(57)【要約】      （修正有）【課題】低コストで、信頼性の高いアルカリ金属セルを提供する。【解決手段】本体基板１０を貫通する第１の開口部１１及び第２の開口部１２を形成する工程と、本体基板１０の一方の面に第１の透明基板２０を接合する工程と、第２の開口部１２にアルカリ金属発生材料７０を設置する工程と、本体基板１０の他方の面に第２の透明基板５０を接続金属層４０により仮接合する第１の接合工程と、接続金属層４０には第１の開口部１１と第２の開口部１２とを空間的に接続する空洞領域４４が形成され、アルカリ金属発生材料７０よりアルカリ金属ガスを発生させ、空洞領域４４を介し、アルカリ金属ガスを第１の開口部１１に拡散させる工程と、本体基板１０の他方の面に第２の透明基板５０を接続金属層４０により本接合する第２の接合工程と、を有し、第２の接合の際の圧力は、第１の接合の際の圧力よりも高いものである。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体基板に、前記本体基板を貫通する第１の開口部及び第２の開口部を形成する工程と、
前記本体基板の一方の面に第１の透明基板を接合する工程と、
前記第２の開口部にアルカリ金属発生材料を設置する工程と、
前記本体基板の他方の面に第２の透明基板を接続金属層により仮接合する第１の接合工程と、
前記接続金属層には形成された前記第１の開口部と前記第２の開口部とを空間的に接続する空洞領域が形成されており、前記アルカリ金属発生材料よりアルカリ金属ガスを発生させ、前記空洞領域を介し、前記アルカリ金属ガスを前記第１の開口部に拡散させる工程と、
前記本体基板の他方の面に第２の透明基板を接続金属層により本接合する第２の接合工程と、
を有し、
前記接続金属層は、金属微粒子によって、前記空洞領域を有する形状で形成されており、
前記第２の接合の際の圧力は、前記第１の接合の際の圧力よりも高いものであって、
前記第１の接合においては、前記接続金属層における前記空洞領域が残っている状態で接合されており、前記第２の接合においては、前記接続金属層における前記空洞領域が消失していることを特徴とするアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項２】
本体基板に、前記本体基板を貫通する第１の開口部及び第２の開口部を形成する工程と、
前記本体基板の一方の面に第１の透明基板を接合する工程と、
前記第２の開口部にアルカリ金属発生材料を設置する工程と、
前記本体基板の他方の面に第２の透明基板を接続金属層により仮接合する第１の接合工程と、
前記本体基板の他方の面には、前記接続金属層により接合される領域に接続溝が形成されており、前記アルカリ金属発生材料よりアルカリ金属ガスを発生させ、前記接続溝を介し、前記アルカリ金属ガスを前記第１の開口部に拡散させる工程と、
前記本体基板の他方の面に第２の透明基板を接続金属層により本接合する第２の接合工程と、
を有し、
前記接続金属層は、金属微粒子により形成されており、
前記第２の接合の際の圧力は、前記第１の接合の際の圧力よりも高いものであって、
前記第１の接合においては、前記接続溝は前記接続金属層により埋められていない状態で接合されており、前記第２の接合においては、前記接続溝は前記接続金属層により埋められることを特徴とするアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項３】
前記本体基板は、第１の本体基板と第２の本体基板とが接合されたものにより形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項４】
前記本体基板の一方の面に第１の透明基板を接合する工程は、金属微粒子により形成された接合金属層による接合によりなされるものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項５】
第１の本体基板に、前記第１の本体基板を貫通する第１の開口部及び第２の開口部を形成する工程と、
第２の本体基板に、前記第２の本体基板を貫通する第１の開口部及び第２の開口部を形成する工程と、
前記第１の本体基板の一方の面に第１の透明基板を接合する工程と、
前記第２の本体基板の一方の面に第２の透明基板を接合する工程と、
前記第２の開口部にアルカリ金属発生材料を設置する工程と、
前記第１の本体基板の他方の面と第２の本体基板の他方の面とを接続金属層により仮接合する第１の接合工程と、
前記アルカリ金属発生材料よりアルカリ金属ガスを発生させ、前記第１の本体基板の他方の面に形成された接続溝、または、前記接続金属層に形成された空洞領域を介し、前記アルカリ金属ガスを前記第１の開口部に拡散させる工程と、
前記本体基板の他方の面に第２の透明基板を接続金属層により本接合する第２の接合工程と、
を有し、
前記接続金属層は、金属微粒子により形成されており、
前記第２の接合の際の圧力は、前記第１の接合の際の圧力よりも高いものであって、
前記第１の接合においては、前記接続溝または前記空洞領域は前記接続金属層により埋められていない状態で接合されており、前記第２の接合においては、前記接続溝または前記空洞領域は前記接続金属層により埋められることを特徴とするアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項６】
前記金属微粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕを含む材料により形成されており、粒径が０．０５μｍ以上、１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項７】
前記第１の接合工程、前記前記アルカリ金属ガスを前記第１の開口部に拡散させる工程、前記第２の接合工程は、減圧下またはＮｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ２のうちから選ばれる１又は２以上からなるガス雰囲気下において行われることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項８】
前記第１の接合工程と、前記第２の接合工程とは、略同じ温度で行われることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項９】
前記第１の透明基板及び前記第２の透明基板は、ガラス基板であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項１０】
光源よりアルカリ金属を封入したアルカリ金属セルに光を照射し、前記アルカリ金属セルを透過した光を光検出器により検出することにより、２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により変調周波数を制御する原子発振器の製造方法において、
請求項１から９のいずれかに記載のアルカリ金属セルの製造方法により前記アルカリ金属セルを作製する工程と、
前記アルカリ金属セルにレーザ光を照射する前記光源と、前記光源より出射されたレーザ光のうち、前記アルカリ金属セルを透過したレーザ光を検出する前記光検出器と、を設置する工程と、
を有することを特徴とする原子発振器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ金属セルの製造方法及び原子発振器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ金属の超微細準位間の遷移を利用し正確に時間を測る原子時計（原子発振器）の分野で、近年、小型化・低コスト化を目指し、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）等のアルカリ金属を、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ２等のバファガスと共に、微小なセルに閉じ込め、光学的な現象を利用するチップスケール原子時計（ＣＳＡＣ：Chip Scale Atomic Clock）の開発が進められている。この形式の代表的なものは、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）方式を用いたもので、図１に基本的な構成図を示す。
【０００３】
ＣＰＴ方式の原子時計では、図１に示すように、レーザ素子９１０と、アルカリ金属を封入したガスセル９４０と、ガスセル９４０を透過したレーザ光を受光する受光素子９５０とを有しており、レーザ光は変調され、特定波長である搬送波の両側に出現するサイドバンド波長により、アルカリ金属原子における電子の２つの遷移を同時に行ない、励起する。この２つの遷移における遷移エネルギー差は不変であり、レーザ光のサイドバンド波長と遷移エネルギー差に対応する波長とが一致したときに、アルカリ金属における光の吸収率が低下する透明化現象が生じる。このように、アルカリ金属による光の吸収率が低下するように、搬送波の波長を調整するとともに、受光素子９５０において検出された信号を変調器９６０にフィードバックし、変調器９６０によりレーザ素子９１０からのレーザ光の変調周波数を調整することを特徴とした原子時計である。尚、この原子時計では、レーザ素子９１０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ９２０、λ／４波長板９３０を介し、アルカリ金属を封入したガスセル９４０に照射される。
【０００４】
ＣＰＴ共鳴における原子の超微細構造エネルギー準位は、図２に示されるように、Λ型３準位系であり、Ｃｓ原子のＤ１ライン遷移（６Ｓ１／２→６Ｐ１／２）の場合は、｜１＞準位は６Ｓ１／２Ｆ４であり、｜２＞準位は６Ｓ１／２Ｆ３であり、｜３＞準位は６Ｐ１／２ である。Ｃｓ原子をセルに封入しＤ１ライン遷移を利用する場合について説明する。レーザ素子９１０となる光源としては、多くの場合は単一波長が得やすく高速変調が容易なＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）が選択される。このＶＣＳＥＬの発振波長をＣｓにおけるＤ１ライン遷移の波長８９４．３５ｎｍとほぼ同一にする。このＶＣＳＥＬの駆動電流に｜１＞準位と｜２＞準位の差の周波数（νclock）かその半分の周波数（νclock／２）の周辺の信号を重畳させ周波数を掃引する。ＣｓにおけるＤ１ライン遷移の場合は、νclockは９．１９２ＧＨｚであり、νclock／２は４．５９６ＧＨｚである。重畳信号の周波数がνclockかνclock／２に一致すると、｜１＞→｜３＞と｜２＞→｜３＞の遷移がなくなり暗共鳴（Dark resonance）状態になる。このとき図１に示す受光素子９５０における透過光強度はピークを示す。この共鳴のピークに一致するように重畳信号の周波数を安定化することにより、周波数標準が実現される。
【０００５】
ＣＳＡＣをより小型、低コストで量産が可能な構造にするため、その物理パッケージ、特に中心部品であるガスセル９４０を製造する際にはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いた様々な方法の開発が進められてきている。尚、封入されるアルカリ金属は、酸素、及び、水分との反応性が非常に高く、このガスセル９４０の作製において最も重要な課題は、量産性が高く、ガスセル９４０中の内包物が経時変化しない、セル構造と封入方法を確立することである。
【０００６】
非特許文献３に開示されている方法は、Ｓｉウェハ中にエッチング法により貫通穴をあけ、これの１面にガラスウェハを陽極接合し、凹状の穴をもつ半積層体を作製する。その後、嫌気性グローブボックス(Anaerobic Glove box)中でこの半積層体の凹状の穴にアンプルからマイクロピペットを用い取り出した液体Ｃｓを滴下し、そのまま真空室に搬送し、高真空引きし、バファガスを導入した後に、もう１面のＳｉ面と第２のガラスウェハとを陽極接合し、ガスセルを作製する方法である。
