Задание № 1

по курсу “Производственная и экологическая безопасность”

Студента группы ЭКТ-41

Ливицкого К.А.

Вариант 15

I. БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АГРЕССИВНЫХ СРЕД И ГАЗОВ

1. Общие сведения

Одними из непременных компонентов производственных процес­сов предприятий электронной промышленности являются плазмохимические процессы, так как в низкотемпературной газоразрядной плазме можно более эффективно (с наименьшими затратами энергии и реагентов) по сравнению с традиционными термическими. газовы­ми и жидкостные средами проводить многие процессы, такие как плазмохимическое получение порошков, плазмохимическое осаждение полимерных и неорганических пленок, плазменное анодирование, плазмохимический синтез и другие.

При проведении гетерогенных физико-химических процессов об­работки на границе раздела газовая плазма - твердое тело можно выделить три случая:

а) низкотемпературная газовая плазма (НГП) одновременно является средой проведения, источником участвующих в процессе час­тиц и стимулятором (активатором) процесса;

б) НГП служит только источником участвующих в процессе час­тиц;

в) НГП используется только для активации участвующих в про­цессе частиц, поверхностей или для стимуляции самого процесса.

В первом случае обрабатываемая поверхность, твердого тела находится в контакте с плазмой, во втором - вне плазмы, в третьем возможны оба варианта. В зависимости от вида плазмообразущего газа и природы поверхности твердого тела в каждом из трех пере­численных случаев с помощью НГП могут быть реализованы различные процессы обработки (рис. 1).

Эти процессы можно условно объединить в три большие группы:

1) удаление материала с поверхности твердого тела (все виды распыления, травления и очистки);

2) нанесение материала на по­верхность твердого тела (химическое - из газовой фазы, физическое из материала мишени, физико-химическое - из материала мишени, модифицируемого в газовой фазе);

3) модификация поверхностного слоя твердого тела (окисление, анодирование, легирование други­ми элементами, текстурирование, гетерирование, отжиг).

Среди потенциально опасных химических веществ и материалов, используемых в производстве ИС, первое место занимают сжатые газы. Это же справедливо при проведении процессов с использованием НГП.

2. Требования к рабочим газам и оборудованию. Характер воздействия агрессивных сред на человека

Прежде чем использовать тот или иной газ в технологическом процессе, необходимо оценить его с позиций требований безопасности, к которым можно отнести:

- отсутствие у газа способности образовывать взрывоопасные и огнеопасные смеси;

- отсутствие коррозионного воздействия и загрязнения стенок реактора, внутрикамерных устройств и откачных систем, а также деградирующего воздействия на масла вакуумных насосов;

- отсутствие способности поддерживать горение или самовоспламеняться;

- отсутствие способности образовывать токсичные, коррозион­ные, огнеопасные и взрывоопасные продукты реакции данного газа с другими газами, химическими веществами или материалами, участвующими в процессе обработки.

Кроме того, степень опасности газа следует оценить по агрес­сивности по отношению к организму человека с учетом того, что нежелательное воздействие проявляется не только при длительном, но даже и при кратковременном контакте.

Если хотя бы одному из требований безопасности используемые газы не отвечают, то возможна сложная ситуация, требующая тщательного контроля, причем стратегия контроля в каждом конкретном случае должна быть основана на степени опасности, которую пред­ставляет данная ситуация.

Обеспечение безопасности персонала и защита ценного производственного оборудования требуют постоянного внимания к вопросам хранения, транспортировки, использования и удаления сжатых газов.

Подобно другим химическим веществам сжатые газы можно раздо­ить на шасть категорий по основной опасности: коррозионные, огнеопасные, инертные (удушающие за счет замещения кислорода), окислители, пирофорные (способные самовоспламеняться при темпе­ратуре выше 54 °С), токсичные (ядовитые). К сожалению, по-видимому, не существует такого газа, которому свойственна только одна из основных опасностей. Водород, например, чаще всего харак- теризуется как огнеопасный и взрывоопасный газ, однако он явля­ется также удушающим газом, поскольку в замкнутом пространстве может замещать кислород.

Наибольшую угрозу представляют газы, которые могут само­воспламеняться или окисляться, вызывая в результате взрывы и пожары с человеческими жертвами. При этом следует иметь в виду, что даже те газы, которые при транспортировке не являются огне­опасными, при утечке в производственном помещении могут вызвать сильный взрыв. Например, аммиак воспламеняется в воздухе при концентрации от 16 до 25; при транспортировке он неогнеопасен. Окислители или газы, насыщенные кислородом, могут быть причиной многих пожаров при соединениях их с воспламеняющимися смесями. При этом часто остается без внимания возможность окислителя в обогащенной форме изменять условия горения смеси, с которой он входит в контакт.

