(57)【要約】      （修正有）【課題】長期間において高い信頼性と高い精度で動作し消費電力の低い原子発振器に用いることのできるアルカリ金属セルを提供する。【解決手段】基板１１０を貫通する第１の開口部と、第２の開口部とを形成する工程と、前記基板の一方の面に第１の透明基板１２１を接合する工程と、前記第２の開口部にアルカリ金属を含む化合物を設置する工程と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に対応する部分に、第１の金属により第１の接合金属層を形成する工程を有する。前記基板の他方の面と前記第２の透明基板１２２の一方の面とを第２の接合金属層により接合することにより連結部が形成される。前記アルカリ金属を含む化合物よりアルカリ金属を発生させて、前記第２の開口部より連結部を介し、前記第１の開口部に前記アルカリ金属を供給し、前記第１の開口部に前記アルカリ金属を供給した後、前記連結部を塞ぎ、前記基板と第２の透明基板とを接合する。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に前記基板を貫通する第１の開口部と、第２の開口部とを形成する工程と、
前記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を含む化合物を設置する工程と、
前記基板の他方の面、または前記基板の他方の面に接合される第２の透明基板の一方の面において、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に対応する部分に、第１の金属により第１の接合金属層を形成する工程と、
前記基板の他方の面、または前記第２の透明基板の一方の面において、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の周囲に対応する部分に、第２の金属により第２の接合金属層を形成する工程と、
前記基板の他方の面と前記第２の透明基板の一方の面とを第２の接合金属層により接合することにより、前記第１の接合金属層または前記第２の接合金属層が形成されていない部分により形成される連結部により前記第１の開口部と前記第２の開口部とが空間的に接続されている状態で、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の周囲を接合して密閉する第１の接合工程と、
前記アルカリ金属を含む化合物よりアルカリ金属を発生させて、前記第２の開口部より前記連結部を介し、前記第１の開口部に前記アルカリ金属を供給する工程と、
前記第１の開口部に前記アルカリ金属を供給した後、前記第１の接合金属層における前記第１の金属により前記連結部を塞ぎ、前記基板と前記第２の透明基板とを接合する第２の接合工程と、
を有し、
前記第２の金属は前記第１の金属よりも融点の低い材料により形成さ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２】
前記第１の接合金属層は、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の周囲に対応する部分に形成される第１の接合金属層周囲部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に対応する部分に形成される第１の接合金属層中央部とを有しており、
前記第１の接合金属層中央部において、前記第１の接合金属層が形成されていない第１の接合金属層開口部が形成されており、
前記第２の接合金属層は、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の周囲に対応する部分に形成される第２の接合金属層周囲部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に対応する部分に形成される第２の接合金属層中央部とを有しており、
前記第２の接合金属層中央部において、前記第２の接合金属層が形成されていない第２の接合金属層開口部が形成されており、
前記第１の接合工程において形成される前記連結部は、前記第１の接合金属層開口部及び前記第２の接合金属層開口部により形成されるものであることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項３】
前記第１の接合金属層は、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に対応する部分に形成される第１の接合金属層中央部を有しており、
前記第１の接合金属層中央部において、前記第１の接合金属層が形成されていない第１の接合金属層開口部が形成されており、
前記第２の接合金属層は、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の周囲に対応する部分に形成される第２の接合金属層周囲部を有しており、
前記第１の接合工程において形成される前記連結部は、前記第１の接合金属層開口部により形成されるものであることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項４】
前記第１の接合金属層は、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の周囲に対応する部分に形成される第１の接合金属層周囲部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に対応する部分に形成される第１の接合金属層中央部とを有しており、
前記第２の接合金属層は、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の周囲に対応する部分に形成される第２の接合金属層周囲部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に対応する部分に形成される第２の接合金属層中央部とを有しており、
前記第２の接合金属層中央部において、前記第２の接合金属層が形成されていない第２の接合金属層開口部が形成されており、
前記第１の接合工程において形成される前記連結部は、前記第２の接合金属層開口部により形成されるものであることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項５】
前記第１の接合金属層は、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の周囲に対応する部分に形成される第１の接合金属層周囲部と、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に対応する部分に形成される第１の接合金属層中央部とを有しており、
前記第１の接合金属層中央部において、前記第１の接合金属層が形成されていない第１の接合金属層開口部が形成されており、
前記第２の接合金属層は、前記第１の接合金属層の周囲に対応する部分に形成される第２の接合金属層周囲部を有しており、
前記第１の接合工程において形成される前記連結部は、前記第１の接合金属層開口部により形成されるものであることを特徴とする請求項１に記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項６】
前記第１の接合金属層及び前記第２の接合金属層は、前記基板または前記第２の透明基板の一方の面に形成されてい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の接合金属層及び前記第２の接合金属層のうちのいずれか一方は前記第２の透明基板の一方の面に形成されており、他方は基板の他方の面に形成されてい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８】
前記基板において、前記第１の接合金属層または前記第２の接合金属層により接合される部分には、金属材料により第１の下地層が形成されており、
前記第２の透明基板において、前記第１の接合金属層または前記第２の接合金属層により接合される部分には、金属材料により第２の下地層が形成されており、
前記第１の接合金属層及び前記第２の接合金属層は、前記第１の下地層または前記第２の下地層の上に形成されてい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９】
前記基板において、前記第１の接合金属層または前記第２の接合金属層により接合される部分には、金属材料により第１の下地層が形成されており、
前記第２の透明基板において、前記第１の接合金属層または前記第２の接合金属層により接合される部分には、金属材料により第２の下地層が形成されており、
前記第１の接合金属層及び前記第２の接合金属層のうちのいずれか一方は前記第２の下地層の上に形成されており、他方は前記第１の下地層の上に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項１０】
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光源、及び前記光源より前記アルカリ金属セルに照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光を検出する光検出器を設置する工程と、
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】
原子時計（原子発振器）は、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ことができる。近年、このような原子発振器において、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等のバッファガスと共に、微小なセルに閉じ込め、光学的な現象を利用する原子時計の開発が進められている。このような原子時計は、チップスケール原子時計（ＣＳＡＣ：Chip Scale Atomic Clock）と呼ばれており、代表的なものは、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）方式を用いたものである（非特許文献１、２）。
【０００３】
