Als aufstrebende Industrie wurde die Halbleiterfertigung oft als Inbegriff des Hightech-Arbeitsplatzes angesehen. Aufgrund der strengen Herstellungsanforderungen, die mit der Herstellung mehrerer Schichten elektronischer Schaltkreise im Mikrometerbereich auf Siliziumwafern verbunden sind, ist die Reinraumumgebung zum Synonym für den Arbeitsplatz dieser Branche geworden. Da einige der bei der Halbleiterherstellung verwendeten Hydridgase (z. B. Arsenwasserstoff, Phosphin) schon früh als hochgiftige Chemikalien erkannt wurden, war die Inhalationsexpositionskontrolltechnologie immer ein wichtiger Bestandteil der Waferherstellung. Halbleiterarbeiter werden weiter vom Produktionsprozess isoliert, indem sie spezielle Kleidung tragen, die den ganzen Körper bedeckt (z. B. Kittel), Haarbedeckungen, Schuhüberzüge und häufig Gesichtsmasken (oder sogar Atemgeräte mit Luftzufuhr). Aus praktischer Sicht haben die Bedenken der Arbeitgeber hinsichtlich der Produktreinheit auch zu einem Expositionsschutz für die Arbeiter geführt.

Zusätzlich zu persönlicher Schutzkleidung werden in der gesamten Halbleiterindustrie hochentwickelte Belüftungs- und Chemikalien-/Gas-Luftüberwachungssysteme verwendet, um Lecks giftiger chemischer Lösungsmitteldämpfe, Säuren und Hydridgase mit Teilen pro Million (ppm) oder weniger zu erkennen. Obwohl die Industrie aus historischer Sicht häufige Evakuierungen von Arbeitern aus Wafer-Fertigungsräumen aufgrund tatsächlicher oder vermuteter Lecks von Gasen oder Lösungsmitteln erlebt hat, sind solche Evakuierungsepisoden aufgrund der Lehren aus der Konstruktion von Lüftungssystemen und toxischen Gasen zu seltenen Ereignissen geworden /Chemikalienhandhabung und immer ausgefeiltere Luftüberwachungssysteme mit kontinuierlicher Luftprobenahme. Der zunehmende Geldwert einzelner Siliziumwafer (zusammen mit zunehmenden Waferdurchmessern), die Dutzende von einzelnen Mikroprozessoren oder Speichervorrichtungen enthalten können, kann jedoch Arbeiter mental belasten, die Behälter dieser Wafer während des Herstellungsprozesses manuell manipulieren müssen. Hinweise auf solchen Stress wurden während einer Studie an Halbleiterarbeitern erhalten (Hammond et al. 1995; Hines et al. 1995; McCurdy et al. 1995).

Die Halbleiterindustrie hatte ihre Anfänge in den Vereinigten Staaten, die die höchste Zahl von Arbeitern in der Halbleiterindustrie (ungefähr 225,000 im Jahr 1994) aller Länder haben (BLS 1995). Es ist jedoch schwierig, gültige internationale Beschäftigungsschätzungen für diese Branche zu erhalten, da in den Statistiken der meisten Länder Halbleiterarbeiter mit Arbeitern in der „Fertigung elektrischer/elektronischer Geräte“ zusammengerechnet werden. Aufgrund der äußerst strengen technischen Kontrollen, die für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen erforderlich sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass Halbleiterarbeitsplätze (dh Reinräume) in den meisten Aspekten auf der ganzen Welt vergleichbar sind. Dieses Verständnis, gepaart mit den Anforderungen der US-Regierung zur Aufzeichnung aller wesentlichen arbeitsbedingten Verletzungen und Erkrankungen von US-Arbeitern, macht die Arbeitsunfall- und Krankheitserfahrung von US-Halbleiterarbeitern zu einem hochrelevanten Thema sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene. Einfach gesagt, derzeit gibt es nur wenige internationale Quellen für relevante Informationen und Daten zur Sicherheit und Gesundheit von Halbleiterarbeitern, außer denen aus der jährlichen Erhebung über Arbeitsunfälle und Berufskrankheiten des US Bureau of Labor Statistics (BLS).

In den Vereinigten Staaten, die seit 1972 Daten zu Arbeitsunfällen und -krankheiten in allen Branchen sammeln, gehört die Häufigkeit arbeitsbedingter Verletzungen und Krankheiten bei Halbleiterarbeitern zu den niedrigsten aller Fertigungsindustrien. Es wurden jedoch Bedenken geäußert, dass bei Halbleiterarbeitern subtilere gesundheitliche Auswirkungen auftreten könnten (LaDou 1986), obwohl solche Effekte nicht dokumentiert wurden.

