3M停产PFAS，半导体制造何去何从？

2022年，半导体行业发生了很多令人意外的事件，在12月仅剩10多天的时间里，我们再次见证了惊天动地的消息。

12月20日，垄断干法刻蚀设备制冷剂全球约80%市场份额的3M公司在其12月20日的新闻稿中宣布，其将生产全氟烷基和多氟烷基物质（包括上述制冷剂）到2025 年底。

我读了这篇新闻稿，愣了一会儿。当人们面对超出他们理解范围的事件时，他们的思维在那一刻停止工作。过了一会儿，一种真实感渐渐袭来，我慌了。这时，笔者就处于这样的境地。

2022 年 3 月 8 日，3M 将停止生产氟基惰性液体（注册商标 Fluorinert），这是一种 PFAS，在其比利时工厂生产，全球半导体工厂的运营可能会停止，造成危机不可能的。

然而，在 3M 比利时工厂向比利时佛兰德斯地区政府承诺采取剥离所有被 PFAS 污染的土壤等措施后，Fluorinert 的生产于 2022 年 6 月底恢复。大约在这个时候，许多半导体工厂的制冷剂库存都快用完了，所以最坏的情况被千钧一发避免了。稻田）。

然而，半年后，也就是12月底，3M宣布停止生产所有PFAS，包括用于干法蚀刻设备的制冷剂，并提供三年宽限期至2025年底。在接下来的三年里，世界各地的半导体工厂将不得不寻找 3M 的替代制冷剂。做不到这一点的半导体工厂将停止工作（这一次不是虚张声势，而是真正的危机）。

在这篇文章中，我们将首先讲解干法刻蚀设备的温度控制原理，并回顾一下3M公司垄断全球80%制冷剂市场份额的现状。接下来，我们回顾一下3M的比利时工厂从停止生产Fluorinert到恢复生产的过程。它还讨论了为什么 3M 决定退出 PFAS 的生产。最重要的是，我们将讨论全球半导体工厂必须在三年内确保干蚀刻设备冷却液的大问题。

总之，三年时间对于为干法蚀刻设备准备替代冷却剂来说太短了。世界各地的半导体工厂必须尽快准备替代制冷剂。

下面结合图1说明干法刻蚀装置的温度控制原理。

图 1：干法蚀刻设备中的温度控制原理

干法刻蚀时，等离子的热量流入晶圆，若不采取措施，晶圆温度将升高，刻蚀特性将发生波动。因此，为了保持一定的刻蚀特性，需要控制晶圆的温度恒定。

因此，使用被称为冷却器的装置从静电吸盘的背面流出一定温度的冷却液，使其循环，从而使静电吸盘的温度保持恒定。3M 的 Fluorinert 用作这种制冷剂。

此外，由于仅靠静电卡盘与晶圆之间的物理接触对晶圆的温度控制是不够的，因此He（氦）气在晶圆与静电卡盘之间流动以提高热传导效率。由于He比空气或蚀刻气体轻，分子运动速度快，所以在晶圆和静电吸盘之间穿行，起到导热的作用。

如上所述，在干法蚀刻装置的静电吸盘中，通过在冷却器中循环的冷却剂和He气将晶片的温度控制在一定水平。由于温度范围很宽，从接近 100°C 的高温到 -70°C 的极低温度，因此需要针对每个目标温度优化的制冷剂。

而且，虽然这种制冷剂被循环使用，但它会逐渐泄漏，因此它会在补充泄漏量的同时进行循环。因此，在半导体工厂中，为了运行干式蚀刻设备，需要稳定地采购冷却器的冷却介质。

图2显示了全球用于干法蚀刻设备的制冷剂份额。由3M在其比利时工厂生产的Fluorinert，全球市场份额约为50%。大约 30% 的制冷剂是 Novec，它是在该公司的美国工厂生产的。此外，总部位于比利时的索尔维在其意大利工厂生产一种名为Galden的制冷剂，全球市场份额约为20%。

图 2：干法蚀刻设备冷水机制冷剂的全球市场份额

这边，3M在比利时生产的Fluorinert，因为出现污染问题，收到了比利时Flanders地区政府的强制停产令（其实听说2021年底就停产了，接下来就是2022 年 3 月 8 日那天，由于库存用完而停止发货）。

由于占据全球约50%市场份额的Fluorinert停止出货，世界各地的半导体工厂都面临停产的危险。作为 Fluorinert 的替代品，3M 的 Novec 和 Solvay 的 Galden 收到了大量的替代订单。

当时，在日本，每年生产和进口超过 1 吨的 Novec 是被《关于化学物质制造等的检查和管理的法律》（简称：化学物质控制法）所禁止的。因此，索尔维的 Galden 是日本半导体工厂唯一的替代采购选择。因此，许多半导体工厂面临倒闭的危险。

不过如开头所说，大约在2022年6月下旬，当半导体厂的制冷剂库存即将用完时，3M的比利时工厂才得以恢复Fluorinert的生产，从而侥幸避免了最坏的情况。. 那么3M的比利时工厂是如何恢复Fluorinert生产的呢？

根据 3M 2022 年 7 月 6 日的新闻稿，“佛兰芒政府与 3M 比利时达成协议以支持佛兰德斯人民”，该公司如何设法恢复 PFAS（包括 Fluorinert）的生产。我将在下面解释我是如何找到它的(图3 )。

