반도체산업 재편이 본격화되고 있는 가운데 국내기업들의 소재‧부품‧장비 투자가 빛을 발하고 있다.
반도체산업은 코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 사태와 미국-중국 무역마찰 속에서도 성장세를 유지하고 있으며 서플라이 체인 전반에서 인수합병(M&A) 열풍이 불며 재편이 본격화되고 있다.
다층화, 대용량화가 진전되며 기술 개발에 속도가 붙고 있고 국내에서는 SK그룹을 중심으로 일본산 의존도가 높은 소재를 국산화하는 흐름이 본격화되고 있다.
반도체, 고성장 속 구조재편 가속화
세계 반도체 무역 통계기구(WSTS)는 글로벌 반도체 시장이 2021년 사상 최대를 기록할 것으로 예상하고 있다.
한국과 타이완이 성장을 견인하고 미국과 중국도 영향력을 확대할 것으로 전망하고 있다.
중국은 당초 미국의 무역제재로 반도체 성장세가 둔화될 것으로 우려됐으나 코로나19 사태 이후 성장궤도를 되찾을 만큼 회복됨으로써 설비투자가 빠르게 진행될 것으로 기대되고 있다.
글로벌 시장에서는 M&A를 중심으로 한 구조재편이 본격화되고 있다.
미국 엔비디아(NVIDIA)는 2020년 영국 ARM을 400억달러에 인수했고, SK하이닉스는 2021-2025년에 걸쳐 인텔(Intel)의 플래시 메모리 사업을 인수할 예정이다.
2021년 말까지 1차적으로 인텔의 중국 다롄(Dalian) 공장을 인수하고 2025년 3월까지는 낸드플래시 연구개발(R&D) 및 생산설비 운영인력을 인수하는 것으로 알려졌다.
반도체 소재 분야에서는 일본 쇼와덴코(Showa Denko)가 히타치케미칼(Hitachi Chemical) 인수에 나섰고, 타이완의 실리콘웨이퍼 중견기업 GlobalWafers도 독일 실트로닉(Siltronic) 인수를 추진하는 등 재편이 이어지고 있다.
2020년 매출 4498억달러로 7.3% 성장
반도체는 2020년에도 높은 성장률을 기록했다.
미국 가트너(Gartner)에 따르면, 글로벌 반도체 시장은 코로나19 영향이 당초 예상보다 약화됨으로써 2020년 매출액이 4498억3800만달러로 전년대비 7.3% 성장한 것으로 나타났다.
자동차, 산업기기, 소비재 시장은 부진이 이어졌으나 재택근무와 온라인 학습이 확대됨으로써 로직, 메모리 반도체 수요가 급증한 영향으로 판단된다.
특히, 메모리 반도체는 서버와 PC(컴퓨터), 모바일 기기 수요가 증가하면서 135억달러 확대됐고 전체 성장분 가운데 44%를 차지한 것으로 파악되고 있다.
글로벌 시장은 2019년 마이너스 12%로 역성장하며 조정국면에 돌입했으나 2020년에는 코로나19 여파로 재택근무가 본격화되면서 서버 수요의 65%에 해당하는 하이퍼 스케일이 대대적으로 확대돼 가파른 성장세를 나타냈다.
타이완 미디어텍(MediaTek), 일본 키오시아(Kioxia), 미국 엔비디아, 퀄컴(Qualcomm) 등은 매출액이 30% 이상 급증하며 약진했다.
다만, 글로벌 3위까지는 순위 변동이 없었다.
인텔(Intel)은 매출액이 702억4400만달러로 3.7% 증가하며 시장점유율 15.6%를 기록해 글로벌 1위를 지켰고 국내기업들도 나란히 2위와 3위를 유지했다.
2위 삼성전자는 561억9700만달러로 7.7% 증가해 시장점유율 12.5%, 3위 SK하이닉스는 252억7100만달러로 13.3% 급증하며 시장점유율 5.6%를 기록했다.
대부분은 매출이 증가했으나 미국 텍사스인스트루먼트(Texas Instruments)는 마이너스 2.2% 성장했다.
