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반도체 제조 사업장에 종사하는 근로자의

작업환경 및 유해요인 노출특성 연구

(연구결과 보고서)

2012. 2

차 례 … i

차 례

Ⅰ. 서론 ·················································································································· 1

Ⅱ. 반도체 공정의 이해 ······················································································· 6

Ⅲ. 연구방법 ········································································································ 20

1. 화학물질분야 ································································································· 20

1.1. 연구대상 ·············································································································· 20

가. 웨이퍼 가공라인 ······························································································· 20

나. 조립라인 ············································································································· 21

1.2. 연구방법 ·············································································································· 22

가. 웨이퍼 가공라인 ······························································································· 22

나. 조립라인 ············································································································· 29

2. 방사선분야 ···································································································· 36

2.1. 연구대상 ·············································································································· 36

가. 전리방사선 ········································································································· 36

나. 비전리방사선 ····································································································· 37

2.2. 연구방법 ·············································································································· 39

가. 전리방사선 ········································································································· 39

나. 비전리방사선 ····································································································· 42

Ⅳ. 연구결과 ········································································································ 45

1. 화학물질분야 ································································································· 45

ii … 반도체 제조 사업장에 종사하는 근로자의 작업환경 및 유해요인 노출특성 연구

1.1. 웨이퍼 가공라인 ······················································································ 45

가. 취급 화학물질 ··································································································· 45

나. 공정에서 발생 가능한 2차 생성물질 ····························································· 51

다. 직군별 근로자의 업무특성 ·············································································· 55

라. 유해물질 노출농도 평가결과 ··········································································· 56

마. PM 작업시 아르신 및 비소 노출농도 평가결과 ·········································· 59

바. 사업장 자체 유해가스 모니터링 체계 ··························································· 66

사. 환기실태 평가결과 ···························································································· 82

1.2. 조립라인 ··································································································· 89

가. 취급 화학물질 ··································································································· 89

나. 공정에서 발생 가능한 2차 생성물질 ····························································· 92

다. 직군별 근로자의 업무특성 ·············································································· 99

라. 유해물질 노출농도 평가결과 ········································································· 100

마. 환기실태 평가결과 ·························································································· 103

2. 방사선분야 ·································································································· 106

2.1. 전리방사선 ···························································································· 106

2.2. 비전리방사선 ························································································ 110

Ⅴ. 고찰 ·············································································································· 115

Ⅵ. 요약 및 종합 ······························································································· 127

Ⅶ. 권고사항 ······································································································ 131

참고문헌 ············································································································· 134

차 례 … iii

표 차 례

<표 3-1> 사업장별 연구대상 가공라인 및 조립라인 ············································· 22

<표 3-2> 열분해 실험에 사용된 포토레지스트 ······················································ 24

<표 3-3> VOCs 및 HCHO 발생실험에 사용된 B사의 EMC 및 금형세정제 ·············· 31

<표 3-4> VOCs 및 HCHO 발생실험에 사용된 C사 1공장의 EMC 및 금형세정제 ··· 31

<표 3-5> 전리방사선 연구대상 생산라인 및 공정 ··················································· 36

<표 3-6> 사업장별 연구대상 임플란터 대수 ···························································· 37

<표 3-7> 비전리방사선 연구대상 생산라인 및 공정 ··············································· 38

<표 3-8> 연구대상의 전자기장(EMF) 발생장치 ······················································ 38

<표 3-9> 임플란터의 종류 및 조건 ··········································································· 40

<표 3-10> 방사선발생장치 보유 현황 ········································································ 42

<표 3-11> 반도체 제조 사업장의 EMF 발생장치 보유 현황 ································· 44

<표 4-1> 확산공정에서 사용되는 화학물질 ······························································ 46

<표 4-2> 포토공정에서 사용되는 화학물질 ······························································ 48

<표 4-3> 식각공정에서 사용되는 화학물질 ······························································ 49

<표 4-4> 증착공정에서 사용되는 화학물질 ······························································ 50

<표 4-5> 확산 및 증착과정에서 발생 가능한 반응 부산물 ··································· 54

<표 4-6> 웨이퍼 가공라인 공기중 벤젠 농도수준 ················································· 56

<표 4-7> 웨이퍼 가공라인 공기중 포름알데히드 농도수준 ··································· 57

<표 4-8> 웨이퍼 가공라인 공기중 무기산 농도수준 ··············································· 58

<표 4-9> 정상작업시의 아르신 노출농도 평가결과 ················································· 59

<표 4-10> PM 작업시의 아르신 노출농도 평가결과(1차평가) ······························ 60

<표 4-11> 장비 분해를 포함한 PM 작업시의 아르신 농도수준 ···························· 62

<표 4-12> 장비 분해를 포함하지 않은 PM 작업시의 아르신 농도수준 ····················· 63

<표 4-13> 장비 분해를 포함한 PM작업시의 비소 및 그 무기화합물의 농도수준 ·········· 65

iv … 반도체 제조 사업장에 종사하는 근로자의 작업환경 및 유해요인 노출특성 연구

<표 4-14> 장비 분해를포함하지 않은 PM 작업시의 비소 및그무기화합물농도수준 ·· 66

<표 4-15> B사 8인치 웨이퍼 가공라인 모니터링 대상물질-1 ······························· 67

<표 4-15> B사 8인치 웨이퍼 가공라인 모니터링 대상물질-2 ······························· 68

<표 4-16> C사 12인치 웨이퍼 가공라인 주요 모니터링 대상물질 ······················· 69

<표 4-17> B사 8인치 웨이퍼 가공라인 최근 1년간 유해가스 모니터링 결과(사례) ··· 76

<표 4-18> B사 8인치 웨이퍼 가공라인 물질별 알람발생 건수 및 농도수준 ······ 77

<표 4-19> C사 12인치 웨이퍼 가공라인 유해가스 모니터링 결과(사례) ············· 78

<표 4-20> C사 12인치 웨이퍼 가공라인주요알람발생횟수및 농도수준(최근 9개월) ··· 80

<표 4-21> A사 5인치 웨이퍼 가공라인 PGME 평가 결과 ···································· 87

<표 4-22> B사 Mold 공정 취급물질 ········································································· 90

<표 4-23> C사 Mold 공정 취급물질 ·········································································· 91

<표 4-24> B사 EMC 및 금형세정제에서 발생되는 성분 ······································· 94

<표 4-25> C사 EMC 및 금형세정제에서 발생되는 성분 ······································· 95

<표 4-26> EMC 및 금형세정제로부터 포름알데히드 발생 가능성 ······················· 98

<표 4-27> 반도체 조립라인 공기중 벤젠 농도 ······················································ 101

<표 4-28> 반도체 조립라인 공기중 포름알데히드 농도 ······································· 102

<표 4-29> C사 1공장 조립라인 Front 공정내의 단위 공정간 아세톤 농도 ······ 104

<표 4-30> 사업장별 전리방사선 개인노출선량 ····················································· 106

<표 4-31> 직군별 근로자의 전리방사선 개인노출선량 ········································· 107

<표 4-32> 사업장별 지역노출선량 ··········································································· 108

<표 4-33> 임플란터 종류별 지역노출선량 ······························································ 109

<표 4-34> 사업장별 극저주파 자기장의 개인노출량 ··········································· 111

<표 4-35> 공정별 근로자의 ELF 자기장의 개인노출량 ······································· 112

<표 4-36> 직군별 근로자의 극저주파 자기장의 개인노출량 ································ 113

차 례 … v

그 림 차 례

[그림 2-1] 확산공정-5인치 ····························································································· 7

[그림 2-2] 확산공정-12인치 ······················································································· 7

[그림 2-3] PR 코팅기-5인치 ·························································································· 8

[그림 2-4] 노광기-5인치 ································································································· 8

[그림 2-5] 포토공정-8인치 ··························································································· 8

[그림 2-6] 포토공정-12인치 ······················································································· 8

[그림 2-7] 습식식각조-4인치 ························································································· 9

[그림 2-8] 식각 세척장비-12인치 ················································································ 9

[그림 2-9] 건식식각 공정-5인치 ·················································································· 9

[그림 2-10] 건식식각 장비-12인치 ············································································ 9

[그림 2-11] 증착공정-8인치 ······················································································· 10

[그림 2-12] 증착공정-12인치 ······················································································10

[그림 2-13] 이온주입장비의 구조 ·············································································· 11

[그림 2-14] 이온주입장비-12인치 ·············································································· 11

[그림 2-15] 이온주입공정-8인치 ················································································ 11

[그림 2-16] 연마공정-12인치 ······················································································12

[그림 2-17] 연마작업-12인치 ······················································································12

[그림 2-18] 라이네이션 테이핑 ·················································································· 13

[그림 2-19] Back grind 작업 ······················································································· 13

[그림 2-20] Wafer saw 작업 ······················································································· 13

[그림 2-21] Die attach 작업 ······················································································· 14

[그림 2-22] Die attach cure oven ············································································· 15

[그림 2-23] Wire bond 작업 ······················································································ 15

[그림 2-24] EMC 투입 모습 ························································································ 16

vi … 반도체 제조 사업장에 종사하는 근로자의 작업환경 및 유해요인 노출특성 연구

[그림 2-25] PCB 기판 상의 칩 Molding ·································································· 16

[그림 2-26] Post mold cure oven ············································································· 17

[그림 2-27] SBM 장비 ·································································································· 18

[그림 2-28] TDBI (MBT) 장비 ··················································································· 19

[그림 4-1] 열분해 실험시 채취한 시료의 GC/MS 크로마토그램 ··························· 53

[그림 4-2] 유해가스 모니터링 위치-가스캐비닛 ······················································· 71

[그림 4-3] 유해가스 모니터링 위치-가스조절기함 ··················································· 71

[그림 4-4] C사 유해가스 모니터링 위치-이온주입장비 ··········································· 72

[그림 4-5] C사 12인치 웨이퍼 가공라인 알람발생 횟수 ········································· 79

[그림 4-6] A사 5인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조(CTM 방식) ··················· 84

[그림 4-7] B사 8인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조(Axial fan 방식) ············ 84

[그림 4-8] C사 12인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조(FFU 방식) ··················· 84

[그림 4-9] A사 5인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조 ··········································· 85

[그림 4-10] A사 5인치 가공라인 공정간 공기혼합 ················································· 86

[그림 4-11] A사 5인치 웨이퍼 가공라인 서비스지역 ··············································· 86

[그림 4-12] B사 EMC(SOO-GOO) GC-MS 크로마토그램 ··································· 96

[그림 4-13] C사 EMC(KOOO-5OOO) GC-MS 크로마토그램 ······························ 96

[그림 4-14] 포름알데히드 발생여부 평가시료의 GC-MS 크로마토그램 ···················· 99

[그림 4-15] C사 1공장 조립라인 공정간 벤젠 농도의 차이 ·································· 101

[그림 4-16] High Energy 임플란터의 방사선 노출패턴 ········································ 110

[그림 4-17] 웨이퍼 가공라인 장비엔지니어의 2일 동안의 노출패턴 ··················· 114

Ⅰ. 서 론 … 1

Ⅰ. 서론

2007년 국내 반도체 제조 사업장 식각공정에서 백혈병 환자가 발생하여

업무관련성 평가를 위한 개별 역학조사를 산업안전보건연구원에서 실시하였으며,

조사결과 현재까지 알려진 직업적 조혈기계암 발병위험요인은 확인되지 않았다.

그러나 동일 공정의 동일 작업조 근로자에게서 백혈병이 발생한 것이 추가로

확인되어 2008년 원인규명을 위한 집단 역학조사를 동 연구원에서 실시하였다.

집단 역학조사결과 백혈병 위험도는 일반인구와 차이가 없었으나 비호지킨림프

종 표준화암등록비는 생산직 여성근로자에서 유의하게 높았다(산업안전보건연

구원, 2009). 이에 고용노동부에서는 관계전문가 회의를 거쳐 동 연구원에서 백

혈병 등 림프조혈기계암에 대한 장기간에 걸친 역학조사 연구와 반도체 사업장

근로자의 건강장해 예방을 위해 반도체 공정별로 화학물질, 방사선 등의 유해

요인 노출특성 연구를 3년간 수행하도록 하였다.

반도체 제조공정은 웨이퍼를 가공(wafer fabrication, fab)하는 공정과 가공된

웨이퍼를 개개의 칩 단위로 조립(assembly or package)하는 공정으로 크게 분류

할 수 있으며 각 공정은 다시 여러 단계의 하부 공정들로 이루어져 있다(전자

자료사, 1997; 김정일, 1997; 권일명 등, 1995; ACGIH, 1987; Bolmen RA, 1998;

Claussen W 등, 2001; HSE, 2001; ILO, 1998; OSHA, 2005; Sato, 2004; Sherer

JM, 2005; Williams ME 등, 1995). 사업장에서는 이들 공정을 “가공라인”과

“조립라인”으로 부르고 있었는데 이들 라인은 다양한 단위 공정들로 이루어진

대규모 생산라인을 의미하는 것으로 사실상 “공장(factory)”의 개념으로 볼 수

있다.

웨이퍼 가공라인은 반도체 회로나 소자를 만들기 위해 웨이퍼를 가공하는

일련의 과정이 포함되어 있다. 이를 세부 공정별로 나누어 보면 웨이퍼에 산화

2 … 반도체 제조 사업장에 종사하는 근로자의 작업환경 및 유해요인 노출특성 연구

막을 형성하고 열처리 및 불순물(dopant)을 확산시키는 확산공정, 회로패턴을

형성시키는 포토공정(photolithography), 포토공정에서 형성된 패턴을 완성하기

위해 화학적 반응 등을 통해 불필요한 부분을 제거해 주는 식각공정, 반도체에

전도성을 부여하기 위해 아르신(삼수소화비소), 포스핀 등의 불순물을 주입하는

이온주입공정, 화학적 반응 또는 물리적인 방법으로 전도성 또는 절연성 박막

을 형성시키는 증착공정(thin film 공정)등으로 분류할 수 있다(전자자료사,

1997; Arisha A 등, 2004; Bolmen RA, 1998; Claussen W 등, 2001; HSE,

2001; ILO, 1998; OSHA, 2005; Ungers LJ 등, 1985; Sherer JM, 2005;

Williams ME 등, 1995; Zellers ET 등, 1992). 반도체 웨이퍼 가공을 위해 모든

단위 공정에서 화학물질이 사용되고 있는데 공정별로 살펴보면 먼저 확산공정의

경우 웨이퍼를 세척하기 위해 무기산, 과산화수소 등이 사용되며 고온의 확산로

(diffusion furnace)에서 아르신, 실란 등이 사용되고, 포토공정에서는 감광액

(photoresist), 유기용제 등이 사용되고 노광을 위해 자외선 등을 사용한다(김상

태, 2005; 김진백, 1998; 정찬문, 2000; ACGIH, 1987; Arisha A 등, 2004;

Bolmen RA, 1998; Gaffney S 등, 2008; HSE, 2001; Ikemoto K, 2003; ILO,

1998; Li SN 등, 2003; OSHA, 2005; Sherer JM, 2005; Su WY 등, 2002;

Williams ME 등, 1995; Woskie SR 등, 2000). 미국의 특허자료에 의하면 UV

를 이용한 노광과정에서 감광액(photoresist) 성분이 분해되어 벤젠과 같은 2차

생성물질이 발생될 수 있다(Goodner MD, 2008). 그리고 국내 특허자료에는

평판표시장치(flat display device)의 패터닝 공정 중에 광반응에 의해 방향족

화합물 등의 유기 가스가 관측되는 것이 기술되어 있다(삼성에스디아이주식회

사, 2004). 한편 식각공정에서는 무기산, 과산화수소, 할로겐화합물 등이 회로패

턴에 포함되지 않는 불필요한 부분을 제거하기 위해 사용되고, 이온주입공정에

서는 아르신, 포스핀 등이 사용되며, 증착공정에서는 실란, 암모니아 등의 화학

물질이 사용된다(Bolmen RA, 1998; Casey MJ, 1983; ILO, 1998; Kotaki M,

1990; OSHA, 2005; Peyster AD 등, 1995; Williams ME 등, 1995).

반도체 조립라인은 가공라인(fab)에서 가공된 웨이퍼를 낱개의 칩(chip)으로

Ⅰ. 서 론 … 3

자르는 웨이퍼 절단(wafer saw) 공정, 잘려진 칩을 리드프레임(lead frame) 등

과 같은 회로기판(substrate)에 붙이는 칩 접착(die attach) 공정, 칩을 리드와

금선으로 연결하는 금선연결(wire bond) 공정, 칩을 수지로 감싸주는 몰드

(mold) 공정, 전기 및 열적 스트레스를 주면서 테스트하는 검사(test) 공정 등

으로 구성되어 있다(전자자료사, 1997; 권일명, 1995; 김정일, 1997; Michael E

등, 1995; OSHA, 2005; Sato, 2004). 반도체 조립라인은 웨이퍼 가공라인(fab)과

같이 많은 종류의 독성 가스, 인화성 및 부식성 물질 등이 사용되지는 않는다.

그러나 칩 접착, 몰드 공정 등에서 작업자들이 에폭시수지, 경화제, 충진제, 유

기용제 등에 노출될 수 있는 것으로 알려져 있다(OSHA, 2005). 반도체는 이렇

게 수많은 화학물질이 사용되는 다양한 단위 공정으로 구성된 웨이퍼 가공 및

조립의 과정을 통해 만들어지게 된다. 따라서 반도체 제조과정에서 작업자에게

노출 가능한 화학물질에 대한 노출농도 평가 등을 통해 근로자의 작업환경 및

화학물질 노출특성을 연구할 필요가 있다.

한편 반도체 제조 사업장에서는 다양한 정밀기기를 사용하여 반도체 웨이퍼를

가공하고 조립하고 있으므로 이들 기기로부터 발생되는 방사선에 노출될 수 있다.

웨이퍼 가공라인의 이온주입공정에서 반도체 웨이퍼에 전도성을 부여하기 위해

불순물(dopant)을 주입하는 설비인 이온주입장비는 불순물 입자를 웨이퍼에 주

입하기 위해 가속시키는 과정에서 전리방사선이 발생된다. 그리고 조립라인 검

사공정에서는 방사선발생장치인 엑스선형광분석기를 이용하여 제품을 검사하고

있다. 따라서 반도체 공정에서 근로자의 방사선 노출을 평가할 필요가 있다. 방

사선은 여러 종류의 전자파 또는 전자기장으로 구성되며 광자 에너지의 크기에

따라 전리방사선과 비전리방사선으로 분류된다. 전리방사선(ionizing radiation)

은 광자에너지가 커서 세포내의 원자나 분자를 이온화시킬 수 있는(전자를 분

리시킬수 있는) 방사선으로서 X선이나 감마선, 자외선 일부가 해당되며 원자나

분자를 변형시켜 유전자를 손상시킬 수 있다. 우리가 흔히 말하는 방사선은 전리

방사선을 지칭하는 것이다(김창균, 2007). 비전리방사선(non-ionizing radiation)은

광자에너지가 작아 원자나 분자를 이온화시킬 수 없는(전자를 분리시킬수 없는)


방사선으로서 극저주파(extremely low frequency, ELF), 초저주파(very low

frequency, VLF), 라디오파(radio frequency, RF), 마이크로파, 적외선, 가시광선

등이 해당된다. 모든 비전리방사선은 전자기파의 일반적인 특징을 갖게 되는데

첫째 공간속을 일직선으로 이동하고 굴절될 수 있으며, 둘째, 전달되는 에너지

는 주파수에 정비례하고 파장에는 반비례하며, 셋째, 전달되는 에너지는 양자

(quantum)라는 단위를 가지게 된다(Cember H, 1983). 비전리방사선이 물질에

충돌하면, 에너지가 전달되게 되는데, 비전리방사선은 전리방사선에 비해 주파

수가 낮아 전달되는 에너지가 작기 때문에 원자핵의 이온화를 일으키지 않고

대신 열이 발생하게 된다. 전리방사선이 인체에 미치는 영향은 크게 둘로 나누

어서 결정적 영향과 확률적 영향으로 나눌 수 있는데, 결정적 영향이라는 것은

특정 역치 이상의 피폭이 있어야만 특정 이상이 생긴다는 개념으로 예를 들면

급성 방사선 증후군, 피부 손상, 불임, 백내장 등과 같이 특정 선량 이상을 맞

아야만 반응이 나타나는 것을 말하며, 확률적 영향은 생식세포 이상에 의한 유

전적 이상과 체세포 변이에 의한 발암이 그 예인데 이 경우 아무리 작은 선량

이라도 방사선에 피폭되었을 경우 그 발생위험이 선량에 비례적으로 증가한다

는 뜻이다. 그러나 실제로 낮은 선량에서도 위험이 비례하고 있는가, 아닌가에

대한 확실한 증거는 없다(김수근, 2006; 고인호 등, 2003).

비전리방사선 중 자외선, 적외선 등은 안구, 피부, 면역체계에 건강장해를 일

으킬 수 있다. 이 중 안구와 피부에 대한 건강영향은 잘 알려져 있어, 각막염,

백내장 등을 일으키는 것으로 알려져 있다. 라디오파와 마이크로파는 인체에

발열현상등을 일으키는 것으로 알려져 있으나, 발암성에 대한 연구는 확정적인

것이 없다. 현재까지 백혈병과 관련하여 가장 논란이 되고 있는 비전리방사선은

극저주파 전자기장(extremely low frequency-electric and magnetic field)이다.

극저주파 전자기장과 인체영향에 대한 연구는 1970년대부터 시작되었다. 직업

적으로 노출되는 전자기장에 의한 암에 대한 연구는 아직 정설이 명확치 않다

(NRPB, 2001). 그럼에도 전기기술자 및 전기용접공 등은 일반 근로자에 비해

높은 전자기장에 노출되고 있고 이러한 직업군에서는 뇌암 등의 발생률이 높은

Ⅰ. 서 론 … 5

것으로 보고하고 있다(Kheifets 등, 1995; Kheifets, 2001). 그리고 역학 및 메타

분석 연구에서도 송전탑 주변에 거주하는 아이들이 그렇지 않은 아이들보다 백

혈병 발생위험이 높다는 관련성을 입증하고 있다(Li CY 등, 2007). 또한, 직업

적인 ELF 자기장 노출로 백혈병 발생 가능성이 있다는 연구(Kheifets 등,

2008)나 여성에 있어 유방암이 발생한 역학연구 사례도 있다(Erren TC, 2001).

반면에, 높은 자기장에 노출되어도 뇌암 등 암의 발생과는 관련이 없다는 주장

을 하는 연구 등 상반된 연구결과를 제시하고 있다(NEIHS, 1999). 이러한 연구

결과들을 종합해보면, 역학연구를 중시하는 과학자들은 아직 생물학적 기전이

명확히 밝혀지지 않았을 뿐, 그 관련성이 매우 높다는 입장인 반면 동물 및 세

포실험을 중시하는 과학자들은 역학연구 방법론이 잘못되었다고 주장하고 있

다. 그래서 과학자들은 이러한 차이가 단순히 다른 연구대상을 사용하였거나

높은 자기장의 직업을 평가하는 방법의 차이에서 기인할 수도 있고, 현재까지

는 알지 못하는 자기장 이외의 다른 요인이 암 발생에 관여하고 있을 수도 있

으므로 더 광범위한 연구가 필요하다고 말하고 있다.

반도체는 다양한 단위 공정으로 구성된 웨이퍼 가공 및 조립의 과정을 통해

만들어지며 각 공정에서는 많은 화학물질과 다양한 설비들을 사용하고 있다.

따라서 반도체 제조과정에서 작업자에게 노출 가능한 화학물질과 전리 및 비전

리방사선에 대한 노출농도 평가 등을 통해 반도체 제조사업장 종사 근로자의

작업환경 및 유해요인 노출특성을 연구할 필요가 있었다.

본 연구에서는 반도체 제조과정에서 사용하거나 발생될 수 있는 화학물질의

종류를 파악하고 벤젠, 포름알데히드 등 근로자에게 노출 가능한 유해물질에

대한 노출수준 평가와 반도체 제조 설비들로부터 발생 가능한 전리 및 비전리

방사선에 대한 노출수준 평가 등을 통해 반도체 제조 사업장 종사 근로자의

작업환경 및 유해요인 노출특성을 연구하고자 하였다.


Ⅱ. 반도체 공정의 이해

1. 웨이퍼 가공(wafer fabrication)라인

반도체 웨이퍼 가공라인은 확산공정, 포토공정, 식각공정, 이온주입공정, 증착

공정 등으로 분류할 수 있다.

1) 확산(diffusion) 공정

반도체 공정에서 확산(diffusion)이란 고온의 전기로(확산로) 내에서 웨이퍼

에 불순물(dopant)을 확산시켜 반도체 층의 일부분의 전도형태를 변화시키는

과정을 의미한다. 그리고 확산로에서는 웨이퍼 표면에 산화막을 형성하는 산화

(oxidation)와 반도체 결정의 복원 및 불순물의 활성화를 위한 열처리

(annealing) 과정 등이 진행된다. 따라서 확산공정에서는 불순물의 확산은 물론

산화막을 형성하여 웨이퍼의 표면을 보호하고, 절연막을 형성하며, 고온 열처리

를 통해 이온주입공정 등에서 흐트러진 반도체 결정을 복원시키고 불순물

(dopant)을 활성화하는 일련의 과정이 이루어진다. 일반적으로 불순물로 사용되

는 물질은 n-type 반도체의 경우 antimony, arsenic, phosphorus 화합물이 사

용되고, p-type의 경우는 boron 화합물이 사용된다. 최근 이온주입기술이 확산

에 의한 방법을 많이 대체하고 있는데 이는 불순물의 농도나 주입 깊이를 제어

하거나 균일성이 우수한 장점이 있기 때문이다. 그림 2-1은 5인치 웨이퍼 가공

라인의 확산공정의 모습이고 그림 2-2는 12인치 웨이퍼 가공라인의 확산공정

모습이다. 5인치 웨이퍼 가공라인의 확산공정에서는 확산로를 육안으로 확인할

수 있으나 12인치 웨이퍼 가공라인은 유지보수 작업을 하는 경우가 아니면 확

산로를 육안으로 확인하기는 어렵다.

Ⅱ. 반도체 공정의 이해 … 7

[그림 2-1] 확산공정-5인치 [그림 2-2] 확산공정-12인치

2) 포토(photolithography) 공정

웨이퍼에 회로패턴을 형성시키는 공정을 포토(photolithography)공정이라 한다.

포토공정에서는 반도체 웨이퍼에 감광 성질을 가지고 있는 감광액(photoresist,

PR)을 도포한 후, 마스크 패턴을 올려놓고 UV 등의 빛을 조사(노광)하여 회로를

구성한다. 감광액(포토레지스트)은 수지, 용매, 감광성 물질 등으로 구성되어 있다.

포토레지스트는 빛을 받아 현상액(developer)에 용해되는 방식의 차이에 따라

포지티브 포토레지스트(positive photoresist)와 네가티브 포토레지스트(negative

photoresist)로 나누어 볼 수 있는데, 빛을 받은 부분이 현상액에 용해되는 경우

가 포지티브 방식의 포토레지스트이며, 빛을 받지 않는 부분이 현상액에 용해되는

경우는 네가티브 방식의 포토레지스트이다. 그림 2-3은 포토레지스트를 웨이퍼

에 코팅하는 PR 코팅기(5인치)의 모습이고, 그림 2-4는 웨이퍼에 UV 빛을 조

사하는 노광기(5인치)의 모습이다. 그리고 그림 2-5와 2-6은 각각 8인치 및 12

인치 웨이퍼 가공라인의 포토공정 모습으로 5인치 웨이퍼 가공라인과는 달리

점차 밀폐 및 일체화 구조로 바뀌어 가고 있는 것을 알 수 있다.


[그림 2-3] PR 코팅기-5인치 [그림 2-4] 노광기-5인치

[그림 2-5] 포토공정-8인치 [그림 2-6] 포토공정-12인치

3) 식각(etch) 공정

식각공정은 포토공정에서 구성한 회로를 완성하기 위해 불필요한 부분을 제

거해주는 공정으로 습식식각과 건식식각으로 나누어 볼 수 있고 각각의 방식에

따라 사용되는 물질에 차이가 있다. 습식식각은 ammonium hydroxide(NH4OH),

hydrofluoric acid(HF), hydrogen peroxide(H2O2), sulfuric acid(H2SO4), nitric

acid(HNO3), acetic acid(CH3COOH) 등의 각종 산 및 염기를 이용하여 식각을

하는 방식이고 건식식각은 boron trichloride(BCl3), chlorine(Cl2), nitrogen(N2)

등의 물질을 이온화하여 식각될 표면과의 충돌 및 반응 등을 통해 식각하는 방

식이다. 그림 2-7은 4인치 웨이퍼 가공라인의 습식식각조의 모습(수동)이고 그

림 2-8은 12인치 웨이퍼 가공라인 식각공정의 세척조(자동)의 모습이다. 이번 연

구대상 가운데 8인치 이상의 웨이퍼 가공라인에서는 그림 2-8과 같은 세척장비 또


는 wet cleaning 장비에서 습식식각을 하고 있다. 그림 2-9와 그림 2-10은 각각

5인치 및 12인치 웨이퍼 각공라인의 건식식각 장비의 모습이다.

[그림 2-7] 습식식각조-4인치 [그림 2-8] 식각 세척장비-12인치

[그림 2-9] 건식식각 공정-5인치 [그림 2-10] 건식식각 장비-12인치

4) 증착(deposition) 공정

증착공정은 반도체 기판상에 화학적 또는 물리적 방법으로 전도성 또는 절

연성 박막을 형성시키는 공정으로 화학기상증착(chemical vapor deposition,

CVD)과 물리적기상증착(physical vapor deposition, PVD)으로 크게 나누어 볼

수 있다. CVD는 화학반응을 통해 박막을 형성하는 공정이고, PVD는 기판상에

금속을 물리적으로 증착시키는 공정이다. CVD 공정에서는 각종 화학물질의 상

호반응을 통해 silicon nitride, poly silicon, silicon dioxide 등의 박막을 형성하

는데 silane(SiH4)을 비롯한 silicon 화합물이 ammonia, oxygen, carbon


monoxide 등과 반응하여 silicon oxide(SiO2) 등의 막이 형성된다. 한편 PVD

공정은 aluminum, tungsten 등의 금속입자를 기판에 물리적으로 증착시키는

방법으로 보통 진공상태에서 Target으로부터 금속 입자 등을 웨이퍼에 입히는

방법이 사용된다. 그림 2-11은 8인치 웨이퍼 가공라인 증착공정의 모습으로 오퍼레

이터가 웨이퍼를 투입·회수하는 지역이고, 그림 2-12는 12인치 웨이퍼 가공라인

의 증착공정으로 투입된 웨이퍼에 증착(deposition)이 이루어지는 지역이다.

[그림 2-11] 증착공정-8인치 [그림 2-12] 증착공정-12인치

5) 이온주입(ion implantation) 공정

이온주입 공정은 반도체에 전도성을 부여하기 위해 웨이퍼에 불순물을 주입

하는 공정으로 이온주입(ion implant) 장비를 이용하여 입자를 가속시켜 웨이퍼에

주입한다. 그림 2-13은 이온주입장비의 기본적인 구조를 보여주는 그림이다.

이온주입을 위해 사용되는 아르신, 포스핀 등의 가스는 좌측하단의 “Gas Box”

에서 공급되며 “Analyzer”와 “Acceleration column”을 통해 이온화된 물질이

process chamber에 최종 도달되고 여기서 웨이퍼에 이온주입이 이루어진다.

그림 2-14는 12인치 웨이퍼 가공라인의 이온주입장비의 모습이고, 그림 2-15는

8인치 웨이퍼 가공라인 이온주입공정에서 오퍼레이터가 장비를 조작하는 모습

이다.


