[첨단 헬로티]

2018년 전세계 반도체 시장의 시설 투자액은 사상 최대를 기록했다. 시장조사기관 IC인사이츠는 올해 연간 반도체 업계 시설투자액 전망치를 1026억 달러로 전망했다. 이는 지난해(900억 달러) 금액 대비 14% 증가한 수치다. 최근 4차 산업 혁명으로 반도체의 활용도가 그 어느 때 보다 높아진 가운데 반도체 업체들은 “물 들어올 때 노 젓는다”는 입장이다. 

특히 엔터프라이즈 서버, 데이터센터, 스마트폰 등에서 3D 낸드 플래시(NAND Flash) 메모리의 수요가 급증하면서 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론, 도시바 등의 메모리 반도체 기업의 공장 증설에 대한 투자가 활발히 일어났다, 또 반도체 미세공정 기술이 요구되면서 파운드리 업체간의 시설 경쟁이 강화되고 있고, 시스템 업체간의 최신 웨이퍼 시설 확보 경쟁도 일어나고 있다. 4차 산업 시장 성장세는 향후 수년간 지속될 것으로 기대되고 있어 반도체 업계에서는 시장 선점을 목적으로 공장 증설이 계속될 것으로 보여진다. 

삼성전자, SK하이닉스

- 메모리·파운드리 두 마리 토끼를 잡아라

삼성전자는 올해 1분기에만 67억2000만 달러를 반도체 시설투자에 썼다. 이는 이전 3개 분기 평균보다 높은 수치다. 2년 전 1분기와 비교하면 4배 가까이 증가했다. 참고로 지난해 삼성전자는 242억 달러를 반도체 시설투자에 썼는데, 지난 1분기에만 작년 투자액의 27.7%에 해당하는 비용을 지출했다. 삼성전자는 지난 3분기 실적발표를 통해 올해 반도체 부문 투자가 24조9000억원, 디스플레이 부문 투자가 3조7000억원 규모라고 공시했었다. 삼성전자의 2018년 반도체 부분 주요 시설투자는 평택캠퍼스 증설, 메모리 첨단공정 전환, 인프라 투자, 파운드리 증설을 꼽았다.

삼성전자 현재 3곳에서 공장 건설을 진행하고 있다. 국내에서는 경기도 화성에 EUV 라인(18라인)을, 평택엔 2기 메모리 라인을 각각 건설하고 있으며, 중국 시안에는 기존 V낸드와 패키지 라인 외에 두 번째 생산라인을 구축하고 있다. 화성과 시안 라인은 2019년에 완공해 양산 체제에 돌입할 예정이고, 평택 2기 라인은 2020년 완공이 목표다. 

▲ 삼성전자 화성 EUV라인 조감도

화성 EUV라인의 초기 투자규모는 건설비용 포함 2020년까지 60억 달러 수준으로, 삼성전자는 라인 가동 이후 시황에 따라 추가 투자를 추진할 계획이다. 화성 EUV 라인은 7나노미터(nm, 10억분의 1미터) 이하의 초미세공정 기술을 통해 파운드리(반도체 위탁생산) 사업에서 글로벌 톱 2위를 달성하겠다는 목표로 착공에 돌입하는 공장이다. 앞서 삼성전자는 2017년 DS 사업부문 내 시스템LSI(비메모리 반도체 담당) 사업부의 파운드리 사업을 별도의 사업 부문으로 분리했고, 초대 파운드리 사업부장으로 삼성전자 내 최고 반도체 생산전문가로 꼽히는 정은승 사장을 선임하는 등 파운드리 사업의 역량 강화에 집중해왔다.

올해 3월부터 착공을 시작한 중국 시안 반도체 2기 라인은 낸드플래시(V-NAND)를 필요로 하는 글로벌 IT 시장의 요구에 적극 대응 하겠다는 계획이다. 삼성은 이번 2기 투자를 통해 낸드플래시 최대 수요처이자 글로벌 모바일, IT업체들의 생산기지가 집중되어 있는 중국시장에서 제조 경쟁력을 더욱 강화하고, 중국 시장 요구에 보다 원활히 대응할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 삼성전자는 시안 2기 공장건설에 총 70억 달러(7조5000억원) 규모, 평택 2기 공장건설에 30조원의 투자 계획을 밝힌 바 있다. 

