群雄爭食5nm盛宴

目前的5nm製造玩家，只有台積電和三星這兩家了。

而三星要到明年才能實現量產，就今年來看，台積電將統治全球的5nm產業鏈。

在過去的一年裡，台積電的5nm研發節奏很快，該公司在2019年三月進入了風險試產階段，據說試產良率可以達到40%，而在今年的第二季度，就可以實現大規模的量產。

面對這一商機，全球5nm產業鏈上的相關廠商都繃緊了神經，要麼爭取分一杯羹，要麼爭取產能。

因此，關注的焦點都聚集到了台積電身上。

據悉，該公司將今年資本支出提升到了150億～160億美元，除了用於擴充7nm產能外，更重要的就是完成5nm量產及產能建置。

按照計劃，台積電將在第二季度進入5nm量產階段，第三季度以最快速度提升產能，下半年5nm產能提升速度及幅度有望創下該公司產能新紀錄。

到了5nm階段，台積電的投資額進一步攀升，16nm製程下，1萬片產能投資約15億美元，7nm製程下，1萬片產能投資估計30億美元，而5nm製程1萬片產能投資估計達到了50億美元。

與7nm相比，高精尖的5nm對所涉及的供應鏈要求更高，無論是上游的半導體製造設備商，還是與台積電製造相關的原材料、零部件及服務商，或是晶片封測廠，以及相關的人才需求，都提出了更高的要求，同時也蘊藏著可觀的商機。

各路諸侯摩拳擦掌，都在圍繞台積電展示著各自的實力。

設備

為了儘快實現5nm量產並提升產能和良率，在過去的一年裡，台積電一直在加快購買半導體製造設備，涉及的廠商主要有ASML、KLA、應用材料、中微半導體等，他們供應的光刻機、蝕刻機等都是製造晶片的重要設備。

2019年1-11月，台積電的半導體製造設備採購金額達105億美元，同比增長了46%。

今年，台積電的設備採購量將集中在6-9月，這四個月內採購額將占全年的2/3，主要就是用於擴充5nm製程的產能。

據悉，全球排名前五的半導體設備供應商在台積電採購中占比達75%，其中，ASML占比1/3，是第一大設備供應商。

據統計，去年台積電設備採購中，ASML光刻機等設備金額約為34億美元，占台積電總採購額的33%，其次是應用材料，採購額約為17億美元，占比16%，TEL約12億美元，占11%，Lam Research為10億美元，占台積電採購額的9%，迪恩士占5%，KLA占4%。

ASML

目前，全球僅有ASML一家公司掌握著EUV光刻機的核心技術，這也是5nm製程必需的設備，但EUV光刻機的成本十分高昂，每台售價高達1.2億美元，幾乎是DUV光刻機價格的2倍。

根據ASML公司發布的財報，2019全年共出貨了26台EUV光刻機，預計2020年將交付35台EUV光刻機，2021年則會達到45-50台的交付量。

這其中很大一部分都供給了台積電，用於擴充5nm，以及7nm產能。

中微半導體

除光刻機之外，蝕刻機也是5nm製程工藝不可缺少的，目前，全球高端刻蝕機玩家僅剩下應用材料、Lam Research、東京電子和中微半導體，而通過台積電5nm工藝認證的則更少。

在這個領域，中國大陸的中微半導體取得了可喜的進步，其5nm蝕刻機已經打入台積電供應鏈。

中微半導體主要生產蝕刻機、MOCVD等設備，它們與光刻機被稱為半導體製造三大關鍵設備，而中微的5nm等離子蝕刻機已經具備了國際競爭力。

等離子刻蝕機是晶片製造中的關鍵設備，用來在晶片上進行微觀雕刻，每個線條和深孔的加工精度都是頭髮絲直徑的幾千分之一到上萬分之一，精度控制要求非常高。

先進的蝕刻機售價也要數百萬美元，而且一條生產線要使用多台蝕刻機，對於賣方來說，總價值很可觀。

製造

目前，有5nm晶片製造能力的只有台積電一家，該公司也是產業鏈的核心。

根據台積電的規劃，南科14廠和18廠分別專注於12nm和16nm製程技術，以及5nm和 3nm技術，而中科15廠則負責28nm和7nm製程技術。

台積電的5nm晶圓廠從2018年開始啟動，有5000多名工作人員日夜趕工，廠房建置完成後，於2019年初進入設備安裝階段，並在去年第二季度進行了風險試產。

據悉，5nm製程設備的搬入速度，幾乎是以「平均每1.5個小時搬入一台」的進度入廠，台積電在全力推動5 nm晶圓廠進入生產狀態。

台積電的5nm製程分為N5及N5P兩個版本。

N5相較於當前的7nm製程N7版本在性能方面提升了15%、功耗降低了30%，電晶體密度提升了80%。

N5P版本性能較N5提升7%，功耗降低了15%。

在掩模方面，5nm需要14-15層，而7nm+EUV只需要4 層。

據業內人士透露，目前台積電5nm的試產良率已經達到80%，且月產能也從最初的5萬片晶圓增至8萬片。

製造所需原材料及服務

對於晶圓代工廠來說，要進行5nm製程的晶片製造，除了工藝技術和設備之外，相應的半導體材料、配件，以及各種服務工作也是不可或缺的，需要產業鏈上的合作夥伴共同參與完成。

5nm及更先進位程的發展，並不能單純依靠核心工藝的創新與EUV設備的加持。

從材料角度來說，光刻膠等半導體材料的創新也是製程演進的關鍵所在。

去年，日韓之間的半導體材料大戰爆發，韓國用於製造半導體和零部件設備的光刻膠、高純度氟化氫和含氟聚醯亞胺三大半導體材料，均遭到日本的出口限制，對韓國部分重要的產業發展造成了不小的影響。

