이 글의 목적은 반도체 공정에서 사용하는 특수가스를 고압가스 안전관리 관점에서 체계적으로 이해하고, 설계·인허가·운전·점검 단계에서 반드시 충족해야 할 안전 기준과 실무 체크포인트를 정리하는 것이다.
1. 반도체 특수가스와 특수고압가스의 개념
반도체 공정 특수가스는 CVD, ALD, 에칭, 도핑, 세정, 챔버 클리닝 등 공정에 사용되는 고순도 가스를 의미하며, 대부분 고압가스 안전관리법의 규제대상 고압가스에 해당한다.
고압가스 안전관리법에서 말하는 특수고압가스는 압축모노실란, 압축디보레인, 포스핀, 세렌화수소, 게르만, 디실란 등과 같이 반도체 세정·에칭 등 특수한 용도에 사용되는 고압가스를 말하며, 별도의 정의와 관리체계를 갖는 고압가스 범주이다.
또한 암모니아, 염소, 불화수소 등 일부 독성·부식성 가스는 특정고압가스로 지정되어 별도의 시설·기술 기준을 따르며, 반도체용 특수고압가스와 함께 약 수십 종의 독성가스가 체계적으로 관리되고 있다.
1.1 반도체 공정에서 많이 사용하는 특수가스 예
| 가스명 | 주요 용도 | 위험특성 | 법적 분류 예시 |
|---|---|---|---|
| 실란(SiH₄) | 박막 형성(CVD), 박막 열처리 | 자연발화성, 가연성, 질식성 | 특수고압가스에 해당 가능하다. |
| 디실란(Si₂H₆) | 저온 박막 형성 | 자연발화성, 고위험 가연성 | 특수고압가스에 해당 가능하다. |
| 포스핀(PH₃) | 도핑 가스 | 극독성, 가연성 | 특수고압가스 및 독성가스이다. |
| 아세틸렌(특수용도) | 탄소막, 특수 공정 | 고위험 가연성, 폭발성 | 특정고압가스에 해당한다. |
| 염소(Cl₂) | 에칭, 세정 | 독성, 부식성 | 특정고압가스 및 독성가스이다. |
| 불화수소(HF), 불소계 혼합가스 | 에칭, 세정 | 강부식성, 독성 | 독성가스에 해당한다. |
| NF₃, CF₄, C₂F₆ 등 | 챔버 클리닝, 플라즈마 공정 | 온실가스, 질식성, 일부 분해 시 독성 | 일반 고압가스로 분류되는 경우가 많다. |
각 가스의 구체적인 법적 분류는 고압가스 안전관리법 시행령, 시행규칙, 별표 및 개별 고시를 통해 확인해야 하며, 동일 가스라도 농도, 혼합 비율에 따라 관리유형이 달라질 수 있다.
1.2 특수고압가스와 특정고압가스의 차이
특정고압가스는 수소, 산소, 액화암모니아, 액화염소 등 일정한 위험성이 높은 고압가스를 열거한 개념으로, 종류가 한정되어 있고 시설별로 별도의 사용 기준이 존재한다.
특수고압가스는 반도체, 태양광, 디스플레이 등 첨단 공정에서 사용하는 특수용도의 고압가스로, 고압가스 안전관리법에서 별도의 정의를 두고 있으며, 주로 반도체용 특수가스가 여기에 포함된다.
실무에서는 동일 공정 내에 특정고압가스와 특수고압가스가 함께 사용되는 경우가 많으므로, 설계 단계에서 두 범주의 시설 기준과 사용신고·허가 요건을 동시에 검토해야 한다.
2. 관련 법규 체계와 KGS 코드
반도체 특수가스는 고압가스 안전관리법, 동법 시행령·시행규칙, 산업통상자원부 고시 및 한국가스안전공사(KGS)의 세부기술기준(KGS Code)에 따라 관리된다.
반도체 특수가스 관련 대표적인 KGS 코드는 다음과 같다.
