Le "fibre muscolari" delle macchine per la litografia: i magneti delle terre rare consentono una precisione a livello nanometrico

Il "gioiello della corona" delle apparecchiature per semiconduttori, la macchina per litografia, è spesso salutata come la "perla sulla corona dell'industria umana". Tuttavia, poche persone sanno che il suo status di "perla" è interamente supportato da magneti a terre rare. Le macchine per litografia EUV richiedono che il piano del wafer si muova a diversi metri al secondo mantenendo una precisione di posizionamento sub-nanometrica. Questo movimento "ad alta velocità ma solido come una roccia" è reso possibile dall'"uscita violenta" dei magneti permanenti a terre rare.

I magneti al neodimio ferro boro (NdFeB) sono i protagonisti principali. Questa lega composta da neodimio (Nd), ferro e boro ha un prodotto di energia magnetica più di dieci volte superiore a quello dei magneti tradizionali, guadagnandosi il titolo di "Re dei magneti permanenti". Tuttavia, il neodimio da solo non è sufficiente: quando la macchina per litografia è in funzione, la temperatura del motore può superare i 100°C, e i normali magneti NdFeB si "smagnetizzeranno e smetteranno di funzionare" a questa temperatura. A questo punto, entrano in gioco due elementi delle terre rare, disprosio (Dy) e terbio (Tb). Agiscono come "stabilizzatori ad alta temperatura", aumentando la temperatura di Curie (il punto critico di smagnetizzazione) del magnete da 312°C a oltre 400°C. I dati mostrano che una singola macchina per litografia EUV richiede decine di chilogrammi di acciaio magnetico NdFeB, con il neodimio che rappresenta circa il 30% e il disprosio e il terbio che costituiscono ciascuno dall'1% al 3%. Questi "elementi in tracce" determinano direttamente se la macchina per litografia può scansionare i wafer a una velocità di 125 all'ora mantenendo l'errore di posizionamento inferiore a 0,3 nanometri (equivalente a un errore di 1 centimetro nel diametro della Terra).

Ancora più cruciale, questa dipendenza è quasi insostituibile. Attualmente, la Cina rappresenta oltre il 90% della capacità produttiva globale dei magneti permanenti a terre rare più avanzati e detiene il 73% e il 40% delle riserve globali di disprosio e terbio, rispettivamente. Senza i magneti a terre rare, il piano del wafer della macchina per litografia diventerebbe un "paziente di Parkinson" e sarebbe impossibile produrre in serie in modo stabile anche processi a 28 nanometri, per non parlare di quelli a 3 nanometri.