Mac X-code 實驗室-4"~12" 製程工程師
Mac X-code 實驗室~有天蠍內在的天秤座馬爾濟斯

Dear baby, 在fab裡, 只要是 三個英文縮寫的chemical都要小心, ex, nmp, ipa, ekc, act,ebr, 雖不像無機酸, hcl, h2so4, h3po4 ,馬上就會腐蝕, but, 有機類因為易揮發, attack 肝臟是 很恐怖的, 就是 後患無窮, because 都是 各家的recipe 調配. 

95年10月(this year is 2013, this report is published at y2006. )

半導體業N-甲基吡咯酮(NMP)暴露調查研究 ~ nmp 是用於 metal 後去光阻常用的特用化學品

汪禧年、林信行~ 原作者, 

N-甲基吡咯酮( N-methyl pyrrolidinone,以下簡稱NMP)通常是由γ-丁內酯 (γ-butyrolactone)和甲胺(methylamine)合成,可作為泛用溶劑或化學合成製程之中間體(intermediate),在常溫下為無色、具微胺味  之 透明液體,普遍用於石油化學工業、微電子組裝工業,79 http://www.iosh.gov.tw/Book/Message_Publish.aspx?P=15&U=136

原文出自勞工安全衛生研究所

一、相關文獻回顧

(一)來源與用途:

N-甲基吡咯酮( N-methyl pyrrolidinone,以下簡稱NMP)通常是由γ-丁內酯 (γ-butyrolactone)和甲胺(methylamine)合成,可作為泛用溶劑或化學合成製程之中間體(intermediate),在常溫下為無色、具微胺味之透明液體,普遍用於石油化學工業、微電子組裝工業,以及多種化合物之製造,包括顏料、化粧品、藥品、殺蟲劑、除草劑、去黴劑等。同時因其相對毒性較低亦被利用來替代剝漆劑[1,2]或graffiti remover(指用於牆上或岩石上的畫之剝除劑)[3-5]中毒性較高之有機溶劑,如二氯甲烷(dichloromethane),1,1,1-三氯乙烷(1,1,1-trichloroethane)或氟氯烴類(chlorofluoroalkanes)等。而隨著國內光電及半導體產業成為國內之主流產業,作為泛用清洗溶劑的NMP,用量也逐年增加中。

(二) 動物實驗及其他毒理測試:

目前對於NMP相關研究之論文相當有限,以下為針對所收集到之資料的彙整:

1.急慢毒:

暴露於 NMP 中的毒性,視 蒸氣氣膠 濃度比暴露面積大小(例如僅頭部暴露或全身暴露)而定。其可經由1. 皮膚吸收、2.呼吸 及 3.吞下進入人體[4,5],而由於(皮膚對氣膠)之 吸收度 比 (對蒸氣) 為高,因此暴露於含有NMP之氣膠之攝入量比暴露於於含有NMP之蒸氣還要高[6]。急性吸入100~200 ppm(1 ppm=4.05 mg/m3)時,會刺激鼻、喉、皮膚、眼睛;更高濃度可能抑制中樞神經,引起頭痛、噁心;極高濃度則可能導致意識喪失,甚至死亡。長期接觸皮膚則會對神經、肝及皮膚造成影響(基本上 , 有機溶劑都是 差不多的影響, but, 只是毒性的強弱差別)

2.致癌性:目前並無人類致癌性的發現。而針對小鼠(mouse)進行78週的實驗發現在劑量784 mg/kg下可觀察到肝臟腫瘤。78週, 是約ㄧ年半, 小鼠和大鼠 在實驗上的意義是不同的. 

3.生育毒性或發育毒性:在老鼠實驗中,在暴露於濃度1000 mg/m3之NMP蒸氣中,且暴露期間為每天6小時,每週5天,持續13週的情形下,體重的增加會減緩,且紅血球、血紅蛋白、血球容積等皆增加。以餵食方式進行之老鼠實驗,發現針對生育毒性與發育毒性所推論之NOAEL分別為250、125 mg/kg。若暴露途徑為呼吸則NOAEL分別為30、60 ppm。

