2023年华海清科研究报告：国产CMP设备龙头，持续走向高端化、平台化

国产化之路道阻且长，前景广阔

半导体设备是支撑产业发展的基础

半导体产业链可按照主要生产过程进行划分，整体可分为上游半导体支撑产业、中游晶圆制造产业、下游半导体应用产业。上游半导体材料、设备产业为中游晶圆制造产业提供必要的原材料与生产设备，是支撑整个信息产业向前发展的基础，是产业发展和创新的基石。

一代设备、一代工艺、一代产品

半导体行业通常是“一代产品、一代工艺、一代设备”，晶圆制造要超前下游应用开发新一代工艺，而半导体设备要超前晶圆制造开发新一代设备。 半导体行业遵循着摩尔定律向前演进，半导体设备供应商每隔18-24个月推出更先进的制造工艺，不断追求技术革新。

半导体设备超千亿美元市场

半导体制造主要包括前道（Front End）工序 和后道（Back End）工序，其中，前道工序包 括前段工艺（FEOL，Front End Of the Line） 和后段工艺（BEOL，Back End Of the Line）， 主要实现元器件和互连线制造，后道工序包括 测试和封装。 根据SEMI的统计数据显示，2022年全球半导体 制造设备出货金额相较2021的1026亿美元增长 5%，创下1076亿美元的历史新高。

设备种类众多，前道设备价值占比最高

根据SEMI数据，全球市场前道工艺设备占比超过80%，其中光刻设备、刻蚀设备、薄膜沉积设备占比分别为25%、17%、24%，合计占比66%。

近几年半导体设备国产化提速

根据国际半导体产业协会（SEMI）的数据，从2012年到2022年，中国半导体设备市场年均增长率达到27%。2022年，中国的半导体设备国产化率达到35%，较前一年提高了14个百分点。 CINNO Research统计数据表明，2022年全球上市公司半导体设备业务营收排名TOP10营收合计达1,030亿美元，达到近三年最高营收记录，同比增长6.1%。

走向更高端道阻且长，但前景广阔

我们认为，国产半导体设备厂商虽然已经取得不错的进展，但距离海外大厂还是具有比较明显的差距，从整个产业链来看主要体现在两个方面： 第一，国产晶圆厂与海外厂商相对比仍然有几代的差距。根据韩国对外经济政策研究所（KIEP）2023年发布的《中国半导体国产化推进现状及启示》报告显示，在晶圆代工领域，三星电子和中国台湾的台积电已经开始量产3nm芯片，而中芯国际仅在量产14nm芯片；DRAM领域，长鑫存储正在量产19nm第一代产品，而三星电子、SK海力士和美光科技正在量产第四代（1a，14nm）产品，差距为5年；NAND领域，中国长江存储目前正在量产128层第六代产品，三星电子正在量产236层第八代产品，SK海力士和美光科技也分别在量产176层和232层产品。第二，从细分赛道来看，光刻机等核心设备国产还在持续突破中，半导体设备的部分核心零部件还依赖进口，仅从覆盖的工艺节点来看，28nm制程国产厂商还有许多领域未能覆盖。

设备行业周期与下游需求景气度相关

设备行业周期直接面对下游晶圆厂资本开支，而晶圆厂资本开支则离不开对于未来几年终端半导体产品应用发展趋势，因此整体上来看设备行业周期与下游需求景气度有比较强的相关性。

制程向前演进推动设备不断升级

半导体产业沿着摩尔定律向前演进，从1µm 发展到当下的5nm、3nm，特征尺寸不断缩小， 对生产技术和制造工艺提出了更高的要求， 整个制造过程愈为复杂，制造成本显著上升。 晶体管结构从2D走向3D，导致部分加工步骤 大幅度增加，比如更多的刻蚀和薄膜沉积等， 从而大幅度提升了制造成本。

硅含量的提升是设备市场扩容的发动机

电子化在人类社会各个维度的普及带动了硅含量的不断提升，不断涌现的新类别是推动硅含量提升的抓手，从早期的PC到智能手机再到未来的万物智能。

国产晶圆厂扩张是设备国产化之引

SEMI在其2022年发布的《世界晶圆厂预测报告》中表明，预计全球半导体行业将在2021至2023年间建设84座大规模芯片制造工厂，并投资5000多亿美元。增长预期包括2022年开始建设的33家新工厂和预计2023年将新增的28家工厂。在数量方面，预计中国（数据不含台湾地区）将会是全球第一，计划有20座成熟制程工厂/产线。

