华海清科：CMP龙头乘“封”之势突破减薄，踏国产浪潮布局离子注入

机械设备 证券研究报告 2023年07月30日 投资评级 华海清科：CMP龙头乘“封”之势突破减薄，踏国产浪潮布局离子注入 CMP设备介绍： 伴随着工艺的不断进步与器件特征尺寸的持续缩小，有望持续带动CMP设备需求。细分来看，更先进的逻辑芯片会增加铜互连的层数，继而扩大CMP的需求;存储芯片向3D结构不断发展与层数的不断增加，推动抛光步骤次数近乎翻倍，带动CMP设备数量的增长。根据我们的推算，2026中国大陆CMP设备市场空间约为117.79亿元。 华海清科，国产CMP设备领军企业 公司定位高端半导体设备制造商，实控人为四川省国资委，股权结构稳定。下游客户优质，前五大客户包含中芯国际、长江存储及华虹集团。业务涵盖CMP设备、晶圆减薄设备、离子注入设备、关键耗材和维保服务。 横向布局背面减薄、离子注入、耗材及维保等领域，实现横向延展 晶圆减薄设备方面，公司减薄设备具备技术水平优势，现已收获订单。根据我们的推算，2026年中国大陆晶圆减薄设备市场空间约为44.50亿元。 离子注入设备方面，公司持股鑫钰半导体（主营半导体离子注入机），后续有望实现国产替代。根据我们的推算，2026年中国大陆离子注入设备市场空间约为61.51亿元。 设备维保及耗材方面，下游晶圆厂投产结合CMP步骤增加将扩充设备维护及耗材市场空间。此外，公司开展晶圆再生业务，环节中涉及CMP设备，具备技术积累。 根据我们的预测，2026年中国大陆市场的CMP、晶圆减薄、离子注入三类设备市场空间分别为117.79、44.50、61.51亿元，公司合计可触及市场空间为223.8亿元。 风险提示：技术创新风险、核心技术人员流失或竞争不足的风险、核心技术失密风险、下游客户扩产不及预期的风险、客户相对集中的风险、研究员分析误差风险 行业评级强于大市(维持评级) 上次评级强于大市 作者李鲁靖分析师 SAC执业证书编号：S1110519050003 lilujing@tfzq.com 朱晔分析师 SAC执业证书编号：S1110522080001 zhuye@tfzq.com 行业走势图 机械设备沪深300 0% -3% -6% -9% -12% -15% -18% 2022-082022-122023-04 资料来源：聚源数据 相关报告 1《机械设备-行业点评:摩托车行业 2023年6月销售数据更新》 2023-07-27 2《机械设备-行业研究周报:“阶段性底部+边际变化”逐步演绎，一带一路峰会重视核心受益的工程机械+石油炼化》2023-07-24 3《机械设备-行业深度研究:3D打印行业——长坡厚雪，方兴未艾》2023-07-18 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明1 内容目录 1.CMP设备介绍5 1.1.CMP环节，全局纳米级平坦化之关键5 1.2.制程&工艺不断进步，CMP设备需求不断上升6 2.华海清科，国产CMP设备领军企业9 2.1.定位高端半导体设备制造商，股权结构稳定&下游客户优质9 2.2.公司技术水平优异，产品范围覆盖半导体制造多个环节。11 2.3.公司营收连续实现高增14 2.4.CMP设备技术水平优异，或持续受益于国产替代16 3.横向布局背面减薄、离子注入、耗材及维保等领域，实现横向延展18 3.1.背面减薄业务，充分受益于Chiplet与大算力芯片浪潮18 3.2.参股公司进入离子注入赛道21 3.3.耗材及维保服务，有望受益于下游扩产23 3.3.1.CMP设备相关耗材及维保服务23 3.3.2.晶圆再生业务24 3.3.3.公司其他业务26 4.