4.代謝研究:於老鼠及人體實驗結果顯示,在吸入、吞下或皮膚接觸後將極快被吸收,並散佈至全身各器官[7,8],且經由相關放射線實驗發現,以肝、腸累積之劑量最高[10]。NMP隨後會迅速被氧化後,在36小時內,絕大部分(in rats, up to 80%)會代謝成5-hydroxy-N-methyl-2-pyrrolidone (5-HNMP)隨尿液排出體外,而5-HNMP與NMP在血漿及尿液中的暴露濃度具有相當個關聯性,因此5-HNMP被建議可做為生物偵測時之生物指標[9-11]。Akesson and Jonsson的研究[6]則指出,NMP代謝物依形成順序為(5-HNMP)、N-methhylsuccinimide (MSI)、2-hydroxy-N- methylsuccinimide (2-HMSI),如圖1所示。(有點恐怖,吸入 or 皮膚接觸後, 會“迅速“被吸收)

圖1 NMP 進入人體後之主要代謝途徑[6]

至於在NMP 代謝物組成的研究方面,相關文獻指出,當志願者連續44個小時暴露在10, 20 or 50 mg /m3 之NMP濃度下,發現NMP已大部分代謝成5-HNMP、MSI、2-HMSI等,只有約2 %之NMP沒有代謝[12];利用志願者的NMP皮膚吸收實驗則進一步指出,NMP代謝物之比例為NMP 1%, 5-HNMP 52%, MSI 1% , 2-HMSI 46%[13]。在半衰期的評估方面,呼吸進入生物體之NMP的半衰期估計約為四小時;其代謝物的半衰期依5-HNMP、MSI、2-HMSI次為4、8、17小時[6]。

5. 相關之人類流行病學研究:

目前尚無確認個案報告。根據針對顏料去除工人之個人暴露評估研究,NMP之個人8小時暴露濃度非常低(1.01 0.89 mg/m3),NMP之個人短時間暴露濃度亦不高(4.71 6.17 mg/m3),均遠低於各國已設定之濃度標準(如表1所示)。在半導體廠的員工個人暴露評估中發現:個人之暴露量均低於1 ppm;但同一研究之區域採樣結果發現:一般工作區域的濃度亦低於1 ppm,儲存槽附近區域之濃度範圍為1.04 ~ 5.42 ppm,但在NMP之取用區則高達67 ppm。儘管均低於現存的法規標準(芬蘭除外),然在個人暴露濃度高於0.7 ppm 達30分鐘以上,則會造成身體不舒服的感覺,如果長時間的暴露則會產生長期性得頭痛。

表1 各國之容許暴露濃度標準(這篇research 是 2006年 published, 為何 沒有日本 和 米國 ? 且 以下的 data 是就算是ㄧ秒中, 容許暴露濃度的 maximum 吧~ if i am wrong, please correct me anytime. 

國家

TWA

STEL

ppm

mg/m3

Eff

ppm

mg/m3

Eff

丹麥(Denmark)

50

200

 

-

-

 

芬蘭(Finland)

2

 

 

 

 

 

德國(Germany)

100

400

PR4

n.b.

n.b.

 

荷蘭(Netherlands)

100

400

 

 

 

 

俄羅斯(Russia)

 

100

 

 

100

 

瑞典(Sweden)

50

200

 

75

300

 

瑞士(Switzerland)

100

400

 

-

-

 

英國(United Kingdom)

25

100

 

75

-

 

二、研究架構與方法

採樣分析方法係參考美國NIOSH METHOD 1302[14],利用活性碳管連接低流量採樣幫浦採集空氣樣品後,以氣相層析儀進行分析。實驗室方法建立後,即進行國內四家半導體及光電相關產業工廠之現場暴露調查研究,結果將提供制定容許濃度及協助廠商改善作業環境之參考。

三、結果與討論

表2為針對國內四家使用NMP做為泛用清洗溶劑的工廠,空氣中NMP濃度現場暴露調查之結果。

表2 四家工廠之空氣中NMP暴露分布情形

A工廠

B工廠

C工廠

D工廠

採樣編號
及地點

空氣中濃度
(ppm)

採樣編號
及地點

空氣中濃度
(ppm)

採樣編號
及地點

空氣中濃度
(ppm)

採樣編號
及地點

空氣中濃度
(ppm)

S1,勞工甲

0.2375

S1,勞工甲

-

S1,入口

-

S1,勞工甲

0.0183

S2,氣罩一(內)

