2019년 일본의 수출 규제 이후 6년, 한국 반도체 산업은 소재·부품·장비(소부장) 자립화를 위한 도전에 나섰다. 위기를 기회로 삼아 정부와 기업은 공동의 전략을 추진했고, 국산화율은 의미 있는 성과를 보였다. 하지만 EUV 포토레지스트, 건식 불화수소, 첨단 장비 등 첨단 공정 핵심 품목은 여전히 수입 의존도가 높아 '절반의 성공'이라는 평가가 뒤따른다. 이제 K-반도체는 자립화 2막에 접어들고 있다.
탈(脫) 일본으로 시작된 소부장 자립화
2019년 여름, 일본의 급작스러운 반도체 소재 수출 규제가 한국 반도체 산업을 뒤흔들었다. 일본 기업들이 세계 시장 점유율 90% 이상을 장악한 고순도 불화수소(에칭 가스)와 포토레지스트(PR) 등 핵심 소재 수출을 제한하면서, 한국의 메모리반도체 생산 자체가 위기를 맞았다. 당시 한국 정부는 즉각 외교 채널을 가동함과 동시에 소재·부품·장비(소부장) 산업 육성에 본격 나섰다. 이른바 ‘소부장 특별법’을 제정해 연구개발 예산과 세제 지원을 대폭 확대하고, 100대 핵심 품목 국산화 프로젝트 등을 추진한 것이다.
민간 부문도 신속히 대응했다. 삼성전자와 SK하이닉스 등 반도체 대기업들은 수출 규제 품목의 재고를 확보하고 대체 공급처를 개척했으며, 공정 조건을 일부 조정하는 등 생산 차질 최소화에 주력했다. 동시에 국내 중소 소재 기업들과의 협업을 모색하며 공급망 다변화에 착수했다. 업계 한 관계자는 “일본의 조치는 한국 경제의 심장인 반도체를 겨냥한 것이어서 충격이 컸지만, 이를 계기로 정부의 발빠른 지원과 기업들의 새로운 공급처 개척 노력으로 위기를 넘겼다”고 언급했다. 기술 독립 없이는 안심할 수 없다는 공감대가 산업계 전반에 확산된 시기였다.
공급망 안정화 위한 대기업들의 전략과 사례
수출규제 사태 이후 삼성전자와 SK하이닉스 등 수요기업들은 소부장 공급망 안정화를 위해 여러 노력을 기울였다. 두 기업은 국산 대체품 사용을 적극 늘리며 국내 공급망에 힘을 실었다. 실제로 일부 반도체 소재의 경우, 규제 이전까지만 해도 국산화율이 10~20%대에 불과했지만 두 기업이 국산 제품을 본격 활용한 이후 현재 70% 이상으로 높아진 사례도 있다. 한 예로, 포토레지스트나 고순도 불화수소 부문에서 솔브레인, 램테크놀러지, 동진쎄미켐 등 국내 업체들이 생산한 제품을 삼성전자와 SK하이닉스가 양산에 채택하면서, 해당 소재의 국산화율이 단기간에 비약적으로 상승한 바 있다.
대기업들은 단순히 국내 제품을 구매하는 데 그치지 않고 직접 투자와 협업을 통해 소부장 기업을 육성하기도 했다. 삼성전자는 2020년 국내 유망 소부장 업체 6곳에 총 1800억 원 규모 지분투자를 단행했고, 그 중 한 곳인 와이아이케이(YIK)의 경우 메모리 반도체 웨이퍼 검사 장비를 국산화해 삼성에 공급하는 데 성공했다. YIK가 삼성으로부터 수주한 검사용 장비 물량은 전년도 해당 기업 매출을 뛰어넘는 규모로, 일본 검사장비 강자였던 어드반테스트의 한국 시장점유율을 20% 초반까지 끌어내리는 효과를 냈다.
이처럼 대기업의 기술 지도와 초기 물량 보장은 소부장 중견·중소기업의 성장을 견인했고, 일부 분야에서는 일본산 장비·소재를 국산품으로 대체하는 성과로 이어졌다. SK하이닉스 또한 협력사들과의 상생에 적극적이었다. SK하이닉스는 협력사 공정 개선, 인력 교류, 공동 R&D 프로그램 등을 운영하며 공급망 파트너의 기술력 제고를 도왔다. 이러한 대·중소 협력 사례들은 반도체 생태계의 체질을 바꾸는 밑거름이 됐다.