AIRDRYER

RIGHT LOAD LOCKANALYZERB/L TURBO

PUMP LENS

MAGNET

RESOLV ER

TURBO PUMP

GAS BOX

TERMINAL

D.I TANKSOURCE

CABINET

TERMINAL

P.D

SCANNERSET UP CUP

ACCELERATION

COLUMN

ACCEL/DECEL

SWITHING

ACCEL STACK

PROCESS CHAMBER

MAIN 208 P.D

CV CF P.D

D.I WATER E/S P.D

COMPRESSOR

D.I TANK

LEFT LOAD LOCK

SOURCE

TURBO

PUMP

DRY

PUMP

TERMINAL

END STATION

AIR DRYER

RIGHT LOAD LOCK

SWING

OUTRACK

CHAMBER

CRYO PUMP

MAIN

COMPUT

ACCEL POWER

SUPPLY

SUPPRESSION

POWER

TARGET CUP

FOCUS CUP

Q1 Q2

SOURCE MARGET

MANIPULATOR

LOADLOCK

ROUGHING PUMP

[그림 2-13] 이온주입장비의 구조

[그림 2-14] 이온주입장비-12인치 [그림 2-15] 이온주입공정-8인치

6) 연마(chemical mechanical polarization, CMP) 공정

연마공정은 다양한 웨이퍼 가공과정에서 생성된 웨이퍼 표면의 산화막 등을

화학적 또는 물리적 방법으로 연마하여 평탄화 시켜주는 공정으로 연마액

(slurry)과 무기산 등이 사용된다. 그림 2-16은 연마공정의 모습이고 그림 2-17

은 웨이퍼를 연마하는 모습이다.


[그림 2-16] 연마공정-12인치 [그림 2-17] 연마작업-12인치

2. 조립라인(assembly)

반도체 조립라인은 후면연마(back grind 또는 back lap) 공정을 비롯하여

웨이퍼 절단(wafer saw) 공정, 칩 접착(die attach) 공정, 금선 연결(wire bond)

공정, 몰드(mold) 공정, 인쇄(marking) 공정, 솔더볼 부착(solder ball mount 또

는 solder ball attach) 공정, 테스트(test) 공정 등으로 구성되어 있다. 사업장에

서는 반도체 조립라인을 크게 Front, Back-End(또는 Package), Test 공정으로

대분류하여 각 공정에 대해 입자의 관리기준을 정하여 이에 따라 전체환기를

실시하고 있었다. Front 공정에는 back grind(back lap), wafer saw, die attach,

wire bond 공정이 포함되어 있고, Back-End 공정에는 mold, marking, solder

ball mount(solder ball attach) 공정 등이 포함되어 있으며, Test 공정에는

TDBI(test during burn-in) 또는 MBT(monitoring burn-in test) 및 기타 test

공정이 포함되어 있다. 반도체 조립라인을 공정별로 살펴보면 다음과 같다.

1) 후면연마(back grind 또는 back lap) 공정

웨이퍼 가공라인에서 가공된 웨이퍼의 뒷면을 얇게 갈아주는 공정을 말하며


사업장에 따라 back grind(B/G) 공정 또는 back lap(B/L) 공정으로 불리운다.

후면연마 공정은 제품에 요구되는 두께까지(수십~수백 ㎛) 웨이퍼 뒷면을 균일

하게 갈아내는 공정이다. 웨이퍼는 연마작업에 앞서 그림 2-18과 같이 앞면

(웨이퍼 가공라인에서 회로를 구성한 면)을 보호하기 위하여 라미네이션 테이

프가 붙여지며 그림 2-19와 같이 연마(grind) 장비에 의해 자동으로 연마작업

이 실시된다. 연마 작업시 물, 비결정실리카, 암모니아수 등으로 구성된 연마제

가 사용된다.

[그림 2-18] 라이네이션 테이핑 [그림 2-19] Back grind 작업

2) 웨이퍼 절단(wafer saw) 공정

웨이퍼를 개개의 칩으로 잘라주는 공정으로 그림 2-20과 같이 saw blade

(원형 칼날)를 이용하여 잘라준다. 웨이퍼 절단과정에서 계면활성제가 사용되며

계면활성제는 물, 폴리옥시렌, 폴리에틸렌글리콜, 습식제 등으로 구성되어 있다.

[그림 2-20] Wafer saw 작업


3) 칩 접착(die attach) 공정

웨이퍼 절단(wafer saw) 공정에서 낱개로 잘려진 칩을 접착제를 이용하여

회로기판(substrate)에 접착시키는 공정이다(그림 2-21). 접착제는 충진제(filler)

의 종류에 따라 전도성과 비전도성으로 나뉜다. 전도성의 경우는 보통 은(Ag)

이 첨가되고 비전도성의 경우는 에폭시 수지와 같은 폴리머가 사용된다. 칩 접

착(die attach) 공정에서 사용되는 접착제 성분에는 에폭시수지, 은(Ag), 실리카

(주로 비결정), 아크릴수지, 경화제(페놀계, 아민계 등), 희석제(아세톤 등의 용제)

등이 사용된다.

[그림 2-21] Die attach 작업

4) 칩 접착 후 경화(Die attach cure)

칩 접착 후 경화(die attach cure) 작업은 칩 접착(die attach) 공정의 일환

으로 볼 수 있다. 칩 접착 작업이 끝난 제품은 그림 2-22와 같은 오븐(oven)에서

경화(cure)의 과정을 거친다. 경화 온도와 시간은 제품마다 차이가 있으나 보통

175℃에서 1시간 정도이고 2단계(125℃~175℃)로 나누어 경화하기도 한다. 칩 첩

착 공정에서 사용된 접착제 성분 중 유기용제 등 쉽게 휘발되는 물질이나, 경화

온도에서 분해되는 성분이 이 단계에서 발생될 수 있다.


[그림 2-22] Die attach cure oven

5) 금선 연결(wire bond) 공정

반도체 칩과 리드프레임(반도체 칩을 지지해 주고 전기를 공급) 등을 99.99%

순도의 금선(gold wire)으로 연결해 주는 공정을 말한다. 여기서 금 이외에 구

리나, 알루미늄 등이 사용될 수도 있다. 금선연결(wire bond) 공정에서는 캐필

러리(capillary)로 불리우는 세라믹으로 만들어진 연필모양의 도구를 이용하여

금선을 칩에 연결해 주는데 wire를 실에 비유한다면 캐필러리는 바늘이라 볼

수 있다. 초음파의 순간적인 강한 에너지를 이용하여 금선을 리드프레임(lead

frame)에 순간적으로 접착한다. 그림 2-23은 wire bond 작업 사진이다.

[그림 2-23] Wire bond 작업


6) 몰드(mold) 공정

반도체 칩을 EMC(epoxy molding compound)로 감싸주는 공정을 말한다.

EMC는 보통 에폭시수지(epoxy resin), 페놀수지(phenolic resin), 삼산화안티몬,

카본블랙, 실리카(보통은 비결정) 등으로 구성되어 있다. 몰드를 위한 온도는

175~185℃로 오래 전부터 이 온도가 반도체 산업에서 널리 적용되고 있다. 그림

2-24는 EMC를 몰드 장비에 투입하는 모습이고, 그림 2-25는 PCB(printed

circuit board) 기판 상의 칩을 EMC로 감싸 주는 모습을 보여주는 사진이다.

몰드 공정에서는 EMC를 180℃ 정도로 가온하여 녹여준 후 PCB 기판상의 칩 위

에 골고루 도포한다. EMC 수지의 핵심이라고 할 수 있는 에폭시수지는 크레졸,

에피클로로히드린, 포름알데히드의 폴리머이며 녹는점이 70~75℃ 정도이다. 따라

서 180℃의 공정온도에서 EMC가 녹을 수 있는 것이다. 그리고 수지가 가온되거나

녹는 과정에서 부산물이 발생될 수 있는데 기본적으로는 수지를 구성하는 원물질

인 포름알데히드, 크레졸, 기타 방향족 물질이 부산물로 발생될 수 있다. 그리고

EMC의 구성 성분인 페놀수지의 경우도 페놀과 포름알데히드의 폴리머이다. 따라

서 공정 중에서 페놀, 포름알데히드, 기타 방향족 화합물이 발생될 수 있다. 한편

몰드 장비의 세정(금형세정)을 위해서 멜라민 수지 등이 함유된 화합물이나 왁스

등이 사용되는데 금형세정 작업도 몰드 작업과 유사한 조건에서 이루어진다.

[그림 2-24] EMC 투입 모습 [그림 2-25] PCB 기판 상의 칩 Molding


7) 몰드 후 경화(post mold cure) 공정

EMC를 안정된 경화물로 만들기 위하여 일정시간 동안 고온에서 경화시키

는 것을 몰드 후 경화(post mold cure)라 한다. 경화 온도는 보통 175℃이고 시

간은 EMC의 종류에 따라 차이가 있으나 보통의 경우는 1시간에서 5시간 정도

이다. 그림 2-26은 경화오븐(cure oven)의 모습이다. 고온의 경화과정 동안 휘

발성유기화합물이 발생될 수 있으므로 작업자가 오븐을 열어 제품을 넣거나 꺼

낼 때 휘발성유기화합물에 노출될 수 있다. 또한 경화과정 동안에도 환기가 제

대로 이루어지지 못한다면 휘발성유기화합물이 발생될 수 있다.

[그림 2-26] Post mold cure oven

8) 성형가공(Trim 및 Form) 공정

몰드작업 후 flash(EMC가 흘러나와 lead frame에 붙은 것)를 제거하고

dambar(EMC가 넘치는 것을 방지하기 위해 설치된 dam 역할의 bar)를 잘라주

는 작업을 “Trim”이라고 하며 이후 도금(plating)을 한 후 절단된 lead를 절곡하

여 제품의 형상을 완성하는 공정을 “Form”이라고 한다.


9) 도금(plating) 공정

리드프레임(lead frame)의 부식을 막고 특성을 양호하게 하기 위하여 주석

등으로 도금하는 공정을 말한다. 과거 반도체 사업장에서는 도금공정을 직접

운영하였으나 최근에는 외주를 주고 있다.

10) 솔더볼 부착(solder ball mount 또는 solder ball attach)

회로기판에 플럭스(flux)를 이용하여 솔더볼(solder ball)을 붙여주는 공정으로

solder ball mount 또는 solder ball attach 공정이라고 한다. 솔더볼은 주로 주

석(Sn)이 사용되며, 플럭스는 솔더볼을 회로기판에 고정시켜주기 위해 사용되

는데 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르 등으로 구성되어 있다.

회로기판에 부착된 솔더볼은 이후 오븐에서 경화의 과정을 거치게 되는데 최고

280℃까지 온도가 설정된다. 오븐은 각 구간에 따라 온도가 다르게 설정되는데

보통은 입구온도가 190℃ 정도이며 최고 280℃까지 가온된 이후 70℃ 정도로

배출된다. 그림 2-27은 Solder ball mount(SBM) 장비 사진이다. 그림에서 중간

에 국소환기 덕트가 연결된 긴 부분이 경화오븐에 해당된다. SBM 공정은 주

석(Sn)과 휘발성유기화합물 등이 발생될 수 있다.

[그림 2-27] SBM 장비


11) 열적 테스트(test during burn-in, TDBI) 공정

열적 스트레스 등을 가하면서 테스트를 하는 것으로 이 과정을 통해 불량을

제거한다. 사업장에 따라서는 이를 Monitoring burn-in test (MBT) 공정이라

고도 한다. 그림 2-28은 burn-in 장비의 모습이다. Burn-in 온도는 최고 125℃

이다. TDBI 공정에서는 burn-in 과정에서 몰드 물질인 EMC로부터 휘발성유

기화합물이 발생될 수 있다. 그러나 현재 사용하고 있는 설비는 환기설비가 갖

추어진 밀폐식 구조이며 보통 50℃ 이하로 식혀준 이후에야 장비 문이 열리도

록 되어있다.

[그림 2-28] TDBI (MBT) 장비

12) Test-전기적 특성, 조작기능 등

전기적 특성과 조작 기능에 대해 테스트를 하는 공정이다. 테스트 온도는

-5℃ ~ 90℃의 범위이다.


Ⅲ. 연구방법

1. 화학물질분야

1.1. 연구대상

반도체 소자를 제조하기 위해서는 웨이퍼에 전자회로를 구성(웨이퍼 가공)

하고 이를 개개의 칩으로 잘라 완제품으로 조립(반도체 조립)하는 일련의 과정이

요구되며 가공되는 웨이퍼가 클수록 단위면적당 반도체 칩 생산량이 증가한다.

따라서 반도체 산업은 웨이퍼의 크기를 늘려가는 방향으로 기술이 발전되고 있다.

현재 우리나라에서는 4인치~12인치 크기의 웨이퍼를 이용하여 반도체 소자를

제조하고 있다. 연구대상 사업장별 웨이퍼 가공라인 및 조립라인 현황은 다음

과 같다.

가. 웨이퍼 가공라인

본 연구에서는 국내 반도체 제조사업장 3개사 5개 웨이퍼 가공라인(4인치～

12인치 웨이퍼 가공라인)을 대상으로 연구를 수행하였다. 사업장 구분은 알파벳

대문자 A, B, C로 하였으며 연구대상 사업장별 웨이퍼 가공라인 현황은 다음

과 같다.

A사의 경우는 4～5인치 웨이퍼를 가공하는 2개 라인을 대상으로 연구를 수행

하였으며, 이 라인은 1979～1980년대 초에 설립된 공정으로 최근에 백혈병이

발생한 바 있는 웨이퍼 가공라인과 유사한 구조의 생산라인이다. A사 4~5인치

웨이퍼 가공라인은 습식식각이나 웨이퍼 세척작업을 수동으로 하는 경우가

있었다.

Ⅲ. 연구방법 … 21

B사는 8인치 웨이퍼 가공라인을 대상으로 연구를 수행하였다. 동 사업장의

8인치 웨이퍼 가공라인은 A사 4, 5인치 웨이퍼 가공라인 보다 단위 공정당 생산

설비가 많으며 수동으로 습식식각이나 세척작업을 수행하고 있지는 않았다.

C사에 대해서는 8인치와 12인치 웨이퍼 가공라인을 대상으로 연구를 수행하

였다. C사의 경우 현재 8인치와 12인치 웨이퍼 가공라인을 보유하고 있고 두

공정 모두 대부분 자동화되어 있었고, 수동으로 습식식각이나 세척작업을 수행하

고 있지는 않았다.

나. 조립라인

B사와 C사에서 보유하고 있는 4개의 반도체 조립라인을 대상으로 연구를

하였으며 사업장별 반도체 생산라인 현황은 다음과 같다.

B사에 대해서는 최초 설립된 조립라인을 포함하여 2개의 조립라인(B사 조립

1라인, 조립 2라인으로 표현)을 대상으로 연구를 수행하였다. B사에서는 반도

체 조립라인을 Front, Package, Test 공정으로 크게 분류하고 있으며 각각의

공정은 다시 여러 개의 단위 공정들로 구성되어 있다. Front 공정은 후면연마

(back lap) 공정, 웨이퍼 절단(wafer saw) 공정, 칩 접착(die attach) 공정, 금선

연결(wire bond) 공정 등이 있고, Package 공정은 몰드(mold) 공정, 솔더볼 부착

(solder ball attach) 공정, 인쇄(marking) 공정 등으로 구성되어 있으며, Test

공정은 MBT(monitoring burn-in test) 공정, 전기특성 및 기능 Test 공정, 검

사 및 포장공정 등으로 구성되어 있다. 리드프레임(lead frame)의 부식을 막고

특성을 양호하게 하기 위한 도금(plating) 공정이 있었으나 연구당시 사업장에

서는 도금공정을 폐쇄한 상태였다.

C사에 대해서는 2개의 공장에 있는 각각의 조립라인(C사 1공장 조립라인,

C사 2공장 조립라인으로 표현)을 대상으로 연구를 진행하였다. C사에서는 반도

체 조립라인을 Front, Back-End(B/E), Test 공정으로 크게 분류하고 있었으며


B사에서 Package 공정이라 부르는 것을 C사에서는 Back-End(B/E) 공정이라

부르고 있었다. C사의 경우도 현재 조립라인에 도금공정이 존재하지는 않는다.

이상과 같이 본 연구에서는 국내 반도체 제조사업장 3개사의 5개 웨이퍼 가공

라인과 2개사의 4개의 조립라인을 대상으로 연구를 수행하였다. 표 3-1은 사업

장별 연구대상 가공라인 및 조립라인을 종합 정리해 놓은 것이다.

사업장 가공라인 조립라인

A사 4~5인치 라인 -

B사 1공장 8인치 라인 -

B사 2공장 - 2개 조립라인

C사 1공장 12인치 라인 1개 조립라인

C사 2공장 8인치 라인 1개 조립라인

<표 3-1> 사업장별 연구대상 가공라인 및 조립라인

1.2 연구방법

가. 웨이퍼 가공라인

1) 화학물질 사용현황 파악

웨이퍼 가공공정별로 사용하고 있는 화학물질의 종류를 파악하였다. 이를

위해 각 사업장에 공정별로 사용하고 있는 물질에 대한 구성성분 및 함량 등이

포함된 현황표를 작성하도록 요청하였으며, 이를 검토하여 구성성분이 명확하

지 않는 등 추가적인 정보가 필요한 경우는 성분확인을 위해 물질안전보건자료

를 검토하였다.


2) 웨이퍼 가공과정에서 2차적으로 발생 가능한 물질 파악

반도체 웨이퍼 가공과정에서 2차적으로 발생 가능한 물질을 파악하기 위해

다음과 같이 세부 공정별로 사용하는 있는 화학물질의 특성을 고려하여 실험실

적인 열분해산물 평가실험 및 문헌검토 등을 실시하였다.

(1) 포토공정

포토공정에서 사용하고 있는 감광액(포토레지스트) 성분은 페놀(크레졸)-

포름알데히드 수지, 폴리스티렌수지 등의 수지성분과 용매로 케톤류, 아세테이

트류, 크실렌, 에틸벤젠 등 방향족 용제 등이 사용되고 여기에 감광성 성분(영

업비밀) 등이 혼합된 혼합물로 구성되어 있는데 회로패턴의 형성을 위해 웨이

퍼에 포토레지스트를 도포하고 자외선에 의한 노광과정에서 이들 성분들의 분

해로 인해 2차 생성물이 발생할 수 있다(Goodner MD, 2008). 따라서 본 연구

에서는 포토공정에서 사용하고 있는 포토레지스트를 이용한 열분해 실험을 통

해 근로자에게 노출 가능한 휘발성유기화합물을 평가해 보았다.

가) 실험대상 포토레지스트

반도체 제조 사업장에서는 제품의 특성에 따라 다양한 종류의 포토레지스

트를 사용하고 있다. 포토레지스트는 수지, 감광성 성분, 유기용매 등으로 구성

되어 있으며 2007년에 백혈병 환자가 발생한 웨이퍼 가공공정에서는 페놀(크레졸)-

포름알데히드계의 노보락수지(Novolak resin)를 주로 사용하였으며 용매로는

2-heptanone 또는 아세테이트 화합물을 주로 사용하였던 것으로 파악되었다.

한편 감광제는 영업비밀에 해당되어 어떠한 성분으로 구성되어 있는지는 정확

히 확인할 수 없었다. 포토레지스트를 구성하고 있는 성분들의 함량은 제품에

따라 차이가 있었으나 용매가 50～95%로 용매가 차지하는 비율이 가장 높았고

노보락수지는 5%～45%, 감광제는 1%～20% 정도로 함유되어 있었다. 따라서

사업장에서 현재 사용하고 있는 포토레지스트 가운데 노보락수지가 함유되어

있는 포토레지스트를 대상으로 열분해 실험을 실시하였다(표 3-2).


구성성분 함량 (%)

Methyl-3-methoxypropionate(MMP) 65～75

Cresol-formaldehyde resin(노보락수지) 15～20

NQD ester(감광제) 1～10

Phenol polymer 1～10

<표 3-2> 열분해 실험에 사용된 포토레지스트

나) 열분해실험 방법

포토레지스트에 대한 열분해 실험을 위해 포토레지스트 5 mL 가량을 삼각

플라스크에 담고 Hot Plate에 올려놓고 150℃에서 포토레지스트의 용매를 휘발

시킨다음 420℃까지 올려주면서 삼각플라스크 상단에서 활성탄관(charcoal

tube, SKC 제품)을 개인시료채취기(Gilian 모델 LFS-113DC)에 연결하여 열분

해 물질을 채취하였다. 시료채취가 끝난 후에 삼각플라스크를 상온까지 식혀준

후 이황화탄소(CS2) 5 mL 정도를 가하여 잔류 열분해 산물을 용출하였으며,

가스크로마토그래피-질량분석기(GC-MS, Agilent 모델 6890N-5973N)를 이용

하여 성분을 분석하였다.

(2) 기타 공정

확산공정, 증착공정, 식각공정 등 반도체 웨이퍼 가공공정에서는 가스상 물

질을 비롯하여 다양한 화학물질이 사용되고 있으며 생산과정에서 부산물 등 2

차 생성물질이 발생될 수 있다(Bolmen RA, 1998; ILO, 1998; Williams ME 등,

1995). 본 연구에서는 문헌 검토 등을 통해 이들 공정에서 발생 가능한 2차 생성

물질을 파악하였다.


3) 직군별 근로자의 업무특성 파악

연구대상 반도체 제조 사업장별로 웨이퍼 가공공정 근로자의 직군별 업무

특성을 파악하였다. 이를 위해 사업장에 직군별 근로자의 주요업무 등에 대한

조사표 작성을 요청하였으며, 제출된 조사표는 현장 방문시 관리자나 근로자와

의 면담, 작업내용에 대한 관찰 등을 통해 보완되었다.

4) 유해물질 노출농도 평가

(1) 휘발성유기화합물(포름알데히드 제외)

휘발성유기화합물(Volatile organic compounds, VOCs)의 노출농도를 평가

하기 위해 근로자 작업위치의 호흡기 영역에서 시료를 채취하였다. 아울러 가

공라인 내부의 VOCs의 농도가 가공라인 외부공기와 어느 정도 차이가 있는지

를 알아보기 위해 가공라인 외부의 공기 유입구 등에서도 시료를 채취하였다.

휘발성유기화합물 노출농도 평가를 위해 ISO 규격 16017-1(고체흡착관/열탈착/

가스크로마토그래피방법에 의한 휘발성유기화합물의 측정 및 분석-Part 1. 개인시

료채취 펌프에 의한 방법)을 참고하여 열탈착관을 개인시료채취기에 연결하여 0.1

L/min의 유량으로 시료채취를 하였으며, 채취한 시료는 가스크로마토그래피-질량

분석기(GC-MS, Agilent 모델 6890N-5973N)를 이용하여 분석하였다(ISO, 2000).

(2) 포름알데히드

노보락수지(페놀-포름알데히드계 수지) 등을 사용하는 포토공정은 반도체를

가공하는 과정에서 포름알데히드가 2차로 발생 가능한 물질이다. 국제암연구소

(International Agency for Research on Cancer, IARC)에서는 포름알데히드를

비인두암(nasopharynx)을 일으킬 수 있는 물질로 Group 1(발암물질)으로 분류하여

왔으며, 2009년에는 백혈병 등 림프조혈기계암을 일으킬 수 있는 것이 확정적이

라고 제시하였는데 이는 주로 포름알데히드를 방부제로 취급하는 의료기관 근

로자들과 포름알데히드를 생산하는 화학공장의 근로자 등을 대상으로 한 연구


에서 나타났다(IARC, 2009; Hauptmann M 등, 2009; Zhang L 등, 2010).

포름알데히드(HCHO)는 탄소, 수소, 산소로 구성된 기초적인 물질로 반도체를

가공하는 각종 공정에서 부산물로 발생될 수 있는 물질이라 볼 수 있다. 따라

서 이번 연구에서는 포토공정을 비롯하여 식각공정, 확산공정, 증착공정 등 전

반적인 작업공정을 대상으로 근로자 작업위치의 호흡기 영역에서 시료를 채취

하였다. 아울러 가공라인 외부공기중의 포름알데히드 농도를 알아보기 위해 공기

유입구 등에서도 시료를 채취하였다. 포름알데히드의 노출농도 평가를 위해 미국

Environmental Protection Agency(EPA) 측정분석방법 TO-11A 및 National

Institute for Occupational Safety and Health(NIOSH) 측정분석방법 2016 방법

을 참고하여 2,4-Dinitrophenylhydrazine(DNPH)가 코팅된 실리카겔관을 개인시

료채취기(MSA 모델 ESCORT ELF)에 연결하여 1 L/min의 유량으로 시료를

채취하였으며, HPLC(Alliance 모텔 Waters 2487 및 2690)를 이용하여 시료를

분석하였다(EPA, 1999; NIOSH, 2003).

(3) 무기산류

불산, 황산 등 무기산류는 웨이퍼 가공라인 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있는

물질인데 이것은 확산, 증착, 식각 등 각각의 단위공정에서 무기산을 이용한 세

척작업이 이루어지고 있기 때문이다. 특히 불산과 염산의 경우에는 확산, 식각,

증착 공정 등에서 화학물질의 상호작용 등을 통해 2차적으로 발생 가능한 물질

이다. 따라서 웨이퍼 가공라인에서 이러한 물질의 노출은 해당 물질을 사용하

는 과정에서의 노출정보는 물론 반응과정에서의 2차 노출이 있음을 확인할 수

있는 단서를 제공해 준다고 볼 수 있다. 그리고 이러한 무기산류는 부식성 및

자극성 유해물질에 해당되어 근로자가 노출되지 않도록 관리할 필요가 있는 물

질이다. 본 연구에서는 웨이퍼 가공라인 전반에 걸쳐 황산, 불산(불화수소), 염

산(염화수소) 등의 무기산류(무기산가스 포함)의 노출수준 평가를 실시하였다.

무기산류의 노출수준 평가를 위해 NIOSH 측정분석방법 7903번을 참고하여 유

리섬유필터 플러그가 있는 실리카겔관을 개인시료채취기(MSA 모델 ESCORT


ELF)에 연결하여 0.5~1 L/min의 유량으로 시료를 채취하였으며, 이온크로마토그래프(DIONEX사 DX 600 시스템)를 이용하여 시료를 분석하였다(NIOSH,

1994).

(4) 아르신(삼수소화비소, AsH3)

이온주입 공정은 반도체에 전도성을 부여하기 위해 불순물을 주입하는 공정

으로 아르신(arsine), 포스핀(phosphine) 등의 가스상 물질이 사용되고 있다. 본

연구에서는 용혈(hemolysis) 및 용혈 관련 영향(hemolysis-related effect)이 있

는 것으로 알려진 아르신에 대해 정상 및 유지보수 작업시의 노출농도 평가를

실시하였다(ACGIH, 2010). 정상작업시의 아르신 노출농도 평가를 위한 시료채

취는 근로자(오퍼레이터)의 작업위치를 비롯하여 이온주입장비 외부(이온소스

및 가스박스와 가까운 위치)에서 실시하였다. 이는 이온주입장비에서 아르신

가스가 누출될 경우 가장 근접한 위치라 할 수 있다. 한편 유지보수작업시의

시료채취는 유지보수작업자에 대한 개인시료채취와 작업자의 작업위치에서 지

역시료채취를 병행하였다. 아르신의 노출농도 평가를 위해 NIOSH 측정분석방

법 6001번을 참고하여 활성탄관(charcoal tube, SKC 제품)을 개인시료채취기

(Gilian 모델 LFS-113DC)에 연결하여 0.1 L/min의 유량으로 시료를 채취하였

으며, 채취 시료는 유도결합프라즈마 분광광도계-질량분석기(ICP-MS, Varian

사 모델 820-MS)를 이용하여 분석하였다(NIOSH, 1994).

(5) 비소(As) 및 그 무기화합물

이온주입공정에서는 비소 및 그 무기화합물을 직접적으로 사용하지 않지만

이온주입공정의 특성상 가스상 물질인 아르신(삼수소화 비소)을 이온주입장비

내에서 이온화를 시켜 비소 이온을 반도체 웨이퍼에 주입하게 된다. 따라서 이

온주입장비 내에서는 아르신, 아르신이온, 비소이온, 비소 등의 다양한 형태의

물질이 존재할 수 있다. 비소 및 그 무기화합물(아르신 제외)은 인체에 대한 발

암성 확인물질(ACGIH A1, IARC Group 1)로 알려져 있다. 따라서 이번 연구


에서는 이온주입공정 유지보수작업을 대상으로 비소 및 그 무기화합물의 노출

농도를 평가해 보았다. 노출농도 평가를 위한 시료채취는 유지보수작업자에 대

한 개인시료채취와 작업자의 작업위치에서 지역시료채취를 병행하였다. 비소

및 그 무기화합물의 노출농도 평가를 위해 NIOSH 측정분석방법 7300번을 참

고하여 셀룰로스 에스테르 멤브레인필터를 개인시료채취기(MSA 모델

ESCORT ELF)에 연결하여 2 L/min의 유량으로 시료를 채취하였으며,

ICP/MS(Varian 모텔 820-MS)를 이용하여 시료를 분석하였다(NIOSH, 2003).

5) 사업장 자체 유해가스 모니터링 체계 분석

웨이퍼 가공라인에서는 많은 가스상 물질이 사용되고 있는데 생산과정에서

가스누출이 발생할 경우에는 가스상 물질의 특성 상 단기간에 고농도로 노출될

수 있다. 따라서 반도체 사업장은 자체적으로 유해가스에 대한 실시간 모니터

링을 실시하고 있다. 이는 가스누출 등의 문제가 발생하면 신속히 대처하기 위

한 것으로 모니터링 방법은 물질별로 일정 수준이상(보통 노출기준을 기초로

설정)의 가스가 누출되면 알람이 울리도록 하여 이에 따른 조치를 하고 있다.

따라서 유해가스 모니터링 기록을 확인해 본다면 누출빈도, 농도수준, 누출원인

등을 살펴볼 수 있다. 본 연구에서는 사업장별로 어떠한 물질에 대해 어떻게

모니터링을 실시하고 있는지와 알람은 주로 어떠한 경우에 울리는지 등을 파악

해 보았다. 이를 위해 사업장별 담당 엔지니어와의 면담과 최근 1년간(B사 8인

치 라인: 2009년 1월~12월, C사 8인치 라인: 2009년 1월~12월, C사 12인치 라인: 2009년 1월~9월)의 유해가스 모니터링 결과를 분석해 보았다.6) 웨이퍼 가공 공정의 클린룸 환기실태 평가

반도체 사업장은 제품에 영향을 줄 수 있는 입자상 물질의 영향을 최소화하

기 위해 대부분의 생산 활동이 클린룸 설비 내에서 이루어지고 있으나 공기를

재순환하는 클린룸 설비의 특성상 생산과정에서 발생하여 국소환기장치를 통해

배출되지 않은 화학물질은 상당시간 동안 생산공정내로 재 유입될 수 있고 인


근 작업 공정에 까지 영향을 줄 수도 있다. 본 연구에서는 사업장별 클린룸 공

기순환 구조를 파악하고 유해물질 노출평가 결과와 연계한 해석을 통해 클린룸

의 환기실태를 평가하였다. 아울러 이번 연구 대상 사업장 가운데 A사의 5인치

웨이퍼 가공라인을 대상으로 전산유체역학 프로그램을 이용하여 공기순환 방식

및 공기순환 과정의 문제점 등을 평가해 보았다. B사와 C사의 경우는 비교적

규모가 커서 이를 대상으로 환기시뮬레이션을 실시하기에는 많은 시간이 소요

되어 이번 연구에서는 비교적 소규모의 웨이퍼 가공라인을 대상으로 환기시뮬

레이션을 실시하였다. 연구에 사용된 전산유체역학 프로그램은 Fluent의

Airpak(3.0 version)으로 Airpak은 CFD(computerized fluid dynamics) 시뮬레이

션 프로그램 중에서 IAQ(실내공기질), 열적쾌적성, 공기조화 및 오염원 제어를

위한 환기시스템의 설계 및 해석을 위한 도구이다.

나. 조립라인

1) 반도체 조립라인 취급 물질

사업장별로 조사대상 반도체 조립라인 각 공정별로 취급하는 물질 및 물질별

세부적인 구성성분 및 함량 정보 등을 파악하였다. 이를 위해 각 사업장에 공

정별 사용물질에 대한 구성성분, 함량 등이 포함된 현황표의 제출을 요청하였

으며, 이를 검토하여 구성성분이 명확하지 않는 등 추가적인 정보가 필요한 경

우는 성분확인을 위해 물질안전보건자료를 추가로 검토하였다.