ＣＰＴ方式の原子時計は、図１に示すように、レーザ素子等の光源９１０と、アルカリ金属を封入したアルカリ金属セル９４０と、アルカリ金属セル９４０を透過したレーザ光を受光する光検出器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。この遷移における遷移エネルギーは不変であり、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、光検出器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によりレーザ素子等の光源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、レーザ光は、光源９１０より発せられ、コリメートレンズ９２０及びλ／４板９３０を介し、アルカリ金属セル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。レーザ素子となる光源９１０としては、多くの場合はコヒーレントで単一波長が得やすく高速変調が容易なＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）が用いられている。このＶＣＳＥＬの発振波長をＣｓにおけるＤ１ライン遷移の波長８９４．６ｎｍとほぼ同一にする。
【０００５】
このＶＣＳＥＬの駆動電流に｜１＞準位と｜２＞準位の差の半分の周波数（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。
【０００６】
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アルカリ金属セル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。このアルカリ金属セル９４０の作製における最終的な目標は、量産性が高く、アルカリ金属セル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。
【０００７】
非特許文献３に開示されている方法は、Ｓｉウェハにエッチングにより貫通穴をあけ、貫通穴のあけられたＳｉウェハの一方の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、バッファガスを導入した後に、Ｓｉウェハの他方の面と第２のガラスウェハとを陽極接合し、アルカリ金属セルを作製する方法である。
【０００８】
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、ＢａＮ3＋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アルカリ金属セルを作製する方法である。
【０００９】
非特許文献５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、貫通穴のあけられたＳｉウェハの一方の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、バッファガスを導入した後に、Ｓｉウェハの他方の面と第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発生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、アルカリ金属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、所定の温度に加熱することによりアルカリ金属蒸気を発生する。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。
【００１１】
【化１】
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他のアルカリ金属発生剤としては、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が挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、非特許文献３及び非特許文献４に開示されている方法では、次のような問題点を有している。具体的には、ＣｓやＲｂなどのアルカリ金属は、通常の陽極接合温度範囲で高い蒸気圧をもつ。例えば、４００℃でＣｓの蒸気圧は約２．１ｋＰａ、Ｒｂの蒸気圧は約１．６ｋＰａである。さらに、これらのアルカリ金属は、Ｈ２Ｏと爆発的に反応し、Ｏ２ガスに触れると発火しやすい。また、ある程度の温度以上ではガラス中への拡散反応が起こる。このため、非特許文献３、４に開示されている方法では、半積層体の凹状の穴にアルカリ金属を投入する場合はグローブボックス中や真空室中で取り扱う必要があり、量産性が低いという問題点を有している。
【００１３】
更に、非特許文献３及び非特許文献４に開示されている方法では、２回目の封止接合時に、すでに半積層体の凹状の穴にアルカリ金属が投入されているので、通常の接合条件より穏やかな条件で行われる。即ち、通常は３００℃〜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である。一方、Ｓｉウェハとホウケイ酸ガラスウェハの陽極接合時に、Ｏ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏなどが発生することがよく知られている。低温で接合するほど長期にわたり接合面からこれらのガス種をアルカリ金属セル内に放出し続ける。ＣｓやＲｂなどのアルカリ金属は、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し固体の酸化物を生成させ、これがアルカリ金属セルの窓に付着し、アルカリ金属セルの信頼性を低下させてしまう。
【００１４】
また、非特許文献５に開示されている方法では、２回目の封止陽極接合の前に、半積層体の凹状の穴にアルカリ金属発生剤を投入し、封止接合後にアルカリ金属発生剤をレーザ加熱しアルカリ金属を発生させる。このアルカリ金属発生剤は大気中で安定であり、不活性ガス中では５００℃程度でも反応が開始しない。このように、アルカリ金属のアルカリ金属セル内への投入は安定なプロセスで行えるので量産性が高い方法である。さらには、２回目の陽極接合は２６０℃〜４５０℃と従来より高い温度条件で行うことが可能になる。これにより、低温での接合せざるをえない非特許文献３、４の場合より、Ｏ２、Ｈ２、Ｈ２Ｏなどのガス放出が少なくなり、周波数安定度の劣化を抑制することができる。
【００１５】
しかしながら、この作製方法には、以下のような問題点がある。具体的には、アルカリ金属発生後の残渣がバッファガスを吸収することがあり、特に、Ｎ２ガスがバッファガスの場合は吸収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が計測光を遮り周波数計測精度を低下させることが懸念される。原子時計のアルカリ金属セルは４０〜１８０℃内の特定の温度にヒータで加温して使用されるが、十分な周波数計測精度を得るには非常に高い精度で一定温度に保つ必要がある。アルカリ金属セルにＣＰＴ共鳴を検出するアルカリ金属セルにアルカリ金属発生剤を投入した部分を残す構成にすると、アルカリ金属セルの熱容量が大きくなりアルカリ金属セルの温度制御特性が低下する。また、アルカリ金属セルの熱容量が大きくなると消費する電力も大きくなる。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みなされたものであり、長期間において高い信頼性と高い精度で動作し消費電力の低い原子発振器に用いることのできるアルカリ金属セル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】
【００１７】
本実施の形態の一観点によれば、基板に前記基板を貫通する第１の開口部と、第２の開口部とを形成する工程と、前記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を含む化合物を設置する工程と、前記基板の他方の面、または前記基板の他方の面に接合される第２の透明基板の一方の面において、前記第１の開口部と前記第２の開口部との間に対応する部分に、第１の金属により第１の接合金属層を形成する工程と、前記基板の他方の面、または前記第２の透明基板の一方の面において、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の周囲に対応する部分に、第２の金属により第２の接合金属層を形成する工程と、前記基板の他方の面と前記第２の透明基板の一方の面とを第２の接合金属層により接合することにより、前記第１の接合金属層または前記第２の接合金属層が形成されていない部分により形成される連結部により前記第１の開口部と前記第２の開口部とが空間的に接続されている状態で、前記第１の開口部及び前記第２の開口部の周囲を接合して密閉する第１の接合工程と、前記アルカリ金属を含む化合物よりアルカリ金属を発生させて、前記第２の開口部より前記連結部を介し、前記第１の開口部に前記アルカリ金属を供給する工程と、前記第１の開口部に前記アルカリ金属を供給した後、前記第１の接合金属層における前記第１の金属により前記連結部を塞ぎ、前記基板と前記第２の透明基板とを接合する第２の接合工程と、を有し、前記第２の金属は前記第１の金属よりも融点の低い材料により形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、長期間において高い信頼性と高い精度で動作し消費電力の低い原子発振器に用いることのできるアルカリ金属セルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】原子発振器の説明図
【図２】ＣＰＴ方式を説明する原子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変形例１の説明図
【図１３】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの変形例１の製造方法の説明図（１）
【図１４】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの変形例１の製造方法の説明図（２）
【図１５】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの変形例１の製造方法の説明図（３）
【図１６】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの変形例２の説明図
【図１７】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの変形例２の製造方法の説明図（１）
