글로벌 반도체 공급망이 불확실성으로 가득 찬 가운데, 일본은 '반도체 르네상스' 전략을 발동하고 반도체 산업 부흥을 최우선 과제로 삼았다.

최근 몇 년 동안 고도의 수직적 차별화 추세가 세계 반도체 산업을 재편하기 시작했습니다. 2020년 전염병으로 인한 공급망 변동과 핵심 부품 부족 사태는 모든 국가에 문제의 심각성을 일깨워주었고, 반도체 산업의 발전을 더욱 가속화했습니다. 유럽연합 집행위원회는 2030년까지 유럽의 세계 반도체 생산 점유율을 20%로 두 배로 늘리는 것을 목표로 하고 있으며, 미국 또한 여러 차례 반도체 산업 정상회의를 개최하고 반도체 제조 산업 발전을 위한 일련의 재정 및 정책 지원을 계획하고 있습니다.

반면 일본 역시 자국의 반도체 제조를 육성할 준비가 되어 있다.

세계 최대 웨이퍼 제조 공장인 TSMC는 당연히 모든 관계자들의 주목을 받고 있습니다. 올해 2월, TSMC는 3D IC 연구 확대를 위해 일본에 자회사를 설립하는 데 최대 1억 8,600만 달러를 투자할 것이라고 발표했습니다.

TSMC의 진출은 일본 반도체 산업에 활력을 불어넣을 것으로 예상됩니다. 따라서 일본은 TSMC 유치를 위한 지원에 아낌없이 투자하고 있습니다. TSMC의 일본 내 공장 설립을 촉진하기 위해 일본 경제산업성은 TSMC의 일본 내 연구개발 센터 설립에 370억 엔(약 21억 4천만 위안)을 투자하고, 일본 정부가 절반을 부담하겠다고 발표했습니다. 일본의 이러한 지원 정책 확정으로 TSMC의 3D IC 소재 연구개발 센터 건설이 가속화될 전망입니다. 시험 생산 라인 개보수 공사는 올해 하반기에 시작될 것으로 예상되며, 연구개발은 2022년까지 본격적으로 가동될 예정입니다.

최근 닛케이 뉴스는 이 계획이 진행됨에 따라 아사히 카세이, 이비덴, JSP 등을 포함한 일본 반도체 업계 공급업체 20곳이 TSMC와 협력하여 일본 반도체 산업의 경쟁력 재건을 기대하고 있다고 보도했습니다.

일본이 옛 영광을 되찾다

우선 이 20개 기업을 살펴보고 일본 반도체 산업의 "숨은 강자"들에 대해 알아보겠습니다.
 
