(57)【要約】【課題】アルカリ金属セル等を容易に低コストで製造することのできる基板を提供する。【解決手段】基板を貫通する貫通穴と、前記基板の一方の面に形成され、前記貫通穴と連結する連結経路とを有する基板の製造方法において、前記基板の一方の面及び他方の面に第１の誘電体膜を形成する工程と、前記連結経路が形成される領域上に存在する前記第１の誘電体膜を除去し開口部を形成する工程と、前記第１の誘電体膜の上及び前記開口部に第２の誘電体膜を形成する工程と、前記貫通穴が形成される領域上に存在する前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜を除去する工程と、前記第２の誘電体膜をマスクとして前記基板をエッチングすることにより前記貫通穴を形成する工程と、前記貫通穴を形成した後、前記第２の誘電体膜を除去する工程と、前記第２の誘電体膜を除去した後、前記第１の誘電体膜をマスクとして前記基板をエッチングすることにより、前記連結経路を形成する工程と、を有することを特徴とする基板の製造方法により上記課題を解決する。【選択図】  図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を貫通する貫通穴と、前記基板の一方の面に形成され、前記貫通穴と連結する連結経路とを有する基板の製造方法において、
前記基板の一方の面及び他方の面に第１の誘電体膜を形成する工程と、
前記連結経路が形成される領域上に存在する前記第１の誘電体膜を除去し開口部を形成する工程と、
前記第１の誘電体膜の上及び前記開口部に第２の誘電体膜を形成する工程と、
前記貫通穴が形成される領域上に存在する前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜を除去する工程と、
前記第２の誘電体膜をマスクとして前記基板をエッチングすることにより前記貫通穴を形成する工程と、
前記貫通穴を形成した後、前記第２の誘電体膜を除去する工程と、
前記第２の誘電体膜を除去した後、前記第１の誘電体膜をマスクとして前記基板をエッチングすることにより、前記連結経路を形成する工程と、
を有することを特徴とする基板の製造方法。
【請求項２】
前記第２の誘電体膜はエッチングにより除去されるものであって、
前記第２の誘電体膜は、前記第１の誘電体膜よりも、前記第２の誘電体膜を除去する際のエッチングにおけるエッチングレートが早いことを特徴とする請求項１に記載の基板の製造方法。
【請求項３】
前記貫通穴は、前記連結経路の一端と連結する第１の貫通穴と、前記連結経路の他端と連結する第２の貫通穴と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の基板の製造方法。
【請求項４】
前記基板は、前記連結経路の一端と連結する貫通穴と、前記連結経路の他端と連結し底を有する凹部とを含み、
前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜を除去する工程において、前記凹部が形成される領域上に存在する前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜を除去し、
前記凹部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の基板の製造方法。
【請求項５】
基板上に、第１の領域を除きかつ第２の領域を含む領域に第１の誘電体膜及び第２の誘電体膜が形成されており、前記第１の領域に前記第２の誘電体膜が形成されている基板複合体より基板を製造する基板の製造方法であって、
前記基板複合体における前記第２の領域の前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜を除去する工程と、
前記第２の誘電体膜をマスクとして、前記第２の領域に対応する基板をエッチングする工程と、
前記第１の領域に対応する基板上の前記第２の誘電体膜を除去する工程と、
前記第１の誘電体膜をマスクとして、前記第１の領域に対応する基板をエッチングする工程と、
を有することを特徴とする基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１の領域をエッチングすることにより、前記基板に貫通穴が形成されることを特徴とする請求項５に記載の基板の製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載された基板の製造方法により製造された基板の第１の貫通穴が形成されている領域にアルカリ金属化合物を設置し、前記第１の貫通穴、前記第２の貫通穴及び前記連結経路が含まれる空間を封止する工程を含むことを特徴とするアルカリ金属セルの製造方法。
【請求項８】
前記封止する工程において、前記基板の一方の面に第１の透明基板を接合し、前記基板の他方の面に第２の透明基板を接合す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９】
基板の上に誘電体膜が形成されている基板複合体であって、
前記誘電体膜は、第１の膜厚の部分と、前記第１の膜厚よりも薄い第２の膜厚の部分とを含むことを特徴とする基板複合体。
【請求項１０】
前記第１の膜厚の部分の誘電体膜は、エッチングレートの異なる複数の誘電体膜を含むことを特徴とする請求項９に記載の基板複合体。
【請求項１１】
基板の上に第１の誘電体膜を形成する工程と、
前記基板における第１の領域の上に形成された前記第１の誘電体膜を除去する工程と、
前記第１の誘電体膜の上及び前記第１の領域の前記基板の上に第２の誘電体膜を形成する工程と
を有することを特徴とする基板複合体の製造方法。
【請求項１２】
基板に設けられ、光を通過させる第１の穴と、
前記基板に設けられ、アルカリ金属化合物が設置される第２の穴と、
前記第１の穴と前記第２の穴とを連結する前記基板に形成された連結経路と、
前記基板の一方の面に接合された第１の透明基板と、
前記基板の他方の面に接合された第２の透明基板と、を有し、
前記第２の穴の大きさは、前記第１の穴の大きさよりも小さいことを特徴とするアルカリ金属セル。
【請求項１３】
前記連結経路は、前記第１の穴の側壁及び前記第２の穴の側壁に沿って形成されていることを特徴とする請求項１２に記載のアルカリ金属セル。
【請求項１４】
前記第１の穴および前記第２の穴は前記基板を貫通する貫通穴であることを特徴とする請求項１２のアルカリ金属セル。
【請求項１５】
前記第１の穴は前記基板を貫通する貫通穴であり、前記第２の穴は凹部であることを特徴とする請求項１２のアルカリ金属セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の製造方法、アルカリ金属セルの製造方法、基板複合体、基板複合体の製造方法及びアルカリ金属セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
極めて正確に時間を計る時計として原子時計（原子発振器）があり、この原子時計を小型化する技術等の検討がなされている。原子時計とは、アルカリ金属等の原子を構成している電子の遷移エネルギー量を基準とする発振器であり、特に、アルカリ金属の原子における電子の遷移エネルギーは外乱がない状態では、非常に精密な値が得られる。よって、水晶発振器に比べて、数桁高い周波数安定性を得ることができる。
【０００３】