2) 생산과정에서 발생 가능한 물질

반도체 조립공정에서 화학물질을 가장 많이 사용하는 공정은 몰드공정으로

매우 다양한 형태의 EMC(epoxy molding compound)가 사용되고 있다. EMC는

에폭시수지(epoxy resin), 페놀수지(phenolic resin), 카본블랙, 실리카(보통은 비

결정) 등으로 구성되어 있는데 에폭시수지 및 페놀수지 모두 방향족 구조를 가

지고 있고 녹는점이 100℃ 이하이다. 따라서 공정온도인 180℃(± 5℃)에서


EMC를 구성하는 수지가 녹게 되며 방향족 화합물 등 휘발성물질이 발생될 수

있다. 그리고 몰드 장비의 세정을 위해 사용되는 물질(이하 금형세정제)의 경우

도 공정온도인 180℃에서 휘발성물질 등이 발생될 수 있다. 따라서 B사 및 C

사에서 많이 사용하고 있는 EMC와 금형세정제를 공정온도인 180℃에서 가온

하여 발생되는 휘발성유기화합물(VOCs)을 평가하였다. 한편 EMC와 금형세정

제를 구성하는 주요 물질인 에폭시수지, 페놀수지, 멜라민수지는 수지를 제조하

는 과정에서 포름알데히드가 사용된다(제품에 따라서는 포름알데히드가 사용되

지 않는 경우도 있다). 따라서 외부로부터의 열이나 압력 등이 가해질 경우 포

름알데히드가 발생될 가능성이 있다. 그래서 EMC와 금형세정제를 대상으로

포름알데히드 발생여부에 대한 실험도 실시하였다.

표 3-3과 표 3-4는 휘발성유기화합물 및 포름알데히드 발생여부 평가에 사용

된 물질이며 B사 및 C사에서 현재 많이 사용되고 있는 EMC 및 금형세정제이

다. EMC를 구성하는 성분중 실리카가 차지하는 비율이 가장 높았으며 함유량

은 60~95% 정도이었다. 그리고 에폭시수지의 함유량은 2~20%, 페놀수지의 경

우는 2~15% 정도이었으며 기타 카본블랙, 삼산화안티몬 등이 함유되어 있었

다. 한편 금형세정제의 경우는 멜라민수지(또는 합성고무)가 55~75%, 실리카가

15~41%, 셀룰로우스 5~35% 함유되어 있었으며, 기타 아민화합물, 유기과산화

물, 경화제 등이 함유되어 있었다.

(1) 휘발성유기화합물 발생여부 평가 실험

휘발성유기화합물의 발생여부에 대한 평가를 위해 EMC 및 금형세정제 4 g~10 g

정도(EMC 1개의 무게는 4 g~10 g 정도이며 제품마다 차이가 있음)를 잘라서

20 mL 바이얼에 담아 180℃에서 10분간 가온한 후 headspace sampler를 이용하

여 가스크로마토그래피-질량분석기(LECO 모델 Pegasus 4D GCxGC-TOFMS)

에 주입하여 분석하였다. 몰드공정에서 EMC 수지를 이용하여 몰드 작업을 하

는 시간은 사업장이나 제품에 따라 차이가 있으나 보통 1~2분 정도이며, 금형

세정제를 이용한 세정작업 시간은 2~5분 정도이다.


제품명 용도(성분) 평가물질

SOO-GOOOMold

(페놀수지, 페놀 노보락수지, 실리카, 카본블랙 등)

VOCs,

HCHO

EOO-7OOOMold

(에폭시수지, 페놀수지, 삼산화안티몬, 카본블랙 등)VOCs,

SG-8OOOOOOMold

(실리카, 카본블랙, 에폭시수지, 페놀수지)VOCs,

SC-K1OOOO-

검정

Mold

(실리카, 카본블랙, 에폭시수지, 페놀수지)VOCs,

SC-K1OOOO-

회색

Mold

(실리카, 에폭시수지, 페놀수지)VOCs,

SC-1OO금형세정

(멜라민수지, 셀룰로즈, 왁스)

VOCs,

HCHO

SC-3OO금형세정

(멜라민수지, 셀룰로즈, 실리카, 왁스, 경화제)

VOCs,

HCHO

JO-3OOO 금형세정

(에탄올아민, 실리카, 합성고무, 이산화티타늄 등)VOCs,

WSOOOOS금형세정

(왁스, 지방산아미드, 실리콘, 합성고무, 카본블랙 등)VOCs,

<표 3-3> VOCs 및 HCHO 발생실험에 사용된 B사의 EMC 및 금형세정제

* VOCs : 휘발성유기화합물, HCHO : 포름알데히드의 화학식

제품명 용도(성분) 평가물질

KOOO-5OOOMold

(에폭시수지, 페놀수지, 카본블랙, 실리카 등)

VOCs,

HCHO

Mold 장비

dust collector

분진

Mold VOCs,

SC5OOOOO 금형세정

(합성고무, 실리카, 세척제, 유기과산화물)

VOCs,

HCHO

SW8OOOOO금형세정

(합성고무, 실리카, WAX, 유기과산화물)

VOCs,

HCHO

<표 3-4> VOCs 및 HCHO 발생실험에 사용된 C사 1공장의 EMC 및 금형세정제

* VOCs : 휘발성유기화합물, HCHO : 포름알데히드의 화학식


본 연구에서는 EMC 및 금형세정제가 180℃까지 가온되는 시간을 고려하여

가온시간을 10분으로 설정하였다. 따라서 실험조건은 사업장의 몰드공정 조건

과 차이가 있었다. 그리고 사업장 몰드공정은 180℃에서 가온된 금형 안에

EMC 및 금형세정제를 넣고 압착하는 방식이나 본 실험에서는 이와 같이 할

수 없어 바이얼(vial)에 EMC 및 금형세정제를 넣고 180℃에서 가열만 하였다.

또한 몰드공정에서는 작업시 동시에 8개 정도의 EMC가 한번에 사용되나 실험

에서는 1개의 EMC를 사용하였다.

(2) 포름알데히드 발생여부 평가 실험

몰드공정에서 사용하는 EMC 및 금형세정제로부터의 포름알데히드 발생여

부에 대한 평가를 위해 B사와 C사에서 사용하고 있는 EMC 각 1종과 금형세

정제 각 2종에 대해 실험을 실시하였다. EMC와 금형세정제를 각각의 바이얼

(vial)에 담고 180℃에서 30분간 가열한 이후 상온까지 식혀준 다음 포름알데히드

측정용 흡착관(2,4-DNPH가 코팅된 실리카겔관)에 개인시료채취 펌프를 연결

하여 약 80 mL/min의 유속으로 흡인하면서, gas tight 시린지를 이용하여 시료

공기 5 mL를 흡착관에 주입한 후 이를 탈착하여 HPLC(Water 모델 Acouity

UPLC system)와 가스크로마토그래피-질량분석기(LECO 모델 Pegasus 4D

GCxGC-TOFMS)로 분석하였다.

3) 직군별 근로자의 업무특성

반도체 제조 사업장별로 조립라인 종사 근로자의 직군별 업무특성을 파악

하였다. 이를 위해 사업장에 직군별 근로자의 주요업무 등에 대한 조사표 작성

을 요청하였으며, 제출된 조사표는 현장 방문시 관리자나 근로자와의 면담, 작

업내용에 대한 관찰 등을 통해 보완되었다.


4) 유해물질 노출농도 평가

반도체 조립라인에서 사용하고 있거나 생산과정에서 2차적으로 발생 가능한

휘발성유기화합물, 포름알데히드, 에탄올아민, 산화규소결정체, 중금속 등의 유

해물질에 대한 공기중 노출농도 평가를 실시하였다. 노출농도 평가는 개인시료

채취와 지역시료채취를 병행하였다. 개인시료채취는 화학물질의 노출 가능성이

높은 몰드공정, 칩 접착공정 등을 대상으로 공정별로 2~4명의 근로자에 대해

실시하였다. 지역시료의 경우는 제품 투입구, 장비상단(주로 호흡기 위치에서)

등에서 측정하였다. 아울러 외부 공기중의 휘발성유기화합물과 포름알데히드의

농도를 평가하기 위해 조립라인 외부의 공기 유입구 등에서 휘발성유기화합물

과 포름알데히드에 대한 시료채취를 하였다.

(1) 휘발성유기화합물(VOCs)

반도체 조립라인에서 휘발성유기화합물(VOCs)의 노출이 가능한 칩 접착

(die attach), 칩 접착 후 경화(die attach cure), 몰드(mold), 몰드 후 경화(post

mold cure) 등의 공정을 대상으로 공기중 VOCs 노출농도를 평가하였다. 칩 접

착공정은 접착제와 유기용제를 사용하는 공정이며, 칩 접착 후 경화공정은

120~180℃의 온도범위에서 접착제를 경화시켜주는 과정에서 VOCs이 발생 가능

하고, 몰드공정은 복합물질로 구성된 수지를 175~185℃의 온도로 가온하기 때문

에 VOCs의 발생이 가능하며, 몰드 후 경화공정 역시 120~180℃ 정도에서 작

업이 이루어지므로 VOCs의 발생이 가능하다. 따라서 이들 공정을 포함하여

VOCs가 발생 가능한 공정을 대상으로 공기중 VOCs 노출농도를 평가하였다.

VOCs의 평가를 위해 ISO 규격 16017-1(고체흡착관/열탈착/가스크로마토그래

피방법에 의한 휘발성유기화합물의 측정 및 분석-Part 1. 개인시료채취 펌프에

의한 방법)을 참고하여 열탈착관을 개인시료채취기(Gilian 모델 LFS-113DC)에

연결하여 0.1 L/min의 유량으로 시료채취를 하였으며, 시료는 열탈착시스템

(Gerstel사 모델 TDS3)을 통해 탈착한 후 가스크로마토그래피-질량분석기


(GC-MS, Agilent 모델 6890N-5973N)를 이용하여 분석하였다(ISO, 2000).

(2) 포름알데히드

몰드(mold), 몰드 후 경화(post mold cure) 공정에서는 다양한 형태의 수지

화합물을 사용하고 있으며 180℃를 전후한 온도로 수지가 가온된다. 노보락수지

(페놀-포름알데히드계 수지)의 경우는 포름알데히드가 2차로 발생 가능하며 다

른 종류의 수지의 경우도 몰드 또는 경화과정에서 포름알데히드의 발생이 가능

할 것으로 판단된다. 또한 금형세정을 위해 사용되는 물질중에 포름알데히드가

소량 함유되어 있기도 하다. 포름알데히드(HCHO)는 탄소, 수소, 산소로 구성된

가장 기초적인 물질로 반도체 조립라인 각종 공정에서 부산물로 발생될 수 있

는 물질이라 볼 수 있다. 따라서 이번 연구에서는 몰드 및 몰드 후 경화 공정

등을 중심으로 포름알데히드에 대한 노출농도 평가를 실시하였다. 포름알데히

드의 노출농도 평가를 위해 EPA TO-11A 및 NIOSH 2016 방법을 참고하여

2,4-DNPH가 코팅된 실리카겔관을 개인시료채취기(MSA 모델 ESCORT ELF)에

연결하여 1 L/min의 유량으로 시료를 채취하였으며, HPLC(Water 모델 Acouity

UPLC system)를 이용하여 시료를 분석하였다(EPA, 1999; NIOSH, 2003).

(3) 에탄올아민

몰드공정에서 금형세정을 위해 사용되는 물질 중에는 눈, 피부 등의 자극성

물질로 노출기준(3 ppm)이 비교적 낮은 물질인 에탄올아민이 포함되어 있었다.

에탄올아민의 노출수준평가를 위해 Occupational Safety and Health Agency

(OSHA) 측정분석방법 PV2111 방법을 참고하여 10% 1-Naphthylisothiocyanate

(NITC)가 코팅된 XAD-2를 개인시료채취기(Gilian 모델 LFS-113DC)에 연결하

여 0.1 L/min의 유량으로 시료를 채취하였으며, HPLC(Water 모델 Acouity

UPLC system)를 이용하여 분석하였다(OSHA, 1988).


(4) 산화규소결정체

몰드공정에서 사용하는 EMC, 금형세정제 등에는 산화규소 화합물이 함유

되어 있다. 이중에는 산화규소 결정체가 함유되어 있는 경우가 있어 Mold 공정

을 중심으로 산화규소 결정체의 농도를 평가해 보았다. NIOSH 측정분석방법

7602를 참고하여 PVC 필터가 장착된 카세트에 사이클론을 연결하여 시료를

채취하였으며, FTIR(Bruker 모델 ALPHA-T)을 이용하여 시료를 분석하였다

(NIOSH, 2003). 이와 함께 호흡성분진의 농도수준이 매우 낮을 경우를 대비하

여 PVC 필터만을 카세트에 장착하여 시료를 채취하고 FTIR로 분석하여 총 산화

규소결정체의 농도를 평가하였다.

(5) 중금속

몰드공정에서 사용하는 EMC 등의 수지에는 삼산화안티몬이 함유되어 있고,

Solder ball에는 주석과 구리가 함유되어 있다. 따라 이들 중금속에 대한 노출

농도 평가를 실시하였다. 중금속의 노출수준 평가를 위해 NIOSH 7300 방법을

참고하여 멤브레인 필터가 장착된 카세트를 개인시료채취기(MSA 모델 ESCORT

ELF)에 연결하여 2 L/min의 유량으로 시료를 채취하였으며, 유도결합플라즈마

분광광도계/질량분석시스템(Bruker 모델 820-MS)를 이용하여 시료를 분석하였

다(NIOSH, 2003).

5) 환기실태

사업장별로 조립라인의 급기 및 배기 방식, 공정별 공기교환 횟수 등의 전체

환기실태와 공정 설비별로 국소환기설비 설치 현황 등을 파악하였다. 이를 위해

사업장의 설비담당자와의 면담 및 현장 조사를 실시하였다.


2. 방사선분야

2.1. 연구대상

가. 전리방사선

전리방사선의 측정은 반도체 제조 사업장 3개사의 웨이퍼 가공 및 조립라인

을 대상으로 하였다(표 3-5). 조사범위는 웨이퍼 가공 및 조립라인의 생산공정

중 이온주입공정 및 검사공정 등 방사선발생장치를 다루는 근로자를 대상으로

하였다.

사업장명 생산라인 공 정

A사 4~5인치 웨이퍼 가공 이온주입

B사 1공장 8인치 웨이퍼 가공 이온주입

B사 2공장 조립 검사

C사 1공장12인치 웨이퍼 가공

및 조립이온주입 및검사

C사 2공장8인치 웨이퍼 가공

및 조립이온주입 및검사

<표 3-5> 전리방사선 연구대상 생산라인 및 공정

이온주입공정의 이온주입장비(임플란터) 기기별 표면노출을 보기위해 측정한

임플란터 총 대수는 145대이었으며 전체의 24.0% 이었으며(표 3-6), 검사공정

의 방사선발생장치는 전수조사하였다.


종류 계사업장명

비고A사 B사 1공장 C사 1공장 C사 2공장

HC 63(260) 3(23) 29(164) 21(52) 10(21)

MC 56(244) 3(9) 28(173) 13(32) 12(30)

HE 26(99) 0 13(79) 8(12) 5(8)

Total 145(603) 6(32) 70(416) 42(96) 27(59)

<표 3-6> 사업장별 연구대상 임플란터 대수

* HC(High current implanter), MC(Medium current implanter), HE(High energy

implanter)

** ( ) 는 총 보유대수

나. 비전리방사선

비전리방사선의 측정은 2개사 4개의 반도체 제조 공장을 대상으로 하였으며

현재까지 논란이 많이 있지만 역학연구에서 백혈병 발생과 관련이 있다고 주장

하는 극저주파 자기장을 주요 측정대상인자로 하였다(표 3-7). 조사범위는 웨

이퍼 가공 및 조립 라인의 주요공정내 작업근로자를 대상으로 하였으며 각 공

정에서 근무하는 근로자의 극저주파 자기장의 노출수준이 어느정도인지를 파악

하기 위해 대조군으로 동일 사업장내 환경안전팀이나 노동조합 사무실, 연구소

사무실 등에서 근무하는 일반 사무직 근로자의 노출수준을 측정하였다.


사업장명 생사라인 공 정

B사1공장 웨이퍼 가공 전공정

B사2공장 조립 전공정

C사1공장 웨이퍼 가공 및 조립 전공정

C사2공장 웨이퍼 가공 및 조립 전공정

<표 3-7> 비전리방사선 연구대상 생산라인 및 공정

기기별 노출수준 파악은 웨이퍼 가공 및 조립 공장의 여러 공정에서 사용되는

주파수 50/60 Hz이상의 주파수대역별 전자기장 발생장치들을 대상으로 하였다

(표 3-8).

주파수대역

구 분계

ELF

(1Hz～

300Hz)

VF

(300Hz～

3KHz)

VLF

(3KHz～

30KHz)

RF

(30KHz～

300MHz)

MW

(300MHz～

300GHz)

반도체

웨이퍼가공 2,918 1,539 - - 1,221 158

조립 4,024 4,024 - - - -

소계 6,942 5,563 - - 1,221 158

대조군 사무실 등 50 50 - - - -

계 6,992 5,613 - - 1,221 158

<표 3-8> 연구대상의 전자기장(EMF) 발생장치

(단위 : 대수)

* ELF : Extremely Low Frequency, VF :Voice Frequency, VLF : Very Low Frequency,

RF : Radiofrequeny, MW :Microwave radiation.


2.2. 연구방법


1) 조사 및 측정방법

노출실태조사는 예비조사와 본조사로 나누어 실시하였고 예비조사시에는

전반적인 안전보건관리 실태와 방사선발생장치 등의 현황 및 관리 주체에 대

하여 알아보고 주 장비인 임플란터에 대한 종류와 특성 등을 파악하였다. 본조

사에서는 조사대상 근로자에 대해 누적 개인노출선량 측정과 더불어 방사선발

생장치에서 방출되는 전리방사선의 노출수준을 평가하기 위해 실시간 모니터링

방법으로 지역노출선량을 측정하였으며 전리방사선의 누출 여부를 알아보기 위

해 방사선발생장치의 표면선량을 측정하였다.

웨이퍼 가공 및 조립 라인에서 전리방사선 노출 가능이 있는 작업은 임플란터

및 X-ray 발생장치를 취급하는 작업으로, 개인노출선량 측정은 크게 세 그룹

즉 공정엔지니어, 장비엔지니어, 오퍼레이터로 나누어 측정하였다. 전리방사선

의 개인노출선량 측정은 누적노출량 측정용 유리선량계를 사용하여 2개월간 근

무시간동안 근로자의 흉부에 착용시켜 측정하였다.

지역노출선량 측정은 웨이퍼 가공라인의 이온주입공정과 조립라인의 검사공

정에서 방사선 발생장치로부터 나오는 방사선량율을 측정하기 위해 두가지 방

법을 사용하였다. 하나는 임플란터와 X-ray 발생장치에 유리선량계를 기기당

4~5개씩 부착하여 10일 간격으로 5회에 걸쳐 연속하여 실시간 모니터링 하였

고 유리선량계를 교체할때마다 직독식 측정기[RadiagemTM 2000 Personal

Portable Dose Rate and Survey Meter(Canberra Industries, Inc., U.S.A.)]로

임플란터 등의 주변 방사선량을 발생원으로부터 30 cm 거리에서 측정하였다.

개인선량계는 원자력법상 허가기관인 전문판독기관에서 구입하였고 동 기관에

선량계의 피폭선량 분석을 의뢰 하였다. 또한, 표면선량률 측정은 누출 가능성


을 알아보기 위해 방사선발생장치의 이온발생부(Ion source), 고전압인가부

(High voltage power supply), 가스저장실 및 도어(Gas storage cabinet and

access doors), 마그네틱 편향부(Deflection magnet part), 입자충돌부(Targeted

position) 등 장비표면으로 부터 5～10 cm 거리에서 반복 측정하였다.

2) 분석 및 평가방법

임플란터 등 방사선발생장치로 부터 누출을 확인하기 위해서는 저에너지 범

위의 X-ray 선량을 검출할수 있는 능력을 가진 프로브(probe)가 필요하므로

NaI(Thallium)섬광검출기를 장착한 SX-2R(X-Ray Features probe for

Radiagem)와 이온전리함 측정기(Ionization chamber, CAPINTEC CⅡ1800;

Electrometer, CAPINTEC 192)를 이용하였다. 임플란터의 누출선량을 측정할

때 저에너지용의 서베이미터로 방사능을 측정하는 X-선용 프로브를 보유하고

있어 먼저 cps(또는 Bq) 단위로 측정하여 장비매뉴얼에 나와 있는 환산인자를

곱하여 뢴트겐(R) 단위로 산출하였다(하석호 등, 2009). 발생원의 에너지는 이

온임플란터의 가속 빔에너지를 고려하여 추정하였다(표 3-9).

구 분 전류 에너지 주입량(#/cm2) Implant Site

High Current 100uA~수십mA 200eV~60keV 1E13~1E16 Single

Medium Current 1uA~3mA 2keV~300keV 1E11~1E14 Single

High Energygy 10uA~3mA 100keV~3MeV 1E11~1E14 Batch

<표 3-9> 임플란터의 종류 및 조건

이것을 일본의 노동안전위생법 「전리 방사선 장해방지 규칙」에서 제시하는

방법[H1cm(Sv) ＝ 조사선량(R)×0.00873(Gy/R)×1.74(Sv／Gy); H70μm(Sv) ＝

조사선량(R)×0.00873(Gy/R)×1.59(Sv／Gy)]을 준용하여 산출하였다(일본 후생노

동성 영제５호, 2011). 또한, 측정된 결과의 신뢰성을 확보하기 위해 전문연구


기관에 의뢰하여 의료분야에서 방사선량 측정이 정확하다고 알려진 이온전리함

측정기를 임플란터의 동일한 위치에 놓고 그때의 두 측정값을 비교하였다. 이

온전리함 측정기를 이용하여 측정한 값과 비교 평가한 결과, 상관계수가 0.99로

측정방법간 아주 높은 상관성이 있음을 확인하였다(p<0.01). 유리선량계로 측정

한 개인노출선량은 원자력법상 선량한도인 방사선작업 종사자의 경우 연간 50

밀리시버트(mSv), 수시출입자의 경우 연간 12밀리시버트, 일반인의 경우 연간

1밀리시버트와 비교하였다. 직독식으로 측정한 모든 측정결과는 배경농도

(<0.07 uSv/h)를 고려하여 산출하였고 표면선량율은 미국 에너지부

(Department of Energy) 규제기준(10 CFR 835)인 5 μ㏜/h를 초과하는지 검토

하였다(HSS, 2011).

3) 방사선발생장치 등 보유 현황

연구대상사업장 조사대상공정의 웨이퍼 가공 및 조립라인의 전체 방사선발생

장치의 보유현황은 표 3-10과 같다. 웨이퍼 가공라인의 이온주입공정에서 사용

되는 임플란터(ion implanter)는 자체 차폐가 완벽한 방사선발생장치로서 원자

력법 제 65조 1항 및 동법 시행령 제 194조에 의거 방사선발생장치 사용 신고

장비이며, 최대전압 170KV 이하이고 표면방사선량률 10 µSv/h 이하의 조건을

만족하는 캐비닛형 방사선발생장치이다. 설비매뉴얼에도 정상가동중에 이온 임

플란터의 바닥을 제외한 모든 기기표면으로부터 X-ray의 표면선량률이 0.06

mrem/hour(<0.6 μSv/hr) 미만으로 제조되었다는 반도체장비 규격 인증인

SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International) 기준에 따르고

있다(SEMI, 2006; Maletskos CJ 등, 1983). 임플란터는 주입량의 형태에 따라

High Energy, High Current 및 Medium Current 로 구분된다.


구 분 종류 계A사

B사1공장

C사1공장

C사2공장

B사2공장

가공 가공 가공 가공 조립

임플란터

HC 260 23 164 52 21 -

MC 244 9 173 32 30 -

HE 99 0 79 12 8 -

소계 603 32 416 96 59 -

X-ray 발생장치 XRF 등 110 0 66 3 25 16

- 계 713 32 482 99 84 16

<표 3-10> 방사선발생장치 보유 현황

* HC(High current implanter), MC(Medium current implanter), HE(High energy implanter)

또한, 웨이퍼 가공 및 조립라인의 방사성동위원소의 취급현황을 보면, 선원은

Am-241, Co-60 등이 설비내부에 내장된 상태로 사용되며 한국원자력안전기술

원에 허가를 받아 관리하고 있다(교육과학기술부 원자력법, 2011). 이와 같은

방사성동위원소는 밀봉선원의 형태로 관리하고 있어 방사선이 작업자에게 노출

될 수 있는 가능성은 희박하다.


1) 조사 및 측정방법

전리방사선에서와 마찬가지로 예비조사시에는 대상공정의 발생원 및 노출원

현황, 작업자의 직무특성과 발생원 또는 기기의 종류별 주파수 특성 등을 파악

하였다.

극저주파 자기장의 개인노출 측정은 근로자의 작업시간 동안 6시간이상 측정

하였으며 측정기는 EMDEX Lite(미국, ENERTECH)를 이용하였다. 주요 작업

공정간 노출수준을 파악하기 위해서 지역노출 측정을 병행하였다. 또한, 기기

및 설비별 측정은 직독식 측정기인 3축 등방선 프로브가 부착된 ELT-400(독


일, NARDA)를 사용하여 발생원으로부터 3～30 ㎝ 거리에서 최대값을 측정하

였다. 일부 설비에 대한 고주파의 자기장 강도 측정은 3축 등방성 프로브를 부

착한 EMF-819를 사용하였다.

2) 분석 및 평가방법

자기장 측정기를 통하여 측정된 모든 측정자료는 측정이 끝난후 EMCAL

2007 프로그램을 이용하여 컴퓨터에서 dB화하여 분석하였다. 측정된 자료에 대한

보정을 위해 자기장이 방출될 수 있는 모든 환경이 배제된 장소에서 배경농도

(Background, 이하 “BG” 라 한다) 를 측정하였다. 배경농도의 산술평균값은

0.03 uT(0.01～0.10) 이었다. 측정된 배경농도의 값이 일률적으로 나타나 자기

장의 배경농도를 무시하고 계산하여도 측정된 자기장 값에 크게 영향을 미치지

않을 것으로 판단되었다.

각 공정에서 측정한 극저주파 자기장의 최고노출량(Ceiling value)은 미국 산

업위생전문가협회(American Conference of Governmental Industrial Hygienists,

ACGIH) 기준을 준용하여 평가하였다(ACGIH, 2011). 고용노동부 고시 「화학

물질 및 물리적인자의 노출기준」에 보면 제4조 적용범위에서 “이 고시에 유해

인자의 노출기준이 규정되지 아니하였다는 이유로 법, 영, 규칙 및 보건규칙의

적용이 배제되지 아니하며 이와 같은 유해인자의 노출기준은 미국 ACGIH에서

매년 채택하는 노출기준(TLVs)을 준용한다”고 명시하고 있다(고용노동부, 2011).

미국 ACGIH의 극저주파(1～ 300 Hz)에 대한 전신의 자기장 노출기준은 다음

식과 같다.

B TLV=60f, BTLV : 자속밀도(mT), f : 주파수(Hz)

주파수 60 Hz에서의 자기장 노출기준은 1.0 mT 이다.


3) 전자기장 발생장치 보유 현황

반도체사업장의 웨이퍼 가공라인은 생산설비들이 5개 주파수 대역중 극저주

파영역과 RF(Rado Frequency) 및 MW(Micro Wave)영역대로 구분되었다. 식

각, 화학기상증착 및 연마공정에서 사용되는 기기들을 제외하고는 대부분의 공

정에서 사용하는 기기들이 주파수 범위가 1～ 300 Hz인 극저주파영역대인 반

면, 조립라인의 전체공정은 전부가 극저주파 영역대인 장치들로 구성되어 있었

다(표 3-11).

주파수대역

구 분계

ELF

(1Hz～

300Hz)

VF

(300Hz～

3KHz)

VLF

(3KHz～

30KHz)

RF

(30KHz～

300MHz)

MW

(300MHz～ 300GHz)

웨이퍼

가공

확산 878 875 - - 3 -

포토 310 310 - - - -

식각 953 - - - 795 158

세척 237 197 - - 40 -

증착(CVD) 331 6 - - 325 -

이온주입 109 95 - - 14 -

연마 100 56 - - 44 -

소계 2,918 1,539 - - 1,221 158

조립

Front 2,165 2,165 - - - -

Package 224 224 - - - -

Test 1,635 1,635 - - - -

소계 4,024 4,024 - - - -

계 6,942 5,563 - - 1,221 158

<표 3-11> 반도체 제조 사업장의 EMF 발생장치 보유 현황

(단위 : 대수)

Ⅳ. 연구결과 … 45

Ⅳ. 연구결과


1.1 웨이퍼 가공라인

가. 취급 화학물질

1) 확산(diffusion) 공정

확산공정에서는 고온의 전기로(furnace)에서 silicon dioxide, silicon nitride 등의

막을 형성시키고 arsenic, boron, phosphorous 등의 불순물(dopant)을 확산시키기

위해 ammonia(NH3), arsine(AsH3), boron tribromide(BBr3), dichloro

silane(SiH2Cl2), hydrogen chloride(HCl), nitrogen(N2), phosphine(PH3), phosphorus

oxychloride(POCl3), silane(SiH4) 등의 물질을 사용하고 있다. 또한 웨이퍼 세척

을 위해 ammonium hydroxide(NH4OH), hydrofluoric acid(HF), hydrogen

peroxide(H2O2), nitric acid(HNO3), sulfuric acid(H2SO4), acetic

acid(CH3COOH) 등의 물질을 사용하고 있다. 표 4-1은 확산공정에서 사용하고

있는 물질을 정리해 놓은 것이다. 모든 사업장에서 표 4-1에 있는 모든 물질을

사용하는 것은 아니며 사업장에 따라 사용하는 물질에 일부 차이는 있다.


산화막 형성, 열처리, 불순물 확산

(Oxidation, annealing and

diffusion of dopant)

웨이퍼 세척

(Wafer cleaning)

Ammonia (NH3)

Arsine (ASH3)

Boron tribromide (BBr3)

Dichloro silane (SiH2Cl2)

Fluorine (F2)

Hydrogen (H2)

Nitrogen (N2)

Nitrogen monoxide (NO)

Nitrous oxide (N2O)

Phosphine (PH3)

Phosphorus oxychloride (POCl3)

Silane (SiH4)

Acetic acid (CH3COOH)

Ammonium fluoride (NH4F)

Ammonium hydroxide (NH4OH)

Hydrofluoric acid (HF)

Hydrogen peroxide (H2O2)

Nitric acid (HNO3)

Sulfuric acid (H2SO4)

<표 4-1> 확산공정에서 사용되는 화학물질

2) 포토(photolithography) 공정

포토공정에서는 웨이퍼에 회로패턴을 형성하기 위해 감광액인 포토레지스트

(photoresist)를 비롯하여 현상액(developer), 희석제(thinner), 감광액제거제

(stripper) 등과 웨이퍼와 감광액의 밀착성을 향상시켜주는 밀착향상제(adhesion

promotor) 등을 사용하고 있다. 표 4-2는 사업장에서 사용하고 있는 물질을 정

리해 놓은 것이다. 표 4-2에 있는 물질을 모든 사업장에서 사용하는 것은 아니

며 사업장에 따라 일부 차이는 있다. 포토레지스트는 수지, 감광성성분, 용매,

첨가제 등으로 구성되어 있다. 포토레지스트의 수지로는 페놀(크레졸)-포름알

데히드계의 노보락수지(Novolak resin)를 비롯하여 폴리하이드록시스타이렌계

수지, 폴리비닐페놀계 수지, 아크릴계 수지 등 다양한 종류의 수지가 사용되고

있는데 기술개발과 함께 사용되는 포토레지스트의 수지성분은 다양하게 변화하

고 있다. 감광성 성분은 연구대상 모든 사업장에서 영업비밀로 유지하고 있는 사

항으로 그 성분에 대해서는 파악을 하지 못하였다. 문헌을 통해 확인해 본 결과

초기에 사용된 감광성 성분의 하나는 DNQ(Diazonaphthoquinone)이었는데 이는


포토레지스트내에서 수지의 용해억제제로 작용하다 노광과정에서 빛에 노출되

면 노보락수지와 결합하여 현상액을 통해 용해되는 물질이다(Reiser, 2002). 현

재 사업장에서는 DNQ 이외에 여러 감광성 성분들이 사용되고 있을 것이라 판

단되나 이는 영업상의 비밀로 유지되고 있다. 한편 포토레지스트를 구성하고

있는 성분 중 가장 높은 함량을 차지하는 것이 바로 용매 성분인데 이번 연구

대상 사업장에서 사용하고 있는 용매성분은 2-heptanone, propylene glycol

monomethyl ether(PGME), propylene glycol monomethyl ether

acetate(PGMEA), n-butyl acetate, ethyl lactate 등 끓는점(b.p.) 150℃를 전후

한 물질들이 주를 이루고 있다. 이러한 용매성분들은 사용되는 수지, 감광성 성

분에 따라 차이가 있는데 보통 포지티브 포토레지스트(positive photoresist, 빛

을 받은 부분이 현상액에 용해)에 사용되는 용매들이라 할 수 있다(Miyagi K,

2005; Toukhy MA, 1986). 한편 일부 네가티브 포토레지스트(negative

photoresist, 빛을 받지 않는 부분이 현상액에 용해)의 경우는 ethyl benzene,

xylene 등의 용매를 사용하기도 하였다. 또한 포토레지스트에는 계면활성제, 기

타 첨가제 등이 포함되어 있는데 이 또한 자세한 정보를 제공하고 있지 않다.

