JP2009283526A - ガスセルの製造方法及びガスセル - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラス基板の接合を一方のみとして製造工程を削減すると共に、ガスセルの信頼
性を向上したガスセル製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る製造方法は、板状のシリコンウェハ１の片面に酸化皮膜２
を形成する酸化皮膜形成工程（ａ）と、パターニング工程によりパターニングされたシリ
コンウェハ１をエッチングしてセルユニット５を形成するエッチング工程（ｂ）と、エッ
チング後のシリコンウェハ１ａの表面１ｂを研磨する研磨工程（ｃ）と、セルユニット５
に所定の圧力下でルビジウムガス８を満たし（ｄ）、その状態でシリコンウェハ１ａの表
面１ｂに透明基板７を接合してルビジウムガス８を封入する封入工程（ｅ）と、図示は省
略するが、透明基板７が接合された後のシリコンウェハをセルユニット単位で切断するこ
とにより複数個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備えている。
【選択図】図１
性を向上したガスセル製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る製造方法は、板状のシリコンウェハ１の片面に酸化皮膜２
を形成する酸化皮膜形成工程（ａ）と、パターニング工程によりパターニングされたシリ
コンウェハ１をエッチングしてセルユニット５を形成するエッチング工程（ｂ）と、エッ
チング後のシリコンウェハ１ａの表面１ｂを研磨する研磨工程（ｃ）と、セルユニット５
に所定の圧力下でルビジウムガス８を満たし（ｄ）、その状態でシリコンウェハ１ａの表
面１ｂに透明基板７を接合してルビジウムガス８を封入する封入工程（ｅ）と、図示は省
略するが、透明基板７が接合された後のシリコンウェハをセルユニット単位で切断するこ
とにより複数個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備えている。
【選択図】図１
Description
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。
めのガスセルの製造方法に関するものである。
近年、通信網や放送網等のディジタルネットワーク化の進展に伴い、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。また、近年原子発振器の小型化の要求が
高まり、光反応部（物理パッケージとその駆動回路部）も含めて全体を小型化する必要性
に迫られている。この小型化に伴って、物理パッケージも小型化、薄型化が余儀なくされ
ている。特に、物理パッケージを構成するガスセルの製造は、薄型化のために図８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）工程でシリコンウェハ
５０を両面研磨し、（ｂ）工程でシリコンウェハ５０にエッチングにより開口部５１を貫
通形成し、（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９の向きに配置
され、レーザ光５７が貫通する構成となる。
ＵＳ６８０６７８４Ｂ２
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。また、近年原子発振器の小型化の要求が
高まり、光反応部（物理パッケージとその駆動回路部）も含めて全体を小型化する必要性
に迫られている。この小型化に伴って、物理パッケージも小型化、薄型化が余儀なくされ
ている。特に、物理パッケージを構成するガスセルの製造は、薄型化のために図８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）工程でシリコンウェハ
５０を両面研磨し、（ｂ）工程でシリコンウェハ５０にエッチングにより開口部５１を貫
通形成し、（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９の向きに配置
され、レーザ光５７が貫通する構成となる。
しかしながら、従来の製造プロセスによるガスセルは、工程（ｃ）と工程（ｅ）の２工
程によりガラス基板５２、５５を陽極接合する必要があり、接合工程が複雑となる。接合
工程が増えることは、言い換えると接合部分が多くなり、それだけガスセルの信頼性が低
下することに繋がる。
本発明は、かかる課題に鑑みて成されたものであり、シリコンウェハの片面に酸化皮膜
を形成し、シリコンウェハに形成された酸化皮膜の層までエッチングにより開口部を形成
することにより、ガラス基板の接合を一方のみとして製造工程を削減すると共に、ガスセ
ルの信頼性を向上したガスセル製造方法を提供することを目的とする。
程によりガラス基板５２、５５を陽極接合する必要があり、接合工程が複雑となる。接合
工程が増えることは、言い換えると接合部分が多くなり、それだけガスセルの信頼性が低
下することに繋がる。
本発明は、かかる課題に鑑みて成されたものであり、シリコンウェハの片面に酸化皮膜
