Japan beschleunigt seine Rückkehr an die Spitze der Halbleiterindustrie und Hokkaido ist zum Zentrum dieser Renaissance geworden. Die Insel, die für ihre Kuhweiden, Skigebiete und Sommerblumenfelder bekannt ist, beherbergt heute eines der ehrgeizigsten Chip-Herstellungsprojekte der Welt – die staatlich geförderte Rapidus-Fabrik. Die Gießerei strebt einen Durchbruch bei der Massenproduktion von 2-nm-Logikchips an.
Die Bedeutung dieses Projekts ist sowohl auf politischer als auch auf wirtschaftlicher Ebene außerordentlich. Tokio hat Rapidus rund 12 Milliarden US-Dollar zugesagt, was nur einen Teil des Marktes für „Halbleitersubventionen“ ausmacht. Darüber hinaus haben sich auch lokale Giganten wie Toyota, SoftBank und Sony den Reihen der Unterstützer angeschlossen.
Die neue Fabrik trägt den Namen „IIM-1 (Innovative Integrated Manufacturing)“ und befindet sich in der Stadt Chitose, in der Nähe des neuen Flughafens Chitose und in Pendlerentfernung zur Stadt Sapporo. Es befindet sich im Bibi World Industrial Park. Der Standort wurde aufgrund seiner stabilen Wasser- und Stromversorgung und seines geringeren Erdbebenrisikos als andere Kandidaten in Japan ausgewählt – entscheidend für hochempfindliche Lithographiegeräte.
Die Fabrikgestaltung berücksichtigt sowohl industrielle als auch regionale Besonderheiten. Junyoshi Koike, CEO von Rapidus, sagte, dass die Außenseite der Fabrik mit Gras bedeckt sein und sich in die ländliche Landschaft von Hokkaido einfügen werde. Hinter dieser grünen Hülle verbirgt sich eine geplante integrierte Front-End- und Back-End-Fertigungsbasis: Die erste 2-Nanometer-Testproduktionslinie soll zunächst in Produktion gehen, die groß angelegte Massenproduktion soll 2027 beginnen.
Aus technischer Sicht versucht Rapidus, in der anspruchsvollsten Phase des Prozessknotens in den Markt einzusteigen. Anfang des Jahres gab das Unternehmen bekannt, dass es erfolgreich versuchsweise 2-Nanometer-Gate-Allround-Transistoren (GAA) hergestellt hat. Dieser Erfolg war auf die Zusammenarbeit mit IBM und die Einführung des geistigen Eigentums des IBM Nanosheet-Prozesses zurückzuführen.
Derzeit haben nur TSMC und Samsung ähnliche Fähigkeiten in diesem Prozessbereich gezeigt, während Intel einen anderen Entwicklungsweg eingeschlagen hat und direkt von 7 Nanometern auf etwa 1,8 Nanometer springen wird, ohne einen 2-Nanometer-Knotenübergang einzurichten.
Für Japan ist es nicht wichtig, brauchbare 2-nm-Geräte auf 300-mm-Wafern realisieren zu können, um kurzfristig mit der Konkurrenz gleichzuziehen, sondern um zu beweisen, dass lokale Ingenieure über die weltweit führenden GAA-Integrationskapazitäten verfügen.
Rapidus hat ASMLs neueste Lithografiemaschine für extremes Ultraviolett (EUV) in der IIM-1-Fabrik installiert und ist damit das erste japanische Unternehmen, das diese Ausrüstung in der modernen Logikfertigung einsetzt. Diese Ausrüstung stammt aus der Hochleistungslinie von ASML und kann bei Volllast Hunderte von Wafern pro Stunde verarbeiten. Es integriert Hochleistungslichtquellen, optische Präzisionskomponenten und Ultrahochgeschwindigkeits-Waferplattformen.
Die Inbetriebnahme dieser Geräte erfordert ein hohes Maß an Koordination beim Fabrikbau, der Reinraumvorbereitung und der Gerätelieferung und erfüllt strikt die für den EUV-Betrieb erforderlichen Temperatur-, Feuchtigkeits- und Sauberkeitsspezifikationen.