0.1010

S2,勞工乙

-

S2,清洗機C02

-

S2,勞工乙

0.0054

S3,氣罩一(外)

-

S3,micropure前

-

S3,清洗機C 05

-

S3,氣罩外

0.0048

S4,氣罩二(內)

0.0256

S4, micropure中

-

S4,清洗機C05之勞工甲

-

S4,氣罩內(near source)

0.3393

S5,氣罩一(外)

-

S5, micropure後

-

S5,清洗機D 01

-

S5,氣罩內(away from source)

0.1440

S6,清洗機

0.0148

S6, 勞工丙

-

S6,清洗機D 05之勞工乙

-

S6,現場空白

-

S7,現場空白

-

S7,PhRWK機

-

S7,清洗機D 02

-

-

-

-

-

S8, 現場空白

-

S8,清洗機D04之勞工丙

-

-

-

-

-

-

-

S9,現場空白

-

-

-


註:濃度欄若為“-”者,表該勞工或區域之NMP濃度為N.D.(未檢出)

A廠為LED廠,使用到NMP之相關製程(作為面板之去光阻劑)皆於無塵室內進行:於 抽氣櫃 開啟後,採用人工方式將NMP均勻分布在面板上進行面板上光阻劑的去除,最後再將面板置於清洗機台內做進一步的處理;其空氣中NMP之濃度範圍在N.D.~0.1010 ppm之間,而勞工個人暴露的濃度則為0.2375 ppm。B、C兩廠皆為8吋晶圓廠,由於兩者使用到NMP做為去光阻劑之相關製程皆已全程自動化,且於密閉良好之空間內進行,故於工作現場中並無NMP之暴露或其暴露濃度低於本方法之檢量線下限。D廠則為2吋藍光晶片廠,其製程過程為:於抽氣櫃中,將整籃之晶片(最多30片)依序浸泡於三個盛裝有約1600 mL NMP溶液之燒杯中(加熱約至80 ℃),以將晶片上之雜質去除,現場暴露調查結果顯示,其空氣中NMP濃度範圍在0.0048~0.1440 ppm之間,而勞工個人暴露的濃度則在0.0054~0.0183 ppm之間。

四、結論與建議

1.我國目前尚未訂定空氣中NMP之容許濃度,依據 臨床之資料 發現 長期暴露於0.7 ppm 便會造成健康效應,有鑒於現今越來越健全的勞工安全衛生觀念及NMP長期暴露所可能對人體造成的 1.生育毒性、2.發育毒性及3.健康效應,建議根據暴露調查結果,訂定合理可行之容許濃度(擬訂定為1 ppm),以期能故確實保護勞工的安全與健康。

2.本研究乃針對國內使用NMP做為泛用清洗溶劑之半導體相關產業進行暴露調查,由於其採樣場所皆位於具相當潔淨度之無塵室裡,使用到NMP的相關製程機台 密閉系統 良好,同時,採樣時乃針對其常態作業下進行評估,故結果顯示,NMP之暴露濃度皆低於本研究預先設定之容許濃度評估參考值1 ppm。(so, 換chemical , 要帶 豬鼻子)

3.進行現場NMP空氣中濃度暴露調查時,由於B、C廠使用NMP 之相關製程皆已全程自動化,且於密閉良好之機台內進行,故其結果顯示於工作現場中並無NMP之暴露或暴露濃度低於本方法之檢量線下限。A廠因採人工方式將NMP塗佈於面板上,勞工於塗佈期間乃直接暴露於NMP蒸氣中(因為其蒸氣點很低, 易揮發, 味道都是揮發出來的芳香x),除了作業勞工可能因此直接暴露於NMP外,抽氣櫃裡之NMP也有可能逸散出來,故測試結果顯示,勞工個人暴露能有一定量的NMP濃度暴露;此外,其後段製程乃於密閉之清洗機台內運作,但測試結果仍發現作業場所空氣中具有微量的NMP暴露,需釐清是否因機台密閉不完全或輸送管線有些微之洩漏所致。D廠 採 人工 盛裝 NMP溶液於大型燒杯中作業,恐有傾倒逸散之虞,因此,建議在盛裝溶液時需格外謹慎小心並佩戴適當之防護器具或改採由管線直接輸送NMP溶液。其測試結果顯示,在空氣中及勞工個人皆有些許之NMP暴露,可能原因為在更換、盛裝NMP溶液時,將 抽氣櫃 打開 過高,導致NMP的微量逸散,故建議該廠之作業勞工需嚴格遵守其相關作業之標準操作程序,以避免可能發生的危害。(就是 為何目前換酸的工作, 都外包的原因)