を形成し、シリコンウェハに形成された酸化皮膜の層までエッチングにより開口部を形成
することにより、ガラス基板の接合を一方のみとして製造工程を削減すると共に、ガスセ
ルの信頼性を向上したガスセル製造方法を提供することを目的とする。
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。
形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］シリコンウェハの片面に酸化皮膜を形成する酸化皮膜形成工程と、前記シ
リコンウェハの他面にレジスト膜によりパターニングするパターニング工程と、前記レジ
スト膜をマスクとして前記シリコンウェハの他面をエッチングすることにより該シリコン
ウェハに複数の貫通穴を形成するエッチング工程と、前記レジストを除去した上で、前記
シリコンウェハのエッチング面を研磨する研磨工程と、所定の圧力下で前記各貫通穴内に
アルカリ金属ガスを満たした状態で前記シリコンウェハのエッチング面に透明基板を接合
することによりアルカリ金属ガスを封入する封入工程と、前記透明基板が接合された後の
シリコンウェハを前記貫通穴単位で切断することにより複数個のガスセルを形成するガス
セル形成工程と、を備えたことを特徴とする。
リコンウェハの他面にレジスト膜によりパターニングするパターニング工程と、前記レジ
スト膜をマスクとして前記シリコンウェハの他面をエッチングすることにより該シリコン
ウェハに複数の貫通穴を形成するエッチング工程と、前記レジストを除去した上で、前記
シリコンウェハのエッチング面を研磨する研磨工程と、所定の圧力下で前記各貫通穴内に
アルカリ金属ガスを満たした状態で前記シリコンウェハのエッチング面に透明基板を接合
することによりアルカリ金属ガスを封入する封入工程と、前記透明基板が接合された後の
シリコンウェハを前記貫通穴単位で切断することにより複数個のガスセルを形成するガス
セル形成工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明のガスセルの製造工程では、先ず、シリコンウェハの片面に酸化皮膜を形成する
。酸化皮膜はシリカガラスといわれて固く透明な材質である。次にシリコンウェハの他面
をセルユニットを形成するためのパターニングが施されたレジスト膜で覆い、プラズマ等
により酸化皮膜が形成されている層に到達するまでエッチングする。エッチングの方法は
、Ｗｅｔ法でもＤｒｙ法でも構わない。この状態でシリコンウェハ上に複数の貫通穴が形
成される。次に、透明基板と接合しやすくするために、シリコンウェハの表面を研磨して
、エッチングされたシリコンウェハをチャンバー内に設置して、貫通穴内に所定の圧力下
でアルカリ金属ガスを満たした状態でシリコンウェハのエッチング面に透明基板を接合す
ることによりアルカリ金属ガスを封入し、ダイシングすることにより、ガスセルが完成す
る。これにより、透明基板の接合を一方のみとして製造工程を削減すると共に、接合不良
の確率を低くしてガスセルの信頼性を向上させることができる。
。酸化皮膜はシリカガラスといわれて固く透明な材質である。次にシリコンウェハの他面
をセルユニットを形成するためのパターニングが施されたレジスト膜で覆い、プラズマ等
により酸化皮膜が形成されている層に到達するまでエッチングする。エッチングの方法は
、Ｗｅｔ法でもＤｒｙ法でも構わない。この状態でシリコンウェハ上に複数の貫通穴が形
成される。次に、透明基板と接合しやすくするために、シリコンウェハの表面を研磨して
、エッチングされたシリコンウェハをチャンバー内に設置して、貫通穴内に所定の圧力下
でアルカリ金属ガスを満たした状態でシリコンウェハのエッチング面に透明基板を接合す
ることによりアルカリ金属ガスを封入し、ダイシングすることにより、ガスセルが完成す
る。これにより、透明基板の接合を一方のみとして製造工程を削減すると共に、接合不良
の確率を低くしてガスセルの信頼性を向上させることができる。
［適用例２］シリコンウェハの片面に酸化皮膜を形成する第１の酸化皮膜形成工程と、
前記シリコンウェハの他面にレジスト膜によりパターニングするパターニング工程と、前
記レジスト膜をマスクとして前記シリコンウェハの他面をエッチングすることにより該シ
リコンウェハに複数の貫通穴を形成するエッチング工程と、前記レジストを除去した上で
、前記シリコンウェハのエッチング面に酸化皮膜を形成する第２の酸化皮膜形成工程と、
所定の圧力下で前記各貫通穴内にアルカリ金属ガスを満たした状態で前記シリコンウェハ
のエッチング面に透明基板を接合することによりアルカリ金属ガスを封入する封入工程と
、前記透明基板が接合された後のシリコンウェハを前記貫通穴単位で切断することにより
複数個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備えたことを特徴とする。
前記シリコンウェハの他面にレジスト膜によりパターニングするパターニング工程と、前
記レジスト膜をマスクとして前記シリコンウェハの他面をエッチングすることにより該シ
リコンウェハに複数の貫通穴を形成するエッチング工程と、前記レジストを除去した上で
、前記シリコンウェハのエッチング面に酸化皮膜を形成する第２の酸化皮膜形成工程と、
