レチクル・フォトマスク材料｜マスクブランク、DUV/EUV積層、ペリクルと検査

ウェーハ上の局所異物と違い、レチクル上の欠け、余剰パターン、位相ずれ、反射率むらは、同じfield座標へ繰り返し転写されます。一方、フォトレジストは各ウェーハで像を受ける感光材料です。レチクル／フォトマスクとは、回路patternを露光fieldごとに繰り返し供給する原版を指します。

DUVでは合成石英を光が通り、遮光膜や位相シフト膜で像を作ります。EUVでは低熱膨張ガラス上の多層反射膜で13.5 nm光を折り返し、吸収膜で暗部を作ります。本稿は未描画のマスクブランク、完成マスク、離して載せるペリクルを分け、材料担当、マスク製造技術、露光・検査担当が共用する仕様へつなぎます。

ブランク、フォトマスク、レチクル、ペリクルを分ける

SEMI P22は、規格本文中の「photomask」がそのまま「reticle」と交換可能な語であると記載しています。呼称は装置世代や組織で揺れるため、本稿では露光装置へ投入する完成原版を「レチクル／フォトマスク」と併記します。材料調達と工程管理では、次の物体を別品目にします。

物体	届いた時点の状態	次工程で加える膜・加工	品質を左右する主な量
マスク基板	研磨・洗浄したガラス板	光学膜、裏面膜を成膜する	平坦度、TTV、粗さ、熱膨張、内部欠陥
マスクブランク	基板上に遮光膜または反射・吸収膜を持つ未描画材	レジスト塗布、電子線描画、現像、エッチング	膜厚、光学特性、膜応力、欠陥座標、裏面状態
レチクル／フォトマスク	回路パターンを形成し、洗浄・検査した原版	必要に応じ修復、ペリクル装着、露光投入	CD、線形性、位置精度、位相、欠陥の転写性
ペリクル	フレームに張った薄膜	マスク表面から離して装着する	透過率、膜むら、強度、熱・光・プラズマ耐性、異物

EUV blankは、低熱膨張基板、裏面導電膜、反射多層膜、cap、吸収膜を積んだ状態でmask shopへ届きます。この未描画段階から欠陥は座標付きの情報として引き渡されます。SEMI P48は、EUV blank上の欠陥位置を参照する座標系として使えるfiducial markの位置、形状、寸法、線幅、許容差を規定する現行規格です。同規格の適用範囲はmark自体の仕様までで、markを使って欠陥位置を求める手順は対象外です。探索recipeと感度はblank supplierとmask shopの取り決めへ入ります。blank supplierまたはmask shopが描画用レジストを塗布し、etch後のstripで除去します。レジストの組成とpattern形成条件はフォトレジスト材料とパターン品質へ分けます。

DUVは透過、EUVは反射で像を作る

ASMLのリソグラフィ解説が示すように、露光装置は原版の像を投影光学系で縮小してウェーハ上のレジストへ結びます。ArF/KrFなどのDUVマスクは透明基板を透過した光を使い、EUVマスクは多層膜で反射した光を使います。

比較軸	DUV透過型マスク	EUV反射型マスク
光の通り方	合成石英を透過し、遮光部または位相差で像を作る	多層膜でEUVを反射し、吸収部で反射を抑える
代表的な基板	synthetic fused silica / quartz	low-thermal-expansion glass material
表側の代表構成	Cr binary、OMOG、half-tone phase-shiftなど	Mo/Si多層反射膜、cap、patterned absorber
裏面	平坦度、汚染、保持面の傷を管理	導電膜、裏面清浄度、electrostatic chuck保持を同じspecで管理
欠陥の見え方	透過率、位相、遮光膜patternを測定	表面patternに加え、多層膜内部の位相欠陥と転写性を検証
ペリクル条件	DUV透過、光耐性、膜均一性	13.5 nm透過、熱負荷、機械強度、環境耐性を同時管理

