(57)【要約】  磁場計測装置の構成要素となるガスセルの製造歩留りを向上させる技術を提供する。一実施の形態におけるガスセルＧＣの特徴点は、例えば、空洞部ＣＡＶが開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２から構成され、空洞部ＣＡＶを構成する開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２のうち、開口部ＯＰ１の平面サイズが開口部ＯＰ２の平面サイズよりも大きくなっている点にある。特に、一実施の形態では、平面視において、開口部ＯＰ２は、開口部ＯＰ１に内包されている。この結果、封止基板１Ｓの上面と接する開口部ＯＰ１の幅は、封止基板２Ｓの下面と接する開口部ＯＰ２の幅よりも大きくなる。
2015019471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを充填する第１空洞部を有するガスセルを備え、
前記ガスセルは、
（ａ）第１封止基板、
（ｂ）第２封止基板、
（ｃ）前記第１封止基板と前記第２封止基板で挟まれた基材部、
（ｄ）前記基材部を貫通する前記第１空洞部、
を有し、
前記第１空洞部は、
（ｅ１）前記第１封止基板の上面と接する第１開口部、
（ｅ２）前記第２封止基板の下面と接する第２開口部、
を含み、
前記第１開口部と前記第２開口部が連通して前記第１空洞部が形成され、
前記第１開口部の平面サイズは、前記第２開口部の平面サイズよりも大きい、磁場計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁場計測装置において、
平面視において、前記第２開口部は、前記第１開口部に内包されている、磁場計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の磁場計測装置において、
前記第１空洞部の第１側面は、前記第１開口部の第１開口側面と、前記第２開口部の第２開口側面と、から構成され、
前記第１空洞部の前記第１側面と対向する第２側面は、前記第１開口部の前記第１開口側面と対向する第１対向側面と、前記第２開口部の前記第２開口側面と対向する第２対向側面と、から構成されている、磁場計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の磁場計測装置において、
前記第２開口側面を前記第１封止基板の前記上面側に延長して得られる仮想側面は、前記第１開口側面よりも前記第１対向側面に近い位置にある、磁場計測装置。
【請求項５】
請求項１に記載の磁場計測装置において、
前記ガスは、アルカリ金属ガスである、磁場計測装置。
【請求項６】
請求項１に記載の磁場計測装置において、
前記第１空洞部内の前記第１封止基板の前記上面には、前記ガスを発生させるガス発生材料が存在する、磁場計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の磁場計測装置において、
前記ガス発生材料は、固体あるいは液体の状態で存在する、磁場計測装置。
【請求項８】
請求項１に記載の磁場計測装置において、
前記第１封止基板および前記第２封止基板は、前記ガスセルに照射される光に対して透光性を有する、磁場計測装置。
【請求項９】
請求項１に記載の磁場計測装置において、
前記第１開口部の深さは、１ｍｍ以下である、磁場計測装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の磁場計測装置において、
前記基材部は、
（ｆ１）第１基材部、
（ｆ２）前記第１基材部上に配置された第２基材部、
を有し、
前記第１開口部は、前記第１基材部を貫通するように形成され、
前記第２開口部は、前記第２基材部を貫通するように形成されている、磁場計測装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の磁場計測装置において、
前記第１封止基板の前記上面には、凹部が形成され、
前記第２開口部は、前記基材部を貫通するように形成され、
前記第１開口部は、前記凹部から形成されている、磁場計測装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の磁場計測装置において、
前記凹部の深さは、１ｍｍ以下である、磁場計測装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の磁場計測装置において、
前記ガスセルは、さらに、前記ガスが充填される第２空洞部であって、前記基材部を貫通し、かつ、前記第１空洞部と連通するように形成された前記第２空洞部を有し、
前記第１空洞部内の前記第１封止基板の前記上面には、前記ガスを発生させるガス発生材料が存在する一方、前記第２空洞部内の前記第１封止基板の前記上面には、前記ガス発生材料が存在しない、磁場計測装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の磁場計測装置において、
前記第２空洞部には、光が照射される、磁場計測装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の磁場計測装置において、
前記磁場計測装置は、さらに、
（ｇ）前記ガスセルに光を照射する光源、
（ｈ）前記ガスセルに静磁場および交流磁場を印加する磁場発生部、
（ｉ）前記ガスセルを通過した前記光を検出する光検出部、
を備える、磁場計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１（特開２０１３−００７７２０号公報）や特許文献２（特開２０１２−１８３２９０号公報）には、磁場計測装置として、シリコン基板等を用いて、内部にアルカリ金属ガスを充填させたガスセルを構成要素とする光ポンピング磁力計が記載されている。ここで、例えば、従来技術において、上述したガスセルはガラス製であったが、特許文献１に記載されている技術では、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて基板を加工し、ガラス基板・基板・ガラス基板の順に積層したガスセルを構成している。また、特許文献２に記載されている技術では、複数の板材を組み立ててガスセルを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−００７７２０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８３２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、ＭＥＭＳ技術を使用したガスセルの製造工程では、シリコン基板（Ｓｉ基板）に貫通孔を形成し、シリコン基板の下面に第１ガラス基板を接合した後、例えば、アルカリ金属を導入して、シリコン基板の上面に第２ガラス基板を接合することが行なわれる。【０００５】
ここで、アルカリ金属の導入技術としては、アルカリ金属が大気中で不安定であることから、例えば、アルカリ金属を含む化合物を使用する技術がある。具体的に、この技術では、アルカリ金属を含む化合物を水溶液として、マイクロピペットやインクジェット塗布装置を使用することにより、貫通孔の底部に露出する第１ガラス基板上に水溶液を滴下する。そして、水溶液を滴下した後、水溶液を乾燥させ、その後、貫通孔を第２ガラス基板で封止する。続いて、封止された貫通孔内に乾燥した状態で存在する化合物に対する光分解や熱分解などを使用して、化合物からアルカリ金属ガスを発生させることにより、封止された貫通孔内にアルカリ金属ガスを充填させる。【０００６】
ところが、本発明者が上述したアルカリ金属の導入技術を検討したところ、以下に示すような改善の余地が存在することが明らかになった。すなわち、上述したアルカリ金属の導入技術では、例えば、滴下した水溶液は表面張力によって貫通孔の側面に這い上がることになり、さらには、貫通孔の側面から貫通孔の外部にまで水溶液がはみ出す現象が生じることを本発明者は見出した。この現象が生じた場合、水溶液を乾燥させると、貫通孔の側面から外部にまで化合物が析出することになる。その後、貫通孔を第２ガラス基板で封止することになるが、貫通孔の側面から外部にまで化合物が析出する結果、封止工程において、シリコン基板と第２ガラス基板の間に化合物が入り込むことになる。【０００７】
したがって、シリコン基板と第２ガラス基板の間に化合物が入り込むことに起因して、シリコン基板と第２ガラス基板の接合不良が発生し、この接合不良箇所がリークパスとなる。このため、ガスセル内で充分にガスを封止することが困難になり、ガスセルの歩留りが低下するおそれがある。つまり、上述したアルカリ金属の導入技術では、ガスセルの製造歩留りを向上する観点から、さらなる改善の余地が存在するのである。【０００８】
なお、ここでは、代表的な具体例として、アルカリ金属ガスを使用する場合について説明したが、上述した改善の余地は、ガスの種類を問わず、ガスセルに充填するガスを水溶液の化合物の状態で導入する場合に幅広く存在することになる。【０００９】
本発明の目的は、磁場計測装置の構成要素となるガスセルの製造歩留りを向上させる技術を提供することにある。【００１０】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一実施の形態における磁場計測装置は、ガスを充填する第１空洞部を有するガスセルを備え、前記ガスセルは、（ａ）第１封止基板、（ｂ）第２封止基板、（ｃ）前記第１封止基板と前記第２封止基板で挟まれた基材部、（ｄ）前記基材部を貫通する前記第１空洞部、を有する。そして、前記第１空洞部は、（ｅ１）前記第１封止基板の上面と接する第１開口部、（ｅ２）前記第２封止基板の下面と接する第２開口部、を含む。このとき、前記第１開口部と前記第２開口部が連通して前記第１空洞部が形成され、前記第１開口部の平面サイズは、前記第２開口部の平面サイズよりも大きいものである。
【発明の効果】
【００１２】
一実施の形態によれば、磁場計測装置の構成要素であるガスセルの製造歩留りを向上することができる。言い換えると、一実施の形態によれば、磁場計測装置の構成要素であるガスセルの信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１における磁場計測装置の模式的な構成例を示す図である。
【図２】実施の形態１における磁場計測装置の構成要素であるガスセルの模式的な外観構成を示す平面図である。