메모리 반도체는 낸드 플래시가 23.9% 증가했다. 상반기 수급타이트로 가격이 급등했으나 하반기에는 공급과잉으로 전환되면서 성장세가 둔화된 것으로 나타났다.
일본, 한국‧타이완 경계하며 다층화‧대용량화 준비
일본은 반도체 칩 분야에서 사업규모와 기술력을 앞세우고 있고 첨단소재 사업에서는 세계 시장점유율 60%를 확보했으나 한국과 타이완이 계속 성장함에 따라 경쟁력 약화를 우려하고 있다.
특히, 엔비디아가 인수한 ARM이 일본 소프트뱅크(Softbank) 산하에 있던 만큼 스마트폰, 자동차 등 다양한 분야에서 타격을 받았고 르네상스테크놀로지(Renaissance Technologies) 등 ARM의 경쟁 대상들이 오픈계 RISC-V 프로세서 개발을 가속화할 것을 경계하고 있다.
메모리 분야에서는 SK하이닉스가 인텔의 플래시메모리 사업 인수를 계기로 이미 SK가 대주주인 키오시아(전 Toshiba Memory)까지 인수할 것으로 예상하고 있다.
미국 마이크론테크놀로지스(Micron Technologies)와 SK하이닉스의 빠른 기술 개발 속도도 일본을 위협하고 있다.
마이크론은 플래시메모리 프로세스 기술에서 앞서나가던 삼성전자와 키오시아를 제치고 2020년 11월 세계 최초로 반도체 스토리지(SSD)용으로 176층 칩 출하를 시작하며 관심을 집중시키고 있다.
CUA(CMOS Under the Array)로 알려진 독자기술로 다층화를 실현했고 현재 TLC(Triple Level Cell) 구조에 용량 512GB 칩을 공급하고 있는 가운데 2021년 중반에는 용량을 더욱 확대한 QLC(Quad Level Cell) 칩을 출하할 예정이다.
SK하이닉스도 마이크론에 이어 176층 512GB 사양 TLC 플래시 메모리 샘플을 출하하고 있다.
키오시아는 112층 512GB TLC로 수요기업 인증에 그치고 있으나 2022년 봄 완공 예정인 일본 요카이치(Yokkaichi) 공장의 Y7 생산동에서 마이크론과 SK하이닉스를 능가할 다층화‧대용량화 플래시메모리를 양산할 계획이라고 밝혀 변혁이 예고되고 있다.
소재‧부품‧장비 생산기업도 M&A 본격화
반도체산업의 재편이 구체화될수록 서플라이 체인을 형성하는 다른 산업계도 쇄신이 불가피한 것으로 판단되고 있다.
이에 따라 산업용 가스 등 이미 소수의 생산기업이 독과점하고 있는 분야에서도 M&A를 통한 집약이 진행될 것으로 전망되고 있다.
반도체나 평면 패널 디스플레이 제조에 투입되는 산소와 질소, 아르곤 등 산업가스 분야는 메이저 4사가 과점하고 있는 가운데 일본은 일본산소(Nippon Sanso)를 통해 M&A를 적극화하고 있다.
일본산소는 세계 시장점유율을 10% 이상으로 높이지 못하면 생존이 어렵다는 위기감 아래 매출액 1조엔대 달성을 목표로 설정하고 있다.
국내에서는 일본이 2019년 7월 한국에 대한 반도체 소재 수출을 규제한 이후 국산화 목적의 개발이 본격화되고 있다.
솔브레인은 일본 수출규제를 계기로 불산 공장 신증설을 2020년 1월 조기에 완료하고 최고 수준의 고순도 불산(12N: 99.9999999999%)을 대량 생산할 수 있는 능력을 확보했다. 12N은 용액에 메탈 등 불순물이 1조분의 1 남아있는 상태로, 디스플레이보다 더 높은 수준의 고순도를 요구하는 반도체에 납품이 가능한 수준으로 알려졌다.
국내 반도체·디스플레이 생산기업들은 일본 수출규제 이전까지 주로 일본산 고순도 불산을 사용해왔다.
