半导体业危害鉴别及风险评估实务1

1、半导体业危害鉴别及风险评估实务姚嘉文* 沈洲* 林冠佑* 张堂安*摘 要半导体厂由于制程特殊需求，必须使用各种化学品，其中不乏具有惰性、毒性、自/助燃及可燃性之气体；与强酸、强碱及有机溶剂之液态化学品，而这些气态或液态之化学品经由储存、搬运、换酸/换钢瓶、管路输送、制程反应、管末处理后，若因操作不当，即可能造成重大损失而产生立即性的危害。有鉴于此，国内各半导体厂莫不藉由各种管理手法来达到风险的适当控制，常见有危险性工作场所制程危害评估，自护制度之建立并加强安全巡检及各类管理制度之推动，并配合保险公司之要求，以作为安全卫生管理之基础；然而进一步强化系统化之管理，即是职业安全卫生管理系统(OHSA

2、S 18001)建立。各公司在OHSAS 18001初期，多藉由基线审查为公司建立职业安全卫生管理系统之基础架构。而基线审查中最繁琐且为系统架构之主轴，即为危害鉴别(hazard identification)及风险评估(risk assessment)工作；而目前常用风险评估方法甚多，以半导体厂而言，如何选择适当之技术，以建立日后具体可行之风险评估技术，将为本文讨论之重点。* 旺宏电子股份有限公司职业安全卫生部-高级工程师* 旺宏电子股份有限公司职业安全卫生部-部经理* 旺宏电子股份有限公司职业安全卫生部-经理* 旺宏电子股份有限公司薄膜工程部-工程师壹、前言半导体厂由于制程要求，必须使用各

3、种多样少量之化学品，其中不乏具有特殊毒性、易燃性及可燃性之特殊气体与强酸、强碱及有机溶剂之液态化学品，而这些气态或液态之化学品在制程反应过程，若因操作或管理控制不当，即有可能产生灾害，再加上作业场所多属于密闭系统，在防灾管理上其安全风险性相对较高。以半导体产业而言，过去几年来因火灾而损失的金额已超过新台币200亿，面对如此巨额的损失，对于半导体业者与产险业者而言，都是惨痛的经验。对于职业灾害，依国外各国历年来之失能伤害的统计，有90以上是因不安全的行为所构成，可见在安全工作上，除了硬设备的确保外，更需加强软件（安全管理）面的提升。在此同时，虽然OHSAS 18001正在业界形成风潮，但对于半导

4、体业建制合适之危害鉴别与风险评估之文献却十分匮乏，故本文将藉由旺宏电子公司在建制OHSAS 18001时，所采取的危害鉴别与风险分析之管理技术与经验，与各位先进共同分享。贰、半导体制程概述及危害特性 半导体制程主要为薄膜（Thin Film）、微影（Photo）、蚀刻（Etch）与扩散（Diffusion）四大制程。在制造过程中，每一层电路大都循环此四制程，层层构建。制程中使用的化学物品非常多，在薄膜形成阶段，虽有5-6种不同制程，但应用较广且需投入较多种原物料者为化学气相沉积、扩散等；在微影阶段(黄光区)，含涂布、曝光、显影等步骤，投入量较多的原料有光阻剂、稀释剂、显影剂、清洗剂等；在蚀刻阶

5、段，干蚀刻部分使用多种气体，如HBr、Cl2、BCl3、SF6、CHF3、NF3、Ar等；湿蚀刻部分则以使用硫酸溶液去除光阻、使用磷酸溶液去除Si3N4薄膜、蚀刻SiO2所使用氢氟酸与硫酸、硝酸等多种强酸调配之化学品；清洗部分，除制程水外亦需配合适量双氧水、无机酸、氨水、异丙醇(IPA)等。图一 半导体生产制造流程及化学品/气体使用示意图注：1.本流程为一般集成电路晶圆之理论制程，循环次数则视产品之需要而定2.参考数据：中鼎公司危险性工作场所申报计划书参、半导体制程危害鉴别方法一、修正作业安全分析（JSA+ HazOp）危害鉴别方法说明目前常用风险评估方法甚多，除可由过去职灾纪录或员工职业病纪