【０００７】
非特許文献４に開示されている方法では、非特許文献３に開示されている方法と同様に作製した半積層体に、嫌気性グローブボックス中で、ＢａＮ６＋ＲｂＣｌ入の微小なガラスアンプルを加熱し反応させＲｂを凹状の穴に蒸着させた後、非特許文献３に開示されている方法と同様な工程で第２のガラスウェハを陽極接合しガスセルを作製する方法である。
【０００８】
非特許文献５に開示されている方法では、非特許文献３に開示されている方法と同様に作製した半積層体を蒸着装置中にセットし、ＣｓＮ３膜を蒸着する。次に、これを陽極接合装置にセットし、高真空引きし、第２のガラスウェハと陽極接合し、取り出した後、ＵＶ光を照射しＣｓＮ３をＣｓ金属とＮ２ガスに分解し、Ｃｓ原子とＮ２バッファガスを内包したガスセルを作製する方法である。
【０００９】
非特許文献６に開示されている方法では、Ｓｉウェハ中にエッチング法により溝で連通した２種の貫通穴をあけ、これの１面にガラスウェハを陽極接合し、２種の凹状の穴をもつ半積層体を作製する。大気中でアルカリ金属発生剤を１種目の凹状の穴に配置し、高真空引きし、バファガスを導入した後に、もう１面のＳｉ面と第２のガラスウェハとを陽極接合した積層体を作製する。この積層体中のアルカリ金属供給剤に外部からレーザ光を照射し加熱しアルカリ金属蒸気を発生させ、ガスセルを作製する方法である。
【００１０】
ところで、アルカリ金属発生剤は、室温では大気中での取り扱いが可能で、所定の温度に加熱されることによりアルカリ金属蒸気を発生する。
【００１１】
これらのアルカリ金属発生剤の形式の１つは、従来から光電子増倍管や光電管などで使用されており、酸化剤と還元剤との組み合わせを構成成分として含むペレット状あるいは粉末状の薬剤である。この還元剤はＺｒ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ等を含み、酸化剤はアルカリ金属イオンをカウンターカチオンとするクロム酸塩やバナジウム酸塩やタングステン酸塩やモリブデン酸塩を含む。Ｚｒ、Ａｌを還元剤としてＣｓクロム酸塩からＣｓ蒸気を発生させる反応式を化１に示す。尚、このようなアルカリ金属発生剤については、特許文献３〜６に開示されている。
【００１２】
【化１】
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他の方法としては、特許文献７に開示されているように、金属、半導体、セラミックスなどの支持体上にアルカリ金属単体を蒸着し、このアルカリ金属堆積物をチタン、ジルコニウムなどのゲッター材堆積物により被覆し形成するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、ＣｓやＲｂなどのアルカリ金属は、通常の陽極接合における温度範囲において高い蒸気圧を有している。例えば、４００℃においては、Ｃｓの蒸気圧は約２．１ｋＰａであり、Ｒｂの蒸気圧は約１．６ｋＰａである。また、これらのアルカリ金属は通常の陽極接合における温度付近において、ホウケイ酸ガラス中に含まれるＮａイオンを還元しホウケイ酸ガラス中に拡散する反応が開始する。
【００１４】
以上の理由により、非特許文献３、４に開示されている２回目の接合の際に、既に半積層体の凹状の穴に単体のアルカリ原子が投入されている方法では、通常の接合条件より穏やかな条件で行うことが求められる。即ち、通常の陽極接合においては、３５０℃〜４５０℃の温度で１ｋＶ程度の電圧が印加されるが、非特許文献３、４に開示されている方法では、２００℃〜２５０℃の温度で１ｋＶ程度の電圧が印加される。また、Ｓｉウェハとホウケイ酸ガラスウェハの陽極接合の際には、Ｏ２、ＯＨ基グループ、Ｈ２Ｏ等の脱ガスが生じる。低温で接合した場合、接合温度が低温であればある程、長期にわたり陽極接合の接合部分より、これらのガス種がセルの内部に放出され続ける。ＣｓやＲｂ等のアルカリ金属は、酸素、水との反応性が非常に高い。このため、これらのガス種が、アルカリ金属と反応することにより、固体の酸化物が生成され、これがセルの窓に付着して、アルカリ金属セルの信頼性の低下を招いてしまう。
【００１５】
非特許文献５に開示されている方法では、ＣｓＮ３膜をＵＶ光で分解してＣｓとＮ２ガスを発生させるものであるため、バッファガス種がＮ２ガスに限定されてしまう。また、ＵＶ光の分解反応時間が数時間から十時間以上の時間を要するため量産性が低い。更に、非特許文献５に開示されている方法では、２回目の接合の際に、半積層体の凹状の穴にＣｓＮ３膜が蒸着されているが、この物質は３００℃以上では分解反応が生じるため、２００℃程度で接合されている。このため、上述した非特許文献３、４に開示されている方法と同様に脱ガスに起因する問題を有している。
【００１６】
非特許文献６に開示されている方法では、２回目の陽極接合の前に半積層体の凹状の穴に投入されるアルカリ金属発生剤は、大気中でも安定であり、５００℃程度でも反応が生じない。よって、２回目の陽極接合は、陽極接合には十分な温度である３５０℃〜４５０℃の温度で行うことができる。しかしながら、陽極接合を十分な条件でなすことができても、低温での接合の場合ほどではないが、長期にわたり少なからずＯ２、ＯＨ基グループ、Ｈ２Ｏを放出するため、周波数安定度を劣化させる。さらに、アルカリ金属発生後の残渣となるアルカリ金属化合物等がバッファガスを吸着することがあり、特に、Ｎ２ガスがバファガスの場合は吸着による影響は無視できない。また、残渣から発生する微粉末によりアルカリ金属セルの信頼性の低下を招く可能性もある。また、原子発振器において、アルカリ金属セルを用いた場合、ヒータ等により４０〜１００℃の温度とした状態で使用されるが、原子発振器において、十分な精度を得るためには、非常に高い精度で一定温度に保つ必要がある。ＣＰＴ共鳴を検出するアルカリ金属セルの内部にアルカリ金属発生剤が残った状態のままでは、セルの熱容量が大きくなりセルの温度制御が困難となる場合がある。
【００１７】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、低コストで、信頼性の高いアルカリ金属セルを提供することができ、更には、低コストで、高精度の原子発振器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本実施の形態の一観点によれば、本体基板に、前記本体基板を貫通する第１の開口部及び第２の開口部を形成する工程と、前記本体基板の一方の面に第１の透明基板を接合する工程と、前記第２の開口部にアルカリ金属発生材料を設置する工程と、前記本体基板の他方の面に第２の透明基板を接続金属層により仮接合する第１の接合工程と、前記接続金属層には形成された前記第１の開口部と前記第２の開口部とを空間的に接続する空洞領域が形成されており、前記アルカリ金属発生材料よりアルカリ金属ガスを発生させ、前記空洞領域を介し、前記アルカリ金属ガスを前記第１の開口部に拡散させる工程と、前記本体基板の他方の面に第２の透明基板を接続金属層により本接合する第２の接合工程と、を有し、前記接続金属層は、金属微粒子によって、前記空洞領域を有する形状で形成されており、前記第２の接合の際の圧力は、前記第１の接合の際の圧力よりも高いものであって、前記第１の接合においては、前記接続金属層における前記空洞領域が残っている状態で接合されており、前記第２の接合においては、前記接続金属層における前記空洞領域が消失していることを特徴とする。
【００１９】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、本体基板に、前記本体基板を貫通する第１の開口部及び第２の開口部を形成する工程と、前記本体基板の一方の面に第１の透明基板を接合する工程と、前記第２の開口部にアルカリ金属発生材料を設置する工程と、前記本体基板の他方の面に第２の透明基板を接続金属層により仮接合する第１の接合工程と、前記本体基板の他方の面には、前記接続金属層により接合される領域に接続溝が形成されており、前記アルカリ金属発生材料よりアルカリ金属ガスを発生させ、前記接続溝を介し、前記アルカリ金属ガスを前記第１の開口部に拡散させる工程と、前記本体基板の他方の面に第２の透明基板を接続金属層により本接合する第２の接合工程と、を有し、前記接続金属層は、金属微粒子により形成されており、前記第２の接合の際の圧力は、前記第１の接合の際の圧力よりも高いものであって、前記第１の接合においては、前記接続溝は前記接続金属層により埋められていない状態で接合されており、前記第２の接合においては、前記接続溝は前記接続金属層により埋められることを特徴とする。
【００２０】
また、本実施の形態の他の一観点によれば、第１の本体基板に、前記第１の本体基板を貫通する第１の開口部及び第２の開口部を形成する工程と、第２の本体基板に、前記第２の本体基板を貫通する第１の開口部及び第２の開口部を形成する工程と、前記第１の本体基板の一方の面に第１の透明基板を接合する工程と、前記第２の本体基板の一方の面に第２の透明基板を接合する工程と、前記第２の開口部にアルカリ金属発生材料を設置する工程と、前記第１の本体基板の他方の面と第２の本体基板の他方の面とを接続金属層により仮接合する第１の接合工程と、前記アルカリ金属発生材料よりアルカリ金属ガスを発生させ、前記第１の本体基板の他方の面に形成された接続溝、または、前記接続金属層に形成された空洞領域を介し、前記アルカリ金属ガスを前記第１の開口部に拡散させる工程と、前記本体基板の他方の面に第２の透明基板を接続金属層により本接合する第２の接合工程と、を有し、前記接続金属層は、金属微粒子により形成されており、前記第２の接合の際の圧力は、前記第１の接合の際の圧力よりも高いものであって、前記第１の接合においては、前記接続溝または前記空洞領域は前記接続金属層により埋められていない状態で接合されており、前記第２の接合においては、前記接続溝または前記空洞領域は前記接続金属層により埋められることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、低コストで、信頼性の高いアルカリ金属セルを提供することができ、更には、低コストで、高精度の原子発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＣＰＴ方式の原子発振器の構造図
【図２】原子発振器における原子のエネルギー準位の説明図
【図３】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の工程図（１）
【図４】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の工程図（２）
【図５】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の工程図（３）
【図６】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の工程図（４）
【図７】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の工程図（５）
【図８】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の工程図（６）
【図９】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の工程図（７）
【図１０】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の工程図（８）
【図１１】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の工程図（９）