ENF테크놀로지도 반도체용 불산 국산화를 추진하고 있다.
2020년 9월부터 2022년 4월30일 완공을 목표로 천안 제3공장에서 반도체용 불산 생산설비를 신규 건설하기 위해 348억원을 투자하는 프로젝트를 진행하고 있다.
반도체 산화막용 식각액으로 사용되는 BOE(Buffered Oxide Etcher)의 불산계 원료를 국산화하는 것으로 알려졌다.
SK, 그룹 차원에서 반도체 소재 국산화 박차
SK머티리얼즈는 2020년 6월 초고순도(99.999%) 불화수소를 양산했으며 반도체 노광공정에 사용하는 포토마스크 보조소재인 하드마스크(SOC) 개발에도 착수했다.
초고순도 불화수소는 2019년 말 시험제품 개발에 성공하고 영주에 15톤 공장을 건설하며 국산화에 성공했으며 2023년까지 국산화율을 70%로 끌어올리겠다는 목표를 세우고 있다.
최근에는 고부가제품인 SOC와 불화아르곤 포토레지스트(ArF PR) 개발에도 나섰다. 
SOC는 포토마스크의 패턴 붕괴를 막는 역할을 해 공정 미세화로 노광 세기가 강해진 최근 들어 수요가 증가하고 있다.
글로벌 시장은 일본 호아(Hoya) 등이 주도하고 있으며 국내에서는 금호석유화학이 사업화를 준비했으나 SK머티리얼즈가 금호석유화학 전자소재 사업을 인수하면서 진출했다.
불화아르곤 포토레지스트 역시 수입의존도가 90%에 달하고 있어 2021년 공장을 완공하고 2022년부터 5만갤런을 상업 생산해 국산화할 방침이다.
일부에서는 소재 기술력을 갖춘 SK머티리얼즈가 차세대제품인 극자외선(EUV) 포토레지스트도 1-2년 안에 상업화할 수 있을 것으로 예상하고 있다.
EUV, 일본이 레지스트 개발 가속화한다!
반도체산업의 최신 이슈로 주목받고 있는 EUV 프로세스는 네덜란드 ASML이 핵심장치인 노광기를 독점하고 있고 일본기업들은 레지스트 개발을 통해 시장 성장을 따라잡고 있다.
ASML은 2020년 3분기에 코로나19 영향에도 불구하고 시장 전망치를 상회하는 매출을 거두었다. EUV 노광기를 총 14대 판매하면서 2020년 목표 매출액을 달성한 것으로 알려졌다.
로직만이 아니라 D램에서도 선폭 10나노미터 이하 미세화가 진행되면서 2021년에도 10%대 성장할 것으로 기대하고 있다.
일본도 EUV 노광기를 생산하고 있으나 ASML에 비해 소량에 그치고 있다.
니콘(Nikon)은 2020회계연도(2020년 4월-2021년 3월) 반도체 노광기 판매대수가 27대로 전년대비 18대 줄어들 것으로 예상하고 있고, 캐논(Canon)은 2020년 KrF(불화크립톤) 기기를 24대 판매하는데 그친 것으로 파악하고 있다.
EUV 레지스트는 노광기와 밀접한 관계가 있으며 이미 시장 판도가 결정된 것으로 판단되고 있다.
하지만, 프로세스 기술이 진전되면서 시장이 확대돼 시장점유율이 변동할 가능성이 있기 때문에 후발주자들도 투자를 적극화하고 있다.
스미토모케미칼(Sumitomo Chemical)은 현재 EUV를 능숙하게 다루는 수요기업이 소수에 불과하고 칩 배선층도 적다는 점에서 10년 후에도 EUV 레지스트 시장이 ArF 레지스트보다는 소규모에 그칠 것으로 예상하고 있다.
하지만, 레지스트는 첨단기술을 선점하는 것이 경쟁력과 직결되기 때문에 투자를 계속할 방침이다.
봉지재, 쇼와덴코-히타치케미칼에 타이완도 영향 확대
반도체 봉지재 시장도 재편이 본격화되고 있다.
