반도체 & 디스플레이 업종에서 사용되는 독성가스 저감시설의 처리효율 측정방법에 관한 연구 A Study on the Destruction or Removal Efficiency of Toxic Gas Reduction Facilities in Semiconductor and Display Industries원문보기
국내에서 독성가스의 사용은 반도체, 디스플레이 및 태양광 등 첨단산업의 발전에 따라 증가하고 있는 추세이다. 최근 5년간 국내 독성가스 소비량 현황을 살펴보면 연평균 12% 정도 증가 추세에 있지만, 아직까지 사용에만 관심이 집중되고 있고, 사후 처리나 안전에는 다소 소홀한 것이 사실이다. 2012년 9월 발생한 구미 불산 누출사고는 이러한 안전관리 부재를 단적으로 보여주는 사례이다. 이 사고로 인하여 정부, 업계 및 학계에서는 화학물질(독성가스) 누출사고 등에 대한 관심을 갖게 되었고, 정부 주도로 화학물질안전관리대책 등이 수립되어 추진되어 왔지만 아직까지 안전관리 사각지대가 많은 실정이다. 본 연구에서는 반도체, 디스플레이 업종에서 사용되는 저감설비에서 배출되는 가스상 물질에 대한 처리효율에 대한 효과적인 측정방법을 개발하는 것이 목적이다. 국립환경과학원과 UNFCCC에서 제시하는 반도체 & 디스플레이 업종에서 사용되는 온실가스 저감시설의 처리효율 측정방법 가이드라인에 대해 실증시험을 통해 맹독성가스 시설에도 오차 범위 내에서 적용 가능한지를 살펴보고 맹독성가스 저감시설에 대한 차별화된 효율성 측정 방법을 제시하였고, 독성가스 사고에 대한 선제적 예방을 위해서 독성가스 저감시설 등 안전설비에 대한 제3자 인증제도 도입의 필요성을 제안하였다.
국내에서 독성가스의 사용은 반도체, 디스플레이 및 태양광 등 첨단산업의 발전에 따라 증가하고 있는 추세이다. 최근 5년간 국내 독성가스 소비량 현황을 살펴보면 연평균 12% 정도 증가 추세에 있지만, 아직까지 사용에만 관심이 집중되고 있고, 사후 처리나 안전에는 다소 소홀한 것이 사실이다. 2012년 9월 발생한 구미 불산 누출사고는 이러한 안전관리 부재를 단적으로 보여주는 사례이다. 이 사고로 인하여 정부, 업계 및 학계에서는 화학물질(독성가스) 누출사고 등에 대한 관심을 갖게 되었고, 정부 주도로 화학물질안전관리대책 등이 수립되어 추진되어 왔지만 아직까지 안전관리 사각지대가 많은 실정이다. 본 연구에서는 반도체, 디스플레이 업종에서 사용되는 저감설비에서 배출되는 가스상 물질에 대한 처리효율에 대한 효과적인 측정방법을 개발하는 것이 목적이다. 국립환경과학원과 UNFCCC에서 제시하는 반도체 & 디스플레이 업종에서 사용되는 온실가스 저감시설의 처리효율 측정방법 가이드라인에 대해 실증시험을 통해 맹독성가스 시설에도 오차 범위 내에서 적용 가능한지를 살펴보고 맹독성가스 저감시설에 대한 차별화된 효율성 측정 방법을 제시하였고, 독성가스 사고에 대한 선제적 예방을 위해서 독성가스 저감시설 등 안전설비에 대한 제3자 인증제도 도입의 필요성을 제안하였다.
The usage of toxic gas in Korea is increasing in the development of high-tech industries such as semiconductors, displays and solar panels. The recent survey of domestic toxic gas consumption indicates an increase in annual average of 12.4 percent, but it is still focused on usage, and it is neglige...