所定の圧力下で前記各貫通穴内にアルカリ金属ガスを満たした状態で前記シリコンウェハ
のエッチング面に透明基板を接合することによりアルカリ金属ガスを封入する封入工程と
、前記透明基板が接合された後のシリコンウェハを前記貫通穴単位で切断することにより
複数個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明の製造工程は、エッチングするまでは適用例１と同様であるが、透明基板との接
合をしやすくするために、エッチング後のシリコンウェハの表面に酸化皮膜を形成する点
が異なる。即ち、透明基板はガラスにより構成される場合、酸化皮膜との親和性が良いた
め接合が容易となり、その結果、接合が確実に行なわれる。これにより、シリコンウェハ
の表面を保護すると共に、透明基板との接合を容易に行うことができる。
合をしやすくするために、エッチング後のシリコンウェハの表面に酸化皮膜を形成する点
が異なる。即ち、透明基板はガラスにより構成される場合、酸化皮膜との親和性が良いた
め接合が容易となり、その結果、接合が確実に行なわれる。これにより、シリコンウェハ
の表面を保護すると共に、透明基板との接合を容易に行うことができる。
［適用例３］シリコンウェハの両面に酸化皮膜を形成する酸化皮膜形成工程と、前記酸
化皮膜が形成されたシリコンウェハの何れかの面にレジスト膜によりパターニングするパ
ターニング工程と、前記レジスト膜をマスクとして前記酸化皮膜とシリコンウェハを順次
エッチングすることにより該シリコンウェハに複数の貫通穴を形成するエッチング工程と
、所定の圧力下で前記各貫通穴内にアルカリ金属ガスを満たした状態で前記酸化皮膜のエ
ッチング面に透明基板を接合することによりアルカリ金属ガスを封入する封入工程と、前
記透明基板が接合された後のシリコンウェハを前記貫通穴単位で切断することにより複数
個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備えたことを特徴とする。
化皮膜が形成されたシリコンウェハの何れかの面にレジスト膜によりパターニングするパ
ターニング工程と、前記レジスト膜をマスクとして前記酸化皮膜とシリコンウェハを順次
エッチングすることにより該シリコンウェハに複数の貫通穴を形成するエッチング工程と
、所定の圧力下で前記各貫通穴内にアルカリ金属ガスを満たした状態で前記酸化皮膜のエ
ッチング面に透明基板を接合することによりアルカリ金属ガスを封入する封入工程と、前
記透明基板が接合された後のシリコンウェハを前記貫通穴単位で切断することにより複数
個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備えたことを特徴とする。
本発明の製造工程は、シリコンウェハの両面に酸化皮膜を形成しておき、何れかの面か
らエッチングすることにより、シリコンウェハの表面（透明基板との接合面）には、酸化
皮膜が残り、その面と透明基板を接合する。本発明の場合、表面の酸化皮膜をエッチング
するときは、酸化皮膜が硬いためエッチングのパワーを強くして、シリコンウェハに到達
したら、パワーを弱くする操作、或いは、酸化皮膜部とシリコンウェハ部に各々適したエ
ッチャントを使用するプロセス等が必要となる。これにより、透明基板との接合を容易に
行うことができる。
らエッチングすることにより、シリコンウェハの表面（透明基板との接合面）には、酸化
皮膜が残り、その面と透明基板を接合する。本発明の場合、表面の酸化皮膜をエッチング
するときは、酸化皮膜が硬いためエッチングのパワーを強くして、シリコンウェハに到達
したら、パワーを弱くする操作、或いは、酸化皮膜部とシリコンウェハ部に各々適したエ
ッチャントを使用するプロセス等が必要となる。これにより、透明基板との接合を容易に
行うことができる。
［適用例４］前記アルカリ金属は、ルビジウム、又は、セシウムであることを特徴とす
る。
る。
セシウム原子を使えば、精度の高い原子発振器を実現できる。また、ルビジウム原子は
手軽に広く普及している。よって、原子発振器の要求性能とコストを考慮して、いずれか
のアルカリ金属原子を選ぶことができる。
手軽に広く普及している。よって、原子発振器の要求性能とコストを考慮して、いずれか
のアルカリ金属原子を選ぶことができる。
［適用例５］本発明に記載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
。
。
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、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。
。また、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。
［適用例６］前記エッチングにより開口された部分を封止する前記透明基板、又は／及
び、前記酸化皮膜を光透過部とすることを特徴とする。
び、前記酸化皮膜を光透過部とすることを特徴とする。
透明基板をガラスで構成するため、光の透過率が高く、且つ平面度を高くすることがで
