CC BY
18
К 185-летию великого русского российского ученого и гражданина России -Дмитрия Ивановича Менделеева и 150-летию его наследия -«Периодического закона для химических элементов». К 170-летию Ивана Петровича Павлова - выдающегося русского российского исследователя в области физиологии, первого нобелевского лауреата России.
УДК 613.6.027:613.65
Кирьянова М.Н., Маркова О.Л., Иванова Е.В.
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ФАКТОРЫ РИСКА ЗДОРОВЬЮ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ
ФБУН «Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья» Роспотребнадзора, Санкт-Петербург, Россия, mrn@ro.ru
Резюме: Проведены гигиенические исследования для оценки риска здоровью работающих в основных профессиях на базе современных предприятий по производству интегральных микросхем (ИМС). По результатам изучения факторов производственной среды и трудового процесса в наиболее неблагоприятных условиях труда находятся операторы прецизионной фотолитографии. Выявлены приоритетные вредные факторы при выполнении основных фотолитографических операций - зрительно-напряженный труд и фиксированная рабочая поза.
В условиях невозможности полной автоматизации фотолитографических процессов на изучаемых предприятиях профилактические мероприятия должны быть направлены на организацию рационального режима работы, обеспечивающего снятие напряжения зрения и опорно-двигательного аппарата. Ключевые слова: производство интегральных микросхем; прецизионная фотолитография, условия труда; профессиональный риск; воздух рабочей зоны; нагрузка на зрительный анализатор; фиксированная рабочая поза.
Abstract:
Kir'yanova M.N, Markova O.L., Ivanova E.V. Occupational health risk factors in integrated microcircuit production.
Hygienic studies to assess health risks for workers engaged in major jobs at modern enterprises producing integrated microcircuits (IMC) were carried out. Adverse priority factors in major technological operations of precision photolithography, i.e.: visual strain and constrained working posture were identified. If a complete automation of photolithography processes in the examined enterprises is unrealizable, preventive measures should be aimed to organize rational working regime providing reducing of
К 185-летию великого русского российского ученого и гражданина России -Дмитрия Ивановича Менделеева и 150-летию его наследия -«Периодического закона для химических элементов». К 170-летию Ивана Петровича Павлова - выдающегося русского российского исследователя в области физиологии, первого нобелевского лауреата России. visual and musculoskeletal system strain.
Key words: integrated microcircuit production, precision photolithography, working conditions, occupational risks.
Введение. В условиях интенсивного развития цифровой экономики микроэлектроника является критическим фактором технологического прогресса, обеспечения экономического и культурного суверенитета. Достижения в области информационных технологий передачи и обработки возрастающего объема информации связаны с широким использованием интегральных микросхем (ИМС) [1-3]. В рамках реализации стратегии по развитию цифровой экономики повышенное внимание уделяется производству отечественной электронной компонентной базы необходимого технического уровня [4]. Однако анализ литературных данных свидетельствует о недостаточной изученности условий труда высококвалифицированных специалистов, занятых изготовлением ИМС на современных предприятиях радиоэлектронной промышленности [5-9].
Определение приоритетных факторов риска здоровью работающих в основных профессиях современного производства ИМС является актуальной задачей для профилактики профессиональных и производственно-обусловленных заболеваний.
Целью данной работы являлось проведение гигиенической оценки условий труда основных профессий при производстве ИМС.
Задачей исследования была оценка с гигиенических позиций технологических операций производственного цикла; выявление приоритетных факторов профессионального риска.
Материалы и методы. Гигиенические исследования выполнены на базе трех предприятий по производству ИМС и включали изучение условий и характера труда работников, занятых изготовлением микросхем: операторов химической обработки, прецизионной фотолитографии (ПФЛ), диффузионных процессов, вакуумного напыления.
Оценка состояния воздуха рабочей зоны проведена на основании анализа технологического процесса и применяемых материалов в зоне дыхания работающих, в процессе характерных производственных операций, при действующем технологическом и вентиляционном оборудовании. Всего выполнено 215 химических анализов на содержание вредных веществ и
К 185-летию великого русского российского ученого и гражданина России -Дмитрия Ивановича Менделеева и 150-летию его наследия -«Периодического закона для химических элементов».
К 170-летию Ивана Петровича Павлова - выдающегося русского российского исследователя в области физиологии, первого нобелевского лауреата России. аэрозолей, 270 измерений физических факторов производственной среды:
уровней звука, искусственной освещенности, параметров микроклимата
(температура, влажность, скорость движения воздуха) на 18-ти рабочих местах.
