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2021년 미국의 반도체 장비 산업 정보

  • 국별 주요산업
  • 미국
  • 실리콘밸리무역관 이지현
  • 2021-12-30

. 산업 특성

 

정책 규제

 

(미국 반도체 경쟁력 확보를 위한 법안) 바이든 정부는 미국의 반도체 경쟁력을 확보하기 위해 다양한 법안을 발의하고 있다. ‘CHIPS(Creating helpful Incentives to Produce Semiconductors) for America Act’ ‘American Foundries Act’ 대표적이다. CHIPS for America Act에는 새로운 미국내 반도체 제조시설을 장려하는 연방 보조금 프로그램(100 달러) 포함한 다양한 연방 투자를 포함한다. , 반도체 연구개발에 대한 연방 투자를 확대하고, 미국 반도체 제조시설을 입지하기 위한 인센티브를 도입하며, 반도체 제조시설 투자에 대한 세액공제를 확대하는 취지이다.

 

American Foundries Act에는 새로운 미국 반도체 제조 R&D 시설을 장려하는 150 달러의 연방 프로그램을 포함하며, 국방부, 국립과학재단, 에너지부, 국립표준기술원의 반도체 연구를 촉진하기 위한 50 달러 규모의 새로운 연방 투자도 승인하고 있다.

 

(중국에 대한 규제 강화) 2021 12 블룸버그 통신에 따르면, 바이든 정부는 중국 최대의 반도체 파운드리(위탁생산) 업체인 SMIC(Semiconductor Manufacturing International Corp.) 대한 추가 규제를 검토중이라고 보도했다. 지난 63 바이든 대통령은 SMIC 화웨이등을 포함한 중국 기업 59곳에 대한 미국 기업의 투자를 금지한다는 행정명령에 서명한 있다.

 

블룸버그는 이번 규제강화안이 채택되면, 어플라이드 머티리얼즈, 램리서치, KLA 같은 미국의 반도체 장비업체들은 극히 제한적인 장비만 SMIC 공급할 있을 것이라고 전했다. 현재는 최신 기술이 집약적으로 포함된 특수 장비(uniquely required) 수출이 금지되어 있지만, 이번 회의에서는 일반적인 전자기기 부품제조에 사용되는 장비도 수출 규제대상이 가능성이 언급되고 있으며, 이에 따라 전문가들은 SMIC에대한 미국의 수출 규제 강화는 중국 반도체 공급망에 영향을 미칠 것으로 지적하고 있다.

 

(시장의 집중도를 방지하기 위한 정부의 인수 합병 규제) 반도체 장비는 장비 한대 1 5000 달러에 호가하는 고비용 산업으로, 지난 5년동안 많은 기업들이 비용 절감 새로운 제품 라인 확보를 위해 전략적인 인수합병을 진행해왔다. 이에 따라 미국의 4 대형 기업의 시장점유율 집중도가 2016 18.6%에서 2021 24.8% 크게 상승하는 결과를 초래했다. 이렇게 반도체 산업의 힘이 한쪽으로 지나치게 편중되는 것을 해소하고자 미국 정부는 독점 금지 규정을 발표하여 업계의 통합을 저지하고 있으며, 실제로 최근 많은 인수 건이 결렬되고 있다.

 

일례로 어플라이드 머티리얼즈는 290 달러에 달하는 반도체 기계 대기업을 설립하기 위해 일본의 경쟁사인 도쿄 일렉트론을 인수하기로 합의했지만 국무부(US Department of Justice (DOJ)) 반대로 거래는 무산되었고, 마찬가지로 KLA 램리서치 사이의 106 달러 규모의 합병안도 비슷한 시기에 취소되었다.

 

 최신 기술 동향

 

반도체 장비는 반도체 생산을 위해 준비하는 웨이퍼 가공을 포함해, 생산, 조립검사에 활용되는 모든 장비를 총칭한다. 반도체 장비는 원재료인 웨이퍼를 개별 칩으로 분리하기 단계까지 웨이퍼를 가공하는 전공정, 최종 형상을 만드는 조립 공정과 불량을 검출보완하는 검사공정을 포함하는 후공정으로 구분하고 있으며, 공정에 따른 반도체 주요 장비는 아래와 같다.

