台积电需要多少台 EUV 光刻机?

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 光刻机数量如下图所示。

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 光刻机，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 光刻机数量达 54 台;到 2022 年，当 3nm 大规模生产、2nm 试产启动，需要的新 EUV 光刻机数量被计算为 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 光刻机数达到 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 光刻机数被计算为 62 台。

根据该假设得出的结论(可能是非常不确定的)是，台积电在 2021 年 - 2025 年的五年内总共需要 292 台 EUV 光刻机，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不到 60 台 EUV 光刻机，ASML 是否能够满足这一需求?

三星晶圆厂 EUV 现状

三星的晶圆代工业务目前不及台积电。根据 TrendForce 在 10 月 5 日发布的晶圆代工市场份额预测，台积电约占 55%，三星约占 16%。

此外，三星 12 英寸晶圆的月产能估计约为 20 万个，而台积电月产能超过 120 万个。尽管三星宣布它已采用 EUV 成功量产 7nm 和 5nm，但生产规模尚不清楚，是否真正大规模生产也令人怀疑。

听说台积电经过培训后，在 2018 年内每月在 7-8 台 EUV 设备上投入 6 万 - 8 万个晶圆。假设每月最大数量为 8 万，则 12 个月内将有 96 万个晶圆被曝光。基于这些巨量的准备和试错工作，台积电终于在 2019 年成功将 EUV 用于 N7 + 量产。

另一方面，三星如何训练 EUV?

根据多方信息，三星正通过租用一条月产量约 50 万个的大型 DRAM 生产线，将月产最大不超过 1 万个的工厂暂时用于做 EUV 的量产 “练习”。

实际上，有许多报道称，三星正在将 EUV 应用到最先进的 DRAM 生产，三星本身也在 2020 年 5 月 20 日的新闻稿中表示：“用 EUV 生产的第四代 10nm 级 DRAM 已出货 100 万个。”

但是，我们不能真正接受这一点。目前，一个 12 英寸晶圆上可同时生产约 1500 个 DRAM，因此晶圆数量为 100 万个 ÷1500 个 / 片 = 667 片。假设产率为 80%，则晶圆片数为 100 万 ÷(1500 个 / 片 ×80%)= 833 片。换句话说，100 万个 DRAM 是在一条月产 50 万的大型 DRAM 生产线上、以不到 1000 个的规模生产出来的。

因此，说三星 “出货了用 EUV 制造的 DRAM”没有错，但根据业界的常识，不能说 “将 EUV 应用于 DRAM 的批量生产”。

关键词： 台积电 EUV光刻机