光学工业“掌上明珠”,国内替代空间广阔

光学工业“掌上明珠”，国内替代空间广阔

光学工业“掌上明珠”， 测试厂结合制造能力，结合制造能力

工业级精密光学元件制造难度大，是高科技行业应用的关键配套设备。参考茂莱光 根据招股说明书的定义，我们可以根据不同的精度和用途将光学元件分为传统的光学元件 根据不同的应用领域，精密光学元件可以进一步细分为消费级精密光学元件 光学元件和工业级精密光学元件。工业级精密光学元件主要用于工业测量 身体、生命科学、无人驾驶、生物识别AR/VR 对于工艺参数、技术性等高科技行业， 能源、应用环境、功能效果等方面要求较高，对制造提出了更高的要求。

超精密光学元件加工技术测试制造与系统仿真相结合的能力。高面形精度、高面形精度的生产和制造 在光学设计、材料选择、加工工艺和后处理等方面，制造商需要光学元件的光洁度和低反射率 具有优秀的技术能力。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合适的材料。在加工和后处理过程中，制造商需要将设计要求转化为加工 以及表面处理操作，从而达到表面精度、表面光洁度、反射率等技术参数。原抛光技术 根据蔡司官网信息，技术、镀膜技术、胶合技术、主动装配技术等制造技术，超精 密光学加工还需要实现图像算法，如复杂仪器系统设计与模拟、高端镜头优化设计与模拟分析、自动控制与信号采集系统设计与快速实施、图像形态学/集成/超分辨率/频率域处理等 算机技术，从而实现超精密光学元件和系统的设计和制造。

国内替代空间广阔，国内厂商在超精密光学领域发力

国内超精密光学厂家依靠进口设备，不利于国内光学厂家加工能力的长期提高。长期以 我国超精密光学行业的关键制造和检测设备依赖进口，国内相关设备的可靠性较低。根 根据《关于南京茂莱光科技有限公司首次公开发行股票并在科技创新板上市申请文件的审查》 根据查询函的回复，茂莱光学在生产过程中使用的关键进口设备包括镀膜机、干涉仪、 德国、美国、日本、英国、新加坡等主要来源国家和地区的抛光机、研磨机、测量仪等 韩国、马来西亚、泰国、香港和台湾。虽然绝大多数制造和检测设备都存在于国内 替代供应商，但部分镀膜机、磁流变抛光机设备暂无国产替代选择。短期内，进口设备 订单性能相对顺利，国内超精密光学制造商可使用进口设备进行工艺研发和生产。长期看，如 如果国内制造商不能在关键制造和测试设置中进入高端光学和国际贸易摩擦升级，国内制造商将逐步进入高端光学领域 形成自主可控或影响国内半导体和生命科学领域光学系统的发展。

国产超精密光学加工设备与海外仍存在较大差距。我国高端光学元件超精密制造技术 与国际前沿相比，设备存在阶段性差距，成为制约高端设备制造业发展的重大短板。根据《高 (2023)端光学元件超精密加工技术及设备开发研究(作者:蒋庄德、李常胜、孙林等)， 超精密光学元件制造的基础是高端光学加工机床。目前，我国已初步形成超精密加工机床 自主研发能力，产品品种基本满足关键领域的需求 04 判断专项实施后的状态， 我国机床行业和国际先进水平仍然存在 15 国内光学制造商基本上依赖进口超精度的差距 光学加工、检测设备及核心部件。

我国在关键设备和加工领域培育了一批潜力巨大的企业，预计中国将逐步实现超级 独立可控的精密光学元件。目前，包括 4m 以上口径光学元件毛坯制造基础设备，轻量化 高端装备，包括超精密磨削设备、亚纳米加工设备、超大口径光学元件超精密测量仪器等。 处于国外禁运状态。国内企业已成长为消费和工业光学元件领域的龙头企业，正在寻求超精密光学元件领域的突破。目前，我国在高端设备领域培育了一批基础良好的企业， 重点突破全频谱纳米/亚纳米精度创造，近无缺陷高表面完整性加工，超精密机床正向 我国有望逐步实现国产光学资源建设、超精密智能机床制造等共性关键技术 超精密光学元件独立可控。