 

<공정에 따른 반도체 주요 장비>

 구분

공정

주요 장비

역할

공정

노광

Stepper

track

빛을 사용해 웨이퍼 상에 회로 모양을 그림

식각

Etcher

노광 공정을 통해 그려진 회로 모양을 식각

이온주입

Ion Implanter

미세한 가스입자 형태의 불순물을 침투시켜

전자소자의 특성 만듬

증착

CVD

ALD

PVD

웨이퍼 위에 특정 용도막

(산화막, 절연막 ) 증착

CMP

CMP

슬러리를 공급하여

박막표면을 균일하게 평탄화

세정

Cleaner

Asher

불순물을 제거하고 씻어냄

측정분석

Wafer Inspection

Metrology

웨이퍼 내의 물질 특성(두께, 성분 ) 분석

후공정

패키징

Die Attacher

Wire Bonder

웨이퍼 위에 금속선을 접속시키는 매개체를

형성하여 배선을 연결, 밀봉

검사

Tester, Handler

Burn-in system

칩의 불량 여부를 판정

[자료: 한국반도체산업협회]

 

일반적으로 반도체 장비의 비중은 전공정 70%, 후공정 30% 구성되는데 상대적으로 전공정 분야는 미세화 기술 반도체 칩의 품질을 좌우하는 단계로 높은 기술 수준이 요구되며, 기술진입 장벽이 높다. 나노기술시대로 진입하면서 반도체 제조기술의 개발 속도가 장비개발 속도를 추월하게 되어 제조 공정 검사 기술과 더불어 장비 기술 개발이 따라주어야 반도체 제조가 가능한 시대로 기술 패러다임이 변화하고 있다. 반도체 장비 산업은 수명주기가 짧은 지식 집약적 고부가가치 산업으로 시장진입 시점 결정이 매우 중요하고, 세대 장비기술이 완전히 성숙되기 전에 다음 세대의 장비기술로 전환되는 속도가 빠른 특징을 갖고 있다. 반도체 공정장비소재는 반도체 제조의 핵심 기반기술이며 반도체 산업의 미세화 기술 경쟁력과 제조원가에 가장 영향을 미치는 중요 요인으로서, 최근 반도체 소자의 고집적화와 미세화를 위해 반도체 장비의 중요성은 더욱 중요해지고 있는 추세다.

 

(차세대 반도체 칩을 위한 미세 EUV 노광기술) EUV(Extreme Ultraviolet Lithography) 노광공정에서 극자외선 파장의 광원을 사용하는 리소그래피 기술 또는 이를 활용한 제조공정을 뜻한다. EUV 광원은 기존 공정에 적용하고 있는 불화아르곤(ArF) 광원보다 파장이 훨씬 짧기 때문에(10분의 1 미만) 제한된 웨이퍼 공간 극도로 집적되고 미세한 회로를 새겨넣는 것이 가능하며, 이를 통해 성능과 전력효율을 높일 있다. EUV 시장이 본격적으로 열리면서 EUV 원천기술과 장비를 독식하고 있는 네덜란드의 ASML 해당 기술을 삼성전자, TSMC 첨단 반도체 제조사에 단독 공급하며 수혜를 입고 있다. 구체적으로 지난 7 2분기 실적에서 ASML 2021 매출이 동기대비 35% 증가한 240 달러에 이른다고 밝혔으며, 이는 2025 목표 범위의 하한을 넘긴 수치라고 전하기도 했다. 특히 자율주행차 클라우드 적용의 확장으로 인해 정교하고 미세한 반도체의 수요가 급증하는 추세인바 EUV 장비의 역할은 앞으로도 커질 것으로 예상된다.

 

(화학반응을 이용한 감광기술) 노광 단계 , 웨이퍼에 포토레지스트액을 바르는 것이 아니라, 증착공정을 이용하여 포토레지스트 박막을 만드는드라이 레지스트기술이 각광받고 있다. 해당 기술을 이용할 경우 제조 비용이 감소할 아니라, 노광 공정의 해상력이 대폭 증가한다는 점에서 업계의 주목을 받는 중이다.

 

주요 이슈

 

(반도체 수급 불안정) 코로나19 인해 디지털 전환이 가속화되면서 세계는 전례없는 반도체 부족 사태에 직면하고 있다. 단기간 급증한 수요뿐만 아니라 대만과 일본의 글로벌 대형 제조업체가 각각 가뭄과 지진으로 인해 수급에 어려움이 있었다는 , 그리고 텍사스 지역의 이상기온과 정전으로 인해 반도체 공장 가동 중지 등의 여파가 부족 문제를 더욱 악화시켰다.

