반도체 산업의 200mm와 300mm FAB의 작업환경 유해물질 노출 특성 비교

Abstract

반도체 제조공정은 고청정·고정밀 환경에서 다양한 유해화학물질이 사용되는 산업으로, 공정 구조와 자동화 수준에 따라 유해물질의 노출 특성이 크게 달라질 수 있다. 최근 도입된 300mm FAB은 기존 200mm FAB에 비해 장비 밀폐성과 자동화 수준이 현저히 향상되었으나, 두 FAB 간 작업환경 노출 수준의 정량적 차이는 실측 기반으로 충분히 비교된 바 없다. 본 연구는 반도체 산업 내 200mm 및 300mm FAB에서 2021년부터 2023년까지 수집된 총 11,703건의 작업환경측정 데이터를 바탕으로, 공정별·직무별·물질별 유해물질 노출 특성을 정량적으로 비교하였다. 측정값은 고용노동부 고시에 따른 작업환경 허용기준(OEL: Occupational Exposure Limit) 대비 백분율로 환산하였으며, 검출률, 상대위험도(Relative Rate), 검출률 차이(Detection Difference), Fisher의 Exact Test 등을 적용하여 통계적 유의성을 평가하였다. 불검출(None Detected) 사례가 많은 반도체 산업의 특성을 고려하여, 단순 평균 중심의 비교를 지양하고, ND 조건에서도 적용 가능한 통계 기법을 통해 실질적인 노출 특성을 도출하였다. 분석 결과, 대부분의 공정과 직무에서 300mm FAB이 200mm FAB에 비해 유의하게 낮은 검출률을 보였으며, 특히 Etch, Diffusion, C&C 공정에서는 70% 이상의 노출 저감 효과가 확인되었다. 전체 평균 검출률은 200mm FAB이 18.3%, 300mm FAB이 5.4%로 약 3.4배 차이를 보였고, 통계적으로 유의한 차이는 총 13종의 유해물질에서 확인되었다(p < 0.05). 특히 KOSHA 기준 CMR(발암성, 생식독성, 변이원성) 유해물질만을 기준으로 할 경우, 200mm FAB의 검출률은 3.6%, 300mm FAB은 0.5%로 나타나 구조 및 설비 차이에 따른 고유해성 물질의 노출 차이가 명확히 확인되었다. 직무 유형별로는 운영직무에서 300mm FAB의 노출률이 현저히 낮은 반면, 장비 개방이 수반되는 유지보수 직무에서는 FAB 간 유의한 차이가 나타나지 않아, 해당 직무에 대한 별도의 국소배기·환기 보완이 요구된다. 본 연구는 구조 전환 이후 FAB 간 노출 환경의 상대적 특성을 정량적으로 비교·검증한 실증적 사례로, 향후 반도체 FAB의 구조 설계, 작업환경 개선, 고위험 물질 관리 및 건강영향평가에 필요한 산업보건학적 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

Semiconductor manufacturing process involves the use of various hazardous chemicals in a highly clean and precise environment, where exposure characteristics can vary significantly depending on the structural design and automation level of the facility. Although the recently adopted 300mm fabrication facility (FAB) has improved equipment enclosure and automation, empirical data comparing its exposure characteristics with those of the conventional 200mm FAB remain limited. This study quantitatively compared the occupational exposure characteristics between 200mm and 300mm FABs using 11,703 industrial hygiene measurements collected from 2021 to 2023 within a single company. Exposure data were categorized by process type, job type, and exposure levels based on the Occupational Exposure Limits (OELs) stipulated by the Korean Ministry of Employment and Labor, and analyzed using detection rate, relative risk (RR), detection difference (DD), and Fisher’s Exact Test to assess statistical significance. Given the high prevalence of non-detects (ND) in semiconductor work environments, advanced statistical methods beyond simple mean comparison were applied to ensure accurate interpretation. The analysis revealed that the 300mm FAB exhibited significantly lower detection rates than the 200mm FAB across most processes and job types. Notably, the Etch, Diffusion, and Cleaning & Conditioning (C&C) processes demonstrated over 70% reduction in exposure. The average detection rate was 18.3% in the 200mm FAB and 5.4% in the 300mm FAB, with 13 substances showing statistically significant differences (p < 0.05). For high-hazard substances classified as carcinogenic, mutagenic, or reprotoxic (CMR) under KOSHA (Korea Occupational Safety and Health Agency) standards, the detection rate was 3.6% in the 200mm FAB and 0.5% in the 300mm FAB, indicating a substantial structural impact on high-toxicity chemical exposure. Job-type comparison showed that the operator group had significantly lower exposure in the 300mm FAB, while no meaningful difference was observed in the maintenance group, where equipment access and enclosure breach are frequent. These findings highlight the need for targeted engineering controls in maintenance tasks. By applying robust analytical methods to overcome the limitations of ND-dominant data, this study presents a validated framework for assessing relative exposure characteristics between FAB generations. The results offer practical implications for semiconductor FAB design, hazardous substance management, and worker health protection from an occupational health perspective.