여전히 높은 해외의존 품목
지난 4년간 K-반도체 소부장 자립화는 ‘절반의 성공’이라는 평가를 받는다. 눈에 띄는 성과를 거둔 분야가 있는 반면, 여전히 해외 의존에서 벗어나지 못한 취약 분야도 존재하기 때문이다. 국산화 성공 품목으로 꼽히는 것은 저난도·범용 소재와 일부 부품이다. 대표적으로 수출규제의 타깃이었던 고순도 불화수소(HF)는 습식 공정용 제품 국산화에 성공하여 상당 부분 일본 의존을 해소했다. 불화수소는 액체 형태(습식)와 기체 형태(건식) 두 가지로 쓰이는데, 국내 업체들은 이 중 습식 불화수소를 안정적으로 생산·공급하는 데 성공했다.
반도체 생산라인에서 국산 습식 불화수소 활용 비중이 크게 늘면서, 일본산 수입액은 규제 이전 대비 크게 줄었다. 포토레지스트도 일부 성과를 냈다. 극자외선(EUV) 노광용이 아닌 ArF급 포토레지스트는 동진쎄미켐 등을 통해 상당 부분 국산 대체가 이뤄졌고, 메모리 제조 공정에 투입되기 시작했다. 이 밖에도 불산 계열 식각액, 프리커서(전구체) 가스, 소재용 타깃 등 비교적 난도가 낮거나 한국 업체들의 오랜 축적으로 강점이 있던 품목들은 국산화에 성공하거나 수입 다변화로 안정성을 확보한 사례가 적지 않다.
반면 첨단 공정 핵심품목들은 여전히 해외 의존도가 높다는 한계가 뚜렷하다. 앞서 언급한 불화수소의 경우 건식 불화수소는 일본 업체들의 독점에 가까운 영역으로 남아 있다. 건식 불화수소는 차세대 미세공정에서 필수적인데, 품질과 안정성 면에서 국산화 문턱을 넘지 못해 수입에 의존하는 실정이다. 포토레지스트 역시 EUV용 감광액은 기술 장벽이 높아 아직까지 일본과 미국 계열 기업의 제품을 써야 한다. 따라서 포토레지스트 국산화는 ArF 등 일부 공정에 한정되고, 정작 7nm 이하급 EUV 공정 소재는 수입에 의존하는 반쪽짜리 국산화라는 지적이 나온다.
장비 분야의 자립도는 더욱 낮다. 메모리와 파운드리 제조라인에 투입되는 첨단 노광장비(EUV)는 네덜란드 ASML이 사실상 독점하고 있고, 식각·증착 장비는 미국과 일본 업체들이 시장을 주도한다. 국내 반도체 장비 국산화율은 현재 약 20% 수준에 불과한 것으로 추정되며, 80%는 수입에 의존한다. 장비를 포함한 전체 소부장 자립화율도 30%대 수준에 머물고 있어, 핵심 장비나 소재는 여전히 글로벌 공급망 리스크에 노출돼 있다. 다시 말해, 국산화율 지표가 개선된 것은 사실이지만 그것이 곧 첨단 기술 자립을 의미하진 않는다. 소부장 국산화 성과를 내실화하기 위해서는 양적 자립률뿐 아니라 질적 기술 경쟁력 확보가 과제인 셈이다.
‘K-반도체 전략’과 소부장 특화단지 효과는?
K-반도체 전략은 국가 핵심 어젠다로 부상했다. 2021년 발표된 K-반도체 벨트 전략은 세제 혜택 확대, 인프라 지원, 인허가 간소화 등을 약속하며 기업들의 대규모 투자를 끌어냈다. 그 결과 삼성전자, SK하이닉스, 현대차 등 민간에서 향후 10년간 510조 원 규모의 투자계획이 쏟아졌고, 정부도 산업부 주도로 소부장 연구개발 및 시설투자에 대한 파격적인 세액공제 정책을 마련했다.