【図３】実施の形態１におけるガスセルの封止領域を拡大して示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図５】実施の形態１におけるガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図６】図５に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図７】図６に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図８】図７に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図９】図８に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図１０】図９に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２におけるガスセルの封止領域を拡大して示す平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図１３】実施の形態２におけるガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１３に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図１５】図１４に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図１６】図１５に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図１７】図１６に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図１８】図１７に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図１９】図１８に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図２０】実施の形態３におけるガスセルの封止領域を拡大して示す平面図である。
【図２１】図２０のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図２２】実施の形態３におけるガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図２３】図２２に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図２４】図２３に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図２５】図２４に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図２６】図２５に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図２７】図２６に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図２８】実施の形態３の変形例におけるガスセルを示す断面図である。
【図２９】実施の形態４におけるガスセルの封止領域を拡大して示す平面図である。
【図３０】図２９のＡ−Ａ線で切断した断面図である。
【図３１】実施の形態４におけるガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図３２】図３１に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図３３】図３２に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図３４】図３３に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【図３５】図３４に続くガスセルの製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１５】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１６】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１７】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１８】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
【００１９】
（実施の形態１）
＜磁場計測装置の構成＞
図１は、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡの模式的な構成例を示す図である。図１において、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡの構成要素は、光学系、磁気系、ガスセルＧＣに大別することができる。
【００２０】
まず、光学系は、半導体レーザＬＤ、光ファイバＯＦ１、コリメートレンズＬＥＮ１、偏光子ＰＲ、波長板ＷＰ、集光レンズＬＥＮ２、光ファイバＯＦ２、および、光検出器ＰＤを有している。
【００２１】
半導体レーザＬＤは、ガスセルＧＣに光（ポンピング光）を照射する光源として機能し、単色光からなるレーザ光を照射するように構成されている。例えば、半導体レーザＬＤは、活性層をクラッド層で挟む構造をしている。この半導体レーザＬＤでは、活性層に電子および正孔を注入することにより反転分布を形成し、伝導帯から価電子帯への誘導放出を利用することにより位相の揃ったレーザ光を射出するようになっている。
【００２２】
光ファイバＯＦ１は、半導体レーザＬＤから射出されたレーザ光の光路として機能する。この光ファイバＯＦ１は、例えば、屈折率の高いコア層が中心部に形成され、このコア層の周囲を覆うように屈折率の低いクラッド層が形成されている。光ファイバＯＦ１では、コア層とクラッド層との境界面においてレーザ光が全反射するため、レーザ光は、効率良くコア層を進行するようになっている。
【００２３】
次に、コリメートレンズＬＥＮ１は、半導体レーザＬＤから射出されて、光ファイバＯＦ１を通過したレーザ光を平行光に変換する機能を有する。続いて、偏光子ＰＲおよび波長板ＷＰは、コリメートレンズＬＥＮ１から射出された平行光を円偏光のレーザ光に変換するように構成されており、偏光子ＰＲおよび波長板ＷＰで変換された円偏光のレーザ光は、ガスセルＧＣ内に照射されるようになっている。
【００２４】
そして、集光レンズＬＥＮ２は、ガスセルＧＣを通過したレーザ光を集光するように構成されており、光ファイバＯＦ２は、集光レンズＬＥＮ２で集光されたレーザ光が進行する光路を構成している。さらに、光検出器ＰＤは、光ファイバＯＦ２を進行してきたレーザ光を検出する機能を有し、例えば、フォトダイオードから構成される。
【００２５】
続いて、磁気系は、例えば、磁場を発生する磁場発生部として機能するコイルＣＯＬから構成されている。このコイルＣＯＬは、静磁場と交流磁場を発生できるようになっている。図１では、磁気系として、直交する位置に２対のコイルＣＯＬを配置する例を示しているが、磁気系は、静磁場と交流磁場がガスセルＧＣに印加される構成であればよく、コイルＣＯＬの配置は、図１に示す配置でなくてもよい。
【００２６】
次に、ガスセルＧＣは、例えば、セシウム、カリウム、ルビジウムに代表されるアルカリ金属ガスが内部に充填されており、この充填されているアルカリ金属ガスに、半導体レーザＬＤから光学系を介してレーザ光が照射されるように配置されている。そして、ガスセルＧＣに入射したレーザ光の一部は、ガスセルＧＣから射出し、この射出したレーザ光が光学系によって光検出器ＰＤに入射されるようになっている。また、ガスセルＧＣは、コイルＣＯＬで発生した静磁場や交流磁場が印加されるように配置されている。
【００２７】
なお、半導体レーザＬＤおよび光検出器ＰＤを光ファイバＯＦ１や光ファイバＯＦ２を介してコイルＣＯＬの外側に配置する場合、半導体レーザＬＤを駆動するための電流や電気配線と、光検出器ＰＤからの電流や電気配線によって、コイルＣＯＬから印加する磁場の均一性が損なわれて測定誤差を生じることを防ぐことができる。
【００２８】
ただし、上述した電流や電気配線からの影響が小さい場合には、光ファイバＯＦ１を使用せずに半導体レーザＬＤをコリメートレンズＬＥＮ１上に直接配置してもよい。さらに、光ファイバＯＦ２を使用せずに光検出器ＰＤを集光レンズＬＥＮ２上に直接配置してもよいし、集光レンズＬＥＮ２を省略して光検出器ＰＤをガスセルＧＣに直接接触するように配置することもできる。この場合、本実施の形態１における磁気計測装置ＭＭＡを小型化することができる。
【００２９】
また、ガスセルＧＣに入射する光は、円偏光の光であればよいため、円偏光の光が照射できるような構成であれば、光学系が備える半導体レーザＬＤ、コリメートレンズＬＥＮ１、偏光子ＰＲ、波長板ＷＰ、光ファイバＯＦ１、および、光ファイバＯＦ２のうち、いずれかの構成要素を省略したり、配置位置を入れ替えたり、新たに別の構成要素を挿入することもできる。
【００３０】
さらに、本実施の形態１における磁気計測装置ＭＭＡは、複数のガスセルＧＣをアレイ状に配置して用いることができる。この場合、半導体レーザＬＤやコイルＣＯＬは、複数のガスセルＧＣに対して共通の構成要素とすることもできる。例えば、半導体レーザＬＤからのレーザ光を複数のガスセルＧＣのそれぞれに分配するように構成したり、コイルＣＯＬから共通磁場を複数のガスセルＧＣに印加するように構成することもできる。
【００３１】
＜磁場計測装置の動作＞
本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡは上記のように構成されており、以下に、外部環境に存在する外部磁場（ΔＢ）を計測する動作について説明する。
【００３２】
図１において、半導体レーザＬＤから射出されたレーザ光は、光ファイバＯＦ１を通過した後、コリメートレンズＬＥＮ１で平行光に変換され、その後、偏光子ＰＲおよび波長板ＷＰを通過することによって円偏光のレーザ光に変換される。そして、この円偏光のレーザ光がガスセルＧＣに入射する。また、コイルＣＯＬからガスセルＧＣに対して静磁場（Ｂ）が印加される。この静磁場（Ｂ）に起因するゼーマン効果によって、ガスセルＧＣ内のガスを構成するアルカリ金属原子のエネルギー準位はゼーマン分裂する。
【００３３】
この状態で、ガスセルＧＣに円偏光のレーザ光が入射すると、この円偏光のレーザ光は、ガスセルＧＣ内のアルカリ金属原子と相互作用する。具体的には、円偏光のレーザ光によって、ゼーマン分裂した特定の準位間でアルカリ金属原子の電子が励起されるとともに、励起された電子が等確率でゼーマン分裂した複数の基底準位に落ちる。そして、この電子の励起と落下が繰り返されることにより、ゼーマン分裂した複数の基底準位のうち、励起に寄与する基底準位に存在する電子数が減少し、励起に寄与しない基底準位に存在する電子数が増加することになる。この結果、励起に寄与しない基底準位に電子が局在することになる（光ポンピング）。このことは、特定のスピン状態を有する準位に電子が局在することになり、アルカリ金属原子がスピン偏極することを意味する。このように光ポンピング技術を使用することにより、ガスセルＧＣ内のアルカリ金属原子のスピンを特定方向に揃えることができる。
【００３４】
ここで、ガスセルＧＣには静磁場と外部磁場とを合わせた合成磁場（Ｂ＋ΔＢ）が印加されることになり、偏極したアルカリ金属原子のスピンがこの合成磁場の回りを歳差運動（ラーモア歳差運動）する。このとき、歳差運動の歳差周波数は、印加されている合成磁場の強度に比例することになる。
【００３５】
