供應鏈警報響！稀土短缺將如何重創半導體先進製程產能？專家：供應安全比晶片設計更重要
在全球半導體業競逐更先進製程、更高效能的浪潮中，一種被稱為「工業維生素」的關鍵材料正悄悄支撐著技術突破的每一步，就是稀土。從奈米級精度的光刻機運轉，到晶片製造中材料拋光的細膩操作，再到前沿過程的介質優化，稀土以其獨特的物理化學特性，深度嵌入半導體產業鏈的每一個環節，成為驅動產業升級的隱形引擎。
稀土包含鑭、鈰、釹、鏑等 17 種元素，因「微量添加即可顯著優化材料性能」的特性，廣泛應用於高端製造領域，而在技術密集的半導體產業，這種「點石成金」的能力更被放大。
從設備製造的精密運動控制，到材料製備的核心耗材，再到先進製程的製程優化，稀土已成為支撐半導體產業向微型化、高性能化發展的戰略基礎。
在半導體製造的核心設備中，光刻機堪稱「工業皇冠上的明珠」，其運行精度直接決定晶片製程的上限。以極紫外 (EUV) 微影機為例，晶圓台與光罩台需實現每小時超百片晶圓的奈米級掃描，此功能的核心在於無摩擦直線馬達與磁浮系統，而這些系統的驅動力與強磁場，正是由釹鐵硼 (NdFeB) 永磁體提供。
單台 EUV 光刻機需搭載數十公斤 NdFeB 磁鋼，其中釹 (Nd) 作為主成分賦予磁鐵超高磁能積，鏑 (Dy)、铽 (Tb) 則透過調節居里溫度，確保磁體在高速運轉中保持穩定，避免高溫退磁。
若缺少這類稀土永磁體，當代光刻設備的精密運動功能將完全失效。類似的場景也出現在離子注入機、蝕刻機的運動平台與渦輪分子幫浦馬達中，NdFeB 永久磁鐵支撐的磁浮技術，讓晶圓傳送與設備驅動更有效率。
除運動控制外，稀土也深度參與光刻機的光源與光學系統。儘管 EUV 主光源不依賴稀土介質，但其輔助激光器普遍採用釹摻雜釔鋁石榴石 (Nd:YAG) 晶體，其中的 Nd³⁺離子能輸出高功率激光，經頻率轉換後滿足晶圓定位、對準的高精度檢測需求。
在先進研究中，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室開發的铥 (Tm) 雷射器，更試圖透過 Tm³⁺離子產生的 2μm 激光，將 EUV 光源效率提升 10 倍，為降低成本提供可能。
此外，光刻機的光學隔離器核心材料铽鎵石榴石 (TGG) 晶體，依賴铽 (Tb) 的強法拉第磁光效應，確保雷射單向通過，是深紫外線雷射穩定運行的「防護盾」。
在半導體材料與耗材領域，稀土的應用同樣關鍵。化學機械拋光 (CMP) 是晶圓平坦化的核心工藝，其中氧化鈰 (CeO₂) 研磨劑因獨特的可變價態 (Ce³⁺/Ce⁴)，能與二氧化矽 (SiO₂) 表面反應生成易去除的鈰矽酸鹽，不僅提升材料去除速率，更能精準選擇氧化物層，避免侵蝕矽氮化物等周邊材料，成為淺溝隔離（STI）製程的「標準配置」。
蝕刻機腔體零件則依賴氧化釔 (Y₂O₃) 或氟化釔 (YF₃) 塗層；釔 (Y) 的氧化物在氟等離子環境中產生緻密 YF₃保護層，將零件壽命延長數倍，成為主流蝕刻設備的「耐用秘訣」。
更值得關注的是，鋁鈧 (AlSc) 合金靶材用於沉積 5G 射頻 BAW 濾波器的核心 AlScN 薄膜，釹 (Nd)、镨 (Pr) 靶材輔助磁阻隨機存取記憶體 (MRAM) 的磁性層製備，六方晶系鋁酸鎂鈧 (SCAM) 基板則透過匹配 GaN、ZnO 的晶格常數，解決了外延生長中的缺陷難題，為高頻裝置與功率裝置製造開闢新路徑。
當半導體製程向 3 奈米、2 奈米推進，稀土在先進製程的作用愈發凸顯。傳統二氧化矽 (SiO₂) 柵介質因漏電問題難以為繼，產業轉而採用鉿、鋯基高介電常數材料，並透過摻雜鑭 (La)、釔進一步優化性能，例如在氧化銪 (HfO₂) 表面沉積氧化鑭 (La₂O₃)，經退火後鑭擴散至介質 / 矽界面，產生界面偶極效應，降低電晶體閾值電壓，滿足低功耗、高速度需求。
此外，稀土摻雜半導體材料展現出獨特潛力。銪 (Eu³⁺) 的 4f 電子能階躍遷可製備高色純度發光薄膜，與矽基 CMOS 製程相容，為矽基光電整合提供光源方案。
稀磁半導體 (DMS) 透過摻雜變薄或過渡金屬，操縱基光電整合提供光源方案，並操縱有高電結構器與結構電能驅動器電結構的結構能電能發射器。
從設備核心零件到材料關鍵組分，從成熟製程優化到尖端技術探索，稀土已深度融入半導體產業全鏈條。它不僅是 EUV 光刻機實現奈米級精度的「動力來源」，是 CMP 拋光提升良率的「魔法粉」，更是先進製程突破漏電瓶頸、推動 5G 射頻與自旋電子器件創新的「隱形推手」。
在全球半導體供應鏈不確定性加劇的背景下，稀土的戰略價值進一步凸顯，保障稀土供應與研發，不僅關乎產業成本與效率，更決定技術突破的高度與速度。
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