【図１２】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの構造図
【図１３】第１の実施の形態における他のアルカリ金属セルの製造方法の説明図
【図１４】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の変形例１の説明図
【図１５】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の変形例２の説明図
【図１６】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の変形例３の説明図
【図１７】第２の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の説明図（１）
【図１８】第２の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の説明図（２）
【図１９】第３の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の説明図（１）
【図２０】第３の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の説明図（２）
【図２１】第４の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の説明図
【図２２】第５の実施の形態における原子発振器の構造図
【図２３】ＣＰＴ方式を説明する原子エネルギー準位の説明図
【図２４】面発光レーザ変調時における出力波長の説明図
【図２５】変調周波数と透過光量との相関図
【図２６】第５の実施の形態における他の原子発振器の構造図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法について説明する。本実施の形態は、原子発振器等に用いられるアルカリ金属セルの製造方法であり、Ｓｉ（シリコン）基板等により形成される本体基板と、ガラス基板等により形成される第１の透明基板及び第２の透明基板を用いた製造方法である。
【００２５】
最初に、図３に示されるように、本体基板１０に第１の開口部１１と第２の開口部１２を形成する。本体基板１０は、両面が鏡面研磨された厚さが０．２ｍｍ〜５．０ｍｍのＳｉ基板である。第１の開口部１１は、本体基板１０を貫通しているが、第２の開口部１２は、必ずしも本体基板１０を貫通していなくともよい。本実施の形態においては、第２の開口部１２は、本体基板１０を貫通している場合について説明する。尚、図３（ａ）は、この工程における上面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における一点鎖線３Ａ−３Ｂにおいて切断した断面図である。
【００２６】
第１の開口部１１及び第２の開口部１２の形成方法は、本体基板１０の一方の面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、第１の開口部１１及び第２の開口部１２に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、Ｓｉ基板１０を貫通するまで、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉをＩＣＰエッチング等のドライエッチングにより除去する。このドライエッチングは、ＳＦ６、Ｃ４Ｆ８ガスを交互に供給するボッシュプロセスにより行われる。この後、レジストパターンは有機溶剤等により除去する。
【００２７】
これにより、本体基板１０に第１の開口部１１と第２の開口部１２を形成することができる。このように形成された第１の開口部１１は、直径が約３ｍｍの円形の開口部であり、第２の開口部１２は、縦横が約３ｍｍ×３ｍｍの角形の開口部である。また、第１の開口部１１から第２の開口部１２までの最短の長さは、０．０５ｍｍ〜３０ｍｍとなるように形成する。
【００２８】
上記における説明では、第１の開口部１１及び第２の開口部１２は、ドライエッチングにより形成する場合について説明したが、ウェットエッチング、サンドブラスト、イオンミリング等によっても形成することができる。
【００２９】
次に、図４に示されるように、本体基板１０の一方の面に、ガラス基板により形成された第１の透明基板２０を陽極接合により接合する。尚、第１の透明基板２０は、厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであって、例えば、可動イオンを含有するホウケイ酸ガラス等により形成されたガラスウェハにより形成されている。具体的には、陽極接合装置のチャンバー内において、本体基板１０及び第１の透明基板２０を３８０℃に加熱して、本体基板１０の一方の面に第１の透明基板２０を接触させて、本体基板１０側に−６００Ｖの電圧を印加する。この状態で、本体基板１０と第１の透明基板２０との間に圧力を加えることにより、本体基板１０の一方の面に第１の透明基板２０を接合する。尚、図４（ａ）は、この工程における上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における一点鎖線４Ａ−４Ｂにおいて切断した断面図である。
【００３０】
これにより、本体基板１０と第１の透明基板２０とは、第１の開口部１１及び第２の開口部１２を除いたすべての領域が接合される。尚、本体基板１０と第１の透明基板２０との接合は、陽極接合による接合以外にも、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属微粒子による接合、直接接合、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｌ−Ｇｅ、Ａｌ−Ｓｉによる共晶接合、Ａｕ−Ａｕ、Ｃｕ−Ｃｕによる拡散接合であってもよい。また、ガラスフリットによる接合であってもよい。
【００３１】
次に、図５に示されるように、本体基板１０において、第１の透明基板２０が接合されている一方の面と反対側の他方の面に、接合部金属膜３１を形成し、更に、接合部金属膜３１の上に、接合金属層４０を形成する。尚、図５（ａ）は、この工程における上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ａ−５Ｂにおいて切断した断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ｃ−５Ｄにおいて切断した断面図である。
【００３２】
具体的には、本体基板１０の他方の面に、フォトレジストを塗布、または、ドライフィルムレジストを付着させた後、露光装置による露光、現像を行うことにより、接合部金属膜３１が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。本実施の形態においては、フォトレジストの塗布は、例えば、スピンコートやスプレイコートにより行う。この後、スパッタリング又は真空蒸着により、金属積層膜を成膜した後、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上に形成された金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜により接合部金属膜３１が形成される。このように形成された接合部金属膜３１は、本体基板１０の他方の面において、第１の開口部１１の周囲と第２の開口部１２の周囲及び、第１の開口部１１と第２の開口部１２との間の部分に形成される。
【００３３】
尚、この際、スパッタリングや真空蒸着により成膜される金属積層膜としては、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ等からなる金属積層膜が挙げられる。また、接合部金属膜３１は、上記以外の方法により形成してもよく、例えば、メタルマスクを用いてメタルマスクの開口部に金属積層膜を成膜することにより、接合部金属膜３１を形成してもよい。このような、接合部金属膜３１は、後述するようにＡｕ微粒子接合を行う際、Ａｕ微粒子の接合を良好に行うために形成される。
【００３４】
この後、接合部金属膜３１の上に、接合金属層４０を形成する。接合金属層４０は、粒径が、０．０５μｍ〜１μｍのＡｕ微粒子により形成されており、第１の開口部１１の周囲に形成される部分４１及び第２の開口部１２の周囲に形成される部分４２は幅Ｗ１が３０μｍとなるように形成される。また、第１の開口部１１の周囲に形成される部分４１と第２の開口部１２の周囲に形成される部分４２とを接続する接続部分４３は幅Ｗ２が８００μｍとなるように形成されている。形成される接合金属層４０は高さＤ１が６０μｍとなるように形成されており、接続部分４３には、第１の開口部１１と第２の開口部１２とを空間的に接続するため、幅Ｗ３が６００μｍ、高さＤ２が２０μｍとなる空洞領域４４が形成されている。
【００３５】
このように形成される接合金属層４０について、より詳細に説明する。前述したように、接合金属層４０は、金属微粒子、即ち、粒径が０．０５μｍ〜１．０μｍ程度のＡｕ微粒子により形成されている。このようなＡｕ微粒子を用いた接合では、接合金属層４０により接合される基板を２００℃に加熱した状態で荷重を加えることにより接合することができる。このようにして接合するＡｕ微粒子接合においては、サイズ効果によりバルクのＡｕ金属の融点に比べて、相当低い温度において金属微粒子間の結合が始まる。この結合部分は、小さい加圧エネルギーで変形することから、Ａｕ微粒子接合においては、２００℃程度の低温の接合温度であっても、１００ＭＰａ等の圧力で加圧することにより、十分な強度の接合を行うことができる。このような接合がされた後においては、金属微粒子間における空間がなくなり、バルク状態となるため耐熱性が高い、気密封止が可能等の特徴を有している。また、更に、Ａｕ微粒子パターンの接合前後の変形量が大きいことから、接合面の段差や粗さの許容性が高い等の特徴も有している。
【００３６】
次に、Ａｕ微粒子を用いた接合方法の一般的な手順について説明する。粒径が０．０５μｍ〜１．０μｍ程度のＡｕ微粒子を湿式還元法により作製し、有機溶剤にＡｕ微粒子を分散させたスラリーを作製する。接合対象となる一方の基板の表面に接合部金属膜を形成し、次に、Ａｕ微粒子により形成される接合金属層が形成される領域に開口を有するレジストパターンを形成し、有機溶剤にＡｕ微粒子を分散させたスラリーを流し込み、有機溶剤を揮発させる。
【００３７】
次に、ブレードを用いてレジストパターン上の余分なＡｕ微粒子を除去した後、７０℃〜１００℃に加温する。次に、レジストを有機溶剤等により除去することによりＡｕ微粒子により所望の形状の接合金属層を形成することができる。
【００３８】
この方法は、更に量産性に適した方法に発展させることができ、このような方法としては、例えば、後述する転写法が挙げられる。この方法においては、接合対象となる基板ではなく、一方の面の全面にＴｉ膜等が形成されたガラス基板からなるキャリア基板を用いる。この方法では、最初にキャリア基板の上に、前述と同様の方法により、Ａｕ微粒子による接合金属層を形成する。このように形成された接合金属層を接合対象となる基板である本体基板の他方の面に形成された接合部金属膜に約１５０℃の温度で押し当てる。この後、室温まで冷却した後、キャリア基板を剥がすことにより、本体基板の他方の面の接合部金属膜の上に接合金属層を形成することができる。
【００３９】