きる。また、酸化皮膜はシリカガラスといって透明になるため、エッチングにより開口さ
れた部分を封止する箇所は光を透過させることができる。
きる。また、酸化皮膜はシリカガラスといって透明になるため、エッチングにより開口さ
れた部分を封止する箇所は光を透過させることができる。
［適用例７］本発明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。
徴とする。
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。
、品質の揃ったガスセルを大量生産することができる。
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は本発明の第１の実施形態に係るガスセル製造方法の一例を説明する模式図である
。各工程は（ａ）〜（ｅ）の順番で実施される。
本実施形態に係る製造方法は、板状のシリコンウェハ１の片面（図では下面）に酸化皮
膜２を形成する酸化皮膜形成工程（ａ）と、酸化皮膜２が形成されていない面（図では上
面）にレジスト膜３によりパターニングするパターニング工程と、パターニング工程によ
りパターニングされたシリコンウェハ１をプラズマ４によりエッチングして、貫通穴（以
下、セルユニットと呼ぶ）５を形成するエッチング工程（ｂ）と、レジスト膜３を除去し
てエッチング後のシリコンウェハ１ａの表面（透明基板７との接合面）１ｂを研磨する研
磨工程（ｃ）と、セルユニット５に所定の圧力下でアルカリ金属ガスとしてルビジウムガ
ス８を満たし（ｄ）、その状態でシリコンウェハ１ａの表面１ｂに透明基板７を接合して
ルビジウムガス８を封入する封入工程（ｅ）と、図示は省略するが、透明基板７が接合さ
れた後のシリコンウェハをセルユニット単位で切断することにより複数個のガスセルを形
成するガスセル形成工程（図４参照）と、を備えている。尚、エッチング工程（ｂ）は、
酸化皮膜２が形成された層に到達するまでシリコンウェハ１をエッチングする（即ち、シ
リコンウェハ１は貫通される）。
即ち、本実施形態のガスセルの製造方法では、先ず、シリコンウェハ１の片面に酸化皮
膜２を形成する。酸化皮膜２はシリカガラスといわれて固く透明な材質である。次にシリ
コンウェハ１の他面をセルユニットを形成するためのパターニングが施されたレジスト膜
３で覆い、プラズマ６等により酸化皮膜２が形成されている層に到達するまでエッチング
する。エッチングの方法は、Ｗｅｔ法でもＤｒｙ法でも構わない。この状態でシリコンウ
ェハ１に複数のセルユニット５が形成される。次に、透明基板７と接合しやすくするため
に、シリコンウェハ１ａの表面１ｂを研磨して、エッチングされたシリコンウェハ１ａを
チャンバー内に設置して、セルユニット５内に所定の圧力下でルビジウムガス８を満たす
。その後、シリコンウェハ１ａの表面に透明基板７を接合してルビジウムガス８を封入し
、ダイシングすることにより、ガスセルが完成する。これにより、透明基板の接合を一方
のみとして製造工程を削減すると共に、接合不良の確率を低くしてガスセルの信頼性を向
上させることができる。
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は本発明の第１の実施形態に係るガスセル製造方法の一例を説明する模式図である
。各工程は（ａ）〜（ｅ）の順番で実施される。
本実施形態に係る製造方法は、板状のシリコンウェハ１の片面（図では下面）に酸化皮
膜２を形成する酸化皮膜形成工程（ａ）と、酸化皮膜２が形成されていない面（図では上
面）にレジスト膜３によりパターニングするパターニング工程と、パターニング工程によ
りパターニングされたシリコンウェハ１をプラズマ４によりエッチングして、貫通穴（以
下、セルユニットと呼ぶ）５を形成するエッチング工程（ｂ）と、レジスト膜３を除去し
てエッチング後のシリコンウェハ１ａの表面（透明基板７との接合面）１ｂを研磨する研
磨工程（ｃ）と、セルユニット５に所定の圧力下でアルカリ金属ガスとしてルビジウムガ
ス８を満たし（ｄ）、その状態でシリコンウェハ１ａの表面１ｂに透明基板７を接合して
ルビジウムガス８を封入する封入工程（ｅ）と、図示は省略するが、透明基板７が接合さ
れた後のシリコンウェハをセルユニット単位で切断することにより複数個のガスセルを形
成するガスセル形成工程（図４参照）と、を備えている。尚、エッチング工程（ｂ）は、
酸化皮膜２が形成された層に到達するまでシリコンウェハ１をエッチングする（即ち、シ
リコンウェハ１は貫通される）。
即ち、本実施形態のガスセルの製造方法では、先ず、シリコンウェハ１の片面に酸化皮
膜２を形成する。酸化皮膜２はシリカガラスといわれて固く透明な材質である。次にシリ
コンウェハ１の他面をセルユニットを形成するためのパターニングが施されたレジスト膜
３で覆い、プラズマ６等により酸化皮膜２が形成されている層に到達するまでエッチング
する。エッチングの方法は、Ｗｅｔ法でもＤｒｙ法でも構わない。この状態でシリコンウ
ェハ１に複数のセルユニット５が形成される。次に、透明基板７と接合しやすくするため
に、シリコンウェハ１ａの表面１ｂを研磨して、エッチングされたシリコンウェハ１ａを
チャンバー内に設置して、セルユニット５内に所定の圧力下でルビジウムガス８を満たす
