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Assessment of exposure to incoherent ultraviolet radiation (UV-A) during work in clean rooms
The occupational health assessment of incoherent optical radiation in the cleanroom poses a challenge under the specific workplace conditions. Based on the collected results, the real exposure and the associated health risks of employees due to UV-A light can be better assessed under standardized working procedures. With the new findings, the risk assessment for work with UV-A light in the cleanroom could be adjusted, an exemption permit according to §10 OStrV was obtained, and a series of alternative protective measures were established.
Kernaussagen
Beurteilung der Exposition von inkohärenter ultravioletter Strahlung (UV-A) bei Arbeiten im Reinraum
Die betriebsärztliche Beurteilung von inkohärenter optischer Strahlung im Reinraum stellt unter den besonderen Arbeitsplatzbedingungen eine Herausforderung dar. Anhand der erhobenen Ergebnisse können unter standardisierten Arbeitsverfahren die reale Exposition und das damit verbundene Gesundheitsrisiko der Mitarbeitenden durch UV-A-Licht besser eingeschätzt werden. Mit den neuen Erkenntnissen wurde die Gefährdungsbeurteilung für Arbeiten mit UV-A-Licht im Reinraum angepasst, eine Ausnahmegenehmigung nach § 10 OStrV (Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung) genehmigt und eine Reihe von alternativen Schutzmaßnahmen festgelegt.
Einleitung
Reinräume in der Halbleiterindustrie zeichnen sich durch hohe Standards und Kontrollen aus, um Verunreinigungen an den Produkten zu minimieren, was für die Leistungsfähigkeit der Bauteile und des Herstellungsprozesses von entscheidender Bedeutung sind.
UV-A-Lampen dienen der Sauberkeitskontrolle im Reinraum
Spezielle UV-A-Lampen, zumeist eingesetzt als Handlampen, dienen der Produktion, um Sauberkeitskontrollen an den Produkten durchzuführen. UV-A-Lampen emittieren im Bereich von 320–400 nm inkohärente künstliche optische Strahlung. Unter der Verwendung der UV-A-Strahlung (umgangssprachlich bekannt als Schwarzlicht) können Verunreinigungen durch Fluoreszenz sichtbar gemacht werden. Dieses dient der genauen Identifizierung und Lokalisierung der Verunreinigungen, die mit bloßem Auge nicht erkennbar sind.
UV-A-Licht kann bei massiver und langfristiger Exposition zu Haut- und Augenschäden führen
Ungefähr 6 % der Sonnenstrahlung besteht aus UV-Licht. UV-A-Licht kann bei akuter Einwirkung zu einer Bräunung und zu einem Erythem der Haut führen. Langfristige Exposition führt zu einer Hautalterung und einem erhöhten Risiko für Hautkrebs. Aufgrund der höheren Eindringtiefe dieser Strahlung besteht außerdem die Gefahr, dass UV-A-Licht bei direkter Exposition tief ins Auge eindringt und hier langfristig zum Beispiel zu einem Katarakt führt.
Beurteilung des Einsatzes von inkohärenter künstlicher optischer Strahlung in der Gefährdungsbeurteilung
Um eine exakte Gefährdungsbeurteilung für den Einsatz von UV-A-Lampen im Reinraum durchführen zu können, ist die Kenntnis der Arbeitsplätze von entscheidender Bedeutung. Festzuhalten ist, dass einerseits die Arbeitsbedingungen oft unterschiedlich und der Einsatz bezüglich Einsatzzeit, Prozessschritte, eingesetzten Materialien und Lampen sehr flexibel sind. Andererseits gibt es im Reinraum unveränderliche, konstante Vorgaben zum Tragen der persönlichen Schutzausrüstung, die aufgrund des Produktschutzes streng kontrolliert und einheitlich verfolgt werden.
