中国粉体网讯在高度信息化的今天，芯片已经成为不可或缺的基础设施。从智能手机、个人电脑到服务器、超级计算机，乃至人工智能、物联网、自动驾驶等前沿科技，都离不开高性能、高可靠性的芯片。芯片的性能直接决定了电子设备的运行速度、功耗以及智能化水平、�br/>

芯片制造是一项极其复杂和精密的工程，涉及材料科学、物理学、化学、电子工程等多个学科。其制造过程需要数百道工序，每一道工序都对材料和设备的性能提出了极高的要求。近年来，随着摩尔定律逼近物理极限，芯片制造面临着越来越多的挑战。为了突破这些瓶颈，研究人员不断探索新的材料和工艺，其中，稀土元素因其独特的光学、电学和磁学性质，在芯片制造中扮演着日益重要的角色、�/p>

稀土元素在光刻技术中的应�?/strong>

光刻是芯片制造中最核心的工艺之一，其分辨率直接决定了芯片的集成度。光刻技术通过将设计好的电路图案转移到晶圆表面，从而定义出芯片上的各种微观结构。据中国稀土学会的专家们介绍，稀土元素在光刻机和光刻胶中均有重要应用，对提升光刻分辨率和图案质量起着关键作用、�/p>

光刻朹�/strong>

光刻机的镜头系统需要使用高折射率的光学玻璃，以提高分辨率和成像质量。随着光刻技术向更短波长方向发展（例如极紫外光刻EUV），对光学材料的性能要求也越来越高。通过在玻璃中掺杂不同的稀土元素，可以调节其光学性质，以满足光刻机镜头的性能要求。常见的稀土光学玻璃种类包括：

含镧（La）光学玻璃：镧是提高玻璃折射率最有效的元素之一。在玻璃中掺杂镧，可以显著提高其折射率和阿贝数，同时保持良好的透过率。含镧光学玻璃广泛应用于DUV光刻机镜头中，例如，佳能、尼康等公司的DUV光刻机镜头中就使用了大量的含镧光学玻璃、�/p>

佳能半导体光刻设备内置图僎�/p>

含钇（Y）光学玻璃：钇与镧类似，也可以提高玻璃的折射率，同时具有较好的化学稳定性和热稳定性。含钇光学玻璃常与含镧光学玻璃配合使用，以进一步优化透镜的光学性能、�/p>

含钆（Gd）光学玻璃：钆可以提高玻璃的折射率，并改善其色散特性。含钆光学玻璃常用于制造高精度光刻机镜头、�/p>

DUV光刻机镜头通常使用多种稀土光学玻璃组合，以实现高折射率、高透过率和低色散。例如，某些DUV光刻机镜头使用了8种不同的光学玻璃，其中大部分都含有稀土元素、�/p>

EUV光刻机镜头对光学材料的性能要求更高。由于EUV光波长极短，传统的光学玻璃无法满足其透过率要求。目前，EUV光刻机镜头主要采用反射式光学系统，使用多层膜反射镜，而不是透射式透镜。但是为了提高反射镜的性能，仍然需要在基底材料中掺杂稀土元素，以提高其热稳定性和抗辐射能力、�/p>

光刻胵�/strong>

光刻胶是光刻工艺中用于转移图案的关键材料。它是一种对光敏感的聚合物，在光照后其溶解度会发生改变，从而实现图案的转移。稀土元素在光刻胶中通常以化合物的形式存在，例如氧化物、氟化物、有机配合物等。它们在光刻胶中的应用主要基于以下几个方面：

增强抗蚀刻能力：在芯片制造中，光刻胶需要承受严酷的等离子刻蚀环境，添加稀土化合物（如Ce的氧化物或氟化物）可以增强光刻胶的耐受性，减少图案的变形和损坏，从而提高刻蚀精度和芯片良率、�/p>

提高光敏性：某些稀土元素（如Eu）的有机配合物可以作为光敏剂，提高光刻胶对特定波长光的敏感性。通过选择合适的光敏剂，可以使光刻胶在特定波长下具有更高的光吸收效率，从而提高光刻的分辨率和灵敏度、�/p>

调整光刻胶的光学性质：稀土元素具有独特的光学性质，可以通过在光刻胶中掺杂不同的稀土化合物来调整光刻胶的折射率、吸收系数等光学参数。这有助于优化光刻过程中的光场分布，提高光刻的成像质量、�/p>