据TrendForce集邦咨询2023年10月份发布的统计，2023~2027年全球晶圆代工成熟制程（28nm及以上）及先进制程（16nm及以下）产能比重大约维持在7:3。中国由于致力推动本土化生产等政策与补贴，扩产进度最为积极，预估中国（数据不含台湾地区）成熟制程产能占比将从今年的29%，成长至2027年的33%，其中以中芯国际（SMIC）、华虹集团（HuaHong Group）、合肥晶合集成（Nexchip）扩产最为积极。

国产CMP龙头，持续走向更先进制程

始于清华大学成果转化

华海清科成立于2013年4月10日，是一家拥有核心自主知识产权的高端半导体设备制造商，主要从事半导体专用设备的研发、生产、销售及技术服务，主要产品为化学机械抛光（CMP）设备。

2014年8月15日，清华大学出具《关于同意化学机械抛光项目产业化组建方案的批复》（清校复[2014]5号），对华海清科有限的设立进行了批复，同意将30项化学机械抛光核心技术以知识产权出资入股的方式组建天津华海清科机电科技有限公司，并将清华方持有的股权40%按照如下比例奖励给3位主要成果完成人。

CMP同时覆盖12和8英寸

CMP是先进集成电路制造前 道工序、先进封装等环节 必需的关键制程工艺，公 司所生产CMP设备可广泛应 用于12英寸和8英寸的集成 电路大生产线，产品总体 技术性能已达到国内领先 水平。 公司推出国内首台拥有核 心自主知识产权的12英寸 CMP设备并实现量产销售， 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。

CMP是实现晶圆表面平坦化关键技术

C M P全称为C h e m i c a l - M e c h a n i c a l Planarization，直译过来就是“化学机械平坦化”的意思，是集成电路制造工艺过程中实现晶圆表面平坦化的关键技术。CMP设备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。

CMP设备的三大关键技术

CMP设备的关键技术分为三个方面：第一是抛光技术，需要通过多区压力控制等技术要素实现“抛得平” ；第二是量测技术，需要在抛光过程中通过终点检测等实现“停得准” ；第三是清洗技术，需要在抛光完成后通过超洁净清洗等实现“洗得净” ，CMP设备是干进干出的集成电路制造装备，在完成抛光环节后晶圆表面会有大量的颗粒等污染物，需要非常高要求的清洗技术实现不破坏晶圆的微观结构完成清洗工艺。

走向先进制程，路径不变、系统更难

目前最先进的5-3nm制程也仍采用CMP技术进行晶圆全局平坦化，且12英寸晶圆也是目前最先进制程的芯片制造生产线所采用的尺寸标准，因此CMP设备在未来较长时间内不存在技术迭代周期，但是设备中各核心模块的技术和控制系统会不断升级。随着芯片技术节点的持续下降，对CMP设备的平坦化效果、控制精度、系统集成度和后清洗技术要求越来越高。CMP设备也将向着抛光头分区精细化、工艺控制智能化、清洗单元多能量组合化、预防性维护精益化的方向发展。

市场扩容的推动力

随着制程的演进，对CMP设备的需求越来越多，主要的推动力来自于器件特征尺寸（CD）微细化、技术升级引入的多层布线和一些新型材料的出现。14纳米技术节点的逻辑芯片制造工艺所要求的CMP工艺步骤数将由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工艺步骤数甚至超过30次。

全球市场规模接近30亿美元

根据中商产业研究院发布的《2023-2028年中国CMP设备行业市场前景预测及未来发展趋势研究报告》显示，2022年，全球CMP设备市场规模为27.78亿美元，同比下降0.18%，市场规模保持稳定，预计2023年CMP市场规模将达到30.4亿美元。从区域分布来看，中国CMP设备市场份额占全球23.97%。