次に、本実施の形態において、本体基板１０の他方の面に形成された接合部金属膜３１の上に、Ａｕ微粒子により形成された空洞領域４４を有する接合金属層４０を形成する方法について、図６及び図７に基づきより詳細に説明する。このような空洞領域４４を有する接合金属層４０は、２種類のレジストパターンを用いて転写法により形成することができる。このような２種類のレジストパターンを形成するためには、２種類のフォトマスクが用いられる。
【００４０】
最初に、図６（ａ）に示されるように、キャリア基板６０の上に、第１のレジストパターン６１を形成する。この第１のレジストパターン６１は、形成される接合金属層４０の上層部４０ａを形成するためのものである。具体的には、キャリア基板６０の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、第１のレジストパターン６１を形成する。
【００４１】
次に、図６（ｂ）に示されるように、有機溶剤にＡｕ微粒子を分散させたスラリーを第１のレジストパターン６１の形成されている面に流し込み、有機溶剤を揮発させた後、ブレードを用いてレジストパターン６１の上の余分なＡｕ微粒子を除去する。この後、７０℃〜１００℃に加温し、接合金属層４０の上層部４０ａを形成する。
【００４２】
次に、図６（ｃ）に示されるように、第１のレジストパターン６１及び接合金属層４０の上層部４０ａの上に、第２のレジストパターン６２を形成する。この第２のレジストパターン６２は、形成される接合金属層４０の下層部４０ｂを形成するためのものである。具体的には、キャリア基板６０に形成された第１のレジストパターン６１及び接合金属層４０の上層部４０ａの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、第２のレジストパターン６２を形成する。この際、接続部分４３となる部分の上部層４０ａの上の一部においても、第２のレジストパターン６２を形成することにより、上部層４０ａの上に形成された第２のレジストパターン６２により空洞領域４４が形成される。
【００４３】
次に、図７（ａ）に示されるように、有機溶剤にＡｕ微粒子を分散させたスラリーを第２のレジストパターン６２の形成されている面に流し込み、有機溶剤を揮発させた後、ブレードを用いてレジストパターン６２の上の余分なＡｕ微粒子を除去する。この後、７０℃〜１００℃に加温し、接合金属層４０の上層部４０ａの上に下層部４０ｂを形成する。このように形成された上層部４０ａと下層部４０ｂにより接合金属層４０が形成される。
【００４４】
次に、図７（ｂ）に示されるように、有機溶剤等により、第１のレジストパターン６１及び第２のレジストパターン６２を除去する。これにより、キャリア基板６０の上に、空洞領域４４に相当する凹部を有する所望の形状の接合金属層４０を形成することができる。
【００４５】
次に、図７（ｃ）に示されるように、本体基板１０の他方の面において、接合部金属膜３１が形成されている所定の位置に、接続金属層４０が位置するように、キャリア基板６０の位置合せをした後、接続金属層４０を本体基板１０の接合部金属膜３１に仮接続する。この仮接続は、前述した接合温度である２００℃よりも低い温度、例えば、１５０℃で行われる。これにより、接続金属層４０は本体基板１０の一方の面の接合部金属膜３１の上に、空洞領域４４が形成された状態で接続される。
【００４６】
尚、上記においては、キャリア基板６０を用いて転写する方法について説明したが、第２の透明基板５０の上に、直接接続金属層４０を形成する方法であってもよく、また、本体基板１０の接続部金属膜３１の上に直接接続金属層４０を形成する方法であってもよい。
【００４７】
次に、図８に示されるように、第２の透明基板５０の一方の面に、接合部金属膜３２を形成する。尚、第２の透明基板５０は、厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであって、例えば、可動イオンを含有するホウケイ酸ガラス等により形成されたガラスウェハにより形成されている。図８（ａ）は、この工程における上面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）における一点鎖線８Ａ−８Ｂにおいて切断した断面図である。
【００４８】
具体的には、第２の透明基板５０の一方の面に、フォトレジストを塗布、または、ドライフィルムレジストを付着させた後、露光装置による露光、現像を行うことにより、接合部金属膜３２が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。本実施の形態においては、フォトレジストの塗布は、例えば、スピンコートやスプレイコートにより行われる。この後、スパッタリング又は真空蒸着により、金属積層膜を成膜した後、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上に形成された金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜により接合部金属膜３２が形成される。このように形成される接合部金属膜３２は、本体基板１０の他方の面に形成されている接続金属層４０の形状に対応した形状で形成されており、接続金属層４０の形状よりも若干大きな形状で形成される。
【００４９】
尚、この際、スパッタリングや真空蒸着により成膜する金属積層膜としては、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ等からなる金属積層膜が挙げられる。また、接合部金属膜３２は、上記以外の方法により形成してもよく、例えば、メタルマスクを用いてメタルマスクの開口部に金属積層膜を成膜することにより、接合部金属膜３２を形成してもよい。このような、接合部金属膜３２は、後述するようにＡｕ微粒子接合を行う際、Ａｕ微粒子の接合を良好に行うために形成される。
【００５０】
次に、図９に示されるように、本体基板１０における第２の開口部１２の内部に、アルカリ金属発生材料７０を設置し、本体基板１０の他方の面の接合金属層４０と第２の透明基板５０とを仮接合する。この後、アルカリ金属発生材料７０にレーザ光を照射することによりアルカリ金属ガスを発生させる。尚、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、この工程における断面図である。即ち、図９（ａ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ａ−５Ｂに対応する部分で切断した断面図であり、図９（ｂ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ｃ−５Ｄに対応する部分で切断した断面図である。
【００５１】
具体的には、高真空に真空引きした後の減圧チャンバー内に、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ２のうちから選ばれる１又は２以上からなるバッファガスを導入し、減圧チャンバー内部の圧力を０．０１ｋＰａ〜１０００ｋＰａにする。この後、アルカリ金属発生材料７０が設置されている本体基板１０と第１の透明基板２０とが接合されたもの及び第２の透明基板５０を減圧チャンバー内に設置し、２００℃に加熱し、３０ＭＰａの圧力で本体基板１０の他方の面に第２の透明基板５０を仮接合する。
【００５２】
この仮接合においては、２００℃の温度において、後述する本接合の圧力である１００ＭＰａよりも低い圧力である３０ＭＰａの圧力で行われる。これにより、本体基板１０の他方の面にける接続金属層４０の高さＤ３は、４５μｍとなり、接続金属層４０の空洞領域４４の高さＤ４は、５μｍとなるが、空洞領域４４は維持された状態にある。また、この仮接合により、本体基板１０の他方の面と第２の透明基板５０の一方の面とは、接続金属層４０により第１の開口部１１及び第２の開口部１２の周囲において接合されているため、第１の開口部１１及び第２の開口部１２を含む領域は、密閉される。尚、本実施の形態においては、この仮接合を第１の接合または第１の接合工程と記載する場合がある。
【００５３】
この後、減圧されたチャンバー内より、本体基板１０と第２の透明基板５０とが仮接合されたものを取り出し、アルカリ金属発生材料７０に、集光レンズ７１により集光されたレーザ光を照射し加熱する。これにより、アルカリ金属発生材料７０よりアルカリ金属を発生させる。このように、第２の開口部１２において、アルカリ金属発生材料７０より発生したアルカリ金属ガスは、接合金属部４０における高さＤ４が約５μｍとなった空洞領域４４を通り、第１の開口部１１に拡散し、第１の開口部１１にアルカリ金属ガスが供給される。
【００５４】
尚、レーザ光の光源としては出力が、数Ｗ程度の６３０ｎｍ帯、８０８ｎｍ帯、９４０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１５５０ｎｍ帯の半導体レーザ、１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ、１４５５ｎｍ帯ラマンファイバーレーザ、１０μｍ帯ＣＯ２レーザ等が挙げられる。レーザ光により加熱される温度は、アルカリ金属発生材料７０が、還元剤がＴｉ、Ａｌであり酸化剤がクロム酸塩の場合は７００℃程度であり、還元剤がＳｉであり酸化剤がモリブデン酸塩の場合は９００℃程度である。
【００５５】
次に、図１０に示されるように、第１の開口部１１にアルカリ金属ガスが充填されたものを、２００℃の温度に加熱し、１００ＭＰａの圧力を加えることにより本体基板１０と第２の透明基板５０とを接合金属層４０により接合する。これにより、接合金属層４０の厚さＤ５は３０μｍとなり、空洞領域４４は消失し、第１の開口部１１と第２の開口部１２の間は遮断されて空間的に分離され、第１の開口部１１と第２の開口部１２は、各々独立に密閉される。本実施の形態においては、この接合を本接合と記載する場合があり、この本接合を第２の接合または第２の接合工程と記載する場合がある。本実施の形態においては、第２の接合における接合温度は、第１の接合温度と同じ約２００℃で行われる。尚、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、この工程における断面図である。即ち、図１０（ａ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ａ−５Ｂに対応する部分で切断した断面図であり、図１０（ｂ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ｃ−５Ｄに対応する部分で切断した断面図である。
【００５６】
次に、図１１に示されるように、第１の開口部１１の接合金属層４０の周囲を破線で示される分離ラインに沿って、ダイシングにより切断する。尚、図１１（ａ）は、この工程における上面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）における一点鎖線１１Ａ−１１Ｂにおいて切断した断面図である。
【００５７】
これにより、図１２に示されるように、本体基板１０の一方の面に陽極接合により第１の透明基板２０が接合され、他方の面に接合金属層４０により第２の透明基板５０が接合されている第１の開口部１１をセル内部とするアルカリ金属セルを作製することができる。尚、図１２（ａ）は、本実施の形態におけるアルカリ金属セルの上面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）における一点鎖線１２Ａ−１２Ｂにおいて切断した断面図である。
【００５８】
このように作製されたアルカリ金属セルにおいては、不十分な条件において行われる陽極接合による接合がなされていないため、アルカリ金属セルの内部に含まれるアルカリ金属ガスの純度が高く、不純物が少ない。また、アルカリ金属セルの内部には、アルカリ金属を発生させた後のアルカリ金属発生材料７０の残渣等が残存していないため、アルカリ金属セル内におけるバッファガスの圧力変動が少なく、熱容量が小さい。
