2021年台积电和三星将需要ASML供应多少台EUV光刻机

 

 

半导体晶圆代工成为全球科技竞争的焦点，先进制程的角逐竞争日趋激烈，ASML的EUV光刻机供应成为产业界关心的话题。2021年台积电和三星将需要ASML供应多少台EUV光刻机？台湾和日本产业界分析人士分别给出了不同的答案。

——台湾专家：2021年底台积电55台，三星30台  2020年12月下旬，媒体报道台积电2021年先进制程的产能已经被 “预订一空”。其中，苹果iPhone 应用处理器及 Arm 架构电脑处理器扩大量产规模，独占 5nm 超过80%的产能；而苹果空出的 7nm 产能，也被超微半导体(AMD)接手。   台积电Fab 18厂第三期将在2021年第一季开始进入量产，5nm生产线全数到位，每月可提供超过9万片的投片产能。据分析，台积电会进行上、下半年产能调配，部分产品线会在2021年上半年预先投片，避免下半年旺季订单涌现后的产能短缺。除了苹果，高通、联发科、超微、博通、美满电子都有5nm投产计划。  

  台积电以7nm制程优化而来的6nm制程也同样产能吃紧。高通和联发科除了7nm制程增加投片，其5G处理器将采用6nm制造。英特尔也会采用台积电6nm制程制造GPU产品。  

  根据ASML的官方数据，2018年至2019年，每月产能约4.5万片晶圆（WSPM），一个EUV层需要一台Twinscan NXE光刻机。随着工具生产效率的提高，WSPM的数量也在增长。。   ASML最新推出的Twinscan NXE:3400B和NXE:3400C光刻系统价格相当昂贵。早在10月份，ASML就透露，其订单中的4套EUV系统价值5.95亿欧元(约合7.03亿美元)，因此单台设备的成本可能高达1.4875亿欧元(1.7575亿美元)。

         台湾产业分析人士吴金荣先生认为，截至2021年底，台积电可以拿到55台ASML的EUV光刻机，三星为30台。  ——日本专家给出了详尽的推理和分析  近日，日本精密加工研究所所长汤之上隆先生也对光刻机的市场做了深入分析。   台积电在2019年将EUV应用于7nm+工艺量产，2020年5nm的量产同样采用了EUV技术。目前ASML是唯一可以提供EUV光刻机的供应商，其出货量稳步增长，2016年出货5台、2017年出货10台、2018年出货18台、2019年出货26台，汤之上隆预计，2020年ASML将出货36台EUV光刻机。  

▲ASML的EUV出货量和积压需求（来源：WikiChip、ASML财务报告和汤之上隆预测）   然而，ASML似乎无法满足先进半导体制造商的订单数量，订单持续积压，到2020年第二季度，其积压需求数量似乎达到了56台。   2020年第三季度，其5nm占比为8％、7nm占比为35％，5nm和7nm共占43％。由于其5nm的比例预计在未来会迅速增加，因此估计2021年5nm和7nm的总和将占台积电总出货量的大多数。

▲台积电制程发展（2020-Q3）   在7nm处，未采用EUV的N7工艺和采用EUV的N7+工艺混合在一起，比例未知。采用EUV的5nm和N7+的出货价值正以比预期更快的速度迅速增长。  

▲台积电先进制程的产能争夺战   围绕台积电最先进制程的无晶圆厂（Fabless）产能争夺战如图所示。

　　头部是苹果，高通、NVIDIA、AMD、赛灵思、博通、联发科、谷歌、亚马逊等挤在一起，英特尔很可能会加入其中。 自2020年9月15日起，由于美国商务部加强出口限制，台积电不能向中国华为公司供货半导体产品，而华为约占台积电总产值的15％。不过这对台积电几乎没有影响，反而其最先进制程的能力将来可能会不足。

　　特别是台积电的最新制程严重依赖EUV设备，如果无法确保足够的数量，则将难以承担更多的无晶圆厂生产委托。那么2021年后，台积电需要多少台EUV光刻机？ 关于台积电的微缩化和大规模生产，据了解，台积电采用EUV技术的N7+工艺从2019年开始量产，5nm工艺在2020年量产，3nm设备和材料选择完成后将在2021年风险生产、在2022年量产，2nm设备和材料计划在2024年开始量产。

　　目前尚不清楚N7+的当前月产能，5nm、3nm和2nm的最终月产能以及这些技术节点的EUV层数。另外，尚不确切知道批量生产现场的EUV吞吐量（每小时处理的晶圆数量）和开工率。在此，为了计算台积电所需的EUV数量，请参阅2020 VLSI研讨会上的ASML和imec公告，作者将试图假设如下。

　　1、在大规模批量生产期间，每个制程节点的月生产能力设置为170-190K（K = 1000）；

　　2、为启动制程节点，决定在三个阶段引入所需数量的EUV设备：试产、风险生产和大规模量产；

　　3、大规模量产将分为第一阶段和第二阶段两个阶段进行；

　　4、关于EUV层数，N7+对应5层，5nm达15层，3nm达32层，2nm达45层。

　　5、EUV的平均产量为80-90个/小时，包括停机时间在内的平均开工率为70-90％，每一项的点点滴滴都会逐步改善。

　　基于上述假设，从2020年-2023年，台积电一年内（想要）引入的EUV光刻机数量如下图所示。

▲台积电所需的EUV数量估算  

　　首先，到2020年，当5nm大规模生产及3nm试产启动时，据计算将需要35台新EUV光刻机，计算结果与图3中的实际值几乎相同。 到2021年，5nm生产规模将扩大，3nm风险生产将启动，经计算所需的新EUV光刻机数量达54台；到2022年，当3nm大规模生产、2nm试产启动，需要的新EUV光刻机数量被计算为57台。

　　此外，到2023年，当3nm生产规模扩大、2nm开始风险生产时，所需新EUV光刻机数达到58台。到2024年2nm大规模生产启动及2025年生产规模扩大时，所需新EUV光刻机数被计算为62台。 三星晶圆厂EUV需求如何？ 三星副董事长李在镕于2020年10月13日访问ASML，并要求ASML在2020年交付9台EUV光刻机、在2021年后每年交付20台EUV光刻机。

　　此外，根据专家提供的信息，三星副董事长李在镕在10月13日访问ASML期间要求的“2020年9台EUV光刻机”中，至少有4台将在2020年抵达三星，其余5台预计将在2021年初被引入。此外。2021年后，尚不清楚是否会落实“每年20台EUV设备”，但似乎将会引入类似数量的EUV光刻机。

　　根据该假设得出的结论（有不确定性），台积电在2021年-2015年的五年内总共需要292台EUV光刻机，每年平均需新增58台。如果自2021年以后，台积电每年平台需要近60台EUV光刻机，加上三星每年需要20台，一共年需求为近80台，ASML的产能是否能够满足这一需求？也是一个值得研究的问题。

责任编辑：xj

原文标题：2021年台积电和三星需多少台EUV光刻机？

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