[논문]반도체 조립공정의 화학물질 노출특성 및 작업환경관리

박승현; 박해동; 신인재

doi:10.15269/jksoeh.2014.24.3.272

반도체 조립공정의 화학물질 노출특성 및 작업환경관리
Exposure Characteristics for Chemical Substances and Work Environmental Management in the Semiconductor Assembly Process 원문보기

한국산업위생학회지 = Journal of Korean Society of Occupational and environmental hygiene, v.24 no.3, 2014년, pp.272 - 280

박승현 (한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원) , 박해동 (한국산업안전보건공단 산업안전보건연구원) , 신인재 (고용노동부 서울지방고용노동청)

Abstract ▼ AI-Helper

Objectives: The purpose of this study was to evaluate the characteristics of worker exposure to hazardous chemical substances and propose the direction of work environment management for protecting worker's health in the semiconductor assembly process. Methods: Four assembly lines at two semiconductor manufacturing companies were selected for this study. We investigated the types of chemicals that were used and generated during the assembly process, and evaluated the workers' exposure levels to hazardous chemicals such as benzene and formaldehyde and the current work environment management in the semiconductor assembly process. Results: Most of the chemicals used at the assembly process are complex mixtures with high molecular weight such as adhesives and epoxy molding compounds(EMCs). These complex mixtures are stable when they are used at room temperature. However workers can be exposed to volatile organic compounds(VOCs) such as benzene and formaldehyde when they are used at high temperature over $100^{\circ}C$. The concentration levels of benzene and formaldehyde in chip molding process were higher than other processes. The reason was that by-products were generated during the mold process due to thermal decomposition of EMC and machine cleaner at the process temperature($180^{\circ}C$). Conclusions: Most of the employees working at semiconductor assembly process are exposed directly or indirectly to various chemicals. Although the concentration levels are very lower than occupational exposure limits, workers can be exposed to carcinogens such as benzene and formaldehyde. Therefore, workers employed in the semiconductor assembly process should be informed of these exposure characteristics.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

, 2012). 따라서 몰드공정에서 2차적으로 발생 가능한 휘발성유기화합물을 관련 문헌을 기초로 정리하였다.
포름알데히드는 탄소, 수소, 산소로 구성된 가장 기초적인 물질로 반도체 조립라인 각종 공정에서 부산물로 발생될 수 있는 물질이라 볼 수 있다. 따라서 이번 연구에서는 몰드 공정 등을 중심으로 포름알데히드에 대한 노출수준 평가를 실시하였다. 포름알데히드의 노출수준 평가를 위해 EPA TO-11A 및 NIOSH 2016 방법을 참고하여 2,4-DNPH가 코팅된 실리카겔관을 개인시료채취기(ESCORT ELF, MSA, USA)에 연결하여 1 Lpm의 유량으로 6시간 시료를 채취하였으며, HPLC (Acquity UPLC system, Waters, USA)를 이용하여 시료를 분석하였다(EPA, 1999; NIOSH, 2003).
이에 고용노동부에서는 관계전문가 회의를 거쳐 동 연구원에서 백혈병 등 림프조혈기계암에 대한 장기간에 걸친 역학조사 연구와 반도체 사업장 근로자의 건강장해 예방을 위해 반도체 공정별로 유해요인 노출특성 연구를 수행하도록 하였다(OSHRI, 2012). 본 연구는 반도체 제조공정 중에서 조립(Assembly) 공정에서 노출 가능한 유해요인을 중심으로 근로자 노출특성을 파악하였다.

