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3nm備戰進入倒計時



2021年1月30日 週六 上午11:15·9 分鐘 (閱讀時間)


編者按：本文來自微信公眾號「半導體行業觀察」（ID:icbank），作者：暢秋，36氪經授權發佈。
上週，業內最受關注的新聞，非三星計畫在美國德克薩斯州奧斯汀建設一個價值100億美元的晶圓廠莫屬了。這被認為是其追趕台積電發展步伐的又一舉措。實際上，三星在美國建新晶圓廠已經不是什麼新聞了，該公司在這方面早有想法，特別是去年台積電宣佈在美國亞利桑那州投資120億美元新建5nm晶圓廠以後，三星希望在其美國原有晶圓廠的基礎上，更上一層樓，不被台積電甩在遠處。
在5nm製程方面，三星已經趕上了台積電的腳步，於2020年實現了量產。但在3nm上，三星似乎還是落後於台積電的，據報導，台積電已經為其3nm工藝的晶圓廠投資了200億美元。為了縮短差距，有報導稱，三星將完全跳過4nm製程節點，直接上3nm。
由於3nm製程工藝的難度極大，如果三星美國工廠計畫生產3nm製程芯片的話，按照正常進度，目前還處於初步計畫階段的德克薩斯州奧斯汀的晶圓工廠，在2023年前難以開展生產。而台積電的3nm製程工藝將於今年進行試產，2022年量產。這對於力求趕超台積電的三星來說，壓力還是很大。不過，相信三星3nm製程的主陣地應該還是在韓國本土的。
同5nm一樣，全球半導體業具備且正在3nm製程上進行競爭的產商，依然只有台積電和三星這兩家。由於3nm工藝更加高精尖，這種「塔尖上」的競爭會更加激烈，因為能夠給這兩大晶圓廠提供相關設備、工具、材料、服務等的上游企業更少了，這對於上游供應商來說是個好消息，因為它們的競爭者很少，但對於下游的台積電和三星來說，可選擇的上游供應鏈余量更有限了，特別是對於三星來講，難度恐怕會更大。
晶圓廠建設
台積電方面，該公司董事長劉德音曾經表示，在3nm製程上，於南科廠的累計投資將超過 2萬億元新台幣，目標是3nm量產時，12英吋晶圓月產能超過60萬片。60萬片的月產能，這是一個非常驚人的數字，不過，在量產初期是達不到的，需要一個過程。據Digitimes報導，台積電3nm芯片在2022年下半年開始量產，單月產能5.5萬片起，2023年，將達到10.5萬片。
台積電在台南科學園區有3座晶圓廠，分別是晶圓十四廠、晶圓十八廠和晶圓六廠，其中前兩座是12英吋晶圓廠，後一座是8英吋晶圓廠。晶圓十八廠是5nm製程工藝的主要生產基地。而除了5nm工藝，台積電3nm製程工藝的工廠，也建在台南科學園區內，他們在2016年就公佈了建廠計畫，工廠靠近5nm製程工藝的主要生產基地晶圓十八廠。
2020年11月，台積電舉行了南科晶圓十八廠3nm廠新建工程上樑典禮，預計今年裝機，並於年底試產。
三星方面，2020年初，有外媒報導稱，三星已開始其新建的V1晶圓工廠的大規模生產，成為業內首批完全使用6LPP和7LPP製造工藝的純極紫外光刻（EUV）生產線。而該工廠還被認為是三星3nm製程的主陣地。
據悉，三星V1晶圓廠位於韓國華城、毗鄰 S3。三星於2018年2月開始建造V1，並於2019 下半年開始晶片的測試生產。目前，該公司還在擴大V1晶圓廠的產能規模，也在緊鑼密鼓地為3nm量產做著準備。
設備
為了如期量產3nm製程芯片，台積電一直在加大投資力度，2021年全年投資預估達到了280億美元，預計超過150億美元會用於3nm製程。其中，很大一部分都要用於購買半導體設備，涉及的廠商主要有ASML、KLA、應用材料等，他們供應的光刻機、蝕刻機等都是製造3nm製程芯片的重要設備。
全球排名前五的半導體設備供應商在台積電採購中佔比達75%，其中，ASML佔比1/3，是第一大設備供應商。據統計，2019年台積電設備採購中，ASML光刻機等設備金額約為34億美元，佔台積電總採購額的33%，其次是應用材料，採購額約為17億美元，佔比16%，TEL約12億美元，佔11%，Lam Research為10億美元，佔台積電採購額的9%，迪恩士佔5%，KLA佔4%。
對於3nm這樣尖端地製程工藝來說，光刻機地重要性愈加突出，而能提供EUV設備的，只有ASML一家，因此，該公司對於台積電和三星的重要性也愈加突出，雙方都在儘可能地從ASML那裡多獲得一些最先進地EUV設備。
不久前，ASML CEO Peter Wennink在財報會上指出，5nm製程採用的EUV光罩層數將超過10層，3nm製程採用的EUV光罩層數會超過20層，隨著製程微縮EUV光罩層數會明顯增加，並取代深紫外光（DUV）多重曝光製程。
1月20日，ASML公佈了2020全年財報，數據顯示，2020年，該公司累計交付了258台光刻機，其中EUV光刻機31台。按照交付地區劃分，中國台灣地區排名第一，佔比36%；韓國排名第二，佔比31%；中國大陸排名第三，佔比18%。顯然，台積電和三星獲得了ASML絕大部分的EUV光刻機。