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200mm 웨이퍼 팹 성공적으로 운영하기
양대규 기자 | 승인 2018.05.29 16:12

[EPNC=양대규 기자] 새롭게 등장하는 자동차, 산업, 모바일 전자 제품에 대한 수요가 급증하면서 200mm 웨이퍼 팹을 증설한다는 발표가 잇따르고 있다. 중국은 내수 반도체 산업을 육성하겠다는 계획에 따라 200mm 팹 신설을 발표했다. 이로 인해 200mm 생산량은 2007년 정점을 찍었던 수준에 육박할 것이며, 2020년까지 매달 553만 웨이퍼 생산이 이뤄질 것으로 보인다. 현재 200mm 팹 활용률은 거의 100%에 달한다. 수요와 공급이 적절한 균형을 이루고 있다는 뜻이다. 그러나 중국의 팹 신설이 예정대로 진행될 경우 2021년에 이르면 200mm 팹 생산량이 역대 최고 기록을 넘어서게 된다.

200mm 팹 산업의 부활은 일부 반도체 업체들에게 그릇된 낙관론을 심어줄 수도 있다. 모든 기업들이 성공할 수는 없다. 그렇기 때문에 기술적 전략 구상 담당자는 [그림 1]에 제시된 200mm 팹 성공 여부를 결정할 3가지 핵심 과제를 파악해야 한다.

[그림 1] 200mm 팹 성공을 위한 3가지 핵심 과제 (자료원: 가트너, 2018년 1월)

200mm 팹 성공을 위한 3가지 핵심 과제는 다음과 같다

▲지속적인 수요: 200mm 팹을 사용하는 반도체 수요가 지속돼야 팹 가동이 원활히 이뤄질 수 있다. 200mm 팹에 투자하려면 팹 가동을 계속할 만한 충분한 수요가 있다는 확신이 있어야 한다. 팹 생산을 위해서는 보통 수십억 달러의 투자가 필요하기 때문에 이런 고가의 투자설비가 충분히 활용되지 않는다는 것은 재정적 손실을 유발한다. 팹의 고정비용은 동일하기 때문에 팹 활용이 저조하다면 제조원가가 높아지게 되며, 또한 고가의 팹 장비가 유휴 상태에 있을 경우 장비의 유지 보수 비용이 높아질 수 있다.

▲중고 장비 활용 가능성: 중고 장비의 사용 가능 여부는 수익성 측면에서 매우 중요하다. 감가상각된 장비는 보통 200mm 웨이퍼 제조 원가의 50%를 차지한다. 200mm 팹을 증설 혹은 신설할 경우 중고 장비를 활용하는 것은 매우 중요하다. 신규 장비를 구매하면 제조 원가는 현저히 상승한다. 장비 구매가가 20% 상승할 경우 제조 원가는 10%나 증가하게 된다. 이 비용을 상쇄하기 위해 평균판매가를 올리는 것은 쉬운 일이 아니다. 200mm 팹이 사용되는 제품은 일반적으로 경쟁이 치열하고 가격 민감도가 높은 소비자 제품인 경우가 많기 때문이다.

▲인적 자원 활용 가능성: 인적 자원의 활용 가능성은 운영 효율적 측면에서 매우 중요하다. 오늘날 생산 현장에서 인적 자원의 배치와 관련해 어려움을 겪는 경우는 많지 않다. 그러나 숙련된 엔지니어와 기술자를 확보하기 어려운 반도체 산업의 경우 상황이 달라진다. 인적 자원 확보의 실패는 생산 지연으로 이어지며, 비즈니스에 부정적 영향을 가져올 수 있다. 

[그림 2] 200mm 팹 수요 증대에 따른 영향과 제언 (자료원: 가트너, 2018년 1월)

영향과 제언

팹 활용이 저조할 경우 매출 손실뿐만 아니라, 팹의 고정비용은 동일하기 때문에 장비의 유지 보수 비용이 증가하게 된다.

장비 활용은 팹 수익성에 큰 영향을 미치므로 예상 수요의 유지 여부를 가늠하는 것이 매우 중요하다. 팹 활용이 감소하면 다음과 같은 부정적인 여파가 발생할 수 있다. 

▲생산량 감소로 인한 매출 손실 
▲팹 운영의 고정비용으로 유닛당 제조 원가 상승
▲팹 장비가 장기간 유휴 상태에 있는 경우 유지보수 비용 증가(반도체 장비는 가동 시간이 길어질수록 보다 효과적)

디스크리트, 파워, 마이크로 전자기계 시스템과 성숙한 공정 기술이 필요한 아날로그 등 칩의 수요는 자동차, 모바일, 산업용 전자제품의 활용에 의해 결정된다. 모바일 수요를 주도하는 것은 무선 충전, 얼굴 인식, 전면 유기발광 다이오드 등이다. 자동차 수요를 이끄는 주된 요소로는 첨단 운전자 지원 시스템, 인포테인먼트, 자율주행차·전기차 등이 있다. 산업용 수요는 사상 최고 수준으로 사물인터넷(IoT)에 의해 주도되고 있다.

200mm에서 300mm로 전환되는 이유는 면적이 2.25배 늘어나면 얻을 수 있는 추가 반도체가 있기 때문이다. 추가 반도체가 주는 이점은 면적이 더 큰 웨이퍼를 제조하는데 드는 비용 증가분을 상쇄한다. 이 효과는 다이(Die) 크기에 비례한다. 최근 수요가 많은 소형 반도체를 사용하는 제품은 웨이퍼 크기로 얻을 수 있는 효과가 없으므로 300mm 웨이퍼 팹 설치 비용을 감당할 필요가 없다. 또한, 특정 노드에서 제조된 200mm 웨이퍼는 공정 기술 플랫폼 내에서 독창적 형태를 필요로 하는 경우가 있다. 다이 크기가 상대적으로 작은 경우 제조 특수 공정 기술은 200mm 웨이퍼에서 구현하는 것이 더욱 경제적이며, ▲다양한 변형이 가능하고 ▲생산량이 낮으며 ▲포토마스크와 설계 서비스 비용이 적게 드는 이유도 있다.

따라서, 200mm 팹에서 많은 반도체가 계속 생산될 것이며, 이들 장치에 대한 수요 증가는 200mm 웨이퍼의 수요를 견인할 것이다.

반도체 팹의 기술적 전략 기획 담당자를 위한 제언

▲핵심 사안에 대해 고객과 적극 협력하는 설계와 공정 팀을 구성해 제조 기술 리더십 구축
▲제품과 기술 로드맵을 신흥 시장과 연계시켜 성장 전망이 큰 신흥 시장에 신속한 투자 실시
▲제품 팀과 적극적이고 지속적으로 협력해 제품 카테고리에 대한 지속적 수요를 창출하는 장기적 파트너로 거듭날 수 있는 전략적 고객 관계 구축 

200m 팹 신설과 증설에 필요한 중고 장비 조달 제약은 제조 원가를 상승시키며 수익성에도 악영향을 미친다.

최근 200mm 웨이퍼에 대한 수요가 증가하면서 중고 장비 시장이 호황을 맞고 있다. 그러나 문제는 사용 가능한 중고 장비의 수가 많지 않다는 점이다. 사용 가능한 장비는 품질이 좋지 않아 재보수에 많은 비용을 발생하고 이는 가격에 부정적 영향을 미친다. 팹에 장비를 설치하고 운영하는 작업은 12~18개월이 소요되는 매우 복잡한 작업이다. 장비 조달 가능 여부가 불투명하면 최대 6~12개월 동안 운영이 지연된다.

200mm 시장은 고도로 세분화 돼 있어 장비 구매 계획을 세우기 어렵다. 그렇기 때문에 중고 장비 구매 계획에 있어 올바른 결정을 내리는 것이 중요하다.

