반도체공정의배관파열원인추정물질 (TEMAZ 등 ) 의물리적위험성평가 2015 년도화학물질위험성평가보고서 산업안전보건연구원화학물질센터
반도체공정의배관파열원인추정물질 (TEMAZ 등 ) 의 물리적위험성평가 요약문 요약문 i
중심어 요약문 ii
차 례 요약문 Ⅰ. 서론 Ⅱ. 실험장비및방법 Ⅲ. 결과및고찰 Ⅳ. 사고원인추정및예방대책 Ⅴ. 요약및결론 참고문헌 차례 1
표차례 차례 2
그림차례 차례 3
차례 4
Ⅰ. 서론 1. 평가배경및목적 2. 사고발생공정및원인물질 1) 사고발생공정 Ι. 서론 1
[ 그림 1] 산화지르코늄 (ZrO 2 ) 증착공정도 [ 그림 2] 산화지르코늄 (ZrO 2 ) 증착공정의가스처리흐름도 2 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 3] 산화지르코늄 (ZrO 2 ) 증착공정의가스처리흐름상세도 [ 그림 4] 산화지르코늄 (ZrO 2 ) 증착공정의가스처리공정도 Ι. 서론 3
< 표 1> 신축이음 ( 벨로우즈 ) 의사양 < 표 2> 히터재킷의온도범위 1 차스크러버 진공펌프 [ 그림 5] 진공펌프및 1 차스크러버 - 사고설비 4 안전보건공단산업안전보건연구원
벨로우즈설치위치 [ 그림 6] 진공펌프전단벨로우즈설치위치 - 사고설비 [ 그림 7] 진공펌프후단토출 (2 차 ) 배관연결부 ( 사고후배관이제거된모습 ) Ι. 서론 5
[ 그림 8] 전공펌프흡입배관에설치된벨로우즈 - 유사설비 [ 그림 9] 진공펌프후단벨로우즈설치모습 - 유사설비 6 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 10] 히터자켓설치모습 / 미설치모습 - 유사설비 [ 그림 11] 진공펌프후단과스크러버접속부 - 유사설비 Ι. 서론 7
[ 그림 12] 히터자켓설치전보습 - 유사설비 2) 사고원인물질 8 안전보건공단산업안전보건연구원
< 표 3> TEMAZ 의물리 화학적특성 [ 그림 13] TEMAZ 의분자구조 [ 그림 14] Ethylmethylamine 의분자구조 Ι. 서론 9
3. 위험성평가범위 10 안전보건공단산업안전보건연구원
Ⅱ. 실험장비및방법 1. 시차주사열량계 (DSC) 및열중량분석기 (TGA) < 표 4> 열분석측정방법의종류 측정법 관측량 기호 단위 DTA(Differential thermal analysis) 온도차 ΔT K DSC(Differential scanning calorimeter) 열유속 Δq Joule/s=Watt TGA(Thermo gravimetric analysis) 중량 g(%) g TMA(Thermo mechanical analysis) 길이 ΔL(%) m 1) 시차주사열량계 (DSC ; Differential scanning calorimeter) Ⅱ. 실험장비및방법 11
[ 그림 15] DSC 에실험에의한시료의열유속예시 [ 그림 16] 시차주사열량계 (DSC, Differential Scanning Calorimeter) 12 안전보건공단산업안전보건연구원
< 표 5> DSC measuring cell 사양 항목 Spec. 온도범위 (-50 ~ 700) 온도정밀도 가열속도 Calorimetric resolution ± 0.2 K (0.02 ~ 300) K/min 0.04 μw < 표 6> 시차주사열량계 (DSC) 실험조건 시료명분위기승온속도가열범위 Pan TEMAZ 산화지르코늄 (ZrO 2) 밀폐 5 /min (30 ~ 300) air 5 /min (30 ~ 300) air 5 /min (30 ~ 500) High pressure pan ( 밀폐형 ) 1) Vented pan 2) ( 개방형 ) High pressure pan ( 밀폐형 ) 1) 1) sealing tool 을이용하여 cover 로밀봉한 stainless steel 재질의 pan 으로내압은 10 bar 임. 2) sealing tool 을이용하여 cover 를덮은후, piercing kit 로 (50~100) μm직경의구멍 (pinhole) 을내어내 부압력과외부압력을평형화시킴. Ⅱ. 실험장비및방법 13
2) 열중량분석기 (TGA ; Thermo Gravimetric Analyzer) (a ) T G A (b ) Mass spectrometer(pfeiffer vacuum) [ 그림 17] 열중량분석기 (TGA, Thermo gravimetric analysis) 14 안전보건공단산업안전보건연구원