6、录评估风险外，常用方法包括：检查表、假设状况分析（What-If）、初步危害分析(PHA)、工作安全分析(JSA)、失误树分析法(FTA)、事件树分析方法（ETA）、失效模式与影响分析（FMEA）、危害及可操作分析（HAZOP）等。鉴于半导体业制程之高复杂性，若单纯使用作业安全分析进行危害辨识，其分析的结果会可能将有所不足，因为最重要的机台本体及各式各样的管线，及其可能造成的危害，无法有效被辨识出；而HazOp对此部分危害鉴别的分析，虽然非常适合，但若贸然采用HazOp技术，全面对设备危害、人员操作进行分析，其耗费的时间及动员的人力，大部分的工厂将无法负荷。所以，本文采用修正作业安全分析（JS

7、A+HazOp），将危害鉴别工作之分析方法分为二大部分，第一部分是利用作业安全分析中职务及作业清查表，将工厂所有活动做初步危害分析及危害分类，第二部分是将职务及作业清查表分类所得的结果进行危害鉴别，若分析对象是属于作业流程属性，如机台保养，则依照程序书找出关键步骤进行分析，分析的步骤为:先假设该关键步骤产生偏离，找出可能潜在原因，偏离可能造成的后果及现阶段拥有的保护措施，逐步撰写，直到完成该作业为止。若分析对象是属于设备/机台属性，则将机台切成数个节点，每个节点内的管线、阀件、零件，先假设可能偏离，再依照上述步骤进行分析，直到设备每个单元分析结束为止。修正后之作业安全分析（JSA+ HazOp

8、）风险评估流程如图一所示。制程/设备依活动特性及设备属性分类进行风险评估及排序危害鉴别分析危害曝露频率发生机率严重度作业方法、对人员、设备、物料、环境、危害特性及资格/规范初步分析进行职务及作业分析关键作业依SOP逐步撰写作业步骤HazOp手法分析关键性作业安全分析是否是设备分成数个节点原因、后果影响、保护措施分析及建议完成图一 修正后之作业安全分析（JSA+ HazOp）风险评估流程通常针对设备/机台属性的危害鉴别工作，宜参考先前危险性工作场所审查申报中，所执行HazOp的数据作为基础，并重新审核。如此可有效结合公司先前所投入的时间所累积之经验，且可避免HazOp分析许多不必要结果的缺点。兹

9、将职务及作业清查表及危害鉴别表撰写技巧及说明如下:1.职务及作业清查表撰写技巧及说明危害鉴别的模式，第一步以设备/设施或作业特性为主要考虑之依据。将厂内各单位依作业属性先作分类，原则上大致归类为作业流程及设备/机台二大类。适合以作业流程分类之部门如：办公室、制造部、仓管部等。适合以设备/机台分类之部门如：各module的生产部们，厂务部等。2.危害鉴别表撰写技巧及说明步骤/节点的撰写技巧：依据程序书或作业指导书规范，将其操作步骤逐一列出，找出关键性步骤，针对关键性步骤，进行一系列之危害鉴别。例如：将A机台之PM动作，从作业指导书列出19个步骤，其中有中8个是关键步骤。详如表一A机台维修流程之关

10、键步骤比照表。表一 A机台维修流程之关键步骤比照表项次SOP规范之步骤关键步骤危害特性1执行Pre-PM Clean Recipe1.执行Pre-PM Clean Recipe 有害物质残留造成吸入及接触等危害2降温2.降温烫伤3Cycle Purge3.Cycle Purge有害物质残留造成吸入及接触等危害4测漏-5参数记录-6清Foreline Powder4.清Foreline Powder有害物质(粉尘散逸)造成吸入危害7换Throttle Valve5.换Throttle Valve有害物质(粉尘散逸)造成吸入危害8换O-ring-9Parts目视点检：有无变形或断裂-10Wet C