Es wurden mehrere Symposien zur Bewertung von Steuerungstechnologien in der Halbleiterindustrie abgehalten, wobei sich mehrere der Symposienpapiere mit Fragen der Umwelt- und Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes befassten (ACGIH 1989, 1993).

Eine begrenzte Menge an Arbeitsunfall- und Krankheitsdaten für die internationale Gemeinschaft der Halbleiterhersteller wurde über eine spezielle Erhebung abgeleitet, die 1995 durchgeführt wurde und Fälle umfasste, die für die Jahre 1993 und 1994 gemeldet wurden. Diese Erhebungsdaten sind unten zusammengefasst.

Arbeitsunfälle und Krankheit bei Halbleiterarbeitern

In Bezug auf internationale statistische Daten zu Arbeitsunfällen und Krankheiten bei Halbleiterarbeitern scheinen die einzigen vergleichbaren Daten diejenigen zu sein, die aus einer 1995 durchgeführten Umfrage unter multinationalen Halbleiterherstellungsbetrieben stammen (Lassiter 1996). Die in dieser Umfrage gesammelten Daten betrafen die internationalen Aktivitäten von in den USA ansässigen Halbleiterherstellern für die Jahre 1993-94. Einige der Daten aus der Umfrage umfassten andere Betriebe als die Halbleiterherstellung (z. B. die Herstellung von Computern und Festplattenlaufwerken), obwohl alle teilnehmenden Unternehmen in der Elektronikindustrie tätig waren. Die Ergebnisse dieser Umfrage sind in Abbildung 1 und Abbildung 2 dargestellt, die Daten aus der Region Asien-Pazifik, Europa, Lateinamerika und den Vereinigten Staaten enthalten. Jeder Fall betraf eine arbeitsbedingte Verletzung oder Krankheit, die eine medizinische Behandlung oder einen Arbeitsausfall oder eine Arbeitseinschränkung erforderte. Alle Inzidenzraten in den Zahlen wurden als Anzahl von Fällen (oder Ausfalltagen) pro 200,000 Arbeitsstunden pro Jahr berechnet. Wenn die Gesamtarbeitsstunden nicht verfügbar waren, wurden durchschnittliche jährliche Beschäftigungsschätzungen verwendet. Der Nenner von 200,000 Arbeitsstunden entspricht 100 Vollzeitarbeitskräften pro Jahr (unter der Annahme von 2,000 Arbeitsstunden pro Arbeitskraft und Jahr).

Abbildung 1. Verteilung der Inzidenzraten für Arbeitsunfälle und Berufskrankheiten nach Sektoren weltweit, 1993 und 1994.

Abbildung 2. Verteilung der Inzidenzraten für Verletzungen und Krankheiten mit arbeitsfreien Tagen nach Weltsektor 1993 und 1994

Abbildung 1 zeigt die Arbeitsunfall- und Krankheitsinzidenzraten für die verschiedenen Weltregionen in der Erhebung von 1993-94. Einzelne Länderkurse wurden nicht aufgenommen, um die Vertraulichkeit der teilnehmenden Unternehmen zu gewährleisten, die die einzigen Datenquellen für bestimmte Länder waren. Daher wurden für bestimmte Länder in der Umfrage Daten nur für eine einzige Einrichtung gemeldet. In mehreren Fällen haben Unternehmen alle internationalen Daten in einer einzigen Statistik zusammengefasst. Diese letzteren Daten sind in Abbildung 1 und Abbildung 2 als „kombiniert“ aufgeführt.

Die jährliche Inzidenz von Arbeitsunfällen und -krankheiten unter allen Arbeitnehmern in der internationalen Erhebung betrug 3.3 100 Fälle pro 200,000 Arbeitnehmer (1993 Arbeitsstunden) und 2.7 1994 Fälle. Für 12,615 wurden 1993 Fälle und für 12,368 1994 Fälle gemeldet Fälle (12,130 im Jahr 1993) stammten von US-Unternehmen. Diese Fälle wurden 387,000 mit etwa 1993 Arbeitnehmern und 458,000 mit 1994 Arbeitnehmern in Verbindung gebracht.

