CMP设备稀缺龙头，在手订单快速增长

公司基本情况(人民币) 投资逻辑 CMP（化学机械抛光）设备市场稳步增长，国产厂商加速替代。下游应用需求增长和芯片工艺进步背景下，CMP设备需求量显著提升，市场规模稳步增长。根据SEMI数据，2021年全球CMP设备市场空间约为26亿美元，中国大陆7.5亿美元，随着先进制程发展，CMP步骤从 65nm 的12道步骤增加到7nm 的30道，并会增加新材料的去除工艺。国产替代空间广阔，AMAT和荏原在全球CMP设备中占比超过90%，华海清科为唯一量产CMP设备的国内厂商 ，2018-2021年公司在国内CMP市场的占有率分别为1.1%、6.2%、12.6%、16.5%，国产化率持续快速提升，部分产线2021年根据中标台数国产化率超过40%。 华海清科是国内唯一量产12英寸CMP设备的设备厂商，具备稀缺性，在手订单爆发。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。 28nm 及以上制程设备性能可以和国外厂商媲美。公司的前三大客户为长江存储、华虹集团和中芯国际，2021年底公司在手订单超过70台，预计在2022年陆续确认收入。根据招股书，公司2022年上半年预计实现营收5.5-7亿元，同比增长87%-138%，归母净利润1.4-1.8亿元，同比增长98-155%。公司背靠清华大学，核心研发骨干是来自于清华大学摩擦学实验室的教职人员，2021年研发人员快速增长82%，逐步建立起稳定高效的研发体系。 华海清科IPO发行2667万股实际募资36亿元，发行价格136.66元，横向纵向发展CMP产业。除了纵向发展先进制程的CMP设备，公司业务横向拓展到减薄抛光一体机、抛光耗材和晶圆再生业务。CMP设备是晶圆再生中的核心设备，目标客户与公司CMP设备客户高度重合，2020年起已成功获得业务订单并规模化生产，预计形成10万片/月12英寸再生晶圆的生产能力。 投资建议 预计公司2022-24年收入分别为17/28/40亿元，同比增长111%、67%、42%，归母净利润为3.8/6.0/8.2亿元，同比增长89%、59%、38%，上市后EPS为3.51/5.57/7.68元。参考行业可比公司估值，我们给予公司22年合理PS约15x，对应合理股价239元/股，首次覆盖，给予“买入”评级。 风险提示 下游资本开支及行业增速不及预期、客户集中度高风险以及零部件供应交期增加等风险，人民币汇率波动风险。 一、CMP行业：市场规模稳步增长，国产厂商加速突破 1、CMP是半导体制造过程中实现晶圆全局均匀平坦化的关键工艺 CMP（化学机械抛光）通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化。集成电路普遍采用多层立体布线，集成电路制造的前道工艺环节需要进行多层循环，在此过程中需要通过CMP工艺实现晶圆表面的平坦化。CMP重复使用在薄膜沉积后、光刻环节之前，除了集成电路制造，CMP设备还可以用于硅片制造环节与先进封装领域。1）集成电路制造领域：芯片制造过程按照技术分工主要可分为薄膜淀积、CMP、光刻、刻蚀、离子注入等工艺环节，各工艺环节实施过程中均需要依靠特定类型的半导体专用设备；2）硅片制造领域：半导体抛光片生产工艺流程中，在完成拉晶、硅锭加工、切片成型环节后，在抛光环节，为最终得到平整洁净的抛光片需要通过CMP设备及工艺来实现； 3）先进封装领域：CMP工艺会越来越多被引入并大量使用，其中硅通孔（TSV）技术、扇出（Fan-Out）技术、2.5D转接板（interposer）、3D IC等将用到大量CMP工艺。 图表1：CMP设备主要用于集成电路制造、硅片制造和先进封装领域 随着制程发展，制造工艺中引入多层布线和一些新型材料，CMP步骤随之增多、工艺类型增加。以逻辑芯片为例， 65nm 制程芯片需要经历约12道CMP步骤，而 7nm 制程所需要的CMP处理增加至30多道。