윤석열 정부 들어서는 이를 한층 발전시켜 2022년 ‘반도체 초강대국 달성 전략’을 선포, 공급망 자립화율 50% 달성과 소부장 1조 원 매출 기업 10개 육성을 2030년 목표로 제시했다. 현재 30% 수준인 소부장 자립화율을 50%까지 끌어올리겠다는 목표 하에, 향후 5년간 340조 원 규모의 기술개발 및 생산시설 투자가 추진되고 있다.
소부장 특화단지 정책도 핵심 축이다. 정부는 2022년부터 전국에 5곳 이상의 소재·부품·장비 특화단지를 지정해 지역별 클러스터를 육성하기 시작했다. 특히 경기 용인에는 세계 최대 규모의 반도체 메가 클러스터가 조성된다. 이 단지는 삼성전자가 2042년까지 300조 원을 투자해 파운드리 공장 5개를 짓는 초대형 프로젝트로, 여기에 국내외 소부장 기업 및 팹리스 등 최대 150개 기업이 함께 입주할 계획이다. 정부는 이 클러스터를 메모리·파운드리·팹리스·소부장에 이르는 전 밸류체인을 한곳에 집적한 글로벌 허브로 만들어, 산업 생태계의 결속을 강화한다는 구상이었다.
특화단지에는 공업용 용수, 전력, 용지 공급을 정부가 직접 지원하고, 입주 기업에는 연구개발 특별공제, 인허가 패스트트랙 등 각종 혜택을 부여해 기업들이 모이기 좋은 환경을 조성하고 있다. 이러한 전략의 실효성에 대해서는 기대와 과제가 병존한다.
긍정적으로는 국가 주도의 전략 발표 후 민간 투자가 활기를 띄며 국내 생산능력 확충과 공급망 다변화가 빨라졌다는 평가가 있다. 가령 용인 클러스터 발표 이후 미국의 듀폰, 일본의 JSR 등 해외 소부장 기업들도 한국에 연구센터나 생산공장 증설을 결정해 한국을 생산 거점으로 활용하려는 움직임이 나타났다. 이는 한국이 소재·장비의 글로벌 공급망 핵심기지로 부상할 기회를 만들고 있다.
다만 우려의 목소리도 존재한다. 특화단지 지정만으로 단기간에 기술격차를 좁히긴 어렵다는 지적이다. 땅을 마련해도 핵심 첨단장비는 해외에서 들여와야 한다. 소부장 산업은 긴 호흡의 투자가 필요한 분야인 만큼, 정부 지원이 단기 이벤트에 그치지 않고 일관된 정책으로 이어져야 한다는 주문이 나온다. 또한 지방에 지정된 일부 특화단지의 경우, 정작 앵커기업이 없어 클러스터로서 시너지가 미흡하다는 지적도 있다. 이에 정부는 산업 생태계 조성이 미진한 단지에는 금융·보조금 지원을 확충하고, 기술력이 부족한 부분은 외국 기업 R&D 센터 유치 등으로 메꿀 방침이다.
실제로 산업부는 용인 클러스터 내에 9000억 원 규모 최첨단 테스트베드를 구축해 2027년까지 가동할 계획인데, 이는 국내 소부장 기업이 개발한 소재나 장비를 실제 양산 라인 수준에서 검증·시험할 수 있는 공용 인프라가 될 것으로 기대된다. 현재까지 한국에는 이런 파일럿 라인이 없어, 중소기업이 신제품을 만들어도 삼성·SK 같은 현장에 직접 테스트를 의뢰해야 했는데, 테스트베드 완공은 그러한 공백을 채워줄 것으로 보인다. 이러한 지원책들이 차질 없이 이행된다면, 소부장 특화단지는 공급망 안정의 거점으로 안착할 가능성이 높지만, 실효성은 결국 지속적인 투자와 협력에 달려 있다.
