A gestão dos gases de gravação começa fora da câmara
Na fabricação de displays, a gravação a seco é um processo que ativa gases reativos dentro de uma câmara de vácuo para remover seletivamente o filme desejado. Como os trabalhadores veem apenas equipamentos fechados, é fácil ter a impressão de que o processo está inteiramente confinado. No entanto, a fronteira real da gestão de segurança se estende pelo sistema de fornecimento de gases, pela câmara, pelos lados de entrada e de saída da bomba de vácuo, pelo equipamento de abatimento local, pelo duto de exaustão comum, pela instalação central de tratamento e pelo ponto de descarga. Se a capacidade de captura ou o equilíbrio de pressão falhar em qualquer trecho, substâncias antes confinadas podem migrar para a sala de equipamentos e para as áreas de manutenção.
A exaustão da gravação não é uma simples questão de ventilação. Componentes dos gases de alimentação que atravessam o processo sem reagir, subprodutos recém-formados no plasma, partículas desprendidas do substrato ou das paredes da câmara e materiais provenientes do óleo da bomba ou do sistema de limpeza deslocam-se juntos. Portanto, o funcionamento normal do detector do gabinete de gases, por si só, não permite concluir que todo o sistema de exaustão é seguro. É preciso relacionar a lista de produtos químicos do processo ao diagrama de fluxo da exaustão e verificar o que se desloca e para onde em cada condição: operação normal, parada, purga, anormalidade e manutenção.
A orientação sobre o processo de fabricação de dispositivos semicondutores da Administração de Segurança e Saúde Ocupacional dos Estados Unidos explica que, na gravação a seco, gases fluorados ou clorados são ativados e os produtos voláteis formados são descarregados pelo sistema de vácuo. Esse princípio também é útil ao examinar a exaustão da gravação de displays, mas as substâncias e concentrações efetivamente utilizadas e a configuração dos equipamentos devem ser novamente confirmadas nos dados de segurança e nos documentos das instalações de cada estabelecimento.
A expressão “gás de gravação” abrange riscos diferentes
Gerenciar gases halogenados e fluorados apenas como um único grupo de gases tóxicos faz com que diferenças importantes sejam ignoradas. Para substâncias cloradas, é necessário considerar em conjunto a toxicidade por inalação, a forte ação irritante e a possibilidade de formação de ácidos corrosivos em contato com a umidade. Entre as substâncias fluoradas coexistem componentes com riscos diretos de corrosão e toxicidade e componentes cuja persistência atmosférica de longo prazo e efeito estufa são mais relevantes que a toxicidade aguda. Mesmo gases de arraste ou de purga aparentemente inertes podem criar risco de deficiência de oxigênio em espaços confinados.
A tabela de gases de gravação por plasma da OSHA mostra que diversas substâncias, como CF4, C2F6, C3F8, CHF3, SF6, HF, cloro e BCl3, podem ser utilizadas conforme o material a ser gravado. Essa lista é um exemplo destinado a demonstrar a diversidade dos riscos; ela não representa a combinação de alimentação nem as condições de uma linha específica de displays. No local, os grupos de risco reais devem ser definidos com base nas fichas de dados de segurança, nos diagramas do sistema de fornecimento, nas listas de produtos químicos por equipamento e nos registros de gestão de mudanças.
Em especial, não se deve esperar que todos os gases fluorados sejam detectados da mesma forma nem apresentem a mesma eficiência de abatimento. O material sobre gases fluorados de efeito estufa na indústria de semicondutores da Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos informa que parte dos gases fluorados introduzidos no processo pode atravessá-lo sem reagir e que as emissões variam conforme o tipo de gás, o equipamento, as condições do processo, a formação de subprodutos e a existência de equipamento de abatimento. Os critérios de gestão devem abranger não apenas a quantidade alimentada, mas também as substâncias que efetivamente permanecem na exaustão e sua condição após o abatimento.
A avaliação de riscos deve responder, no mínimo, às seguintes perguntas:
A composição da descarga muda durante a operação normal, a limpeza da câmara, a purga e a parada do equipamento?
Que gases ácidos ou precipitados sólidos os gases de alimentação formam ao entrarem em contato com umidade, ar ou outras correntes de exaustão?
O volume de gases não reagidos aumenta quando mudam a temperatura, a pressão ou a vazão da bomba de vácuo e do equipamento de abatimento?
