3M的PFAS停產，影響也許比你想象嚴重_風聞

來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自eetimes，作者：湯之上隆，謝謝。在2022年4月11日，湯之上隆發表了“3M比利時工廠停止生產，震驚的衝擊”的投稿。這篇報道正如標題所示，給各方面帶來了衝擊。之所以這麼説，是因為刊登了這篇報道之後，筆者身邊不斷有關於這件事的詢問。

因此，本文想報道這個續篇。在此之前，簡單地回顧一下前面所述的內容。

2022年3月8日，3M的比利時工廠停止了用於幹法蝕刻裝置的製冷劑的氟類惰性液體（PFAS（全氟烷基化合物及聚氟烷基化合物）的一種，註冊商標“氟化液”）的生產。據推測，氟化液的世界份額約有50%（圖1）。

圖1

在幹法蝕刻裝置中，為了使硅片的温度保持恆定，使用稱為冷卻循環的裝置，在被稱為靜電卡盤的晶片級上流通氟化液等製冷劑，使其循環（圖2）。這時，由於製冷劑會流失，一邊補充流失的部分一邊進行冷卻循環。

圖2

據説半導體工廠最多有3個月左右的製冷劑庫存。但是，如果那個庫存見底的話，如果不能籌措停產的氟化液的替代品的話，幹法蝕刻裝置就不能運轉了。那就是説半導體工廠停止了。

因此，世界上各半導體廠商和幹法蝕刻裝置廠商為了尋求氟化液的替代品，展開了激烈的採購戰。廠商選擇的替代品則是，3M在美國工廠生產的“Novec”（世界市場佔有率約30%）和比利時總部所在的SolBa在意大利工廠生產的“Galden”（世界市場佔有率約20%）。

本文首先想報道這個替代品的採購情況。在那裏，敍述日本製造廠面臨不利的立場的處境，日本以外的半導體製造廠也絕對不安泰的事。接着，説明為什麼3M的比利時工廠突然停止了氟化液的生產。據筆者調查，這是一個根深蒂固的問題。

此外，還將討論由於氟化液停止生產，今後會發生什麼樣的事態。最壞的情況是，不僅無法生產包括汽車在內的各種電機產品，還可能難以維持社會基礎設施。毫無誇張，我想警告人類的科技正面臨着危機。

氟化液的替代品的採購情況

據某貿易公司的熟人透露，雖然非正式，但3M已向大宗顧客Samsung Electronics、SK hynix、TSMC、Intel承諾支持。其支持可能是提供在美國生產的Novec來代替停產的氟化液。

然而，氟化液和Novec的各種物性參數是不同的。例如，如果將通用使用的型號FC-3283的氟化液和與之相似的Novec（型號7500）進行比較，則物理性質存在微妙的不同（圖3）。如上所述，如果將物性參數不同的製冷劑混合在一起，則極難將靜電卡盤控制在所希望的温度上。也就是説，氟化液FC-3283和Novec 7500不能説是兼容性好。

圖3

因此，聽説從3M那裏得到了Novec採購的某個半導體製造商，委託了幹法蝕刻裝置製造商，將氟化液與Novec混合時的温度調節試驗。隨着精細化的進行，加工形狀的好壞取決於微妙的温度控制。因此，即使能夠代替採購Novec，也不能説是安泰。

面臨着化審法的壁壘的日本製造商

即使很難混合不同的製冷劑，但是能夠獲得替代品的半導體製造商還是有希望的。但是，日本製造商陷入了更嚴峻的狀況。

之所以這麼説，是因為對於與氟化液（型號FC-3283）相對物性參數接近的Novec（型號7500），根據《關於化學物質的審查及製造等限制的法律》（簡稱：化審法），每年禁止製造和進口1噸以上的Novec。

因此，使用氟化液的日本半導體廠商的替代品的選擇只有SolBa的Gardon（但是，型號HT235的Gardon與氟化液FC-3283的兼容性相當好。這是不幸中的萬幸）。

也就是説，只要這個化審法沒有被修改，日本製造商在製冷劑方面就處於極為不利的地位。或許，製冷劑的庫存見底之時，運轉停止的最初的半導體工廠可能是日本製造商。

但是，話説回來，為什麼3M的比利時工廠停止了氟化液的生產呢？

進行了不可抗力宣佈的3M

從上個月開始的一個月內，通過調查判明，針對1963年開始生產的3M比利時Zwijndrecht工廠（圖4），圍繞着氟化物生產時排出的廢氣，比利時的佛蘭德斯地方政府多次通知加強管制，但3M沒有遵守據説佛蘭德斯地方政府，所以懲罰性地停止了氟化液的生產。

圖4

因此，3M似乎宣佈了Force Majure。Force Majure是法語中“不可抗力”的意思，指地震、洪水、颱風、戰爭、暴動、罷工等無法預測和控制的外部原因。

例如，2011年3月11日發生了東日本大地震，由於地震和海嘯等原因，很多工廠停止了運轉。在這種情況下，對於簽訂買賣合同的客户，因為不能履行合同，所以宣佈不可抗力，也就是Force Majure。而且，這樣的話，停工的工廠由於買賣合同的不履行而不能賠償損失。

在3M比利時工廠的情況下，3M也想向生產氟化液，簽訂買賣合同的半導體製造商出售氟化液，但是由於佛蘭德斯地方政府強制停止了生產，所以3M宣佈了不可抗力。

為什麼佛蘭德斯地方政府停止了弗羅利納特的生產

在Chem-Station網站上，一位叫“Tshozo”的人投稿的題為《關於Parfulo系界面活性劑的話題追加》的文章於2022年2月14日刊登。本報道於4月被追記，引用了筆者4月11日發佈的EE Times Japan的報道。