포토공정에서 사용되는 현상액으로는 tetramethylammonium hydroxide가 가장

일반적으로 사용되고 있었으며 기타 PGMEA, 지방족탄화수소, xylene 등이 사

용되고 있었는데 이는 사용되는 포토레지스트에 따라 차이가 있다고 볼 수 있

다. 포토레지스트의 주요 성분이 유기용매이지만 신너로 PGME, PGMEA,

n-butyl acetate, methyl-3-methoxy propionate 등이 사용되고 있었는데 이 또

한 사용되는 감광액에 따라 차이가 있었다. 한편 표에는 제시되어 있지 않지만

웨이퍼와 포토레지스트간의 밀착성을 향상시키기 위해 밀착향상제를 사용하는

데 모든 사업장에서 hexamethyldisilazane(HMDS)를 사용하고 있었다. 포토공

정에서 사용된 감광액인 포토레지스트는 감광액제거제에 의해 1차적으로 제거

되는데 ethanolamine, catechol, PGME, PGMEA 등이 사용된다. 보통 감광액

제거는 식각공정에서 이루어지는데 포토공정에서 이루어지는 경우도 있다.


수지(Resins) 용매(Solvents) 현상액(Developer)

Acrylate polymer

Cyclized polyisoprene

Hydrogensiloxane polymer

Novolak resin

Polyhydroxystyrene derivative

Polymethacrylate derivative

Polyvinylphenol derivative

2-Ethoxyethanol

2-Heptanone

2-Methoxy-1-propanol

2-Methoxypropyl acetate

Cresol

Cyclohexanone

Ethyl benzene

Ethyl lactate

gamma-Butyrolactone

Isopropyl alcohol (IPA)

Methyl-2-hydroxy-isobutyrate

Methyl-3-methoxy-propionate

n-Butyl acetate

PGME

PGMEA

Xylene

Aliphatic hydrocarbons

Ethyl ethoxypropionate

gamma-Butyrolactone

N-Methyl-2-pyrrolidone

PGMEA

Polyamide acid

Tetramethylammonium hydroxide

Xylene

<표 4-2> 포토공정에서 사용되는 화학물질

* PGME: Propylene glycol monomethyl ether, PGMEA: Propylene glycol monomethyl ether

acetate.

3) 식각(etch) 공정

식각공정은 포토공정에서 구성한 회로를 완성하기 위해 불필요한 부분을 제

거해주는 공정으로 습식식각과 건식식각으로 나누어 볼 수 있다. 다만 A사의 4

인치 및 5인치 공정을 제외하고는 습식식각 공정이라 표현하지 않고 습식식각

을 세척공정으로 분류하고 있다. 표 4-3은 식각공정에서 사용하고 있는 물질을

정리해 놓은 것이다. 식각공정의 경우도 표 4-3에 있는 물질을 모든 사업장에서

사용하는 것은 아니며 사업장에 따라 일부 차이는 있다. 습식식각은 ammonium

hydroxide(NH4OH), hydrofluoric acid(HF), hydrogen peroxide(H2O2), sulfuric

acid(H2SO4), nitric acid(HNO3), acetic acid(CH3COOH) 등의 각종 산 및 염기

물질을이용하여식각을하는방식이고, 건식식각은 argon(Ar), boron trichloride(BCl3),


chlorine(Cl2), carbonyl sulfide(COS), difluoro methane(CH2F2), hydrogen(H2),

hydrogen bromide(HBr) 등의 물질을 이온화하여 식각될 표면과의 물리적 충돌

및 반응 등을 통해 식각하는 방식이다.

습식식각(Wet etch) 건식식각(Dry etch)

Acetic acid (CH3COOH)

Ammonium fluoride (NH4F)

Ammonium hydroxide (NH4OH)

Hydrochloric acid (HCl)

Hydrofluoric acid (HF)

Hydrogen peroxide (H2O2)

Isopropyl alcohol (IPA)

Nitric acid (HNO3)

Octyl phenol ethoxylate (계면활성제)

Phosphoric acid (H3PO4)

Sulfuric acid (H2SO4)

Ammonia (NH3)

Argon (Ar)

Boron trichloride (BCl3)

Carbon monoxide (CO)

Carbon tetrafluoride (CF4)

Carbonyl sulfide (COS)

Chlorine (Cl2)

Difluoro methane (CH2F2)

Hexafluoro ethane (C2F6)

Hexafluoro-1,3-butadiene (C4F6)

Hydrogen (H2)

Hydrogen bromide (HBr)

Methane (CH4)

Nitrogen (N2)

Nitrogen trifluoride (NF3)

Octafluorocyclobutane (C4F8)

Octafluorocyclopentene (C5F8)

Octafluoropropane (C3F8)

Ozone (O3)

Sulfur hexafluoride (SF6)

Trifluoro methane (CHF3)

<표 4-3> 식각공정에서 사용되는 화학물질

4) 증착(deposition) 공정

증착공정은 기판에 화학적반응 또는 물리적인 방법으로 전도성 또는 절연성

의 막을 형성시키는 공정으로 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)

과 물리적기상증착(physical vapor deposition, PVD)으로 나눌 수 있다. 표 4-4

는 증착공정에서 사용하고 있는 물질을 정리해 놓은 것이다. 증착공정의 경우도

사업장에 따라 사용하는 물질에 일부 차이는 있다. CVD 공정에서는 dichloro

silane (SiH2Cl2), nitrogen trifluoride(NF3), nitrous oxide (N2O), ozone (O3),


phosphine(PH3), silane(SiH4), silicon tetrafluoride(SiF4), tetraethyl

orthosilicate(TEOS), trimethyl borate(TMB), tungsten hexafluoride(WF6) 등의

화학물질이 사용되는데 이들 물질의 화학적 반응을 통해 박막을 형성하는 공정

이다. PVD 공정에서는 진공환경에서 고에너지를 이용하여 물리적인 방법으로

웨이퍼 상에 원하는 물질의 박막을 형성하는 과정으로 sputtering, 전자빔 등의

방식이 있다. PVD 공정에서 사용되고 있는 물질로는 ammonia(NH3), chlorine

trifluoride(ClF3), diborane(B2H6), hydrogen(H2), nitrogen trifluoride(NF3),

silane(SiH4), tetrachloro titanium(TiCl4), tungsten hexafluoride(WF6) 등이 있다.

화학기상증착(CVD) 물리적기상증착(PVD)

Acetylene (C2H2)

Ammonia (NH3)

Chlorine trifluoride (ClF3)

Diborane (B2H6)

Dichloro silane (SiH2Cl2)

Hydrogen (H2)

Hydrogen chloride (HCl)

Hydrogen fluoride (HF)

Nitrogen (N2)


Nitrous oxide (N2O)

Octafluoropropane (C3F8)

Ozone (O3)

Phosphine (PH3)

Silane (SiH4)

Silicon tetrafluoride (SiF4)

Tetraethyl orthosilicate (TEOS)

Triethyl borate (TEB)

Trimethyl borate (TMB)

Trimethyl phosphate (TMPO)

Tungsten hexafluoride (WF6)

Ammonia (NH3)

Argon (Ar)

Chlorine trifluoride (ClF3)

Diborane (B2H6)

Hexafluoro ethane (C2F6)

Hydrogen (H2)

Nitrogen (N2)


Silane (SiH4)

Tetrachloro titanium (TiCl4)

Tetrakis dimethylamino titanium (TDMAT)

Tungsten hexafluoride (WF6)

<표 4-4> 증착공정에서 사용되는 화학물질


5) 이온주입(ion implantation) 공정

이온주입공정은 반도체에 전도성을 부여하기 위해 불순물을 주입하는 공정으로

arsine(AsH3), boron trifluoride(BF3), phosphine(PH3) 등이 대표적으로 사용되

고 있는 물질이다.

6) 연마(chemical mechanical polarization, CMP) 공정

연마공정은 다양한 웨이퍼 가공과정에서 생성된 웨이퍼 표면의 산화막 등을

화학적 또는 물리적 방법으로 평탄화 시켜주는 공정으로 연마액(slurry)과

hydrofluoric acid(HF), hydrochloric acid(HCl), nitric acid(HNO3) 등이 사용된다.

연마액의 성분에는 비결정형 실리카, cerium oxide(CeO2), ammonium

hydroxyde(NH4OH), potassium hydroxide(KOH) 등이 사용되고 있다.

이상과 같이 반도체 웨이퍼 가공과정은 다양한 화학물질을 이용하여 웨이퍼

표면에 막을 형성하고 여기에 회로 패턴을 형성하는 기술이라 할 수 있다. 즉

웨이퍼 상에 구현하고자 하는 회로 패턴을 형성하기 위해 확산, 증착 공정 등

을 통해 필요한 막을 형성하고 여기에 포토, 식각, 세척 공정 등을 통해 회로

패턴을 완성하고 이온주입공정에서 반도체에 전도성을 부여는 일련의 과정이라

볼 수 있다.

나. 공정에서 발생 가능한 2차 생성물질

웨이퍼 가공라인에서는 다양한 화학물질을 이용하여 웨이퍼를 가공하는 특성

상 가공단계에서 사용되는 각종 물질들의 상호 반응을 통한 부산물의 생성이나

물질의 분해 등이 수반될 수 있다. 미국의 특허자료에 의하면 포토공정에서

UV를 이용한 노광과정에서 포토레지스트 성분이 분해되어 벤젠과 같은 2차

생성물질이 발생될 수 있으며, 국내 특허자료에 의하면 평판표시장치(flat

display device)의 패터닝과정에서 광반응에 의한 벤즈알데히드(benzaldehyde),


벤질알코올(benzyl alcohol), 톨루엔(toluene) 등이 발생될 수 있다. 웨이퍼 가공

라인에서 발생 가능한 2차 생성물질을 공정별로 살펴보면 다음과 같다.

1) 포토공정

포토공정에서는 감광액에 UV 등의 빛에너지를 조사하여 반도체 웨이퍼 상

에 회로패턴을 구성하는 과정이 있는데 이를 노광이라 한다. 앞에서 설명한 바

와 같이 감광액은 수지, 감광성성분, 유기용매, 첨가제 성분으로 구성되어 있는

데 감광성 성분의 경우 빛이 조사되면 구조적으로 변화를 일으키는 특성이 있

는 물질로 DNQ 성분의 경우 방향족 구조를 가지고 있다. 또한 수지 성분으로

많이 사용되고 있는 노보락수지의 경우도 페놀(크레졸)-포름알데히드 중합체로

역시 방향족 구조를 가지고 있다. 따라서 이들 성분들은 빛에 의해 분해될 경

우 방향족 화합물이 생성될 수 있고, 문헌에 의해서도 이 같은 사실은 알려져

있다(Goodner MD, 2008; 삼성에스디아이주식회사, 2004). 본 연구에서는 사업

장에서 사용하는 포토레지스트 가운데 가장 널리 알려져 있고 현재도 가장 많

이 사용하고 있는 물질인 노보락수지가 함유된 감광액을 이용하여 열분해 실험

을 하였으며 열분해 실험결과 벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene),

페놀(phenol), 크레졸(cresol) 등의 물질이 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 그림

4-1은 열분해 실험시 채취한 시료의 GC/MS 크로마토그램이다. 방향족 구조를

가지고 있는 감광액의 특성상 열분해 물질의 대부분이 방향족 화합물임을 알

수 있었다.

이번 열분해 실험은 열에 의해 감광액에 에너지를 전달한 방식이기 때문에

반도체 포토공정에서와 같이 UV 등 빛에너지를 이용하여 감광액에 에너지를

전달한 방식과는 차이가 있으며 사용된 에너지의 양에도 차이가 있다. 그러나

이번 연구는 포토공정의 패터닝 과정에서 벤젠, 방향족 물질 등이 발생할 수

있다는 국내외 특허자료의 내용을 실험을 통해 확인하였다고 하겠다.


5 10 15 20

Abundance

0

2e+6

4e+6

6e+6

8e+6

1e+7

min

Solvent

Benzene

Toluene Xylene

Phenol

Cresol

Benzene or phenolbased aromaticcompounds

[그림 4-1] 열분해 실험시 채취한 시료의 GC/MS 크로마토그램

2) 식각공정(건식식각, 습식식각)

포토공정에서 사용된 감광액 성분은 식각공정에서 감광액 제거제를 이용하여

1차적으로 제거된 후 습식식각 또는 건식식각 과정을 통해 최종 제거되는데 습

식식각의 경우는 강산과 강염기를 이용하기 때문에 식각과정에서 포토레지스트

성분이 분해되면서 휘발성 유기물질과 각종 부산물이 발생될 수 있고, 건식식

각의 경우도 가스상 물질을 이온화하여 식각될 표면과의 물리적 충돌 및 반응

의 과정을 거치기 때문에 가스상 물질 및 각종 부산물이 발생할 수 있다.

3) 확산 및 증착공정

확산공정이나 증착공정은 각종 가스상 물질 등의 화학적 반응을 통해 웨이

퍼 표면에 박막을 형성시키는 과정으로 반응과정에서 다양한 부산물이 발생할


수 있다. 표 4-5는 확산 및 증착공정에서 발생되는 부산물들의 사례이다. 수소

를 비롯하여 염화수소(HCl), 불화수소(HF) 등이 발생하는 것을 알 수 있다

(ILO, 1998; Williams ME 등, 1995).

확산 및 증착의 종류 반응식 및 부산물

Silicon dioxide

SiH4 + O2 → SiO2 + 2H2SiH4 + CO → SiO2 + 2H2SiH2Cl2 + 2 N2O → SiO2 + 2 N2 + 2HCl

Si(OC2H5)4 → SiO2 + byproducts

Silicon nitride

3SiH4 + 4NH3 → Si3N4 + 12H23SiH2Cl2 + 4NH3 → Si3N4 + 6HCl + 6H22SiH4 + N2 → 2SiNH + 3H2SiH4 + NH3 → SiNH + 3H2

Phosphorous 4PH3 + 5O2 → 2P2O5 + 6H2

Polysilicon SiH4 + Heat → Si + 2H2

Metal

2MCl5 + 5H2 → 2M + 10HCl

WF6 → W + 3F2WF6 + 3H2 → W + 6HF

<표 4-5> 확산 및 증착과정에서 발생 가능한 반응 부산물

4) 이온주입공정

이온주입공정에서는 이온주입장비에 arsine, boron trifluoride, phosphine 등을

공급한 후 이를 이온화시켜서 arsenic, boron, phosphorous 이온만을 선택적으로

반도체 웨이퍼에 주입한다. 따라서 이온화 과정에서 다양한 형태의 부산물이

발생될 수 있다. 특히 아르신(arsine)의 경우는 분해 온도인 300℃까지 가열되거

나 빛에 노출될 경우에는 비소(arsenic)로 분해된다(ACGIH, 2010). 아르신이

이온주입장비 내에서 에너지를 받아 이온화과정을 거치면 아르신(arsine) 이온

을 비롯하여 비소(arsenic) 이온, 중성의 비소(arsenic) 등 다양한 형태의 물질

이 발생될 수 있다.


다. 직군별 근로자의 업무 특성

웨이퍼 가공라인에서 근무하는 작업자들은 오퍼레이터, 장비엔지니어(설비

엔지니어), 공정엔지니어로 크게 나누어 볼 수 있다. 직군별 주요 직무를 살펴

보면 오퍼레이터의 경우 생산설비에 웨이퍼를 투입(loading)하거나 회수

(unloading)하는 작업, 장비를 조작하는 작업 등이 주요 직무이었고, 장비엔지

니어의 경우 설비의 유지보수, 작업에 대한 관리업무 등이 주요 직무이었고, 공정

엔지니어의 경우는 생산성 향상을 위한 기존 공정의 문제점 해결 및 공정 개발

업무 등이 주요 직무이었다. 그리고 웨이퍼 가공라인 근로자의 20% 정도에 해

당하는 협력업체 근로자들이 현장에서 근무하고 있었으며 설비의 유지보수, 물

류 등을 담당하고 있었다.

직군별 화학물질 노출특성을 살펴보면 먼저 오퍼레이터의 경우는 가공장비에

웨이퍼를 투입하고 가공된 웨이퍼를 회수하는 일련의 과정에서 공정 중에서 발

생되는 화학물질에 노출될 수 있고, 장비엔지니어의 경우는 주로 장비를 유지

보수(PM 작업)하는 과정에서 장비 내에 잔류하는 화학물질이나 부품 세척을

위해 사용하는 유기용제 등에 노출될 수 있다. 그리고 공정엔지니어의 경우는

간헐적으로 가공라인을 출입하고 있기 때문에 라인내에서 발생되는 유해물질의

노출 가능성은 오퍼레이터나 설비엔지니어에 비해 상대적으로 낮다고 볼 수 있

다. 이번 연구에서는 생산라인이외에서의 화학물질 노출에 대해서는 평가하지

않았다.


라. 유해물질 노출농도 평가결과

1) 휘발성유기화합물 노출농도 평가결과(포름알데히드 제외)

반도체 웨이퍼 가공라인에서 acetone, benzene, isopropyl alcohol(IPA),

propylene glycol monomethyl ether(PGME), toluene, xylene 등 10여종의 휘발

성유기화합물이 검출되었다. 그러나 acetone, IPA, PGME, xylene을 제외하고는

0.1 ppm 이상 검출된 물질은 없었으며 acetone, IPA, PGME, xylene의 경우도

노출기준의 1/100 이상 검출된 시료는 없었다. 한편 백혈병과 관련이 있는 것

으로 알려진 벤젠의 농도는 ND～0.00038 ppm(LOD: 0.00010 ppm)로 노출기준

(1 ppm)에 비해 매우 낮았으며 옥외의 외부공기 유기입구에서 측정한 벤젠의

농도인 ND～0.00030 ppm 수준과 별다른 차이를 보이지 않았다(표 4-6). 한편

환경부 주관으로 실시하고 있는 광화학물질 측정망의 2006년도 측정결과에 의

하면 수도권 4개 지역(서울, 강화, 인천, 경기)의 대기 중의 평균 벤젠농도는

0.00033～0.00048 ppm이었다(황승만, 2008).

사업장 시료수벤젠 농도(단위: ppm)

가공라인 옥외(외부공기)

A사 5인치 28 ND～0.00017 ND～0.00017

B사 8인치 36 ND ND

C사 8인치 39 ND～0.00038 ND～0.00030

C사 12인치 40 ND～0.00028 ND

<표 4-6> 웨이퍼 가공라인 공기중 벤젠 농도수준

(노출기준: 1 ppm)

* 검출한계: 0.00010 ppm.


2) 포름알데히드 노출농도 평가결과

반도체 웨이퍼 가공라인에서 포름알데히드를 직접적으로 사용하고 있지는

않았으나 노보락수지(포름알데히드-페놀계 수지) 등 유기화합물을 많이 사용하

는 포토공정에서는 UV 등 빛에너지에 의한 노광과정에서 포름알데히드가 2차

생성물질로 발생이 가능한 물질이다. 포름알데히드(HCHO)는 탄소, 수소, 산소로

구성된 기초적인 물질로 반도체를 가공하는 각종 공정에서 사용되는 화학물질의

상호작용을 통해 부산물로 발생될 수 있는 물질이라 볼 수 있다. 연구결과 3개

의 웨이퍼 가공라인의 공기중 포름알데히드의 농도수준은 0.0014~0.0038 ppm으로 노출기준(0.5 ppm)의 1/100 미만의 수준이었다(표 4-7). 최근 국내 대기환

경학회에서 발표된 논문에 의하면 경기지역에서 2009년 8월에 측정한 대기중 포

름알데히드의 농도가 0.0010~0.0110 ppm(평균 0.0045 ppm)이었다(이준복 등,

2009).

사업장 시료수포름알데히드 농도(단위: ppm)

기하평균 산술평균 농도범위

B사 8인치 19 0.0018 0.0018 0.0016~0.0022C사 8인치 16 0.0017 0.0017 0.0014~0.0021C사 12인치 11 0.0028 0.0029 0.0016~0.0038

<표 4-7> 웨이퍼 가공라인 공기중 포름알데히드 농도수준

(노출기준: 0.5 ppm)

3) 무기산 및 무기산 가스 노출농도 평가결과

반도체 웨이퍼 가공라인에서 불산(HF), 염산(HCl), 질산(HNO3), 황산(H2SO4)

등의 무기산은 가장 널리 사용되는 물질로 장비의 세척, 습식식각, 연마 등을

위해 사용되고 있다. 그리고 불화수소(HF), 염화수소(HCl) 가스의 경우는 확산,

건식식각, 증착 공정 등에서 다른 물질들과 함께 반응가스로 사용되어지는 물


질이기도 하다. 또한 확산, 식각, 증착 공정에서는 화학물질의 상호작용을 통해

다양한 부산물이 발생되는 것으로 알려져 있는데 가장 대표적인 반응 부산물이

불화수소(HF)와 염화수소(HCl)라 할 수 있다. 반도체 웨이퍼 가공공정 전반에

걸쳐 근로자(오퍼레이터)의 작업위치 및 반응 챔버 인근 등에서 무기산에 대한

노출농도를 평가하였다. 평가결과 모두 노출기준의 3/100 이하로 낮았다

(표 4-8).

사업장 구분 HF HCl HNO3 H2SO4

노출기준 0.5 ppm 1 ppm 2 ppm 0.2 mg/㎥

B사

8인치

시료수 29 29 29 29

검출시료수 0 3 2 4

최소값 - 0.0008 0.0005 0.0015

최대값 - 0.0012 0.0006 0.0025

C사

8인치

시료수 25 25 25 25

검출시료수 14 0 2 1

최소값 0.0006 - 0.0006 0.0013

최대값 0.0012 - 0.0007 0.0013

C사

12인치

시료수 26 26 26 26

검출시료수 3 6 4 5

최소값 0.0006 0.0008 0.0005 0.0012

최대값 0.0034 0.0022 0.0008 0.0046

<표 4-8> 웨이퍼 가공라인 공기중 무기산 농도수준

* 물질별 검출한계:

- HF: 0.0005 ppm, HCl: 0.0006 ppm, HNO3: 0.0004 ppm, H2SO4: 0.0010 mg/㎥.

4) 이온주입공정 아르신 노출농도 평가결과

이온주입 공정은 반도체에 전도성을 부여하기 위해 불순물을 주입하는 공정


으로 아르신(arsine), 포스핀(phosphine) 등이 사용되고 있다. 본 연구에서는 용

혈(hemolysis) 및 용혈 관련 영향(hemolysis-related effect)이 있는 것으로 알

려진 아르신에 대해 노출농도 평가를 실시하였다.

근로자(오퍼레이터)의 작업위치를 비롯하여 이온주입장비 외부(이온소스 및

가스박스와 가까운 위치)에서 아르신 농도를 평가하였다. 이는 이온주입장비에서

아르신 가스가 누출될 경우 가장 근접한 위치라 할 수 있다. 표 4-9는 사업장별

아르신 노출농도를 평가한 결과이다. 표에서와 같이 정상작업(유지보수 등이

아닌 일반적인 작업) 상황에서는 검출한계 이상 아르신이 검출된 경우는 없었다.

사업장 시료수 아르신 농도

A사 5인치 5 ND

B사 8인치 34 ND

C사 8인치 22 ND

C사 12인치 8 ND

* 검출한계 : 0.01 ppb

<표 4-9> 정상작업시의 아르신 노출농도 평가결과

마. PM 작업시 아르신 및 비소 노출농도 평가결과

유지보수(PM) 작업시 유해가스 등이 고농도로 노출 가능한 작업은 장비를

여는(부품 교체나 세척 등을 위해 장비를 분해하는) 때라고 할 수 있다. 물론

사전에 장비 내에 잔류하고 있는 잔류가스 등을 완전히 배기한 다음 작업을 수

행한다면 유해가스 등에 노출되지 않을 수 있지만 이러한 사전작업을 충분히

수행하지 않은 경우라면 진공상태인 장비를 열면 잔류가스가 순간적으로 외부

로 확산될 수 있다. 반도체 웨이퍼 가공 공정에서 PM작업은 매우 다양한 형태

로 이루어지는데 유해물질 노출수준에 중요한 영향을 미치는 것은 PM 작업자

가 장비분해 작업을 실시하였는지 여부이다. 사업장 별로 PM 작업이 이루어지


는 형태는 다음과 같이 다양하다. 먼저 소속사 장비엔지니어가 장비의 문제를

인지하여 장비를 분해한 이후에 협력사에 통보하여 부품 등의 세척 및 조립을

협력사 직원이 수행하는 경우가 있고, 장비분해에서부터 세척, 조립 등 제반사

항을 모두 협력사가 수행하는 경우도 있다. 그리고 교대작업을 수행하는 경우

는 이전 작업 근무자가 장비를 해체한 이후 다음 교대작업자가 세척 및 조립을

하는 경우도 있다. 이번 연구에서는 이온주입장비의 PM작업을 대상으로 아르

신(삼수소화비소), 비소 및 그 무기화합물에 대한 노출농도를 평가하였다.

1) PM 작업시 아르신(삼수소화비소) 노출농도 평가결과

웨이퍼 가공라인 이온주입장비에 대한 PM 작업시 2차례에 걸쳐 아르신

노출농도를 평가하였다.

(1) 1차 평가결과

1차 평가에서는 B사 8인치 웨이퍼 가공라인과 C사 12인치 웨이퍼 가공라인

에서 장비를 분해하여 이온소스 등을 교체하는 PM 작업을 대상으로 이온주입

설비 내부에서 근로자가 작업하는 동안(15분~75분) 아르신 노출농도를 평가하였다. 평가결과 검출한계 이상 아르신이 검출된 경우는 없었다(표 4-10).

사업장 시료수 아르신 농도

B사 8인치 13 ND

C사 12인치 12 ND

* 검출한계 : 0.01 ppb

<표 4-10> PM 작업시의 아르신 노출농도 평가결과(1차평가)


(2) 2차 평가결과

2차 평가에서는 B사 8인치 웨이퍼 가공라인, C사 8인치 및 12인치 웨이퍼

가공라인을 대상으로 이온소스 교체 등의 PM 작업시 아르신 노출농도를 평가

하였다. 평가결과는 이온소스 등의 교체를 위해 장비를 분해하는 작업을 수행

한 근로자와 장비분해 작업은 하지 않았으나 장비를 분해한 이후 부품세척이나

조립작업 등을 수행한 경우로 나누어서 설명할 필요가 있었다.

가) 장비 분해를 포함한 PM작업시의 아르신 노출농도

표 4-11은 장비 분해를 포함한 PM 작업시의 아르신 노출농도를 평가한

결과이다. 이온주입장비에 대한 PM 작업 또한 여러 가지 형태가 있는데 이온

주입장비에 대해 가장 많은 PM 작업이 이루어지는 경우는 아르신 가스가 에

너지를 받아 이온화되는 이온소스 부분을 교체하는 경우이고 전체 PM 작업

소요기간은 약 30분이다. 한편 여러 부위에 대해 PM을 수행하여야 하는 경우

는 수 시간 동안이 소요되는 경우도 있다. 이번 연구에서는 소스 부분만을 교

체하는 30분 동안의 PM 작업에서부터 최고 95분 동안의 PM 작업에 대해 평

가를 실시할 수 있었다. 표 4-11에서 보면 C사 12인치 웨이퍼 가공라인의 경우

PM 작업을 수행하는 동안의 아르신 농도는 0.07~4.31 ppb이었으며, C사 8인치웨이퍼 가공공정은 0.64~7.31 ppb이었다. B사 8인치 웨이퍼 가공공정의 경우는PM 작업을 수행할 정확한 시점을 사전에 파악할 수 없어 개인시료채취기를

착용하고 현장에 투입되는 시간부터 372분간 측정을 실시하고 근로자로부터 당

일 수행한 업무 내용을 파악하였다. 당해 근로자는 30분간 PM 작업을 수행하

였고 나머지 시간동안에는 다른 작업을 실시하지 않았다. 따라서 B사 8인치 웨

이퍼 가공공정에서 측정한 아르신 농도(4.17 ppb)는 PM 작업을 수행한 30분

동안의 아르신 농도에 가장 많은 영향을 받았을 것이다. PM 작업을 수행한 30분

동안의 농도는 4.17 ppb의 수배 이상 될 것으로 판단되나 PM 작업시간인 30분

간의 농도를 정확히 평가하지 않아 표에서 30분간의 농도를 제시하지는 않았다.


한편 arsine은 단기간 노출기준이 설정되어 있는 물질이 아니므로 PM 작업

시간동안의 농도를 8시간 시간가중평균농도로 환산하여 평가해 보았다. 평가결

과 8시간 시간가중평균농도가 arsine의 노출기준인 5 ppb를 초과하지는 않았다.

사업장 측정시간(min) 측정시간 동안의 농도 (ppb)8시간 시간가중평균

농도 †(ppb)

B사 8인치 372 4.17 3.23

C사 8인치

70 0.84 0.12

70 7.31 1.07

70*

0.64 0.09

C사 12인치

95 1.92 0.38

95 0.07 0.01

50*

4.31 0.45

10*

2.92 0.06

기하평균 0.22

기하표준편차 5.67

<표 4-11> 장비 분해를 포함한 PM 작업시의 아르신 농도수준

(노출기준: 5 ppb)

* 지역시료

†PM 작업을 수행하지 않는 동안에는 아르신의 노출이 없는 것으로 가정하여 평가한 결과임


나) 장비 분해를 포함하지 않은 PM 작업시의 아르신 노출농도

표 4-12는 장비 분해 작업을 직접적으로 수행하지 않은 이온주입공정 PM

작업자의 아르신 노출농도 평가결과이다. 여기에는 이전 작업자 및 엔지니어가

장비를 해체한 이후 세척 및 조립작업 만 수행한 경우(잔류 가스에 노출), 장비

엔지니어가 작업지시만 하고 PM 작업에는 참여하지 않은 경우(간헐적 노출),

PM 작업이 없었던 경우 등이 포함될 수 있다. 반도체 웨이퍼 가공공정 3개사

에서 측정한 9개의 시료에 대한 평균농도는 0.03 ppb(0.01~0.15 ppb)로 노출기준인 5 ppb와 비교할 때 0.2~3%에 해당되는 수준이지만 이들 작업자들도 미량

의 아르신 가스에 노출되고는 있었다. 즉 장비 분해작업을 수행한 작업자가 아

니더라도 이후의 세척, 조립작업 과정에서 잔류 아르신에 노출되는 경우가 있

거나 PM 작업을 수행하지는 않았지만 PM 작업 인근에서 간헐적으로 노출되

는 경우가 있었다.