进入0.25μm节点后的Al布线和进入0.13μm节点后的Cu布线，CMP技术的重要性开始突出。进入90～ 65nm 节点后，随着铜互连技术和low-k介质的广泛采用，CMP的研磨对象主要是铜互连层、绝缘膜和浅沟槽隔离（STI）。从 28nm 开始，逻辑器件的晶体管中引入high-k金属栅结构（HKMG），因而同时引入了两个关键的平坦化应用，即虚拟栅开口CMP工艺和替代金属栅CMP工艺。 到了 32nm 和 22nm 节点，增加铜互连低k介质集成的CMP工艺技术。在22nm 开始出现的FinFET晶体管添加了虚拟栅平坦化工艺，这是实现后续3D结构刻蚀的关键技术。制程节点发展至 7nm 以下时，CMP的应用新增了包含氮化硅CMP、鳍式多晶硅CMP、钨金属栅极CMP等先进CMP技术，所需的抛光步骤也增加至30余步，大幅刺激了集成电路制造商对CMP设备的采购和升级需求。 图表2：CMP工艺步骤数随制程发展不断增加 图表3：9-11层金属结构Cu CMP的示意图 CMP设备包括抛光、清洗、传送三大模块。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，借助抛光液腐蚀、微粒摩擦、抛光垫摩擦等耦合实现全局平坦化。抛光盘带动抛光垫旋转，通过先进的终点检测系统对不同材质和厚度的膜层实现 3~10nm 分辨率的实时厚度测量防止过抛，更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，从而可以响应抛光盘测量的膜厚数据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，且表面粗糙度小于 0.5nm 。制程线宽不断缩减和抛光液配方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，因此需要CMP设备中清洗单元具备强大的清洁能力来实现更彻底的清洁效果，同时还不会破坏晶圆表面极限化微缩的特征结构。 2、全球CMP设备21年26亿美元市场，国内晶圆厂持续扩产带来订单机会 根据SEMI，全球半导体设备销售额连续3年增长，2021年全球设备销售额1026亿美元，同比增长45%，其中晶圆制造设备880亿美元，同比增长45%，预计2022年前道制造设备增速为18%增长至1070亿美元。从中国半导体设备市场规模角度来看，根据SEMI统计，2017-2019年中国大陆地区的CMP设备市场规模分别为2.2亿美元、4.6亿美元和4.6亿美元，对应年度中国大陆半导体设备市场销售规模分别为82.3亿美元、131.1亿美元和134.5亿美元。我们测算2021年全球CMP设备市场规模约为26亿美元，中国大陆CMP设备市场规模约为7.5亿美元。 图表5：2021年中国大陆CMP设备市场约为7.5亿美元 图表4：全球半导体设备市场持续增长，中国大陆占比30% 国内的中芯国际、长江存储、长鑫存储、华虹集团等厂商在陆续进入加速扩产期，产能持续增长，为设备厂商带来了巨大的订单机会。我们根据公开信息统计，截止21年底中国大陆地区的晶圆代工厂、IDM厂等的12英寸潜在扩产产能为120万片/月，8英寸还有42万片/月。我们测算12英寸2022-2023每年新增产能持续增长，分别为33.5/36.5万片/月。假设8英寸晶圆厂投资成本为1.2亿美元（约8亿元人民币）/万片月产能，12英寸 90nm - 28nm 的投资成本为4-8亿美元/万片月产能。我们测算2022-2023年中国大陆内资晶圆厂资本开支分别为1688/1916亿元，所需设备的市场规模为1351/1533亿元，同比增长30%/13%。 图表6：中国大陆内资12英寸晶圆厂持续扩产 3、美国应材与日本荏原垄断全球90%市场，2021年国产化率达到16.5%根据Gartner数据，2017年和2018年美国应用材料和日本荏原两家公司合计占有全球CMP设备98%和90%的市场份额。