2026 预计年度全球工业级精密光学市场将实现 268 亿元

预计 2026 全球工业级精密光学元器件市场规模 268 亿元。根据弗若斯特沙利 2022年文本数据(从茂莱光学招股说明书转移) 年度全球工业级精密光学市场规模 159 亿元， 预计 2026 年度市场规模将达到 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 对精密光学系统提出了更高的要求，有望将精密光学元件推向工业级迭代 学习市场规模预计将继续增长。

半导体设备和生命科学是全球工业级精密光学的重要细分。受益于科研和先进制造 随着行业的快速增长，半导体和生命科学领域的精度和轻量化要求不断提高，我们认为工业级的精度 预计密光学元件的重要性将继续提高。根据弗若斯特沙利文的数据(转移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用于基因测序仪、口腔医疗器械等 并预测设备 2026 年度市场规模将达到 53 亿元，对应 2022-2026 年 CAGR 为 11%；在半 导体领域，工业精密光学产品主要用于半导体检测、光刻机等高端设备，预计 2026 年度市场规模将达到 56 亿元，对应 2022-2026 年 CAGR 为 12%。

目前，2021年，德国和日本制造商主导了工业精密光学市场 今年，中国制造商在半导体市场的份额 为 6%。德国和日本历史悠久，产业链体系完善，加工能力领先。 蔡司、尼康、佳能等世界知名光学元器件企业Jenoptik、徕卡、奥林巴斯等。 生产工业级精密光学元器件作为光学元器件行业的“掌上明珠”，需要最先进的制造 掌握超精密光学加工技术的设备和设备。根据弗若斯特沙利文的数据(转移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70%以上的市场份额，在半导体和生命科学领域的市场份额分别达到 80%和 70%以上。近年 来吧，随着大量国际精密光学企业在中国建立工厂，并与国内光学加工企业建立外包关系，国内精密光学企业在中国建立了外包关系 密光学企业抓住产业转移的机遇，逐步缩小产品设计、制造、检测等关键环节的技术水平 根据茂莱光学计算，2021年小与国际厂商的差距 在半导体和生命科学领域的市场份额 别达到了 6%和 12%。

精密光学系统贯穿半导体制造的全过程，是“产业基础”

半导体工艺不断升级，制造工艺和投资大幅增长

随着半导体系统工艺的进步，需要开发更高的集成密度工艺，实现难度不断增加。半个世纪以来，半导 体器性能的增长率遵循著名的摩尔定律，先进的半导体工艺已经从平面结构发展到 3D 结构， 晶体管面积不断缩小，集成电路可容纳的晶体管数量保持约 18 每月翻倍的规律。根据 MKS 我们可以看到万机仪器手册的信息 3D NAND 架构堆叠内存单元，减少整体占用空间； FinFET 晶体管使用 3D 减少隧穿效果的方法制造。随着半导体器件集成度的提高，行业需要 采用更复杂的制造工艺，对材料和设备提出了更高的要求。

4nm 以下节点半导体制程序已增加到近1000道，每道工序的良率应超过 99.99%才能保 达到证书的整体良率 95%。根据 Yole 数据(转引自中国集成电路检测与测试行业技术创新 路线图(集成电路测试仪器与设备行业技术创新联盟)，每减少一代工艺节点，在工艺中 致命缺陷的数量会增加 50%，每道工序的良率要保持在很高的水平，才能保证最高水平 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个，因为它使用了很多 层套刻技术，14nm 以下节点工艺步骤增加到近千道工序。当工序超过 500 道时，只有 确保每道工序的良品率超过 99.99%，最终良品率可以超过 95%；良好的单道工序 品率下降至 99.98%时，最终总良品率将下降至约 90%。因此，在制造过程中对工艺窗口进行处理 挑战要求几乎是“零缺陷”。

芯片流片成本的先进工艺迅速上升，IBS 数据显示每 5 万片 3nm 投资工艺晶圆设备 达到 215 亿元。在摩尔定律的推动下，组件集成度的显著提高需要集成电路线宽的持续缩小 生产技术和制造工艺越来越复杂，制造成本呈指数级上升趋势。根据 IBS 统计（转 随着技术节点的不断缩小，集成电路制造设备的投资显著增加 上升趋势。以 5nm 以技术节点为例，其投资成本高达 156 亿美元，是 14nm 两倍以上， 28nm 四倍左右。因此，芯片厂的流片成本也大幅增加。 The Information Network 数据，12nm 流片工艺的成本约为 300-500 一万美元，5nm 工艺流片的成本为 4000-5000 一万美元；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的全过程，光刻和量/检测是半导体设备的重要组成部分