중소 기업의 현실과 상생 생태계의 명암
소부장 자립화의 주역으로 떠오른 중소·중견 소재·장비 기업들의 표정은 밝지만은 않다. 반도체 공정 특성상, 소재·부품 하나를 바꾸려면 오랜 시간의 안정성 테스트와 라인 최적화 작업이 필요하다. 이 과정에서 생산라인 가동을 일부 포기해야 하고, 조금이라도 문제가 생기면 막대한 손실로 이어진다. 중소 공급업체 혼자 감당하기 어려운 이 리스크 때문에, 아무리 혁신적인 기술을 개발해도 현장 적용까지는 대기업의 협력이 필수적이다. 한 업계 관계자는 “반도체 소재는 테스트 기간이 매우 길고 비용이 많이 들기에, 종합반도체 기업이 나서주지 않으면 국산화에 한계가 있다”고 지적했다.
과거 대기업들은 수율 저하 등의 우려로 국산 소부장 도입에 보수적이라는 비판이 있었다. 그러나 일본발 위기 이후 분위기는 상당히 달라졌다. 삼성전자, SK하이닉스 등이 국산 개발품에 일정 물량을 할당해주거나 공동 개발에 참여하면서, 악순환이 개선되고 있다. 앞서 사례로 든 YIK뿐 아니라, 불화수소 국산화의 주역 솔브레인, 감광액 분야의 동진쎄미켐 등도 모두 수요기업의 시험 기회 제공과 피드백 덕분에 제품 완성도를 끌어올릴 수 있었다. 정부도 여기에 발맞춰 ‘소부장 으뜸기업 100’ 선정, 소부장 상생펀드 조성 등 여러 지원책을 폈다. 2023년 1분기부터 운용된 3000억 원 규모 반도체 생태계 펀드는 유망한 팹리스·소부장 기업에 투자해 성장을 돕고 있다.
그럼에도 중소기업들이 체감하는 현실은 녹록지 않다. 기술 인력 확보의 어려움, 개발 자금 부담, 그리고 무엇보다 글로벌 시장 개척의 한계가 존재한다. 국내 시장에서 채택을 받아도 해외로 진출하려면 더 큰 경쟁자들과 부딪혀야 한다. 이를 위해 산업계에서는 연합체 구성과 M&A 전략도 요구된다. 예컨대, 개별 부품으로는 경쟁력이 약해도 모듈 단위로 묶어 턴키 공급하는 방식이나, 소재-장비 기업이 컨소시엄을 이뤄 통합 솔루션을 제공하는 전략 등이 논의된다. 성공적인 소부장 생태계는 공급망 파트너십에 달려있다는 점에서, 대기업과 중소기업의 win-win 모델을 정착시키는 과제가 앞으로도 중요할 것으로 보인다.
패키징·첨단장비·인력 생태계 확대
K-반도체 소부장 자립화의 다음 목표로는 후공정 패키징, 첨단 장비 국산화, 인력 양성 등이 꼽힌다. 우선 반도체 패키징 분야는 AI 시대를 맞아 그 중요성이 급부상하고 있다. 특히 고대역폭메모리(HBM)와 같은 첨단 제품은 칩을 어떻게 패키징하느냐가 성능과 직결돼 패키지용 부품과 기술의 전략적 가치가 커졌다.
하지만 한국의 패키지 기술 경쟁력은 아직 선두권과 격차가 있다. 반도체 칩을 기판에 연결하는 패키지 기판 시장에서는 한국에도 LG이노텍, 심텍, 대덕전자 등 기업이 있지만, 세계 1위권은 대만 유니마이크론과 일본 이비덴·신코 등이 장악하고 있다. 다행히 정부도 최근 부품 분야 보조금과 금융지원을 확대해 패키징 기술의 반전을 노리고 있다.
특히 차세대 패키지 기판으로 꼽히는 유리 기판 기술에 국내 기업들이 주목하고 있다. 유리 기판은 기존 유기기판 대비 전기적 특성이 우수해 반도체 성능을 높여줄 미래 기술로, 삼성전기와 SKC, LG이노텍 등이 개발에 박차를 가하고 있다. 인텔 등 글로벌 기업도 투자하는 분야인 만큼, 한국이 이 신기술을 선점한다면 패키징 부문에서 글로벌 리더십을 확보할 가능성도 있다.