시료수8시간 시간가중 평균 농도 (ppb)

기하평균 기하표준편차 범위

9 0.03 2.44 0.01~0.15

<표 4-12> 장비 분해를 포함하지 않은 PM 작업시의 아르신 농도수준

PM 작업시 아르신 노출농도 평가결과 1차 평가에서는 검출되지 않았으나

2차 평가시에는 모든 시료에서 검출되었다. 이는 PM 작업방법에 따라 아르신이

노출될 수도 있고 노출되지 않을 수도 있다는 것이다. 즉 장비내에 잔류하고

있는 물질을 충분히 배기하는 등 유해물질 노출을 최소화하면서 작업을 하면

안전하게 PM 작업을 수행할 수도 있다는 것이다.


2) PM 작업시 비소 및 그 무기화합물 노출농도 평가결과

이온주입장비의 PM 작업시의 비소 및 그 무기화합물의 노출농도를 평가해

보았다. 이온주입장비에서 아르신이 이온화되면 다양한 형태의 비소화합물이

발생할 수 있으므로 평가대상을 특정 물질로 한정할 수는 없어 비소 및 그 무

기화합물로 포괄적으로 평가하였다. 비소 및 그 무기화합물은 모두 발암성 확

인물질이고 노출기준 및 평가방법 모두 동일하다. 아르신 노출농도 평가와 같

이 비소 및 그 무기화합물 노출농도 평가에 있어서도 다음과 같이 장비 분해

작업을 포함한 PM 작업과 그렇지 않은 작업으로 나누어 설명하겠다.

(1) 장비 분해를 포함한 PM 작업시의 비소 및 그 무기화합물의 농도

표 4-13에서 보면 C사 8인치 웨이퍼 가공라인의 경우 PM 작업을 수행하는

동안의 비소 및 그 무기화합물의 농도는 0.0376~0.4203 mg/㎥이었으며, C사 12인치 웨이퍼 가공라인은 0.0128~0.6306 mg/㎥이었다. B사 8인치 웨이퍼 가공라인의 경우는 아르신 평가결과와 같이 PM 작업을 수행할 정확한 시점을 사전

에 파악할 수 없어 개인시료채취기를 착용하고 현장에 투입되는 시간부터 372

분간 측정을 실시하고 근로자로부터 당일 수행한 업무 내용을 파악하였다. 당

해 근로자는 30분간 PM 작업을 수행하였고 나머지 시간동안에는 다른 작업을

실시하지 않았다. 따라서 B사 8인치 웨이퍼 가공공정에서 측정한 비소 및 그

무기화합물의 농도(0.0110 mg/㎥)는 PM 작업을 수행한 30분 동안의 아르신 농

도에 가장 많은 영향을 받았을 것이다. PM 작업을 수행한 30분 동안의 농도는

0.0110 mg/㎥의 수배 이상 될 것으로 판단되나 PM 작업시간인 30분간의 농도

를 정확히 평가하지 않아 표에서 30분간의 농도를 제시하지는 않았다.

한편 비소 및 그 무기화합물은 단기간 노출기준이 설정되어 있는 물질이 아

니므로 PM 작업 시간동안의 농도를 8시간 시간가중평균농도로 환산하여 평가

해 보았다. 평가결과 8시간 시간가중평균농도는 최소 0.0013 mg/㎥에서 최대

0.0613 mg/㎥이었으며, 총 8건의 시료 가운데 4건의 시료가 노출기준인 0.01


mg/㎥을 초과하였다. 따라서 이온주입장비의 PM 작업은 8시간 시간가중평균

농도가 노출기준을 초과하는 작업이라 할 수 있다. 그러므로 작업자의 건강장

해 예방을 위해서는 이온주입장비의 PM 작업은 “발암성 물질인 비소 및 그 무

기화합물이 고농도로 노출될 수 있는 작업이므로 건강상의 영향을 받을 수 있

다는 것”을 작업자에게 충분히 설명해야 할 것이다. 그리고 장비내의 잔류물질

을 충분히 배기하고, 작업시 국소환기설비를 사용하며, 충분한 작업시간을 확보

하고 유해물질 노출을 최소화하면서 작업할 수 있도록 관리가 필요하였다. 만

약 표준작업절차를 준수하고 작업을 하였는데도 이정도 수준의 노출농도를 보

였다면 표준작업절차가 작업자의 건강영향을 제대로 고려하지 않은 것이라 할

수 있다. 따라서 무엇이 문제인지를 정확히 분석하고 이에 따른 근로자 건강보

호 대책이 마련되어져야 할 것이다.

사업장측정시간

(min)

측정시간 동안의

농도 (mg/㎥)

8시간 시간가중평균

농도†(mg/㎥)

B사 8인치 372 0.0110 0.0085

C사 8인치

70 0.0376 0.0055

70 0.4203 0.0613

70*

0.0830 0.0121

C사 12인치

95 0.0152 0.0030

95 0.0663 0.0131

50*

0.0128 0.0013

10*

0.6306 0.0131

기하평균 0.0084

기하표준편차 3.1285

<표 4-13> 장비 분해를 포함한 PM작업시의 비소 및 그 무기화합물의 농도수준

(노출기준 : 0.01 mg/㎥)

* 지역시료

†PM 작업을 수행하지 않는 동안에는 비소 및 그 무기화합물의 노출이 없는 것으로 가정하여

평가한 결과임


(2) 장비 분해를 포함하지 않은 PM 작업시의 비소 및 그 무기화합물의 농도

표 4-14는 장비 분해 작업을 직접적으로 수행하지 않은 이온주입공정 PM

작업자의 비소 및 그 무기화합물 노출농도 평가결과이다. 아르신의 경우와 같

이 여기에는 이전 작업자 및 엔지니어가 장비를 해체한 이후 세척 및 조립작업

만 수행한 경우(잔류 가스에 노출), 장비엔지니어가 작업지시만 하고 PM 작업

에는 참여하지 않은 경우(간헐적 노출), PM 작업이 없었던 경우 등이 포함될

수 있다. 반도체 웨이퍼 가공공정 3개사에서 측정한 8개의 시료에 대한 평균농

도는 0.0002 mg/㎥(0.0001~0.0007 mg/㎥)으로 노출기준인 0.01 mg/㎥과 비교할때 1~7% 정도의 수준 이지만 이들 작업자들도 미량의 비소 및 그 무기화합물에 노출되고 있었다.

시료수8시간 시간가중 평균 농도 (mg/㎥)

기하평균 기하표준편차 범위

8 0.0002 2.2093 0.0001~0.0007

<표 4-14> 장비 분해를 포함하지 않은 PM 작업시의 비소 및 그 무기화합물 농도수준

바. 사업장 자체 유해가스 모니터링 체계

1) 모니터링 대상 및 방법

반도체 웨이퍼 가공라인에서는 이온주입공정, 확산공정, 식각공정, 증착공정

등에서 취급하고 있는 아르신(AsH3), 포스핀(PH3), 염소(Cl2), 수소(H2), 실란

(SiH4), 디클로로실란(SiH2Cl2) 등의 화학물질에 대해 실시간으로 모니터링을 실

시하고 있었다. 가스 모니터링을 위한 알람은 보통 노출기준의 1/2에 해당하는

농도에서 1차 알람을 설정하였고, 노출기준의 1배 수준에서 2차 알람을 설정하

여 관리하고 있었으나 노출기준의 1배 수준에서 1차 알람을 설정하는 경우가


있는 등 대상 물질이나 사업장에 따라 차이는 있었다. 표 4-15는 B사 8인치

웨이퍼 가공라인에서 모니터링을 실시하고 있는 물질의 종류별 대상공정, 모니

터링 위치, 누출감지를 위한 알람 설정농도 등에 대한 정보이고 표 4-16은 C사

12인치 웨이퍼 가공라인에서 모니터링을 실시하고 있는 물질의 종류별 대상공

정, 모니터링 위치, 누출감지를 위한 알람 설정농도 등에 대한 정보이다. 표에

서 CVD는 화학기상 증착공정을, DF는 확산공정을, ET는 식각공정을, IMP는

이온주입공정을, MT는 물리적 증착공정(Metal 공정), PT는 포토공정을, TF는

증착공정(CVD 및 PVD 포괄)을 각각 의미한다. 표에서 보면 물질에 따라서 알

람 설정치가 2가지 이상인 경우가 있는데 이는 검출기의 종류가 다르기 때문이

다. 이 경우 비고란에 “검출기 차이”로 표시하였다.

화학식모니터링

공정모니터링 위치

알람설정비고

1차 2차 단위

AsH3 IMP설비내부의

가스박스

5

2450 ppb

검출기

차이

BCl3 ET가스캐비닛,

regulator box

0.3

0.550 ppm 〃

BF3 IMP설비내부의

가스박스

0.1

1.3

0.25

3ppm 〃

B2H6 MT regulator box 10 50 ppb

C4F6 ET regulator box 5 10 ppm

C5F8 ET regulator box 1 5 ppm

Cl2 ET가스캐비닛,

regulator box

0.05

0.10.5 ppm

검출기

차이

CO ET regulator box 12.5 25 ppm

F2 PT 가스캐비닛 0.06 1 ppm

<표 4-15> B사 8인치 웨이퍼 가공라인 모니터링 대상물질-1

* 검출기차이: 검출기의 종류가 달라 알람 설정치에 차이가 있는 경우




알람설정비고

1차 2차 단위

H2 DF

가스캐비닛,

regulator box,

배관상단

150

0.5

500

0.8

ppm

%

검출기

차이

(수소배관)

HBr ET가스캐비닛,

regulator box

0.3

0.73 ppm

검출기

차이

HCl DF가스캐비닛,

regulator box

0.6

1

2.5

5

2

5

ppm 〃

NF3 CVD가스캐비닛,

regulator box2.5 10 ppm

NH3CVD, ET,

DF

가스캐비닛,

regulator box

Ambient

5

12.5

25

20

ppm검출기

차이

PH3 DF, IMP

설비내부 가스박스,

가스캐비닛,

regulator box

10

25300 ppb 〃

SiF4 CVD가스캐비닛,

regulator box0.3 3 ppm

SiH2Cl2 DF가스캐비닛,

regulator box

0.5

0.65 ppm

검출기

차이

SiH4 DF, CVD가스캐비닛,

regulator box

0.5

0.65 ppm 〃

TEOS CVD regulator box 3.6 10 ppm

WF6 CVD regulator box 0.3 3 ppm

<표 4-15> B사 8인치 웨이퍼 가공라인 모니터링 대상물질-2




알람설정

1차 2차 단위

AsH3 IMP 설비상단의 배기덕트 입구 25 50 ppb

BCl3 ET 가스캐비닛, regulator box 5 10 ppm

BF3 IMP 설비상단의 배기덕트 입구 0.6 1 ppm

B2H6 TF 가스캐비닛, regulator box 50 100 ppb

CH2F2 ET 가스캐비닛, regulator box 500 1,000 ppm

C3H6 TF 가스캐비닛, regulator box 500 1,000 ppm

ClF3 TF 가스캐비닛, regulator box 0.07 0.1 ppm

CH4 ET 가스캐비닛, regulator box 250 500 ppm

Cl2 ET 가스캐비닛, regulator box 0.25 0.5 ppm

CO ET 가스캐비닛, regulator box 12.5 25 ppm

F2 DF 가스캐비닛, regulator box 0.5 1 ppm

H2 DF 가스캐비닛, regulator box 0.5 1 ppm

HBr ET 가스캐비닛, regulator box 1.5 3 ppm

HCl DF 가스캐비닛, regulator box 2.5 5 ppm

HF DF 가스캐비닛, regulator box 1.5 3 ppm

NF3 ET, TF 가스캐비닛, regulator box 5 10 ppm

NH3 DF, TF 가스캐비닛, regulator box 12.5 25 ppm

N2O DF, TF 가스캐비닛, regulator box 25 50 ppm

O3 TF 가스캐비닛, regulator box 0.07 0.1 ppm

PH3 DF, IMP설비상단의 배기덕트 입구,

가스캐비닛, regulator box0.15 0.3 ppm

SiH4 DF, TF 가스캐비닛, regulator box 2.5 5 ppm

SiH2Cl2 DF 가스캐비닛, regulator box 2.5 5 ppm

TEOS TF 가스캐비닛, regulator box 5 10 ppm

TiCl4 TF 가스캐비닛, regulator box 2.5 5 ppm

WF6 TF 가스캐비닛, regulator box 1.5 3 ppm

<표 4-16> C사 12인치 웨이퍼 가공라인 주요 모니터링 대상물질


유해가스 모니터링 방법은 이온주입공정과 다른 공정과 차이가 있었다. B사

8인치 웨이퍼 가공라인의 이온주입공정은 설비내부에 위치하고 있는 가스박스

상부(국소환기설비 연결부위)에서 모니터링을 실시하고 있었으나(그림 2-13),

확산공정, 식각공정 등 나머지 공정에서는 그림 4-2와 같이 가스실린더가 있는

가스캐비닛 상부의 국소환기설비 연결부위에서 1차적인 모니터링을 실시하고

있었으며, 장비에 공급되는 가스 유량을 조절하는 regulator box(가스조절기함)

에서 2차적으로 모니터링을 실시하고 있었다(그림 4-3). 한편 수소가스를 사용

하는 공정에서는 가스실린더 상부 및 장비에 연결된 regulator box 이외에도

가스배관 상부에서도 모니터링을 실시하고 있었다.

C사 8인치 및 12인치 웨이퍼 가공라인의 이온주입공정의 경우는 그림 4-4에

서와 같이 설비 상단에 위치하고 있는 배기덕트에서 모니터링을 실시하고 있었

으나 확산공정, 식각공정 등 나머지 공정에서는 B사 8인치 웨이퍼 가공라인과

같이 가스실린더가 있는 가스캐비닛 상부의 국소환기설비 연결부위에서 1차적

인 모니터링을 실시하고 있었으며, 장비에 공급되는 가스 유량을 조절하는 가

스조절기함에서 2차적으로 모니터링을 실시하고 있었다. 이온주입공정의 경우

C사와 B사간에 모니터링하는 위치에 차이가 있었다. 즉 B사 8인치 웨이퍼 가

공라인에서는 이온주입설비 내부의 가스박스 상부에서 모니터링을 실시하고 있

었고, C사 8인치 및 12인치 웨이퍼 가공라인의 경우는 이온주입설비 상단의 배

기덕트에서 모니터링을 실시하고 있었다.


[그림 4-2] 유해가스 모니터링 위치-

가스캐비닛

[그림 4-3] 유해가스 모니터링 위치-가스조절기함


[그림 4-4] C사 유해가스 모니터링

위치-이온주입장비

2) 유해물질이 검출되는(알람이 울리는) 경우

반도체 웨이퍼 가공공정에서 유해물질 검출 알람이 울리는 경우는 PM 작업,

가스실린더 교환작업 등이었으며 다음과 같이 몇 가지 경우로 나누어 볼 수 있

었다.

(1) PM 작업시 알람이 울리는 경우

PM 작업시 알람이 울리는 경우는 이온주입장비에 대한 PM 작업과 기타

장비의 PM 작업으로 나누어 설명할 수 있다.

가) 이온주입장비 PM 작업시 알람이 울리는 경우

이온주입장비 PM 작업시 알람이 울리는 경우도 부품을 교체하거나 세척

을 위해 장비를 열기 전에 장비 내에 잔류물질을 배출하는 단계(cooling down)

에서 검출되는 경우와 작업자가 소스부위 등에 대한 분해 작업을 수행할 때 잔

류물질이 검출되는 경우로 나누어서 설명할 수 있다.


① Cooling down과정에서 알람이 울리는 경우

장비를 분해하기 전에 이온주입장비 내의 아르신, 포스핀 등의 잔류물질

을 배출하는 단계(cooling down)에서 알람이 울리는 경우는 cooling down시

vent line이 이온주입설비(이온주입장비, 가스박스 및 캐비닛 등 관련 설비 전

체를 의미) 상부에 위치한 국소배기장치에 연결되어 있고 여기서 가스누출을

모니터링 할 때이다. 이 경우 작업자의 유해물질 노출 없이 장비내의 잔류물질

을 국소배기장치를 통해 배출할 수 있을 것이다. 사업장에서는 이렇게 cooling

down 과정에서 주로 알람이 울린 것으로 설명하고 있다. C사의 경우는 이온주

입설비에 대한 유해가스 모니터링을 상부의 국소배기장치 덕트라인에서 실시하

고 있으므로 cooling down시 잔류물질의 영향으로 알람이 울릴 수 있다. 그러

나 B사의 경우는 C사와는 달리 가스검출기가 이온주입설비 내부에 있는 가스

박스에 연결되어 있으므로 cooling down 과정에서 검출된 것으로 보기는 어렵

다. 만약 cooling down 과정에서 가스박스에서 잔류물질이 검출되었다고 한다

면 이는 이온주입설비 전체로 잔존물질이 확산되었다는 의미인데 이러한 경우

는 별로 없을 것으로 판단된다. 따라서 B사의 경우는 이온주입설비에서 알람이

울린 것은 이온소스 등의 교환을 위해 장비를 분해하는 작업 동안에 울린 경우

가 많을 것으로 판단된다.

② 장비분해 작업시 알람이 울리는 경우

장비분해 작업시 알람이 울리는 경우는 PM 작업자가 이온주입장비의

이온소스 등의 교체를 위해 장비를 분해할 때 장비 내에 잔류하고 있는 아르신,

포스핀 등의 유해가스가 이온주입장비 전체를 감싸고 있는 캐비닛 내부로 확산

되어 가스검출기에서 검출된 경우이다(B사는 캐비닛 내부의 가스박스에서, C사

는 캐비닛 상부 국소환기장치에서 모니터링 실시). 따라서 이온주입설비 캐비닛

내부에서 PM 작업을 수행하는 작업자는 잔류물질에 노출될 가능성이 매우 높다.


나) 기타 장비의 PM 작업시 알람이 울리는 경우

이온주입장비 이외의 웨이퍼 가공장비에 대한 PM 작업시 알람이 울리는

경우는 PM 작업자가 반응 챔버를 여는 등 장비를 분해할 경우 장비 내에 잔류

하고 있는 유해가스가 주변으로 확산되어 인근 regulator box(가스조절기함)에

설치된 가스검출기에서 알람이 울리는 것이다. 이 경우도 PM 작업자는 발생된

가스에 노출될 가능성이 높다.

(2) 가스실린더 교환작업시 알람이 울리는 경우

가스실린더를 교환하는 작업시 알람이 울린 경우는 가스캐비닛 상부의 배

기덕트에 연결된 가스검출기에서 가스가 검출된 경우이다. 가스를 교환할 때에

는 보통 기존 가스실린더 및 배관내의 잔류가스를 배기설비를 통해 배기한 후

실린더를 교환한다. 따라서 이 과정에서 배기되는 가스성분이 검출되어 알람이

울리는 경우가 있다. 그리고 간헐적으로는 가스실린더 압력방출장치(pressure

relief device, PRD)의 마모로 인한 leak(누출) 또는 가스실린더와 regulator 간의

체결불량으로 인한 leak로 알람이 울리는 경우가 있다. 압력방출장치의 마모로

인해 알람이 울린 경우는 가스실린더내의 가스가 국소배기설비를 통해 모두 배

출되도록 한 후 새로운 압력방출장치를 설치한다. 이러한 경우 가스실린더 내

에 잔존가스가 많으면 상당시간 leak가 지속된 것으로 감지된다. 그리고 체결

불량으로 leak가 발생한 경우는 중간배관의 가스를 배출시킨 후 가스실린더 또

는 regulator를 교환한다. 따라서 이 과정에서 배기되는 가스 또한 검출기에서

감지되게 된다. 사업장에서는 가스실린더 및 배관내의 잔류가스를 모두 배기한 후

작업을 한다고 하지만, 가스실린더의 교환작업은 매우 고농도의 유해가스에 노출

될 수 있는 작업이므로 작업절차의 준수, 취급 물질에 적합한 개인보호구 착용

등 작업자의 각별한 주의가 요구되는 작업이라 할 수 있다.


3) 사업장별 알람발생 현황 및 작업자의 유해물질 노출과의 관계

(1) 사업장별 알람발생 현황

가) B사 알람발생 현황

표 4-17은 B사 8인치 웨이퍼 가공라인에서 실시한 최근 1년간(2009년

1월~12월) 유해가스 모니터링 결과에 대한 일부 사례이다. 동 사업장에서는

PM 작업시 유해가스가 검출된 경우를 잔유물에 의한 영향으로 자체적으로도

파악하고 있었다. PM 작업은 정해진 작업절차에 따라 작업을 수행하도록 하고

있으나 PM 작업을 정확히 준수하지 않은 경우에는 장비내에 존재하는 잔류

가스가 챔버 등을 여는(세척이나 수리 등을 위해 챔버를 열어 부품을 해체) 과

정에서 외부로 확산될 수 있다. 표에서 “PM작업(잔유물영향)” 이라고 표시된

부분은 알람이 울린 후 현장 확인을 위해 출동한 관리자(협력업체 직원)가 현장

에서 PM 작업 상황을 파악한 후 사유를 기록한 것이다. 표에서 살펴보면 일부

물질의 경우 매우 고농도 수준에 노출되는 경우가 있었던 것을 알 수 있는데

PM 작업을 수행하는 경우는 장비 내에 잔류물질을 충분히 배기시켜야 하고,

국소환기 설비를 사용하여야 하며, 충분한 시간동안 정해진 작업절차에 따라서

작업을 수행하여야 할 것이다. 특히 작업자는 발생 가능한 화학물질에 적합한

개인보호장비를 착용하고 작업을 하여야 한다.


물질명

(화학식)공정

검출농도 작업내용 및

발생원인최소 최대 단위

AsH3 IMP 5 7 ppb PM작업(잔유물 영향)



BCl3 ET 0.5 4.6 ppm PM작업(잔유물 영향)

BCl3 ET 15 15 ppm PM작업(잔유물 영향)

BCl3 ET 6.2 10.2 ppm PM작업(잔유물 영향)

Cl2 ET 1.14 1.14 ppm실제 Leak

(작업절차 미준수)

Cl2 ET 1.28 1.28 ppm 실제Leak(시설불량)

HBr ET 12.8 23.3 ppm PM작업(잔유물 영향)

HBr ET 6.4 9.5 ppm 실제Leak(시설불량)

HCl DF 9.86 9.86 ppm PM작업(잔유물 영향)

SiH4 CVD 0.5 0.9 ppm PM작업(잔유물 영향)

SiH4 CVD 0.5 0.8 ppm PM작업(잔유물 영향)

<표 4-17> B사 8인치 웨이퍼 가공라인 최근 1년간 유해가스 모니터링 결과(사례)

B사에서는 8인치 웨이퍼 가공라인의 최근 1년간의 알람 발생건수는 총 38건

으로 월평균 3건 정도의 알람이 발생한 것으로 보고하였다. 표 4-18은 물질별

알람 발생건수 및 농도수준을 정리해 놓은 것이다. 표에서 보는바와 같이 아르

신(AsH3)의 경우 총 4건의 알람이 발생하였고 최고농도는 550 ppb까지 달한

경우가 있다. 한편 사업장에서는 550 ppb까지 검출된 경우는 이온주입설비의

잔유물질 제거효율을 평가하기 위해 아르신을 강제로 누출시킨 후 검지기의 작

동을 테스트하는 과정에서 알람이 발생한 것이라고 설명하고 있다. PM 작업시

에 아르신이 고농도로 노출되는 경우는 이온 소스 등의 교환을 위해 장비로부

터 소스 등을 분해하는 작업을 하는 단기간 동안이다. 아르신은 비록 단기간

노출기준이 설정되어 있는 물질은 아니지만 근로자의 건강장해 예방을 위해


PM 작업에 대한 철저한 관리가 필요한 것으로 판단된다. 한편 브롬화수소

(HBr)의 경우 총 11건의 알람이 발생하였고 농도수준은 0.3~23.3 ppm으로 최

고농도수준은 노출기준의 12배에 달하였다. HBr은 ceiling 기준만 설정되어 있

는 물질로 어느 한 순간이라도 동 기준이상의 수준으로 노출되지 않도록 권고

하고 있는 물질이다. 따라서 HBr의 경우는 PM 작업시 각별한 주의를 기울이

지 않는다면 잠깐 동안에도 노출기준을 초과할 수 있다.

물질명(화학식) 발생건수 농도범위 노출기준

AsH3 4건 7~550 ppb 5 ppb

BCl3 18건 0.5~15 ppm -

Cl2 2건 1.14~1.28 ppm 0.5 ppm

HBr 11건 0.3~23.3 ppm C2 ppm

HCl 1건 9.862 ppm 1 ppm

SiH4 2건 0.8~0.9 ppm 5 ppm

<표 4-18> B사 8인치 웨이퍼 가공라인 물질별 알람발생 건수 및 농도수준

나) C사 알람발생 현황

표 4-19는 C사 12인치 웨이퍼 가공라인의 최근 9개월간(2009년 1월~9월)의 유해가스 모니터링 결과의 일부이다. 표에서 보는바와 같이 알람이 울린 경

우는 주로 장비 PM 작업이나 가스실린더를 교환하는 작업이었다. 표에서 볼

수 있듯이 알람이 발생한 경우 고농도 수준이 감지되었다. 특히 아르신의 경우

는 최고 200 ppb까지 감지된 경우가 있었는데 이는 노출기준 보다 매우 높은

농도수준이다. 사업장에서 확인한 바로는 장비가 감지할 수 있는 최고 농도가

200 ppb 정도였는데 이는 실제 노출정도는 이보다 높았을 것을 의미한다. 한편

사업장에서는 이온주입장비에서 알람이 발생한 것은 PM을 위해 장비를 해체

하기 전에 잔류물질을 배출하는 단계(cooling down)에서 알람이 발생한 것이라

고 주장하고 있으나 표의 아랫부분에 있는 아르신(AsH3)의 경우는 PM작업시


fume이나 spark가 발생하여 검출된 것으로 심지어 인접장비의 검출기에서 검

출된 경우도 있었다. 따라서 사업장의 주장과 같이 이온주입장비의 경우는 장

비를 해체하기 전에 잔류물질을 배출하는 단계에서 알람이 발생한 경우가 있겠

지만 장비를 해체하는 등 PM작업을 수행하는 동안에 아르신등의 가스가 발생

하여 알람이 발생한 경우도 있었다.

화학식발생

날짜

발생

시간공정

Alarm 설정감지농도 감지원인

1차 2차

PH3 1/1 16:01 IMP 0.15 0.3 1.0 ppm 장비 P.M

AsH3 1/1 16:01 IMP 25 50 200 ppb 장비 P.M

AsH3 1/2 18:37 IMP 25 50 200 ppb 장비 P.M

PH3 1/2 18:37 IMP 0.15 0.3 1 ppm 장비 P.M

ClF3 1/6 10:45 PLENUM 0.07 0.1 0.15 ppm 가스교환

CH2F2 1/6 12:00 ETCH 500 1,000 1,500 ppm 장비 P.M

AsH3 4/22 7:59IMP

(IHI803)25 50 200

IHI804 PM시

SPARK 발생하여

IHI803 검출기에

감지

AsH3 4/23 21:13IMP

(IHI801)25 50 200 장비 P.M

AsH3 4/23 22:21IMP

(IHI802)25 50 200

IHI801 P.M시

Fume으로 인한

알람 발생

<표 4-19> C사 12인치 웨이퍼 가공라인 유해가스 모니터링 결과(사례)

한편 그림 4-5는 C사 12인치 웨이퍼 가공라인에서 최근 9개월간 알람이 발

생한 횟수를 그래프로 표시한 것이다. 최근 9개월간 총 468회의 알람이 발생하

였으며 월평균은 52회이었다. 이를 일간으로 환산하면 하루에 1.7회 정도로 매

일 같이 1~2번씩은 알람이 발생하고 있었다고 볼 수 있다. C사 12인치 웨이퍼가공라인의 월평균 알람건수는 이번 연구대상 다른 웨이퍼 가공라인보다 많았


는데 이는 12인치 웨이퍼 가공기술이 현재까지는 가장 최고의 기술수준이며 생

산설비 또한 상대적으로 많아 단위 공정당 PM 횟수가 다른 웨이퍼 가공라인

보다 많고, 이온주입장비의 PM 작업을 위한 cooling down 및 시스템 퍼지 과

정에서도 알람 발생이 가능하였기 때문으로 판단된다.

한편 C사 12인치 웨이퍼 가공라인은 PM 작업시 장비를 오픈할 경우에 잔류

가스의 누출을 차단하기 위한 국소환기설비를 사용하고 있지 않았는데 시스템

퍼지과정에서 잔류가스가 충분히 배기되지 않았을 경우에는 작업자에게 유해물

질의 노출이 가능하였다. 따라서 PM 작업 근로자의 유해물질 노출을 최소화하

기 위해서는 장비 내에 잔류물질을 충분히 배기시켜야 하고, 작업시 국소환기

설비를 사용하여야 하며, 충분한 시간동안 정해진 작업절차에 따라서 작업을

수행하여야 할 것이다. 아울러 작업자는 발생 가능한 화학물질에 적합한 개인

보호장비를 착용하고 작업을 하여야 한다.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

20

40

60

80

100

월

회

[그림 4-5] C사 12인치 웨이퍼 가공라인 알람발생 횟수


표 4-20은 C사 12인치 웨이퍼 가공라인의 최근 9개월간 알람발생 횟수가 가장

많았던 AsH3(arsine)과 PH3(phosphine)에 대해서만 정리해 놓은 것이다.

화학식 발생횟수 농도범위 노출기준최고농도

건수

최고농도

발생비율

AsH3 129회 25~200 ppb TWA 5 ppb 103회 79.8 %

PH3 186회 0.05~1(1.2) ppm TWA 0.3 ppm

STEL 1 ppm117회 62.9 %

<표 4-20> C사 12인치 웨이퍼 가공라인 주요 알람발생 횟수 및 농도수준(최근 9개월)

C사 12인치 웨이퍼 가공라인의 최근 9개월간 알람이 발생한 물질은

AsH3(arsine), PH3(phosphine)을 비롯하여 Cl2(chlorine), F2(fluorine),

HF(hydrogen fluoride), SiH2Cl2(dichloro silane), SiH4(silane), ClF3(chlorine

trifluoride), NF3(nitrogen trifluoride), BCl3(Boron trichloride) 등으로 C사 12인

치 웨이퍼 가공라인에서 모니터링을 실시하고 있는 물질 대부분이 최소 1회 이

상 알람이 발생하였다. 그러나 여기서는 가장 많이 알람이 발생한 물질을 중심

으로 설명을 하겠다. C사 12인치 웨이퍼 가공라인의 최근 9개월간 arsine과

phosphine의 알람발생 횟수는 총 315회로 전체 알람발생 횟수인 468회의

67.3%에 달한다. 따라서 다른 장비의 PM 작업시 보다는 주로 이온주입장비의

PM 작업시 알람 발생이 많았고 이온주입장비의 PM 작업은 작업자의 유해가스

노출 가능성이 높은 작업이라 할 수 있겠다. 먼저 arsine의 경우 최근 9개월간

총 129회의 알람이 발생하였으며 알람발생 동안의 최고 농도수준은 25~200ppb이었다. Arsine의 경우 총 129회의 알람 발생횟수 중 103회(79.8%)가 검출

가능한 최고농도인 200 ppb의 농도수준을 보였다. 따라서 이온주입장비의 PM

작업시 200 ppb 이상의 고농도 수준의 arsine에 작업자가 노출될 가능성이 있

었다. 한편 phosphine의 경우는 최근 9개월간 총 186회의 알람이 발생하였는데

이는 전체 알람발생 횟수의 39.7%에 해당하는 것으로 C사 12인치 웨이퍼 가공


라인의 최근 9개월간 가장 많이 알람이 발생한 물질이었다. 알람발생 동안

phosphine의 최고 농도수준은 0.05~1(1.2) ppm이었다. 여기서 괄호안의 숫자는종류가 다른 검출기에서는 최고 1.2 ppm까지 검출되었다는 의미이다. C사 12

인치 웨이퍼 가공라인의 경우 2가지 형태(모델 R 및 M)의 가스검출기를 사용

하고 있었는데 각각의 모니터링 지역에는 차이가 있었다. Phosphine은 단기간

노출기준(STEL)이 1 ppm으로 설정되어 있는 물질이다. Phosphine의 최고농도

가 1(1.2) ppm이었는데 이는 장비가 검출할 수 있는 최고농도 또는 동 사업장

에서 phosphine을 검출하기 위한 가스검출기의 최고 설정농도가 1(1.2) ppm로

하였다는 의미로 판단된다. 따라서 알람발생시의 최고농도는 이 보다 더 높을

수 있다. Phosphine의 경우 총 186회의 알람 발생횟수 중 117회(62.9%)가 검출

가능한 최고농도인 1(1.2) ppm의 농도수준을 보였다. 따라서 이온주입장비의

PM 작업시 상당 부분은 STEL 기준인 1 ppm 이상의 고농도 수준에 작업자가

노출될 가능성이 있었다.