The usage of toxic gas in Korea is increasing in the development of high-tech industries such as semiconductors, displays and solar panels. The recent survey of domestic toxic gas consumption indicates an increase in annual average of 12.4 percent, but it is still focused on usage, and it is negligent in safety and treating the post. In September 2012, an accident occurred in Gu-mi involving hydrofluoric acid leak demonstrates the absence of safety management. Due to the incident, the government, industry and academia have been interested in chemical substances(toxic gas), and the government-led safety management has been established and implemented, but there are still a lot of safety blind spots. The purpose of this study is to develop effective measurement methods for the destruction or removal efficiency of gaseous materials emitted from the Scrubber used in the semiconductor and display industries. Also, this study demonstrated how toxic gas facilities can be applied without error by verification test for the measurement method guideline of the destruction or removal efficiency of the green-house gas reduction facility in the semiconductor and display industries used by the National Institute of Environmental Research and the UNFCCC, and suggested the differentiated measurement methods for toxic gas reduction facilities, and the third party certification for safety facilities is needed to prevent toxic gas accidents.
The usage of toxic gas in Korea is increasing in the development of high-tech industries such as semiconductors, displays and solar panels. The recent survey of domestic toxic gas consumption indicates an increase in annual average of 12.4 percent, but it is still focused on usage, and it is negligent in safety and treating the post. In September 2012, an accident occurred in Gu-mi involving hydrofluoric acid leak demonstrates the absence of safety management. Due to the incident, the government, industry and academia have been interested in chemical substances(toxic gas), and the government-led safety management has been established and implemented, but there are still a lot of safety blind spots. The purpose of this study is to develop effective measurement methods for the destruction or removal efficiency of gaseous materials emitted from the Scrubber used in the semiconductor and display industries. Also, this study demonstrated how toxic gas facilities can be applied without error by verification test for the measurement method guideline of the destruction or removal efficiency of the green-house gas reduction facility in the semiconductor and display industries used by the National Institute of Environmental Research and the UNFCCC, and suggested the differentiated measurement methods for toxic gas reduction facilities, and the third party certification for safety facilities is needed to prevent toxic gas accidents.
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문제 정의
과 국립환경과학원의 반도체 & 디스플레이 업종에서 사용되는 온실가스 저감시설의 처리효율 측정방법 가이드라인(2015년)을 통해 제시하고 있는 저감시설의 제거효율(DRE) 측정 기준. 등 기존 선행연구 및 기준 등을 분석하고 이에 대한 실증시험을 통해 기존 온실가스에 적용되고 있는 제거효율 측정 방법이 독성가스 저감시설에도 오차 범위 내에서 적용이 가능한지를 검증하고자 한다. 이를 통해 기존 가이드라인에서 제시하고 있는 온실가스 제거효율 측정방법이 맹독성 가스에는 적합하지 않음을 도출하고 맹독성가스 저감시설에 대한 차별화된 효율성 측정 방법을 제시하고, 독성가스 사고에 대한 선제적 예방을 위해서 독성가스 저감시설 등 안전설비에 대한 제3자 인증제도 도입의 필요성을 제안하고자 한다.
본 가이드라인은 온실가스에너지 목표관리제 및 온실가스 배출권거래제 시행에 따라 전기전자분야 반도체 & 디스플레이 산업공정에 사용되는 온실가스 저감시설의 효율(DRE Destruction or Removal Efficiency)을 측정하기 위해 마련되었다.
본 연구에서는 국립환경과학원 및 UNFCCC에서 제시하고 있는 반도체 & 디스플레이 업종에서 사용되는 온실기사 저감시설의 처리효율 측정방법 가이드라인을 고찰하고 실증을 통해 측정방법에 대한 대안을 제시하는 등 다음과같은 결론을 얻었다.
본 측정 방법 대안은 기존 국립환경과학원과 UNFCCC의 가이드라인에서 제시하고 있는 샘플링을 응용하여, 반도체 & 디스플레이 산업공정에서 사용되는 온실가스 외 맹독성가스에 대한 저감시설의 처리효율을 측정하기 위해 마련되었다.