01 / DUV透過型とEUV反射型の断面比較

図1　DUVは合成石英を透過した光、EUVは多層反射膜から戻った光で像を作るため、基板材、膜構成、測る量、裏面の管理項目がまとめて入れ替わる。DUV側はArF 193 nmのbinary／attenuated-film構成を代表表示する。製品世代・tonality・光学設計に応じて材料と膜厚を選ぶ。

この違いは、受入検査の対象、欠陥座標の意味、洗浄後に再測定する光学量を切り替えます。露光とリソグラフィはscanner、resist、focus、dose、overlayの順に工程全体を記述し、本稿は原版側の材料連鎖を切り出します。

DUVブランクは遮光と位相を材料で設計する

信越化学のphotomask blanksは、合成石英上のCr binary、MoSiを使うOMOG、half-tone phase-shift blankを製品群として挙げています。

binary maskでは遮光部と透明部の透過コントラストを作ります。attenuated／half-tone PSMでは透過光の振幅に位相差を加えるため、膜厚・組成・透過率・位相角の組み合わせが像のコントラストへ入ります。alternating／Levenson PSMでは、quartzを所定深さまでetchしたreliefで位相差を作ります。OMOGではMoSi遮光膜とetch加工性を組み合わせます。

HOYAのInformation Technology事業は、半導体用のmask blanks／photomasksとFPD用photomasksを別の製品群として並べています。HOYA Integrated Report 2025は、mask blanksをEUV（Extreme Ultraviolet Lithography）向けとDUV（Optical Lithography）向けの2種類として提示しています。同じ「mask blank」という語でも、露光方式が違えば基板材、膜構成、欠陥の分類、検査波長がまとめて入れ替わります。企業比較では、基板、blank成膜、patterned mask製造の担当範囲を別々に比べます。

EUVブランクは多層膜全体が光学素子になる

EUVマスクは、基板上に反射鏡と吸収patternを作った光学素子です。imecのHigh-NA EUV解説は、現行EUV maskの反射多層膜を厚さ約300 nm、SiとMoを交互に40〜50層積んだstackとし、その上に薄いRu cap、さらにpatternを担うTaBN absorberが載る構成を示しています。層数と周期厚は13.5 nmの反射条件そのものなので、多層膜を光学素子本体として測ります。同解説はHigh-NA向けに、EUV屈折率の異なる低n材料（RuTa、PtMoなど）でattenuated phase shiftを狙うabsorber候補も挙げており、absorberを替えれば膜厚と像形成条件が同時に動きます。

AGC ElectronicsのEUV photomask blanksは、低膨張ガラス、超高平坦度研磨、超精密洗浄、高精度・低欠陥成膜、微小欠陥検査を一連の製造項目に挙げています。AGCの増産発表は、EUVL mask blankを「低熱膨張ガラス基板の表面に各種の光学膜を成膜したもの」と記載し、2024年1月着工、2025年までに生産能力を約30%引き上げる計画を公表しました。ガラス素材から成膜まで一貫して手掛けるという位置付けは同社の自社主張なので、他社の担当範囲は各社の公開資料で個別に比べます。温度変化、膜応力、chuck拘束で形状が変われば、反射率が十分でもpattern placementへ誤差を入れます。

EUV blankの受入では、次の層を一枚のstackとして対応付けます。

裏面導電膜と裏面異物を、electrostatic chuckの保持・高さ・局所変形へ結ぶ。
低熱膨張基板のfront/back形状とTTVを、as-chucked flatnessへ変換する。
多層反射膜の反射率、波長応答、膜応力、位相欠陥を同じ座標系で保存する。
capとabsorberの材料・膜厚を、etch profile、mask 3D effect、aerial imageへ結ぶ。
blank defect mapをpattern dataと重ね、欠陥回避、修復、使用可否の採否条件へ入れる。