光刻机和半导体量/检测是半导体设备的重要组成部分，设备升级促进了技术节点的进步。半导体 光刻机和量/检测设备是半导体制造的重要设备，设备有十大类。根据 Gartner 数据， 半导体设备的市场比例分别为光刻机和半导体量/检测设备 17%和 12%。当技术节点向 5nm 以下升级时，半导体制造工艺变化较大，微结构和制造工艺进一步复杂 工艺设备和质量控制设备不断升级。DUV 光刻机受其波长限制，其精度无法满足工艺要求 晶圆厂需要购买更昂贵的要求 EUV 光刻机，或采用多种模板工艺，重复多次薄膜沉降 为了实现较小的线宽，积蚀和刻蚀过程显著增加了膜的沉积和刻蚀次数，也提高了良率控制 要求更高。因此，我们认为晶圆厂未来需要投资更先进的工艺设备和良率控制设备 备。

精密光学系统是光刻机和量/检测设备的重要组成部分，涵盖了半导体制造的全过程。在半导体 在制造过程中，生产合格的设备需要数百个处理步骤，每个过程都需要使用相关的设备 制造和良率控制。根据 KLA(科天半导体)，半导体量/检测基本覆盖半导体制造的全过程， 数量/检测设备的原理主要是光学检测，每一步都必须完美执行，以避免致命缺陷的生产 生。此外，光刻系统是半导体器件结构形成的重要环节，是光刻机的关键 成分直接影响工艺、速度和良率。因此，我们认为精密光学系统是为了制造工艺和良率 半导体设备的核心系统对控制有重大影响。

光学系统是光刻机的重要组成部分，蔡司是世界领先的

光刻机已升级为半导体工业的“皇冠” EUV

光刻机是芯片生产的核心设备，直接影响工艺节点。芯片生产主要包括沉积、光 刻、蚀刻等 7 其中，光刻是实现图形转移功能的核心步骤：负责通过芯片设计图案 将过光学显影技术转移到芯片表面，然后在半导体晶圆表面制造小结构。光刻机生产具有高科技门槛，需要高精度的物理设备和严格的控制过程，以达到所需的制造精度。 先进的工艺需要先进、高分辨率的光刻机来适应，光刻机直接影响芯片的工艺 与性能。

在相同的工艺下，EUV 较 DUV 降本增效是可以实现的。EUV 单台价格较高，约为 ArFi DUV 价 格的 2 倍。根据 ASML 公告，当前 EUV 单台设备的价格约为 1.5 亿美元，而 ArFi DUV 价格 约为 0.7 亿美元。当工艺进步到 7nm 以下时，EUV 光刻机被引入半导体制造并简化 一些工艺步骤大大提高了半导体制造的成本和效率。若使用 DUV 晶圆厂需要光刻机和晶圆厂 要使用 DUV 多次曝光才能完成 7nm 工艺图形，而 EUV 只需一次曝光即可完成， 减少曝光次数可减少不可控畸变，提高芯片的一致性和良率。根据台积电数据，台积电首先 次使用 EUV 制造 7nm 芯片工艺被命名为 与初代相比，N7+ N7 与工艺相比，电路密度可以提高 15%-20%；在相同的性能下，功耗可以降低 15%。

光学系统是光刻机的核心组成部分，光刻机迭代推动光学系统升级

曝光系统是光刻机的核心，广泛应用于各种光刻机系统。根据中国工程院(转引) 自前瞻性产业研究院)信息，一个 EUV 光刻机包含超过 10 主要包括照明系统、工作台系统、曝光系统等1万个部件，全球供应商超过 5000 家。从光刻机结构来看，工业级超精 光刻机各种子系统反应了密光学元件，各种反射镜、透镜、光栅构成了复杂的光刻机 光学系统。其中，物镜系统是光刻机的核心组成部分，与光刻机的分辨率和良率有关。

