In quanto industria emergente, la produzione di semiconduttori è stata spesso vista come l'epitome del posto di lavoro ad alta tecnologia. A causa dei severi requisiti di produzione associati alla produzione di strati multipli di circuiti elettronici dimensionali in micron su wafer di silicio, l'ambiente della camera bianca è diventato sinonimo di luogo di lavoro per questo settore. Poiché alcuni dei gas idruri utilizzati nella produzione di semiconduttori (ad esempio, arsina, fosfina) sono stati riconosciuti fin dall'inizio come sostanze chimiche altamente tossiche, la tecnologia di controllo dell'esposizione all'inalazione è sempre stata una componente importante della fabbricazione di wafer. I lavoratori dei semiconduttori sono ulteriormente isolati dal processo di produzione indossando indumenti speciali che coprono tutto il corpo (ad es. camici), copricapi, copriscarpe e, spesso, maschere facciali (o anche dispositivi di respirazione ad aria). Da un punto di vista pratico, le preoccupazioni del datore di lavoro per la purezza del prodotto hanno portato anche alla protezione dall'esposizione dei lavoratori.

Oltre agli indumenti protettivi personali, in tutta l'industria dei semiconduttori vengono utilizzati sistemi altamente sofisticati di ventilazione e monitoraggio dell'aria di sostanze chimiche/gas per rilevare perdite di vapori di solventi chimici tossici, acidi e gas idruro in parti per milione (ppm) o meno. Sebbene, dal punto di vista storico, l'industria abbia sperimentato frequenti evacuazioni di lavoratori dalle sale di fabbricazione dei wafer, sulla base di perdite reali o presunte di gas o solventi, tali episodi di evacuazione sono diventati eventi rari a causa delle lezioni apprese nella progettazione di sistemi di ventilazione, gas tossici /manipolazione di prodotti chimici e sistemi di monitoraggio dell'aria sempre più sofisticati con campionamento continuo dell'aria. Tuttavia, il crescente valore monetario dei singoli wafer di silicio (unitamente all'aumento del diametro dei wafer), che possono contenere decine di singoli microprocessori o dispositivi di memoria, può sottoporre a stress mentale i lavoratori che devono manipolare manualmente i contenitori di questi wafer durante i processi di produzione. La prova di tale stress è stata ottenuta durante uno studio sui lavoratori dei semiconduttori (Hammond et al. 1995; Hines et al. 1995; McCurdy et al. 1995).

L'industria dei semiconduttori ha avuto i suoi inizi negli Stati Uniti, che ha il maggior numero di lavoratori dell'industria dei semiconduttori (circa 225,000 nel 1994) di qualsiasi paese (BLS 1995). Tuttavia, ottenere stime valide sull'occupazione internazionale per questo settore è difficile a causa dell'inclusione dei lavoratori dei semiconduttori con i lavoratori della "produzione di apparecchiature elettriche/elettroniche" nelle statistiche della maggior parte delle nazioni. A causa dei severi controlli ingegneristici richiesti per la produzione di dispositivi a semiconduttore, è molto probabile che i luoghi di lavoro dei semiconduttori (ad esempio le camere bianche) siano comparabili, sotto molti aspetti, in tutto il mondo. Questa comprensione, unita ai requisiti del governo degli Stati Uniti per la registrazione di tutti gli infortuni e le malattie legate al lavoro significativi tra i lavoratori statunitensi, rende l'infortunio sul lavoro e l'esperienza di malattia dei lavoratori dei semiconduttori statunitensi una questione estremamente rilevante su scala nazionale e internazionale. Detto semplicemente, in questo momento ci sono poche fonti internazionali di informazioni e dati rilevanti riguardanti la sicurezza e l'esperienza sanitaria dei lavoratori dei semiconduttori, oltre a quelle dell'indagine annuale sugli infortuni e le malattie professionali del Bureau of Labor Statistics (BLS) degli Stati Uniti.