平坦度と裏面状態はpattern位置を制限する

平坦度の測定値は、板そのものの形状と、支持のしかたに由来する変形との和です。NISTのChuらは重液に浮かせた薄板の形状誤差測定（Applied Optics 49巻10号、2010年）で、高密度液体の上へ薄い平行平板を浮かせて保持力に起因する平坦度誤差を除く方法を提示し、EUVリソグラフィ用photomask blankと基板の平坦度測定でその効果を示しました。保持を変えるだけで測定値が動く量が、支持条件を省いた記録の誤差幅になります。NISTIR 6701は、Ritchey-Common testの変形により市販の位相測定干渉計でas-chucked flatnessを測る配置を検討しています。

unconstrained、支持点上、搬送中、chuck保持時で形状が変わり、front side、back side、thickness variation、膜応力の寄与も異なります。recordには座標原点、表裏、支持条件、chuck条件、除外領域、測定波長、fitから除いた項を残します。裏面異物や局所傷は高さ変化と保持再現性へ入り、表側pattern placementやfocusの再現性へ伝わります。露光装置側の保持面はSEMI P40がEUVLマスクのmounting要件として規定し、マスクを押し当てる平坦な基準面を前提にします。基準面がある以上、blank単体のfree-state形状値と、as-chuckedの形状値を別々のrecordへ残します。

ASMLのreticle handler解説は、マスク側のpatternがウェーハ側より大きいためreticleの移動距離と速度が大きくなり、加速度が最大150 m/s²に達すること、reticleを差し替えながら毎時275枚を超えるウェーハを露光することを挙げています。材料仕様をscanner内の動作へ結ぶには、完成mask、pellicle、reticle stage、clamp/chuckの組み合わせで位置repeatabilityを測定します。

ペリクルは焦点面から異物を離す薄膜である

フレームで膜をマスク表面から離して張り、膜上particleとmask patternの距離を確保します。ASMLのEUV pellicle開発史は、13.5 nmの光路へ膜を入れたぶんだけ光子が減り顧客の生産性が下がる点をEUV pellicle設計の出発点に挙げ、膜が高真空中で最大500 ℃に耐える必要を併記しています。透過率は同社の2021年第1四半期業績発表で90%へ改善したと報告されました。よくある誤解は「pellicleは防塵カバーだから透過率は付随条件」というものです。実際にはEUVでは往復2回通過するため透過率がそのままdoseとthroughputの上限になり、光学仕様が先で防塵は同時に満たす条件です。

信越化学のpellicle製品ページは半導体前工程用（LSI Pellicle）と大型display photomask用（FDP Pellicle）を別製品として分けています。三井化学のCNT pellicle設備発表は、silicon-based membraneに加えてCNT膜を挙げ、EUV透過率92%以上と1 kWを超える露光出力に対する耐光性を両立する製品として、山口県の岩国大竹工場に年産5,000枚規模の設備を2025年12月完成予定で建設すると公表しました。同社はこれをHigh-NA（NA 0.55）対応の供給計画として位置付けています。膜材の名前だけで選ばず、次を一つの使用条件にします。

試験群	DUVで測定する量	EUVで追加・厳格化する量	露光側の影響
光学	波長別透過率、均一性、位相影響	13.5 nm透過率、散乱、反射光学系との相互作用	dose、throughput、像コントラスト
熱・環境	光劣化、温湿度、cleaning compatibility	高出力時温度、熱放射、hydrogen/plasma環境	寿命、膜変形、破断risk
機械	張力、たわみ、接着、frame寸法	薄膜強度、加速度、圧力差、handling shock	stage動作、particle発生、停止時間
検査	膜欠陥、frame異物、装着後外観	through-pellicle mask inspection、膜上異物	mask再認定、clean/replace判断

ペリクルなし、装着済み、交換後では検査感度とmask handlingが変わります。mask IDにpellicle ID、膜世代、装着・脱着時刻、透過率map、検査recipe、累積露光条件を紐づけます。

透過率recordには、測定波長、incidence angle、single-pass測定値、round-trip換算値、膜温度、測定領域を残します。EUVはmask反射の前後でpellicleを二度通るため、single-pass値と露光dose／throughputへの影響を別fieldに保存します。