このような原子時計には、幾つかの方式があるが、中でも、ＣＰＴ（Coherent Population Trapping）方式の原子時計は、従来の水晶発振器に比べて周波数安定性が３桁程度高く、また、超小型、超低消費電力を望むことができる。
【０００４】
ＣＰＴ方式の原子時計では、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とを有している。ＣＰＴ方式の原子時計においては、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。
【０００５】
超小型の原子時計におけるアルカリ金属セルとしては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて生産する方法が開示されている（特許文献１、２）。これらに開示されている方法では、最初に、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術によりＳｉ基板に開口部を形成した後、陽極接合によりガラスとＳｉ基板とを接合する。陽極接合は、２００℃〜４５０℃の温度で、ガラスとＳｉ基板との界面に２５０Ｖ〜１０００Ｖ程度の電圧を印加することにより行なわれる。この後、アルカリ金属とバッファガスを入れて、上面となる開口部分にガラスを陽極接合することにより封止する。このようにして形成されたものをセルごとに切り出すことにより、アルカリ金属セルが形成される。
【０００６】
アルカリ金属をアルカリ金属セル内に封入する方法としては、大気中で安定なＣｓディスペンサーをセル内に投入しセルを封止した後、Ｃｓディスペンサーのみにレーザ光を照射して加熱し、Ｃｓを発生させる方法がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＭＥＭＳ技術を用いてアルカリ金属セルを作製する場合、極めて困難な製造工程が必要となる場合や、高額な装置が必要となる場合があり、実際に製造することが困難である場合や、製造コストが高くなってしまう場合がある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、アルカリ金属セル等を容易に低コストで製造することのできる基板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】
【０００９】
本実施の形態の一観点によれば、基板を貫通する貫通穴と、前記基板の一方の面に形成され、前記貫通穴と連結する連結経路とを有する基板の製造方法において、前記基板の一方の面及び他方の面に第１の誘電体膜を形成する工程と、前記連結経路が形成される領域上に存在する前記第１の誘電体膜を除去し開口部を形成する工程と、前記第１の誘電体膜の上及び前記開口部に第２の誘電体膜を形成する工程と、前記貫通穴が形成される領域上に存在する前記第１の誘電体膜及び前記第２の誘電体膜を除去する工程と、前記第２の誘電体膜をマスクとして前記基板をエッチングすることにより前記貫通穴を形成する工程と、前記貫通穴を形成した後、前記第２の誘電体膜を除去する工程と、前記第２の誘電体膜を除去した後、前記第１の誘電体膜をマスクとして前記基板をエッチングすることにより、前記連結経路を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アルカリ金属セル等を容易に低コストで製造することのできる基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】原子発振器の説明図
【図２】アルカリ金属セルの説明図
【図３】アルカリ金属セルの製造方法の工程図（１）
【図４】アルカリ金属セルの製造方法の工程図（２）
【図５】アルカリ金属セルの製造方法の工程図（３）
【図６】アルカリ金属セルの製造方法の工程図（４）
【図７】アルカリ金属セルの製造方法の工程図（５）
【図８】アルカリ金属セルの製造方法の工程図（６）
【図９】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（１）
【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（２）
【図１２】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１３】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工程図（５）
【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工程図（６）
【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工程図（７）
【図１７】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１８】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１９】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説明図
【図２０】ＢＨＦエッチングレートとＫＯＨエッチングレートとの相関図
【図２１】アルカリ金属セルの製造方法の説明図（１）
【図２２】アルカリ金属セルの製造方法の説明図（２）
【図２３】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工程図（１）
【図２４】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工程図（２）
【図２５】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工程図（３）
【図２６】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工程図（４）
【図２７】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工程図（５）
【図２８】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工程図（６）
【図２９】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工程図（７）
【図３０】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工程図（８）
【図３１】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工程図（９）
【図３２】第３の実施の形態における原子発振器の説明図
【図３３】ＣＰＴ方式を説明する原子エネルギー準位の説明図
【図３４】面発光レーザ変調時における出力波長の説明図
【図３５】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】
【００１２】
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。
【００１３】
最初に、原子発振器に用いられるアルカリ金属セルの製造方法について説明する。図２は、原子発振器に用いられるアルカリ金属セルの構造を模式的に示した図である。尚、図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における一点鎖線２Ａ−２Ｂにおいて切断した断面図である。