回顾光刻机的发展历史，随着光源迭代，光学系统不断升级。光刻机自诞生以来，就是光源的主要来源 要经历六次升级，波长从 436nm 提升至 13.5nm。作为全球超精密光学的领头羊，蔡司不断 为适应光刻机升级，推出了新的光学系统。根据瑞利公式，光刻机的发展需要同时减少波长 光学系统升级为光刻机提高分辨率的重要途径，与光源系统一起影响光刻技术 术的发展。在发展至 EUV 此前，光学系统的数值孔径不断增加，导致光学系统的镜片数 数量和体积也在不断增加。随着光刻机的发展 EUV，13.5nm 的 EUV 光会被透镜吸收 光学系统仍然是光刻机最重要的组成部分之一，也导致光学系统进入“反射”时代。

DUV 光学系统是透镜方案，紫外熔化二氧化硅或氟化钙(CaF2)是 DUV 透射光学 基板的首选材料。投影物镜应将照明模块发射的一阶衍射光收集到物镜中，然后在掩膜版上 电路图案缩小，晶圆上聚焦成像，补偿光学误差。因此，投影物镜主要由多个物镜组成 透镜组成。由于材料的典型透射率曲线会存在 200nm 以下透射率急剧下降， DUV 透镜系统 紫外熔融二氧化硅或氟化钙(CaF2)涂层需要特殊材料。同时，与 DUV 波长兼容的 一些抛光材料/化合物也需要广泛的研究和测试来吸收抛光化合物和抛光工艺 UV/DUV 光， 这将影响光学元件的可靠性和使用寿命；其他材料可能含有化合物，直接与 DUV 光反应，导 造成系统损坏或故障。精密光学对表面抛光有更严格的要求，光学加工采用计算机数控 （CNC）、磁流变计算（MRF）、倾斜度研磨（PL）单点金刚石车削（SPDT）工艺完成。

EUV 光学系统升级为反射系统，掩膜版和物镜系统由特殊的布拉格反射器组成。EUV 波长为 13.5nm，因此，几乎所有的材料（包括空气）都被吸收 EUV 光学系统必须具备真空条件 下运行，照明系统和投影物镜系统只能通过反射光学元件将光从中间焦点传输到光阵。 其中，反射镜是布拉格反射器，是关键的系统组件，必须具有极低的表面粗糙度(几个原始的) 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 100 层堆 通过多层膜实现更高的反射效率，ZEISS 与 Fraunhofer IOF 研究所共同研发了独特的研发 涂层系统使反射率达到 70%。因为没有光学材料对 EUV 透明，EUV 用于光刻机的掩膜 版本也必须是反射元件。

2025年光学系统价值增加 年光刻机光学系统的市场规模将达到 60 亿美元

光学系统迭代，EUV 镜片较 DUV 镜头价格差距达到 8 倍。EUV 由特殊布拉组成的光学系统 由格子反射镜组成，制造工艺复杂，价格昂贵。根据 Edmund 信息，EUV 镜片相较 DUV 镜片 单价高，规格相同 EUV 和 DUV 镜头的价格差距已经达到 8 倍。随着先进工艺的进入 3nm 时代，EUV 光刻机已广泛应用于头部晶圆厂，下一代 High NA EUV 光刻机有望在这里 2025 年推出，EUV 光学系统成为一种趋势，可能会提高光学系统在光刻机中的重要性。

ASML 光刻机包含超过 10 光学系统供应商主要来自德国。根据中国工 程院(转引自前瞻性产业研究院)信息，一个 EUV 光刻机包含超过 10 世界各地的万个部件 供应商超过 5000 家。从光刻机的结构分析来看，美国光源占用 荷兰腔体和英国真空的27% 占 日本材料占32% 德国光学系统占27% 14%。

EUV 2022年升级带动光刻机市场规模保持快速增长 年光刻机市场规模 177 亿美元。 2017-2022年，光刻机市场前三大供应商占据了绝大多数市场份额 年，三大供应商的光刻机 营收合计由 80 1亿美元增长到 177 亿美元，对应 CAGR 为 17%。展望未来，依据 ASML 近年来，光刻机市场在半导体总市场的比例不断上升，这一趋势有望在未来继续下去， 考虑到近年来半导体产业的快速发展，先进工艺的扩张带来了晶圆厂资本支出的上升，设备支持 出比增长有望给光刻机带来持续增长，市场规模保持快速增长。