【図１８】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの変形例２の製造方法の説明図（２）
【図１９】第１の実施の形態におけるアルカリ金属セルの変形例２の製造方法の説明図（３）
【図２０】第２の実施の形態におけるアルカリ金属セルの説明図（１）
【図２１】第２の実施の形態におけるアルカリ金属セルの説明図（２）
【図２２】第３の実施の形態におけるアルカリ金属セルの説明図（１）
【図２３】第３の実施の形態におけるアルカリ金属セルの説明図（２）
【図２４】第４の実施の形態におけるアルカリ金属セルの説明図（１）
【図２５】第４の実施の形態におけるアルカリ金属セルの説明図（２）
【図２６】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（１）
【図２７】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（２）
【図２８】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（３）
【図２９】第５の実施の形態における原子発振器の説明図
【図３０】第５の実施の形態における原子発振器の構造図
【図３１】ＣＰＴ方式を説明する原子エネルギー準位の説明図
【図３２】面発光レーザ変調時における出力波長の説明図
【図３３】変調周波数と透過光量との相関図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
〔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、図３〜図１２に基づき説明する。本実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法は、原子発振器に用いられるアルカリ金属セルの製造方法である。具体的には、ガラス基板により形成される第１の透明基板と、Ｓｉ基板により形成される本体基板と、ガラス基板により形成される第２の透明基板とを用いたアルカリ金属セルの製造方法である。尚、第１の透明基板及び第２の透明基板は透明であり、厚さが０．０５ｍｍ〜３ｍｍであって、ホウケイ酸ガラス等のガラスウェハにより形成されている。
【００２２】
本実施の形態においては、本体基板と第２の透明基板との接合には、第１の接合金属層及び第２の接合金属層が用いられる。よって、本実施の形態における説明では、第１の接合金属層としてＡｕ−２９ａｔ％Ｓｎ層、第２の接合金属層としてＩｎ層を用い、第２の接合金属層は、第１の接合金属層における一部領域の上に積層して形成されていている場合について説明する。尚、Ａｕ−２９ａｔ％Ｓｎの融点は２８０℃であり、Ｉｎの融点は１５６．６℃である。本実施の形態においては、第１の接合金属層を形成している第１の金属の融点は、第２の接合金属層を形成している第２の金属の融点よりも高い。
【００２３】
最初に、図３に示すように、本体基板１１０となる両面が鏡面研磨されている厚さ０．２〜５．０ｍｍのＳｉ（シリコン）基板に、Ｓｉ基板を貫通する第１の開口部１１１と第２の開口部１１２を形成する。尚、本実施の形態においては、本体基板１１０は、厚さＬ１が２ｍｍのＳｉ基板が用いられており、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２の大きさは、一辺の長さＳ１が３．２ｍｍの略正方形、即ち、３．２ｍｍ×３．２ｍｍの矩形で形成されている。第１の開口部１１１と第２の開口部１１２との間隔Ｓ２は１．０ｍｍとなるように形成されておいるため、第１の開口部１１１の中心と第２の開口部１１２の中心との距離Ｓ３は４．２ｍｍである。
【００２４】
本体基板１１０の形成方法は、最初に、本体基板１１０となるＳｉ基板の一方の面に、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。これにより、第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２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、ボッシュプロセスによるドライエッチングにより、レジストパターンが形成されていない領域のシリコンを除去し、Ｓｉ基板を貫通することにより、第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２を形成する。これにより第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２を有する本体基板１１０が形成される。尚、ボッシュプロセスとは、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）プラズマ中でＳＦ６、Ｃ４Ｆ８ガスを交互に供給してエッチングを行う方法であり、高速でシリコンの深堀エッチングをすることができる。
【００２５】
上記においては、本体基板１１０における第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２を形成する際に、ドライエッチングを用いたが、ウェットエッチングやサンドブラスト、イオンミリング等による方法によっても形成することが可能である。また、上記においては、第２の開口部１１２はＳｉ基板を貫通する場合について説明したが、第２の開口部１１２は必ずしもＳｉ基板を貫通している必要はなく、Ｓｉ基板の一部が残るようなエッチングを行なうことにより凹状の穴を形成したものであってもよい。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り、図３（ｃ）は、図３（ａ）における一点鎖線３Ｃ−３Ｄにおいて切断した断面図である。
【００２６】
次に、図４に示すように、本体基板１１０における一方の面１１０ａに、第１の透明基板１２１を陽極接合法により接合する工程を行う。具体的には、不図示の陽極接合装置のチャンバー内に、本体基板１１０及び第１の透明基板１２１を設置し、４５０℃の温度に加熱して、本体基板１１０における一方の面１１０ａと第１の透明基板１２１とを接触させる。この後、第１の透明基板１２１側に、−１０００Ｖの電圧を印加することにより、本体基板１１０における一方の面１１０ａに第１の透明基板１２１を接合する。本実施の形態においては、このように、本体基板１１０における一方の面１１０ａに第１の透明基板１２１が接合された積層基板をプレフォーム基板と記載する場合がある。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り、図４（ｃ）は、図４（ａ）における一点鎖線４Ｃ−４Ｄにおいて切断した断面図である。
【００２７】
次に、図５に示すように、本体基板１１０の他方の面１１０ｂに、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜を順次積層して成膜することにより形成されるＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉからなる金属多層膜により、第１の下地層１３１を形成する。この第１の下地層１３１は、本体基板１１０の他方の面１１０ｂの上に平面形状に形成されている。第１の下地層１３１は、第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２の周囲を切れ目なく取り囲む下地層周囲部１３１ａと、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２の間に切れ目なく形成されている下地層中央部１３１ｂとを有している。尚、下地層中央部１３１ｂは、下地層周囲部１３１ａに接続されている。即ち、第１の開口部１１１の周囲には、下地層周囲部１３１ａと下地層中央部１３１ｂにより、切れ目なく第１の下地層１３１が形成されている。同様に、第２の開口部１１２の周囲には、下地層周囲部１３１ａと下地層中央部１３１ｂにより、切れ目なく第１の下地層１３１が形成されている。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。
【００２８】
第１の下地層１３１の形成方法は、最初に、本体基板１１０の他方の面１１０ｂにフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像により第１の下地層１３１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、レジストパターンが形成されている本体基板１１０の他方の面１１０ｂに、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉからなる金属多層膜を真空蒸着、スパッタリング、メッキ等の方法により成膜した後、有機溶剤等に浸漬させる。これにより、レジストパターンの上に形成された金属多層膜はレジストパターンとともに除去され、残存しているＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉからなる金属多層膜により第１の下地層１３１が形成される。
【００２９】
本実施の形態においては、金属多層膜は、Ｔｉ膜の膜厚が９ｎｍ、Ｐｔ膜の膜厚が２０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚が２００ｎｍとなるように積層して形成されている。また、形成される第１の下地層１３１は、下地層周囲部１３１ａにおける幅Ｗ１が４００μｍ、下地層中央部１３１ｂにおける幅Ｗ２が５００μｍとなるように形成されている。
【００３０】
次に、図６に示すように、第２の透明基板１２２の一方の面上に、第２の下地層１３２、第１の接合金属層１５１、第２の接合金属層１５２を形成する。尚、図６（ａ）は、この工程における上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）における一点鎖線６Ａ−６Ｂにおいて切断した断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）における一点鎖線６Ｃ−６Ｄにおいて切断した断面図である。
【００３１】