【００５９】
よって、本実施の形態においては、長期信頼性が高く温度制御が容易なアルカリ金属セルを提供することができる。これにより、後述するように、信頼性の高く周波数安定度が高い原子発振器を提供することができる。また、本実施の形態における製造方法により作製されたアルカリ金属セルは、後述する原子発振器以外にも、磁気センサに用いることも可能である。この磁気センサは、原子発振器と同じ原理を利用する２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により外部磁場による超微細構造エネルギー準位間のエネルギーを検出し外部磁場の強度を計測するものである。また、本実施の形態におけるアルカリ金属セルは、アルカリ金属原子の超微細構造エネルギー準位間の遷移を利用する他の原理を利用した原子時計や磁気センサにも用いることが可能である。
【００６０】
また、本実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法においては、本体基板１０に第１の開口部１１に相当するものを複数形成することにより、複数のアルカリ金属セルを同時に製造することができる。これにより、低コストでアルカリ金属セルを製造することができる。
【００６１】
具体的には、図１３に示されるように、本体基板１０に複数の第１の開口部１１と、一つの第２の開口部１２を形成することり、低コストでアルカリ金属セルを製造することができる。この際、第１の開口部１１と第２の開口部１２との間における接続金属層４０には、第１の開口部１１と第２の開口部１２とを接続するための不図示の空洞領域が形成されている。この空洞領域を介してアルカリ金属ガスが第２の開口部１２より各々第１の開口部１１に供給された後に、本接合を行うことにより空洞領域が塞がれる。これにより、各々の第１の開口部１１は空間的に分離される。この後、ダイシング等により、破線で示される分離ラインに沿って、各々の第１の開口部１１ごとに分離することにより、第１の開口部１１をセル内部とするアルカリ金属セルを複数同時に作製することができる。尚、図１３（ａ）は、この製造方法における途中の工程の上面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）における一点鎖線１３Ａ−１３Ｂにおいて切断した断面図である。
【００６２】
このように、一つの第２の開口部１２及び１回のアルカリ金属発生材料へのレーザ光の照射により、第１の開口部１１により同時に複数のアルカリ金属セルを作製することができるため、低コストでアルカリ金属セルを作製することができる。
【００６３】
また、上記においては、本体基板１０にはＳｉ基板を用いた場合について説明したが、本体基板１０は、他の半導体材料、セラミックス、金属材料等により形成されたものであってもよく、例えば、ステンレスにより形成されたものであってもよい。また、第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０には、ガラス基板を用いた場合について説明したが、第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０は、光を透過する材料により形成されているものであればよい。具体的には、第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０は、両面研磨された石英基板、サファイア基板等であってもよい。
【００６４】
また、本体基板１０と第２の透明基板５０とは、Ａｕ微粒子により形成された接合金属層４０を用いた接合について説明したが、Ａｇ微粒子や、Ｃｕ微粒子により形成された接合金属層４０を用いた接合であってもよい。
【００６５】
次に、本実施の形態の変形例について説明する。
【００６６】
（変形例１）
図１４に基づき、本実施の形態における変形例１について説明する。本実施の形態における変形例１は、本体基板１０側に、接合金属層４０を形成するのではなく、第２の透明基板５０側に接合金属層４０を形成して、アルカリ金属セルを製造する製造方法である。具体的には、図６（ａ）から図７（ｂ）に示す工程と同様の工程により、キャリア基板６０の上に形成された空洞領域４４を有する所望の形状の接合金属層４０を、第２のガラス基板５０の接合部金属膜３２に形成しアルカリ金属セルを製造するものである。このように、第２の透明基板５０に形成された接合金属層４０を本体基板１０に他方の面に形成された接合部金属膜３１に仮接合することにより、本実施の形態におけるアルカリ金属セルを製造することができる。本変形例においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。尚、接合金属層４０は、図６等に示されるように、キャリア基板６０の上に一旦形成した後、第２のガラス基板５０の接合部金属膜３２の上に仮接続することにより形成してもよい。
【００６７】
（変形例２）
次に、図１５に基づき、本実施の形態における変形例２について説明する。本実施の形態における変形例２は、本体基板１０において、接合金属層４０の空洞領域４４が形成されていた領域に、第１の開口部１１と第２の開口部１２とを空間的に接続する接続溝１３を形成する製造方法である。従って、この変形例においては、接合金属層４０には空洞領域４４は形成されていなくともよい。
【００６８】
図１５（ａ）に示されるように、本体基板１０の他方の面に形成された接続溝１３は、幅Ｗ６が６００μｍ、深さＤ６が２０μｍとなるように形成されており、接続溝１３により、第１の開口部１１と第２の開口部１２とが空間的に接続されるように形成されている。また、接続溝１３の側面は、テーパー状に形成されており、接続溝１３を含む領域の上には、接続金属層４０と接触する接続部金属膜３１が形成されている。また、第２の透明基板５０の一方の面には、接続部金属膜３１に対応する領域に接続部金属膜３２が形成されており、接続部金属膜３２の上には、接続金属層４０が形成されている。
【００６９】
次に、図１５（ｂ）に示されるように、本体基板１０の他方の面に、接続金属層４０により、第２の透明基板５０の一方の面を仮接合する。尚、この仮接合は、上述した第１の接合に相当するものであり、本体基板１０の接合部金属膜３１と接合金属層４０との間には、接続溝１３が形成されている領域に、接合部金属膜３１と接続金属層４０とに挟まれた領域に空間が形成される。このように形成された空間により、第１の開口部１１と第２の開口部１２とは、空間的に接続されている。
【００７０】
次に、図１５（ｃ）に示されるように、不図示のアルカリ金属発生材料にレーザ光を照射し、アルカリ金属ガスを発生させた後、本体基板１０の他方の面に、接続金属層４０により、第２の透明基板５０の一方の面を本接合する。尚、この本接合は、上述した第２の接合に相当するものであり、接合金属層４０により、接続溝１３に形成されていた空間は、塞がれ、第１の開口部１１と第２の開口部１２とは空間的に分離される。
【００７１】
これにより、本変形例におけるアルカリ金属セルを作製することができる。
【００７２】
次に、本体基板１０に形成される接続溝１３の形成方法について説明する。本体基板１０に形成される接続溝１３は、本体基板１０の他方の面にフォトレジストを塗布した後、露光装置による露光、現像を行うことにより、接続溝１３が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉをウェットエッチングまたはドライエッチングにより除去することにより接続溝１３を形成する。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。接続溝１３を形成する際のドライエッチングとしてはＩＣＰエッチング等が挙げられ、ウェットエッチングとしてはＫＯＨ水溶液をエッチング液として用いた方法等が挙げられ、これ以外にもサンドブラスト法や機械加工法等を用いて形成してもよい。
【００７３】
このように、接続溝１３を形成する際に、レジストパターンを形成する工程を要する場合には、製造の便宜上、第１の開口部１１及び第２の開口部１２が形成される前に、接続溝１３を形成する方法が好ましい。本変形例においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
（変形例３）
次に、図１６に基づき、本実施の形態における変形例３について説明する。本実施の形態における変形例３は、第２の透明基板５０において、接合金属層４０の空洞領域４４が形成されていた領域に、第１の開口部１１と第２の開口部１２とを空間的に接続する接続溝５３を形成した製造方法である。従って、この変形例においても、接合金属層４０には空洞領域４４は形成されてはいなくともよい。
【００７５】
第２の透明基板５０に形成される接続溝５３は、例えば、幅Ｗ７が６００μｍ、深さＤ７が２０μｍとなるように形成されており、接続溝５３により、第１の開口部１１と第２の開口部１２とが空間的に接続されるように形成されている。また、接続溝５３の側面は、テーパー状に形成されており、接続溝５３を含む領域の上には、接続金属層４０と接触する接続部金属膜３２が形成されている。
【００７６】
第２の透明基板５０に形成される接続溝５３は、第２の透明基板５０に接合部金属膜３２が形成される前に形成することが好ましい。第２の透明基板５０に形成される接続溝５３は、第２の透明基板５０の他方の面にフォトレジストを塗布した後、露光装置による露光、現像を行うことにより、接続溝５３が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域をウェットエッチングまたはドライエッチングにより除去することにより接続溝５３を形成する。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。接続溝５３を形成する際のドライエッチングとしては、フッ素系ガスを用いたドライエッチングが挙げられるが、特に、エッチング速度が大きいＣＦ４等を用いた磁気中性線プラズマ（Neutral Loop Discharge：ＮＬＤ）法等が好ましい。また、ウェットエッチングとしてはフッ酸系水溶液をエッチング液として用いた方法等が挙げられる。
【００７７】
本変形例においても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法について、図１７及び図１８に基づき説明する。本実施の形態は、本体基板１０を２枚のＳｉ基板により形成したアルカリ金属セルの製造方法である。このように、２枚のＳｉ基板を用いることにより、セル内における光路長が長いアルカリ金属セル、例えば、セル内における光路長が約３ｍｍのアルカリ金属セルを作製することができる。
【００７９】
本実施の形態においては、本体基板１０に相当するものが、第１の本体基板１１０と第２の本体基板１２０により形成されている。このように、２枚の第１の本体基板１１０及び第２の本体基板１２０により、本体基板１０に相当するものを形成することにより、セル内における光路長を長くすることができる。
【００８０】
本実施の形態においては、図１７に示されるように、第１の本体基板１１０の一方の面に第１の透明基板２０が接合されているものと、第２の本体基板１２０の一方の面に第２の透明基板５０が接合されているものとを作製する。尚、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、この工程における断面図であり、図１７（ａ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ａ−５Ｂに対応する部分で切断した断面図、図１７（ｂ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ｃ−５Ｄに対応する部分で切断した断面図である。