2025年高端光刻机光学系统价值高 年度全球光刻机光学系统市场规模有望达到 60 亿 美元。随着先进工艺的发展，EUV 全球光刻机出货量持续增加，下一代 High-NA EUV 有望在 2025 年出货，EUV 光刻机市场份额有望保持增长。由于 EUV 光学系统制 蔡司半导体事业部独供制造难度大。 EUV 光学系统的价值远远超过其他类型的光刻机光学系统， 光学系统的重要性日益提高。根据我们的全球光刻机出货量、价格、光学系统价格比例等 我们估计，全球光刻机光学系统的市场规模预计将是 2025 年达到 60 亿美元，对应 2022-2025 年 CAGR 为 25%。

1）2025 根据年度全球光刻机出货量假设： ASML 预测，2020-2030 全球半导体市场年 在此期间，将保持稳定的增长 CAGR 为 半导体行业的持续增长将推动晶圆需求的增加，其中， 先进工艺和成熟工艺年均复合增长速度较快，预计分别为 12%和 6%，晶圆厂需要扩大生产才能满员 需求增长充足。因此，我们假设用于生产先进工艺 EUV 辅助生产的光刻机和光刻机 ArF 光刻 2025年，机器市场需求将迅速增长 预计年出货量将分别达到 80 台和 280 台。

2）2025 年光刻机价格假设： ASML 数据，High-NA EUV 预计价格会达到 3.5 亿 美元；通过分析 ASML 各种类型的光刻机 2018-2022 年售价，除 EUV 光刻机的价格保持小幅上涨 另外，其它型号的光刻机价格保持稳定。我们认为全球光刻机行业是寡头垄断市场的价格波 动作小，预计 2022-2025 年 EUV 光刻机出货量进入小幅增长范围，价格将保持稳定 各种类型的光刻机价格将继续稳定。

3)光学系统占光刻机价格比例假设：蔡司半导体事业部主要生产超精密半导体光学 该系统的主要客户是 ASML。根据 ASML 蔡司宣布，蔡司半导体事业部于2015-2022年发布 90%的收入来自 ASML，而且蔡司半导体事业部是为了 ASML 唯一的光刻机光学系统供应商。因此，通过蔡司半导体事业部的收入和 ASML 分析了各种光刻机的出货量和平均售价，我 假设各种类型的光刻机光学系统占光刻机价格的比例。

国内光刻机光学系统还有很长的路要走。蔡司是全球光刻机光学系统的领导者

2022年，蔡司是全球光刻机光学系统的领导者 年市场份额达到 90%。根据 ASML 公告， 蔡司为 ASML 特别是光刻机核心光学系统的主要供应商 EUV 光刻机领域是唯一的供应商。 2016 年，ASML 直接以 10 蔡司半导体子公司投资1亿欧元 Zeiss SMT 24.9%的股份， 与蔡司半导体达成“两家公司、一家业务”的合作原则，共同推动先进光刻机的开启 发。因此，在 ASML 蔡司成长为光刻机市场的绝对领导者后，也成为光刻机光学系统的领先企业， 基于 ASML 以及蔡司公告，2022年 我们计算蔡司在全球的市场份额已经达到了 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还有很长的路要走。我国 在光学领域积累了丰富的技术经验，在消费水平、激光和光通信领域具有良好的技术基础 但在半导体等工业超精密光学领域，我国与国际一流水平仍存在较大差距。目前，长 春光机是中国超精密光学领域的领导者 DUV 以及透镜系统 EUV 都获得了反射镜系统 取得一定进展。根据蔡司、ASML、国科精密和长春光机所官网，国科精密推出 DUV 光刻 已经满足了机光学系统 90nm 工艺节点，蔡司 DUV 光学系统仍有三代以上的差距；长 国家科技重大项目“极紫外光刻关键技术研究”由春光机承担 EUV 光学系 与蔡司相比，统面精度仍有较大差距。我国在光刻机光学系统领域与海外仍存在较大差距，但近 近年来，国内企业和研究所加大了半导体光学研发力度，技术能力有望迅速提高。

前道光学检测设备是主流方案，光学系统是重要支撑

良率控制是芯片制造的关键，检测/测量贯穿于制造的全过程

前道工艺和先进包装的质量控制可分为检测（Inspection）和量测（Metrology） 环节。检测是指在晶圆表面或电路结构中检测是否有颗粒污染、表面等异质 划伤、短路等对芯片工艺性能有不良影响的特征性结构缺陷；测量是指观测到的晶圆 测量电路上的结构尺寸和材料特性，如薄膜厚度、关键尺寸、蚀刻深度、表面形状等物理参数。半导体质量控制设备根据检测类型的不同可分为检测设备和 量测设备。

