차세대반도체연구회

어플라이드머티어리얼즈와 도쿄일렉트론의 합병이 계속 미뤄지고 있다. 양사는 세계 반도체 장비 시장 1, 3위 업체다. 두 회사의 합병이 이뤄진다면 장비 시장은 물론 전방 산업계에도 큰 영향을 미칠 것으로 전문가들은 관측하고 있다. 경쟁사들은 끼워팔기, 부분품 독점 구매, 특허권 남용 등 장비 시장 전반의 경쟁을 심각하게 저해할 것이라며 양사 합병을 반대하고 있는 상황이다. 양사는 과연 주요 각국의 규제당국으로부터 합병 승인을 받아낼 수 있을까.

 

2013년 9월 세계 반도체 업계를 뒤흔드는 소식이 전해졌다. 미국의 반도체 장비 업체 어플라이드머티어리얼즈(AMAT)와 일본 도쿄일렉트론(TEL)의 경영통합, 즉 합병 발표였다. 양사는 표면적으로는 ‘동등 조건의 합병’이라고 발표했지만, 사실상 AMAT가 TEL을 93억9000만달러(약 10조원)에 인수하는 것이 골자였다. 양사는 합병후 네덜란드에 지주회사를 설립키로 하고 이 회사의 주식 68%를 AMAT가, 나머지 32%는 TEL이 가져가는 그림을 그렸다.

 

AMAT와 TEL은 매출액 기준 각각 세계 반도체 장비 시장 1위와 3위의 지위를 확보하고 있는 업체다. 전문가들은 양사가 합병하면 세계 반도체 장비 업계의 지각 변동은 물론 주요 소자 업체들의 시설투자 정책에도 적잖은 변화가 생길 것으로 예상했다.

 

한국을 포함한 대만, 미국, 중국, 일본의 규제 당국은 AMAT와 TEL의 기업결합 신청서가 접수된 지 1년 가까이 지난 지금까지도 합병 승인을 내지 않고 있다. 반독점 우려 때문이다. 합병을 승인한 국가는 싱가포르와 독일 뿐이다. 각국의 경쟁 장비 업체들은 양사가 우월적 시장점유율을 활용해 끼워팔기를 통한 경쟁 배제, 장비 부분품 조달 봉쇄, 특허권 남용 등의 우려가 있다며 양사 합병을 반대하고 있다. 장비를 구매하는 소자 업체들 역시 이번 합병에 대해 간접적 반대 의사를 표시하고 있는 것으로 전해진다. 이들은 노광(Lithography) 및 측정(Measurement)·검사(Inspection) 장비 시장에서 독점적 지위를 확보하고 있는 ASML과 KLA-텐코의 사례(장비 가격 상승, 지연손해금 청구 배제 등)를 거론하며 AMAT와 TEL의 합병이 이뤄져선 안된다는 주장을 펼치고 있다.

 

이처럼 합병 승인이 늦어지면서 AMAT와 TEL을 통합할 네덜란드 지주회사 ‘에테리스(Eteris)’의 출범도 미뤄지고 있다.

 

반도체 생산공정의 이해

 

반도체 생산공정은 크게 전공정(前工程)과 후공정(後工程)으로 나뉜다. 얇은 원형판 모양의 실리콘 웨이퍼(Wafer)에 회로를 새기는 과정이 전공정, 회로가 새겨진 웨이퍼를 잘라 각각의 칩(Die)으로 나누고 금속줄 등을 연결(Bonding)해 독립 반도체 소자로 만드는 과정을 후공정이라 한다. 핵심은 웨이퍼를 가공하는 전공정이다. 소자업체가 반도체 라인를 건설할 때 전체 장비 투자액 가운데 70%가 전공정 장비 구매에 할당된다.

 

전공정은 다시 포토(Photo), 증착(Deposition), 세정(Clean), 식각(Etch), 화학적기계적연마(Chemical mechanical polishing, CMP), 확산(Diffusion), 이온주입(Ion implantation)으로 나눌 수 있다.

 

포토 공정이란 마스크에 새겨진 회로 패턴을 실리콘 기판으로 전사시키는 전 과정을 의미한다. 구체적으로는 감광액(Photoresist)을 웨이퍼 표면 위에 골고루 도포한 뒤 광원을 쏘아 마스크에 새겨진 패턴을 웨이퍼 위에 형성하는 노광(Lithography) 공정 등이 있다.

