JP6115359B2 - ガスセルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスセルの製造方法に関する。

近年、携帯電話など移動体通信網やテレビ放送網等のデ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基準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、通信機器の小型化に伴い、搭載される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ことが求められている。
この小型化の要求に対して特許文献１には、物理パッケージを構成するガスセルの製造にあたり、金属が設けられた穴を備える基板と、当該穴を封止する封止基板と、を陽極接合法等によって接合し、金属が設けられた穴を封止するガスセルの製造方法が開示されている。

特開２００９−２８３５２６号公報

しかしながら、上述のガスセルの製造方法において、金属が設けられた穴を備える基板と、当該穴を封止する封止基板と、を接合する際に生じる熱によって、金属が蒸発し、穴に封入される金属が減少する虞があった。また、ガスセルに封入される金属が減少することで、ガスセルが搭載される原子発振器の精度が低下する課題もあった。

本発明は、上述した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、または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係るガスセルの製造方法は、第１族元素の金属、第１面に開口する有底の穴を有するベース基板、および封止基板を準備する工程と、穴内に金属を閉じ込める様に封止基板を第１面に重ね合わせる工程と、ベース基板には、開口を囲んでいる封止領域と、封止領域を囲んでいる接合領域と、を有し、接合領域においてベース基板と封止基板とを加熱接合する第１の接合工程と、封止領域においてベース基板と封止基板とを加熱接合し、穴を封止する第２の接合工程とを含むことを特徴とする。

この様なガスセルの製造方法によれば、金属が設けられたベース基板の穴の開口を閉じ込める様に封止基板を重ね合わせ、第１の接合工程によって接合領域においてベース基板と封止基板との接合をおこなう。これにより、封止領域を囲む様に環状に接合されたベース基板と封止基板との間で、環状に接合された接合部に内包される接合領域と封止領域とに隙間が生じる。したがって、穴を封止する第２の接合工程で生じる熱に伴う金属の蒸散を環状に接合された接合部に内包されるベース基板と封止基板との隙間に留めることができる。
よって、上述したガスセルの製造方法は、穴に封入される金属の蒸散を抑制した高精度なガスセルを製造することができる。

［適用例２］
上記適用例に係るガスセルの製造方法において、重ね合せる工程では、穴内に金属を配置するステップを含むことが好ましい。

この様なガスセルの製造方法によれば、重ね合わせる工程において穴内に金属を配置することで、穴の開口を閉じ込める直前に金属を配置することができ、金属の蒸散を抑制することができる。

［適用例３］
上記適用例に係るガスセルの製造方法において、第１の接合工程は、接合領域において複数回の接合を行うことが好ましい。

この様なガスセルの製造方法によれば、接合領域において封止領域を囲む様にベース基板と封止基板とを複数回接合をおこなう。これにより、封止領域を囲む様に環状に接合された接合部に内包される隙間が複数形成される。したがって、穴を封止する第２の接合工程で生じる熱に伴う金属が蒸散をする隙間の容積が小さくなることから、さらに金属の蒸散を抑制することができる。よって、上述したガスセルの製造方法は、さらに穴に封入される金属の蒸散を抑制した高精度なガスセルを製造することができる。

［適用例４］
上記適用例に係るガスセルの製造方法において、第１の接合工程は、接合領域から封止領域に向かって連続して接合を行うことを特徴とする。

この様なガスセルの製造方法によれば、接合領域においてベース基板と封止基板とを連続して接合をおこなう。接合領域から封止領域に向かってベース基板と封止基板とを連続して接合することで、ベース基板と封止基板と間の隙間を減縮することができる。また、複数回接合する場合と比べて、封止領域を囲む様に接合されて接合部間に生じる隙間に蒸散した金属を封止領域に押出すことで、さらに接合に伴う熱による金属の蒸散を抑制することができる。よって、上述したガスセルの製造方法は、さらに穴に封入される金属の蒸散を抑制した高精度なガスセルを製造することができる。

［適用例５］
上記適用例に係るガスセルの製造方法において、ベース基板には複数の穴を有し、第２の接合工程の後に穴ごとに分離をする工程を含むことが好ましい。

この様なガスセルの製造方法によれば、接合されたベース基板と封止基板とを穴ごとに分離する工程を含むことで、当該製造方法の各工程で複数のガスセルを同時に形成することができる。よって、上述したガスセルの製造方法は、生産効率を高めることができる。

［適用例６］
上記適用例に係るガスセルの製造方法において、第１の接合工程は、ベース基板または封止基板の少なくとも一方を冷却し加熱接合をおこなうことが好ましい。

この様なガスセルの製造方法によれば、ベース基板または封止基板の少なくとも一方を冷却しながら第１の接合工程をおこなうことで、穴に封入される金属の蒸散をさらに抑制することができる。

［適用例７］
上記適用例に係るガスセルの製造方法において、第２の接合工程は、ベース基板または封止基板の少なくとも一方を冷却し加熱接合をおこなうことが好ましい。

この様なガスセルの製造方法によれば、ベース基板または封止基板の少なくとも一方を冷却しながら第２の接合工程をおこなうことで、穴に封入される金属の蒸散をさらに抑制することができる。

