JP6395517B2 - 光学セルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、分光光度計等に使われる光学セル、及びその製造方法に関する。

分光光度計等に使われる光学セルは、試料を中空部に保持し、光を入射面から入れて、試料を通った光を出射面から出すものである。このような光学セルは、透明度の高い樹脂やガラスを成形して作製する。

紫外光による分析に用いる光学セルは、一般に、紫外光に対して透明度の高い石英ガラスからなる（例えば特許文献１参照）。ただし、石英ガラスを透過する紫外光は１９０ｎｍ以上である。それよりも短波長の紫外光を効率よく透過する材料としては、フッ化マグネシウムやフッ化カルシウムがある。しかし、これらの材料は、水溶性であるゆえ、化学的安定性や機械的強度が不足するという欠点を持つ。

ＷＯ２００８／１０５１９１号公報 特開２０１１−１８７８６７号公報 特開２０１２−０７８４７６号公報 特開２０１３−０２７８４４号公報 特開２０１３−２３８７３８号公報

これに対し、水晶は、約１４０ｎｍの紫外光から遠赤外光やテラヘルツ光までが透過する上、化学的耐久性や機械的強度の点で優れている。しかしながら、水晶は、熱に弱いため、石英ガラスと同じように高温に加熱すると、破損してしまうという問題があった。それは、水晶が５７３℃に結晶転移点を持つためである。

水晶を加熱することなく光学セルを組み立てるには、接着剤を使うことが考えられる。しかし、その接着剤の厚みは薄くしても数μｍ〜１０μｍ程度になるため、その厚みのばらつきが無視できず、光学セルを高精度に組み立てることは難しかった。

そこで、本発明の目的は、水晶を高温に加熱することなく高精度に組み立てられる、水晶からなる光学セルを提供することにある。

本発明に係る光学セルは、
試料を中空部に保持し、光を入射面から入れて、前記試料を通った前記光を出射面から出す光学セルにおいて、
前記入射面及び前記出射面となる面を有する複数の水晶片と、
これらの水晶片を原子拡散接合法によって接合する接合材と、
接合された前記複数の水晶片に囲まれることによって形成された前記中空部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明に係る光学セルの製造方法は、
本発明に係る光学セルを製造する方法であって、
前記複数の水晶片に前記接合材を形成する工程と、
前記接合材が形成された前記複数の水晶片を前記中空部を形成するように配置する工程と、
前記原子拡散接合法によって前記複数の水晶片を前記接合材を介して接合する工程と、
を含む。以下、「光学セルの製造方法」を単に「製造方法」という。

本発明によれば、複数の水晶片を原子拡散接合法によって接合することにより、常温でも接合できるとともに、接合材の厚みを１ｎｍ未満にできるので、水晶を高温に加熱することなく高精度に組み立てられる、水晶からなる光学セルを提供できる。

実施形態１の光学セルを示し、図１［Ａ］は斜視図、図１［Ｂ］は分解斜視図である。 実施形態１の製造方法の一例を示す斜視図（その１）であり、図２［Ａ］、図２［Ｂ］の順に工程が進行する。 実施形態１の製造方法の一例を示す斜視図（その２）であり、図３［Ｃ］、図３［Ｄ］の順に工程が進行する。 実施形態２の光学セルを示し、図４［Ａ］は斜視図、図４［Ｂ］は分解斜視図である。 実施形態２の製造方法の一例を示す斜視図（その１）であり、図５［Ａ］、図５［Ｂ］の順に工程が進行する。 実施形態２の製造方法の一例を示す斜視図（その２）であり、図６［Ｃ］、図６［Ｄ］の順に工程が進行する。 実施形態３の光学セルを示し、図７［Ａ］は斜視図、図７［Ｂ］は分解斜視図である。 実施形態３の光学セルにおける水晶片を示し、図８［Ａ］は平面図、図８［Ｂ］は正面図、図８［Ｃ］は右側面図である。 実施形態４の光学セルを示し、図８［Ａ］は斜視図、図８［Ｂ］は分解斜視図である。 実施形態４の光学セルにおける水晶片を示し、図１０［Ａ］は平面図、図１０［Ｂ］は正面図、図１０［Ｃ］は右側面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。

図１は実施形態１の光学セルを示し、図１［Ａ］は斜視図、図１［Ｂ］は分解斜視図である。以下、図１に基づき説明する。

本実施形態１の光学セル１０は、試料Ｓを中空部１１に保持し、光Ｐ１を入射面１２から入れて、試料Ｓを通った光Ｐ２を出射面１３から出すものである。そして、光学セル１０は、入射面１２及び出射面１３となる面を有する第一乃至第四の水晶片２１〜２４と、第一乃至第四の水晶片２１〜２４を原子拡散接合法によって接合する接合材２５と、接合された第一乃至第四の水晶片２１〜２４に囲まれることによって形成された中空部１１と、を備えている。

