반도체 공정에서 발생된 티타늄 혼합 금속분진 폭발특성 및 위험성평가에 관한 연구 A study on the characteristics and risk assessment of titanium metal mixture metal dust explosion in the semiconductor process원문보기
제 목 : 반도체 공정에서 발생된 티타늄 혼합 금속분진 폭발특성 및 위험성평가에 관한 연구
최근 국내에서 발생한 Al, Mg 등의 가연성 금속분진 혼합으로 분진폭발과 관련된 중대사고 진단 결과를 보면 화재 폭발로 제조라인이나 시설 등이 파괴되는 물적피해와 인적사고자의 발생율이 증가하는 경향이 있다. 하지만, 국내에서 분진에 의한 화재폭발 위험의 인식은 해외와 비교할 때, 상대적으로 낮은 수준이라 할 수 있다. 반도체 제조공정에서도 금속분진이 발생되는 공정이 주를 이루고 있음에도 반도체 제조공정에서 발생하는 분진의 혼입에 따른 위험성에 대한 분석과 평가에 대한 연구사례는 확인하기 어렵다.반도체 제조 공정에서 사용되는 집진시설에 대해 분진 화재폭발 사고를 방지하기 위해 화재폭발 방지형 안전장치 및 ...
제 목 : 반도체 공정에서 발생된 티타늄 혼합 금속분진 폭발특성 및 위험성평가에 관한 연구
최근 국내에서 발생한 Al, Mg 등의 가연성 금속분진 혼합으로 분진폭발과 관련된 중대사고 진단 결과를 보면 화재 폭발로 제조라인이나 시설 등이 파괴되는 물적피해와 인적사고자의 발생율이 증가하는 경향이 있다. 하지만, 국내에서 분진에 의한 화재폭발 위험의 인식은 해외와 비교할 때, 상대적으로 낮은 수준이라 할 수 있다. 반도체 제조공정에서도 금속분진이 발생되는 공정이 주를 이루고 있음에도 반도체 제조공정에서 발생하는 분진의 혼입에 따른 위험성에 대한 분석과 평가에 대한 연구사례는 확인하기 어렵다.반도체 제조 공정에서 사용되는 집진시설에 대해 분진 화재폭발 사고를 방지하기 위해 화재폭발 방지형 안전장치 및 집진기를 사용하고 있고, 규정 및 기준도 제정하여 운영되는 등 기준관리에 만전을 기하고 있으나 구체적인 위험성 분석 및 평가를 통해 대책을 마련하고자 하였다. 본 연구에서는 반도체 공정처리 후 발생되는 분진을 제거하기 위해 사용되는 집진설비의 분진 화재폭발에 대한 안전대책을 우선적으로 마련하고 분진폭발에 대한 위험성분석을 통해 안전하고 효율적인 화재폭발 예방대책을 수립하여 반도체 제조공정에서 발생하는 분진폭발에 대한 위험관리 모델을 제시하고자 한다. 첫째, 반도체 제조공정의 분진폭발에 대한 위험성분석은 국내외 선행연구를 조사하였고 실시한 사례는 확인되지 않았다. 본 연구에서는 국제안전규격을 적용하여 반도체 제조공정에서의 분진에 대한 화재폭발 사고방지를 위해 개선점을 검토하고 합리적인 안전대책 마련과 안전수준을 향상하기 위한 제언과 기초자료를 제시하였다. 둘째, 먼저 반도체 제조공정의 집진실에 포집되는 8종의 분진에 대한 화재폭발 위험성을 규명하기 위하여 분진폭발 특성실험을 규정한 EN 국제규격 실험방법으로 조사하고 분진의 성분분석을 검토하였다. 그 결과 8종의 분진은 분진폭발 위험성이 없는 것으로 확인되었고 발생 분진에 의한 공정상의 화재폭발 위험성은 없는 것으로 확인되었다. 또한, 대부분의 분진이 산화된 분진을 포집하는 집진 공정 설비는 안전한 것으로 확인하였다. 셋째, 반도체 제조공정에서 사용되는 금속분진과 그 중 기능성 재료로 사용되는 티타늄의 분진화재 폭발특성을 집중 조사하였다. 