등 기존 선행연구 및 기준 등을 분석하고 이에 대한 실증시험을 통해 기존 온실가스에 적용되고 있는 제거효율 측정 방법이 독성가스 저감시설에도 오차 범위 내에서 적용이 가능한지를 검증하고자 한다. 이를 통해 기존 가이드라인에서 제시하고 있는 온실가스 제거효율 측정방법이 맹독성 가스에는 적합하지 않음을 도출하고 맹독성가스 저감시설에 대한 차별화된 효율성 측정 방법을 제시하고, 독성가스 사고에 대한 선제적 예방을 위해서 독성가스 저감시설 등 안전설비에 대한 제3자 인증제도 도입의 필요성을 제안하고자 한다.[1]
제안 방법
5와 같이 독성가스 저감시설의 효율측정에 적합한 구성을 제안하였다. 국립환경가이드라인에서는 QMS와 FT-IR을 병렬로 구성하고 분석한 가스는 대기방출 하는 것으로 구성되었지만, 제시된 대안에서는 QMS와 FT-IR을 직렬로 구성하고 By-Pass를 설치하여 분석 후 가스가 다시 저감시설 전단으로 Return되어 측정방법에 따른 오류를 최소화하여 효율측정의 신뢰성 제고에 기여하였다.
본 측정 가이드라인은 공정설비의 정상생산 공정 중 유입구 및 유출구의 총 유량 측정을 위해 유입구에 Kr 가스를 주입시키고(공정 중 He를 사용하지 않을 경우 Kr 대신 He 가스 사용가능) 저감시설의 유입, 유출구에서 QMS를 이용하여 농도를 측정한다. 그리고, FT-IR을 이용하여 F-GHG 가스의 농도를 측정함으로써 저감시설의 제거효율(DRE)을 측정하는 방식이다.
본 측정 가이드라인은 공정설비의 정상생산 공정 중 유입구 및 유출구의 총 유량 측정을 위해 유입구에 Kr 가스를 주입시키고(공정 중 He를 사용하지 않을 경우 Kr 대신 He 가스 사용가능) 저감시설의 유입, 유출구에서 QMS를 이용하여 농도를 측정한다. 그리고, FT-IR을 이용하여 F-GHG 가스의 농도를 측정함으로써 저감시설의 제거효율(DRE)을 측정하는 방식이다.
본 측정 방법은 정상적인 생산이 이루어지는 공정 중에 측정을 하는 것을 원칙으로 한다. 이 경우 장점은 실제 생산 공정 중에 측정하기 때문에 부산물을 포함한 모든 온실가스에 대한 처리효율을 측정할 수 있다는 것이다.
샘플링 구성도는 국립환경과학원에서 제시한 가이드라인을 응용하여 Fig. 5와 같이 독성가스 저감시설의 효율측정에 적합한 구성을 제안하였다. 국립환경가이드라인에서는 QMS와 FT-IR을 병렬로 구성하고 분석한 가스는 대기방출 하는 것으로 구성되었지만, 제시된 대안에서는 QMS와 FT-IR을 직렬로 구성하고 By-Pass를 설치하여 분석 후 가스가 다시 저감시설 전단으로 Return되어 측정방법에 따른 오류를 최소화하여 효율측정의 신뢰성 제고에 기여하였다.
대상 데이터
본 측정 방법의 핵심은 QMS와 FT-IR 이다. 그 외 다른 장비들도 전체적인 측정의 신뢰도 향상을 위해 필요한 장비들이며, 표준물질과 교정장치에 사용되는 유량제어기는 반드시 공인된 기관의 인증을 필요로 하며, 각각의 인증서는 보고서 제출시 첨부 해야한다.
성능/효과
(1) 100LPM 구간에서는 2개사 모두 기준을 만족하였으나, 대안으로 제시된 방법에는 모두 만족하지 않는 것으로 나타났다.
(2) 기존 국립환경과학원 및 UNFCCC에서 제시하고 있는 저감시설 효율 측정 방법은 독성가스 저감시설의 효율측정에는 적합하지 않기 때문에 본연구에서 제시한 대안을 적용하는 것이 바람직하다.
(2) 대안으로 제시된 방법에서 처리효율이 낮아진다는 것을 볼 때 독성가스 DRE 측정에는 본 연구에서 제시하는 방법이 적합하다는 유추할 수 있다.
국내 Plasma Scrubber 제조사 2개소에 대해 같은 용량의 스크러버를 기준으로 기존 국립환경과학원 제시 가이드라인에 따라 측정한 결과 Fig. 6에서와 같이 유량 100LPM에서는 DRE(처리효율)가 99.9%로 제조사 기준을 모두 만족하는 것으로 나타났으나 200LPM 이상에서는 제조사별로 다소 차이는 있지만 모두 처리가스가 고농도로 올라가면서 급격하게 처리효율이 떨어지는 것으로 확인되었다. 이는 제조사가 제시하는 처리용량(300~500LPM)과 처리효율(99%) 모두 만족하지 못한다는 것으로 나타났다.
