华海清科研究报告CMP设备国产替代先锋，迎来快速增长期

（报告出品方兴业证券）

1、华海清科国内 CMP 设备龙头，收入规模快速扩大

1.1、国内 CMP 设备龙头，广泛覆盖国内主流晶圆厂

华海清科成立于 2013 年，是清华大学践行“京津冀一体化战略”、与天津市政府 达成合作意向后合资成立的。公司主要从事半导体专用设备业务，主要产品为化 学机械抛光（CMP）设备，是率先填补 CMP 设备尤其是 12 英寸产品国内空白的 龙头厂商，产品具备国内领先的技术水平和国际主流的性能表现，在中芯国际、 长江存储、华虹集团、英特尔、长鑫存储、厦门联芯、广州粤芯、上海积塔等国 内外知名 IC 制造商已有广泛应用。

公司主要产品包括 12 英寸和 8 英寸 CMP 设备，并提供晶圆再生业务、关键耗材 销售和维保业务等配套材料及技术服务，具体来看 1） 公司率先实现产业化的 12 英寸 CMP 设备目前仍是公司最主要的收入来源， Universal-300 系列有多款产品，技术水平已突破至 14nm 逻辑芯片、128 层 3D NAND、1X/1Ynm DRAM 存储芯片节点，基本满足国内各类型产线最高技术 节点，近年持续快速放量，2021 年单价约每台两千万元左右； 2） 基于成熟掌握、难度更高的 12 英寸设备核心技术，公司在 2019 年根据市场 需求开发了 8 英寸设备 Universal-200 系列，并在 2020 年实现首台销售，并逐 步向市场推广，目前单价每台千万元以上； 3） 配套材料及技术服务收入随着 CMP 设备累计销售数量的增加而相应增长。 此外，公司 12 英寸减薄抛光一体机已交付指定客户进行大生产线考核验证，晶圆 再生代工和耗材等业务也在努力开拓中，有望为公司未来发展创造更大空间和新 的利润增长点。

公司客户广泛覆盖国内主流晶圆厂/存储厂，集中度相对较高，2021 年前五大客户 收入占比高达 93%，尤其是长江存储贡献了 66%收入，主要与客户的扩产和采购 节奏有关。而综合近三年情况来看，整体上长江存储、华虹集团、中芯国际为公 司前三大客户且收入持续增长，长鑫存储、积塔半导体、粤芯等也均为公司客户。

1.2、实控人为清华大学，技术研发积累深厚

公司间接控股股东为清华控股，持有 37.58%股权，实际控制人则为清华大学，而 为响应校企改革政策号召，清华大学拟将清华控股 100%股权无偿划转给四川能 投，若划转完成，则公司实控人将变更为四川省国资委。此外，清津厚德等三家 员工持股平台合计持有 12.22%股权，董事长路新春持有 7.93%股权。

清华大学是国内率先从事 CMP 基础原理研究的高校之一，其摩擦学国家重点实 验室自 2000 年起便开展抛光原理研究和关键技术攻关，其形成的 CMP 相关专利 技术成果是公司初期核心技术积累的主要来源。公司董事长路新春为清华大学机 械工程系教授、首席研究员，而其他核心技术人员也基本都有多年摩擦学国家重 点实验室研究工作经历。

公司高度重视研发，截至 2021 年末研发人员数量达 224 人，占公司员工总数的 32.37%，形成了具有层次化的人才梯队建设，公司研发投入持续增长，近三年累 计达 2.2 亿元，占同期营收比例达 15.88%。 公司成立时，清华大学将 30 项与 CMP 产业化发展密切相关的专利注入公司，并 将其余 70 项授权公司使用，其后公司不断大力研发投入，并与清华大学持续展开 合作研发项目，目前拥有授权及在申报 CMP 技术相关发明专利 200 余项。公司 形成了一系列国内领先的核心技术，产品与国外垄断厂商直接竞争。

1.3、收入规模快速扩大，在手订单情况良好

公司近年收入持续快速增长，主要系公司 CMP 设备验证成功并推向客户验证后， 产品性能受到市场较高认可，随着客户数量和份额的不断突破以及客户本身的快 速扩产，公司销售机台数量高速增长。净利润方面，由于公司前期投入巨大而销 售规模有限，因此 2017-2019 年公司处于亏损阶段，但随着公司机台出货数量和 收入体量极速扩大，自 2020 年开始已成功实现盈利并快速增长。

公司近年毛利率持续改善，一方面随着公司机台生产数量快速增长，规模化原材 料采购使得议价能力提高，生产规模的增长加大了固定成本的分摊，同时优化选 型令直接材料的价格逐步降低，综合降低了生产成本；另一方面公司持续推出新 功能、新配置的高端产品，单台设备价格有所提升。同时得益于规模效应下费用 率的显著下降，公司净利率改善明显。

