2021年臺(tái)積電和三星將需要ASML供應(yīng)多少臺(tái)EUV光刻機(jī)

半導(dǎo)體晶圓代工成為全球科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，先進(jìn)制程的角逐競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，ASML的EUV***供應(yīng)成為產(chǎn)業(yè)界關(guān)心的話(huà)題。2021年臺(tái)積電和三星將需要ASML供應(yīng)多少臺(tái)EUV***？臺(tái)灣和日本產(chǎn)業(yè)界分析人士分別給出了不同的答案。

——臺(tái)灣專(zhuān)家：2021年底臺(tái)積電55臺(tái)，三星30臺(tái) 2020年12月下旬，媒體報(bào)道臺(tái)積電2021年先進(jìn)制程的產(chǎn)能已經(jīng)被 “預(yù)訂一空”。其中，蘋(píng)果iPhone 應(yīng)用處理器及 Arm 架構(gòu)電腦處理器擴(kuò)大量產(chǎn)規(guī)模，獨(dú)占 5nm 超過(guò)80%的產(chǎn)能；而蘋(píng)果空出的 7nm 產(chǎn)能，也被超微半導(dǎo)體(AMD)接手。 臺(tái)積電Fab 18廠(chǎng)第三期將在2021年第一季開(kāi)始進(jìn)入量產(chǎn)，5nm生產(chǎn)線(xiàn)全數(shù)到位，每月可提供超過(guò)9萬(wàn)片的投片產(chǎn)能。據(jù)分析，臺(tái)積電會(huì)進(jìn)行上、下半年產(chǎn)能調(diào)配，部分產(chǎn)品線(xiàn)會(huì)在2021年上半年預(yù)先投片，避免下半年旺季訂單涌現(xiàn)后的產(chǎn)能短缺。除了蘋(píng)果，高通、聯(lián)發(fā)科、超微、博通、美滿(mǎn)電子都有5nm投產(chǎn)計(jì)劃。

臺(tái)積電以7nm制程優(yōu)化而來(lái)的6nm制程也同樣產(chǎn)能吃緊。高通和聯(lián)發(fā)科除了7nm制程增加投片，其5G處理器將采用6nm制造。英特爾也會(huì)采用臺(tái)積電6nm制程制造GPU產(chǎn)品。

根據(jù)ASML的官方數(shù)據(jù)，2018年至2019年，每月產(chǎn)能約4.5萬(wàn)片晶圓（WSPM），一個(gè)EUV層需要一臺(tái)Twinscan NXE***。隨著工具生產(chǎn)效率的提高，WSPM的數(shù)量也在增長(zhǎng)。。 ASML最新推出的Twinscan NXE:3400B和NXE:3400C光刻系統(tǒng)價(jià)格相當(dāng)昂貴。早在10月份，ASML就透露，其訂單中的4套EUV系統(tǒng)價(jià)值5.95億歐元(約合7.03億美元)，因此單臺(tái)設(shè)備的成本可能高達(dá)1.4875億歐元(1.7575億美元)。

臺(tái)灣產(chǎn)業(yè)分析人士吳金榮先生認(rèn)為，截至2021年底，臺(tái)積電可以拿到55臺(tái)ASML的EUV***，三星為30臺(tái)。 ——日本專(zhuān)家給出了詳盡的推理和分析 近日，日本精密加工研究所所長(zhǎng)湯之上隆先生也對(duì)***的市場(chǎng)做了深入分析。 臺(tái)積電在2019年將EUV應(yīng)用于7nm+工藝量產(chǎn)，2020年5nm的量產(chǎn)同樣采用了EUV技術(shù)。目前ASML是唯一可以提供EUV***的供應(yīng)商，其出貨量穩(wěn)步增長(zhǎng)，2016年出貨5臺(tái)、2017年出貨10臺(tái)、2018年出貨18臺(tái)、2019年出貨26臺(tái)，湯之上隆預(yù)計(jì)，2020年ASML將出貨36臺(tái)EUV***。

▲ASML的EUV出貨量和積壓需求（來(lái)源：WikiChip、ASML財(cái)務(wù)報(bào)告和湯之上隆預(yù)測(cè)） 然而，ASML似乎無(wú)法滿(mǎn)足先進(jìn)半導(dǎo)體制造商的訂單數(shù)量，訂單持續(xù)積壓，到2020年第二季度，其積壓需求數(shù)量似乎達(dá)到了56臺(tái)。 2020年第三季度，其5nm占比為8％、7nm占比為35％，5nm和7nm共占43％。由于其5nm的比例預(yù)計(jì)在未來(lái)會(huì)迅速增加，因此估計(jì)2021年5nm和7nm的總和將占臺(tái)積電總出貨量的大多數(shù)。

▲臺(tái)積電制程發(fā)展（2020-Q3） 在7nm處，未采用EUV的N7工藝和采用EUV的N7+工藝混合在一起，比例未知。采用EUV的5nm和N7+的出貨價(jià)值正以比預(yù)期更快的速度迅速增長(zhǎng)。

▲臺(tái)積電先進(jìn)制程的產(chǎn)能爭(zhēng)奪戰(zhàn) 圍繞臺(tái)積電最先進(jìn)制程的無(wú)晶圓廠(chǎng)（Fabless）產(chǎn)能爭(zhēng)奪戰(zhàn)如圖所示。