Negli Stati Uniti, che dal 1972 raccolgono dati su infortuni e malattie sul lavoro in tutti i settori, la frequenza di infortuni e malattie sul lavoro tra i lavoratori dei semiconduttori è stata tra le più basse di tutte le industrie manifatturiere. Tuttavia, sono state espresse preoccupazioni sul fatto che potrebbero essere presenti effetti sulla salute più sottili tra i lavoratori dei semiconduttori (LaDou 1986), sebbene tali effetti non siano stati documentati.

Si sono svolti numerosi simposi riguardanti la valutazione della tecnologia di controllo nell'industria dei semiconduttori, con molti dei documenti dei simposi che trattano questioni ambientali e di sicurezza e salute dei lavoratori (ACGIH 1989, 1993).

Una quantità limitata di dati sugli infortuni sul lavoro e sulle malattie per la comunità internazionale dei produttori di semiconduttori è stata ricavata tramite un'indagine speciale eseguita nel 1995, riguardante i casi segnalati per gli anni 1993 e 1994. Questi dati dell'indagine sono riassunti di seguito.

Infortuni sul lavoro e malattie tra i lavoratori dei semiconduttori

Per quanto riguarda i dati statistici internazionali associati agli infortuni sul lavoro e alle malattie tra i lavoratori dei semiconduttori, gli unici dati comparabili sembrano essere quelli derivati ​​da un'indagine sulle operazioni multinazionali di produzione di semiconduttori eseguita nel 1995 (Lassiter 1996). I dati raccolti in questa indagine riguardavano le operazioni internazionali dei produttori di semiconduttori con sede negli Stati Uniti per gli anni 1993-94. Alcuni dei dati dell'indagine includevano operazioni diverse dalla produzione di semiconduttori (ad esempio, produzione di computer e unità disco), sebbene tutte le società partecipanti fossero coinvolte nel settore dell'elettronica. I risultati di questa indagine sono presentati nella figura 1 e nella figura 2, che includono i dati della regione Asia-Pacifico, Europa, America Latina e Stati Uniti. Ogni caso riguardava un infortunio sul lavoro o una malattia che richiedeva cure mediche o perdita o limitazione del lavoro. Tutti i tassi di incidenza nelle cifre sono stati calcolati come numero di casi (o giornate lavorative perse) per 200,000 ore di lavoro all'anno. Se le ore lavorative totali non erano disponibili, sono state utilizzate le stime dell'occupazione media annua. Il denominatore di 200,000 ore lavorative è pari a 100 lavoratori equivalenti a tempo pieno all'anno (assumendo 2,000 ore lavorative per lavoratore all'anno).

Figura 1. Distribuzione dei tassi di incidenza degli infortuni e delle malattie sul lavoro per settore mondiale, 1993 e 1994.

Figura 2. Distribuzione dei tassi di incidenza di Infortuni e malattie con giorni di assenza dal lavoro per settore mondiale 1993 e 1994

La figura 1 illustra i tassi di incidenza degli infortuni sul lavoro e delle malattie per le varie regioni del mondo nell'indagine 1993-94. Le tariffe dei singoli paesi non sono state incluse per garantire la riservatezza di quelle società partecipanti che erano le uniche fonti di dati per alcuni paesi. Pertanto, per alcuni paesi dell'indagine, i dati sono stati riportati solo per una singola struttura. In diversi casi, le aziende hanno combinato tutti i dati internazionali in un'unica statistica. Questi ultimi dati sono elencati in figura 1 e figura 2 come “Combinati”.

L'incidenza annuale di infortuni e malattie sul lavoro tra tutti i lavoratori nell'indagine internazionale è stata di 3.3 casi per 100 dipendenti (200,000 ore lavorate) nel 1993 e di 2.7 nel 1994. I casi segnalati sono stati 12,615 per il 1993 e 12,368 per il 1994. La grande maggioranza dei casi (12,130 nel 1993) provenivano da società statunitensi. Questi casi sono stati associati a circa 387,000 lavoratori nel 1993 e 458,000 nel 1994.

