テクセンドフォトマスク：滋賀・朝霞の精密電子工場と光学から電子ビームへの転換

マスクの需要を押し上げたのは、トランジスタではなく電子卓上計算機であった。1969年前後にアメリカで開発されたMOS型LSIの製造技術が導入され、日本ではこれを用いて電卓の小型化が一斉に進められて、LSIの需要は急速に増大した。凸版印刷が朝霞工場でLSI用マスクの試作を始めたのは1969年の秋ごろで、作図部門で数十枚から数百枚におよぶ部分設計図を一つにまとめる仕事から始まり、作図機コーディネートグラフの増設がなされた。フォトマスクは、厚さ2ミリ、一辺15センチのガラス板の表面に集積回路の超微細パターンを規則正しく描いたもので、シリコンウエハーへ回路を焼き付けるときのネガにあたる。版の精度を決めるのは描く側の能力であり、需要の立ち上がりに作図が追いつかなかった。

1970年5月、凸版印刷は高精度のフォトレピータと呼ばれる多面焼付機をアメリカのデービッド・ダブリュー・マン社から導入設置した。同年7月にはタウン・ラボラトリー社とクロムマスクの製造法に関する技術導入契約を締結し、ICやLSI用マスクの精度向上と大量生産技術の確立をはかった。同年9月には滋賀精密工場が竣工した。1972年にはタウン・ラボラトリーズ社からシースルーマスクも導入した。クロムの代わりに酸化鉄の極薄膜を用いたもので、パターン以外の部分も透視できるため、半導体メーカーが素材の上にいくつものパターンを重ね合わせるときに正確な作業ができる長所があった。精度も量産技術も、この時期は自社の研究ではなく契約と装置の購入で埋められた。

クロムマスクは、それまでのフォトマスクとは版の作り方が違った。従来のエマルジョンマスクが感光液を塗布したガラスの乾板でつくられたのに対し、クロムマスクは同じガラス基板にクロムや酸化クロムを蒸着し、その上にフォトレジストを塗布したものを用いた。焼き付けて現像したパターン部分を腐食してつくるため高価ではあったが、解像力が高く、画線はシャープでキズがつきにくいので寿命も長く、ハードマスクとも呼ばれた。1975年には、クロムマスクを使用するときに反射によって作業に影響する欠陥を補う低反射クロムマスクを開発し、以降これがクロムマスクの主流となった。印刷のカラー画像は1インチ平方内に数ミクロンから100ミクロンの微細な点を約12万個組み合わせて成り立つ技術であり、フォトマスクはその精度を数桁上げたものであった。

1968年、埼玉県新座市にある朝霞工場にクリーンルームが完成し、フォトマスクの生産はここへ移された。クリーンルームは、30立方センチの中に0.5ミクロン以下のゴミが1万個以下の状態になるよう常に保たれた。0.5ミクロンのゴミが一つ入り込んでも結線が切れてショートしてしまうため、精密電子部品の製造にはこの環境が欠かせなかった。1970年には純水装置も設けられ、クロムマスク、シースルーマスク、低反射クロムマスクの製造が同じ工場で行われるようになり、急増するマスクの需要に対処した。技術者は顔の半分を覆うほどのマスクをかけ、真白な無塵服を着て動き回った。印刷の工場とは、空気と水から違う建屋が要った。

1974年12月、朝霞精密電子第一工場が竣工した。最新鋭設備と高性能クリーンルームを完備した建屋であった。凸版印刷におけるマスク類の製造は、1960年に技術研究所でのメサ型トランジスタ用マスクにはじまり、1968年に朝霞工場へ生産を移し、より高密度なものへと段階を上げた。1986年2月には朝霞精密電子第二工場が竣工している。精密電子部品は、印刷工場の一区画から、専用の建屋を連ねる事業へ変わった。

超LSI以前のフォトマスクの製造工程は、精密なパターンの設計図を原寸の約200倍から400倍の大きさに拡大して作り上げ、それを写真製版の技術で縮小してシリコンの上に焼き付けるものであった。1973年、凸版印刷は朝霞工場にデービッド・ダブリュー・マン社の図形入力編集機と高速自動作図機を設置し、微細なパターンを自動的に作図するコンピュータ・エイデッド・デザインシステムを完成させて、デザインオートメーションの体制を確立した。1969年の試作では、作図部門が数十枚から数百枚におよぶ部分設計図を一つにまとめるところから始めていた。拡大した原図を人が描き写す限り、パターンが微細になるほど作図の工数は増え続けた。

1975年、4キロビットのLSI用フォトマスクの製造が始まった。同じころ超LSIが登場し、半導体素子の集積度はLSIよりはるかに高く、パターンも極端に微細化されて、1ミリの線幅の中に最高500本もの配線が張りめぐらされた。ここまで微細な回路を焼き付けるには、従来のシリコン板上に露光、現像、加工する写真の光学的な製造方法では限界があり、1ミクロンを切るサブミクロンの世界には通用しなかった。凸版印刷の技術陣が選んだのは電子ビームで、0.1ミクロン程度までビーム径を絞ることができるため微細な加工に適していた。写真製版の延長で伸ばしてきた精度が、ここで行き止まりに達した。

1977年、アメリカのウエスタン・エレクトリック社との技術提携が実現した。同社は基板上に塗布する感光剤樹脂である電子ビームレジストの処方とプロセスを開発済みで、凸版印刷はその技術を得ることができた。技術陣は同社の研究部門であるベル研究所を訪れることもでき、帰国後に電子ビーム技術は飛躍的に進歩した。1978年に電子ビームレジスト評価装置、1979年5月に新鋭の電子ビーム露光装置を導入し、回路設計の段階に計算機を利用する技術を確立して、同年12月に64キロビットのLSI用フォトマスクの製造に成功した。断絶を越える手はここでも自社開発ではなく、材料の処方を外から買うことであった。

1991年の時点で、テレビ用のシャドーマスクや液晶用カラーフィルターなどの精密部品事業は、凸版印刷の売上高の10%を占めるまでに育っていた。精密部品のベースは印刷技術であり、点で構成する印刷の中にさらに小さな点を打つ微細な加工技術が元になっていた。顧客となる半導体などエレクトロニクス産業の急成長に伴って、この分野には高い成長が期待された。1997年3月、凸版印刷は中華映管股份有限公司、揚博科技股份有限公司と合弁で中華凸版電子股份有限公司を設立した。1998年8月には滋賀工場でフォトマスク新棟が竣工した。版をつくる場所は、顧客の半導体工場の側へ寄せられていった。