第一乃至第四の水晶片２１〜２４はそれぞれ平板状である。第三の水晶片２３と第四の水晶片２４との間に隙間２６が生じた状態で、第三及び第四の水晶片２３，２４が第一の水晶片２１と第二の水晶片２２との間に接合されることにより、隙間２６が中空部１１となっている。

次に、光学セル１０について更に詳しく説明する。

光学セル１０は全体として直方体状になっている。第一乃至第四の水晶片２１〜２４もそれぞれ直方体状であり、第一の水晶片２１が入射面１２となる面を有し、第二の水晶片２２が出射面１３となる面を有する。このとき、第三及び第四の水晶片２３，２４は、光Ｐ１，Ｐ２が通らないので、他の材料に置き換えてもよい。入射面１２と出射面１３とは、中空部１１を挟んで平行であればどのような組み合わせでもよく、例えば第三及び第四の水晶片２３，２４の外面としてもよい。

接合材２５の材料は例えばＣｒ（クロム）である。原子拡散接合法とは、高真空下でスパッタ等により成膜した接合材２５の表面活性が高いことを利用し、接合材２５同士を重ね合せることで接合材２５相互間に原子拡散を引き起こし水晶片２１〜２４を接合する技術である。この原子拡散接合法については、本発明者らによる特許出願が公開されている（特許文献２〜５参照）。

試料Ｓは、気体又は液体であり、中空部１１を流れている。つまり、試料Ｓは、中空部１１の入口１１１から出口１１２までを通り抜ける。試料Ｓが入口１１１から出口１１２までを通り抜ける際に、光Ｐ１が入射面１２から入って試料Ｓに当たる。光Ｐ１は、その一部が試料Ｓで吸収され、光Ｐ２となって出射面１３から出る。光Ｐ１又は光Ｐ２を分光することにより、試料Ｓで吸収される光の波長が明らかになり、試料Ｓの成分が同定される。

一般の分光光度計では、二つの同じ光学セル１０を測定試料用及び参照試料用とし、それぞれに同じ光Ｐ１を当てて、光Ｐ２を比較する。そのため、これら二つの光学セル１０は、寸法差が分析結果に反映されないように、高精度に作製する必要がある。なお、試料Ｓが中空部１１を流れる場合を採り上げたが、中空部１１の出口１１２側を底部となる形状（例えば断面Ｕ字状など）にしたり、出口１１２を別の水晶片（例えば底板など）で塞いだりすることにより、試料Ｓが中空部１１に留まるようにしてもよい。また、試料Ｓは、液体や気体に限らず、固体でもよい。

次に、光学セル１０の作用及び効果について説明する。

（１）光学セル１０によれば、第一乃至第四の水晶片２１〜２４を原子拡散接合法によって接合することにより、常温でも接合できるとともに、接着剤を使う従来の方法と比べて、接合材２５の厚みを１ｎｍ未満にできるので、水晶を高温に加熱することなく高精度に組み立てることができる。なお、日本工業規格では「常温」を２０℃±１５℃（５〜３５℃）の範囲として規定している（ＪＩＳ Ｚ ８７０３）。

（２）光学セル１０の材料を水晶とすることにより、真空紫外光から遠赤外光やテラヘルツ光に至る極めて広い範囲の光を用いた分析に対応可能となる。

（３）原子拡散接合法は、常温での接合が可能であるため、熱歪の影響を回避できる。例えば、第三及び第四の水晶片２３，２４を金属片などに置き換えても、常温で接合することにより、これらの熱膨張係数の差による歪が生じない。すなわち、原子拡散接合は常温での接合が可能であるため、光学セル１０の構成部品の全てを水晶にする必要はなく、例えば第三及び第四の水晶片２３，２４を触媒に置き換えることによる化学反応の動的な測定をはじめとする測定用途に合わせて、一部を他の材料とすることができる。

次に、本実施形態１の製造方法について説明する。本実施形態１の製造方法は、光学セル１０を製造する方法であり、次の工程を含む。

第一乃至第四の水晶片２１〜２４に接合材２５を形成する工程。この工程は、第一乃至第四の水晶片２１〜２４が一つずつ分割された状態で接合材２５を形成する場合と、第一乃至第四の水晶片２１〜２４を一つずつ分割する前の水晶ウェハの状態で接合材２５を形成する場合とを含む。

