लिथोग्राफी मशीनों के "मांसपेशियों के रेशे": दुर्लभ पृथ्वी के चुंबक नैनोमीटर स्तर की सटीकता का समर्थन करते हैं

सेमीकंडक्टर उपकरण का "क्राउन ज्वेल", लिथोग्राफी मशीन, को अक्सर "मानव उद्योग के ताज पर मोती" के रूप में सराहा जाता है। हालांकि, बहुत कम लोग जानते हैं कि इसकी "मोती" की स्थिति पूरी तरह से दुर्लभ पृथ्वी चुंबकों द्वारा समर्थित है। EUV लिथोग्राफी मशीनों को वेफर स्टेज को प्रति सेकंड कई मीटर की गति से हिलाने की आवश्यकता होती है, जबकि सब-नैनोमीटर स्थिति सटीकता बनाए रखना होता है। यह "उच्च गति लेकिन चट्टान-ठोस" गति दुर्लभ पृथ्वी स्थायी चुंबकों के "हिंसक आउटपुट" से संभव होती है।

नियोडिमियम आयरन बोरॉन (NdFeB) चुंबक मुख्य खिलाड़ी हैं। नियोडिमियम (Nd), आयरन और बोरॉन से बना यह मिश्र धातु पारंपरिक चुंबकों की तुलना में दस गुना अधिक चुंबकीय ऊर्जा उत्पाद रखता है, जिससे इसे "स्थायी चुंबकों का राजा" का खिताब मिला है। हालांकि, अकेले नियोडिमियम पर्याप्त नहीं है: जब लिथोग्राफी मशीन चालू होती है, तो मोटर का तापमान 100 से अधिक हो सकता है°C, और साधारण NdFeB चुंबक इस तापमान पर "विचुंबकित हो जाएंगे और काम करना बंद कर देंगे”। इस बिंदु पर, दो दुर्लभ पृथ्वी तत्व, डिस्प्रोसियम (Dy) और टेरबियम (Tb), खेल में आते हैं। वे "उच्च तापमान स्टेबलाइजर" की तरह काम करते हैं, जो चुंबक के क्यूरी तापमान (विचुंबकन महत्वपूर्ण बिंदु) को 312°C से बढ़ाकर 400°C से अधिक कर देते हैं। डेटा से पता चलता है कि एक एकल EUV लिथोग्राफी मशीन को दस किलोग्राम NdFeB चुंबकीय स्टील की आवश्यकता होती है, जिसमें नियोडिमियम लगभग 30% होता है, और डिस्प्रोसियम और टेरबियम प्रत्येक 1% से 3% तक होते हैं। ये "ट्रेस तत्व" सीधे तौर पर यह निर्धारित करते हैं कि क्या लिथोग्राफी मशीन प्रति घंटे 125 की गति से वेफर्स को स्कैन कर सकती है, जबकि स्थिति त्रुटि को 0.3 नैनोमीटर से कम रखा जा सकता है (जो पृथ्वी के व्यास में 1 सेंटीमीटर की त्रुटि के बराबर है)।

अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि यह निर्भरता लगभग अपूरणीय है। वर्तमान में, चीन सबसे उन्नत दुर्लभ पृथ्वी स्थायी चुंबकों की वैश्विक उत्पादन क्षमता का 90% से अधिक हिस्सा है, और चीन के पास डिस्प्रोसियम और टेरबियम के वैश्विक भंडार का क्रमशः 73% और 40% हिस्सा है। दुर्लभ पृथ्वी चुंबकों के बिना, लिथोग्राफी मशीन का वेफर स्टेज एक "पार्किंसंस रोगी" बन जाएगा, और यहां तक कि 28-नैनोमीटर प्रक्रियाओं का बड़े पैमाने पर उत्पादन करना भी असंभव होगा, 3-नैनोमीटर प्रक्रियाओं की तो बात ही छोड़ दें।