半導(dǎo)體行業(yè)計量七大挑戰(zhàn)及對應(yīng)優(yōu)先重點領(lǐng)域

2023年6月5日，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院nist發(fā)布《半導(dǎo)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，指出半導(dǎo)體行業(yè)面臨的計量挑戰(zhàn)，以及芯片研發(fā)計量計劃的創(chuàng)建、發(fā)展和戰(zhàn)略重點。報告指出了影響半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)中計量差距的10個優(yōu)先重點領(lǐng)域，以解決美國微電子工業(yè)中最高優(yōu)先級的計量差距。報告指出計量是所有芯片研發(fā)計劃的基礎(chǔ)，將與其他芯片研發(fā)項目緊密相連。

一、計劃概述

2022年8月，美國發(fā)布《芯片與科學(xué)法案》，法案通過微電子研究和下一代測量科學(xué)方法、標(biāo)準(zhǔn)和制造方法的開發(fā)，強調(diào)計量在美國確立半導(dǎo)體行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位方面的關(guān)鍵作用。該法案要求nist建立計量計劃，通過推進(jìn)測量科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)、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(yīng)用和發(fā)展。2022年9月，nist發(fā)布《美國半導(dǎo)體行業(yè)的戰(zhàn)略機遇》報告，對美國半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵計量挑戰(zhàn)以及應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的策略等進(jìn)行了分析。報告強調(diào)，美國半導(dǎo)體行業(yè)正處于關(guān)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(guān)鍵問題。美國要繼續(xù)占據(jù)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位，就要在半導(dǎo)體的測量服務(wù)、先進(jìn)計量研發(fā)試驗臺、先進(jìn)制造計量新技術(shù)來源以及標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)體技術(shù)中心愿景和戰(zhàn)略》報告，報告闡述了美國國家半導(dǎo)體技術(shù)中心(nstc)將如何加快美國開發(fā)未來芯片和技術(shù)的能力，以保障美國的全球創(chuàng)新領(lǐng)先地位。2023年6月5日，nist正式發(fā)布《半導(dǎo)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(jìn)一步細(xì)化為10個優(yōu)先重點領(lǐng)域，以解決最關(guān)鍵的計量研發(fā)缺口，旨在通過先進(jìn)的測量、標(biāo)準(zhǔn)化、建模和仿真來加強美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

二、美國半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)面臨的關(guān)鍵計量挑戰(zhàn)

2022年9月的《美國半導(dǎo)體行業(yè)的戰(zhàn)略機遇》報告中，確定了從計量學(xué)角度需要重點關(guān)注的7大挑戰(zhàn)，以實現(xiàn)美國領(lǐng)導(dǎo)的全球半導(dǎo)體行業(yè)的未來國家愿景。到2022年11月，芯片研發(fā)計量計劃將其投資組合進(jìn)一步細(xì)化為10個優(yōu)先重點領(lǐng)域，以解決最關(guān)鍵的計量研發(fā)缺口。七大挑戰(zhàn)及對應(yīng)優(yōu)先重點領(lǐng)域如下：

三、優(yōu)先發(fā)展重點領(lǐng)域，確保美國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)力

nist通過利益相關(guān)者參與和內(nèi)部規(guī)劃收集的數(shù)據(jù)證實，行業(yè)、學(xué)術(shù)界和政府組織需要在半導(dǎo)體設(shè)計和制造價值鏈的所有階段采用更先進(jìn)的計量方法，包括實驗室的基礎(chǔ)和應(yīng)用研發(fā)、大規(guī)模原型設(shè)計、工廠制造以及組裝、封裝和性能驗證等，列出了10個優(yōu)先重點領(lǐng)域，以解決美國微電子工業(yè)的最高優(yōu)先級計量差距。10個優(yōu)先重點領(lǐng)域分為兩大類，分別為：

1.自動化、虛擬化和安全性：

(1)供應(yīng)鏈信任和高級計量的保障

(2)高級模型的驗證和確認(rèn)

(3)面向下一代制造流程的高級建模

(4)自動化、虛擬化和安全性標(biāo)準(zhǔn)

(5)設(shè)備和軟件的互操作性標(biāo)準(zhǔn)

2.下一代微電子計量：

(1)先進(jìn)材料和設(shè)備計量

(2)納米結(jié)構(gòu)材料表征計量學(xué)

(3)高級測量服務(wù)

(4)適用于3d結(jié)構(gòu)和設(shè)備的高級計量技術(shù)

(5)先進(jìn)封裝的材料表征計量

四、對我國的啟示和建議

半導(dǎo)體對美國的國家安全、經(jīng)濟增長、以及公共健康安全至關(guān)重要。半導(dǎo)體的革命性進(jìn)步繼續(xù)推動通信、信息技術(shù)、醫(yī)療保健、軍事系統(tǒng)、交通、能源和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的創(chuàng)新。隨著設(shè)備變得更復(fù)雜、更小和多層，并提供前所未有的性能，半導(dǎo)體創(chuàng)造轉(zhuǎn)型變革的潛力正在成倍增加。

而發(fā)展半導(dǎo)體的真正挑戰(zhàn)是計量，計量在半導(dǎo)體制造步驟中扮演著重要角色，計量進(jìn)步是加速半導(dǎo)體行業(yè)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。從實驗室的基礎(chǔ)和應(yīng)用研發(fā)到概念驗證、大規(guī)模原型制作、工廠制造、組裝和包裝，以及最終部署前的性能驗證，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的所有階段都需要計量。計量和標(biāo)準(zhǔn)在美國芯片研發(fā)創(chuàng)新中的地位舉足輕重，作為美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院，nist是研發(fā)創(chuàng)新的引領(lǐng)者，nist在開發(fā)半導(dǎo)體制造的計量工具、標(biāo)準(zhǔn)和方法方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過《芯片法案》，美國政府批準(zhǔn)了支持美國半導(dǎo)體制造、研發(fā)和供應(yīng)鏈安全的激勵措施和計劃。國會已明確授權(quán)并撥款加速nist下一代微電子的計量研發(fā)，以實現(xiàn)立法目標(biāo)。

該報告是nist建立和擴大計量研發(fā)計劃的重要路線圖，以支持美國半導(dǎo)體行業(yè)下一代微電子的重點戰(zhàn)略。通過推進(jìn)測量科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)，促進(jìn)美國的創(chuàng)新和工業(yè)競爭力?？梢钥闯觯绹Ｍㄟ^解決計量挑戰(zhàn)，推動美國半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，將美國定位為下一代微電子所必需的計量領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。

近年來，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在國家科技計劃和政策支持下取得了快速發(fā)展。面對國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新競爭格局，我國應(yīng)積極應(yīng)對，制定半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略和協(xié)同措施，做好近、中、遠(yuǎn)期重點任務(wù)的統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)。重視計量在半導(dǎo)體中的地位和作用，加大科技投入，建立我國半導(dǎo)體領(lǐng)域國家計量戰(zhàn)略科技力量，充分發(fā)揮國家級計量科研機構(gòu)的引領(lǐng)作用，集中優(yōu)勢力量加快計量研發(fā)和創(chuàng)新速度，實現(xiàn)我國在半導(dǎo)體領(lǐng)域的科技自立自強。