현재 반도체 제조공정에서 발생하는 티타늄은 배관을 통해 집진시설로 집진되고 있지 않지만 티타늄이 포함된 가연성 분진을 수동으로 매번 제거하거나 저장하는 것이 오히려 더 위험요인이 존재하여 다른 분진과 함께 처리가 가능한지 분석이 필요하였다. 구체적으로 티타늄 분진을 집진 공정의 비폭발성 분진과 함께 집진하여도 위험성이 없는 지를 조사하기 위하여 “티타늄 및 반도체 제조공정 혼합분진”의 화재폭발 위험성을 선택적으로 평가하였다. 그 결과 폭발이 발생하는 최소농도는 “티타늄 20% + 집진시설 혼합분진 80%”에서 나타났으며 혼합분진에서 20% 이상의 티타늄이 혼합될 때 화재폭발의 위험성이 나타나는 것을 확인하였다. 따라서 티타늄 분진을 비폭발성인 8종의 분진과 함께 집진 처리하는 경우에는 화재폭발 예방대책이 필요한 것으로 확인하였다. 넷째, 반도체 집진 설비에서 “티타늄 20% + 집진시설 혼합분진 80%”의 혼합분진 취급 중에 분진폭발이 발생할 경우 어느 정도의 피해가 예상되는 지를 폭발시뮬레이션을 통해 확인하였다. 현실적인 가정(티타늄 20% + 집진시설 혼합분진 80%)을 고려하여 1일 발생 분진량의 15 kg에서 20%에 해당되는 티타늄, 그 중 폭발효율을 가정할 때, 20% 만이 분진폭발에 관여 하였다는 조건으로 계산한 결과 공정설비와 작업자에 대한 피해가 예상되어 예방대책이 필요한 것으로 확인하였다(폭발효율을 고려한 시뮬레이션 설정 : 1일발생 분진 15 kg 중 티타늄 성분 20%(3 kg), 티타늄 20% 중 20%인 600 g 폭발 가정). 다섯째, 집진시설에 대한 현장조사를 통하여 공정설비의 안전상의 미비점을 검토하였다. 진공청소기, 사이클론, 백필터, 배기설비 등 설비측면에서 안전상의 개선이 요구되는 사항과 공정설비의 분진 방폭 설계가 미비하거나 부적절하게 설계된 경우와 기타 안전상의 개선이 필요한 사항에 대하여 개선대책을 제시하였다. 본 연구를 통해 얻어진 반도체 제조공정에서의 금속 혼합분진의 폭발위험성 실험데이터는 집진설비의 설계와 시공 및 운영에 많은 도움이 될 것으로 사료된다. 또한 제조현장의 안전설비 설치기준 등이 보완되고 금속분진 혼합에 따른 폭발위험이 사전에 제거되어 분진 및 화재폭발시 피해를 최소화하는데 기여하기를 기대한다.
중심어 : 티타늄 혼합분진, 반도체 제조, 최소폭발농도, 최대폭발압력, 최대폭발압력속도, 분진폭발지수
제 목 : 반도체 공정에서 발생된 티타늄 혼합 금속분진 폭발특성 및 위험성평가에 관한 연구
최근 국내에서 발생한 Al, Mg 등의 가연성 금속분진 혼합으로 분진폭발과 관련된 중대사고 진단 결과를 보면 화재 폭발로 제조라인이나 시설 등이 파괴되는 물적피해와 인적사고자의 발생율이 증가하는 경향이 있다. 하지만, 국내에서 분진에 의한 화재폭발 위험의 인식은 해외와 비교할 때, 상대적으로 낮은 수준이라 할 수 있다. 반도체 제조공정에서도 금속분진이 발생되는 공정이 주를 이루고 있음에도 반도체 제조공정에서 발생하는 분진의 혼입에 따른 위험성에 대한 분석과 평가에 대한 연구사례는 확인하기 어렵다.반도체 제조 공정에서 사용되는 집진시설에 대해 분진 화재폭발 사고를 방지하기 위해 화재폭발 방지형 안전장치 및 집진기를 사용하고 있고, 규정 및 기준도 제정하여 운영되는 등 기준관리에 만전을 기하고 있으나 구체적인 위험성 분석 및 평가를 통해 대책을 마련하고자 하였다. 