2025年底3M停产PFAS，全球半导体制造业将何去何从？

2022年，半导体行业发生了很多令人意外的事件，但在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。

在干蚀刻装置用制冷剂方面占有全球约80%份额的3M公司12月20日发布新闻稿，宣布到2025年底，将包括上述制冷剂在内的全氟烷基和宣布将停止生产聚氟烷基物质（PFAS）。

3M公司于2022年3月8日停止生产在比利时工厂制造的、PFAS的一种氟系惰性液体(注册商标弗洛里纳特)，造成了世界各地的半导体工厂可能停止运转的危机。关于这一事件，4月11日在拙著“3M比利时工厂停止，世界半导体工厂停止的危机”中报告了详细情况。

当时我在《后续报道：3M的PFAS停产，现在是“暴风雨前的平静”吗？》中解释说，日本半导体工厂尤其在5月18日处境危急。

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，所以最坏的情况被避免了。

但是，从那之后半年的12月末，到停止制造的2025年末为止，虽然有3年的宽限期，但是3M公司宣布，停止包括干蚀刻装置用的制冷剂在内的所有PFAS的制造。在未来的三年里，世界上的半导体工厂将不得不准备制冷剂作为3M公司的替代品。做不到这一点的半导体工厂将停止运转。

本文首先说明干蚀刻装置的温度控制原理，并复习3M公司在全球市场占有率80%的现状，作为其制冷剂。其次，回顾3M公司的比利时工厂从停止制造弗洛里纳特到重新开始制造的经过。此外，我们还将讨论为什么3M公司将退出PFAS的制造。在此基础上，讨论了世界上的半导体工厂在3年内必须确保干蚀刻装置用的制冷剂的大问题。

总而言之，作为准备干蚀刻装置用的替代制冷剂的时间，3年时间太短。世界各地的半导体工厂危及生死存亡，必须立即准备替代制冷剂。

干法刻蚀设备温度控制原理

下面结合图1说明干法刻蚀装置的温度控制原理。

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。

另外，由于仅靠静电吸盘与晶圆之间的物理接触对晶圆的温度控制是不够的，所以He(氦)气在晶圆与静电吸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。

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。

冷水机制冷剂全球市场占有率与半导体工厂危机

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

在这里，比利时3M公司生产的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，全球半导体工厂面临停产的危险。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，“关于化学物质制造等的审查和管制的法律”（简称：化学物质控制法）禁止每年生产和进口 1 吨或更多的 Novec。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？

3M 比利时工厂恢复 PFAS 生产

根据 3M 2022 年 7 月 6 日的新闻稿，“佛兰德斯政府与 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 )。

3M 比利时工厂向佛兰德斯政府承诺

首先，3M 的比利时工厂将向佛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 比利时工厂还做出了 2.5 亿欧元的新承诺，用于佛兰德斯土壤法要求的额外措施，以及佛兰德斯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。

第一，修复3M比利时工厂邻近的住宅区（和庭园）的污染土壤，恢复庭园的功能（可能是剥离被PFAS污染的土壤）

第二，减少被污染的地下水流入比利时的Palingbeek自然保护公园

第三，通过全面的粉尘管理计划，防止可能含有PFAS的土壤或粉尘将来因风而飞散

第四，修复靠近设施的农田及娱乐用地

因此，3M公司比利时工厂向佛兰德斯地方政府承诺，将支付5亿7100万欧元（约合802亿日元）的现有承诺和新承诺。结果，3M比利时工厂有望在2022年6月底获得恢复PFAS（包括氟利纳酸盐）生产的许可。然而，半年后的12月20日，3M公司宣布（不仅仅是伯基工厂）全公司将退出PFAS的生产。为什么呢？

3M 如何决定退出 PFAS 制造业

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，停止所有PFAS生产：

3M将停止生产所有含氟聚合物、含氟流体和PFAS添加剂产品。我们可以帮助客户顺利过渡。在过渡期内，3M将履行其当前的合同义务。

为什么 3M 决定停止生产 PFAS？因为，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。

与公害诉讼等法律负担300亿美元相比，3M公司的PFAS业务每季度的销售额高达10亿美元左右。因此，首席执行官Mike Roman认为，“我们不认为未来会成功。这导致了这次的撤退。

但是，如果突然停止生产PFAS，影响太大了。因此，他决定给予三年的宽限期，分阶段撤退。对半导体行业来说，这仍然是一个严峻的挑战。全球80%的干蚀制冷剂将在3年内消失。

干法刻蚀设备制冷剂情况

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。

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。

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。

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。

三星电子和SK海力士也开始评估中国制冷剂制造商。该评价似乎仍在继续，但不能得到中国制造商所说的规格，而且如果循环数月，干蚀刻装置的真空室内会发生多发电弧等问题。因此，中国制造商的制冷剂用于半导体的批量生产可能还需要数年时间。

3 年内获得替代制冷剂

3M公司将于2025年底全面退出PFAS的制造。这是一个决定事项，2022年6月底，3M公司比利时工厂重新开始制造的那种侥幸心理，已经不能指望了。宽限期三年的计时器已经开始运作了。

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，继续提高利润并保持竞争优势，需要确保大量干蚀刻装置的替代制冷剂。研发优质制冷剂，申请方方面面许可，发展化工厂建设，三年时间太短了。要不马上开始行动，就赶不上。

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