Banebrydende kvanteprojekt skal fjerne flaskehalse i chipproduktionen

Med en investering fra Innovationsfonden udvikler et dansk-hollandsk konsortium næste generation af fejlanalyseværktøjer til halvlederindustrien. Projektet NG-QDMM skal gøre det muligt at kortlægge elektriske fejl i avancerede mikrochips hurtigt, præcist og uden at ødelægge komponenterne – og dermed reducere spild, forkorte udviklingstid og styrke Europas teknologiske suverænitet.

Moderne mikrochips er fundamentet for alt fra kunstig intelligens og 5G til elbiler og grøn energi. Men efterhånden som chiparkitekturer bliver tredimensionelle og stadig mere komplekse, har fejl- og kvalitetskontrol svært ved at følge med. I dag kan det tage uger at lokalisere en fejl i en avanceret chip – ofte ved hjælp af destruktive metoder, der kræver, at komponenten skæres op.

Det nye forskningsprojekt NG-QDMM (Next Generation Quantum Diamond Magnetic Microscope) vil ændre dette fundamentalt. Innovationsfonden investerer 28,8 mio. kroner i projektet via sit Grand Solutions-program.

En magnetisk ”røntgen” af elektriske strømme

Projektet udvikler et kvantebaseret måleinstrument, der ved hjælp af såkaldte NV-centre i syntetisk diamant kan måle de ekstremt svage magnetfelter, som elektriske strømme skaber inde i en chip. Teknologien gør det muligt at visualisere strømforløb i realtid med sub-mikrometer opløsning – uden fysisk kontakt og uden at beskadige komponenten.

Målet er at levere en fuldt integreret prototype, der kan installeres direkte i industrielle fejlanalyselaboratorier. Samtidig er projektet designet med en klar udviklingsstige: fra avanceret fejlanalyse til near-line metrologi og på sigt in-line produktionsovervågning. Teknologien skal dermed ikke blot forklare, hvorfor en chip fejler, men også bidrage til løbende procesoptimering og realtidsbaseret kvalitetskontrol i selve produktionen.

- Halvlederindustrien står over for et voksende diagnose- og yield-problem. Chips bliver mere komplekse, og især avanceret 2.5D- og 3D-integration presser de eksisterende analyseværktøjer. Med dette nye projekt introducerer vi en ny målemodalitet, der gør det muligt at se elektriske strømme tredimensionelt og uden at ødelægge komponenten. Det giver både hurtigere fejlanalyse og et fundament for at flytte målingerne ind i produktionen og dermed forebygge fejl, før de udvikler sig til kostbare yield-tab, siger Marvin Holten, CTO i Diasense.

Hurtigere time-to-market og mindre spild

I dag kan nye chipdesigns kræve tre til fem fejlrevisionsrunder, før produktionen når tilfredsstillende udbytte (yield). Hver iteration kan koste millioner og forsinke markedsintroduktion med flere uger.

Projektet forventes at kunne reducere analysetiden betydeligt og i mange tilfælde spare én fuld fejlsøgningsrunde. På længere sigt rækker perspektivet videre end traditionel fejlanalyse: Ved at flytte teknologien ind i produktionslinjen kan målingerne anvendes til at opdage procesafvigelser tidligere og dermed forebygge fejl, før de udvikler sig til kostbare yield-tab. Det kan betyde hurtigere time-to-market og lavere materialespild – et vigtigt bidrag til både konkurrenceevne og bæredygtighed i en industri, hvor selv små forbedringer har store økonomiske konsekvenser. I en tid hvor det globale boom inden for AI-chipsets bremses af lave yields i avancerede pakkemetoder som 2.5D- og 3D-integration, kan mere præcis og produktionsnær elektrisk billeddannelse blive en nøgle til at identificere og afhjælpe de fejlmekanismer, der i dag udgør en reel flaskehals for skalering.

Samtidig adresserer projektet et strategisk behov i Europa og styrker samarbejdet mellem danske og hollandske aktører i den europæiske halvlederværdikæde. Avanceret fejlanalysekapacitet er i dag koncentreret i Asien og Nordamerika. Ved at opbygge stærke kvantebaserede diagnoseværktøjer i Danmark og Europa bidrager forskningsprojektet til at styrke den europæiske halvlederværdikæde i tråd med ambitionerne i EU’s Chips Act.

Fra kvantefysik til industriel løsning

Projektet, der er baseret på over 15 års forskning på DTU's fysikinstitut, samler førende danske og europæiske kompetencer inden for kvantefysik, metrologi og industriel test. Diasense leder udviklingen af det samlede instrument, mens DTU vil udvikle avancerede kvantesensorprotokoller og udforske grundlæggende begrænsninger. FORCE Technology og DFM sikrer industriel integration og sporbar kalibrering, og Eurofins MASER står for industriel validering i reelle fejlanalysesituationer.

Sammen skal partnerne udvikle en robust, brugervenlig og skalerbar platform, der kan blive en ny standard inden for halvlederdiagnostik.

Fakta

• Innovationsfondens investering: 28,8 mio. kr.
• Samlet budget: 42,9 mio. kr.
• Varighed: 3 år
• Officiel titel: Next Generation Semiconductor Failure Analysis with Quantum Diamond Magnetic Microscope (NG-QDMM)

Om partnerne

Diasense ApS er en dansk deep-tech virksomhed og spinout fra DTU, der udvikler kvantebaserede magnetiske mikroskoper til avanceret fejlanalyse og metrologi.

Danmarks Tekniske Universitet (DTU) bidrager med internationalt førende forskning i kvantesensorer og NV-baseret magnetometri.

FORCE Technology er dansk GTS-institut med stærke kompetencer inden for test, elektronik, sensorer, måleteknik og industriel integration.

DFM (Dansk Fundamental Metrologi) udvikler den optiske pakke og sikrer samtidig sporbare målemetoder, standarder og metrologisk kvalitet.

Eurofins MASER (Holland) er specialiseret i halvlederdiagnostik og validerer systemet på en bred portefølje af avancerede chip- og pakketeknologier samt benchmarker ydeevnen direkte mod eksisterende state-of-the-art analyseværktøjer.