Измерение уровней физических факторов, концентраций химических веществ
проводилось с использованием утвержденных в системе Росаккредитации
методов. Показатели тяжести и напряженности трудового процесса оценивались
на основании хронометражных наблюдений в соответствии с «Руководством по
гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии
и классификация условий труда»20.
Результаты и обсуждение. На изучаемых предприятиях применяется
эпитаксиально-планарная технология создания полупроводниковых ИМС,
позволяющая формировать в малом объеме полупроводникового монокристалла
сложной многофункциональной схемы путем введения в его структуру лигатур,
выполняющих функции различных радиоэлементов (диоды, транзисторы,
резисторы, конденсаторы).
На поверхности пластины из полупроводника (подложки) на основе кремния после механической и химической обработки формируют слой материала (диэлектрических или металлических плёнок) с заданной структурой методом эпитаксиального наращивания. Затем пластина подвергается сложной фотолитографической обработке (нанесение фоторезиста; совмещение и экспонирование; удаление засвеченных участков фоторезиста; вытравливание защитного слоя диоксида кремния; удаление оставшегося фоторезиста). Через окна в защитном слое в поверхность подложки производится диффузия легирующих примесей для получения активных и пассивных областей структур. Основные этапы литографического цикла повторяются в соответствии с числом операций, необходимых для создания ИМС, обычно 15-30, на каждом производится контроль качества обработки под микроскопом и отбраковка пластин по параметрам отдельных ИМС. Затем методом напыления выполняется нанесение омических контактов и создание пассивных компонентов. Пластину разделяют на отдельные ИМС, к которым присоединяют токопроводящие выводы, монтируют в корпус, контактные площадки соединяются с выводами корпуса, после чего ИМС подлежат герметизации, испытаниям и упаковке.
20 Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда. Руководство Р 2.2.2006-05.
К 185-летию великого русского российского ученого и гражданина России -Дмитрия Ивановича Менделеева и 150-летию его наследия -«Периодического закона для химических элементов».
К 170-летию Ивана Петровича Павлова - выдающегося русского российского исследователя в области физиологии, первого нобелевского лауреата России.
Основными профессиями в производстве ИМС являются операторы
ПФЛ, химической обработки, диффузионных процессов, вакуумного напыления. На основании анализа особенностей технологического процесса: степени автоматизации трудовых операций, применяемых химических веществ и данных проведенных хронометражных наблюдений были определены профессиональные группы, трудовая деятельность которых характеризуется максимальной возможностью контакта работников с токсичными соединениями, а также значительным удельным весом работ с микроскопом. В результате выделены две группы профессий: к первой отнесены операторы диффузии и вакуумного напыления, обслуживающие герметичное, автоматизированное оборудование при минимальном контакте с химическими веществами и небольшой (до 8% смены) продолжительности работы с микроскопом, ко второй - операторы фотолитографии и химической обработки, при выполнении основных технологических операций вручную постоянно использующие токсичные реагенты - органические растворители, растворы кислот, щелочей; при этом наибольшая длительность использования оптической техники характерна для операторов ПФЛ.
Гигиенические исследования, проведенные на рабочих местах операторов диффузии и вакуумного напыления, показали, что обнаруженные в воздушной среде концентрации применяемых реагентов (оксиды металлов, соли и оксиды бора, фосфора) не превышали соответствующих ПДК. Измеренные уровни физических факторов производственной среды - шума, освещенности, параметры микроклимата на этих рабочих местах не превышали нормируемых значений. Условия труда этих профессиональных групп оценены как допустимые.
Оценка условий труда операторов ПФЛ и операторов химической обработки проводилась на производствах ИМС с разными вариантами организации труда: за каждым работником закреплены отдельные операции (предприятия 1 и 2), в бригаде каждый работник выполняет все операции (предприятие 3).
Оператор ПФЛ в течение рабочего дня выполняет весь цикл фотолитографических операций, среди которых наибольший удельный вес принадлежит процессам совмещения-экспонирования и контроля качества обработки под 100-160-кратным оптическим увеличением. По данным хронометражных наблюдений время работы с использованием микроскопа
К 185-летию великого русского российского ученого и гражданина России -Дмитрия Ивановича Менделеева и 150-летию его наследия -«Периодического закона для химических элементов».
К 170-летию Ивана Петровича Павлова - выдающегося русского российского исследователя в области физиологии, первого нобелевского лауреата России. составляет при разных вариантах организации труда от 47 до 55 % смены. Такая
продолжительность нахождения в фиксированной позе и напряжения
зрительного анализатора относит тяжесть и напряженность трудового процесса
оператора ПФЛ к 3 классу 1 степени.