［適用例８］
上記適用例に係るガスセルの製造方法において、第１の接合工程または第２の接合工程の少なくとも一方の工程は、陽極接合法を用いることが好ましい。

この様なガスセルの製造方法によれば、陽極接合を用いることでベース基板と封止基板との間に静電引力による共有結合が生じ、強固に接合することができる。したがって、上述したガスセルの製造方法は、封入される金属の漏洩を抑制したガスセルを製造することができる。

［適用例９］
上記適用例に係るガスセルの製造方法において、準備する工程では、貫通する孔を有する基板と、貫通する孔の一端を塞ぐための底部基板と、を接合してベース基板を準備するステップを含むことが好ましい。

この様なガスセルの製造方法によれば、ベース基板を準備する工程では、貫通孔を有する基板と、孔を塞ぐとともに穴の底となる底部基板とを接合する工程を含むことで、孔を有する基板の厚みに応じて穴の深さを決定することができる。したがって、穴の底部となる底部基板と、穴の蓋部となる封止基板と、に囲まれる穴の容積を容易に均一にすることができる。よって、上述したガスセルの製造方法は、金属が封入される穴の容積が均一となることで高精度なガスセルを製造することができる。

第１実施形態に係るガスセルを模式的に示す断面図。 第１実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する工程図。 第１実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する工程図。 第１実施形態に係るガスセルの製造方法における接合工程を説明する平面図。 第２実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する工程図。 第２実施形態に係るガスセルの製造方法を説明する工程図。 第１、および第２実施形態に係るガスセルを構成するベース基板の準備工程を説明する工程図。 第３実施形態に係る原子発振器の構造を説明するブロック図。 第３実施形態に係る原子発振器の金属のエネルギー準位を説明する図。 第３実施形態に係る原子発振器の電磁誘起透明化現象を説明するグラフ。 実施例に係る電子機器としてのパーソナルコンピューターを模式的に示す図。 実施例に係る電子機器としての携帯電話機を模式的に示す図。 実施例に係る電子機器としてのデジタルスチールカメラを模式的に示す図。 実施例に係る移動体としての自動車を模式的に示す図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際の構成要素とは適宜に異ならせて記載する場合がある。

［第１実施形態］
第１実施形態に係るガスセルおよびガスセルの製造方法について、図１から図４を用いて説明する。
図１は、第１実施形態に係るガスセルを模式的に示す断面図である。図２および図３は、図１に示したガスセルの製造方法の各工程を模式的に示した工程説明図である。図４は、第１実施形態に係るガスセルの製造方法における接合工程を説明する平面図である。

本実施形態のガスセル１００は、セル基板１２０に設けられた穴１２２に金属１８０を備え、穴１２２が底部基板１４０および封止基板１６０によって封止されたセルであって、後述する原子発振器１の物理パッケージ３に用いることができる。
以下に、ガスセル１００の構造と、ガスセル１００の製造方法と、について詳述する。

［ガスセル１００の構造］
本実施形態のガスセル１００は、ベース基板１３０と、ベース基板１３０の第１面に封止基板１６０と、を備える。ベース基板１３０は、セル基板１２０と底部基板１４０とを含み構成されている。ベース基板１３０としてのセル基板１２０には穴１２２が設けられ、当該穴１２２に金属１８０を備えている。セル基板１２０には、封止基板１６０が接合される第１面１２０ａとは反対側の第２面１２０ｂに、穴１２２の底部１２３となる底部基板１４０が接合されている。

（セル基板１２０）
セル基板１２０は、封止基板１６０が接合されている第１面１２０ａと、底部基板１４０が接合されている第２面１２０ｂと、を貫通する様に孔が設けられている。当該孔は、セル基板１２０に封止基板１６０および底部基板１４０が接続されることで穴１２２を構成する。穴１２２は、その形状は特に限定されることはない。穴１２２は、その形状として、例えば、多角形状もしくは円形状を有する。本実施形態において穴１２２は、その一例として円形状を有している。穴１２２は、概ね直径２ｍｍ程度の大きさとして設けられている。
セル基板１２０は、その材料としてシリコン基板やガラス基板等を用いることができる。セル基板１２０を構成する材料は特に限定されない。本実施形態においてセル基板１２０は、その一例として概ね１ｍｍないし２ｍｍ程度の厚みを有するシリコン基板が用いられている。

（底部基板１４０）
底部基板１４０は、上述したセル基板１２０の第２面１２０ｂと接合されている。底部基板１４０は、セル基板１２０に設けられた孔の底部１２３として設けられている。
底部基板１４０は、その材料としてシリコン基板やガラス基板等を用いることができる。底部基板１４０を構成する材料は特に限定されない。本実施形態において底部基板１４０は、その一例として概ね０．２５ｍｍ程度の厚みを有するガラス基板が用いられている。