在這篇報道中，相當詳細地記載了在3M的比利時工廠，氟化液（PFAS）停止生產的背景情況。根據Tshozo的報道以及該報道中刊載的文獻等，對其情況進行説明。

如圖5所示，3M的比利時工廠在生產氟化液等時產生的排氣物燃燒，將廢氣從煙囱排放到空氣中。

圖5

但是，由於氟化物一般非常穩定，所以不能完全燃燒分解。因此，如圖6所示，從煙囱排出的廢氣中含有（未燃燒）的PFAS在空中飛散，其中的一部分成為雨水流入土壤。

而且，這數十年來浸入土壤並積蓄起來，甚至流入河流和地下水脈的PFAS通過某種途徑進入人類的口中，從土壤以及附近居民的血液內檢測出相當高濃度的PFAS。這似乎是比利時的佛蘭德斯地方政府強制停止了3M的弗羅利納特生產的原因。

圖6

Tshozo在上述報道中指出，根據相關新聞，佛蘭德斯地方政府所説的內容與3M的主張進行了核對，兩者存在很大的分歧。為了填補這種認識差距，需要長時間的討論和大量的數據，這需要相當長的時間。

筆者也讀了Tshozo的文章，開始覺得3M的比利時工廠不可能重新開始氟化液的生產。這樣的話，對於世界的半導體產業來説，氟化液已經無法指望了。事態果然處於危機的狀況。

做不出成品

幹法蝕刻裝置用製冷劑的一半消失了。而且，暫時不會被補充吧。與此相對，3M承諾支持、Samsung、SK hynix、TSMC、Intel，但其他半導體廠商（特別是日本製造商）在製冷劑庫存已見底，半導體工廠開始停止運行。

那麼會發生什麼呢？

希望你能想起。到了2021年，由於半導體不足，日美歐各國的汽車製造商被迫減產。這個時候，主要不足的是作為二次承包的Infinen Technologies、NXP Semiconductors、瑞薩電子等車載半導體製造商委託TSMC生產的28nm的邏輯半導體和MCU（Micro Controller Unit，通稱微機）。也就是説，由約3萬件零件構成的汽車，僅僅缺一個半導體，就不能製造完整的車。

現在，汽車至少需要15種半導體（圖7）。在此，近3年的出貨額動向顯著且飛躍性地擴大的是模擬半導體。2019年和2020年的模擬半導體不足150億美元，到2021年市場擴大到1.6倍，約240億美元。

圖7

實際上，如上所述，2021年的上旬28nm的邏輯半導體和微機不足，但是2021年的後半段那個不足被解除。而這次變成包含功率半導體的模擬半導體不足。這體現在2021年模擬半導體（包括功率）需求快速增長。

這個原因在於汽車自動駕駛和EV化（電動化）的發展。由於自動駕駛車上安裝了很多傳感器，因此需要很多用於處理傳感器信號的模擬半導體。另外，隨着EV化的普及，功率半導體需求急劇擴大。

並且，汽車的自動駕駛化和EV化今後會更加加速地普及。這樣，包括功率的模擬半導體需求今後將進一步擴大。生產這種功率半導體和模擬半導體的工廠，如果因為製冷劑見底而停，會怎麼樣呢？

生產功率和模擬半導體的半導體製造商多為8英寸工廠。這樣的半導體製造商不是像Samsung、SK hynix、TSMC、Intel那樣的大公司。因此，可能有企業會在幹法蝕刻用製冷劑的採購大戰中敗下陣來。那樣的話，會發生功率半導體和模擬半導體的不足，自動駕駛車和EV不能生產的情況。

蘋果的iPhone也不能製作了

而且，這種情況不僅限於汽車。圖8示出了用於Communication的半導體的發貨額。該領域包括以美國蘋果公司的“iPhone”為首的智能手機和5G（第五代移動通信）通信基站等。

圖8

新型iPhone需要使用TSMC最先進的程序生產的Application Processor（AP）。但是，並不是只有最先進的AP才能夠製作iPhone。如圖8所示，需要各種類型的半導體，其半導體的技術節點從最尖端到傳統廣泛。

即使缺少一個TSMC以外的中小規模半導體廠商生產的傳統芯片，也無法製作成品iPhone。同樣地，電腦、高性能服務器、所有的電器產品，僅僅一個半導體不足，就無法生產成品。

這樣，幹蝕刻裝置用的製冷劑變成了一半，導致不能生產包括汽車在內的所有電機產品。

而且，問題不止這些。

人類科技的嚴峻挑戰

你每天都會使用連接在網絡上的智能手機和電腦吧。對於那個互聯網，通信基站和數據中心的存在是不可缺少的。那個通信基站和數據中心被龐大的半導體支撐着。

你的家和辦公室有照明器具，有各種各樣的電器產品吧。作為其動力的電力是由發電站製造的，通過變電站傳送。電力半導體等半導體活躍在發電和輸電上。

你為了上下班坐電車，為了出差和旅行坐飛機，用ATM從銀行存款裏取錢吧。電車的運行系統、飛機的自動操縱系統、銀行的主要系統等都是由半導體控制的。

像這樣，現在維持人類文明的社會基礎設施，已經沒有半導體是不可能存在的。並且，如果因為幹法蝕刻裝置用的製冷劑不足，這些半導體不能製作的話？

請想象一下在社會基礎設施中使用的半導體不能生產的時候。大家面臨危機的狀況？

現在還沒有半導體工廠停止的消息。但是筆者卻認為這是“暴風雨前的寂靜”。