반도체 사업장 안전관리가 어려운 이유는, 공정 하나하나가 서로 다른 화학물질과 설비를 쓰는 사실상 별개의 작업이기 때문입니다. 고용노동부와 안전보건공단이 발간한 「반도체 사업장 현장실습생을 위한 건강관리 길잡이」를 바탕으로, 웨이퍼 가공부터 칩 조립까지 전체 공정의 유해요인과 건강관리 핵심을 정리했습니다.
1. 반도체 제조공정 개요
반도체 제조는 크게 웨이퍼 가공(FAB)과 칩 조립 두 단계로 나뉩니다.
- 웨이퍼 가공(FAB) — 웨이퍼 표면에 막을 형성하거나 마스크로 회로를 그려 넣고, 특정 부분을 선택적으로 깎아내는 과정을 반복해 전자회로를 구성하는 단계
- 칩 조립 — 가공이 끝난 웨이퍼를 개개의 칩으로 잘라 회로기판에 붙이고, 각종 테스트를 거쳐 완제품을 만드는 단계
2. 웨이퍼 가공(FAB) 공정별 유해요인
① 확산공정(diffusion)
고온의 전기로에서 웨이퍼 표면에 불순물을 주입해 막을 형성하는 공정입니다. 암모니아·아르신(삼수소화비소)·포스핀·불소·수소 등을 사용하며, PM(정비)작업 시 챔버 내 잔류가스·부산물에 노출될 수 있어 충분히 배기한 후 국소배기장치가 가동되는 상태에서 작업해야 합니다.
② 포토공정(photolithography)
포토레지스트(PR)를 도포하고 자외선을 쬐어 회로 패턴을 만드는 공정입니다. PR에 포함된 유기용제(2-헵타논, IPA, PGME 등)가 가공공정 냄새의 주요 원인이며, 노광 시 수지 분해로 미량의 부산물이 발생할 수 있습니다. 국소배기장치가 정상 가동되는 상태에서 작업해야 합니다.
③ 식각공정(etch)
불필요한 부분을 제거하는 공정으로, 습식식각(불산·염산·황산 등 산·알칼리 사용)과 건식식각(반응성 기체·이온 이용)으로 나뉩니다. 두 방식 모두 개인보호구 착용이 필수이며, 건식식각은 반응챔버를 열 때 잔류가스 노출에 유의해야 합니다.
④ 증착공정(deposition)
웨이퍼에 전도성·절연성 박막을 입히는 공정(CVD·PVD)입니다. PM작업 시 반응가스·부산물 노출, 배관 점검 시 가스누출로 인한 급성중독 위험이 있어 개인보호구 착용이 필요합니다.
⑤ 이온주입공정(ion implantation)
반도체에 전도성을 부여하기 위해 불순물을 주입하는 공정입니다. 전리방사선이 발생하므로 방사선 작업 근로자 외에는 접근·조작을 금지하고, 인터록을 임의로 해제해서는 안 됩니다.
⑥ 연마공정(CMP)
웨이퍼 표면을 화학적·기계적으로 연마해 평탄화하는 공정입니다. 인터록을 해제하고 작업하면 연마액이 비산되어 산·알칼리에 노출될 수 있으므로, 인터록이 정상 작동되는 상태에서만 작업해야 합니다.
⑦ 세정공정(cleaning)
공정 전후 웨이퍼 표면 오염물질을 제거하는 공정으로, 습식세정 시 불산·황산·암모니아수 등 산·알칼리 노출에 유의해야 합니다.
