Các "sợi cơ" của máy vẽ bằng ván: Nam châm đất hiếm hỗ trợ độ chính xác ở mức độ nano

“Viên ngọc quý” của thiết bị bán dẫn, máy in thạch bản, thường được ca ngợi là “viên ngọc trai trên vương miện của ngành công nghiệp nhân loại.” Tuy nhiên, ít người biết rằng vị thế “ngọc trai” của nó hoàn toàn được hỗ trợ bởi nam châm đất hiếm. Máy in thạch bản EUV yêu cầu bàn wafer di chuyển với tốc độ vài mét mỗi giây trong khi vẫn duy trì độ chính xác định vị dưới nanomet. Chuyển động “tốc độ cao nhưng vững chắc như đá” này có thể thực hiện được nhờ “sức mạnh dữ dội” của nam châm vĩnh cửu đất hiếm.

Nam châm neodymium sắt boron (NdFeB) là những nhân tố cốt lõi. Hợp kim này bao gồm neodymium (Nd), sắt và boron có sản phẩm năng lượng từ tính lớn hơn mười lần so với nam châm truyền thống, mang lại cho nó danh hiệu “Vua của nam châm vĩnh cửu.” Tuy nhiên, chỉ riêng neodymium là không đủ: khi máy in thạch bản hoạt động, nhiệt độ động cơ có thể vượt quá 100°C, và nam châm NdFeB thông thường sẽ “bị khử từ và ngừng hoạt động” ở nhiệt độ này. Tại thời điểm này, hai nguyên tố đất hiếm, dysprosium (Dy) và terbium (Tb), phát huy tác dụng. Chúng hoạt động như “chất ổn định nhiệt độ cao,” nâng nhiệt độ Curie (điểm tới hạn khử từ) của nam châm từ 312°C lên trên 400°C. Dữ liệu cho thấy một máy in thạch bản EUV duy nhất cần hàng chục kg thép từ tính NdFeB, với neodymium chiếm khoảng 30%, và dysprosium và terbium mỗi loại chiếm từ 1% đến 3%. Những “nguyên tố vi lượng” này trực tiếp quyết định liệu máy in thạch bản có thể quét wafer với tốc độ 125 chiếc mỗi giờ trong khi vẫn giữ lỗi định vị dưới 0,3 nanomet (tương đương với sai số 1 centimet trong đường kính của Trái đất).

Quan trọng hơn, sự phụ thuộc này gần như không thể thay thế. Hiện tại, Trung Quốc chiếm hơn 90% công suất sản xuất toàn cầu của nam châm vĩnh cửu đất hiếm tiên tiến nhất, và Trung Quốc nắm giữ 73% và 40% trữ lượng toàn cầu của dysprosium và terbium, tương ứng. Nếu không có nam châm đất hiếm, bàn wafer của máy in thạch bản sẽ trở thành một “bệnh nhân Parkinson,” và sẽ không thể sản xuất hàng loạt ổn định ngay cả các quy trình 28 nanomet, chứ đừng nói đến các quy trình 3 nanomet.