ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ В ЕЛЕКТРОННІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ

Більшість галузей економіки мають виражену специфіку умов праці, а також умов взаємодії підприємств з навколишнім середовищем. У технологічних процесах мікроелектроніки використовується велике число токсичних речовин, вибухо- і пожежонебезпечних газів і рідин. Для виробництва інтегральних схем (ІС) потрібно енергоємне обладнання з високим годує напругою електричного струму, високотемпературні печі, ультразвукові, електронно-променеві і лазерні установки, устаткування для механічної обробки матеріалів.

Прогрес в мікроелектроніці немислимий без розробки нових матеріалів і технологічних процесів для виробництва інтегральних схем і мікроелектронної апаратури, а також обладнання, на якому реалізуються ці технологічні процеси. Все це супроводжується виникненням нових небезпечних і шкідливих факторів виробництва.

Загальна характеристика умов праці в електронній промисловості представлена в табл. 9.1, а види травм та професійних захворювань - в табл. 9.2.

Безпека виготовлення ІС

Сучасне виробництво ІС включає в себе: процеси механічної обробки матеріалів;

  • - Процеси отримання епітаксійних шарів;
  • - Процеси окислення;

процеси дифузії та іонної імплантації;

Таблиця 9.1. Негативні фактори в електронній промисловості

Негативні фактори в електронній промисловості

Таблиця 9.2. Види травм і захворювань в електронній промисловості

Види травм і захворювань в електронній промисловості

  • - Процеси літографії;
  • - Процеси плазмохімічного травлення;
  • - Процеси хімічної обробки пластин; процеси отримання діелектричних і металевих плівок;
  • - Допоміжні операції (підготовка обладнання, хімічна обробка, контрольні процеси, приготування розчинів) і т.д.

При проведенні технологічних процесів використовуються екологічно небезпечні речовини: травители на основі мінеральних кислот і лугів; розчини для хімічної обробки, що містять сірчану, соляну і азотну кислоти; технологічні гази: моносилан, фосфін, арсин, диборан, елегаз, хлор, фтор, фреони; бор, фосфор, сурма; органічні сполуки: ацетон, ДМФА, толуол та ін. Більш докладно перелік небезпечних речовин за окремими операціями виробництва ІС наведено в табл. 9.3. Перелік забруднюючих речовин у викидах і скидах представлений на рис. 9.1.

Поверхні пластин напівпровідникових матеріалів, використовуваних при виготовленні ІС, піддаються ретельній очищенню. Метод очищення залежить від виду забруднень і їх впливу на подальшу технологічну операцію. Найбільшого поширення набула очистка, що складається з промивання в деіонізованной або дистильованій воді, травлення кислотами, обробки іонним бомбардуванням і в тліючому розряді.

Механічну очистку найбільш ефективно проводити в ультразвуковій ванні. І хоча очищення проводиться з використанням апаратури, що працює в низькочастотному діапазоні (до 40 кГц) при середніх потужностях ультразвукових коливань, необхідно вживати заходів щодо захисту працюючих від шкідливого впливу ультразвуком. Ультразвукові установки повинні бути обладнані звукоізолюючими кожухами або екранами і блокуванням, що відключає перетворювачі при відкриванні кожухів. При неможливості знизити шум за допомогою кожухів і екранів до допустимих величин технологічну частину ультразвукових установок необхідно розміщувати в звукоізольованих кабінах, куди можуть заходити липа, безпосередньо пов'язані з обслуговуванням установки, використовуючи при цьому індивідуальні засоби захисту. При роботі ультразвукових установок повинна бути повністю виключена можливість безпосередній-

Таблиця 9.3. Матеріали і сировина, використовувані для виробництва ІС

Матеріали і сировина, використовувані для виробництва ІС

Екологічний аналіз виробництва інтегральних схем (викиди і скиди)

Рис. 9.1. Екологічний аналіз виробництва інтегральних схем (викиди і скиди)

ного контакту рук працюючого з рідиною і очищають поверхню.

