반도체 소부장 산업현황 및 투자전략

- 마이크론은 인텔과 3D Xpoint 기술 개발을 위해 협력, 인텔은 FPGA업체인 알테라 인수를 통해 메모리 솔루션 기술력 확보에 적극적이며 웨스턴 디지털은 ’15년 낸드플래시 업체 샌디스크를 인수하여 현재 세게 3위 낸드플래시 업체로 성장

★ 반도체 장비시장은 ’18년 474억 달러 규모로 ’23년까지 연평균 2.7% 성장할 것으로 전망(Gartner 2019)

- 2019년 지역별 장비시장은 한국이 132억 불 규모, 중국은 반도체 투자 확대로 견조한 성장세를 유지할 것으로 보이며 대만은 파운드리 분야의 강세로 지속 증가할 것으로 예측

* 한국 시장비중 ’17년 32%, ’18년 28%, ’19년 22%, ’20년 26% 수준

- 공정별로 Wafer processing 분야는 약 81%의 시장을 점유하며 ’20년 이후는 초미세화 및 신공정 도입 기대로 시장은 확대 전망, Assemble & Packaging 분야는 반도체의 미세화에 따른 TSV 공정 등 적층기술에 대한 요구로 활성화 전망

* 공정별 시장비중 : Wafer Processing 81%, Other Front End 4%, Assembly&Packaging 7%, Total Test 9% (SEMI 2019.3)

★ 반도체 소재시장은 ’19년 524억 불 규모로 반도체 설비투자 확대 및 반도체 수요증가에 따라 유동적이지만 일정규모 수준의 시장을 유지하고 있는 추세 - 지역별로 Foundry 중심인 대만의 소재시장이 가장 크게 형성, 한국, 중국 순으로 시장규모 구축

반도체 공정장비 기술경쟁력

★ 국내 D램 기술력은 중국보다 5년, 낸드 플래시는 2년 이상 앞선 경쟁 우위를 확보

- (D램) 국내는 ’21년 4세대 D램 양산을 추진하는 반면, 중국은 ’20년 2세대 D램 양산을 추진

- (낸드플래시) 국내는 ’19년 128단 3D 낸드플래시를 양산한 반면, 중국은 ’21년 상반기에 양산계획으로 아직 수율 등 문제점 보유

★ 메모리 제조기술은 최고수준, 메모리 등 미세공정기술 분야는 미국, 일본에 앞서고 있으나 기반기술에 해당하는 장비· 부품기술이 아직 미흡

- 초고집적 반도체 공정 및 장비·소재분야의 최고기술국 대비 기술수준은 90%, 기술격차는 1.5년으로 평가, ’18년 대비 ’20년 상대적 기술수준은 4% 감소, 기술격차는 1.0년에서 1.5년으로 0.5년 격차 증가

- 전공정 장비 중 증착 일부 세정 열처리장비는 경쟁 가능한 수준이나, 노광장비, 이온주입장비 및 측정장비는 기술 기반이 매우 취약, 후공정 장비 중 조립장비는 경쟁 가능한 수준으로 평가되나, 테스트 장비는 여전히 취약

- 계측/검사 장비는 최근 정부의 지원을 바탕으로 국산화 개발 시도 되고 있으나 기반기술이 취약하여 선진업체와의 기술 간극이 매우 큰 상황임

- (중국) 최근 대규모 투자로 공정기술격차 축소 및 메모리 양산을 위한 장비기술은 아직 격차 존재, 미중 무역갈등으로 인해 국가 차원의 집중투자와 인력양성으로 빠른 추격 예상

- (일본) 소재분야 선두기업(Shinesu, Sumco 등)과 장비분야 선두기업(TEL, Screen 등) 보유를 통해 소부장 분야에 꾸준한 경쟁력 유지

- (유럽) Litho 분야 최고기술(ASML) 독점, 초고집적 공정 장비 테스트-검증 분야 최고 인프라 보유(IMEC)

