特開 2022-24909 ガスセル、原子発信器、及び、それらの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022024909

(43)【公開日】2022-02-09

(54)【発明の名称】ガスセル、原子発信器、及び、それらの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03L 7/26 20060101AFI20220202BHJP

   H01S 1/06 20060101ALN20220202BHJP

【ＦＩ】

H03L7/26

H01S1/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020127742

(22)【出願日】2020-07-28

(71)【出願人】

【識別番号】519368965

【氏名又は名称】株式会社多摩川ホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100131026

【弁理士】

【氏名又は名称】藤木 博

(74)【代理人】

【識別番号】100194124

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 まゆみ

(72)【発明者】

【氏名】西野 仁

【テーマコード（参考）】

5J106

【Ｆターム（参考）】

5J106CC07

5J106GG02

5J106LL10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】簡単な構造で小型化することができるガスセル、原子発信器及びそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】ガスセル１は、側部を囲むように形成され両端が開口された中空状の側面部材１ａと、側面部材１ａの両端にそれぞれ配設された一対の透明部材１ｂ、１ｃと、側面部材１ａと一対の透明部材１ｂ、１ｃとにより囲まれた１つの内部空間１ｄと、内部空間１ｄに封入されたアルカリ金属ガス１ｅと、内部空間１ｄの内面に形成された緩和防止膜１ｆとを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

側部を囲むように形成され両端が開口された中空状の側面部材と、
この側面部材の両端にそれぞれ配設された一対の透明部材と、
前記側面部材と前記一対の透明部材とにより囲まれた１つの内部空間と、
前記内部空間に封入されたアルカリ金属ガスと、
前記内部空間の内面に形成された緩和防止膜と
を備えたことを特徴とするガスセル。

【請求項2】

レーザー素子によりアルカリ金属ガスを封入したガスセルに光を照射し、前記ガスセルを透過した光を受光素子により検出することにより、２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により変調周波数を制御する原子発振器であって、請求項１に記載のガスセルを用いたことを特徴とする原子発信器。

【請求項3】

第１の開口部、第２の開口部、及び、第３の開口部が仕切り部により仕切られて設けられ、周縁部に前記第１の開口部、第２の開口部、及び、第３の開口部の全体を囲む囲み部が形成され、かつ、前記囲み部は前記仕切り部よりも高さが高く、一面側において前記仕切り部よりも突出して設けられた本体基板を形成する工程と、
前記本体基板の他面側において、前記仕切り部及び前記囲み部と第１の透明基板とを接合する工程と、
前記第２の開口部にアルカリ金属発生材料を設置する工程と、
前記第３の開口部に緩和防止膜形成材料を設置する工程と、
前記本体基板の一面側において、前記囲み部と第２の透明基板とを接合する工程と、
前記アルカリ金属発生材料よりアルカリ金属ガスを発生させ、前記仕切り部と前記第２の透明基板との間を通して、前記アルカリ金属ガスを前記第１の開口部に拡散させる工程と、
前記緩和防止膜形成材料より緩和防止膜形成材料ガスを発生させ、前記仕切り部と前記第２の透明基板との間を通して、前記緩和防止膜形成材料ガスを前記第１の開口部に拡散させて、第１の開口部の内面及び前記第２の透明基板の内面に緩和防止膜を形成する工程と、
前記本体基板の一面側において、前記仕切り部と前記第２の透明基板とを接合する工程と
を含むことを特徴とするガスセルの製造方法。

【請求項4】

前記本体基板は、シリコン基板に前記第１の開口部、前記第２の開口部、及び、前記第３の開口部を形成し、一面側の周縁部に誘電体層を形成することにより囲み部を形成することを特徴とする請求項３記載のガスセルの製造方法。

【請求項5】

レーザー素子によりアルカリ金属ガスを封入したガスセルに光を照射し、前記ガスセルを透過した光を受光素子により検出することにより、２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により変調周波数を制御する原子発振器の製造方法であって、
請求項３又は請求項４に記載のガスセルの製造方法により前記ガスセルを作製する工程と、
前記レーザー素子により前記ガスセルに光を照射し、前記ガスセルを透過した光を前記受光素子により検出するように、前記レーザー素子、前記ガスセル、及び、前記受光素子を設置する工程と
を含む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、アルカリ金属が封止されたガスセル、及び、それを用いた原子発信器、並びに、それらの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

