diary 21/10/2014: Chất thải công nghiệp bán dẫn gây ung thư và dị tật trẻ sơ sinh

trong các xưởng đúc bán dẫn, tuy khái niệm “sạch” luôn được đề cao với ý nghĩa là loại bỏ những hạt tạp chất (ví dụ bụi) nhỏ, lượng lớn chất độc và vật liệu chứa tác nhân gây ung thư vẫn xuất hiện trong quá trình làm chip vi xử lý. Đây một trong những lý do quan trọng khiến ngành sản xuất bán dẫn rời bỏ thung lũng Silicon: do quá trình xử lý nguy hiểm, độc hại có thể gây tác hại lớn lên cả con người và môi trường.

Đúc tấm nền bán dẫn
Khó có thể đo lường rủi ro độc hại trong các xưởng đúc, do thực tiễn ngành công nghiệp giữ nhiều bí quyết bản quyền. Tuy vậy, mọi cơ sở đúc tấm bán dẫn đều áp dụng một số công đoạn xử lý đặc thù, bao gồm: đổ khuôn, sơn lớp cản quang, phơi sáng, khắc axit, tróc nã loại bỏ lớp cản quang và rửa trôi dị vật.

Tiến trình xử lý lặp đi lặp lại nhiều lần trên tấm bán dẫn đến khi thiết kế mạch tích hợp được khắc hoàn chỉnh.

Hàng trăm hợp chất hóa học được sử dụng trong những công đoạn trên. Một nghiên cứu tại hai cơ sở làm chip nhớ Hàn Quốc cho thấy hơn 400 nguyên liệu hóa học, nguyên liệu có thể cho phản ứng với nhau cho ra hợp chất sử dụng trong tiến trình xử lý. Tuy nhiên các nhà nghiên cứu đã không thể tiếp cận để đánh giá 40% số nguyên liệu trên, vì là bí quyết thương mại.

(PDF) Chemical use in the semiconductor manufacturing industry (researchgate.net)

Dù nghiên cứu trên cho thấy chỉ 10% loại chất hóa học bí quyết này bị trung tâm nghiên cứu ung thư quốc tế International Agency for Research on Cancer xếp vào tác nhân ung thư, khối lượng sử dụng tác nhân ung thư – hầu hết là axit sunfuric – chiếm 30% tổng khối lượng hóa học. Axit sunfuric hữu dụng trong loại bỏ chất cản quang và rửa trôi tấm nền, nhưng độc hại cho mắt, da, hủy hoại răng và phổi, nếu hít phải sẽ tăng rủi ro ung thư phổi lên 64%

Thực tế là những nhà máy này sử dụng nhiều tấn chất hóa học mỗi năm – ghi nhận 45 nghìn tấn mỗi nhà máy / năm – cho nên kể cả nếu chất hóa học không phải tác nhân ung thư, thiệt hại môi trường diện rộng là khó tránh.

Chemical use in the semiconductor manufacturing industry (nih.gov)

Ví dụ bảng ở link trên, nguyên liệu hóa học dùng phổ biến thứ nhì ở hai nhà máy Hàn Quốc được nghiên cứu là Cyclohexanone không gây ung thư nhưng nếu hít phải sẽ hủy hoại thận, gan và hệ thần kinh trung ương.

Dung môi Cyclohexanone và những điều cần biết về Cyclohexanone (tschem.com.vn)

Lắp ráp và khảo sát sản phẩm
Ở khâu này, chip xử lý được cắt khỏi tấm nền, kiểm tra và nối dây, sau đó được đặt vào một khung vỏ bọc ngoài. Những công việc khác bao gồm chuẩn bị die Die Preparation - www.EESemi.com buộc dây, đúc, đặt lên đĩa, hàn và kiểm tra chip.

Nhìn chung, có hai loại việc: sản xuất và kiểm tra. Ngày nay công nhân sản xuất đã tương đối cách ly với chất hóa học độc hại, tuy hội bảo vệ người lao động nêu lo ngại về nhiều việc lặp lại gây nhàm chán. Mặt khác, công nhân kiểm tra phải đem bộ phận thiết bị đi kiểm tra dưới lượng chất hóa học nồng độ cao tiềm năng độc hại.

Loại chất hóa học dùng phổ biển nhất trong việc đóng khung chip là hợp chất epoxy bao gồm keo epoxy, hardener và oxit silic, dùng đóng khung bảo vệ chip.

Keo Epoxy là gì? Sử dụng trong những ứng dụng nào? - Pros Technology

Epoxy Resin là gì? Cách sử dụng epoxy resin? Mua epoxy resin ở đâu? - Sản Phẩm Nội Thất 3D - Bàn Epoxy Resin 3D - Bình ... (vinnc.com)

Thi công tăng cứng bê tông Hardener - Sơn Epoxy Tín Phát (sonsanepoxy.vn)

Những nguyên liệu này không độc hại, nhưng theo dõi cho thấy quá trình xử lý đóng khung sản sinh ra sản phẩm phụ độc hại là phenol, formaldehyde và benzen

Tính chất hóa học và công thức cấu tạo của Phenol C6h5OH - hóa 11 bài 41 (hayhochoi.vn)

Formaldehyde là gì? Ứng dụng và những tác hại đối với con người (vietchem.com.vn)

Formadehyde và benzen là tác nhân gây ung thư.