最初に、第２の透明基板１２２の一方の面において、本体基板１１０の第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２の周囲に形成されている第１の下地層１３１に対応する第２の下地層１３２を形成する。これにより、第２の透明基板１２２の一方の面に形成される第２の下地層１３２は、本体基板１１０の他方の面１１０ｂに第２の透明基板１２２を接合した際に、第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２の周囲となる部分に形成される。尚、本実施の形態においては、第２の下地層１３２は、第１の下地層１３１と略同じ形状で形成されており、第２の下地層１３２の構造、膜厚、形成方法は、第１の下地層１３１と同様である。また、第２の下地層１３２は、第１の下地層１３１における下地層周囲部１３１ａに対応する下地層周囲部１３２ａと、下地層中央部１３１ｂに対応する下地層中央部１３２ｂとを有している。
【００３２】
この後、第２の透明基板１２２の一方の面に形成された第２の下地層１３２の上に、Ａｕ−２９ａｔ％Ｓｎからなる第１の接合金属層１５１を形成する。第１の接合金属層１５１は、第２の下地層１３２の上に平面形状となるように形成される。第１の接合金属層１５１は、第１の接合金属層周囲部１５１ａと、第１の接合金属層周囲部１５１ａと接続される第１の接合金属層中央部１５１ｂとを有している。第１の接合金属層周囲部１５１ａは、本体基板１１０の第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２に対応する部分の周囲を取り囲むように切れ目なく形成される。第１の接合金属層中央部１５１ｂは、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２との間に対応する部分に形成される。第１の接合金属層１５１は、第１の接合金属層中央部１５１ｂの中程において、第１の接合金属層１５１が途切れており、このように第１の接合金属層１５１が形成されていない領域が、第１の接合金属層開口部１５１ｃとなる。形成される第１の接合金属層周囲部１５１ａの幅Ｗ３は３００μｍであり、第１の接合金属層中央部１５１ｂの幅Ｗ４は４５０μｍであり、第１の接合金属層開口部１５１ｃの幅Ｗ５は２００μｍである。
【００３３】
次に、第１の接合金属層１５１をＡｕ−２９ａｔ％Ｓｎにより形成する方法について、詳細に説明する。最初に、第２の下地層１３２が形成されている第２の透明基板１２２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の接合金属層１５１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、Ａｕ−２９ａｔ％Ｓｎ膜を真空蒸着、スパッタリング、メッキ等の方法により成膜し、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Ａｕ−２９ａｔ％Ｓｎ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Ａｕ−２９ａｔ％Ｓｎ膜により第１の接合金属層１５１が形成される。尚、第１の接合金属層１５１は、予めパタニングされた第１の接合金属層１５１となる金属シートを第２の透明基板１２２の一方の面の第２の下地層１３２の上の所定の位置に、熱圧着等により圧着することにより形成してもよい。本実施の形態において形成される第１の接合金属層１５１の膜厚は、５μｍである。
【００３４】
この後、第２の透明基板１２２の一方の面に形成された第１の接合金属層１５１の上に、Ｉｎからなる第２の接合金属層１５２を形成する。第２の接合金属層１５２は、第１の接合金属層１５１の上に平面形状となるように形成される。第２の接合金属層１５２は、第２の接合金属層周囲部１５２ａと、第２の接合金属層周囲部１５２ａと接続される第２の接合金属層中央部１５２ｂとを有している。第２の接合金属層周囲部１５２ａは、本体基板１１０の第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２に対応する部分の周囲を取り囲むように切れ目なく形成される。第２の接合金属層中央部１５２ｂは、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２との間に対応する部分に形成される。第２の接合金属層１５２は、第２の接合金属層中央部１５２ｂの中程において、第２の接合金属層１５２が途切れており、このように第２の接合金属層１５２が形成されていない領域が、第２の接合金属層開口部１５２ｃとなる。形成される第２の接合金属層周囲部１５２ａの幅Ｗ６は１５０μｍであり、第１の接合金属層中央部１５１ｂの幅Ｗ７は１５０μｍであり、第２の接合金属層開口部１５２ｃの幅Ｗ８は５００μｍである。
【００３５】
次に、第２の接合金属層１５２をＩｎにより形成する方法について、詳細に説明する。最初に、第１の接合金属層１５１が形成されている第２の透明基板１２２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２の接合金属層１５２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、Ｉｎ膜を真空蒸着、スパッタリング、メッキ等の方法により成膜し、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Ｉｎ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Ｉｎ膜により第２の接合金属層１５２が形成される。尚、第２の接合金属層１５２は、予めパタニングされた第２の接合金属層１５２となる金属シートを第２の透明基板１２２の一方の面の第１の接合金属層１５１の上の所定の位置に、熱圧着等により圧着することにより形成してもよい。本実施の形態において形成される第２の接合金属層１５２の膜厚は２μｍである。
【００３６】
次に、図７に示すように、本体基板１１０における一方の面１１０ａに第１の透明基板１２１が接合されているプレフォーム基板において、本体基板１１０の第２の開口部１１２にアルカリ金属発生剤（アルカリ金属を含む化合物）１４０を設置する。本実施の形態においては、アルカリ金属発生剤１４０をアルカリ金属を含む化合物と記載する場合がある。尚、図７（ａ）は、この工程における上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）における一点鎖線７Ａ−７Ｂにおいて切断した断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ａ）における一点鎖線７Ｃ−７Ｄにおいて切断した断面図である。
【００３７】
この後、本体基板１１０の第２の開口部１１２にアルカリ金属発生剤１４０と第２の透明基板１２２とを接合装置の減圧チャンバー内に配置し、高真空に真空引きした後、減圧チャンバー内にバッファガスを導入する。バッファガスは、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎ２のうち１又は２以上からなるガスであり、これにより、減圧チャンバー内部の圧力を０．０１ｋＰａ〜１０００ｋＰａとする。尚、減圧チャンバー内においては、本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とが対抗している状態で、位置あわせがなされる。即ち、本体基板１１０の他方の面１１０ｂに形成された第１の下地層１３１、第１の接合金属層１５１及び第２の接合金属層１５２と、第２の透明基板１２２の一方の面に形成された第２の下地層１３２とが向かい合う状態で位置あわせがなされる。
【００３８】
次に、図８に示すように、本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とをバッファガス雰囲気中で接合する第１の接合工程を行う。具体的には、減圧チャンバー内に設置された本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを接触させ加圧し、本体基板１１０と第２の透明基板１２２を１６０℃の温度まで加熱し、第２の接合金属層１５２を形成しているＩｎを溶融させる。この後、冷却することによりＩｎは凝固し、第２の接合金属層１５２により、本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とが接合される。尚、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り、図８（ｃ）は、図８（ａ）における一点鎖線８Ｃ−８Ｄにおいて切断した断面図である。
【００３９】
これにより、第１の透明基板１２１、本体基板１１０、第２の透明基板１２２が積層された積層体が形成され、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２とを含む第２の接合金属層１５２で囲まれた空間は外部から隔絶される。この状態においては、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２とは、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２との間において、第１の接合金属層１５１が形成されていない第１の接合金属層開口部１５１ｃにより、空間的に連結、即ち、空間的に接続されている。本実施の形態においては、第１の接合金属層開口部１５１ｃ等により空間的に連結されている空間を連結部１６１と記載する場合がある。
【００４０】
次に、図９に示すように、第２の開口部１１２に投入されているアルカリ金属発生剤１４０に、第２の透明基板１２２を介してレーザ光を照射し、アルカリ金属発生剤１４０を加熱してアルカリ金属ガス１４１を発生させるアルカリ金属発生工程を行う。このように発生したアルカリ金属ガス１４１は、第２の開口部１１２より連結部１６１を介し第１の開口部１１１に入り、第１の開口部１１１内をアルカリ金属ガスにより充填する。尚、図９（ａ）は、この工程における上面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）における一点鎖線９Ａ−９Ｂにおいて切断した断面図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）における一点鎖線９Ｃ−９Ｄにおいて切断した断面図である。
【００４１】
具体的には、最初に、第１の透明基板１２１、本体基板１１０、第２の透明基板１２２が積層された積層体をレーザ加熱装置に設置する。レーザ加熱装置は、８０８ｎｍ帯のレーザ光１６２を出射するレーザ光源と、レーザ光源より出射されたレーザ光１６２を集光する機能をもつ光学系１６３とを有している。この後、レーザ光源より出射され光学系１６３により集光されたレーザ光１６２を第２の透明基板１２２を介して、アルカリ金属発生剤１４０に照射する。これにより、アルカリ金属発生剤１４０を加熱し、アルカリ金属発生剤１４０よりアルカリ金属ガスを発生させる。