そこで、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡでは、さらに、コイルＣＯＬから静磁場（Ｂ）に加えて交流磁場を印加する。ここで、交流磁場の周波数を徐々に変化させると、交流磁場の周波数が上述した歳差運動の歳差周波数に一致するとき、光磁気二重共鳴が発生して、ガスセルＧＣからの出力光は、歳差周波数（共鳴周波数）で変調される。そして、この歳差周波数で変調された出力光は、集光レンズＬＥＮ２および光ファイバＯＦ２を介して、光検出器ＰＤで検出される。このとき、出力光の変調周波数は歳差周波数と等しいことから、出力光の変調周波数を光検出器ＰＤで検出することにより、歳差周波数を知ることができる。この歳差周波数は、アルカリ金属原子に固有の比例定数を介して、合成磁場（Ｂ＋ΔＢ）に比例する。したがって、この比例定数が既知である点、印加した静磁場（Ｂ）も既知である点、および、出力光の変調周波数から歳差周波数が判明する点を考慮すれば、外部磁場（ΔＢ）を計測することができることがわかる。
【００３６】
以上のようにして、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡによれば、ガスセルＧＣ内に封止されたアルカリ金属原子のスピン偏極に伴う歳差運動の歳差周波数を光磁気二重共鳴で間接的に測定することにより、外部磁場（ΔＢ）を測定することができることがわかる。特に、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡでは、内部にアルカリ金属ガス（アルカリ金属原子）を充填したガスセルＧＣがセンサ部分として重要な役割を果たしている。このことから、外部磁場（ΔＢ）の測定精度を向上するためには、ガスセルＧＣの信頼性を高めることが必要であることがわかる。特に、ガスセルＧＣでのアルカリ金属ガスの封止は重要であり、ガスセルＧＣの封止が不充分であると、このリークパスからアルカリ金属ガスが放出されてしまう。この場合、ガスセルＧＣに入射するレーザ光と相互作用するアルカリ金属ガスが減少することになり、外部磁場（ΔＢ）の測定に悪影響を及ぼすことになる。
【００３７】
そこで、本実施の形態１では、磁場計測装置ＭＭＡを構成するガスセルＧＣに着目し、このガスセルＧＣでのアルカリ金属ガスの封止不良を低減する工夫を施している。以下に、この工夫を施した本実施の形態１における技術的思想について説明する。
【００３８】
＜実施の形態１におけるガスセルの構成＞
図２は、本実施の形態１における磁場計測装置の構成要素であるガスセルＧＣの模式的な外観構成を示す平面図である。図２に示すように、例えば、本実施の形態１におけるガスセルＧＣは、矩形形状をしており、封止領域ＳＬＲを有している。この封止領域ＳＬＲも矩形形状をしており、この封止領域ＳＬＲの内部に、例えば、アルカリ金属ガスが充填されている。なお、ガスセルＧＣの平面サイズが封止領域ＳＬＲよりも大きくなっているのは、封止領域ＳＬＲを破壊しないで搬送することができるようにするため、例えば、封止領域ＳＬＲ以外の領域をピンセット等で保持することを考慮したものである。
【００３９】
次に、図３は、図２に示すガスセルＧＣの封止領域ＳＬＲを拡大して示す平面図である。図３において、ガスセルＧＣの封止領域ＳＬＲには、例えば、矩形形状の開口部ＯＰ１と、矩形形状の開口部ＯＰ２が設けられている。この開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２によって空洞部ＣＡＶが形成されている。そして、図３に示すように、開口部ＯＰ１の平面サイズは、開口部ＯＰ２の平面サイズよりも大きくなっており、平面視において、開口部ＯＰ２は、開口部ＯＰ１に内包されていることがわかる。なお、開口部ＯＰ１や開口部ＯＰ２の形状は、矩形形状に限定されるものではなく、多角形形状や円形形状などであってもよい。このため、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２から構成される空洞部ＣＡＶの平面形状も矩形形状に限らず、多角形形状や円形形状となる場合も考えられる。
【００４０】
続いて、図４は、図３のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図４に示すように、本実施の形態１におけるガスセルＧＣは、封止基板１Ｓと封止基板２Ｓを有し、この封止基板１Ｓと封止基板２Ｓに挟まれるように基材部ＳＭが配置されている。別の言い方をすれば、封止基板１Ｓ上に基材部ＳＭが搭載され、この基材部ＳＭ上に封止基板２Ｓが配置されているということもできる。ここで、封止基板１Ｓおよび封止基板２Ｓは、例えば、図１に示す半導体レーザＬＤからガスセルＧＣに照射されるレーザ光（照射光）に対して透光性を有する部材から構成されている。具体的には、例えば、封止基板１Ｓおよび封止基板２Ｓは、ホウケイ酸ガラスから形成されている。一方、封止基板１Ｓと封止基板２Ｓで挟まれる基材部ＳＭには、例えば、半導体製造技術で頻繁に使用されるとともに加工実績のあるシリコン基板（Ｓｉ基板）が使用されている。
【００４１】
このように本実施の形態１におけるガスセルＧＣの封止領域ＳＬＲは、基材部ＳＭの下面に封止基板１Ｓを配置し、かつ、基材部ＳＭの上面に封止基板２Ｓを配置した、いわゆるガラス・基材部・ガラスの３層構造をしていることになる。このとき、例えば、封止基板１Ｓは、基材部ＳＭを支持する支持部材として機能する一方、封止基板２Ｓは、基材部ＳＭを覆う蓋部材として機能することになる。
【００４２】
次に、図４に示すように、本実施の形態１におけるガスセルＧＣにおいて、封止基板１Ｓと封止基板２Ｓで挟まれた基材部ＳＭには、基材部ＳＭを厚さ方向に貫通するように空洞部ＣＡＶが形成されている。空洞部ＣＡＶは、図４に示すように、封止基板１Ｓの上面と接する開口部ＯＰ１と、封止基板２Ｓの下面と接する開口部ＯＰ２と、から構成されており、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２が厚さ方向に連通することにより、空洞部ＣＡＶが形成されていることになる。この空洞部ＣＡＶは、封止基板１Ｓの上面と封止基板２Ｓの下面によって密閉封止されている。
【００４３】
空洞部ＣＡＶの内部には、少なくとも、例えば、セシウム、カリウム、ルビジウムに代表されるアルカリ金属ガスが充填されている。ただし、空洞部ＣＡＶの内部には、上述したアルカリ金属ガスの他に、窒素ガス、希ガス、あるいは、これらの混合ガスを含んでいてもよい。
【００４４】
この場合は、以下に示す利点が得られる。すなわち、本実施の形態１における磁場計測装置で外部磁場を計測する際、空洞部ＣＡＶに充填されるアルカリ金属ガス（アルカリ金属原子）においては、ポンピング光を照射することにより、スピンの向きが揃うようにスピン偏極させている。ところが、アルカリ金属ガスが空洞部ＣＡＶの内壁に衝突すると、スピン偏極が乱されるのである。したがって、なるべくアルカリ金属ガスが空洞部ＣＡＶの内壁に衝突しないようにすることが望ましい。この点に関し、窒素ガスや希ガスは、アルカリ金属ガスと衝突しても、アルカリ金属ガスのスピン偏極が乱されにくいため、空洞部ＣＡＶにアルカリ金属ガスとともに、窒素ガスや希ガスを充填することにより、アルカリ金属ガスのスピン偏極を維持しやすくなるという利点が得られるのである。つまり、窒素ガスや希ガスを導入する利点は、窒素ガスや希ガス自体がアルカリ金属ガスと衝突しても、アルカリ金属ガスのスピン偏極が乱されにくいという点と、窒素ガスや希ガスを導入することにより、アルカリ金属ガスが空洞部ＣＡＶの内壁に衝突する確率が低減される点によって、アルカリ金属ガスのスピン偏極を維持しやすくすることができる点にある。
【００４５】
また、例えば、空洞部ＣＡＶの内壁をパラフィンでコーティングすることも有用である。なぜなら、空洞部ＣＡＶの内壁をパラフィンでコーティングする場合、アルカリ金属ガスが空洞部ＣＡＶの内壁に衝突しても、スピン偏極が乱されにくくなるからである。したがって、空洞部ＣＡＶに充填されるアルカリ金属ガスのスピン偏極を維持する、言い換えれば、アルカリ金属ガスのスピン情報を維持する観点からは、空洞部ＣＡＶにアルカリ金属ガスとともに、窒素ガスや希ガスを導入する構成や、空洞部ＣＡＶの内壁をパラフィンでコーティングする構成を採用することが望ましい。
【００４６】
また、空洞部ＣＡＶの内部には、アルカリ金属ガスを発生させる固体状態や液体状態のガス発生材料（化合物）や、余剰のアルカリ金属の固体や液体が存在する場合がある。ただし、図３や図４では、固体状態や液体状態のガス発生材料や余剰のアルカリ金属の固体や液体が必ずしも存在するとは限らないため、これらの物質の図示はしていない。
【００４７】
ここで、空洞部ＣＡＶに残存する上述したガス発生材料や余剰のアルカリ金属（固体や液体）は、空洞部ＣＡＶを通過するレーザ光の光強度を低下させる遮光材となることが懸念されるため、空洞部ＣＡＶを通過するレーザ光の光強度の低下を抑制する観点からは、なるべく、上述したガス発生材料や余剰のアルカリ金属（固体や液体）の残存量は少ないことが良く、さらには、存在しないことが望ましい。
【００４８】
なお、本実施の形態１におけるガスセルＧＣにおいては、図４に示す封止基板２Ｓ側から封止基板１Ｓ側に向かって、空洞部ＣＡＶにレーザ光を照射する構成を想定しているが、これに限らず、例えば、図４に示す封止基板１Ｓ側から封止基板２Ｓ側に向かって、空洞部ＣＡＶにレーザ光を照射するように構成してもよい。
【００４９】
＜実施の形態１におけるガスセルの特徴＞
続いて、本実施の形態１におけるガスセルＧＣの特徴点について説明する。本実施の形態１におけるガスセルＧＣの特徴点は、例えば、図３に示すように、空洞部ＣＡＶが開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２から構成され、空洞部ＣＡＶを構成する開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２のうち、開口部ＯＰ１の平面サイズが開口部ＯＰ２の平面サイズよりも大きくなっている点にある。特に、本実施の形態１では、図３に示すように、平面視において、開口部ＯＰ２は、開口部ＯＰ１に内包されている。この結果、図４に示すように、封止基板１Ｓの上面と接する開口部ＯＰ１の幅は、封止基板２Ｓの下面と接する開口部ＯＰ２の幅よりも大きくなる。
【００５０】
上述したガスセルＧＣの特徴点は、以下に示すように表現することもできる。例えば、図４において、空洞部ＣＡＶの側面ＣＳＤ１は、開口部ＯＰ１の側面ＳＤ１と、開口部ＯＰ２の側面ＳＤ２から構成される。同様に、空洞部ＣＡＶの側面ＣＳＤ１と対向する側面ＣＳＤ２は、開口部ＯＰ１の側面ＳＤ１と対向する側面ＯＳＤ１と、開口部ＯＰ２の側面ＳＤ２と対向する側面ＯＳＤ２から構成される。
【００５１】
このような構成において、開口部ＯＰ１の平面サイズが開口部ＯＰ２の平面サイズよりも大きく、かつ、開口部ＯＰ２が開口部ＯＰ１に内包されているという本実施の形態１における特徴構成は、以下のように表現することができる。
【００５２】
すなわち、図４において、開口部ＯＰ２の側面ＳＤ２を封止基板１Ｓの上面側に延長して得られる仮想側面ＩＳＤ１は、開口部ＯＰ１の側面ＳＤ１よりも側面ＯＳＤ１に近い位置にあるというものである。言い換えれば、図４において、開口部ＯＰ２の側面ＯＳＤ２を封止基板１Ｓの上面側に延長して得られる仮想側面ＩＳＤ２が、開口部ＯＰ１の側面ＯＳＤ１よりも側面ＯＳＤ１に近い位置にあるということもできる。
【００５３】