| KGS 코드 | 명칭 | 반도체 특수가스와의 관계 |
|---|---|---|
| FP111 | 고압가스 특정제조의 시설·기술·검사·감리·정밀안전검진 기준 | 반도체 특수가스를 특정제조 범위로 제조하는 경우 적용된다. |
| FP112 | 고압가스 일반제조의 시설·기술·검사·감리·안전성평가 기준 | 특정제조 이외의 일반제조 시설에 적용된다. |
| FU111 | 고압가스 저장의 시설·기술·검사·안전성평가 기준 | 특수·특정고압가스를 포함한 저장설비에 대한 기본 기준이다. |
| FU211 | 특정고압가스 사용의 시설·기술·검사 기준 | 수소, 산소, 액화암모니아 등 특정고압가스 사용시설에 적용된다. |
| FU212 | 특수고압가스 사용의 시설·기술·검사 기준 | 반도체용 특수고압가스 사용시설의 핵심 기준이다. |
| AC218 | 고압가스용 이음매없는 용기 재검사 기준 | 특수가스를 충전한 실린더의 주기적 재검사 기준이다. |
| AA913 | 고압가스용 실린더캐비닛 제조의 시설·기술·검사 기준 | 반도체 특수가스용 가스캐비닛 제작·검사 기준이다. |
최근에는 FU111, FU211, FU212, FP111, FP112, AA913 등 주요 코드가 2025년 개정판으로 갱신되고 있어, 설계·심사 시 반드시 최신판 여부를 확인해야 한다.
2.1 반도체 특수가스 사용시설의 법적 위치
반도체 공장에서 특수가스를 사용하는 라인은 일반적으로 다음과 같이 법적 성격을 갖는다.
- 대량 저장탱크, ISO 탱크 등은 고압가스 저장시설에 해당한다.
- 특수가스를 공정에 공급하는 설비는 특수고압가스 사용시설에 해당한다.
- 공장 내에서 혼합가스를 제조·조제하는 경우 제조시설로 분류될 수 있다.
따라서 하나의 반도체 라인 안에 제조·저장·사용 기능이 혼재될 수 있으며, 사업자는 허가·신고 범위를 정확히 구분하여 인허가를 받아야 한다.
2.2 특수고압가스 사용시설 허가·신고 개념
특수고압가스는 저장능력, 사용능력, 용기 수량·내용적 등에 따라 허가 또는 신고 대상이 달라진다.
반도체 공정에서는 특수가스를 실린더캐비닛, VMB(Vanishing Manifold Box), VMP(Valve Manifold Panel)를 통해 사용하므로, 공정 전체의 최대 동시 사용량, 저장량을 합산해 허가·신고 기준과 비교해야 한다.
특수고압가스 사용시설은 FU212에 따른 시설·기술·검사 기준을 충족해야 하며, 동시에 저장능력이 일정 기준을 초과하는 경우 FU111에 따른 저장시설 기준도 함께 검토해야 한다.
3. 반도체 특수가스 공급 시스템 구성과 안전 기준
반도체용 특수가스 공급 시스템은 일반적으로 벌크 저장설비, 실린더캐비닛, 1차·2차 배관, 가스 정제기, VMB/VMP, 장비 내부 배관으로 구성된다.
3.1 가스캐비닛(Gas Cylinder Cabinet)의 역할
가스캐비닛은 특수가스를 충전한 실린더를 내부에 수용하고, 누출 시 국소 배기와 가스검지, 긴급 차단을 통해 외부로의 확산을 최소화하는 핵심 안전설비이다.
가스캐비닛은 일반적으로 다음과 같은 기능을 가져야 한다.
- 내화 성능을 갖는 철재 또는 동등 수준 구조로 제작한다.
- 캐비닛 내부는 상시 음압 상태를 유지하고, 전용 배기덕트로 안전하게 배출한다.
- 가스누출검지기, 화재감지기, 온도센서, 도어 스위치와 연동된 인터록을 구성한다.
- 실린더 밸브, 자동차단밸브, 압력조정기, 레귤레이터, 체크밸브 등을 일체화한다.
- NFPA, SEMI 등 국제 가이드라인과 KGS AA913의 주요 기준을 반영해 제작·검사한다.
주의 : 실린더캐비닛은 단순 보관함이 아니라 안전장치가 통합된 압력·배기·검지 일체형 설비이므로, 일반 금속 캐비닛을 설치하고 배기 덕트만 연결하는 방식은 허용되지 않는다고 보는 것이 안전하다.
3.2 배기·환기 설계
특수가스 사용시설의 배기·환기 설계는 누출가스를 신속히 제거하고 인근 작업자의 노출을 최소화하기 위한 핵심 항목이다.
- 가스캐비닛, VMB/VMP, 웨이스트 배관, 스크러버 주변에는 전용 국소배기를 설치한다.
- 배기덕트는 부식성 가스를 고려하여 재질·두께를 선정하고, 역류 방지 구조를 고려한다.
- 배기풍량과 면풍속은 FU212 및 관련 기준을 충족하도록 설계한다.
- 배기팬 정지 시 가스 공급이 자동 차단되도록 인터록을 구성한다.