【００４２】
これにより、アルカリ金属発生剤１４０が設置されている第２の開口部１１２内より、連結部１６１を介して、アルカリ金属ガス１４１を拡散させて、第１の開口部１１１内にアルカリ金属ガス１４１を充填させる。尚、本実施の形態においては、レーザ光の光源としては、１〜２００Ｗ程度の出力を有する６３０ｎｍ帯、８０８ｎｍ帯、９４０ｎｍ帯、９８０ｎｍ帯、１５５０ｎｍ帯の半導体レーザを用いることができる。また、１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ、１４５５ｎｍ帯ラマンファイバーレーザ、１０μｍ帯ＣＯ２レーザ等を用いてもよい。更に、レーザ光源のほかにハロゲンランプ、ＬＥＤ光源等も用いることが可能である。アルカリ金属ガスが発生する温度は、アルカリ金属発生剤１４０となるものにおいて、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Ｚｒ、Ａｌであり酸化剤がモリブデン酸塩の場合は９００℃程度である。
【００４３】
この後、第１の透明基板１２１、本体基板１１０、第２の透明基板１２２が積層された積層体に、凹凸のある加熱冷却板を接触させ、第２の開口部１１２内における温度が第１の開口部１１１内における温度よりも高くなるようにする。これにより、第２の開口部１１２内において、気体と液体の混在状態にあるアルカリ金属の大部分を、連結部１６１を介して、第１の開口部１１１内に移動させる。
【００４４】
次に、図１０に示すように、第１の透明基板１２１、本体基板１１０、第２の透明基板１２２が積層された積層体を接合装置に設置し、加圧しながら２９０℃の温度に加熱し、連結部１６１を遮断する第２の接合工程を行う。この第２の接合工程においては、第１の接合金属層１５１を形成している第１の金属が溶融するため、第１の接合金属層中央部１５１ｂを形成している第１の金属も溶融し、第２の下地層１３２等に沿って、第１の金属が流動する。この結果、第１の接合金属層開口部１５１ｃが消失し、第１の金属により連結部１６１が遮断され、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２とが空間的に分離される。即ち、第１の接合金属層１５１を形成している第１の金属により連結部１６１が塞がれ、第１の開口部１１１が密閉される。尚、図１０（ａ）は、この工程における上面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における一点鎖線１０Ａ−１０Ｂにおいて切断した断面図であり、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）における一点鎖線１０Ｃ−１０Ｄにおいて切断した断面図である。
【００４５】
次に、図１１に示すように、二点鎖線に沿って、ダイシングにより分離することにより、第１の開口部１１１が密閉されている領域を他の領域から分離する。これにより、第１の開口部１１１にアルカリ金属とバッファガスが封入されている光路長Ｌ１が２ｍｍとなるアルカリ金属セルを作製することができる。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り、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）における一点鎖線１１Ｃ−１１Ｄにおいて切断した断面図である。
【００４６】
第２の接合条件は第１の接合条件と比較し、より高い圧力とより高い温度のうちのいずれか、又は両方の条件をとる。また、第１の接合工程終了時における本体基体１１０と第２の透明基板１２２との距離（図８に示されるＤ１）よりも、第２の接合工程終了時における本体基体１１０と第２の透明基板１２２との距離（図１０に示されるＤ２）が狭くなるようにする。このような距離の関係にすることにより、連結部１６１の遮断を安定して行うことが可能となる。
【００４７】
第１の金属及び第２の金属は上記の組み合わせに限定されるものではなく、以下の金属材料を用いることができる。尚、本実施の形態においては、第１の金属は、第２の金属よりも融点の高い材料が用いられる。第１の金属及び第２の金属としては、例えば、
Ｉｎ（ｍｐ．約１５６．６℃）、
Ｉｎ―Ｓｎ（４８ａｔｍ％Ｓｎでｍｐ．約１２０℃）、
Ｉｎ―Ｇａ（０〜１４ａｔｍ％Ｇａでｍｐ．１５６℃〜１５．３℃と変化する）、
Ａｇ―Ｉｎ（９６ａｔｍ％Ｉｎでｍｐ．約１４４℃）、
Ａｕ―Ｉｎ（Ｉｎのｍｐ．約１５６℃）、
Ａｇ―Ｓｎ（９６ａｔｍ％Ｓｎでｍｐ．約２２１℃）、
Ａｕ―Ｓｎ（２９ａｔｍ％Ｓｎでｍｐ．約２８０℃）、
Ｃｕ―Ｓｎ（９９ａｔｍ％Ｓｎでｍｐ．約２２７℃）、
Ａｕ―Ｓｉ（１９ａｔｍ％Ｓｉでｍｐ．約３６３℃）
等を用いることができる。
【００４８】
また、本実施の形態における説明では、本体基板１１０がＳｉにより形成されている場合について説明したが、本体基板１１０を形成している材料は、Ｓｉに限定されるものではない。例えば、本体基板１１０は、ガラス、セラミックス、金属等により形成されていてもよく、また、複数の層を積層したものにより形成されていてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態における説明では、第１の透明基板１２１及び第２の透明基板１２２がホウケイ酸ガラスである場合について説明したが、第１の透明基板１２１及び第２の透明基板１２２を形成している材料は、ホウケイ酸ガラスに限定されるものではない。例えば、第１の透明基板１２１及び第２の透明基板１２２は、光を透過する透明な材料であれば、他のガラス、セラミックス等であってもよい。
【００５０】
また、本実施の形態における説明では、本体基板１１０の一方の面と第１の透明基板１２１とは、陽極接合により接合される場合について説明したが、本体基板１１０の一方の面と第１の透明基板１２１との接合方法は、陽極接合に限定されるものではない。例えば、本体基板１１０の一方の面と第１の透明基板１２１との接合は、インサート金属を用いた液相拡散接合や固相拡散接合の他、直接接合、ガラスフリット接合、はんだ接合、ガラス基板同士の溶融接合等であってもよい。
【００５１】
また、第１の下地層１３１及び第２の下地層１３２は、３層（下層/中間層/上層）の積層膜により形成する場合には、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ膜、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａｕ膜等であってもよい。また、第１の下地層１３１及び第２の下地層１３２は、２層（下層／上層）の積層膜により形成する場合には、Ｔｉ／Ａｕ膜、Ｃｒ／Ａｕ膜等であってもよい。
【００５２】
尚、本実施の形態は、第１の接合金属層１５１及び第２の接合金属層１５２を形成している第１の金属及び第２の金属が、第１の下地層１３１及び第２の下地層１３２と溶着するだけでない。本実施の形態は、第１の金属及び第２の金属と、第１の下地層１３１及び第２の下地層１３２を形成している材料と、本体基板１１０を形成している材料との間で共晶反応がおこり、封止をより強固にすることができる場合もある。
【００５３】
また、本実施の形態における説明では、アルカリ金属発生剤１４０を加熱する方法として、光加熱を用いているが、これに限定されるものではなく、マイクロ波加熱や単なる熱処理等であってもよい。更に、本実施の形態においては、アルカリ金属セル内に、バッファガスを封入する場合について説明した。しかしながら、アルカリ金属セルの内壁をコーティングする等の方法により、アルカリ金属ガスがセル内壁に衝突し量子共鳴状態の寿命が短くなるのを防ぐ対策をすれば、必ずしもバッファガスを封入する必要はない。よって、本実施の形態におけるアルカリ金属セルは、バッファガスが封入されていないものであってもよい。
【００５４】
本実施の形態は、最初に、溶融温度の異なる２種類の金属材料を用いて、第１の接合金属層１５１及び第２の接合金属層１５２を各々形成する。この後、アルカリ金属発生拡散工程の前後において、異なる加熱加圧条件により２段階の接合工程、即ち、第１の接合工程と第２の接合工程とを実施する。第１の接合工程では、第１の接合金属層１５１の少なくとも一部が直接、又は第２の接合金属層１５２を介して接触するように接合するため、連結部１６１における空隙寸法をさらに狭くすることができる。よって、連結部１６１における第２の金属の流動が容易になり、連結部１６１における遮断を確実に行うことができる。
【００５５】
また、本実施の形態においては、アルカリ金属発生剤１４０における反応残渣をアルカリ金属セルから切り離すことができるため、アルカリ金属発生剤１４０の残渣とバッファガスとの反応、アルカリ金属セルの内部における残渣粉体の拡散がなくなる。よって、経時変化しにくい高品質のアルカリ金属セルを得ることができる。
【００５６】
また、本実施の形態においては、長期的に好ましくないガスを放出する低い接合温度の陽極接合を用いることなく、アルカリ金属セルを作製することができるため、アルカリ金属セルの品質を低下させる接合界面から脱ガスがなくなる。これにより、経時劣化しにくい高品質のアルカリ金属セルを得ることができる。
【００５７】
また、本実施の形態においては、第１の接合工程と第２の接合工程は、ともに低温で行うことができる。この結果、アルカリ金属セル内において品質の経時劣化を引き起こすアルカリ金属とアルカリ金属セルの内壁との反応を抑制できる。また、本実施の形態においては、アルカリ金属セルの内壁にアルカリ金属のコヒーレント状態を長く維持できる有機珪素化合物の自己組織化単一層（ＳＡＭ：Self-Assembled Monolayer）やワックス等のコーティング膜を形成することができる。従って、より信頼性が高く高性能なアルカリ金属セル及び原子発振器を得ることができる。
【００５８】
また、本実施の形態においては、第１の開口部１１１における封止状態を保ったまま、第２の開口部１１２を切断して分離することができるため、小さいサイズのアルカリ金属セルを得ることができる。よって、アルカリ金属セルの熱容量が小さくなり、温度制御の精度を向上させることができ、また、原子発振器等におけるモジュール全体の消費電力を低くすることができる。
【００５９】
