マスクブランクス

マスクブランクスは、回路パターンの原版であるフォトマスクの土台であり、フォトリソグラフィーに欠かせません。

フォトリソグラフィーでは、フォトマスクを通した光でウェーハに回路を転写します。マスクブランクスに電子ビームでパターン（回路）を描画し、現像・エッチングを行うと、フォトマスクが完成します。そのため、ブランクスの品質が、フォトマスク、ひいてはウェーハ上の回路の品質を左右します。

マスクブランクスに求められる品質

• 無欠陥・異物無し

  マスクの欠陥は、露光のたびに、ウェーハ上のすべてのチップに転写されてしまいます。ブランクスにピンホールや異物があると、フォトマスクの不良に直結するため、極めて少ない欠陥数が求められます。

• 光学特性の精度

  膜の透過率・反射率・位相のずれが、設計値からわずかでもずれると、転写される寸法が変わってしまいます。膜の厚さと均一性を、ナノメートル単位で制御する必要があります。

• 基板の平坦度

  基板が平坦でないと、パターンの位置ずれや、露光時のピンぼけが起きてしまいます。微細化が進むほど、基板の平坦度への要求が厳しくなります。

マスクブランクスの構造

マスクブランクスは、基板の上に、機能の異なる薄膜を重ねた構造をしています。

• 基板（合成石英ガラス）

  土台となる、透明で平坦な合成石英ガラスの板。紫外光（KrF・ArFなど）をよく通し、温度による膨張も小さいため、マスクの基板に適しています。

• 遮光膜・位相シフト膜

  基板の上に成膜した、光を遮る、または光の位相を変える薄膜。クロム（Cr）系やモリブデンシリサイド（MoSi）系の材料が代表的で、スパッタリングで成膜します。エッチングで加工され、マスクのパターンになります。

• レジスト膜

  電子ビームで描画するための、感光性樹脂の薄膜。レジスト塗布済みのブランクスとして出荷されることも多く、描画・現像で、レジストのパターンが形成されます。

上記は光を透過させる「透過型（KrF・ArF用）」の構造です。最先端のEUV（極端紫外線）露光用では、光がガラスを透過しないため「反射型」の全く異なる構造（Mo/Si多層反射膜やタンタル系吸収体など）が使われます。

マスクブランクスの種類

露光に使う光の種類に応じて、主に次の3種類が使い分けられます。

• バイナリブランクス

  石英基板の上に、クロム系の遮光膜をつけた、最も基本的なブランクス。光を通す部分と遮る部分の2値でパターンを作り、比較的、線幅の大きな工程に使われます。

• 位相シフトブランクス（ハーフトーン）

  遮光膜の代わりに、光を少し通し、位相を反転させる膜（MoSi系など）をつけたブランクス。透過した光が、隣の光と打ち消し合い、パターンの輪郭がシャープになります。ArF露光など、微細な工程で広く使われます。

• EUVブランクス

  波長13.5nmの極端紫外光（EUV）に対応した、反射型のブランクス。EUV光はほとんどの物質に吸収されるため、光を透過させず、反射させて使います。低熱膨張ガラス基板の上に、モリブデン（Mo）とシリコン（Si）を交互に積んだ多層膜（反射膜）と、保護層、光を吸収する膜（吸収体）を形成します。

マスクブランクスの製造工程

一般的なブランクスの製造の流れは、次のとおりです。

• 合成石英ガラスの製造

  原料ガスを高温で反応させ、不純物の極めて少ない合成石英ガラスのインゴットを作る。気泡や脈理（屈折率のむら）が少ない、均質なガラスが必要です。

• 切断・研削

  インゴットを板状に切り出し、外形と厚さを所定の寸法に整える。

• 研磨

  基板の表面を、極めて平坦な鏡面に仕上げる。傷や凹凸を、ナノメートル以下のレベルまで抑えます。

• 洗浄・検査

  微粒子や汚れを洗い流し、平坦度や表面の欠陥を検査する。

• 成膜

  スパッタリングで、遮光膜・位相シフト膜（EUVでは多層膜・吸収体）を形成する。膜厚・組成・応力を制御し、光学特性と平坦度を確保します。

• レジスト塗布

  膜の上にレジストを均一に塗布し、ベークして乾燥させる。

• 欠陥検査・出荷

  ピンホール・異物などの欠陥や、膜の特性を検査する。検査に合格したブランクスが、フォトマスクメーカーへ出荷されます。

フォトマスクの製造工程

出荷されたブランクスは、フォトマスクメーカーで、次の工程を経て、フォトマスクになります。

• 描画

  電子ビームで、レジストに回路パターンを描く。

• 現像

  露光した部分のレジストを現像液で処理し、レジストのパターンを作る。

• エッチング

  レジストのパターンをマスクとして、遮光膜・位相シフト膜をエッチングする。

• レジスト剥離・洗浄

  不要になったレジストを剥がし、洗浄する。

• 検査・修正

  パターンの寸法や欠陥を検査し、欠陥があれば修正する。

• ペリクル貼付

  パターン面に異物が付かないよう、枠付きの薄い透明膜（ペリクル）をパターン面から少し離して貼る。

ブランクスのサイズ

フォトマスク用のブランクスは、標準的な大きさが決まっています。

半導体用のフォトマスクで最も広く使われているのは、6025基板と呼ばれる標準サイズです。一辺が6インチ（約152mm）の正方形で、厚さは0.25インチ（6.35mm）あり、EUVブランクスにも同じ外形寸法が使われます。

円形で薄いウェーハとは異なり、マスクは角形の厚い板です。露光装置にセットして使うため、変形しにくい厚みのある基板が採用されています。