본 연구에서는 반도체 공정처리 후 발생되는 분진을 제거하기 위해 사용되는 집진설비의 분진 화재폭발에 대한 안전대책을 우선적으로 마련하고 분진폭발에 대한 위험성분석을 통해 안전하고 효율적인 화재폭발 예방대책을 수립하여 반도체 제조공정에서 발생하는 분진폭발에 대한 위험관리 모델을 제시하고자 한다. 첫째, 반도체 제조공정의 분진폭발에 대한 위험성분석은 국내외 선행연구를 조사하였고 실시한 사례는 확인되지 않았다. 본 연구에서는 국제안전규격을 적용하여 반도체 제조공정에서의 분진에 대한 화재폭발 사고방지를 위해 개선점을 검토하고 합리적인 안전대책 마련과 안전수준을 향상하기 위한 제언과 기초자료를 제시하였다. 둘째, 먼저 반도체 제조공정의 집진실에 포집되는 8종의 분진에 대한 화재폭발 위험성을 규명하기 위하여 분진폭발 특성실험을 규정한 EN 국제규격 실험방법으로 조사하고 분진의 성분분석을 검토하였다. 그 결과 8종의 분진은 분진폭발 위험성이 없는 것으로 확인되었고 발생 분진에 의한 공정상의 화재폭발 위험성은 없는 것으로 확인되었다. 또한, 대부분의 분진이 산화된 분진을 포집하는 집진 공정 설비는 안전한 것으로 확인하였다. 셋째, 반도체 제조공정에서 사용되는 금속분진과 그 중 기능성 재료로 사용되는 티타늄의 분진화재 폭발특성을 집중 조사하였다. 현재 반도체 제조공정에서 발생하는 티타늄은 배관을 통해 집진시설로 집진되고 있지 않지만 티타늄이 포함된 가연성 분진을 수동으로 매번 제거하거나 저장하는 것이 오히려 더 위험요인이 존재하여 다른 분진과 함께 처리가 가능한지 분석이 필요하였다. 구체적으로 티타늄 분진을 집진 공정의 비폭발성 분진과 함께 집진하여도 위험성이 없는 지를 조사하기 위하여 “티타늄 및 반도체 제조공정 혼합분진”의 화재폭발 위험성을 선택적으로 평가하였다. 그 결과 폭발이 발생하는 최소농도는 “티타늄 20% + 집진시설 혼합분진 80%”에서 나타났으며 혼합분진에서 20% 이상의 티타늄이 혼합될 때 화재폭발의 위험성이 나타나는 것을 확인하였다. 따라서 티타늄 분진을 비폭발성인 8종의 분진과 함께 집진 처리하는 경우에는 화재폭발 예방대책이 필요한 것으로 확인하였다. 넷째, 반도체 집진 설비에서 “티타늄 20% + 집진시설 혼합분진 80%”의 혼합분진 취급 중에 분진폭발이 발생할 경우 어느 정도의 피해가 예상되는 지를 폭발시뮬레이션을 통해 확인하였다. 현실적인 가정(티타늄 20% + 집진시설 혼합분진 80%)을 고려하여 1일 발생 분진량의 15 kg에서 20%에 해당되는 티타늄, 그 중 폭발효율을 가정할 때, 20% 만이 분진폭발에 관여 하였다는 조건으로 계산한 결과 공정설비와 작업자에 대한 피해가 예상되어 예방대책이 필요한 것으로 확인하였다(폭발효율을 고려한 시뮬레이션 설정 : 1일발생 분진 15 kg 중 티타늄 성분 20%(3 kg), 티타늄 20% 중 20%인 600 g 폭발 가정). 다섯째, 집진시설에 대한 현장조사를 통하여 공정설비의 안전상의 미비점을 검토하였다. 진공청소기, 사이클론, 백필터, 배기설비 등 설비측면에서 안전상의 개선이 요구되는 사항과 공정설비의 분진 방폭 설계가 미비하거나 부적절하게 설계된 경우와 기타 안전상의 개선이 필요한 사항에 대하여 개선대책을 제시하였다. 본 연구를 통해 얻어진 반도체 제조공정에서의 금속 혼합분진의 폭발위험성 실험데이터는 집진설비의 설계와 시공 및 운영에 많은 도움이 될 것으로 사료된다. 또한 제조현장의 안전설비 설치기준 등이 보완되고 금속분진 혼합에 따른 폭발위험이 사전에 제거되어 분진 및 화재폭발시 피해를 최소화하는데 기여하기를 기대한다.
