(57)【要約】【課題】ダイシング面をレーザ光の透過窓とし、且つガス導入路を金属溜り部としたガスセルを製造することが可能となり、量産性に優れ、且つ良好な光学窓を有するガスセルの製造方法を提供する。【解決手段】本発明のガスセル製造方法は、工程Ａとして、ガラス基板１にガス導入筒部３が突出した加工ガラス基板２０が完成する。工程Ｂとして、矩形の第２の貫通口５を有する加工ガラス基板２１が完成する。工程Ｃとして、矩形の凹部７を有する加工ガラス基板２２が完成する。工程Ｄとして、ガラス基板積層体２３内部にアルカリ金属蒸気を貯留するガス貯留部９を形成し、不活性雰囲気下でガス導入筒部３の開口部３ａからルビジウム（アルカリ金属）ガス８を充填して開口部３ａを溶着させて封止し、切断線２５に沿ってダイシングする。その結果、ガス貯留部９の各面と平行な面Ａ〜Ｄを有するガスセル２６が完成する。【選択図】図３
2009212416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の貫通口、及び各第１の貫通口の表面側開口に突設されたガス導入筒部を備えた第１の透明基板を用意する工程と、
前記第１の透明基板の各第１の貫通口と連通可能な位置に該第１の貫通口よりも大径であり且つ矩形状の第２の貫通口を備えた第２の透明基板を用意する工程と、
第３の透明基板を用意する工程と、
前記第１の透明基板の裏面側に前記第２の透明基板と前記第３の透明基板を順次積層して接合することにより前記第１及び第２の貫通口から成る複数の空所を備えた透明基板積層体を形成する透明基板積層工程と、
前記各ガス導入筒部から前記透明基板積層体の各空所内にアルカリ金属蒸気を充填して封止する封止工程と、
前記透明基板積層体を、前記各空所間に位置する透明基板材料の肉厚内で切断することにより複数個のガスセルを形成する工程と、を備えたことを特徴とするガスセルの製造方法。
【請求項２】
前記第３の透明基板の内側面には、前記各第２の貫通口と夫々連通する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセルの製造方法。
【請求項３】
前記第２の透明基板と前記第３の透明基板を予め一体に構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスセルの製造方法。
【請求項４】
前記第１乃至第３の透明基板はガラスにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のガスセルの製造方法。
【請求項５】
前記透明基板積層体の切断面を光透過部とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のガスセルの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載のガスセルの製造方法により製造されたことを特徴とするガスセル。
【請求項７】
前記ガス導入路を前記ガスセル内の余剰金属を貯留する金属溜り部とすることを特徴とする請求項６に記載のガスセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセルの製造方法に関し、特に、小型、薄型ガスセルの量産性を高めるためのガスセルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信網や放送網等のディジタルネットワーク化が進み、これに伴い、伝送装置のクロック信号や放送局の基準周波数の生成に使用されるクロック源等として、高精度・高安定な発振器が必要不可欠なものとなっている。そのような発振器として、発振周波数の精度・安定度が高い原子発振器が多く用いられている。原子発振器では、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属原子を光と相互作用させる部位が必要であり、そのための構成要素として、これら原子を気密封入したガスセルを用いるのが一般的である。また、近年原子発振器の小型化の要求が高まり、この小型化に伴って、ガスセルも小型化、薄型化が余儀なくされている。ガスセルの製造は、薄型化のために図５に示す製造プロセスで行なわれている（特許文献１参照）。即ち、（ａ）工程でシリコンウエハー５０を両面研磨し、（ｂ）工程でシリコンウエハー５０にエッチングにより開口部５１を形成し、（ｃ）工程で電源５３から１０００Ｖを印加して、３００℃で下部ガラス基板５２を陽極接合する。更に（ｄ）工程で不活性雰囲気下でセシウム（アルカリ金属）とバッファガス５４を開口部５１に導入し、（ｅ）工程で上部ガラス基板５５を陽極接合し、（ｆ）工程でセシウム封入ガスセル５６を完成する。このプロセスで得たガスセル５６は図６の向きに配置され、レーザ光５７が貫通する構成となる。