【００１４】
アルカリ金属セルは、シリコン基板１０に形成された２つの貫通穴、即ち、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２により形成された２つの空間と、この２つの空間を接続（連結）する連結経路となる連結溝１３とを有している。第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２により形成される２つの空間は、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２が形成されているシリコン基板１０の一方の面に第１の透明基板４１、他方の面に第２の透明基板４２を張り付け真空封止することにより形成されている。尚、第１の透明基板４１及び第２の透明基板４２は、ガラス基板等により形成されていてもよい。
【００１５】
第２の貫通穴１２により形成される空間には、アルカリ金属発生剤であるＣｓディスペンサー５０が設置されており、Ｃｓディスペンサー５０にレンズ６１を介してレーザ光６２を照射し加熱することにより、アルカリ金属ガスであるＣｓ５１の気体を発生させる。このように、Ｃｓディスペンサー５０にレーザ光を照射することにより発生した気体のＣｓ５１は、第２の貫通穴１２により形成された空間より、連結溝１３を介し、第１の貫通穴１１により形成された空間に拡散する。これにより、第１の貫通穴１１により形成された空間を含む領域により、図１に示される原子発振器におけるアルカリ金属セルが形成される。
【００１６】
次に、上述したアルカリ金属セルの製造工程について図３から図９に基づき説明する。
【００１７】
最初に、図３に示すように、シリコン基板１０の表裏両面、即ち、シリコン基板１０の一方の面と他方の面に、誘電体膜２１を形成する。次に、図４に示すように、シリコン基板１０において、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２が形成される領域における誘電体膜２１に開口部２１ａを形成する。誘電体膜２１に形成される開口部２１ａは、シリコン基板１０の両面において対応する位置に形成する。尚、シリコン基板１０は、レーザ光との相互作用長を十分に確保するため、厚さが１〜２ｍｍのものを用いている。尚、図３（ａ）は上面図であり、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。また、図４（ａ）は上面図であり、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。
【００１８】
次に、図５に示すように、誘電体膜２１の開口部２１ａにおけるシリコン基板１０におけるシリコンを異方性エッチングにより除去し貫通させることにより、シリコン基板１０に、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２を形成する。尚、図５（ａ）は上面図であり、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る。
【００１９】
次に、図６に示すように、連結溝１３が形成される領域に開口部を有するレジストパターン３１を形成し、シリコン基板１０において連結溝１３が形成される領域における誘電体膜２１を除去する。尚、図６（ａ）は上面図であり、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る。
【００２０】
次に、図７に示すように、誘電体膜２１が除去された領域におけるシリコン基板１０における表面のシリコンを一部除去することにより、連結溝１３を形成する。次に、図８に示すように、レジストパターン３１及び誘電体膜２１を除去した後、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２が形成されているシリコン基板１０の一方の面に第１の透明基板４１を張り付ける。尚、図７（ａ）は上面図であり、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る。また、図８（ａ）は上面図であり、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。
【００２１】
次に、図９に示すように、第２の貫通穴１２が形成されている空間にＣｓディスペンサー５０を設置し、バッファガスを封入し、シリコン基板１０の他方の面に第２の透明基板４２を張り付ける。尚、図９（ａ）は上面図であり、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る。
【００２２】
この後、各々のチップに分割し、図２に示すようにアルカリ金属発生剤であるＣｓディスペンサー５０にレーザ光を照射し、アルカリ金属ガスであるＣｓを発生させることによりアルカリ金属セルが完成する。
【００２３】
ところで、上記のアルカリ金属セルの製造方法においては、図６に示されるような、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２が形成されているシリコン基板１０の両面に、レジストパターン３１を形成することは容易なことではない。具体的には、以下の問題点を有している。
【００２４】
通常、レジストパターン３１を形成するためのフォトレジストを塗布する際には、シリコン基板１０を真空チャックにより保持する方式がとられている。しかしながら、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２を有する穴あきのシリコン基板１０の場合、真空チャックにより保持することができない。
【００２５】
また、シリコン基板１０を真空チャックしフォトレジストを塗布する方法としては、シリコン基板１０の一方の面に第１の透明基板４１を張り付けた状態でフォトレジストをスピンコートする方法が考えられる。しかしながら、この方法では、フォトレジストは遠心力により第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２からはみ出してしまい、フォトレジストの膜厚にバラツキが生じてしまうため、綺麗にレジストパターンを形成することができない。
【００２６】
また、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２が形成されているシリコン基板１０にフォトレジストを塗布する方法としては、スプレーコート法がある。しかしながら、スプレーコート装置は高額であり、また、スプレーコートによる塗布条件設定も難しい。
【００２７】
また、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２が形成されているシリコン基板１０にフォトレジストを塗布することを回避する方法としては、連結溝１３を形成した後、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２を形成する方法が考えられる。しかしながら、連結溝１３を形成した後、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２を形成しようとすると、連結溝１３よりエッチングが進行するため、第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２を所望の形状となるように形成することができない。また、ドライエッチングにより第１の貫通穴１１及び第２の貫通穴１２を形成する場合、シリコン基板１０の厚さが１〜２ｍｍと厚いため、短時間でエッチングすることのできる装置は高価であり、また、貫通穴を形成することまでは考慮されたものではない。