< 표 7> 열중량분석기 (TGA) 사양 항목 사양 온도범위 ( 실온 ~ 1,100) 온도정밀도저울측정범위 Balance resolution Calorimetric resolution Sample volume ± 0.25 K 1 g 0.1 μg 0.5 mw 100 μl < 표 8> 열중량분석기 (TGA) 실험조건 시료명분위기승온속도가열범위 Pan TEMAZ air 10 /min (30 ~ 900) Open pan (Alumina 재질 ) 산화지르코늄 (ZrO 2 ) air 10 /min (30 ~ 900) Open pan (Alumina 재질 ) Ⅱ. 실험장비및방법 15
2. 가속속도열량계 (Accelerating Rate Calorimeter) 1) 시험장비 Φ Φ [ 그림 18] 가속속도열량계 (ARC, Accelerating Rate Calorimeter) 16 안전보건공단산업안전보건연구원
< 표 9> 가속속도열량계 (ARC) 의사양 항목 Spec. 온도범위 (0 ~ 600) 압력범위 Sensitivity Adiabatic tracking Bomb 용량 Control mode (0 ~ 200) bar 0.002 /min exotherm onset detection 20 /min 10 ml heat-wait-seek, ramping, isothermal 2) 실험방법및조건 < 표 10> 가속속도열량계 (ARC) 실험조건 구분 Bomb material 실험조건 Hastelloy (10 ml) Temperature range (30 ~ 450) Operation mode heat - wait - seek, ramping Heat step temperature 5 Thermal detection sensitivity Wait time Experimental atmosphere sample volume 0.02 /min 15 min N 2, air (0.5 ~ 5) ml Ⅱ. 실험장비및방법 17
Ⅲ 실험결과및고찰 1. TEMAZ 의열안정성 [ 그림 19] 밀폐상태에서 TEMAZ 의 DSC 실험결과 18 안전보건공단산업안전보건연구원
< 표 11> 밀폐상태에서 TEMAZ 의 DSC 실험결과요약 발열개시온도 외삽된발열개시온도 최대발열온도 발열량 (Onset) (Extrapolated Onset) (Peak) (Enthalpy) 215 246 267 135 J/g [ 그림 20] 질소분위기에서의시간경과에따른 TEMAZ 의온도및압력변화 Ⅲ. 실험결과및교찰 19
[ 그림 21] 질소분위기에서 TEMAZ 의온도변화에따른압력변화 [ 그림 22] 질소분위기에서 TEMAZ 의 (30 ~ 190) 에서압력변화 _ 확대그림 20 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 23] TEMAZ 의발열구간에서시간에따른온도및압력변화 ( 질소분위기 ) [ 그림 24] TEMAZ 의발열구간에서온도에따른압력변화 ( 질소분위기 ) Ⅲ. 실험결과및교찰 21
[ 그림 25] TEMAZ 의발열구간에서온도에따른온도및압력상승속도 [ 그림 26] TEMAZ 의 TMR(Time to Maximum Rate) 과온도와의관계 22 안전보건공단산업안전보건연구원
< 표 12> 질소분위기에서 TEMAZ 의 ARC 실험결과요약 구분 결과값 발열개시온도 ( ) 175 최종온도 ( ) 372 단열상승온도 ( ) 197 최대온도상승속도 ( /min) 285 at 352 최종압력 (bar) 174 최대압력상승속도 (bar/min) 152 at 300 공정 setting 온도 180, 200 에서의압력 (bar) 6, 30 TMR(min) at 180, 200, 220, 240, 260 300, 50, 12, 4, 2 Ⅲ. 실험결과및교찰 23
[ 그림 27] 공기분위기에서 TEMAZ 의 DSC 실험결과 24 안전보건공단산업안전보건연구원
< 표 13> 공기분위기에서 TEMAZ 의 DSC 실험결과요약 발열개시온도 외삽된발열개시온도 최대발열온도 발열량 (Onset) (Extrapolated Onset) (Peak) (Enthalpy) 48 - - 1000 J/g 이상 [ 그림 28] 공기분위기에서 TEMAZ 의 TGA 실험결과 Ⅲ. 실험결과및교찰 25
< 표 14> 공기분위기에서 TEMAZ 의 TGA 실험결과요약 순서 온도범위 ( ) 질량감소율 (wt %) 1 30 ~ 156 22 2 158 ~ 246 21 3 248 ~ 631 19 26 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 29] 공기분위기에서시간경과에따른 TEMAZ 의온도및압력변화 [ 그림 30] 공기분위기에서 TEMAZ 의온도변화에따른압력변화 Ⅲ. 실험결과및교찰 27