(2) 알람발생과 작업자의 유해물질 노출

알람이 울렸다고 모두 작업자에게 유해물질의 노출이 있었다고 할 수는 없다.

가스캐비닛에서 검출된 경우는 가스실린더 및 배관내의 잔류가스를 배출하는

과정에서 알람이 울린 것으로 작업자가 노출되는 경우는 많지 않을 것으로 판단

된다. 그러나 이러한 경우는 전체 알람발생 횟수 중에 일부밖에는 되지 않고

대부분은 PM 작업시 알람이 발생하였다.

PM 작업시 알람이 울린 경우는 PM 작업자가 노출된 경우가 많다고 보아야

할 것이다. B사의 경우는 PM 작업시 잔유물에 의한 영향으로 알람이 발생한

경우가 많았다. C사의 이온주입장비의 경우는 PM 작업전에 잔류물질을 배출하

는 단계(cooling down)에서 알람이 발생한 경우가 있다. 그러나 모든 경우가

이에 해당한다고 볼 수는 없다. 사업장에서 제출한 자료에 의하면 cooling

down과정이 아닌 PM 작업시 알람이 울린 경우가 있었기 때문이다. 그리고 본


연구에서 이온주입공정 PM 작업을 대상으로 평가해본 결과 PM 작업자는 아

르신(삼수소화비소), 비소 및 그 무기화합물에 노출되는 경우가 있었다. 따라서

C사 이온주입공정의 알람발생 건수의 일정 부분은 PM 작업자에게 노출되었을

것으로 판단된다.

한편 이온주입장비 이외에 확산, 식각, 증착공정 등에서 사용하는 장비에 대한

PM 작업시 가스조절기함에서 알람이 울린 것은 PM 작업시 장비내의 잔류가

스가 확산되어 인근의 가스조절기함에서 검출된 것이므로 B사 및 C사 모두 이

경우는 작업자에게 노출되었을 가능성이 높다고 볼 수 있다.

4) 알람 발생시의 감지농도와 작업자의 노출농도와의 관계

사업장 자체 모니터링 결과에 의하면 PM 작업시 고농도 수준의 유해물질이

감지되고 있었다. B사의 경우 아르신 농도가 최고 550 ppb까지 달한 경우가

있었고, C사의 경우는 장비의 검출 상한치인 최고 200 ppb까지 달한 경우가 있

었다. PM 작업 동안 가장 고농도로 노출되는 경우는 이온소스 등의 교체를 위

하여 장비를 분해하는 몇 분간의 작업일 것이다. 이번 연구에서 평가한 PM 작

업시의 아르신 농도(0.01~3.23 ppb)를 장비를 분해하는 몇 분간의 작업으로 환산하면 아르신의 농도는 수 ppb에서 최고 수백 ppb에 달한다. 따라서 사업장

자체 유해가스 모니터링 결과는 PM 작업시 발생되는 유해물질의 농도수준을

보여주고 있다고 볼 수 있다.

사. 환기실태 평가결과

반도체 사업장의 경우 제품에 영향을 줄 수 있는 입자상 물질의 영향을 최소

화하기 위해 대부분의 생산 활동이 클린룸 설비 내에서 이루어지고 있다. 그러

나 공기를 재순환하는 클린룸 설비의 특성상 생산과정에서 발생하여 국소환기

장치를 통해 배출되지 않은 유해물질은 생산공정내로 재 유입될 수도 있고 인


근 작업 공정에 까지 영향을 줄 수도 있다. 생산과정에서 발생된 유해물질이

해당 공정으로 재순환되는 정도와 인근 공정에 영향을 주는 정도는 공기를 재

순환하는 방식, 외부공기의 혼합 정도, 사용하는 공기정화 필터의 종류와 그 수

량 등 다양한 변수가 있다. 본 연구에서는 사업장별 공기순환 구조를 알아보고

1개 사업장을 대상으로 환기시뮬레이션을 실시해 보았다. 환기 시뮬레이션 결

과는 실제와 차이가 있을 수 있으며 1개 사업장을 대상으로 실시한 것으로 모

든 사업장이 이와 동일하다고 볼 수는 없다.

1) 사업장별 클린룸 공기순환 구조

반도체 사업장에서는 기본적으로 수직층류방식(vertical laminar airflow

clean room)을 택하고 있는데 이는 천장에 고성능 필터(HEPA or ULPA)를 부

착시키고 청정공기가 바닥을 향해 수직으로 흐르게 한 후 이를 일정량의 외부

공기와 혼합하여 재순환 시키는 방식이다(Moll CJ, 1972). 수직층류방식을 사용

할 경우 100 class(세제곱 피트당 0.5 ㎛ 이상의 입자수가 100개) 이하의 클린

룸을 유지할 수 있는데 공기를 재순환 시키는 방식에 따라 Open bay,

CTM(clean tunnel module), FFU(fan filter unit) 방식 등으로 세부적으로 구분

할 수 있다. 이번 조사대상 사업장의 공기순환 방식을 살펴보면 먼저 A사의 4

인치 웨이퍼 가공라인은 open bay 방식으로 공정(bay) 간의 구분이 없이 전체

적으로 공기를 재순환시키는 구조를 가지고 있었고, 5인치 웨이퍼 가공라인은

CTM(clean tunnel module) 방식(그림 4-6), B사 8인치 웨이퍼 가공라인은

Axial Fan 방식의 환기방식(그림 4-7), C사 8인치 웨이퍼 가공라인은

DFU(down flow system), 12인치 웨이퍼 가공라인은 FFU(fan filter unit) 방식

(그림 4-8)을 사용하고 있다.


[그림 4-6] A사 5인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조(CTM 방식)

[그림 4-7] B사 8인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조(Axial fan 방식)

[그림 4-8] C사 12인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조(FFU 방식)


2) A사 5인치 웨이퍼 가공라인 클린룸 공기순환 구조

A사의 5인치 웨이퍼 가공라인은 HEPA 필터를 통과한 외부 공기 30%에

내부순환공기 70%가 혼합되어 HEPA 필터를 거쳐 각 공정 천정에서 하부로

0.35 m/s의 유속으로 흐르고 하부로부터 각 공정과 공정사이에 있는 service

area 지역을 통해 상부로 유도되어 외부 공기 30%와 혼합되어 재순환되는 구조

이다. 그림 4-9는 A사 5인치 웨이퍼 가공라인 공기순환을 보여주는 그림이다.

그림에서와 같이 클린룸의 공기는 상층에서 하층으로 흐르고 중간의 서비스 지역

을 통해 상층으로 유도되어 다시 하부로 흐르는 순환구조를 가지고 있다. 즉 A

공정의 공기는 하부로 흘러 하층에서 상부로 유도되어 다시 A 공정으로 들어

가도록 설계되어 있다고 볼 수 있다.

B 4B 3B 2B 1A

상 층

작 업

하 층

[그림 4-9] A사 5인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조

그러나 그림 4-10에서 살펴보면 B2 공정 공기의 일부는 서비스지역에서 B3

공정으로 유입되고 있고 B3 공정 공기의 일부도 B2 공정으로 유입되는 것을

볼 수 있는데 가장 큰 이유 중의 하나는 B2 공정과 B3 공정 모두가 서비스지

역을 공유하고 있기 때문으로 판단된다.


B3B2

서비스지역

[그림 4-10] A사 5인치 가공라인 공정간 공기혼합

그림 4-11은 서비스지역에서 웨이퍼 가공공정 방향으로 찍은 사진이다. 그림

에서 보면 웨이퍼 가공장비 뒷면을 볼 수 있는데 장비와 칸막이 사이에 틈새가

있는 것을 볼 수 있다. 따라서 이곳을 통해 작업지역(working area)의 공기는

서비스지역으로 유입되고 있었다. 이는 작업지역은 상부에서 하부로 0.35 m/s

정도의 기류 속도로 하부로 흐르도록 설계되어 있기 때문인데 중간에 작은 틈

이 있으면 이곳을 통해 서비스지역으로 공기가 유입된다고 볼 수 있다. 현장에

서 실제로 이러한 틈새를 통해 서비스지역으로 유입되는 공기의 유속을 측정해

본 결과 틈새가 작기 때문에 유속이 높은 곳은 1 m/s에 달하기도 하였다.

[그림 4-11] A사 5인치 웨이퍼 가공라인 서비스지역


표 4-21은 A사 5인치 웨이퍼 가공라인에 대한 PGME(propylene glycol

monomethyl ether)에 대한 평가결과이다. PGME는 포토공정에서 사용되는 물

질이나 확산공정에서 유사한 농도로 검출되었고 생산설비가 없는 중간 통로에

서도 포토공정의 50% 정도의 PGME가 검출되었다. 이러한 결과는 전산유체역

학 프로그램을 이용한 A사 5인치 웨이퍼 가공라인에 대한 공기순환 구조 해석

결과와 일치한다고 볼 수 있다.

물질 구분 포토 확산 복도(중간통로)

PGME

시료수 10 5 2

검출시료수 9 4 2

산술평균 0.051 0.059 0.038

최대농도 0.115 0.124 0.047

<표 4-21> A사 5인치 웨이퍼 가공라인 PGME 평가 결과

(단위: ppm)

* PGME: Propylene glycol monomethyl ether

3) B사의 8인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조

B사의 8인치 웨이퍼 가공라인은 HEPA 필터(0.1 ㎛ 입자를 99.97% 제거)를

통과한 외부 공기(20～30% 내외)가 내부순환공기(70～80% 내외)와 혼합되어

HEPA 필터와 케미컬필터(확산공정 ozone, 포토공정 ammonia 제거용)를 거쳐

각 공정 천정에서 하부로 흐르도록 설계되어 있다. B사의 경우 A사와는 달리

8인치 웨이퍼 가공라인 내부의 휘발성유기화합물의 농도가 전반적으로 낮아 공

정내의 휘발성유기화합물로 공정간 공기 혼합 여부를 판단하기는 어렵다. 다만

IPA가 이온주입 공정을 제외하고는 모든 공정에서 검출되었고 근로자들이 작

업복을 갈아입는 SMOCK room에서도 검출된 것을 보면 공정간 혼합을 배제

할 수는 없다고 판단된다.


4) C사의 8인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조

C사의 8인치 웨이퍼 가공라인은 HEPA 필터와 케미컬 필터(NOx, SOx 제

거용)를 통과한 외부 공기(10～15%)가 내부순환공기(85～90% 내외)와 혼합되

어 웨이퍼 가공라인 천정의 ULPA(0.1 ㎛ 입자를 99.9999998% 제거) 필터와 케

미컬 필터(ammonia 제거용, 포토공정에 한함)를 거쳐 각 공정 천정에서 하부

로 평균 0.3～0.45 m/s의 유속으로 흐르도록 설계되어 있다. 사업장 공조 담당

자의 설명에 의하면 시간당 공기교환 횟수는 설계치가 160회/시간이나 실제는

250～300회/시간 정도라고 하였다. C사 8인치 웨이퍼 가공라인에 대한 휘발성

유기화합물 평가결과 포토공정에서 주로 사용하는 물질인 PGME, n-butyl

acetate가 모든 공정에서 검출되었고 근로자들이 작업복을 갈아입는 SMOCK

room에서도 검출된 것을 보면 일정 부분은 공정 간의 공기 혼합이 이루어지고

있다고 볼 수 있다.

5) C사의 12인치 웨이퍼 가공라인 공기순환 구조

C사의 12인치 웨이퍼 가공라인은 HEPA 필터와 케미컬 필터(NO2, NO3 제

거용)를 통과한 외부 공기(20% 내외)가 내부순환공기(80% 내외)와 혼합되어

웨이퍼 가공라인 내부 천정의 ULPA 필터와 케미컬 필터(ammonia, fluorine,

산류)를 거쳐 각 공정 천정에서 하부로 평균 0.35 m/s의 유속으로 흐르도록 설

계되어 있다. C사의 경우 PGME는 포토공정 이외에는 검출되지 않은 것으로

보아 적어도 포토공정은 자체적으로 순환되도록 설계되어 있다고 판단된다. 다

만 IPA의 경우 측정하지 않은 이온주입공정을 제외하면 모든 공정에서 검출되

었고 SMOCK room에서도 검출된 것을 보면 공정간 혼합을 배제할 수는 없다.


1.2 조립라인

가. 취급 화학물질

1) 후면연마(back grind 또는 back lap) 공정

웨이퍼 가공라인에서 가공된 웨이퍼의 뒷면을 얇게 갈아주는 공정으로 사업

장에 따라 back grind(B/G) 공정 또는 back lap(B/L) 공정으로 불리운다. Back

grind 작업시 물, 비결정실리카, 암모니아수 등으로 구성된 연마제가 사용된다.

2) 웨이퍼 절단(wafer saw) 공정

웨이퍼를 개개의 칩으로 잘라주는 공정으로 절단(saw) 과정에서 계면활성제

가 사용되며 계면활성제는 물, 폴리옥시렌, 폴리에틸렌글리콜, 습식제 등으로

구성되어 있다.

3) 칩 접착(die attach) 공정

웨이퍼 절단(wafer saw) 공정에서 개개의 칩으로 잘려진 칩을 접착제를 이

용하여 회로기판에 접착시키는 공정이다. 칩 접착(die attach) 공정에서 사용되

는 접착제 성분에는 에폭시수지, 페놀수지, 은(Ag), 실리카(주로 비결정), 아크

릴수지, 경화제(페놀계, 아민계 등), 희석제(아세톤 등의 용제) 등이 사용된다.

4) 몰드(Mold) 공정

반도체 칩을 EMC(epoxy molding compound)로 감싸주는 공정을 말한다.

EMC는 에폭시수지(epoxy resin), 페놀수지(phenolic resin), 삼산화안티몬, 카본

블랙, 실리카(보통은 비결정) 등으로 구성되어 있다. 한편 몰드 장비의 세정(금

형세정)을 위해서 멜라민 수지가 포함된 화합물이나 왁스 등이 사용되는데 세

정작업도 몰드작업과 유사한 공정조건에서 작업이 이루어진다. 표 4-22와 4-23


은 각각 B사와 C사에서 많이 사용하고 있는 EMC 및 금형세정제를 구성하고

있는 주요성분을 정리해 놓은 것이다. 사업장에서는 표에서 제시한 EMC 및

금형세정제 이외에 여러 종류의 물질이 사용되고 있으나 각각의 주요 성분은

표 4-22와 4-23에 제시한 성분들과 유사하며 제품에 따라 각각의 구성 성분의

함량에는 차이가 있었다.

사용물질 주요성분 CAS No.

EMC-1

Silica 60676-86-0

Carbon Black 1333-86-4

Epoxy Resin 영업비밀

Phenol Resin 영업비밀

EMC-2

Silica Fused 60676-86-0

Epoxy Resin 영업비밀

Phenol Resin 영업비밀

Antimony Trioxide 1309-64-4

Brominated Epoxy Resin 40039-93-8


금형

세정제-1

Melamine-formaldehyde resin 9003-08-1

Microcrystalline Cellulose 9004-34-6

Silica 7631-86-9

Zinc stearate 557-05-1

Phthalic anhydride 85-44-9

금형

세정제-2

Ethanolamine 141-43-5

Silica 112945-52-5

Peroxide 78-63-7

Synthesis Rubber -

Titanium Oxide 1317-80-2

<표 4-22> B사 Mold 공정 취급물질


사용물질 주요성분 CAS No.

EMC-1

Silica 60676-86-0


Epoxy Resin 29690-82-2

Phenolic Resin 9003-35-4

Others -

EMC-2

Silica 60676-86-0

Epoxy Resin 29690-82-2


Antimony Trioxide 1309-64-4

금형

세정제-1

Melamine-formaldehyde resin 9003-08-1

Microcrystalline Cellulose 9004-34-6

Silica 7631-86-9


금형

세정제-2

Synthetic Rubber

(Ethylene-Propylene-Diene Rubber)25038-36-2

Silica Powder 7361-86-9

Cleaning agent -

Organic Peroxide 25155-25-3

Others -

<표 4-23> C사 Mold 공정 취급물질

5) 솔더볼 부착(solder ball mount 또는 solder ball attach)

회로기판에 플럭스를 이용하여 솔더볼(solder ball)을 붙여주는 공정으로 사

업장에 따라서 solder ball mount 또는 solder ball attach 공정이라고도 한다.

Solder ball은 주로 주석(Sn)이 사용되며, 플럭스는 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌

글리콜모노헥실에테르 등으로 구성되어 있다.


이상과 같이 반도체 조립라인에서는 연마제, 계면활성제, 접착제, 칩 몰딩용

컴파운드(EMC), 플럭스 등과 같이 제품화된 형태의 복합물질을 주로 사용하고

있었으며 복합물질을 이루는 구성성분에는 에폭시수지, 페놀수지 등과 같은 고

분자량 폴리머나 수지 등이 많이 포함되어 있었고, 사업장에 따라서는 아세톤

등의 유기용제를 일부 공정에서 사용하는 경우가 있었다.

나. 공정에서 발생 가능한 2차 생성물질

1) 몰드공정-휘발성유기화합물

몰드공정은 반도체 칩을 외부환경으로부터 보호하기 위하여 고온의 조건에서

에폭시몰딩컴파운드(EMC)를 이용하여 몰드 작업을 수행한다. B사에서 사용하

는 EMC를 구성하는 에폭시수지와 페놀수지의 경우는 영업비밀로 관리되고 있

었으나 C사에서 사용하는 제품의 경우는 CAS 번호를 알 수 있었다. 이를 이

용하여 확인해 본 결과 C사에서 사용하는 에폭시수지(CAS 번호: 29690-82-2)

는 o-cresol, 1-chloro-2,3-epoxypropane, formaldehyde polymer이었다. 즉 C사

에서 사용하는 에폭시수지는 o-cresol, epichlorohydrin, formaldehyde으로 이루

어진 고분자량의 폴리머이었다. 그리고 문헌에 의하면 녹는점은 70~75℃이다

(Sigma-Aldrich, 2010). 따라서 공정온도인 180℃ 정도에서 쉽게 녹음은 물론

열에 의해 휘발성성분이 발생될 가능성이 있었다. 그리고 확인결과 C사에서 사

용하는 페놀수지(CAS 번호: 9003-35-4)는 페놀-포름알데히드 수지(노보락수

지)이었다. 페놀-포름알데히드 수지를 제조하는 한 회사의 자료에 의하면 어떤

제품은 녹는점이 70~85℃이고, 어떤 제품은 녹는점이 아닌 softening point(부

드러워지는 온도)가 97℃~110℃이었다(Polyol & polymers website). 제품에 따

른 차이를 감안한다 하더라도 몰드공정의 공정온도인 180℃ 정도에서는 페놀수지의

경우도 쉽게 녹거나 부드러워지게 되며 휘발성성분이 발생될 가능성이 있었다.

그리고 노보락수지의 경우는 웨이퍼 가공라인에서 열에 의해 분해되어 벤젠,


톨루엔 등의 휘발성 성분이 발생될 수 있었다.

한편 몰드공정에서는 금형을 세정해 주기 위하여 몰드작업과 같은 온도(180℃)

에서 금형세정작업을 하고 있었다. 현재 B사와 C사에서 사용하는 멜라민 수지

는 같은 물질(CAS번호 : 9003-08-1)이었으며 성분을 확인해 본 결과 반도체

조립라인에서 사용되는 멜라민 수지는 멜라민-포름알데히드 수지이었다. 한

MSDS 자료에 의하면 멜라민-포름알데히드 수지의 녹는점은 90~100℃이었다(Barnes products Pty ltd, Material Safety Data Sheet, 2007). 따라서 생산회사

나 제품에 따른 차이가 존재한다 하더라도 몰드공정 온도인 180℃ 정도에서는

쉽게 녹고, 휘발성성분도 발생할 가능성이 있었다.

몰드공정에서 사용하는 EMC를 가온하는 과정에서 발생 가능한 물질 등 생산

과정에서 2차적으로 발생 가능한 물질을 파악해 보았다. 이를 위해 실험실적으

로 EMC 및 금형세정 물질을 공정 온도와 유사한 온도로 가온하면서 발생되는

휘발성유기화합물과 포름알데히드를 파악해 보았다. 표 4-24와 표 4-25는 B사

와 C사에서 사용하는 EMC와 금형세정제로부터 발생된 휘발성유기화합물 분석

결과이다. B사의 경우 표 4-24와 같이 실험대상 EMC 5종 모두에서 벤젠,

MIBK 등의 휘발성유기화합물이 검출되었으며 금형세정제의 경우는

hexadecanoic acid 등과 같은 지방산, 페놀, 아세톤 등의 유기화합물이 검출되

었다. 그리고 C사의 경우도 EMC에서 벤젠, MIBK(Methyl isobutyl ketone) 등의

휘발성유기화합물이 검출되었으며 금형세정제에서는 dimethyl sulfoxide,

2-(2-ethoxyethoxy) ethanol(diethylene glycol monoethyl ether, DEGEE),

1-methyl-2-pyrrolidinone 등의 휘발성유기화합물이 검출되었다. 그림 4-12~

4-13은 B사 및 C사 EMC에서 발생되는 화학물질에 대한 가스크로마토그래피-

질량분석기(GC-MS) 크로마토그램으로 검출된 성분 가운데 구성비가 높은 주

요 성분만을 표시하였다. 그림에서 알 수 있듯이 GC-MS에서 검출된 성분중

가장 높은 구성비를 차지하는 물질은 벤젠이었으며 기타 MIBK, 페놀 등이 검

출되었다.


구분 제품명검출성분

(180℃_10min heating)

EMC SOO-GOOO Benzene, MIBK, Phenol, MEK, Acetone, Ethanol, Acetaldehyde

EMC EOO-7OOO Benzene, MIBK, Phenol, Ethanol, Isobutane, Acetaldehyde

EMC SG-8OOOOOO Benzene, MIBK, Toluene, Methyl acetate, Ethanol

EMC SC-K1OOOO-검정

Benzene, MIBK, Ethyl benzene, Xylene, Tetramethyl octane 등 다수의 지방족, Benzeneacetaldehyde

EMC SC-K1OOOO-회색

Benzene, MIBK, Ethyl benzene, Benzeneacetaldehyde

금형세정제 SC-1OO 지방산(Hexadecanoic acid) Hexadecanoic acid

methyl ester, Octadecanoic acid methyl ester

금형세정제 SC-3OO Phenol, 지방산(tetradecanoic acid, hexadecanoic

acid, octadecanoic acid)

금형세정제 JO-3OOO Acetone, 2-Methyl-2-propanol, Butyl ether,

1-Methyl-2-pyrrolidinone

금형세정제 WSOOOOS

Ethanol, Acetone, 2-Methyl-2-propanol, MEK, 2-Ethoxy-2-methyl propane, 2,3,4-Trimethyl pentane or 이성질체

<표 4-24> B사 EMC 및 금형세정제에서 발생되는 성분


구분 제품명검출성분

(180℃_10min heating)

EMC KOOO-5OOOBenzene, MIBK, Hexane, Heptane, Phenol,

Methyl cyclohexane 등 다수의 지방족탄화수소

Mold

장비

분진

Dust (0.1g)

in dust

collector

Benzene, Dimethyl sulfoxide, Dimethyl sulfone,

2-(2-Ethoxyethoxy) ethanol,


금형

세정제SW5OOOOO

Acetone, 2-Methyl-2-propanol,

2-Methoxy-2-methyl propane,

Dimethyl sulfoxide,


Propanoic acid butyl ester,


금형

세정제SW8OOOOO

Acetone, 2-Methyl-2-propanol,

2-Methoxy-2-methyl propane,

Methyl ethyl ketone(MEK),

Octane, Dimethyl sulfoxide,


1-Methyl-2-pyrrolidinone,

1,3-Bis(1-methylethyl) benzene

<표 4-25> C사 EMC 및 금형세정제에서 발생되는 성분


Abundance

0

5e+5

1e+6

2e+6

2e+6

6.5 10.0 13.5 16.5 20.0

Benzene

min

MIBK

Phenol

[그림 4-12] B사 EMC(SOO-GOO) GC-MS 크로마토그램

Abundance

0

5e+5

1e+6

2e+6

2e+6

6.5 10.0 13.5 16.5 20.0

Benzene

HexaneMIBK

Phenol

min

[그림 4-13] C사 EMC(KOOO-5OOO) GC-MS 크로마토그램


2) 몰드공정-포름알데히드

몰드공정에서 사용되는 EMC와 금형세정제(멜라민-포름알데히드 수지 등

으로 구성)은 구조적으로 포름알데히드를 포함하고 있다. 물론 구조적으로 포

함하고 있다고 해서 포름알데히드가 그대로 발생되는 것은 아니다. 고분자량의

수지이기 때문에 외부로부터 열이나 압력 등에 의하지 않고서는 상온에서는 대

부분 안정한 물질이다. 그러나 몰드공정에서는 EMC와 금형세정제를 180℃에

서 녹여서 반도체 칩을 몰드하거나 금형을 세정하고 있기 때문에 휘발성유기화

합물은 물론 포름알데히드도 발생이 가능하다. 그리고 멜라민-포름알데히드가

포함된 금형세정제는 제품에 포름알데히드를 소량 포함하고 있는 경우가 있었

다. B사 및 C사에서 사용 중인 금형세정제 중에 각 1개 제품에서 포름알데히

드가 0.2~0.5% 정도 함유되어 있었다. 그리고 Barnes products Pty ltd에서 제

조한 멜라민-포름알데히드 수지의 MSDS자료에 의하면 제품 중에 0~0.99%의

포름알데히드가 포함되어 있었다(Barnes products Pty ltd). 그리고 C사의 금형

세정제에는 페놀수지가 함유되어 있는 제품도 있었으며 이로 인해 2차 생성물

이 발생할 수도 있었다.

표 4-26은 B사와 C사에서 사용하고 있는 EMC 각 1종과 금형세정제 각 2종

에 대해 포름알데히드 발생여부를 실험한 것이다. 실험과정에서 포름알데히드

가 발생되었다면 흡착관내의 2,4-DNPH와 결합하여 유도체가 형성된다. 따라서

유도체 화합물인 Formaldehyde (2,4-dinitrophenyl)hydrazone을 HPLC로 분석

하여 포름알데히드 발생여부를 평가하였다. 표에서 Blank는 2,4-DNPH가 코팅

된 흡착관을 실험실 공기에 노출시킨 후 시료와 동일한 과정을 거쳐 분석한 것

이다. 일반적으로 대기중에는 포름알데히드가 존재하기 있기 때문에 이러한

Blank에 대한 실험을 하지 않는다면 분석결과에 영향을 줄 수 있다. 표에서 시

료와 Blank 각각에 대한 HPLC의 기기 반응값(peak area)을 비교하여 시료에

서의 포름알데히드 발생여부를 평가하였다. 표에서 보면 B사의 금형세정제 2종

은 모두 Blank 보다 월등히 높은 수준의 기기 반응값(peak area)을 보였으며,


C사의 EMC의 경우는 Blank 보다 7배 정도 높은 수준의 기기 반응값(peak

area)을 보였다. 따라서 B사의 금형세정제 2종과 C사의 EMC 1종은 공정 온도

에서 포름알데히드가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 포름알데히드의

검출여부는 사업장에 따라 차이가 있었는데 이는 사업장에 따른 차이라고 하기

보다는 금형세정제와 EMC의 종류에 따른 차이라고 할 수 있다. 즉 B사의 금

형세정제는 멜라민-포름알데히드수지, 셀룰로즈, 왁스 등이 함유된 물질이었고,

C사의 금형세정제는 합성고무, 실리카, 유기과산화물 등이 포함된 물질이었다.

B사의 금형세정제에서 포름알데히드가 검출된 것은 멜라민-포름알데히드 수지

의 구조적인 특성에 기인한 것이라 판단된다. 그리고 멜라민수지 대신 합성고

무가 함유된 제품은 포름알데히드의 발생 가능성은 낮은 것으로 판단된다. 참

고로 C사의 경우 실험 대상에는 없었지만 B사와 마찬가지로 멜라민-포름알데

히드 수지가 포함된 금형세정제를 사용하고 있었으며, B사도 멜라민 수지가 아

닌 합성고무가 함유된 금형세정제를 사용하고 있었다. 한편 EMC의 경우 B사

및 C사 모두 실리카, 카본블랙, 에폭시수지 및 페놀수지로 구성된 것이었으나

포름알데히드의 농도에 차이가 있었던 것은 제품의 특성에 따른 차이라고 판단

된다.

사업장 물질구분 Peak Area (HPLC)

B사

EMC(SOO-GOOO) 9,761

금형세정제(SC-3OO) 124,539

금형세정제(SC-1OO) 533,996

C사

EMC(KOOO-5OOO) 34,306

금형세정제(SC5OOOOO) 5,334

금형세정제(SW8OOOOO) 8,324

Blank - 4,880

<표 4-26> EMC 및 금형세정제로부터 포름알데히드 발생 가능성


한편 그림 4-14는 B사 금형세정제 SC-1OO에 대해 포름알데히드 발생여부를

실험한 시료를 GC-MS로 분석한 결과이다. 그림에서 보면 포름알데히드와

2,4-DNPH가 결합된 유도체인 Formaldehyde (2,4-dinitrophenyl)hydrazone(오

른쪽 피크)이 검출된 것을 알 수 있다.

Abundance0

1e+5

2e+5

3e+5

Formaldehyde,(2,4-dinitophenyl)hydrazone

28.2 30.0 31.4 33.2 35.0 min

[그림 4-14] 포름알데히드 발생여부 평가시료의 GC-MS 크로마토그램

다. 직군별 근로자의 업무 특성

반도체 조립라인 근로자의 경우도 웨이퍼 가공라인과 같이 오퍼레이터, 장비

엔지니어(설비엔지니어), 공정엔지니어로 구분할 수 있으며 업무내용도 거의 유

사하다. 다만 웨이퍼 가공라인과 비교하여 차이가 있는 것은 반도체 조립라인

의 경우는 유지보수작업이 대부분 자체 직원에 의해 이루어지고 있다는 것이

다. 반도체 조립라인에서는 물류작업이 주로 협력업체 근로자들에 의해 이루어


지고 있었다. 오퍼레이터의 경우 자재투입, 장비가동 등의 작업과정에서 취급하

는 물질과 생산과정에서 2차적으로 발생되는 물질에 노출될 수 있었고 장비엔

지니어의 경우도 라인내에서 근무하고 있으므로 작업공정에서 발생되는 유해물

질과 유지보수과정에서 사용하는 세척제 등에 노출될 수 있었다.

라. 유해물질 노출농도 평가결과

반도체 조립라인 각 공정을 대상으로 벤젠 등 휘발성유기화합물, 포름알데

히드, 에탄올아민, 산화규소결정체, 중금속 등에 대한 노출농도를 평가해 본 결

과 대부분 노출기준에 비해 매우 낮은 농도수준이었다. 다만 벤젠과 포름알데

히드와 같은 발암물질이 검출되었으며 각각의 최고 농도는 벤젠의 경우 노출기

준인 1 ppm의 1/100 수준, 포름알데히드는 노출기준인 0.5 ppm의 3/100 수준

이었다. 반도체 조립라인의 유해물질 노출농도 평가결과를 물질별로 살펴보면

다음과 같다.

1) 휘발성유기화합물(포름알데히드, 에탄올아민 제외)

아세톤, 벤젠, 톨루엔, 2-부톡시에탄올, n-헥산, 사이클로헥사논, 테트라클로

로에틸렌 등 10여종의 유기용제가 정량 가능한 농도 이상으로 검출되었으나 C

사업장 칩 접착(die attach) 공정에서 사용하는 아세톤이 최고 0.5 ppm이 검출

된 것을 제외하면 노출기준이 설정되어 있는 물질 가운데 0.1 ppm 이상 검출

된 물질은 없었고, 모두 노출기준의 1/100 이하의 낮은 농도수준이었다.