测试+测量环节贯穿前道工艺和先进包装的全过程，光刻、刻蚀等工艺至少需要 7 种类 型量/检测设备。量/检测设备主要用于前道工艺和先进包装，基本覆盖各子环节 保证芯片生产良率的关键因素之一。根据 VLSI Research 数据、检测设备销售比例较高， 约为 62.6%，纳米图形晶圆缺陷检测设备是销量最高的设备，2020年 年销售额 为 18.9 1亿美元；测量设备中关键尺寸测量设备销量最高，2020年 年销售额为 7.8 亿 美元。在前道和先进包装的具体工艺中，光刻、刻蚀和 CMP 对于检测和测量设备 如果需求较高，至少需要 7 不同类型的量/检测设备。

数量/检测包括光学检测技术市场占比超过三条技术路线 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 测量技术的差异包括测量精度、测量速度和应用场景。光学检测技 该技术在检测速度方面更具优势，在相同条件下速度比电子束检测技术快 1000 倍以上。因 在这种情况下，电子束检测技术主要应用于对吞吐量要求较低的场景，如纳米量级尺度缺陷的审查， 一些关键区域的表面尺度测量和一些关键区域的抽样检查。与 X 与光学检测技术相比，光学检测技术 测试技术的应用范围更广， X 光量测量技术主要用于特定金属成分测量和超薄膜测量 在固定领域，适用场景相对狭窄。

应用光学检测技术的设备应用场景广泛，2020年 年市场占比超过 75%。光学检测技术的应用 该设备能更好地实现精度与速度的平衡，并能满足其它技术无法实现的功能， 如三维形貌测量、光刻套刻测量、多层膜厚测量等应用。根据 VLSI Research 和 QY Research 数据，2020 光学检测技术和电子束应用于全球半导体检测和测量设备市场 检测技术及 X 光量测量技术设备的市场份额分别为 75.2%、18.7%和 光学应用2.2% 设备在检测技术中所占比例最大。

光学检测技术广泛应用于量/检测环节，技术分类丰富。半导体光学量/检测设备适用 广泛应用于半导体先进工艺中，场景丰富。光学检测技术可以进一步分为检测环节 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 在测量过程中，光学检测技术基于光的波动性和相关性来测量远小于波长的光学规模，集成电 道路制造和先进包装环节的测量主要包括三维外观测量、薄膜厚度测量、套刻精度测量、 测量关键尺寸等。

2024年半导体量/检测设备分辨率持续提高 预计年度配套光学系统市场规模将达到预期 到 13 亿美元

半导体工艺已向亚纳米发展，促进了量/检测技术的发展。头部半导体制造商已经升级了工艺 至 3nm 工艺，三维 FinFET 晶体管、3D NAND 新技术已成为行业内的主流工艺技术。为 满足高速、高灵敏度、高精度、高重复性、高性价比的发展趋势 要求行业通过提高分辨率、算法和软件性能以及设备吞吐量来改变 进，例如，增强照明的光强和光谱范围延伸到 DUV 提高光学系统的数值孔径，增加波段 在检测和测量领域应用照明和采集的光学模式、扩展光学算法和光学仿真等。

光学系统是半导体光学检测设备的重要组成部分，需要满足高要求 NA 低像差。半导体光学检测设备 备光路设计复杂，对光学系统质量要求高。以典型的明场光学缺陷检测设备为基础 例如，该设备利用柯勒照明光路将亮宽等离子体光源光束调制成超均匀的特定光束截面 形状偏振光束；然后使用高 NA 低像差物镜系统收集硅片结构图形缺陷引起的散射光， 散射光成像通过折反混合透镜组和变焦透镜组的成像光路延迟积分 （TDI）相机；最后，利用基于片对片的图像差分处理算法准确识别缺陷信号。

