Japan versnelt zijn terugkeer naar de top van de halfgeleiderindustrie, en Hokkaido is het centrum van deze renaissance geworden. Het eiland, bekend om zijn koeienweiden, skigebieden en zomerbloemenvelden, is nu de thuisbasis van een van 's werelds meest ambitieuze chipproductieprojecten: de door de overheid gesteunde Rapidus-fabriek. De gieterij streeft naar een doorbraak in de massaproductie van 2 nm logicachips.

De betekenis van dit project is buitengewoon, zowel op politiek als economisch vlak. Tokio heeft ongeveer 12 miljard dollar toegezegd aan Rapidus, dat slechts een deel is van de markt voor 'halfgeleidersubsidies'. Daarnaast hebben ook lokale giganten als Toyota, SoftBank en Sony zich bij de ondersteuning aangesloten.

De nieuwe fabriek heet "IIM-1 (Innovative Integrated Manufacturing)" en is gevestigd in Chitose City, dicht bij de New Chitose Airport en op reisafstand van Sapporo City. Het bevindt zich in het Bibi World Industrial Park. De locatie werd gekozen vanwege de stabiele water- en elektriciteitsvoorziening en het lagere aardbevingsrisico dan andere kandidaten in Japan - cruciaal voor zeer gevoelige lithografieapparatuur.

Bij het fabrieksontwerp is rekening gehouden met zowel industriële als regionale kenmerken. Rapidus CEO Junyoshi Koike zei dat de buitenkant van de fabriek bedekt zal zijn met gras en zal opgaan in het landelijke landschap van Hokkaido. Achter deze groene schil bevindt zich een geplande front-end en back-end geïntegreerde productiebasis: de eerste proefproductielijn van 2 nanometer zal naar verwachting als eerste in productie worden genomen, en de grootschalige massaproductie zal naar verwachting in 2027 van start gaan.

Vanuit technisch perspectief probeert Rapidus de markt te betreden in de meest veeleisende fase van het procesknooppunt. Eerder dit jaar maakte het bedrijf bekend dat het met succes proefgeproduceerde 2-nanometer gate-all-around (GAA)-transistors had geproduceerd. Deze prestatie was te danken aan de samenwerking met IBM en de introductie van IBM's intellectuele eigendom op het gebied van nanosheet-processen.

Momenteel hebben alleen TSMC en Samsung soortgelijke capaciteiten op dit procesgebied aangetoond, terwijl Intel een andere ontwikkelingsroute heeft gevolgd en direct van 7 nanometer naar ongeveer 1,8 nanometer zal springen zonder een knooppuntovergang van 2 nanometer op te zetten.

Voor Japan is het belang van het kunnen realiseren van bruikbare 2 nm-apparaten op 300 mm-wafers niet het inhalen van de concurrentie op de korte termijn, maar het bewijzen dat lokale ingenieurs over de leidende GAA-integratiemogelijkheden ter wereld beschikken.

Rapidus heeft ASML's nieuwste extreem ultraviolet (EUV) lithografiemachine geïnstalleerd in de IIM-1-fabriek en is daarmee het eerste Japanse bedrijf dat dit niveau van apparatuur inzet voor de productie van geavanceerde logica. Deze apparatuur komt uit de hoge productielijn van ASML en kan op volle belasting honderden wafers per uur verwerken. Het integreert krachtige lichtbronnen, optische precisiecomponenten en ultrasnelle waferplatforms.

Het in gebruik nemen van deze apparatuur vereist een hoge mate van coördinatie bij de fabrieksbouw, de voorbereiding van de cleanroom en de levering van de apparatuur, en voldoet strikt aan de temperatuur-, vochtigheids- en reinheidsspecificaties die vereist zijn voor EUV-werking.

Aan de productiekant hanteert Rapidus een andere procesarchitectuur dan de meeste volwassen fabrieken. Het bedrijf is van plan om alle front-end-processen op single-wafer-apparatuur te laten draaien in plaats van op de veelgebruikte batch/single-wafer-hybride. Dat wil zeggen dat elke wafer onafhankelijk afzettings-, ets-, reinigings- en andere processen ondergaat, waardoor ingenieurs in realtime parameters kunnen aanpassen en gegevens met hoge resolutie op elke laag kunnen verzamelen.

Dit datagestuurde proces helpt de defectdichtheid te verminderen en de opbrengstverbetering te versnellen, vooral bij veeleisende knooppunten zoals 2 nm, waar zelfs kleine veranderingen in lijnbreedte, offset of zijwanddetails chipfouten kunnen veroorzaken. Rapidus is van mening dat vroege detectie van verwerkingsafwijkingen en -afwijkingen de cyclus van tape-out naar gecertificeerde massaproductie kan verkorten en zijn verkoopargument van "snelle respons en productie op maat" kan opbouwen in plaats van rechtstreeks te concurreren met grote gieterijen om productiecapaciteit.

Rapidus bouwt tegelijkertijd ook aan een verpakkingsecosysteem. In de buurt van Chitose City heeft Seiko Epson RCS (back-end pilot production line) in zijn faciliteiten geïmplementeerd om herverdelingslaaginterposers, matrijsintegratie en 3D-verpakkingsprocessen te ontwikkelen. Deze technologieën zullen in 2027 overgaan naar de IIM-1 back-end productielijn, waardoor ze een geïntegreerde industriële keten kunnen realiseren, van de productie van transistors tot geavanceerde verpakkingen en testen, waardoor een assemblagesysteem van "hoogwaardig bekend goed product" wordt gevormd om de opbrengsten te verbeteren.

Ondanks het politieke momentum bestaan ​​er nog steeds twijfels over de structurele obstakels. Het ASEAN+3 Macroeconomic Research Office schat dat Rapidus nog steeds een groot gat heeft in zijn huidige financiering van ongeveer 5 biljoen yen (ongeveer 31,8 miljard dollar) die nodig is om grootschalige massaproductie van 2 nanometer te realiseren. Analisten van het Centrum voor Strategische en Internationale Studies wezen er ook op dat Rapidus geen daadwerkelijke prestaties heeft geleverd op het gebied van geavanceerde productie en sterk afhankelijk is van de technologie die door IBM is overgedragen, wat veel minder is dan de diepgaande procesaccumulatie die TSMC en Samsung in de loop der jaren hebben opgebouwd.

Daarom is de uitkomst van de transformatiestrijd van Rapidus vol onzekerheid: het moet niet alleen de eerste batch nieuwe fabrieken in de industrie soepel in productie brengen, maar ook de complexe procesrecepten die in het buitenland zijn ontwikkeld lokaal overbrengen, een commercieel niveau van 2 nm-opbrengst bereiken, stabiele klanten aantrekken en verifiëren dat het productiemodel van "single wafer + AI intelligence" de productiecyclus echt kan verkorten.

Als de meeste van deze doelstellingen kunnen worden verwezenlijkt, zal Japan zijn leidende positie op het gebied van de halfgeleiderproductie herwinnen. Als het mislukt, kan IIM-1 een typisch geval worden van 'willen dat de koning terugkeert, maar verslagen worden door de realiteit'.