표 4-27은 공기중 벤젠 농도를 정리해 놓은 것이다. 조립라인 공기중 벤젠농

도는 모두 노출기준인 1 ppm에 비해 1/100 이하의 수준이었다. 그러나 각각의

조립라인에서 검출된 벤젠농도는 최고 0.00050~0.00990 ppm으로 조립라인 옥

외(외부공기)에서의 측정한 벤젠농도(0.00031~0.00037 ppm)보다 높은 수준이었다. 이는 몰드공정에서 벤젠이 부산물로 발생하였기 때문인 것으로 판단된다.

그림 4-15는 C사 1공장 조립라인의 공정간 벤젠농도를 비교해 놓은 것이다.

Ⅳ. 연구결과 … 101

그림에서 보면 몰드공정이 속해 있는 Package(Back-end) 공정의 벤젠농도가

다른 공정보다 높은 것으로 알 수 있다(p<0.05).

사업장 시료수조립라인 벤젠농도(ppm)


B사 조립 1라인 20 0.00030 0.00036 0.00018~0.00178

B사 조립 2라인 15 0.00029 0.00030 0.00017~0.00050

C사 1공장 조립라인 50 0.00056 0.00096 0.00017~0.00990

C사 2공장 조립라인 51 0.00041 0.00056 0.00010~0.00256

<표 4-27> 반도체 조립라인 공기중 벤젠 농도

* 옥외(조립라인 외부공기) 벤젠 농도 : 0.00031~0.00037 ppm

ppm

Front Back-End Test

0.0001

0.001

0.01

[그림 4-15] C사 1공장 조립라인 공정간 벤젠 농도의 차이


2) 포름알데히드

조립라인 공기중 포름알데히드 농도는 최고 0.015 ppm으로 노출기준인 0.5

ppm보다 3/100 이하의 수준으로 낮았다. 그러나 각각의 조립라인에서 검출된

포름알데히드의 농도는 최고 0.006~0.015 ppm으로 조립라인 옥외(외부공기)에

서의 측정한 포름알데히드 농도(0.002~0.005 ppm)보다는 높은 수준이었다(표

4-28). 포름알데히드 농도가 가장 높았던 공정 및 작업은 B사 및 C사 모두 몰드

공정의 금형세정작업이었으며, 금형세정작업시 최고농도는 0.015 ppm으로 노출

기준의 3/100 수준이었다. 이는 몰드공정에서 포름알데히드가 부산물로 발생하

였기 때문인 것으로 판단된다.

사업장 시료수포름알데히드 농도(ppm)


B사 조립 1라인 16 0.006 0.006 0.004~0.013

B사 조립 2라인 11 0.004 0.004 0.002~0.006

C사 1공장 조립라인 26 0.008 0.008 0.003~0.011

C사 2공장 조립라인 30 0.006 0.007 0.003~0.015

<표 4-28> 반도체 조립라인 공기중 포름알데히드 농도

* 옥외(조립라인 외부공기) 포름알데히드 농도 : 0.002~0.005 ppm

3) 에탄올아민

몰드공정에서 금형세정을 위해 사용되는 물질중에는 에탄올아민이 포함된

경우가 있어 몰드공정을 비롯하여 가온작업이 있는 솔더볼부착, 칩 접착 공정

등을 대상으로 에탄올아민 노출수준을 평가해 보았다. 시료수는 반도체 조립라

인별로 8~13개로 총 42개이었다. 평가결과 B사 조립 2라인과 C사 1공장 조립라인의 몰드공정에서 각 1건씩 검출되었고 공기중 농도는 0.004~0.014 ppm으로노출기준인 3 ppm의 1/100 미만이었다.

Ⅳ. 연구결과 … 103

4) 산화규소결정체

몰드공정의 EMC 수지 및 금형세정제, 칩 접착 공정의 접착제 등에는 실리카

(산화규소)가 함유되어 있어 이들 공정 등을 대상으로 산화규소결정체의 노출

농도를 평가해 보았다. 시료수는 반도체 조립라인별로 6~15개로 총 44개 이었으며 검출한계(0.005 mg/㎥)이상 검출된 시료는 없었다.

5) 중금속

몰드공정의 EMC에는 삼산화안티몬이 함유되어 있고, 솔더볼에는 주석과

구리 등이 함유되어 있어 이들 중금속에 대한 노출수준을 평가해 보았다. 시료

수는 조립라인별로 7~12개로 총 38개이었으며 이중 일부 시료에서 미량이 검

출되었으나 모두 노출기준의 1/1,000 미만의 낮은 농도수준이었다.

마. 환기실태 평가결과

사업장별로 반도체 조립라인의 급·배기 방식 등의 전체환기체계와 공정별 국

소환기체계에 대해 살펴보고 작업환경중의 유해물질 노출특성 및 공기중 농도

에 어떠한 영향을 줄 수 있는지를 살펴보았다.

1) 전체환기실태

사업장에서는 반도체 조립라인을 크게 Front, Back-End(Package), Test 공

정으로 대분류하고 각 공정에 대해 입자의 관리기준을 정하여 이에 따라 전체

환기를 실시하고 있었으며 대분류 공정내에 있는 단위 공정간에는 공기의 혼합이

이루어지고 있었다.


B사에서는 0.5㎛ 이상의 입자를 기준으로 Front 공정은 1,000개/ft3이하, 기

타 Package와 Test 공정은 100,000개/ft3 이하로 관리하고 있었고, C사에서는

0.5㎛ 이상의 입자를 기준으로 Front 공정은 3,000개/ft3이하, 기타 Back-End

와 Test 공정은 75,000개/ft3이하로 관리하고 있었다. B사와 C사 모두 Front

공정을 다른 공정보다 입자관리를 엄격히 하고 있었다.

각 공정을 담당하는 공조기가 시간당 100,000㎥ 내외의 공기를 해당 공정의

상부를 통해 공급하고 공정의 측면이나 상부를 통해 배기(리턴)하고 있었으며,

사업장별 외기의 혼합비율은 B사 15~40%, C사 10~20% 정도이었다.B사 및 C사 모두 Front, Back-End(Package), Test와 같이 대분류하여 전체

환기를 실시하고 있기 때문에 각 대분류 공정내의 단위 공정들은 개별 공정을

담당하는 공조기가 있지만 대분류 공정내에서는 공정간의 공기혼합이 이루어지

고 있었다. 따라서 특정 작업을 통해 발생되는 유해물질은 대분류 공정내의 다

른 공정의 공기에도 영향을 줄 수 있었다. 이것은 C사에서 공기중의 농도가 비

교적 높았던 물질인 아세톤의 농도를 가지고 설명할 수 있다. 아세톤을 직접적

으로 취급하는 공정은 칩 접착(die attach) 공정이었으나 아세톤을 사용하지 않

는 후면연마(back grind), 웨이퍼 절단(wafer saw) 공정에서도 아세톤이 검출

되었다. C사의 칩 접착(die attach) 공정의 공기중 아세톤의 농도는 평균 0.196

ppm(0.086~0.497 ppm)이었는데, 아세톤을 사용하지 않는 후면연마(back grind,B/G) 공정에서의 공기중 아세톤 농도가 0.130 ppm 이었고, 웨이퍼 절단(wafer

saw) 공정에서도 0.069 ppm까지 검출되었다(표 4-29).

단위공정아세톤 농도(ppm)

기하평균 범위

Die attach 0.196 0.086~0.497

B/G, wafer saw 0.094 0.069~0.130

<표 4-29> C사 1공장 조립라인 Front 공정내의 단위 공정간 아세톤 농도

Ⅳ. 연구결과 … 105

2) 국소환기실태

B사와 C사 모두 Front 공정의 칩 접착(die attach) 장비, 금선연결(wire

bond) 장비와 Test 공정에서 사용하는 장비를 제외하면 유해물질이 발생될 수

있는 거의 모든 장비에 국소환기장치가 설치되어 있었다. 그러나 몰드 오븐에

대한 국소환기의 정도는 사업장간에 차이는 있었다. B사와 C사 모두 경화오븐

(cure oven)의 열배기를 목적으로 오븐과 직접적으로 연결된 배기라인에 의한

국소환기를 실시하고 있었으나 B사의 경우는 오븐 상단에 캐노피형 후드를 추

가로 설치하여 오븐을 열 때 오븐내에서 발생되는 휘발성 성분이나 미세입자의

발생을 최소화하고 있었다. 그러나 C사의 경우는 오븐상단에 별도의 환기설비

가 갖추어져 있지 않았다.

반도체 조립라인에서 휘발성유기화합물 등 화학물질이 검출되었으나 공기중

농도가 낮은 이유는 C사 칩 접착(die attach) 공정에서 아세톤을 사용하는 것

이외에는 유기용제 등을 직접적으로 사용하는 경우는 없었고, 비록 공정 중에

2차 생성물질이 발생되기는 하나 대부분의 장비가 밀폐형 구조(완전 밀폐구조

를 의미하는 것은 아니며 장비를 가동 중에는 커버가 닫힌 상태에서 작업이 이

루어지고 있음을 의미)이며, 국소환기설비를 갖추고 있어 화학물질의 공기중

농도수준이 낮았다고 판단된다.


제2장. 방사선분야

2.1. 전리방사선

1) 개인노출선량 측정결과

(1) 사업장별 개인노출선량

반도체 제조공장에서는 반도체소자를 생산하기위해 근로자는 4조 3교대의

형태로 24시간동안 연속 작업에 종사하고 있다. 웨이퍼 가공 및 조립 라인에서

전리방사선 노출 가능성이 있는 작업에 종사하는 근로자의 사업장별 전리방사

선 노출선량 수준은 표 4-30과 같다. 2개월 동안 143명의 근로자에 대해 누적측정

한 전체사업장의 개인노출선량은 평균값으로 0.01 m㏜이었고, 사업장별로는 B

사 1공장 0.01 m㏜, B사 2공장 0.01 m㏜, C사 1공장 0.012 m㏜, C사 2공장

0.01 m㏜ 로서, 전체가 자연방사선량 수준이었다.

사업장측정자수(명)

개인노출선량(m㏜) 범위(m㏜) 비고

AM*

SD GM GSD

B사 1공장 57 0.010 0.000 0.010 1.00 0.001~0.010

자연방사선

수준

(<0.1m㏜

/yr)

B사 2공장 10 0.010 0.000 0.010 1.05 0.008~0.010

C사 1공장 50 0.012 0.006 0.012 1.45 0.006~0.032

C사 2공장 26 0.010 0.001 0.010 1.10 0.006~0.032

Total 143 0.011 0.004 0.011 1.26 0.006~0.032

<표 4-30> 사업장별 전리방사선 개인노출선량

* AM(Arithmetic Mean), SD(Standard Deviation), GM(Geometric Mean), GSD(Geometric

Standard Deviation)

Ⅳ. 연구결과 … 107

(2) 직군별 개인노출선량

웨이퍼 가공 및 조립라인의 이온주입공정 및 검사공정에서의 직군별 방사선

노출선량은 표 4-31과 같다. 측정한 143명을 직무별로 분류하면, 공정엔지니어

(Process engineer)는 18명으로 노출선량은 산술평균 0.012 m㏜, 장비엔지니어

(Maintenance engineer)는 53명으로 노출선량은 0.010 m㏜, 오퍼레이터

(Operator)는 72명으로 노출선량은 0.011 m㏜로서, 전부가 자연 방사선량 수준이

었다.

직군 시료수개인노출선량(m㏜) 범위

(m㏜)비고

AM SD GM GSD

공정엔지니어 18 0.012 0.006 0.015 1.39 0.010～0.032자연방사선

수준

(<0.1m㏜

/yr)

장비엔지니어 53 0.010 0.003 0.011 1.24 0.006～0.031

오퍼레이터 72 0.011 0.003 0.011 1.24 0.006～0.022

Total 143 0.011 0.004 0.010 1.26 0.006～0.032

<표 4-31> 직군별 근로자의 전리방사선 개인노출선량

2) 지역노출선량 측정결과

이온주입공정에서의 전체 지역노출선량률은 산술평균 1.07 μ㏜/h, 기하평균

0.15 μ㏜/h이었다. 사업장별로는 C사 2공장이 각각 산술평균 2.48 μ㏜/h, 기하

평균 0.59 μ㏜/h으로 가장 높았고 C사 1공장 0.82 μ㏜/h, 0.13 μ㏜/h, A사 0.37

μ㏜/h, 0.08 μ㏜/h, B사 1공장 0.34 μ㏜/h, 0.07 μ㏜/h 순이었다(표 4-32). 지역

노출선량은 기기의 발생원으로부터 또는 오염원으로부터 30 cm 되는 지점에서

의 선량값으로 근로자에게 노출 가능성을 간접적으로 판단할수 있는 선량값을

말한다. B사 2공장은 임플란터를 보유하고 있지 않은 사업장으로 조립라인의

검사공정에 XRF라는 방사선발생장치 만을 사용하는데 측정결과는 자연방사선

수준이었다. B사 2공장을 제외한 각 사업장의 지역노출선량값의 기하표준편차

가 3.87～7.28 로 크다는 것은 자연방사선 수준의 선량값이 많고 어떤 이상값이


존재함을 의미하며 임플란터의 측정위치가 어느 부위인가에 따라 선량값의 차

이도 큼을 알 수 있다. 대부분의 임플란터가 위치한 장소가 작업시간동안 항상

상주하는 장소가 아니기 때문에 이러한 노출선량값들이 직접 근로자에게 노출

되었는지 또 어떤 영향을 주었는지는 알 수 없다.

사업장측정건수

*

지역노출선량률(μ㏜/h) Range(μ㏜/h) 비고

AM**

SD GM GSD

A사 1,199 0.37 0.80 0.08 4.63 0.01～3.66

B사1공장 866 0.34 1.05 0.07 3.87 0.03～9.82

B사2공장 56 0.03 0.01 0.03 1.00 0.03

C사1공장 874 0.82 2.60 0.13 4.62 0.01～13.32

C사2공장 1,241 2.48 3.59 0.59 7.28 0.02～11.95

Total 4,236 1.07 2.53 0.15 6.49 0.01～13.32

<표 4-32> 사업장별 지역노출선량

* 측정건수 = 유리선량계 측정건수 + 직독식 측정건수

** AM(Arithmetic Mean), SD(Standard Deviation), GM(Geometric Mean), GSD(Geometric

Standard Deviation)

임플란터의 종류별 지역노출선량은 <표 4-33>과 같이 HE가 산술평균 2.17

μ㏜/h, 기하평균 0.52 μ㏜/h 로 가장 높았고 HC가 산술평균 0.42 μ㏜/h, 기하평

균 0.09 μ㏜/h 이었고 MC는 산술평균 0.05 μ㏜/h, 기하평균 0.04 μ㏜/h 로 자

연방사선 수준이었다. HC 임플란터도 대부분 자연방사선 수준이었으나 일부

임플란터의 한 지점에서 차단막을 열어놓아 누출된 선량이 포함된 결과이다.

HE 임플란터 지역에서는 일부장비에서 HE 임플란터의 빔에너지가 600 KeV～

1.2 MeV이상의 고에너지로 올라갈 때 노출되는 선량 수준도 증가하였다.

Ⅳ. 연구결과 … 109

종류측정건수

지역노출선량률 (μ㏜/h) Range(μ㏜/h) 비고

AM* SD GM GSD

HC 1,064 0.42 0.84 0.09 4.87 0.01～3.66

MC 1,230 0.05 0.04 0.04 1.83 0.01～0.65

HE 1,856 2.17 3.48 0.52 6.42 0.01～13.32

Total 4,154 1.10 2.56 0.16 6.46 0.01～13.32

<표 4-33> 임플란터 종류별 지역노출선량

* AM(Arithmetic Mean), SD(Standard Deviation), GM(Geometric Mean), GSD(Geometric

Standard Deviation)

3) 표면선량 측정결과

표면선량률은 기기표면에서 발생되는 방사선량의 척도를 나타내는 방사선발

생장치의 설비기준과 관계가 있다. 이것은 기기 표면에서 발생되는 방사선량

또는 방사성동위원소의 오염에 의한 정도가 어느정도인지를 식별하는데 사용되

며 기기의 발생원으로부터 또는 오염원으로부터 5～10 cm 되는 지점에서 측정

한다. 이온 임플란터의 세가지 형태중 High Current 와 Medium Current 는 표

면선량률이 자연방사선량률 수준이지만, 대부분의 High Energy 임플란터의 표

면선량률은 자연방사선량값보다는 높았다. 또한 임플란터 빔의 가속에너지 크

기에 따라 방사선량률의 수준은 차이가 있었으며 빔에너지가 600 KeV 이상으

로 가속될 때 일부 High Energy 임플란터의 가스저장실 및 도어부(Gas box and

access doors), 고전압인가부(High voltage power supply), 이온발생 및 도어부

(Ion source and access doors)에서 미세한 산란선이 누출되고 있었다. 이것은

정비 후에 방사선 차폐물을 제거했거나 이음새가 헐거워져 틈이 생겼거나 볼트

등을 완벽하게 잠그지 않았거나 분실되어 발생되는 것으로 추정되었다. 조사했

던 High Energy 임플란터 26대중 미량의 방사선이 검출된 17대의 평균 표면선

량률(기하평균)은 0.15～42.30 μ㏜/h이었으며, 이중 8개 지점에서 미국 에너지부


(Department of Energy) 규제기준(10 CFR 835)인 5 μ㏜/h를 초과하였다. 이것은

대부분 High Energy 임플란터의 빔에너지가 1.2 MeV이상으로 가속될 때 발생

하였다.

4) 전리방사선의 노출밴드 특성

웨이퍼 가공라인 이온주입공정의 High Energy 임플란터의 전리방사선

(X-ray) 노출밴드특성은 그림 4-16과 같다. 노출패턴이 어느 한 지점에서 지속

적으로 발생하는 양상을 보이고 있다.

[그림 4-16] High Energy 임플란터의 방사선 노출패턴

2.2. 비전리방사선

1) 극저주파 자기장의 노출선량 측정결과

(1) 사업장별 개인노출선량

사업장별 웨이퍼 가공 및 조립라인에서의 극저주파 자기장의 개인노출수준은

표 4-34와 같다. 전체 사업장에서 측정한 개인노출선량은 산술평균으로 0.73 μ

Ⅳ. 연구결과 … 111

T이었고, 사업장별로는 B사 1공장 0.84 μT, B사 2공장은 0.16 μT, C사 1공장

0.36 μT, C사 2공장 1.00 μT이었다. 반도체 사업장간에도 평균의 차이가 있었

다(p<0.01). 이것은 설비 자동화율에 기인한 것으로 판단해 볼 수 있다. E사는

선박수리업의 용접공정으로 개인노출선량이 3.46 μT으로 반도체 사업장보다

높았다(p<0.01). 반도체 사업장의 극저주파 자기장의 노출수준을 비교하기 위해

사무실 등에서 측정한 대조군(F)의 개인노출선량은 0.05 μT으로 BG 수준이었

으며 반도체사업장의 대부분의 공정은 사업장내 일반 사무실 근로자(대조군)보

다는 높았다(p<0.01). 또한, 사업장별 극저주파 자기장에 대한 최고노출량

(Ceiling value)은 B사 1공장 123.2 μT, C사 2공장 39.8 μT, C사 1공장 10.1 μ

T, B사 2공장은 8.78 μT 순이었다. 미국 ACGIH의 노출기준(Ceiling : 1.0 mT)

의 1/8 미만 수준이다.

구분N*

(명)

개인노출량(μT)범위

(μT)

최고노출량

(Ceiling value,μT)

AM±SD GM(GSD)

반

도

체

B사1공장

36 0.84±1.65 0.53(2.47) BG†～123.2 0.18～123.2

B사2공장

9 0.16±0.17 0.11(2.43) BG～8.78 0.35～8.78

C사1공장 14 0.36±0.57 0.21(2.42) BG～10.1 0.23～10.1

C사2공장

22 1.00±0.93 0.87(1.66) BG～39.8 1.75～39.8

계 81 0.73±1.33 0.43(2.88) BG～123.2 0.18～123.2

선박수리 용접 3 3.46±13.46 0.45(4.70) BG～129.6 75.5～129.6

대조군 사무실 등 7 0.05±0.13 0.03(2.38) BG～3.35 0.37～3.35

<표 4-34> 사업장별 극저주파 자기장의 개인노출량

* N(Number of samples), AM(Arithmetic Mean), SD(Standard Deviation), GM(Geometric

Mean), GSD(Geometric Standard Deviation)

†BG : Background concentration, <0.05 μT

§ p<0.01, comparing sampling areas from a general linear model


(2) 공정별 극저주파 자기장의 개인노출량

주요 공정별 극저주파 자기장의 개인노출수준은 표 4-35와 같다. 웨이퍼

가공라인의 경우 확산공정의 평균노출량은 1.14 μT, 증착공정 0.54 μT, 포토공

정 0.96 μT, 식각공정 0.65 μT, 이온주입공정 0.64 μT, 연마공정 0.90 μT 이었

다. 조립라인의 Front 공정 0.22 μT, Package 공정 0.10 μT 이었다. 또한, 공정

별 극저주파 자기장에 대한 최고노출량(Ceiling value)은 확산공정 123.2 μT,

증착공정(CVD) 101.4 μT, 이온주입공정 27.7 μT, 포토공정 19.6 μT, 식각공정

17.3 μT, Package 8.78 μT, 연마공정 7.5 μT 순이었다.

공 정 명측정횟수

(n)†

개인노출량(μT) 범위

(μT)최고노출량(Ceiling)AM±SD GM(GSD)

가공라인

확산 132,563 1.14±2.01 0.82(2.12) BG§～123.2 123.2

증착(CVD) 126,697 0.54±1.02 0.36(2.35) BG～101.4 101.4

포토 86,682 0.96±1.39 0.54(3.00) BG～19.6 19.6

식각 43,561 0.65±0.74 0.41(2.67) BG～17.3 17.3

이온주입 65,780 0.64±0.56 0.51(1.99) BG～27.7 27.7

연마 168 0.90±0.89 0.62(2.28) BG～7.50 7.5

세척 1,063 0.31±0.41 0.13(4.12) BG～3.60 3.6

조립라인FRONT 34,707 0.22±0.80 0.16(2.30) BG～6.31 6.31

Package 32,054 0.10±0.15 0.07(2.13) BG～8.78 8.78

선박수리 용접 16,630 3.46±13.46 0.45(4.70) BG～129.6 129.6

대조군사무실 17,601 0.05±0.13 0.03(2.29) BG～3.35 3.35

식당 526 0.15±0.03 0.15(1.16) 0.08～0.37 0.37

<표 4-35> 공정별 근로자의 ELF 자기장의 개인노출량

* p<0.01, comparing sampling processes from a general linear model

†n(Number of measurements), AM(Arithmetic Mean), SD(Standard Deviation),

GM(Geometric Mean), GSD(Geometric Standard Deviation)

§ BG : Background concentration, BG<0.05

Ⅳ. 연구결과 … 113

(3) 직군별 극저주파 자기장의 개인노출량

웨이퍼 가공라인에서 작업하는 근로자는 공정엔지니어, 설비엔지니어, 오퍼레이

터로 크게 세 그룹으로 나누어지는데 이들의 직군별 극저주파 자기장의 개인노출

수준은 표 4-36과 같다. 측정한 81명을 직군별로 분류하면, 공정엔지니어는 25명으

로 극저주파 자기장의 평균노출량은 산술평균으로 0.82 μT, 장비엔지니어는 21명

으로 0.74 μT, 오퍼레이터는 35명으로 0.67 μT 이었다. 비교군으로 측정한 선박건

조업의 용접작업자는 산술평균 3.46 μT, 기하평균 0.45 μT로서, 산술평균은 반도체

사업장 근로자보다 훨씬 높았으나, 기하평균으로는 반도체업종 근로자와 비슷한

농도수준이었다. 이것은 반도체 공정내의 극저주파 자기장의 평균농도 수준이 고

르게 일정수준을 유지한다는 것을 의미하며, 용접작업은 연속한 작업이 아닌 단속

적으로 이루어지기 때문에 기인된 것으로 볼 수 있다. 또한, 직군별 극저주파 자

기장에 대한 최고노출량(Ceiling value)은 공정엔지니어가 123.2 μT, 설비엔지니어

가 109.4 μT, 오퍼레이터 15.3 μT 순이었다. 미국 ACGIH의 노출기준(Ceiling

value : 1,000 μT)의 1/8 미만 수준이지만, 사무실 작업자보다는 높은 수준이다.

직 무N*

(명)

개인노출량(μT) 범위

(μT)Ceilingvalue(μT)AM±SD GM(GSD)

반

도

체

P†

25 0.82±0.82 0.66(2.11) BG‡～123.2 0.25～123.2

M 21 0.74±1.84 0.38(2.78) BG～99.5 0.18～109.4

O 35 0.67±1.22 0.35(3.24) BG～109.4 1.25～15.3

계 81 0.73±1.33 0.43(2.88) BG～123.2 0.18～123.2

W 3 3.46±13.46 0.45(4.70) BG～129.6 75.5～129.6

C.G. 7 0.05±0.17 0.03(2.66) BG～3.40 0.37～3.40

<표 4-36> 직군별 근로자의 극저주파 자기장의 개인노출량

* N(Number of samples), AM(Arithmetic Mean), SD(Standard Deviation), GM(Geometric

Mean), GSD(Geometric Standard Deviation)

†P : Process engineer, M : Manintenance engineer, O : Operator, W : Welder,

C.G. : Control Group

‡BG : Background concentration, BG<0.05

§ p<0.01, comparing sampling groups from a general linear model


(4) 극저주파(ELF) 자기장의 노출밴드 특성

웨이퍼 가공라인의 장비엔지니어의 극저주파 자기장의 노출밴드특성은 그림

4-17과 같다. 노출패턴이 어느 한순간 단시간에 자기장값이 120 μT 이상으로

피크점이 발생하는 양상을 보이고 있다.

[그림 4-17] 웨이퍼 가공라인 장비엔지니어의 2일 동안의 노출패턴

2) 고주파 자기장의 지역노출량 측정결과

웨이퍼 가공라인에서 고주파영역대인 50 MHz～ 3 GHz 범위의 라디오 및 마이

크로파는 고주파용 생산설비를 사용하고 있는 ETCH 공정, CVD 공정에서 검출

되었다. B사 1공장의 경우 ETCH 공정에서 0.002～0.027 W/m2이었고 CVD 공정

에서 0.003～0.008 W/m2이었다. 그 외 C사 1, 2공장의 일부 공정에서 고주파용 설

비가 사용되고 있었지만 검출수준은 0.001～0.003 W/m2 이었다. B사 2공장의 경

우는 극저주파 영역대의 저주파(1 Hz～ 300 Hz)용 설비만 사용되어 고주파는 검

출되지 않았다. 가장 높은 고주파 노출 발생장치로는 ESO 및 DPS 장비로 0.02～

0.10 W/m2(1.8～8.0 V/m) 수준이었다. 이것은 직업인의 고주파영역에 대한 전자파

강도기준(노출기준 : 10～50 W/m2)의 1/100 미만 수준이다(IEEE, 2006).

Ⅴ. 고찰 … 115

Ⅴ. 고찰

국내 반도체 제조사업장 3개사의 5개 웨이퍼 가공라인(4인치～12인치 웨이퍼

가공라인)과 2개사의 4개 조립라인을 대상으로 작업환경 및 유해인자 노출특성

을 평가하였으며, 연구결과를 고찰해 보면 다음과 같다.


가. 반도체 제조공정 취급 화학물질

웨이퍼 가공라인에서는 확산, 포토, 식각, 증착, 이온주입 등 모든 단위공정에

서 여러 종류의 화학물질을 사용하고 있다. 확산 공정에서는 불순물(dopant)의

공급원인 arsine, phosphine 등과 산화막 형성을 위해 dichloro silane 등이 사용

되고, 포토공정에서는 감광액(포토레지스트), 유기용제 등 유기화합물이 사용되

며, 식각공정에서는 반응성이 강한 할로겐화합물 등이 건식식각을 위해 사용되

고 불산, 황산과 같은 무기산 등이 습식식각을 위해 사용되며, 증착공정에서는

박막을 형성하기 위해 dichloro silane, silane 등이 사용되며, 이온주입공정에서

는 arsine, phosphine 등이 불순물(dopant) 주입을 위해 사용된다.

웨이퍼 가공라인에서 사용되는 물질 가운데는 고온으로 가열되거나 빛에 노출

되면 발암물질인 비소(arsenic)로 분해되는 arsine을 비롯하여, 공기중에서 자연

발화되어 화재의 위험성이 높고 수소, 염화수소 등의 유해가스를 발생하는

silane, 공기와 접촉시 발화될 수 있는 phosphine, 반응성이 강한 강력한 산화제

인 fluorine, 물과 반응하여 유해가스나 증기를 발생하는 boron tribromide,

phosphorus oxychloride, dichloro silane, chlorine trifluoride, diborane, boron

trichloride 등이 포함되어 있다(ACGIH, 2010; Air Liquide, website-Gas


encyclopaedia; Inchem, website-IPCS; NIH, website-Haz-Map; NIOSH,

website-Pocket guide to chemical hazards).

한편 반도체 제조 사업장에서 사용하고 있는 물질 가운데는 법적인 작업환경

측정 의무가 있는 물질은 많지 않다. 포토공정의 경우 수십 여종의 유기화합물

이 사용되는데 이중에서 작업환경측정 대상물질은 acetone, ethyl benzene,

n-butyl acetate, xylene 등이며 propylene glycol monomethyl ether(PGME),

propylene glycol monomethyl ether acetate(PGMEA), tetramethylammonium

hydroxide(TMAH), methyl-3-methoxy propionate, N-methyl-2-pyrrolidone,

ethyl lactate 등 많은 물질이 작업환경측정대상이 아니다. 그리고 식각공정에서

사용하는 물질 가운데 boron trichloride, nitrogen trifluoride 등과 같은 할로겐화합

물 등도 작업환경측정대상이 아니다. 이들 물질 중에는 노출기준이 설정되어

있는 물질도 있고, 노출기준이 설정되어 있지는 않지만 자극성, 독성 물질 등도

존재한다(고용노동부, 2011; ACGIH, 2010; Air Liquide, website-Gas encyclopaedia;

Inchem, website-IPCS; NIH, website-Haz-Map; NIOSH, website-Pocket

guide to chemical hazards). 따라서 사업장에서는 비록 작업환경측정을 통해

노출수준을 관리해야 하는 물질은 아니더라도 이러한 물질도 가능한 낮은 농도

수준으로 관리할 필요가 있다.

나 반도체 제조공정에서 발생 가능한 2차 생성물질(부산물)

웨이퍼 가공라인에서는 다양한 화학물질을 이용하여 웨이퍼를 가공하는 특성

상 가공단계에서 사용되는 각종 물질들의 상호 반응, 에너지에 의한 분해 등을

통해 부산물이 생성될 수 있다. 포토공정에서 사용하는 감광액은 수지, 감광성

성분, 유기용매, 첨가제 등으로 구성되어 있는데 감광성 성분의 경우 빛이 조사

되면 구조적으로 변화를 일으키는 특성이 있는 물질이다. 초기에 개발된

DNQ(diazonaphthoquinone) 성분의 경우 방향족 구조를 가지고 있다. 수지 성

Ⅴ. 고찰 … 117

분으로 많이 사용되고 있는 노보락수지의 경우도 페놀(크레졸)-포름알데히드

중합체로 역시 방향족 구조를 가지고 있다. 따라서 이들 성분들은 빛에 의해

분해될 경우 방향족 화합물이 생성될 수 있는데 문헌에 의해서도 이 같은 사실

은 알려져 있다.(Goodner MD, 2008). 본 연구에서는 사업장에서 사용하는 포토

레지스트 가운데 가장 널리 알려져 있고 현재도 사용하고 있는 물질인 노보락

수지가 함유된 감광액을 이용하여 열분해 실험을 하였으며 열분해 실험결과

벤젠(benzene), 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene), 페놀(phenol), 크레졸(cresol) 등의

물질이 발생되는 것을 확인할 수 있었다.

