(57)【要約】  シリコン材料やその周辺の構成要素に対するダメージを最小限に抑えつつ、シリコン材料にレーザーを透過させてその先の対象物に好適に照射することが可能なレーザーの照射方法、及びそれを用いた圧電振動子の周波数調整方法、並びにそれを用いて周波数調整された圧電デバイスを提供する。そのために、使用するレーザーとしてパルス幅が５０〜１０００ｆｓ（フェムト秒）のパルスレーザーである所謂フェムト秒レーザーを選択する。この技術は、例えば、シリコン材料から成る電子部品パッケージの内部に収容された圧電振動子にレーザーを照射してその共振周波数を調整する際に好適に利用することができる。
2011043357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン材料に、パルス幅が５０〜１０００ｆｓのパルスレーザーを照射して透過させることと、
透過した前記レーザーを前記シリコン材料を隔てた先の対象物に照射することと、を備えるレーザーの照射方法。
【請求項２】
前記レーザーの波長は、１２００〜４０００ｎｍである請求項１に記載のレーザーの照射方法。
【請求項３】
少なくとも一部がシリコン材料で構成された電子部品パッケージの内部に収容された圧電振動子にレーザーを照射して当該圧電振動子の共振周波数を調整する圧電振動子の周波数調整方法であって、
前記レーザーとして請求項１又は２に記載のパルスレーザーを前記電子部品パッケージのシリコン材料領域に照射して透過させることと、
透過した前記レーザーを前記圧電振動子に照射することにより前記圧電振動子の共振周波数を調整することと、を備える圧電振動子の周波数調整方法。
【請求項４】
前記圧電振動子の共振周波数を調整することは、前記圧電振動子の表面に形成された質量膜を前記レーザーにより除去することにより前記圧電振動子の共振周波数を調整することを含む、請求項３に記載の圧電振動子の周波数調整方法。
【請求項５】
前記圧電振動子の共振周波数を調整することは、前記圧電振動子の母材を前記レーザーにより除去することにより前記圧電振動子の共振周波数を調整することを含む、請求項３に記載の圧電振動子の周波数調整方法。
【請求項６】
少なくとも一部がシリコン材料で構成された電子部品パッケージの内部に収容された圧電振動子にレーザーを照射して当該圧電振動子の共振周波数を調整する圧電振動子の周波数調整方法であって、
前記レーザーとして請求項１又は２に記載のパルスレーザーを前記電子部品パッケージのシリコン材料領域に照射して透過させることと、
透過した前記レーザーを前記電子部品パッケージの内面に形成された質量膜に照射して当該質量膜を飛散させることと、
飛散した前記質量膜を前記圧電振動子に付着させることにより前記圧電振動子の共振周波数を調整することと、を備える圧電振動子の周波数調整方法。
【請求項７】
少なくとも一部がシリコン材料で構成された電子部品パッケージと、
当該電子部品パッケージの内部に収容された圧電振動子と、を備え、
当該圧電振動子の共振周波数が、請求項３乃至６の何れか一つに記載の圧電振動子の周波数調整方法を用いて調整されている圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーの照射方法、及びそれを用いた圧電振動子の周波数調整方法、並びにそれを用いて周波数調整された圧電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品製造の分野においてはレーザーが広く利用されており、特に半導体電子部品製造の分野においては、シリコン材料にレーザーを透過させてその先の対象物に照射することが知られている。（例えば、特許文献１、２参照）【０００３】
図１２は、半導体電子部品の製造プロセスの一部を模式的に示す断面図である。まず、ここに示す半導体電子部品は、シリコン材料から成る箱型の基板（パッケージ基板）１に同じくシリコン材料から成る平板状の蓋部材（リッド）２を接合することで形成された電子部品パッケージの内部に平板状の圧電振動子３が気密封止された所謂パッケージ型の圧電デバイスである。この圧電デバイスにおいて、圧電振動子３の表面に形成された励振電極（不図示）は、パッケージ基板１の底部に設けられた貫通配線４を介してパッケージ基板３の外表面に設けられた外部接続端子５と電気的に接続され、その外部接続端子５を介して電気信号の入出力が成される。【０００４】
以上のような圧電デバイスを製造するに当たっては、その製造プロセスの一環として、圧電振動子３の共振周波数を調整することが行われる。共振周波数（以下、単に周波数）の調整は、周波数をより高周波側へ調整する場合と、それとは逆により低周波側へ調整する場合とがあるが、主に周波数を高周波側へ調整する場合には、その手段の一つとしてレーザーが利用される。【０００５】