La figura 2 presenta i tassi di incidenza dei casi di giornate lavorative perse che comportano giorni di assenza dal lavoro. I tassi di incidenza del 1993 e del 1994 si basavano su circa 4,000 casi di giornate lavorative perse per ciascuno dei 2 anni dell'indagine internazionale. L'intervallo internazionale/regionale nei tassi di incidenza per questa statistica era il più ristretto di quelli misurati. L'incidenza dei casi di giornate lavorative perse può rappresentare la statistica internazionale più comparabile per quanto riguarda l'esperienza in materia di sicurezza e salute dei lavoratori. Il tasso di incidenza dei giorni di assenza dal lavoro (giorni di assenza dal lavoro) è stato di circa 15.4 giorni di assenza dal lavoro ogni 100 lavoratori per ciascuno dei 2 anni.

Gli unici dati dettagliati noti riguardanti le caratteristiche dei casi di infortuni e malattie dei lavoratori dei semiconduttori sono quelli compilati annualmente negli Stati Uniti dal BLS, che riguardano casi con giornate lavorative perse. I casi discussi qui sono stati individuati dal BLS nella loro indagine annuale per l'anno 1993. I dati ottenuti da questi casi appaiono nella figura 3, figura 4, figura 5 e figura 6. Ciascuna figura confronta l'esperienza dei casi di giornata lavorativa persa per il settore privato, tutta la produzione e la produzione di semiconduttori.

Figura 3. Incidenza comparativa dei casi di giornate lavorative perse¹ per tipologia di evento o esposizione, 1993

Figura 4. Incidenza comparativa dei casi di giornate lavorative perse¹ per fonte di infortunio o malattia, 1993.

Figura 5. Incidenza comparativa dei casi di giornate lavorative perse¹ per natura di infortunio o malattia, 1993.

Figura 6. Incidenza comparativa dei casi di giornate lavorative perse per parte del corpo colpita, 1993

La Figura 3 mette a confronto l'esperienza dei casi di giornata lavorativa persa dei lavoratori dei semiconduttori statunitensi nel 1993 con il settore privato e con tutta la produzione rispetto al tipo di evento o esposizione. I tassi di incidenza per la maggior parte delle categorie in questa figura erano molto inferiori per i lavoratori dell'industria dei semiconduttori che per il settore privato o per tutta la produzione. I casi di sforzi eccessivi tra i lavoratori dei semiconduttori erano meno della metà del tasso di tutti i lavoratori del settore manifatturiero. La categoria di esposizione nociva (principalmente associata alle esposizioni a sostanze chimiche) era equivalente in tutti e tre i gruppi.

Le distribuzioni comparative dei casi di giornata lavorativa persa in base alla fonte di infortunio o malattia sono presentate nella figura 4. I tassi di incidenza dei casi di giornata lavorativa persa per i lavoratori dei semiconduttori erano inferiori a quelli del settore privato e di tutte le attività manifatturiere in tutte le categorie di fonti, ad eccezione dei casi associati a esposizioni a sostanze chimiche sostanze.

La figura 5 mette a confronto i tassi di incidenza delle giornate lavorative perse associati alla natura dell'infortunio o della malattia tra i tre gruppi. Le tariffe per i lavoratori dei semiconduttori erano meno della metà delle tariffe sia per il settore privato che per tutta la produzione nel 1993. L'incidenza delle ustioni chimiche era leggermente superiore per i lavoratori dei semiconduttori, ma era molto bassa per tutti e tre i gruppi di confronto. L'incidenza della sindrome del tunnel carpale (CTS) tra i lavoratori dei semiconduttori statunitensi era meno della metà del tasso per tutta la produzione.

Nella figura 6 è illustrata la distribuzione e l'incidenza dei casi che prevedono giorni di assenza dal lavoro per parte del corpo interessata. Sebbene l'incidenza dei casi che coinvolgevano i sistemi corporei fosse bassa per tutti i gruppi di confronto, il tasso per i lavoratori dei semiconduttori era leggermente elevato. Tutte le altre parti del corpo colpite erano molto inferiori per i lavoratori dei semiconduttori rispetto agli altri due gruppi di confronto.