- 비상 전원(UPS, 비상발전기)을 통해 최소한의 배기 기능을 유지하도록 한다.
주의 : 클린룸 환기량이 충분하다는 이유로 캐비닛·VMB 국소배기를 생략하는 설계는 특수고압가스 시설의 안전 개념에 맞지 않으며, 인허가 및 검사 과정에서 문제를 야기할 수 있다.
3.3 특수가스 배관·밸브·재질 선정
반도체 특수가스 배관은 고순도 유지와 누출 방지를 위해 다음과 같은 기준을 준수하는 것이 일반적이다.
- 재질은 일반적으로 SUS316L 고순도 튜브를 사용하고, 전해연마·세정 튜브를 채택한다.
- 연결부는 용접부 수를 최소화하고 VCR, VCO 등 고순도 피팅을 사용한다.
- 용접은 오비탈 용접을 적용하며, 용접부 비파괴검사(NDT)와 헬륨 누설시험을 수행한다.
- 특수가스 특성에 따라 라이닝, 듀얼 컨테인먼트 배관, 히팅 트레이싱을 적용할 수 있다.
- 배관 설계압력은 최대 사용압력에 충분한 여유를 두고, 압력등급에 맞는 밸브 및 피팅을 선정한다.
3.4 압력조정기·안전밸브·긴급차단 시스템
압력조정기와 안전밸브는 과압에 의한 배관·장비 파손과 폭발을 방지하는 최종 방어선이다.
- 실린더 출구에는 1차 레귤레이터를 설치하고, 필요 시 공정 가까이에 2차 레귤레이터를 둔다.
- 과압 방지를 위해 릴리프밸브 또는 버스트 디스크를 설치하고, 배출 라인을 스크러버에 연결한다.
- 실린더밸브, 자동차단밸브, VMB/VMP 밸브를 일괄 차단하는 ESD(Emergency Shut Down) 시스템을 구성한다.
- 가스누출검지, 화재감지, 배기정지, 정전 등의 신호와 연동하여 자동 차단이 이루어지도록 한다.
4. 위험특성별 반도체 특수가스 안전 기준
반도체 특수가스는 독성, 부식성, 자연발화성, 가연성, 산화성, 질식성 등 복합적인 위험특성을 갖고 있다. 따라서 가스별 특성에 따른 차등적인 안전 기준을 수립하는 것이 중요하다.
4.1 독성·부식성 특수가스
포스핀, 아세나, 염소, 불화수소, BCl₃, BF₃, WF₆ 등은 인체에 극도로 유해하며, 누출 시 치명적인 결과를 초래할 수 있다.
- 작업구역에는 가스누출검지기를 설치하고, 누출농도에 따라 경보·비상차단 단계(예: 1차·2차 경보)를 구분한다.
- 배출가스는 스크러버를 통해 중화·흡수·열분해 등 적절한 방식으로 처리한다.
- 캐비닛·배관 주변에는 누출 시 접근을 제한할 수 있는 표지·출입통제를 실시한다.
- 누출 시 피난 경로와 비상대응 절차를 반도체 공정 레이아웃과 연계하여 사전에 설계한다.
주의 : 독성가스는 소량 누출이라도 인근 작업자의 건강에 중대한 영향을 줄 수 있으므로, 누출 감지와 동시에 자동 차단·배기 강화가 이루어지는 다단계 인터록 구성이 필수적이다.
4.2 자연발화성·가연성 특수가스
실란, 디실란, 일부 유기실란류는 공기 중에서 자연발화할 수 있는 고위험 가연성 가스이다.
- 배관 내 잔류산소를 제거하기 위해 질소 퍼지, 진공·충전 사이클을 표준화된 절차에 따라 수행한다.
- 챔버·배관 내부의 혼합가스 농도가 가연범위를 통과하지 않도록 공정 조건을 설계한다.
- 방폭구역 설정, 접지 강화, 정전기 관리 등 점화원 관리 대책을 적용한다.
- 가연성 특수가스는 파열판·폭발패널 등 압력 해소 설비와 함께 사용을 검토한다.
4.3 산화성·불활성·질식성 가스
NF₃, N₂O 등 산화성 가스는 다른 가연성 물질의 연소를 촉진할 수 있으며, 질소, 아르곤, 헬륨 등 불활성 가스는 누출 시 산소 농도를 저하시켜 질식 위험을 유발한다.
- 산화성 가스 라인은 윤활유, 오염물질이 없는 재질·부품을 사용한다.
- 대용량 불활성 가스 사용 구역은 산소농도 측정기를 설치하여 질식 위험을 관리한다.