▲ 삼성전자는 3월 28일 중국 산시성 시안시에서 ‘삼성 중국반도체 메모리 제 2라인 기공식’을 실시했다.

SK하이닉스 또한 올해 연달아 신규 공장 증설에 속도를 내고 있다. SK하이닉스는 2015년 완공된 청주 M14 공장에 이어 올해 10월 청주 M15 공장을 완공했고, 이천에 신규 공장 건설을 결정했으며, 중국 우시에 파운드리 공장을 건설하고 있다. SK하이닉스는 올해만 투자되는 공장이 3곳이다. 

먼저, 10월 14일 준공식을 진행한 M15 공장은 건축면적은 축구장 8개 크기인 6만㎡(1만8천평, 길이 339m, 폭 172m, 높이 71m)이며, 복층으로 구성된 클린룸에서는 낸드플래시를 생산하게 된다. SK하이닉스는 이 공장에 기존 건설 투자를 포함, 약 20조 원 규모의 투자를 순차적으로 단행해 미래 수요에 선제적으로 대응한다는 방침이다. 

또 SK하이닉스는 이천 신규 반도체 공장 건설 계획을 지난 7월에 공식으로 발표했으며, 하반기 중으로 공사를 시작해 2020년 10월 완공을 목표로 하고 있다. 신규 공장은 이천 본사 내 5만3000㎡ 부지에 들어서며, 투자액은 차세대 노광 장비인 EUV 전용 공간 조성 등을 위해 기존 공장들보다 다소 늘어난 3조5000억 원을 투입한다. 생산 제품의 종류와 규모는 향후 시장상황과 회사의 기술역량 등을 고려해 결정할 예정이다. 

SK하이닉스의 M15 공장과 신규 이천 공장은 빅데이터, AI, 5G, 자율주행자동차 등 4차 산업혁명의 확산으로 인해 증가한 메모리 수요를 대응하기 위함이다. 김정기 SK하이닉스 홍보담당 상무는 “데이터센터와 모바일 시장을 중심으로 견조한 메모리 수급 환경이 이어지고 있지만, 과거보다 미세공정기술 전환 효율이 저하되고 제조 공정의 수도 증가하는 등 생산량 확대가 어려워지면서, 공급은 수요의 증가 속도를 따라가지 못 하고 있기 때문”이라며 “추가적인 시설 투자와 미세공정 기술 적용 등을 통해 수요에 차질 없이 대응할 수 있도록 준비하겠다”고 전했다. 

▲ SK하이닉스 M15 공장 전경

SK하이닉스 또한 메모리뿐 아니라 파운드리에도 투자를 확대하고 있다. SK하이닉스는 메모리에 편중된 사업구조를 탈피하고 새로운 성장동력을 확보하기 위해 지난 2007년 200mm CIS(CMOS Image Sensor)와 파운드리 사업에 진출했고, 2018년 7월에는 파운드리 전문회사인 SK하이닉스시스템아이씨를 출범했다. 

올해 7월 SK하이닉스시스템아이씨는 중국 장쑤(江蘇)성 우시(無錫)시에 200mm 웨이퍼 아날로그 반도체 파운드리 공장을 건설해 중국시장 진출에 나선다고 밝혔다. SK하이닉스시스템아이씨는 우시시정부 투자회사인 우시산업집단과 합작법인을 설립하고 하반기부터 공장 착공에 나선다. SK하이닉스시스템아이씨는 200mm 반도체 제조장비 등 유·무형자산을 현물 투자해 합작법인을 운영하고, 우시산업집단은 공장 및 설비, 용수와 전기 등 인프라를 제공할 계획이다. 이번에 건설되는 공장은 2019년 하반기 완공될 예정으로, 기존 충북 청주 M8 공장의 장비를 2021년 말까지 순차적으로 이설한다는 계획이다. SK하이닉스는 최근 아날로그 반도체 수요가 급증하는 중국 현지로 생산시설을 옮김으로써 시스템반도체 사업에 대한 선순환 구조의 계기를 만들겠다는 계획이다.