【００８１】
具体的には、第１の本体基板１１０の一方の面に第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２を第１の実施の形態と同様の方法により作製した後、第１の本体基板１１０の一方の面に第１の透明基板２０を陽極接合等により接合する。この後、第１の本体基板１１０の他方の面において、第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２の周囲、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２との間の領域に接続部金属膜３１を形成する。
【００８２】
同様に、第２の本体基板１２０の一方の面に第１の開口部１２１及び第２の開口部１２２を第１の実施の形態と同様の方法により作製した後、第２の本体基板１２０の一方の面に第２の透明基板５０を陽極接合等により接合する。この後、第２の本体基板１２０の他方の面において、第１の開口部１２１及び第２の開口部１２２の周囲、第１の開口部１２１と第２の開口部１２２との間の領域に接続部金属膜３２を形成し、更に、接続部金属膜３２の上に、接続金属層４０を形成する。形成される接続金属層４０は、第１の実施の形態と同様に形成されており、第１の開口部１１１及び１２１と第２の開口部１１２及び１２２とを空間的に接続するための空洞領域４４が形成されている。
【００８３】
第１の本体基板１１０及び第２の本体基板１２０は、両面研磨された厚さが１．５ｍｍのＳｉ基板が用いられている。また、第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０は、厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであって、例えば、可動イオンを含有するホウケイ酸ガラス等により形成されたガラスウェハにより形成されている。
【００８４】
本実施の形態においては、第２の本体基板１２０に接続金属層４０が仮接続されている点と、形成される接続金属層４０の厚さを除き、第１の実施の形態と同様の形状で形成されている。具体的には、接続金属層４０において、空洞領域４４を除く領域の厚さＤ８は７０μｍ、空洞領域４４が形成される領域の厚さＤ９は４５μｍとなるように形成されている。尚、接続金属層４０の形成方法は、第１の実施の形態と同様の方法により形成されている。
【００８５】
この後、第１の本体基板１１０における第２の開口部１１２にアルカリ金属発生材料７０を設置した後、第１の本体基板１１０の他方の面に形成されている接続部金属膜３１に、第２の本体基板１２０の他方の面に形成されている接続金属層４０を仮接合する。
【００８６】
具体的には、高真空に真空引きした後の減圧チャンバー内に、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ２のうちから選ばれる１又は２以上からなるバッファガスを導入し、減圧チャンバー内部の圧力を０．０１ｋＰａ〜１０００ｋＰａにする。この後、減圧チャンバー内に、アルカリ金属発生材料７０が設置されている第１の本体基板１１０と第１の透明基板２０とが接合されたもの及び第２の本体基板１２０と第２の透明基板５０とが接合されたものを設置する。この後、２００℃に加熱した状態で、３０ＭＰａの圧力で、第１の本体基板１１０と第２の本体基板１２０の他方の面とを接合金属層４０により仮接合する。
【００８７】
この仮接合においては、２００℃の温度において、後述する本接合の圧力である１００ＭＰａよりも低い圧力である３０ＭＰａの圧力で行われる。これにより、接続金属層４０の高さＤ８は、７０μｍから５０μｍに減少し、空洞領域４４における高さＤ９は５μｍとなるが、空洞領域４４は維持された状態にある。また、この仮接合により、第１の本体基板１１０の他方の面と第２の本体基板１２０の他方の面とは、接続金属層４０により第１の開口部１１１及び１２１、第２の開口部１１２及び１２２の周囲において接合される。よって、第１の開口部１１１及び１２１、第２の開口部１１２及び１２２を含む領域は、密閉される。尚、本実施の形態におけるこの仮接合は、第１の実施の形態における第１の接合と同様のものである。
【００８８】
この後、減圧されたチャンバー内より、第１の本体基板１１０と第２の本体基板１２０とが仮接合されたものを取り出し、アルカリ金属発生材料７０に、集光レンズにより集光されたレーザ光を照射し加熱する。これにより、アルカリ金属発生材料７０よりアルカリ金属ガスを発生させる。このように、第２の開口部１１２において、アルカリ金属発生材料７０より発生したアルカリ金属ガスは、接合金属部４０における高さＤ９が約５μｍとなった空洞領域４４を通り、第１の開口部１１１及び１２１により形成される領域に拡散する。このようにアルカリ金属ガスが拡散することにより、第１の開口部１１１及び１２１により形成される領域には、アルカリ金属ガスが供給される。
【００８９】
尚、レーザ光の光源としては出力が数Ｗ程度の６３０ｎｍ帯、８０８ｎｍ帯、９４０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１５５０ｎｍ帯の半導体レーザ、１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ、１４５５ｎｍ帯ラマンファイバーレーザ、１０μｍ帯ＣＯ２レーザ等が挙げられる。本実施の形態においては、レーザ光の光源としては、例えば、約５Ｗの出力を有する８０８ｎｍ帯の半導体レーザが用いられている。レーザ光により加熱される温度は、アルカリ金属発生材料７０が、還元剤がＴｉ、Ａｌであり酸化剤がクロム酸塩の場合は７００℃程度であり、還元剤がＳｉであり酸化剤がモリブデン酸塩の場合は９００℃程度である。
【００９０】
次に、図１８に示されるように、第１の開口部１１１および１２１からなる領域にアルカリ金属ガスが充填されたものを、２００℃の温度に加熱し、１００ＭＰａの圧力を加えて、第１の本体基板１１０と第２の本体基板１２０とを接合金属層４０により接合する。これにより、接合金属層４０の厚さＤ１０は３２μｍとなり、空洞領域４４は消失し、第１の開口部１１１及び１２１により形成される領域と第２の開口部１１２及び１２２により形成される領域の間は遮断されて空間的に分離される。これにより、第１の開口部１１１及び１２１により形成される領域と第２の開口部１１２及び１２２により形成領域とは、各々独立に密閉される。尚、本実施の形態におけるこの接合は本接合であり、第１の実施の形態における第２の接合である。尚、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、この工程における断面図であり、図１８（ａ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ａ−５Ｂに対応する部分で切断した断面図、図１８（ｂ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ｃ−５Ｄに対応する部分で切断した断面図である。
【００９１】
次に、接合金属層４０の周囲をダイシングにより切断することにより、第１の開口部１１１及び１２１により、セル内部が形成される本実施の形態におけるアルカリ金属セルを形成することができる。
【００９２】
本実施の形態における製造方法により製造されたアルカリ金属セルを原子発振器に用いた場合、以下のような利点がある。具体的には、原子発振器であるＣＰＴ方式原子時計において、ＣＰＴ観測レーザ光の光路長を３ｍｍとする場合、１枚の本体基板で光路長空間を構成しようとすると、本体基板に深い第１の開口部を形成することになる。このような本体基板に深い第１の開口部を形成することは、工程が複雑になるため、歩留りの低下を招く。また、本体基板がＳｉ基板である場合には、特に顕著であるが、このような深い第１の開口部を形成するためには、ドライエッチング法、ウェットエッチング法等においても、エッチング速度の速い高価な装置が必要となる。このため、製造コストの上昇を招いてしまう。本実施の形態においては、本体基板に相当するものを２枚の基板により形成することにより、歩留りの低下を抑制するとともに、製造コストが上昇することを抑制することができる。
【００９３】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【００９４】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法について、図１９及び図２０に基づき説明する。本実施の形態は、本体基板１０の一方の面と第１の透明基板２０との接合及び本体基板１０の他方の面と第２の透明基板５０との接合を、ともにＡｕ微粒子により形成された接合金属層を用いて接合するものである。
【００９５】
本実施の形態においては、図１９に示されるように、本体基板１０の一方の面に接続部金属膜２３１を形成し、他方の面に接続部金属膜３１を形成する。また、第１の透明基板２０の一方の面に接続金属層２４０を形成し、第２の透明基板５０の一方の面に接続金属層４０を形成する。尚、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）は、この工程における断面図であり、図１９（ａ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ａ−５Ｂに対応する部分で切断した断面図、図１９（ｂ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ｃ−５Ｄに対応する部分で切断した断面図である。
【００９６】
具体的には、最初に、本体基板１０に第１の開口部１１と第２の開口部１２を形成する。本体基板１０は、両面が鏡面研磨された厚さが０．２ｍｍ〜５．０ｍｍのＳｉ基板、例えば、厚さが１．２ｍｍのＳｉ基板である。
【００９７】
第１の開口部１１及び第２の開口部１２の形成方法は、本体基板１０の一方の面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、第１の開口部１１及び第２の開口部１２に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、Ｓｉ基板１０を貫通するまで、レジストパターンの形成されていない領域のＳｉをＩＣＰエッチング等のドライエッチングにより除去する。このドライエッチングは、ＳＦ６、Ｃ４Ｆ８ガスを交互に供給するボッシュプロセスにより行われる。この後、レジストパターンは有機溶剤等により除去する。
【００９８】
これにより、本体基板１０に第１の開口部１１と第２の開口部１２を形成することができる。このように形成された第１の開口部１１は、直径が約３ｍｍの円形の開口部であり、第２の開口部１２は、縦横が約３ｍｍ×３ｍｍの角形の開口部である。また、第１の開口部１１から第２の開口部１２までの最短の長さは、０．０５ｍｍ〜３０ｍｍ、例えば、２．０ｍｍとなるように形成する。
【００９９】
上記における説明では、第１の開口部１１及び第２の開口部１２は、ドライエッチングにより形成する場合について説明したが、ウェットエッチング、サンドブラスト、イオンミリング等によっても形成することができる。
【０１００】