- (미국) 반도체 대표 장비기업(AMAT, Lam)의 시장 장악력, Litho 제외 전분야 최고기술 보유

* 초고집적 공정 분야 대표주자였던 인텔이 10nm급 공정 이하에서 대만 TSMC와 한국 삼성에 주도권 변동

★ 반도체 소재의 경우 전공정 소재(실리콘 웨이퍼, 가스, 포토마스크 등)가 시장규모의 약 60%를 차지하며 최신기술도입 (EUV노광 등)에 따라 전공정 소재(리드프레임, 인쇄회로기판 등)의 성장률이 후공정 소재보다 높을 것으로 예상, 전공정 소재(46%) 대비 후공정 소재(56%)의 국산화율이 상대적으로 높음

* 반도체 소재는 일본이 50% 이상 점유, 실리콘 웨어퍼, 노광공정의 포토레지스트와 블랭크마스크, 세정 및 식각공정에 사용되는 고순도 불산은 일본 의존도 높음, 실리콘 웨이퍼 SK실트론 10% 점유

2. 반도체 R&D 투자 기획 현황

주요국 투자현황

★ 주요국은 자국 內 반도체 공급망 강화, 미래기술 확보 속도전 진행 중, 주요기업은 M&A와 대규모 투자를 통한 미래시장 선점에 집중

★ (미국) 반도체 제조·R&D·공급망 진단 등 전방위적 육성 도모

- 바이든 행정부, 반도체 산업 지원에 500억 불(약 56조 원) 투입, 반도체 기술연구 및 프로토타입 개발, 스타트업 지원, 인력훈련 프로그램 개발 등을 수행하는 국가반도체기술센터 설립

- 인텔, MS·IBM과 파운드리 시장 재진출, 22조 원 투입해 애리조나 공장 신설

★ (유럽) 반도체 생산 거점 및 제조역량 강화를 위한 지원책 준비

- 10나노 이하 초미세공정을 이용한 반도체 생산거점 마련을 위한 프로젝트(IPCEI :Important Project of Common EU Interest) 지원 예정

* 반도체 기업 투자금액의 20∼40% 수준의 보조금 지원 등

- 2030년까지 180조 원 투자, 반도체 생산량 전세계 20% 달성 목표

★ (중국) 반도체 펀드, 중국제조 2025 등 반도체 산업 발전정책 시행, 미국정부의 對中 제재 이후 자립 가속화

- 반도체를 집중육성하는 총 55조원 규모 국가 반도체 펀드 조성

- 파운드리업체 SMIC 등 집중육성, 선전 파운드리 신공장 내년 가동 목표

★ (일본) R&D·제조환경 조성을 위한 민관사업 3.9억 불 투자 예정

- 경제 산업성을 중심으로 TEL, 캐논 등 장비사가 중점 역할 수행, TSMC(臺), Intel(美) 협력을 통해 2나노 공정기술 개발 목표

★ (대만) 미국 일본과 파운드리 공장 증설, 올해 설비투자 31조 원 투입

- 최근 TSMC는 향후 3년간(’21-’23년) 1,000억 불 투자 발표, 미국 內 6개 Fab 신설에 360억 불, 중국 난징에 28억 불 투입 예정

국내 투자현황

★ 『시스템반도체 비전과 전략』 발표(’19.4) 後 차세대 지능형 반도체 사업단 발족, 대규모 R&D, 설계지원센터 등 성장기반 마련

★ 산업부 소관 반도체 분야 연구개발사업 지원예산은 2009년 1,003억 원에서 2018년 300억 원 수준으로 감소, 정부 연구 개발 예산이 10조 8,000억 원에서 19조 7,000억 원으로 2배 증가하는 동안 반도체 지원예산은 감소

- 연구개발 예산 감소는 대학들의 반도체 분야 연구 감소로 이어져 전문가 부족의 악순환이 이어짐

- 서울대가 배출한 반도체 석·박사는 2006년 97명에서 2016년 23명, 2017년 43명으로 감소, 반도체 분야 우수논문은 2014년 중국에 뒤처짐 * 우수논문 수 2014년 중국 27편, 한국 13편, 2017년 중국 51편, 한국 19편

★ 2021년 4개 세부사업내 5개 내역사업을 통해 668억 원 규모 연구개발 지원

- (차세대반도체개발) 차세대 반도체 제조 핵심기술 개발 지원

- (차세대시스템반도체설계·소자공정기술개발) 반도체 기업에서 요구하는 소자공정 및 소재·부품분야의 차세대 기술을 대학에서 선행 개발

- (전자정보디바이스-반도체) 차세대 메모리 공정/장비 분야 원천기술 및 국산화 기술개발

- (차세대지능형반도체-제조공정장비) 미래 유망산업(미래차, 바이오, 스마트가전, 첨단기계·로봇)과 연계된 반도체 제조용 첨단 장비 및 핵심부품 기술 개발