【００２８】
〔第１の本実施の形態〕
次に、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１０〜図１８に基づき説明する。
【００２９】
最初に、図１０に示すように、シリコン基板１１０の表裏両面、即ち、シリコン基板１１０の一方の面と他方の面に、第１の誘電体膜１２１を成膜し、後述する連結経路となる連結溝１１３が形成される領域における第１の誘電体膜１２１を除去し、開口部１２１ａを形成する。具体的には、最初に、シリコン基板１１０の表裏両面、即ち、シリコン基板１１０の一方の面と他方の面に、第１の誘電体膜１２１を成膜する。この後、シリコン基板１１０の両面に形成された第１の誘電体膜１２１の上において、連結溝１１３が形成される領域に開口部１３１ａを有するレジストパターン１３１を形成する。この後、ドライエッチング等により、レジストパターン１３１の開口部１３１ａにおける第１の誘電体膜１２１を除去することにより、連結溝１１３が形成される領域に、開口部１２１ａを形成する。この工程においては、シリコン基板１１０の表面は平坦であるため、フォトリソグラフィ工程を容易に行うことができる。本実施の形態においては、誘電体膜とは、無機材料により形成されているものであり、酸化物、窒化物、酸窒化物を含むものである。また、一般的には、フォトレジストは有機材料により形成されているものが用いられている。尚、図１０（ａ）は上面図であり、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る。
【００３０】
次に、図１１に示すように、レジストパターン１３１を除去した後、第１の誘電体膜１２１が成膜されているシリコン基板１１０の両面の第１の誘電体膜１２１等の上に、第２の誘電体膜１２２を成膜する。本実施の形態においては、第２の誘電体膜１２２は、第１の誘電体膜１２１に比べて、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）におけるエッチングレートの早い材料により形成されているが、第１の誘電体膜１２１と第２の誘電体膜１２２は、同じ材料であってもよい。本願においては、シリコン基板１１０等の基板の上に誘電体膜が形成されているものを基板複合体と記載する場合がある。尚、図１１（ａ）は上面図であり、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。
【００３１】
次に、図１２に示すように、後述する第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２が形成される領域の第１の誘電体膜１２１及び第２の誘電体膜１２２を除去することにより、開口部１２０ａ、１２０ｂを形成する。尚、図１２（ａ）は上面図であり、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。
【００３２】
次に、図１３に示すように、第１の誘電体膜１２１及び第２の誘電体膜１２２の開口部１２０ａ、１２０ｂが形成されている領域のシリコン基板１１０をＫＯＨ溶液によるシリコンの異方性エッチングを行い、シリコン基板１１０を貫通させる。これにより、シリコン基板１１０に、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２を形成する。尚、図１３（ａ）は上面図であり、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。
【００３３】
次に、図１４に示すように、第２の誘電体膜１２２をＢＨＦによるウェットエッチングにより除去する。尚、第１の誘電体膜１２１と第２の誘電体膜１２２のＢＨＦによるエッチングレートが同じであってもよい。連結溝１１３に対応する部分の誘電体膜は他の部分の誘電体膜よりも薄いため、連結溝１１３に対応する部分のウェットエッチングが先に完了する。よって、このタイミングでエッチングを終了すれば、連結溝１１３が形成される領域における誘電体膜のみをエッチングにより除去することができる。特に、第１の誘電体膜１２１のエッチングレートを第２の誘電体膜１２２のエッチングレートよりも小さくした場合には、オーバーエッチングによって第１の誘電体膜１２１がなくなってしまうことを防ぐことができる。言い換えるならば、第１の誘電体膜１２１よりも第２の誘電体膜１２２のエッチングレートを早くした場合には、オーバーエッチングによって第１の誘電体膜１２１がなくなってしまうことを防ぐことができる。図１４（ａ）は上面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）における一点鎖線１４Ａ−１４Ｂにおいて切断した断面図である。
【００３４】
次に、図１５に示すように、第１の誘電体膜１２１をマスクとして、開口部１２１ａにおけるシリコン基板１１０の表面のシリコンを一部除去することにより、第１の貫通穴１１１と第２の貫通穴１１２とを接続する連結溝１１３を形成する。尚、図１５（ａ）は上面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）における一点鎖線１５Ａ−１５Ｂにおいて切断した断面図である。
【００３５】
次に、図１６に示すように、第１の誘電体膜１２１を除去した後、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２が形成されているシリコン基板１１０の一方の面に第１の透明基板１４１を張り付ける。尚、図１６（ａ）は上面図であり、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る。
【００３６】
次に、図１７に示すように、第２の貫通穴１１２が形成されている空間にＣｓディスペンサー１５０を設置し、バッファガスを封入し、シリコン基板１１０の他方の面に第２の透明基板１４２を張り付ける。尚、図１７（ａ）は上面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）における一点鎖線１７Ａ−１７Ｂにおいて切断した断面図である。尚、Ｃｓディスペンサー１５０を設置する部分は、貫通しない凹状の穴であってもよい。この場合、開口部１２０ｂは、一方または他方の面のみに形成される。
【００３７】
次に、図１８に示すように、各々のチップに分割し、アルカリ金属発生剤であるＣｓディスペンサー１５０にレーザ光を照射しアルカリ金属ガスである気体のＣｓ１５１を発生させることにより、本実施の形態におけるアルカリ金属セルが完成する。尚、アルカリ金属発生剤は、通常、アルカリ金属化合物により形成されている。
【００３８】