レーザーを利用して周波数の調整を行う場合には、例えば、図１２に示すように圧電デバイスの外装の一部を成す蓋部材２に波長が１３００ｎｍ程度のレーザーＬを照射して透過させ、透過したレーザーＬを圧電振動子３の表面に予め形成した周波数調整用の質量膜（金属膜等）６に照射して段階的に除去し、圧電振動子３の励振駆動に寄与する部位（振動部）の質量を減じることで周波数を高周波側へと変化させる。【０００６】
以上のようにレーザーを利用した周波数の調整は、製造プロセスの任意の段階で行われ、大きく別けてパッケージ基板１に蓋部材２を接合する前と後の何れかが選択され得るが、とりわけパッケージ基板１に蓋部材２を接合した後に行うことは、周波数の調整を最終製品により近い状態で行えることから、一度周波数の調整を行った後から最終製品になるまでの製造プロセス中で周波数が再度変化してしまうこと（周波数シフト）による影響を抑えることができ、また、周波数の調整中に電子部品パッケージ内へゴミなどの異物が侵入するのを防止できるなどの利点があることから、パッケージ基板１に蓋部材２を接合する前に行うよりも製造プロセス上好適な場合が多い。【０００７】
シリコン材料にレーザーを透過させる目的は、以上説明した例に限らず様々であるが、何れにしても電子部品製造の分野においては、シリコン材料にレーザーを透過させることが求められる場合が少なくない。【０００８】
シリコン材料にレーザーを透過させるに当たっては、少なくともシリコン材料を透過する性質のレーザーを用いることが求められるが、レーザーの性質を決定付ける各種パラメーター（波長、パルス幅、強度、焦点距離等）の値によっては、レーザーの熱衝撃によりシリコン材料やその周辺の構成要素が過度のダメージを受けて破損や変質するだけでなく、破損により生じた破片が飛散して周辺の構成要素に悪影響を及ぼす虞がある。【０００９】
図１３は、レーザーによるダメージの発生メカニズムを模式的に示す図で、ここに示すように、使用するレーザーの性質がシリコン材料を透過させるのに適していない場合には、シリコン材料やその表面の堆積物、更には照射対象物自体などに過度の熱衝撃が加わり、本来加工すべきでない部位が加工されたり変質する虞がある。従って、シリコン材料にレーザーを透過させるに当たっては、レーザーの性質を決定付ける各種パラメーターを最適化することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−３７９１１号公報
【特許文献２】特表２００７−５１２７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、以上の問題点に鑑みて成されたものであり、シリコン材料やその周辺の構成要素に対するダメージを最小限に抑えつつ、シリコン材料にレーザーを透過させてその先の対象物に好適に照射することが可能なレーザーの照射方法、及びそれを用いた圧電振動子の周波数調整方法、並びにそれを用いて周波数調整された圧電デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、シリコン材料にレーザーを照射して透過させ、透過したレーザーを前記シリコン材料を隔てた先の対象物に照射するレーザーの照射方法であって、前記レーザーは、パルス幅が５０〜１０００ｆｓのパルスレーザーであるものである。【００１３】
前記レーザーの波長は、１２００〜４０００ｎｍであるレーザーの照射方法とされ得る。【００１４】
本発明のうち第２の態様に係るものは、少なくとも一部がシリコン材料で構成された電子部品パッケージの内部に収容された圧電振動子にレーザーを照射して当該圧電振動子の共振周波数を調整する圧電振動子の周波数調整方法であって、前記レーザーとして上記何れかのレーザーの照射方法におけるパルスレーザーを前記電子部品パッケージのシリコン材料領域に照射して透過させ、透過した前記レーザーを前記圧電振動子に照射することにより前記圧電振動子の周波数を調整するものである。【００１５】
前記圧電振動子の表面に形成された質量膜を前記レーザーにより除去することにより前記圧電振動子の共振周波数を調整しても良い。【００１６】
前記圧電振動子の母材を前記レーザーにより除去することにより前記圧電振動子の共振周波数を調整しても良い。【００１７】