（封止基板１６０）
封止基板１６０は、上述したセル基板１２０の第１面１２０ａと接合されている。封止基板１６０は、セル基板１２０に設けられた孔を封止する蓋部として設けられている。
封止基板１６０は、その材料としてシリコン基板やガラス基板等を用いることができる。封止基板１６０を構成する材料は特に限定されない。本実施形態において封止基板１６０は、その一例として概ね０．２５ｍｍ程度の厚みを有するガラス基板を用いている。

（金属１８０）
金属１８０は、底部基板１４０と封止基板１６０によって封止された穴１２２に設けられている。
金属１８０は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）、など第１族元素で一価の陽イオンを有する金属を用いることができる。本実施形態のガスセル１００において、金属１８０は特に限定されない。本実施形態において金属１８０は、その一例としてセシウム（Ｃｓ）を用いている。
常温において金属１８０（セシウム（Ｃｓ）など）は、その物性が液状である。したがって、金属１８０は、穴１２２の底部１２３に溜まるように封入されている。

本実施形態のガスセル１００は、第３実施形態で後述する原子発振器１に用いられる場合、穴１２２内で気化された金属１８０（金属原子）中に光を透過させる。したがって、光の透過を妨げない量の金属１８０が穴１２２に封入されていることが好ましい。
なお、金属１８０と、セル基板１２０を構成するシリコンと、が反応して化合物が生成される場合がある。したがって、穴１２２に封入される金属１８０が少ない場合には、かかる反応によって金属１８０が消滅する虞がある。よって、光の透過を妨げない量、かつ十分な金属１８０が穴１２２に封入されていることが好ましい。

［ガスセル１００の製造方法］
上述したガスセル１００の製造工程について説明する。
ガスセル１００を製造する工程は、ベース基板１３０を準備する工程と、ベース基板１３０と封止基板１６０とを重ね合わせる（積層する）工程と、ベース基板１３０と封止基板１６０とを接合する接合工程と、を含む。以下、工程順にガスセル１００の製造方法について説明する。

（ベース基板準備工程）
図２（ａ）は、セル基板１２０と底部基板１４０とが接合され、ベース基板１３０が準備された状態を示している。また、 図２（ｂ）は、ベース基板１３０に設けられた凹部１２５に金属１８０が載置された状態を示している。
ベース基板準備工程は、セル基板１２０と底部基板１４０とが接合されたベース基板１３０を準備する工程である。また、ベース基板準備工程は、凹部１２５にセシウム（Ｃｓ）などの金属１８０を載置する工程である。
ベース基板準備工程は、底部基板１４０と、穴１２２を備えるセル基板１２０と、が接合されたベース基板１３０を準備する。また、底部基板１４０とセル基板１２０とが接合されていることで、穴１２２および底部１２３で構成される凹部１２５が設けられている。凹部１２５は、封止基板１６０が接合される第１面１２０ａ側に開口を有するとともに、第２面１２０ｂ側に底部１２３を有する。

次にベース基板準備工程は、凹部１２５にセシウム（Ｃｓ）などの金属１８０を載置する。ベース基板準備工程において、金属１８０を載置する方法は特に限定されない。金属１８０の載置は、例えば、ディスペンサー装置等を用いて減圧された空間で行うことが好ましい。
なお、以下の説明においてベース基板１３０と称する場合は、セル基板１２０および底部基板１４０を含んだものとして説明する。

（封止基板積層工程）
図２（ｃ）は、金属１８０が載置されたベース基板１３０に、封止基板１６０が重ね合わせられた状態を示している。
封止基板積層工程は、ベース基板１３０の凹部１２５に設けられた金属１８０を封止するための蓋部となる封止基板１６０を、ベース基板１３０を構成するセル基板１２０の第１面１２０ａに重ね合わせる（積層する）工程である。封止基板１６０をベース基板１３０に重ね合わせことで穴１２２に金属１８０を閉じ込めることができる。
封止基板１６０をセル基板１２０の第１面１２０ａ（ベース基板１３０）に積層する（重ね合わせる）方法は特に限定されない。本実施形態の封止基板積層工程は、例えば、減圧された空間で行うことが好ましい。

（接合工程）
接合工程は、ベース基板１３０と封止基板１６０とを接合する工程である。接合工程は、後述する第１接合工程および第２接合工程を含む。
接合工程によって封止基板１６０と接合されるベース基板１３０には、セル基板１２０の第１面１２０ａ上で穴１２２の周囲に設定される封止領域１３４と、セル基板１２０の第１面１２０ａ上で前述の封止領域１３４と接する接合領域１３２と、の仮想領域が設定されている。
封止領域１３４とは、ガスセル１００として残置される領域を示す。また、接合領域１３２とは、穴１２２を封止基板１６０によって封止するためにベース基板１３０と封止基板１６０とが接合される領域を示し、後述する個片化工程において切除される部分となる。

第１接合工程は、封止基板１６０と、ベース基板１３０を構成するセル基板１２０の第１面１２０ａと、を接合領域１３２において接合する工程である。
第２接合工程は、封止基板１６０と、ベース基板１３０を構成するセル基板１２０の第１面１２０ａと、を封止領域１３４において接合する工程である。