長期的に安定な発振特性が得られている発振器として、ルビジウム（Ｒｂ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属原子のエネルギー遷移に基づいて発信する原子発振器、もしくは、原子時計が知られている。中でも、ＣＰＴ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｐｐｉｎｇ）共鳴効果を利用した方式の原子時計では、小型化が期待できるため、近年、移動通信機器等に搭載することが期待される。

【0003】

一般に、ＣＰＴ共鳴のような量子干渉効果を利用した原子時計では、気体状態のアルカリ金属原子を封入したガスセルと、ガスセル中のアルカリ金属原子を共鳴させるための光源と、ガスセルを通過した光を検出する光検出器とを備えている。ガスセルとしては、例えば、シリコンウエハに形成された貫通孔の開口がガラス基板により封鎖され、内部にアルカリ金属と緩衝ガスが封入されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

また、近年では、原子発振器の小型化に伴いガスセルの小型化が求められているが、ガスセルが小型になるほど、気体状のアルカリ金属がガスセルの内面に衝突したときにエネルギー状態が変化し、それに起因して発振特性の低下が顕著になることが知られている。そこで、ガスセルの内面にアルカリ金属のエネルギー状態の変化を低減する緩和防止膜を形成することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第７４００２０７号明細書

【特許文献2】特開２０１８－１１１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献２に記載のガスセルは、構造が複雑であり、大きさも大きく、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて製造することが難しいという問題があった。

【0007】

本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、簡単な構造で小型化することができるガスセル、原子発信器、及び、それらの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のガスセルは、側部を囲むように形成され両端が開口された中空状の側面部材と、この側面部材の両端にそれぞれ配設された一対の透明部材と、側面部材と一対の透明部材とにより囲まれた１つの内部空間と、内部空間に封入されたアルカリ金属ガスと、内部空間の内面に形成された緩和防止膜とを備えたものである。

【0009】

本発明の原子発振器は、レーザー素子によりアルカリ金属ガスを封入したガスセルに光を照射し、ガスセルを透過した光を受光素子により検出することにより、２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により変調周波数を制御するものであて、本発明のガスセルを用いたものである。

【0010】

本発明のガスセルの製造方法は、第１の開口部、第２の開口部、及び、第３の開口部が仕切り部により仕切られて設けられ、周縁部に第１の開口部、第２の開口部、及び、第３の開口部の全体を囲む囲み部が形成され、かつ、囲み部は仕切り部よりも高さが高く、一面側において仕切り部よりも突出して設けられた本体基板を形成する工程と、本体基板の他面側において、仕切り部及び囲み部と第１の透明基板とを接合する工程と、第２の開口部にアルカリ金属発生材料を設置する工程と、第３の開口部に緩和防止膜形成材料を設置する工程と、本体基板の一面側において、囲み部と第２の透明基板とを接合する工程と、アルカリ金属発生材料よりアルカリ金属ガスを発生させ、仕切り部と第２の透明基板との間を通して、アルカリ金属ガスを第１の開口部に拡散させる工程と、緩和防止膜形成材料より緩和防止膜形成材料ガスを発生させ、仕切り部と第２の透明基板との間を通して、緩和防止膜形成材料ガスを第１の開口部に拡散させて、第１の開口部の内面及び第２の透明基板の内面に緩和防止膜を形成する工程と、本体基板の一面側において、仕切り部と第２の透明基板とを接合する工程とを含むものである。

【0011】

本発明の原子発信器の製造方法は、レーザー素子によりアルカリ金属ガスを封入したガスセルに光を照射し、ガスセルを透過した光を受光素子により検出することにより、２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により変調周波数を制御する原子発振器を製造するものであって、本発明のガスセルの製造方法によりガスセルを作製する工程と、レーザー素子によりガスセルに光を照射し、ガスセルを透過した光を受光素子により検出するように、レーザー素子、ガスセル、及び、受光素子を設置する工程とを含むものである。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、側面部材と一対の透明部材とにより囲まれた１つの内部空間の内面に緩和防止膜を形成し、アルカリ金属ガスを封入するようにしたので、簡単な構造で小型化することができる。

