3nm制程戰(zhàn)爭日趨激烈 臺積電勢與三星一較高下

在2020年5月，臺積電就曾宣布，將在美國亞利桑納州斥資120億美元興建5nm制程晶圓廠，并預計2023年正式量產(chǎn)。消息刺激競爭對手南韓三星，三星日前也宣布計劃斥資100億美元在美國德州奧斯汀興建新晶圓廠，新晶圓廠并打算以3nm制程切入，力壓臺積電亞利桑納州5nm廠。市場人士分析，三星舉動使3nm制程的戰(zhàn)爭日趨激烈。對三星來勢洶洶，臺積電似乎胸有成竹，有機會能在3nm制程的競賽中立于不敗之地。

市場人士指出，雖然在5nm制程方面，三星已經(jīng)趕上了臺積電的腳步，于2020 年正式量產(chǎn)。但在3nm制程上，三星似乎還是落后給臺積電的。因為相關報導指出，臺積電已經(jīng)為其3nm制程的晶圓廠方面投資了200億美元。所以，為了縮短差距，三星正加緊3nm制程的研發(fā)。不過，由于3nm制程技術的難度極大，如果三星美國工廠計劃生產(chǎn)3nm制程芯片的話，依照正常進度，目前還處于初步計劃階段的德州奧斯汀的晶圓工廠，在2023 年前還難以正式量產(chǎn)。相較于臺積電的3nm制程將于2021年進行試產(chǎn)，2022年量產(chǎn)，這對于力求趕超臺積電的三星來說，壓力還是很大。所以，預計三星要量產(chǎn)3nm制程，則將會仍以南韓境內(nèi)的旗下晶圓廠為優(yōu)先。

以晶圓廠建置方面來說，臺積電董事長劉德音曾經(jīng)表示，3nm制程技術，于南科廠的累計投資將超過新臺幣2 兆元，目標是3nm制程在2022 年量產(chǎn)時，單月產(chǎn)能5.5萬片起，2023年，則是達到達到10.5萬片。而目前臺積電在南科有3座晶圓廠，分別是晶圓14 廠、晶圓18 廠和晶圓6 廠。其中，前兩座是12 吋晶圓廠，后一座是8 吋晶圓廠。晶圓18 廠是5nm制程的主要生產(chǎn)基地。而除了5nm制程之外，臺積電3nm制程的晶圓廠，也建在南科內(nèi)。2020年11月，臺積電舉行了南科晶圓18廠3nm制程廠新建工程上梁典禮，預計2020 年裝機，并于年底試產(chǎn)。

至于，在三星方面，2020年初有外媒報導稱，三星已開始在其新建的V1 晶圓廠中進行大規(guī)模生產(chǎn)，成為業(yè)界首批采用極紫外光曝光設備（EUV） 的6nm和7nm制程技術生產(chǎn)線，而且該工廠還被認為是三星接下來3nm制程生產(chǎn)的主要基地。而三星V1 晶圓廠位于韓國華城、毗鄰S3 工廠。三星于2018年2月開始建造V1 晶圓廠，并于2019年下半年開始芯片的測試生產(chǎn)。目前，該公司還在擴大V1 晶圓廠的產(chǎn)能規(guī)模，也在緊鑼密鼓地為3nm制程的量產(chǎn)積極做準備。

除了晶圓廠的建置，設備的采購也是先進制程競爭的關鍵。而為了如期量產(chǎn)3nm制程，臺積電一直在加大投資力道，2021 年全年投資預估達到了280 億美元，預計超過150 億美元會用于3nm制程。其中，很大一部分都要用于購買半導體設備，其中主要的采購廠商包括了ASML、KLA、應用材料等，他們供應的曝光機、蝕刻機等都是制造3nm制程的重要設備。根據(jù)統(tǒng)計，全球排名前5 的半導體設備供應商在臺積電采購中占比達75%。其中，ASML 占比1/3，是第一大設備供應商。據(jù)統(tǒng)計，2019 年臺積電設備采購中，ASML 曝光機等設備金額約為34 億美元，占臺積電總采購額的33%，其次是應用材料，采購額約為17 億美元，占比16%，TEL的12 億美元則是占11%，Lam Research 為10 億美元，占臺積電采購額的9%，KLA 則是占4%。