。その後、シリコンウェハ１ａの表面に透明基板７を接合してルビジウムガス８を封入し
、ダイシングすることにより、ガスセルが完成する。これにより、透明基板の接合を一方
のみとして製造工程を削減すると共に、接合不良の確率を低くしてガスセルの信頼性を向
上させることができる。
図２は本発明の第２の実施形態に係るガスセル製造方法の一例を説明する模式図である
。各工程は（ａ）〜（ｅ）の順番で実施される。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。
本実施形態に係る製造方法は、板状のシリコンウェハ１の片面（図では下面）に酸化皮
膜２を形成する第１の酸化皮膜形成工程（ａ）と、酸化皮膜２が形成されていない面（図
では上面）にレジスト膜３によりパターニングするパターニング工程と、パターニング工
程によりパターニングされたシリコンウェハ１をエッチングしてセルユニット５を形成す
るエッチング工程（ｂ）と、エッチング後のシリコンウェハ１ａの表面１ｂに酸化皮膜９
を形成する第２の酸化皮膜形成工程（ｃ）と、セルユニット５に所定の圧力下でルビジウ
ムガス８を満たし（ｄ）、その状態で酸化皮膜９の表面１ｃに透明基板７を接合してルビ
ジウムガス８を封入する封入工程（ｅ）と、図示は省略するが、透明基板７が接合された
後のシリコンウェハをセルユニット単位で切断することにより複数個のガスセルを形成す
るガスセル形成工程と、を備えている。尚、エッチング工程（ｂ）は、酸化皮膜２が形成
された層に到達するまでシリコンウェハ１をエッチングする。
即ち、本実施形態の製造方法は、エッチング工程（ｂ）までは図１と同様であるが、透
明基板７との接合をし易くするために、エッチング後のシリコンウェハ１ａの表面に酸化
皮膜９を形成する点が異なる。即ち、透明基板７がガラスにより構成される場合、酸化皮
膜９との親和性が良いので接合が容易となり、その結果、接合が確実に行なわれる。これ
により、シリコンウェハ１ａの表面を保護すると共に、透明基板７との接合を容易に行う
ことができる。
。各工程は（ａ）〜（ｅ）の順番で実施される。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。
本実施形態に係る製造方法は、板状のシリコンウェハ１の片面（図では下面）に酸化皮
膜２を形成する第１の酸化皮膜形成工程（ａ）と、酸化皮膜２が形成されていない面（図
では上面）にレジスト膜３によりパターニングするパターニング工程と、パターニング工
程によりパターニングされたシリコンウェハ１をエッチングしてセルユニット５を形成す
るエッチング工程（ｂ）と、エッチング後のシリコンウェハ１ａの表面１ｂに酸化皮膜９
を形成する第２の酸化皮膜形成工程（ｃ）と、セルユニット５に所定の圧力下でルビジウ
ムガス８を満たし（ｄ）、その状態で酸化皮膜９の表面１ｃに透明基板７を接合してルビ
ジウムガス８を封入する封入工程（ｅ）と、図示は省略するが、透明基板７が接合された
後のシリコンウェハをセルユニット単位で切断することにより複数個のガスセルを形成す
るガスセル形成工程と、を備えている。尚、エッチング工程（ｂ）は、酸化皮膜２が形成
された層に到達するまでシリコンウェハ１をエッチングする。
即ち、本実施形態の製造方法は、エッチング工程（ｂ）までは図１と同様であるが、透
明基板７との接合をし易くするために、エッチング後のシリコンウェハ１ａの表面に酸化
皮膜９を形成する点が異なる。即ち、透明基板７がガラスにより構成される場合、酸化皮
膜９との親和性が良いので接合が容易となり、その結果、接合が確実に行なわれる。これ
により、シリコンウェハ１ａの表面を保護すると共に、透明基板７との接合を容易に行う
ことができる。
図３は本発明の第３の実施形態に係るガスセル製造方法の一例を説明する模式図である
。各工程は（ａ）〜（ｄ）の順番で実施される。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。
本実施形態に係る製造方法は、板状のシリコンウェハ１の両面に酸化皮膜２、１０を形
成する酸化皮膜形成工程（ａ）と、酸化皮膜１０が形成された面にレジスト膜３によりパ
ターニングするパターニング工程と、パターニング工程によりパターニングされた酸化皮
膜１０とシリコンウェハ１を順次エッチングしてセルユニット５を形成するエッチング工
程と（ｂ）と、セルユニット５に所定の圧力下でルビジウムガス８を満たし（ｃ）、 そ
の状態で酸化皮膜１０ａの表面に透明基板７を接合してルビジウムガス８を封入する封入
工程（ｄ）と、図示は省略するが、透明基板７が接合された後のシリコンウェハをセルユ
ニット単位で切断することにより複数個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備
え、エッチング工程（ｂ）は、エッチングされない酸化皮膜２が形成された層に到達する
までシリコンウェハ１をエッチングする。
即ち、本実施形態の製造方法は、シリコンウェハ１の両面に酸化皮膜２、１０を形成し
ておき、酸化皮膜１０の面からエッチングすることにより、シリコンウェハ１の表面（透