站在当前时点，我们认为，公司作为国内少有的实现 CMP 设备规模量产的龙头厂 商，产品基本满足国产替代需求，并持续推进 14nm 及以下等先进制程产品研发 及认证，未来随着下游客户快速扩产以及国产替代推进下份额提升，公司将继续 迎来订单和销售的快速增长。

据公司招股书披露，截至 2021 年底，公司 CMP 设备已累计出货超 140 台，未发 出产品的在手订单超 70 台，在手订单极其充足。而这从财务报表也可以得到进一 步佐证，公司近年合同负债金额高速增长，尤其是 2021 年底相比 2020 年底的 1.64 亿元增长数倍达到了 7.79 亿元，而存货金额也保持类似的高速增长，证明了下游 客户的订单旺盛以及公司为此进行了积极准备。

2、国内扩产高峰+国产替代加速，CMP 设备龙头迎发展良机

2.1、全球主要晶圆厂积极扩产，半导体设备市场持续景气

半导体行业结构性景气持续，全球市场规模有望再创新高。2021 年，得益于汽车 电子、5G、IoT 等下游需求高景气，行业整体供给偏紧，全球半导体市场规模同 比大增 26%，达到创纪录的 5559 亿美元。展望 2022 年，汽车电子、云计算等细 分领域持续高景气，有望带动市场规模继续成长，超过 6000 亿美元。

全球主要 IC 制造厂展望乐观，积极进行产能扩充。虽然部分芯片供给紧缺情况 逐渐缓解，但主要晶圆厂判断行业整体供需依然偏紧，因此纷纷宣布了积极的扩 产规划和资本开支计划。如代工龙头台积电看好 5G、HPC、汽车电子的长期增长 趋势，在全球范围内积极扩产，2022 年的资本开支指引也在去年 300 亿美元的高 基数上进一步显著提高，达到 400-440 亿美元。

在全球主要晶圆厂积极的资本开支下，半导体设备龙头厂商也都持续处于供不应 求状态，根据 SEMI 统计，2021 年全球半导体设备市场规模激增 44%，创下约 1030 亿美元的新高。其中占比最大的前道晶圆制造设备市场同样增长 40%以上， 达到约 900 亿美元，并预计 2022 年将继续增长 18%，达到 1070 亿美元的新高， 且 2023 年市场也将保持健康，维持在千亿美元之上。

中国大陆的晶圆厂/存储厂随着技术逐渐突破，近年更是积极进行产线建设，尤其 是 2020 年以来，随着国内领先晶圆厂/存储厂实现关键技术突破，其扩产更是处 于高峰期。我们统计了国资背景主要晶圆厂/存储厂的扩产规划，12 寸逻辑代工及 IDM 产能将从 2021 年底的 40 多万片/月提升至 2024 年底的超过 130 万片/月；长 江存储和长鑫存储的总产能也将从 2021 年底的 16 万片/月提升至 2024 年底的约 50 万片/月，均有显著提升。

国内下游本身的快速扩产外，自主可控进程的加速更是进一步为国产供应商带来 了前所未有的发展良机。近年中美贸易关系存在不确定性，美国先后对华为、中 芯国际等国产厂商逐步加大制裁，使得国内半导体行业意识到了产业链自主可控 的必要性，纷纷加速国产替代进程。

在当前中美贸易摩擦的大背景下，国内晶圆厂对于核心供应链自主可控的需求日 益增强，国内设备、材料厂商迎来千载难逢的好机会，国产化速度将进一步提速， 以长江存储为例，国产设备在各个环节的比例在逐渐提升，未来随着资本开支进 一步加大，国产化比例有望进一步提升，相关细分领域的龙头公司订单及业绩有 望持续加速。（报告来源未来智库）

2.2、CMP 设备IC 制造表面平坦化利器，国产替代空间巨大

2.2.1、晶圆制造表面平坦化利器，随制程演进步骤持续增加

在晶圆制造过程中，由于晶圆在沉积等工序后表面都会变得粗糙和不平整，因此 需要抛光来实现晶圆表面的平坦化，如机械抛光、化学抛光、化学机械抛光（Chemical Mechanical Polish，CMP）等技术，其中 CMP 技术结合了机械研磨和 化学腐蚀的优点，具有极高的平整度和全局化平坦效果，因此成为了最为主流的 抛光技术。

