Occupational Exposure to Refractory Ceramic Fibers in the Semiconductor Scrubber Manufacturing Industry

Abstract

Objective: Refractory ceramic fibers (RCFs) are an International Agency for Research on Cancer Group 2B carcinogen, and have been used as insulation under high-temperature working conditions. Depending on the exposure temperature, RCFs could transform into crystalline SiO2, a carcinogenic agent. In addition, RCFs can be present in the air as workers handle RCFs in bulk. The aims of this study are to analyze the physicochemical and morphological characteristics of RCFs involving high-temperature exposure and determine the occupational exposure levels of RCFs during several processes associated with scrubber maintenance.

Methods: This study was conducted at a semiconductor scrubber manufacturing company using RCFs as insulation material. For bulk RCFs, samples were collected before and after exposure to a scrubber temperature of 700℃. For airborne RCFs, personal and area samples were collected during working hours in the scrubber maintenance process. The physicochemical and morphological characteristics of RCFs were analyzed using scanning electron microscope and Raman microscope. The collected airborne RCFs were counted using phase contrast microscope to determine the concentration. The exposure levels of airborne RCFs in the workplace were assessed using a statistical test.

Results: Regardless of exposure to high temperature, the main components of bulk RCFs were SiO2 and Al2O3, and the structure of these RCFs was amorphous. However, morphological differences were observed in airborne RCFs owing to the traverse breakage of RCFs in the process of handling bulk RCFs. Most airborne RCFs (n = 300) in the workplace corresponded to the size of respirable fiber. Airborne RCF concentrations were the highest for insulation replacement in both personal and area samples. The exposure levels to airborne RCFs observed in the workplace when performing insulation replacement were greater than the occupational exposure limit.

Conclusion: RCFs were shown not to crystallize under high-temperature (700℃) treatment. However, airborne RCFs were morphologically different from bulk RCFs, particularly in terms of their size that could have an adverse impact on health. Workers performing insulation replacement may be exposed to airborne RCFs above the occupational exposure limit. As RCFs are suspected to be carcinogens, the exposure of workers to RCFs should be minimized through the prevention and precautionary principle.

연구 배경: IARC Group 2B인 내화성 세라믹 섬유(Refractory ceramic fibers, RCFs)는 고온작업환경에서 단열재로 사용되어 왔다. RCFs는 노출온도에 따라 발암성 물질인 결정형 SiO2로 결정화 될 수 있으며, 근로자가 RCFs 고형시료를 취급하는 과정에서 공기 중으로 RCFs가 비산될 수 있다. 본 연구의 목적은 RCFs의 물리화학적, 형태학적 특성을 확인하고 스크러버 유지보수 공정 내 작업 별 공기 중 RCFs의 직업적 노출 수준을 평가하는 것이다.

연구 방법: RCFs를 단열재로 사용하는 반도체 스크러버 제조 사업장에서 연구를 진행하였다. 고형시료는 스크러버 온도조건인 700℃ 노출 전, 후의 RCFs를 채취하였다. 공기 중 RCFs는 스크러버 유지보수 공정에서 작업시간동안 개인시료와 지역시료를 채취하였다. 주사전자현미경과 라만현미경을 이용해 RCFs의 물리화학적, 형태학적 특성을 분석하였으며 채취한 섬유는 위상차현미경으로 계수하여 공기 중 농도를 구하였다. 작업장 내 공기 중 RCFs 노출수준은 통계분석을 이용하여 평가하였다.

연구 결과: RCFs 고형시료는 고온노출에 관계없이 주요 화학적 구성 성분은 SiO2와 Al2O3이었으며 결정구조는 비결정이었다. 그러나 근로자가 RCFs 고형시료를 취급하는 과정에서 RCFs가 가로방향으로 파괴되어 공기 중 RCFs에서 형태학적 차이가 관찰되었다. 대부분의 작업장 내 공기 중 RCFs (n = 300)는 호흡성 섬유 크기에 포함되었다. 공기 중 RCFs 농도는 개인시료, 지역시료 모두 단열재 교체 작업에서 가장 높게 확인되었다. 단열재 교체 작업을 할 때 작업장에서 확인된 공기 중 RCFs는 직업적 노출 기준 이상이었다.

결론: 본 연구의 고온 노출 조건(700℃)에서 RCFs는 결정화되지 않았다. 그러나 RCFs 고형시료 취급과정에서 발생한 공기 중 RCFs는 고형시료와 형태학적 차이가 있었으며 이러한 공기 중 RCFs는 건강 악영향을 끼칠 수 있는 유해한 크기였다. 단열재 교체 작업을 하는 근로자는 노출 기준 이상으로 공기 중 RCFs에 노출될 수 있다. RCFs는 발암성 의심물질이기 때문에 예방과 사전주의 원칙을 통해 근로자의 RCFs 노출을 최소화해야 한다.