頭部是蘋(píng)果，高通、NVIDIA、AMD、賽靈思、博通、聯(lián)發(fā)科、谷歌、亞馬遜等擠在一起，英特爾很可能會(huì)加入其中。 自2020年9月15日起，由于美國(guó)商務(wù)部加強(qiáng)出口限制，臺(tái)積電不能向中國(guó)華為公司供貨半導(dǎo)體產(chǎn)品，而華為約占臺(tái)積電總產(chǎn)值的15％。不過(guò)這對(duì)臺(tái)積電幾乎沒(méi)有影響，反而其最先進(jìn)制程的能力將來(lái)可能會(huì)不足。

特別是臺(tái)積電的最新制程嚴(yán)重依賴(lài)EUV設(shè)備，如果無(wú)法確保足夠的數(shù)量，則將難以承擔(dān)更多的無(wú)晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)委托。那么2021年后，臺(tái)積電需要多少臺(tái)EUV***？ 關(guān)于臺(tái)積電的微縮化和大規(guī)模生產(chǎn)，據(jù)了解，臺(tái)積電采用EUV技術(shù)的N7+工藝從2019年開(kāi)始量產(chǎn)，5nm工藝在2020年量產(chǎn)，3nm設(shè)備和材料選擇完成后將在2021年風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)、在2022年量產(chǎn)，2nm設(shè)備和材料計(jì)劃在2024年開(kāi)始量產(chǎn)。

目前尚不清楚N7+的當(dāng)前月產(chǎn)能，5nm、3nm和2nm的最終月產(chǎn)能以及這些技術(shù)節(jié)點(diǎn)的EUV層數(shù)。另外，尚不確切知道批量生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的EUV吞吐量（每小時(shí)處理的晶圓數(shù)量）和開(kāi)工率。在此，為了計(jì)算臺(tái)積電所需的EUV數(shù)量，請(qǐng)參閱2020 VLSI研討會(huì)上的ASML和imec公告，作者將試圖假設(shè)如下。

1、在大規(guī)模批量生產(chǎn)期間，每個(gè)制程節(jié)點(diǎn)的月生產(chǎn)能力設(shè)置為170-190K（K = 1000）；

2、為啟動(dòng)制程節(jié)點(diǎn)，決定在三個(gè)階段引入所需數(shù)量的EUV設(shè)備：試產(chǎn)、風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)和大規(guī)模量產(chǎn)；

3、大規(guī)模量產(chǎn)將分為第一階段和第二階段兩個(gè)階段進(jìn)行；

4、關(guān)于EUV層數(shù)，N7+對(duì)應(yīng)5層，5nm達(dá)15層，3nm達(dá)32層，2nm達(dá)45層。

5、EUV的平均產(chǎn)量為80-90個(gè)/小時(shí)，包括停機(jī)時(shí)間在內(nèi)的平均開(kāi)工率為70-90％，每一項(xiàng)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴都會(huì)逐步改善。

基于上述假設(shè)，從2020年-2023年，臺(tái)積電一年內(nèi)（想要）引入的EUV***數(shù)量如下圖所示。

▲臺(tái)積電所需的EUV數(shù)量估算

首先，到2020年，當(dāng)5nm大規(guī)模生產(chǎn)及3nm試產(chǎn)啟動(dòng)時(shí)，據(jù)計(jì)算將需要35臺(tái)新EUV***，計(jì)算結(jié)果與圖3中的實(shí)際值幾乎相同。 到2021年，5nm生產(chǎn)規(guī)模將擴(kuò)大，3nm風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)將啟動(dòng)，經(jīng)計(jì)算所需的新EUV***數(shù)量達(dá)54臺(tái)；到2022年，當(dāng)3nm大規(guī)模生產(chǎn)、2nm試產(chǎn)啟動(dòng)，需要的新EUV***數(shù)量被計(jì)算為57臺(tái)。

此外，到2023年，當(dāng)3nm生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、2nm開(kāi)始風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)時(shí)，所需新EUV***數(shù)達(dá)到58臺(tái)。到2024年2nm大規(guī)模生產(chǎn)啟動(dòng)及2025年生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，所需新EUV***數(shù)被計(jì)算為62臺(tái)。 三星晶圓廠(chǎng)EUV需求如何？ 三星副董事長(zhǎng)李在镕于2020年10月13日訪(fǎng)問(wèn)ASML，并要求ASML在2020年交付9臺(tái)EUV***、在2021年后每年交付20臺(tái)EUV***。

此外，根據(jù)專(zhuān)家提供的信息，三星副董事長(zhǎng)李在镕在10月13日訪(fǎng)問(wèn)ASML期間要求的“2020年9臺(tái)EUV***”中，至少有4臺(tái)將在2020年抵達(dá)三星，其余5臺(tái)預(yù)計(jì)將在2021年初被引入。此外。2021年后，尚不清楚是否會(huì)落實(shí)“每年20臺(tái)EUV設(shè)備”，但似乎將會(huì)引入類(lèi)似數(shù)量的EUV***。

根據(jù)該假設(shè)得出的結(jié)論（有不確定性），臺(tái)積電在2021年-2015年的五年內(nèi)總共需要292臺(tái)EUV***，每年平均需新增58臺(tái)。如果自2021年以后，臺(tái)積電每年平臺(tái)需要近60臺(tái)EUV***，加上三星每年需要20臺(tái)，一共年需求為近80臺(tái)，ASML的產(chǎn)能是否能夠滿(mǎn)足這一需求？也是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：2021年臺(tái)積電和三星需多少臺(tái)EUV***？

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