図２（ｄ）は、第１接合工程によってベース基板１３０を構成するセル基板１２０の第１面１２０ａに封止基板１６０が接合された状態を示している。
第１接合工程は、第１面１２０ａ上に設定された仮想領域である接合領域１３２において、セル基板１２０と封止基板１６０との接合を行う。
第１接合工程は、その接合方法として加熱接合法を用いることができる。本実施形態のガスセル１００の製造方法においては、加熱接合の一例として陽極接合法を用いてセル基板１２０と封止基板１６０との接合をおこなっている。

陽極接合法を用いたセル基板１２０と封止基板１６０との接合は、先ず接合対象であるベース基板１３０と封止基板１６０とを減圧された窒素雰囲気中に載置し、セル基板１２０と封止基板１６０とが接合される接合部１５２およびその付近を加熱（概ね３００℃から４００℃）する。さらに、ベース基板１３０および封止基板１６０（接合部１５２）に電極を接触させ、接合する両基板間に電圧（概ね８００Ｖ）を印加する。
これにより、ベース基板１３０と封止基板１６０とは、接合されるセル基板１２０の第１面１２０ａ（ベース基板１３０と封止基板１６０との界面）において静電引力による共有結合が生じ、互いに強固に接合されるものである。

より詳しくは、封止基板１６０（ホウ珪酸ガラス）にはナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属元素（可動元素）が含まれている。これら可動元素（Ｎａイオン）は、封止基板１６０の中で自由に運動することができる。封止基板１６０を構成するＳｉＯ₂のいずれかに元素の欠陥（欠落）があると、ＳｉＯ−の電荷を持ち、可動元素と対になって電気的に中性を保つ。
この様な特性を有する封止基板１６０を加熱し、可動元素が動きやすい条件で電極を介して封止基板１６０にマイナスの電圧（電位）を印加すると、電極が設けられた側に可動元素が移動する。封止基板１６０と、シリコンを含み構成されるセル基板１２０との接合面（第１面１２０ａ）である接合部１５２において、封止基板１６０側にはＳｉＯ−空乏層（Ｎａイオンが欠乏した層）が形成される。また、セル基板１２０の第１面１２０ａにはプラスの電荷が集まった層が形成される。
これにより、ベース基板１３０を構成するセル基板１２０の第１面１２０ａと、封止基板１６０との界面（接合部１５２）で静電引力が発生することで共有結合が生じ、ベース基板１３０（セル基板１２０）と封止基板１６０とが接合される。

第１接合工程において封止基板１６０と、セル基板１２０の第１面１２０ａと、の接合は、穴１２２を囲む様に環状に接合される。換言すると、封止領域１３４を包囲する様にセル基板１２０と封止基板１６０が接合部１５２で接合される。

図３（ｅ）は、第２接合工程によってベース基板１３０を構成するセル基板１２０と封止基板１６０とが接合され、セル基板１２０に備える穴１２２が封止基板１６０によって封止された状態を示している。
第２接合工程は、封止領域１３４において、セル基板１２０と封止基板１６０との接合を行う。
第２接合工程は、セル基板１２０と封止基板１６０との接合方法として加熱接合法を用いることができる。本実施形態のガスセル１００の製造方法においては、加熱接合の一例として第１接合工程と同様に陽極接合法を用いてセル基板１２０と封止基板１６０とを接合を行っている。

第２接合工程において封止基板１６０と、セル基板１２０の第１面１２０ａと、の接合は、穴１２２を囲む様に環状に接合される。換言すると、封止領域１３４において穴１２２を包囲する様にセル基板１２０と封止基板１６０が接合部１５４で接合される。

ここで接合工程は、凹部１２５（穴１２２）に封入される金属１８０が蒸散しないようにベース基板１３０と封止基板１６０とを接合することが求められる。そのため、接合工程は強固な接合力が得られる加熱接合法が用いられている。加熱接合法は、接合対象物であるベース基板１３０や封止基板１６０に熱を加えることから、かかる熱が金属１８０に伝わり蒸散するおそれがある。
そこで、本発明のガスセル１００の製造方法は、金属１８０が封入される穴１２２から離間した接合領域１３２において第１接合工程を行い、接合に伴う熱が金属１８０に伝わることを抑制している。また、第１接合工程においてベース基板１３０と封止基板１６０とが接合部１５２によって封止領域１３４を囲む様に環状に接合される。これにより、封止領域１３４と、封止領域１３４を囲む様に環状に接合されたベース基板１３０と封止基板１６０との間で環状に接合された接合部１５４に内包される接合領域１３２と、に隙間Ｃが生じる。したがって、穴１２２を封止する第２接合工程で生じる熱に伴う金属１８０の蒸散（蒸気）を当該隙間Ｃに留めることができる。

