台积电 2020 年中宣布，即将在美国亚利桑纳州斥资 120 亿美元兴建 5 奈米制程晶圆厂，并预计 2023 年正式量产。消息刺激竞争对手韩国三星，三星日前也宣布计划斥资 100 亿美元在美国德州奥斯汀兴建新晶圆厂，新晶圆厂并打算以 3 奈米制程切入，力压台积电亚利桑纳州 5 奈米厂。市场人士分析，三星举动使 3 奈米制程的战争日趋激烈。对三星来势汹汹，台积电似乎胸有成竹，有机会能在 3 奈米制程的竞赛中立于不败之地。
市场人士指出，虽然在 5 奈米制程方面，三星已经赶上了台积电的脚步，于 2020 年正式量产。但在 3 奈米制程上，三星似乎还是落后给台积电的。因为相关报导指出，台积电已经为其 3 奈米制程的晶圆厂方面投资了 200 亿美元。所以，为了缩短差距，三星正加紧 3 奈米制程的研发。不过，由于 3 奈米制程技术的难度极大，如果三星美国工厂计划生产 3 奈米制程芯片的话，依照正常进度，目前还处于初步计划阶段的德州奥斯汀的晶圆工厂，在 2023 年前还难以正式量产。相较于台积电的 3 奈米制程将于 2021 年进行试产，2022 年量产，这对于力求赶超台积电的三星来说，压力还是很大。所以，预计三星要量产 3 奈米制程，则将会仍以韩国境内的旗下晶圆厂为优先。
以晶圆厂建置方面来说，台积电董事长刘德音曾经表示，3 奈米制程技术，于南科厂的累计投资将超过新台币 2 兆元，目标是 3 奈米制程在 2022 年量产时，单月产能 5.5 万片起，2023 年，则是达到达到 10.5 万片。而目前台积电在南科有 3 座晶圆厂，分别是晶圆 14 厂、晶圆 18 厂和晶圆 6 厂。其中，前两座是 12 吋晶圆厂，后一座是 8 吋晶圆厂。晶圆 18 厂是 5 奈米制程的主要生产基地。而除了 5 奈米制程之外，台积电 3 奈米制程的晶圆厂，也建在南科内。2020 年 11 月，台积电举行了南科晶圆 18 厂 3 奈米制程厂新建工程上梁典礼，预计 2020 年装机，并于年底试产。
至于，在三星方面，2020 年初有外媒报导称，三星已开始在其新建的 V1 晶圆厂中进行大规模生产，成为业界首批采用极紫外光曝光设备 (EUV) 的 6 奈米和 7 奈米制程技术生产线，而且该工厂还被认为是三星接下来 3 奈米制程生产的主要基地。而三星 V1 晶圆厂位于韩国华城、毗邻 S3 工厂。三星于 2018 年 2 月开始建造 V1 晶圆厂，并于 2019 年下半年开始芯片的测试生产。目前，该公司还在扩大 V1 晶圆厂的产能规模，也在紧锣密鼓地为 3 奈米制程的量产积极做准备。
除了晶圆厂的建置，设备的采购也是先进制程竞争的关键。而为了如期量产 3 奈米制程，台积电一直在加大投资力道，2021 年全年投资预估达到了 280 亿美元，预计超过 150 亿美元会用于 3 奈米制程。其中，很大一部分都要用于购买半导体设备，其中主要的采购厂商包括了 ASML、KLA、应用材料等，他们供应的曝光机、蚀刻机等都是制造 3 奈米制程的重要设备。根据统计，全球排名前 5 的半导体设备供应商在台积电采购中占比达 75%。其中，ASML 占比 1/3，是第一大设备供应商。据统计，2019 年台积电设备采购中，ASML 曝光机等设备金额约为 34 亿美元，占台积电总采购额的 33%，其次是应用材料，采购额约为 17 亿美元，占比 16%，TEL 的 12 亿美元则是占 11%，Lam Research 为 10 亿美元，占台积电采购额的 9%，KLA 则是占 4%。
而对于 3 奈米制程这样尖端的制程技术来说，曝光机的重要性就愈加突出，而能提供 EUV 设备的目前只有 ASML 一家。因此对台积电和三星的重要性也愈加突出，双方都在尽可能地从 ASML 多获得一些最先进 EUV 设备。不久前 ASML 首席执行官 Peter Wennink 在财报会议上指出，5 奈米制程采用的 EUV 光罩层数将超过 10 层，3 奈米制程采用的 EUV 光罩层数会超过 20 层。因此，随着制程微缩 EUV 光罩层数会明显增加，并取代深紫外光（DUV）多重曝光制程。日前 ASML 公布 2020 全年财报。根据数据显示，2020 年累计运交 258 台曝光机，其中 EUV 曝光机 31 台。按照运交地区分析，台湾排名第一，占比 36%，韩国排名第二，占比 31%，中国排名第三，占比 18%。显然的，台积电和三星订购 ASML 大部分 EUV 曝光机。
在先进制程中，还有一项不得不提的重点，那就是封测技术的发展。近来，台积电一直在布局先进封测厂。目前旗下有 4 座先进封测厂，分别是先进封测 1 厂、先进封测 2 厂、先进封测 3 厂和先进封测 5 厂，它们位于竹科、中科、南科、龙潭等地，苗栗竹南则是预计投资新台币 3,000 亿元，开始兴建第 5 座先进封测厂。市场人士预估，目前台积电 7 奈米制程芯片的封测工作已经能够自给自足，而 5 奈米制程的也在不断扩充之中，未来针对 3 奈米制程的封测产线也在建设当中。
而除了产能之外，在技术方面，为了满足 5 奈米及更先进制程的需求，台积电也已建立了整合扇出型（InFO）及 CoWoS 等封测产能来支援，并完成了 3D IC 封装技术研发。这其中包括晶圆堆叠晶圆（WoW）及系统整合单芯片（SoIC）等技术，预计竹南厂将以 3D IC 封装及测试产能为主，计划 2021 年进行量产。
最后，在成败关键的客户方面，根据日前国外媒体报导，由于芯片制程技术的领先，目前已经有许多客户正在排队等待台积电的产能供应，目前已知的有包括辉达和高通正在洽谈台积电 3 奈米制程技术的产能。而为了因应市场的需求，有消息指出，台积电共将为 3 奈米制程准备了 4 波产能，首波产能将大部分会留给多年的大客户苹果，之后 3 波则将被高通、赛灵思、辉达、AMD 等厂商预订一空。因此，整体来看，除了苹果的 A17 处理器、以及英特尔将外包的 CPU 订单之外，包括 AMD、辉达，以及 2020 年转向拥抱三星 5 奈米的高通等芯片大厂都已经预定了台积电 3 奈米制程在 2024 年之前的产能。
虽然之前有韩媒报导，三星的 3 奈米制程也将预定在 2022 年量产，时间点就是要与台积电一较高下。而就目前已进入 2021 年，按照台积电的计划，今年就要进行 3 奈米制程的风险试产，并在 2022 年量产的情况下，三星预计也将势必加快脚步。因此，这两大晶圆代工厂的3奈米制程战争几乎已进入倒计时的阶段，所以在接下来的一年多时间里，两家顶尖厂商预计将会提出更多的消息，值得进一步期待。
（首图来源：台积电）