Những quy định an toàn được viết bằng máu
Kiến thức về ảnh hưởng sức khỏe từ sản xuất bán dẫn có được nhờ bi kịch của những công nhân đã ngã xuống. Thung lũng Silicon nổi tiếng là ngôi nhà của những nhà thiết kế và kỹ sư kiến tạo lên những món đồ công nghệ bóng bẩy và mạng xã hội. Nhưng trước đó, nó từng là địa điểm sản xuất công nghiệp đặt nhà máy của Fairchild Semiconductor và Intel.

Fairchild Semiconductor được ngợi ca là đứa con tiên phong của 8 kẻ phản bội – công ty đầu tiên thử nghiệm làm chip xử lý từ bán dẫn silicon thay vì germanium

8 kẻ phản bội ở Shockley - câu chuyện về hệ sinh thái khởi nghiệp của Jeff Lonsdale (khoinghiepsangtao.vn)

Những điều bạn cần biết về "Germanium" - Gecmani - QuanTriMang.com

Thời điểm đó Fairchild Semiconductor dùng methyl chloroform C2H3Cl3 làm dung môi hữu cơ để rửa bảng mạch tích hợp và dùng làm chất cản quang. Methyl chloroform có thể gây sảy thai và phá hủy tầng ozone, nay đã bị cấm.

1,1,1-Trichloroethan – Wikipedia tiếng Việt

Fairchild tích trữ methyl chloroform trong những bể chứa bằng sợi thủy tinh chôn dưới đất ở khu công nghiệp ở San Jose. Trong khoảng năm 1977 đến 1981 những bể này rò rỉ dung môi vào mạch nước ngầm, nhiễm độc giếng nước uống.

How Silicon Valley Industry Polluted the Sylvan California Dream | KQED

Bấy giờ, phụ nữ mang thai ở khu Los Paseos, San Jose phát hiện tăng tỷ lệ sảy thai và thai nhi bị dị tật. Điều tra viên không đủ bằng chứng kết luận mối liên quan trực tiếp, do 69 phụ nữ ở Los Paseos không hề gặp biến chứng thai sản. Dù vậy, một nghiên cứu từ trường đại học thử nghiệm lên chuột kết luận chất hóa học trên gây suy tim ở chuột con mới đẻ, đã buộc Fairchild phải bồi thường hàng triệu đôla cho gia đình các hộ dân.

Một điều tra sau đó năm 1988 “Hậu quả thai sản ở hạt Santa Clara 1980-1985” phát hiện phụ nữ mang thai ở thành phố trong khu vực uống nước vấy bẩn methyl chloroform nhưng không chịu ảnh hưởng gì.

Nhưng chưa hết, một nghiên cứu vài năm sau đó phản bác rằng nghiên cứu năm 1988 không điều tra ảnh hưởng từ tắm gội và rửa tay bằng nước chứa methyl chloroform.

Dù sao thì, sự cố năm 1981 của Fairchild đã cho thấy nghiên cứu sức khỏe con người là rất phức tạp, khó kết luận được nguyên nhân bệnh lý chỉ nhìn bề ngoài. Khi công nhân nhà máy xuất hiện triệu chứng y tế khó giải thích, tin rằng công ty phải chịu trách nhiệm, điều tra nguyên nhân chính xác của bệnh thực sự rất phức tạp. Đây là lý do chính tại sao cho đến nay, các công ty và công nhân vẫn xung đột.

Làm việc trong khu công nghệ cao - Nguy hiểm! | Báo Dân trí (dantri.com.vn)

Ví dụ:
sự kiện năm 1979 ở Signetics
High-Tech Health Concerns - The Washington Post

IBM năm 1985
IBM accused of ignoring employee 'cancer cluster' | Nature Medicine

National Semiconductor UK năm 1998

Cancer investigation at National Semiconductor UK Ltd (hse.gov.uk)

Samsung electronics năm 2008

'Samsung is to blame' for cancers – Center for Public Integrity

Phương pháp tiêu chuẩn vẫn là nghiên cứu số liệu thống kê – tỷ lệ tử vong, xác suất liên đới. Nhưng số lượng mẫu thường nhỏ (cao nhất một phần 5000) công ty giữ bí mật, yếu tố ngoại lai nhiều, khó tránh những kết quả bất thường.

Ung thư vẫn là tâm điểm của những nghiên cứu y tế trong ngành này. Mỗi liên hệ của ngành với ung thư vẫn là chủ đề được tranh luận nóng bỏng nhất kể từ thập kỷ 1980 trên vương quốc Anh, Hàn Quốc, Đài Loan, và Mỹ.

Ví dụ với công nhân IBM vụ 1985. Nghiên cứu năm 2006 nhìn vào tỷ lệ tần suất phát sinh ung thư ở những công nhân sản xuất bán dẫn và thiết bị bộ nhớ, không tìm thấy liên hệ nhân quả giữa sản xuất bán dẫn và ung thư. Nhưng cùng năm 2006 cũng dữ liệu đó, nghiên cứu sinh Richard Clapp cho thấy gia tăng tần suất ung thư thận, da và não, nhưng thiếu dữ liệu để giải thích nguyên nhân hiện tượng này.

Mortality among US employees of a large computer manufacturing company: 1969–2001 | Environmental Health | Full Text (biomedcentral.com)

Cuối cùng là nghiên cứu năm 2010 tại dây chuyền của National Semiconductor UK thống kê tỷ lệ ung thư không tăng ở cả nam và nữ, ngoài trừ ung thư phổi.

Phase Two microelectronics cancer campaign - Hazards magazine

Tỷ lệ mắc ung thư phổi cao đột biến, nhưng nghiên cứu sinh cũng lưu ý họ không nắm được số liệu hút thuốc lá của dân cư.

Kết luận: Khó chứng minh được quan hệ nhân quả nếu chỉ nhìn vào con số thống kê tương quan. Càng khó hơn với căn bệnh phức tạp nhiều nguyên nhân như ung thư. Tuy nhiên, mối liên hệ với sức khỏe sinh sản thì rõ ràng hơn. Sức khỏe phụ nữ mang thai đặc biệt đáng lo ngại vì phần lớn công nhân nhà máy là phụ nữ độ tuổi sinh con.

Một nghiên cứu ở Phần Lan năm 1980 lần đầu xác định rủi ro sảy thai tăng ở công nhân điện tử nữ. Vụ án Fairchild Semiconductor một năm sau đó đã khiến các nhà khoa học tập trung nghiên cứu hơn vào rủi ro y tế thai sản trong ngành. Một loạt các nghiên cứu xác nhận rủi ro sảy thai tăng, đặc biệt trong số công nhân làm ở bộ phận xử lý bọc mặt nạ và quang khắc.

(PDF) Prolonged menstrual cycles in female workers exposed to ethylene glycol ethers in the semiconductor manufacturing industry (researchgate.net)

Nghiên cứu nghi ngờ thực tiễn sử dụng ethylene glycol ether vẫn biết là chất đầu độc thai sản, cũng như những dung môi hữu cơ khác, phơi nhiễm hạ tỷ lệ thụ thai và kinh nguyệt không đều.

Dù đã chính thức được thay bằng propylene glycol monomethyl ether trung tính, tỷ lệ sảy thai vẫn tăng, khiến các nhà khoa học tiếp tục điều tra nguyên nhân.

Risk of miscarriage found in 'clean room' workers | New Scientist

Nước rửa tầm nền
Công ty bán dẫn thập kỷ 1960 và 1970 rất ngạo nghễ khi xử lý nguyên liệu và chất hóa học thừa (giống vứt bỏ bụi mịn, mùn cưa). Các công ty điện tử đổ axit và dung môi xuống cống, phần lớn lại trôi ra vịnh San Francisco. Chất độc hại bị vứt vào thùng rác, hố, giếng lắng chung với rác thải đô thị. Nhân viên cơ sở đầu tiên của Intel tại thành phố Mountain View phát hiện axit đã ăn mòn đáy của tất cả những đường cống nước thải sinh hoạt quanh khu vực.

Thập kỷ 1970 phong trào môi trường nổi lên, EPA được thành lập đã thắt chặt những quy định về chất thải độc hại và tạo ra tiến bộ lớn.

Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (Environmental Protection Agency) là gì? Đặc điểm (vietnambiz.vn)

Công ty cũng nhận ra giá trị của tái chế, như tái chế nước trong bài trước về TSMC Đài Loan. Khác là những cơ sở bán dẫn Mỹ có quy mô lớn đến mức công nghệ tái chế và tái sử dụng trở nên cần thiết. Nước thải trong quy trình đúc tấm bán dẫn thường chứa axit, kiềm, ion flo, amoniac, và chất tráng đánh bóng tấm nền. Công ty sẽ áp dụng một loạt xử lý bao gồm thẩm thấu ngược, oxi hóa, lọc carbon… để làm sạch nước trước khi tái sử dụng. Ở trên đã đề cập những nhà máy dùng hơn 400 nguyên liệu và nhiều hợp chất nữa, phát hiện chỉ 10% số nguyên liệu bị giám sát, bỏ qua những sản phẩm phụ do phản ứng như plasma.

TSMC tuyên bố họ đặc biệt xử lý 25 chất hóa học trong nước thải.

Một nghiên cứu bền vững năm 2018 khảo sát phương pháp xử lý 7 chất hóa học HF NH3 HNO3 N-methyl-pyrrolidone HCl NOx H2SO4 của nhiều xưởng bán dẫn Mỹ thải ra môi trường, chỉ một vài hãng làm tốt. Di sản ô nhiễm thời kỳ hoàng kim của những nhà máy bán dẫn thung lũng Silicon vẫn còn, dù đạo luật Superfund năm 1980 Superfund: CERCLA Overview | US EPA đã cho phép EPA tổ chức dọn dẹp những bãi nhiễm bẩn đang nằm rải rác nơi này, trong những thành phố giàu có nhất thế giới.