 

증착은 웨이퍼 위로 매우 얇은 막을 얹는 기술이다. 방식에 따라 물리기상증착(Physical vapor deposition, PVD)과 화학기상증착(Chemical vapor Deposition, CVD)으로 나뉜다. CVD는 각종 가스 재료를 열 혹은 광분해 등의 화학반응을 이용해 기판 표면에 박막을 형성한다. CVD는 가장 많이 사용되는 증착 방식이다. PVD는 재료 대상에 물리적인 힘(열, 전자 운동 에너지 등)을 가해 웨이퍼 표면에 박막을 증착시키는 방식이다. 대표적인 PVD 방식으로는 스퍼터링(Sputtering)이 있다. 스퍼터링은 진공 상태에서 이온화된 양이온 아르곤(Ar+) 가스를 타겟(재료)에 강하게 충돌시켜 이 에너지에 의해 미세화된 재료 물질이 웨이퍼에 증착되는 방식이다. CVD와 PVD 외에도 에피택시(Epitaxy), 도포성막(Spin on dielectric, SOD), 전기화학증착(Eletrochemical deposition, ECD) 등의 증착 방식이 있다. 에피택시는 실리콘 웨이퍼 위에 동일한 단결정 층을 형성시키는 공정이다. SOD는 액체 상태의 절연물을 웨이퍼 위에 코팅한 뒤 열처리 과정을 거쳐 평탄화된 절연물을 증착하는 기술이다. ECD의 경우 전기 회로의 배선을 형성하는 전기화학 증착 방식을 의미한다.

 

세정은 웨이퍼 가공 중 발생하는 다양한 오염물을 없애는 공정이다. 세정 공정은 크게 화학물질을 이용한 습식과 건식, 증기식이 있다. 과거 반도체 업체들은 대부분 화학물질을 이용한 습식 세정 공정을 주로 사용했으나 환경 및 과도한 원가 상승 문제 등으로 최근에는 건식과 증기식을 주로 활용하고 있다. 세정과 비슷한 공정으로는 애싱(Ashing)이 있다. 애싱은 노광 작업을 위해 도포된 감광막을 식각 후 제거해주는 공정이다.

 

식각은 노광으로 새겨진 회로 패턴 또는 증착 공정으로 얹어진 박막을 화학적 혹은 물리적 반응을 통해 깎아내는 공정을 의미한다. 건식(Dry) 식각 장비가 주류다. 건식 식각 장비는 크게 일반적인 실리콘웨이퍼 식각 장비와 에치백(Etch back)으로 나뉜다. 실리콘 웨이퍼 식각 장비는 다시 폴리실리콘 식각, 실리콘 디옥사이드(Dioxide) 식각, 금속(Metal) 식각으로 분류된다. 에치백은 포토 공정 없이도 증착 막질의 식각 선택비 차이를 활용해 원하는 형태의 패턴을 형성할 수 있는 공정 장비다. 아주 미세한 패턴을 구현하긴 어렵지만 생산성이 높은 것이 장점이다.

 

CMP는 웨이퍼 표면을 패드에 압착하고 이 사이로 산화물 혹은 금속 계열 연마제인 슬러리(Slurry, 고체 액체 혼합물)를 흘려준 뒤 패드를 고속 회전시키는 화학적기계적 연마를 통해 산화 절연막이나 금속 배선을 평탄화하는 공정이다.

 

확산은 실리콘 웨이퍼에 불순물 원자를 도핑하고 원하는 만큼 불순물을 이동시키는 공정을 의미한다. 확산 공정은 구체적으로 산화막 공정, 열처리 공정으로 나뉜다. 산화막 확산 공정은 전기적 특성이 우수한 얇은 막질을 균일하게 형성할 수 있다. 열처리 공정은 불순물이 주입된 막질이 있는 웨이퍼를 고온의 확산로에서 가열하는 과정을 의미한다. 이를 통해 불순물이 웨이러 내부로 확산되거나 휘발성 물질을 제거할 수 있다.

 

이온주입은 불순물을 생성시킨 후 일정한 에너지로 가속, 웨이퍼에 균일하게 주입하는 공정이다. 이온주입을 통해 트랜지스터의 전기적 특성도 조절할 수 있다.

 

각 공정 장비 시장 규모와 점유율

 

시장조사업체 가트너에 따르면 2012년 연간 기준 증착 공정 장비 시장 규모는 60억100만달러에 이른다. 증착 공정 장비 시장은 다시 CVD, 스퍼터링, 에피택시, ECD, SOD로 나뉜다. CVD 시장 규모는 30억500만달러, 스퍼터링 2억1400만달러, SOD는 9100만달러 규모다.

 

건식 식각 장비 시장 규모는 38억8500만달러였다. 건식 식각 장비 가운데 실리콘 웨이퍼 식각용 장비 시장 규모는 37억8100만달러, 기타 식각 장비 시장의 규모는 7400만달러다. 이외에도 세정장비 25억1200만달러, 감광액 처리 장비 16억1800만달러, 이온주입 장비 10억3330만달러, 확산 장비 9억700만달러, CMP 장비가 7억8300만달러 수준의 시장 규모를 형성하고 있다.

 

 

노광을 포함한 주요 17개 공정 장비 시장에서 AMAT와 TEL이 참여하지 않는 시장은 4개에 불과하다. AMAT는 증착(CVD, 스퍼터링, 에피택시, ECD), 식각(실리콘 웨이퍼 식각, 에치백, 기타 식각), CMP, 확산, 이온주입 등 10개 장비 시장에 참여하고 있다. 이 가운데 CVD, 스퍼터링, 에피택시, 에치백, CMP, 확산, 이온주입 장비 시장에서 점유율 1위를 차지하고 있다.