到2019年应用材料占据了70%的市场，日本的荏原机械占据了25%的市场，两者合计占有95%的市场，其他厂商占5%。根据SEMI，2021年应用材料在全球CMP设备中占比64%，根据荏原2020年742亿日元的CMP收入，全球占比约27%。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。中国大陆绝大部分的高端CMP设备仍然依赖于进口，也主要由美国应用材料和日本荏原两家提供。 图表7：美国AMAT与日本EBARA垄断全球90%以上市场 应用材料是全球最大的半导体设备供应商，公司产品覆盖沉积、刻蚀、掺杂、CMP多工艺环节。根据Gartner数据，2020年应用材料在刻蚀、沉积、CMP、离子注入、工艺控制领域的全球市场份额分别达到了17%、43%、64%、55%和12%。目前应用材料主要有MIRRA和REFLEXION两个系列。MIRRA主要用于6英寸和8英寸晶圆，适用于硅、浅沟槽隔离(STI)、氧化物、多晶硅、金属钨和铜的CMP抛光；定位12英寸CMP平台的Reflexion LK，同样为铜镶嵌、浅沟槽隔离、氧化物、多晶硅和金属钨应用提供性能CMP方案，升级后的Reflexion LK Prime具有使用四个抛光垫、六个抛光头、八个清洁室和两个干燥室的顺序加工站，具有先进的工艺控制，可为当今最先进的CMP应用提供精密加工和高生产率。 日本荏原成立于1912年，目前旗下有流体机械及系统、环境工程和精密电子设备三大业务，其中精密电子设备包括干式真空泵、CMP设备、电镀设备及排气处理设备，主要用于半导体、平板显示、LED和太阳能电池等领域。荏原在CMP设备全球市占率第二，仅次于应用材料。在CMP领域，Ebara是干进/干出（dry-in/dry-out）专利的开拓者，独立研发的8英寸和12英寸CMP抛光设备均具有高可靠性和高生产率。 国产化取得重要突破，公司是国内唯一的12英寸CMP设备量产供应商。 国内CMP市场，目前在高端市场部分，绝大部分仍然依赖于进口，在 14nm 以下进制程工艺的大生产线上所应用的CMP设备仅由美国应用材料和日本荏原两家国际巨头提供。应用材料与日本荏原分别已实现 5nm 制程和部分材质 5nm 制程的工艺应用；但是在成熟制程领域，以公司为代表的国内企业已经打破了国外巨头常年垄断的局面，已经实现 28nm 制程的成熟产业化应用， 14nm 制程工艺技术正处于验证中，在已量产的制程应用中与国外巨头的主要产品不存在技术差距，已经广泛应用于中芯国际、长江存储、华虹集团、大连英特尔、厦门联芯、长鑫存储、广州粤芯、上海积塔等产线。 图表8：公司与应用材料和荏原的产品、技术等对比 整体国产化率：按照SEMI统计的2018年国内CMP设备市场规模以及公司的CMP设备销售收入计算，2018-2021年公司在国内CMP市场的占有率分别为1.05%、6.15%、12.64%、16.5%。部分产线的国产化率达到部分产线的国产化率达到20%甚至更高。据统计长江存储、华虹无锡、上海华力一二期项目、上海积塔在中国国际招标网上公布的2019年至2021年期间CMP设备采购项目的评标结果及中标结果：该等公司2019年共招标采购38台CMP设备，其中公司中标8台，占比21.05%；2020年共招标采购82台CMP设备，其中公司中标33台，占比40.24%；2021年共招标采购61台CMP设备，其中公司中标27台，占比44.26%；12英寸CMP设备的其余市场份额由美国应用材料、日本荏原取得。 图表9：2021年国内CMP设备国产化率约为16.5% 图表10：部分产线中标机台数国产化率达到40%以上 二、华海清科：具备稀缺性，在手订单爆发 1、国内唯一的CMP设备量产供应商，营收快速增长 公司所生产CMP设备用于12/8英寸集成电路产线， 28nm 及以上制程设备可与国外产品媲美。公司是目前国内唯一一家为集成电路制造商提供12英寸CMP商业机型的高端半导体设备制造商，所产主流机型已成功填补国内空白，打破国际巨头在此领域数十年的垄断。