チップの“原版”はどう作られるのか。フォトマスクという縁の下

最先端チップを生む露光装置ばかりが注目されますが、その露光に欠かせないのが、回路の原版であるフォトマスクです。露光装置の役割は「1台400億円。最先端チップを生む露光装置とASML」で扱いました。本稿では、その“原版”そのものに迫ります。

フォトマスクとは何か

フォトマスクとは、チップの回路パターンを描いた“原版”です。露光装置がこのマスクに光を当て、描かれたパターンをウェハーに焼き付けます。

重要なのは、1枚のマスクが何度も使われることです。1枚のマスクから、何百枚ものウェハー、つまり何万個ものチップが作られます。そのため、もしマスクに欠陥が1つあれば、それが全てのチップに転写され、大量の不良品を生みます。マスクの品質が、チップの品質を直接左右するのです。

最先端チップでは、回路を何十層も重ねるため、1つのチップを作るのに何十枚ものマスク（マスクセット）が必要です。そのため最先端ほどマスクは高額になり、設計コストの大きな部分を占めます。

フォトマスクはどう作られるのか

フォトマスクは、大きく3つの段階を経て作られます。素地づくり、パターン描画、そして欠陥検査です。

第一段階が、マスクブランクスの製造です。マスクブランクスとは、回路パターンを描く前の“素地”で、ガラス基板に遮光膜などを成膜した、まっさらな板です。第二段階で、このブランクスに電子ビームなどで回路パターンを描き込み、現像・エッチングしてマスクを完成させます。第三段階が、欠陥がないかの検査です（業界解説）。

この3段階に、日本企業が深く関わっています。素地のマスクブランクスでは、とくに最先端のEUV用でHOYAが有力な供給者です。マスクの製造（描画）では凸版印刷やDNP、米Photronicsなどが手がけます。そして欠陥検査では、レーザーテックが世界をリードします。その独占的な役割は「EUVの“原版”を検査できるのは、世界でこの日本企業だけだった」で詳しく扱っています。

EUVマスクは何が特別なのか

最先端のEUV露光で使うマスクは、従来のマスクと根本的に異なります。最大の違いは、光を「通す」のではなく「反射させる」点です。

EUVが使う波長13.5nmの光は、ガラスを透過できません。そのため、従来のような透過型マスク（ガラスにパターンを描き、光を通す）は使えません。代わりに、特殊な多層膜でできた鏡の上に回路パターンを作った「反射型マスク」を使います。EUVをこの鏡で反射させ、パターンを転写するのです。

反射型マスクは、多層膜の1層でも乱れがあれば欠陥になり、製造も検査も格段に難しくなります。だからEUVマスクに対応できるのは、HOYA（ブランクス）やレーザーテック（検査）など、世界でも限られた企業だけです。最先端のノード競争は、露光装置だけでなく、この“原版”をめぐる技術にも支えられています。前工程全体の流れは「1枚のシリコンが、チップになるまでの数百工程をたどる」で確認できます。

この記事のまとめ

• フォトマスクは、チップの回路パターンを描いた**“原版”**で、露光で何百枚ものウェハーに転写される。
• 1枚のマスクから何万個ものチップが生まれるため、マスクの品質がチップの品質を左右する。
• 製造は、素地のマスクブランクス→パターン描画→欠陥検査の3段階で進む。
• EUVマスクは光を反射させて使う反射型で、製造も検査も格段に難しい。
• EUVマスクブランクスはHOYA、欠陥検査はレーザーテックなど、日本企業が深く関わる。