Quando as correntes de exaustão de equipamentos diferentes se unem, há aumento de reatividade, condensabilidade, inflamabilidade ou corrosividade?
Os detectores abrangem adequadamente não apenas os gases de alimentação, mas também os subprodutos previstos e os cenários de deficiência de oxigênio?
Na exaustão local, o essencial é capturar na fonte e manter pressão negativa
A exaustão local não é uma instalação que dilui os contaminantes depois que eles se espalham pela zona respiratória do trabalhador, mas um controle de engenharia que os captura diretamente nos pontos onde pode ocorrer liberação. Devem ser examinados separadamente os pontos com possibilidade de emissão, como gabinetes de gases, manifolds de válvulas, aberturas das câmaras, descargas das bombas de vácuo, conexões dos equipamentos de abatimento e pontos de reposição de produtos químicos. Mesmo com coifa ou invólucro instalados, é necessário confirmar que a direção de captura exigida se mantém quando a porta está aberta ou quando um duto temporário está conectado.
A orientação HSG258 sobre projeto e inspeção de exaustão local do Health and Safety Executive do Reino Unido trata coifas, dutos, ventiladores, equipamentos de purificação do ar, documentação e cronogramas de inspeção e manutenção como um único sistema. Nessa perspectiva, o importante não é a indicação de que o ventilador está funcionando, mas a manutenção do desempenho de captura projetado nas condições reais de operação. Devem-se verificar em conjunto a justificativa para os ajustes dos alarmes de pressão diferencial ou vazão, a localização dos sensores, a periodicidade de calibração, a possibilidade de operação por bypass e a lógica de parada do processo quando ocorre um alarme.
O sistema de exaustão deve manter pressão negativa continuamente, tanto quanto possível, e ser configurado para impedir o refluxo do ar contaminado para áreas limpas ou tomadas do sistema de climatização. O equilíbrio entre o ar de insuflação e a vazão de exaustão, a abertura de portas, a operação simultânea de equipamentos próximos, a obstrução de filtros e mudanças na posição dos dampers afetam o desempenho de captura. Em vez de conservar apenas um valor medido durante o comissionamento, é necessário estabelecer valores de referência representativos da produção normal, da carga simultânea máxima, da baixa carga, da parada de emergência e da condição de preparação para manutenção.
O equipamento de abatimento deve ser avaliado segundo o desempenho para cada gás e as condições de operação
A exaustão da gravação pode ser tratada por combustão, decomposição térmica, decomposição por plasma, absorção úmida ou combinações dessas técnicas. Qualquer que seja o método, a simples presença do equipamento não basta. É necessário verificar se ele é adequado aos gases e subprodutos tratados, se a vazão de projeto não é excedida, se recebe o combustível, o oxidante, a água, a solução química e a energia necessários e se as temperaturas e pressões antes e depois do equipamento permanecem dentro da faixa permitida. Tubulações de bypass e rotas de descarga de emergência estão sujeitas à mesma gestão.
A orientação para medição da eficiência de abatimento de gases fluorados na indústria eletrônica da EPA explica que, para que a eficiência de abatimento seja reconhecida, o equipamento deve operar dentro das especificações do fabricante e que são importantes condições como a purga da bomba de vácuo, o combustível e o oxidante, as vazões e pressões de alimentação e exaustão e a qualidade, a vazão e a pressão da água. Portanto, os indicadores de gestão no local devem incluir as variáveis operacionais essenciais que determinam o desempenho real, em vez de apenas um sinal de funcionamento.
As eficiências de destruição e remoção não são iguais para todos os gases e podem variar com a mistura gasosa e as mudanças de carga. Os ensaios periódicos de desempenho devem refletir condições operacionais representativas, e a posição de medição e o método de amostragem também influenciam fortemente os resultados. Ao comparar somente as concentrações antes e depois do equipamento de abatimento, também se devem corrigir os efeitos das mudanças de vazão e da diluição. Os valores de eficiência de remoção devem ser geridos com suas condições de medição, substância-alvo, período de validade e incerteza.