- 밀폐 공간 작업 시 산소 농도 확인, 출입관리, 인원확인 등 추가적인 안전조치를 실시한다.
5. 용기·실린더 및 재검사 관리 기준
반도체 특수가스는 대부분 이음매없는 실린더 또는 튜브트레일러에 충전되어 공급되며, 용기의 안전성은 AC218의 재검사 기준에 따라 관리된다.
5.1 실린더 수명과 재검사
이음매없는 고압가스 용기는 최초 제조검사 후 일정 주기로 재검사를 받아야 하며, 재검사 항목에는 외관검사, 내·외면 부식 상태 확인, 수압시험, 기계적 성질 확인, 각인 표시 점검 등이 포함된다.
반도체 특수가스 용기는 내용물 특성상 내부 부식, 응고, 흡착 등이 발생할 수 있으므로, 재검사 시 내부 상태와 잔류물 관리에 각별한 주의가 필요하다.
5.2 용기 밸브·부속품 관리
- 용기밸브는 용도에 맞는 재질·압력등급을 사용하고, 토크 관리 및 누설 시험을 정기적으로 수행한다.
- 특수가스 용기에는 전용 밸브캡·프로텍터를 사용하여 운반 중 밸브 손상을 방지한다.
- 용기별로 가스명, 농도, 충전압력, 충전일, 유효기간 등을 명확하게 표시한다.
5.3 반도체용 특수고압가스 수입·사용기간 관리
반도체용 특수고압가스의 수입·사용기간, 국내 보관기간 등에 대해서는 산업 특성 및 안전관리 강화를 위해 제도 개선이 지속적으로 이루어지고 있으며, 사업자는 개정 고시 내용에 따라 용기 라벨, 재고 관리, 폐기 절차를 재정비해야 한다.
6. 운영·유지관리 및 위험성평가 기준
반도체 특수가스의 위험성은 설계 단계에서 상당 부분 제어할 수 있으나, 실제 사고는 운전·정비·작업변경 과정에서 발생하는 경우가 많다.
6.1 정기점검·자율안전점검 체계
- 가스캐비닛, VMB/VMP, 스크러버, 배기팬, 누출검지기 등의 점검항목과 주기를 문서화한다.
- 자율안전점검표를 작성하여 일상점검, 월간점검, 정기점검 등으로 구분해 운영한다.
- 점검 기록은 검사·심사 시 제출할 수 있도록 체계적으로 보관한다.
| 설비 | 주요 점검항목 | 점검 빈도 예시 |
|---|---|---|
| 가스캐비닛 | 도어 씰, 배기 풍량, 누설 여부, 도어 스위치 작동 | 일일 또는 교대별 점검을 한다. |
| 누출검지기 | 제로점, 스팬점 교정, 경보·릴레이 신호 | 월간 또는 분기별 교정을 한다. |
| 스크러버 | 중화제·흡수액 농도, 펌프·배기팬 작동 상태 | 주간·월간 점검을 한다. |
| 배관·밸브 | 외관 부식, 손상, 누설, 밸브 조작성 | 정기정비 시 집중 점검을 한다. |
6.2 HAZOP 등 공정위험성평가
고압가스 안전관리법과 KGS Code에서는 일정 규모 이상의 고압가스 시설에 대해 위험성평가 수행을 요구하며, 반도체 특수가스 시설에는 HAZOP, What-if, 체크리스트 등 기법을 적용하는 것이 일반적이다.
- P&ID, 공정조건, 인터록 로직을 기초자료로 준비한다.
- 실린더 교체, 퍼지·불블, 배관 세정, 가동·정지 등 작업절차를 포함하여 평가한다.
- HAZOP에서 도출된 개선사항은 설계 변경, 운영절차 개정, 교육 강화 등으로 반영한다.
6.3 표준운전절차(SOP) 및 교육
반도체 특수가스는 소량 누출에도 심각한 피해를 줄 수 있으므로, 작업자별 숙련도와 절차 준수가 무엇보다 중요하다.
예시) 특수가스 실린더 교체 작업 절차 개요 1) 가스 공급라인 차단 및 챔버 퍼지를 완료한다. 2) 잔압 확인 후 캐비닛 내 잔류가스를 퍼지한다. 3) 실린더 밸브를 닫고, 라인 내 압력을 완전히 제거한다. 4) 실린더를 교체하고, 연결부를 규정 토크로 체결한다. 5) 헬륨 누설시험 또는 비누거품 시험을 수행한다. 6) 퍼지·프레스라이징 절차 후 공정에 투입한다.실제 절차서는 가스별 특성, 장비 특성, 인터록 구성에 맞게 상세히 작성하고, 신규·협력업체 작업자를 포함하여 정기적으로 교육·훈련을 시행해야 한다.
