삼성전자 화성캠퍼스 전경. /삼성 제공
삼성전자 화성캠퍼스 전경. /삼성 제공
반도체의 승부는 생산 공정에 달려 있다고 해도 과언이 아니다. 얼마나 미세한 공정인지에 따라 웨이퍼 한 판에서 나오는 반도체칩 수가 확 달라진다. 그만큼 생산원가도 절감된다.

이 같은 미세공정이 가능하려면 반드시 극자외선(EUV) 장비가 필요하다. EUV는 기존 공정에 쓰이는 불화아르곤(ArF) 장비보다 광원이 14배가량 짧아 더 미세한 회로를 그리는 데 적합하다. 회로 선폭이 얇아지는 만큼 웨이퍼 안에 반도체칩을 더 많이 새겨넣을 수 있다. 업계 관계자는 “EUV 장비 한 대 가격이 평균 2000억원 수준인 만큼 반도체산업은 장비 등 생산라인에 얼마나 투자하느냐에 따라 경쟁력이 달라진다”고 말했다.

○차세대 D램, EUV로 양산

삼성전자는 업계 최초로 EUV 공정을 적용한 최첨단 D램 DDR5 양산에 들어갔다고 최근 발표했다. 메모리 반도체 1위인 삼성전자가 DDR5 생산에 본격 뛰어들면서 차세대 D램 시장의 문을 열었다는 평가다. DDR5 양산으로 생산공정의 초격차를 유지하면서 향후 D램 가격 하락을 방어할 수 있다는 분석까지 나온다.

DDR은 더블 데이터 레이트(double data rate)의 약자로 D램 규격을 뜻한다. 뒤에 붙는 숫자가 높을수록 반도체 성능이 개선됐다는 뜻이다. 현재 시장에서 대부분을 차지하는 제품은 2013년 출시된 DDR4다. 최근 경쟁 업체들이 DDR5를 내놓긴 했지만 양산 규모와 수율에서 미흡하다는 분석이다.

전문가들은 D램 시장의 40%를 차지하며 1위를 달리고 있는 삼성전자가 DDR5 양산에 들어가면서 시장 판도가 달라질 것으로 예상했다. EUV 공정을 DDR5에 적용하면 생산성과 가격 경쟁력이 획기적으로 높아진다.

업계에선 삼성전자가 EUV에 투자한 금액만 대략 5조~6조원일 것으로 추정하고 있다. 현재 삼성전자가 갖고 있는 EUV 장비는 약 26~28대로 알려져 있는데, 대당 가격을 약 2000억원으로 잡았을 때 나오는 수치다.

○시스템반도체 2030년 세계 1위 노려

삼성전자는 2019년 4월 ‘시스템반도체비전 2030’을 제시하며 133조원의 투자계획을 발표했다. 정부가 삼성전자 화성사업장에서 연 ‘시스템반도체 비전 선포식’을 통해서다.

하지만 이후 글로벌 반도체 기업들의 공세가 거세졌다. 인텔은 지난 3월 200억달러(약 22조5000억원)를 투자해 미국 애리조나주에 새로운 파운드리 두 곳을 건설할 계획을 밝혔다. 가동 시기는 2024년으로 예상된다. 팻 겔싱어 인텔 최고경영자(CEO)는 파운드리 투자 발표 당시 “대부분 반도체 생산시설이 아시아에 집중돼 있다”며 “미국, 유럽에서도 제조 역량을 확보하는 게 중요하다”고 강조했다.

TSMC는 전 세계 반도체 공장 설립을 확대하고 있다. 독일에선 반도체공장 설립을 위한 평가 작업을 진행 중이다. 지난 4월엔 향후 3년간 글로벌 파운드리 사업에 1000억달러(약 115조원)를 투자한다는 계획을 발표했다. 5월에는 미국 애리조나주에 반도체 공장 5개를 추가 건설하겠다고 밝혔다.

삼성전자도 대응에 나섰다. 삼성전자는 5월 ‘K-반도체 벨트 전략 보고대회’에서 2030년까지 시스템 반도체 분야에 171조원을 투자해 파운드리 공정 연구개발·시설투자를 가속화하겠다고 발표했다. 이번 발표로 삼성전자의 투자 규모가 더 늘어날 것이란 관측이 나온다. 미국 제2 파운드리 공장을 비롯해 시스템 반도체 부문에만 향후 3년간 최소 50조원 이상을 투입할 것으로 업계는 예상하고 있다.

○ESG 설비 투자도 확대

삼성전자는 ESG(환경·사회·지배구조) 경영을 위한 투자도 늘리고 있다. 삼성전자와 현대제철은 9월 반도체 제조공정에서 발생하는 폐수슬러지(침전물)를 제철 과정 부원료로 재사용할 수 있는 신기술을 공동 개발했다고 밝혔다.

제철소의 제강 공정에서는 쇳물 속 불순물인 황과 인을 더욱 쉽게 제거하기 위해 형석을 사용하고 있다. 두 회사는 반도체 폐수슬러지에 포함된 주성분이 형석과 비슷한 성분이라는 점에 착안해 공동 연구를 해왔다. 해당 신기술은 6월 한국환경공단 1차 평가, 8월 국립환경과학원 최종 평가를 거쳐 8월 31일 최종 승인됐다.

박신영 기자 nyusos@hankyung.com