【0013】

また、第１の開口部、第２の開口部、及び、第３の開口部を設けた本体基板の他面側に第１の透明基板を接合し、第２の開口部にアルカリ金属発生材料を設置すると共に、第３の開口部に緩和防止膜形成材料を設置して、本体基板の一面側において、囲み部と第２の透明基板とを接合したのち、アルカリ金属ガスを第１の開口部に拡散させると共に、緩和防止膜形成材料ガスを第１の開口部に拡散させて緩和防止膜を形成し、本体基板の一面側において、仕切り部と第２の透明基板とを接合するようにしたので、本発明のガスセルを容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係るガスセルの構成を表すものである。

【図2】図１に示したガスセルの製造方法における一工程を表すものである。

【図3】図２に示した工程における各工程を表すものである。

【図4】図２に続く各工程を表すものである。

【図5】図１に示したガスセルを用いた原子発信器の構成を表すものである。

【図6】本発明の第２の実施の形態に係るガスセルの製造方法における工程を表すものである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0016】

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係るガスセル１の構成を表すものである。このガスセル１は、原子発振器等に好ましく用いることができるものであり、側部を囲むように形成され両端が開口された中空状の側面部材１ａと、この側面部材１ａの両端にそれぞれ配設された一対の透明部材１ｂ，１ｃと、これら側面部材１ａと一対の透明部材１ｂ，１ｃとにより囲まれた１つの内部空間１ｄとを備えている。内部空間１ｄには、アルカリ金属ガス１ｅが封入されて、内部空間１ｄの内面には、緩和防止膜１ｆが形成されている。なお、図面では、アルカリ金属ガス１ｅを小丸で概念的に示している。

【0017】

側面部材１ａは、例えば、半導体又は金属により構成され、中でも、シリコン（Ｓｉ）により構成することが好ましい。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）加工プロセスに対応することができ、また、アルカリ金属元素がシリコンと反応をしないためである。側面部材１ａの高さ（開口の対向方向における長さ）は、例えば、０．３ｍｍから１０ｍｍとすることが好ましい。側面部材１ａの端面形状及び開口形状は、例えば、四角形や円形などどのような形状でもよい。透明部材１ｂは、例えば、ガラスにより構成され、中でも、ホウケイ酸ガラスにより構成されることが好ましい。側面部材１ａと透明部材１ｂとは、例えば、陽極接合により接合されていることが好ましい。

【0018】

内部空間１ｄには、アルカリ金属ガス１ｅと共に、緩衝ガスが封入されていることが好ましい。緩衝ガスとしては、不活性ガスが好ましく挙げられる。不活性ガスは、アルゴン（Ａｒ）、ネオン（Ｎｅ）等の希ガス類元素、又は、窒素（Ｎ_２）である。アルカリ金属ガス１ｅとしては、ＲｂやＣｓ等が挙げられる。緩和防止膜１ｆは、内部空間１ｄの内面にアルカリ金属ガス１ｅが衝突した再の挙動の変化を低減するためのものである。緩和防止膜１ｆは、例えば、フッ素系樹脂、シロキサン系化合物、又は、鎖式飽和炭化水素を含むことが好ましい。より高い効果を得ることができると共に、化学的安定性に優れるからである。緩和防止膜１ｆの厚みは、例えば、２０ｎｍから２０μｍであることが好ましい。

【0019】

このガスセル１は、例えば、次のようにして製造することができる。図２から図４は、ガスセル１の製造工程を表すものである。まず、例えば、図２に示したように、ガスセル１の側面部材１ａを形成するための本体基板１０を形成する（本体基板形成工程）。本体基板１０は、第１の開口部１１、第２の開口部１２、及び、第３の開口部１３が仕切り部１４により仕切られて設けられ、周縁部に第１の開口部１１、第２の開口部１２、及び、第３の開口部１３の全体を囲む囲み部１５が形成され、かつ、囲み部１５は仕切り部１４よりも高さが高く、一面側において仕切り部１４よりも突出して設けられたものである。