Слід звернути увагу на дотримання запобіжних заходів при роботі з розчинниками, в якості яких використовуються ЛЗР (толуол, бензол, дихлоретан та ін.), Які надають різко виражену токсичну дію на життєво важливі органи людини. Операцію хімічного очищення необхідно проводити у витяжних шафах, що мають ефективну і надійно діючу систему витяжної вентиляції з використанням індивідуальних засобів захисту шкірних покривів.

При виготовленні ІС по планарной технології використовують термічне (високотемпературне) окислення кремнію в різних окисних середовищах: в сухому і вологому кисні, в парах води. Установки термічного окислення кремнію поряд з іншим спеціальним обладнанням мікроелектроніки (дифузійними установками, установками вакуумного напилення тощо) відносяться до класу обладнання з контрольованим середовищем. Проектування та експлуатація такого обладнання потребує дотримання особливих заходів безпеки.

При роботі з контрольованими газовими середовищами слід мати на увазі, що до їх складу можуть входити горючі, вибухонебезпечні і токсичні гази. Тому концентрація горючих (вибухонебезпечних) газів у повітрі приміщень, де експлуатується устаткування з контрольованою газовим середовищем, не повинна бути вище нижньої межі їх вибуховості, а концентрація токсичних газів не повинна перевищувати ГДК. Залежно від ступеня токсичності газу, використовуваного в технологічному процесі, необхідно проведення постійного або періодичного аналізу повітря у виробничому приміщенні, для чого в місцях можливого скупчення встановлюються автоматичні газоаналізатори, що сигналізують про небезпечну концентрацію газів у приміщенні. При застосуванні як контрольованого середовища інертних газів повинні бути вжиті заходи, що виключають витіснення цими газами кисню з виробничих приміщень. Вміст кисню (за об'ємом) в повітрі виробничого приміщення повинно бути не нижче 18%.

Приміщення, в яких розміщено обладнання з контрольованою газовим середовищем, і саме устаткування повинні оснащуватися системою припливно-витяжної вентиляції; при цьому враховуються фізичні властивості і хімічний склад застосовуваних газових середовищ і газів, що виділяються в виробниче приміщення. Пульти (панелі управління), приводи механізмів, крани (вентилі) на трубопроводах слід розташовувати в таких місцях, щоб особи, які працюють з обладнанням, що не піддавалися впливу інфрачервоних випромінювань, енергій інтенсивних випромінювань радіочастот, високих температур і т.п.

Робочі місця оснащуються також необхідними захисними засобами (екранами зі світлофільтрами, рукавичками та рукавицями з теплоізолювальної або двошаровою бавовняної тканини, захисними окулярами зі світлофільтрами та ін.).

Для попередження персоналу про можливу аварію, а також для автоматичної ліквідації аварійних ситуацій в конструкції обладнання передбачаються система сигналізації, запобіжні пристрої і блокування безпеки. Крім того, обладнання оснащується необхідними приладами та пристроями для контролю складу і витрати контрольованого газового середовища (ротаметрами, витратомірами, газоаналізаторами і т.п.).

У технології виготовлення напівпровідникових ІС для отримання р-п переходів використовують дифузійний метод введення домішок.

Найширше застосування знайшов метод дифузії у відкритій трубці з твердим, рідким або газоподібним джерелом домішки. У кожному випадку в якості діффузант використовуються речовини, які надають токсичну дію па організм людини. Так, при проведенні робіт з рідкими діффузант (наприклад, з трихлористе фосфором, трибромідом бором та ін.) Можливі сильні подразнення дихальних шляхів і органів зору.

Звернення із зазначеними речовинами вимагає дотримання особливих заходів безпеки на всіх стадіях роботи з ними. Транспортування та зберігання діффузант виробляються в запаяних кварцових ампулах, поміщених в герметично закривається контейнер, з розміщенням кожної ампули в окремому гнізді з амортизуючими прокладками. Місця зберігання повинні бути недоступні попаданню води. Розкриття ампул працюючими проводиться у витяжній шафі з використанням промислового протигаза, халата, гумових нарукавників, анатомічних рукавичок у присутності інженерно-технічного працівника, відповідального за проведення даної роботи.