Оператор химической обработки выполняет обезжиривание пластин, травление SiО2 на пластинах, снятие фоторезиста, а также очистку технологической оснастки. Контроль качества обработки под микроскопом занимает не более 5% времени. Тяжесть и напряженность трудового процесса оператора химической обработки оцениваются как допустимые - 2 класс.
Эквивалентные уровни звука на рабочих местах операторов ПФЛ и химической обработки составили за смену 60-62 дБА, что не превышает допустимых значений. Источником шума является преимущественно работа систем кондиционирования воздуха и приточно-вытяжной вентиляции, максимум звуковой энергии находится в средне- и низкочастотном диапазоне (31,5-500,0 Гц).
Температура и относительная влажность в производственных помещениях поддерживаются в соответствии с требованиями электронной (технологической) гигиены, регламентирующими колебания температуры в течение рабочего дня не более ± 20С, относительной влажности - ± 10% [10]. Измеренные значения этих параметров на рабочих местах находились в пределах: 22,8 - 23,40С и 47 - 50%, скорости движения воздуха - 0,01 - 0,04 м/с, что соответствует допустимому диапазону санитарных норм для категории выполняемых работ 1а - 1б.
Уровни освещенности рабочих поверхностей от системы комбинированного искусственного освещения составляли 1200-4150 лк и соответствовали нормируемым значениям.
Оценка состояния воздуха рабочей зоны проведена в процессе выполнения отдельных операций. Широкий спектр применяемых химических реагентов обусловлен сложностью технологического процесса изготовления ИМС. Для обезжиривания и химической обработки пластин в различных вариантах технологий используются азотная, плавиковая, соляная кислоты, четыреххлористый углерод, при подготовке поверхности пластин к нанесению или снятию фоторезиста применяют пропан-2-он, 2-аминоэтанол. Нанесение фоторезиста на пластины осуществляется с применением фенол- и крезолоформальдегидных смол, диметилформамида, 1,4 диоксана,
281
К 185-летию великого русского российского ученого и гражданина России -Дмитрия Ивановича Менделеева и 150-летию его наследия -«Периодического закона для химических элементов».
К 170-летию Ивана Петровича Павлова - выдающегося русского российского исследователя в области физиологии, первого нобелевского лауреата России. метилэтилкетона, пропан-2-ола. В процессе подготовки шаблонов и для
приготовления проявителей используют азотную кислоту и буферный травитель,
в состав которого входят гидрофторид и фторид аммония.
Для травления SiO2 и снятия фоторезиста использовались смеси кислот: азотная, серная, уксусная, ортофосфорная и органические растворители - 2-аминоэтанол, диметилформамид. Очистка технологической оснастки проводилась в азотной, соляной и плавиковой кислотах. Результаты гигиенической оценки загрязнения воздушной среды при выполнении фотолитографии и химической обработки представлены в таблице.
Таблица
Концентрации химических веществ в воздухе рабочей зоны операторов ПФЛ и химической обработки
Место отбора проб, Наименование опреде- Концентрации, ПДК,
рабочие операции: ляемого вещества мг/ м3 мг/м3
Предприятия № 1 и 2, оператор ПФЛ
- при нанесении 1,4-Диоксан 2,5 - 3,6 10
фоторезиста NN Диметилформамид 0,7- 4,9 10
- при удалении Азота диоксид 0,16 - 0,2 2
фоторезиста NN Диметилформамид 0,7-2,8 10
Пропан-2-ол 1,3 - 24,2 50
2-Аминоэтанол 0,12-1,5 0,5
- травление Гидрофторид 0,1-0,24 0,5
Этановая кислота 2,5 - 2,8 5
Предприятия № 1 и 2, оператор химической обработки
- приготовление Азота диоксид 0,2- 1,3 2,0
травителей Гидрофторид 0,12-0,32 0,5
Этановая кислота 2,5 - 3,1 5
Аммиак 0,9-2,3 20
- обработка пластин Азота диоксид 1,2- 1,6 2,0
- Гидрофторид 0,1- 0,14 0,5
Этановая кислота 2,5 - 3,7 5
Гидрохлорид 2,5- 4,1 5
Серная кислота 0,5-0,8 1
Метилбензол 1,5 - 15,2 150
Пропан-2-ол 1,0 - 3,0 50
Пропан-2-он 15 - 171 800
К 185-летию великого русского российского ученого и гражданина России -Дмитрия Ивановича Менделеева и 150-летию его наследия -«Периодического закона для химических элементов». К 170-летию Ивана Петровича Павлова - выдающегося русского российского исследователя в области физиологии, первого нобелевского лауреата России.