▲가격대를 최우선으로 고려하는 경우 공개 시장에서 적절한 중고 장비 직접 구매해야 한다. 장비 성능은 보장받을 수 없으며 수리가 필요할 가능성이 높다.
▲몇 가지 상품군에 대해 특정 수준의 전문성을 가진 업체로부터 구매해야 한다. 반도체 업체가 필요로 하는 사항과 맞지 않을 수 있으나 일정 수준 품질이 보장된다.
▲OEM으로부터 구매해야 한다. 구매자 사양에 맞는 기능과 보수된 장비를 사는 가장 신뢰할 수 있는 방법이다. 적절한 업그레이드, 설치 서비스와 예비 부품도 함께 제공되나 가격대는 조금 더 높을 수 있다.

중고 반도체 장비 구매 시 최대 가치를 얻으려면 가격대를 맞추는 것 이상의 다른 무언가가 필요하다. 여러 가지 요인이 제품 신뢰성부터 구매에 포함된 서비스나 보증에 이르는 장비 거래의 진정한 가치를 결정하기 때문에 반도체 업체들은 구매 결정에 따르는 여러 복잡한 사안을 처리하기 위해 중고 장비 현황에 조금 더 익숙해질 필요가 있다.

반도체 팹의 기술적 전략 기획 담당자를 위한 제언

▲OEM이나 제3자 공급업체, 공개 시장을 통해 중고 장비를 구매하기 위한 전략을 개발해야 한다.
▲서비스 계약, 보증, 반품 정책을 위해 장비 업체들과 장기적 전략 관계를 수립해야 한다.
▲구형 시스템에서 신기술을 구현할 수 있는 솔루션을 개발하기 위해 장비 업체들과 엔지니어링 팀에 공동 투자해야 한다.

전세계, 특히 중국의 경우 팹 운영에 필요한 숙련 인력이 부족해 지연이 발생하며 이로 인해 계획과 일정 차질이 빚어질 수 있다.

반도체 업계에서 성장과 혁신을 주도하는 핵심 요소 중 하나는 고도로 숙련된 전문가 영입 여부에 따라 달렸다. 구형 장비를 다룰 줄 아는 숙련된 엔지니어와 기술자가 점점 줄어들고 있다. 대다수 젊은 세대 엔지니어와 기술자들은 최신 팹에서 고급 노드 작업을 하기 원한다. 따라서 팹 장비가 적정 수준에서 운영되도록 하는데 필요한 인력을 충분히 갖추기가 더욱 어렵다. 반도체 산업이 갖는 주기적 특성은 최적의 인력을 유지하는데 어려움을 가중시킨다. 인재 양성에는 많은 비용이 소요되며 대략 6~12개월이 걸린다. 

중국은 고도로 숙련된 기술자를 가장 많이 필요로 하는 곳이 될 것이며, 이는 실제로 영입 가능한 기술자 수를 능가할 것이다. 계속 심화되는 인력 문제는 생산성과 시작 지연에 중대한 영향을 줄 수 있다.

반도체 팹의 기술적 전략 기획 담당자를 위한 제언

▲장비 설치 등과 같이 전문 기술이 필요한 경우에만 업계 전문가로부터 자문과 기술 서비스를 이용해야 한다.
▲지식 관리 시스템을 구축해 숙련 기술자들의 지식이 보존되고 전수되도록 해야 한다. 
▲산학 협력 연구 프로그램을 통해 차세대 인력을 양성해야 한다. 
▲연봉 인상과 보너스 등 적절한 인센티브로 숙련 기술자를 유치할 수 있어야 한다.

가트너 리서치 담당 부사장 사무엘 왕(Samuel Wang)

글: 사무엘 왕(Samuel Wang) 가트너 리서치 담당 부사장

자료제공: 가트너

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양대규 기자  yangdae@epnc.co.kr

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