本発明のうち第３の態様に係るものは、少なくとも一部がシリコン材料で構成された電子部品パッケージの内部に収容された圧電振動子にレーザーを照射して当該圧電振動子の共振周波数を調整する圧電振動子の周波数調整方法であって、前記レーザーとして上記何れかのレーザーの照射方法におけるパルスレーザーを前記電子部品パッケージのシリコン領域に照射して透過させ、透過した前記レーザーを前記電子部品パッケージの内面に形成された質量膜に照射して当該質量膜を飛散させ、飛散した質量膜を前記圧電振動子に付着させることにより前記圧電振動子の共振周波数を調整するものである。【００１８】
本発明のうち第４の態様に係るものは、少なくとも一部がシリコン材料で構成された電子部品パッケージの内部に圧電振動子を収容した圧電デバイスであって、上記何れかの圧電振動子の周波数調整方法を用いて周波数調整されたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、シリコン材料にレーザーを透過させるに当たって、レーザーの性質を決定付けるパラメーターを最適化することで、シリコン材料に対するダメージを最小限に抑えつつ、シリコン材料を隔てた先の対象物にレーザーを好適に照射することができる。また、その技術を圧電振動子の周波数を調整する際に利用すれば、圧電振動子を収容する電子部品パッケージへのダメージを最小限に抑えつつ、周波数の調整を好適に行うことができる。
本発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明によるレーザーの照射方法を原理的に示す図である。
【図２】図２は、シリコン単結晶に対するレーザーの波長と透過率との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明によるレーザーの照射方法の実施に用いるレーザー照射装置の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明によるレーザーの照射方法の有効性を評価するための基礎実験の方法を示す図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、図４に示す基礎実験を経た評価サンプルの平面図であり、図５Ａは上側のシリコン基板の表面をレーザーの照射側から見た状態を表しており、図５ＢはＡｕ薄膜の表面をレーザーの照射側から見た状態を表している。
【図６】図６は、本発明によるレーザーの照射方法に対する比較例として、従来技術によるレーザーの照射方法を用いた基礎実験を示す図である。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、図６に示す基礎実験を経た評価サンプルの平面図であり、図７Ａはシリコン基板の表面をレーザーの照射側から見た状態を表しており、図７ＢはＡｕ薄膜の表面をレーザーの照射側とは反対側から見た状態を表している。
【図８】図８は、本発明による圧電振動子の周波数調整方法（実施例１）を示す図である。
【図９】図９は、本発明による圧電振動子の周波数調整方法（実施例２）を示す図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、図９に示す圧電振動子の周波数調整方法を用いて周波数調整を行った評価サンプルのレーザー顕微鏡による観察画像であり、図１０Ａは圧電振動子の表面をレーザーの照射側から見た状態を表しており、図１０Ｂはレーザーを透過させた蓋部材をレーザーの照射側とは反対側から見た状態を表している。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｄは、図９に示す圧電振動子の周波数調整方法を用いて周波数調整を行った評価サンプルのＳＥＭによる観察画像であり、図１１Ａは圧電振動子の表面をレーザーの照射側から見た状態を表しており、図１１Ｂは図１１Ａの一部（走査１終端部周辺）を拡大して見た状態を表しており、図１１Ｃは図１１Ａの一部（走査２始端部周辺）を拡大して見た状態を表しており、図１１Ｄは図１１Ａの一部（走査３終端部周辺）を拡大して見た状態を表している。
【図１２】図１２は、半導体電子部品の製造プロセスの一部を模式的に示す断面図である。
【図１３】図１３は、レーザーによるダメージの発生メカニズムを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明によるレーザーの照射方法は、シリコン材料にレーザーを透過させるに当たって、使用するレーザーの性質を決定付けるパラメーターの一つであるパルス幅を５０〜１０００ｆｓ（フェムト秒）に設定することを特徴としている。
【００２２】
