반도체 공장의 화재방호 성능평가 모델 연구 = A Study on fire protection performance evaluation model for semiconductor fabrication plants

국문 초록 (Abstract)

반도체 제조 과정은 다양한 인화성, 독성 케미컬과 가스를 사용하며 이로 인한 화재, 폭발 위험이 있으며 화재시 열과 연기에 취약한 반도체 장비 및 제품의 특성상 작은 화재규모에도 피해규모는 엄청나게 커질 수 있다. 또한, 고가의 첨단 장비가 사용되며 청정 환경을 유지하기 위해 클린룸(Cleanroom)이라는 폐쇄된 공간 내부에 시설이 집적되는 구조이며, 최근에는 이러한 클린룸을 공간효율 차원에서 수개 층까지 고층화하고 있어 단위 면적당 화재 리스크의 집적도는 점점 가중되고 있는 상황이다. 이러한 고가의 자산을 화재로부터 방호하기 위하여서는 속동형 스프링클러, 초고감도 화재감지기 등의 소방시설 뿐만 아니라 공정중 위험 요소를 미리 파악하여 적절한 화재 예방 및 손실경감 조치를 취해야 한다.

실제로 국내 대형 반도체 제조공장의 매년 소방시설 투자규모는 수백억원 규모에 달하고 있으며 반도체 공장은 최신 소방 제품들의 시연장이라고 해도 좋을 만큼 최신 방재기술이 적용된 제품들이 먼저 사용되고 있는 경연장이라고 할 수 있다. 사업장 경영자의 입장에서는 대규모로 투자되는 방재시설 투자가 적절하게 배분되어 사용되고 있는지 이로 인한 개선효과는 어느 정도인지 의구심을 갖고 있으며 방재업무를 담당하는 책임자의 경우도 방재시설 투자의 효과를 수치적으로 나타낼 수 있는 기법을 필요로 하고 있다.

본 연구에서는 반도체 공장의 고유한 위험요소가 적절히 반영될 수 있는 화재방호 성능 정량적 평가모델을 개발하고자 하였다. 우선적으로 과거 대형 화재사고의 교훈과 해외 방재기준에서 중요하게 다루고 있는 위험요소들을 발굴하였으며 실제 반도체 제조현장에서 목격하게 되는 위험요소들을 찾아내었다. 또한, 해외 재보험사의 반도체 공장 위험평가 기법과 반도체 전문가들의 의견을 반영하여 평가 분야 및 평가항목을 선정하였으며 구체적이고 명확한 평가기준을 도출하려 노력하였다.
본 연구에서 제시하는 화재방호 성능 평가모델은 반도체 제조 Fab 및 기본적인 화재 위험성이 거의 유사한 LCD 패널 제조 공장에 적용이 가능하다. 화재방호성능은 점수로 표현되며 최종 화재방호성능 점수는 최상을 100점으로 하였으며 이는 관리체계, 건축물, 공정 및 지원시설, 소방시설 및 기업휴지위험의 5분야에 대한 평가점수의 총합으로 이루어진다.

반도체 산업계에서는 지난 수십년 동안 대형 반도체 사고사례가 발생할 때마다 다른 산업과는 구별되는 반도체 제조업종에 고유한 화재 위험요인들을 배워왔으며 그러한 사항들을 NFPA318 이나 FM Global Property Loss Prevention Data Sheet 7-7 등의 반도체 산업 방재기준에 반영되어 왔다. 이러한 항목중 매우 중요하며 반드시 충족해야할 9개 항목들은 절대인자(K.O-factor)로 선정하여 절대인자가 일정기준에 미달할 경우 다른 요소들의 평가점수가 우수해도 전체 점수는 항상 미흡한 것으로 평가되도록 하였다. 5장에서는 실제 평가 사례 및 분석을 통해 평가모델의 적용방법 및 의미를 분석하였다.

본 연구에서는 과거 실제 사건과 이론적 방재기술에 근거하여 산업현장에서 실무적으로도 적용이 가능한 이론적 근거를 마련했다는데 의의를 두고 싶다. 본 평가모델을 적절히 활용할 경우 반도체 공장에서는 최소의 비용투자로 최대의 방재 개선효과를 볼 수 있으며 그러한 개선 정도를 정량적으로 나타낼 수 있다.

