フォトマスクの簡単な初歩や基本的な使い方... | 初めての利用方法や使用方法・初心者でも簡単 使い方ラボ

フォトマスクとは、電子デバイスいわゆる半導体をはじめ、ディスプレイやプリント基板などを製造する際に使用するツールであり、パターニングの初歩となる原版です。電子回路やディスプレイの形成には、フォトリソグラフィと呼ばれる技術が利用されていますが、形成する基板にパターン転写するために使用され、写真で例えた場合にはネガフィルムの役目を担っています。フォトマスクは、ガラス板の片側に電子回路パターンがクロムで描かれ、クロム膜はガラスの片側に形成されており、クロム膜の基本的な構造としては、光の反射を防ぐ目的でピュアクロムの上に酸化クロムを乗せる2層となる構造です。また、大きいものでは800mm程度、最小では0・5umのラインとスペースに対応し、ドットや斜め線、曲線などにも対応できる魅力が挙げられています。

これまでのフォトマスクの利用としては、法人・企業によるものでしたが、現在では初心者にもオススメとなる使い方や利用方法も提案されています。例えば、使い方としてはCPUやメモリなどの電子デバイスをはじめ、トランジスタやコンデンサなど単機能のディスクリート半導体、マザーボードなどのプリント基板、加速度センサーなどのマイクロマシン、ハードディスクの磁気ヘッドやインクジェットプリンターのヘッドなどの使い方が提案されています。また、個人で利用したい場合のオススメの方法としては、フォトマスク製作を依頼できる事業所に相談することを挙げることもできます。フォトマスク製造前には検図ファイルが届き、承認後製作を開始した後、フォトマスクを受け取ることが可能です。

私たちが日頃便利に使っているスマートフォンやタブレット、あるいはタッチパネル機能付きのパソコンなどでは、タッチパネルを使って、操作をします。キーボードも物理的なものに見えますが、ビジュアルを通したデジタル化されたキーボードで、タッチパネル上での操作となります。このタッチパネルの操作を支えている技術に、フォトマスクというものがあります。タッチパネルの動作がなぜ起こるのかは、原理的には静電気が関係しています。タッチパネルに触れることで発生する静電気を利用して、タッチパネル上での操作を可能にしています。フォトマスクはそのために必須の技術です。そこで、ここでは、フォトマスクの基本をみておきたいと思います。

フォトマスクを理解するための初歩としては、静電気を利用したものということが大切なことになります。ただし静電気という、目には見えないほどの微細な世界を電子機器に応用するためには、人の手作業や物理的な機械を使って、これを扱うことはできません。具体的には、タッチパネルに、電気を通す部分と電気を通さない部分を貼り付ける微細な作業をする必要があるのですが、その作業を手作業や機械で行うことはできないということです。そこでこの作業をタッチパネルに対して行うことために使われている技術がフォトマスクです。フォトとは「写真」で、マスクは「覆うもの」という意味ですから、同技術とは、タッチパネルに、写真で覆ったものというような意味になります。

フォトマスクの原理をみておきましょう。タッチパネルは薄い、透き通った膜でできています。そしてこの膜に、電気を通す通さないという技術を貼付することで、タッチパネル操作を可能にしています。それを可能にさせている技術がフォトマスクです。このことをイメージで理解してみましょう。薄い、透き通った膜とは、例えばラップのようなものを想像すればよいでしょう。ラップは光を通します。このラップに、例えば「フォト」という文字を切り抜いた、光を通さない紙を貼り付けます。この状態で人の肌にひっつけて陽の光に当たっていると、光が当たった部分が焼けます。その結果、肌に「フォト」という文字ができます。肌に文字を書いたのと同じ結果を作ることができました。フォトマスクもこれと同じようなことをしています。

タッチパネルなどの使い方を支えているフォトマスクという技術は、私たちの生活のさまざまな部分で応用されています。銀行のATMや自動車に設置されたナビ、白物家電など。そこにおいては、利用方法を、物理的に押したり引いたりするアナログ式のものから、静電気という、単に触れただけで発生するものを利用してそれをデジタル技術にいかすことで、同じ挙動を可能にするものへと移行しています。すなわち、デジタルとは、0と1という非常に単純なものから無限のものを捻出するためのものですが、タッチパネルなどの場合では、電気を「通す」「通さない」という単純な構造を使ってその操作を可能にしています。フォトマスクはこれを支える大切な技術です。

利用時の注意点として、マスクに応じた呼称がある点を挙げることもできます。例えば、ステップとリピート露光方式では、ウェハに回路パターンを転写するためのフォトマスクであり、回路パターンは利用するステッパーのレンズ縮小倍率によって倍率が異なることにも注意が必要です。さらに、製造方法は同じであってもコピーマスクを作らず、そのまま一括露光方式となるライナーで使用するマスクも提案されており、フォトマスクとウェハをコンタクトせず、露光するミラープロジェクションアライナーなどに用いる種類も提案されています。その他、コピーマスクを製作するためのマスクもあり、回路パターンはウェハ上のサイズと同じ倍率で製作されており、それぞれの違いに注意が必要です。

フォトマスクのパターンは、ガラス板の片面にクロム膜とレジストが形成され、指定した部分のクロムを除去して製作されています。自作することも可能であるものの、専門事業所に依頼することにより、設計データ通りにクロムとレジスト面にレーザー露光して、現像やエッチング工程を経て指定通りのパターンを作り出してくれます。プリント基板や液晶などの画像表示デバイスなどの利用用途が提案されており、機器の重要な回路部分を搭載する器として重要なツールでもあります。フォトマスクによって性能が決まり、素子と素子を接続するための配線ツールのみならず、機器の構造の中心的役割までを担っています。構造やメカニズム、製作方法などを熟知することにより、自作における設計方法や作成を容易に行える魅力が挙げられており、様々な分野で利用価値を高めています。