进入 10nm 在以下时代，半导体光学检测设备需要升级光源 VUV 光。目前，美国 KLA 公司开发的高端 K39XX 系列和 K29XX 能够实现一系列明场光学缺陷检测设备 30nm 检测缺陷的灵敏度，并能保持生产率 1WPH（Wafer Per Hour）@36nm，适用 1X nm 以下节点工艺生产线上硅片结构图形缺陷检测。为了实现亚纳米级的先进工程缺失 沉降检测，行业需要针对半导体材料的反射和透射特性，专门设计光路系统。根据 KLA Workshop 信息，KLA 采用 LSP 光学系统和光源技术可以实现纳米级缺陷检测 EUV 光刻机类似，光路设计采用超精密光学加工反射镜。因此，我们认为随着纳米级的推移， 随着缺陷检测需求的增加，设备需要使用超精密光学加工技术的反射镜来取代部分透镜，光路系统的设计将更加复杂，光学系统的整体价值比预计将会增加。

我们预计半导体量/检测设备光学系统的价值会增加。 2024 全球半导体量/年度光检设备 预计学习系统的市场规模将达到 13 亿美元。随着先进工艺的发展，10nm 以下工艺节点发展迅速， 先进工艺所需的半导体量/检测设备对精度和吞吐量要求较高。全球半导体量/检查 测设备龙头 KLA 为例，KLA 为了适应 10nm 以下工艺节点的缺陷引入了宽光谱 DUV 连续激 光学检测系统对光学系统提出了更高的要求。根据我们的全球半导体量/检测设备 预测市场规模、光学系统价值比等因素，我们认为全球半导体量/检测设备配套的光 学习系统的市场规模有望在市场上 2024 年达到 13 亿美元。

1）2023-2024 年度全球半导体量/检测设备市场规模假设:随着工艺的发展，工艺越来越先进 数量/检测设备市场规模有望稳步增长。根据华经产业研究院的数据，2021 年晶圆制造设备投资中量/检测设备约占11%。根据Gartner和SEMI预测数据，2024 年度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 我们认为半导体量/检测设备在半导体设备市场中的比例有望保持不变 11%，预 计 2024 全球半导体量/年度检测设备市场规模 125 亿美元。

2）2024 根据年度配套光学系统的价值比例假设： Gartner 数据，2018-2022 年全球半 2022年，导体量/检测设备市场规模保持稳定增长 年市场规模高达 135 亿美元。根据中科飞 2019-2021年招股说明书信息 年中科飞半导体量/检测设备光学原料平均每年总量 采购成本的 35.5%。除激光光源、相机、镜头、传感器等部件外，光学元件 它约占光学原料的比例 60%。通过以上数据，我们对配套光学系统的测量/检测设备进行了约占 设备价值 10%。目前，国内半导体量/检测设备制造水平处于行业中游，设备拆卸成本高 分具有参考性，我们认为 假设10%是合理的。

国产半导体量/检测设备更换时，光学元件更换空间广阔

KLA 市占率超 预计50%的设备本地化率将加快。根据 VLSI Research 和 QY Research 数据显示，2020年全球半导体检/测量设备市场集中度较高 年 KLA 占据全球 50%以 上述市场份额，其他检测/测量设备制造商也包括应用材料、日立、雷泰光电等。2020 年全球 前五大制造商都来自美国和日本，占据了超过一部分 82%的市场份额；美国和日本工厂也有国内市场 商业垄断，前五大厂商占据超过 78%的市场份额。目前，中国大陆半导体产业链正处于高速状态 在发展期间，从上游原材料到终端晶圆OEM都取得了巨大的技术突破。中国大陆检测/测量设备制造商 工艺技术和产品线都取得了一定的突破，预计未来国产化率将加快。

国内供应商必须具备供应能力，茂莱光学半导体检测光学收入快速增长。在半导体量 /在检测设备领域，以茂莱光学为代表的国内领先光学制造商已初步为行业领先客户提供相应的服务 关光学模块的能力。根据茂莱光学招股说明书，茂莱光学已经是 Camtek、KLA 等全球 知名的半导体检测设备制造商开发了半导体检测光学模块，但相关市场仍然存在 Newport、蔡司、 Zygo、Jenoptik 以海外光学制造商为主。我们认为半导体量/检测设备光学系统的加工难度较大 2019-22H1，光刻机较小，预计国内厂商在初步掌握工艺后会迅速增加份额 光学半导体茂莱 2021年检测光学收入保持快速增长 年收入已达到 8052 万元。(报告制作人：中信证券)