CMP 工艺在集成电路中的应用主要包括单晶硅片抛光和芯片制造抛光，此外先进 封装领域也越来越多地使用 CMP 工艺。在单晶硅片制造环节，单晶硅片首先通过 化学腐蚀减薄，减薄后粗糙度在 10-20μm，此后进行粗抛光、细抛光、精抛光等 步骤，将粗糙度控制在 nm 级别以内。

CMP 设备是对硅片/晶圆自动化实施 CMP 工艺的超精密设备，包含抛光、清洗、 传送等关键功能模块。以核心的抛光模块为例，在作业过程中，抛光头将晶圆待 抛光面压抵在粗糙的抛光垫上，抛光盘则带动抛光垫旋转，借助抛光液腐蚀、粒摩擦、抛光垫摩擦等耦合实现平坦化。 这其中较为关键的技术在于可全局分区施压的抛光头，其在限定的空间内对晶圆 全局的多个环状区域实现超精密可控单向加压，以调节压力、控制晶圆抛光形貌， 使晶圆抛光后表面达到超高平整度。同时还需要终点检测系统对膜层进行实时厚 度测量以防止过抛。且随着晶圆尺寸增大及制程节点演进，对于精度的要求更高， 这便需要更先进的抛光头超精密分区压力控制技术和更先进的终点检测技术。 此外，芯片制程的不断缩减和抛光液配方的愈加复杂均导致抛光后更难以清洗， 且对 CMP 清洗后的颗粒物数量要求呈指数级降低，因此对于清洗单元的要求也 越来越高。

不同于光刻机等一些其他半导体专用设备，CMP 设备在较长时间内不存在技术迭 代周期，应用于 28nm 和 14nm 的 CMP 设备没有显著的差异，仅是特定模块技术 的优化。CMP 工艺由 14nm 持续向 7nm、5nm、3nm 先进制程推进过程中，CMP 技术将不断趋于抛光头分区精细化、工艺控制智能化、清洗单元多能量组合化方 向发展，抛光驱动技术、压力调控技术、智能控制系统、终点识别检测系统以及 智能清洗模块等关键模块技术将是 CMP 技术未来发展的重要突破方向。 另外，随着 IC 制程节点不断推进，一方面更精细的节点使得对 CMP 抛光的要求 更高，另一方面工艺步骤数也有明显提升，14nm 制程的 CMP 工艺步骤约为 20 步，而到了 7nm 以下制程后其 CMP 工艺步骤已经达到约 30 步。

而存储芯片中 NAND 产品制程随着技术升级和演进，CMP 抛光步骤也同样增加 明显，首先，NAND 产品从 2D 切换到 3D，对应 CMP 工艺步骤数翻倍，钨 CMP 制程和其他 CMP 制程均有大幅提升；同时，3D NAND 产品随着层数提升，CMP 步骤也有快速增加。

除设备本身外，CMP 设备厂商还需要提供配套的关键耗材销售和维保业务。在 IC 制造用半导体设备中，CMP 设备是使用耗材较多、核心部件有定期维保更新需求 的制造设备之一，其正常运行过程中，除了需要使用抛光液、抛光垫等通用耗材 外，设备自身的抛光头、保持环、气膜、清洗刷等关键耗材也会快速损耗，必须 进行定期维保更新。

2.2.2、行业格局高度集中，国产替代空间巨大

根据 SEMI 历史数据及公司招股书整理，CMP 设备市场规模占 IC 制造设备市场 规模的比例约在 3%。而结合 SEMI 统计的 2021 年全球晶圆制造设备市场规模， 我们测算全球 CMP 设备市场规模约 30 亿美元。

而分地区来看，中国大陆市场规模整体上保持着较快的复合增速，2020 年占比已 升至全球第一，约 27%，而中国台湾地区和韩国则紧随其后，分别占据约 25%和 23%的比例。

前文已述，CMP 设备对于抛光头分区压力控制技术、终点检测技术、清洗技术等 都要极为严格精密的要求。而从研发角度来看，CMP 设备是一种集摩擦学、表/界 面力学、分子动力学、精密制造、化学/化工、智能控制等多领域最先进技术于一 体的设备，涉及集成电路、机械、材料、物理、力学、化学、化工、电子、计算 机、仪器、光学、控制、软件工程等多学科的交叉，研发制造难度大。 全球 CMP 设备市场处于高度垄断状态，主要由美国应用材料和日本荏原两家设 备制造商占据，合计拥有全球 CMP 设备超过 90%的市场份额，尤其在 14nm 以下 最先进制程工艺的大生产线上所应用的 CMP 设备仅由两家国际巨头提供。

