[마켓인사이드] 반도체 초미세공정 시장분석: 파운드리와 장비

[마켓인사이드] 반도체 초미세공정 시장분석: 파운드리와 장비

반도체 산업의 핵심, 초미세공정을 선도할 기업들은 어디일까요? 초미세공정의 핵심 플레이어, 시장의 특징과 향후 전망 등을 꼼꼼하게 정리했습니다.

🦄 SONG

*웹에서 상단 제목 좌하단에 있는 "댓글 남기기"를 누르시면 댓글을 작성하실 수 있어요!

어제 DEEP BYTE에서 살펴본 것처럼, 반도체 칩은 더 작은 소자를 더 촘촘히 집어넣을 수록 그 성능을 높일 수 있습니다. 때문에 이를 가능하게 하는 초미세공정 기술은 반도체 기업들이 갖추어야 할 차세대 핵심 경쟁력으로 주목받고 있는데요.

이번 편에서는 반도체 시장의 세부 분야인 생산(파운드리), 장비 분야에서 초미세공정 기술을 선도하고 있는 기업들은 어디이고, 반도체 초미세공정 시장은 어떤 구조로 이뤄져 있으며, 향후 전망은 어떠한지 구체적으로 살펴보도록 하겠습니다.

① 월: 반도체 초미세공정 101
② 화: 반도체 초미세공정 시장분석: 생산과 장비
③ 수: 트랜지스터의 새로운 혁명, GAA
④ 목: 초미세공정에 다시 도전하는 인텔


반도체 초미세공정 시장의 특징

초미세공정 시장이 어떤 구조로 이뤄져 있는지를 살펴 보려면 먼저 글로벌 반도체 시장이 어떤 구조로 이뤄져 있는지 알아야 합니다. 그래야 왜 수많은 기업들 중 TSMC와 삼성전자가 초미세공정 시장에서 양대축을 형성하고 있는지 알 수 있기 때문인데요. 먼저 반도체 시장의 구조를 간략하게 살펴본 뒤 왜 초미세공정 시장 진입이 어려운지, 시장의 경쟁구도는 어떤지 알아보려 합니다.


반도체 시장의 구조

반도체는 설계부터 생산, 패키징까지 많은 생산 단계를 거쳐야합니다. 그만큼 필요한 기술도 많겠죠. 게다가 어떤 전자기기에 들어가느냐에 따라, 그 안에서 어떤 역할을 하는지에 따라 반도체의 종류 또한 수없이 많다보니 생산부터 설계까지 한 기업이 모두 하기가 쉽지 않습니다. 그래서 글로벌 반도체 시장은 국제적인 분업체계를 형성하고 있는데요. 크게 보면 미국에는 설계만 하는 팹리스 기업들이, 동아시아에는 생산만 전담하는 파운드리 기업들이, 유럽과 일본에는 반도체 생산 공정에 필요한 정밀 장비를 생산하는 기업들이 많습니다.

[상식한입+] 반도체를 만드는 회사, 파운드리
반도체를 생산하는 회사, 파운드리에 대해 설명했습니다. 국내외 반도체 이슈에 결정적인 영향을 주는 파운드리, 모르고 넘어갈 수 없겠죠?

물론 반도체의 설계부터 제작, 판매까지 모두 하는 기업도 있는데요. 이런 기업을 종합반도체회사(Intergrated Device Manufacturer, IDM)이라고 부릅니다. 삼성과 인텔이 대표적이죠. 하지만 최근에는 IT기업들이 원하는 반도체의 성능과 종류가 워낙 다양해지고 있어 IDM기업의 위상이 예전과 같지 않습니다. 삼성전자는 IDM이지만, 파운드리 사업부를 독립시켜 운영 중이며, 인텔 역시 애플 같은 주요 고객사들이 반도체를 직접 설계하겠다며 대거 이탈하고 있죠. 나아가 인텔은 자사의 차세대 GPU 생산을 직접 하지 않고, TSMC에 맡길 것이라 발표하기도 했습니다.