そのような短パルス幅のレーザーは、通称フェムト秒レーザーと呼ばれ、レーザーの照射時間が極めて短いことから光子吸収範囲がμｍオーダーの範囲に限定され、それよりも長いナノ秒以上のパルス幅のレーザーよりも熱衝撃が及ぶ範囲が狭く、照射対象物へのダメージが小さいという特徴があり、また、急峻な立上りパルスによって非線形光学効果が発現することから、通常はレーザーを吸収し難い材料や反射率が高い材料に対してもレーザーのエネルギーを効率的に伝えることができ、μｍサイズの微小領域に集光することで微小領域を選択的に加工することができるという特徴がある。
【００２３】
本願出願人は、そのような特徴を有するフェムト秒レーザーをシリコン材料に照射することで、シリコン材料に対するダメージを最小限に抑えつつシリコン材料を透過させることが可能であることを見出し、そのことを利用してシリコン材料にレーザーを透過させてその先の対象物に照射することを発案した。
【００２４】
図１は、本発明によるレーザーの照射方法を原理的に示す図であり、図２は、シリコン材料に対するレーザーの波長と透過率との関係を示すグラフである。本発明によるレーザーの照射方法を実施するに当たっては、まず、使用するフェムト秒レーザーの波長を少なくともシリコン材料を透過するものとする必要があり、その波長としては、例えば図２に示すように約９００ｎｍ以上であるが、透過率が約５０％以上となる約１２００ｎｍ以上の波長帯域のものがより好適である。
【００２５】
ここでは、その中でも特に透過率が高い１２００〜４０００ｎｍの波長帯域のレーザーを使用することを考え、それに当たってまず、図１に示すようにフェムト秒レーザーを出力可能なレーザー光源から一般的に可視光領域とされる波長が７８０ｎｍのレーザーを出力させ、それを波長変換素子（ＯＰＯ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を通過させることにより波長を１２００〜４０００ｎｍへと変換する。そして、波長変換されたレーザーをレンズなどの集光光学系により集光した上で照射対象物に照射する。
【００２６】
ここで、レーザーの焦点を照射対象物の任意の点に合わせ、焦点と集光光学系との間にシリコン材料を配置すれば、集光光学系を通過したレーザーは、シリコン材料に大きなダメージを与えること無くシリコン材料を透過してその先の照射対象物に照射されることとなる。
【００２７】
図３は、本発明によるレーザーの照射方法の実施に用いるレーザー照射装置の一例を示す図である。ここに示すレーザー照射装置は、図１に示した本発明によるレーザーの照射方法の原理を基に構成されたもので、可視光領域の波長（例えば７８０ｎｍ）のフェムト秒レーザーを出力するレーザー光源１１と、レーザー光源１１から出力されたレーザーの波長を近中赤外領域の波長（例えば１２００〜４０００ｎｍ）へと変換する波長変換素子１２と、波長変換素子１２により波長変換されたレーザーを集光するレンズなどの集光光学系１３と、互いに直交する３軸方向（ＸＹＺ方向）とそれらの各軸回りに移動可能な可動テーブル１４と、可動テーブル１４を真空雰囲気中に格納する真空チャンバー１５と、レーザー光源１１以外の構成要素を窒素雰囲気（Ｎ２パージ）中に格納するＮ２チャンバー１６とを備えている。
【００２８】
可動テーブル１４は、レーザーの照射対象物１７を所定の姿勢に保持する保持機構を備え、それにより照射対象物１７を保持した状態でＸＹＺ方向とそれらの各軸回りである回転方向に適宜移動することで、照射対象物１７のレーザーに対する位置を任意に変更することができる。
【００２９】
Ｎ２チャンバー１６は、主にレーザーの減衰を防止するためのもので、波長変換素子１２により１２００〜４０００ｎｍの波長へと波長変換されたレーザーは水分への吸収が著しいことから、レーザーの光路中に不活性ガスである窒素を充填して空気中の水分を排除している。
【００３０】
真空チャンバー１５は、照射対象物１７に対するレーザーの照射を真空雰囲気中で行うためのもので、真空ポンプ１８などの真空排気手段により任意の真空度を作り出すことができるようになっている。尚、真空チャンバー１５は、照射対象物１７の性質上、照射対象物１７に対するレーザーの照射を真空雰囲気中で行う必要がある場合にのみ必要なものであり、状況に応じて適宜省略することができる。
【００３１】
図４は、本発明によるレーザーの照射方法の有効性を評価するための基礎実験を示す図である。基礎実験としては、主面片側（図中上面）にＡｕ薄膜２１を形成したシリコン単結晶基板２２に、表面に堆積物が存在しない素板状のシリコン単結晶基板２３をＡｕ薄膜２１と対向するようにスペーサー２４を介して貼り合わせたものを評価サンプルとして用い、その評価サンプルをサンプル設置面に対して僅かに傾斜させた状態で、上側のシリコン単結晶基板２３側から下側のシリコン単結晶基板２２のＡｕ薄膜２１に焦点を合わせてフェムト秒レーザーＬを照射すると同時に、そのまま焦点距離を変えずに一定方向に向けて直線的に走査した。