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、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２が形成されているシリコン基板１１０に、フォトレジストを塗布する工程が含まれていない。従って、高額な装置を必要とすることなく、高い歩留まりでアルカリ金属セルを製造することができる。また、また、異方性エッチングであれば、最も時間のかかるシリコン基板１１０の穴開け工程を複数枚同時に処理することができるため効率がよい。尚、本実施の形態においては、第１の誘電体膜１２１及び第２の誘電体膜１２２は、成膜条件の異なるＳｉＮにより形成した場合について説明した。しかしながら、本実施の形態は、第１の誘電体膜１２１と第２の誘電体膜１２２とは異なる材料により形成してもよい。例えば、第１の誘電体膜１２１をＴａ２Ｏ５により形成し、第２の誘電体膜１２２をＳｉＮにより形成してもよい。
【００３９】
（実施例１）
次に、本実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法の実施例１について説明する。
【００４０】
最初に、図１０に示すように、シリコン基板１１０の表裏両面に第１の誘電体膜１２１を成膜し、後述する連結溝１１３が形成される領域における第１の誘電体膜１２１を除去することにより、開口部１２１ａを形成する。本実施例においては、用いたシリコン基板１１０は、φ１００ｍｍ、厚さ２ｍｍ、面方位＜１００＞の基板である。シリコン基板１１０の表裏両面に、ＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition）法により、第１の誘電体膜１２１となる厚さ２００ｎｍのＳｉＮ膜を形成する。ＬＰ−ＣＶＤ法により成膜されたＳｉＮ膜は、ＫＯＨ溶液に対してほとんどエッチングされない膜である。この後、フォトリソグラフィ法により、連結溝１１３が形成される領域に開口部１３１ａを有するレジストパターン１３１を形成し、レジストパターン１３１をマスクとして、開口部１３１ａにおける第１の誘電体膜１２１をドライエッチングにより除去する。これにより、第１の誘電体膜１２１において、連結溝１１３が形成される領域に開口部１２１ａを形成する。
【００４１】
次に、図１１に示すように、レジストパターン１３１を除去した後、第１の誘電体膜１２１が成膜されているシリコン基板１１０の両面の第１の誘電体膜１２１等の上に、第２の誘電体膜１２２を成膜する。第２の誘電体膜１２２は、Ｐ−ＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）法により厚さ３００ｎｍとなるよう成膜する。Ｐ−ＣＶＤ法においては、成膜時のガス流量や温度によってＫＯＨに対するエッチングレートを自由に選択することができる。例えば、ＳｉＨ４流量を増やすと（ＮＨ３ガス流量に対する相対的な流量）、エッチングレートが遅くなり、ＳｉＨ４流量を減らすとエッチングレートが早くなる。また、基板温度を高くするとエッチングレートが遅くなり、成膜温度を低くするとエッチングレートが早くなる。Ｐ−ＣＶＤ法では、この他の成膜条件等も含めて様々な組み合わせを行うことにより所望する膜質を作り込むことが可能である。
【００４２】
本実施例においては、Ｐ−ＣＶＤ装置（ＣＣ−２００：ＵＬＶＡＣ社製）を用いてＫＯＨ溶液に対するエッチングレートが、２０ｎｍ／ｈｒとなる膜質のＳｉＮ膜を第２の誘電体膜１２２として成膜した。よって、第１の誘電体膜１２１と第２の誘電体膜１２２とのエッチングレートの関係は、第１の誘電体膜１２１（エッチングレート：０ｎｍ／ｈｒ）＜第２の誘電体膜１２２（エッチングレート：２０ｎｍ／ｈｒ）となる。
【００４３】
次に、図１２に示すように、後述する第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２が形成される領域の第１の誘電体膜１２１及び第２の誘電体膜１２２を除去することにより、開口部１２０ａ、１２０ｂを形成する。
【００４４】
具体的には、フォトリソグラフィ法により、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴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し、このレジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行う。これにより、不図示のレジストパターンの開口部における第１の誘電体膜１２１及び第２の誘電体膜１２２をドライエッチングにより除去し、開口部１２０ａ、１２０ｂを形成する。このように形成される第１の誘電体膜１２１及び第２の誘電体膜１２２における開口部１２０ａ、１２０ｂは、シリコン基板１１０の両面において対応する位置に形成される。このようにシリコン基板１１０の両面において、対応する位置に開口部１２０ａ、１２０ｂを形成することにより、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２を形成する際の異方性エッチングのエッチング時間を半分にすることができる。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。
【００４５】
次に、図１３に示すように、第１の誘電体膜１２１及び第２の誘電体膜１２２の開口部１２０ａ、１２０ｂが形成されている領域のシリコン基板１１０をＫＯＨ溶液によるシリコンの異方性エッチングを行い貫通させる。具体的には、ＫＯＨ３０％溶液を８５℃に加熱して異方性エッチングを行いシリコン基板１１０を貫通させることにより、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２を形成する。シリコン基板１１０におけるシリコンのエッチングレートは、およそ２μｍ／ｍｉｎであるので、シリコン基板１１０に第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２を形成するためには、約１０時間必要となる。異方性エッチングの場合、シリコン基板１１０における面方位＜１１１＞が露出するため、シリコン基板１１０が貫通したときの断面形状は、図１９（a）に示すような状態となる。さらにエッチングを続けることにより、図１９（ｂ）に示すように、側壁断面の頂点からエッチングが進み後退する。そして、さらにエッチングを続けることにより、図１９（ｃ）に示すように、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２における側壁は、ほぼ垂直になる。このように、図１９（ｃ）に示す形状となるまでエッチングを行うことにより、アルカリ金属セルにおいて求められる形状に第１の貫通穴１１１を形成することができる。尚、上述のように、図１９（a）の状態となるまで約１０時間、図１９（ｃ）に示す最終形態となるまで、さらに３時間必要となる。しかしながら、この後、連結溝１１３を形成する際に、３０分間エッチングを行うため、この時間を引いた時間、つまり、この工程における第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２を形成するための異方性エッチングのエッチング時間は、１２時間３０分となる。尚、図１９（ｂ）は、１２時間３０分の異方性エッチングを行った状態を模式的に示している。また、１２時間３０分の異方性エッチングにより、第２の誘電体膜の膜厚は、３００ｎｍから約５０ｎｍまで薄くなる。
【００４６】