接合材２５が形成された第一乃至第四の水晶片２１〜２４を、中空部１１を形成するように配置する工程。例えば、第三の水晶片２３を第一の水晶片２１の上に重ね、第四の水晶片２４を第三の水晶片との間に隙間２６を持たせて第一の水晶片２１の上に重ね、第三の水晶片２３と隙間２６と第四の水晶片２４との上に第二の水晶片２２を重ねる。この工程は、第一乃至第四の水晶片２１〜２４が一つずつ分割された状態でこれらを配置する場合と、第一乃至第四の水晶片２１〜２４を一つずつ分割する前の水晶ウェハの状態でこれらを配置する場合とを含む。

原子拡散接合法によって、第一乃至第四の水晶片２１〜２４を接合材２５を介して接合する工程。この工程は、第一乃至第四の水晶片２１〜２４が一つずつ分割された状態でこれらを接合する場合と、第一乃至第四の水晶片２１〜２４を一つずつ分割する前の水晶ウェハの状態でこれらを接合する場合とを含む。

次に、本実施形態１の製造方法の更に詳しい例について説明する。図２及び図３は実施形態１の製造方法の一例を示す斜視図であり、図２［Ａ］、図２［Ｂ］、図３［Ｃ］、図３［Ｄ］の順に工程が進行する。以下、図１乃至図３に基づき説明する。

まず、第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３を予め用意しておく。そして、第三の水晶ウェハ３３に、隙間２６となる貫通孔３３１を形成する（図２［Ａ］）。例えば成膜技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第三の水晶ウェハ３３の両面にＣｒ（クロム）からなる耐食膜パターンを形成し、フッ酸によるウェットエッチングによって第三の水晶ウェハ３３に貫通孔３３１を形成する。第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３は縦横二個ずつ合計四個の光学セル１０を取れる大きさにしてあるので、貫通孔３３１は第三の水晶ウェハ３３に二本形成する。

なお、貫通孔３３１は研削などにより形成することも可能である。第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３の大きさは、できるだけ多くの光学セル１０を一度に取れるように、できるだけ大きくすることが望ましい。本実施形態１では、第三の水晶ウェハ３３で耐食膜として使用した全てのＣｒは、次工程の前にエッチングによって除去する。

続いて、第一及び第二の水晶ウェハ３１，３２の片方の面並びに第三の水晶ウェハ３３の両方の面に、それぞれ接合材２５を形成する（図２［Ａ］）。例えば、真空成膜法としてスパッタ法を用い、成膜装置としてマグネトロンスパッタ装置を用いる。まず、第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３を、成膜装置のチャンバ内に搬入する。そして、チャンバ内を圧力１０^-6Ｐａ程度にまで排気した後、チャンバ内にスパッタガスとしてアルゴンガスを導入し、プラズマパワーを印加してプラズマを生成することにより、スパッタ成膜を開始する。チャンバ内に設置されるターゲットには、接合材２５を構成する材料（例えばＣｒ）を用いる。

続いて、互いの接合材２５が接するように、第一の水晶ウェハ３１の上に第三の水晶ウェハ３３を重ね、第三の水晶ウェハ３３の上に第二の水晶ウェハ３２を重ね、原子拡散接合法によって第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３を接合材２５を介して接合する（図２［Ｂ］）。例えば、チャンバ内において、接合材２５の厚みが０．２ｎｍ以上１ｎｍ未満になったらスパッタを停止し、第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３をそれぞれの接合材２５同士が接触するように重ねる。このとき、特に圧力を加える必要はないが、第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３が反っていたり、それぞれの表面粗さが大きかったりする場合は、適宜、荷重を加えてもよい。通常は、第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３の自重程度で接合ができる。

なお、接合材２５は、Ｃｒの他、例えばＴｉ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属又はＳｉなどの非金属により構成することもできる。接合材２５の材料にかかわらず、厚みが１ｎｍ未満の接合材２５の引張り強度（接合力）は約２５ＭＰａ以上であり、接合材２５の厚みを１ｎｍ未満とすることで、強い接合強度が得られる（特許文献２参照）。なお、接合材２５の厚みを１ｎｍ未満とするので、第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３の表面粗さは１ｎｍ未満としておくことが望ましい。

最後に、接合された第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３を切り出して（図３［Ｃ］）、光学セル１０を得る（図３［Ｄ］）。この切り出しには例えばダイシングソーを用い、切断ライン３４に沿ってブレードを押し当てることにより四個の光学セル１０を得る。なお、この工程の前又は後に、接合材２５のうち接合に寄与しない不要な部分を、エッチングによって除去しておくことが望ましい。不要な接合材２５は、光Ｐ１，Ｐ２の進行を妨げるおそれがあるからである。