风险提示28 图表目录 图1：CMP工艺在半导体制造中的作用5 图2：CMP抛光模块示意图5 图3：CMP抛光作业原理图5 图4：CMP抛光去除速率对比5 图5：半导体行业中CMP的应用领域5 图6：2020年全球CMP设备市场区域结构6 图7：2013-2020中国大陆CMP市场空间变化（单位：亿美元）6 图8：2019年全球CMP设备市场竞争格局6 图9：逻辑芯片&存储芯片技术趋势7 图10：CMP抛光步骤随逻辑芯片技术进步增加（单位：次）7 图11：CMP抛光步骤随存储芯片技术进步增加（单位：次）7 图12：先进封装工艺流程8 图13：公司发展历程9 图14：公司股权结构稳定（仅列出股权占比大于等于5%的股东）9 图15：公司下游领先集成电路制造客户10 图16：2019-2021三大优质客户销售情况（单位：百万元）10 图17：2017-2023Q1公司营收14 图18：2017-2023Q1公司归母净利润14 图19：公司毛利率&净利率总体实现增长14 图20：2017-22公司分产品营收14 图21：2017-22公司分产品毛利率14 图22：公司期间费用持续降低15 图23：公司预收款项持续增长15 图24：2018-2023Q1公司经营现金流及期末现金及等价物16 图25：2018-2023Q1公司ROE-摊薄及ROA-平均16 图26：公司已获批的知识产权一览（截止至2022年报）（单位：个）17 图27：公司研发人员学历结构（截止至2022年报）（单位：个）17 图28：背面减薄工序示意图18 图29：晶圆减薄后可以实现新的封装方法18 图30：2018-2022全球减薄机市场空间（单位：亿美元）18 图31：减薄机市场被Disco、东京精密所垄断19 图32：下游应用中以300mm晶圆为主19 图33：Chiplet助力服务器算力提升&性能优化19 图34：全球先进封装市场规模（单位：亿美元）20 图35：IC制造工序21 图36：离子注入机结构21 图37：离子源结构拆分21 图38：市场竞争格局（按品牌分）22 图39：市场竞争格局（按类别分）22 图40：公司经营耗材展示23 图41：再生业务主要针对挡片和控片24 图42：晶圆再生竞争格局高度集中24 图43：2021-2022中国大陆地区12英寸晶圆厂产能（万片/月）25 图44：2017-2026中国大陆地区12英寸增量预测（座）25 图45：工艺的不断提升将持续增加清洗步骤（单位：次数）26 图46：半导体检测与量测技术27 表1：CMP国内市场空间测算8 表2：2023-2025公司员工激励情况一览10 表3：公司CMP设备型号一览11 表4：公司减薄设备一览12 表5：公司其他设备一览13 表6：公司CMP设备应用情况16 表7：公司CMP产品关键技术及水平评价16 表8：公司在14纳米以上制程中具备国产替代能力16 表9：公司CMP在研项目对标国际先进水平17 表10：中国大陆减薄机市场空间20 表11：公司在研减薄项目对标国际先进水平20 表12：公司超精密减薄核心技术21 表13：中国大陆2023-2026年离子注入设备市场空间22 表14：公司在零部件板块的在研项目瞄准国际先进水平（截至2022年底）25 表15：公司在研清洗项目对标国际先进水平（截至2022年底）26 表16：公司在湿法清洗方面具备的核心技术26 表17：公司在纳米精度膜厚在线检测方面具备的核心技术27 1.CMP设备介绍 1.1.CMP环节，全局纳米级平坦化之关键 集成电路的制造需要采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件一层一层堆叠在一小块半导体晶片如硅片或介质基片上，再连接其导线，然后焊接封装在一个管壳内，最终成为具有所需电路功能的电子器件。而CMP则是令集成电路的各层达到纳米级平整的技术，其依托化学-机械动态耦合作用原理，通过化学腐蚀与机械研磨的协同配合作用，实现晶圆表面多余材料的高效去除与全局纳米级平坦化。 图1：CMP工艺在半导体制造中的作用 资料来源：半导体行业观察公众号、颇尔、天风证券研究所 CMP设备包括抛光、清洗、传送三大模块。其在作业过程中，用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，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，再进行清洗，在不破坏晶圆表面极限化微缩对的特征结构的情况下，降低其晶圆颗粒物数量。 