Ao absorver gases ácidos, o scrubber úmido pode acumular íons fluoreto, sais e sólidos na fase líquida. O estudo detalhado sobre águas residuais da fabricação de componentes elétricos e eletrônicos da EPA observa que scrubbers úmidos usados no abatimento de gases fluorados de efeito estufa podem estar associados a fontes de fluoreto nas águas residuais de semicondutores. O controle não termina com a remoção da poluição atmosférica: o balanço de materiais deve prosseguir pela troca da solução química, pelo blowdown, pelo lodo, pelo tratamento das águas residuais e pela transferência dos resíduos.
O duto é um reator invisível e também um sinal das condições do sistema
Dentro dos dutos de exaustão ocorrem resfriamento, condensação, entrada de umidade, mistura de correntes diferentes e deposição de partículas. A formação de ácidos corrosivos reduz a espessura das paredes do duto e aumenta a possibilidade de vazamentos em flanges e soldas. O acúmulo de depósitos reduz a seção transversal efetiva, altera a pressão diferencial e pode transportar sólidos desprendidos até o ventilador ou a instalação de tratamento. Algumas misturas também podem gerar risco de incêndio ou de reação rápida; por isso, a possibilidade de união das correntes deve ser examinada na etapa de projeto.
A orientação para estimativa de emissões atmosféricas da fabricação de semicondutores da EPA menciona tanto os riscos de incêndio e explosão causados por gases inflamáveis e pirofóricos nos dutos de exaustão de semicondutores quanto o risco de corrosão por subprodutos, como o cloreto de hidrogênio, que podem se originar de gases de gravação clorados e de BCl3. Isso significa que os dutos devem ser tratados como equipamentos de processo nos quais o estado químico pode mudar, e não como simples tubulações de transporte.
É recomendável que o monitoramento dos dutos não dependa de um único tipo de sensor. Relacionar os itens a seguir permite detectar anormalidades mais cedo:
Vazão de exaustão ou pressão estática de cada equipamento e tendência da pressão no coletor comum
Pressão diferencial antes e depois de filtros, coletores e equipamentos de abatimento, bem como sua taxa de aumento
Temperatura, condição da superfície e drenagem nos trechos onde se prevê condensação ou reação
Resultados de medição de espessura nos pontos vulneráveis à corrosão e sinais de vazamento em flanges, juntas de expansão e portas de inspeção
Registros de alarmes, falhas, calibrações e ensaios dos detectores de gás e de oxigênio
Indicadores de gestão da solução do scrubber, vazão de circulação, obstrução de bicos e mudanças na carga de águas residuais
Correlação ao longo do tempo entre corrente e vibração do ventilador, posição dos dampers e estado de operação do processo
Os alarmes não devem servir apenas para coletar números. Por exemplo, a ocorrência simultânea de aumento da pressão diferencial e redução da vazão deve levar à investigação de deposição ou obstrução; o desaparecimento repentino da pressão diferencial deve levar à verificação de ruptura do duto ou abertura de uma porta de inspeção. Devem-se preparar métodos independentes de confirmação e procedimentos de resposta no local para distinguir falha de sensor de uma anormalidade real do processo.
A manutenção começa somente após isolar resíduos e fontes de energia
Durante a manutenção do sistema de exaustão, a possibilidade de exposição pode ser maior do que na produção normal. Ao abrir dutos, bombas e scrubbers, gases residuais antes invisíveis, condensados corrosivos e depósitos secos podem chegar juntos à superfície de trabalho. Não se deve confiar apenas na indicação de parada do processo: gases de alimentação e de purga, vácuo, eletricidade, fontes de calor, componentes rotativos, soluções químicas e tubulações conectadas devem ser isolados conforme a permissão de trabalho. Após o isolamento, devem ser realizadas purga e ventilação suficientes, alívio da pressão residual e verificação das concentrações.
A avaliação de riscos antes da manutenção deve incluir as substâncias usadas recentemente, a última condição operacional, alarmes anormais, eventual bypass do equipamento de abatimento, o histórico de limpeza dos dutos e os dados analíticos. Quando a composição dos depósitos é desconhecida, eles não devem ser considerados poeira não perigosa. Os métodos de amostragem e de abertura devem ser definidos considerando a possibilidade de dispersão e de contato com umidade, e devem ser preparados o isolamento da área de trabalho, a captura local, os equipamentos de proteção, a embalagem dos contaminantes e os meios de lavagem de emergência. Não se deve entrar com respirador de uso rotineiro em uma área com concentração desconhecida ou possibilidade de perigo imediato.
