"เส้นใยกล้ามเนื้อ" ของเครื่องพิมพ์หิน: แม่เหล็กหายากรองรับความแม่นยำระดับนาโนเมตร

"อัญมณีแห่งมงกุฎ" ของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เครื่องจักรการพิมพ์หินมักถูกยกย่องว่าเป็น "ไข่มุกบนมงกุฎแห่งอุตสาหกรรมของมนุษย์" อย่างไรก็ตาม มีเพียงไม่กี่คนที่รู้ว่าสถานะ "ไข่มุก" ของมันได้รับการสนับสนุนอย่างเต็มที่จากแม่เหล็กหายาก เครื่องจักรการพิมพ์หิน EUV ต้องการให้แท่นเวเฟอร์เคลื่อนที่ด้วยความเร็วหลายเมตรต่อวินาที ในขณะที่ยังคงรักษาความแม่นยำในการวางตำแหน่งในระดับต่ำกว่านาโนเมตร การเคลื่อนที่แบบ "ความเร็วสูงแต่แข็งแกร่ง" นี้เป็นไปได้ด้วย "ผลผลิตที่รุนแรง" ของแม่เหล็กถาวรหายาก

แม่เหล็กนีโอไดเมียมเหล็กโบรอน (NdFeB) เป็นผู้เล่นหลัก โลหะผสมนี้ประกอบด้วยนีโอไดเมียม (Nd) เหล็ก และโบรอน มีผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กมากกว่าสิบเท่าของแม่เหล็กแบบดั้งเดิม ทำให้ได้รับตำแหน่ง "ราชาแห่งแม่เหล็กถาวร" อย่างไรก็ตาม นีโอไดเมียมอย่างเดียวไม่เพียงพอ: เมื่อเครื่องพิมพ์หินทำงาน อุณหภูมิของมอเตอร์อาจสูงเกิน 100°C และแม่เหล็ก NdFeB ทั่วไปจะ "สูญเสียความเป็นแม่เหล็กและหยุดทำงาน" ที่อุณหภูมินี้ ในจุดนี้ ธาตุหายากสองชนิด ได้แก่ ดิสโพรเซียม (Dy) และเทอร์เบียม (Tb) เข้ามามีบทบาท พวกมันทำหน้าที่เหมือน "ตัวรักษาเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง" ทำให้เพิ่มอุณหภูมิคูรี (จุดวิกฤตของการสูญเสียความเป็นแม่เหล็ก) ของแม่เหล็กจาก 312°C เป็นมากกว่า 400°C ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าเครื่องพิมพ์หิน EUV เครื่องเดียวต้องใช้เหล็กแม่เหล็ก NdFeB หลายสิบกิโลกรัม โดยมีนีโอไดเมียมคิดเป็นประมาณ 30% และดิสโพรเซียมและเทอร์เบียมคิดเป็น 1% ถึง 3% แต่ละชนิด องค์ประกอบ "ร่องรอย" เหล่านี้เป็นตัวกำหนดโดยตรงว่าเครื่องพิมพ์หินสามารถสแกนเวเฟอร์ด้วยความเร็ว 125 ชิ้นต่อชั่วโมง ในขณะที่รักษาข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งให้น้อยกว่า 0.3 นาโนเมตร (เทียบเท่ากับข้อผิดพลาด 1 เซนติเมตรในเส้นผ่านศูนย์กลางของโลก)

ที่สำคัญกว่านั้น การพึ่งพานี้เกือบจะทดแทนไม่ได้ ปัจจุบัน จีนคิดเป็นกว่า 90% ของกำลังการผลิตแม่เหล็กถาวรหายากขั้นสูงทั่วโลก และจีนมีสำรองดิสโพรเซียมและเทอร์เบียมทั่วโลก 73% และ 40% ตามลำดับ หากไม่มีแม่เหล็กหายาก แท่นเวเฟอร์ของเครื่องพิมพ์หินจะกลายเป็น "ผู้ป่วยพาร์กินสัน" และเป็นไปไม่ได้ที่จะผลิตกระบวนการขนาด 28 นาโนเมตรจำนวนมากอย่างเสถียร นับประสาอะไรกับกระบวนการขนาด 3 นาโนเมตร