3. 칩 조립(패키징) 공정별 유해요인
- 후면연마(back grind) — 연마액이 튀거나 비산될 수 있으며, 대만에서는 배관 점검 중 누출된 수산화테트라메틸암모늄(TMAH)에 노출돼 사망한 사례가 있을 정도로 강염기성 물질 취급에 주의가 필요합니다
- 웨이퍼 절단(wafer saw) — 절삭액 비산 시 계면활성제 노출 위험, 인터록 정상 작동 상태에서 작업
- 칩 접착(die attach) — 접착제의 휘발성 유기화합물 노출, 경화(cure) 후 오븐 문을 열 때 충분한 냉각·배기 필요
- 몰드(mold) — 에폭시몰딩컴파운드(EMC)를 180℃로 가열해 코팅하는 과정에서 벤젠·포름알데히드 등 열분해 부산물 발생 가능
- 인쇄(marking) — 레이저 마킹 시 휘발성 유기화합물, 잉크 마킹 시 유기용제 노출 위험
- 도금(plating) — 도금용액 증발·비산으로 산·알칼리 노출 위험
- 솔더볼 부착(SBM) — 플럭스 경화 시 휘발성 물질 노출, 배기장치 정상작동 확인 필요
- X선 검사 — 인터록 임의해제 상태에서 신체가 장비 내부로 들어가면 전리방사선에 노출될 수 있음
4. 건강영향별로 알아두어야 할 것
- 신경계 — 대부분의 유기용제는 신경계에 영향을 미쳐 두통·구역질·현기증(급성), 기억력 감퇴·반응성 감소(만성)를 일으킬 수 있습니다
- 피부 — 산·알칼리 접촉 시 자극성·알레르기성 피부염, 심한 경우 화상을 입을 수 있습니다. 특히 TMAH는 소량 노출로도 전신독성을 일으킬 수 있어 즉시 다량의 물로 세척하고 병원 진료가 필요합니다
- 호흡기계 — 산·알칼리·수지류가 호흡기 점막을 자극해 기침·천명음을 유발할 수 있고, 발작적 기침이 반복되면 직업성 천식 여부를 진료받아야 합니다
- 혈액 — 아르신 중독 시 용혈성빈혈이 나타날 수 있으며, 전리방사선 장기 노출은 골수기능 저하로 이어질 수 있습니다
- 생식기 — 과거 사용되던 EGEE는 불임·유산 문제로 대체되었으나, 현재 쓰이는 β-PGME도 잠재적 생식독성 물질로 분류되어 있어 생리불순 등 증상 발생 시 편하게 알릴 수 있는 분위기가 중요합니다
- 근골격계 — 반복작업(오퍼레이터), 부자연스러운 자세의 정비작업(엔지니어)에서 근골격계질환 위험이 있고, 불화수소 등 불화물 장기노출은 뼈를 약화시킬 수 있습니다
5. MSDS·경고표지 활용법
물질안전보건자료(MSDS)는 상황별로 필요한 항목이 다릅니다.
- 물질 특성이 궁금할 때 — 2번(유해성·위험성), 9번(물리·화학적 특성), 11번(독성정보) 항목 확인
- 처음 취급·이동·폐기할 때 — 7번(취급·저장), 8번(노출방지·보호구), 13번(폐기 시 주의), 14번(운송 정보) 항목 확인
- 누출·노출 사고 발생 시 — 4번(응급조치), 6번(누출 시 대처방법) 항목을 즉시 확인
화학물질 경고표지의 그림문자(불꽃, 해골과 X형, 부식성 등)만 보아도 위험 종류를 즉시 알 수 있으므로, 작업 전 용기·설비의 경고표지를 반드시 확인하는 습관이 필요합니다.
6. SFK 현장 점검 체크리스트
- 공정별 국소배기장치가 정상 가동되는 상태에서만 작업이 이루어지고 있는가
- PM(정비)작업 전, 챔버·설비 내 잔류가스·부산물을 충분히 배기하는 절차가 지켜지는가
- 인터록이 설치된 설비(연마, 웨이퍼 절단, 이온주입, X선 검사 등)에서 인터록을 임의로 해제하는 관행이 없는가
- 공정별로 필요한 개인보호구(호흡보호구, 보안경, 보호장갑, 보호앞치마 등)가 실제로 비치·착용되고 있는가
- 비상세척설비(긴급샤워기·세안설비)의 위치를 작업자 전원이 인지하고 있고, 사용법을 숙지하고 있는가
- 근로자가 피부·호흡기 이상 증상을 편하게 보고할 수 있는 체계와 분위기가 마련되어 있는가
자료: 고용노동부·한국산업안전보건공단, 「반도체 사업장 현장실습생을 위한 건강관리 길잡이」를 바탕으로 재구성