이온주입공정에서는 아르신(arsine)이 에너지를 받아 이온화되면 다양한 형태

의 화합물이 생성되는데 이 과정에서 비소 및 그 무기화합물이 생성될 수 있

다. 특히 아르신은 분해 온도인 300℃까지 가열되거나 빛에 노출될 경우에는

비소(arsenic)로 분해되는 것으로 알려져 있다.

반도체 조립라인의 몰드공정에서는 고온(180℃) 조건하에서 작업이 이루어지

고 있었으며 작업과정에서 벤젠, 포름알데히드를 비롯하여 여러 종류의 휘발성

유기화합물(VOCs)이 2차적으로 발생될 수 있었다. 몰드공정은 반도체 칩을 외

부환경으로부터 보호하기 위하여 고온의 조건에서 에폭시몰딩컴파운드(EMC)

를 이용하여 몰드 작업을 수행한다. 본 연구에서는 몰드공정의 공정온도(180℃)

와 동일한 온도조건에서 실험을 실시하여 EMC로부터 발생되는 물질을 분석해

본 결과 벤젠을 비롯하여 여러 종류의 휘발성유기화합물이 검출되었다. B사와

C사에서 사용하는 6가지의 EMC를 대상으로 실험을 실시하였으며 발생되는 물

질은 EMC의 종류에 따라 다소 차이는 있었으나 검출되는 주요 성분은 벤젠이

었고 기타 메틸이소부틸케톤(MIBK), 페놀, 아세트알데히드, 톨루엔, 크실렌, 노말

헥산 등이 검출되었다. C사에서 사용하는 에폭시수지(CAS 번호: 29690-82-2)는

o-cresol, formaldehyde, epichlorohydrin으로 이루어진 고분자량의 폴리머이었

다. 그리고 문헌에 의하면 녹는점은 70~75℃이다(Sigma-Aldrich, 2010). 따라서공정온도인 180℃ 정도에서 쉽게 녹음은 물론 열에 의해 휘발성성분이 발생될


가능성이 있었다. 그리고 확인결과 C사에서 사용하는 페놀수지(CAS 번호:

9003-35-4)는 페놀-포름알데히드 수지(노보락수지)이었다. 페놀-포름알데히드

수지를 제조하는 한 회사의 자료에 의하면 어떤 제품은 녹는점이 70~85℃이고,어떤 제품은 부드러워지는 온도가 97℃~110℃이었다(Polyol & polymers). 제품에 따른 차이를 감안한다 하더라도 몰드공정의 공정온도인 180℃ 정도에서는 페

놀수지의 경우도 쉽게 녹거나 부드러워지게 되며 휘발성성분이 발생될 가능성

이 있었다.

한편 몰드공정에서는 금형을 세정해 주기 위하여 몰드작업과 같은 온도(180℃)

에서 금형세정작업을 하고 있었다. 따라서 공정온도와 동일한 온도조건에서 실

험을 실시하여 금형세정제로부터 발생되는 물질을 분석해 본 결과 포름알데히

드, 지방산, 페놀 등의 휘발성유기화합물이 검출되었다. 금형세정제도 여러 종

류가 사용되고 있었는데 대표적인 물질이 멜라민 수지가 함유된 금형세정제이

다. 현재 B사와 C사에서 사용하는 멜라민 수지는 같은 물질(CAS번호 :

9003-08-1)이었으며 성분을 확인해 본 결과 반도체 조립라인에서 사용되는 멜

라민 수지는 멜라민-포름알데히드 수지이었다. MSDS 자료에 의하면 멜라민-

포름알데히드 수지의 녹는점은 90~100℃이었다(Barnes products Pty ltd). 따라서 생산회사나 제품에 따른 차이가 존재한다 하더라도 몰드공정 온도인 180℃

정도에서는 쉽게 녹고, 휘발성성분도 발생할 가능성이 있었다. 그리고 멜라민-

포름알데히드가 포함된 금형세정제는 제품에 포름알데히드를 소량 포함하고 있

는 경우가 있었다.

다. 작업환경 공기중의 부산물 농도와 환기실태

웨이퍼 가공라인 포토공정에서는 벤젠 등 휘발성유기화합물이 부산물로 발생

할 수 있었다. 그러나 웨이퍼 가공라인의 공기중 벤젠 농도는 불검출~0.00038

ppm 수준으로 가공라인 외부공기 중의 벤젠농도 수준(불검출~0.00030 ppm)과

차이가 없었다. 이는 UV에 의한 노광이 이루어지는 포토장비에 국소환기설비

Ⅴ. 고찰 … 119

가 갖추어져 있기 때문에 비록 노광 과정에서 부산물로 벤젠이 발생되더라도

작업환경 중에는 거의 노출되지 않았기 때문으로 판단된다. 그리고 가공라인의

경우는 20~30%의 외부공기가 가공라인 내부공기와 지속적으로 혼합되고 있다.

따라서 가공라인에서는 옥외에서 검출되는 수준의 벤젠이 검출될 수 있다.

반도체 조립라인 몰드공정에서도 벤젠과 포름알데히드가 공정중에서 부산물로

발생되고 있었으며 조립라인 공기중의 벤젠과 포름알데히드의 농도는 조립라인

외부공기에서의 농도보다는 다소 높았다. 그러나 벤젠농도는 노출기준의 1/100

이하이었고, 포름알데히드의 경우는 노출기준의 3/100 이하이었다. 이는 몰드공

정을 비롯하여 유해물질이 발생될 수 있는 장비에 국소환기장치가 설치되어 있

기 때문인 것으로 판단된다. 다만 외부공기보다 높았던 것은 몰드장비에 에러

가 생기는 등 문제가 발생하였을 경우에 몰드장비의 커버를 열어 오류를 해결

하는 경우가 있으며, EMC 수지를 175℃ 내외에서 경화오븐(cure oven)에서 경화한

이후 oven의 문을 열고 제품을 꺼내는 작업이 수시로 이루어지고 있다. 따라서

이러한 작업 과정에서 벤젠, 포름알데히드 등이 조립라인 공기중에 노출되었던

것으로 판단된다. 한편 조립라인의 경우는 대분류 공정내의 단위 공정간에는

공기가 혼합되고 있었다. 따라서 몰드공정에서 발생된 휘발성유기화합물을 함

유한 공기는 전체환기를 통해 인접 공정의 공기중으로 확산될 수 있었다.

라. PM 작업시의 유해물질 노출

이온주입장비에 대한 PM 작업시 비소 및 그 무기화합물(노출기준 0.01 mg/㎥)에

대한 노출농도 평가결과 3개 웨이퍼 가공라인 평균농도가 0.0084 mg/㎥

(0.0013~0.0613 mg/㎥)이었고, 평가시료의 50%에서 노출기준인 0.01 mg/㎥을

초과하였으며, 최고농도는 노출기준의 약 6배 수준인 0.0613 mg/㎥이었다. 따라서

이온주입장비의 PM 작업은 발암물질인 비소 및 그 무기화합물의 노출기준을

초과할 수 있는 작업이라 할 수 있었다.


사업장 자체 모니터링 결과에 의하면 PM 작업시 고농도 수준의 유해물질이

검출되고 있었다. B사의 경우 아르신 농도가 최고 550 ppb까지 달한 경우가

있었고, C사 12인치 웨이퍼 가공라인의 경우는 장비의 검출 상한치인 최고 200

ppb까지 달한 경우가 있었다. PM 작업 동안 가장 고농도로 노출되는 경우는

이온소스 교환 등을 위해 장비를 분해하는 몇 분간의 작업일 것이다. 이번 연구

에서 평가한 PM 작업시의 아르신 농도(0.01~3.23 ppb)를 소스 등의 교체를 위하여 장비를 분해하는 몇 분간의 작업시간으로 환산하면 아르신의 농도는 수

ppb에서 최고 수백 ppb에 달한다. 따라서 사업장 자체 유해가스 모니터링 결과

는 PM 작업시 발생되는 유해물질의 농도수준을 보여주고 있다고 볼 수 있다.

마. 유지보수작업시의 유해물질 노출예방

이온주입장비에 대한 PM 작업시 2차례에 걸쳐 아르신 노출농도를 평가하

였다. 1차 평가에서는 아르신이 검출되지 않았다. 그러나 2차 평가에서는 평가

대상 3개 가공라인 모두에서 아르신이 검출되었다. 이는 PM 작업 상황에 따라

아르신이 노출될 수도 있고 노출되지 않을 수도 있다는 것이다. 즉 장비내에

잔류하고 있는 물질을 모두 배기하는 등 작업절차를 제대로 준수하고 작업을

수행하는 경우에는 PM 작업시 유해물질의 노출을 예방할 수 있다는 것이다.

PM 작업 근로자의 유해물질 노출을 최소화하기 위해서는 장비 내에 잔류

물질을 충분히 배기시켜야 하고, 작업시 국소환기설비를 사용하여야 하며, 충분

한 작업시간을 가지고 정해진 작업절차에 따라서 작업을 수행하여야 할 것이

다. 그리고 작업자는 발생 가능한 화학물질에 적합한 개인보호장비를 착용하고

작업을 하여야 잔류 물질의 누출시 건강장해를 예방할 수 있을 것이다.

아울러 현재 사업장에서 실시하고 있는 유해가스 모니터링은 유해가스 누출을

감지하기 위하여 실시하고 있는 것으로 정확히는 작업자의 노출수준을 모니

터링하기 위한 것이라 볼 수 없다. 따라서 작업자의 건강보호를 위한 목적의

모니터링을 수행할 필요가 있다. 이를 위해 PM 작업자에게 이동식 가스모니터

Ⅴ. 고찰 … 121

를 지급하여 작업하는 동안 유해가스의 누출을 실시간으로 확인할 수 있도록

할 필요가 있었다.

2. 방사선분야


반도체 제조사업장의 이온주입공정 및 검사공정에 근무하는 근로자를 대상으

로 유리선량계를 이용한 개인노출선량 측정과 직독식 측정기(Survey meter)를

이용한 이온 임플란터 및 X-ray 발생장치 주변의 방사선량률의 측정을 통하여

노출 가능성을 파악하였다.

1) 개인노출선량

웨이퍼 가공 및 조립라인의 이온주입 및 검사공정에서 전리방사선 작업과

관련이 있는 근로자들을 공정엔지니어, 장비엔지니어, 오퍼레이터 등 세 그룹으로

나누어 유리선량계를 2개월 동안 착용시켜 개인노출선량을 누적측정한 결과,

전체가 자연방사선량 수준이었다.

2) 지역노출선량

웨이퍼 가공라인의 이온주입공정에서 측정한 지역노출선량율은 산술평균

1.07±2.53 μ㏜/h, 기하평균 0.15(6.49) μ㏜/h이었고 범위는 0.01～13.32 μ㏜/h 이

었다. 임플란터 지역 및 지점에 따라 순간 최대 방사선량이 13.32 μ㏜/h 에 도

달할 수 있음을 보여주었다. 그러나, 임플란터가 밀집되어 있는 장소는 대부분

항시 거주하고 있는 지역이 아니므로 실제 노출될 수 있는 기회는 적을 것으로

보인다. 그런데, 본 연구에서 특이한 점은 임플란터가 밀집되어 있는 장소 안쪽

에서 작업근로자가 하루 1시간 30분동안 컴퓨터 작업 및 모니터 조작업무 등을


하는 경우가 있었으며, High Energy 임플란터의 좌측(gas storage cabinet and

acess doors)과 다른 High Energy 임플란터의 우측(high voltage power supply)에

서 근로자의 뒤 쪽으로 약 5.0 μ㏜/h 정도의 X-선이 발생되고 있었다. 이 측정값

을 보수적으로 계산하여 년간으로 환산하면 약 2 m㏜/yrs 정도로 년간 노출선

량 한도에 훨씬 못미치지만 불필요하게 방사선에 노출될 수 있으므로 다른 장

소로 이전 등 개선이 필요하다. 이 수치는 임플란터의 가속되는 빔에너지가

1.02 MeV일 때 측정한 수치로 빔에너지가 최대 3 MeV로 가동될 때도 있으므로

노출수치도 높아질 수 있다. 임플란터의 종류별 지역노출선량은 HE가

0.52(6.42) μ㏜/h 로 나타났고 HC 및 MC 임플란터는 자연 방사선 수준이었다.

그러나, 3개 사업장의 웨이퍼 가공라인에 있는 HE 임플란터의 8개 지점에서 표면

선량률이 미국 에너지부(Department of Energy, DOE) 규제기준(10 CFR 835)인

5 μ㏜/h를 초과하였다.

측정한 지역노출선량의 산술평균값과 기하평균값의 차이가 크고 기하표준편

차가 3.87～7.28로 크다는 것은 자연방사선 수준의 선량값이 많이 존재하고 이

상값도 존재할 수 있음을 의미한다.

웨이퍼 가공라인의 이온주입공정에서 사용되는 임플란터는 일반적으로 방사선

관리구역이 아닌 지역에서도 안전하게 작동되도록 NCRP(National Council on

Radiation Protection & Measurements) 장비지침에 따라 제조된 장비이다. 그

러나, 미국 반도체 사업장에서도 임플란터의 방사선 노출 실태조사에서 Lintott

3X 임플란터의 경우 표면선량률 2 mR/hr(20 μSv/hr)이상으로 X-선 누출되고

있는 것으로 보고하였다(Williams ME 등, 1995). 또한, 오래된 Veeco 이온 임

플란터의 Access door 부분에서 1.5 mR/hr, Viewport 에서 0.3 mR/hr 이상의

X-선이 누출되어 납판을 추가로 설치하여 가능한 누출량을 줄였다는 보고가

있다(Scarpace L, 1987). 미국 ACGIH 등에서 반도체공장의 이온 임플란터에서

방사선이 누출되고 있음을 조사보고한 바와 같이 금번 연구에서도 이와 같은

사례를 다시 입증하는 계기가 되었다(미국 ACGIH, 1987). 반면에, 조립라인의

Ⅴ. 고찰 … 123

검사공정에서 사용하는 방사선발생장치들의 방사선 노출선량은 전부 자연 방사선

수준이었다.


본 연구는 반도체 제조사업장의 웨이퍼 가공 및 조립라인의 여러 공정에서 제

품을 생산하기 위해 사용하는 각종 생산설비 및 고용량의 전기설비 등에서 발

생되는 비전리방사선중 극저주파 자기장의 노출평가에 초점을 두고 실시하였

다. 비전리방사선중에는 여러 종류의 전자기파 방사선이 있지만 극저주파 자기

장을 선택한 것은 비록 논란이 많지만 지금까지 알려진 여러 역학연구에서 백

혈병과의 관련성이 있는 것으로 보고하고 있기 때문이다. 반도체 제조사업장

작업근로자의 극저주파 자기장의 노출수준이 어느정도 인지를 알기 위해 대조

군으로 일반 사무직 근로자와 비교해 보았다.

1) 극저주파 자기장의 개인노출량 평가 결과

반도체 제조사업장의 웨이퍼 가공 및 조립라인에서 극저주파 자기장 노출과

관련이 있는 근로자들을 공정엔지니어, 장비엔지니어, 오퍼레이터 등 세 그룹으

로 나누어 EMDEX Lite를 작업시간 동안 착용시켜 개인노출량을 측정한 결과,

반도체 제조사업장 작업근로자의 직군별로는 극저주파 자기장의 최고노출량으

로 공정엔지니어가 123.2 μT, 장비(설비)엔지니어가 109.4 μT, 오퍼레이터 15.3

μT 이었고 8hr-TWA(TWA：Time Weighted Average)는 공정엔지니어가

0.66(2.11) μT, 장비엔지니어가 0.38(2.78) μT, 오퍼레이터가 0.35(3.24) μT로 나

타났다. 개인노출량이 미국 ACGIH 기준(Ceiling limit ; 1,000 μT) 및 국제비전

리방사선방호위원회(ICNRIP)기준(Ceiling limit ; 417 μT)을 초과하는 경우는

없었다(ICNIRP 1998; 2009). 측정결과값만을 본다면, 미국 ACGIH의 노출기준

의 1/8 미만 수준이지만, 반도체 제조사업장 작업근로자의 극저주파 자기장 노


출수준은 일반 사무직 근로자보다는 높은 수준이다. 웨이퍼 가공라인 근로자만

을 비교했을때와 직군별로 분류한 세 그룹 즉 공정엔지니어, 장비엔지니어, 오

퍼레이터의 극저주파 자기장의 평균노출량에도 통계적으로 유의한 차이가 있었

다(p<0.01).

주요 공정별 극저주파 자기장의 개인노출수준은 8시간 가중평균농도(산술평균)로

웨이퍼 가공라인에서 확산공정 1.14±2.01 uT, 포토공정 0.96±1.39 uT, 연마공정

0.90±0.89 uT, 식각공정 0.65±0.74 uT, 이온주입공정 0.64±0.56 uT, 증착공정

0.54±1.02 uT 순 이었다. 웨이퍼 가공라인의 설비 대부분이 사용주파수가 50/60

Hz이며, 주파수 범위가 1~ 300 Hz인 극저주파 영역대이다. 그러나 식각, 증착

공정에서는 고주파영역의 장비들이 많이 사용되고 있었다. 이와 같은 이유로

식각, 증착공정은 극저주파 자기장 노출수준이 타 공정에 비해 낮았다.

조립라인의 공정별 개인노출량은 8시간 가중평균농도(산술평균)로 Front 공정

0.22±0.80 uT, Package 공정 0.10±0.15 uT 이었다. 조립라인의 극저주파 자기

장 노출수준이 웨이퍼 가공라인보다 낮은 이유를 밝히기는 쉽지않으나 웨이퍼

가공라인은 공정과 공정간 조립라인의 공정보다 더 자동화되어 있고 생산설비

들로 공간이 협소한데 기인한 것으로 판단된다. 웨이퍼 가공라인인 경우 사업

장간의 노출량 차이는 전체공간이 클수록 낮게 나타났다.

또한, 여러 문헌에서 극저주파 자기장의 노출수준이 가장 높은 것으로 보고하

고 있는 용접작업에서의 노출수준은 3.46 μT으로 미국 NIOSH의 연구결과(0.95

μT)보다 훨씬 높았다(NIOSH, 1996).

최근 연구보고에서 자기장 노출과 루게릭병(Amyotrophic lateral sclerosis,

ALS)의 발생 가능성을 제시하였다(Ahlbom, 2001; Johansen 등, 1998; Savitz

등, 1998). Comba P 등의 연구에서는 자기장의 고노출과 관련된 암과 알츠하

이머 질환(Alzheimer's disease)과의 상관성은 유의하나 타 질환과는 통계학적

으로 관계가 없는 것으로 나타났다고 보고하고 있다(Comba P 등, 2009; Sobel

등, 1995, 1996).

Ⅴ. 고찰 … 125

전자기장에 대한 발암성 평가에 논란이 계속되어 WHO(World Health

Organization)에서는 좀 더 정확한 과학적 증거를 찾기 위해서 1996년부터 프

로젝트를 수행하여 2007년 연구결과를 발표하였다. 공동연구결과, 발암과의 인

과관계는 의학적으로 뚜렸한 증거가 없다는 결론을 내렸다. 또한, 약한 자기장

에서 장기노출에 의한 암이 진전된다는 생체작용은 밝혀진바 없으며 일부 역학

연구에서 0.3～0.4 μT이상의 극저주파 자기장에 상시노출시 소아백혈병이 유의

하게 증가한다는 보고가 있었다(Mezei G 등, 2008; Dockerty 등, 1998; Linet

등, 1997; Olsen 등, 1993; Feychting M. 등, 1993). 그래서 소아에 대해서만 전

자기장에 대한 발암 등급을 「2B(possibly carcinogenic)」로 분류하고 있다

(IARC, 2002).

결과적으로, 극저주파 자기장이 백혈병, 뇌암, 흑색종, 유방암 등 다양한 암이

발생할 수 있다는 과거 역학연구들은 교란인자를 잘 통제하지 못하는 등의 한

계를 갖고 있다. 일부 역학연구들은 비례사망률(PMR)연구에서 전기공에게 암

의 위험도가 증가한다고 보고되었으나 노출량이나 노출기간에 대한 결과는 제

시하지 못하였다(Kheifets LI 등, 1999; Bracken TD 등, 2009). 비교적 최근의

연구 역시 이러한 문제점을 안고 있으므로, 통계적 유의성을 만족시키지 못하

거나 표본수가 적다거나 질병의 일관성이 떨어진다는 데에 있다. 관련연구에

따라서는 백혈병 또는 뇌종양이 증가하기도 하며(Deltour I 등, 2009) 백혈병도

종류가 다양하게 나타난다. 일부 역학조사에서 긍정적인 결과가 나오는데 반해

동물실험에서는 긍정적인 결과가 아직 확인된 것이 없다. 극저주파에 의한 건

강장해는 백혈병 등 암 이외에 심혈관질환, 생식기계 문제, 자살 및 우울증, 전

신성측색경화증 등이 발생할 가능성이 제기되고 있으나 아직 확정적인 것은 없

으며, 다만 소아에서의 백혈병이 의심되는 것이 가장 유의한 결과로 나타나고

있을 뿐이다(NRPB, 2001; ICNIRP, 2001).


2) 극저주파 자기장의 지역노출량 평가 결과

반도체 제조사업장의 웨이퍼 가공 및 조립라인에서 측정한 지역노출선량은

주로 기기별로 측정거리 3～30 cm 범위에서 측정하였는데, 노출량이 미국

ACGIH기준을 초과하는 경우는 없었지만, 국제비전리방사선방호위원회 기준

(Ceiling limit ; 417 μT)을 초과하는 경우는 일부 장비에서 나타났다. 비교적 고

수준의 노출량을 보인 공정 및 장비로는 웨이퍼 가공라인에서는 확산공정의 가

공장비와 이온주입공정의 High energy 임플란터 및 분전반 전기판넬과 전력케

이블 등 이었고, 조립라인에서는 Front 공정의 칩 접착(die attach) 설비, UV조

사기 및 분전반의 전기설비 등이었다. 웨이퍼 가공라인에서 극저주파 자기장

노출량이 가장 높은 확산공정의 가공장비들과 High energy 임플란터의 노출수

준은 우리가 흔히 가정에서 사용하는 형광등의 3cm거리에서의 수준(40～400 μ

T)과 비슷하였다. 그러나 30cm거리에서는 오히려 더 높았다. 이것은 반도체 제

조공정이 여러 장비가 밀집되어 있어 타 장비로부터의 영향에 기인한 것으로 볼

수 있다(Federal Office for Radiation Safety, Germany. 1999).

Ⅵ. 요약 및 종합 … 127

Ⅵ. 요약 및 종합

본 연구에서는 국내 반도체 제조 사업장 3개소에서 보유하고 있는 5개의 웨

이퍼 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(삼수소

화비소), 포스핀, 실란 등의 유해가스를 포함하여 수십 여종의 화학물질을 이용하

여 웨이퍼를 가공하고 있었으며, 사업장에서 사용하는 물질은 아니지만 포토공정

에서는 벤젠 등 휘발성유기화합물이 부산물로 발생할 수 있었으며, 이온주입공정

에서는 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 구성성분

에는 고분자량 수지, 폴리머 등이 많이 포함되어 있었다. 그리고 고온에서 에폭

시몰딩컴파운드(EMC)와 금형세정제를 취급하는 몰드공정에서는 벤젠, 포름알

데히드를 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 5/100


이상 검출된 물질은 없었다. 백혈병과 관련이 있는 것으로 알려진 물질인 벤젠

의 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 노출기

준(0.5 ppm)의 1/100 미만의 수준이었다. 그리고 웨이퍼 가공라인에서 널리 사

용되는 무기산 및 무기산 가스(HF, HCl, HNO3, H2SO4)의 경우도 그 농도수준

은 노출기준의 1/100 미만의 수준이었다. 한편 웨이퍼 가공 장비의 유지보수

작업시의 아르신(삼수소화비소), 비소 및 그 무기화합물에 대한 노출농도를 평

가해 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, 사이클로헥

사논, 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 노출기준인 1 ppm에 비해 1/100 이하의 수준이었다. 한편 사업장별 공기중 포름알

데히드 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 0.003~0.015ppm이었다. 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, B

Ⅵ. 요약 및 종합 … 129

사 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 실

리카(산화규소)가 함유되어 있어 발암물질인 산화규소결정체의 노출농도를 평

가해 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 모

니터링 자료에 대한 분석결과 주로 유지보수 작업시에 유해물질 감지 알람이

울리는 경우가 많았으며 고농도 수준이 감지된 경우도 있었다. 그러므로 유지

보수 작업을 하는 경우에는 먼저 장비 내의 잔류 물질을 충분히 배기시켜야 하고,

작업시 국소환기설비를 사용하여야 하며, 충분한 작업시간을 가지고 작업절차

에 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 활동

이 클린룸(clean room) 설비 내에서 이루어지고 있었고 공기를 재순환하는 클

린룸 설비의 특성상 생산과정에서 발생하여 국소환기장치를 통해 배출되지 않

은 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, 지역노

출선량은 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, 국제기준

의 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 있

었다. 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 부산

물로 발생 가능하였고, 몰드공정에서는 벤젠, 포름알데히드 등이 부산물로 발생

하고 있었다. 그리고 일부 이온주입장비(high energy 임플란터)의 경우는 전리

방사선 표면선량률이 미국 에너지부 규제기준(10 CFR 835)인 5 μ㏜/h를 초과

하는 경우도 있었다.

따라서 이들 유해요인에 노출될 수 있는 작업에 대해서는 주의 깊은 관리가

필요하였다.

Ⅶ. 권고사항 … 131

Ⅶ. 권고사항

반도체 산업 종사 근로자의 건강보호를 위해 다음과 같은 사항을 검토 또는

보완할 필요가 있다.

1. 물질대체 검토

웨이퍼 가공라인 포토공정에서는 UV에 의한 노광과정에서 벤젠이 부산물로

발생될 수 있는 것이 미국 특허자료에 나와 있으며 이번 연구를 통해서도 확인

되었다. 그리고 조립라인 몰드공정에서 사용하는 EMC(에폭시몰딩컴파운드) 중

에는 벤젠과 포름알데히드가 발생되는 EMC가 있는 것이 실험을 통해 확인되

었으며, 몰드장비의 세정을 위해 사용되는 금형세정제 중에서도 포름알데히드

가 발생되는 금형세정제가 있는 것이 실험을 통해 확인되었다. 물론 이들 물질

을 사용하는 공정에서의 벤젠과 포름알데히드의 농도는 자연환경수준이거나 노

출기준에 3/100 이하의 낮은 수준이었다. 그러나 발암물질이 부산물로 발생되

는 점을 고려한다면 가능한 이러한 물질을 사용하지 않는 것이 바람직할 것이

다. 따라서 이들 공정에서 사용되는 물질을 가능한 벤젠이나, 포름알데히드가

발생되지 않는 물질로 대체할 필요가 있었다.

물론 물질을 대체하는 것은 쉬운 일이 아니며 우리나라 반도체 산업에서 이들

물질을 대체할 수 있는지도 고려해 보아야 할 것이다. 물질에 따라서는 연구개

발을 위해 많은 시간이 필요할 수 있으므로 이를 당장 대체하도록 요구하기는

어렵다. 그러나 사업장에서는 대체가 가능한지, 아니면 연구개발을 위해 시간이

필요한지 혹은 대체 보다는 관리적인 방법을 통해 근로자에게 노출되지 않도록

할 것인지를 신중하게 검토해 보아야 할 것이다.


2. PM(유지보수) 작업에 대한 관리

이온주입장비의 PM 작업은 발암물질인 비소 및 그 무기화합물을 비롯하여

아르신(삼수소화비소), 포스핀 등의 유해물질에도 노출될 수 있는 작업이었다.

그리고 확산, 식각, 증착 공정 등 다른 공정의 경우도 PM 작업을 위해 장비

챔버 등을 여는 경우에는 유해물질에 노출될 수 있다. 따라서 PM 작업 근로자

의 건강보호를 위해서는 장비 내에 잔류하고 있는 물질을 모두 배기하고, 작업시

국소환기장치를 사용하며, 발생 가능한 유해물질의 특성에 적합한 개인보호구

를 착용하는 등 작업자의 유해물질 노출을 최소화하기 위한 조치가 제대로 지

켜져야 할 것이다. 그리고 PM 작업시 근로자가 유해물질의 농도를 실시간으로

확인할 수 있도록 모니터링을 강화할 필요가 있었다. 특히 PM 작업은 협력업

체 근로자를 통해 이루어지는 경우가 많으므로 이들 근로자에 대해서도 교육

및 작업관리가 제대로 이루어져야 할 것이다.

3. 환기체계 검토 및 보완

조립라인 몰드공정은 발암물질인 벤젠과 포름알데히드가 공정중에서 부산물

로 발생되고 있었다. 그러나 이번 연구대상 조립라인은 몰드공정이 인접 공정

들과 공기가 혼합될 수 있는 구조의 환기체계를 가지고 있기 때문에 몰드공정

에서 발생되는 물질이 인접 공정으로 확산될 수 있었다. 따라서 가능한 오염물

질의 확산을 방지하고, 효율적인 환기를 위해서는 몰드공정은 다른 공정과 분리

하여 환기를 할 필요가 있었다.

그리고 몰드공정이나 칩 접착 공정에서 사용하는 경화오븐(cure oven) 등은

오븐의 문을 열 때 휘발성유기화합물이 발생할 수 있으므로 열배기 시설 이외

에 국소환기장치를 설치하여 유해물질 발생을 최소화할 필요가 있다.

Ⅶ. 권고사항 … 133

4. 부산물 노출에 따른 근로자 건강보호

반도체 사업장에서 직접 사용하는 물질은 아니지만 공정 중에서 벤젠, 포름

알데히드, 비소 및 그 무기화합물이 발생할 수 있다. 따라서 사업장에서는 이들

물질이 발생될 수 있는 공정에 대해 주기적인 작업환경측정 및 근로자 특수건

강진단을 실시할 필요가 있다.

5. 방사선 발생장치 취급 근로자의 건강관리

이온주입공정의 이온주입장비(임플란터)와 검사공정에서 사용하는 엑스선형

광분석기는 방사선 발생장치이다. 따라서 이들 장비를 취급하는 근로자에 대해

서는 주기적인 모니터링 및 특수건강진단을 실시할 필요가 있다.

6. 법적 작업환경측정대상 이외의 물질에 대한 관리

반도체 제조 사업장에서 사용하고 있는 물질 중에는 법적인 작업환경측정을

통해 근로자의 노출수준을 관리하도록 규정하고 있는 물질은 아니지만 노출기

준이 설정되어 있는 물질도 있고, 노출기준이 설정되어 있지는 않지만 자극성,

독성 물질 등도 존재한다. 따라서 반도체 제조 사업장에서는 이들 물질에 대해

서도 근로자의 노출을 최소화하도록 노력해야 할 것이다.


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<< 연 구 진 >>

연구기관 : 산업안전보건연구원

<화학물질분야>

연구책임자 : 박승현 (연구위원, 직업환경연구실)

공동연구자 : 신정아 (연 구 원, 직업환경연구실)

이광용 (연 구 원, 직업환경연구실)

박해동 (연 구 원, 직업환경연구실)

이나루 (연구위원, 직업환경연구실)

박현희 (연 구 원, 직업환경연구실)

권지운 (연 구 원, 직업환경연구실)

서회경 (연 구 원, 직업환경연구실)

<방사선분야>

연구책임자 : 정은교 (연구위원, 직업환경연구실)

공동연구자 : 김갑배 (연 구 원, 직업환경연구실)

정광재 (연 구 원, 안전경영정책연구실)

<< 연 구 기 간 >>

2009. 1. 1 ～ 2011. 11. 30

2012-연구원-96

반도체 제조 사업장에 종사하는 근로자의

작업환경 및 유해요인 노출특성 연구

발 행 일 : 2012. 2. 29

발 행 인 : 산업안전보건연구원 원장 박정선

연구책임자 : 직업환경연구실 연구위원 박승현(화학물질분야)

직업환경연구실 연구위원 정은교(방사선분야)

발 행 처 : 한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원

주 소 : (403-711) 인천광역시 부평구 무네미로 478

전 화 : (032) 510 - 0804

F A X : (032) 518 - 0864

Homepage : http://oshri.kosha.or.kr

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