한편 SK하이닉스는 200mm 파운드리 생산기지를 중국으로 옮기는 것과 별개로 국내에서는 300mm 웨이퍼 CIS를 중심으로 시스템반도체 사업을 추진하고, 200mm 파운드리 사업의 중요 R&D 기능은 국내에 남겨 시스템반도체 사업을 추진해 나갈 계획이다.

업계에선 삼성전자와 SK하이닉스 외에도 중국 현지 업체의 메모리 투자, 대만 TSMC, 파워칩 등 파운드리 회사가 투자 확대를 이끌 것이라고 전망하고 있다. 대만의 파운드리 업체 TSMC는 반도체 위탁생산 차기 공정인 5나노 공정에만 모두 250억 달러(약 28조 원)를 투자하겠다고 발표했다. 

또 대만의 파워칩은 12인치 웨이퍼 공장 2곳을 설립한다고 지난 8월 발표했다. 파워칩의 신규 공장은 총 2780억 대만달러(약 11조원)의 투자되며, 2020년에 착공해 2022년 생산을 시작할 계획이다. 

한편, 현재 세계 파운드리 시장 1위는 대만의 TSMC로 전체 시장의 50%가 넘는 점유율을 기록해 독주하고 있으며, 삼성전자는 대만의 UMC, 미국의 글로벌 파운드리에 이어 4위(7.9%)를 차지하고 있다. 

메모리 업계 - 3D 낸드 시설 확보 시급 

일본과 미국도 메모리 반도체의 시설 투자에 동참했다. 

마이크론 테크놀로지(Micorn Technology)는 미국 버지니아 공장 증축에 향후 12년간 30억 달러(약 3조3273억 원)를 쏟겠다고 지난 8월에 밝혔다. 투자금은 공장 내 10만㎡ 크기의 신규 클린룸을 만드는데 쓰인다. 증설이 끝나면 1100여 개의 일자리가 창출될 전망이다. 마이크론은 차량용 반도체 시장 규모가 2021년 60억 달러에 이를 것으로 전망하면서 수요 증가에 대응하기 위해 이번 증설을 계획하게 됐다. 

산제이 메로트라 마이크론 최고경영자(CEO)는 “충돌 방지, 차선 이탈 경고 시스템과 같은 기능을 갖춘 차량용 칩에 대해 수요가 늘면서 이를 충당하고자 증설을 결정했다”고 전했다. 

일본의 도시바 메모리(Toshiba Memory)와 미국의 웨스턴디지털 코퍼레이션(Western Digital)은 합작으로 9월 19일 일본 미에(三重)현 욧카이치(四日市)시에서 최신 반도체 제조라인 ‘Fab 6’와 ‘메모리 R&D 센터(Memory R&D Center)’의 건립을 완료하고, 준공식을 개최했다. 도시바 메모리는 지난 2017년 2월 3D 낸드플래시 메모리 전용 제조시설인 Fab 6의 착공에 돌입했으며, 도시바 메모리와 웨스턴디지털은 함께 해당 라인에 디포지션(Deposision, 증착), 에칭(Etching, 식각) 등 주요 생산 공정을 위한 최첨단 제조 설비를 구축했다. 최첨단 96단 3D 낸드를 생산하는 Fab 6은 총 투자액만 5000억 엔(4조9900억 원)으로 1992년 욧카이치 공장 설립 이래 사상 최대 금액이 투입됐다. 

▲ 도시바와 웨스턴디지털의 욧카이치 반도체 제조라인 Fab 6

글로벌 낸드 시장 2위인 도시바(점유율 18.5%)와 3위인 미국 웨스턴디지털(13.6%)은 업계 1위인 삼성전자와 경쟁하기 위해 욧카이치 공장을 공동 운영하며 전세계 낸드 생산량의 40%를 담당하고 있다. 이번 Fab 6 가동으로 양사의 생산능력은 20% 증가할 전망이다. 또 지난 3월부터 운영을 시작한 메모리 R&D 센터는 Fab 6와 인접한 곳에 위치하고 있으며, 앞으로 3D 플래시 메모리 개발과 관련된 연구를 수행하고 발전을 촉진해 나갈 예정이다. 