제안 방법

반도체 조립라인에서 사용하고 있거나 생산과정에서 2차적으로 발생 가능한 화학물질 가운데 발암성물질인 벤젠과 포름알데히드를 대상으로 노출농도 평가를 실시하였다. 노출농도 평가는 개인시료채취와 지역시료채취를 병행하였다. 개인시료채취는 화학물질의 노출 가능성이 높은 몰드공정, 칩 접착(Die attach) 공정 등을 대상으로 공정별로 2~4명의 근로자에 대해 실시하였다.
몰드공정은 복합물질로 구성된 수지를 175~185℃의 온도로 가온하기 때문에 VOCs의 발생이 가능하며, 120~180℃ 정도에서 경화(Cure) 작업이 이루어지므로 VOCs의 발생이 가능하다. 따라서 이들 공정을 포함하여 VOCs가 발생 가능한 공정을 대상으로 공기 중 벤젠 노출농도를 평가하였다. 벤젠 농도 평가를 위해 ISO 규격 16017-1을 참고하여 열탈착관을 개인시료채취기(Gilian LFS-113DC, Sensidyne, USA)에 연결하여 0.
반도체 조립라인 근로자 건강보호를 위한 작업환경관리 방안을 검토하기 위해 근로자의 작업내용, 작업방법, 환기상태 등에 대한 실태를 파악하였다. 이를 위해 반도체 제조 사업장별로 근로자의 업무내용, 취급물질, 작업방법 등에 대한 기초조사를 요청하였으며, 제출된 기초조사 내용을 참고로 반도체 조립라인을 방문하여 관리자 및 근로자와의 면담, 작업내용에 대한 관찰 등을 통해 작업환경실태를 파악하였다.
반도체 조립라인에서 사용하고 있거나 생산과정에서 2차적으로 발생 가능한 화학물질 가운데 발암성물질인 벤젠과 포름알데히드를 대상으로 노출농도 평가를 실시하였다. 노출농도 평가는 개인시료채취와 지역시료채취를 병행하였다.
반도체 조립라인에서 휘발성유기화합물(Volatile Organic Compounds, VOCs)의 노출이 가능한 칩 접착(Die attach) 공정, 몰드(Mold) 공정 등을 대상으로 공기 중 벤젠 노출농도를 평가하였다. 칩 접착공정은 접착제와 유기용제를 사용하는 공정이며, 120~180℃의 온도범위에서 접착제를 경화시켜주는 과정에서도 VOCs이 발생 가능하다.
따라서 이들 공정을 포함하여 VOCs가 발생 가능한 공정을 대상으로 공기 중 벤젠 노출농도를 평가하였다. 벤젠 농도 평가를 위해 ISO 규격 16017-1을 참고하여 열탈착관을 개인시료채취기(Gilian LFS-113DC, Sensidyne, USA)에 연결하여 0.1 Lpm의 유량으로 6시간 시료채취를 하였으며, 시료는 열탈착시스템(TDS3, Gerstel, Germany)을 통해 탈착한 후 가스크로마토그래피/질량분석기(6890N-5973 Mass Selective Detector, Agilent Technologies, USA)를 이용하여 분석하였다(ISO, 2000). 시료중의 벤젠 함유여부에 대한 확인을 위해 가스크로마토그래피/ 질량분석기에서 제공하는 정성분석 데이터베이스(Wiley 7n.
사업장별로 반도체 조립라인 각 공정별로 취급하는 물질 및 물질별 세부적인 구성성분 및 함량 정보 등을 파악하였다. 이를 위해 각 사업장의 협조를 얻어 공정별 사용물질에 대해 구성성분, 함량 정보 등을 파악했으며, 구성성분이 명확하지 않는 등 추가적인 정보가 필요한 경우는 성분확인을 위해 물질안전보건자료(MSDS)를 추가로 검토하였다.
사업장별로 반도체 조립라인 각 공정별로 취급하는 물질 및 물질별 세부적인 구성성분 및 함량 정보 등을 파악하였다. 이를 위해 각 사업장의 협조를 얻어 공정별 사용물질에 대해 구성성분, 함량 정보 등을 파악했으며, 구성성분이 명확하지 않는 등 추가적인 정보가 필요한 경우는 성분확인을 위해 물질안전보건자료(MSDS)를 추가로 검토하였다.
반도체 조립라인 근로자 건강보호를 위한 작업환경관리 방안을 검토하기 위해 근로자의 작업내용, 작업방법, 환기상태 등에 대한 실태를 파악하였다. 이를 위해 반도체 제조 사업장별로 근로자의 업무내용, 취급물질, 작업방법 등에 대한 기초조사를 요청하였으며, 제출된 기초조사 내용을 참고로 반도체 조립라인을 방문하여 관리자 및 근로자와의 면담, 작업내용에 대한 관찰 등을 통해 작업환경실태를 파악하였다.
개인시료채취는 화학물질의 노출 가능성이 높은 몰드공정, 칩 접착(Die attach) 공정 등을 대상으로 공정별로 2~4명의 근로자에 대해 실시하였다. 지역시료의 경우는 유해물질이 발생될 수 있는 제품 투입구, 오븐 상단 등 근로자가 노출 가능한 위치에서 평가를 하였고 이와 함께 각 공정별 전반적인 농도 평가가 가능하도록 공정별 장비상단(주로 호흡기 위치에서)에 일정 간격으로 배치하여 측정하였다.
따라서 이번 연구에서는 몰드 공정 등을 중심으로 포름알데히드에 대한 노출수준 평가를 실시하였다. 포름알데히드의 노출수준 평가를 위해 EPA TO-11A 및 NIOSH 2016 방법을 참고하여 2,4-DNPH가 코팅된 실리카겔관을 개인시료채취기(ESCORT ELF, MSA, USA)에 연결하여 1 Lpm의 유량으로 6시간 시료를 채취하였으며, HPLC (Acquity UPLC system, Waters, USA)를 이용하여 시료를 분석하였다(EPA, 1999; NIOSH, 2003).