【特許文献１】ＵＳ６８０６７８４Ｂ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の製造プロセスによるガスセルは、図７に示すように受光部６０、ＩＴＯ６１、ガスセル５６、ＩＴＯ６２、レンズ部６３、発光部６４が縦積みされ、レーザ光は最下段から上方に向かって出射される。そして、各チップ６０ａごとにダイシングして１つの光学系を製造する。そのため、ガスセル５６には金属溜り部を形成する余地がなく、その結果、レーザ光が透過する窓部に金属が付着して透過率が低下したり、レーザ光を遮断してしまうといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みて成されたものであり、複数の貫通口を開口して、これらの貫通口に連通可能な位置にガス導入筒部を形成した第１のガラス基板と、矩形状の貫通口を形成した第２のガラス基板と、第３のガラス基板を備え、これらを積層して接合した後ダイシングすることにより、ダイシング面をレーザ光の透過窓とし、且つガス導入筒部を金属溜り部としたガスセルを製造することが可能となり、量産性に優れ、且つ良好な光学窓を有するガスセルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００５】
［適用例１］複数の第１の貫通口、及び各第１の貫通口の表面側開口に突設されたガス導入筒部を備えた第１の透明基板を用意する工程と、前記第１の透明基板の各第１の貫通口と連通可能な位置に該第１の貫通口よりも大径であり且つ矩形状の第２の貫通口を備えた第２の透明基板を用意する工程と、第３の透明基板を用意する工程と、前記第１の透明基板の裏面側に前記第２の透明基板と前記第３の透明基板を順次積層して接合することにより前記第１及び第２の貫通口から成る複数の空所を備えた透明基板積層体を形成する透明基板積層工程と、前記各ガス導入筒部から前記透明基板積層体の各空所内にアルカリ金属蒸気を充填して封止する封止工程と、前記透明基板積層体を、前記各空所間に位置する透明基板材料の肉厚内で切断することにより複数個のガスセルを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明のガスセルの製造方法は、３つの透明基板を用意して、第１の透明基板には複数の第１の貫通口を形成して、この第１の貫通口の表面側開口に突設されたガス導入筒部を形成する。また、第２の透明基板には、各第１の貫通口と連通可能な位置に第１の貫通口よりも大径であり且つ矩形状の第２の貫通口を形成する。また、第２の透明基板に形成された第２の貫通口を密封する第３の透明基板を用意する。そして、これらの透明基板を順次積層して接合する。その後、各ガス導入路からアルカリ金属蒸気を充填して封止する。そして、接合された透明基板積層体を、各空所間に位置する透明基板材料の肉厚内で切断する。これにより、一度の工程で複数のガスセルを製造することが可能となり、量産効果を高めることができる。
【０００７】
［適用例２］前記第３の透明基板の内側面には、前記各第２の貫通口と夫々連通する凹部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
適用例１では、第３の透明基板は第２の透明基板に形成された開口部を密封するために必要であったが、この開口部はガスセルのガスを充填する部屋となるため、所定の容積が必要である。そこで本発明では、第３の透明基板の内側面には、各第２の貫通口と夫々連通する凹部を設ける。これにより、ガスセルのガスを充填する部屋の容積を増加することができる。
【０００９】
［適用例３］前記第２の透明基板と前記第３の透明基板を予め一体に構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、適用例１の第２と第３の透明基板を一体化して部品点数を低減するものである。即ち、一体化した透明基板の厚みを厚くして、完全に貫通させずに矩形状の凹部を形成する。これにより、製造工程を減らすことができるため、製造コストを低減できるとともに、部品点数を削減することができる。
【００１１】
［適用例４］前記第１乃至第３の透明基板はガラスにより構成されていることを特徴とする。
【００１２】
透明基板はレーザ光を減衰させずに透過させるためには、透過率が高い材質が好ましい。また、透明基板に開口部等を形成したり、積層して接合する必要があるため、加工性に優れ、且つ平面度が高い材質が好ましい。その点ではガラスが最も適している。これにより、光の透過率が高く、加工性に優れ、且つ平面度が高いガスセルを製造することができる。
【００１３】
［適用例５］前記透明基板積層体の切断面を光透過部とすることを特徴とする。
【００１４】
透明基板をガラスで構成するため、切断面は光の透過率が高く、且つ平面度を高くすることができる。これにより、４面の切断面のうち対向する２面を光透過窓として他の２面を加熱するためのヒータを設置する面とすることができる。