Коррозионные газы вызывают серьезные, а иногда и смертель­ные ожоги при попадании на коку даже за сравнительно короткий промежуток времени. Так, безводный фтористый водород НF может вызвать смертельный поход ори ожоге лица в том случае, когда обожжено всего лишь 2,5 % поверхности тела. В то же время многие газы, используемые при вакуумно-плазменном травлении, содержат НF или могут образовывать его в результате химических реакций.

Высокотоксичные газы, такие как арсин, обладают свойствами ядов гемолитического действия (вызывают замещение кислорода в крови); другие газы, например фосфин, воздействуют на систему дыхания. Следует отметить, что фторуглеводороды , считавшиеся ранее нетоксичными, также могут оказывать тот или иной токсичес­кий эффект.

Для безопасности работы с газами очень важно, чтобы производственный персонал был осведомлен об их свойствах: воспламеняемости, летучести, токсичности и степени воздействия на человека. Например, такой сильно отравляющий газ, как арсин AsH₃, сохраняет токсичность даже после перехода в оксидные соединения. Кроме того, необходимо соблюдать осторожность при замене масла и чист­ке вакуумных насосов, поскольку некоторые газы и продукты их разложения сохраняют токсичность даже после попадания в насосное масло. Таким образом, вредность вещества определяется его концентрацией и свойствами независимо от того, чем это вещество является: кристаллом, твердым материалом, пылью, дымом, газом или жидкостью.

В результате химических реакций помимо самих исходных газов. паров и жидкостей могут образовываться оксиды, галоиды, гидриды, гидроксиды, а также металлоорганические соединения, многие из которых обладают взрывоопасностью, агрессивностью и токсичностью. В связи с этим важны два мероприятия. Во-первых, защита от вред­ных веществ, выделяющихся из внутренних стенок реактора, а также от пыли и токсичных частиц, образующихся при напуске воздуха во время загрузки и выгрузки обрабатываемых изделий. Во-вторых, принятие мер предосторожности при монтаже и регламентной (пла­новой) чистке, в том числе при очистке деталей внутрикамерной оснастки различными кислотами.

Большинство токсичных веществ попадает в организм человека через дыхательные пути или через кожу, хотя последнее встреча­ется в полупроводниковом производстве реже. Мельчайшие частицы пыли могут легко попасть в организм человека. При этом наиболее крупные частицы прилипают к слизистой оболочке, проникают в трахею и бронхи. Эти частицы могут удаляться со слизью и попа- дать в систему органов пищеварения. Пары многих веществ, состоя­щие из мелкодисперсных частиц размером около 0,3 мкм, оказывают очень сильное воздействие на дыхательную систему. Соединения мышьяка (например, треххлористый мышьяк AsCl₃; - маслянистая жид­кость с температурой кипения 130,4 °С) при испарении воздействуют на глаза и дыхательную систему, а при попадании на кожу могут проникнуть в кровь. Самым токсичным из всех соеди- нений бора является гидрид бора, воздействующий на органы дыха­ния, Диборан B₂H₆ оказывает сильное влияние на легкие. Пентаборан B₅H₉ и декаборан B₁₀H₁₄ воздействуют на центральную нервную систему; кроме того, декаборан вызывает отравление, прони­кая в кровь через кожу.

Перед производством стоят задачи безопасного хранения и об- ращения с этими газами и жидкостями, предотвращения возможности их утечки и загрязнения другими газами (максимально допустимая доля загрязнения но должна превышать 10^-6 - 10^-5).

Большинство газов (аргон, гелий, водород, кислород, хлорис­тый водород и другие) поставляется и хранится в стальных или алюминиевых баллонах. Баллоны должны храниться вне производственного помещения в хорошо вентилируемом месте под навесом при тем­пературе 0 - 25 °С. Для предотвращения загрязнений газовую магистраль проверяют галоидным или гелиевым течеискателем. Наряду с течеискателями, устройствами принудительной продувки, мониторны- ми и сигнальными устройствами необходимо иметь системы общей и местной вытяжки, кондиционирования и вентиляции, протекторные перегородки, щиты, а также защитную спецодежду. Наиболее вероят­на утечка в местах подключения баллонов к газовым магистралям.

Баллоны с газом должны устанавливаться в специальных шка­фах, изготовленных из углеродистой стали и снабженных самооткрывающимися дверцами и окнами из прочного стекла. Для очистки ма­гистралей последние должны иметь систему продувки, Кроме того, должна быть разработана система мер предупреждения возможности загрязнения воздуха коррозионными и токсичными газами.