첨단 장비에 대한 자립 노력도 숙제로 남아 있다. 현실적으로 단기간 내에 EUV 노광장비나 첨단 식각장비를 국산화하기는 어려워, 한국은 동맹국 협력과 자체 R&D 투트랙 전략을 구사하고 있다. 우선 미국·일본·네덜란드 등 장비 강국과 긴밀한 협력을 통해 단기적으로 장비 수급 안정을 꾀하고, 중장기로는 국내 기술 개발 투자를 병행한다는 것이다. 이에 따라 미국 주도의 ‘칩4’ 동맹 참여 검토, 네덜란드 ASML의 한국 R&D센터 설립, 일본 니콘의 서비스센터 유치 등 다양한 국제 공조가 이뤄지고 있다.
한편으로 국내에서는 핵심 장비 부품이나 소프트웨어 등 부분적인 국산화를 통해 틈새를 공략하고 있다. 예를 들어 한미반도체와 한화세미텍 등 국내 기업들이 첨단 패키징 공정용 본더 장비 개발 경쟁에 나서, 세계 시장에서 일부 성과를 내고 있다는 평가를 받는다. 세메스는 세정·증착 장비 일부를 국산화해 삼성전자 라인에 공급하고 있고, SK하이닉스도 자체 기술로 개량한 노광용 펠리클을 도입하는 등 부분적 자급 사례가 늘고 있다. 이러한 노력들이 모이면 향후 수치상 장비 국산화율 20%를 점차 끌어올릴 것으로 기대되지만, 결과를 내기까지는 지속적인 투자와 시행착오가 불가피해 보인다.
마지막으로 인력 양성은 K-반도체 생태계 확장의 근간이다. 반도체 업계는 만성적인 인재 부족에 시달리고 있어, 공급망 자립을 위해서는 전문인력 풀 자체를 키워야 한다. 앞서 정부는 반도체 관련 학과 정원을 늘리고 계약학과·반도체 아카데미 등을 통해 학사급 실무 인재 약 3만 명, 석·박사급 고급인재 3700여 명을 양성하겠다는 계획을 밝혔다.
서울대, 연세대 등 주요 대학들이 반도체 계약학과를 신설하고, KAIST는 평택에 캠퍼스를 설립해 차세대 반도체 연구인력을 키우기로 했다. 또한 우수 해외 인재를 끌어들이기 위해 이공계 석박사 대상 사이언스 카드의 체류 기간을 기존 1년에서 최대 10년으로 대폭 늘리고, 외국인 연구자가 국내에서 생활하는 데 불편함이 없도록 원스톱 지원창구를 마련하는 등 인재 개방 정책도 추진된다.
산업계 역시 현장 맞춤형 교육을 강화하고 있으며, 삼성전자와 SK하이닉스는 자체 대학 프로그램을 통해 협력사 직원 및 취업준비생 대상의 반도체 기술 교육을 제공하고 있다. 사람에 대한 투자 없이는 장비도 소재도 발전할 수 없다는 인식 아래, 산학연이 힘을 모아 차세대 반도체 인재 육성에 박차를 가하는 모습이다.
자립화 2막을 향해가는 K-반도체
2019년의 위기에서 시작된 K-반도체 소부장 자립화 노력은 2025년 현재까지 양적·질적 성과와 한계를 동시에 보여주고 있다. 국산화율 지표는 개선됐고 일부 분야에서는 탈일본을 넘어 글로벌 경쟁력을 갖춘 기업도 등장했지만, 아직도 첨단 분야에서는 갈 길이 멀다. 다행히 정부와 기업 모두 이 같은 현실을 직시하고 두 번째 도약을 준비 중이다.
공급망 충격을 전화위복의 계기로 삼아, 한국은 이제 단순한 수입 대체를 넘어 소부장 강국을 꿈꾸고 있다. 이를 위해 남은 과제들은 분명하다. 지속적인 R&D 투자, 민·관의 끈질긴 협력, 인재 양성과 열린 생태계가 그것이다. 글로벌 공급망의 불확실성이 커지는 시대에, 한국 반도체 산업이 얼마나 탄탄한 자립 생태계를 구축해나갈지 주목된다.
헬로티 서재창 기자 |