また、本実施の形態においては、第１の下地層１３１及び第２の下地層１３２を形成しているため、第１の接合金属層１５１、又は場合によっては第２の接合金属層１５２により、本体基板１１０と第２の透明基板１２２とを強固に接合することができる。また、第２の接合工程において、連結部１６１を遮断する際に、第１の接合金属層１５１の溶融・流動による封止が容易になる。
【００６０】
以上より、量産性が高く、長期にわたり高い信頼性と高い精度で動作し消費電力が小さい原子発振器を提供することができる。
【００６１】
（変形例１）
次に、本実施の形態における変形例１について説明する。本変形例においては、図１２に示すように、第２の透明基板１２２の一方の面に、第２の下地層１３２が形成されており、第２の下地層１３２の上に、第１の接合金属層１５１及び第２の接合金属層１５２が形成されている。第２の下地層１３２は、図６に示す場合と同様に、第１の下地層１３１における下地層周囲部１３１ａに対応する下地層周囲部１３２ａと、下地層中央部１３１ｂに対応する下地層中央部１３２ｂとを有している。尚、図１２（ａ）は、本変形例における第２の透明基板１２２の上面図である。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り、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）における一点鎖線１２Ｃ−１０Ｄにおいて切断した断面図である。
【００６２】
本変形例においては、第１の接合金属層１５１及び第２の接合金属層１５２は、第２の下地層１３２の上に形成されている。即ち、第１の接合金属層１５１は、第２の下地層１３２における下地層中央部１３２ｂの上において、第１の接合金属層中央部１５１ｂとなる部分のみが形成されている。第１の接合金属層１５１は、第１の接合金属層中央部１５１ｂの中程において第１の接合金属層１５１が途切れており、このように第１の接合金属層１５１が形成されていない領域が、第１の接合金属層開口部１５１ｃとなる。尚、第１の接合金属層開口部１５１ｃにおいては、第１の接合金属層１５１は形成されてはいない。また、第２の接合金属層１５２は、第２の下地層１３２における下地層周囲部１３２ａの上において、第２の接合金属層周囲部１５２ａとなる部分にのみ形成されている。尚、第１の接合金属層１５１は第１の金属により形成されており、第２の接合金属層１５２は第２の金属により形成されている。本変形例においては、第１の接合金属層１５１は、膜厚が７μｍのＡｕ−２９ａｔｍ％Ｓｎ層により形成されており、第２の接合金属層１５２は、膜厚が１５μｍのＩｎ層により形成されている。また、第１の接合金属層開口部１５１ｃにおける幅Ｗ５は、２００μｍである。
【００６３】
本変形例においては、上述した第１の透明基板１２１が接合されたプレフォーム基板に、図１２に示される本変形例における第２の透明基板１２２の一方の面を接合する。具体的には、図１３に示すように、プレフォーム基板における本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを対抗させて位置あわせを行う。
【００６４】
次に、図１４に示すように、本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを第２の接合金属層１５２により接合する第１の接合工程を行う。具体的には、減圧チャンバー内に設置された本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを接触させ加圧し、本体基板１１０と第２の透明基板１２２を１６０℃の温度まで加熱し、第２の接合金属層１５２を形成しているＩｎを溶融させる。この後、冷却することによりＩｎは凝固し、第２の接合金属層１５２により、本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とが接合される。この工程により、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２との間は、第１の接合金属層開口部１５１ｃにより形成される連結部１６１により空間的に接続されている状態で、第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２の周囲が密閉される。
【００６５】
次に、上述した場合と同様に、アルカリ金属発生剤１４０を加熱することによりアルカリ金属ガスを発生させ、第２の開口部１１２より、アルカリ金属ガスを連結部１６１を介し、第１の開口部１１１に拡散させた後、図１５に示すように第２の接合工程を行う。具体的には、第１の透明基板１２１、本体基板１１０、第２の透明基板１２２が積層された積層体を接合装置に設置し、加圧しながら２９０℃の温度に加熱し、連結部１６１を遮断する。この工程においては、第１の接合金属層１５１を形成している第１の金属が溶融するため、第２の下地層１３２等に沿って、第１の金属が流動する。この結果、第１の接合金属層開口部１５１ｃが消失し、第１の接合金属層１５１を形成している第１の金属により連結部１６１が遮断され、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２とが空間的に分離される。
【００６６】
この後、ダイシングにより第１の開口部１１１が形成されている領域を分離することにより、本実施の形態におけるアルカリ金属セルを形成することができる。
【００６７】
（変形例２）
次に、本実施の形態における変形例２について説明する。本変形例においては、図１６に示すように、第２の透明基板１２２の一方の面に、第２の下地層１３２が形成されており、第２の下地層１３２の上に第１の接合金属層１５１が形成されており、第１の接合金属層１５１の上に第２の接合金属層１５２が形成されている。第２の下地層１３２は、図６に示す場合と同様に、第１の下地層１３１における下地層周囲部１３１ａに対応する下地層周囲部１３２ａと、下地層中央部１３１ｂに対応する下地層中央部１３２ｂとを有している。尚、図１６（ａ）は、本変形例における第２の透明基板１２２の上面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）における一点鎖線１６Ａ−１６Ｂにおいて切断した断面図であり、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）における一点鎖線１６Ｃ−１６Ｄにおいて切断した断面図である。
【００６８】
本変形例においては、第１の接合金属層１５１は、第２の下地層１３２の上に形成されている。第１の接合金属層１５１は、第２の下地層１３２における下地層周囲部１３２ａの上に形成される第１の接合金属層周囲部１５１ａと、下地層中央部１３２ｂの上に形成される第１の接合金属層中央部１５１ｂとを有している。本変形例においては、第１の接合金属層中央部１５１ｂには、第１の接合金属層開口部１５１ｃは形成されておらず、第１の接合金属層中央部１５１ｂは繋がって形成されている。また、第２の接合金属層１５２は、第１の接合金属層１５１における第１の接合金属層周囲部１５１ａの上に形成される第２の接合金属層周囲部１５２ａと、第１の接合金属層中央部１５１ｂの上に形成される第２の接合金属層中央部１５２ｂとを有している。尚、第２の接合金属層１５２は、第２の接合金属層中央部１５２ｂの中程において、第２の接合金属層１５２が途切れており、このように第２の接合金属層１５２が形成されていない領域が、第２の接合金属層開口部１５２ｃとなる。また、第１の接合金属層１５１は第１の金属により形成されており、第２の接合金属層１５２は第２の金属により形成されている。本変形例においては、第１の接合金属層１５１は、膜厚が７μｍのＡｕ−２９ａｔｍ％Ｓｎ層により形成されており、第２の接合金属層１５２は、膜厚が１５μｍのＩｎ層により形成されている。また、第２の接合金属層開口部１５２ｃにおける幅Ｗ８は５００μｍである。
【００６９】
本変形例においては、上述した第１の透明基板１２１が接合されたプレフォーム基板に、図１６に示される本変形例における第２の透明基板１２２の一方の面を接合する。具体的には、図１７に示すように、プレフォーム基板における本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを対抗させて位置あわせを行う。
【００７０】
次に、図１８に示すように、本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを第２の接合金属層１５２により接合する第１の接合工程を行う。具体的には、減圧チャンバー内に設置された本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを接触させ加圧し、本体基板１１０と第２の透明基板１２２を１６０℃の温度まで加熱し、第２の接合金属層１５２を形成しているＩｎを溶融させる。この後、冷却することによりＩｎは凝固し、第２の接合金属層１５２により、本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とが接合される。この工程により、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２との間は、第２の接合金属層開口部１５２ｃにより形成される連結部１６１により空間的に接続されている状態で、第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２の周囲が密閉される。
【００７１】
次に、上述した場合と同様に、アルカリ金属発生剤１４０を加熱することによりアルカリ金属ガスを発生させ、第２の開口部１１２より、アルカリ金属ガスを連結部１６１を介し、第１の開口部１１１に拡散させた後、図１９に示すように第２の接合工程を行う。具体的には、第１の透明基板１２１、本体基板１１０、第２の透明基板１２２が積層された積層体を接合装置に設置し、加圧しながら２９０℃の温度に加熱し、連結部１６１を遮断する。この工程においては、第１の接合金属層１５１を形成している第１の金属が溶融するため、第２の下地層１３２等に沿って、第１の金属が流動する。この結果、第２の接合金属層開口部１５２ｃが消失し、第１の接合金属層１５１を形成している第１の金属により連結部１６１が遮断され、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２とが空間的に分離される。
【００７２】
この後、ダイシングにより第１の開口部１１１が形成されている領域を分離することにより、本変形例において、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。
【００７３】