A orientação química sobre fluoreto de hidrogênio do NIOSH explica que o fluoreto de hidrogênio pode lesar os olhos, a pele e o sistema respiratório, provocar edema pulmonar e queimaduras e atacar também metais, vidro e concreto. Quando houver possibilidade de subprodutos fluorados no sistema de exaustão, a compatibilidade dos materiais, a lavagem de emergência, a avaliação da exposição e a resposta a emergências devem ser verificadas previamente. O equipamento de proteção não substitui os controles de engenharia; ele é a última linha de defesa para reduzir o risco residual.
Ao terminar a manutenção, não basta confirmar que a montagem foi concluída. O sistema deve ser reiniciado gradualmente após a verificação da vedação das portas de inspeção e dos flanges, da posição dos dampers, da restauração dos sensores, do sentido de rotação do ventilador, da vazão de exaustão, das utilidades do equipamento de abatimento e dos intertravamentos. Corrosão, deposição, descoloração, vazamentos de líquido e subprodutos inesperados encontrados durante o trabalho devem ser registrados com fotografias e localização, espessura ou resultados analíticos, e usados na definição do próximo intervalo de inspeção e em melhorias de projeto.
Sistema mínimo de gestão a ser mantido pela equipe de operação
Primeiro, mantenha em desenhos atualizados os produtos químicos de cada equipamento e suas conexões de exaustão. Quando houver mudança de processo, substituição de gás, aumento da produção, adição de câmara ou alteração na união de dutos, reavalie a capacidade de exaustão e a adequação do equipamento de abatimento. Segundo, gerencie separadamente o desempenho de captura e o de abatimento. A exposição no local de trabalho pode ser baixa mesmo quando as emissões atmosféricas são altas, e pode haver vazamento entre o equipamento e o duto mesmo com o equipamento de abatimento operando normalmente.
Terceiro, examine conjuntamente indicadores antecedentes e indicadores de resultado. Vazão, pressão, temperatura, condição da solução química, calibração dos sensores e prazos de manutenção são indicadores antecedentes que revelam mudanças antes de um acidente. Medições do ambiente de trabalho, eventos de vazamento, eficiência de abatimento, carga de fluoreto nas águas residuais e taxa de corrosão mostram resultados efetivos. Se os dois grupos de indicadores divergirem, reexamine a localização dos instrumentos ou a lógica de gestão.
Quarto, defina claramente a autoridade em condições anormais. Determine quem interrompe o processo e quem autoriza o reinício quando se detectam redução da vazão de exaustão, perda das utilidades do scrubber, alarme de gás tóxico, vazamento no duto ou depósito não identificado. Para evitar que alarmes sejam contornados por receio de perda de produção, registre a aprovação do bypass, seu limite de tempo, as medidas compensatórias e a confirmação da restauração.
Quinto, o treinamento no local não deve se limitar à memorização dos nomes dos gases. Os trabalhadores devem compreender o fluxo da exaustão, o significado dos alarmes, as rotas de evacuação, os contatos de emergência, a localização dos lava-olhos e chuveiros de emergência e o controle de acesso durante a manutenção. Quando as equipes de instalações, meio ambiente, segurança, produção e manutenção observam o mesmo diagrama de fluxo e treinam cenários anormais, é possível reduzir as lacunas entre departamentos.
O ponto central é a continuidade de todo o percurso da exaustão
A segurança dos gases de gravação de displays não é alcançada com um único detector ou scrubber. Os diferentes riscos dos gases de alimentação, os subprodutos do plasma, a captura na fonte, os dutos sob pressão negativa, o desempenho de abatimento específico de cada gás, os resíduos líquidos e os resíduos de manutenção formam um sistema contínuo. A gestão mais eficaz torna esse fluxo visível por meio de desenhos e dados, identifica cedo as mudanças que ultrapassam os limites de projeto e volta a comprovar o desempenho após a manutenção.
Antes da aplicação no local, devem-se verificar prioritariamente os dados de segurança de processo, as fichas de dados de segurança, os limites legais de exposição e emissão, a faixa de operação do fabricante e o plano de resposta a emergências do estabelecimento. Este artigo explica princípios de gestão e não especifica composição de gases, vazão, potência, pressão nem condições de remoção para qualquer processo específico.