【００１５】
［適用例６］請求項１乃至５の何れか一項に記載のガスセルの製造方法によりガスセルが製造されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の製造方法によれば、多数のガスセルを一度の工程で製造することができるため、品質の揃ったガスセルを大量生産することができる。
【００１７】
［適用例７］前記ガス導入路を前記ガスセル内の余剰金属を貯留する金属溜り部とすることを特徴とする。
【００１８】
ガスセルには拡散しきれなかった金属を貯留するための金属溜り部が必要である。本発明では、ガス導入路を他の温度より低く保つことにより、余分な金属を貯留する金属溜り部として機能する。これにより、透過窓に付着する金属をガス導入路に集めて透過窓の光透過率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１（ａ）は本発明のガスセル製造方法の一例を説明する模式図である。このガスセル製造方法は、例えば、３枚のガラス基板１、４、６を接合して各チップごとにダイシングして製造する。即ち、本発明のガスセルの製造方法は、例えば、３枚のガラス基板を用意して、ガラス基板１（第１の透明基板）には複数の第１の貫通口２及び各第１の貫通口２の表面側開口に突設されたガス導入筒部３を形成する。また、ガラス基板４（第２の透明基板）には、ガラス基板１に形成した各第１の貫通口２と連通可能な位置に第１の貫通口２よりも大径であり且つ矩形状の第２の貫通口５を形成する。また、ガラス基板４に形成された第２の貫通口５を密封するガラス基板６（第３の透明基板）を用意する。そして、これらのガラス基板１、４、６を順次積層して接合することによりガラス基板積層体（透明基板積層体）２３を形成する。その後、各ガス導入筒部３からガラス基板積層体２３の各空所９内にアルカリ金属であるルビジウムガスを充填して封止する。そして、ガラス基板積層体２３を各空所９間に位置するガラス基板材料の肉厚内で切断する。これにより、一度の工程で複数のガスセル２６を製造することが可能となり、量産効果を高めることができる。
図１（ｂ）はガラス基板積層体２３を切断して製造されたガスセルの斜視図である。ガラス基板積層体２３は、空所９の各面に対して平行に切断されるため、光源３０から発光されたレーザ光をガスセル２６のＢ面から入射して、その対向面のＤ面から出射して検出器３１に入射させることができる。この図では、Ｂ面とＤ面を使用したが、Ａ面とＣ面でも構わない。
【００２０】
図２は各ガラス基板の切断面を示す図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付して説明する。図２（ａ）はガラス基板１の断面図、図２（ｂ）はガラス基板４の断面図、図２（ｃ）はガラス基板６の断面図、図２（ｄ）は各ガラス基板を接合してガラス基板積層体２３とした断面図を示す。即ち、ガラス基板１には、第１の貫通口２及び各第１の貫通口２の表面側開口に突設されたガス導入筒部３がＡ部で接合されている（図２（ａ））。また、ガラス基板４には、ガラス基板１に形成した各第１の貫通口２と連通可能な位置に第１の貫通口２よりも大径であり且つ矩形状の第２の貫通口５が形成されている（図２（ｂ））。また、ガラス基板６には、各第２の貫通口５と夫々連通する凹部７が形成されている（図２（ｃ））。そして、図２（ｄ）のようにガラス基板１、４、６を順次積層して接合することによりガラス基板積層体２３を形成すると、ガス導入筒部３が接合された空所（以下、ガス貯留部と呼ぶ）９がガラス基板積層体２３内に形成される。
【００２１】
図３は本発明の第１の実施形態に係るガスセル製造方法の工程を説明する模式図である。この図では、説明を簡略化するために、ガラス基板に１つのガスセルを製造すると仮定して説明する。実際には、図１のように、ガラス基板には複数のガスセルが同一の工程により同時に製造される。
本発明のガスセル製造方法は、工程Ａとして、円形のガラス基板１（図Ａ−ａ）に、第１の貫通口２を開口し（図Ａ−ｂ）、この第１の貫通口２の表面側開口に突設されたガス導入筒部３を接合する（接合方法は、ガス導入筒部３を同質のガラスにより構成し、ガラス基板１とガス導入筒部３の接合面を研磨して密着させることで容易に両者を接合させることができる。）（図Ａ−ｃ）。これにより、ガラス基板１にガス導入筒部３が突出した加工ガラス基板２０が完成する。
次に、工程Ｂとして、別の円形のガラス基板４（図Ｂ−ａ）に、第１の貫通口２と連通可能な位置に第１の貫通口２よりも大径であり且つ矩形状の第２の貫通口５を形成する（図Ｂ−ｂ）。これにより、矩形の第２の貫通口５を有する加工ガラス基板２１が完成する。
【００２２】
次に、工程Ｃとして、別の円形のガラス基板６（図Ｃ−ａ）の内側面に、第２の貫通口５と夫々連通する凹部７を形成する（図Ｃ−ｂ）。これにより、矩形の凹部７を有する加工ガラス基板２２が完成する。