대상 데이터

노출농도 평가는 개인시료채취와 지역시료채취를 병행하였다. 개인시료채취는 화학물질의 노출 가능성이 높은 몰드공정, 칩 접착(Die attach) 공정 등을 대상으로 공정별로 2~4명의 근로자에 대해 실시하였다. 지역시료의 경우는 유해물질이 발생될 수 있는 제품 투입구, 오븐 상단 등 근로자가 노출 가능한 위치에서 평가를 하였고 이와 함께 각 공정별 전반적인 농도 평가가 가능하도록 공정별 장비상단(주로 호흡기 위치에서)에 일정 간격으로 배치하여 측정하였다.

데이터처리

1 Lpm의 유량으로 6시간 시료채취를 하였으며, 시료는 열탈착시스템(TDS3, Gerstel, Germany)을 통해 탈착한 후 가스크로마토그래피/질량분석기(6890N-5973 Mass Selective Detector, Agilent Technologies, USA)를 이용하여 분석하였다(ISO, 2000). 시료중의 벤젠 함유여부에 대한 확인을 위해 가스크로마토그래피/ 질량분석기에서 제공하는 정성분석 데이터베이스(Wiley 7n.1)를 이용하여 정성분석(Quality 90% 이상)을 실시하였고 이에 더해 벤젠 표준시약을 이용한 머무름시간 확인을 통해 추가적인 정성분석을 실시한 후 검량선을 작성하여 정량분석을 실시하였다.

성능/효과

결론적으로 반도체 조립라인은 칩 접착, 몰드공정 등 여러 공정에서 수십 여종의 물질을 취급하고 있었고 생산과정에서도 열분해 물질 등이 2차적으로 발생되고 있었으나 공기 중 농도는 노출기준에 비해 매우 낮은 수준이었다. 이는 조립라인에서 사용하는 물질이 주로 고분자량의 폴리머나 수지 등인 관계로 취급 물질에 의한 직접적인 영향이 적고 열분해 물질이 발생하더라도 대부분 생산장비 내에서 발생하고 국소배기장치를 통해 배출되고 있어 공기 중 농도가 낮았을 것으로 판단된다.
벤젠과 포름알데히드가 부산물로 발생할 수 있는 몰드공정을 중심으로 벤젠과 포름알데히드의 농도를 평가해 본 결과 벤젠의 농도는 0.0002~0.0099 ppm으로 우리나라 노출기준인 1 ppm의 1/100 이하의 수준이었고, 포름알데히드의 농도는 0.003~0.015 ppm으로 우리나라 노출기준인 0.5 ppm의 3/100 이하의 수준이었다.
이번 연구에서는 부산물이 발생하는 것으로 확인된 몰드공정을 중심으로 공기 중 벤젠농도를 평가해 보았으며 평가결과 일부 조립라인 몰드공정의 벤젠농도(Table 5)는 옥외에서 측정한 벤젠농도(0.00031~0.00037 ppm) 보다 높았다(p<0.05).
이번 연구에서는 포름알데히드가 부산물로 발생할 수 있는 몰드공정을 중심으로 공기 중 포름알데히드 농도를 평가해 보았으며 평가결과 일부 조립라인 몰드공정의 포름알데히드 농도(Table 6)는 옥외에서 측정한 포름알데히드 농도(0.002~0.005 ppm) 보다 높았다(p<0.05).