Продолжение таблицы
Предприятие № 3, оператор ПФЛ
- при травлении подложек Азота диоксид 0,17- 0,29 2
- при нанесении 1,4-Диоксан 3,5 - 5,0 10
фоторезиста
- при травлении Хром (VI) триоксид 0,007 - 0,03
трафаретов 0,021
- при снятии фоторезиста 2-Аминоэтанол < 0,12 0,5
Пропан-2-он < 100 800
Азота диоксид 0,21- 0,35 2
- при изготовлении Пропан-2-он 100 -139 800
фотошаблонов Гидрохлорид < 2,5 5
В результате проведенных исследований установлено, что содержание исследуемых веществ в зоне дыхания операторов ПФЛ и химической обработки на различных этапах технологического процесса во всех отобранных пробах не превышало соответствующих предельно допустимых концентраций, что связано как с небольшими количествами применяемых химических веществ, так и с эффективной работой вентиляции. Однако при выполнении большинства операций вручную в контакте с химическими соединениями следует учитывать, что некоторые из применяемых веществ обладают канцерогенным действием, представляют опасность для репродуктивного здоровья.
Таким образом, среди основных профессий, занятых в производстве ИМС, наиболее неблагоприятные условия труда формируются у операторов ПФЛ, ведущими гигиеническими факторами являются нагрузка на зрительный анализатор при работе с микроскопом и длительное ограничение общей двигательной активности в фиксированном положении сидя. Выполнение прецизионных зрительных работ по мнению многих исследователей связано с риском нарушений зрения, заболеваний опорно-двигательного аппарата, сердечно-сосудистых заболеваний, гормональных и иммунных нарушений [11, 12].
Оздоровлению условий труда контингента квалифицированных
работников, осуществляющих фотолитографические операции, необходимо
уделить внимание, учитывая, что в современной микроэлектронике именно
процессы литографической обработки кристаллов определяют уровень
283
К 185-летию великого русского российского ученого и гражданина России -Дмитрия Ивановича Менделеева и 150-летию его наследия -«Периодического закона для химических элементов».
К 170-летию Ивана Петровича Павлова - выдающегося русского российского
исследователя в области физиологии, первого нобелевского лауреата России. технологии и прогресс отрасли в целом [13].
В условиях ограниченных возможностей применения автоматизации технологических и контрольно-измерительных операций на изучаемых производствах для минимизации профессионального риска здоровью работающих профилактические мероприятия должны быть направлены на организацию рационального внутрисменного режима труда и отдыха, использование комплексов упражнений для глаз, методов психофизиологической разгрузки [14, 15].
Выводы:
На основании проведенных гигиенических исследований установлено, что приоритетными факторами профессионального риска здоровью работающих в профессии оператора ПФЛ в производстве ИМС является нагрузка на зрительный анализатор и опорно-двигательный аппарат.
Несмотря на модернизацию оборудования, значительная доля трудовых операций в производстве ИМС выполняется вручную. При невозможности полной автоматизации технологических процессов на изучаемых предприятиях профилактические мероприятия должны быть направлены на организацию рационального режима труда, обеспечивающего снятие напряжения зрения и опорно-двигательного аппарата.
Список литературы:
1. Шпак В.В. Микроэлектронная промышленность - основа суверенитета России. Материалы 4-я Международной научной конференции «Электронная компонентная база и микроэлектронные модули». Международный форум «Микроэлектроника-2018» 1-6 октября 2018 г. ТЕХНОСФЕРА. Москва, 2018, с. 24-28.
2. Matteo Meneghini H Amano, Y Baines, E Beam, M Borga, T Bouchet, PR Chalker, M Charles, ... The 2018 GaN power electronics roadmap. Journal of Physics D: Applied Physics 51 (16), 2018. 163001.
3. 1.9 Интегральные микросхемы - Научная библиотека. Электронный ресурс. Доступно на http://scask.ru/b book pe.php?id=11 Дата обращения 01.10.2019.
4. Государственная программа Российской Федерации "Развитие электронной и радиоэлектронной промышленности на 2013-2025 годы"
К 185-летию великого русского российского ученого и гражданина России -Дмитрия Ивановича Менделеева и 150-летию его наследия -«Периодического закона для химических элементов».
