半导体光学系统行业专题报告：国产超精密光学未来可期
　　光学行业“掌上明珠”，国产替代空间广阔
　　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，对精密加工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%。
　　贯穿半导体制造全流程，精密光学系统为“产业基础”
　　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。
　　光学系统为光刻机重要组成，蔡司为全球龙头
　　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。
　　前道光学检测设备为主流方案，光学系统为重要支撑
　　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。