 

이러한 반도체 수급 대란으로 세계 경제에 비상이 걸리자 세계 각국에서는반도체 자립론 대두되고 있다.  미국은 아시아 반도체의 수입 의존도를 낮추고, 자체 생산량을 높이기 위해서 각종 인센티브 등을 약속하며 자국 반도체 공급 시설 확충을 통해 글로벌 반도체 산업에서 점유율을 높이는 것을 우선 과제로 하고 있다.

 

(글로벌 반도체 장비 투자액 증가) 국제반도체장비재료협회(SEMI) 2021 9 보고서에 따르면, 디지털 혁신 급증하는 전자제품 수요에 힘입어 2022 프런트 엔드 부문에 대한 글로벌 반도체 장비 지출액은 당초 예상액인 900 달러를 넘어 거의 1000 달러에 이를 것으로 예상된다. SEMI 분석에 의하면 2021 지출액은 2020 대비 44% 증가하며 폭으로 상승했고, 2022년에도 상승세를 이어갈 전망이다.

 

<글로벌 반도체 (생산라인) 장비 지출액>

[자료: SEMI]

특히 SEMI 의하면 2022 파운드리 부문 지출은 440 달러 이상으로 장비 지출의 대부분을 차지하며 메모리 부문 지출은 380 달러 이상으로 뒤를 잇는 것으로 분석되었다. SEMI DRAM NAND 2022년에 각각 170 달러와 210 달러로 지출액이 크게 증가할 것으로 보았다. 마이크로/MPU 지출은 2022년에 90 달러, 디스크리트/전력 부문 지출은 30 달러, 아날로그 부문 지출은 20 달러, 기타 장치 부문 지출은 20 달러에 이를 것으로 전망했다. 한편 지역적으로는 2022년에 한국이 300 달러로 장비 지출을 주도할 것이며 대만이 260 달러, 중국이 거의 170 달러로 뒤를 이을 것으로 전망했다.

 

주요 기업 현황

 

반도체 수요업체의 다양한 요구에 부합하는 박막형 소자를 생산하기 위해 나노수준의 미세 첨단기술이 사용되는 장비에 대한 기술개발이 가속화되면서 업체 간의 경쟁은 더욱 치열하게 전개되고 있는 중이다. 미국은 반도체 장비 시장의 선도국으로, 특정 장비분야에서 가장 높은 시장 점유율을 차지하고 있는 글로벌 반도체 장비업체를 다수 보유하고 있으며, 이들은 대체로 높은 수익성을 유지하고 있다.

 

2021 기준 매출 1위를 차지한 ASML 네덜란드에 본사를 글로벌 제조장비 회사로, 일년에 45 안팎으로 한정 생산하는 EUV 노광 장비를 전세계에서 유일하게 독점 생산하면서, 업계에서 입지를 공고히 다졌다. 회사는 2021 11월에 경기 화성시에 2 400억원을 투자를 결정하여, 2025년까지 용지 1 6 ㎡에 1500명을 수용할 있는 반도체 단지를 건립하기로 했다.

 

어플라이드 머리티얼즈는 반도체 장비를 취급하는 세계 최대 규모 기업 하나로 실리콘밸리 산타클라라에 본사를 두고 있으며 2021 매출액 182 달러를 기록했다.  어플라이드 머리티얼즈는 식각, CMP, 이온 주입, 열처리, 증착 공정 반도체 전공정 대부분에 필요한 장비를 생산하고 있으며, 특히 CVD 장비 부문에서 전통적으로 높은 시장점유율을 보이고 있다. 또한 매년 2조원 이상을 연구개발에 투자하며 선두의 입지를 견고히 하고 있다.

 

실리콘밸리 프리몬트 지역에 본사를 램리서치(Lam Research) 2021 매출액 133억을 기록하였다. 해당 기업은 2021 12 전력반도체와 전력관리 반도체 제조에 필요한 차세대 반도체 식각장비 신디온 GP(Syndion GP) 언론에 공개했다. 식각은 웨이퍼 회로 패턴 필요한 부분만 남기고 나머지 부분은 깎는 공정으로 신디온 GP 웨이퍼 깊숙이 침투한 이물질을 제거하는 실리콘 식각장비이며, 전력 반도체 웨이퍼가 8인치에서 12인치로 전환되는 수요에 대응, 12인치 식각 기능을 추가했다고 전했다.