기존 방법에 By-Pass를 설치하여 QMS와 FT-IR의 분석 후 가스를 다시 저감시설 전단으로 Return하여 측정하였을 경우 Fig. 7과 같이 시료 2개 모두 전 유량 구간에서 제조사 기준을 만족하지 못하는 것으로 확인되었다.
지역별로 독성가스 사용량은 Fig 1. 에서와 같이 액화가스의 경우 석유화학단지가 밀집한 충청권, 호남권, 영남권 순으로 사용량이 많은 것으로 나타났고, 압축가스의 경우 반도체 및 디스플레이 산업단지가 밀집된 영남권(구미), 충청권(천안), 수도권(파주) 순으로 사용량이 많은 것으로 나타났다.
후속연구
본 측정 가이드라인은 반도체 & 디스플레이 생산 공정 중 증착(CVD)과 식각(ETCH)에 사용되는 각종 온실가스(PFCs, HFCs, SF6 및 N2O 등) 저감시설에 대한 처리효율 측정에 적용할 수 있다.
이번 연구를 통하여 제안한 반도체 & 디스플레이 업종에서 사용되는 독성가스 저감시설의 처리효율 측정방법과 제3자 인증제도가 심도있게 검토되어 첨단 소재산업의 발전과 더불어 예상되는 맹독성 가스 사고를 선제적으로 예방할 수 있기를 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
압축가스의 지역별 사용량 순위는 어떻게 나오는가?
지역별로 독성가스 사용량은 Fig 1. 에서와 같이 액화가스의 경우 석유화학단지가 밀집한 충청권, 호남권, 영남권 순으로 사용량이 많은 것으로 나타났고, 압축가스의 경우 반도체 및 디스플레이 산업단지가 밀집된 영남권(구미), 충청권(천안), 수도권(파주) 순으로 사용량이 많은 것으로 나타났다.
국내에서 독성가스의 사용은 어떠한 추세인가?
국내에서 독성가스의 사용은 반도체, 디스플레이 및 태양광 등 첨단산업의 발전에 따라 증가하고 있는 추세이다. 최근 5년간 국내 독성가스 소비량 현황을 살펴보면 연평균 12% 정도 증가 추세에 있지만, 아직까지 사용에만 관심이 집중되고 있고, 사후 처리나 안전에는 다소 소홀한 것이 사실이다.
온실가스 저감시설의 처리효율 측정방법 가이드라인을 연구해 무엇을 제안하려 하는가?
등 기존 선행연구 및 기준 등을 분석하고 이에 대한 실증시험을 통해 기존 온실가스에 적용되고 있는 제거효율 측정 방법이 독성가스 저감시설에도 오차 범위 내에서 적용이 가능한지를 검증하고자 한다. 이를 통해 기존 가이드라인에서 제시하고 있는 온실가스 제거효율 측정방법이 맹독성 가스에는 적합하지 않음을 도출하고 맹독성가스 저감시설에 대한 차별화된 효율성 측정 방법을 제시하고, 독성가스 사고에 대한 선제적 예방을 위해서 독성가스 저감시설 등 안전설비에 대한 제3자 인증제도 도입의 필요성을 제안하고자 한다.[1]
참고문헌 (6)
Duklim Kim, "A Status of Safety Management of Gases by High Presseure Gas Control Act, and the Trend of Policy",(2014)
KGS, "The Status of Toxic Gas on Use and Domestic Consumption of Toxic Gases", (2017)
KGS, "Accident Staticstics of Toxic Gas", (2017)
IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories VO1. 3 Chapter 6, Electronics Industry Emissions,(2016)
Guideline for Environmental Characterization of Semiconductor Process Equipment-. revision 2 Technology Transfer #06124825BENG International SEMATECH Manufacturing Initiative December 9,(2009)
NIER, A Study on the Destruction or Removal Efficiency of Greenhouse Gases Reduction Facilities in Semiconductor and Display Industries,(2015)
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