Auf der Produktionsseite verwendet Rapidus eine andere Prozessarchitektur als die meisten ausgereiften Fabriken. Das Unternehmen plant, alle Front-End-Prozesse auf Einzelwafer-Geräten statt auf dem üblicherweise verwendeten Batch-/Einzelwafer-Hybrid auszuführen. Das heißt, jeder Wafer wird unabhängig voneinander abgeschieden, geätzt, gereinigt und anderen Prozessen unterzogen, sodass Ingenieure Parameter in Echtzeit anpassen und hochauflösende Daten auf jeder Schicht sammeln können.
Dieser datengesteuerte Prozess trägt dazu bei, die Defektdichte zu reduzieren und die Ausbeute zu steigern, insbesondere bei anspruchsvollen Knoten wie 2 nm, wo selbst winzige Änderungen der Linienbreite, des Versatzes oder der Seitenwanddetails zu Chipausfällen führen können. Rapidus ist davon überzeugt, dass die frühzeitige Erkennung von Verarbeitungsabweichungen und -anomalien den Zyklus vom Tape-out bis zur zertifizierten Massenproduktion verkürzen kann und sein Verkaufsargument „schnelle Reaktion und maßgeschneiderte Fertigung“ ausbaut, anstatt direkt mit großen Gießereien um Produktionskapazitäten zu konkurrieren.
Gleichzeitig baut Rapidus auch ein Verpackungsökosystem auf. In der Nähe der Stadt Chitose hat Seiko Epson in seinen Einrichtungen RCS (Back-End-Pilotproduktionslinie) eingesetzt, um Umverteilungsschicht-Interposer, Chip-Integration und 3D-Verpackungsprozesse zu entwickeln. Diese Technologien werden im Jahr 2027 in die Back-End-Produktionslinie IIM-1 überführt und ermöglichen es ihnen, eine integrierte Industriekette von der Transistorherstellung bis hin zu fortschrittlicher Verpackung und Prüfung zu realisieren und so ein Montagesystem für „hochwertige, bekanntermaßen gute Produkte“ zu bilden, um die Ausbeute zu verbessern.
Trotz der politischen Dynamik bestehen weiterhin Zweifel an den strukturellen Hindernissen. Das ASEAN+3 Macroeconomic Research Office schätzt, dass Rapidus bei seiner derzeitigen Finanzierung immer noch eine große Lücke von etwa 5 Billionen Yen (ca. 31,8 Milliarden US-Dollar) hat, die erforderlich sind, um eine Massenproduktion von 2 Nanometern im großen Maßstab zu erreichen. Analysten des Center for Strategic and International Studies wiesen außerdem darauf hin, dass Rapidus keine wirklichen Erfolge im Bereich der fortschrittlichen Fertigung vorweisen kann und stark auf die von IBM übertragene Technologie angewiesen ist, was weitaus geringer ist als die umfangreiche Prozessakkumulation, die TSMC und Samsung im Laufe der Jahre angesammelt haben.
Daher ist der Ausgang des Transformationskampfs von Rapidus voller Ungewissheit: Es muss nicht nur die ersten neuen Fabriken der Branche reibungslos in Betrieb nehmen, sondern auch die im Ausland entwickelten komplexen Prozessrezepte vor Ort übertragen, ein kommerzielles Niveau von 2 nm Ausbeute erreichen, stabile Kunden gewinnen und sicherstellen, dass sein Produktionsmodell „Einzelwafer + KI-Intelligenz“ den Produktionszyklus wirklich verkürzen kann.
Wenn die meisten dieser Ziele umgesetzt werden können, wird Japan seine Spitzenposition in der Halbleiterfertigung wiedererlangen. Wenn dies fehlschlägt, kann IIM-1 zu einem typischen Fall werden, in dem es darum geht, „die Rückkehr des Königs zu wünschen, aber von der Realität besiegt zu werden“.