도시바와 웨스턴디지털은 욧카이치공장 외에도 2020년 가동을 목표로 이와테현 키타카미 공장도 지난 7월부터 건설 중에 있다. 키타카미 공장은 1조엔(약 10조원) 규모의 자금이 투입돼 2019년 가을 완공될 예정이다.  

시스템 반도체 - 300mm 웨이퍼 수요 대응 

인피니언(Infineon)이 오스트리아 필라흐(Villach)에 300mm 박막 웨이퍼를 생산하는 자동화된 칩 공장 건설한다고 지난 5월 발표했다. 신규 공장은 2019년 상반기에 착공을 시작해 2021년 초 생산을 시작할 예정이며, 6년간 약 16억 유로(약 2조436억 원)를 투자하게 된다. 인피니언은 신규 생산 설비를 완전 가동할 경우 추가적인 잠재적 매출 규모는 연간 약 18억 유로로 추산된다. 300mm 박막 웨이퍼와 같이 직경이 큰 웨이퍼는 생산성을 크게 높이고 운전 자본을 낮출 수 있기 때문이다. 더불어 신규 공장으로 인해 약 400개의 새로운 일자리를 창출할 것으로 기대된다. 

▲ 인피니언 필라흐 공장

인피니언의 필라흐 공장은 전력 반도체 수요 증가를 대응하기 위한 목적이다. 인피니언 테크놀로지스 CEO인 라인하드 플로스(Reinhard Ploss) 박사는 “전기차, 커넥티드, 배터리 구동 기기, 데이터 센터, 신재생 에너지원을 이용한 전력 발전은 효율적이고 신뢰할 수 있는 전력 반도체를 필요로 함에 따라 세계적으로 수요가 급증하고 있다”고 설명했다. 참고로 인피니언은 세계 최대 전력 반도체 공급업체로서 18.5%의 시장 점유율을 차지하고 있다(IHS의 시장조사).

반도체의 특수화학소재 및 처리 솔루션 기업인 인테그리스(Entegris)도 300mm 웨이퍼 수요 증가에 대응하기 위한 목적으로 시설을 확장했다. 인테그리스는 아시아 지역, 특히 한국에서 급증하는 수요를 충족하기 위해 약 3000만 달러(330억 원)를 투입해 말레이시아 쿨림에 위치한 최첨단 청정시설의 제조 공장을 확장해 올해 11월 8일 개장했다. 이번 공장 확장은 첨단 FOUP과 200mm, 300mm 웨이퍼 핸들링 및 운송용기 제품의 생산 용량을 늘리기 위함이다. 이로써 쿨림 공장의 생산량은 현재보다 30% 이상 늘어날 것이다. 

▲ 인테그리스 쿨림 공장

온세미컨덕터(ON Semiconductor)는 신규 공장 증설이 아닌 웨이퍼 팹(공장)을 보유한 기업의 지분을 인수하는 방법으로 시설을 투자했다. 온세미컨덕터는 10월 1일부로 일본 아이즈-와카마츠시에 위치한 후지쯔의 8인치(200mm) 웨이퍼 팹인 아이즈 후지쯔세미컨덕터리미티드(Aizu Fujitsu Semiconductor Manufacturing Limited)의 지분 20%을 추가 인수했다. 이로써 온세미컨덕터는 합작법인의 지분 과반인 60%를 소유하게 된다. 

양사는 2014년 온세미컨덕터가 후지쯔의 8인치 아이즈-와카마츠 팹의 지분 10%를 양도한다는 계약을 체결한 이후, 2015년 6월 웨이퍼 생산과 램프업(Ramp up)이 성공적으로 진행됐다. 2017년 10월 온세미컨덕터가 후지쯔의 8인치 아이즈-와카마츠 팹 지분을 추가 인수하기로 합의했으며, 온세미컨덕터는 2018년 4월 지분 인수를 40%까지 확대했다. 온세미컨덕터는 2020년 상반기까지 지분 소유권을 100%까지 확대할 예정이다. 이를 통해 공장 운영을 꾸준히 확장해 예상되는 최대 수요를 충족하고 공급망의 유연성을 높일 계획이다.