全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）是自20世纪50年代以来用于各种工业和消费者应用的一组人工化学品。这些化合物在半导体工业中有几个关键的应用。然而，由于PFAS对人类健康和环境的不利影响，目前正在实施法规和指南，以限制PFAS在半导体制造和其他行业的使用和处置。

 

One example of a PFAS compound

PFAS化合物的一个例子。图片由PFASfacts提供

 

这篇文章总结了一些禁止PFAS的立法行动，有时被称为“永久化学品”，以及这项禁令可能会对芯片制造商产生怎样的影响。

 

PFAS在半导体行业中的作用

PFAS在半导体行业最常见的用途之一是光刻工艺，这是制造微芯片的关键步骤。在光刻过程中，将一薄层光致抗蚀剂施加到硅片上，然后通过光掩模将硅片暴露在紫外光下，将图案转印到硅片上。光致抗蚀剂起到掩模的作用，以保护晶片的不应被蚀刻或沉积的部分，同时选择性地去除或修改暴露的区域。PFAS被添加到光致抗蚀剂中，以提高其与硅片的粘附力，提高其耐用性，并增强其对苛刻化学物质和高温的抵抗力。

 

The photoresist application process in photolithography

光刻中的光刻胶应用过程。图片（修改）由May Iam提供[CC BY-SA 4.0]

 

除了用于光刻之外，PFAS在生产其他半导体组件（如互连和封装材料）方面也至关重要。基于PFAS的材料可以帮助制造低k电介质和绝缘体，从而减少芯片中导线之间的电容，从而提高处理速度并降低功耗。PFAS也用于包装材料中，以提高热稳定性和防潮性。

PFAS除了在芯片制造中的应用外，对半导体制造设备和工厂基础设施也至关重要。它们的特殊性能，如耐热性和化学惰性，使其在设备部件（管道、垫圈、容器、过滤器等）和润滑（如各种油和润滑脂）中非常有用。

 

PFAS的调节及其对芯片制造商的影响

美国已经采取了几项措施，在州和联邦层面对半导体行业的PFAS进行监管。2020年，美国环境保护局（EPA）在《有毒物质释放清单》（TRI）中增加了172种全氟辛烷磺酸，要求企业向监管机构报告其对这些元素的使用情况，以监测其对环境的影响。

许多州已经禁止食品包装、消防泡沫和个人护理产品使用PFAS。缅因州在2023年生效的一项新法律中限制在该州销售的所有产品中使用该物质。新规定涉及到允许行业适应的中间期限。欧洲联盟（EU）也积极监管半导体行业的PFAS。2019年，欧盟根据《化学品注册、评估、授权和限制》（REACH）法规，将PFAS添加到其限制物质清单中，限制其在包括半导体在内的消费品和电子产品中的使用。

 

Technician in a semiconductor clean room

那些在半导体洁净室工作的人穿戴特殊设备，不仅可以防止晶片缺陷，还可以保护自己免受制造过程中使用的化学物质的伤害。

 

这些规定可能会对英特尔等芯片制造商产生重大影响。这些公司必须找到目前在其制造过程中使用的PFAS基材料的替代品。这可能需要大量的研究和开发工作，以找到符合行业性能要求的合适替代品。此外，法规可能会增加芯片制造商的生产成本，因为他们可能需要投资于新的设备和工艺。

监管也可能扰乱芯片制造商的供应链，导致半导体组件制造短缺或延误。

 

PFAS的可行替代品

研究人员正在半导体行业寻找PFAS的可行替代品，但找到具有可比性能和可靠性的替代品是一项复杂的挑战。

光刻中PFAS的一个潜在替代方案是基于金属氧化物的材料，如氧化锆或氧化钛。它们提供了与PFAS基材料相当的附着力和耐化学性，同时更环保。一些研究人员还开发了基于羟基苯乙烯（一种没有氟原子的聚合物）的光致抗蚀剂。这种材料在图案化性能和环境安全方面显示出有希望的结果，但它需要进一步开发以优化其性能并使其能够在工业中使用。

虽然PFAS有很好的替代品，但还需要进一步的研究和开发来优化其性能，并确保其与现有制造工艺的兼容性。芯片制造商还需要仔细管理替代材料的使用，以确保他们能够保持产品的性能和可靠性，同时最大限度地减少对环境和人类健康的影响。