핵심어 : 반도체 고유위험, 정량적 화재방호 성능, 평가항목, 평가기준,
절대인자(K.O-factor),

목차 (Table of Contents)

• <목 차>
• 제１장 서 론 ------------------------------ 1
• 제1절 연구의 배경 및 목적 ------------------------- 1
• 1-1-1 연구의 배경 --------------------------------------- 1
• 1-1-2 연구의 목적 --------------------------------------- 2
• 제2절 연구의 범위와 방법-------------------------- 3
• 1-2-1 연구의 범위---------------------------------------- 3
• 1-2-2 연구의 방법---------------------------------------- 3
• 제2장 반도체 공장의 화재위험(Fire Risk) 분석------ 5
• 제1절 반도체 제조공정의 이해----------------------- 5
• 2-1-1 반도체 제조공정 개요-------------------------------- 5
• 2-1-2 웨이퍼 제조 및 회로설계 공정-------------------------- 5
• 2-1-3 웨이퍼 가공공정------------------------------------- 6
• 2-1-4 조립 및 검사공정----------------------------------- 9
• 제2절 반도체 공장의 화재 위험 특성------------------ 10
• 2-2-1 반도체 공장의 화재의 일반적 특성----------------------- 10
• 2-2-2 반도체 제조공정별 주요 화재위험분석-------------------- 12
• 2-2-3 반도체 케미컬 및 가스의 화재 위험--------------------- 15
• 2-2-4 화재로 인한 생산중지 위험(Business Interruption Risk)------ 17
• 제3절 반도체 제조공장 화재 사고사례 분석------------- 18
• 2-3-1 반도체 공장의 사고통계------------------------------ 18
• 2-3-2 주요 화재 사고사례--------------------------------- 20
• 2-3-3 주요 화재사고의 교훈-------------------------------- 22
• 제3장 기존 화재 위험성 평가법의 고찰 ---------- 24
• 제1절 화재 위험성 평가법의 종류와 특징 -------------- 24
• 3-1-1 그레테너 방법(Gretener Method) ---------------------- 24
• 3-1-2 FRI Model의 건축물 화재 위험도 평가------------------- 28
• 3-1-3 BCJ(the Building Center of Japan)의 건축물 화재안전성평가-- 32
• 3-1-4 BFSEM (Building Fire Safety Evaluation Method)--------- 35
• 3-1-5 화재리스크 순위법 (FRRS, Fire Risk Ranking System)------- 36
• 제2절 화재 위험도 평가 모델의 비교분석--------------- 39
• 제4장 반도체 공장의 화재 방호성능 평가 모델----- 42
• 제1절 반도체 공장의 화재방호성능 평가모델의 제시------- 42
• 4-1-1 반도체 공장 화재방호성능 평가 모델 ------------------- 42
• 4-1-2 분야별 화재방호성능 평가항목 ------------------------ 43
• 제2절 항목별 평가기준 및 평가방법------------------- 46
• 4-2-1 평가항목의 구성 및 가중치 --------------------------- 46
• 4-2-2 분야별 세부 평가항목 및 평가기준 ---------------------- 47
• 제3절 절대인자(K.O-factor)의 평가 ----------------- 69
• 제5장 평가모델의 적용 및 분석 ---------------- 72
• 제1절 국내 사업장 적용 사례------------------------ 72
• 5-1-1 업체 개요----------------------------------------- 72
• 5-1-2 분야별 방호성능 평가 ------------------------------ 72
• 5-1-3 화재방호성능의 계산 -------------------------------- 75
• 제2절 해외 사업장 적용 사례------------------------ 75
• 5-2-1 업체 개요 ---------------------------------------- 75
• 5-2-2 분야별 방호성능 평가 ------------------------------- 76
• 5-2-3 화재방호성능의 계산 -------------------------------- 79
• 제3절 평가결과의 해석 및 활용 --------------------- 79
• 5-3-1 국내 사업장 사례의 분석 ----------------------------- 79
• 5-3-2 해외 사업장 사례의 분석------------------------------ 80
• 제6장 결론 ------------------------------- 82
• 참고 문헌------------------------------------------------- 84
• ABSTRACT------------------------------------------------ 85
• 감사의글 -------------------------------------------------- 87