このような本実施の形態１における特徴点によれば、例えば、図３に示すように、開口部ＯＰ１の平面サイズが開口部ＯＰ２の平面サイズよりも大きく、開口部ＯＰ２が開口部ＯＰ１に内包される構成に起因して、図４に示すように、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に段差部が形成されることになる。この結果、例えば、封止基板２Ｓで空洞部ＣＡＶを封止する前段階において、封止基板１Ｓの上面上にアルカリ金属の化合物を含む水溶液を滴下することになるが、この場合、滴下された水溶液が表面張力によって空洞部ＣＡＶの側面を這い上がろうとする現象が生じる。
【００５４】
しかし、本実施の形態１によれば、上述した特徴点を構成することによって必然的に形成される開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分の段差部によって、滴下された水溶液の空洞部ＣＡＶの側面への這い上がりが抑制される。このため、本実施の形態１によれば、滴下された水溶液が空洞部ＣＡＶの側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭの表面にまで溢れ出ることを抑制できる。このことは、水溶液を乾燥させた場合において、空洞部ＣＡＶの側面から基材部ＳＭの表面にまで化合物が析出することを抑制できることを意味している。この結果、本実施の形態１によれば、その後、基材部ＳＭに設けられた空洞部ＣＡＶを封止基板２Ｓで封止することになるが、この際、空洞部ＣＡＶの側面から基材部ＳＭの表面にまで化合物が析出することを抑制できる。このことから、本実施の形態１によれば、基材部ＳＭの表面と封止基板２Ｓの間に化合物が入り込むことを防止できる。このため、本実施の形態１におけるガスセルＧＣによれば、上述した特徴点を備えることにより、基材部ＳＭの表面と封止基板２Ｓの下面との間に化合物が入り込むことに起因する接合不良の発生を抑制することができ、これによって、ガスセルＧＣに設けられている空洞部ＣＡＶの密閉封止に対する信頼性を向上することができるのである。
【００５５】
つまり、本実施の形態１における技術的思想の本質は、空洞部ＣＡＶの側面に、表面張力による水溶液の這い上がりを遮断するストッパとして機能する段差部を形成することにあり、この構成を具現化する一態様として、本実施の形態１では、互いに連通し、かつ、平面サイズの異なる開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２から空洞部ＣＡＶを構成している。この構成により、本実施の形態１によれば、空洞部ＣＡＶの側面にストッパとして機能する段差部を設けることができ、この空洞部ＣＡＶの側面に形成される段差部によって、表面張力による水溶液の這い上がりを遮断することができるのである。
【００５６】
＜実施の形態１におけるガスセルの製造方法＞
本実施の形態１におけるガスセルＧＣは上記のように構成されており、以下に、その製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
まず、図５に示すように、例えば、シリコン基板からなる基材部ＳＭを用意し、その後フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、この基材部ＳＭの表面にパターニングしたマスク膜ＭＳＫ１を形成するとともに、基材部ＳＭの裏面にパターニングしたマスク膜ＭＳＫ２を形成する。マスク膜ＭＳＫ１のパターニングは、開口部ＯＰ２の形成領域を露出するように行なわれ、マスク膜ＭＳＫ２のパターニングは、開口部ＯＰ１の形成領域を露出するように行なわれる。なお、マスク膜ＭＳＫ１およびマスク膜ＭＳＫ２は、例えば、酸化シリコン膜から形成されている。
【００５８】
次に、図６に示すように、パターニングしたマスク膜ＭＳＫ１およびマスク膜ＭＳＫ２をマスクとした両面エッチング技術により、基材部ＳＭの表面側に開口部ＯＰ２を形成し、基材部ＳＭの裏面側に開口部ＯＰ１を形成する。これにより、基材部ＳＭは、互いに連通する開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２によって貫通部が形成されることになる。このとき、開口部ＯＰ１の幅が開口部ＯＰ２の幅よりも大きくなるように、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２が形成されることになる。
【００５９】
ここで、両面エッチング技術としては、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液等を使用したウェットエッチングを挙げることができる。ウェットエッチングでは、基材部ＳＭの表面と裏面の両側から同時にエッチングを進行することができるため、一度のウェットエッチングによって、基材部ＳＭに開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２を形成できる利点が得られる。
【００６０】
なお、基材部ＳＭに開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２を形成する工程は、必ずしも、上述したマスク膜ＭＳＫ１およびマスク膜ＭＳＫ２を使用したウェットエッチングで形成する必要はなく、例えば、レーザ光やドリル等によって直接基材部ＳＭを加工することもできる。この場合、マスク膜ＭＳＫ１およびマスク膜ＭＳＫ２の形成を省略できる。
【００６１】
さらに、図６に示すように、開口部ＯＰ１の側面の断面形状および開口部ＯＰ２の側面の断面形状は、傾斜形状である必要はなく、垂直形状や曲面形状であってもよい。また、基材部ＳＭに開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２を形成する工程は、複数の工程から構成されていてもよい。例えば、基材部ＳＭの表面側から、ＳｉＦ4（四フッ化珪素）ガスを使用したドライエッチングを一定時間行なった後、基材部ＳＭの裏面側から基材部ＳＭを貫通するまで同様にドライエッチングする工程を採用することもできる。
【００６２】
続いて、図７に示すように、基材部ＳＭの裏面に封止基板１Ｓを接合する。これにより、基材部ＳＭに形成されている開口部ＯＰ１は、封止基板１Ｓの上面と接触することになる。ここで、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板１Ｓとしてホウケイ酸ガラス基板を使用する場合には、陽極接合によって、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合することができる。なお、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの間の密閉性が保たれていれば、その他の手法により、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合してもよい。例えば、接着材を使用することにより、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを貼り合せてもよい。
【００６３】
次に、図８に示すように、例えば、ＣｓＮ3（アジ化セシウム）などのアルカリ金属を含有する化合物の水溶液からなるガス発生材料ＧＰＭを開口部ＯＰ１内の封止基板１Ｓの上面上に滴下する。液体状態のガス発生材料ＧＰＭの滴下には、マイクロピペットやディスペンサを使用することができる。
【００６４】
ここで、本実施の形態１では、図８に示すように、開口部ＯＰ１の幅が開口部ＯＰ２の幅よりも大きく、開口部ＯＰ２が開口部ＯＰ１に内包される構成をしていることから、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に段差部が形成されることになる。この結果、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に形成される段差部によって、滴下されたガス発生材料ＧＰＭの開口部ＯＰ１の側面や開口部ＯＰ２の側面への這い上がりが抑制される。このため、本実施の形態１によれば、滴下された液体状態のガス発生材料ＧＰＭが開口部ＯＰ１の側面および開口部ＯＰ２の側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭの表面にまで溢れ出ることを抑制できる。つまり、本実施の形態１によれば、表面張力や、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの疎水性や親水性の相違などに起因して、滴下された液体状態のガス発生材料ＧＰＭが基材部ＳＭの表面にまで溢れ出ることを防止することができる。
【００６５】
なお、液体状態のガス発生材料ＧＰＭは、アルカリ金属を含有する化合物だけでなく、例えば、ＢａＮ6（アジ化バリウム）に代表される窒素ガスなどのアルカリ金属以外のガスを発生させる化合物や、液体状のパラフィンなどの他の材料を含有していてもよい。
【００６６】
続いて、図９に示すように、液体状態のガス発生材料ＧＰＭを加熱することによって、液体状態のガス発生材料ＧＰＭを乾燥させる。これにより、開口部ＯＰ１内の封止基板１Ｓの上面上に固体状態のガス発生材料ＧＰＭが析出する。この加熱工程は、例えば、封止基板１Ｓの下側にホットプレートを挿入し、溶媒の沸点以上の温度で充分に加熱することにより行なわれる。ここで、本実施の形態１では、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に段差部が設けられているため、固体状態のガス発生材料ＧＰＭが溶媒の乾燥に伴って、開口部ＯＰ１の側面および開口部ＯＰ２の側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭの表面にまで表面張力で上昇することを防止できる。
【００６７】
なお、本実施の形態１では、図８および図９に示すように、液体状態のガス発生材料ＧＰＭを開口部ＯＰ１内の封止基板１Ｓの上面上に滴下した後、滴下した液体状態のガス発生材料ＧＰＭを加熱するように構成されていたが、これに限らず、例えば、封止基板１Ｓを加熱した状態で液体状態のガス発生材料ＧＰＭを滴下するように構成してもよい。
【００６８】
次に、図１０に示すように、基材部ＳＭの表面に封止基板２Ｓを接合する。この工程においても、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板２Ｓとしてホウケイ酸ガラス基板を使用する場合には、陽極接合によって、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとを接合することができる。これにより、開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２からなる空洞部ＣＡＶが封止基板１Ｓと封止基板２Ｓによって密閉封止されることになる。
【００６９】
このとき、封止基板２Ｓで基材部ＳＭに設けられた空洞部ＣＡＶを封止する工程を窒素ガスや希ガスなどの雰囲気中で実施して、空洞部ＣＡＶの内部に窒素ガスや希ガスを封入するようにしてもよい。これらの窒素ガスや希ガスは、アルカリ金属ガスのスピン偏極の乱れを抑制する機能を有する。
【００７０】