本実施形態１の製造方法によれば、第三の水晶ウェハ３３に隙間２６となる貫通孔３３１を形成し、第一乃至第三の水晶ウェハ３１〜３３に接合材２５を形成し、原子拡散接合法によって第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３を接合材２５を介して接合し、接合された第一、第二及び第三の水晶ウェハ３１〜３３を切り出して光学セル１０を得ることにより、水晶ウェハの状態で、水晶を加工し、接合材を形成し、水晶を接合できるので、一度に多数の光学セル１０を生産でき、量産化に好適である。

また、接合材２５の厚みを０．２ｎｍ以上１ｎｍ未満とすることにより、接合材２５を介した第一乃至第三の水晶ウェハ３１〜３３をより十分な強度で接合できる。更に、第一乃至第三の水晶ウェハ３１〜３３を高温に加熱する必要がないので、応力の発生などによる破損などを抑制できる。

ここで補足すると、接合材２５は、Ａｕ、Ｐｔ、及びこれらの金属を含む合金などの常温における酸化物の生成自由エネルギーが正の金属を含む金属材料から構成してもよい（特許文献５参照）。この場合は、常温における酸化物の生成自由エネルギーが正の金属を含む金属材料によって接合材２５を構成しているので、大気中においても表面に自然酸化膜が形成されることがなく、両者を当接させることで、直接接合した状態が簡単に得られる。この接合は、大気中に限らず、減圧環境下で行ってもよく、また、大気圧以上の雰囲気で行ってもよい。また、接合環境は大気に限らず、例えば、窒素、不活性ガス中でも良い。接合温度は常温でよい。また、接合材２５同士の拡散を補助するため必要に応じて加熱してもよい。更に、接合材２５は、水晶との密着性を改善するためのＣｒ等の下地層と、その上に形成されたＡｕ等の接合層との多層膜としてもよい。

次に、実施形態２の光学セルについて説明する。図４は実施形態２の光学セルを示し、図４［Ａ］は斜視図、図４［Ｂ］は分解斜視図である。以下、図４に基づき説明する。

本実施形態２の光学セル４０は、試料Ｓを中空部１１に保持し、光Ｐ１を入射面１２から入れて、試料Ｓを通った光Ｐ２を出射面１３から出すものである。そして、光学セル４０は、入射面１２及び出射面１３となる面を有する第一及び第二の水晶片４１，４２と、第一及び第二の水晶片４１，４２を原子拡散接合法によって接合する接合材２５と、接合された第一及び第二の水晶片４１，４２に囲まれることによって形成された中空部１１と、を備えている。

第一及び第二の水晶片４１，４２はそれぞれ平板状である。第一及び第二の水晶片４１，４２には、それぞれ溝４３が形成されている。第一の水晶片４１と第二の水晶片４２とが溝４３を挟んで接合されることにより、溝４３が中空部１１となっている。

次に、光学セル４０について更に詳しく説明する。

光学セル４０は全体として直方体状になっている。第一及び第二の水晶片４１，４２もそれぞれ直方体状であり、第一の水晶片４１が入射面１２となる面を有し、第二の水晶片４２が出射面１３となる面を有する。第一の水晶片４１の溝４３と第二の水晶片４２の溝４３とが向かい合って重なることにより、中空部１１が形成されている。

本実施形態２の光学セル４０によれば、水晶片の個数を実施形態１の光学セルに比べて低減できるので、水晶片同士の接合などの工程を簡素化できる。溝４３は、第一及び第二の水晶片４１，４２の両方に形成してもどちらか一方に形成してもよい。両方に形成した場合は溝４３の深さを浅くできる利点があり、一方に形成した場合は溝４３の本数を削減できる利点がある。

本実施形態２の光学セル４０のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１の光学セルのそれらと同様である。

次に、本実施形態２の製造方法について説明する。本実施形態２の製造方法は、光学セル４０を製造する方法であり、次の工程を含む。

第一及び第二の水晶片４１，４２に接合材２５を形成する工程。この工程は、第一及び第二の水晶片４１，４２が一つずつ分割された状態で接合材２５を形成する場合と、第一及び第二の水晶片４１，４２を一つずつ分割する前の水晶ウェハの状態で接合材２５を形成する場合とを含む。

