[보고서] 반도체 제조 사업장에 종사하는 근로자의 작업환경 및 유해요인 노출특성 연구

[공유정옥]

반도체 제조 사업장에 종사하는 근로자의 작업환경 및 유해요인 노출특성 연구
(연구결과 보고서)
2012. 2  안전보건공단 산업안전보건연구원

차 례

Ⅰ. 서론
Ⅱ. 반도체 공정의 이해
Ⅲ. 연구방법

Ⅳ. 연구결과

 1. 화학물질분야
  1.1. 웨이퍼 가공라인
   가. 취급 화학물질
   나. 공정에서 발생 가능한 2차 생성물질
   다. 직군별 근로자의 업무특성
   라. 유해물질 노출농도 평가결과
   마. PM 작업시 아르신 및 비소 노출농도 평가결과
   바. 사업장 자체 유해가스 모니터링 체계
   사. 환기실태 평가결과
  1.2. 조립라인
   가. 취급 화학물질
   나. 공정에서 발생 가능한 2차 생성물질
   다. 직군별 근로자의 업무특성
   라. 유해물질 노출농도 평가결과
   마. 환기실태 평가결과

 2. 방사선분야
  2.1. 전리방사선
  2.2. 비전리방사선

Ⅴ. 고찰
Ⅵ. 요약 및 종합
Ⅶ. 권고사항
참고문헌

----------  요 약 ----------   

본 연구에서는 국내 반도체 제조 사업장 3개소에서 보유하고 있는 5개의 웨이퍼 가공라인(4인치~12인치 가공라인)과 2개소에서 보유하고 있는 4개 반도체 조립라인을 대상으로 반도체 제조과정에서 작업자에게 노출 가능한 화학물질 및 방사선에 대한 노출농도 평가 등을 통해 반도체 제조사업장 종사 근로자의 작업환경 및 유해요인 노출특성을 연구하였으며, 연구결과는 다음과 같다.

1. 반도체 제조공정에서 노출 가능한 화학물질

웨이퍼 가공라인에서는 확산, 포토, 식각, 이온주입 공정 등에서 아르신(삼수소화비소), 포스핀, 실란 등의 유해가스를 포함하여 수십 여종의 화학물질을 이용하여 웨이퍼를 가공하고 있었으며, 사업장에서 사용하는 물질은 아니지만 포토공정에서는 벤젠 등 휘발성유기화합물이 부산물로 발생할 수 있었으며, 이온주입공정에서는 비소 및 그 무기화합물이 부산물로 발생할 수 있었다.

반도체 조립라인에서는 칩 접착, 몰드공정 등에서 접착제, 칩 몰딩용 수지 등 제품화된 형태의 복합물질을 주로 사용하고 있었고, 복합물질을 이루는 구성성분에는 고분자량 수지, 폴리머 등이 많이 포함되어 있었다. 그리고 고온에서 에폭시몰딩컴파운드(EMC)와 금형세정제를 취급하는 몰드공정에서는 벤젠, 포름알데히드를 비롯하여 여러 종류의 휘발성유기화합물(VOCs)이 부산물로 발생할 수 있었다.

2. 유해물질 노출농도 평가결과

웨이퍼 가공라인에서 휘발성유기화합물에 대한 노출농도 평가결과 아세톤, 벤젠, 이소프로필알콜(IPA), 프로필렌글리콜모노메틸에테르(PGME), 톨루엔, 크실렌 등 10여종의 휘발성유기화합물이 검출되었다. 그러나 노출기준의 5/100이상 검출된 물질은 없었다. 백혈병과 관련이 있는 것으로 알려진 물질인 벤젠의 농도는 ND～0.00038 ppm(LOD 0.00010 ppm)으로 노출기준(1 ppm)에 비해 매우 낮은 수준이었고, 포름알데히드의 경우는 0.0014~0.0038 ppm으로 노출기준(0.5 ppm)의 1/100 미만의 수준이었다. 그리고 웨이퍼 가공라인에서 널리 사용되는 무기산 및 무기산 가스(HF, HCl, HNO3, H2SO4)의 경우도 그 농도수준은 노출기준의 /100 미만의 수준이었다.

한편 웨이퍼 가공 장비의 유지보수 작업시의 아르신(삼수소화비소), 비소 및 그 무기화합물에 대한 노출농도를 평가해 본 결과 아르신의 경우 8시간 시간가중평균농도가 가장 높았던 것은 최고 3.23 ppb로 노출기준(5 ppb) 미만 이었지만, 작업시간 동안은 단기간에 고농도에 노출될 수 있었다. 한편 비소 및 그 무기화합물의 경우는 최고 0.0613 mg/㎥이 검출된 경우도 있었다. 따라서 이온주입장비의 PM 작업은 발암물질인 비소 및 그 무기화합물의 노출기준(0.01 mg/㎥)을 초과할 수 있는 작업이었다.