本実施の形態１においては、上述したように、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に段差部が形成されることによって、滴下された液体状態のガス発生材料ＧＰＭが空洞部ＣＡＶの側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭの表面にまで溢れ出ることが防止されるとともに、ガス発生材料ＧＰＭの乾燥工程においても、基材部ＳＭの表面へのガス発生材料ＧＰＭの付着が防止される。
【００７１】
この結果、本実施の形態１によれば、基材部ＳＭと封止基板２Ｓの間に化合物が入り込むことに起因する基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの間の接合不良を抑制することができる。これにより、本実施の形態１では、ガスセルの製造歩留りを向上することができる。
【００７２】
そして、空洞部ＣＡＶを密閉した後、空洞部ＣＡＶ内の封止基板１Ｓの上面上に存在するガス発生材料ＧＰＭに対して、光分解反応や熱分解反応を生じさせることによって、ガス発生材料ＧＰＭからアルカリ金属ガスや窒素ガスを発生させる。これにより、空洞部ＣＡＶの内部には、アルカリ金属ガスや窒素ガスが充填されることになる。
【００７３】
以上のようにして、本実施の形態１における磁場計測装置のガスセルを製造することができる。なお、本実施の形態１では、代表して単一のガスセルを例に挙げて説明しているが、複数のガスセルをウェハ上に形成し、必要に応じて個別のガスセルに切り出すようにしてもよい。
【００７４】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、基材部ＳＭに開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２を形成する例について説明したが、本実施の形態２では、第１基材部と、第１基材部とは異なる第２基材部を有し、第１基材部に開口部ＯＰ１が形成され、第２基材部に開口部ＯＰ２が形成される例について説明する。本実施の形態２におけるガスセルＧＣは、前記実施の形態１におけるガスセルＧＣとほぼ同様の構成をしている。
【００７５】
＜実施の形態２におけるガスセルの構成＞
図１１は、本実施の形態２におけるガスセルＧＣの封止領域ＳＬＲを拡大して示す平面図である。図１１において、本実施の形態２におけるガスセルＧＣの封止領域ＳＬＲには、例えば、長方形形状の開口部ＯＰ１と、正方形形状の開口部ＯＰ２が設けられている。この開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２によって空洞部ＣＡＶが形成されている。
【００７６】
そして、図１１に示すように、開口部ＯＰ１の長方形形状を構成する短辺と長辺のうち、短辺の長さは、開口部ＯＰ２の正方形形状を構成する辺と等しくなっている。したがって、当然、開口部ＯＰ１の長方形形状を構成する長辺は、開口部ＯＰ２の正方形形状を構成する辺よりも長くなっている。この結果、図１１に示すように、開口部ＯＰ１の平面サイズは、開口部ＯＰ２の平面サイズよりも大きくなっており、平面視において、開口部ＯＰ２は、開口部ＯＰ１に内包されていることがわかる。
【００７７】
次に、図１２は、図１１のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図１２に示すように、本実施の形態２におけるガスセルＧＣでは、基材部ＳＭ１と、基材部ＳＭ１上に配置された基材部ＳＭ２を有しており、基材部ＳＭ１に開口部ＯＰ１が形成され、基材部ＳＭ２に開口部ＯＰ２が形成されている。そして、この開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２から空洞部ＣＡＶが形成されることになる。つまり、空洞部ＣＡＶは、封止基板１Ｓの上面と接する開口部ＯＰ１と、封止基板２Ｓの下面と接する開口部ＯＰ２から構成されており、この開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２が厚さ方向に連通している。そして、図１２に示すように、本実施の形態２において、基材部ＳＭ１に形成されている開口部ＯＰ１の幅は、基材部ＳＭ２に形成されている開口部ＯＰ２の幅よりも大きくなっている。
【００７８】
このようなに本実施の形態２においても、例えば、図１１に示すように、開口部ＯＰ１の平面サイズが開口部ＯＰ２の平面サイズよりも大きく、開口部ＯＰ２が開口部ＯＰ１に内包される構成に起因して、図１２に示すように、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に段差部が形成されることになる。この結果、本実施の形態２においても、この段差部によって、滴下された水溶液の空洞部ＣＡＶの側面への這い上がりが抑制される。このため、本実施の形態２によっても、滴下された水溶液が空洞部ＣＡＶの側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭの表面にまで溢れ出ることを抑制できる。
【００７９】
これにより、本実施の形態２においても、空洞部ＣＡＶの側面から基材部ＳＭの表面にまで化合物が析出することを抑制できる。このことから、本実施の形態２においても、基材部ＳＭの表面と封止基板２Ｓの間に化合物が入り込むことを防止できる。このため、本実施の形態２におけるガスセルＧＣによれば、基材部ＳＭの表面と封止基板２Ｓの下面との間に化合物が入り込むことに起因する接合不良の発生を抑制することができ、これによって、ガスセルＧＣに設けられている空洞部ＣＡＶの密閉封止に対する信頼性を向上することができる。
【００８０】
特に、本実施の形態２では、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２が別々の基材部に形成されている。すなわち、本実施の形態２では、図１２に示すように、基材部ＳＭ１に開口部ＯＰ１が形成され、基材部ＳＭ２に開口部ＯＰ２が形成されている。このように本実施の形態２では、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２を積層して構成しているため、単層の基材部ＳＭから構成される前記実施の形態１よりも、封止基板１Ｓと封止基板２Ｓで挟まれる基材部（基材部ＳＭ１＋基材部ＳＭ２）の厚さが厚くなる。このことは、本実施の形態２における空洞部ＣＡＶの厚さが、前記実施の形態１における空洞部ＣＡＶの厚さよりも厚くなることを意味している。このため、本実施の形態２では、磁場計測で使用する照射光の空洞部ＣＡＶ内の光路長が長くなることになる。このことから、本実施の形態２におけるガスセルＧＣを使用した磁場計測装置によれば、照射光と相互作用する空洞部ＣＡＶ内のアルカリ金属原子の数が増大することになり、これによって、磁場の計測感度が向上することになる。つまり、本実施の形態２におけるガスセルＧＣは、磁場の計測感度を向上する観点から、前記実施の形態１におけるガスセルＧＣよりも優位性を有していると言える。
【００８１】
＜実施の形態２におけるガスセルの製造方法＞
本実施の形態２におけるガスセルＧＣは上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００８２】
まず、図１３に示すように、例えば、シリコン基板からなる基材部ＳＭ１を用意し、その後フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、この基材部ＳＭ１の表面にパターニングしたマスク膜ＭＳＫ３を形成する。マスク膜ＭＳＫ３のパターニングは、開口部ＯＰ１の形成領域を露出するように行なわれる。なお、マスク膜ＭＳＫ３は、例えば、酸化シリコン膜から形成されている。
【００８３】
次に、図１４に示すように、パターニングしたマスク膜ＭＳＫ３をマスクとしたエッチング技術により、基材部ＳＭ１に開口部ＯＰ１を形成する。このとき、基材部ＳＭ１に形成される開口部ＯＰ１は、基材部ＳＭ１を貫通するように形成される。
【００８４】
続いて、図１５に示すように、例えば、シリコン基板からなる基材部ＳＭ２を用意し、その後フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、この基材部ＳＭ２の表面にパターニングしたマスク膜ＭＳＫ４を形成する。マスク膜ＭＳＫ４のパターニングは、開口部ＯＰ２の形成領域を露出するように行なわれる。なお、マスク膜ＭＳＫ４は、例えば、酸化シリコン膜から形成されている。
【００８５】
次に、図１６に示すように、パターニングしたマスク膜ＭＳＫ４をマスクとしたエッチング技術により、基材部ＳＭ２に開口部ＯＰ２を形成する。このとき、基材部ＳＭ２に形成される開口部ＯＰ２は、基材部ＳＭ２を貫通するように形成される。
【００８６】
このように本実施の形態２では、別々の基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２を用意し、基材部ＳＭ１を貫通するように開口部ＯＰ１を形成し、基材部ＳＭ２を貫通するように開口部ＯＰ２を形成している。このため、本実施の形態２におけるガスセルＧＣの製造方法は、比較的簡単な工程で、基材部ＳＭ１に開口部ＯＰ１を形成し、かつ、基材部ＳＭ２に開口部ＯＰ２を形成することができる利点が得られる。
【００８７】
この点に関し、前記実施の形態１では、1つの基材部ＳＭの両面から互いに幅の異なる開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２を形成する必要があり、複雑な製造工程が必要とされる。これに対し、本実施の形態２では、互いに別体となる基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２を用意する必要があるものの、基材部ＳＭ１に単一の開口部ＯＰ１を形成する工程や、基材部ＳＭ２に単一の開口部ＯＰ２を形成する工程は、前記実施の形態１の工程に比べて単純な工程であると言える。この結果、本実施の形態２におけるガスセルＧＣの製造工程は、前記実施の形態１におけるガスセルの製造工程よりも製造難度が低く、これによって、製造歩留りを向上することができると考えられる。すなわち、ガスセルＧＣの製造歩留りを向上する観点から、本実施の形態２におけるガスセルＧＣの製造工程は、前記実施の形態１におけるガスセルＧＣの製造工程に比べて優位性を有していると言うことができる。
【００８８】
続いて、図１７に示すように、開口部ＯＰ１を形成した基材部ＳＭ１と、開口部ＯＰ２を形成した基材部ＳＭ２とを接合する。このとき、例えば、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２を共にシリコン基板から構成する場合には、熱接合により接合することができる。さらに、基材部ＳＭ１の裏面に封止基板１Ｓを接合する。これにより、基材部ＳＭ１に形成されている開口部ＯＰ１は、封止基板１Ｓの上面と接触することになる。ここで、例えば、基材部ＳＭ１としてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板１Ｓとしてホウケイ酸ガラス基板を使用する場合には、陽極接合によって、基材部ＳＭ１と封止基板１Ｓとを接合することができる。なお、基材部ＳＭ１と封止基板１Ｓとの間の密閉性が保たれていれば、その他の手法により、基材部ＳＭ１と封止基板１Ｓとを接合してもよい。例えば、接着材を使用することにより、基材部ＳＭ１と封止基板１Ｓとを貼り合せてもよい。
【００８９】