【0020】

本体基板１０は、例えば、次のようにして形成することができる。まず、例えば、図３（Ａ）に示したように、Ｓｉ（シリコン）基板１６を用意する。Ｓｉ基板１６の厚みは、例えば、０．３ｍｍから１０ｍｍとすることが好ましい。次いで、例えば、図３（Ｂ）に示したように、Ｓｉ基板１６の表面を熱酸化し、酸化膜よりなる誘電体層１７を形成する。誘電体層１７の厚みは、５００ｎｍから１０００ｎｍとすることが好ましい。

【0021】

続いて、例えば、図３（Ｃ）に示したように、誘電体層１７をパターニングし、Ｓｉ基板１６の一面側において、周縁部の全周を囲むように誘電体層１７を残し、他は除去する。これにより、Ｓｉ基板１６の一面側の周縁部に、誘電体層１７の分だけＳｉ基板１６の他の部分よりも高さが高く、一面側に突出した囲み部１５が形成される。誘電体層１７のパターニングは、例えば、Ｓｉ基板１６の一面側の周縁部に、囲み部１５に対応させてレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてフッ酸を用いて誘電体層１７をエッチングしたのち、剥離材等を用いてレジストパターンを除去することにより行う。

【0022】

次に、例えば、図２に示したように、囲み部１５を形成したＳｉ基板１６にレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてＳｉ基板１６をエッチングし、囲み部１５の内側に、仕切り部１４により仕切られた第１の開口部１１、第２の開口部１２、及び、第３の開口部１３を形成する。第１の開口部１１は、ガスセル１の内部空間１ｄとなる部分であり、Ｓｉ基板１６を貫通して設ける。第２の開口部１２は、後続の工程においてアルカリ金属発生材料を設置するためのものであり、必ずしもＳｉ基板１６を貫通して設ける必要はない。第３の開口部１３は、後続の工程において緩和防止膜形成材料を設置するためのものであり、必ずしもＳｉ基板１６を貫通して設ける必要はない。第１の開口部１１は、囲み部１５の内側に複数設けることが好ましく、第２の開口部１２及び第３の開口部１３は、囲み部１５の内側に１つずつ設けることが好ましい。第１の開口部１１、第２の開口部１２、及び、第３の開口部１３の形状は、四角形や円形などどのような形状でもよい。エッチングは、例えば、水酸化カリウムや水酸化テトラメチルアンモニウム等のアルカリ溶液によるシリコンの結晶異方性ウエットエッチングや、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（深堀反応性エッチング）等のドライエッチングが挙げられる。

【0023】

本体基板形成工程の後、例えば、図４（Ａ）に示したように、本体基板１０の他面側において、仕切り部１４及び囲み部１５と、ホウケイ酸ガラス基板よりなる第１の透明基板２１とを、陽極接合により直接接合する（第１の透明基板接合工程）。第１の透明基板２１は、ガスセル１の透明部材１ｂを形成するものである。陽極接合というのは、ホウケイ酸ガラスと半導体等を接触させ、半導体側を陽極として両者の間に数百Ｖ程度の直流電圧を加えることで、介在物を用いることなく両者を直接接合する方法である。具体的には、例えば、陽極接合装置のチャンバー内において、本体基板１０及び第１の透明基板２１を４００℃に加熱して、本体基板１０の他面に第１の透明基板２１を接触させ、本体基板１０の側を陽極として５００Ｖの電圧を印加し、本体基板１０と第１の透明基板２１との間に圧力を加えることにより接合する。

【0024】

第１の透明基板接合工程の後、例えば、図４（Ｂ）に示したように、本体基板１０の第２の開口部１２にアルカリ金属発生材料２２を設置する（アルカリ金属発生材料設置工程）。アルカリ金属発生材料２２としては、例えば、Ｒｂ（ルビジウム）やＣｓ（セシウム）等のアルカリ金属原子と、Ｚｒ（ジルコニウム），Ｓｉ，Ｔｉ（チタン），Ａｌ（アルミニウム）等の化合物と組み合わせたペレット状のものがある。また、本体基板１０の第３の開口部１３に緩和防止膜形成材料２３を設置する（緩和防止膜形成材料設置工程）。緩和防止膜形成材料２３としては、緩和防止膜１ｆを構成する材料、例えば、フッ素系樹脂、シロキサン系化合物、又は、鎖式飽和炭化水素が挙げられる。