Abbildung 2 zeigt die Inzidenzraten für Fälle von Arbeitsausfällen, die arbeitsfreie Tage beinhalten. Die Inzidenzraten von 1993 und 1994 basierten auf ungefähr 4,000 Fällen von Arbeitsausfällen für jedes der 2 Jahre in der internationalen Erhebung. Die internationale/regionale Bandbreite der Inzidenzraten für diese Statistik war die engste der gemessenen. Die Inzidenz von Arbeitsausfallfällen stellt möglicherweise die am besten vergleichbare internationale Statistik in Bezug auf Arbeitssicherheit und Gesundheitserfahrung dar. Die Inzidenzrate für verlorene Arbeitstage (Tage ohne Arbeit) betrug ungefähr 15.4 Tage ohne Arbeit pro 100 Arbeitnehmer für jedes der 2 Jahre.

Die einzigen bekannten detaillierten Daten zu Fallmerkmalen von Verletzungen und Krankheiten von Halbleiterarbeitern sind diejenigen, die jährlich in den USA von der BLS zusammengestellt werden und Fälle mit Arbeitsausfällen betreffen. Die hier diskutierten Fälle wurden von der BLS in ihrer jährlichen Erhebung für das Jahr 1993 identifiziert. Aus diesen Fällen gewonnene Daten erscheinen in Abbildung 3, Abbildung 4, Abbildung 5 und Abbildung 6. Jede Abbildung vergleicht die Fallerfahrung mit Ausfallzeiten für den privaten Sektor, alle Fertigungs- und Halbleiterfertigung.

Abbildung 3. Vergleichende Inzidenz von Fällen mit Arbeitsausfall¹ nach Art des Ereignisses oder der Exposition, 1993

Abbildung 4. Vergleichende Inzidenz von Fällen mit Arbeitsausfall¹ nach Verletzungs- oder Krankheitsursache, 1993.

Abbildung 5. Vergleichende Inzidenz von Fällen mit Arbeitsausfall¹ nach Art der Verletzung oder Krankheit, 1993.

Abbildung 6. Vergleichende Inzidenz von Fällen mit Arbeitsausfall nach betroffenem Körperteil, 1993

Abbildung 3 vergleicht die Erfahrung von US-Halbleiterarbeitern im Jahr 1993 mit Fällen von Arbeitsausfall mit dem Privatsektor und der gesamten Fertigungsindustrie in Bezug auf die Art des Ereignisses oder der Exposition. Die Inzidenzraten für die meisten Kategorien in dieser Abbildung waren für Arbeiter in der Halbleiterindustrie viel geringer als für den Privatsektor oder das gesamte verarbeitende Gewerbe. Fälle von Überanstrengung bei Halbleiterarbeitern waren weniger als halb so häufig wie bei allen Arbeitern im verarbeitenden Gewerbe. Die Kategorie der schädlichen Exposition (hauptsächlich verbunden mit der Exposition gegenüber chemischen Stoffen) war bei allen drei Gruppen gleichwertig.

Vergleichende Verteilungen der Fälle von Arbeitsausfällen nach Verletzungs- oder Krankheitsursachen sind in Abbildung 4 dargestellt. Die Inzidenzraten von Arbeitsausfällen bei Halbleiterarbeitern waren geringer als im privaten Sektor und im gesamten verarbeitenden Gewerbe in allen Quellenkategorien, mit Ausnahme von Fällen im Zusammenhang mit der Exposition gegenüber Chemikalien Substanzen.

Abbildung 5 vergleicht die Inzidenzraten der Fälle von Arbeitsausfall in Verbindung mit der Art der Verletzung oder Krankheit zwischen den drei Gruppen. Die Raten für Halbleiterarbeiter waren 1993 weniger als halb so hoch wie die Raten sowohl für den Privatsektor als auch für das gesamte verarbeitende Gewerbe. Die Inzidenz von Verätzungen war bei Halbleiterarbeitern etwas höher, aber bei allen drei Vergleichsgruppen sehr niedrig. Die Inzidenz des Karpaltunnelsyndroms (CTS) unter US-Halbleiterarbeitern war weniger als halb so hoch wie im gesamten verarbeitenden Gewerbe.

In Abbildung 6 ist die Verteilung und Inzidenz der Fehltage nach betroffenen Körperteilen dargestellt. Obwohl die Inzidenz von Fällen mit Körpersystemen bei allen Vergleichsgruppen gering war, war die Rate bei Halbleiterarbeitern leicht erhöht. Alle anderen betroffenen Körperteile waren bei Halbleiterarbeitern viel geringer als bei den anderen beiden Vergleichsgruppen.

