삼성전자의 미래인 파운드리(반도체 위탁 생산) 사업이 일본에 기습 공격을 당했다. 지난 4일부터 일본이 반도체 생산에 필수적인 소재에 대한 수출을 90일 기간의 허가제로 강화하면서 23일 현재까지 EUV(극자외선) 공정용 포토레지스트(감광액)가 들어오지 않기 때문이다.

당초 반도체 업계에서는 일본의 수출 규제가 주력인 D램 메모리 반도체를 노린 것으로 봤다. 하지만 실제로는 D램과 낸드플래시 등 메모리 반도체 생산에 필요한 포토레지스트는 현재 정상적으로 입고되고 있는 반면, 파운드리에서 쓰이는 EUV용 포토레지스트는 공급이 끊겼다.

EUV 공정은 반도체 웨이퍼에 빛을 쏘는 기존 파장보다 더 세밀한 빛을 사용해 반도체를 만드는 것이다. 삼성전자는 EUV 공정을 활용한 7나노미터 반도체를 생산하며 파운드리 분야 1위인 대만의 TSMC를 빠르게 추격 중이다. 하지만 일본 규제로 EUV용 포토레지스트가 정상적으로 들어오지 않으면서 파운드리 사업에 빨간불이 켜진 것이다. 업계에서는 "일본이 삼성전자의 파운드리 사업을 노린 것"이라는 말이 나온다. 반도체 업계 관계자는 "삼성전자의 EUV 공정을 통한 파운드리 사업 성장은 한국 반도체의 미래"라며 "일본이 현재의 한국 반도체 산업이 아니라 미래의 한국 반도체를 겨냥한 셈"이라고 말했다.

◇메모리만 1위 삼성, 10년 뒤 반도체 전체 1등 목표

세계 반도체 시장은 D램과 낸드플래시 등 메모리 반도체 시장과 CPU·모바일 AP, 이를 생산하는 파운드리 등 시스템 반도체(비메모리) 시장으로 나뉜다. 전체 시장 중 메모리 반도체가 30%, 시스템 반도체가 70% 정도를 차지한다. 시스템 반도체 분야는 설계만 전문으로 하는 '팹리스(공장이 없는)' 회사와 설계대로 생산만 해주는 파운드리(위탁생산)로 나뉜다. 작년 글로벌 파운드리 시장 규모는 710억달러(83조7000억원)에 달한다. 삼성전자는 D램과 낸드플래시 등 메모리 반도체 시장 1위다. 하지만 시스템 반도체 시장에서는 1등이 아니다.

파운드리 세계 1위는 시장 점유율 48.1%를 차지한 대만의 TSMC다. 하지만 올 2분기 부진했다. 2분기 TSMC 매출은 2409억9900만대만달러(9조1410억원)로 작년 동기 대비 3.3% 늘어나는 데 그쳤다. 이를 미국 달러로 계산하면 환율 차이로 인해 오히려 매출이 1.4% 감소한 것으로 나온다. TSMC는 중국 화웨이와 미국 애플에서 매출의 30%를 올리는데, 미·중 무역 갈등이 발발하며 2분기 매출이 주춤했기 때문이다.

이 틈을 타서 삼성전자는 공격적으로 파운드리 사업 확장에 나서는 중이다. 삼성전자의 파운드리 시장 점유율은 19.1%다. 지난 4월 삼성전자는 2030년까지 133조원을 투자해 시스템 반도체 분야 1위를 달성하겠다는 '반도체 비전 2030'을 밝히며, 경기도 화성시 신규 EUV 생산 라인을 활용해 생산량을 늘리고 국내 신규 라인 투자도 지속 추진하겠다고 밝혔다. 삼성전자는 올 들어 퀄컴, IBM, 엔비디아 등에서 7나노 반도체 수주 계약에도 성공했다. 반도체 업계 관계자는 "D램·낸드플래시 등 메모리 반도체 1위인 삼성전자가 더 성장하기 위해 파운드리 확대 전략을 내놓은 것"이라며 "첨단 EUV 공정을 통한 파운드리로 기술력을 쌓으면 향후 차세대 D램 생산도 가능해지는 등 연쇄적인 효과를 얻을 수 있다"고 했다.