【0025】

アルカリ金属発生材料設置工程及び緩和防止膜形成材料設置工程の後、例えば、図４（Ｃ）に示したように、本体基板１０の一面側において、囲み部１５とホウケイ酸ガラス基板よりなる第２の透明基板２４とを、陽極接合により直接接合する（第２の透明基板囲み部接合工程）。第２の透明基板２４は、ガスセル１の透明部材１ｃを形成するものである。陽極接合は、第１の透明基板接合工程と同様にして行うことができるが、第２の透明基板囲み部接合工程では、緩衝ガスの制御圧力下において行う。これにより、本体基板１０と第１の透明基板２１と第２の透明基板２４との間、すなわち、第１の開口部１１、第２の開口部１２、及び、第３の開口部１３に緩衝ガスを封入する。緩衝ガスとしては、不活性ガスが好ましく挙げられる。不活性ガスは、アルゴン、ネオン等の希ガス類元素、又は、窒素である。

【0026】

また、この陽極接合では、囲み部１５と第２の透明基板２４とを接合する。囲み部１５は一面側において仕切り部１４よりも突出して設けられているので、囲み部１５と第２の透明基板２４とを選択的に接合し、仕切り部１３と第２の透明基板２３との間に隙間を形成することができる。すなわち、第１の開口部１１と第２の開口部１２、及び、第１の開口部１１と第３の開口部１３はこの隙間を介して連通されている。

【0027】

第２の透明基板囲み部接合工程の後、例えば、図４（Ｄ）に示したように、アルカリ金属発生材料２２よりアルカリ金属ガス１ｅを発生させ、仕切り部１４と第２の透明基板２４との間を通して、アルカリ金属ガス１ｅを第２の開口部１２から第１の開口部１１に拡散させる（アルカリ金属ガス拡散工程）。具体的には、例えば、アルカリ金属発生材料２２に、ＹＡＧレーザー等の赤外線領域のレーザー、又は、紫外線を照射することによりアルカリ金属ガス１ｅを発生させる。

【0028】

また、第２の透明基板囲み部接合工程の後、例えば、緩和防止膜形成材料２３より緩和防止膜形成材料ガスを発生させ、仕切り部１４と第２の透明基板２４との間を通して、緩和防止膜形成材料ガスを第３の開口部１３から第１の開口部１１に拡散させ、第１の開口部１１の内面及び第２の透明基板２４の内面に緩和防止膜１ｆを形成する（緩和防止膜形成工程）。具体的には、例えば、図４（Ｅ）に示したように、常温もしくは５０℃から２００℃程度に加熱してプラズマ活性化処理を行い、緩和防止膜形成材料ガスを発生させて緩和防止膜１ｆを形成する。プラズマ活性化処理は、例えば、チャンバー内でプラズマを発生させることができる装置に入れて行う。本体基板１０と第１の透明基板２１と第２の透明基板２４との間には、数ｋＰａ程度の圧力で不活性ガス（アルゴンや窒素などの）が封入されているため内部でプラズマが発生しやすい条件になっている。なお、この工程により、仕切り部１４と第２の透明基板２４との間にも緩和防止膜１ｆが形成されるが、後続の第２の透明基板仕切り部接合工程で加熱されることにより気体となるので除去される。

【0029】

アルカリ金属ガス拡散工程及び緩和防止膜形成工程の後、例えば、図４（Ｆ）に示したように、本体基板１０の一面側において、仕切り部１４と第２の透明基板２４との間に圧力を加え、仕切り部１４と第２の透明基板２４とを陽極接合により接合する（第２の透明基板仕切り部接合工程）。これにより、第１の開口部１１にアルカリ金属ガス１ｅを封入する。なお、陽極接合は、第１の透明基板接合工程と同様にして行うことができる。