Rechtliche Grundlage
Rechtlich gibt die Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung (OStrV) im § 6 verbindliche Expositionswerte vor. Diese richten sich nach der EU-Richtlinie 2006/25/EG und werden in den Technischen Regeln zur Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung (TROS – Technische Regel zur Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung) konkretisiert. Abhängig von der Expositionshöhe der inkohärenten künstlichen optischen Strahlung ist nach der Verordnung zur arbeitsmedizinischen Vorsorge (ArbmedVV) eine Pflichtvorsorge durchzuführen oder den Beschäftigten eine Angebotsvorsorge anzubieten.
Problem- und Fragestellung
Aufgrund komplexer rechtlicher Grundlagen, fehlender Expositionsdaten bei stark wechselnden Arbeitsbedingungen, einer allgemeinen Verunsicherung in den arbeitsmedizinischen Vorsorgen über die reale Gesundheitsgefahr und einem ganz besonderen Arbeitsplatz „Reinraum“ wurden im Unternehmen des Autorenteams 2022 breit angelegte Messungen durch der TÜV SÜD Industrie Service GmbH durchgeführt. Ziel war es zu klären, welche Arbeitsschutzmaßnahmen verhältnismäßig sind, um die Mitarbeitenden zu schützen, bestmöglich zu informieren und präventiv beraten zu
können.
Methodik
In den Messungen wurden unter möglichst kontrollierten Bedingungen (gleicher Messaufbau, Abstand Lampe zu Messkopf etc.) die direkte Strahlung der untersuchten UV-A-Handlampen sowie die Abschirmwirkung der Arbeitskleidung und Schutzbrillen ermittelt.
Dabei wurde die UV-A-Bestrahlungsstärke E(UV-A) sowie die für die gefährdende UV-Strahlung gewichtete effektive Ultraviolett-Bestrahlungsstärke Eeff(UV-A/B/C) an den jeweiligen Arbeitsplätzen in verschiedenen Höhen mit einem Radiometer bestimmt und daraus die Kenngrößen für die am Arbeitsplatz beschäftigte Person und deren maximal zulässige Aufenthaltsdauer berechnet.
Als Messgeräte wurden ein UV-Messkopf für E(UV-A) und Eeff(UV-A/B/C) eines Herstellers für den Wellenlängenbereich 200–400 nm sowie ein Radiometer-Bediengerät eingesetzt.
Prüfobjekte
Es wurden vier verschiedene UV-A-Lampenmodelle unterschiedlicher Hersteller untersucht, die alle UV-A-Licht im Bereich von 365 nm aussenden und eine Strahlenleistung von 1130–3600 µW/cm2 haben. Es handelt sich hierbei um Handlampen, die alle regelmäßig an den unterschiedlichen Arbeitsplätzen des Unternehmens genutzt werden. Da sich diese in den Endergebnissen aber kaum unterscheiden, wurden exemplarisch die Messergebnisse der UV-A-Lampe „UV-Inspektor 711 IP65“ des Herstellers Helling dargestellt.
Bei den Schutzbrillen sind Brillen der Schutzstufe 2C-1,2 und 2–5 nach DIN EN 170 (Ultraviolettschutzfilter) in die Messung mit einbezogen worden. Als Vertreter der ersten Schutzstufe wird die Schutzbrille „Uvex I-3“exemplarisch dargestellt. Schutzbrillen mit Sonnenschutzfilter nach DIN EN 172 sind aufgrund der viel höheren noch zulässigen Transmissionsgrade für UV-A hier nicht geeignet. Der Transmissionsgrad einer Brille bezeichnet das noch durchgelassene Licht, das von 0 bis 100 % abgebildet wird.
Die Arbeitskleidung umfasst im Reinraum einen Overall-Anzug, Nitrilhandschuhe sowie eine medizinische Gesichtsmaske (➥ Abb. 1). An dieser Stelle werden aus Gründen der Übersicht nur die Messergebnisse der untersuchten Nitrilhandschuhe „Ansell Microflex“ dargestellt.