国内市场也同样仍由海外龙头占有较大比例，尤其是在先进制程方面仍依赖于 AMAT 和荏原两家厂商，但国产厂商也取得良好突破，华海清科在制程和工艺方 面不断攻克，已能满足较大一部分国产替代需求，应用于更先进制程的设备也在 有序推进中。

2.3、华海清科CMP 设备国产替代先锋，有望迎来快速增长期

如前所述，华海清科为国内少有实现 CMP 设备规模量产、更是唯一一家实现 12 英寸 CMP 设备量产销售的厂商，公司产品覆盖制程和工艺已能较大程度满足替 代需求，并深受客户认可，是当之无愧的国产替代先锋。

从覆盖能力来讲，公司 12 英寸设备截至报告期末累计量产晶圆超 1300 万片，且 其在逻辑芯片制造、3D NAND 制造、DRAM 制造等领域的工艺技术水平已分别 突破至 14nm、128 层、1X/1Ynm，均为当前国内大生产线的最高水平；同时，公 司研发的 8 英寸系列 CMP 设备已在国内集成电路制造商中实现了产业化应用， 主要用于晶圆制造、MEMS 制造及科研攻关等领域。

和海外龙头厂商 AMAT 和 Ebara 相比，公司由于自身起步更晚，同时下游国内客 户制程水平与国际龙头也有差距，因此公司在 14nm 以下先进制程与龙头厂商仍 存在一定差距；但在公司已经投入下游客户大生产线批量采用的设备方面，公司 关键技术指标已达到与国际设备同等水平，且在抛光驱动技术、终点识别技术、 干燥技术等方面有自己的特点甚至优势。此外，相较国际龙头厂商，公司位于大 陆，在地域上更接近客户，在成本、运输、快速响应就近服务、售后服务等方面 都更具明显优势。 而在国内厂商中，目前除了华海清科外，其余 CMP 设备厂商较为稀少，主要为中 电科设立的烁科精微，其生产的 8 英寸设备已通过中芯国际和华虹集团验证并实 现商业销售，首台 12 英寸设备也已发往客户处验证，但尚未在客户处大规模采 用。整体上来说华海清科先发优势明显，技术水平和客户进展都显著领先于国内 同行，是国产替代当之无愧的排头兵。

客户方面，前文已述，近三年长江存储、华虹集团、中芯国际为公司前三大客户 且收入持续增长，此外长鑫存储、积塔半导体、粤芯等也均为公司客户。公司产 品在国内主流晶圆厂得到较高评价和认可，部分领域与海外龙头直接竞争。 据公司招股书整理披露，自公司产品 2018 量产以来，依托稳定的性能、突出性价 比和良好的售后服务优势，公司在国内 CMP 设备市场占有率显著提升，按 SEMI 统计市场规模及公司销售额测算，公司在中国大陆的市占率由 2018 年的 1.05%提 升至 2020 年的 12.64%；而根据长江存储、华虹无锡、上海华力、上海积塔的公 开招标数据统计，公司 CMP 设备的中标比例由 2019 年的 21.05%提升至 2021 年 的 44.26%，替代进度良好。

除了 CMP 设备以外，公司还创新性研发了 12 英寸减薄抛光一体机，以实现超精 密磨削和 CMP 全局平坦化的有机整合集成。从应用领域角度，超精密减薄与 CMP 有所区分，适用于背面大量去除材料且对晶圆总厚度偏差有较高控制要求的应用 场景，主要应用于 3D IC 与先进封装领域的晶圆背面减薄环节，是实现系统级封 装与 3D NAND 多层堆叠等先进工艺的关键。此前，我国 3D IC 制造、先进封装 等领域中，12 英寸高精度晶圆减薄机全部依赖进口。 公司推出的减薄抛光一体机 Versatile-GP300 是瞄准国际集成电路制造前沿需求的 先进产品布局，集先进的减薄、CMP 和清洗技术于一体，目前国际上尚无同类产 品，技术难度大。据公司官网披露，其首台设备已于 2021 年 9 月实现出货，发往 某客户大生产线，未来有望逐渐贡献收入增量。

2.4、耗材销售和维保业务、晶圆再生业务有望成为公司新的增长点

如前文所述，CMP 设备是使用耗材较多、核心部件有定期维保更新需求的制造设 备之一，CMP 设备厂商通常也会基于自身设备及工艺技术向客户提供专用耗材销 售和关键耗材维保等技术服务，在设备销售之外获取更长期稳定和更高盈利能力 的服务收入。 华海清科同样为客户提供关键耗材销售和维保业务，目前向客户销售的关键耗材 主要包括保持环、探测器、气膜、7 分区抛光头等，维保服务主要包括向客户提供 7 分区抛光头维保等。显而易见，耗材销售和维保业务通常与公司累计销售的机 台数量相关，其销售机台存量越多，相应的耗材销售及维保需求也会更高。