[ 그림 31] 공기분위기에서 TEMAZ 의 (30 ~ 190) 에서압력변화 _ 확대그림 < 표 15> 공기분위기에서 TEMAZ 의 ARC 실험결과요약 구분 결과값 발열개시온도 ( ) 70, 190, 230, 280, 295 발열개시온도내에서의최종온도 ( ) 73, 203, 235, 283, 299 발열구간에서의단열상승온도 ( ) 3, 13, 5, 3, 4 최종압력 (bar) 17.5 공정 setting 온도 180, 200 에서의압력 (bar) 3.8, 17.5 28 안전보건공단산업안전보건연구원
Ⅲ. 실험결과및교찰 29
[ 그림 32] TEMAZ 의온도에따른증기압곡선 30 안전보건공단산업안전보건연구원
2. 반응부산물인산화지르코늄 (ZrO 2 ) 의열안정성 [ 그림 33] 공기분위기에서산화지르코늄 (ZrO 2 ) 의 DSC 실험결과 < 표 16> 공기분위기에서산화지르코늄 (ZrO 2 ) 의 DSC 실험결과요약 발열개시온도 (Onset) 외삽된발열개시온도 (Extrapolated Onset) 최대발열온도 (Peak) 발열량 (Enthalpy) 1st 211 213 333 396 J/g 2nd 461 486 488 135 J/g Ⅲ. 실험결과및교찰 31
[ 그림 34] 공기분위기에서산화지르코늄 (ZrO 2 ) 의 TGA 실험결과 32 안전보건공단산업안전보건연구원
< 표 17> 공기분위기에서산화지르코늄 (ZrO 2 ) 의 TGA 실험결과요약 순서 온도범위 ( ) 질량감소율 (wt %) 1 47 ~ 259 37 2 260 ~ 418 19 3 420 ~ 673 4 Ⅲ. 실험결과및교찰 33
[ 그림 35] 공기분위기에서시간경과에따른산화지르코늄의온도및압력변화 [ 그림 36] 공기분위기에서산화지르코늄의온도변화에따른압력변화 34 안전보건공단산업안전보건연구원
< 표 18> 공기분위기에서산화지르코늄 (ZrO 2 ) 의 ARC 실험결과요약 구분 결과값 발열개시온도 ( ) 120, 215 발열개시온도내에서의최종온도 ( ) 123, 303 발열구간에서의단열상승온도 ( ) 3, 88 최종압력 (bar) 21.4 공정 setting 온도 180, 200 에서의압력 (bar) 3, 4 Ⅲ. 실험결과및교찰 35
Ⅳ. 사고원인추정및예방대책 1. 사고원인추정 [ 그림 37] 2014 년도에발생한배관막힘현상사진 36 안전보건공단산업안전보건연구원
1) 배관막힘현상이발생한배관내부로공기기유입된경우 Ⅳ. 사고원인추정및예방대책 37
[ 그림 38] 사고가발생한진공펌프로깅시트 _ 과열피크지점 38 안전보건공단산업안전보건연구원
[ 그림 27] 공기분위기상태에서 TEMAZ 의 DSC 실험결과 [ 그림 33] 공기분위기상태에서의산화지르코 늄의 DSC 실험결과 [ 그림 29] 공기분위기에서시간경과에따른 [ 그림 30] 공기분위기에서 TEMAZ의온도변 TEMAZ의온도및압력변화화에따른압력변화 [ 그림 35] 공기분위기에서시간경과에따른 [ 그림 36] 공기분위기에서산화지르코늄의온산화지르코늄의온도및압력변화도변화에따른압력변화 Ⅳ. 사고원인추정및예방대책 39
40 안전보건공단산업안전보건연구원
2) 배관막힘현상이발생한배관내부에공기가유입되지않은경우 Ⅳ. 사고원인추정및예방대책 41
[ 그림 19] 밀폐상태에서 TEMAZ 의 DSC 실험결과 [ 그림 20] 질소분위기에서시간경과에따른 TEMAZ 의온도및압력변화 [ 그림 21] 질소분위기에서 TEMAZ 의온도 변화에따른압력변화 [ 그림 23] TEMAZ 의발열구간에서시간에따 른온도및압력변화 ( 질소분위기 ) 42 안전보건공단산업안전보건연구원
Ⅳ. 사고원인추정및예방대책 43
2. 동종재해예방대책 1) 공학적방법 2) 관리적방법 44 안전보건공단산업안전보건연구원
3. 화학사고예방을위한안전보건제도개선방안 < 표 19> 화학사고예방을위한관련법규개선방안 ( 산업안전보건기준에관한규칙 ) 현행 ( 산업안전보건기준에관한규칙 ) 개정 ( 안 ) Ⅳ. 사고원인추정및예방대책 45
Ⅴ. 요약및결론 46 안전보건공단산업안전보건연구원
가교제분체 (ZDA) 의화재 폭발위험성평가 Ⅴ. 요약및결론 47
가교제분체 (ZDA) 의화재 폭발위험성평가 참고문헌 48 안전보건공단산업안전보건연구원
연구진 연구기관 : 안전보건공단산업안전보건연구원화학물질센터 연구책임자 : 이근원 ( 위험성연구팀장 ) 연구원 : 한인수 ( 연구위원, 화학물질센터 ) 한우섭 ( 연구위원, 화학물질센터 ) 이주엽 ( 연구위원, 화학물질센터 ) 이정석 ( 연구원, 화학물질센터 ) 최이락 ( 연구원, 화학물질센터 ) 박상용 ( 연구원, 화학물질센터 ) 연구기간 : 2015. 6. ~ 2015. 8.
화학사고예방및원인규명을위한 2015- 연구원 -602 발행처 : 안전보건공단산업안전보건연구원화학물질센터 발행인 : 산업안전보건연구원장권혁면 발행월 : 2015. 9 월 주소 : 대전시유성구엑스포로 339 번길 30 전화 : 042) 869-0322 F A X : 042) 863-9002 Hompage : http://oshri.kosha.or.kr