 

반도체 공정제어 솔루션을 제공하는 KLAC 웨이퍼, 레티클 IC 제조 공정의 중요한 지점에서 결함 계측 문제를 분석할 아니라 고객에게 결함 원인 정보를 제공하여 고객이 근본적인 공정 문제를 식별하고 해결 있는 플랫폼을 보유한 기업이다. 특히 반도체 미세화로 인해 검사 계측의 중요성이 확대되면서 시장 점유율이 확대되고 있다.

 

. 미국 반도체 장비 산업의 수급 현황

 

생산 내수시장 동향

 

글로벌 시장조사업체 IBIS World 2021 10 미국의 반도체 장비 제조업 보고서에 의하면, 미국의 반도체 장비 산업의 매출은 213 달러 규모로 연평균 2.1% 비율로 증가하였다. 제품 서비스 부문에서는 각각 화학 물리적 증기 웨이퍼 가공 장비 44.9%, 플라즈마 습식 식각공정 장비가 25.9%, 이온 주입 장비가 9.5%, 부품 기타 장비가 19.7% 매출을 차지하고 있다.

 

주요 시장 부문으로 살펴보면, 중국으로의 수출이 25.6%, 중국 이외 국가로의 수출이 58.6% 해당하는 , 수출 부문이 84.2% 압도적인 비율을 차지하는 것을 확인할 있다. 외에 메모리 반도체 생산 분야가 7.4%, 파운드리가 6.4%, 로직이 2.0% 매출을 차지하고 있다. 아시아에서 전자 제품에 대한 수요가 증가하고 있고, 이에 따른 반도체 수요도 증가하면서 다운 스트림 반도체 제조업계는 높은 수익성과 경쟁력을 보유한 아시아 시장으로 눈길을 돌리고 있는바, 미국 반도체 장비 산업의 수출 강세 현상은 당분간 계속될 전망이다. 


한편, IBIS 보고서는 향후 5년간 업계가 연평균 4.2% 규모로 성장할 것이며, 2026년에는 262 달러의 매출액에 달할 것으로 예측했다.

 

<미국의 반도체 장비 산업의 매출 구조(제품 서비스 부문)>

[자료: IBIS World]

 

<미국의 반도체 장비 산업의 매출 구조(주요 시장 부문)>

[자료: IBIS World]

 

수출입 동향

 

<2021 미국 반도체 장비 수출입 동향>

[자료: IBIS World]

 

(수출동향) IBIS World의 보고서에 의하면 2021 10 기준 미국의 반도체 장비 수출은 179 달러에 달하여 전년 동기 대비12.6% 증가했다. 한국을 비롯한 아시아 국가에서 반도체 및 전자제품 제조의 오프쇼어링이 증가하고, 최종 전자 제품에 대한 수요가 급증하면서 이러한 요인들이 미국의 반도체 장비 수출 증가를 견인한 것으로 분석되었다. 국가별로는 2021년 기준으로 한국으로의 수출이 32.8%로 가장 큰 비중을 차지했으며, 중국, 대만, 일본이 그 뒤를 이었다.

 

 

(수입동향) IBIS World의 보고서에 의하면 2021 10 기준 미국의 반도체 장비 수입은 44 달러에 달하여 전년 동기 대비 4.4% 증가하였으며 이는 국내 수요의 56.6%를 커버하는 범위이다. 국가별로는 2021 기준으로 일본에서의 수입이 32.5% 가장 많았으며, 네덜란드, 싱가포르, 중국이 뒤를 이었다. 일본의 경우 반도체 장비 업체 시장의 주요 기업인 도쿄일렉트론(Tokyo Electron) 비롯, 히타치하이테크(Hitachi High Tech), 스크린반도체(Screen Semiconductor) 선전에 힘입어 2021 미국 시장 수출 점유율이 32.5% 이르렀다.