   
위 그림에서 볼 수 있듯이, 앞서 언급한 기업들은 기판, 포토레지스트, 재료, 장비 등 여러 분야에서 강점을 가지고 있습니다. 니케이 중국 웹사이트 자료에 따르면, 반도체 기판인 실리콘 웨이퍼 분야에서는 일본 기업인 신에츠화학과 SUMCO가 전 세계 시장 점유율의 50% 이상을 차지하고 있으며, 집적회로 생산에 필수적인 포토레지스트 분야에서도 JSR과 신에츠화학을 포함한 일본 기업들이 90%를 점유하고 있습니다. 또한, 쇼와덴코를 비롯한 기업들이 개발한 반도체 표면 연마용 CMP 연마 슬러리 분야에서도 일본 기업들이 40% 이상의 점유율을 기록하고 있습니다.  
    웨이퍼, 포토레지스트 및 기타 소재 분야에서 일본 기업의 시장 점유율  
특허조사기관인 패튼 리절트의 통계에 따르면, 후처리 공정의 대표적인 소재 기술인 "다층 회로" 및 "패키징 소재" 관련 유효 특허 건수를 기준으로 볼 때, 일본 기업 중 TSMC, 인텔과 함께 후처리 기술 연구 개발을 주도하는 기업으로는 신에츠화학, 이비덴, 신코전기 등이 있습니다.  
    일본 기업의 후처리 재료 기술 분야 유효 특허 건수  
장비 측면에서 글로벌넷은 도쿄전자가 코팅 및 현상 장비의 거의 90%를 차지하며 세계 유일의 대량 생산 업체라고 지적했습니다. 웨이퍼 폐기물과 먼지를 제거하는 데 사용되는 세척 장비의 경우 일본 기업이 60% 이상을 차지하고 있으며, 후처리 장비인 다이싱 머신 분야에서는 DISCO가 70%의 점유율을 기록하고 있습니다.  
    제조 장비 시장 점유율  
게다가 일본 기업들은 장비 제조 분야에서 강점을 가진 기업들이 많습니다. 2018년에는 반도체 제조 장비 분야 상위 15개 기업 중 거의 절반이 일본 기업이었습니다.  
    2018년 반도체 제조 장비 TOP 15  
시장과 데이터는 일본 반도체 기업들이 소재, 장비 등 여러 분야에서 절대적인 우위를 점하고 있음을 끊임없이 입증하고 있습니다. 그러나 일본 반도체 산업의 역사를 아는 사람이라면 오늘날의 우위가 일본 반도체 산업의 황금기를 보여주는 축소판에 불과할지도 모른다는 사실을 잘 알고 있을 것입니다.  
일본 반도체 산업의 역사를 되돌아보면, 일본 반도체 산업의 전성기에는 세계 반도체 시장의 약 50%를 점유했습니다. 1980년대 후반에는 세계 10대 집적회로 제조업체 중 미국이 3위, 일본이 6위, 한국이 1위를 차지하며 일본의 시장 점유율이 미국을 넘어섰습니다. 그러나 이후 미일 무역 갈등이 심화되고 미국이 일본에 대해 24차례에 걸쳐 '301 조사'를 제기하면서 압박이 가중되었습니다. 이에 일본 정부는 잇따라 조약을 체결하며 반도체 산업의 쇠퇴를 가속화했고, 오랜 기간 침체기를 겪었습니다. 2019년에는 일본이 차지하는 비중이 10%까지 떨어졌고, 한때 가장 유리했던 제조업 부문의 쇠퇴는 특히 심각했습니다.  
    일본의 반도체 분야 장기 점유율  
한편, 시장 점유율 하락과 더불어 연구 개발 역량 또한 저하되고 있습니다. 일본의 연구 역량은 지난 25년간 크게 약화되었습니다. 일본전자공학회(SNV)가 공개한 자료에 따르면, IEDM, ISSCC, VLSI 등 3대 학술대회에서 일본의 논문 발표 비중은 1995년 약 40%에서 2020년 10% 미만으로 지속적으로 감소해 왔습니다. 둘째로, 논문 공동 발표 측면에서도 2016년 이후 EU와 일본 간 공동 논문 수는 중국에 추월당했습니다.   
    EU의 가장 중요한 연구 파트너는 미국이며, 중국이 일본을 제치고 2위로 올라섰습니다.  
오늘날 세계 반도체 산업의 복잡한 시장 상황과 기술적 병목 현상을 고려할 때, 국제 연구 협력 강화는 미래의 기술적 난제를 극복하는 데 필수적인 방안일 것입니다. 연구 협력이 점점 더 중요해지는 시점에서 일본은 이러한 협력을 충분히 이행하지 못하고 있는 듯합니다.  
외부 시장의 변동과 각국의 정책 조치 속에서 일본은 반도체 산업 부흥에 대한 의지를 다시금 불태우며 과거의 영광을 되찾기 위해 국내 반도체 산업 부흥을 최우선 과제로 삼고 있다. 소재와 장비 분야에서 우위를 점하고 있는 일본은 군사 전략가들에게 '필수적인 전장'으로 여겨지는 반도체 제조에 집중하고 있다.  
주목할 점은 TSMC와 일본 반도체 제조업체 간의 협력 프로젝트가 칩 제조가 아닌, 현재 첨단 기술인 3D IC 패키징 기술에 관한 것이라는 사실입니다. TSMC는 첨단 제조 공정 분야에서 선두를 달리고 있지만, 3D 적층 기술에서는 아직 충분한 경쟁력을 확보하지 못한 것으로 보입니다. TSMC는 일본에 3D IC 연구 개발 기지를 설립한 후, 일본의 소재 및 장비 강점을 활용하여 3D 패키징 기술 연구 개발에 더욱 박차를 가할 계획입니다. 일본 또한 TSMC와의 이번 협력을 통해 자국 반도체 업체들의 경쟁력 강화를 기대하고 있습니다.  
도쿄이과대학의 와카바야시 히데키 교수는 "현재 반도체 제조 산업의 후공정 부가가치는 끊임없이 상승하고 있다. 일본이 후공정 분야에서 선도적인 위치를 확보한다면 반도체 분야에서 경쟁 우위를 되찾을 수 있을 것"이라고 말했다.
 

이와 관련하여 3D 집적 기술 전문가인 도쿄대학교의 쿠로다 타다히로 교수는 일본 반도체 기업들이 후공정에서 높은 수준의 복잡성을 달성할 수 있다면 웨이퍼 가공과 같은 전공정에도 이를 적용할 수 있을 것이며, 결과적으로 반도체 제조 역량이 전반적으로 향상될 것이라고 전망합니다.

