フォトマスク

フォトマスク：電子部品製造の精密な原版

フォトマスクは、ガラスや石英などの透明な板に回路パターンなどの図形を形成した、電子部品製造における重要な原版です。半導体素子、液晶ディスプレイ、プリント基板など、様々な電子部品の製造工程で使用され、フォトリソグラフィと呼ばれる転写技術によって、基板上に精密なパターンを形成します。

フォトマスクの製造工程と役割

フォトマスクの製造は高度な技術を必要とします。一般的には、ガラスまたは合成石英基板上にクロムなどの遮光膜を形成し、精密な描画技術を用いてパターンを形成します。高精細なフォトマスク、特に半導体製造で使用されるレチクルは、極めて高い精度が求められます。

製造工程は、まず基板上に遮光膜を形成し、フォトレジストと呼ばれる感光性材料を塗布します。次に、レーザー描画装置や電子ビーム露光装置などを使用して、パターンを露光します。露光後、現像、洗浄、乾燥といった工程を経て、不要な部分をエッチングによって除去します。その後、検査、修正を経て、埃などの付着を防ぐため、ペリクルと呼ばれる保護膜を貼り付けることで完成します。

フォトマスクは、露光工程において、フォトレジストにパターンを転写する役割を果たします。フォトレジストは、光が当たると溶解性が変化する特性があり、露光された部分を選択的に除去、または残存させることで、次のエッチング工程のためのマスクとなります。エッチング工程では、フォトマスクのパターンに従って基板上の不要な部分を除去し、回路パターンを形成します。この工程を繰り返すことで、多層構造の電子部品が製造されます。

半導体、液晶ディスプレイ、プリント基板における用途

フォトマスクの用途は、電子部品の種類によって異なります。

半導体用フォトマスク

半導体製造では、複雑な素子構造に対応するため、数十枚ものフォトマスクが必要となる場合があります。高精細なプロセスでは、熱膨張率の低い合成石英ガラスが基板として使用されます。また、解像度向上のため、位相シフト技術やOPC（オプティカル・プロキシミティ・コレクション）といった高度な技術が用いられます。バイナリマスク、ハーフトーンマスク（フェーズシフトマスク）など、様々な種類があります。微細化が進むにつれ、フォトマスクの製造コストは飛躍的に増加しています。

液晶ディスプレイ用フォトマスク

液晶ディスプレイ製造では、TFT基板やカラーフィルタ基板の形成にフォトマスクが使用されます。半導体と異なり、多くの工程では等倍露光が用いられますが、一部の工程では拡大・縮小露光も行われます。コスト削減のため、半透過部を持つマスクも用いられ、グレートーンマスク、スタックドレイヤーマスクなどがあります。大型パネルに対応するため、フォトマスク自体も大型化しており、製造コストも高額です。

プリント基板用フォトマスク

プリント基板製造では、半導体や液晶ディスプレイほど微細な加工は必要ありません。そのため、フォトマスクは比較的シンプルで、枚数も少ないです。主にビアホールなどの導通加工に用いられます。

フォトマスクを取り巻く課題

フォトマスクは、電子部品の微細化・大型化に伴い、製造コストの高騰が大きな課題となっています。特に半導体用フォトマスクでは、高精度な検査装置が必要となるため、コスト増加が顕著です。液晶ディスプレイ用フォトマスクでは、大型化に伴い、マスク自体の重量や搬送設備などのコスト増加が課題です。また、市場競争の激化により、価格競争圧力も強まっており、マスクメーカーの収益性悪化につながっています。

今後、EUV露光技術や多電子ビーム露光技術などの新たな技術開発が進められることで、フォトマスクの製造コスト削減や性能向上に期待が寄せられています。

もう一度検索