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***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***？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***。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***，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***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***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***。
▲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***？ 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***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***，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***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***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***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***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***、在2021年后每年交付20台EUV***。
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***”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***。
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***，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***，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
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