而對于3nm制程這樣尖端的制程技術來說，曝光機的重要性就愈加突出，而能提供EUV 設備的目前只有ASML 一家。因此對臺積電和三星的重要性也愈加突出，雙方都在盡可能地從ASML 多獲得一些最先進EUV 設備。不久前ASML 執(zhí)行長Peter Wennink 在財報會議上指出，5nm制程采用的EUV 光罩層數(shù)將超過10 層，3nm制程采用的EUV 光罩層數(shù)會超過20 層。因此，隨著制程微縮EUV 光罩層數(shù)會明顯增加，并取代深紫外光（DUV）多重曝光制程。日前ASML 公布2020 全年財報。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2020 年累計運交258 臺曝光機，其中EUV 曝光機31 臺。按照運交地區(qū)分析，臺灣排名第一，占比36%，南韓排名第二，占比31%，中國排名第三，占比18%。顯然的，臺積電和三星訂購ASML 大部分EUV 曝光機。

在先進制程中，還有一項不得不提的重點，那就是封測技術的發(fā)展。近來，臺積電一直在布局先進封測廠。目前旗下有4 座先進封測廠，分別是先進封測1 廠、先進封測2 廠、先進封測3 廠和先進封測5 廠，它們位于竹科、中科、南科、龍?zhí)兜鹊?，苗栗竹南則是預計投資新臺幣3，000 億元，開始興建第5 座先進封測廠。市場人士預估，目前臺積電7nm制程芯片的封測工作已經(jīng)能夠自給自足，而5nm制程的也在不斷擴充之中，未來針對3nm制程的封測產(chǎn)線也在建設當中。

而除了產(chǎn)能之外，在技術方面，為了滿足5nm及更先進制程的需求，臺積電也已建立了整合扇出型（InFO）及CoWoS 等封測產(chǎn)能來支援，并完成了3D IC 封裝技術研發(fā)。這其中包括晶圓堆疊晶圓（WoW）及系統(tǒng)整合單芯片（SoIC）等技術，預計竹南廠將以3D IC 封裝及測試產(chǎn)能為主，計劃2021 年進行量產(chǎn)。

最后，在成敗關鍵的客戶方面，根據(jù)日前國外媒體報導，由于芯片制程技術的領先，目前已經(jīng)有許多客戶正在排隊等待臺積電的產(chǎn)能供應，目前已知的有包括輝達和高通正在洽談臺積電3nm制程技術的產(chǎn)能。而為了因應市場的需求，有消息指出，臺積電共將為3nm制程準備了4 波產(chǎn)能，首波產(chǎn)能將大部分會留給多年的大客戶蘋果，之后3 波則將被高通、賽靈思、輝達、AMD 等廠商預訂一空。因此，整體來看，除了蘋果的A17 處理器、以及英特爾將外包的CPU 訂單之外，包括AMD、輝達，以及2020 年轉(zhuǎn)向擁抱三星5nm的高通等芯片大廠都已經(jīng)預定了臺積電3nm制程在2024 年之前的產(chǎn)能。

雖然之前有韓媒報導，三星的3nm制程也將預定在2022 年量產(chǎn)，時間點就是要與臺積電一較高下。而就目前已進入2021 年，按照臺積電的計劃，今年就要進行3nm制程的風險試產(chǎn)，并在2022 年量產(chǎn)的情況下，三星預計也將勢必加快腳步。因此，這兩大晶圓代工廠的3nm制程戰(zhàn)爭幾乎已進入倒計時的階段，所以在接下來的一年多時間里，兩家頂尖廠商預計將會提出更多的消息，值得進一步期待。
編輯：hfy