ここで、例えば、図１７に示すように、基材部ＳＭ１と基材部ＳＭ２とを接合する場合には、互いに開口幅の狭い面を接合するように構成することが望ましい。なぜなら、この場合には、図１７に示すように、基材部ＳＭ１に形成されている開口部ＯＰ１と封止基板１Ｓの上面との間の角度を鋭角とすることができ、これによって、この後の工程で滴下される水溶液の空洞部ＣＡＶの側面への這い上がりが抑制されやすくなるからである。
【００９０】
次に、図１８に示すように、例えば、ＣｓＮ３（アジ化セシウム）などのアルカリ金属を含有する化合物の水溶液からなるガス発生材料ＧＰＭを開口部ＯＰ１内の封止基板１Ｓの上面上に滴下する。液体状態のガス発生材料ＧＰＭの滴下には、マイクロピペットやディスペンサを使用することができる。
【００９１】
ここで、本実施の形態２でも、図１８に示すように、開口部ＯＰ１の幅が開口部ＯＰ２の幅よりも大きく、開口部ＯＰ２が開口部ＯＰ１に内包される構成をしていることから、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に段差部が形成されることになる。この結果、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に形成される段差部によって、滴下されたガス発生材料ＧＰＭの開口部ＯＰ１の側面や開口部ＯＰ２の側面への這い上がりが抑制される。このため、本実施の形態２によっても、滴下された液体状態のガス発生材料ＧＰＭが開口部ＯＰ１の側面および開口部ＯＰ２の側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭの表面にまで溢れ出ることを抑制できる。
【００９２】
続いて、液体状態のガス発生材料ＧＰＭを加熱することによって、液体状態のガス発生材料ＧＰＭを乾燥させる。これにより、開口部ＯＰ１内の封止基板１Ｓの上面上に固体状態のガス発生材料ＧＰＭが析出する。
【００９３】
次に、図１９に示すように、基材部ＳＭ２の表面に封止基板２Ｓを接合する。この工程においても、例えば、基材部ＳＭ２としてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板２Ｓとしてホウケイ酸ガラス基板を使用する場合には、陽極接合によって、基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとを接合することができる。これにより、開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２からなる空洞部ＣＡＶが封止基板１Ｓと封止基板２Ｓによって密閉封止されることになる。
【００９４】
本実施の形態２においても、上述したように、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に段差部が形成されることによって、滴下された液体状態のガス発生材料ＧＰＭが空洞部ＣＡＶの側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭ２の表面にまで溢れ出ることが防止されるとともに、ガス発生材料ＧＰＭの乾燥工程においても、基材部ＳＭ２の表面へのガス発生材料ＧＰＭの付着が防止される。
【００９５】
この結果、本実施の形態２によっても、基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓの間に化合物が入り込むことに起因する基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとの間の接合不良を抑制することができる。これにより、ガスセルの製造歩留りを向上することができる。
【００９６】
そして、空洞部ＣＡＶを密閉した後、空洞部ＣＡＶ内の封止基板１Ｓの上面上に存在するガス発生材料ＧＰＭに対して、光分解反応や熱分解反応を生じさせることによって、ガス発生材料ＧＰＭからアルカリ金属ガスや窒素ガスを発生させる。これにより、空洞部ＣＡＶの内部には、アルカリ金属ガスや窒素ガスが充填されることになる。以上のようにして、本実施の形態２における磁場計測装置のガスセルを製造することができる。
【００９７】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、ガスセルＧＣの空洞部ＣＡＶを構成する開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２のうち、平面サイズの大きな開口部ＯＰ１の深さが１ｍｍ以下である例について説明する。本実施の形態３におけるガスセルＧＣは、前記実施の形態１におけるガスセルＧＣとほぼ同様の構成をしている。
【００９８】
＜実施の形態３におけるガスセルの構成＞
図２０は、本実施の形態３におけるガスセルＧＣの封止領域ＳＬＲを拡大して示す平面図である。図２０において、本実施の形態３におけるガスセルＧＣの封止領域ＳＬＲには、例えば、正方形形状の開口部ＯＰ１と、正方形形状の開口部ＯＰ２が設けられている。この開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２によって空洞部ＣＡＶが形成されている。そして、図２０に示すように、開口部ＯＰ１の平面サイズは、開口部ＯＰ２の平面サイズよりも大きくなっており、平面視において、開口部ＯＰ２は、開口部ＯＰ１に内包されている。
【００９９】
次に、図２１は、図２０のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図２１に示すように、本実施の形態３におけるガスセルＧＣでは、基材部ＳＭを有しており、基材部ＳＭに開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２が形成されている。そして、この開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２から空洞部ＣＡＶが形成されることになる。つまり、空洞部ＣＡＶは、封止基板１Ｓの上面と接する開口部ＯＰ１と、封止基板２Ｓの下面と接する開口部ＯＰ２から構成されており、この開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２が厚さ方向に連通している。そして、図２１に示すように、本実施の形態３において、開口部ＯＰ１の幅は、開口部ＯＰ２の幅よりも大きくなっている。そして、本実施の形態３の特徴点は、開口部ＯＰ１の深さ（厚さ方向の長さ）が１ｍｍ以下である点にある。本実施の形態３では、この特徴点により利点を有することになるが、この特徴点による利点は、以下に示すガスセルの製造方法の中で説明する。
【０１００】
＜実施の形態３におけるガスセルの製造方法＞
本実施の形態３におけるガスセルＧＣは上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１０１】
まず、図２２に示すように、例えば、シリコン基板からなる基材部ＳＭを用意し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、基材部ＳＭの表面にパターニングしたマスク膜ＭＳＫ５を形成する。このマスク膜ＭＳＫ５のパターニングは、開口部ＯＰ１を形成する領域を露出するように行なわれる。なお、マスク膜ＭＳＫ５は、例えば、酸化シリコン膜から形成される。
【０１０２】
次に、図２３に示すように、基材部ＳＭの表面に形成されているマスク膜ＭＳＫ５をマスクとしたエッチング技術により、基材部ＳＭの表面に凹形状をした開口部ＯＰ１を形成する。このとき、開口部ＯＰ１の深さは、１ｍｍ以下になっている。
【０１０３】
なお、図２３では、異方性エッチングを想定して、開口部ＯＰ１の断面形状を直角形状にする例として図示しているが、開口部ＯＰ１の厚さを１ｍｍ以下に調整できる方法であれば、エッチングの方法は問わない。
【０１０４】
続いて、パターニングしたマスク膜ＭＳＫ５を除去した後、開口部ＯＰ１を形成した基材部ＳＭの表面上に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、パターニングしたマスク膜ＭＳＫ６を形成する。このマスク膜ＭＳＫ６のパターニングは、開口部ＯＰ１の幅よりも狭い幅の開口部ＯＰ２を形成する領域を露出するように行なわれる。なお、マスク膜ＭＳＫ６は、例えば、酸化シリコン膜から形成される。
【０１０５】
その後、図２４に示すように、基材部ＳＭの表面に形成したマスク膜ＭＳＫ６をマスクにしたエッチングにより、基材部ＳＭを貫通する開口部ＯＰ２を形成する。これにより基材部ＳＭに幅の異なる開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２を形成することができる。
【０１０６】
なお、本実施の形態３では、例えば、図２３に示すように、開口部ＯＰ１を形成した基材部ＳＭの表面にマスク膜ＭＳＫ６を形成する例について説明しているが、これに限らず、開口部ＯＰ１を形成した表面とは反対側の裏面にマスク膜ＭＳＫ６を形成し、基材部ＳＭの裏面からのエッチングにより、開口部ＯＰ２を形成することもできる。また、エッチング技術ではなく、レーザやドリルなどによって基材部ＳＭを直接加工してもよく、この場合は、マスク膜ＭＳＫ６の形成を省略することができる。
【０１０７】
次に、図２５に示すように、基材部ＳＭを上下反転させて、開口部ＯＰ１を形成した基材部ＳＭの表面と封止基板１Ｓの上面を対向させるようにして、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合する。ここで、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板１Ｓとしてホウケイ酸ガラス基板を使用する場合には、陽極接合によって、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合することができる。なお、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとの間の密閉性が保たれていれば、その他の手法により、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合してもよい。例えば、接着材を使用することにより、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを貼り合せてもよい。
【０１０８】
続いて、例えば、ＣｓＮ３（アジ化セシウム）などのアルカリ金属を含有する化合物の水溶液からなるガス発生材料ＧＰＭを開口部ＯＰ１内の封止基板１Ｓの上面上に滴下する。液体状態のガス発生材料ＧＰＭの滴下には、マイクロピペットやディスペンサを使用することができる。このとき、図２６に示すように、滴下された液体状態のガス発生材料ＧＰＭは、毛細管現象によって、開口部ＯＰ１による小さな隙間ＧＰに吸引される。つまり、本実施の形態３では、開口部ＯＰ１の深さが１ｍｍ以下となっているため、開口部ＯＰ１による小さな隙間ＧＰが形成され、この小さな隙間ＧＰに液体状態のガス発生材料ＧＰＭが浸み込むのである。この結果、本実施の形態３によれば、ガス発生材料ＧＰＭは、開口部ＯＰ１による小さな隙間ＧＰに局在することになる。
【０１０９】