중심어 : 티타늄 혼합분진, 반도체 제조, 최소폭발농도, 최대폭발압력, 최대폭발압력속도, 분진폭발지수
A Study on the Characteristics and Risk Assessment of Titanium Metal Mixture Metal Dust Explosion in the Semiconductor Process
Park, Chang Sup (Supervisor Kim, Chan O) Dept. of Safety Engineering Graduate School Seoul National University of Science and Tec...
Abstract
A Study on the Characteristics and Risk Assessment of Titanium Metal Mixture Metal Dust Explosion in the Semiconductor Process
Park, Chang Sup (Supervisor Kim, Chan O) Dept. of Safety Engineering Graduate School Seoul National University of Science and Technology
In recent years, due to the mixture of combustible metal dust such as Al, Mg and etc., there is a tendency to increase the occurrence rate of human accidents and physical damage caused by the fire explosion that destroys the manufacturing lines and facilities. Currently, the generated titanium and aluminum dust during the semiconductor process are not collected through the piping. Despite that the dust collection facilities and the explosion prevention type safety device are used to prevent dust fire explosion accident in semiconductor manufacturing process, the perception of the risk of fire explosion due to the dust in Korea is relatively low compared to other countries. In addition, there were just few studies on the risk analysis and evaluation regarding the inclusion of the metal. Although regulations and standards are already established, we try to make every effort to manage and reinforce the standards by specific risk analysis and estimation. In this study, we suggest a risk management model for dust explosion in semiconductor manufacturing process by establishing safe and efficient fire explosion prevention measures through risk analysis for dust explosion. To do so, we made safety measures for dust explosion of dust collection facilities to remove dust effectively. Firstly, we reviewed the improvement of fire explosion accidents prevention caused by the generated dust in the semiconductor processes by applying international safety standards. Based on the review, we propose fundamental data to improve safety measures and level. Secondly, in order to investigate the risk of fire explosion of eight types of dust collected in the dust collector, we characterized the composition of the dust by following the EN International Standard Test method which is used for the dust explosion test. The characterization confirmed that there was no risk of dust explosion and fire explosion with the dusts. Thus, the dust collection process facility is safe during dust collection. Thirdly, the explosion characteristics of metal dust such as titanium contained powder that used in semiconductor process were investigated intensively. Specifically, the risk of fire explosion of titanium and other semiconductor dust mixture was selectively evaluated to investigate the risk of titanium dust collection with non-explosive dust in the dust collection process. The minimum concentration of explosion was 20% of titanium dust and 80% of other non-explosive dust. So, it was turned out that the fire explosion occurs if the titanium dust is more than 20%. The result made the point that it is necessary to prevent fire explosion in case of collecting titanium dust with 8 types of non-explosive dust. Fourthly, explosion simulation was carried out to figure out how much damage is expected to occur in the case of dust explosion during the handling of mixed dust of 20% titanium and 80% dust in semiconductor dust collection facilities. We assumed 15 Kg for the total generated daily dust weight and only 20% of Titanium dust involved in the fire explosion. It means the 600 g of titanium dust exploded considering the explosion efficiency of titanium component. In other words, only 20% of total titanium component weight, which is equivalent to 20% of the daily amount of dust generated, is involved in the dust explosion. The result of the calculation with the set condition confirmed that the fire explosion causes damage to the processing facility and the worker. So the preventive measures are mandatory. Finally, the safety of the process facilities was examined by field investigation of the dust collection facilities. In this paper, we propose safety improvement solutions for vacuum cleaner, cyclone, back filter, exhaust equipment, etc. Especially, we suggest the safety measures improvement solutions for the process equipment that have improper design, rack of explosion prevention and other safety issues. We are sure that the experimental data on the explosion risk of metal mixed dust in the semiconductor manufacturing process discussed in this study is very useful for the design, construction and operation of dust collection facilities. In addition, We expect that the improving the safety facility installation standards of the manufacturing site and eliminating the explosion risk due to the mixture of metal dust based on our study minimize the damage in case of dust and fire explosion.