图 3：3M 比利时工厂向佛兰德斯政府承诺

首先，3M 的比利时工厂将向法兰德斯地方政府提供最先进的 PFAS 处理技术（1.15 亿欧元）的引进和对当地农民的支持（500 万欧元），作为一项传统承诺。

除此之外，3M 比利时工厂还新承诺 2.5 亿欧元用于佛兰芒土壤法要求的额外措施，以及佛兰芒地方政府自行决定用于 PFAS 排放的资金，总计 4.513 亿欧元（约 622 亿日元）已承诺，其中包括 1 亿欧元。

3M比利时工厂将为当地居民等采取以下四项措施，其中最大的支出为2.5亿欧元。

(1)修复 3M 比利时工厂附近居民区（和花园）的受污染土壤并修复花园（大概是剥离被 PFAS 污染的土壤）

(2)比利时自然保护公园减少受污染的地下水进入 Palingbeek 

(3)防止未来的风传播通过全面的粉尘管理计划去除可能含有 PFAS 的土壤或粉尘

(4)靠近用于恢复农业和休闲用地的设施；

因此，3M 的比利时工厂已向佛兰芒政府承诺，将在现有和新承诺中支出总计 5.71 亿欧元（约合 802 亿日元）。因此，据信 3M 的比利时工厂已获准在 2022 年 6 月底恢复生产 PFAS（包括 Fluorinert）。然而，六个月后的 12 月 20 日，3M 宣布将在全公司范围内逐步淘汰 PFAS 生产（不仅仅是在 Belkey 工厂），为什么？

3M 在日期为 12 月 20 日的新闻稿中宣布了以下内容。

到 2025 年底消除所有 PFAS 生产：

3M 将停止生产所有含氟聚合物、氟化液体和基于 PFAS 的添加剂产品。我们在这里帮助您有序过渡。3M 打算在过渡期内履行其当前的合同义务。

为什么 3M 决定停止生产 PFAS？12 月 20 日，3M 发布新闻稿时，美国杂志彭博社报道称“ 3M 将在2025 年底停止生产‘Forever Chemical’PFAS ”。我会引用其中的一些。

二战期间在原子弹计划中研究的 PFAS 被怀疑有害，3M 面临要求巨额赔偿的诉讼。来自监管机构的压力也越来越大。70 多年来，3M 开发了大量含有 PFAS 的产品，包括 Scotchgard。但潜在的法律负担预计也将达到 300 亿美元。

3M 首席执行官 Mike Roman 在接受采访时表示，该决定是基于监管加强和消费者对 PFAS 使用的担忧。

3M 的 PFAS 业务季度销售额仅为 10 亿美元，而污染诉讼等法律负担高达 300 亿美元。出于这个原因，首席执行官迈克罗曼决定，“我认为这项业务在未来将无法生存。” 这导致了退出。

但如果PFAS的生产突然停止，影响就太大了。因此，他们决定分阶段退出，给了他们三年的宽限期。尽管如此，这对半导体行业来说是一个严峻的形势。这是因为世界上80%的干法蚀刻冷却剂将在三年内消失。

这是自 3M 的比利时工厂于 2022 年 3 月 8 日停止生产 Fluorinert 以来已经清楚的事情。

首先，我认为另一家制冷剂制造商索尔维有很大的商机，但当我与相关人员交谈时，他们表示他们无意再增加Galden的产量。这似乎是由几个因素造成的。

首先，和3M一样，Galden这种惰性氟基液体的生产伴随着污染问题。还有一点就是，直到8英寸时代，索尔维的Galden作为干法刻蚀设备的冷却剂，市场占有率还是很大的。但2000年后，12英寸时代来临，3M与Fluorinert、Novec等大举进军这一领域，并以低成本为利器，扩大12英寸刻蚀机冷却剂的市场份额。.我已经垄断了。

换句话说，随着向12英寸晶圆的转移，索尔维有一种苦涩的感觉，即在干法刻蚀冷却剂业务上惨败给3M。

我们还听说三星电子和SK海力士已经开始评估中国制造商的制冷剂。看来这个评测还在进行中，但无法拿到中国厂商声称的规格，而且经过数月的流转，干刻设备的真空室出现了频繁拉弧等问题。因此，中国制造商的制冷剂要用于半导体的大规模生产似乎还需要数年时间。

3M 将在 2025 年底前逐步淘汰 PFAS 生产。这是一个决定，我们不能再指望 3M 比利时工厂在 2022 年 6 月底那种偶然的复产。三年的恩典计时器已经开始运作。

索尔维不太可能大幅增加 Galden 的产量，中国制造商的制冷剂可能需要几年时间才能投入使用。

尽管如此，半导体制造商仍迫切希望准备替代制冷剂。输掉竞争的半导体制造商将关闭工厂。

2021年，在各类制造设备中，干法刻蚀设备将超越曝光设备，创下最大销售额（189亿美元）（图4）。没有干法蚀刻设备，就无法生产逻辑芯片或存储器、先进芯片或传统芯片。

图 4：各种半导体制造设备的出货价值趋势

为了生产半导体，持续盈利，在竞争中生存，大量的干法刻蚀设备需要确保替代冷却剂。三年太短了，开发高品质制冷剂，申请各种许可证，开发建设化工厂。如果我们不立即采取行动，我们将无法及时赶到。