Epidemiologische Studien von Halbleiterarbeitern

Die Besorgnis über mögliche Folgen für die reproduktive Gesundheit im Zusammenhang mit der Beschäftigung in der Halbleiterindustrie tauchte 1983 auf, als eine Angestellte der Halbleiterfabrik der Digital Equipment Corporation in Hudson, Massachusetts, angab, dass sie glaube, dass es bei Mitarbeitern in den Reinräumen der Einrichtung zu Fehlgeburten gekommen sei. Diese Behauptung führte zusammen mit dem Fehlen interner Daten in der Einrichtung zu einer epidemiologischen Studie der University of Massachusetts School of Public Health in Amherst (UMass). Die Studie wurde im Mai 1984 begonnen und 1985 abgeschlossen (Pastides et al. 1988).

Im Vergleich zu nicht exponierten Arbeitern in anderen Bereichen der Einrichtung wurde sowohl im photolithographischen Bereich als auch im Diffusionsbereich ein erhöhtes Fehlgeburtsrisiko beobachtet. Ein relatives Risiko von 1.75 wurde als statistisch nicht signifikant angesehen (p < 0.05), obwohl ein relatives Risiko von 2.18, das bei Arbeitern in Verbreitungsgebieten beobachtet wurde, signifikant war. Die Veröffentlichung der UMass-Studie führte in der gesamten Halbleiterindustrie zu Bedenken, dass eine größere Studie gerechtfertigt sei, um die beobachteten Ergebnisse zu validieren und ihr Ausmaß und mögliche Ursachen zu bestimmen.

Die Semiconductor Industry Association (SIA) der Vereinigten Staaten sponserte ab 1989 eine größere Studie, die von der University of California in Davis (UC Davis) durchgeführt wurde. Die UC Davis-Studie wurde entwickelt, um die Hypothese zu testen, dass die Halbleiterherstellung mit einem erhöhten Risiko verbunden ist von Fehlgeburten für weibliche Wafer-Fertigungsangestellte. Die Grundgesamtheit der Studie wurde aus 14 Unternehmen ausgewählt, die 42 Produktionsstandorte in 17 Bundesstaaten repräsentierten. Die höchste Anzahl an Standorten (die fast die Hälfte der Mitarbeiter in der Studie ausmachten) befand sich in Kalifornien.

Die UC-Davis-Studie bestand aus drei verschiedenen Komponenten: einer Querschnittskomponente (McCurdy et al. 1995; Pocekay et al. 1995); eine historische Kohortenkomponente (Schenker et al. 1995); und eine prospektive Komponente (Eskenazi et al. 1995). Im Mittelpunkt jeder dieser Studien stand eine Expositionsabschätzung (Hines et al. 1995; Hammond et al. 1995). Die Expositionsbewertungskomponente ordnete Mitarbeiter einer relativen Expositionsgruppe zu (dh hohe Exposition, niedrige Exposition usw.).

In der historischen Komponente der Studie wurde festgestellt, dass das relative Risiko von Fertigungsarbeitern im Vergleich zu Nicht-Fertigungsarbeitern 1.45 betrug (dh 45 % erhöhtes Fehlgeburtsrisiko). Die höchste Risikogruppe, die in der historischen Komponente der Studie identifiziert wurde, waren Frauen, die in Photolithographie- oder Ätzoperationen arbeiteten. Frauen, die Ätzoperationen durchführten, hatten ein relatives Risiko von 2.15 (RR = 2.15). Darüber hinaus wurde eine Dosis-Wirkungs-Beziehung bei Frauen beobachtet, die mit einem beliebigen Fotolack oder Entwickler in Bezug auf ein erhöhtes Fehlgeburtsrisiko arbeiteten. Diese Daten unterstützten eine Dosis-Wirkungs-Assoziation für Ethylenglykolether (EGE), aber nicht für Propylenglykolether (PGE).

Obwohl in der prospektiven Komponente der UC-Davis-Studie ein erhöhtes Fehlgeburtsrisiko bei Arbeiterinnen in der Waferherstellung beobachtet wurde, waren die Ergebnisse statistisch nicht signifikant (p < 0.05). Eine kleine Anzahl von Schwangerschaften verringerte die Aussagekraft der prospektiven Komponente der Studie signifikant. Die Analyse der Exposition gegenüber chemischen Arbeitsstoffen zeigte ein erhöhtes Risiko für Frauen, die mit Ethylenglykolmonoethylether arbeiteten, basierte jedoch nur auf 3 Schwangerschaften. Ein wichtiges Ergebnis war die allgemeine Unterstützung und kein Widerspruch zu den Ergebnissen der historischen Komponente.

