Etude des cinétiques et des équilibres d'adsorption des composés organiques volatils et semi-volatils présents dans l'atmosphère des salles blanches sur les composants microélectroniques en cours de fabrication

par Sabrine Tlili

Thèse de doctorat en Chimie de l'environnement

Sous la direction de Henri Wortham, Didier Goguenheim et de Sasho Gligorovski.

Soutenue le 17-07-2012

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences de l'Environnement (Marseille) .

Le président du jury était Christian George.

Le jury était composé de Henri Wortham, Didier Goguenheim, Sasho Gligorovski, Christian George, François Tardif.

Les rapporteurs étaient Christian George, François Tardif.


  • Résumé

    Du fait de la miniaturisation des composants semi-conducteurs, il est devenu de plus en plus important de réduire les niveaux de contamination. Les salles blanches sont indispensables pour assurer un environnement adéquat pour l'élaboration des composants microélectroniques. Toutefois, jusqu'à présent aucune technologie ne permet le contrôle de la contamination organique volatile, et même dans tels environnements contrôlés, la contamination des surfaces de wafers a souvent lieu. Une nouvelle approche expérimentale a été développée dans notre laboratoire afin de suivre les processus d'adsorption et de désorption des contaminants organiques volatils et semi-volatils à la surface des wafers. Ce dispositif est constitué de trois composants principaux : un générateur des composés en phase gaz, un tube à écoulement et le spectromètre de masse par transfert de proton comme outil analytique de mesure de la composition de la phase gazeuse. Les comportements d'adsorption de cinq composés organiques volatils parmi les plus abondants dans les environnements des salles blanches (l'isopropanol, l'acétone, le xylène, l'acétate d'éthyle et le propylène glycol méthyl éther acétate) et trois semi-volatils (diéthylphtalate, tri-(2-chloroéthyl)-phosphate et le tri- (2-cloropropyl)-phosphate) ont été étudiés. Les paramètres cinétiques des processus d'adsorption ont été déterminés. Les corrélations entre leurs concentrations en phase gazeuse et leurs densités à la surface des wafers ont été établies. En comparant les comportements d'adsorption de tous les composés étudiés, il a été démontré que la constante de désorption kdes est le facteur le plus influent sur les équilibres d'adsorption.


  • Résumé

    As semiconductor devices become smaller, it is increasingly important to reduce the degree of organic contamination in the areas where such devices are produced. It has been shown that cleanrooms are indispensable to provide a suitable environment for processing semiconductor devices. However, at present time there is no technology for controlling the contamination with volatile organic compounds (VOC), and even in such an environment, the wafers are exposed to VOC. A new experimental approach has been developed in our laboratory in order to follow the adsorption and desorption processes of volatile and semi volatiles organic compounds on silicon wafer surfaces. This unique setup is based on three principal components: a stable gas-phase generator, a flow tube reactor, and a proton-transfer-reaction–mass spectrometry (PTR-MS) analytical device to monitor the VOC. The adsorption behavior of five the most abundant VOCs in the cleanroom environment (isopropanol, acetone, xylene, ethyl acetate and propylene glycol methyl ether acetate) and three semi volatile organic compounds (diethylphtalate, tri-(2-chloroethyl)-phosphate and tri-(2-cloropropyl)-phosphate) on silicon wafer surface was studied. The kinetic parameters were determined and correlations between the gas phase concentrations and the surface densities of the organic contaminants were established. By comparing the adsorption properties of the studied compounds, it has been demonstrated that time dependant changes in the surface concentration of the organic species are governed by desorption constants, kdes. Moreover, kdes was found to be dependent on the molecular weight of the studied organics.

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