До устаткування і апаратурі, призначеними для роботи з рідкими діффузант, пред'являються особливі вимоги щодо герметичності.

Залишки треххлористого фосфору, трибромідом бору, ампули та посуд, вживані, підлягають обов'язковій нейтралізації.

В якості газоподібних джерел домішок, які зі спеціальних балонів подаються в систему, використовуються також токсичні сполуки, наприклад гідриди дифезанта (арсин, диборан, фосфін, моносилан і т.п.). Більшість гідридів елементів III-V груп являють собою легколетучие, вогненебезпечні, вибухонебезпечні і надзвичайно токсичні речовини. Застосовуються вони у вигляді розбавлених сумішей з воднем або інертним газом. Найбільш небезпечними серед перерахованих гідридів є диборан (ГДК = = 0,11 мг / м3), який зазвичай мимоволі запалюється при контакті з повітрям, а в суміші з ним у присутності домішок вибухає. Диборан горить в двоокису вуглецю; в азоті він також горить і може вибухати. Спахнувши диборан дуже важко гасити. Гасити вогнища загоряння необхідно піском або бікарбонатом натрію.

По токсичності диборан близький до фосгену і впливає в основному на центральну нервову систему. Вдихання навіть невеликих кількостей диборана викликає головний біль, запаморочення, нудоту і непритомність.

Робота з гідридами виробляється в інертній атмосфері у витяжній шафі, а для захисту органів дихання працюючих застосовуються протигази відповідних марок. Дифузійна піч обладнується поряд з місцевою витяжною вентиляцією поглиначем продуктів окислення дифезанта, встановлюваним на виході газів з печі. При експлуатації обладнання необхідно ретельно стежити за його герметичністю, а також за герметичністю комунікацій і газорозподільної системи. При виявленні витоків газоподібних діффузант робота з ними повинна негайно припинятися.

У технології мікроелектроніки широке застосування знайшла іонна імплантація, яка стосовно до процесу введення домішок в напівпровідник називається іонним легуванням. Іонізація парів легуючих елементів проводиться у високочастотному або дуговому розряді. Вихідними матеріалами для отримання іонів бору та фосфору, які в основному використовуються при легуванні кремнію, є галогеніди бору, червоний порошкоподібний і кристалічний фосфор. Таким чином, експлуатація установок іонного легування пов'язана з небезпекою ураження електричним струмом, впливом енергії електромагнітного поля високої частоти, а також впливом на організм людини токсичних речовин, що використовуються в якості домішок.

У технології ІС для отримання транзисторних структур застосовують методи епітаксійного нарощування напівпровідникових шарів спільно з дифузією домішок.

Найбільш широко для утворення епітаксійних шарів застосовується хлорідний метод, при якому плівки кремнію одержують шляхом відновлення його тетрахлорида в середовищі водню, причому напівпровідникові пластини піддають попередньому газовому травленню в суміші НС1 і Н2. У процесі росту епітаксійних шарів легко досягається легування їх домішками, які подаються в реакційну камеру разом з газами, несучими полупроводниковое з'єднання.

Процес утворення епітаксійних шарів відбувається в реакційній камері при температурі 1150 1300 "С. Розігрів реакційної камери проводиться енергією струмів ВЧ.

Таким чином, робота на установці епітаксійного нарощування характеризується рядом небезпечних і шкідливих факторів, обумовлених наявністю електричного струму високої напруги, шуму при роботі форвакуумних насосів, струму високої частоти, високої температури, гідрідсодержащіх сумішей і галогепідов кремнію, бору, фосфору, миш'яку, сурми (наприклад , диборан, фосфін, аргон), хлористого водню, водню, що є токсичною і пожежо-, вибухонебезпечними речовинами.