上述した第１接合工程は、封止領域１３４を囲む様に接合部１５２によって、ベース基板１３０と封止基板１６０との接合がされるが、接合に伴う熱応力によってベース基板１３０や封止基板１６０の破損を抑制するため、分割して接合しても良い。
例えば、図４（ｄ１１）に示す様に、最初に第１の方向に沿ってベース基板１３０と封止基板１６０とを接合部１５２ｙで接合し、次に、図４（ｄ１２）に示す様に第１の方向と交差する第２の方向に沿ってベース基板１３０と封止基板１６０とを接合部１５２ｘで接合しても良い。

また、第１接合工程および第２接合工程は、ベース基板１３０および封止基板１６０の少なくとも一方を冷却しながら加熱接合をおこなっても良い。ベース基板１３０および封止基板１６０の冷却方法は特に限定されないが、例えば、比熱の大きい金属板（放熱器）を接合部１５２，１５４の周囲に当接する様に配置して接合中のベース基板１３０と封止基板１６０との冷却をおこなうことができる。ベース基板１３０と封止基板１６０との冷却をおこなうことで金属１８０に接合に伴う熱が伝わることを抑制するとともに、金属１８０の蒸散を抑制することができる。

なお、第１接合工程および第２接合工程では、加熱接合の一例として陽極接合法を用いたが陽極接合法に限定されること無く、共晶接合、ガラス接合、ガラスフリット接合、直接接合、樹脂接合、接着材接合、等を用いても良い。

（個片化工程）
図３に戻りガスセル１００の製造方法の各工程を説明する。
図３（ｆ）は、前述の接合工程によってベース基板１３０と封止基板１６０とが接合されるとともに、穴１２２に金属１８０が封止された状態を示している。
個片化工程は、接合工程によって接合されたベース基板１３０と封止基板１６０とを切断し、ガスセル１００として個片化する工程である。
個片化工程は、封止領域１３４においてベース基板１３０と封止基板１６０とが接合された接合部１５４と、接合領域１３２と、の間にダイシングラインＤＬを設定し、ダイシングラインＤＬに沿ってガスセル１００として個片化をおこなう。

図３（ｇ）は、前述の個片化工程によってガスセル１００として個片化された状態を示している。
ガスセル１００の製造方法の各工程は、前述の個片化工程が終了することで一連の製造工程が完了する。

上述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
この様なガスセル１００の製造方法によれば、金属１８０が設けられた穴１２２を封止する封止領域１３４を囲む様に、接合領域１３２においてベース基板１３０と封止基板１６０とを第１接合工程によって接合をおこなう。これにより、封止領域１３４を囲む様に環状に接合されたベース基板１３０と封止基板１６０との間で、環状に接合された接合部１５２に内包される接合領域１３２と封止領域１３４とに隙間Ｃが生じる。
したがって、穴１２２を封止する第２接合工程で生じる熱に伴う金属１８０の蒸散を環状に接合された接合部１５２に内包されるベース基板１３０と封止基板１６０との隙間Ｃに留めることができる。よって、本実施形態のガスセル１００の製造方法は、穴１２２に封入される金属１８０の蒸散を抑制した高精度なガスセル１００を製造することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態に係るガスセル１００の製造方法について、図５および図６を用いて説明する。図５および図６は、第２実施形態に係るガスセル１００の製造方法の工程のうち、接合工程を説明する図である。

第２実施形態に係るガスセル１００の製造方法は、第１実施形態で上述したガスセル１００の製造方法と比して、接合工程が異なる。その他のガスセル１００の製造工程、およびガスセル１００の構成は同様のため、同様の構成には同じ符号および符番を付して説明を一部省略して説明する。

（接合工程）
第２実施形態に係るガスセル１００の製造工程において接合工程は、第１接合工程と第２接合工程とを含む。
図５には、第１接合工程の一例として接合領域１３２において、複数回ベース基板１３０と封止基板１６０とを接合する例を示している。また、図６には、第１接合工程の一例として接合領域１３２において連続してベース基板１３０と封止基板１６０とを接合する例を示している。

図５（ｄ１１）は、第１接合工程によってベース基板１３０を構成するセル基板１２０の第１面１２０ａに封止基板１６０が接合された状態を示している。
本実施形態の第１接合工程は、封止基板１６０と、セル基板１２０の第１面１２０ａと、を接合領域１３２において接合する工程であって、第１実施形態において上述したガスセル１００の製造方法と略同様である。

第１接合工程において封止基板１６０と、セル基板１２０の第１面１２０ａと、の接合は、複数回おこなわれる。本実施形態の第１接合工程は、例えば、１回目の接合として接合領域１３２において接合部１５２ａによって封止基板１６０と、セル基板１２０の第１面１２０ａと、の接合をおこなう。また、２回目の接合として接合領域１３２において先の接合部１５２ａと穴１２２の間で、封止基板１６０と、セル基板１２０の第１面１２０ａと、の接合を接合部１５２ｂによっておこなう。なお、セル基板１２０と封止基板１６０とは、穴１２２を囲む様に環状に接合部１５２ａ，１５２ｂで接合される。換言すると、封止領域１３４を包囲する様にセル基板１２０と封止基板１６０が接合部１５２ａ，１５２ｂで接合される。