Ergebnisse
Orientierend an den Arbeitsplatzanforderungen wurde eine durchschnittliche tägliche Expositionszeit mit UV-A-Licht von zwei Stunden definiert. Da Expositionszeiten je nach Arbeitsaufgabe stark schwanken und vom jeweiligen Arbeitsvorgang sowie vom untersuchten Werkstück abhängen, kann keine exakte und allgemeingültige Expositionszeit für alle Arbeitsplätze angesetzt werden. Mitarbeitende im Reinraum arbeiten teilweise länger mit den Lampen („Cleaning Day“), wohingegen sich bei anderen Beschäftigten die Arbeitszeit auf wenige Minuten pro Schicht beschränkt. In ➥ Tabelle 1 findet sich ein Überblick über alle relevanten Messpunkte.
Worst-case-Betrachtung für die Bestrahlung des Auges und der Hand
Um die maximale Expositionszeit, ab der die Dosisgrenzwerte überschritten werden, zu bestimmen, wurde mit der hier untersuchten UV-A-Lampe die direkte Bestrahlungsstärke aus einer Entfernung von 2 cm (Worst-case für die Bestrahlung der Hand) beziehungsweise 10 cm (Worst-case für die Bestrahlung des Auges) untersucht. Dabei befand sich keine Schutzbrille oder Arbeitskleidung im Strahlengang.
In ➥ Tabelle 2 sind die gemessenen Bestrahlungsstärken E(UV-A) und die sich daraus ergebenden maximalen Aufenthaltsdauern dargestellt.
Die Messergebnisse zeigen, dass ohne Schutzausrüstung bereits ab einer Expositionsdauer von 27 Sekunden akute Augenschäden auftreten können. Ab einer Exposition von 15 Minuten besteht eine Gefährdung hinsichtlich Langzeitschäden für Auge und Haut.
Abschirmwirkung der PSA und Arbeitskleidung
Mit der Lampe Helling 711 wurde im nächsten Schritt unter denselben Worst-case-Messbedingungen die Bestrahlungsstärke E(UV-A) mit jeweils einer Schutzbrille beziehungsweise einem Teil der Arbeitskleidung zwischen UV-Lampe und Detektor gemessen. So konnte aus dem Verhältnis der hiermit ermittelten Bestrahlungsstärke die Abschirmwirkung der jeweiligen Schutzbrille beziehungsweise Arbeitskleidung ermittelt werden.
Wie in den Messergebnissen in ➥ Tabelle 3 erkennbar, schirmen alle untersuchten Brillen die UV-A-Bestrahlungsstärke E(UV-A) sehr effektiv ab. Die ermittelten Transmissionsfaktoren für E(UV-A) liegen sogar deutlich unterhalb des von der jeweiligen Norm geforderten Transmissionsgrades.
Bei der Arbeitskleidung liegt der ermittelte Transmissionsgrad im UV-A-Bereich zwischen 1,1 % (Handschuh) und 16,5 % (Overall Bein).
Maximale Expositionszeiten bei Verwendung der Schutzbrillen beziehungsweise Arbeitskleidung
Im nächsten Schritt wurden nun die ermittelten Transmissionsgrade auf die Messergebnisse der Messpunkte A und B angewendet, um die maximalen Expositionszeiten bei Verwendung der Schutzbrillen beziehungsweise der Arbeitskleidung zu ermitteln.
Dabei wurden für den Messpunkte A (Worst-case Auge) drei Fälle betrachtet:
Aus den Ergebnissen der Messung in ➥ Tabelle 4 wird ersichtlich, dass sich die maximale Expositionszeit im Hinblick auf akute Augenschäden auf nur 4 min verlängert, wenn der maximal zulässige Transmissionsgrad einer Schutzbrille mit Ultraviolettschutzfilter berücksichtigt wird. Werden bessere
Schutzbrillen mit niedrigerem Transmissionsgraden angewendet, verlängern sich die maximalen Expositionszeiten auf mindestens 2,5 Stunden. Bei dem in der Messung bestimmten Transmissionsgrad von 0,1 % beträgt die maximale Expositionszeit sogar mindestens 7,4 Stunden.