【0030】

第２の透明基板仕切り部接合工程の後、例えば、仕切り部１４において、第１の開口部１１毎に切断する（切り出し工程）。これにより図１に示したガスセル１が得られる。

【0031】

このようにして作製したガスセル１は、原子発信器３０に用いることができる。図５は原子発信器３０の構成を表すものである。この原子発信器３０は、ＣＰＴ方式の小型原子発振器であり、例えば、レーザー素子３１、コリメートレンズ３２、λ／４波長板３３、ガスセル１、受光素子３４、制御回路３５を有している。レーザー素子３１は、例えば、面発光レーザー素子により構成することが好ましい。受光素子３４は、例えば、フォトダイオードにより構成される。

【0032】

この原子発信器３０では、例えば、レーザー素子３１から出射された光をガスセル１に照射し、内部空間１ｄに封入したアルカリ金属の電子を励起する。ガスセル１を透過した光は受光素子３４において検出され、受光素子３４において検出された信号は制御回路３５にフィードバックされ、制御回路３５によりレーザー素子３１からのレーザー光の変調周波数を調整する。この原子発信器３０は、アルカリ金属の電子が二つの基底準位から励起準位に同時に励起された時に光の吸収率が低下することを利用するものであり、２種類の共鳴光による量子干渉効果による光吸収特性により変調周波数を制御するものである。

【0033】

この原子発信器３０の製造方法は、例えば、本実施の形態に係るガスセルの製造方法によりガスセル１を作製する工程を含んでおり、これにより得られたガスセル１を利用して、レーザー素子３１によりガスセル１に光を照射し、ガスセル１を透過した光を受光素子３４により検出するように、レーザー素子３１、ガスセル１、及び、受光素子３４を設置する工程を含んでいる。

【0034】

このように、本実施の形態によれば、側面部材１ａと一対の透明部材１ｂ，１ｃとにより囲まれた１つの内部空間１ｄの内面に緩和防止膜１ｆを形成し、アルカリ金属ガス１ｅを封入するようにしたので、簡単な構造で小型化することができる。

【0035】

また、第１の開口部１１、第２の開口部１２、及び、第３の開口部１３を設けた本体基板１０の他面側に第１の透明基板２１を接合し、第２の開口部１２にアルカリ金属発生材料２２を設置すると共に、第３の開口部１３に緩和防止膜形成材料２３を設置して、本体基板１０の一面側において、囲み部１４と第２の透明基板２４とを接合したのち、アルカリ金属ガス１ｅを第１の開口部１１に拡散させると共に、緩和防止膜形成材料ガスを第１の開口部１１に拡散させて緩和防止膜１ｆを形成し、本体基板１０の一面側において、仕切り部１４と第２の透明基板２４とを接合するようにしたので、本実施の形態に係るガスセル１を容易に実現することができる。

【0036】

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係るガスセルの製造方法は、本体基板形成工程における具体的な工程が異なることを除き、他は、第１の実施の形態と同様である。よって、本実施の形態では、第１の実施の形態と異なる工程、すなわち、本体基板形成工程について説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0037】

図６は、第２の実施の形態に係るガスセルの製造方法における本体基板形成工程の各工程を表すものである。まず、例えば、図６（Ａ）に示したように、Ｓｉ基板１６を用意し、例えば、図６（Ｂ）に示したように、Ｓｉ基板１６の表面を熱酸化し、酸化膜よりなる誘電体層１７を形成する。Ｓｉ基板１６及び誘電体層１７の厚みは第１の実施の形態と同様である。

【0038】

次いで、例えば、図６（Ｃ）に示したように、Ｓｉ基板１６の一面側の周縁部に、囲み部１５に対応させてレジストパターン１８を形成する。続いて、例えば、図６（Ｄ）に示したように、レジストパターン１８をマスクとして、フッ酸を用いて誘電体層１７の表面側の一部のみをエッチングしたのち、剥離材等を用いてレジストパターン１８を除去する。すなわち、レジストパターン１８により覆われていない部分の誘電体層１７を全てエッチングにより除去するのではなく、誘電体層１７の厚みを薄くする。これにより、Ｓｉ基板１６の一面側の周縁部には、厚みの厚い誘電体層１７が形成され、その他の部分には、厚みの薄い誘電体層１７が形成される。周縁部の厚みの厚い誘電体層１７が形成された部分が囲み部１５となる。厚みの薄い部分の誘電体層１７の厚みは、例えば、５０ｎｍから５００ｎｍとすることが好ましい。