図５（ｄ１２）は、封止基板１６０と、第２接合工程によってベース基板１３０を構成するセル基板１２０と、が接合され、セル基板１２０に備える穴１２２が封止基板１６０によって封止された状態を示している。
第２接合工程は、封止基板１６０と、セル基板１２０の第１面１２０ａと、を封止領域１３４において接合する工程である。第２接合工程は、封止領域１３４においてセル基板１２０と封止基板１６０との接合を行う。

第２接合工程において封止基板１６０と、セル基板１２０の第１面１２０ａと、の接合は、穴１２２を囲む様に環状に接合される。換言すると、封止領域１３４において穴１２２を包囲する様にセル基板１２０と封止基板１６０とが接合部１５４で接合される。

本実施形態の第１接合工程および第２接合工程は、セル基板１２０と封止基板１６０との接合方法として加熱接合法を用いることができる。本実施形態のガスセル１００の製造方法においては、その一例として第１実施形態と同様に陽極接合法を用いてセル基板１２０と封止基板１６０とを接合を行っている。

上述した本実施形態の第１接合工程は、接合回数に限定されること無く３回以上でｎ（整数倍）回の接合をおこなっても良い。また、上述した本実施形態の第１接合工程は、複数回の点接合（接合部１５２ａ，１５２ｂ）としておこなわれるが、連続する面接合としても良い。

図６（ｄ２１）は、第１接合工程によって封止基板１６０と、ベース基板１３０を構成するセル基板１２０の第１面１２０ａと、が面接合された状態を示している。封止基板１６０とベース基板１３０との面接合は、陽極接合法を用いた場合に接合される部分（接合部１５２ｒ）を加熱し、ベース基板１３０に電極を接触させるとともに、ローラー電極２２０を封止基板１６０に押圧させながら両基板に電位を印加する。第１接合工程は、接合領域１３２上を封止領域１３４に向かってローラー電極２２０を回動させることで、封止基板１６０と、セル基板１２０の第１面１２０ａと、を接合部１５２ｒによって面接合することができる。

図６（ｄ２２）は、封止基板１６０と、第２接合工程によってベース基板１３０を構成するセル基板１２０と、が接合され、セル基板１２０に備える穴１２２が封止基板１６０によって封止された状態を示している。
第２接合工程は、上述した各接合工程と同様のため説明を省略する。

ところで、ガスセル１００の製造方法において接合工程は、穴１２２に封止される金属１８０の蒸散を抑制することが求められている。
そこで、本実施形態の第１接合工程は、金属１８０が封入されている穴１２２から離間させた接合領域１３２上で１回目の接合をおこない、さらに１回目の接合による接合部１５２ａと封止領域１３４との間で２回目の接合をおこなう。
これにより、第２接合工程で穴１２２が封止される際の熱によって金属１８０が蒸散する隙間Ｃの容積を少なくすることができる。また、ローラー電極２２０を用いた面接合の場合には、ベース基板１３０と封止基板１６０との隙間Ｃに滞留した金属１８０の蒸気を穴１２２に押出しながら接合することができる。

ガスセル１００のその他の製造方法および構成は、第１実施形態と略同様のため、説明を省略する。

上述した第２実施形態によれば、以下の効果が得られる。
この様なガスセル１００の製造方法によれば、接合領域１３２において封止領域１３４を囲む様にベース基板１３０と封止基板１６０とを複数回接合をおこなう。これにより、封止領域１３４を囲む様に環状に接合された接合部１５２ａ，１５２ｂに内包される隙間Ｃが複数形成される。したがって、穴１２２を封止する第２接合工程で生じる熱に伴って蒸散する金属１８０が滞留することができる隙間Ｃの容積が小さくなることから、金属１８０の蒸散を抑制することができる。
また、接合領域１３２から封止領域１３４に向かってベース基板１３０と封止基板１６０とを連続して面接合することで、ベース基板１３０と封止基板１６０と間の隙間Ｃに滞留する金属１８０の上記を封止領域１３４に押出すことができる。
したがって、上述したガスセル１００の製造方法は、穴１２２に封入される金属１８０の蒸散をさらに抑制した高精度なガスセルを製造することができる。

なお、上述した第１実施形態および第２実施形態のガスセル１００の製造方法では、ベース基板準備工程によって、予めセル基板１２０と底部基板１４０とが接合されたベース基板１３０を用いる形態を説明したが、これに限定されることはない。
図７（ａ１）に示す穴１２２が設けられたセル基板１２０と、図７（ａ２）に示す底部基板１４０と、を準備し、図７（ａ３）に示す様にセル基板１２０に底部基板１４０を接合する工程を含みベース基板１３０の形成および準備をおこなっても良い。
穴１２２を有するセル基板１２０と、穴１２２の底部１２３となる底部基板１４０と、を接合する工程を含むことで、セル基板１２０の厚みに応じて穴１２２の深さを決定することができる。したがって、穴１２２の底部１２３となる底部基板１４０と、穴１２２の蓋部となる封止基板１６０と、に囲まれる穴１２２の容積を容易に均一にすることができる。よって、上述したガスセル１００の製造方法は、金属１８０が封入される穴１２２の容積が均一となることで高精度なガスセルを製造することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る原子発振器について、図８ないし図９を用いて説明する。
図８は、第３実施形態に係る原子発振器の構造を示すブロック図である。図９は、原子発振器に搭載されるガスセルに封入された金属のエネルギー準位を説明する図である。図１０は、原子発振器における電磁誘起透明化現象を説明するグラフである。
第３実施形態に係る原子発振器１は、第１実施形態および第２実施形態で上述したガスセル１００が搭載されている。以下、ガスセル１００が搭載された原子発振器１について説明する。

［原子発振器１の構造］
図８に示す原子発振器１は、量子干渉効果を利用した原子発振器である。
当該原子発振器１は、図８に示すように、光出射部２１が設けられた第１ユニット２（光出射側ユニット）と、ガスセル１００や光検出部３２等が搭載されている第２電子部品である第２ユニット３（光検出側ユニット）と、光検出部３２で検出された信号に基づき光出射部２１等の制御をおこなう制御部７とを備える。

ここで、図８に示すように、第１ユニット２は、光出射部２１と、光出射部２１を収納する第１パッケージ２２（光出射側パッケージ）とを備える。
また、第２ユニット３は、ガスセル１００と、光検出部３２と、ヒーター３３と、温度センサー３４と、コイル３５と、これらを収納する第２パッケージ３６（光検出側パッケージ）とを備える。

そして、このような第１ユニット２および第２ユニット３は、配線（不図示）を介して制御部７に電気的に接続され、制御部７により駆動制御される。
制御部７は、第２ユニット３に設けられたヒーターを制御する温度制御部７２と、コイル３５を制御する磁場制御部７３と、光検出部３２からの信号に基づいて光出射部２１の制御をおこなう励起光制御部７１と、を備える。

［原子発振器１の原理］
原子発振器１の原理を簡単に説明する。
原子発振器１では、ガスセル１００内に封入された金属１８０を気化させて、その金属１８０に光を透過させて原子発振器１を動作させている。金属１８０の気化は、ヒーター３３による加熱によっておこなわれている。

金属１８０は、図９に示すように、三準位系のエネルギー準位を有しており、エネルギー準位の異なる２つの基底状態（基底状態α，β）と、励起状態との３つの状態をとり得る。ここで、基底状態αは、基底状態βよりも低いエネルギー状態である。このような気化された金属１８０に対して周波数の異なる第１共鳴光１および第２共鳴光を気化された金属１８０に照射すると、第１共鳴光の周波数ω１と第２共鳴光の周波数ω２との差（ω１−ω２）に応じて、第１共鳴光１および第２共鳴光の金属１８０における光吸収率（光透過率）が変化する。

第１共鳴光１の周波数ω１と第２共鳴光の周波数ω２との差（ω１−ω２）が、基底状態αと基底状態βとのエネルギー差に相当する周波数に一致したとき、基底状態α，βから励起状態への励起がそれぞれ停止する。このとき、第１共鳴光１および第２共鳴光は、いずれも、金属１８０に吸収されずに透過する。このような現象をＣＰＴ現象、または電磁誘起透明化現象（ＥＩＴ：Electromagnetically Induced Transparency）と呼ぶ。

光出射部２１は、ガスセル１００に向けて、前述したような周波数の異なる２種の光（第１共鳴光および第２共鳴光）を出射する。例えば、光出射部２１が第１共鳴光の周波数ω１を固定し、第２共鳴光の周波数ω２を変化させていくと、第１共鳴光の周波数ω１と第２共鳴光の周波数ω２との差（ω１−ω２）が基底状態αと基底状態βとのエネルギー差に相当する周波数ω０に一致したとき、光検出部３２の検出強度Ｓは、図１０に示すように、急峻に上昇する。このような急峻な信号をＥＩＴ信号として検出する。このＥＩＴ信号は、金属１８０の種類によって決まった固有値をもっている。したがって、このようなＥＩＴ信号を基準として用いることにより、高精度な原子発振器１を実現することができる。

上述した第３実施形態によれば、以下の効果が得られる。
この様な原子発振器１によれば、当該原子発振器１を構成するガスセル１００の製造工程において封入される金属１８０の蒸散による損失が抑制されているため、安定した共鳴光（ＥＩＴ信号）を得ることができる。したがって、上述した原子発振器１は、高精度な信号を発振することができる。

（実施例）
本発明の一実施形態に係るガスセル１００を用いた原子発振器１を適用した実施例について、図１１から図１４を参照しながら説明する。

［電子機器］
本発明の一実施形態に係る原子発振器１を適用した電子機器について、図１１から図１３を参照しながら説明する。

図１１、本発明の一実施形態に係る原子発振器１を備える電子機器としてのラップトップ型（またはモバイル型）のパーソナルコンピューターの構成の概略を示す斜視図である。この図において、ラップトップ型パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。この様なラップトップ型パーソナルコンピューター１１００には、そのラップトップ型パーソナルコンピューター１１００動作のクロック信号として用いられる原子発振器１が搭載されている。このような原子発振器１は、原子発振器１を構成するガスセル１００の製造工程において封入される金属１８０の蒸散による損失が抑制されているため、安定した共鳴光を得ることができる。したがって、高精度な信号を発振することができる。よって、前述した原子発振器１が搭載されることで信頼性の高いラップトップ型パーソナルコンピューター１１００を得ることができる。