明基板７との接合面１０ａ）には、酸化皮膜１０ａが残り、その面と透明基板７を接合す
る。本実施形態の場合、表面の酸化皮膜１０をエッチングするときは、酸化皮膜１０が硬
いためエッチングのパワーを強くして、シリコンウェハ１に到達したら、パワーを弱くす
る操作、或いは、酸化皮膜部とシリコンウェハ部に各々適したエッチャントを使用するプ
ロセス等が必要となる。これにより、透明基板７との接合を容易に行うことができる。
。各工程は（ａ）〜（ｄ）の順番で実施される。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。
本実施形態に係る製造方法は、板状のシリコンウェハ１の両面に酸化皮膜２、１０を形
成する酸化皮膜形成工程（ａ）と、酸化皮膜１０が形成された面にレジスト膜３によりパ
ターニングするパターニング工程と、パターニング工程によりパターニングされた酸化皮
膜１０とシリコンウェハ１を順次エッチングしてセルユニット５を形成するエッチング工
程と（ｂ）と、セルユニット５に所定の圧力下でルビジウムガス８を満たし（ｃ）、 そ
の状態で酸化皮膜１０ａの表面に透明基板７を接合してルビジウムガス８を封入する封入
工程（ｄ）と、図示は省略するが、透明基板７が接合された後のシリコンウェハをセルユ
ニット単位で切断することにより複数個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備
え、エッチング工程（ｂ）は、エッチングされない酸化皮膜２が形成された層に到達する
までシリコンウェハ１をエッチングする。
即ち、本実施形態の製造方法は、シリコンウェハ１の両面に酸化皮膜２、１０を形成し
ておき、酸化皮膜１０の面からエッチングすることにより、シリコンウェハ１の表面（透
明基板７との接合面１０ａ）には、酸化皮膜１０ａが残り、その面と透明基板７を接合す
る。本実施形態の場合、表面の酸化皮膜１０をエッチングするときは、酸化皮膜１０が硬
いためエッチングのパワーを強くして、シリコンウェハ１に到達したら、パワーを弱くす
る操作、或いは、酸化皮膜部とシリコンウェハ部に各々適したエッチャントを使用するプ
ロセス等が必要となる。これにより、透明基板７との接合を容易に行うことができる。
図４は図１の製造方法により製造されたガスセルを示す斜視図である。この図では、説
明を容易とするために、透明基板７を接合する前の状態として図示している。エッチング
されたシリコンウェハ１ａには、複数のセルユニット５が形成され、シリコンウェハ１ａ
の底面は酸化皮膜２が形成されて、セルユニット５の一方の面を封止している。ガスセル
を完成させるためには、チャンバー内で所定のガス圧によりルビジウムガスをセルユニッ
ト５に満たして、透明基板７により接合して封入する。その後、切断線１１に沿って透明
基板７、シリコンウェハ１ａ、及び酸化皮膜２をダイシングしてガスセルを製造する。
明を容易とするために、透明基板７を接合する前の状態として図示している。エッチング
されたシリコンウェハ１ａには、複数のセルユニット５が形成され、シリコンウェハ１ａ
の底面は酸化皮膜２が形成されて、セルユニット５の一方の面を封止している。ガスセル
を完成させるためには、チャンバー内で所定のガス圧によりルビジウムガスをセルユニッ
ト５に満たして、透明基板７により接合して封入する。その後、切断線１１に沿って透明
基板７、シリコンウェハ１ａ、及び酸化皮膜２をダイシングしてガスセルを製造する。
図５は図１の製造方法を詳細に説明するフローチャートである。まず、板状のシリコン
ウェハ１の片面（図１では下面）に酸化皮膜２を形成する「酸化皮膜形成工程（ａ）」（
Ｓ１）。次に酸化皮膜２が形成されていない面（図１では上面）にレジスト膜３によりパ
ターニングする「パターニング工程」（Ｓ２）。パターニング工程によりパターニングさ
れたシリコンウェハ１をエッチングしてセルユニット５を形成する「エッチング工程（ｂ
）」（Ｓ３）。このとき、酸化皮膜２に到達するまでエッチングしたか否かをチエックす
る（Ｓ４）。酸化皮膜２に到達するようにエッチングが完了すると（Ｓ４でＹＥＳ）、エ
ッチング後のシリコンウェハ１ａの表面（透明基板７との接合面）１ｂを研磨する「研磨
工程（ｃ）」（Ｓ５）。表面研磨には表面活性化と鏡面処理の方法がある。次に、セルユ
ニット５に所定の圧力下（チャンバー内）でルビジウムガス８を満たし（ｄ）、その状態
でシリコンウェハ１ａの表面１ｂに透明基板７を接合してルビジウムガス８を封入する「
封入工程（ｅ）」（Ｓ６）。次に、透明基板７が接合された後のシリコンウェハをセルユ
ニット単位で切断する（Ｓ７）。これにより、複数個のガスセルが形成する。
ウェハ１の片面（図１では下面）に酸化皮膜２を形成する「酸化皮膜形成工程（ａ）」（
Ｓ１）。次に酸化皮膜２が形成されていない面（図１では上面）にレジスト膜３によりパ
ターニングする「パターニング工程」（Ｓ２）。パターニング工程によりパターニングさ
れたシリコンウェハ１をエッチングしてセルユニット５を形成する「エッチング工程（ｂ
）」（Ｓ３）。このとき、酸化皮膜２に到達するまでエッチングしたか否かをチエックす
る（Ｓ４）。酸化皮膜２に到達するようにエッチングが完了すると（Ｓ４でＹＥＳ）、エ