 

TEL은 감광액 처리, 증착(CVD, SOD, ECD), 세정, 식각(실리콘 웨이퍼 식각, 에치백), 확산 장비 시장에 참여하고 있다. TEL은 감광액 처리 장비 시장에서 1위를, SOD, CVD, 세정, 실리콘 웨이퍼 식각, 확산 장비 시장에서 2위를 차지하고 있다. TEL을 합병하면 AMAT는 기존에는 보유하지 않고 있던 감광액 처리 및 세정 장비 시장에 진출할 수 있게 된다. CVD 시장에선 57%에 육박하는 점유율로 2위 업체(램리서치, 17%)와의 격차가 3배 이상이 된다. 확산 장비 시장에서도 64%의 점유율로 우월적 지위를 확보할 것이라는 관측이다. 에치백 장비 시장의 경우 현재 AMAT와 TEL이 시장을 양분하고 있으므로 사실상 독점 체제를 구축하게 될 것으로 보인다. 이외 실리콘 웨이퍼 식각 장비 시장에서 양사는 40%의 점유율을 확보, 해당 시장 1위 기업인 램리서치(46%)를 압박할 수 있게 될 것이라는 관측이다.

 

합병 후 예상 시나리오

 

이처럼 대부분의 전공정 장비를 아우르는 거대 업체가 탄생할 경우 해당 업계의 경쟁 구도는 물론 장비를 사 가는 전방 산업계에도 큰 변화가 생길 것이라는 예상이다. 우선 예상되는 시나리오는 ‘끼워팔기’다. AMAT와 TEL은 노광을 포함한 17개 세부 반도체 전공정 장비 가운데 13개 시장에 참여하고 있으므로 가격할인, 납기준수 등을 조건으로 다양한 장비를 일괄 구매할 것을 전방 산업계에 제안할 수 있다. 이럴 경우 국내외의 소규모 경쟁 장비 업체들은 타격을 받을 수 밖에 없다. 실제 측정 및 검사 장비 시장에서 독점적 지위를 확보하고 있는 KLA-텐코의 경우 자사의 다양한 장비를 일괄 구매하지 않는 고객사에게는 납기일이 미뤄질 수 있다고 ‘배짱’을 부리는 것으로 전해진다.

 

AMAT와 TEL이 연구개발(R&D)을 통해 독자적인 표준 규격을 제정할 가능성도 배제하지 않을 수 없다. 각기 다른 웨이퍼 가공 장비는 단일 자동화 시스템에 통합, 운용되므로 각 장비간의 호환성이 중요하다. 지금은 국제반도체장비재료협회(SEMI)를 통해 각 장비간 연결성에 관한 표준이 제정되고 있지만 AMAT와 TEL의 합병 회사가 독자적인 표준을 제정한다면 이 역시 경쟁사의 시장 진입을 억제하는 요인으로 작용할 수 있다. 합병 회사가 히터와 챔버, 펌프 등 장비 부분품(부품)을 독점 구매할 경우에도 경쟁사 영업에 커다란 부정적 영향을 미칠 수 있다. 방대한 특허로 경쟁사의 신규 시장 진입을 막을 가능성도 배제의 특허를 보유하고 있다. 과거 오스트리아의 세정 장비 전문 업체였던 세즈(Sez)는 세메스(삼성전자 자회사)가 해당 시장에 진입하려 하자 자사 특허를 침해했다며 소송을 낸 바 있다(결과는 세메스의 승리). 이런 식의 특허 소송이 남용될 수 있다는 것이 업계 종사자들의 우려다.

 

 

AMAT와 TEL은 합병 발표 당시 “2017년 통합 회사의 매출액은 182억달러, 영업이익 46억달러, 영업이익률 25%를 목표로 잡았다”고 밝힌 바 있다. 이는 2012년 양사 매출액 합계(약 100억달러) 대비 두 배 가까이 성장하겠다는 것이다. 업계 관계자는 “양사가 얘기하는 ‘합병 후 시너지 효과’는 국내 중소규모 장비 업체들에게는 재앙으로 다가올 것”이라고 말했다. 이용한 원익 회장은 지난해 8월 열린 ‘한국 반도체·디스플레이 산업 현안점검 간담회’에서 “AMAT와 TEL의 합병은 마치 메모리 분야에서 삼성전자와 SK하이닉스가 합치는 것과 마찬가지”라며 “국내 장비 업체에 엄청난 타격이 올 것으로 예상하고 있다”라고 말했다.

 

이에 대해 송상민 공정거래위원회 기업결합과장은 “심사를 진행 중인 사안에 대한 별도 언급은 내부 규정상 엄격히 금지돼 있다”고 말했다. 송 과장은 그러나 “AMAT와 TEL의 합병 심사는 다른 기업들의 그것과 비교해 상당히 지연되고 있는 것은 사실이다”라고 말했다. 그 만큼 고심을 하고 있다는 의미다. 그는 “글로벌 인수합병 사례의 경우 타국의 규제당국과 세밀한 논의를 거치므로 승인, 조건부 승인 혹은 불승인 발표가 비슷한 시기에 나올 가능성이 높다”고 말했다.

 

 

디지털데일리 한주엽 기자