このようにして、本実施の形態３では、ガス発生材料ＧＰＭが小さな隙間ＧＰに浸み込むため、滴下されたガス発生材料ＧＰＭの開口部ＯＰ２の側面への這い上がりが抑制されることになる。この結果、本実施の形態３によっても、滴下された液体状態のガス発生材料ＧＰＭが開口部ＯＰ２の側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭの表面にまで溢れ出ることを抑制できる。
【０１１０】
その後、液体状態のガス発生材料ＧＰＭを加熱することによって、液体状態のガス発生材料ＧＰＭを乾燥させる。これにより、開口部ＯＰ１による小さな隙間ＧＰに固体状態のガス発生材料ＧＰＭが析出する。
【０１１１】
次に、図２７に示すように、基材部ＳＭの表面に封止基板２Ｓを接合する。この工程においても、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板２Ｓとしてホウケイ酸ガラス基板を使用する場合には、陽極接合によって、基材部ＳＭと封止基板２Ｓとを接合することができる。これにより、開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２からなる空洞部ＣＡＶが封止基板１Ｓと封止基板２Ｓによって密閉封止されることになる。
【０１１２】
本実施の形態３においては、主に、毛細管現象でガス発生材料ＧＰＭが小さな隙間ＧＰに浸み込むことによって、滴下された液体状態のガス発生材料ＧＰＭが空洞部ＣＡＶの側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭの表面にまで溢れ出ることが防止されるとともに、ガス発生材料ＧＰＭの乾燥工程においても、基材部ＳＭの表面へのガス発生材料ＧＰＭの付着が防止される。
【０１１３】
この結果、本実施の形態３によっても、基材部ＳＭと封止基板２Ｓの間に化合物が入り込むことに起因する基材部ＳＭと封止基板２Ｓとの間の接合不良を抑制することができる。これにより、ガスセルの製造歩留りを向上することができる。
【０１１４】
そして、空洞部ＣＡＶを密閉した後、隙間ＧＰに局在するガス発生材料ＧＰＭに対して、光分解反応や熱分解反応を生じさせることによって、ガス発生材料ＧＰＭからアルカリ金属ガスや窒素ガスを発生させる。これにより、空洞部ＣＡＶの内部には、アルカリ金属ガスや窒素ガスが充填されることになる。なお、光分解によってガス発生材料ＧＰＭからアルカリ金属ガスを発生させる場合には、光分解に使用される光は、封止基板１Ｓの下面（裏面）側から照射することになる。
【０１１５】
以上のようにして、本実施の形態２における磁場計測装置のガスセルを製造することができる。特に、本実施の形態３では、図２７に示すように、固体状態のガス発生材料ＧＰＭが開口部ＯＰ１による隙間ＧＰに局在しているため、レーザ光の通過領域である空洞部ＣＡＶの中心部には、ガス発生材料ＧＰＭが残存しにくくなる。したがって、本実施の形態３によれば、磁場計測に使用するレーザ光（ポンピング光）がガスセルの空洞部ＣＡＶを通過する際に、固体状態のガス発生材料ＧＰＭによって、レーザ光が反射あるいは吸収されてしまうことを防止できる効果が得られる。
【０１１６】
＜変形例＞
続いて、本実施の形態３の変形例について説明する。図２８は、本変形例におけるガスセルＧＣの構成を示す断面図である。図２８において、本変形例では、封止基板１Ｓの上面に溝部ＣＵが形成されており、この溝部ＣＵが開口部ＯＰ１として機能する。そして、基材部ＳＭには、開口部ＯＰ２が形成されている。したがって、本変形例においては、封止基板１Ｓに形成されている溝部ＣＵ（開口部ＯＰ１）と、基材部ＳＭに形成されている開口部ＯＰ２から空洞部ＣＡＶが構成されることになる。
【０１１７】
このように本変形例におけるガスセルＧＣでは、封止基板１Ｓの上面に溝部ＣＵ（凹部）が形成されており、開口部ＯＰ１は溝部ＣＵから形成されていることになる。このとき、封止基板１Ｓに形成されている溝部ＣＵの深さは、１ｍｍ以下である。
【０１１８】
本変形例では、実施の形態３と同様に、ガス発生材料ＧＰＭが小さな隙間ＧＰに浸み込むため、滴下されたガス発生材料ＧＰＭの開口部ＯＰ２の側面への這い上がりが抑制されることになる。この結果、本変形例よっても、滴下された液体状態のガス発生材料ＧＰＭが開口部ＯＰ２の側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭの表面にまで溢れ出ることを抑制できる。さらには、本変形例でも、実施の形態３と同様に、固体状態のガス発生材料ＧＰＭを溝部ＣＵ（開口部ＯＰ１）による隙間ＧＰに局在させることができるため、空洞部ＣＡＶを通過するレーザ光の反射や吸収が抑制される。
【０１１９】
本変形例では、封止基板１Ｓに溝部ＣＵを形成し、基材部ＳＭに開口部ＯＰ２を形成することになる。このことから、前記実施の形態１のように、基材部ＳＭの両面にマスク膜を形成して両面エッチングする工程や、実施の形態３のように、基材部ＳＭに２回のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術を使用して開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２を形成する工程が不要となる。つまり、本変形例における基材部ＳＭの製造工程は、前記実施の形態１や実施の形態３に比べて簡略化される利点が得られる。また、本変形例では、開口部ＯＰ２が基材部ＳＭに形成される一方、開口部ＯＰ１が封止基板１Ｓに形成されることになるため、同じ基材部ＳＭに開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２を形成する場合と比較して、加工の調整が容易になる利点も得られる。
【０１２０】
（実施の形態４）
前記実施の形態１〜３では、1つのガスセルＧＣに１つの空洞部ＣＡＶが形成されている例について説明したが、本実施の形態４では、1つのガスセルＧＣに２つの空洞部ＣＡＶ１および空洞部ＣＡＶ２が形成されている例について説明する。
【０１２１】
例えば、1つのガスセルＧＣに１つの空洞部ＣＡＶが形成されている構成例では、空洞部ＣＡＶに固体状態のガス発生材料ＧＰＭが残存する場合、この固体状態のガス発生材料ＧＰＭが空洞部ＣＡＶを通過するレーザ光の妨げとなるおそれがある。そこで、本実施の形態４では、1つのガスセルＧＣに２つの空洞部ＣＡＶ１および空洞部ＣＡＶ２を設け、固体状態のガス発生材料ＧＰＭが残存する空洞部ＣＡＶ１と、レーザ光が通過する空洞部ＣＡＶ２とを分離している。以下に、このような構成を有する本実施の形態４におけるガスセルＧＣについて図面を参照しながら説明する。
【０１２２】
＜実施の形態４におけるガスセルの構成＞
図２９は、本実施の形態４におけるガスセルＧＣの封止領域ＳＬＲを拡大して示す平面図である。図２９において、本実施の形態４におけるガスセルＧＣは、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２を備える。そして、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２は、連通路ＣＮＵを介して接続されている。
【０１２３】
図３０は、図２９のＡ−Ａ線で切断した断面図である。図３０に示すように、封止基板１Ｓと封止基板２Ｓに挟まれるように基材部ＳＭが設けられており、この基材部ＳＭに空洞部ＣＡＶ１と、空洞部ＣＡＶ２と、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２を接続する連通路ＣＮＵが形成されている。そして、例えば、空洞部ＣＡＶ１は、封止基板１Ｓの上面と接する開口部ＯＰ１と、封止基板２Ｓの下面と接する開口部ＯＰ２から構成されており、この開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２が厚さ方向に連通している。そして、図３０に示すように、本実施の形態４において、開口部ＯＰ１の幅は、開口部ＯＰ２の幅よりも大きくなっている。同様に、空洞部ＣＡＶ２は、封止基板１Ｓの上面と接する開口部ＯＰ３と、封止基板２Ｓの下面と接する開口部ＯＰ４から構成されており、この開口部ＯＰ３と開口部ＯＰ４が厚さ方向に連通している。そして、図３０に示すように、本実施の形態４において、開口部ＯＰ３の幅は、開口部ＯＰ４の幅よりも大きくなっている。
【０１２４】
なお、本実施の形態４では、空洞部ＣＡＶ２が開口部ＯＰ３と開口部ＯＰ４から構成されているが、これに限らず、単一の開口部から構成されていてもよい。すなわち、本実施の形態４では、少なくとも、空洞部ＣＡＶ１が開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２から構成されていればよく、空洞部ＣＡＶ２は任意の形状から構成することができる。
【０１２５】
本実施の形態４では、空洞部ＣＡＶ１内に固体状態のガス発生材料ＧＰＭが存在している一方、空洞部ＣＡＶ２内には、ガス発生材料ＧＰＭが存在していない。すなわち、空洞部ＣＡＶ１内の封止基板１Ｓの上面には、アルカリ金属ガスを発生させるガス発生材料ＧＰＭが存在する一方、空洞部ＣＡＶ２内の封止基板１Ｓの上面には、ガス発生材料ＧＰＭが存在していない。ただし、空洞部ＣＡＶ１の空間と、空洞部ＣＡＶ２の空間は、連通路ＣＮＵを介して繋がっているため、空洞部ＣＡＶ１内に存在するガス発生材料ＧＰＭから発生したアルカリ金属ガスは、連通路ＣＮＵを通って、空洞部ＣＡＶ２にも存在する。すなわち、本実施の形態４におけるガスセルＧＣにおいては、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２の両方にアルカリ金属ガスが充填されていることになる。
【０１２６】
ここで、本実施の形態４では、磁場計測に使用するレーザ光は、空洞部ＣＡＶ２を通過するように構成される。これにより、空洞部ＣＡＶ２内には固体状態のガス発生材料ＧＰＭが存在しないため、レーザ光がガスセルＧＣの空洞部ＣＡＶ２を通過する際に、固体状態のガス発生材料ＧＰＭに起因するレーザ光の反射や吸収を抑制することができる。
【０１２７】
すなわち、本実施の形態４の基本思想は、ガス発生材料ＧＰＭを配置する空洞部ＣＡＶ１と、磁場計測に使用するレーザ光を通過させる空洞部ＣＡＶとを分離するとともに、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２を空間的に連通させることによって、空洞部ＣＡＶ１だけでなく、空洞部ＣＡＶ２にもアルカリ金属ガスを充填させることにある。これにより、空洞部ＣＡＶ２内にガス発生材料ＧＰＭを配置しなくても、空洞部ＣＡＶ２の内部にアルカリ金属ガスを充填させることができるとともに、空洞部ＣＡＶ２にレーザ光を通過させることによって、固体状態のガス発生材料ＧＰＭによる悪影響を排除することができる。この結果、本実施の形態４におけるガスセルＧＣを使用した磁場計測装置によれば、磁場の計測精度に代表される性能向上を図ることができる。
【０１２８】
＜実施の形態４におけるガスセルの製造方法＞
本実施の形態４におけるガスセルＧＣは上記のように構成されており、以下に、その製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１２９】