Studi epidemiologici sui lavoratori dei semiconduttori

La preoccupazione per le possibili conseguenze sulla salute riproduttiva associate all'impiego nel settore dei semiconduttori è emersa nel 1983 quando una dipendente presso l'impianto di semiconduttori della Digital Equipment Corporation a Hudson, nel Massachusetts, ha indicato di ritenere che si fosse verificato un eccesso di aborti spontanei tra i dipendenti nelle camere bianche della struttura. Questa affermazione, unita all'assenza di dati interni presso la struttura, ha portato a uno studio epidemiologico della School of Public Health dell'Università del Massachusetts ad Amherst (UMass). Lo studio è stato avviato nel maggio del 1984 e completato nel 1985 (Pastides et al. 1988).

È stato osservato un rischio elevato di aborto spontaneo sia nell'area fotolitografica che nell'area di diffusione rispetto ai lavoratori non esposti in altre aree della struttura. Un rischio relativo di 1.75 è stato considerato non statisticamente significativo (p <0.05), sebbene un rischio relativo di 2.18 osservato tra i lavoratori nelle aree di diffusione fosse significativo. La pubblicazione dello studio UMass ha portato a temere in tutto il settore dei semiconduttori che uno studio più ampio fosse giustificato per convalidare i risultati osservati e per determinare la loro portata e la possibile causa.

La Semiconductor Industry Association (SIA) degli Stati Uniti ha sponsorizzato uno studio più ampio condotto dall'Università della California a Davis (UC Davis) a partire dal 1989. Lo studio UC Davis è stato progettato per verificare l'ipotesi che la produzione di semiconduttori fosse associata a un aumento del rischio di aborto spontaneo per dipendenti di fabbricazione di wafer di sesso femminile. La popolazione dello studio è stata selezionata tra 14 aziende che rappresentavano 42 siti di produzione in 17 stati. Il maggior numero di siti (che rappresentano quasi la metà dei dipendenti nello studio) era in California.

Lo studio UC Davis consisteva in tre diverse componenti: una componente trasversale (McCurdy et al. 1995; Pocekay et al. 1995); una componente di coorte storica (Schenker et al. 1995); e una componente prospettica (Eskenazi et al. 1995). Al centro di ciascuno di questi studi c'era una valutazione dell'esposizione (Hines et al. 1995; Hammond et al. 1995). La componente di valutazione dell'esposizione ha assegnato i dipendenti a un gruppo di esposizione relativo (ad esempio, esposizione elevata, esposizione bassa e così via).

Nella componente storica dello studio, è stato determinato che il rischio relativo dei lavoratori della fabbricazione, rispetto ai lavoratori non della fabbricazione, era di 1.45 (ovvero, il 45% di rischio in più di aborto spontaneo). Il gruppo a più alto rischio identificato nella componente storica dello studio era costituito da donne che lavoravano in operazioni di fotolitografia o incisione. Le donne che eseguivano operazioni di mordenzatura presentavano un rischio relativo di 2.15 (RR=2.15). Inoltre, è stata osservata una relazione dose-risposta tra le donne che hanno lavorato con qualsiasi fotoresist o sviluppatore rispetto all'aumento del rischio di aborto spontaneo. Questi dati hanno supportato un'associazione dose-risposta per gli eteri di glicole etilenico (EGE) ma non per gli eteri di glicole propilenico (PGE).

Sebbene sia stato osservato un aumento del rischio di aborto spontaneo tra le lavoratrici di fabbricazione di wafer nella componente prospettica dello studio UC Davis, i risultati non erano statisticamente significativi (p inferiore a 0.05). Un piccolo numero di gravidanze ha ridotto significativamente il potere della componente prospettica dello studio. L'analisi dell'esposizione all'agente chimico ha indicato un aumento del rischio per quelle donne che hanno lavorato con etilene glicole monoetil etere, ma si basava su sole 3 gravidanze. Un risultato importante è stato il supporto generale, e non la contraddizione, dei risultati della componente storica.

