技术基 础，但在半导体等工业级超精密光学领域，我国距国际一流水平仍有较大差距。目前，长 春光机所为国内超精密光学领域的佼佼者，在 DUV 透镜系统以及 EUV 反射镜系统均取得 了一定进展。根据蔡司、ASML、国科精密和长春光机所官网，国科精密推出的 DUV 光刻 机光学系统已可满足 90nm 工艺节点，与蔡司 DUV 光学系统仍有三代以上的差距；而长 春光机所承担的国家科技重大专项项目“极紫外光刻关键技术研究”研制的 EUV 光学系 统面型精度与蔡司仍有较大差距。我国在光刻机光学系统领域与海外仍有较大差距，但近 年来国内各企业、研究所已加大半导体光学研发力度，技术能力有望快速提升。
良率控制为芯片制造关键，检/量测贯穿制造全过程
前道制程和先进封装的质量控制可划分为检测（Inspection）和量测（Metrology） 环节。检测指在晶圆表面上或电路结构中，检测其是否出现异质情况，如颗粒污染、表面 划伤、开短路等对芯片工艺性能具有不良影响的特征性结构缺陷；量测指对被观测的晶圆 电路上的结构尺寸和材料特性做出的量化描述，如薄膜厚度、关键尺寸、刻蚀深度、表面形貌等物理性参数的量测。根据检测类型的不同，半导体质量控制设备可分为检测设备和 量测设备。
检测+量测环节贯穿前道制程和先进封装全过程，光刻和刻蚀等工艺均需至少 7 种类 型量/检测设备。量/检测设备主要应用于前道制程和先进封装，基本覆盖了各子环节，是 保证芯片生产良率的关键要素之一。根据 VLSI Research 数据，检测设备销售占比较高， 约为 62.6%，其中纳米图形晶圆缺陷检测设备为销售额占比最高的设备，2020 年销售额 为 18.9 亿美元；量测设备中关键尺寸量测设备销售额占比最高，2020 年销售额为 7.8 亿 美元。在前道以及先进封装的具体工艺当中，光刻、刻蚀以及 CMP 对于检测和量测设备 需求较高，均需至少 7 种不同类型的量/检测设备。
量/检测包括三大技术路线，光学检测技术市场占比超 75%
半导体量/检测包括光学检测、电子束检测和 X 光量测等技术。光学检测技术、电子 束检测技术和 X 光量测技术的差异包括检测精度、检测速度以及应用场景等。光学检测技 术在检测速度方面更具有优势，相同条件下速度可比电子束检测技术快 1000 倍以上。因 此，电子束检测技术主要应用在对吞吐量要求较低的场景，如纳米量级尺度缺陷的复查， 部分关键区域的表面尺度量测以及部分关键区域的抽检等。与 X 光量测技术相比，光学检 测技术的适用范围更广，而 X 光量测技术主要应用于特定金属成分测量和超薄膜测量等特 定的领域，适用场景相对较窄。
应用光学检测技术的设备应用场景广泛，2020 年市场占比超 75%。应用光学检测技 术的设备可以较好实现精度与速度之间的平衡，并能够满足其他技术所不能实现的功能， 如三维形貌测量、光刻套刻测量和多层膜厚测量等应用。根据 VLSI Research 和 QY Research 数据，2020 年全球半导体检测和量测设备市场中，应用光学检测技术、电子束 检测技术及 X 光量测技术的设备市场份额占比分别为 75.2%、18.7%和 2.2%，应用光学 检测技术的设备占比最大。
光学检测技术被广泛应用在量/检测环节，技术分类丰富。半导体光学量/检测设备适 用场景丰富，在半导体先进制程当中应用广泛。在检测环节，光学检测技术可进一步分为 无图形晶圆激光扫描检测技术、图形晶圆成像检测技术和光刻掩膜板成像检测技术。在量 测环节，光学检测技术基于光的波动性和相干性实现测量远小于波长的光学尺度，集成电 路制造和先进封装环节中的量测主要包括三维形貌量测、薄膜膜厚量测、套刻精度量测、 关键尺寸量测等。
半导体量/检测设备分辨率持续提升，2024 年配套光学系统市场规模有望达 到 13 亿美元
半导体制程已向亚纳米发展，推动量/检测技术发展。头部半导体制造商已将制程提升 至 3nm 工艺，三维 FinFET 晶体管、3D NAND 等新技术已成为行业内主流工艺技术。为 满足检测和量测技术向高速度、高灵敏度、高准确度、高重复性、高性价比的发展趋势和 要求，行业内通过提升分辨率、提升算法和软件性能、以及提升设备吞吐量等方式进行改 进，例如增强照明的光强、光谱范围延展至 DUV 波段、提高光学系统的数值孔径、增加 照明和采集的光学模式、扩大光学算法和光学仿真在检测和量测领域的应用等。
光学系统为半导体光学检测设备重要组成，需满足高 NA 低像差。半导体光学检测设 备光路设计较为复杂，且对于光学系统质量要求较高。以典型的明场光学缺陷检测装备为 例，该设备采用柯勒照明光路将高亮宽谱等离子体光源光束调制成超均匀、特定光束截面 形状的偏振光束；之后利用高 NA 低像差的物镜系统收集硅片结构图形缺陷引起的散射光， 再通过折反混合透镜组与变焦透镜组相结合的成像光路将散射光成像至时间延迟积分 （TDI）相机；最后利用基于片对片的图像差分处理算法实现缺陷信号的准确识别。