【００３２】
以上の基礎実験において、レーザーＬの走査方向を傾斜した評価サンプルの低位側から高位側へ向かう方向（図中矢印方向）としてレーザーＬを走査すると、評価サンプルが傾斜していることから、レーザーＬの照射位置が移動するに連れてレーザーＬの焦点位置が下側のシリコン単結晶基板２２寄りに相対的かつ連続的に移動しながらＡｕ薄膜２１の加工が行われる。尚、この実験方法では、レーザーＬの焦点位置の変化に応じたＡｕ薄膜２１の加工状態の変化も同時に観察することができる。
【００３３】
基礎実験の仕様は、以下の通りである。
レーザーの種類      ：ファイバーレーザー
波長                ：１５５２．５ｎｍ
パルス幅            ：８００ｆｓ
出力強度            ：５μＪ／パルス（平均強度２．５Ｗ、最大強度０．８ＭＷ以上）
繰り返し周波数      ：１００ｋＨｚ
ビーム径            ：５ｍｍ×５ｍｍ（出射時）
レーザー走査速度    ：１ｍｍ／ｓ
評価サンプル傾斜角  ：０．９６°
【００３４】
評価サンプルの仕様は、以下の通りである。
シリコン単結晶基板の外形    ：２０ｍｍ角
シリコン単結晶基板の厚さ    ：３５０μｍ
金（Ａｕ）薄膜の膜厚        ：２００Å（２００オングストローム）
シリコン単結晶基板間の隙間  ：６４μｍ
【００３５】
図５Ａ及び図５Ｂは、図４に示す基礎実験を経た評価サンプルの平面図であり、図５Ａは上側のシリコン単結晶基板の表面をレーザーの照射側から見た状態、図５ＢはＡｕ薄膜の表面をレーザーの照射側から見た状態を示している。まず、図５Ａを参照すると、シリコン単結晶基板２３の表面に直線状の照射痕が２本見て取れ（照射痕Ａ、Ｂ）、そのうち図中下側の照射痕Ｂがレーザーを集光して直接的に照射することにより生じた照射痕であり、この照射痕Ｂに着目すると、解析の結果、シリコン単結晶基板２３の表層がレーザーの照射領域に沿って物理的に除去されてはいるものの、シリコン単結晶基板２３に大きなダメージは見られなかった。また、図示は省略するが、レーザーの照射側と反対側のシリコン単結晶基板２３表面にも特に大きな照射痕は見られなかった。
【００３６】
尚、図中上側の照射痕Ａは、レーザーの一部がシリコン単結晶基板２３の内部で反射して表層付近で焦点を結ぶことにより形成された副次的な照射痕であると思われ、このことは、レーザーの実際の焦点とは異なる領域も加工されることを示している。更にこのことは、シリコン材料は、短パルス幅のレーザーを集光して非線形光学効果を生じさせることで初めて加工されることを意味し、逆に言えば、たとえシリコン材料を透過する波長のレーザーであっても、集光して非線形光学効果を生じさせない限りはシリコン材料には何ら影響がないことを意味する。即ち、その点に着目してレーザーの物理的数値条件（パラメーター）を見直せば、シリコン材料に大きなダメージを与えることなくシリコン材料にレーザーを透過させてその先の対象物を加工することができる、ということが理解できる。
【００３７】
また、図５Ｂを参照すると、Ａｕ薄膜２１の表面に直線状の照射痕が３本見て取れ（照射痕Ｃ、Ｄ、Ｅ）、各々は図中下側から順にレーザーの出力強度が５μＪ、２．５μＪ、１μＪの場合の照射痕を示しており、特にその中で今回の基礎実験において設定した５μＪに対応する照射痕Ｅに着目すると、Ａｕ薄膜２１がレーザーの照射領域に沿って物理的に除去されて下層のシリコン単結晶２２が露出しており、上側のシリコン単結晶２３を透過したレーザーによりＡｕ薄膜２１が加工されていることが分かる。
【００３８】
即ち、以上の結果は、Ａｕ薄膜２１の加工領域の直上に位置するシリコン単結晶基板２３の表面には、レーザーの入射側及びその反対側の何れにも大きなレーザーの照射痕が形成されず、シリコン材料を損傷させずシリコン材料越しにレーザーで対象物（Ａｕ薄膜２１）を加工することができたことを示している。
【００３９】
図６は、本発明によるレーザーの照射方法に対する比較例として、従来技術によるレーザーの照射方法を用いた基礎実験を示す図である。基礎実験としては、図に示すように主面片側（図中下面）にＡｕ薄膜３１を形成したシリコン単結晶基板３２を評価サンプルとして用い、その評価サンプルに対してＡｕ薄膜３１が形成された側とは反対側からＡｕ薄膜３１に焦点を合わせてフェムト秒レーザーよりも長パルス幅の高出力レーザーＬを照射した。