描画用レジストは完成前に除去する

Tekscend Photomaskの製造工程は、mask blankへ電子線で回路patternを描き、chemical etch、photoresist strip、clean、measure、inspectを経てphotomaskを完成させる流れを示しています。

設計dataから完成maskまでの主な変換は次の通りです。

段階	入力	変換	次工程へ渡すrecord
data preparation	layout、OPC/MPC、fracture data	writerが走査できるshot/dataへ変換	data revision、checksum、tone、bias
coat / write	blank、e-beam resist	coating、bake、electron-beam exposure	blank ID、resist lot、膜厚、dose、writer condition
develop / etch	latent pattern	resist像をabsorber/遮光膜へ転写	CD、etch depth/profile、loading、残膜
strip / clean	patterned film＋残留resist	resistと残渣を除去	chemistry、time、temperature、particle、surface state
measure / inspect	cleaned patterned mask	CD・位置・位相・欠陥を測定	defect map、classification、repair candidate、recipe
repair / verify	修復対象mask	excess material除去またはmissing feature補正	before/after像、repair条件、再検査結果
pellicle / release	qualified mask	pellicle装着、最終検査、搬送容器へ格納	pellicle ID、final disposition、保管・使用条件

電子線描画のshot構成、resist contrast、現像、etch選択比が完成CDを左右します。patternの曲線化・高密度化に伴ってdata量、write time、局所dose、proximity補正が増減するため、材料lot、data revision、writer conditionを同じmask historyへ保存します。

描画方式の違いは、この保存項目の意味を変えます。DNPが2020年に公表した5 nm世代向けEUV mask製造プロセスは、26万本の電子線を同時に照射するmulti-beam描画装置により、描画時間の短縮と精度の両立を達成したと公表しています。描画時間がshot数に比例する可変成形beam方式に対し、multi-beam方式ではpatternの複雑さに対する描画時間の依存が小さくなるため、ILT由来の曲線patternをdata量の増加とは切り離して選べます。Tekscend Photomaskが2024年に発表したドレスデンAMTCへのMBMW-100 Flex導入は、複雑な設計のmask描画時間が数日から7〜12時間へ短縮され、32 nmから2 nm世代までを対象にすると記載しています。write timeはmask納期とmask shopの装置占有時間を直接動かすため、writer種別をdefect数と同じ粒度でmask historyへ残します。

欠陥検査はblank、pattern、転写性で分ける

欠陥の呼び方と寸法の測り方は、規格が語彙を与えます。SEMI P22はphotomask defectの分類命名と寸法測定法を定める指針で、SEMI P43はphotomask qualificationの用語を、真の品質パラメータ、測定した品質パラメータ、仕様値の三つへ区分します。ただし両者とも現行statusはinactiveです。語彙を共有しても合否線は各社の取り決めが持つため、採否条件はmask shopとfabの契約仕様へ書きます。同じ外形の欠陥でも、DUV透過像、EUV反射像、aerial imageでprintabilityが異なります。検査結果には物理面、検査波長、感度、recipeを併記します。

Lasertecのmask関連装置一覧では、EUV patterned mask（ACTISシリーズ）、EUV blank（ABICS、MAGICS）、EUV pellicle（PELMIS）、EUV backside（BASIC）、mask edge（MZ100）、DUV mask（MATRICS）が別系統の製品として並びます。装置系列が別々に立っていること自体が、blank、patterned mask、pellicle、backside、edgeを別inspection eventとして保存する理由です。出力mapはmask IDで結合し、同一欠陥の座標と感度を比較します。ABICS E120はEUVと同じ13.5 nmを使い、Mo/Si multilayer内の転写性を持つ位相欠陥を対象にします。ACTIS A150はpatterned EUV maskのactinic inspectionとthrough-pellicle検査を用途に挙げています。PELMISシリーズはpellicle装着済みEUV maskを対象に、検出したparticleがpellicleの表側か裏側かを自動分類し、pellicle面とmask patternの周辺領域を併せて検査します。表裏の区別が装置機能として独立していることは、pellicle上の異物とmask上の異物が同じ座標に検出された場合でも採否条件が別であることを示します。装置原理はLasertec ACTIS A200HiTの企業・装置研究で詳しく追跡します。