Die Querschnittskomponente der Studie stellte eine Zunahme der Symptome der oberen Atemwege fest, hauptsächlich in den Diffusionsofen- und Dünnschicht-Gruppen von Arbeitern. Ein interessantes Ergebnis waren die offensichtlichen Schutzwirkungen verschiedener technischer Maßnahmen im Zusammenhang mit der Ergonomie (z. B. Fußstützen und die Verwendung eines verstellbaren Stuhls zur Verringerung von Rückenverletzungen).

Luftmessungen in den Waferfabriken ergaben, dass die meisten Lösungsmittelbelastungen weniger als 1 % der von der US-Regierung festgelegten zulässigen Belastungsgrenzen (PEL) betrugen.

Eine separate epidemiologische Studie (Correa et al. 1996) wurde 1989 von der Johns Hopkins University (JHU) mit einer Gruppe von Halbleiterangestellten der IBM Corporation durchgeführt. Die in der JHU-Studie beobachtete Gesamtfehlgeburtsrate bei weiblichen Reinraumarbeitern betrug 16.6 %. Das relative Risiko für Fehlgeburten bei weiblichen Reinraumarbeiterinnen mit der höchsten potenziellen Exposition gegenüber Ethylenglykolethern betrug 2.8 (95 %-KI = 1.4–5.6).

Diskussion reproduktiver epidemiologischer Studien mit Halbleiterarbeitern

Die epidemiologischen Studien waren bemerkenswert in Umfang und Ähnlichkeit der Ergebnisse. Diese Studien kamen alle zu ähnlichen Ergebnissen. Jede Studie dokumentierte ein erhöhtes Risiko für spontane Abtreibungen (Fehlgeburten) für Arbeiterinnen in der Halbleiterwafer-Fertigung. Zwei der Studien (JHU und UC Davis) weisen möglicherweise auf einen kausalen Zusammenhang mit Expositionen gegenüber ethylenbasierten Glykolethern hin. Die UMass-Studie ergab, dass die Photogruppe (diejenigen, die Glykolether ausgesetzt waren) ein geringeres Risiko hatte als die Diffusionsgruppe, die keine dokumentierte Glykolether-Exposition hatte. Während diese Studien auf ein erhöhtes Risiko spontaner Abtreibungen bei Arbeitern in der Waferherstellung hinweisen, ist die Ursache für dieses übermäßige Risiko unklar. Die JHU-Studie konnte keine signifikante Rolle für Glykolether dokumentieren, und die UC-Davis-Studie verknüpfte Glykolether nur geringfügig (durch Modellierung von Expositionen und selbstberichteten Arbeitspraktiken) mit Auswirkungen auf die Fortpflanzung. In beiden Studien wurde, wenn überhaupt, nur wenig überwacht, um die Exposition gegenüber Glykolethern zu bestimmen. Nach Abschluss dieser Studien begann die Halbleiterindustrie mit der Umstellung von Glykolethern der Ethylenreihe auf Ersatzstoffe wie Ethyllactat und Glykolether der Propylenreihe.

Fazit

Basierend auf den besten verfügbaren Daten zur jährlichen Inzidenz arbeitsbedingter Verletzungen und Erkrankungen sind Halbleiterarbeiter einem geringeren Risiko ausgesetzt als Arbeitnehmer in anderen verarbeitenden Sektoren oder im gesamten Privatsektor (einschließlich vieler nicht verarbeitender Industrien). Auf internationaler Ebene scheint es, dass statistische Daten zu Arbeitsunfällen und Krankheiten im Zusammenhang mit Fällen von Arbeitsausfällen ein ziemlich zuverlässiger Indikator für die weltweite Sicherheit und Gesundheit von Halbleiterarbeitern sein können. Die Industrie hat mehrere unabhängige epidemiologische Studien gesponsert, um Antworten auf Fragen zu Folgen für die reproduktive Gesundheit im Zusammenhang mit der Beschäftigung in der Industrie zu finden. Obwohl kein eindeutiger Zusammenhang zwischen beobachteten Fehlgeburten und der Exposition gegenüber Glykolethern auf Ethylenbasis festgestellt werden konnte, hat die Industrie damit begonnen, alternative Photoresist-Lösungsmittel zu verwenden.

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