次に、工程Ｄとして、加工ガラス基板２０〜２２を順次積層して（Ｄ−ａ）、それらを接合してガラス基板積層体２３を形成する（Ｄ−ｂ）。接合方法は、工程Ａと同様である。これにより、ガラス基板積層体２３内部にルビジウムガスを貯留するガス貯留部９が形成される。次に、不活性雰囲気下でガス導入筒部３の開口部３ａからルビジウムガス８を充填する（Ｄ−ｃ）。そして図示しないガスバーナ等で開口部３ａを溶着させて封止し（符号２４）、切断線２５に沿ってダイシングする（Ｄ−ｄ）。切断線２５は、ガラス基板積層体２３をガス貯留部９間に位置するガラス基板材料の肉厚内で切断する。その結果、ガス貯留部９の各面と平行な面Ａ〜Ｄを有するガスセル２６が完成する（Ｄ−ｅ）。
【００２３】
即ち、ガラス基板６はガラス基板４に形成された第２の貫通口５を密封するために必要であったが、この第２の貫通口５はルビジウムガスを充填する部屋となるため、所定の容積が必要である。そこで本実施形態では、ガラス基板６の内側面に、第２の貫通口５と連通する凹部７を設ける。これにより、ルビジウムガスを充填する部屋の容積を増加することができる。これにより、一度の工程で複数のガスセルを製造することが可能となり、量産効果を高めることができる。
透明基板はレーザ光を減衰させずに透過させるためには、透過率が高い材質が好ましい。また、透明基板に貫通口等を形成したり、積層して接合する必要があるため、加工性に優れ、且つ平面度が高い材質が好ましい。その点ではガラスが最も適している。これにより、光の透過率が高く、加工性に優れ、且つ平面度が高いガスセルを製造することができる。
【００２４】
また、本発明の第２の実施形態に係るガスセル製造方法として、図３の工程Ｃにおいてガラス基板６に凹部７を形成せず、加工ガラス基板２０、加工ガラス基板２１、及びガラス基板６によりガラス基板積層体２３を完成させても構わない。
また、本発明の第３の実施形態に係るガスセル製造方法として、図４のように、加工ガラス基板２１と加工ガラス基板２２を予め一体に構成するようにしても構わない。即ち、厚手のガラス基板１０に貫通口５と凹部７により形成される容積に等しい凹部１１を形成する。本発明は、加工ガラス基板２１、２２を一体化して部品点数を低減するものである。即ち、一体化したガラス基板１０の厚みを厚くして、完全に貫通させずに矩形状の凹部１１を形成する。これにより、製造工程を減らすことができるため、製造コストを低減できるとともに、部品点数を削減することができる。
【００２５】
以上の製造方法により、多数のガスセルを一度の工程で製造することができるため、品質の揃ったガスセルを大量生産することができる。また、ガス導入筒部３をガスセル内の余剰金属を貯留する金属溜り部とする。即ち、ガスセルには拡散しきれなかった金属を貯留するための金属溜り部が必要である。本発明では、ガス導入筒部３を他の温度より低く保つことにより、余分な金属を貯留する金属溜り部として機能する。これにより、透過窓に付着する金属をガス導入筒部３に集めて透過窓の光透過率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）は本発明のガスセル製造方法の一例を説明する模式図、（ｂ）はガラス基板積層体２３を切断して製造されたガスセルの斜視図である。
【図２】（ａ）はガラス基板１の断面図、（ｂ）はガラス基板４の断面図、（ｃ）はガラス基板６の断面図、（ｄ）は各ガラス基板を接合してガラス基板積層体２３とした断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るガスセル製造方法の工程を説明する模式図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るガスセル製造方法の斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は従来のガスセルの製造プロセスを説明する図である。
【図６】従来のガスセルの断面図である。
【図７】従来の製造方法による光学系を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１、４、６、１０  ガラス基板、２  第１の貫通口、３  ガス導入筒部、５  第２の貫通口、７、１１  凹部、８ルビジウムガス、９  ガス貯留部、２０、２１、２２  加工ガラス基板
【図１】
2009212416.tif 000003
【図２】
2009212416.tif 000004
【図３】
2009212416.tif 000005
【図４】
2009212416.tif 000006
【図５】
2009212416.tif 000007
【図６】
2009212416.tif 000008
【図７】
2009212416.tif 000009