【００４０】
基礎実験の仕様は、以下の通りである。
レーザーの種類    ：ホルミウムＹＡＧレーザー
波長              ：２０８０ｎｍ
パルス幅          ：２５０μｓ（半値１５０μｓ）
出力強度          ：２Ｊ／パルス（１０Ｗ）
照射回数          ：２パルス
ビーム径          ：２００〜３００μｍ
対物レンズのｆ値  ：ｆ＝２０
【００４１】
評価サンプルの仕様は、以下の通りである。
シリコン単結晶基板の外形  ：３０ｍｍ角
シリコン単結晶基板の厚さ  ：３７０μｍ（表面は鏡面加工）
Ａｕ薄膜の膜厚            ：０．１μｍ（スパッタ成膜）
【００４２】
図７Ａ及び図７Ｂは、図６に示す基礎実験を経た評価サンプルの平面図であり、図７Ａはシリコン単結晶基板の表面をレーザーの照射側から見た状態、図７ＢはＡｕ薄膜の表面をレーザーの照射側とは反対側から見た状態を示している。図７Ａを参照すると、シリコン単結晶基板３２の表面にはレーザーの照射領域一帯に照射痕が見られ、特に焦点付近にはレーザーの熱衝撃により形成された凹部Ｒが確認でき、シリコン単結晶基板３２に大きなダメージがあることが分かる。
【００４３】
また、図７Ｂを参照すると、Ａｕ薄膜３１の一部が物理的に除去されて下層のシリコン単結晶基板３２が露出しており、シリコン単結晶基板３２を透過したレーザーによりＡｕ薄膜３１が加工されてはいるものの、加工領域の輪郭は不規則に乱れ、加工残り（残渣）も見られ、加工精度は決して高いとは言えない。
【００４４】
尚、基礎実験の仕様と評価サンプルの仕様が互いに完全には一致しないため、上記比較例の基礎実験結果と、図４に示した本発明のレーザー照射方法を用いた基礎実験結果とを厳密に対比することはできないが、本発明によるレーザーの照射方法を用いれば、シリコン材料基板へのダメージを最小に抑えつつ、シリコン材料の表面にあるＡｕ薄膜の加工が可能であることは十分確認できる。
【実施例１】
【００４５】
図８は、本発明による圧電振動子の周波数調整方法を示す図である。以上説明した本発明によるレーザー照射方法の用途は任意に選択することができるが、その一つとして圧電振動子の共振周波数を調整する際に利用することが挙げられる。【００４６】
まず、ここに示す圧電振動子の周波数調整方法においては、図１２に示したような、シリコン材料から成る電子部品パッケージの内部に圧電振動子３を気密封止したパッケージ型の圧電デバイスに対してレーザーを照射するものとする。【００４７】
ここで、電子部品パッケージの内側に面する蓋部材２の表面（図中下面）には、圧電振動子３の振動部と概ね対向する位置に周波数調整用の質量膜としてＡｕ薄膜４１が形成されている。【００４８】
以上の圧電デバイスに対して圧電振動子３の周波数調整を行う際には、予め製作段階で圧電振動子３の周波数を目標値よりも高周波側に設定した上で、蓋部材２の表面に形成されたＡｕ薄膜４１に焦点を結ぶように蓋部材２側からフェムト秒レーザーＬを照射し、それと同時にレーザーＬの軌跡がＡｕ薄膜４１の形成領域を跨ぐように一定方向に向けて直線的に走査する。【００４９】
照射されたレーザーは、蓋部材２を透過して反対側のＡｕ薄膜４１に照射され、その熱衝撃によりＡｕ薄膜４１が飛散して圧電振動子３の表面に付着する。【００５０】
圧電振動子３の表面にＡｕ薄膜４１の飛散粒子が付着すると、圧電振動子３の振動部の実質的な質量が増加して圧電振動子３の周波数が低周波側へと変化する。ここで、レーザーの照射時間と周波数の変化量との相関関係を予め把握しておけば、レーザーの照射時間を制御することで圧電振動子３の周波数を所望の値へと調整することができる。【００５１】
以上の周波数調整方法においては、レーザーにフェムト秒レーザーを用いているため、蓋部材２にはレーザーによる過度のダメージはなく、蓋部材２が破損して内部と外部との間でリークが発生するようなことはない。【００５２】
また、蓋部材２を透過したレーザーによって、圧電振動子３の表面に付着したＡｕ薄膜４１の粒子が二次的に飛散されるようなこと（二次スパッタ）や圧電振動子３自体がダメージを受けるようなこともなく、周波数の調整が安定して行われる。【００５３】
尚、以上の実施例では、周波数調整用の質量膜が蓋部材２の表面に形成されている場合について説明したが、質量膜を飛散させて圧電振動子３の表面に付着させることができるのであれば、質量膜は圧電デバイス内面のどの領域に形成されていてもよく、例えば、パッケージ基板１の内表面に質量膜が形成されていてもよい。
【実施例２】
【００５４】