11、lean-11Heater/Susceptor Leveling调整6.Heater/Susceptor Leveling调整误动作造成夹伤12Robot Hand-Off调整7.Robot Hand-Off调整误动作造成夹伤13Wet Clean 含Slit Valve侧清洁8.Wet Clean 含Slit Valve侧清洁误动作造成夹伤14Pump Down Chamber-15测漏-16升温-17执行Clean Recipe-18Dummy测机-19Double Check测机结果及Release to MFG-可能发生原因的撰写技巧： 为使风险评估能有效展开，每一个步骤及节点，应考虑

12、各步骤/节点可能产生之偏离，而填写时务必明确写出真正原因，说明清楚因某动作不执行、某设备组件异常，造成之温度、压力、流量、液位.之后果影响。各种引导字及参数组合所可能产生的偏离，如表二所示表二 各机台/设备可能产生之偏离一览表 引导字 参数无(no)低/少/慢（low）高/多/快（high）部份未执行(part of)定性增加as well as相反reverse其它other than流量(flow)无流量低流量高流量缺少某物料不纯物逆流供错物料压力(pressure)与大气连通低压力高压力-真空-温度(temperature)结冰低温度高温度-液位(level)无液位低液位高液位-步骤(p

13、rocedure)未执行/程序有缺失较慢执行（动作太慢）较快执行（动作太快）部分动作未执行执行额外动作-错误动作速度(speed)停止运转速度太慢速度太快异步运转-运转方向错误皮带断裂电压(voltage)停电低电压高电压-静电-接错电源时间(time)-执行时间较长执行时间较短-其它(other)破裂泄漏公用系统故障开/停车作业环境照度人因三、修正后之作业安全分析（JSA+ HazOp）危害鉴别方法应用实例为使读着能充分了解修正后之作业安全分析危害鉴别方法之应用，本文以薄膜制程常见的WJ机台为例，该机台所使用的制程是属于常压制程(APCVD) 系统。针对WJ机台之运作，我们将其分为十个节点/

14、单元（如图二所示）。因为WJ危害鉴别结果相当的多，本文例举其中Injector Assembly在一般正常操作时，设备本身可能产生的危害及设备维修时，因操作不慎可能产生的危害，将其部分危害鉴别的撰写结果，列示于后。而撰写上常见的缺失，亦一并举例如下。（详如表三、表四所示）InjectorAssemblyGas PanelO3System Belt CleanerElectronic SystemLiquidCabinetExhaustSystemSonicCleanerElement PowerTransfer Assembly图四 WJ 机台运作流程及节点分割示意图表三 修正后之作业安全分析

15、（JSA+ HazOp）常见撰写缺失之对照表项目作业名称步骤/节点可能发生原因后果影响保护措施备注1aA机台运作氮气管线泄漏窒息死亡氧气侦测器缺失1b厂务端氮气管线至进机台前氮气管件垫片老化泄漏造成氮气外泄，严重时可能发生人员身体不适及昏迷。1.24小时空调系统。2.管线每日进行检点。3.管线装有压力计。4.现场装有氧气侦测器完整撰写2aGas Cabinet supply system异常维修压力传讯器校正钢瓶阀头未关闭爆炸，缺氧窒息或毒气泄漏系统抽真空，排气设施，环境sensor监测及穿戴防护器具缺失2b压力传讯器校正抽真空作业时，钢瓶阀头未关闭钢瓶内气体抽出，随钢瓶气体不同，可能发生爆炸

16、、缺氧窒息或毒气泄漏。1. 管线连通至Exhaust设施2. 环境sensor监测3. 穿戴手套安全鞋、防酸衣及防毒面具4. 双人共同作业5. 依sop（编号）进行完整撰写表四 各机台/设备可能产生之偏离一览表项次作业名称步骤/节点可能发生原因后果影响保护措施1WJ常压化学气相沉积运作Injector AssemblyProcess Muffle 温度异常,造成过热1.造成人员烫伤 2.熔化之塑料物质造成异味1.Injector 装有温度计监控温度,现场具有温度警示/警报及显示且连锁停机2WJ常压化学气相沉积运作Injector AssemblyCooling Water 管路阻塞1.造成人员