К 170-летию Ивана Петровича Павлова - выдающегося русского российского
исследователя в области физиологии, первого нобелевского лауреата России. Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от
15.12.2012 г. № 2396-р.
5. Трофимов В.А., Степанов В.В., Федосеева Н.М., Луговский Г.А. Гигиенические аспекты условий труда в производствах микроэлектронного приборостроения. В кн.: Вопросы гигиены труда в радиоэлектронной промышленности. М., 1979, С 8-15.
6. Кирьянова М. Н., Маркова О.Л, Иванова Е.В. Особенности формирования условий труда работников основных профессий в производстве интегральных микросхем. Медицина труда и промышленная экология. - 2019. -№ 59 (8). - С. 494-501.
7. Кирьянова М.Н., Маркова О.Л., Иванова Е.В. «Гигиеническая оценка условий труда при производстве радиоэлектронных компонентов». //Гигиена и санитария. 2018; 12: 1235-1238.
8. Дубейковская Л.С., Фролова Н.М., Салангина Л.И. Кирьянова М.Н., Сладкова Ю.Н. Гигиена труда и здоровье работающих в приборостроении // Медицина труда и промышленная экология. 2001.-№10.-С. 3-7.
9. Фролова Н.М. Оценка профессионального риска работающих женщин в радиоэлектронном приборостроении //Охрана труда и техника безопасности на промышленных предприятиях. 2013, № 3, С 17-19.
10. Крупкин Г.Я., Иванова Е.В., Родригес Х.Л. Воздушный режим зданий с прецизионно-стерильными технологиями. Медицина труда и промышленная экология. 2003; 8: 17-21.
11. Плеханов В.П. Оценка риска хронического перенапряжения пользователей компьютеров в зависимости от возраста и стажа работы. // Медицина труда и промышленная экология. - 2018. - № 5. - С. 58-61.
12. Сорокин Г.А. Работа, утомление и профессиональный риск. - СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2016. - 455 с.
13. В. Киреев. Технологии и оборудование для производства интегральных микросхем. Состояние и основные тенденции развития. Электроника НТБ. Выпуск #7/2004, С. 72-77.
14. Ушкова И.Н., Малькова Н.Ю., Чернушевич Н.И., Попов А.В., Кочетова О.А. Низкоинтенсивное лазерное излучение в профилактических мероприятиях // Медицина труда и промышленная экология. - 2013. - № 8. -С.34-37.
15. Ушкова И.Н., Малькова Н.Ю., Чистяков Н.Д., Кочетова О.А. Попов
285
К 185-летию великого русского российского ученого и гражданина России -Дмитрия Ивановича Менделеева и 150-летию его наследия -«Периодического закона для химических элементов». К 170-летию Ивана Петровича Павлова - выдающегося русского российского исследователя в области физиологии, первого нобелевского лауреата России. А.В., Применение низкоинтенсивного лазерного излучения в практике
профпатологии // Медицина труда и промышленная экология. - 2015. - № 2. -
С.16-18.
УДК: 614.3; 629.7
Копытенкова О.И.1'2, Афанасьева Т.А.1, Кузнецова Е.Б.2,
Леванчук1 А.В., Носков С.Н.2
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ, СВЯЗАННЫХ С АКУСТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ В РАЙОНАХ С РАЗВИТОЙ ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРОЙ
гФБУН «Северо-Западный научный центр гигиены и общественного здоровья» Роспотребнадзора, 2-я Советская ул., д.4, Санкт-Петербург, 191036, Россия; 2ФГБОУ «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I», Московский пр., д.9 Санкт-Петербург, 190031,
Россия
Резюме. В статье проведен анализ нормирования шума от потоков железнодорожного и автомобильного транспорта, представлены результаты исследования полученные при оценке шумоизоляционных свойств оконных блоков. Установлено, что звукоизолирующие преграды, устанавливаемые на пути распространения воздушного шума могут достаточно надежно защищать от него место пребывания человека, однако необходимо возвращение в действующее законодательство норм, которые регламентируют установление санитарно-защитной зоны размером 100 м.
Ключевые слова: шум, акустическая нагрузка, сверхнормативное акустическое воздействие, железнодорожный транспорт, автомобильный транспорт.
Summary.
Kopytenkova O. I., Afanas'eva T.A., Kuznetsova E. B., Levanchuk A.V., Noskov S.N. The main directions of solving problems related to acoustic load in areas with developed transport infrastructure.
The article analyzes the normalization of noise from the flows of rail and road transport, presents the results of the study obtained in assessing the noise insulation properties of window blocks. It is established that sound-proofing barriers installed in the way of air