Für den Messpunkt B (Worst-case Hand) zeigten die Messergebnisse, aufgrund des ermittelten Transmissionsgrades für den hier untersuchten Handschuhtyp, eine Verlängerung der maximalen Expositionsdauer bei dessen Verwendung auf über 8 Stunden im Hinblick auf mögliche Schädigungen der Haut.
Zusammenfassung und Auswertung der Ergebnisse
Unter Worst-case-Bedingungen (2 cm Abstand für die Hand beziehungsweise 10 cm für die Augen, ohne PSA) betragen die maximal zulässigen Expositionszeiten für UV-A-Licht je nach verwendeter Lampe mindestens 27 Sekunden für akute Augenschäden und bis zu 15 Minuten in Bezug auf mögliche Langzeitschäden von Auge und Haut. Somit besteht für Mitarbeitende ohne Reinraum-Arbeitskleidung ab einer Expositionsdauer von einigen Minuten bereits eine Gefährdung hinsichtlich gesundheitlicher Langzeitschäden.
Für Beschäftigte, die Reinraum-Arbeitskleidung tragen, besteht erst ab einer Expositionszeit von mehreren Stunden eine gesundheitliche Gefährdung hinsichtlich Langzeitschäden unter Worst-case-Bedingungen. Die Abschirmwirkung beim Tragen der hier beispielhaft untersuchten Handschuhe zeigt eine maximale Expositionszeit von durchgehend über 8 Stunden, somit ist bei einem regulären Arbeitstag mit einer Normalarbeitszeit von 35 Stunden/Woche von keiner Gefährdung der Haut an den Händen auszugehen.
Bezüglich der akuten Augenschädigung wird unter Anlegung des maximalen Transmissionsgrades von 0,3 % einer Schutzbrille der Schutzstufe 2-5 nach DIN EN 170 (UV-Schutzfilter) maximale Expositionszeiten von mindestens 2,5 Stunden erreicht. Da die von uns untersuchten Schutzbrillen durchweg geringere Transmissionsgrade, nämlich von unter 0,1 % aufweisen, verlängern sich die Expositionszeiten somit auf mindestens 7,4 Stunden. Im Hinblick auf Langzeitschäden liegt die maximale Expositionsdauer bei diesen beiden Transmissionsgraden sogar durchweg bei über 8 Stunden.
Somit gilt als Empfehlung, folgende Maßnahmen im Reinraum zu beachten: Unter Verwendung der Reinraum-Arbeitskleidung, bestehend aus einer Schutzbrille der Klasse 2-5 nach DIN EN 170 (UV-Schutzfilter), einem langärmeligen Overall-Anzug, eines Mund-Nasen-Schutzes und entsprechender Schutzhandschuhe, besteht bei den definierten Arbeitsbedingungen und unter Einhaltung der Expositionszeiten keine gesundheitliche Gefährdung für die Beschäftigten.
Diskussion und Fazit
Nach der Verordnung zur arbeitsmedizinischen Vorsorge (ArbMedVV) wird unter anderem zwischen Angebots- und Pflichtvorsorge unterschieden. Eine Pflichtvorsorge besteht bei Tätigkeiten mit Exposition durch inkohärente künstliche optische Strahlung, wenn am Arbeitsplatz die Expositionsgrenzwerte nach § 6 der OStrV überschritten werden.
Betrachtet man die unterschiedlichen Szenarien mit und ohne adäquat schützende persönliche Schutzausrüstung (PSA) bei Arbeiten mit UV-A-Licht, so ergeben sich gravierende Unterschiede bezüglich der Arbeitszeit bis zur Grenzwertüberschreitung.
Werden die ermittelten maximalen Expositionszeiten zur Einhaltung dieser Grenzwerte unter Worst-case-Bedingungen (ohne PSA) zugrunde gelegt, so besteht ab einer Arbeitszeit von 27 Sekunden bereits eine Pflichtvorsorge. Ab 27 Sekunden wird hierbei schon der zugelassene Grenzwert überschritten.