Тому робота на установці епітаксійного нарощування вимагає дотримання комплексу заходів безпеки, викладеного, наприклад, в Правилах технічної експлуатації електроустановок споживачів, Правилах техніки безпеки при експлуатації електроустановок споживачів, Правилах пристрою і безпеки експлуатації посудин, що працюють під тиском та ін.

Для створення безпечних умов праці при експлуатації установок епітаксійного нарощування розробляється і здійснюється комплекс технічних, санітарно-гігієнічних і протипожежних заходів. Насамперед передбачається обладнання установок місцевою вентиляцією. Високочастотний генератор і індуктор повинні бути заекраніровани відповідно до вимог безпеки при роботі з джерелами ВЧ, УВЧ, СВЧ електромагнітних полів. На випадок раптового виходу з ладу вентиляції установка обладнується системою автоматичного відключення генератора і подачі в реактор інертного газу.

Так як у випадку підсосу повітря в реактор або витоку водню з газових комунікацій або реактора можливий вибух в результаті утворення вибухонебезпечної суміші, то система газорозподілу спільно з реактором перед початком і періодично в процесі експлуатації перевіряється на герметичність. Крім того, щоб уникнути утворення вибухонебезпечної суміші, подача водню в реактор допускається тільки після продувки останнього інертним газом.

Щоб уникнути перегріву індуктора і реактора і пов'язаного з цим створення аварійної ситуації установка обладнується сигналізацією про порушення водоохолодження індуктора, зблокованою з пристроєм відключення ВЧ-генератора.

Особи, які працюють на ділянці епітаксійного нарощування, забезпечуються засобами індивідуального захисту - протигазами відповідної марки, захисними окулярами, гумовими рукавичками. У приміщенні встановлюються відповідні засоби пожежогасіння.

Епітаксіальні кремнієві плівки високого опору на сапфірі отримують силанового методом, заснованим па термічному розкладанні силану (8Ш4). Сілан (ГДК = = 1 мг / м3) являє собою безбарвний газ з сильним запахом. При вдиханні силану або продуктів його горіння у людини з'являються головний біль, запаморочення, жар, рясне потовиділення. Надалі наступає стан напівнепритомності. Крім того, силан небезпечний як газ, який вибухає при взаємодії з киснем повітря. Тому в приміщенні, де проводяться роботи з сіланом, неприпустимо наявність відкритого полум'я, поза приміщенням роботи необхідно проводити з інструментом в іскробезонасном виконанні. Природно, що зберігання, транспортування і роботу з сіланом необхідно здійснювати в надійно герметизованих судинах, апаратах і устаткуванні.

У разі розгерметизації установки, враховуючи вибухонебезпечність силану, всі трубопроводи, вузли, ємності промиваються чотирьоххлористим кремнієм або чотирьоххлористим вуглецем. Тільки після цього можливе проведення ремонтних робіт з обов'язковим застосуванням засобів індивідуального захисту (протигази, халат, чоботи, анатомічні рукавички, гумовий фартух і нарукавники).

Для формування елементів схеми у виробництві друкованих плат використовується метод фотолітографії, який з позиції охорони праці характеризується наявністю великого комплексу небезпечних і шкідливих факторів.

На етапі нанесення фоторезиста основну небезпеку представляють центрифуги, частота обертання яких досягає 10 тис. Об / хв, а також електричний привід центрифуги. Система огорож, блокувань повинна забезпечувати надійний захист від випадкового попадання рук працюючого в небезпечну зону.

Певних заходів безпеки вимагає безпосередня робота з фоторезистом. Одним з компонентів фоторезиста є діоксан - легкозаймиста рідина, яка при контакті з організмом людини діє як наркотик, надаючи виборче вражаючу дію на нирки і печінку (ГДК = 10 мг / м3). Зберігати фоторезист, а також проводити всі операції з ним необхідно у витяжній шафі, а працюючі повинні забезпечуватися засобами індивідуального захисту.