积极开拓先进封装等新市场

除了往更先进制程演进外，公司也在积极开拓先进封装、大硅片、化合物半导体等市场。 根据公司2023年半年报显示，用于先进封装、大硅片领域的CMP设备已批量交付客户大生产线；面向化合物半导体推出的CMP设备已在SiC、GaN、LN、LT等领域实现市场应用，取得批量销售订单；公司进一步开发了兼容6/8英寸、抛光+清洗全自动控制的CMP设备，提升了第三代半导体衬底的抛光工艺水平、自动化程度和生产效率，同时大幅减少了耗材用量，已在头部客户通过验证。

走向平台化，各业务条线渐次发力

布局减薄、清洗、量测设备等业务

公司始终坚持以技术创新为企业发展的驱动力，并努力践行“装备+服务”的平台化发展战略，深耕集成电路制造上游产业链关键领域，大力发掘CMP设备、减薄设备、湿法设备、测量设备、晶圆再生、耗材服务等集成电路领域的新机会。

晶圆减薄属于半导体制造后道工序

晶圆减薄是指对封装前的 硅晶片或化合物半导体等 多种材料进行高精度磨削， 使其厚度减少至合适的超 薄形态，是半导体制造后 道工序中的重要环节之一。

在后道制程阶段，晶圆 （正面已布好电路的硅片） 在后续划片、压焊和封装 之前需要进行背面减薄 （backthinning）加工以 降低封装贴装高度，减小 芯片封装体积，改善芯片 的热扩散效率、电气性能、 机械性能及减小划片的加 工量。

多层布线和3D封装推动减薄需求

目前，多层布线和3D封装技术的应用成为集成电路制造突破摩尔定律物理极限的重要解决方案，而多层布线和3D封装的加工工艺对集成电路的平整度提出了更高的要求，化学机械抛光和机械磨削的晶圆超精密减薄技术是目前集成电路整体平坦化和减薄的主流加工方式。 据QY Research数据，2021年全球晶圆减薄机市场销售额达到了6.9亿美元，预计2028年将达到13亿美元，年复合增长率CAGR为7.4％。

超精密晶圆减薄机量产出货

根据公司2023年5月21日发布的《关于12英寸超精密晶圆减薄机量产机台出货的自愿性披露公告》显示，公司新一代1 2英寸超精密晶圆减薄机Versatile-GP300量产机台出机发往集成电路龙头企业。该机型是业内首次实现12英寸晶圆超精密磨削和CMP全局平坦化的有机整合集成设备，Versatile-GP300量产机台可稳定实现12英寸晶圆片内磨削总厚度变化（以下简称“TTV”）＜1um和减薄工艺全过程的稳定可控。该机型可以满足集成电路、先进封装等制造工艺的晶圆减薄需求。

清洗是重要工艺环节

清洗是贯穿半导体产业链的重要工艺环节，用于去除半导体硅片制造、晶圆制造和封装测试每个步骤中可能存在的杂质，避免杂质影响芯片良率和芯片产品性能。在半导体硅片的制造过程中，需要清洗抛光后的硅片，保证其表面平整度和性能，从而提高在后续工艺中的良品率；而在晶圆制造工艺中要在光刻、刻蚀、沉积等关键工序前后进行清洗，去除晶圆沾染的化学杂质，减小缺陷率；而在封装阶段，需根据封装工艺进行 TSV 清洗、UBM/RDL 清洗等。

半导体清洗分湿法和干法两种

根据清洗介质的不同，目前半导体清洗技术主要分为湿法清洗和干法清洗两种工艺路线。湿法清洗是指利用溶液、酸碱、表面活性剂水及其混合物，经过溶解、腐蚀、化学反应等方法去除硅片表面杂质的技术，是目前半导体器件进行清洗的主流技术。 在湿法清洗工艺路线下，目前主流的清洗设备主要包括单片清洗设备、槽式清洗设备、组合式清洗设备和批式旋转喷淋清洗设备等，其中单片清洗设备市场份额占比最高。

12英寸单片终端清洗机出货

根据华海清科2023年09月26日发布的《关于12英寸单片终端清洗机出货的自愿性披露公告》显示，公司首台12英寸单片终端清洗机HSC-F3400机台出机发往国内大硅片龙头企业。HSC-F3400机型配备了新型清洗模块、干燥模块及颗粒与金属污染控制系统，可稳定实现大硅片正面及背面的高效率超洁净清洗。是公司继CMP设备、减薄设备之后，在湿法设备系列产品中推出的又一项重要成果。

报告节选：

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