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Publié le 12 janvier 2025. L’archipel japonais mise tout sur l’île d’Hokkaido pour relancer son industrie de semi-conducteurs, avec la construction d’une usine de pointe capable de produire des puces de 2 nanomètres, un enjeu stratégique face à la domination américaine et taïwanaise.

• Le Japon investit massivement dans Rapidus, une fonderie soutenue par l’État, pour développer une production de puces logiques de 2 nanomètres.
• L’usine IIM-1, en construction à Chitose, intègre des technologies de pointe et une approche de production innovante axée sur la flexibilité et la rapidité.
• Malgré un soutien financier important et des avancées technologiques, Rapidus doit surmonter des défis structurels et un manque d’expérience en fabrication de pointe.

Hokkaido, plus connue pour ses produits laitiers, ses stations de ski et ses champs de fleurs, se transforme en un nouveau pôle technologique. Le Japon, autrefois leader dans l’industrie des semi-conducteurs, cherche à reconquérir sa place sur la scène mondiale, face à la concurrence féroce de Taïwan et des États-Unis. Pour y parvenir, le gouvernement japonais a mis en place un plan ambitieux, centré sur la fonderie Rapidus et son projet de production de puces logiques de 2 nanomètres (2 nm).

L’investissement public est colossal : environ 12 milliards de dollars ont déjà été alloués à Rapidus, auxquels s’ajoutent des dizaines de milliards de dollars de subventions pour l’ensemble de l’industrie des puces. Ce soutien est complété par l’engagement de géants économiques japonais tels que Toyota, SoftBank et Sony, tous désireux de voir le pays retrouver son indépendance technologique.

L’usine phare de Rapidus, baptisée IIM-1 (Innovative Integration for Manufacturing), est en cours de construction à Chitose, près de l’aéroport international de Chitose et accessible depuis Sapporo. Le choix de cet emplacement n’est pas anodin : il répond à des critères techniques précis, notamment une source d’approvisionnement stable en eau et en électricité, ainsi qu’un risque sismique relativement faible, essentiel pour garantir le bon fonctionnement des équipements de lithographie sensibles aux vibrations.

Selon Atsuyoshi Koike, PDG de Rapidus, l’usine sera conçue pour s’intégrer harmonieusement dans le paysage d’Hokkaido, avec une façade recouverte de végétation. IIM-1 ambitionne d’être une base de production complète, couvrant toutes les étapes, du front-end au back-end. La ligne pilote de puces de 2 nm devrait être opérationnelle prochainement, avant le lancement de la production de masse prévu pour 2027.

Rapidus a récemment annoncé avoir réussi à prototyper un transistor GAA (Gate-All-Around) de 2 nm, grâce à une collaboration avec IBM et à l’accès à la technologie exclusive de nanofeuilles de l’entreprise américaine. Seules TSMC et Samsung ont, jusqu’à présent, démontré des capacités similaires. Intel, quant à elle, a opté pour une approche différente, en ciblant directement le nœud 1,8 nm.

La réussite de la fabrication de transistors de 2 nm sur des tranches de 300 mm ne positionnera pas immédiatement le Japon comme un concurrent direct des leaders du marché. Cependant, elle prouvera la capacité des ingénieurs japonais à maîtriser la technologie GAA de pointe, une étape cruciale pour rétablir une position solide dans la chaîne d’approvisionnement mondiale.

Rapidus a également franchi une étape importante en installant un scanner EUV (Extreme Ultraviolet) de pointe d’ASML à l’IIM-1, devenant ainsi la première entreprise japonaise à utiliser un équipement EUV de classe production pour les puces logiques avancées. Cette machine, capable de traiter des centaines de tranches par heure, est dotée d’une source de lumière haute puissance, d’optiques de précision et d’un système de positionnement extrêmement rapide.

L’installation de ce scanner a été un processus complexe, nécessitant une synchronisation parfaite entre la construction des installations, la préparation de la salle blanche et la livraison des équipements, tout en respectant des tolérances strictes en matière de température, d’humidité et de niveaux de contamination.

Rapidus adopte une approche de production atypique, privilégiant les appareils mono-wafer pour tous les processus frontaux, contrairement à la plupart des grandes fonderies qui utilisent une combinaison de lots et de mono-wafer. Chaque tranche est traitée individuellement, permettant un ajustement précis des paramètres en temps réel et la collecte de données haute résolution pour chaque couche. Cette méthode, bien que potentiellement plus lente, devrait accélérer l’optimisation du rendement, réduire les défauts et raccourcir le cycle de développement.

Parallèlement, Rapidus développe un écosystème d’emballage, en collaboration avec Seiko Epson, également à Chitose. Une ligne pilote back-end, appelée RCS, est dédiée aux interposeurs RDL, à l’intégration de chipsets et au packaging 3D. Cette technologie devrait être transférée à l’usine IIM-1 à partir de 2027, permettant à Rapidus de contrôler l’ensemble de la chaîne de fabrication, de la création des transistors au conditionnement et aux tests, avec un système de « puces connues » pour améliorer le rendement d’assemblage.

Malgré la forte dynamique politique, des défis structurels subsistent. AMRO estime que le financement public actuel est encore insuffisant, estimant les besoins totaux à environ 5 000 milliards de yens (31,8 milliards de dollars) pour atteindre une production stable de 2 nm à grande échelle.

Les analystes du Centre d’études stratégiques et internationales soulignent également le manque d’expérience de Rapidus en matière de fabrication de pointe et sa forte dépendance au transfert de technologie d’IBM, contrairement aux décennies d’expertise de TSMC et Samsung.

Ce projet ambitieux pourrait donc se transformer en une histoire de retour triomphal ou en un avertissement sur la difficulté de rattraper son retard technologique. Rapidus devra relever de nombreux défis : mettre en service une nouvelle génération d’usines, transférer des recettes de processus complexes, réduire les défauts à des niveaux acceptables, convaincre les clients de passer commande et prouver l’efficacité de son modèle de production mono-wafer basé sur l’intelligence artificielle.