□ 일본 정부, 미국과 경제안보에서 반도체 산업까지 아우르는 파트너십 강화

ㅇ 국가 경제안보 중요성이 높아지면서 그 중심에 있는 반도체 산업 경쟁력 강화를 위해 일본 정부는 차세대 반도체 생산과 안정적인 공급망 구축 행보 박차

- 지난 5월 초 미국을 방문한 경제산업성 장관(하이우다 고이치)은 미 상무장관과 첨단 반도체 상용화 등 반도체 분야 협력에 합의

- 미･일 정상회담(5.23)에서 양국 정상은 차세대 반도체 개발을 위한 실무협의회 설치와 對중국을 염두한 경제안보 연계 강화, 기후대책 등을 포함한 공동문서 발표

※ 공동문서 합의 주요 내용은 경쟁력 강화･기후변화 대책을 비롯해 차세대 반도체 개발을 위한 실무협의회 설치, 對중국을 염두한 경제안보 연계 강화 방침 등이 포함

- 이어 일본 내각은 양국의 민･관이 협력해 2020년대 반도체 설계·제조 기반을 구축한다고 명시한 ‘새로운 자본주의’를 각의 결정(6.7)

- 오는 7월 양국 차관급 경제･외교 회의(2+2)*를 개최하여 반도체 등 중요 물자 공급망 강화, 기후변화 대책, 경제안보 분야의 실질적인 협력 등을 중점 논의 계획

* 기시다 후미오 총리와 바이든 대통령은 반도체 등 중요 물자의 공급망 강화, AI·양자암호 등 첨단기술 유출 방지, 5G 기술개발 제휴 등 경제안보 관점에서 2+2를 새롭게 시작하는데 합의(1.21)

□ 궁극적으로 ‘2나노 차세대 반도체’ 생산 거점 구축 구상

ㅇ 양국의 협력을 기반으로 일본 정부는 올 3분기 경 민간기업 중심 공동연구를 시작해 2025∼2027년 목표로 첨단 반도체 생산과 연구개발·양산 거점을 구축한다는 계획

※ 구마모토현에 TMSC 생산 공장을 착공하고 제품을 양산 예정이지만 자동차 등에 효율적인 22나노, 28나노 공정 제품 중심

- 양국은 2나노 미세화 공정 수준의 첨단 반도체 개발에 집중하며 양자컴퓨터, 데이터센터, 스마트폰 등에 탑재하는 핵심 부품을 직접 생산한다는 구상

- 전투기, 미사일 등 군사 무기 분야에서도 성능을 좌우하는 첨단 반도체가 자국의 안전보장 체계를 강화하는데 도움이 된다는 판단

ㅇ 조만간 양국의 공동 연구개발에 참여할 민간기업 선정 작업에 착수 예정

- 일본 경제산업성은 연구개발과 설비투자 일부를 보조금으로 지원하며 삼성전자･ TSMC의 2나노 제품 양산(2025년 목표) 일정을 빠르게 추격하겠다는 전략

- 현재 일본산업기술종합연구소와 도쿄일렉트론･캐논 등 장비 회사가 2나노를 포함한 첨단 라인용 제조기술을 개발 중이며 미국은 인텔･IBM이 2나노 연구개발을 진행 중인 상황을 감안할 때, 이들 기업이 양국 공동 연구개발에 참여할 것으로 관측

※ 양국 기업이 새로운 회사를 공동 설립할 가능성도 대두

□ (참고) 글로벌 선도 기업의 초미세공정 경쟁도 치열하게 전개

ㅇ TSMC는 2022년 하반기 3나노 공정 도입, 2025년 2나노 공정 도입을 확언하고 새로운 설계기술 ‘핀플렉스(FinFlex)*’ 공개(‘2022 북미 기술 심포지움’, 6.16)

* 그 동안 1개 칩 또는 시스템온칩(SoC)에서는 1개 핀펫만 가능했는데 핀플렉스는 핀펫 기술을 보다 유연하게 적용해 전력 소모량과 다이(Die) 크기를 조정할 수 있는 기술

- 7월 초부터 3나노 기술을 적용한 인텔･애플 등 주요 고객사의 반도체를 양산할 계획이었으나 수율 확보에 차질을 겪으며 지연되는 상황

- 네덜란드 ASML이 독점 생산하는 차세대 극자외선(EUV) 노광 장비* ‘하이 뉴메리컬어퍼처(NA) EUV’는 2024년 도입 예정

* EUV 노광장비는 7나노 이하 초미세 반도체 공정 구현에 필수 장비

- 최첨단 시스템반도체 외에 △이미지센서 △차량용 반도체 △전력용반도체(PMIC) △라이다 및 통신칩 등으로 영향력을 확장해 나갈 계획

ㅇ 삼성전자는 올 상반기 GAA* 기술을 도입한 3나노 양산을 목표로 했으나 공정 수율 달성 등에 어려움을 겪으며 연말 또는 2023년 초(1∼3월)까지 연기될 전망이며 2나노는 2025년 생산 계획

* GAA(Gate-All-Around)는 핀펫보다 전류 접촉면을 1개 더한 총 4개로 확대한 차세대 공정기술. 핀펫은 반도체를 입체(3D)로 설계해 지느러미(Fin, 핀)처럼 생긴 돌출부를 활용해 전류가 드나드는 문(게이트)과 전류가 흐르는 길(채널)을 3개로 만든 기술

- GAA 공정의 기술적 난이도가 높기 때문에 수율(합격품 비율) 확보 및 안정화가 당면 이슈

- ASML 본사를 방문한 삼성 경영진도 차세대 EUV 장비의 협력 강화를 논의하는 등 TSMC와 EUV 장비 경쟁에서 뒤처지지 않겠다는 행보 박차

- 또한 차세대 반도체 패키지 기판으로 알려진 플립칩-볼그리드어레이(FC-BGA) 시설 구축에 약 3,000억 원 규모의 투자를 단행해 반도체 고성능화와 시장 성장에 따른 패키지판 수요 증가에 적극 대응

ㅇ TSMC는 안정적인 핀펫 공정으로 하반기 3나노에 진입한다는 전략이고 삼성전자는 GAA와 같은 차세대 공정을 먼저 도입해 초기 안정성을 확보하겠다는 전략

※ 양사는 모두 4나노 공정을 상용화했지만 수율 차질을 겪으며 생산 일정을 연기하는 등 초미세공정의 기술적 한계를 극복하는데 당분간 어려움이 이어질 전망