光刻膠則是這三類半導體材料中的重中之重。

在晶片製造過程中，曝光、顯影和刻蝕等重要工藝步驟都與光刻膠有關，耗時占總工藝時長的40%至60%，成本也占整個晶片製造成本的35%。

有機光刻膠主要用於90nm到7nm的晶片製造，但隨著製程推進到5nm，將開始需要無機光刻膠。

目前來看，中高端光刻膠產品主要還是掌控在日本廠商手中，台積電與日本合作夥伴保持著緊密的聯繫。

對於中國大陸的半導體材料廠商來說，機會也越來越多，如安集微電子、江豐電子等都是台積電的供應商。

2016-2018年，安集微電子來自台積電的收入占比依次是10.7%、9.7%、8.1%，但安集微主要為台積電成熟製程提供拋光液等產品。

江豐電子的重要客戶中也包括台積電，其鉭靶材及環件已在應用於台積電7nm晶片中。

但要想打入其5nm製程供應鏈，大陸半導體材料廠商還需要再努力。

掩模方面，家登是台積電掩模傳送盒的獨家供貨商，隨著台積電在7nm導入EUV，加上5nm量產，EUV掩模傳送盒出貨可望倍增，且導入EUV後，掩模可曝光次數為原先四分之一，帶動掩模傳送盒需求進一步提升。

除了家登之外，台積電相關設備與周邊材料供貨商，還包括承包無塵室工程廠漢唐、帆宣，以及晶圓可靠性等分析的閎康、應材備品代工廠京鼎、後段濕式製程設備弘塑、辛耘，和相關自動化及接口設備的迅得、信紘科等。

在設備維護中，可運用AI進行預測性維護。

與此同時，台積電也利用深度學習方法進行自動化影像識別，對缺陷進行及時準確查詢，這方面，迅得獲得了7nm及5nm生產線自動化系統訂單。

對於測試來說，任何晶圓有錯誤就會直接報廢，同時也會按照小批量處理原則給客戶提供風險評估報告。

而針對可靠性測試，如果有任何die fail，旁邊4個臨近die也會fail，邊緣的die良率低的話也會fail。

台積電改善了抽測方式，以確保不會發生故障。

此外，精測是主要晶圓測試板及探針卡供貨商，宜特提供5nm相關材料及可靠性分析服務。

封測

台積電對其先進位程晶片的封測業務早有布局，7nm就已經能夠自給自足了，在此基礎上，自家封測廠在很大程度上也能夠保證5nm的需求，且在不斷擴充之中。

台積電在竹科、中科、南科、龍潭等地都設有先進封測廠，苗栗竹南封測基地將是第五座先進封測廠。

該廠預計投資3000億元新台幣，位於竹南科學園區周邊特定區、大埔範圍。

為了滿足5nm及更先進位程的需求，台積電已建立了整合扇出型（InFO）及CoWoS等封測產能支持，完成了3D IC封裝技術研發，包括晶圓堆疊晶圓（WoW）及系統整合單晶片（SoIC）等技術，業界預期竹南廠未來將以3D IC封裝及測試產能為主。

預計明年量產。

人才

半導體製造主要依靠資金和人才，而這兩項台積電都具有優勢，且在不斷擴充。

去年，全球首座5nm晶圓廠進入量產測試階段的同時，負責這座5nm的Fab 18內部人事方案也隨之確定，由近兩年剛升任晶圓廠營運副總的王英郎統籌18廠的人事安排，他在台積電內部有最年輕的副總之稱。

其中，廠長由曾任台積電中科15廠的廠長劉曉強擔任，而兩位副廠長則由之前曾任職南科 14廠的楊懷德和林俞谷出任。

今年2月，台積電在網上公布了1500多個招聘職位，涵蓋半導體工程師、設備工程師、光學工程師及製程技術員等，主要就是為了全力衝刺5nm，以及明年更先進位程。

對於此次的千人招聘計劃，台積電給普通工程師開出的薪資為每月3.2萬元新台幣，至於半導體工程師、設備工程師、光學工程師等，根據技術程度，開出的薪資從3.8萬至4.5萬元不等。

客戶

製程工藝越來越先進，台積電的5nm製程成本也水漲船高，開發一款晶片的費用將達到5.4億美元，台積電5nm全掩模流片費用大概要3億人民幣，而且還不包含IP授權費用。

如此高的門檻，大部分公司都會選擇觀望。

目前，也只有華為海思、蘋果這樣的大客戶燒得起錢，據悉，它們的麒麟1020、A14晶片會是5nm晶片的兩大客戶。

蘋果可能將獨攬台積電三分之二產能，今年6月底開始量產。

然而，即使費用昂貴，台積電5nm的產能似乎還是很緊張，據悉，來自蘋果和海思的5nm訂單正在迫使台積電加大對於5nm晶圓工廠的投入，而2020年5nm訂單預計將貢獻台積電約8％的營收。

除了蘋果和華為海思，高通一部分5G X60晶片也會由台積電5nm代工生產。

另外，博通、聯發科、AMD等大客戶後續也將開始展開5nm晶片設計並導入量產，但今年恐怕拿不到產能了，得等到明年。

結語

從以上敘述可以看出，還未量產，台積電的5nm產能很可能已經被搶光了。

今年的5nm代工產能如此緊張，對於台積電及其產業鏈上下游的合作夥伴來說，又將會是一個豐收年。

*免責聲明：本文由作者原創。

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