저자: 미상 · 한국인
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TSMC vs 삼성전자 파운드리 경쟁을 다룸. EUV 장비 보유 수는 2020년 TSMC 약 40대, 삼성 약 20대; 2021년 추정 TSMC 약 60대, 삼성 약 30대로 격차가 약 2배. 3나노부터 GAA 구조 필요, 삼성은 신기술 조기 도입으로 판을 흔들려는 전략으로 해석. TSMC 3나노 개발 지연 소식을 삼성의 기회로 언급. 결론적으로 TSMC는 시장 1위 및 EUV 확보 우위, 삼성은 수주 확보와 3나노 기술 선점으로 격차 극복 시도.
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삼성전자의 선두 추격과 미세공정의 의미
삼성전자가 선두 주자를 위협하는 것은 굉장히 반가운 소식입니다. 특히 3나노, 2나노 등 미세공정으로 갈수록 삼성전자에게 새로운 기회가 되는 것 같습니다. 이제 본격적으로 2나노 공정에 대해 알아보도록 하겠습니다. 미세공정에서 중요한 것은 결국 기술입니다.
반도체 미세공정에서 7나노, 5나노, 3나노처럼 나노 단위의 숫자는 반도체 회로 선폭의 길이를 뜻합니다. 보통 10나노부터 미세공정이라고 하고, 3나노, 2나노부터는 초미세 공정이라고들 말합니다.
EUV란 무엇인가
EUV는 극자외선(Extreme Ultraviolet)의 약자로, 한국말로는 극자외선이라고 합니다. 결국 빛의 일종이고, 파장의 길이가 엄청 짧은 특수한 빛입니다. 반도체 공정의 수백 개 중에서 가장 중요하다고 볼 수 있는 공정이 바로 노광 공정입니다. 노광은 빛을 노출시킨다는 뜻으로, 반도체의 원재료가 되는 원판에 빛을 쏘아 원하는 모양의 회로를 인쇄하는 기법입니다. 빛의 파장이 짧을수록 더 미세한 패턴을 그릴 수 있습니다.
같은 면적에 붓으로 그림을 그리는 것을 샤프로 그리는 것에 비유할 수 있습니다. 샤프처럼 미세하고 정확하게 그릴 수 있게 하는 빛이 바로 EUV입니다. EUV의 파장 길이는 기존 공정에 쓰였던 ArF(아르곤플루오라이드) 빛 파장 길이의 약 1/14에 불과하기 때문에 완전히 게임 체인저입니다. 미세공정에서 EUV 장비를 도입하면 기존 ArF 공정에 비해 더 정교한 회로를 그릴 수 있고, 공정 단계도 줄일 수 있는 효과가 있습니다. 이 두 가지, 즉 정교함과 공정 단순화를 모두 잡아야 성능과 수율을 잡을 수 있습니다.
EUV 장비 경쟁력과 ASML
그래서 EUV 장비를 많이 보유하는 것이 파운드리의 실질적인 경쟁력입니다. 그런데 이 장비를 만드는 곳은 전 세계에 단 한 곳뿐이며, 바로 ASML입니다. ASML은 EUV 장비를 연간 40~50대 정도밖에 생산하지 못하는 것으로 알려져 있습니다. 장비 한 대에 들어가는 서플라이 체인이 복잡하고, 핵심 부품인 특수 반사경의 대량 생산이 쉽지 않기 때문입니다.
EUV 장비 한 대당 가격은 약 1,500억 원으로 알려져 있고, 초미세 공정 단계에서 필요한 차세대 EUV 장비(High-NA EUV)는 기존 대비 가격이 2배 이상 높다고 합니다. 장비 한 대만 들여와도 금액이 1조 원이 넘을 정도이니, 파운드리 산업이 산업적, 기술적, 자본적 진입장벽이 점점 쌓여가고 있다는 방증이라고 생각합니다. 그럼에도 차세대 EUV 장비를 도입해야 하는 명분이 있습니다. 차세대 장비를 사용하면 1나노 이하 공정까지 대응이 가능하다고 합니다. 결국 앞으로 EUV 장비를 얼마나 보유했고, 향후 얼마나 더 도입할 수 있는지가 굉장히 중요한 포인트가 될 것입니다.
삼성전자의 대응과 TSMC와의 격차
이런 측면에서 두 회사 경영진의 빠른 결단이 정말 필요한데, 삼성전자는 발 빠르게 대응하고 있는 것으로 보입니다. 이재용 부회장이 지난 10월 유럽 순방길에 올라 ASML을 방문해 비즈니스 미팅을 했습니다. 기술 개발에 대한 협력 강화와 EUV 장비의 조속한 출하를 요청했고, 이에 화답하듯 ASML이 축하 인사를 전했다는 기사도 있었습니다.