На етапі експонування методами контактної і проекційного друку основної небезпеки піддаються органи зору при впливі на них УФ-випромінювання з довжиною хвилі 0,3 мкм. Основним засобом захисту є використання захисних окулярів зі світлофільтрами.

Застосування для експонування фоторезиста перспективних методів електроно- і рентгенографії вимагає спеціальної організації робіт з установками, генеруючими м'яке рентгенівське випромінювання. Засоби захисту від рентгенівського випромінювання повинні бути органічною конструктивною частиною установок і повинні забезпечувати ослаблення випромінювання до безпечних величин. Так, наприклад, корпус електронних гармат з фокусирующей і відбиває системами, робочі камери виконуються із сталі.

Для травлення не захищених фоторезистом ділянок використовують різні травители, основу яких складають кислоти: плавикова, азотна, соляна, сірчана. Для приготування анізотропних травителей використовується їдкий калі, а для складання миючих розчинів - їдкий натр. Робота з травітелямі пов'язана з можливістю отримання хімічних опіків, ураження органів дихання парами кислот, тому вимагає дотримання особливих запобіжних засобів.

Процес фотолітографії закінчується операцією видалення фоторезиста, для чого використовуються різні речовини, одне з яких - моноетаноламін - безбарвна або злегка жовтувата рідина з різким аміачним запахом. Пари впливають на зір, центральну нервову систему, печінку. При роботі з моноетаноламіном необхідна герметична апаратура і постійно діюча система вентиляції.

Санітарно-гігієнічна обстановка в приміщенні (параметри мікроклімату, чистота повітря) забезпечуються відповідно до вимог до приміщень 4-го класу (ІСО Р 4 (10)) класу: температура - (20-23) ± 2 ° С; відносна вологість - 50 ± 10%; чистота повітря - не більше 352 пилинок розміром 0,5 мкм в 1 літрі повітря.

Зазначені вимоги забезпечуються наявністю в приміщенні боксів, скафандрів, спеціальних монтажних столиків і робочих місць з локальною пилозахистом на окремих операціях, спеціальної внутрішньою обробкою приміщень. Обслуговуючий персонал для запобігання занесення пилу забезпечується спецодягом.

Для роботи на ділянці фотолітографії проводиться професійний відбір осіб, які досягли 18-річного віку, з обов'язковим попереднім медичним оглядом. Працюючий персонал забезпечується безкоштовним молоком та індивідуальними засобами захисту (гумовими і бавовняними рукавичками, фартухами, захисними окулярами, протигазами).

Збірка є частиною загального технологічного процесу виготовлення ІС і складається з наступних завершальних операцій: поділу пластин на кристали, що містять мікросхеми; кріплення кристалів в корпусі; приєднання зовнішніх висновків; герметизації.

В даний час розроблено велику кількість методів виконання кожної з цих операцій, що використовують різні фізичні принципи, матеріали, інструменти, обладнання.

Різка пластин металевими алмазними колами характеризується надходженням в робочу зону дрібнодисперсних часток розрізається, високочастотним шумом, виробленим ріжучим інструментом, небезпекою ураження електричним струмом. Тому обладнання для різання повинно мати надійне заземлення, місцеву витяжну вентиляцію, не допускає поширення частинок розрізається по виробничому приміщенню. Робочі зони різця закриваються прозорими кожухами.

Ультразвукова різання характеризується періодичним впливом на організм людини (і особливо на руки) ультразвукових коливань високої інтенсивності.

При різанні хімічним травленням пластини спочатку покривають шаром парафіну і фоторезиста, а потім витравлюють непокриті граничні ділянки. Для процесу характерні небезпечні фактори, аналогічні розглянутим рапсі і обумовлені роботою з фоторезистом і травітелямі. Тому тут також застосовні наведені вище заходи безпеки при роботі з даними речовинами.