図１２は、本発明の一実施形態に係る原子発振器１を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成の概略を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。この様な携帯電話機１２００には、携帯電話機１２００の通信および動作の基準となるクロック信号の発振器として原子発振器１が搭載されている。このような原子発振器１は、原子発振器１を構成するガスセル１００の製造工程において封入される金属１８０の蒸散による損失が抑制されているため、安定した共鳴光を得ることができる。したがって、高精度な信号を発振することができる。よって、前述した原子発振器１が搭載されることで信頼性の高い携帯電話機１２００を得ることができる。

図１２は、本発明の一実施形態に係る原子発振器１を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルスチールカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３０８が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３０８は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤ等を含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部１３０８に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３１０に転送・格納される。また、このデジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示される様に、ビデオ信号出力端子１３１２には液晶ディスプレイ１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３１０に格納された撮像信号が、液晶ディスプレイ１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。この様なデジタルスチールカメラ１３００には、その動作のクロック信号となる原子発振器１が搭載されている。このような原子発振器１は、原子発振器１を構成するガスセル１００の製造工程において封入される金属１８０の蒸散による損失が抑制されているため、安定した共鳴光を得ることができる。したがって、高精度な信号を発振することができる。よって、前述した原子発振器１が搭載されることで信頼性の高いデジタルスチールカメラ１３００を得ることができる。

なお、本発明の一実施形態に係る原子発振器１は、図１１のラップトップ型パーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１２の携帯電話機、図１３のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。

［移動体］
図１４は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車１５００は、加速度センサーとして機能する原子発振器１が各種制御ユニットに搭載されている。例えば、同図に示す様に、移動体としての自動車１５００には、当該自動車１５００の加速度を検知するセンサーを内蔵してエンジンの出力を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic Control Unit）１５０８が車体１５０７に搭載されている。高精度なクロック信号を得られる原子発振器１が電子制御ユニット１５０８に搭載されることで、車体１５０７の姿勢に応じた適切なエンジン出力制御を高精度に実行し、燃料等の消費を抑制した効率的な移動体としての自動車１５００を得ることができる。
また、原子発振器１は、他にも、車体姿勢制御ユニット、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、に広く適用できる。
このような原子発振器１は、原子発振器１を構成するガスセル１００の製造工程において封入される金属１８０の蒸散による損失が抑制されているため、安定した共鳴光を得ることができる。したがって、高精度な信号を発振することができる。よって、前述した原子発振器１が搭載されることで信頼性の高い自動車１５００を得ることができる。

１…原子発振器、１００…ガスセル、１２０…セル基板、１２０ａ…第１面、１２０ｂ…第２面、１２２…穴、１２３…底部、１２５…凹部、１３０…ベース基板、１３２…接合領域、１３４…封止領域、１４０…底部基板、１５２…接合部、１５４…接合部、１６０…封止基板、１８０…金属、２２０…ローラー電極、１１００…ラップトップ型パーソナルコンピューター、１２００…携帯電話機、１３００…デジタルスチールカメラ、１５００…自動車。

Claims (9)

1. 第１族元素の金属、第１面に開口する有底の穴を有するベース基板、および封止基板を準備する工程と、
   前記穴内に前記金属を閉じ込める様に前記封止基板を前記第１面に重ね合わせる工程と、
   前記ベース基板には、前記開口を囲んでいる封止領域と、前記封止領域を囲んでいる接合領域と、を有し、前記接合領域において前記ベース基板と前記封止基板とを加熱接合する第１の接合工程と、
   前記封止領域において前記ベース基板と前記封止基板とを加熱接合し、前記穴を封止する第２の接合工程とを含むことを特徴とするガスセルの製造方法。
2. 前記重ね合せる工程では、前記穴内に前記金属を配置するステップを含む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。
3. 前記第１の接合工程は、前記接合領域において複数回の接合を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスセルの製造方法。
4. 前記第１の接合工程は、前記接合領域から前記封止領域に向かって連続して接合を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法。
5. 前記ベース基板には複数の前記穴を有し、前記第２の接合工程の後に前記穴ごとに分離をする工程を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法。
6. 前記第１の接合工程は、前記ベース基板または前記封止基板の少なくとも一方を冷却し前記加熱接合をおこなうことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法。
7. 前記第２の接合工程は、前記ベース基板または前記封止基板の少なくとも一方を冷却し前記加熱接合をおこなうことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法。
8. 第１の接合工程または第２の接合工程の少なくとも一方の工程は、陽極接合法を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法。
9. 前記準備する工程では、貫通する孔を有する基板と、前記貫通する孔の一端を塞ぐための底部基板と、を接合して前記ベース基板を準備するステップを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のガスセルの製造方法。

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