図９は、本発明による圧電振動子の周波数調整方法を示す図である。図８に示した実施例１では、圧電振動子３の周波数を高周波側から低周波側へと調整しているが、図９に示す圧電振動子の周波数調整方法においては、それとは逆に周波数を低周波側から高周波側へ調整するものとしている。【００５５】
まず、本実施例２の構成上の特徴として、実施例１では蓋部材２の表面に周波数調整用の質量膜を形成していたに対し、本実施例２では蓋部材２の表面には質量膜を形成せず、代わりに圧電振動子３の表面に周波数調整用の質量膜（Ａｕ薄膜４２）を形成している。特にここでは、質量膜は圧電振動子３の主面のうち蓋部材２と対向する側の主面（図中上面）にのみ形成されているものとする。【００５６】
圧電振動子３の周波数を調整する際には、予め製作段階で圧電振動子３の周波数を目標値よりも低周波側に設定した上で、圧電振動子３の表面に形成されたＡｕ薄膜４２に焦点を結ぶように蓋部材２側からフェムト秒レーザーＬを照射し、それと同時にレーザーＬの軌跡がＡｕ薄膜４３の形成領域を跨ぐように一定方向に向けて直線的に走査する。【００５７】
照射されたレーザーは、蓋部材２を透過して圧電振動子３表面のＡｕ薄膜４３に照射され、その熱衝撃によりＡｕ薄膜４３が飛散して物理的に除去される。【００５８】
圧電振動子３の表面からＡｕ薄膜４３が飛散すると、圧電振動子３の振動部の実質的な質量が減少して圧電振動子３の周波数が高周波側へと変化する。【００５９】
ここで、実施例１と同様にレーザーの照射時間と周波数の変化量との相関関係を予め把握しておけば、レーザーの照射時間を制御することで圧電振動子３の周波数を所望の値へと調整することができる。【００６０】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、図９に示す圧電振動子の周波数調整方法を用いて周波数調整を行った評価サンプルのレーザー顕微鏡による観察画像であり、図１０Ａは圧電振動子の表面をレーザーの照射側から見た状態、図１０Ｂはレーザーを透過させた蓋部材をレーザーの照射側とは反対側から見た状態を示している。本願出願人は、図９に示す圧電振動子の周波数調整方法の有効性を評価するため、評価サンプルを用いて基礎実験を行った。基礎実験としては、図１２に示したようなシリコン材料から成る電子部品パッケージの内部に音叉型の振動部を備えた圧電振動子３が気密封止されたパッケージ型の圧電デバイスを評価サンプルとして用い、蓋部材２にレーザーを透過させて圧電振動子３の振動部表面に照射すると同時にレーザーを図１０Ａ中矢印で示す方向へ３回に分けて順次走査した。１回目の走査（走査１）と２回目の走査（走査２）では、振動部表面に形成された周波数調整用の質量膜（Ａｕ薄膜）にレーザーを照射し、３回目の走査（走査３）では、振動部の母材（水晶）にレーザーを直接照射し、それによって、それぞれ２６．４ｐｐｍ、５６．８ｐｐｍ、２１．６ｐｐｍの周波数の変化量を得た。尚、図１０Ａでは、音叉型の振動部の片側先端のみを示し、図１０Ｂでは、図１０Ａに示した振動部の片側先端と対向する蓋部材表面を示してある。【００６１】
レーザーの仕様は、以下の通りである。
波長      ：１５５２．５ｎｍ
パルス幅  ：８００ｆｓ
最大強度  ：０．８ＭＷ以上【００６２】
図１０Ａを参照すると、レーザーの各走査（走査１〜３）により振動部表面にレーザーの照射痕が形成されていることが確認でき、図１０Ｂを参照すると、レーザーを透過させた蓋部材の表面にレーザーの照射により飛散したと思われるＡｕ薄膜や水晶の粒子が付着しているものの、蓋部材にクラック等の大きなダメージは無いことが確認できる。【００６３】
図１１Ａ〜図１１Ｄは、図９に示す圧電振動子の周波数調整方法を用いて周波数調整を行った評価サンプルのＳＥＭによる観察画像であり、図１１Ａは圧電振動子の表面をレーザーの照射側から見た状態、図１１Ｂは図１１Ａの一部（走査１終端部周辺）を拡大して見た状態、図１１Ｃは図１１Ａの一部（走査２始端部周辺）を拡大して見た状態、図１１Ｄは図１１Ａの一部（走査３終端部周辺）を拡大して見た状態を示している。図１１Ｂを参照すると、走査１ではＡｕ薄膜のみが除去されていることが確認でき、図１１Ｃを参照すると、走査２ではＡｕ薄膜と共に下層の水晶が一部除去されていることが確認でき、図１１Ｄを参照すると、走査３では水晶のみがある程度の深さまで除去されていることが確認できる。以上の結果から、シリコンから成る電子部品パッケージ内に気密封止された圧電振動子の周波数を、電子部品パッケージを透過したフェムト秒レーザーにより調整可能であることが理解できる。【００６４】