次に、図１４に示すように、第２の誘電体膜１２２をすべてＢＨＦによるウェットエッチングにより除去する。図２０は、ＳｉＮ膜のエッチングレートを示したものであり、横軸にＢＨＦ１１０のエッチングレート、縦軸にＫＯＨ溶液（３０％）のエッチングレートを示している。ＫＯＨ溶液（３０％）のエッチングレートが２０ｎｍ／ｈｒである膜は、ＢＨＦ１１０のエッチングレートが約１８ｎｍ／ｍｉｎである。よって、厚さが約５０ｎｍの第２の誘電体膜１２２は、約３分のエッチング時間ですべて除去することができる。この際、第１の誘電体膜１２１は、ほとんど除去されることはないため、オーバーエッチング時間を長くしても、連結溝１１３を形成するためのパターンに影響を与えることはない。
【００４７】
次に、図１５に示すように、第１の誘電体膜１２１をマスクとして、開口部１２１ａにおけるシリコン基板１１０の表面のシリコンを一部除去することにより、連結溝１１３を形成する。具体的には、ＫＯＨ溶液による異方性エッチングにより、第１の誘電体膜１２１の開口部１２１ａにおけるシリコン基板１１０を３０分間エッチングにより除去する。この際、上述した第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２における側壁部もエッチングにより除去されるため、図１９（ｃ）に示すように、垂直な側壁を形成することができる。
【００４８】
次に、図１６に示すように、第１の誘電体膜１２１を除去した後、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２が形成されているシリコン基板１１０の一方の面に第１の透明基板１４１を張り付ける。具体的には、第１の誘電体膜１２１を除去し、シリコン基板１１０の一方の面に第１の透明基板１４１であるガラス基板を陽極接合法により張り付ける。
【００４９】
次に、図１７に示すように、第２の貫通穴１１２が形成されている空間にＣｓディスペンサー１５０を設置し、バッファガスを封入し、シリコン基板１１０の他方の面に第２の透明基板１４２を張り付ける。シリコン基板１１０の他方の面に第２の透明基板１４２を張り付ける方法は、陽極接合法により行われる。
【００５０】
次に、図１８に示すように、各々のチップに分割し、アルカリ金属発生剤であるＣｓディスペンサー１５０にレンズ１６１を介してレーザ光１６２を照射し加熱することにより、レーザ光を照射しアルカリ金属ガスである気体のＣｓ１５１を発生させる。これによりアルカリ金属セルが完成する。
【００５１】
本実施例におけるアルカリ金属セルは、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２が形成される前の基板に、連結溝１１３を形成するためのパターンを形成することにより製造される。従って、連結溝１１３を形成するために塗布されるフォトレジストの厚さを均一にすることができ、微細なパターンを形成することが可能である。
【００５２】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。実施例１においては、第１の誘電体膜１２１にＬＰ−ＣＶＤにより成膜したＳｉＮ膜を用い、第２の誘電体膜１２２にＰ−ＣＶＤにより成膜したＳｉＮ膜を用いた。これに対し、本実施例においては、第１の誘電体膜１２１及び第２の誘電体膜１２２はともにＰ−ＣＶＤにより成膜したＳｉＮ膜を用いたものである。
【００５３】
尚、第１の誘電体膜１２１と第２の誘電体膜１２２とにおいては、成膜条件を変えており、ＢＨＦに対するエッチングレートが、第２の誘電体膜１２２よりも第１の誘電体膜１２１を遅くなるような成膜条件に設定されている。具体的には、第１の誘電体膜１２１の成膜条件は、第２の誘電体膜１２２の成膜条件と比較してＳｉＨ４流量を高く設定し、成膜温度を高くすることにより、ＢＨＦに対するエッチングレートが遅くなるように設定されている。
【００５４】
本実施例においては、ＢＨＦにおけるエッチングレートは、第１の誘電体膜１２１が９ｎｍ／ｍｉｎ、第２の誘電体膜１２２が１８ｎｍ／ｍｉｎとなるように形成されている。よって、第２の誘電体膜１２２よりも第１の誘電体膜１２１はエッチングレートが遅いため、第２の誘電体膜１２２をウェットエッチングにより除去する際には、オーバーエッチング量が多くても、連結溝１１３を形成するためのパターンが破綻することはない。また、第１の誘電体膜１２１と第２の誘電体膜１２２は同じ装置により成膜することが可能であるため、設備投資が少なくて済む。
【００５５】
また、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２を形成するためのエッチングが終了する時間と、第２の誘電体膜１２２がエッチングにより除去される時間とが同時となるよう第２の誘電体膜１２２の膜厚を調整して成膜してもよい。これにより、第１の貫通穴１１１及び第２の貫通穴１１２を形成するためのエッチングが終了すると同時に、連結溝１１３のエッチングが始まるため、工程を連続させることができる。
【００５６】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。ところで、原子時計は小型化が求められており、アルカリ金属セルに対する要求も同様に小さく製造することが求められる。しかしながら、アルカリ金属セルにおいて、レーザ光が透過する貫通穴となる第１の穴の大きさ（レーザ照射面積×透過距離）は、原子時計の性能を左右するファクターであるため、小さくするには限界がある。これに対し、アルカリ金属が収納されている第２の穴は、アルカリ金属を収納するスペースがあればよいため、第２の穴を小さくすることは可能である。本実施の形態は、アルカリ金属が設置される第２の穴の大きさをアルカリ金属が収納できる最小の大きさまで小さくすることにより、アルカリ金属セルの全体の大きさを小さくしたものである。このように、アルカリ金属セルの全体の大きさを小さくすることにより、原子時計を小型化にすることが可能となる。尚、第２の穴は貫通しない穴、即ち、凹部であってもよい。
【００５７】
また、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では、図１５に示される工程において、第１の誘電体膜１２１をマスクとして、第１の貫通穴１１１と第２の貫通穴１１２とを接続する連結溝１１３をエッチングにより形成する。この際、第１の誘電体膜１２１をマスクとして、シリコン基板１１０の表面より深さ方向にエッチングが進行するが、これに伴い、図２１（ａ）に示されるように、連結溝１１３を形成するための第１の誘電体膜１２１のエッジ部１１３ａからもエッチングが進行する。このため、図２１（ｂ）に示されるように、形成される連結溝１１３の形状が変化する。さらに、エッチングが進行すると、面方位＜１１１＞の領域も消失し、点線に示されるように、連結溝１１３の幅が広く形成される。尚、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）における一点鎖線２１Ａにおいて囲まれた領域の拡大図である。
【００５８】