〔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２０及び図２１に基づき説明する。本実施の形態は、本体基板１１０の他方の面１１０ｂに形成される第１の下地層２３１と第２の透明基板１２２の一方の面に形成される第２の下地層２３２の形状が、第１の実施の形態とは異なること以外、第１の実施の形態と同様である。よって、本実施の形態は、第１の実施の形態と同様の方法により製造することができる。
【００７４】
図２０に、本実施の形態に用いられる本体基板１１０を示し、図２１に第２の透明基板１２２を示す。尚、図２０（ａ）は、この工程における上面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）における一点鎖線２０Ａ−２０Ｂにおいて切断した断面図であり、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）における一点鎖線２０Ｃ−２０Ｄにおいて切断した断面図である。また、図２１（ａ）は、この工程における上面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）における一点鎖線２１Ａ−２１Ｂにおいて切断した断面図であり、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）における一点鎖線２１Ｃ−２１Ｄにおいて切断した断面図である。
【００７５】
本実施の形態における本体基板１１０は、他方の面１１０ｂに第１の下地層２３１が形成されている。第１の下地層２３１は、下地層周囲部２３１ａ、下地層中央部２３１ｂとを有しており、下地層中央部２３１ｂにおける中間部分となる下地層中間部２３１ｃにおいて、幅Ｗ９が狭くなっている。本実施の形態においては、下地層周囲部２３１ａの幅Ｗ１は４００μｍである。下地層中央部２３１ｂは、下地層周囲部２３１ａの近傍における幅Ｗ２は５００μｍであり、下地層中間部２３１ｃは幅Ｗ９が２００μｍと狭くなっている領域が、長さＷ１０が１００μｍとなるように形成されている。
【００７６】
同様に、本実施の形態における第２の透明基板１２２は、一方の面に第２の下地層２３２が形成されている。第２の下地層２３２は、下地層周囲部２３２ａ、下地層中央部２３２ｂとを有しており、下地層中央部２３２ｂにおける中間部分となる下地層中間部２３２ｃにおいて、幅が狭くなっている。本実施の形態においては、第２の下地層２３２は第１の下地層２３１と対称となる形状で形成されている。
【００７７】
本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の方法でアルカリ金属セルを作製することにより、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。これにより、第１の開口部１１１にアルカリ金属とバッファガスが封入されている光路長Ｌ１が２ｍｍの本実施の形態におけるアルカリ金属セルを得ることができる。
【００７８】
本実施の形態においては、下地層中央部２３１ｂ及び２３２ｂの中間の下地層中間部２３１ｃ及び２３２ｃにおいて、第１の下地層２３１及び第２の下地層２３２の幅が狭くなっている。よって、第２の接合工程において、連結部１６１を遮断する際、第１の接合金属層１５１が溶融した場合に、溶融した第１の接合金属層１５１を形成している第１の金属が周辺から流動し狭くなっている下地層中間部２３１ｃ及び２３２ｃに溜まり易くなる。これにより、連結部１６１における遮断を容易に行うことができ、アルカリ金属セルの信頼性を向上させることができ、製造の際の歩留まりも向上させることができる。
【００７９】
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。
【００８０】
〔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２２及び図２３に基づき説明する。本実施の形態は、本体基板１１０の他方の面１１０ｂに形成されている第１の下地層１３１の上に第２の接合金属層１５２を形成し、第２の透明基板１２２の一方の面に形成されている第２の下地層１３２の上に第１の接合金属層１５１を形成したものである。尚、上記以外については、本実施の形態は、第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態におけるアルカリ金属セルは、第１の実施の形態と同様の方法により製造することができる。
【００８１】
図２２には本実施の形態において用いられる本体基板１１０を示し、図２３には第２の透明基板１２２を示す。尚、図２２（ａ）は、この工程における上面図であり、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）における一点鎖線２２Ａ−２２Ｂにおいて切断した断面図であり、図２２（ｃ）は、図２２（ａ）における一点鎖線２２Ｃ−２２Ｄにおいて切断した断面図である。また、図２３（ａ）は、この工程における上面図であり、図２３（ｂ）は、図２３（ａ）における一点鎖線２３Ａ−２３Ｂにおいて切断した断面図であり、図２３（ｃ）は、図２３（ａ）における一点鎖線２３Ｃ−２３Ｄにおいて切断した断面図である。
【００８２】
本実施の形態においては、第１の接合金属層１５１は、第２の透明基板１２２の一方の面に形成されている第２の下地層１３２の上に形成されている。また、第２の接合金属層１５２は、本体基板１１０の他方の面１１０ｂに形成されている第１の下地層１３１の上に形成されている。
【００８３】
本実施の形態においては、第１の接合金属層１５１は膜厚が５μｍのＡｇ−９０ａｔｍ％Ｉｎ層により形成されており、第２の接合金属層１５２は膜厚が２μｍのＩｎ層により形成されている。尚、Ａｇ−９０ａｔｍ％Ｉｎ合金の融点は、約２２０℃である。
【００８４】
本実施の形態においては、第１の接合工程における接合温度は１６０℃であり、連結部１６１を遮断する第２の接合工程における接合温度は２３０℃である。これにより、第１の開口部１１１にアルカリ金属とバッファガスが封入されている光路長Ｌ１が２ｍｍの本実施の形態におけるアルカリ金属セルを得ることができる。
【００８５】
本実施の形態においては、第１の接合金属層１５１としてＡｇ−９０ａｔｍ％Ｉｎ層を用い、第２の接合金属層１５２としてＩｎ層を用いるため、第１及び第２の実施の形態よりも低い温度で、連結部１６１を遮断する第２の接合工程を行うことができる。従って、アルカリ金属セル内において、アルカリ金属とアルカリ金属セルの内壁のと反応を抑制することができ、より信頼性の高いアルカリ金属セルを得ることができる。
【００８６】
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。
〔第４の実施の形態〕
次に、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について、図２４及び図２５に基づき説明する。本実施の形態においては、本体基板１１０の他方の面１１０ｂには、第１の内側下地層３１１と第１の外側下地層３１２とが形成されており、第２の透明基板１２２の一方の面には、第２の内側下地層３２１と第２の外側下地層３２２とが形成されている。第１の内側下地層３１１は、第１の実施の形態における第１の下地層１３１と略同じ形状のものであり、第１の外側下地層３１２は、第１の内側下地層３１１の外側に形成されている。第２の内側下地層３２１は、第１の実施の形態における第２の下地層１３２と略同じ形状のものであり、第２の外側下地層３２２は、第２の内側下地層３２１の外側に形成されている。よって、第１の内側下地層３１１と第２の内側下地層３２１とは同じ形状で形成されており、第１の外側下地層３１２と第２の外側下地層３２２とは同じ形状で形成されている。
【００８７】
図２４には本実施の形態において用いられる本体基板１１０を示し、図２５には第２の透明基板１２２を示す。尚、図２４（ａ）は、この工程における上面図であり、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）における一点鎖線２４Ａ−２４Ｂにおいて切断した断面図であり、図２４（ｃ）は、図２４（ａ）における一点鎖線２４Ｃ−２４Ｄにおいて切断した断面図である。また、図２５（ａ）は、この工程における上面図であり、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）における一点鎖線２５Ａ−２５Ｂにおいて切断した断面図であり、図２５（ｃ）は、図２５（ａ）における一点鎖線２５Ｃ−２５Ｄにおいて切断した断面図である。
【００８８】
本実施の形態においては、第２の透明基板１２２の一方の面に形成された第２の内側下地層３２１の上に、第１の接合金属層１５１が形成されており、第２の外側下地層３２２の上に、第２の接合金属層１５２が形成されている。第１の接合金属層１５１は、第１の接合金属層周囲部１５１ａと、第１の接合金属層周囲部１５１ａと接続される第１の接合金属層中央部１５１ｂとを有している。また、第１の接合金属層１５１は、第１の接合金属層中央部１５１ｂの中程において、第１の接合金属層１５１が途切れており、このように第１の接合金属層１５１が形成されていない領域が、第１の接合金属層開口部１５１ｃとなる。
【００８９】
第２の接合金属層１５２は、第２の接合金属層周囲部１５２ａを有しており、第１の接合金属層中央部等は形成されていない。尚、上記以外については、本実施の形態は、第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態におけるアルカリ金属セルは、第１の実施の形態と同様の方法により製造される。図２５に示されるように、第２の接合金属層１５２は、第１の接合金属層１５１の周囲を取り囲むように形成されている。
【００９０】
本実施の形態においては、第２の接合金属層１５２の膜厚は、第１の接合金属層１５１の膜厚よりも厚く形成されている。例えば、第１の接合金属層１５１の膜厚は５μｍとなり、第２の接合金属層１５２の膜厚は１５μｍとなるように形成されている。
【００９１】
本実施の形態においては、第１の接合金属層１５１としてＩｎ層が用いられ、第２の接合金属層１５２としてＩｎ−１０ａｔｍ％Ｇａ層が用いられる。尚、Ｉｎ−１０ａｔｍ％Ｇａ合金の融点は約１２５℃である。従って、第１の接合工程における接合温度は１３０℃であり、連結部１６１を遮断する第２の接合工程における接合温度は１６０℃である。
【００９２】