公司目前关键耗材销售和维保业务较多收入来源于 7 分区抛光头维保服务。由于 不同厂商的 CMP 设备技术差异明显，关键零部件的维保服务具有明显的排他性 特征，通常仅能由 CMP 设备生产厂商提供。而随着公司 CMP 机台累计销售数量 的增加，公司关键耗材销售和维保业务的规模预计也将持续快速扩大。

此外，公司基于 CMP 设备业务优势也在积极拓展布局晶圆再生业务。晶圆再生是 将 IC 制造厂商在制造芯片的过程中使用过的控挡片（IC 制造厂商在芯片制造过 程中会使用控挡片对机器设备进行热机、监测或者进行适当的填充）回收，将其 工艺薄膜、金属颗粒残留等杂质去除，使其达到再次使用的标准。晶圆再生和采 购新晶圆相比有明显的成本优势，因此晶圆厂普遍有较高的晶圆再生需求。 控挡片属于集成电路制造过程中的消耗材料，其用量的变化趋势与晶圆产能增长 趋势一致，具有较强的稳定性和可持续性，且随着芯片制程工艺的提高，控挡片 的用量需求也越来越大。据日商环球讯息有限公司(GII)数据，2020 年全球再生晶 圆的市场规模约 5.3 亿美元，预计 2026 年市场规模将达到 8.4 亿美元。而公司招 股书根据 SEMI 数据测算，若目前国内已建以及在建 12 寸晶圆厂全部达产，按照 再生晶圆数量占晶圆总产量 30%和良品率 90%的行业特征来测算，国内 12 英寸 再生晶圆的市场空间可以达到 65 万片/月。

目前全球再生晶圆市场和产能高度集中于日本和中国台湾，其中日本供应商长期 占据全球再生晶圆市场大部分产能，而中国台湾供应商也随当地 IC 制造业迅速发 展而成为后起之秀。具体来看，日本 RS Technologies 公司为行业龙头，2021 年 12 英寸再生晶圆市占率约三分之一，此外日本 Hamada Heavy 公司、Mimasu 公司， 中国台湾的中砂、辛耘、升阳等公司也在全球晶圆再生市场中拥有较大产能。 中国大陆厂商从事再生晶圆业务较晚，2020 年前在晶圆再生专业代工领域为空白， 大陆晶圆厂都是将大部分的测试晶圆送去中国台湾或者日本的专业代工企业进行 再生加工，少部分会自己进行再生加工。近几年逐渐有一些厂商进入晶圆再生行 业，包括华海清科、至纯科技、协鑫集成等厂商都宣布从事该业务。

晶圆再生和 CMP 技术有较为密切的联系，其工艺流程主要是对控挡片进行去膜、 粗抛、精抛、清洗、检测等工序处理，使其表面平整化、无残留颗粒，其中精抛 及部分清洗是通过 CMP 设备完成的，CMP 设备的抛光环节可以高精度修复前段 工艺留下的不平整晶圆表面，保证晶圆表面平整度和缺陷控制指标，CMP 后清洗 可以高效去除抛光过程中产生的纳米级颗粒残留、金属离子残留等，因此 CMP 工 艺和技术是晶圆再生工艺流程的核心和难点。同时 CMP 设备也是晶圆再生工艺 产线中资金投入最大的设备。

因此，晶圆再生业务和 CMP 设备业务有较强的协同性，公司近年积极布局晶圆再 生业务，已具备主流先进制程工艺标准的晶圆再生代工服务能力，已与国内主要 集成电路制造商签订了相关意向或合同，实现批量化生产。公司募投项目中包含 晶圆再生项目，拟投资 3.58 亿元，项目建成后将形成月加工 10 万片 12 英寸再生 晶圆的生产能力，有望成为公司新的增长点。（报告来源未来智库）

3、盈利预测

核心假设

CMP 设备业务公司 CMP 设备可较大程度上满足国产替代需求，随着国内下游 客户快速扩产以及国产化率继续提升，公司 CMP 设备业务订单和收入预计未来 仍将保持快速增长，预计毛利率整体保持稳定。

配套材料及技术服务业务公司关键耗材销售与维保服务与累计销售机台数量密 切相关，随着公司设备业务快速发展，该业务也将保持向好势头；公司晶圆再生 业务逐渐实现规模化生产，依托 CMP 的技术和市场优势，业务有望成为公司新的 增长点。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关息，请参阅报告原文。）

详见报告原文。   

精选报告来源【未来智库】。