ッチング後のシリコンウェハ１ａの表面（透明基板７との接合面）１ｂを研磨する「研磨
工程（ｃ）」（Ｓ５）。表面研磨には表面活性化と鏡面処理の方法がある。次に、セルユ
ニット５に所定の圧力下（チャンバー内）でルビジウムガス８を満たし（ｄ）、その状態
でシリコンウェハ１ａの表面１ｂに透明基板７を接合してルビジウムガス８を封入する「
封入工程（ｅ）」（Ｓ６）。次に、透明基板７が接合された後のシリコンウェハをセルユ
ニット単位で切断する（Ｓ７）。これにより、複数個のガスセルが形成する。
図６は図２の製造方法を詳細に説明するフローチャートである。まず、板状のシリコン
ウェハ１の片面（図２では下面）に酸化皮膜２を形成する「第１の酸化皮膜形成工程（ａ
）」（Ｓ１０）。次に酸化皮膜２が形成されていない面（図２では上面）にレジスト膜３
によりパターニングする「パターニング工程」（Ｓ１１）。パターニング工程によりパタ
ーニングされたシリコンウェハ１をエッチングしてセルユニット５を形成する「エッチン
グ工程（ｂ）」（Ｓ１２）。このとき、酸化皮膜２に到達するまでエッチングしたか否か
をチエックする（Ｓ１３）。酸化皮膜２に到達するようにエッチングが完了すると（Ｓ１
３でＹＥＳ）、エッチング後のシリコンウェハ１ａの表面１ｂに酸化皮膜９を形成する「
第２の酸化皮膜形成工程（ｃ）」（Ｓ１４）。次に、セルユニット５に所定の圧力下（チ
ャンバー内）でルビジウムガス８を満たし（ｄ）、その状態でシリコンウェハ１ａの表面
１ｂに透明基板７を接合してルビジウムガス８を封入する「封入工程（ｅ）」（Ｓ１５）
。次に、透明基板７が接合された後のシリコンウェハをセルユニット単位で切断する（Ｓ
１６）。これにより、複数個のガスセルが完成する。
ウェハ１の片面（図２では下面）に酸化皮膜２を形成する「第１の酸化皮膜形成工程（ａ
）」（Ｓ１０）。次に酸化皮膜２が形成されていない面（図２では上面）にレジスト膜３
によりパターニングする「パターニング工程」（Ｓ１１）。パターニング工程によりパタ
ーニングされたシリコンウェハ１をエッチングしてセルユニット５を形成する「エッチン
グ工程（ｂ）」（Ｓ１２）。このとき、酸化皮膜２に到達するまでエッチングしたか否か
をチエックする（Ｓ１３）。酸化皮膜２に到達するようにエッチングが完了すると（Ｓ１
３でＹＥＳ）、エッチング後のシリコンウェハ１ａの表面１ｂに酸化皮膜９を形成する「
第２の酸化皮膜形成工程（ｃ）」（Ｓ１４）。次に、セルユニット５に所定の圧力下（チ
ャンバー内）でルビジウムガス８を満たし（ｄ）、その状態でシリコンウェハ１ａの表面
１ｂに透明基板７を接合してルビジウムガス８を封入する「封入工程（ｅ）」（Ｓ１５）
。次に、透明基板７が接合された後のシリコンウェハをセルユニット単位で切断する（Ｓ
１６）。これにより、複数個のガスセルが完成する。
図７は図３の製造方法を詳細に説明するフローチャートである。まず、本実施形態に係
る製造方法は、板状のシリコンウェハ１の両面に酸化皮膜２、１０を形成する「酸化皮膜
形成工程（ａ）」（Ｓ２０）。次に酸化皮膜１０が形成された面にレジスト膜３によりパ
ターニングする「パターニング工程」（Ｓ２１）。パターニング工程によりパターニング
されたシリコンウェハ１をエッチングしてセルユニット５を形成する「エッチング工程（
ｂ）」（Ｓ２２）。このとき、酸化皮膜２に到達するまでエッチングしたか否かをチエッ
クする（Ｓ２３）。酸化皮膜２に到達するようにエッチングが完了すると（Ｓ２３でＹＥ
Ｓ）、次に、セルユニット５に所定の圧力下（チャンバー内）でルビジウムガス８を満た
し、その状態でシリコンウェハ１ａの表面１ｂに透明基板７を接合してルビジウムガス８
を封入する「封入工程（ｅ）」（Ｓ２４）。次に、透明基板７が接合された後のシリコン
ウェハをセルユニット単位で切断する（Ｓ２５）。これにより、複数個のガスセルが完成
する。
る製造方法は、板状のシリコンウェハ１の両面に酸化皮膜２、１０を形成する「酸化皮膜
形成工程（ａ）」（Ｓ２０）。次に酸化皮膜１０が形成された面にレジスト膜３によりパ
ターニングする「パターニング工程」（Ｓ２１）。パターニング工程によりパターニング
されたシリコンウェハ１をエッチングしてセルユニット５を形成する「エッチング工程（
ｂ）」（Ｓ２２）。このとき、酸化皮膜２に到達するまでエッチングしたか否かをチエッ
クする（Ｓ２３）。酸化皮膜２に到達するようにエッチングが完了すると（Ｓ２３でＹＥ
Ｓ）、次に、セルユニット５に所定の圧力下（チャンバー内）でルビジウムガス８を満た
し、その状態でシリコンウェハ１ａの表面１ｂに透明基板７を接合してルビジウムガス８
を封入する「封入工程（ｅ）」（Ｓ２４）。次に、透明基板７が接合された後のシリコン
ウェハをセルユニット単位で切断する（Ｓ２５）。これにより、複数個のガスセルが完成
する。
１ シリコンウェハ、２ 酸化皮膜、３ レジスト膜、４ プラズマ、５ セルユニッ
ト、７ 透明基板、８ ルビジウムガス、９ 第２の酸化皮膜、１０ 酸化皮膜
ト、７ 透明基板、８ ルビジウムガス、９ 第２の酸化皮膜、１０ 酸化皮膜
Claims (7)
- シリコンウェハの片面に酸化皮膜を形成する酸化皮膜形成工程と、
前記シリコンウェハの他面にレジスト膜によりパターニングするパターニング工程と、