TSMC의 주판   

물론 양측 간 협력 심화는 일본 반도체 산업뿐 아니라 TSMC에도 도움이 될 것입니다. 앞으로 TSMC는 일본의 소재 및 장비 강점을 활용하고 일본 기업과의 협력을 통해 기술 발전을 더욱 가속화할 것입니다.  
즈후(Zhihu)의 '해외 채널' 기고자는 TSMC의 현 상황을 분석하며, 수평적 분업 체계와 시장 논리가 정상적으로 작동할 때는 TSMC가 강력한 해자를 확보하고 있어 경쟁업체의 추격을 크게 우려할 필요가 없었다고 지적했습니다. 그러나 각 정당의 정치적 개입으로 기존 체제가 변화했고, 주요 국가들이 반도체 제조 공정의 독립적인 통제를 비용 절감보다 우선시하기 시작하면서 TSMC의 해자가 제 역할을 다할 수 있을지에 대한 불확실성이 커지고 있다고 분석했습니다.  
실제로 TSMC는 주요 강대국들 간의 경쟁이 치열한 가운데, 점점 더 경쟁이 심화되는 환경에서 공급망을 더욱 최적화해야 할 필요성을 느끼고 있습니다. TSMC가 일본에 공장을 건설하는 것은 이러한 맥락에서 나온 조치일 가능성이 높습니다. 만약 이 계획이 확정된다면, 해당 공장은 TSMC의 일본 내 첫 번째 반도체 생산 공장이 될 것입니다. 2020년 TSMC 매출의 4.7%는 일본 기업에서 발생했습니다. 이러한 움직임은 TSMC의 시장 전략에 중대한 변화가 일어나고 있음을 의미하기도 합니다.  
    출처: 지후  
그렇다면 TSMC가 일본에 공장을 짓는 데 매력을 느끼는 요인은 무엇일까요? 정리해 보겠습니다.
  (1) 일본의 반도체 소재는 개발되고 있습니다.  
일본의 반도체 산업은 예전만큼 활발하지는 않지만, 반도체 소재 분야에서는 여전히 지배적인 위치를 차지하고 있습니다. 앞서 언급했듯이, 특히 포토레지스트 분야에서는 JSR, 도쿄 온카와 같은 일본 기업들이 세계 시장의 대부분을 점유하고 있습니다.  
    2019년 글로벌 ArF 포토레지스트 시장 현황  
일본은 산업 사슬의 최상단에서부터 시작하여 세계 반도체 산업의 목을 단단히 조일 수 있습니다. 과거 한국과 일본 간의 반도체 소재 분쟁은 앞으로의 협력에 중요한 교훈이 될 것입니다. TSMC가 일본에 공장을 건설하면 반도체 소재 공급이 크게 보장될 것입니다. 동시에, 현재 반도체 칩 공급이 부족하고 소재 공급이 빠듯한 상황에서 TSMC와 일본의 협력은 사업 규모 확대는 물론, 일본 기업들의 생산 능력을 향상시키고, 일본 내 반도체 생산 설비 부족 문제를 해결하며, 일본의 주요 소재 공급업체들과 더욱 안정적인 협력 관계를 구축하는 데 기여할 수 있습니다.  
  (2) 일본 기업의 생산 능력을 확대하고 시장 위험을 줄인다.  
현재 TSMC의 최첨단 기술은 미국에서 소수의 고객만을 확보하고 있어 TSMC의 시장 위험을 증가시키고 있습니다. 2020년 TSMC 매출의 62%는 북미 고객으로부터 발생했습니다. TSMC가 일본에 공장을 건설하면 일본 내 수주량을 늘리고 고객 다변화를 촉진하며 미국 고객에 대한 의존도를 낮출 수 있을 것입니다.  
  (3) TSMC의 입지는 위협에 직면해 있다  
지정학적 요인의 영향으로 유럽, 미국, 일본, 한국 등 여러 국가들이 반도체에 대한 독자적인 통제권을 확보하고 반도체 제조 산업을 발전시키고 있으며, 이는 TSMC의 입지에 영향을 미칠 수밖에 없습니다. 이러한 상황에서 TSMC는 미국, 일본 등 해외에 공장을 건설하여 '웨이퍼 파운드리'로서의 역할과 입지를 유지하고 시장 구조를 안정시키는 데 주력하고 있습니다.

끝에 쓰다   

널리 알려진 바와 같이, 과거 반도체 개발은 주로 공정 개선에 집중되어 처리 능력 향상이라는 '정밀화' 측면에서 경쟁력을 확보하는 데 주력해 왔습니다. 그러나 무어의 법칙이 한계에 다다르면서 첨단 제조 공정 개발은 반복적으로 지연되어 왔습니다. 따라서 반도체를 적층하여 기능을 집적화하고 성능을 향상시키는 '3D 패키징' 기술은 '무어의 법칙'을 뛰어넘을 수 있는 기회를 제공하며, 여러 기업들의 주요 경쟁 분야로 점차 자리매김하고 있습니다.  
TSMC와 일본 반도체 업계의 '숨은 강자'들이 복잡한 기술 및 시장 트렌드 속에서 새로운 도약을 계획하기 위해 한자리에 모였습니다.

면책 조항: 본 기사는 "반도체 산업 관찰"에서 발췌한 내용입니다. 본 기사는 필자의 개인적인 견해일 뿐이며, 사코마이크로 및 업계의 공식적인 입장을 대변하는 것은 아닙니다. 지적 재산권 보호를 위해 재인쇄 및 공유를 허용하며, 재인쇄 시 원문 출처와 필자를 반드시 명시해 주시기 바랍니다. 저작권 침해 사항이 있을 경우 삭제를 위해 당사에 연락 주시기 바랍니다.

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