 

<2018~2020년 미국의 반도체 장비 주요 수입국 현황(HS code 8486.20 기준)>

(단위: US$ 백만, %)

 

순위

 

국가명

수입규모

점유율

증감율

2018년

2019

2020

2018

2019

2020

(20’/19’)

-

총계

3,630

6,208

3,618

100

100

100

-41.7

1

일본

1,324

2,861

1,539

36.5

46.1

42.5

-46.2

2

싱가포르

411

726

519

11.3

11.7

14.3

-28.5

3

네덜란드

928

1,676

500

25.6

27.0

13.8

-70.2

4

중국

400

283

376

11.0

4.6

10.4

32.9

5

말레이시아

14

36

126

0.4

0.6

3.5

250.0

6

대만

68

57

111

1.9

0.9

3.1

94.7

7

한국

132

93

78

3.6

1.5

2.2

-16.1

8

멕시코

48

42

76

1.3

0.7

2.1

81.0

9

독일

93

170

74

2.6

2.7

2.0

-56.5

10

스위스

62

83

70

1.7

1.3

1.9

-15.7

주: 점유율 순위는 2020년 수입액 기준

[자료: Global Trade Atlas]

 

한국은 2020 기준 7 수입대상국으로 약 7800 달러 규모의 반도체 장비를 미국으로 수출하였고, 2021년에는 10월 기준으로 1억 3400만 달러의 반도체 장비를 미국으로 수출하였는바, 전년 동기 대비 129.5% 수출 증가를 보였다.

 

. 진출전략

 

SWOT 분석

Strength

Weakness

- 반도체 가격 상승에 힘입어 반도체 생산업체는 반도체 장비에 대한 투자∙설비를 증대, 장비 산업 매출 증가로 이어짐

- 진입장벽이 높은 분야로 신규 사업 진출이 많지(용이하지) 않음

-컴퓨터와 소프트웨어에 대한 민간 투자 증대가 반도체 생산에 긍정적인 영향을 줌

- 반도체 제조업체, 전자제품 제조업체 등 다운스트림 산업에 대한 의존성이 높음

- 특히 반도체와 회로(서킷) 제조업이 업계 매출의 50%정도를 차지

Opportunities

Threats

- 코로나19 온라인 트래픽이 증가하면서 데이터 센터 확장 및 메모리 반도체 수요 견인, 메모리 반도체 제조를 위한 장비 수요 증가

- 반도체 반도체 기반 상품에 대한 정부 소비와 투자가 증가

-1인당 가처분소득의 증가로 개인 소비자들의 반도체 내장 제품 수요가 늘어날 것으로 전망

- 인수합병을 저지하는 정부의 규제로 최근 많은 거래들이 결렬되고 있음

- 업체들간의 치열한 경쟁

 

 

시사점

 

반도체 가치사슬 측면에서의 반도체 장비 산업은 반도체 제조사의 생산설비 투자 축소와 지연이 발생하면 반도체 장비 업체의 매출 감소로 이어지고, 산업 특성상 장비 발주가 반도체 호황기에 집중되고 하향 국면에는 급감하는 특성이 있다. IBIS World 보고서에 의하면 차세대 반도체 개발에 대한 압력이 설비 투자로 이어진다고 분석하고, 미국에서는 자율주행차량, 사물인터넷(IoT) 제품에 대한 수요 증가로 반도체 장비 업체의 매출 증가는 지속될 것으로 전망된다. 하지만 다른 한편으로는, 코로나19 인한 불확실성의 증가로 미국을 비롯한 글로벌 반도체 기업의 설비 투자 연구개발 투자는 저하될 것으로 예상되는바, 한국의 반도체 생산 장비 관련 기업들은 객관적 분석으로 반도체 경기를 주시하고 설비 투자를 진행하여야 하며, 반도체 생산 장비는 물론, 반도체 원재료, 부품 공급망을 수시로 점검하여 공급망에 문제가 생길 경우에 대비해 대체 공급자와 그에 따른 계획을 수립하는 등의 준비가 필요하다.

 

글로벌 반도체 선도 기업들이 포진해있는 미국의 반도체 제조 시장은 반도체 장비 업계 입장에서는 안정적 매출을 기대할 있는 좋은 시장이다. 매년 한국의 반도체 장비 대미 수출규모의 증감요인을 분석하고 관련 기업들의 적극적 수출 전략 수립이 필요하다. 한국은 메모리 반도체와 같은 전방산업 분야에서 적용된 장비나 공정의 노하우를 살려 새로운 반도체 장비 산업의 성장동력으로 삼을 있으며, 세계 반도체 장비 소비시장에서의 우위와 견고하게 구축된 신뢰관계의 이점을 살려 미국 반도체 장비 시장에 접근할 수 있겠다.

 


자료: PCAST, Fortune, SEMI, SIA, 한국반도체산업협회, 전자신문, KPMG, Global Trade Atlas, ITIF, Wall Street Journal, IBIS World, KOTRA 실리콘밸리 무역관 자료 종합 

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