La componente trasversale dello studio ha rilevato un aumento dei sintomi delle vie respiratorie superiori principalmente nei gruppi di lavoratori del forno a diffusione e del film sottile. Una scoperta interessante è stata l'apparente effetto protettivo di vari controlli tecnici relativi all'ergonomia (ad esempio, poggiapiedi e l'uso di una sedia regolabile per ridurre le lesioni alla schiena).

Le misurazioni dell'aria effettuate nelle fabbriche di wafer hanno rilevato che la maggior parte delle esposizioni ai solventi erano inferiori all'1% dei limiti di esposizione consentiti (PEL) stabiliti dal governo degli Stati Uniti.

Uno studio epidemiologico separato (Correa et al. 1996) è stato condotto dalla Johns Hopkins University (JHU), coinvolgendo un gruppo di impiegati di semiconduttori della IBM Corporation nel 1989. Il tasso complessivo di aborto spontaneo osservato nello studio JHU che coinvolgeva le lavoratrici delle camere bianche era del 16.6%. Il rischio relativo di aborto spontaneo tra le lavoratrici di camere bianche con la più alta esposizione potenziale agli eteri di glicole etilenico era 2.8 (IC 95% = 1.4-5.6).

Discussione sugli studi epidemiologici riproduttivi che coinvolgono i lavoratori dei semiconduttori

Gli studi epidemiologici sono stati notevoli per portata e somiglianza dei risultati. Tutti questi studi hanno prodotto risultati simili. Ogni studio ha documentato un rischio eccessivo di aborto spontaneo (aborto spontaneo) per le lavoratrici donne nella fabbricazione di wafer semiconduttori. Due degli studi (JHU e UC Davis) possono indicare un'associazione causale con l'esposizione a glicoleteri a base di etilene. Lo studio UMass ha rilevato che il gruppo fotografico (quelli esposti all'etere di glicole) presentava un rischio minore rispetto al gruppo di diffusione, che non aveva un'esposizione documentata all'etere di glicole. Sebbene questi studi indichino un aumento del rischio di aborti spontanei tra i lavoratori della fabbricazione di wafer, la causa di tale rischio eccessivo non è chiara. Lo studio JHU non è riuscito a documentare un ruolo significativo per gli eteri glicolici e lo studio UC Davis ha collegato solo marginalmente gli eteri glicolici (attraverso la modellazione delle esposizioni e pratiche di lavoro auto-riportate) agli effetti sulla riproduzione. Poco o nessun monitoraggio è stato eseguito in entrambi gli studi per determinare l'esposizione agli eteri glicolici. Dopo il completamento di questi studi, l'industria dei semiconduttori ha iniziato a passare dagli eteri glicolici della serie dell'etilene a sostituti come il lattato di etile e gli eteri del glicole della serie del propilene.

Conclusione

Sulla base dei migliori dati disponibili riguardanti l'incidenza annuale di infortuni e malattie professionali, i lavoratori dei semiconduttori sono meno a rischio rispetto ai lavoratori di altri settori manifatturieri o di tutto il settore privato (comprese molte industrie non manifatturiere). Su base internazionale, sembra che i dati statistici sugli infortuni sul lavoro e sulle malattie associati ai casi di giornate lavorative perse possano essere un indicatore abbastanza affidabile dell'esperienza mondiale in materia di sicurezza e salute dei lavoratori dei semiconduttori. L'industria ha sponsorizzato diversi studi epidemiologici indipendenti nel tentativo di trovare risposte alle domande sulle conseguenze sulla salute riproduttiva legate all'occupazione nel settore. Sebbene non sia stata stabilita un'associazione definitiva tra gli aborti spontanei osservati e le esposizioni agli eteri glicolici a base di etilene, l'industria ha iniziato a utilizzare solventi fotoresist alternativi.

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