稀土元素在晶圆抛光中的应用

化学机械抛光（CMP）是芯片制造中用于实现晶圆表面平坦化的关键工艺。抛光过程中，首先是被抛工件表面与抛光液中的物质发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层；然后在抛光液中磨料和抛光垫的机械作用下去除软质层，使工件表面重新裸露出来，然后再进行化学反应，这样在化学作用和机械作用的交替中完成工件表面抛光，进而达到工件表面平坦化的目的、�/p>

化学机械抛光工作原理示意国�/p>

CMP抛光液是由研磨颗粒、表面活性剂、氧化剂、pH调节剂和去离子水等均匀混合制成，其技术难点在于需要根据不同抛光对象和抛光环境来调整液体的配方组合、�/p>

抛光液磨料以无机氧化物纳米颗粒为主，包括氧化�?CeO₂)、氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化锰(MnO₂)、氧化锆(ZrO₂)和金刚石等，可以进行机械摩擦、吸附并去除腐蚀产物、�/p>

伴随半导体器件小型化和精密化发展，需要更严格的CMP抛光性能，例如同时具有高去除率和低划痕缺陷的高选择性，以及自停止功能抛光液。CeO₂具备良好的晶体结构和优异的摩擦化学活性，对SiO₂有强的亲和力，可实现氧化硅的高效去除、�/p>

此外CeO2也是一种半导体光催化剂，存在可变价�?Ce⁴⁺和Ce³⁺)和丰富氧空位，结合了摩擦化学能力和光化学氧化活性，可应用于光催化辅助的抛光。鉴于此，CeO₂成为了层间介质SiO₂等氧化物的首选抛光磨料，受到广泛关注和研究、�/p>

对于半导�?集成电路、芯片、光电子器件)制造过程而言，对抛光精度的要求越来越高，使用的氧化铈通常都需达到纳米级别，但我国目前能达到高精度抛光要求的氧化铈浆料在全球占比不高。因此，许多科研工作者致力于开发出不同形貌、不同尺寸、具有优异表面性质的氧化铈基纳米颗粒，满足终端领域的抛光要求、�/p>

稀土元素在磁性部件中的应�?/strong>

在光刻机等高端设备中，需要使用高性能的电机和磁力轴承来实现精确的运动控制。据中国稀土学会的专家们介绍，这些设备的运动精度通常需要达到纳米甚至亚纳米级别，因此对电机和轴承的性能提出了极高的要求。稀土永磁材料，如钕铁硼（NdFeB）和钐钴（SmCo），是制造这些高性能部件的关键材料，能够满足诸如：高磁能积、高矫顽力、高剩磁、良好的温度稳定性、高均匀性等严苛要求、�/p>

钕铁硼永磁材斘�/strong>

钕铁硼永磁材料具有极高的磁能积，是目前已知的磁性能最高的永磁材料之一。利用钕铁硼材料可以制造出体积小、重量轻、功率大的高性能电机，驱动光刻机中的精密运动部件，实现精确对准和扫描。随着光刻技术的不断发展，对运动控制的精度要求也越来越高，对钕铁硼永磁材料的性能也提出了更高的要求。镨、钕、铽、镝是制造高性能钕铁硼的关键稀土元素、�/p>

钐钴永磁材料

钐钴永磁材料具有优异的高温稳定性，在高温环境下磁性能衰减较小，适用于对温度稳定性要求较高的场合。在光刻机等设备中，由于长时间运行会产生大量的热，因此对磁性部件的温度稳定性提出了较高的要求。含有稀土元素钐的钐钴永磁材料能够在高温环境下保持稳定的磁性能，从而保证设备的正常运行、�/p>

高纯稀土靶材在集成电路中的应用

随着电子技术向高性能、多功能、大容量、微型化方向发展，半导体芯片集成度越来越高，晶体管尺寸越来越小，传统的SiO2栅介质薄膜就会存在漏电甚至绝缘失效的问题，目前采用铪、锆及稀土改性的稀有金属氧化物薄膜解决核心漏电问题。如果进一步降低线宽，则需采用更高介电常数的稀土栅介质材料、�/p>

随着我国28nm及以下高端集成电路生产工艺的突破和量产，高纯稀土金属溅射靶材战略需求急迫。随着技术的提升和材料的更迭，高纯稀土金属及合金靶材在集成电路领域的应用会爆发式增长、�/p>

参考来源：

[1]陈占恒等：稀土元素在芯片制造中的重要作用综述，中国稀土学伙�/p>

[2]杨丽等：稀土在电子功能材料领域的应用，包头稀土研究院

[3]范永宇：CeO₂复合磨料制备及其在化学机械抛光中的应用，中国科学技术大�?/p>

[4]丁林敏：铈基氧化物材料及前驱体的合成及抛光性能研究，南昌大�?/p>

（中国粉体网编辑整理/平安（�/p>

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