本実施の形態におけるアルカリ金属セルにおいては、図２２に示されるように、貫通穴となる第１の穴２１１と、第１の穴２１１よりも小さな第２の穴２１２と、第１の穴２１１と第２の穴２１２とを接続する連結経路となる連結溝２１３が形成されている。ここで、図２２（ａ）に示されるように、四角い第１の穴２１１の辺の中央部と四角い第２の穴２１２の辺の中央部とが連結溝２１３により接続されている構造の場合について考える。この場合、連結溝２１３を形成する際のエッチングにおいて、連結溝２１３のエッジ部２１３ａから進行したエッチングが、第２の穴２１２の角２１２ａまで到達すると、第２の穴２１２の形状が崩れ、所望の形状とは異なる形状となってしまう。これに対し、図２６（ｂ）に示されるように、連結溝２１３を四角い第１の穴２１１の辺となる側壁２１１ｂ及び四角い第２の穴２１２の辺となる側壁２１２ｂに沿うように形成する。この場合、第１の穴２１１の側壁２１１ｂ及び第２の穴２１２の側壁２１２ｂの側における連結溝２１３には、連結溝２１３のエッジ部が形成されないため、こちら側にエッチングが進行することはない。一方、反対側においては、連結溝２１３のエッジ部２１３ｂが形成されるが、第２の穴２１２の角２１２ｃまでの距離が長いため、連結溝２１３を形成する際のエッチングが進行しても、エッチングが第２の穴２１２の角２１２ｃまで到達するのに時間を要する。このため、第２の穴２１２の形状が崩れることはなく、第２の穴２１２を所望の形状により形成することができる。
【００５９】
（アルカリ金属セルの製造方法）
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２３〜図３１に基づき説明する。
【００６０】
最初に、図２３に示すように、シリコン基板２１０の表裏両面、即ち、シリコン基板２１０の一方の面と他方の面に、第１の誘電体膜２２１を成膜し、後述する連結溝２１３が形成される領域における第１の誘電体膜２２１を除去し、開口部２２１ａを形成する。具体的には、最初に、シリコン基板２１０の表裏両面、即ち、シリコン基板２１０の一方の面と他方の面に、第１の誘電体膜２２１を成膜する。この後、シリコン基板２１０の両面に形成された第１の誘電体膜２２１の上において、連結溝２１３が形成される領域に開口部２３１ａを有するレジストパターン２３１を形成する。この後、ドライエッチング等により、レジストパターン２３１の開口部２３１ａにおける第１の誘電体膜２２１を除去することにより、連結溝２１３が形成される領域に、開口部２２１ａを形成する。この工程においては、シリコン基板２１０の表面は平坦であるため、フォトリソグラフィ工程を容易に行うことができる。本実施の形態においては、誘電体膜とは、無機材料により形成されているものであり、酸化物、窒化物、酸窒化物を含むものである。また、一般的には、フォトレジストは有機材料により形成されているものが用いられている。尚、図２３（ａ）は上面図であり、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る。
【００６１】
次に、図２４に示すように、レジストパターン２３１を除去した後、第１の誘電体膜２２１が成膜されているシリコン基板２１０の両面の第１の誘電体膜２２１等の上に、第２の誘電体膜２２２を成膜する。本実施の形態においては、第２の誘電体膜２２２は、第１の誘電体膜２２１に比べて、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）におけるエッチングレートの早い材料により形成されているが、第１の誘電体膜２２１と第２の誘電体膜２２２は、同じ材料であってもよい。本願においては、シリコン基板２１０等の基板の上に誘電体膜が形成されているものを基板複合体と記載する場合がある。尚、図２４（ａ）は上面図であり、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る。
【００６２】
次に、図２５に示すように、後述する貫通穴となる第１の穴２１１及び貫通していない第２の穴２１２が形成される領域の第１の誘電体膜２２１及び第２の誘電体膜２２２を除去することにより、開口部２２０ａ、２２０ｂを形成する。本実施の形態においては、第１の穴２１１は貫通穴となるため、開口部２２０ａはシリコン基板２１０の両面に形成されるが、開口部２２０ｂは貫通していない穴であるため、シリコン基板２１０の片面の他方の面に形成される。尚、図２５（ａ）は上面図であり、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る。
【００６３】
次に、図２６に示すように、第１の誘電体膜２２１及び第２の誘電体膜２２２の開口部２２０ａ、２２０ｂが形成されている領域のシリコン基板２１０をＫＯＨ溶液によるシリコンの異方性エッチングを行い、開口部２２０ａにおいてシリコン基板２１０を貫通させる。これにより、シリコン基板２１０に、貫通穴となる第１の穴２１１と貫通していない第２の穴２１２とを形成する。尚、図２６（ａ）は上面図であり、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）における一点鎖線２６Ａ−２６Ｂにおいて切断した断面図である。
【００６４】
次に、図２７に示すように、第２の誘電体膜２２２をＢＨＦによるウェットエッチングにより除去する。尚、図２７（ａ）は上面図であり、図２７（ｂ）は、図２７（ａ）における一点鎖線２７Ａ−２７Ｂにおいて切断した断面図である。
【００６５】
次に、図２８に示すように、第１の誘電体膜２２１をマスクとして、開口部２２１ａにおけるシリコン基板２１０の表面のシリコンを一部除去することにより、第１の穴２１１と第２の穴２１２とを接続する連結溝２１３を形成する。尚、図２８（ａ）は上面図であり、図２８（ｂ）は、図２８（ａ）における一点鎖線２８Ａ−２８Ｂにおいて切断した断面図である。
【００６６】
次に、図２９に示すように、第１の誘電体膜２２１を除去した後、第１の穴２１１及び第２の穴２１２が形成されているシリコン基板２１０の一方の面に第１の透明基板１４１を張り付ける。尚、図２９（ａ）は上面図であり、図２９（ｂ）は、図２９（ａ）における一点鎖線２９Ａ−２９Ｂにおいて切断した断面図である。
【００６７】
次に、図３０に示すように、第２の穴２１２が形成されている空間にＣｓディスペンサー１５０を設置し、バッファガスを封入し、シリコン基板２１０の他方の面に第２の透明基板１４２を張り付ける。尚、図３０（ａ）は上面図であり、図３０（ｂ）は、図３０（ａ）における一点鎖線３０Ａ−３０Ｂにおいて切断した断面図である。
【００６８】
次に、図３１に示すように、各々のチップに分割し、アルカリ金属発生剤であるＣｓディスペンサー１５０にレーザ光を照射しアルカリ金属ガスである気体のＣｓ１５１を発生させることにより、本実施の形態におけるアルカリ金属セルが完成する。尚、アルカリ金属発生剤は、通常、アルカリ金属化合物により形成されている。
【００６９】
（実施例３）
次に、本実施の形態におけるアルカリ金属セルの製造方法となる実施例３について説明する。
【００７０】
最初に、図２３に示すように、シリコン基板２１０の表裏両面に、第１の誘電体膜２２１となるＳｉＮ膜を成膜する。尚、第１の誘電体膜２２１となるＳｉＮ膜の成膜方法は、実施例１と同様の方法により成膜し、シリコン基板２１０は、実施例１の場合と同様に、φ１００ｍｍ、厚さ２ｍｍ、面方位＜１００＞の基板である。この後、連結溝２１３が形成される領域に開口部２３１ａを有するレジストパターン２３１を形成し、レジストパターン２３１をマスクとして、開口部２３１ａにおける第１の誘電体膜２２１をドライエッチングにより除去する。これにより、第１の誘電体膜２２１において、連結溝２１３が形成される領域に開口部２２１ａを形成する。
【００７１】