Unter Verwendung einer von uns vorgegebenen und adäquaten PSA (Schutzbrille mit Ultraviolettschutzfilter und Schutzhandschuhe) ergeben sich durch die entsprechend schützende PSA deutlich verlängerte Arbeitszeiten, in unserem Beispiel 2,5 Stunden bis zur Grenzwertüberschreitung.
Schlussfolgernd kann also festgestellt werden, dass die UV-A-Licht-Exposition unter standardisierten Arbeitsbedingungen und unter korrekt getragener persönlicher Schutzausrüstung im Reinraum mit einem vernachlässigbaren Gesundheitsrisiko verbunden ist.
Die Untersuchungsergebnisse bezüglich der Schutzwirkung der PSA erwirkten bei der Berufsgenossenschaft und der Gewerbeaufsicht im Jahr 2022 eine Ausnahmegenehmigung nach § 10 OStrV. Die Ausnahmeregelung ist bis 2027 befristet und lokal auf einen Standort unseres Unternehmens begrenzt worden.
Neben der Abstufung von einer Pflichtvorsorge auf eine Angebotsvorsorge sind mit der Genehmigung zahlreiche andere Maßnahmen verbunden. Neben einer Anpassung der Gefährdungsbeurteilung für Arbeiten mit UV-A-Licht im Reinraum werden konsequent forcierte Unterweisungen der Beschäftigten zum richtigen Tragen der empfohlenen PSA durchgeführt (Reinraumunterweisungen). Zusätzlich werden im Rahmen von Begehungen Mitarbeitende und Führungskräfte zum Thema Prävention und sicherer Umgang mit UV-A-Handlampen beraten sowie Arbeitsplätze vor Ort beurteilt.
Ebenso ist eine ausführliche Beratung bei Neubeschaffungen notwendig. Beim Erwerb neuer UV-A-Handlampen und PSA müssen sowohl die Einkaufsabteilung als auch Führungskräfte in Bezug auf den besten Gesundheitsschutz beraten werden.
Ein weiterer Punkt ist die stetige Evaluierung und Verbesserung von Arbeitsabläufen und deren Organisation, um die Einsatzzeiten der Beschäftigten bei Tätigkeiten mit UV-A-Licht weiter zu reduzieren.
Nach nun zwei Jahren geltender Ausnahmeregelung nach § 10 OStrV lässt sich ein erstes Fazit ziehen. Die arbeitsmedizinisch
geschilderten Vorteile und das niedrige Gesundheitsrisiko bei adäquat getragener PSA stehen durchaus den Auflagen der Gewerbeaufsicht gegenüber. Die Unterweisungen in diesen Bereichen haben durch regelmäßige Pflichtunterweisungen und Schulungen im Reinraum effektiv funktioniert. Herausfordernd sind die konsequente Überwachung und Umsetzung der Anforderungen der Gewerbeaufsicht. So gestaltet sich die Auswahl bei Neuanschaffungen von Handlampen aufgrund der vielen Möglichkeiten und Stakeholder in einem großen Unternehmen schwierig. Des Weiteren wurde durch die Abstufung von Pflicht- auf Angebotsvorsorge ein Rückgang der durchgeführten Vorsorgen bezüglich „inkohärent künstlich optischer Strahlung“ beobachtet und entsprechende Gegenmaßnahmen durch das Bewerben einer ganzheitlichen Vorsorge eingeleitet. Zusammenfassend bleibt es nach den verschiedenen Abwägungen abzuwarten, ob ab dem Jahr 2027 die Ausnahmeregelung von der Geschäftsleitung erneut beantragt wird.
Interessenkonflikt: Erstautorin und Koautor sind bei der Carl Zeiss AG beschäftigt. Weitere Interessenkonflikte liegen nicht vor.
Online-Quelle
Verordnung zum Schutz der Beschäftigten vor Gefährdungen durch künstliche optische Strahlung (Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung – OStrV)
https://www.gesetze-im-internet.de/ostrv/BJNR096010010.html
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