후속연구

고온의 테스트 과정에서 휘발성 유기화합물이나 열적 부산물이 발생할 수 있으므로 모든 열적테스트 설비에는 국소배기장치가 갖추어져 있어야 한다. 그리고 테스트 설비는 밀폐구조로 이루어져서 테스트 동안에는 외부로 휘발성물질이 발생되지 않도록 하고, 테스트가 종료된 이후에도 챔버내에서 발생된 휘발성 유기물질 등이 충분히 배기된 후에 장비문이 열리도록 하여야 할 것이다.
이는 조립라인에서 사용하는 물질이 주로 고분자량의 폴리머나 수지 등인 관계로 취급 물질에 의한 직접적인 영향이 적고 열분해 물질이 발생하더라도 대부분 생산장비 내에서 발생하고 국소배기장치를 통해 배출되고 있어 공기 중 농도가 낮았을 것으로 판단된다. 다만 열분해 물질중에는 벤젠과 포름알데히드 등의 발암물질이 포함되어 있으므로 불량이 발생되거나 단위 작업이 종료되어 작업자가 장비커버나 문을 열 때에는 일부 발암물질에 노출될 수 있음을 알아야 할 것이다. 따라서 반도체 제조 사업장에서는 이러한 유해물질 노출특성을 이해하고 작업환경관리를 하여야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	반도체를 제조하는 공정은 크게 어떻게 나뉠 수 있는가?	반도체는 다양한 단위 공정을 통해 제조되며 크게는 웨이퍼를 가공(Wafer fabrication, fab)하는 공정과 가공된 웨이퍼를 개개의 칩 단위로 조립(Assembly)하는 조립공정으로 구분할 수 있다. 그리고 각 공정은 다시 여러 단계의 복잡한 하부 공정들로 이루어져 있다(ACGIH, 1987; Williams & Baldwin, 1995; Bolmen, 1998; ILO, 1998; Claussen et al.
	반도체의 조립라인은 어떻게 구성되어 있는가?	조립라인은 가공라인(Fab)에서 가공된 웨이퍼를 낱개의 칩으로 자르는 웨이퍼 절단(Wafer saw) 공정, 잘려진 칩을 리드프레임(Lead frame) 등과 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 열적스트레스를 주면서 테스트하는 공정 등으로 구성되어 있다(Williams & Baldwin, 1995; Sato, 2004; OSHA, 2005; OSHRI, 2012). 조립라인은 가공라인과 같이 많은 종류의 화학물질이 사용되지는 않으나 칩 접착, 몰드공정 등에서 작업자들이 에폭시수지, 경화제, 충진제, 유기용제 등에 노출될 수 있는 것으로 알려져 있다(OSHA, 2005).
	고용노동부에서 반도체 공정별로 유해요인 노출특성 연구를 수행한 이유는?	2007년 국내 반도체 제조 사업장에서 백혈병 환자가 발생하여 산업안전보건연구원에서 역학조사를 실시하였으며 그 결과 백혈병 위험도는 일반인구와 차이가 없었으나 비호지킨림프종 표준화암등록비는 생산직 여성근로자에서 유의하게 높았다(Kim et al., 2011; Lee et al.

참고문헌 (20)

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Bolmen RA, editor. Semiconductor safety handbook: Safety and health in the semiconductor industry. New Jersey: Westwood; 1998
Claussen W, Lorenz B, Penner K, Vogt M, Sperlich HP, inventors; Siemens Aktiengesellschaft, assignee. Method for fabricating a semiconductor structure. United States Patent US 6245640. 2001 Jun 12
Environmental Protection Agency(EPA). Compendium Method TO-11A: Determination of formaldehyde in ambient air using adsorbent cartridge followed by high performance liquid chromatography(HPLC). EPA; 1999
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International Labour Organization(ILO). Encyclopedia of occupational health and safety. 4th ed. Geneva, ILO; 1998
International Standardization Organization(ISO). Indoor, ambient and workplace air - Sampling and analysis of volatile organic compounds by sorbent tube/thermal desorption/capillary gas chromatography - Part 1: Pumped sampling. ISO 16017-1, 2000
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Lee HE, Kim EA, Park JS, Kang SK. Cancer mortality and incidence in Korean semiconductor workers. Saf Health Work 2011;2:135-47

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National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). NIOSH manual of analytical methods (2003): No 2016 [cited 2014 May 26]; Available at http://www.cdc.gov/niosh
Occupational Safety and Health Administration(OSHA). Semiconductors 2005. [cited 2014 May 26]; Available at http://www.osha.gov/SLTC/semiconductors/ index.html
Occupational Safety and Health Research Institute (OSHRI). Characteristics of worker's exposure to hazardous agents in semiconductor manufacturing industry. OSHRI 2012-96, 2012
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Sato A. inventor; Seiko Epson Corporation, assignee. Method of manufacturing semiconductor device, molding device for semiconductor device, and semiconductor device. United States Patent US 6821822. 2004 Nov 23
Sherer JM. Semiconductor industry: Wafer fab exhaust management. Florida: Boca Raton; 2005
Williams ME and Baldwin DG. Semiconductor industrial hygiene handbook: Monitoring, ventilation, equipment and ergonomics. New Jersey: Park Ridge; 1995
Wu CL, Su SB, Chen JL, Lin HJ, Guo HR. Mortality from dermal exposure to tetramethylammonium hydroxide. J Occup health 2008;50;99-102

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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