- (소재부품기술개발-반도체) 해외의존이 심한 반도체 분야 소재·부품·장비 핵심 기술 개발

★ 종합 반도체 강국 실현을 위한 『K 반도체 전략』 제시(’21.5.14)

- 반도체 공급망 안정화를 위한 ‘K-반도체 벨프’ 조성

- 반도체 제조 중심지 도약을 위한 인프라 투자확대

* ’30년까지 약 510조 원 이상의 민간투자로 초격차 유지

- 인력 시장 기술 등 반도체 성장기반 확보

* 10년간(’22-’31년) 반도체 산업인력 3.6만 명 육성

- 국내 생태계 활성화를 위한 반도체 위기대응 강화

국내 신규 투자기획

★ 반도체 고급인력 양성연계 민관협력 산업원천기술개발사업

- (필요성) 반도체 원천기술 부족, 전문인력 유입 감소로 국내 반도체 산업의 위기 직면

- (기획방향) 반도체 분야 산업원천기술을 확보하고 석박사급 우수인력을 안정적으로 육성 배출하여 선순환적 산업 생태계 조정

- (지향점) 민·관이 함께 키워가는 세계최고 첨단 반도체 제조강국, 초격차 이끌어갈 원천기술확보 및 실무형 고급 인력 양성·공급

★ PIM 인공지능 반도체 융합기술개발(Processing In Memory)

- (필요성) 전산업 AI확산으로 대규모 AI반도체 미래시장 창출 전망, 데이터 전송 및 처리량 급증, 메모리 병목현상 심화

- (기획방향) 차세대 메모리 기반 AI 반도체 공정 상용화

- (지향점) 미래선도를 위한 과학기술과 산업기술의 동행, 기억하고 판단하는 메모리 소자, 본격적인 AI시대

★ 시스템 반도체 첨단 PnT 기술혁신 플랫폼(Package and Test)

- (필요성) 패키지가 반도체 성능을 결정하는 기술로 발전, TSMC 팬아웃 패키지 기술 확보로 산업판도 변화 대응

- (기획방향) 첨단 패키지 플랫폼화, PnT 기술혁신 생태계 조성

- (지향점) 반도체 전공정–후공정기술의 균형발전

★ 반도체 산업 온실가스감축 공정기술개발

- (필요성) 반도체 산업은 총 1,700만불 온실가스배출로 5위업종, 반도체 생산량 증가에 따라 온실가스 배출 증가

- (기획방향) 고효율 배출 제어·저감장치 및 친환경 공정가스 탈탄소화 공정기술개발

- (지향점) 친환경 반도체 제조공정 확보, 첨단 반도체 기술, 온실가스 배출도 Zero

3. 반도체 R&D 투자전략

반도체 공정장비 R&D 투자방향

★ (미·중·일 견제의 전략적 돌파) 반도체 소재 부품 장비, 공정기술의 광범위한 글로벌 무역전쟁 및 상호견제에서 R&D 투자를 통한 전략적 돌파가 시급

- 국내 반도체 산업의 핵심 장비 및 소재에 대한 해외 공급망 의존도를 축소하고, 자급률 향상을 위해 정부와 수요기업 주도의 산업원천 R&D 투자 진행

- 반도체 산업에서 우위를 점하기 위해서는, 시장을 선도할 수 있는 산업 원천기술 확보를 위한 연구개발 및 고급 인력 양성이 필수적임

★ (선순환적 생태계 조성) 공정난이도 상승, 기술의 트렌드 변화 등에 대응하기 위해 장비

-소재-소자 기업과의 협력 강화로 국내 반도체 산업 경쟁우위 확보

- (메모리 반도체 소자) D램과 NAND Flash 메모리를 중심으로 국내 업체가 높은 세계 시장 점유를 유지하고 있으나 최근 공급 과잉, 글로벌 기업의 메모리 시장 진입 시도 및 중국의 추격으로 인하여 이를 포함하는 차세대 메모리 반도체 소재 중심의 집적 기술 육성 및 전문 인력의 보급이 필요함