【0039】

次に、例えば、図６（Ｅ）に示したように、誘電体層１７をパターニングし、第１の開口部１１、第２の開口部１２、及び、第３の開口部１３の形成位置に開口を設け、Ｓｉ基板１６を露出させる。誘電体層１７のパターニングは、例えば、第１の開口部１１、第２の開口部１２、及び、第３の開口部１３の形成位置に開口を設けたレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてフッ酸を用いて誘電体層１７をエッチングしたのち、剥離材等を用いてレジストパターンを除去することにより行う。

【0040】

その後、例えば、図６（Ｆ）に示したように、誘電体層１７をマスクとして、Ｓｉ基板１６をエッチングし、囲み部１５の内側に、仕切り部１４により仕切られた第１の開口部１１、第２の開口部１２、及び、第３の開口部１３を形成する。エッチングは、例えば、水酸化カリウムや水酸化テトラメチルアンモニウム等のアルカリ溶液によるシリコンの結晶異方性ウエットエッチングや、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（深堀反応性エッチング）等のドライエッチングが挙げられる。

【0041】

Ｓｉ基板１６をエッチングしたのち、例えば、図６（Ｇ）に示したように、誘電体層１７をパターニングし、Ｓｉ基板１６の一面側において、周縁部の厚みの厚い部分、すなわち囲み部１５の部分を残し、他は除去する。誘電体層１７のパターニングは、例えば、Ｓｉ基板１６の一面側の周縁部に、囲み部１５に対応させてレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとしてフッ酸を用いて誘電体層１７をエッチングしたのち、剥離材等を用いてレジストパターンを除去することにより行う。

【0042】

これにより本体基板１０を形成したのち、他は、第１の実施の形態と同様に、第１の透明基板接合工程、アルカリ金属発生材料設置工程、緩和防止膜形成材料設置工程、第２の透明基板囲み部接合工程、アルカリ金属ガス拡散工程、緩和防止膜形成工程、第２の透明基板仕切り部接合工程、及び、切り出し工程を行う。

【0043】

本実施の形態の製造方法により作製したガスセル１も第１の実施の形態と同様に原子発信器３０に用いることができ、同様にして原子発信器３０を製造することができる。また、本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0044】

（変形例１）
上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、誘電体層１７として酸化膜を形成する場合について説明したが、窒化ケイ素（ＳｉＮ）等の窒化膜により構成するようにしてもよい。その場合、誘電体層１７は、例えば、減圧ＣＶＤ（Ｌｏｗ－Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＬＰＣＶＤ）により形成することができる。

【0045】

（変形例２）
上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、エッチングにより、Ｓｉ基板１６に第１の開口部１１、第２の開口部１２、及び、第３の開口部１３を形成する場合について説明したが、ウォータージェットを利用して加工するようにしてもよい。

【0046】

（変形例３）
上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、本体基板１０を１枚のＳｉ基板１６を用いて形成する場合について説明したが、複数のＳｉ基板を用いて形成するようにしてもよい。

【0047】

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、全ての構成要素を備えていなくてもよく、また、他の構成要素を備えていてもよい。また、各構成要素の具体的な構成は一例を示したものであり、異なっていてもよい。更に、上記実施の形態では、各工程について具体的に説明したが、全ての工程を備えなくてもよく、また、他の工程を備えていてもよい。また、各工程における具体的な条件は一例を示したものであり、異なっていてもよい。

【符号の説明】

【0048】

１…ガスセル、１ａ…側面部材、１ｂ，１ｃ…透明部材、１ｄ…内部空間、１ｅ…アルカリ金属ガス、１ｆ…緩和防止膜、１０…本体基板、１１…第１の開口部、１２…第２の開口部、１３…第３の開口部、１４…仕切り部、１５…囲み部、１６…Ｓｉ基板、１７…誘電体層、１８…レジストパターン、２１…第１の透明基板、２２…アルカリ金属発生材料、２３…緩和防止膜形成材料、２４…第２の透明基板、３０…原子発信器、３１…レーザー素子、３２…コリメートレンズ、３３…λ／４波長板、３４…受光素子、３５…制御回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】