Keywords : Titanium-Containing Metal Dust, Semiconductor Manufacturing Process, Minimum Explosion Concentration, Maximum Explosion Pressure, Maximum Explosion Pressure Rate, Dust Explosion Index
Abstract
A Study on the Characteristics and Risk Assessment of Titanium Metal Mixture Metal Dust Explosion in the Semiconductor Process
Park, Chang Sup (Supervisor Kim, Chan O) Dept. of Safety Engineering Graduate School Seoul National University of Science and Technology
In recent years, due to the mixture of combustible metal dust such as Al, Mg and etc., there is a tendency to increase the occurrence rate of human accidents and physical damage caused by the fire explosion that destroys the manufacturing lines and facilities. Currently, the generated titanium and aluminum dust during the semiconductor process are not collected through the piping. Despite that the dust collection facilities and the explosion prevention type safety device are used to prevent dust fire explosion accident in semiconductor manufacturing process, the perception of the risk of fire explosion due to the dust in Korea is relatively low compared to other countries. In addition, there were just few studies on the risk analysis and evaluation regarding the inclusion of the metal. Although regulations and standards are already established, we try to make every effort to manage and reinforce the standards by specific risk analysis and estimation. In this study, we suggest a risk management model for dust explosion in semiconductor manufacturing process by establishing safe and efficient fire explosion prevention measures through risk analysis for dust explosion. To do so, we made safety measures for dust explosion of dust collection facilities to remove dust effectively. Firstly, we reviewed the improvement of fire explosion accidents prevention caused by the generated dust in the semiconductor processes by applying international safety standards. Based on the review, we propose fundamental data to improve safety measures and level. Secondly, in order to investigate the risk of fire explosion of eight types of dust collected in the dust collector, we characterized the composition of the dust by following the EN International Standard Test method which is used for the dust explosion test. The characterization confirmed that there was no risk of dust explosion and fire explosion with the dusts. Thus, the dust collection process facility is safe during dust collection. Thirdly, the explosion characteristics of metal dust such as titanium contained powder that used in semiconductor process were investigated intensively. Specifically, the risk of fire explosion of titanium and other semiconductor dust mixture was selectively evaluated to investigate the risk of titanium dust collection with non-explosive dust in the dust collection process. The minimum concentration of explosion was 20% of titanium dust and 80% of other non-explosive dust. So, it was turned out that the fire explosion occurs if the titanium dust is more than 20%. The result made the point that it is necessary to prevent fire explosion in case of collecting titanium dust with 8 types of non-explosive dust. Fourthly, explosion simulation was carried out to figure out how much damage is expected to occur in the case of dust explosion during the handling of mixed dust of 20% titanium and 80% dust in semiconductor dust collection facilities. We assumed 15 Kg for the total generated daily dust weight and only 20% of Titanium dust involved in the fire explosion. It means the 600 g of titanium dust exploded considering the explosion efficiency of titanium component. In other words, only 20% of total titanium component weight, which is equivalent to 20% of the daily amount of dust generated, is involved in the dust explosion. The result of the calculation with the set condition confirmed that the fire explosion causes damage to the processing facility and the worker. So the preventive measures are mandatory. Finally, the safety of the process facilities was examined by field investigation of the dust collection facilities. In this paper, we propose safety improvement solutions for vacuum cleaner, cyclone, back filter, exhaust equipment, etc. Especially, we suggest the safety measures improvement solutions for the process equipment that have improper design, rack of explosion prevention and other safety issues. We are sure that the experimental data on the explosion risk of metal mixed dust in the semiconductor manufacturing process discussed in this study is very useful for the design, construction and operation of dust collection facilities. In addition, We expect that the improving the safety facility installation standards of the manufacturing site and eliminating the explosion risk due to the mixture of metal dust based on our study minimize the damage in case of dust and fire explosion.
Keywords : Titanium-Containing Metal Dust, Semiconductor Manufacturing Process, Minimum Explosion Concentration, Maximum Explosion Pressure, Maximum Explosion Pressure Rate, Dust Explosion Index
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