本実施の形態においては、本体基板１１０の他方の面１１０ｂに、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ膜からなる金属積層膜により第１の内側下地層３１１及び第１の外側下地層３１２を形成する。第１の内側下地層３１１は、第１の実施の形態における第１の下地層１３１と同様に下地層周囲部３１１ａと下地層周囲部３１１ａに連結している下地層中央部３１１ｂとを有しており、切れ目なく形成されている。また、第１の外側下地層３１２は、第１の内側下地層３１１の周囲を取り囲むように、切れ目なく形成されている。第１の内側下地層３１１における下地層周囲部３１１ａにおける幅Ｗ１は４００μｍであり、下地層中央部３１１ｂにおける幅Ｗ２は５００μｍである。また、第１の内側下地層３１１における下地層周囲部となる部分の幅Ｗ１１は４００μｍである。
【００９３】
同様に、図２５に示すように、第２の透明基板１２２の一方の面に、本体基板１１０の他方の面１１０ｂに形成される第１の内側下地層３１１及び第１の外側下地層３１２と面対称となる第２の内側下地層３２１及び第２の外側下地層３２２を形成されている。第２の内側下地層３２１は、第１の内側下地層３１１と同様に、下地層周囲部３２１ａと下地層周囲部３２１ａに連結している下地層中央部３２１ｂとを有しており、切れ目なく形成されている。尚、第２の内側下地層３２１及び第２の外側下地層３２２の形成方法は、第１の内側下地層３１１及び第１の外側下地層３１２と同様である。
【００９４】
次に、第２の透明基板１２２の一方の面に形成されている第２の内側下地層３２１の上に第１の接合金属層１５１を形成し、第２の外側下地層３２２の上に第２の接合金属層１５２を形成する。
【００９５】
第２の内側下地層３２１の上に形成される第１の接合金属層１５１は、膜厚が５μｍのＩｎ層により形成されており、第１の接合金属層周囲部１５１ａと、第１の接合金属層周囲部１５１ａと接続される第１の接合金属層中央部１５１ｂとを有している。また、第１の接合金属層１５１は、第１の接合金属層中央部１５１ｂの中程において、第１の接合金属層１５１が途切れており、このように第１の接合金属層１５１が形成されていない領域が、第１の接合金属層開口部１５１ｃとなる。
【００９６】
第２の外側下地層３２２の上に形成される第２の接合金属層１５２は、膜厚が１５μｍのＩｎ−１０ａｔｍ％Ｇａ層により形成されており、第２の接合金属層１５２における幅Ｗ１２は２００μｍである。
【００９７】
次に、第２の開口部１１２にアルカリ金属発生剤１４０を設置し、本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを接合する。
【００９８】
具体的には、図２６に示すように、バッファガス雰囲気中において、プレフォーム基板における本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを対抗させて位置あわせを行う。
【００９９】
次に、図２７に示すように、本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを第２の接合金属層１５２により接合する第１の接合工程を行う。具体的には、減圧チャンバー内に設置された本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とを接触させ加圧し、本体基板１１０と第２の透明基板１２２を１３０℃の温度まで加熱し、第２の接合金属層１５２を形成しているＩｎを溶融させる。この後、冷却することによりＩｎは凝固し、第２の接合金属層１５２により、本体基板１１０の他方の面１１０ｂと第２の透明基板１２２の一方の面とが接合される。この工程により、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２との間は、第１の接合金属層開口部１５１ｃにより形成される連結部１６１により空間的に接続されている状態で、第１の開口部１１１及び第２の開口部１１２の周囲が密閉される。
【０１００】
次に、上述した場合と同様に、アルカリ金属発生剤１４０を加熱することによりアルカリ金属ガスを発生させ、第２の開口部１１２より、アルカリ金属ガスを連結部１６１を介し、第１の開口部１１１に拡散させた後、図２８に示すように第２の接合工程を行う。具体的には、第１の透明基板１２１、本体基板１１０、第２の透明基板１２２が積層された積層体を接合装置に設置し、加圧しながら１６０℃の温度に加熱し、連結部１６１を遮断する。この工程においては、第１の接合金属層１５１を形成している第１の金属が溶融するため、第１の内側下地層３１１及び第２の内側下地層３２１に沿って、第１の金属が流動する。この結果、第１の接合金属層開口部１５１ｃが消失し、第１の接合金属層１５１を形成している第１の金属により連結部１６１が遮断され、第１の開口部１１１と第２の開口部１１２とが空間的に分離される。
【０１０１】
この後、ダイシングにより第１の開口部１１１が形成されている領域を分離する。これにより、第１の開口部１１１にアルカリ金属とバッファガスが封入されている光路長Ｌ１が２ｍｍの本実施の形態におけるアルカリ金属セルを得ることができる。
【０１０２】
本実施の形態においては、第１の接合金属層１５１はＩｎ層により、第２の接合金属層１５２はＩｎ−１０ａｔｍ％Ｇａ層により形成されている。よって、第１から第３の実施の形態よりも、低い温度で第２の接合工程を行うことができ、連結部１６１を遮断することができるため、アルカリ金属とアルカリ金属セルの内壁との反応を抑制することができ、より高い信頼性のアルカリ金属セルを得ることができる。
【０１０３】
〔第５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アルカリ金属セルを用いた原子発振器である。図２９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。
【０１０４】
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アルカリ金属セルであり、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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
図３０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同時にコヒーレント光を照射するとＣＰＴ共鳴状態になりアルカリ金属セルを透過する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３１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３２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。
【０１０７】
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アルカリ金属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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
また、図３３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。
【０１１０】
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で変調される。この後、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る。この後、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。
【０１１１】
本実施の形態においては、量産性が高く、長期にわたり高い信頼性と高い精度で動作し消費電力が小さい原子発振器を得ることができる。
【０１１２】
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。
【０１１３】
また、上記においては、作製したアルカリ金属セルをＣＰＴ方式をとる原子発振器に搭載する例について説明した。しかしながら、同じ原理を利用す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磁気センサに搭載してもよい。
【０１１４】
更に、第１から第４の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搭載してもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１１０      本体基板
１１０ａ    一方の面
１１０ｂ    他方の面
１１１      第１の開口部
１１２      第２の開口部
１２１      第１の透明基板
１２２      第２の透明基板
１３１      第１の下地層
１３１ａ    下地層周囲部
１３１ｂ    下地層中央部
１３２      第２の下地層
１３２ａ    下地層周囲部
１３２ｂ    下地層中央部
１４０      アルカリ金属発生剤
１５１      第１の接合金属層
１５１ａ    第１の接合金属層周囲部
１５１ｂ    第１の接合金属層中央部
１５１ｃ    第１の接合金属層開口部
１５２      第２の接合金属層
１５２ａ    第２の接合金属層周囲部
１５２ｂ    第２の接合金属層中央部
１５２ｃ    第２の接合金属層開口部
６１０      光源
６２０      コリメートレンズ
６３０      λ／４波長板
６４０      アルカリ金属セル
６５０      光検出器
６６０      変調器
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１６】
【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
【非特許文献】
【０１１７】
【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. Nieradko et al., Journal of Micro/Nanolith. MEMS MOEMS 7(3), (2008)033013
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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