一、計劃概述
2022年8月，美國發(fā)布《芯片與科學法案》，法案通過微電子研究和下一代測量科學方法、標準和制造方法的開發(fā)，強調計量在美國確立半導體行業(yè)領導地位方面的關鍵作用。該法案要求NIST建立計量計劃，通過推進測量科學、標準、材料表征、儀器儀表、測試和制造能力，加強美國微電子面向未來的變革性應用和發(fā)展。2022年9月，NIST發(fā)布《美國半導體行業(yè)的戰(zhàn)略機遇》報告，對美國半導體生態(tài)系統(tǒng)面臨的關鍵計量挑戰(zhàn)以及應對這些挑戰(zhàn)的策略等進行了分析。報告強調，美國半導體行業(yè)正處于關鍵發(fā)展階段，而計量是最主要的挑戰(zhàn)，也是最亟待解決的關鍵問題。美國要繼續(xù)占據(jù)全球半導體產業(yè)的領先地位，就要在半導體的測量服務、先進計量研發(fā)試驗臺、先進制造計量新技術來源以及標準等方面發(fā)力并迎接挑戰(zhàn)。2023年4月25日，NIST發(fā)布《美國國家半導體技術中心愿景和戰(zhàn)略》報告，報告闡述了美國國家半導體技術中心（NSTC）將如何加快美國開發(fā)未來芯片和技術的能力，以保障美國的全球創(chuàng)新領先地位。2023年6月5日，NIST正式發(fā)布《半導體生態(tài)系統(tǒng)中的計量差距：建立芯片研發(fā)計量計劃的第一步》報告，指出芯片研發(fā)計量計劃，并將其進一步細化為10個優(yōu)先重點領域，以解決最關鍵的計量研發(fā)缺口，旨在通過先進的測量、標準化、建模和仿真來加強美國半導體產業(yè)。
二、美國半導體生態(tài)系統(tǒng)面臨的關鍵計量挑戰(zhàn)
重大挑戰(zhàn) | 行業(yè)/產業(yè)缺口 | 戰(zhàn)略重點 | 優(yōu)先重點領域 |
1.材料純度、性能和來源的計量 | 通過開發(fā)新的測量和標準，滿足不同供應鏈對半導體材料純度、物理性能和來源的日益嚴格的要求 | 開發(fā)專注于缺陷和污染物識別的測量技術、性能數(shù)據(jù)和標準，以支持整個供應鏈統(tǒng)一的材料質量和可追溯性 | 先進材料和設備計量 |
2.面向未來微電子制造的先進計量技術 | 確保關鍵計量技術的進步與前沿和未來的微電子和半導體制造并駕齊驅，同時保持美國的競爭優(yōu)勢 | 推進物理和計算計量工具，以適應先進的復雜、集成技術和系統(tǒng)的下一代制造 | 先進材料和設備計量
納米結構材料表征計量學 |
3.在先進封裝中實現(xiàn)集成組件的計量 | 提供跨越多個長度刻度的計量和物理特性，以加速未來一代微電子產品的先進封裝 | 發(fā)展精密元器件與新材料的復雜集成計量，支撐強大的國內先進微電子封裝產業(yè) | 適用于3D結構和設備的高級計量技術
先進封裝的材料表征計量 |
4.半導體材料、設計和元件的建模與仿真 | 改進對未來半導體材料、工藝、器件、電路和微電子系統(tǒng)設計進行有效建模和模擬所需的工具 | 使用多物理模型和下一代概念（如人工智能和數(shù)字孿生）創(chuàng)建先進的設計模擬器，使美國微電子設計師能夠勝任 | 高級模型的驗證和確認 |
5.半導體制造過程的建模與仿真 | 無縫建模和模擬整個半導體制造過程，從材料輸入到芯片制造、系統(tǒng)組裝和最終產品 | 開發(fā)先進的計算模型、方法、數(shù)據(jù)、標準、自動化和工具，使國內半導體制造商能夠提高產量，加快上市時間，增強競爭力 | 面向下一代制造流程的高級建模 |
6.微電子新材料、工藝和設備的標準化 | 規(guī)范支持和加快微電子和先進信息通信技術發(fā)展和制造的方法 | 為下一代材料、工藝和設備創(chuàng)建標準、驗證工具和協(xié)議，為美國工業(yè)加速創(chuàng)新和提高成本競爭力鋪平道路 | 高級測量服務
設備和軟件的互操作性標準
自動化、虛擬化和安全性標準 |
7.計量增強微電子元件和產品的安全性和來源 | 創(chuàng)造必要的計量進步，以增強供應鏈中微電子組件和產品的安全性和來源，并增加信任和保證。 | 尋求一種全面的硬件安全保護方法，包括標準、協(xié)議、正式測試流程和先進的計算技術，同時為供應鏈和最終產品中的微電子組件提供保證和來源。 | 供應鏈信任和高級計量的保障 |