次に、本体基板１０の一方の面に接合部金属膜２３１を形成し、他方の面に３１を形成する。具体的には、本体基板１０の一方の面に、フォトレジストを塗布、または、ドライフィルムレジストを付着させた後、露光装置による露光、現像を行うことにより、接合部金属膜２３１が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。本実施の形態においては、フォトレジストの塗布は、例えば、スピンコートやスプレイコートにより行われる。この後、スパッタリング又は真空蒸着により、金属積層膜を成膜した後、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上に形成された金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜により接合部金属膜２３１が形成される。このように形成される接合部金属膜２３１は、本体基板１０の一方の面において、第１の開口部１１の周囲と第２の開口部１２の周囲及び、第１の開口部１１と第２の開口部１２との間の部分に形成される。
【０１０１】
同様に、本体基板１０の他方の面に、フォトレジストを塗布、または、ドライフィルムレジストを付着させた後、露光装置による露光、現像を行うことにより、接合部金属膜３１が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、スパッタリング又は真空蒸着により、金属積層膜を成膜した後、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上に形成された金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜により接合部金属膜３１が形成される。このように形成される接合部金属膜３１は、本体基板１０の他方の面において、第１の開口部１１の周囲と第２の開口部１２の周囲及び、第１の開口部１１と第２の開口部１２との間の部分に形成される。
【０１０２】
尚、この際、スパッタリングや真空蒸着により成膜する金属積層膜としては、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ等からなる金属積層膜が挙げられる。また、接合部金属膜３１及び２３１は、上記以外の方法により形成してもよく、例えば、メタルマスクを用いてメタルマスクの開口部に金属積層膜を成膜することにより、接合部金属膜３１及び２３１を形成してもよい。このような、接合部金属膜２３１及び３１は、後述するようにＡｕ微粒子接合を行う際、Ａｕ微粒子の接合を良好に行うために形成される。
【０１０３】
この後、第１の透明基板２０の一方の面に、接合部金属膜２３２を形成し、第２の透明基板５０の一方の面に、接合部金属膜３２を形成する。尚、第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０は、厚さが０．１ｍｍ〜３ｍｍであって、例えば、可動イオンを含有するホウケイ酸ガラス等により形成されたガラスウェハにより形成されている。
【０１０４】
具体的には、第１の透明基板２０の一方の面に、フォトレジストを塗布、または、ドライフィルムレジストを付着させた後、露光装置による露光、現像を行うことにより、接合部金属膜２３２が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。本実施の形態においては、フォトレジストの塗布は、例えば、スピンコートやスプレイコートにより行われる。この後、スパッタリング又は真空蒸着により、金属積層膜を成膜した後、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上に形成された金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜により接合部金属膜２３２が形成される。このように形成される接合部金属膜２３２は、本体基板１０の一方の面に形成されている接続部金属膜２３１の形状に対応した形状で形成される。
【０１０５】
また、第２の透明基板５０の一方の面に、フォトレジストを塗布、または、ドライフィルムレジストを付着させた後、露光装置による露光、現像を行うことにより、接合部金属膜３２が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。本実施の形態においては、フォトレジストの塗布は、例えば、スピンコートやスプレイコートにより行われる。この後、スパッタリング又は真空蒸着により、金属積層膜を成膜した後、有機溶剤に浸漬させることにより、レジストパターンの上に形成された金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜により接合部金属膜３２が形成される。このように形成される接合部金属膜３２は、本体基板１０の他方の面に形成されている接続部金属膜３１の形状に対応した形状で形成される。
【０１０６】
尚、この際、スパッタリングや真空蒸着により成膜する金属積層膜としては、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ等からなる金属積層膜が挙げられる。また、接合部金属膜３２及び２３２は、上記以外の方法により形成してもよく、例えば、メタルマスクを用いてメタルマスクの開口部に金属積層膜を成膜することにより、接合部金属膜３２を形成してもよい。このような、接合部金属膜３２及び２３２は、後述するようにＡｕ微粒子接合を行う際、Ａｕ微粒子の接合を良好に行うために形成される。
【０１０７】
次に、第１の透明基板２０における接合部金属膜２３２の上に、接合金属層２４０を形成する。接合金属層２４０は、粒径が、０．０５μｍ〜１μｍのＡｕ微粒子により形成されている。接合金属層２４０は、空洞領域４４が形成されていないことを除き、第１の実施の形態における接合金属層４０を形成する方法と同様の方法により、同様の形状で形成されている。このように形成された接合金属層２４０の厚さは、６０μｍである。
【０１０８】
同様に、第２の透明基板５０における接合部金属膜３２の上に、接合金属層４０を形成する。接合金属層４０は、粒径が、０．０５μｍ〜１μｍのＡｕ微粒子により形成されている。接合金属層４０は、第２の実施の形態における接合金属層４０と同様のものであり、空洞領域４４が形成されている。このように形成された接合金属層４０の空洞領域４４が形成されていない領域の厚さは６０μｍであり、空洞領域４４が形成される領域の厚さは、４０μｍである。
【０１０９】
次に、接合装置により本体基板１０の一方の面に、第１の透明基板２０に形成されている接合金属層２４０を接触させた状態で配置し、本体基板１０における第２の開口部１２の内部にアルカリ金属発生材料７０を設置する。続いて、本体基板１０の他方の面に、第２の透明基板５０に形成されている接合金属層４０を接触させた状態で配置する。
【０１１０】
この後、高真空に真空引きした後の減圧チャンバー内に、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ２のうちから選ばれる１又は２以上からなるバッファガスを導入し、減圧チャンバー内部の圧力を０．０１ｋＰａ〜１０００ｋＰａにする。この後、減圧チャンバー内に、アルカリ金属発生材料７０が設置されている本体基板１０、第１の透明基板２０、第２の透明基板５０を設置する。この後、２００℃に加熱した状態で、３０ＭＰａの圧力で、本体基板１０の一方の面に、第１の透明基板２０を接合金属層２４０により仮接合し、同時に、本体基板１０の他方の面に、第２の透明基板５０を接合金属層４０により仮接合する。この仮接合は、第１の実施の形態における第１の接合に相当するものである。
【０１１１】
この仮接合により、接合金属層２４０の高さは３７μｍとなり、接合金属層４０の高さは４５μｍになり空洞領域４４の高さは５μｍになるが、空洞領域４４は維持された状態にある。この状態においては、第１の開口部１１と第２の開口部１２の周囲において、本体基板１０と第１の透明基板２０とが接合金属層２４０により接合されており、本体基板１０と第２の透明基板５０とが接合金属層４０により接合されている。よって、第１の開口部１１、第２の開口部１２、空洞領域４４は、密閉された空間となる。
【０１１２】
次に、図２０に示されるように、本体基板１０に第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０が接合されたものを大気中に取り出した後、レーザ加熱装置に設置し、アルカリ金属発生材料７０にレーザ光を照射し加熱する。これにより、アルカリ金属発生材料７０からアルカリ金属ガスが発生し、空洞領域４４を介し、第１の開口部１１に拡散する。本実施の形態においては、アルカリ金属発生材料７０として、還元剤がＴｉ、Ａｌであり、酸化剤がクロム酸塩であるＣｓ発生剤を用いているため、第１の開口部１１の内部には、Ｃｓガスが充填される。尚、アルカリ金属発生材料７０に照射されるレーザ光の光源としては、５Ｗ程度の出力が可能な１４５５ｎｍ帯ラマンファイバーレーザを用いており、アルカリ金属発生材料７０であるＣｓ発生剤を７００℃程度まで加熱している。
【０１１３】
次に、第１の開口部１１にアルカリ金属ガスが充填された本体基板１０と第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０が接合されたものを接合装置に戻す。この後、２００℃に加熱して、１００ＭＰａの圧力を加え、本体基板１０の一方の面に第１の透明基板２０を接合し、他方の面に第２の透明基板５０を接合する。これにより、接合金属層２４０の高さは２５μｍとなり、接合金属層４０は全体の厚さが３０μｍとなり空洞領域４４が消失する。これにより、第１の開口部１１と第２の開口部１２とは空間的に分離され、各々独立に密閉される、本実施の形態におけるこの接合は本接合であり、第１の実施の形態における第２の接合に相当するものである。尚、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、この工程における断面図であり、図２０（ａ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ａ−５Ｂに対応する部分で切断した断面図、図２０（ｂ）は、図５（ａ）における一点鎖線５Ｃ−５Ｄに対応する部分で切断した断面図である。
【０１１４】
次に、接合金属層４０の周囲をダイシングにより切断することにより、第１の開口部１１により、セル内部が形成される本実施の形態におけるアルカリ金属セルを形成することができる。
【０１１５】
本実施の形態においては、本体基板１０と第１の透明基板２０との接合、本体基板１０と第２の透明基板５０との接合に、陽極接合を用いることなく、Ａｕ微粒子接合を用いている。よって、長期的にも、Ｏ２、ＯＨ基グループ、Ｈ２Ｏの放出を抑制することができるため、アルカリ金属セルの信頼性を高くすることができる。
【０１１６】
尚、上記以外の内容については、第１の実施の形態と同様である。
【０１１７】
〔第４の実施の形態〕
次に、第４の実施の形態について説明する。第１の実施の形態等においては、接合装置により第１の接合である仮接合のなされたものを大気中に取り出し、レーザ加熱装置においてアルカリ金属ガスを発生させた後、再び接合装置に戻し、第２の接合である本接合を行うものである。この場合、第１の接合工程における仮接合では、接続金属層４０等は、完全にはバルク化されておらず、十分なセルの密封性が得られる条件の範囲が狭い場合がある。本実施の形態は、第１の接合工程、アルカリ金属充填工程、第２の接合工程を行う際に、大気中に露出させることなく、減圧環境下又は不活性ガス雰囲気下において行う製造方法である。
【０１１８】
図２１には、本実施の形態における製造方法に用いられる装置を示す。この装置は、アルカリ金属発生チャンバー３１０と接合チャンバー３２０とを有しており、アルカリ金属発生チャンバー３１０と接合チャンバー３２０とは搬送部３３０において接合されており、これらの内部は密閉された空間となっている。搬送部３３０は、本体基板１０に第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０が接合されたもの等が通過することができるように形成されている。また、搬送部３３０には、アルカリ金属発生チャンバー３１０及び接合チャンバー３２０を独立に密閉することができるように、ゲートバルブ３３１が設けられている。