◇일본의 규제로 삼성전자 파운드리 사업 기습

삼성전자의 기세는 일본 때문에 꺾일 수 있다는 우려가 나온다. 일본은 지난 4일부터 불화수소, 플루오린 폴리이미드, 포토레지스트 3가지 소재의 수출을 규제하기 시작했다. 자세히 보면, D램 생산에 필요한 포토레지스트는 정상적으로 들어오고 있고, 갤럭시 폴드 생산에 필요한 플루오린 폴리이미드도 세부 규정상 규제에 해당하지 않아 정상 수입 중이다. D램과 파운드리에 모두 쓰이는 일본산 고순도 불화수소는 공급이 중단됐지만, 국내 업체는 공급 다변화를 추진 중이다.

문제는 EUV용 포토레지스트다. 일본의 수출 규제에 막혀 공급이 중단된 상태기 때문이다. 삼성전자가 쓰는 EUV용 포토레지스트는 전량 일본 JSR, TOK 등에서 들여온다. 이 수준의 포토레지스트를 국산화하려면 1년 이상이 걸릴 것으로 업계는 예상한다.

현재 삼성전자의 EUV용 포토레지스트 재고는 많아야 2~3개월치인 것으로 알려졌다. 일본 규제가 장기화하면 삼성전자는 EUV 공정을 통한 7나노 반도체를 생산할 수 없고, 결국 애써 확보한 퀄컴 등 글로벌 고객사를 다시 TSMC에 뺏길 가능성이 높다. 업계 관계자는 "일본이 소재 공급 중단으로 생산 차질이 빚어지면 곧바로 전 세계로부터 비난을 받을 수 있는 D램 대신, 삼성전자가 차세대 기술로 밀고 있는 EUV 파운드리를 정확히 노리고 들어왔다"고 말했다. 이종호 서울대 교수는 "현재 삼성전자는 TSMC와 미세 나노 기술 경쟁을 벌이고 있는데, EUV용 포토레지스트가 부족하면 기술 개발에도 지연이 생길 것이고 결국 미래 반도체 경쟁력도 잃을 수 있다"고 말했다.


[EUV가 뭐길래]

반도체를 만들 때 가장 중요한 요소는 회로의 선폭을 좁게 만드는 것이다. 선폭이 좁아질수록 한 장의 웨이퍼(반도체 재료)에서 더 많은 칩을 생산할 수 있다. 반도체 주(主)고객인 스마트폰이나 PC 제조사는 작은 칩을 쓰면 더 얇은 디자인을 만들 수 있다. 작은 만큼 전력 소비량도 적다. 반대로 같은 크기라면 처리 속도나 저장 용량을 훨씬 빠르거나 많게 할 수 있다.

현재 삼성전자와 대만 TSMC는 기술의 한계라는 회로 선폭 7나노(1나노미터는 10억분의 1m)의 반도체를 만들고 있다. 이때 핵심 기술이 바로 EUV(극자외선·Extra Ultra Violet)이다. 10나노 때까지만 해도 주로 '불화아르곤(ArF)'를 썼다. 이 소재는 빛의 파장이 193나노미터다. 193나노미터의 파장을 쏘면 중간에 렌즈가 다시 한 번 좁게 초점을 맞춰가면서 웨이퍼 위에 회로를 그리는 것이다. 통상 업계에선 불화아르곤의 파장으로는 10나노 제품이 한계라는 게 정설이었다. 대만 TSMC는 작년 말 이 불화아르곤으로 7나노 제품을 만들어 기술의 한계를 넘어섰다. 삼성전자가 곧바로 반격했다. 올해 초 빛의 파장이 13.5나노미터인 EUV로, 7나노 제품을 만든 것이다. 파운드리 2위인 삼성이 단숨에 TSMC를 위협한 것이다. EUV는 불화아르곤과 비교해 파장이 14분의 1이다. 그만큼 더 얇은 미세한 선을 그릴 수 있다. 그림을 그릴 때 얇은 붓으로 그리는 것과 같은 이치다. 삼성은 EUV 방식으로 내년에 5나노, 2021년엔 3나노 제품을 내놓을 계획이다 . TSMC는 한발 늦은 올 4월에야 EUV를 활용한 7나노 제품을 내놨다.