7. 설계·인허가·검사 단계별 체크포인트
반도체 특수가스 시설의 안전 수준은 설계, 인허가, 시공, 검사, 운영의 전 단계에 걸친 일관된 관리로 확보된다.
7.1 기본계획·설계 단계
- 사용 가스 리스트, 최대 사용량, 저장량을 정의하고 특수·특정·일반 고압가스로 분류한다.
- 해당 시설에 적용되는 KGS 코드 목록을 정리한다.
- 가스캐비닛 위치, 배기계통, 피난동선, 인접 설비와의 이격을 3D 레이아웃으로 검토한다.
- 배관경로, 라인사이징, PSV 용량 계산 등 공정안전 측면을 반영한다.
7.2 인허가·안전관리규정 심사 단계
- 배관계통도(P&ID), 계장다이어그램, 인터록 리스트를 포함한 설계도면을 준비한다.
- 시설개요서, 위험성평가 결과, 비상대응계획, 누출·화재 시 시나리오를 정리한다.
- 안전관리규정에 특수가스 취급절차, 교육계획, 점검계획을 구체적으로 반영한다.
7.3 시공·완성검사 및 가동 전 시험
- 배관 시공 중 오비탈 용접 조건, 피팅 체결 토크, 청정도 관리를 기록한다.
- 압력시험, 기밀시험, 누설시험 결과를 문서화한다.
- 인터록 로직에 대해 FAT, SAT를 수행하고, 실제 가스 없이 시뮬레이션 테스트를 진행한다.
7.4 가동 후 정기검사 및 지속적 개선
- 법정 정기검사와 자율안전점검에서 도출된 개선사항을 설계·운전 절차에 반영한다.
- 공정변경(라인 증설, 가스 변경, 배관 변경) 시 MOC(변경관리) 절차를 적용한다.
- 사고·이상사례를 공유하고, 유사사고 재발방지 대책을 수립한다.
FAQ
반도체 특수가스 사용시설 설계 시 가장 먼저 확인해야 할 기준은 무엇인가?
가장 먼저 고압가스 안전관리법상 해당 시설이 제조·저장·사용 중 어디에 해당하는지, 사용 가스가 특수고압가스·특정고압가스·일반고압가스 중 어느 범주인지 확인해야 한다. 그 후 FU111, FU211, FU212, FP111, FP112, AA913, AC218 등 적용 가능한 KGS 코드를 정리하고, 최신 개정판 여부를 검토하는 것이 출발점이다.
기존 일반 고압가스 시설에 반도체 특수가스를 추가로 사용하는 경우 어떤 점을 주의해야 하나?
기존 허가·신고 범위가 특수고압가스를 포함하고 있는지, 저장능력·사용능력 증가로 인해 허가·신고 구분이 변경되는지부터 검토해야 한다. 또한 가스캐비닛, 누출검지기, 스크러버 등 특수가스에 요구되는 추가 안전설비가 적정하게 반영되어 있는지 재검토해야 한다.
가스캐비닛은 반드시 KGS AA913에 따라 제작된 제품만 사용해야 하나?
반도체 특수가스용 실린더캐비닛은 KGS AA913에 적합한 구조와 안전 성능을 갖추어야 하며, 제조·검사 과정에서 해당 기준을 충족했음을 입증할 수 있어야 한다. 따라서 설계·구매 단계에서 AA913 적합 여부, 관련 시험성적서를 확인하는 것이 바람직하다.
반도체 특수가스 누출 시 비상대응 계획은 어떻게 수립해야 하나?
가스별 독성, 부식성, 가연성, 확산 특성을 고려하여 누출 시나리오를 설정하고, 가스검지기 경보단계별 대응, ESD 차단, 피난동선, 방재센터 통보 절차를 문서화해야 한다. 또한 현장훈련을 통해 실제 작업자가 절차를 숙지하도록 하는 것이 중요하다.
연구소·파일럿 라인에서도 특수고압가스 기준이 동일하게 적용되는가?
연구소나 파일럿 라인이라도 고압가스 안전관리법상 허가·신고 기준을 초과하는 경우에는 제조·저장·사용시설로 분류되어 동일한 법적 기준이 적용된다. 다만 허가·신고 규모에 따라 요구되는 서류와 절차가 달라질 수 있으므로, 초기 설계 단계에서 규모와 가스 종류를 명확히 하고 관할기관과 협의하는 것이 필요하다.