图2：CMP抛光模块示意图图3：CMP抛光作业原理图 资料来源：华海清科公司公告、天风证券研究所资料来源：华海清科公司公告、天风证券研究所 CMP技术结合了传统的机械抛光和化学抛光各自长处，通过化学和机械的组合技术避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤，利用了磨损中的“软磨硬”原理，即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光，将化学腐蚀和机械研磨作用达到一种平衡，最终实现晶圆表面的超高平整度，是目前唯一能顾表面全局和局部平坦化的抛光技术，并在目前先进集成电路制造中被广泛应用。 图4：CMP抛光去除速率对比图5：半导体行业中CMP的应用领域 资料来源：华海清科公司公告、天风证券研究所资料来源：《化学机械抛光技术发展及其应用》李思等、天风证券研究所 中国是全球CMP设备最大市场，国产替代空间广阔。2020年中国大陆占全球CMP设备市场份额的27%，市场空间达4.3亿美元。然而中国大陆乃至全球CMP设备市场却被应用 材料与荏原机械所垄断，其中应用材料2019年全球CMP设备占比达70%，日本荏原机械占比达25%。高度的进口依赖的背后存在着广阔的国产替代空间。 图6：2020年全球CMP设备市场区域结构图7：2013-2020中国大陆CMP市场空间变化（单位：亿美元） 资料来源：Semi、华海清科公司公告、天风证券研究所资料来源：Semi、华海清科公司公告、天风证券研究所 图8：2019年全球CMP设备市场竞争格局 资料来源：Semi、前瞻产业研究院、天风证券研究所 1.2.制程&工艺不断进步，CMP设备需求不断上升 制程&工艺进步增加CMP次数，或为CMP设备提供增量空间。集成电路按制造工艺及应用领域主要分为逻辑芯片、3DNAND闪存芯片、DRAM内存芯片，上述三种芯片虽然在结构及制造工艺上有明显的区别，但无论哪种芯片的制造，都要求每层制造表面必须保 持纳米级全局平坦化，因此CMP都是其中必不可少的工序之一。随着器件特征尺寸的缩小，需要更多的生产工序，其中90nm以下的制程生产工艺均在400个工序以上。 图9：逻辑芯片&存储芯片技术趋势 资料来源：安集科技招股书、天风证券研究所 对于逻辑芯片而言，更先进的逻辑芯片会增加铜互连的层数进而增加铜及铜阻挡层等系列化学机械抛光的需求。例如14纳米技术节点的逻辑芯片制造工艺所要求的CMP抛光步骤数将由180纳米技术节点的10次增加到20次以上，而7纳米及以下技术节点的逻 辑芯片制造工艺所要求的CMP抛光步骤数甚至超过30次。 图10：CMP抛光步骤随逻辑芯片技术进步增加（单位：次） 资料来源：智研咨询、天风证券研究所 同样，对于存储芯片，以NAND芯片为例，由于平面微缩极限的到来，NAND芯片转向3D结构发展，存储芯片的堆叠层数也从64层发展到128层以上，长江存储在2020 年发布了128层3DNAND，Intel在2020下半年发布144层3DNAND。随着由2DNAND向3DNAND演进的技术变革，也会使CMP抛光步骤数近乎翻倍，带动了CMP设备数量的增长。 图11：CMP抛光步骤随存储芯片技术进步增加（单位：次） 资料来源：智研咨询、天风证券研究所 先进封装技术的出现，为CMP提供增量。先进封装技术得到空前发展，预计2025年采用先进封装的晶圆数量（折合为12英寸，下同）可达4300万片，为CMP创造新的需求增长点。随着半导体技术不断演进，进入“超越摩尔”时代，根据Yole数据及预测， 2019年采用先进封装的晶元数量达到2900万片，2025年可达4300万片，CAGR为 7%。在先进封装领域，CMP被引入并大量使用。先进封装中硅通孔（TSV）技术、扇出 （Fan-Out）技术、2.5D转接板（interposer）、3DIC等将用到大量CMP工艺，这将成为CM