【０１１９】
アルカリ金属発生チャンバー３１０には、レーザ光が照射される側に石英窓３１１が設けられており、アルカリ金属発生チャンバー３１０の内部を排気するための真空ポンプ３１２、ガスを導入するためのガス導入部３１３、圧力計３１４が接続されている。また、接合チャンバー３２０には、本体基板１０に第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０を接合するための接合機構部３２１が設けられている。更に、接合チャンバー３２０の内部を排気するための真空ポンプ３２２、ガスを導入するためのガス導入部３２３、圧力計３２４が接続されている。
【０１２０】
本実施の形態においては、接合チャンバー３２０において、接合機構部３２１により本体基板１０に第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０を仮接合（第１の接合）した後、搬送部３３０を介し、アルカリ金属発生チャンバー３１０に移動させる。アルカリ金属発生チャンバー３１０においては、石英窓３１１を介し、アルカリ金属発生材料７０にレーザ光を照射しアルカリ金属ガスを発生させ、第１の開口部１１にアルカリ金属ガスを充填させる。この後、再び搬送部３３０を介し、アルカリ金属発生チャンバー３１０から接合チャンバー３２０に移動させた後、接合機構部３２１により本体基板１０に第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０を本接合（第２の接合）する。
【０１２１】
尚、各々の工程を行う際には、搬送部３３０に設けられたゲートバルブ３３１は閉じられていてもよい。また、アルカリ金属発生チャンバー３１０または接合チャンバー３２０は、減圧下またはＮｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ２のうちから選ばれる１又は２以上からなるガス雰囲気下であってもよい。
【０１２２】
本実施の形態においては、本体基板１０に第１の透明基板２０及び第２の透明基板５０において、仮接合（第１の接合）を行う工程、アルカリ金属ガスを発生させる工程、本接合（第２の接合）を行う工程を大気中に露出させることなく行うことができる。このため、製造されるアルカリ金属セルの歩留りを向上させることができる。尚、本実施の形態は、第１から第３の実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法においても適用することが可能である。
【０１２３】
〔第５の実施の形態〕
次に、第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１から第４の実施の形態において製造されたガスセルを用いた原子発振器である。図２２に基づき本実施の形態における原子発振器について説明する。本実施の形態における原子発振器は、ＣＰＴ方式の小型原子発振器であり、光源６１０、コリメートレンズ６２０、λ／４波長板６３０、アルカリ金属セル６４０、光検出器６５０、変調器６６０を有している。
【０１２４】
光源６１０は、面発光レーザ素子が用いられている。アルカリ金属セル６４０には、第１から第４の実施の形態のいずれかにおいて製造されたガスセルであり、アルカリ金属としてＣｓ（セシウム）原子ガスが封入されており、Ｄ１ラインの遷移を用いるものである。光検出器６５０には、フォトダイオードが用いられている。
【０１２５】
本実施の形態のおける原子発振器では、光源６１０より出射された光をセシウム原子ガスが封入されたアルカリ金属セル６４０に照射し、セシウム原子における電子を励起する。アルカリ金属セル６４０を透過した光は光検出器６５０において検出され、光検出器６５０において検出された信号は変調器６６０にフィードバックされ、変調器６６０により光源６１０における面発光レーザ素子を変調する。
【０１２６】
図２３に、ＣＰＴに関連する原子エネルギー準位の構造を示す。二つの基底準位から励起準位に電子が同時に励起されると光の吸収率が低下することを利用する。面発光レーザは搬送波波長が８９４．６ｎｍに近い素子を用いている。搬送波の波長は面発光レーザの温度、もしくは出力を変化させてチューニングすることができる。温度や出力を上げると長波長にシフトするため、アルカリ金属セルの光密度の変動は好ましくないので温度変化を利用するのが好ましい。具体的に、波長の温度依存性は０．０５ｎｍ／℃程度で調整できる。図２４に示すように、変調をかけることで搬送波の両側にサイドバンドが発生し、その周波数差がＣｓ原子の固有振動数である９．２ＧＨｚに一致するように４．６ＧＨｚで変調させている。図２５に示すように、励起されたＣｓガスを通過するレーザ光はサイドバンド周波数差がＣｓ原子の固有周波数差に一致した時に最大となる。よって、光検出器６５０の出力が最大値を保持するように変調器６６０においてフィードバックして光源６１０における面発光レーザ素子の変調周波数を調整する。原子の固有振動数が極めて安定なので変調周波数は安定した値となり、この情報がアウトプットとして取り出される。尚、波長が８９４．６ｎｍの場合では、±１ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。即ち、８９３．６ｎｍ〜８９５．６ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。
【０１２７】
本実施の形態における原子発振器は第１から第４の実施の形態において製造されたガスセルを用いているため、精度の高い原子発振器を低コストで作製し提供することができる。
【０１２８】
また、本実施例ではアルカリ金属としてＣｓを用い、そのＤ１ラインの遷移を用いるために波長が８９４．６ｎｍの面発光レーザを用いたが、ＣｓのＤ２ラインを利用する場合は８５２．３ｎｍを用いることもできる。また、アルカリ金属としてＲｂ（ルビジウム）を用いることもでき、Ｄ１ラインを利用する場合は７９５．０ｎｍ、Ｄ２ラインを利用する場合は７８０．２ｎｍを用いることができる。活性層の材料組成などは波長に応じて設計することができる。また、Ｒｂを用いる場合の変調周波数は、８７Ｒｂでは３．４ＧＨｚ、８５Ｒｂでは１．５ＧＨｚで変調させる。尚、これらの波長においても、±１ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。即ち、ＣｓのＤ２ラインを利用する場合は８５１．３ｎｍ〜８５３．３ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。また、ＲｂのＤ１ラインを利用する場合は７９４．０ｎｍ〜７９６．０ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。また、ＲｂのＤ２ラインを利用する場合は７７９．２ｎｍ〜７８１．２ｎｍの範囲の波長の光源が必要となる。
【０１２９】
また、図２６は、本実施の形態における原子発振器の他の構造を示すものであり、光源６１０には、ＣｓにおけるＤ１ライン遷移の波長８９４．３５ｎｍと同じ波長の単一モードで偏光が一定なレーザ光が出射されるＶＣＳＥＬが用いられている。アルカリ金属セル６４０は駆動電流により発生する磁界をキャンセルするように電流経路パターンを調整した２枚のＩＴＯヒータ６４１により挟まれている。また、地磁気などの磁気雑音をキャンセルする磁気シールドと、鋭いＣＰＴ共鳴信号のピークを得るためにセシウムの超微細準位にゼーマン分裂させる磁場を発生するためのコイルの図示は省略している。尚、λ／４波長板６３０とアルカリ金属セル６４０との間には、ＮＤフィルター６７０が設けられている。
【０１３０】
アルカリ金属セル６４０を透過した光は光検出器６５０によって検出され、光検出器６５０により検出された信号に基づき第１のロックインアンプ６７１において直流電流を数十ｋＨｚで変調し、ＶＣＳＥＬ駆動用電源６７２及びバイアスティー６７３を介し、光源６１０であるＶＣＳＥＬの出力波長を最大吸収波長にロックさせることができる。また、光検出器６５０により検出された信号に基づき第２のロックインアンプ６７４において数ｋＨｚの変調波を発生させ電圧制御水晶発振記（ＶＣＯ）６７５、マイクロ波電源６７６を介し、ＣＰＴ信号が時計遷移周波数の半分の周波数(νclock/２：４．５９６ＧＨｚ)にロックさせることができる。
【０１３１】
以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。
【符号の説明】
【０１３２】
１０        本体基板
１１        第１の開口部
１２        第２の開口部
１３        接続溝
２０        第１の透明基板
３１        接合部金属膜
４０        接合金属層
４０ａ      上層部
４０ｂ      下層部
４１        第１の開口部の周囲に形成される部分
４２        第２の開口部の周囲に形成される部分
４３        接続部分
４４        空洞領域
５０        第２の透明基板
６０        キャリア基板
６１        第１のレジストパターン
６２        第２のレジストパターン
７０        アルカリ金属発生材料
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０００７１１８号明細書
【特許文献２】米国特許第７４００２０７号明細書
【特許文献３】特開平０２―１０６８４５号公報
【特許文献４】特許第４４４０８８７号公報
【特許文献５】国際公開第２００４／０６６３３７号パンフレット
【特許文献６】国際公開第２００４／０６６３３８号パンフレット
【特許文献７】特表第２０１０−５１９０１７号公報
【非特許文献】
【０１３４】
【非特許文献１】J. Kitching et al., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurment, Vol.49(2000)pp.1313-1317
【非特許文献２】S. Knappe et al., Journal of the Optical Society of America B,Vol.18(2001)pp.1545-1553
【非特許文献３】L. Liew et al., Applied Physics Letters,Vol.84(2004)pp.2694-2696
【非特許文献４】S. Knappe et al., Optics Letters,Vol.30(2005)pp.2351-2353
【非特許文献５】L. Liew et al., Applied Physics Letters,Vol.90(2007)114106
【非特許文献６】L. Nieradko et al., Journal of Micro/Nanolith. MEMS MOEMS 7(3), (2008)033013
【非特許文献７】小柏ら、エレクトロニクス実装学会誌、Vol.10(2007)pp.560-566
【非特許文献８】H.Ishida et al.,Transaction on The Japan Institute of Electronics Packaging,Vol.3(2010)pp.1-6
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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