次に、図２４に示すように、レジストパターン２３１を除去した後、第１の誘電体膜２２１が成膜されているシリコン基板２１０の両面の第１の誘電体膜２２１等の上に、第２の誘電体膜２２２を成膜する。尚、第２の誘電体膜２２２の成膜方法は、実施例１と同様の方法により成膜する。
【００７２】
次に、図２５に示すように、後述する貫通穴となる第１の穴２１１及び貫通していない第２の穴２１２が形成される領域の第１の誘電体膜２２１及び第２の誘電体膜２２２を除去することにより、開口部２２０ａ、２２０ｂを形成する。本実施例においては、第１の穴２１１は貫通穴となるため、開口部２２０ａはシリコン基板２１０の両面に形成されるが、開口部２２０ｂは貫通していない穴であるため、シリコン基板２１０の片面の他方の面に形成される。開口部２２０ａ、２２０ｂの形成方法は、実施例１と同様の方法により行う。第１の穴２１１の大きさは、原子時計の性能の観点より、４ｍｍ×４ｍｍとなるように形成し、第２の穴２１２は、大きさがφ１ｍｍ×０．７ｍｍのＣｓディスペンサー１５０を収納することができるように、２ｍｍ×２ｍｍの大きさで形成した。このように、第２の穴２１２を第１の穴２１１よりも、一辺のながさを２ｍｍ短くすることにより、実施例１におけるアルカリ金属セルよりも外形寸法を２ｍｍ小さくすることができ、小型化することができる。
【００７３】
次に、図２６に示すように、第１の誘電体膜２２１及び第２の誘電体膜２２２の開口部２２０ａ、２２０ｂが形成されている領域のシリコン基板２１０をＫＯＨ溶液によるシリコンの異方性エッチングを行う。本実施例における異方性エッチングにおいては、実施例１と同様の方法により、約１２時間３０分行う。これにより、第１の穴２１１は、実施例１における第１の貫通穴１１１と同様に、シリコン基板２１０を貫通させた上で、貫通穴の穴側壁のエッチングがなされる。また、第２の穴２１２は、片面の他方の面からのエッチングになるため、深さ約１．４ｍｍの穴となり、シリコン基板２１０を貫通していない。
【００７４】
次に、図２７に示すように、第２の誘電体膜２２２をすべてＢＨＦによるウェットエッチングにより除去する。これにより、連結溝２１３が形成される領域において、シリコン基板２１０が露出する。
【００７５】
次に、図２８に示すように、第１の誘電体膜２２１をマスクとして、開口部２２１ａにおけるシリコン基板２１０の表面のシリコンを一部除去することにより、連結溝２１３を形成する。形成される連結溝２１３は、第１の穴２１１及び第２の穴２１２の側壁に沿って形成されるため、連結溝２１３を形成する際のエッチング時間を多少長くしても、第１の穴２１１及び第２の穴２１２の形状が崩れることはない。
【００７６】
次に、図２９に示すように、第１の誘電体膜２２１を除去した後、第１の穴２１１及び第２の穴２１２が形成されているシリコン基板２１０の一方の面に第１の透明基板１４１を張り付ける。この後、図３０に示すように、第２の穴２１２が形成されている空間にＣｓディスペンサー１５０を設置し、バッファガスを封入し、シリコン基板２１０の他方の面に第２の透明基板１４２を張り付ける。この後、図３１に示すように、各々のチップに分割し、アルカリ金属発生剤であるＣｓディスペンサー１５０にレンズ１６１を介してレーザ光１６２を照射し加熱することにより、レーザ光を照射しアルカリ金属ガスである気体のＣｓ１５１を発生させる。これによりアルカリ金属セルが完成する。
【００７７】
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。
【００７８】
〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１又は第２の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用いて製造される原子発振器である。図３２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４１０、コリメートレンズ４２０、λ／４板４３０、アルカリ金属セル４４０、光検出器４５０、変調器４６０を有している。
【００７９】
光源４１０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４４０には、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４５０は、フォトダイオードが用いられている。
【００８０】
本実施の形態における原子発振器では、光源４１０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４４０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４４０を透過した光は光検出器４５０において検出され、光検出器４５０において検出された信号は変調器４６０にフィードバックされ、変調器４６０により光源４１０における面発光レーザ素子を変調する。
【００８１】
次に、図３３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。図３４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３５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。従って、光検出器４５０の出力が最大値を保持するように変調器４６０においてフィードバックして光源４１０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の範囲の波長が必要となる。
【００８２】
また、本実施の形態においては、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。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の範囲の波長が必要となる。
【００８３】
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】
【００８４】
１１０      シリコン基板
１１１      第１の貫通穴
１１２      第２の貫通穴
１１３      連結溝
１２０ａ    開口部
１２０ｂ    開口部
１２１      第１の誘電体膜
１２１ａ    開口部
１２２      第２の誘電体膜
１３１      レジストパターン
１３１ａ    開口部
１４１      第１の透明基板
１４２      第２の透明基板
１５０      Ｃｓディスペンサー
１５１      Ｃｓ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８５】
【特許文献１】特開２００９−２１２４１６号公報
【特許文献２】特開２００９−２８３５２６号公報
【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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【図３４】
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【図３５】
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