进入 10nm 制程以下时代，半导体光学检测设备需升级光源至 VUV 光。目前，美国 KLA 公司所开发的高端 K39XX 系列和 K29XX 系列明场光学缺陷检测装备能够实现亚 30nm 的缺陷检测灵敏度，并且产率能够维持 1WPH（Wafer Per Hour）@36nm，适用于 1X nm 及以下节点工艺生产线上的硅片结构图形缺陷检测。为了实现先进制程亚纳米级缺 陷检测，行业内需针对半导体材料的反射、透射特性对于光路系统进行特殊设计。根据 KLA Workshop 信息，KLA 采用 LSP 光源技术以达到纳米级缺陷检测，其中光学系统与 EUV 光刻机类似，需使用超精密光学加工的反射镜进行光路设计。因此，我们认为随着纳米级 缺陷检测需求增加，设备需采用超精密光学加工技术的反射镜替代部分透镜，光路系统设计也将更为复杂，总体看光学系统价值量占比有望提升。
半导体量/检测设备光学系统价值量提升，我们预计 2024 年全球半导体量/检测设备光 学系统市场规模有望达到 13 亿美元。随着先进制程发展，10nm 以下制程节点快速发展， 先进制程所需的半导体量/检测设备对于精度以及吞吐量有较高要求。以全球半导体量/检 测设备龙头 KLA 为例，KLA 为了适应 10nm 以下工艺节点缺陷推出了宽光谱 DUV 连续激 光光学检测系统，其对于光学系统提出了更高要求。根据我们对于全球半导体量/检测设备 市场规模、光学系统价值量占比等因素的预测，我们认为全球半导体量/检测设备配套的光 学系统市场规模有望在 2024 年达到 13 亿美元。
1）2023-2024 年全球半导体量/检测设备市场规模假设：随着制程越来越先进、工艺 环节不断增加，量/检测设备市场规模有望稳定增长。根据华经产业研究院数据显示，2021 年晶圆制造设备投资中量/检测设备占比约为11%。根据Gartner以及SEMI预测数据，2024 年全球晶圆制造设备市场规模将达到 1000 亿美元。近年来，半导体制造所需的主要设备 未发生重大变化，我们认为半导体量/检测设备在半导体设备市场占比有望保持为 11%，预 计 2024 年全球半导体量/检测设备市场规模为 125 亿美元。
2）2024 年配套光学系统价值量占比假设：根据 Gartner 数据，2018-2022 年全球半 导体量/检测设备市场规模保持稳定增长，2022 年市场规模高达 135 亿美元。根据中科飞 测招股说明书信息，2019-2021 年中科飞测半导体量/检测设备光学类原材料平均每年为总 采购成本的 35.5%。其中，除激光光源、相机、镜头以及传感器等零部件外，光学元器件 占比约为光学类原材料的 60%。通过以上数据，我们测算量/检测设备配套光学系统约占 设备价值量的 10%。目前，国产半导体量/检测设备制造水平处于行业中游，设备成本拆 分具备参考性，我们认为 10%的假设具有一定合理性。
半导体量/检测设备国产替代正当时，光学元件替代空间广阔
KLA 市占率超 50%，设备国产化率有望加速提升。根据 VLSI Research 和 QY Research 数据，全球半导体检/量测设备市场集中度较高，2020 年 KLA 占据全球 50%以 上的市场份额，其他检/量测设备厂商还包括应用材料、日立、雷泰光电等。2020 年全球 前五大厂商均来自美国和日本，占据了超过 82%的市场份额；国内市场也由美国和日本厂 商垄断，前五大厂商占据了超过 78%的市场份额。目前，中国大陆半导体产业链处于高速 发展期，从上游原材料到终端晶圆代工都有较大的技术突破。中国大陆检/量测设备厂商在 制程技术以及产品线均取得了一定突破，未来国产化率有望加速提升。
国内供应商一定具备供应能力，茂莱光学半导体检测光学营收快速增长。在半导体量 /检测设备领域，以茂莱光学为代表的国内头部光学厂商已初步具备向行业头部客户供应相 关光学模组的能力。根据茂莱光学招股说明书信息，茂莱光学已为 Camtek、KLA 等全球 知名半导体检测装备商研制半导体检测光学模组，但目前相关市场仍被 Newport、蔡司、 Zygo、Jenoptik 等海外光学厂商主导。我们认为半导体量/检测设备光学系统加工难度较 光刻机更小，国内厂商在初步掌握工艺后有望较快提升份额，2019-22H1 茂莱光学半导体 量/检测光学营收保持较快增长，2021 年营收已达到 8052 万元。
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