다만 보유 장비 수에는 격차가 분명히 있습니다. 2020년 기준 TSMC는 약 40대 정도의 EUV 장비를 보유한 것으로 알려졌고, 삼성전자는 약 20대 정도로 알려져 있습니다. 2021년 기준으로는 TSMC가 약 60대, 삼성전자가 약 30대 정도로 추정됩니다. 대략 두 배에 가까운 수준입니다. 그럼에도 삼성전자가 과거 메모리 산업에서 1위 사업자로 올라선 것처럼, 이번 파운드리 경쟁에서도 이재용 부회장과 삼성전자가 뛰어난 성과를 보이기를 응원합니다.
3나노 공정의 기술 차이
다음 주요 격전지는 3나노 공정을 대하는 방식의 차이에서 결정이 날 것 같습니다. TSMC와 삼성전자의 접근 방식이 다르다고 알려져 있습니다. 주력 공정은 7나노, 5나노, 3나노처럼 내려오는데, 7나노 공정을 맡게 됐을 때 삼성전자는 EUV 장비를 바로 도입했고, TSMC는 기존 ArF 공정을 고수하다가 나중에야 EUV를 도입했습니다. 광원 변화에 따른 양사의 전략 차이가 이때 생긴 것입니다.
이번에 3나노에서 바뀌는 것은 트랜지스터 구조입니다. 트랜지스터는 전류의 흐름, 즉 데이터의 이동을 원활하게 하거나 막는 역할을 하며, 게이트와 채널이 핵심 부품입니다. 채널과 게이트가 맞닿는 면적이 넓을수록 전력 효율과 성능이 올라갑니다. 반도체가 점점 소형화되면서 이 면적이 줄어드는 것이 문제가 됩니다. 현재는 핀펫(FinFET) 트랜지스터를 쓰고 있는데, 3나노 수준에서는 면적이 너무 작아져 신호가 누설된다는 문제가 있습니다. 그래서 GAA(Gate-All-Around) 기술이 나왔고, 말 그대로 게이트가 채널을 전부 감싸는 구조입니다. 감싸는 면적이 넓어지니 누설을 줄일 수 있습니다. 학계에서는 3나노부터는 GAA 공정으로 가야 한다는 것이 정설입니다.
다만 GAA 구조로 바뀌면 설계 단계부터 팹리스 업체 입장에서는 비용 부담이 될 수 있고, 난이도도 올라가 수율 문제 등이 분명히 있을 것 같습니다. TSMC는 과거에 7나노 공정처럼 기존 기술을 먼저 안정화시킨 뒤 신기술을 나중에 들여오는 방식을 택해 왔습니다. 반면 삼성전자는 도전자의 입장이라 신기술을 재빨리 도입해 기존 판을 흔들려는 전략을 취하는 것 같습니다. TSMC도 GAA를 피할 수는 없고, 3나노 이후에는 반드시 써야 합니다.
최근 들리는 소식에 따르면 TSMC의 3나노 공정 개발이 다소 늦어지고 있다고 합니다. 이 틈을 파고들어 삼성전자가 역전할 수 있는 순간이 올 수도 있다는 기대를 해 봅니다.
정리
오늘은 파운드리 산업의 1위 업체 TSMC와 삼성전자에 대해 알아보았습니다. 정리하면 다음과 같습니다.
TSMC는 현재 파운드리 시장 점유율 1위 업체로, 오래된 업력과 팹리스 업체의 자체 설계 역량을 바탕으로 다수의 고객사를 확보하고 있습니다. 미세공정 난이도 상승과 막대한 비용 부담으로 경쟁자들이 도태되면서 파운드리 사업은 공급자 우위 시장으로 바뀌고 있습니다. 특히 초미세 공정에 필수적인 EUV 장비를 가장 많이 확보했고, 앞선 공정 기술력을 갖췄다는 점이 강점입니다.
삼성전자는 TSMC에 비해 생산능력(캐파)과 고객사 수 등에서 열세지만, 최근 주요 팹리스 업체의 수주를 확보하며 격차를 줄이려 노력하고 있습니다. 이재용 부회장이 직접 나서 EUV 장비 확보에 힘쓰며 캐파 격차를 좁히려 하고 있습니다. 7나노 공정에서는 격차를 좁히지 못했지만, 차기 3나노 공정에서 GAA 등 신기술을 먼저 도입해 선도 업체인 TSMC 대비 높은 기술 경쟁력을 확보하려는 계획으로 정리할 수 있겠습니다.
댓글 이벤트 안내
오프닝에서 말씀드렸듯이 저희 종목의 발견 코너에서는 시청자 여러분이 참여하실 수 있는 이벤트가 있습니다. 오늘 파운드리 산업에서 대표가 될 만한 기업들이 여럿 언급되었는데, 그중 가장 관심이 가는 기업을 댓글로 남겨 주시면 감사하겠습니다. 추첨을 통해 10분께 모바일 상품권을 전해 드리겠습니다. 자세한 참여 방법은 영상 하단 더보기 란을 참고해 주시기 바랍니다. 구독자 여러분께서 좋아요와 구독을 많이 눌러 주시면 더 알찬 내용으로 찾아뵙겠습니다. 다음에도 더 알찬 내용으로 찾아뵙겠습니다. 감사합니다.
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