検査recordは、blank defect map、writer/etch defect、CD/registration、pellicle particle、fabでの受入・定期再認定を別eventとして保存します。欠陥座標はmask座標、pattern data、露光field、wafer座標へ変換できるよう、原点、回転、scale、side、data revisionを持たせます。歩留まりと欠陥管理では、repeater defectとrandom defectをwafer mapで分け、原版由来の候補を絞ります。

修復と洗浄は再検査までが一工程である

mask defectには、余分なabsorber、欠けたpattern、multilayer由来のphase defect、particle、裏面汚染などがあります。修復方法は欠陥種と層構造で変わり、修復痕がCD、位相、反射率、耐久性へ別の影響を入れる可能性があります。ZEISSのmask repairは、集束電子線による誘起プロセスと前駆体分子の吸着を組み合わせるMeRiTシリーズで透明欠陥と不透明欠陥の双方を製品範囲に挙げ、EUV mask向けには低エネルギー機のMeRiT LE、particle除去には機械・ガス併用のPRT 100-Mを別製品として並べています。欠陥種ごとに機種が別になる以上、「修復済み」という一語の先へ、修復手法、修復後のCD、位相、反射率の実測値を残します。

Berkeley Lab CXROのEUV Mask Imagingは、EUV maskのglass、reflective coating、absorberから成る系をEUV波長で観測し、欠陥像とprintabilityを研究しています。

surface chemistry、absorber/cap、multilayer、裏面膜、pellicle接着部とのchemical compatibilityを測り、洗浄後にCD、位相・反射／透過、surface damage、backside、欠陥mapを必要範囲で再測定します。

原版の履歴を露光結果まで閉ループ化する

完成時に合格したレチクルも、保管、搬送、装着、累積露光、pellicle交換、clean、repairで状態が変わります。fabの受入検査、定期検査、repeater defect検出をmask shopのblank・patterned inspectionへ返し、同じmask IDとrevisionで閉ループ化します。

02 / 設計dataから再認定までの工程順

図2　原版は段ごとに残すrecordが入れ替わり、描画用レジストは④のstripで除去するtemporary resistである。検査合格maskは⑥のrepairを迂回し、pellicleは露光運用で要求される場合に⑦で装着する。repeater defect、累積使用、clean・repair履歴をもとに再認定またはretireする。

閉ループの比較keyは、mask ID、blank ID/lot、design revision、writer data、patterning recipe、inspection recipe、defect map version、repair/clean event、pellicle ID、scanner/reticle-stage条件、累積露光、wafer上のrepeater座標です。mask側のdefectとwafer側のfailを結ぶときは、縮小倍率、反転・回転、field offset、die layoutを含む座標変換versionを比較keyに含めます。検査・overlay装置の測定値も、同じ座標とrevisionへ揃えてから比較します。

High-NAではabsorberとpellicleの余裕が組み替わる

High-NA EUVでは入射角、anamorphic optics、half fieldがmask側のimaging条件を変えます。ASMLのHigh-NA解説は、投影光学系がpatternを一方向に4倍、直交方向に8倍で縮小する非対称構成をとった理由を、maskへの入射角を抑えて反射損失を避けつつ、従来寸法のreticleを使い続けられるようにするためだと記載しています。その代償として露光fieldはNXE世代の半分になり、同じウェーハを埋めるのに2倍の露光回数が要ります。TWINSCAN EXE:5000はNA 0.55で解像度8 nm、NXE比で1.7倍細かい寸法を単一露光で解像すると記載しています。倍率がx方向とy方向で異なるということは、mask上の同じ寸法誤差がウェーハ上で方向によって異なる量になることを意味し、CD仕様と位置仕様を方向別に持つ必要が出ます。

imecのmask technology研究は、Ta系absorberのmask 3D effectがfeature依存のplacement誤差とbest focusのばらつきを増やすと述べ、低n absorber候補、anamorphic mask、pellicleを同一の開発課題へ並べています。同解説はCNTベースのpellicleがscanner出力600 Wを超えても耐えうる候補だとしており、absorber材料とpellicle耐熱は同じmask設計の中で連動する項目です。