Лазерне скрайбірованіе обумовлює наявність небезпечних і шкідливих чинників, властивих роботі з оптичним квантовим генератором (OKI). Крім того, зона скрайбування є джерелом надходження в повітря робочого приміщення парів розрізається. Крім пристрою місцевої витяжної вентиляції тут необхідна розробка заходів щодо безпечного обслуговування ОКГ.

Кріплення кристалів на основі корпусу здійснюється в основному методом пайки високотемпературним припоєм або легкоплавким склом. Як тверді припоїв використовуються головним чином евтектичні сплави золото-германій, золото- кремній.

Кріплення кристала у скляних або пластикових корпусах здійснюється легкоплавким склом в атмосфері інертного газу при температурі до 525 "С.

У ряді випадків використовується пайка припоями на основі олова і свинцю, а також приклеювання клеями на основі епоксидних смол. Ці процеси характеризуються виділенням в навколишнє середовище токсичних парів свинцю, флюсів. При використанні епоксидних смол повітря робочих приміщень може забруднюватися парами епихлоргидрина, затверджувачів (гексаметилендиамін, поліетиленполіамін), різних наповнювачів і розчинників.

Причинами забруднення повітряного середовища є відсутність або неефективна робота витяжної вентиляції в зоні виділень, а також недосконалість технології виробництва. Несприятливими з позиції охорони праці є також такі операції, як розігрів епоксидної смоли, приготування її суміші з затверджувачем. В останньому випадку нерідко виділяється багато летючих речовин, так як реакції взаємодії епоксидної смоли з отвердителями або екзотермічни (холодне отверждение), або вимагають підігріву до 140 ° С і вище (гаряче отверждение).

Важливою проблемою при застосуванні епоксидних смол є усунення прямого контакту з ними шкірних покривів, оскільки більшість операцій зі смолою виконується, як правило, вручну. До того ж фізичні особливості епоксидних смол (липкість, в'язкість, нерозчинність у воді, спирті) ускладнюють роботу з ними. У зв'язку з цим часто спостерігаються вторинні забруднення, коли продукт, що пристав до рукавичок, інструментів та інших предметів, випадково переноситься за межі робочого місця. Контакт шкірних покривів з епоксидними смолами призводить до виникнення захворювань шкіри у вигляді червоних плям, висипу, екзем, набряків (у тому числі й на обличчі). Хронічне отруєння летючими сполуками епоксидної смоли супроводжується головним болем, нудотою, погіршенням апетиту, печінням в очах, набряком повік, роздратуванням верхніх дихальних шляхів. Одним з основних заходів з охорони праці при роботі з епоксидними смолами є також організація системи вентиляції - як відокремленої припливно-витяжної, так і місцевої витяжної.

Тип місцевого витяжного пристрою (витяжна шафа, бортовий відсмоктувач, парасольку і ін.) Залежить як від величини і форми оброблюваного виробу, так і від виду технологічного устаткування. Швидкість руху повітря в робочому отворі місцевого витяжного пристрою повинна бути в межах 0,3-0,7 м / с в залежності від кількості і ступеня нагріву епоксидної смоли і її затверджувачів. Відсмоктуване з приміщення повітря компенсується припливом зовнішнього повітря, очищеного від пилу. Велике значення при роботі з епоксидними смолами мають особиста гігієна, акуратність, використання засобів індивідуального захисту.

Після монтажу кристала в корпусі виконують з'єднання контактних майданчиків з висновками корпусу. Для цього використовують різні види микросварки.

Метод термокомпрессіі отримав найбільш широке поширення. При його реалізації існує певна ймовірність отримання опіків при необережному поводженні з високотемпературним (t = 300 ° С) інструментом або нагрітим кристалом.

Для герметизації кристалів в корпусах застосовують різні методи: зварювання (контактну, електронно-променеву, холодну), пайку. Здійснення кожного з цих методів характеризується своїми небезпечними і шкідливими факторами, природа і характер прояву яких визначаються типом обладнання і використовуваного матеріалу і в основному збігаються з раніше розглянутими небезпечними і шкідливими факторами.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >