дисс.МАГИСТРА. Оптимизация процесса плазмохимического травления монокристаллического кварца
 Скачать 1.74 Mb.
|
|
4.3.2 Нерациональное освещение Свет обеспечивает связь организма с внешней средой и имеет большое значение для процессов жизнедеятельности человека, так как зрение является важнейшим источником информации. Правильно устроенное освещение улучшает условия зрительной работы, снижает утомление, способствует повышению производительности труда и качества продукции, оказывает благоприятное психологическое действие на человека, повышает безопасность и снижает травматизм. При неудовлетворительном освещении зрительная способность глаза снижается, и могут появиться такие заболевания, как близорукость, рябь в глазах, катаракта. Освещение считается рациональным, если оно экономично и учитывает свойства и способность глаза (адаптацию, контрастную чувствительность, остроту зрения и т.д.). При отсутствии естественного света наступает так называемое световое голодание, в основе которого лежит ультрафиолетовая недостаточность. Она выражается в возникновении авитаминоза, нарушении обмена веществ, ослаблении защитных сил организма, обострении суставных болезней, снижении тонуса центральной нервной системы и функциональных расстройствах периферических отделов нервной системы. Эти изменения ухудшают самочувствие и влекут за собой снижение работоспособности, быструю утомляемость и увеличение сроков восстановления сил после работы. В зависимости от источника световой энергии, освещение делят на: естественное; искусственное; совмещенное. В лаборатории у установки ОПХТ имеется совмещенное освещение 68 Для освещения используются люминесцентные лампы с высокой световой отдачей и продолжительным сроком службы (10000 ч). Свечение происходит со всей поверхности трубки — следовательно, яркость и слепящее действие люминесцентных ламп значительно ниже ламп накаливания. Низкая температура поверхности колбы (около 5 °С) делает лампу относительно пожаробезопасной. Общее освещение у установки ОПХТ кварца обеспечивает уровень освещенности на рабочем месте не менее 200 лк (характеристика зрительной работы - средней точности, разряд работ V, подразряд б, характеристика фона - средняя, согласно СНиП 11-4-79). 4.3.3 Шумы и Вибрации Источниками шума и вибрации в помещении у установки ОПХТ являются механические вакуумные насосы, элементы системы охлаждения, ВЧ-генераторы и другие механизмы установки ОПХТ. Шум вредно воздействует на организм человека, вызывая различные физиологические отклонения в организме, психологические заболевания и снижает работоспособность. Утомление персонала при работе с аппаратурой из-за шума вызывает увеличение количества ошибок на работе, способствует возникновению травм. Характеристикой шума, с точки зрения физиологического восприятия, является понятие уровня громкости шума. Количественную оценку уровня громкости различных источников проводят путем сравнения с шумом по частоте 1000 Гц. В качестве допустимых установлены такие уровни шума, действие которых в течение длительного времени не вызывает снижения остроты слуха и обеспечивает удовлетворительную разборчивость речи на расстоянии полутора метров. 69 ГОСТ 12.1.003-2014 “Шум, общие требования безопасности” устанавливает, что уровень звука на рабочем месте (в том числе при работе на установке ОПХТ ) не должен превышать 50дБ. Мероприятия по снижению уровня шума или ликвидации его распространения в производственных помещениях основаны на изоляции источников шума, конструктивном изменении шумящих агрегатов, создании специальных помещений со звукопоглощающими стенами, потолками или штучными звукопоглотителями. Для изоляции источников шума используются звукоизолирующие кожухи, экраны, кабины. Кожухи плотно закрывают источник шума и внутри покрыты звукопоглощающими материалами. Когда нет возможности изолировать источник шума, применяются звукоизоляционные кабины с пультом управления и смотровым стеклом. Уменьшение шума в его источнике является наиболее рациональным решением. Вибрирующие устройства размещают на резиновых прокладках и амортизаторах. 4.3.4. Пожаровзрывоопасность. Помещение в лаборатории, где располагается установка ОПХТ, относится к категории В2 по пожароопасности (по НПБ 105-03 (Нормы Пожарной Безопасности)). Причины пожара: короткое замыкание в сети, в оборудовании, легковоспламеняющиеся жидкости, небрежное обращение с нагревательными приборами (по ГОСТ Р 12.3.047-98). Предусмотрены следующие противопожарные мероприятия: — электропроводка с достаточным сечением токоведущих частей, рассчитанных на максимальный ток; — цепи питания оборудованы предохранителями; 70 — все ЛВЖ хранятся в плотно закупоренных емкостях; — в помещение находятся огнетушители марки ОП-2(3); — в помещение установлены датчики дыма ИП 212-39. Для предотвращения взрывоопасности при эксплуатации баллонов со сжатыми газами необходимо: а) кислородные баллоны и редуктора защищать от попадания масел; б) окрашивать баллоны в соответствующие наполнителям цвета и сопровождать надписями; в) проводить освидетельствование баллонов и редукторов; г) содержать баллоны в специально оборудованных, предотвращающих падение местах или в газовых шкафах. Защита обслуживающего персонала от превышения предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны обеспечивается местной и общеобменной вытяжной вентиляцией. 4.3.5. Электромагнитное излучение Биологические эффекты от воздействия ЭМИ могут проявляться в различной форме: от незначительных функциональных сдвигов до нарушений, свидетельствующих о развитии явной патологии. Следствием поглощения энергии ЭМИ является тепловой эффект. Избыточная теплота, выделяющаяся в организме человека, отводится путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции; начиная с определенного предела, организм не справляется с отводом теплоты от отдельных органов и температура их может повышаться. Воздействие ЭМИ особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузырь). Облучение глаз может привести к помутнению хрусталика (катаракте), причем развитие катаракты является одним из немногих специфических поражений, 71 вызываемых ЭМИ радиочастот в диапазоне 300МГц…300 ГГц при плотности потока энергии (ППЭ) свыше 10 мВт/см². Помимо катаракты при воздействии ЭМИ возможны ожоги роговицы. Для длительного воздействия ЭМИ различных диапазонов длин волн при умеренной интенсивности (выше ПДУ) характерным считают развитие функциональных расстройств в ЦНС с не резко выраженными сдвигами эндокринно-обменных процессов и состава крови. В связи с этим могут появиться головные боли, повышение и понижение давления, урежение пульса, изменение проводимости в сердечной мышце, нервно-психические расстройства, быстрое развитие утомления. Возможны трофические нарушения: выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела. Наблюдаются изменения возбудимости обонятельного, зрительного и вестибулярного анализаторов. На ранней стадии изменения носят обратимый характер, при продолжающемся воздействии ЭМИ происходит стойкое снижение работоспособности. Единицами ЭМИ являются: напряжённость электрического поля E (В/м), напряжённость магнитного поля H (А/м), плотность потока энергии J (Вт/м 2 ). На установке ОПХТ используются генераторы электромагнитных колебаний высокой частоты с частотой 13,56МГц и длинной волны равной 22м. Нормирование ЭМИ радиочастотного диапазона проводится по ГОСТ 12.1.006-84 и Санитарным правилам и нормам СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96. Напряжённость электромагнитных полей радиочастот на рабочих местах не должна превышать по электрической составляющей 20В/м в диапазоне частот 100кГЦ-30МГц и 5В/м в диапазоне частот 30-300МГц, по магнитной составляющей предельная величина равна 5А/м в диапазоне частот 100кГЦ- 1.5МГц. В зависимости от условий облучения, характера и места нахождения источников ЭМИ РЧ могут быть применены различные средства и методы 72 защиты от облучения: защита временем; защита расстоянием; экранирование источника излучения; уменьшение излучения непосредственно в самом источнике излучения; экранирование рабочих мест; средства индивидуальной защиты; выделение зон излучения. Защита временем предусматривает ограничение времени пребывания человека в электромагнитном поле и применяется, когда нет возможности снизить интенсивность излучения до допустимых значений. Защита расстоянием применяется в том случае, если не возможно ослабить интенсивность излучения другими мерами, в том числе и сокращением времени пребывания человека в опасной зоне. В этом случае прибегают к увеличению расстояния между излучателем и обслуживающим персоналом. Уменьшение мощности излучения непосредственно в самом источнике излучения достигается за счёт применения специальных устройств. С целью предотвращения излучения в рабочее помещение в качестве нагрузки генераторов вместо открытых излучателей применяют поглотители мощности (эквивалент антенны и нагрузки источников ЭМИ РЧ), при этом интенсивность излучения ослабляется до 60 дБ и более. Промышленностью выпускаются эквиваленты антенн, рассчитанные на поглощение излучения мощностью 5, 10, 30, 50, 100 и 250 Вт с длинами волн 3,1…3,5 и 6…1000 см. Снижение уровня мощности может быть достигнуто с помощью аттенюаторов, которые позволяют ослабить в пределах от 0 до 120 дБ излучение мощностью 0,1; 0,5; 1,5; 10; 50 и 100 Вт и длинами волн 0,4…0,6; 0,8…300 см. Экранирование источников излученияиспользуется для снижения интенсивности электромагнитного поля на рабочем месте или устранении опасных зон излучения. В этом случае применяются экраны из металлических листов или сеток в виде замкнутых камер, шкафов и кожухов. 73 4.4 Химические факторы При работе на установках ПХТ в качестве реагентов используются следующие газы: C 4 F 8 октафторциклобутан (хладон – 318); О 2 кислород молекулярный; SF 6 гексофторид серы (элегаз); CHF 3 трифторметан (хладон - 023). He гелий. Хладон-318 (C 4 F 8 ): газ без цвета и запаха, малотоксичен, не горит и не взрывается, в н.у., химически нейтрален. Температура кипения при давлении 0,1 МПа — -6 ОС. Относительная молекулярная масса – 200,031. Плотность при температуре 20 ОС – 1520 кг/м 3 ПДКС4F8 = 3000 мг/м3 Класс опасности (ГОСТ 12.1.007-76) – 4 О 2 : газ без цвета и запаха, высокоактивный окислитель. С горючими газами образует взрывчатые смеси, масла в атмосфере О 2 самовозгораются. Основные проявления токсичности О 2 при н.у. - поражение дыхательных путей, частичным образом легких (вплоть до отека). Возбуждение нервной системы с развитием судорог характерно для действия О 2 под давлением. Непосредственной причиной гибели является паралич дыхательного центра. ПДК O2 (при н.у.)- 40-60% об. SF 6 (элегаз): газ - жидкость (Т кип. -6,4 о С). Оказывает удушающее действие в результате снижения гемоглобина. Токсичен. ПДК SF6 - 5000 мг/м 3 Класс опасности (ГОСТ 12.1.007-76) – 4 CHF 3 : газ, токсичен, оказывает удушающее действие из-за понижения гемоглобина. ПДК CHF3 = 20 мг/м 3 Класс опасности (ГОСТ 12.1.007-76) – 4 74 Все вышеперечисленные газы могут подаваться из баллонов, а О 2 и по магистралям (синего цвета соответственно) Цвет баллонов для хладонов - черный с соответствующей надписью, например: “Хладон-318”. В последнее время в процессах ПХТ применяют гелий He. He — это нетоксичный газ, не имеет цвета, запаха и вкуса. При нормальных условиях представляет собой одноатомный газ. Его точка кипения (T = 4,216 K). Наименее химически активный и обладает высокой теплопроводностью. 4.5 Расчет шума на рабочем месте и общая оценка напряженности трудового процесса. Основными источниками шума и вибрации в помещении лаборатории на установке ОПХТ являются механический вакуумный насос, ВЧ-генератор установки ПХТ и система охлаждения. Таблица 1 Добавка для определения суммарного уровня шума Разность уровней 2-х источников шума, дБ 0 1 2,5 4 6 10 Величина добавки ΔL, дБ 3 2,5 2 1,5 1 0,5 Звуковая мощность генератора равна L1=55 дБ, звуковая, мощность механического насоса равна L2=62 дБ, мощность системы охлаждения установки ОПХТ равна L 3 =60 дБ дБ, 5 , 63 5 , 1 62 3 2 Σ 1 L L L дБ, 5 , 64 1 5 , 63 1 Σ1 Σ2 L L L где L - добавка в функции разности уровней источников 1 L и 3 , L выбирается из табл.П1. 75 Суммарный уровень шума превышает установленную норму в 50дБ. Требуемое снижение шума тр L в производственных помещениях рассчитывается по выражению доп тр L L L , доп L =50дБ Рабочее место находится на расстояние r = 1 м от источника шума, L = 64,5 дБ, фактор направленности Ф = 1,5, площадь поверхности помещения S = 15 м 2 , Средний коэффициент звукового поглощения α ср = 0,7 Постоянную помещения B рассчитываем по формуле ; м 35 7 , 0 1 15 7 , 0 1 2 ср ср S B (11) дБ. 2 , 58 35 4 1 π 4 5 , 1 lg 10 5 , 64 2 L дБ. 2 , 8 50 2 , 58 тр L Для уменьшения шума на рабочем месте на 8,2 дБ необходимо поместить механический насос в звукоизолирующий корпус. 4.6 Психофизиологические факторы В современных условиях труд инженера изменился в таком направлении, что доля физических усилий уменьшается, а психологических – увеличивается. Монотонность труда, вследствие чего повышается утомляемость; психофизиологические перегрузки, связанные с высокой ответственностью за конечное изделие, перенапряжение зрительных анализаторов (работа с микроскопом). Статические физические перегрузки в процессе работы (неудобное положение тела, статичность позы). Повышенная напряженность (значительная длительность сосредоточенного внимания). Для снятия напряжений необходимо после 1,5 – 2 часов работы делать перерыв 76 4.7 Охрана окружающей среды Важнейшей задачей, которую необходимо решить для обеспечения экологической безопасности производства изделий микроэлектроники является исключение возможности выброса токсичных газов и паров в воздух рабочей зоны и атмосферу. Технологический процесс не должен загрязнять окружающую среду (воздух, почву, водоемы) выбросами вредных веществ, концентрация которых превышает предельно допустимую концентрацию вредных веществ (ПДК). ПДК - это максимальная концентрация примесей в атмосфере, которая при периодическом или постоянном воздействии не оказывает вредного действия (включая отдаленные последствия) на живой организм, не снижает прозрачности атмосферы, не уменьшает ультрафиолетовой радиации и не вызывает порчи растений. Наиболее распространенными, эффективными и безопасными плазмообразующими реагентами до сих пор считались углеродосодержащие хладоны и их смеси с кислородом и инертными газами. Но последние исследования показали, что в выхлопе установок плазменного травления могут содержаться вещества отрицательно воздействующие на человеческий организм и на окружающую среду. Указанные выше газы, проходя через насосы растворяются частично в маслах, вызывая их деградацию. Смена масла, содержащего токсичные вещества требует выполнения особых правил безопасности персонала и специальных мер дальнейшей утилизации этих масел. Повысить экологическую безопасность процессов плазменного травления можно на стандартном оборудовании, используя в качестве реагентов безфреоновые газовые смеси и применяя эффективные способы очистки и контроля выхлопа, но еще лучше замена хладонов на безуглеродные аналоги. Перспективным решением проблемы увеличения экологической и технологической безопасности процессов сухого травления материалов 77 микроэлектроники является применение газообразного хлора и его смесей с инертными газами. Это связано с относительной простотой нейтрализации газообразного хлора и отсутствием в исходной газовой смеси трудно уловимых фреонов. По физической сущности способы очистки отходящих газов можно условно разделить на две группы: «мокрые» и «сухие». Способы, входящие в первую группу, основаны на использовании жидких поглотителей (кислоты, растворы пиридинов, растворы щелочей карбонатов, суспензии). Происходит химическое взаимодействие поглотителей с утилизируемыми газами, этот процесс называется абсорбцией. Но такое «мокрое» устройство очистки отходящих газов нельзя размещать непосредственно на выходе рабочей камеры, так как пары растворов могут загрязнять рабочий объем. Наиболее эффективно применение этих способов на выходе откачной системы плазмохимических установок. Вторые – «сухие» способы основаны на использовании твердых масс – активированных углей, цеолитов, составов на основе неорганических веществ и других композиций как в чистом виде, так и с добавками активирующих компонентов, такой процесс называется адсорбцией. Очистка осуществляется за счет физического и химического взаимодействия очистительных масс и очищаемого газа. Все сточные воды лаборатории должны подвергаться очистке от вредных веществ перед сбросом в водоем. Для выполнения этих требований применяют механические, химические, биологические, а также комбинированные методы очистки. Состав очистных сооружений выбирают в зависимости от характеристики и количества поступающих на очистку сточных вод, требуемой степени их очистки, метода использования их осадка и от других местных условий в соответствии со СНиП 2.04.03-85. Для экономии водных ресурсов необходимо использовать на предприятиях установки для регенерации воды, системы оборотного водоснабжения. |