以上のように、周波数調整用の質量膜が圧電振動子３の表面に形成されていた場合であっても、実施例１と同様に蓋部材２や圧電振動子３がレーザーによって過度のダメージを受けることはなく、周波数の調整が安定して行われる。【００６５】
尚、以上の実施例では、周波数調整用の質量膜が圧電振動子３の上面に形成されている場合について説明したが、周波数調整用の質量膜を飛散させて除去することができるのであれば、圧電振動子３の他の表面（下面や側面）に形成されていてもよい。【００６６】
また、以上の実施例では、圧電振動子の質量を減ずるに当たって、予め圧電振動子３の表面に形成した質量膜をレーザーにより除去しているが、圧電振動子３の母材である圧電振動片自体の一部をレーザーにより除去することで圧電振動子３の質量を減ずるようにしてもよい。【００６７】
また、以上の実施例１、２において、圧電振動子としては、音叉型の振動部を持つ所謂音叉型圧電振動子や平面視矩形状の所謂ＡＴカット圧電振動子など種々のものが挙げられるが、それらに限定されるものではない。【００６８】
また、周波数調整用の質量膜としては、Ａｕに限らずその他種々の材料のものが適宜選択され得る。【００６９】
また、本発明のレーザーの照射方法において使用するレーザーのパルス幅は、本明細書中で定義した数値範囲に厳密に限定されるものではなく、本発明特有の作用及び効果か少なからず得られるのであれば、数値範囲の臨界点については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で多少の誤差が許容され得るものである。【００７０】
また、本発明においてレーザーの透過対象となるシリコン材料は、実施例で示したシリコン単結晶に限らず、本発明の主旨を逸脱しない範囲でシリコン（Ｓｉ）を主成分とする材料全般が対象となる。【００７１】
本出願は、２００９年１０月７日に日本国に本出願人により出願された特願２００９−２３３０３１号に基づくものであり、その全内容は参照により本出願に組み込まれる。さらに、本発明の背景技術として引用した特開平７−３７９１１号公報、及び特表２００７−５１２７３９号公報の全内容は、参照により本出願に組み込まれる。【００７２】
本発明の特定の実施の形態についての上記説明は、例示を目的として提示したものである。それらは、網羅的であったり、記載した形態そのままに本発明を制限したりすることを意図したものではない。数多くの変形や変更が、上記の記載内容に照らして可能であることは当業者に自明である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によるレーザーの照射方法は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でシリコン材料にレーザーを透過させることが求められるあらゆる用途に適用することが可能であり、透過したレーザーの使用目的としては、照射対象物の切削加工、改質、溶解などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７４】
１    パッケージ基板
２    蓋部材（リッド）
３    圧電振動子
４    貫通配線
５    外部接続端子
６    質量膜
１１  レーザー光源
１２  波長変換素子
１３  集光光学系
１４  可動テーブル
１５  真空チャンバー
１６  Ｎ２チャンバー
１７  照射対象物
１８  真空ポンプ
２１  Ａｕ薄膜
２２  シリコン単結晶基板
２３  シリコン単結晶基板
２４  スペーサー
３１  Ａｕ薄膜
３２  シリコン単結晶基板
４１  質量膜（Ａｕ薄膜）
４２  質量膜（Ａｕ薄膜）
【図１】
2011043357.tif 000003
【図２】
2011043357.tif 000004
【図３】
2011043357.tif 000005
【図４】
2011043357.tif 000006
【図５】
2011043357.tif 000007
【図６】
2011043357.tif 000008
【図７】
2011043357.tif 000009
【図８】
2011043357.tif 000010
【図９】
2011043357.tif 000011
【図１０】
2011043357.tif 000012
【図１１】
2011043357.tif 000013
【図１２】
2011043357.tif 000014
【図１３】
2011043357.tif 000015
【国際調査報告】
2011043357.tif 000016
2011043357.tif 000017
2011043357.tif 000018
2011043357.tif 000019