まず、図３１に示すように、例えば、シリコン基板からなる基材部ＳＭを用意し、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、基材部ＳＭの表面にパターニングしたマスク膜ＭＳＫ７を形成する。このマスク膜ＭＳＫ７のパターニングは、連通路を形成する領域を露出するように行なわれる。なお、マスク膜ＭＳＫ７は、例えば、酸化シリコン膜から形成される。
【０１３０】
次に、図３２に示すように、基材部ＳＭの表面に形成されているマスク膜ＭＳＫ７をマスクとしたエッチング技術により、基材部ＳＭの表面に凹形状をした溝部ＣＵ１を形成する。
【０１３１】
続いて、パターニングしたマスク膜ＭＳＫ７を除去した後、溝部ＣＵ１を形成した基材部ＳＭの表面上に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、パターニングしたマスク膜ＭＳＫ８を形成する一方、基材部ＳＭの裏面に、パターニングしたマスク膜ＭＳＫ９を形成する。なお、マスク膜ＭＳＫ８およびマスク膜ＭＳＫ９は、例えば、酸化シリコン膜から形成される。
【０１３２】
次に、図３３に示すように、パターニングしたマスク膜ＭＳＫ８およびマスク膜ＭＳＫ９をマスクとした両面エッチング技術により、基材部ＳＭの表面側に開口部ＯＰ２と開口部ＯＰ４を形成し、基材部ＳＭの裏面側に開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ３を形成する。このとき、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２は、基材部ＳＭの厚さ方向に繋がるように形成され、開口部ＯＰ３と開口部ＯＰ４は、基材部ＳＭの厚さ方向に繋がるように形成される。また、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ３は互いに分離されるように形成される。
【０１３３】
その後、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合する。ここで、例えば、基材部ＳＭとしてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板１Ｓとしてホウケイ酸ガラス基板を使用する場合には、陽極接合によって、基材部ＳＭと封止基板１Ｓとを接合することができる。
【０１３４】
続いて、例えば、ＣｓＮ３（アジ化セシウム）などのアルカリ金属を含有する化合物の水溶液からなるガス発生材料ＧＰＭを開口部ＯＰ１内の封止基板１Ｓの上面上に滴下する。液体状態のガス発生材料ＧＰＭの滴下には、マイクロピペットやディスペンサを使用することができる。なお、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ３は互いに分離されていることから、開口部ＯＰ１内の封止基板１Ｓの上面上に滴下した液体状態のガス発生材料ＧＰＭが、開口部ＯＰ３内の封止基板１Ｓの上面上に流入することはない。
【０１３５】
ここで、本実施の形態４でも、図３４に示すように、開口部ＯＰ１の幅が開口部ＯＰ２の幅よりも大きく、開口部ＯＰ２が開口部ＯＰ１に内包される構成をしていることから、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に段差部が形成されることになる。この結果、開口部ＯＰ１と開口部ＯＰ２の連通部分に形成される段差部によって、滴下されたガス発生材料ＧＰＭの開口部ＯＰ１の側面や開口部ＯＰ２の側面への這い上がりが抑制される。このため、本実施の形態４によっても、滴下された液体状態のガス発生材料ＧＰＭが開口部ＯＰ１の側面および開口部ＯＰ２の側面に這い上がり、さらには、基材部ＳＭの表面にまで溢れ出ることを抑制できる。
【０１３６】
続いて、液体状態のガス発生材料ＧＰＭを加熱することによって、液体状態のガス発生材料ＧＰＭを乾燥させる。これにより、開口部ＯＰ１内の封止基板１Ｓの上面上に固体状態のガス発生材料ＧＰＭが析出する。
【０１３７】
次に、図３５に示すように、基材部ＳＭ２の表面に封止基板２Ｓを接合する。この工程においても、例えば、基材部ＳＭ２としてシリコン基板を使用し、かつ、封止基板２Ｓとしてホウケイ酸ガラス基板を使用する場合には、陽極接合によって、基材部ＳＭ２と封止基板２Ｓとを接合することができる。これにより、開口部ＯＰ１および開口部ＯＰ２からなる空洞部ＣＡＶ１と、開口部ＯＰ３および開口部ＯＰ４からなる空洞部ＣＡＶ２が封止基板１Ｓと封止基板２Ｓによって密閉封止されることになる。また、この際、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２を空間的に繋ぐ連通路ＣＮＵも形成される。
【０１３８】
そして、空洞部ＣＡＶ１および空洞部ＣＡＶ２を密閉した後、空洞部ＣＡＶ１内の封止基板１Ｓの上面上に存在するガス発生材料ＧＰＭに対して、光分解反応や熱分解反応を生じさせることによって、ガス発生材料ＧＰＭからアルカリ金属ガスや窒素ガスを発生させる。これにより、空洞部ＣＡＶ１の内部には、アルカリ金属ガスや窒素ガスが充填されることになる。さらに、発生したアルカリ金属ガスや窒素ガスは、連通路ＣＮＵを介して、空洞部ＣＡＶ２にも充填される。
【０１３９】
以上のようにして、本実施の形態４における磁場計測装置のガスセルを製造することができる。なお、本実施の形態４では、空洞部ＣＡＶ１および空洞部ＣＡＶ２を密閉封止する前段階で形成しているが、これに限らず、例えば、空洞部ＣＡＶ１および空洞部ＣＡＶ２を密閉封止した後、連通路を形成する領域に高エネルギーレーザ光を照射することにより基材部ＳＭの一部を蒸発させて連通路ＣＮＵを形成することもできる。
【０１４０】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１４１】
１Ｓ  封止基板
２Ｓ  封止基板
ＣＡＶ  空洞部
ＣＡＶ１  空洞部
ＣＡＶ２  空洞部
ＣＮＵ  連通路
ＣＯＬ  コイル
ＣＳＤ１  側面
ＣＳＤ２  側面
ＣＵ  溝部
ＣＵ１  溝部
ＧＣ  ガスセル
ＧＰ  隙間
ＧＰＭ  ガス発生材料
ＩＳＤ１  仮想側面
ＩＳＤ２  仮想側面
ＬＤ  半導体レーザ
ＬＥＮ１  コリメートレンズ
ＬＥＮ２  集光レンズ
ＭＳＫ１  マスク膜
ＭＳＫ２  マスク膜
ＭＳＫ３  マスク膜
ＭＳＫ４  マスク膜
ＭＳＫ５  マスク膜
ＭＳＫ６  マスク膜
ＭＳＫ７  マスク膜
ＭＳＫ８  マスク膜
ＭＳＫ９  マスク膜
ＯＦ１  光ファイバ
ＯＦ２  光ファイバ
ＯＰ１  開口部
ＯＰ２  開口部
ＯＰ３  開口部
ＯＰ４  開口部
ＯＳＤ１  側面
ＯＳＤ２  側面
ＰＤ  光検出器
ＰＲ  偏光子
ＳＤ１  側面
ＳＤ２  側面
ＳＬＲ  封止領域
ＳＭ  基材部
ＳＭ１  基材部
ＳＭ２  基材部
ＷＰ  波長板
【図１】
2015019471.tif 000003
【図２】
2015019471.tif 000004
【図３】
2015019471.tif 000005
【図４】
2015019471.tif 000006
【図５】
2015019471.tif 000007
【図６】
2015019471.tif 000008
【図７】
2015019471.tif 000009
【図８】
2015019471.tif 000010
【図９】
2015019471.tif 000011
【図１０】
2015019471.tif 000012
【図１１】
2015019471.tif 000013
【図１２】
2015019471.tif 000014
【図１３】
2015019471.tif 000015
【図１４】
2015019471.tif 000016
【図１５】
2015019471.tif 000017
【図１６】
2015019471.tif 000018
【図１７】
2015019471.tif 000019
【図１８】
2015019471.tif 000020
【図１９】
2015019471.tif 000021
【図２０】
2015019471.tif 000022
【図２１】
2015019471.tif 000023
【図２２】
2015019471.tif 000024
【図２３】
2015019471.tif 000025
【図２４】
2015019471.tif 000026
【図２５】
2015019471.tif 000027
【図２６】
2015019471.tif 000028
【図２７】
2015019471.tif 000029
【図２８】
2015019471.tif 000030
【図２９】
2015019471.tif 000031
【図３０】
2015019471.tif 000032
【図３１】
2015019471.tif 000033
【図３２】
2015019471.tif 000034
【図３３】
2015019471.tif 000035
【図３４】
2015019471.tif 000036
【図３５】
2015019471.tif 000037
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月12日(2016.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
ただし、上述した電流や電気配線からの影響が小さい場合には、光ファイバＯＦ１を使用せずに半導体レーザＬＤをコリメートレンズＬＥＮ１上に直接配置してもよい。さらに、光ファイバＯＦ２を使用せずに光検出器ＰＤを集光レンズＬＥＮ２上に直接配置してもよいし、集光レンズＬＥＮ２を省略して光検出器ＰＤをガスセルＧＣに直接接触するように配置することもできる。この場合、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡを小型化することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
さらに、本実施の形態１における磁場計測装置ＭＭＡは、複数のガスセルＧＣをアレイ状に配置して用いることができる。この場合、半導体レーザＬＤやコイルＣＯＬは、複数のガスセルＧＣに対して共通の構成要素とすることもできる。例えば、半導体レーザＬＤからのレーザ光を複数のガスセルＧＣのそれぞれに分配するように構成したり、コイルＣＯＬから共通磁場を複数のガスセルＧＣに印加するように構成することもできる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２７】
すなわち、本実施の形態４の基本思想は、ガス発生材料ＧＰＭを配置する空洞部ＣＡＶ１と、磁場計測に使用するレーザ光を通過させる空洞部ＣＡＶ２とを分離するとともに、空洞部ＣＡＶ１と空洞部ＣＡＶ２を空間的に連通させることによって、空洞部ＣＡＶ１だけでなく、空洞部ＣＡＶ２にもアルカリ金属ガスを充填させることにある。これにより、空洞部ＣＡＶ２内にガス発生材料ＧＰＭを配置しなくても、空洞部ＣＡＶ２の内部にアルカリ金属ガスを充填させることができるとともに、空洞部ＣＡＶ２にレーザ光を通過させることによって、固体状態のガス発生材料ＧＰＭによる悪影響を排除することができる。この結果、本実施の形態４におけるガスセルＧＣを使用した磁場計測装置によれば、磁場の計測精度に代表される性能向上を図ることができる。
【国際調査報告】
2015019471.tif 000038
2015019471.tif 000039
2015019471.tif 000040