일본 반도체 분야 현황과 향후 발전 전략

- 일본의 반도체 산업, 90년대부터 계속 하향세였으나 반도체 제조장치, 소재 분야에서는 큰 영향력 행사 -

- 미중 반도체 공급 갈등이 커지며 일본 영향력 상승 -

- 경제 산업성, 일본 반도체의 안정적 공급과 첨단 반도체 산업의 부흥을 위한 적극적인 정책 예고 -

미국의 바이든 대통령과 일본의 스가 총리는 지난 4월 16일(현지시각) 미일 정상회담을 통해 미국과 일본의 협력을 다방면에서 강화한다는 공동성명을 발표하였다. 그중 반도체를 포함한 안정적인 공급망 구축에 협력을 한다는 부분이 경제적인 면에서 주목을 받았다. 반도체 공급 부족에 따라 현재 반도체를 둘러싼 미국과 중국 간 갈등이 깊어지는 와중에 양국의 반도체 공급망이 안고 있는 위험을 씻어내기 위한 실무 협의를 진행하는 것으로 알려졌다.

반도체의 공급 부족은 미국과 일본의 공통 과제이다. 바이든 정권은 반도체의 미국 생산을 강화하기 위해 500억 달러의 보조금을 마련토록 의회에 요구한다고 결정한바 있다. 미국의 경우 반도체의 설계와 개발에 강점을 가지고 있으나 생산의 경우는 대만 TSMC와 삼성 등 아시아의 파운드리 기업에 위탁하는 수평 분업의 형태로 진행되어왔으나 전략 자원으로 반도체의 중요성이 부각되며 이에 대한 직접적인 대응을 시작하고 있다.

이러한 미국의 정책에 중요한 상대국은 일본이다. 일본은 반도체 산업 중 제조 장치 및 소재 분야에서 우수한 기술력을 가지고 있어 미국은 일본과 새로운 기술 개발을 위해 공동연구 거점을 설립하는 등 다양한 분야에서 협력을 논의할 계획이다.

일본의 반도체 산업은 반도체 분야에서는 주목할 만한 성과를 거두지 못하고 있지만 제조 장치 및 소재 분야에서는 1, 2위를 다투는 세계적인 기업들이 포진하고 있다. 반도체 공급 부족 사태를 겪으며 반도체의 가치가 부각되는 상황 속에서 일본은 새롭게 반도체 산업에서 부활을 노리고 있다. 일본 반도체 산업의 현황 및 소재 장치 분야의 기업들을 살펴보고 현재 일본 정부가 반도체 산업을 부흥시키기 위한 중장기 정책 논의 방향을 점검하며 향후 일본의 반도체 산업의 발전 방향을 확인코자 한다.

일본 반도체 산업 현황

일본의 반도체 산업은 80년대 정점을 찍은 뒤 90년대부터 빠르게 추락하였다. 80년대 일본 반도체 산업의 절정기의 견인차 역할을 했던 것은 D램으로 산업용 대형 컴퓨터에 대량으로 사용되었으나 90년대 PC보급이 폭발적으로 증가함에 따라 반도체의 중심은 CPU 중심으로 전환하게 되었고 2000년대로 들어오며 스마트폰용 반도체가 산업의 성장을 이끌었으나 일본기업들은 변화에 대응하지 못한 것으로 분석된다. 특히 반도체 산업에서 설계부터 생산까지를 포괄하는 수직적 통합을 통한 사업 확장 정책을 펼치던 일본기업들은 반도체의 발전에 따라 회로가 복잡해짐에 따라 핵심분야에 투자를 집중하는 수평 분업이라는 시대적 흐름을 파악하지 못하며 점차 쇠퇴하게 되었다.

참고자료 : 일 반도체산업의 현주소(12.10.30)

이런 상황 속에서 일본의 반도체 산업은 1988년 반도체 산업 매출의 50%를 차지하던 상황에서 2019년 기준 전세계 매출의 10%의 점유율을 보이는 상황까지 감소하였다. 1992년 반도체 기업 매출 10위권에 5개의 기업이 일본기업이었던 것에 비해 2019년에는 1개 기업만이 남아있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 상황을 두고 일본 내에서도 반도체 산업의 추락이라는 표현을 사용하며 산업의 실패를 인정하고 있다.

일본의 반도체 산업 현황

(단위: 억 달러, %)

자료: 경제산업성

반도체 생산과 관련해서는 일본은 세계 1위의 반도체 공장수를 보유하고 있으나 다수가 노후화 및 진부화 된 로우엔드 레거시(기존의 전통적인 공법) 공장이 다수를 차지하고 있다. 첨단 반도체의 설계나 개발 능력을 보유하지 못하고 있고 생산 가능한 반도체 공정은 40나노에 그치고 있다.

일본의 주요 반도체 공장 현황

자료: 경제산업성

현재 일본 반도체 산업에서 일본이 주력으로 삼고 있는 반도체 분야는 자동차용 로직 반도체, CMOS 이미지 센서, 파워 반도체 분야이다. 일본 르네상스의 경우 자동차, FA 용의 로직 반도체를 중심으로 전세계 18%의 점유율을 보유하고 있고 소니가 CMOS이미지 센서 시장의 54%, 그리고 파워 반도체 분야에서 20%의 전체 점유율을 보유하고 있다. 이 분야 가운데 일본이 현재 자동차 업계를 중심으로 미래 자동차 산업, MaaS 분야에 집중하고 있어 차량용 반도체, 파워 반도체 시장에서의 성장에 주목할 만하다.

특히 주요 발전 장비에 사용되던 파워 반도체의 수요가 전기차 시장이 성장하며 전기차(EV)와 하이브리드(HEV) 모두 상당한 양의 파워 반도체를 필요로 하면서 일본 주요 파워 반도체 기업들은 생산 확대에 나선 상황이다. 일본 도시바와 후지 전기가 2023년까지 각각 800억 엔, 1200억 엔을 투자하여 생산시설을 증설할 계획이다.

일본 주요 반도체 기업 시장 점유율

(단위: %)

자료: 경제산업성

반도체 장비, 소재 분야를 선도하는 일본

일본 주요 반도체 기업 및 세계시장 점유율

(단위: %)

자료: 닛케이 신문
*점유율은 19년 기준, 일부는 추청치임

주요 반도체 분야에서 큰 힘을 발휘하지 못하고 있는 일본이지만 반도체 장비와 소재 분야에서는 여전히 큰 영향력을 미치고 있다. 반도체의 발전이 급속도로 빨라지면서 이를 생산하기 위한 새로운 공정이 등장하고 있는데 이를 가능하게 하는 첨단 장치 및 소재의 수요가 높아지고 있다. 그리고 이러한 장비, 소재 분야에서 큰 힘을 발휘하고 있는 기업들이 일본 기업들이다.

반도체 제조 공정은 실리콘 웨이퍼에 전자회로를 형성하는 ‘전 공정’과 패키지 및 성능 테스트를 포함하는 ‘후공정’으로 나눌 수 있다. 선 공정에서 가장 중요한 기업은 <도쿄 일레트론>이다. 미국 어플라이드 머티리얼, 네덜란드 ASML에 이은 세계 3위의 전공정 장비 업체이다. 도쿄 일렉트론은 레지스트를 도포하여 전자회로를 형성하는 코터(Coater), 디벨로퍼(Developer) 분야에서 90%의 세계 시장 점유율을 가지고 있다. 

반도체 산업 활황에 따라 도쿄 일렉트론은 20년 동복과 야마나시를 거점으로 신생산시설을 완성시켰고 생산 능력을 각각 2배와 1.5배 증가시켰다. 또한 야마나시현에는 약 110억 엔을 투자하여 새로운 개발시설을 건설할 계획을 발표했다. 도쿄 일렉트론의 카와이 토시키 사장은 '고객에게 제공한 장비의 원격유지보수 및 AI를 활용한 기계 학습과 이를 통한 예상 보전 등 장비의 가동률을 높이는 서비스를 계획중'이라고 밝히며 적극적인 시장 공략을 표명하기도 했다.

또한 전공정 중 웨이퍼를 세정하여 불순물을 제거하는 세척 분야에서는 홀딩스>가 높은 점유율을 가지고 있다. 그리고 노출(웨이퍼에 회로 패턴을 전사하는 과정)을 거친 원판이 ‘포토 마스크’인데 이 포토 마스크에 결함이 있는지 검사를 하는 장치를 주력으로 하는 <레이저테크>의 성장도 눈에 띈다. 레이저테크의 주가는 19년말 대비 21년 현재 2배 이상 상승, 시가 총액은 1조 2000억 엔을 넘었다.

후공정과 관련해서는 회선을 붙인 웨이퍼를 절단하여 칩으로 가공하는 다이싱(절단) 과정에서는 <디스코>가 세계 1위의 점유율을 보유하고 있고 완성된 반도체 칩의 성능을 검사하는 테스터 분야에서에서는 가 세계 점유율을 양분하고 있다.

반도체 소재 분야에서는 기판 재료인 실리콘 웨이퍼 및 포토 레지스트 분야에서는 세계적인 기업들이 많다. 실리콘 웨이퍼 분야에서는 <신에츠 화학 공업>과 가 전세계 점유율의 60%를 차지하고 있다. 특히 고속 통신 규격 5G나 데이터 센터 등 첨단제품에 사용되는 제품에 강점을 가지고 있다.  반도체 수요의 증가로 웨이퍼 수요도 증가하며 SUMCO는 신공장 건설 검토를 표명하며 사업을 확장할 계획임을 알렸다.

웨이퍼 회로를 형성할 때 사용하는 포토 레지스트 소재의 경우 일본 업체가 90% 정도의 점유을 차지하고 있다. 이나 <도쿄 오카 공업> 등이 대표적인 기업이다. 소재의 경우 분해가 어렵고 노하우 등의 기술력이 축적되어있어 모방이 쉽지 않아 우세를 한동안 유지할 것으로 예상된다. 또한 종합화학업체들도 부가가치가 높은 반도체 소재 분야에 주목하고 있다. 대표적인 사례로 미츠이 화학은 2019년 반도체 주요 장비 업체인 네덜란드 ASML과 라이센스 계약을 맺은 EUV 페리클의 경우 노광 공정의 방진에 사용되는 소재로 21년부터 상용화 계획이다.

반도체 공정별 주요 제조장치, 소재 기업