일본 쇼와덴코는 봉지재 분야에서 기존 글로벌 시장점유율 1위였던 히타치케미칼을 인수함으로써 영향력을 확대하고 있다.
원래 기능성 화학제품과 소재 가스에서 강점을 나타내왔고 히타치케미칼 인수를 계기로 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 슬러리, 반도체 패키지, 동장적층판(CCL) 등 반도체 주변제품 사업까지 확보함으로써 시너지를 확대할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
타이완 GlobalWafers의 독일 실트로닉 인수도 주목된다.
실트로닉의 지분 약 31%를 보유한 독일 바커(Wacker Chemie)도 매각에 찬성하고 있어 거래가 실현된다면 GlobalWafers가 일본 섬코(Sumco)를 제치고 신에츠케미칼(Shin-Etsu Chemical)의 뒤를 있어 세계 2위로 부상할 것으로 예상되고 있다.
GlobalWafers는 2011년에도 Toshiba Ceramics(현재 CoorsTek)의 웨이퍼 사업을 347억엔에 인수했고 이후 미국 선에디슨(SunEdison Semiconductor), 특수 반도체용 웨이퍼 제조기술을 갖춘 덴마크 톱실(Topsil)을 차례로 인수함으로써 영향력을 확대하고 있다.
일본 스미토모베이클라이트(Sumitomo Bakelite)는 첨단제품 뿐만 아니라 범용제품에서도 봉지재 수요가 증가하고 있다는 판단 아래 중국 쑤저우(Suzhou) 공장 생산능력을 20% 확대할 방침이다.
실리콘웨이퍼, 성장세 장기화 “기대”
반도체산업 성장과 함께 실리콘웨이퍼 수요도 중장기적으로 증가할 것으로 예상된다.
스마트폰과 서버에 사용하는 선폭 10나노미터 이하의 첨단 칩용 웨이퍼는 일본 신에츠케미칼과 섬코가 시장을 장악하고 있다.
신에츠케미칼은 주력제품인 구경 300mm 웨이퍼 수급이 2022년 이후 타이트해질 것으로 전망하면서도 당분간 기존설비로 대응하고 필요해지면 설비투자를 진행할 예정이다.
섬코는 2023년경 세계 각지의 실리콘 웨이퍼 생산능력이 최대가 될 것으로 전망하고 있다. 섬코는 에피텍셜(Epitaxial) 웨이퍼 사업에서 호조를 누리고 있으며 시장점유율이 높은 첨단제품 분야의 아성을 유지하기 위해 프로세스 통일이 중요하다고 판단하고 인공지능(AI)화를 진행할 예정이다.
세계 최대 반도체 위탁생산기업이면서 매년 10조원 이상을 투자하고 있는 TSMC를 중심으로 타이완도 실리콘 웨이퍼 분야에서 영향력을 확대하고 있다.
SK실트론도 로직용 7나노미터 에피텍셜 웨이퍼를 개발해 수요기업의 위탁생산 라인에 납품함으로써 섬코의 아성에 도전하고 있다.
마스크 블랭크, 일본 강세에 SKC 도전
마스크 블랭크는 반응시키는 빛의 파장에 따라 KrF, ArF, EUV용으로 구분되며 ArF와 EUV가 하이엔드급으로 알려졌다.
EUV 마스크 블랭크는 호야와 AGC가 주력 생산하고 있다.
코로나19 여파로 일부 생산이 불안정했으나 최근에는 정상화됐고 선폭 3나노미터에서 차차세대인 2나노미터를 개발하는 방향으로 나아가고 있다.
SKC는 2020년 하반기부터 일본산 의존도가 90% 이상에 달하는 반도체용 하이엔드급 마스크 블랭크를 양산하면서 일본산 대체를 적극화하고 있다.
2018년부터 총 430억원을 투자해 공장을 건설하고 2019년 말 완공했으며 2021년에는 현재 양산제품보다 첨단화된 신제품을 양산할 계획이다.
포토마스크 방진커버는 일본 미쓰이케미칼(Mitsui Chemicals)이 세계 1위를 달리고 있다. (강윤화 선임기자: kyh@chemlocus.com)
