据战略科技前沿微信公众号报道，2023年6月5日，美国国家标准与技术研究院（NIST）发布了《半导体生态系统中的计量缺口》报告，旨在为CHIPS研发计量计划的受资助者提供指南，以便与CHIPS法案目标对齐。报告描述了CHIPS研发计量计划（CHIPS R&D Metrology Program）的产生、发展和战略优先领域，设计了一个旨在通过先进的测量、标准、建模和模拟加强美国半导体行业的计量计划。报告结合了NIST历时两年多的调查、研究结果，最终遴选确定出10项优先发展的重点领域，被视为CHIPS研发计量计划的研究组合路线图。
一、美国CHIPS研发计量计划的产生和发展历程
美国“芯片法案”拟投资500万美元用于实施美国的芯片发展战略，其中110亿美元用于CHIPS研发计划以发展微电子和半导体研发生态系统。CHIPS研发计划包含国家半导体技术中心（NSTC）、国家先进封装制造计划（NAPMP）、三家新的美国制造研究所（Manufacturing USA）、计量计划等四个组成部分。“芯片法案”规定了整个CHIPS研发计划的计量活动，要求：（1）NIST设立一个计量计划，以通过多学科研发增强美国半导体产业；（2）国家半导体技术中心支持使用3nm或更先进工艺制造微芯片的先进计量和表征，以及安全和供应链验证的计量；（3）先进封装制造计划和新制造研究所加强半导体先进测试能力，以支持国内生态系统。
2021年6月，NIST正式成立了一个半导体计量工作组，由代表NIST的6个实验室项目的计量主题专家组成。该工作组的最初目标是了解影响美国国内半导体发展的基础计量研发缺口，帮助NIST为CHIPS研发计量计划如何实现2021财年《国防授权法案》（NADD）中设定的目标建立发展愿景。NIST早期研究确定了反映美国半导体行业技术需求的八个计量研发主题领域，具体包括：（1）材料和尺寸缩放计量；（2）高通量制造的在线计量；（3）为供应商提供材料质量检测；（4）改进设计和制造的数字化手段；（5）先进封装的新型计量；（6）面向未来的先进封装关键领域；（7）材料和器件：表征、建模和设计；（8）半导体开发和供应链的安全和信任。
这八个主题领域为2022年4月召开的两个行业研讨会提供了议程，确定了最优先的计量研发需求。这些研讨会的讨论成果被总结发表在了2022年9月NIST发布的《美国半导体制造业的战略机遇》报告中。该报告从计量角度确定了7大挑战和32个研发方向。半导体计量工作组后来认识到32个研发方向描述了许多重叠或类似的计量概念和研发战略，可以合并这些概念和研发战略以更加紧密地使微电子计量需求与NIST的需求保持一致。因此，2022年10月CHIPS研发计量计划将32个研发方向整合为20个重点领域，到2022年11月又进一步凝练为10个优先发展的重点领域，以解决最关键的计量研发缺口。
二、美国CHIPS研发计量计划优先发展重点领域的遴选及确定
自2020年12月以来，NIST指导了一系列利益相关者研讨、内部能力评估和战略规划活动。活动亮点包括：（1）举办两个计量研发研讨会，以了解影响美国国内半导体制造能力的技术缺口（2022年4月）；（2）组建一个由NIST的计量专家（来自中小企业）和实验室主任组成的内部小组，以审查利益相关者需求（2022年10月）；（3）NIST研究人员为确定计量研发的优先发展领域而进行了研究组合建议的统计分析（2022年11月）。
通过利益相关者参与和内部项目收集的数据表明，半导体产业界、学术界和政府机构在半导体设计和制造价值链的所有阶段都需要更先进的计量，包括实验室的基础和应用研发、规模化的原型制作、工厂制造以及组装、封装和性能验证等阶段。NIST最终遴选确定出10项优先发展的重点领域清单，以解决美国微电子行业最亟需的计量技术。
CHIPS研发计量计划的10项优先发展重点领域分为两类：
1. 自动化、虚拟化和安全性，包括：（1）用于供应链信任和安全的先进计量；（2）先进模型的验证和确认；（3）下一代制造工艺的先进建模；（4）自动化、虚拟化和安全的标准；（5）设备和软件的互操作性标准。
2. 下一代微电子技术的计量，包括：（1）先进材料和器件的计量；（2）纳米结构材料表征的计量；（3）先进测量服务；（4）针对3D结构及器件的先进计量；（5）先进封装的材料表征计量。
为确保优先发展的重点领域和未来里程碑能够与高优先级的行业需求保持一致，CHIPS研发计量计划基于IEEE发布的两个微电子行业路线图——《异构集成路线图》（The Heterogeneous Integration Roadmap）和《国际器件与系统路线图》的计量章节（The International Roadmap for Devices and Systems, Metrology Chapter）进行了系统的全景评估。通过综合分析确定了影响当前和未来微电子计量利益相关者共同技术缺口和创新机会，并验证了CHIPS研发计量计划制定期间收集的数据。
三、美国CHIPS研发计量计划工作展望
展望未来，CHIPS研发计量计划的领导层将参考内外部利益相关者提供的意见，来进行预算制定和执行、项目优先级排序、项目规划和项目管理。保持外部参与仍将是CHIPS研发计量计划的主要重点，以加强沟通和推广方法，并收集对未来研发项目规划和实施有直接影响的意见。NIST将继续利用各种方法来引导利益相关者的参与，如虚拟研讨会、工作组会议、面对面活动、技术演示以及专注于商业化和技术转让的外部研究伙伴关系。此外，CHIPS研发计量计划还将通过社交媒体、NIST网站、新闻简报和主题邮件订阅等方式定期发布并更新研究进展和资助机会。
