Développement de polymères issus de la biomasse pour les procédés de micro et nanofabrication écoresponsables en milieu aqueux – Lithogreen

Pour mener à bien ces études, les partenaires de l’ANR Lithogreen rassemblent des compétences en chimie et physico-chimie des polysaccharides, en photochimie, sciences analytiques, nanotechnologies et analyse de cycle de vie. Ces compétences permettent de mener des études fondamentales pour la compréhension du comportement des résines de lithographie à base de polysaccharides lors de l’étape d’écriture et de gravure ainsi qu’une évaluation de la compatibilité de ces résines avec les exigences de l’industrie de la microélectronique. Des salles blanches, c’est-à-dire des espaces hors poussière, ainsi que des équipements pour insoler les résines, des équipements plasmas pour graver les matériaux et des instruments d’analyse à l’état de l’art sont à la disposition du consortium. L’évaluation à l’échelle pilote des résines a été effectuée sur les lignes 200 et 300 mm du CEA-Leti.

D’un point de vue de la science fondamentale, le projet Lithogreen a permis de mieux comprendre les réactions chimiques impliquées lors des étapes d’écriture et de gravure. La sensibilité de nos résines aux photons a ainsi été améliorée ce qui a réduit l’énergie nécessaire lors de l’étape d’insolation. Grâce à la compréhension des interactions de ces résines avec les plasmas de gravure, il a été possible de transférer des motifs dans un substrat de silicium avec une taille de 450 nm. De plus, le projet a permis d’évaluer une réduction de l’impact écologique de l’ordre de 10% à minima grâce à ces nouvelles résines. Enfin, leur compatibilité avec une chaine de production pilote a été démontrée.

L’expertise construite lors de ce projet ANR a permis au consortium Lithogreen d’intégrer le projet européen Horizon Europe Resin Green.

Le projet ANR Lithogreen a permis de générer 5 articles scientifiques dans des journaux scientifiques internationaux, 9 communications orales dont 7 dans des conférences internationales et parmi celles-ci 2 invitées par les comités d’organisation. Ces communications abordent à la fois des aspects de sciences fondamentales, des aspects d’analyse d’impact environnemental et de compatibilité avec les exigences de la microélectronique. Par ailleurs, 100% de ces publications sont multipartenaires illustrant le haut degré d’interaction entre les partenaires. De manière similaire, les 2 thèses soutenues étaient des thèses dont la direction était multipartenaire.

Les techniques de micro-nanofabrication font largement appel à la lithographie. Cette technique nécessite des résines photo- ou électro-inscriptibles permettant le transfert de motifs sur un substrat. Ces résines issues de l’industrie des polymères de synthèse requièrent l’emploi de solvants organiques. Pour des raisons économiques, réglementaires et écologiques, les acteurs du domaine soulignent leurs volontés d’accentuer le développement de procédés plus éco-efficients et moins toxiques. De plus, les projections sur la raréfaction du pétrole imposent d’explorer des matériaux alternatifs intégrant les concepts de la chimie verte.
L’objectif du projet Lithogreen est de développer des résines à base de polysaccharides pour la photolithographie UV et Deep UV (DUV) pour les procédés de micro/nanofabrication en mettant en avant un procédé exempt de produits toxiques, écotoxiques avec pour seul solvant l’eau.
Les polysaccharides sont de bons candidats car ils sont généralement hydrosolubles, biocompatibles et non-toxiques. Nous avons choisis de travailler sur les chitosanes, les alginates et les acides hyaluroniques car ces polysaccharides sont connus pour leur propriétés de filmifications et d’adhésion sur les substrats ce qui est un prérequis.
Parmi ces trois polysaccharides, le chitosane est celui que nous porterons jusqu’à la preuve de la faisabilité de son utilisation sur une ligne préindustriel de micro-électronique, en raison de nos 5 années d’expérience avec ce polysaccharide mais aussi en raison de la possibilité de le produire sans cations métalliques ce qui est préférable sur les chaîne de micro-électronique.
Pour mener à bien ce projet le consortium est constitué de 5 partenaires académique dont les compétences complémentaires incluent la physico-chimie des polysaccharides, photochimie, caractérisation physico-chimique, caractérisation de surface, photolithographie avancée, micro-nanofabrication et évaluation de la compatibilité des procédés pour la micro-électronique. L’organisation du projet est articulé autour de 4 workpackages scientifiques qui concernent : WP1 la production de résines photosensibles à base de polysaccharides, WP2 l’étude des mécanismes réactionnels gouvernant la résistance au plasma des polysaccharides, WP3 l’étude et l’optimisation des photo-réactions et WP4 l’évaluation pré-industrielle d’une résine à base de chitosane sur une chaîne de microfabrication pour la micro-électronique.