芯片產(chǎn)能供不應(yīng)求，臺(tái)積電大規(guī)模下單光刻機(jī)

近半年來(lái)，芯片代工幾乎進(jìn)入行業(yè)旺季，許多芯片訂單超過(guò)半年的排隊(duì)期。芯片代工廠無(wú)法消耗如此之多芯片訂單，導(dǎo)致產(chǎn)能無(wú)法趕上市場(chǎng)消耗，許多企業(yè)只能選擇自己購(gòu)買芯片制造設(shè)備。

而據(jù)TOMSHARDWARE報(bào)道，臺(tái)積電表示其部署的極紫外光(EUV)光刻工具已占全球安裝和運(yùn)行總量的50%左右，這意味著其使用的EUV機(jī)器數(shù)量超過(guò)了業(yè)內(nèi)其他任何一家公司。為了保持領(lǐng)先，臺(tái)積電已經(jīng)下單訂購(gòu)了至少13臺(tái)ASML的Twinscan NXE EUV光刻機(jī)，將在2021年全年交付，不過(guò)具體的交付和安裝時(shí)間表尚不清楚。同時(shí)，臺(tái)積電明年的實(shí)際需求可能高達(dá)16 - 17臺(tái)EUV光刻機(jī)。

在搶購(gòu)EUV光刻機(jī)上，雖然臺(tái)積電搶占先機(jī)，但是臺(tái)積電也在為光刻機(jī)的事情發(fā)愁，甚至有報(bào)道聲稱碰過(guò)會(huì)將一部分M1芯片交給三星代工，主要還是因?yàn)榕_(tái)積電5nm產(chǎn)能不足，其實(shí)我們所講述的產(chǎn)能不足，就是一個(gè)相對(duì)應(yīng)的概念，要是市場(chǎng)上面的需求量不多的話，那么就不會(huì)出現(xiàn)這種供不應(yīng)求的事情。

不僅僅是蘋果、高通等科技巨頭都需要用到這種先進(jìn)的工藝技術(shù)，這里面已經(jīng)不光包含了5nm工藝，就連7nm工藝也是需要用到EUV光刻機(jī)的，但是EUV光刻機(jī)的數(shù)量確實(shí)還有限，雖然我們現(xiàn)在說(shuō)臺(tái)積電斥巨資購(gòu)買了55臺(tái)光刻機(jī)，但是這么多臺(tái)機(jī)器還不夠滿足市場(chǎng)所需嗎?

臺(tái)積電使用ASML的Twinscan NXE EUV光刻機(jī)在其N7+以及N5節(jié)點(diǎn)上制造芯片，但在未來(lái)幾個(gè)季度，該公司將增加N6(實(shí)際上將在2020年第四季度或2021年第一季度進(jìn)入HVM)以及同樣具有EUV層的N5P工藝。臺(tái)積電對(duì)EUV工具的需求正在增加是因?yàn)槠浼夹g(shù)越來(lái)越復(fù)雜，更多地方需要使用極紫外光刻工具處理。臺(tái)積電的N7+使用EUV來(lái)處理最多4層，以減少制造高度復(fù)雜的電路時(shí)多圖案技術(shù)的使用。

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光刻機(jī)。隨著工具生產(chǎn)效率的提高，WSPM的數(shù)量也在增長(zhǎng)。如果要為一個(gè)準(zhǔn)備使用N3或更先進(jìn)節(jié)點(diǎn)制造工藝的GigaFab(產(chǎn)能高于每月10萬(wàn)片)配備設(shè)備，臺(tái)積電在該晶圓廠至少需要40臺(tái)EUV光刻設(shè)備。

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)。也就是說(shuō)，13套EUV設(shè)備可能要花費(fèi)臺(tái)積電高達(dá)22.84億美元。

但在EUV工具方面，錢并不是唯一的考慮因素。ASML是唯一生產(chǎn)和安裝EUV光刻機(jī)的公司，它的生產(chǎn)和安裝能力相對(duì)有限。在對(duì)其生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整后，該公司認(rèn)為可以將單臺(tái)機(jī)器的周期縮減到20周，這樣一來(lái)，每年的產(chǎn)能將達(dá)到45到50套系統(tǒng)。

今年的前三季度，ASML已經(jīng)出貨了23臺(tái)EUV光刻機(jī)，預(yù)計(jì)全年銷售量比2020年原計(jì)劃的35臺(tái)少一點(diǎn)。截至目前，ASML已累計(jì)出貨83臺(tái)商用EUV光刻機(jī)(其中包括2015年第一季度至2020年第三季度銷售的NXE:3350B、NXE:3400B和NXE:3400C)。如果臺(tái)積電官方關(guān)于擁有全球已安裝和運(yùn)行Twinscan NXE光刻機(jī)中約50%這個(gè)說(shuō)法是正確的，那么目前可能已經(jīng)擁有30至40臺(tái)EUV光刻機(jī)。

臺(tái)積電當(dāng)然不是唯一采購(gòu)大量EUV光刻機(jī)的半導(dǎo)體制造商。三星目前只使用EUV工藝來(lái)生產(chǎn)其7LPP和5LPE SoC以及一些DRAM，但隨著三星晶圓廠擴(kuò)大EUVL工藝在生產(chǎn)上的應(yīng)用，三星半導(dǎo)體也提高了基于EUV工藝的DRAM的生產(chǎn)，最終將不可避免地采購(gòu)更多的Twinscan NXE光刻機(jī)。預(yù)計(jì)英特爾也將在2022年開始使用其7nm節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)芯片時(shí)，將開始部署EUVL設(shè)備，很可能在未來(lái)幾年成為EUVL設(shè)備的主要采用者之一。

未來(lái)幾年全球?qū)UV光刻機(jī)的需求只會(huì)增加，但從目前的情況來(lái)看，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，臺(tái)積電仍將是這些光刻設(shè)備的主要采購(gòu)者，三星和英特爾將緊隨其后。雖然說(shuō)現(xiàn)在臺(tái)積電在制造技術(shù)上面已經(jīng)在世界穩(wěn)居第一，但是臺(tái)積電還是非常依賴光刻機(jī)的，要是在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法達(dá)到生產(chǎn)效率，即便光刻機(jī)數(shù)量增多也無(wú)法解決問(wèn)題。