DNPの2 nm世代・High-NA向け発表は、EUV photomask上で3 nm世代比20%以上微細なpatternを解像したこと、High-NA対応photomaskの基礎的な特性測定を終えて半導体開発コンソーシアムや装置メーカー、材料メーカーへsample photomaskの提供を始めたこと、2027年度に2 nm世代ロジック向け量産photomaskの供給開始を目指すことを公表しました。sample提供と量産供給では到達点が別なので、企業比較表には提供段階と量産開始予定年を別columnへ記録します。

High-NA固有のhalf-field stitching、mask tonality、reticle acceleration、pellicle熱負荷はHigh-NA EUVのマスク・ペリクル・stitchingで個別に比較します。

企業研究を原版の変換工程で比較する

基板・blank、patterned mask、pellicle、scanner、inspection/repairという変換工程ごとに、各社が引き渡す物体、測定値、品質責任を比較します。

領域	企業・研究先	公開情報から読める担当	比較する技術軸
mask blank	HOYA企業研究、AGC Electronics企業研究、信越化学工業企業研究	glass/substrate、研磨、光学膜、DUV/EUV blank、pellicleの製品範囲	基板材、flatness、film stack、defect、波長・世代対応
patterned mask	DNP企業研究、Tekscend Photomask	design dataからe-beam write、etch、clean、measure、inspectまで	writer/data、CD、position、defect repair、delivery cycle
pellicle	Shin-Etsu Chemical、Mitsui Chemicals、scanner ecosystem	DUV/EUV用の膜、frame、装着・透過率／寿命試験	transmission、thermal/mechanical lifetime、inspection
scanner / handling	ASML企業研究	mask image projection、reticle handling・stage、EUV pellicle開発	wavelength、NA、magnification、stage、environment
inspection	Lasertec企業研究、Berkeley Lab CXRO	blank、patterned mask、pellicle、backside、actinic image	sensitivity、wavelength、printability、coordinate、through-pellicle
repair	ZEISSなど	excess/missing patternの局所修復とafter-repair計測	defect type、material response、after-repair printability

同じ企業でもDUV、EUV、FPD、研究用では基板寸法、膜、pattern、検査が異なります。

選定は完成maskの採否条件から逆算する

材料・mask shop・fab・装置担当は、次のrecordを共通化します。

record群	必須field	防げる取り違え
identity	mask ID、blank ID/lot、supplier、DUV/EUV、design/revision、tone	別revision・別光学方式の結果を混ぜる
stack	substrate、front/back film、reflective/absorber stack、pellicle material	材料名だけで同一構造と判断する
geometry	front/back/TTV、flatness condition、support/chuck、coordinate system	free-stateとas-chucked形状を混同する
patterning	resist、writer/data、dose、develop、etch、strip、clean	temporary resistと完成層を混同する
qualification	CD、position、transmission/phase/reflection、defect map、inspection wavelength	検出した欠陥と転写する欠陥を同一視する
use history	pellicle ID、scanner、exposure count/condition、clean、repair、reinspection	初回合格を寿命全体の合格として使う
disposition	acceptance limit、waiver、use restriction、requalify、retire	誰がどの測定結果で使用を承認したか失う

選定順は、露光方式と波長、pattern/tonality、完成maskの光学・CD・位置・欠陥採否、必要なblank stack、描画・etch・clean能力、pellicle、inspection/repair、fab内の再認定です。マスク一枚の単価に、write time、inspection cycle、修復、scanner停止、同一欠陥を繰り返すwafer riskを加えます。

基板、薄膜、吸収膜、導電膜、描画材料、ペリクルという材料選択が、回路像を何枚のwaferへ再現できるかを決めます。