5.本次進行初步暴露調查之半導體及光電相關產業屬於高科技產業,因其相關之保護措施及設備較佳,故整體來說,作業勞工處於一個良好的工作環境。但因其製程皆於密閉系統內進行(就是ㄧ打開密閉空間的那個moment, 通常都是 不熟悉fab環境的外包商工程師),一旦發生意外即可能造成嚴重的後果,故無論是雇主或是勞工在提升整體產業競爭力的同時,仍需注意防範由於作業人員的疏忽、處理設備的不當維護或特殊的化學反應所可能造成的危害,讓勞工的安全健康與產業競爭力的提升達到雙贏的局面 (想太多, 叫 總經理 來換個 chemical 看看)。

五、參考文獻

[1]. Jonsson , B.A.G., 1997;Akesson,B., J. Chromatogr. B 694, 351.

[2].Anundi, H., Langworth S., Johanson G., Lind, M.-L., Akesson, B., Friis ,L., Itkes, N., Soderman, E., Jonsson ,B. A. G., Edling, C.,2000;"Air and biological monitoring of solvent exposure during graffiti removal," Int Arch Occup Environ Health 73, 561-569.

[3].Anundi, H., Lind, M.-L., Friis, L., Itkes, N., Langworth, S., Edling, C., 1993;"High exposures to organic solvents among graffiti removers," Int. Arch. Occup. Environ. Health 65, 247-251.

[4].Anundi, H., Langworth, S., Johanson, G., Lind, M.-L., Akesson, B., Friis, L., Itkes, N., Soderman, E., Jonsson, B.A.G., Edling, C., 2000;"Air and biological monitoring of solvent exposure during graffiti removal," Int. Arch. Occup. Environ. Health 73, 561-569.

[5].Langworth, S., Anundi, H., Friis, L., Johanson, G., Lind,M.-L., Soderman, E., A_ kesson, B.A., 2001;"Acute health effects common during graffiti removal,"Int. Arch. Occup. Environ. Health 74, 213-218.

[6].Midgley ,I., Hood, A. J., Chasseaud, L. F., Brindley , C. J., Baughman, S., and Allan, G.,1992;"Percutaneous absorption of co-administered N-methyl-2-[14C] pyrrolidinone and 2-[14C]pyrrolidinone in the rat," Food Chem. Toxicol. 30, 57-64 .

[7].Ravn-Jonsen, A., Edelfors, S., Hass, U., and Lund, S. P.,1992;"The kinetic of N-methyl-2-pyrrolidinone in pregnant rats and their foetuses compared with non-pregnant rats," Toxicol. Lett. Suppl., 136 .

[8].Akesson, B., Jonsson B.A.G.,1997;"Major metabolic pathway for N-methyl-2- pyrrolidinone in humans, " Drug Metab Dispos 25,267-269.

[9].Wells, D.A., Havi , A.A., Digenis, G.A., 1992;Drug Metab. Dispos. 21, 124.

[10].Wells, D.A., Digenis, G.A.,1988;Drug Metab. Dispos. 16 (2), 243.

[11].Akesson, B., Jonsson, B.A.G.,2000; Scand. J.Work Environ. Health26 (3), 213.

[12].Akesson B, Jonsson B.A.G,2000;"Biological monitoring of Nmethyl-2- pyrrolidoneusing5-hydroxy-N-methyl- 2-pyrrolidonein plasma and urine as the biomarker," Scand J Work EnvironHealth 26,213-218

[13].Jonsson B.A.G, A kesson, B., 2001;"N-methylsuccinimide in plasmaand urine as a biomarker of exposure to N-methyl-2-pyrrolidone, "Int Arch Occup Environ Health 74:289-294.

[14].NIOSH, Method 1302, Issue 1, dated 15 January 1998, N-methyl-2- pyrrolidinone.

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