파운드리와 초미세공정, 그리고 장비 시장

이렇듯 과거에는 IDM이 반도체 설계부터 생산까지 전담하는 것이 일반적이었지만, 최근 반도체 시장은 수요 다변화로 인해 반도체의 설계와 생산이 분리되는 모습입니다. 특히 IT기업들이 점점 더 복잡한 반도체를 설계하면서, 생산기업들은 이들의 주문을 수주하기 위해 극도로 높은 기술력을 확보하려 하고 있죠. 결국 초미세공정은 반도체 기업이 더 많은 IT기업으로부터 주문을 수주하기 위해 반드시 필요한 기술이며, 그렇기에 파운드리 시장을 중심으로 발전해가고 있습니다.

전세계 파운드리 시장 규모는 2021년 약 90조원을 기록했습니다. 2024년에는 약 108조원 규모로 성장할 것으로 예상되는데요. 향후 5세대 이동통신(5G)과 사물인터넷과 관련한 반도체 수요가 증가하면서 파운드리 공급 부족 상황은 계속될 것으로 보이며, 파운드리 시장 매출은 꾸준한 성장세를 유지할 것으로 예상됩니다. 최근의 반도체 공급 부족 역시 파운드리 시장에서 집중적으로 발생하고 있죠.

2024년 910억달러(한화 약 108조원) 규모로 성장할 것을 보이는 파운드리 시장. 이미지 하단의 "Samsung transition year"은 삼성전자가 파운드리 사업을 독립시킨 해를 가리킴.

한편, 반도체 장비 시장 역시 주요 반도체 제조업체들의 적극적인 설비 투자 기조와 맞물려 가파른 성장세를 보이고 있습니다. TSMC는 반도체 생산량 확대를 위해 지난해부터 향후 3년간 생산설비에 1,000억달러를 투자할 계획이며, 삼성전자 역시 국내외 파운드리 공장 증설과 함께 오는 2030년까지 시스템 반도체 분야에 171조원가량을 투자하겠다고 밝혔죠.

특히 초미세공정에는 반도체 패턴을 그리는 광학장비가 매우 중요한데요. 오늘 <마켓 인사이드>에서는 초미세공정으로 반도체를 만드는 양대 파운드리 기업인 TSMC와 삼성전자, 그리고 EUV 노광장비를 만드는 '슈퍼을' ASML을 집중적으로 다뤄볼 예정입니다.


① 초미세공정 파운드리 시장 자세히 알아보기

스마트폰 제조사들이 요구하는 첨단 모바일 AP칩, 시스템 로직 반도체 등을 생산하기 위해서는 초미세 패터닝 공정이 필수적입니다. 패터닝 공정이란 마스크와 노광장비를 이용해 작은 칩 위에 미세한 회로를 그려내는 공정을 뜻하는데요. 이 공정을 구축하기 위해서는 수십조원에 달하는 천문학적인 비용이 들고, 축적된 운영 노하우도 필요해 후발 업체들의 시장 진입은 거의 불가능한 상황입니다.

엄청난 규모를 자랑하는 삼성전자의 반도체 공장(Fab) ⓒ삼성전자

현재로서는 초미세공정이 가능한 기업은 과거부터 꾸준히 반도체 생산 기술을 발전시켜 온 대만의 TSMC와 한국의 삼성전자 밖에 없습니다. 앞으로도 두 회사는 차세대 반도체 칩 제조에서 숙명의 라이벌이 될 텐데요. 하지만 삼성전자는 애초에 파운드리가 아닌 메모리 반도체 생산을 주력으로 하는 기업이기에, 파운드리 시장에서는 TSMC에 크게 밀리는 모습입니다. 사실상 TSMC의 독주를 삼성이 저 멀리 뒤에서 쫓아가고 있는 형국이죠.

자료출처: TrendForce

2021년 3분기 기준, 전 세계 파운드리 시장 점유율은 대만의 TSMC가 53.1%, 한국의 삼성전자가 17.1%, 대만의 UMC가 7.3%, 미국의 글로벌 파운드리(Global Foundries)가 6.1%를 차지하고 있습니다. 이중 UMC와 글로벌 파운드리는 주로 초미세공정까지는 필요하지 않은 일반적인 수준의 반도체를 주로 위탁생산하죠. 결국 초미세 반도체 시장은 TSMC와 삼성전자가 70% 이상의 점유율을 기록하고 있는 과점시장인 셈입니다.

한편, 전통적인 IDM 기업인 인텔은 2014년 이후 몇 년 간이나 14나노 단위의 공정에 머무르다 2019년이 되어서야 10나노 공정을 도입했습니다. TSMC와 삼성전자가 같은 시기 이미 7나노 공정에 들어서고, 3나노 공정 계획까지 발표한 것과는 대비되는 모습이죠. 현재 상위 10개 파운드리 기업에서도 인텔의 이름은 찾아볼 수 없습니다.

이렇게 파운드리 시장에서 빛을 발하지 못하던 인텔은 2020년 3월, 파운드리 시장에 뛰어들겠다고 본격 선언하면서 현 상황을 돌파하려는 의지를 내보이고 있습니다. 그리고 시장 재진입 선언 4개월 만에 퀄컴과 아마존을 고객사로 확보했습니다. 지금으로선 TSMC와 삼성에게 기술이 밀리고 있는 인텔이지만, 향후 파운드리 분야에서의 공격적인 투자와 미국 정부의 든든한 지원이 받쳐준다면, 성장성이 좋은 파운드리 시장에서 점유율을 높여갈 수 있을 것으로 보입니다.

👆 파운드리시장의 키플레이어

  • TSMC: TSMC는 대만의 파운드리 회사로, 전 세계 반도체 위탁생산의 50% 이상을 책임지고 있는 기업입니다. 퀄컴, 엔비디아, 인텔 등 빅테크 기업들을 고객으로 두고 있으며, 2020년 IDM인 삼성과 인텔을 제치고 반도체 기업 시가총액 1위를 차지했습니다.
  • 삼성전자: 삼성전자는 전세계 파운드리 시장에서 17.1%의 시장점유율을 차지하고 있는 세계 2위 파운드리 회사입니다. TSMC를 따라잡기 위해 얼마전 미국 텍사스에 20조원 가량을 투자해 공장 설립에 나선 바 있습니다.
  • 인텔: 후발주자인 인텔은 앞서 가는 TSMC와 삼성전자에 비해서는 아직 한참 못미치는 시장점유율을 가지고 있지만, 최근 파운드리 분야에 막대한 금액을 투자하고, 퀄컴, 아마존 등을 고객으로 유치하면서 새로운 강자로 급부상하고 있습니다.

노광장비 시장 자세히 알아보기

공정 미세화를 위해서는, 웨이퍼에 빛을 쬐어 회로 밑그림을 새기는 과정이 필수적입니다. 이를 '노광'이라고 하죠. 그런데 회로의 선폭이 가늘어질수록 기존 노광 공법으로는 선을 가늘게 하는 데 한계가 있습니다.

마스크 위에 빛을 쐬어 반도체 칩에 전기회로를 그리는 노광공정 ⓒAttocube

이때 필요한 게 EUV 노광장비입니다. EUV 노광장비는 이름 그대로 극자외선(Extreme Ultraviolet)을 광원으로 활용하는데요. 기존 불화아르곤 레이저보다 빛의 파장이 짧아, 공정을 여러번 반복할 필요없이 세밀한 회로를 한 번에 그려낼 수 있는 것이 장점입니다.

ASML의 EUV 노광장비. EUV 장비의 경우 내부의 거울을 통해 빛을 반사시켜야 해 매우 높은 기술력이 요구됩니다. ⓒASML

그런데 이 EUV 노광장비를 현재까지는 네덜란드에 있는 ASML이라는 업체 단 한 군데에서만 생산하고 있습니다. 그러다 보니 만들 수 있는 숫자도 한정적이고, 항상 공급이 모자라죠. 최근 반도체 공급 부족 현상이 벌어지는 것도 이 EUV 노광장비 공급부족에 일부 기인합니다. EUV 장비가 만들기 어려운 것은 초정밀 기술이 필요하기 때문인데요. 정밀 광학기술이 사용되기에 장비에 들어가는 부품값만 해도 매우 비쌉니다. EUV 장비는 한 대에 1500억원 정도 한다고 하죠.

이 때문에 TSMC와 삼성전자가 ASML에게 서로 '나한테 장비를 달라'고 줄을 서면서 AMSL이 반도체계의 '슈퍼을'로 주목받고 있습니다. 글로벌 노광장비 시장에서 ASML의 시장점유율은 85%에 이르고, 경쟁사로는 일본 니콘과 캐논이 있지만 이미 격차가 너무 벌어진 상태입니다. 니콘과 캐논은 반도체용 노광장비 시장을 떠날 준비를 하고 있다고 하죠. 특히, 여러 노광장비 가운데 EUV 노광장비는 ASML이 시장점유율 100%를 차지하고 있습니다. 완전한 독점시장인 셈입니다.

ASML 주가 흐름 ⓒ구글

이로 인해 ASML의 기업가치와 주가는 고공행진을 이어가고 있습니다. 또한, ASML은 2019년 EUV 장비 판매를 시작한 이후, 2020년 140억유로(약 19조원)의 매출과 36억유로(약 5조원)의 영업이익을 기록했는데요. 이는 전년 대비 각각 18.6%, 38.5% 급증한 역대 최고 실적입니다. ASML은 2021년 글로벌 브랜드 톱100에서 1위를 차지하기도 했죠.

👆 노광장비 시장의 키플레이어

  • ASML : 네덜란드 회사인 ASML은 노광장비 시장에서 85% 이상의 시장점유율을 차지하고 있고, 특히 초미세공정에 필수적인 EUV 노광장비 시장에서는 점유율 100%를 차지하며 반도체 생산 업체들을 대상으로 장비 독점 공급하고 있습니다.

초미세공정 시장, 핵심만 콕콕

  • 글로벌 반도체 시장은 크게 설계, 생산, 장비 분야로 나뉘어 집니다. 과거에는 모든 공정을 한꺼번에 하는 IDM이 대세였지만, 최근에는 국제적인 분업이 이뤄지고 있습니다.  
  • 초미세 파운드리 공정TSMC가 독주하는 가운데 삼성전자가 추격하는 구도를 이루고 있으며, 최근 후발 주자인 인텔이 최근 추격에 나서고 있습니다. 높은 진입장벽으로 규모가 작은 기업은 진입이 어려운 구조입니다.
  • 초미세공정에 필요한 장비인 EUV 노광장비는 네덜란드 기업인 ASML독점 공급하고 있습니다.

오늘의 <마켓 인사이드>는 어떠셨나요?
좋았던 점, 부족했던 점, 개선되었으면 하는 점 등을 자유롭게 말씀해주세요!

BYTE+ 구독자 피드백
오늘의 BYTE+ 콘텐츠는 어떠셨나요?BYTE+에 대해 자유롭게 의견을 말씀해주세요!좋았던 점, 부족했던 점, 개선됐으면 하는 점 등을 적어주시면 최대한 빠르게 반영할 수 있도록 노력할게요 :)

대화에 참여하세요 (2건)
1 이달에 읽은
무료 콘텐츠의 수

BYTE의 프리미엄 콘텐츠 구독 서비스, BYTE+⭐️

월 9,900원으로 BYTE의 모든 콘텐츠를 자유롭게 이용하세요!

Powered by Bluedot, Partner of Mediasphere
닫기