- (반도체 장비) 일부만이 국산화에 성공하였으며 여전히 대부분의 공정 장비는 수입에 의존, 글로벌 시장 진출에 어려움을 겪고 있어 전략적 해소방안 모색 필요

- (반도체 소재·부품) 기술적 성숙도가 매우 취약하며 기술의 특성상 단독 개발이 힘들고 특정 공정, 장비 기술 분야에서 평가가 이루어져야하는 기술들이 대부분이므로 공정, 장비 기술과 통합하여 개발하는 전략이 필요함

(전략 1) 해외장비사와의 경쟁력 확보를 위한 포트폴리오 장비군 개발

★ (필요성) 반도체 소자의 새로운 구조까지 일괄 종합공정을 수요기업에게 제시하는 해외장비기업과의 기술력 격차증가 R&D 투자방식 변화를 통한 장비기술 경쟁력 향상

- (투자규모 확대 검토) 다수의 공정장비 및 연계공정 개발·성능평가를 위한 무빙 타겟이 가능한 프로그램형식의 중대형 사업 추진

(전략 2) 반도체 소부장 R&D 캠퍼스 구축

★ (필요성) 반도체 후방산업의 국산화 추진을 위하여 국내에서 개발하는 장비 및 부품소재의 테스트 및 인증이 절실함

- 국내 소재·부품·장비산업 생태계 강화를 위한 실증시험, 신뢰성평가 및 성능검증이 가능한 Test-bed 환경 필요

- 고가의 테스트 장비, 개별 기업의 테스트 환경 구축이 어려우며 수요기업 판매에 필요한 수준까지 평가 어려움(기존 Test-bed는 기초평가), 신속한 분석 측정을 위해서는 양산 Fab 접근성이 필수적임

* 소자기업의 품질 또는 성능평가에 연계되기 위해서는 단순 테스트 시설이 아닌 평가 결과가 공인되는 시설이 필요

신뢰성 Open Lab 개념의 소부장 공동개발 인프라 구축

* 소부장 R&D 캠퍼스 : N-1 양산공정 시설에 준하는 장비 인프라 및 MI장비를 보유한 소부장 공동개발 성능평가·검증 목적의 테스트 베드 Open Lab

- (인프라 구축 검토) N-1 패턴웨이퍼 제조 역량을 갖춘 연계공정 양산 적용성 평가·인증 시스템 구축

* ‘K-반도체 벨트’ 중심 소부장 특화단지 활용 기초성능 신뢰성 평가 후 소자기업별 양산평가 연계

(전략 3) 핵심소재부품 안정적 자립화

★ (필요성) 핵심소재부품기술이 공정장비 경쟁력을 좌우, 단독장비 개발시 개발비용의 상당부분을 해외산 부품구매에 사용 단독장비 개발시 핵심부품 공동개발(장비-부품 공동개발)

- (규정검토) 사업지원공고 시 별도조항 (최소 우대사항 등) 포함 검토

* 패키지형으로 2개 이상의 국내 부품사 참여 벨류체인을 구성한 공동장비개발 제안시 우대가점 부여 검토

(전략 4) 반도체 핵심소재부품 자립화를 넘어 시장확대 지원

★ (필요성) 국내 반도체 소재 부품기업은 국내 장비기업 판매 비중이 높고 국내 소자기업 투자 사이클 영향이 매우 커서 안정적 자립화를 위해서는 해외시장으로 시장확대가 필요함

* 상위 4개사 시장점유율 65% : AMAT(美, 20.9%), Lam Research(美, 15.9%), TEL(日, 14.1%), ASML(네덜란드, 14.1%)

- 국내 대형 외국계 장비사의 공격적 국내 인력 영입으로 부족한 인력문제 심화 위기, 이를 국산부품 연계 기회로 전환 필요 * AMAT 1,800여 명, ASML 1,400여 명, Lam Research R&D센터 설립 연구직 충원

대형 외국계 장비사 구매연계형 핵심부품 개발 투자

- (제도정비 검토) 공통운영요령 및 평가관리지침 등 정비, 구매조건부 트랙화 검토

출처 : keit pd 이슈리포트

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