前記レジスト膜をマスクとして前記シリコンウェハの他面をエッチングすることにより
該シリコンウェハに複数の貫通穴を形成するエッチング工程と、
前記レジストを除去した上で、前記シリコンウェハのエッチング面を研磨する研磨工程
と、
所定の圧力下で前記各貫通穴内にアルカリ金属ガスを満たした状態で前記シリコンウェ
ハのエッチング面に透明基板を接合することによりアルカリ金属ガスを封入する封入工程
と、
前記透明基板が接合された後のシリコンウェハを前記貫通穴単位で切断することにより
複数個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備えたことを特徴とするガスセルの
製造方法。 - シリコンウェハの片面に酸化皮膜を形成する第１の酸化皮膜形成工程と、
前記シリコンウェハの他面にレジスト膜によりパターニングするパターニング工程と、
前記レジスト膜をマスクとして前記シリコンウェハの他面をエッチングすることにより
該シリコンウェハに複数の貫通穴を形成するエッチング工程と、
前記レジストを除去した上で、前記シリコンウェハのエッチング面に酸化皮膜を形成す
る第２の酸化皮膜形成工程と、
所定の圧力下で前記各貫通穴内にアルカリ金属ガスを満たした状態で前記シリコンウェ
ハのエッチング面に透明基板を接合することによりアルカリ金属ガスを封入する封入工程
と、
前記透明基板が接合された後のシリコンウェハを前記貫通穴単位で切断することにより
複数個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備えたことを特徴とするガスセルの
製造方法。 - シリコンウェハの両面に酸化皮膜を形成する酸化皮膜形成工程と、
前記酸化皮膜が形成されたシリコンウェハの何れかの面にレジスト膜によりパターニン
グするパターニング工程と、
前記レジスト膜をマスクとして前記酸化皮膜とシリコンウェハを順次エッチングするこ
とにより該シリコンウェハに複数の貫通穴を形成するエッチング工程と、
所定の圧力下で前記各貫通穴内にアルカリ金属ガスを満たした状態で前記酸化皮膜のエ
ッチング面に透明基板を接合することによりアルカリ金属ガスを封入する封入工程と、
前記透明基板が接合された後のシリコンウェハを前記貫通穴単位で切断することにより
複数個のガスセルを形成するガスセル形成工程と、を備えたことを特徴とするガスセルの
製造方法。 - 前記アルカリ金属は、ルビジウム、又は、セシウムであ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。 - 前記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４の何れか
一項に記載のガスセルの製造方法。 - 前記エッチングにより開口された部分を封止する前記透明基板、又は／及び、前記酸化
皮膜を光透過部とすることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のガスセルの
製造方法。 - 請求項１乃至６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。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008131629A JP2009283526A (ja) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | ガスセルの製造方法及びガスセル |
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|---|---|---|---|
| JP2008131629A JP2009283526A (ja) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | ガスセルの製造方法及びガスセル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009283526A true JP2009283526A (ja) | 2009-12-03 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008131629A Withdrawn JP2009283526A (ja) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | ガスセルの製造方法及びガスセル |
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-
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- 2008-05-20 JP JP2008131629A patent/JP2009283526A/ja not_active Withdrawn
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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