반도체 조립라인에서 휘발성유기화합물(포름알데히드, 에탄올아민 제외)에 대한 노출농도 평가결과 아세톤, 벤젠, 톨루엔, 2-부톡시에탄올, n-헥산, 사이클로헥사논, 테트라클로로에틸렌 등 10여종의 유기용제가 정량 가능한 농도 이상으로 검출되었다. 그러나 C사업장 칩 접착(die attach) 공정에서 사용하는 아세톤이 최고 0.5 ppm이 검출된 것을 제외하면 노출기준이 설정되어 있는 물질 가운데 0.1 ppm 이상 검출된 물질은 없었고, 모두 노출기준의 1/100 이하의 낮은 농도 수준이었다. 사업장별 공기중 벤젠 농도는 B사 조립 1라인 0.00018~0.00178 ppm이었고, B사 조립 2라인 0.00017~0.00050 ppm, C사 1공장 조립라인 0.00017~0.00990 ppm, C사 2공장 조립라인 0.00010~0.00256 ppm으로 모두 노출 기준인 1 ppm에 비해 1/100 이하의 수준이었다. 한편 사업장별 공기중 포름알데히드 농도는 B사 조립 1라인 0.004~0.013 ppm, B사 조립 2라인 0.002~0.006ppm, C사 1공장 조립라인 0.003~0.011 ppm, C사 2공장 조립라인 0.003~0.015 ppm이었다. 포름알데히드 농도가 가장 높았던 공정 및 작업은 B사 및 C사 모두 몰드공정의 금형세정작업이었으며, 금형세정작업시 최고농도는 0.015 ppm으로 노출기준의 3/100 수준이었다. 에탄올아민의 경우 대부분 검출한계 이하였고, B사 조립 2라인과 C사 1공장 조립라인의 몰드공정에서 각 1건씩 검출되었으며 공기중 농도는 0.004~0.014 ppm으로 노출기준인 3 ppm의 1/100 미만이었다.

산화규소결정체의 경우는 몰드공정의 EMC, Die attach 공정의 접착제 등에 실리카(산화규소)가 함유되어 있어 발암물질인 산화규소결정체의 노출농도를 평가해 보았으나 검출되지 않았다. 그리고 몰드공정의 EMC에는 삼산화안티몬이 함유되어 있고, solder ball은 주석과 구리 등이 함유되어 있어 이들 중금속에 대한 평가를 실시해 보았으나 모두 노출기준의 1/1,000 미만의 수준이었다.

3. 사업장 자체 유해가스 모니터링 체계 분석결과

반도체 웨이퍼 가공라인에서는 자체적으로 아르신, 포스핀 등의 유해물질에 대한 관리를 위해 실시간으로 모니터링을 실시하고 있었으며, 최근 1년간의 모니터링 자료에 대한 분석결과 주로 유지보수 작업시에 유해물질 감지 알람이 울리는 경우가 많았으며 고농도 수준이 감지된 경우도 있었다. 그러므로 유지보수 작업을 하는 경우에는 먼저 장비 내의 잔류 물질을 충분히 배기시켜야 하고, 작업시 국소환기설비를 사용하여야 하며, 충분한 작업시간을 가지고 작업절차에 따라서 작업을 수행하여야 할 것이다. 아울러 유지보수작업은 단기간에도 고농도의 유해물질에 노출이 가능한 작업이므로 작업자가 유해물질의 농도를 확인하면서 작업할 수 있도록 모니터링 체계를 보완할 필요가 있었다.

4. 반도체 제조공정의 환기실태

반도체 사업장은 입자상 물질의 영향을 최소화하기 위해 대부분의 생산 활동이 클린룸(clean room) 설비 내에서 이루어지고 있었고 공기를 재순환하는 클린룸 설비의 특성상 생산과정에서 발생하여 국소환기장치를 통해 배출되지 않은 유해물질은 공정내로 재 유입될 수 있었으며 인근 작업공정에도 영향을 줄 수 있었다. 그러나 유해물질이 발생 가능한 대부분의 장비에는 국소환기장치가
설치되어 있기 때문에 반도체 제조 공정의 화학물질의 노출농도는 PM 작업을 제외하면 노출기준의 5/100 이하로 낮았다.

5. 방사선 평가결과

반도체 제조 사업장의 방사선 발생장치 등에서 발생되는 전리방사선의 노출 수준을 평가한 결과 근로자의 개인노출선량은 자연방사선 수준이었고, 지역노출선량은 평균 0.03～0.59 μ㏜/h(범위: 0.01～13.32 μ㏜/h) 이었다. 한편, 각종 생산설비 및 고용량의 전기설비 등에서 발생되는 비전리방사선중 극저주파 자기장의 최고노출량(Ceiling Value)은 123.2 μT으로, 국제기준의 1/8～1/4 수준이었다.

6. 종합

반도체는 다양한 생산 공정을 통해 제조되고 있었으며, 각각의 공정에서는 독성이나 반응성이 높은 물질을 비롯하여 여러 종류의 화학물질이 사용되고 있었다. 그리고 이온주입공정 등 일부 공정에서는 방사선 발생장치가 사용되고 있었으며 여러 반도체 제조 장비들로부터 극저주파 등 비전리 방사선이 발생할 수 있었다. 반도체 공정에서 화학물질의 농도는 노출기준과 비교해 전반적으로 낮은 수준이었으며, 전리·비전리 방사선의 수준도 자연환경수준이었다. 그러나 이온주입장비의 유지보수(PM) 작업은 비소, 아르신 등에 단기간에 고농도로 노출될 수 있는 작업이었으며, 포토공정에서는 벤젠 등 방향족 물질 등이 부산물로 발생 가능하였고, 몰드공정에서는 벤젠, 포름알데히드 등이 부산물로 발생하고 있었다. 그리고 일부 이온주입장비(high energy 임플란터)의 경우는 전리방사선 표면선량률이 미국 에너지부 규제기준(10 CFR 835)인 5 μ㏜/h를 초과하는 경우도 있었다. 따라서 이들 유해요인에 노출될 수 있는 작업에 대해서는 주의 깊은 관리가 필요하였다.

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