17、烫伤 2.熔化之塑料物质造成异味1. Injector 装有 Thermocouple监控温度, 现场具有温度警示/警报及显示且连锁停机。2. 不定期用清洗Cooling water 管路3.每日定时巡检3WJ常压化学气相沉积运作Injector AssemblyInjector line heater ground cable与 injector 接触不良产生零星火花,造成地线烧焦1.更换 Injector 后由第二人 Double check4WJ常压化学气相沉积运作Injector AssemblyInjector seal O-ring 损坏,腐蚀或是接头未锁紧O3气体外泄1.更换 I

18、njector 时,目视检查 seal O-ring 是否损坏 2.现场装有 O3 侦测器5WJ常压化学气相沉积PM更换 InjectorPurge 时间过短残留气体外泄,人员吸入1.System 有 Idle Purge6WJ常压化学气相沉积PM更换 Injector未戴隔热手套人员烫伤1.依SOP（编号）操作7WJ常压化学气相沉积PM更换 InjectorInjector 较重，人员操作不慎人员扭到腰1.依SOP（编号）操作8WJ常压化学气相沉积PM更换 Injector吊车钢丝断裂,造成物品掉落重物压伤及夹伤,烫伤1. 依查检表于更换 Injector 时 check 钢丝9WJ常压化学

19、气相沉积PM更换 InjectorCooling water 接头未锁紧漏水1.更换 Injector 后由第二人 Double check10WJ常压化学气相沉积PM更换 Injector更换 Injector 时,粉尘扬起人员吸入粉尘1. 穿戴个人防护器具2. 现场设有局部排气系统11WJ常压化学气相沉积PM更换 InjectorInjector 地线未接造成机台短路烧焦1.更换 Injector 后由第二人 Double check肆、风险评估方法风险评估分析技术与理论相当多，但要以半导体业来评估特定危害发生的机率，挑战则相当大。因此本文，将发生机率分成二部分，即以事件操作/或暴露的频率

20、与发生的可能性先做修正，在与严重度作风险矩阵，以进行风险评估。即发生机率的权重作业暴露频率×事件发生可能性风险等级发生机率的权重与严重程度作矩阵分析风险矩阵的设计并没有绝对的标准，是需要量端赖各工厂在决定风险等级立场上之考虑。兹将作业暴露频率、事件发生可能性、严重程度与风险矩阵及各等级对应方式，以案例说明之，如表五表九所示。表五 作业暴露频率表操作/作业产生的危害作业环境产生之危害评分连续操作作业连续暴露在此环境下，至少6小时/日以上10平均每日一次以上暴露在次环境下，至少4小时/日以上8平均每月一次以上暴露在次环境下，至少2小时/日以上6平均每季一次以上暴露在次环境下，至少1小时/

21、日以上4最多每年一次暴露在次环境下，至少1小时/周以下2表六 事件发生可能性表发生可能性保护措施完整性评分完全可以预料需防护措施，但未设置。或无法防护10相当可能有设置一项硬件防护设施及软件保护措施8可能性小，纯属意外有设置二项硬件防护设施及落实之软件保护措施6很不可能，可以假设有设置二项以上具体有效之硬件防护设施4几乎不可能设置多重防护设施，软硬件保护成效极佳2表七 严重程度定义表人员安全卫生设备/设施权重Ø 一人死亡或三人送医急救Ø 主系统或设施损失Ø 损失NT1000万以上AØ 残废伤害/疾病Ø 严重伤害（严重骨折、三级烫伤、失能伤害）Ø 需住院治疗或长期修养/复建Ø 主要的次系统损失或设施损坏Ø 损失NT5001000万以上BØ 医疗处理或须限制其工作活动(需外送就医)Ø 中度伤害（骨折、二级烫伤）Ø 次要系统损失或设施损坏Ø 损失NT100500万以上CØ 仅须