接合材２５が形成された第一及び第二の水晶片４１，４２を、中空部１１を形成するように配置する工程。例えば、第一の水晶片４１の上に互いの溝４３を挟んで第二の水晶片４２を重ねる。この工程は、第一及び第二の水晶片４１，４２が一つずつ分割された状態でこれらを配置する場合と、第一及び第二の水晶片４１，４２を一つずつ分割する前の水晶ウェハの状態でこれらを配置する場合とを含む。

原子拡散接合法によって、第一及び第二の水晶片４１，４２を接合材２５を介して接合する工程。この工程は、第一及び第二の水晶片４１，４２が一つずつ分割された状態でこれらを接合する場合と、第一及び第二の水晶片４１，４２を一つずつ分割する前の水晶ウェハの状態でこれらを接合する場合とを含む。

次に、本実施形態２の製造方法の更に詳しい例について説明する。図５及び図６は実施形態２の製造方法の一例を示す斜視図であり、図５［Ａ］、図５［Ｂ］、図６［Ｃ］、図６［Ｄ］の順に工程が進行する。以下、図４乃至図６に基づき説明する。

まず、第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２を予め用意しておく。そして、第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２の両方に溝４３を形成する（図５［Ａ］）。例えば成膜技術、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２の片方の面にＣｒからなる耐食膜パターンを形成し、フッ酸によるウェットエッチングによって第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２に溝４３を形成する。第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２は縦横二個ずつ合計四個の光学セル４０を取れる大きさにしてあるので、溝４３は第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２にそれぞれ二本ずつ形成する。

なお、溝４３は研削などにより形成することも可能である。第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２の大きさは、できるだけ多くの光学セル４０を一度に取れるように、できるだけ大きくすることが望ましい。本実施形態２では、第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２で耐食膜として使用した全てのＣｒは、次工程の前にエッチングによって除去する。

続いて、第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２の片方の面に、それぞれ接合材２５を形成する（図５［Ａ］）。例えば、真空成膜法としてスパッタ法を用い、成膜装置としてマグネトロンスパッタ装置を用いる。

続いて、互いの接合材２５が接するように、第一の水晶ウェハ５１の上に溝４３を挟んで第二の水晶ウェハ５２を重ね、原子拡散接合法によって第一及び第二の水晶ウェハ４１，４２を接合材２５を介して接合する（図５［Ｂ］）。

最後に、接合された第一及び第二の水晶ウェハ４１，４２を切り出して（図６［Ｃ］）、光学セル４０を得る（図６［Ｄ］）。なお、この工程の前又は後に、接合材２５のうち接合に寄与しない不要な部分を、エッチングによって除去しておくことが望ましい。

本実施形態２の製造方法によれば、第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２の両方に溝４３を形成し、第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２に接合材２５を形成し、原子拡散接合法によって第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２を接合材２５を介して接合し、接合された第一及び第二の水晶ウェハ５１，５２を切り出して光学セル４０を得ることにより、水晶ウェハの状態で、水晶を加工し、接合材を形成し、水晶を接合できるので、一度に多数の光学セル４０を生産でき、量産化に好適である。

また、実施形態１に比べて、部品点数と接合箇所を減らして溝４３を形成することができるので、光学セル４０の寸法精度を高くすることができる。

本実施形態２の製造方法その他の構成、作用及び効果は、実施形態１の製造方法のそれらと同様である。

次に、実施形態３の光学セルについて説明する。図７は実施形態３の光学セルを示し、図７［Ａ］は斜視図、図７［Ｂ］は分解斜視図である。図８は、実施形態３の光学セルにおける水晶片を示し、図８［Ａ］は平面図、図８［Ｂ］は正面図、図８［Ｃ］は右側面図である。以下、図７及び図８に基づき説明する。

本実施形態３の光学セル６０は、試料Ｓを中空部１１に保持し、光Ｐ１を入射面１２から入れて、試料Ｓを通った光Ｐ２を出射面１３から出すものである。そして、光学セル６０は、入射面１２及び出射面１３となる面を有する第一及び第二の水晶片６１，６２と、第一及び第二の水晶片６１，６２を原子拡散接合法によって接合する接合材２５と、接合された第一及び第二の水晶片６１，６２に囲まれることによって形成された中空部１１と、を備えている。

第一及び第二の水晶片６１，６２はそれぞれ三角柱状である。第一及び第二の水晶片６１，６２には、それぞれ溝６３が形成されている。第一の水晶片６１と第二の水晶片６２とが溝６３を挟んで接合されることにより、溝６３が中空部１１となっている。

光学セル６０は全体として直方体状になっている。第一の水晶片６１が入射面１２となる面を有し、第二の水晶片６２が出射面１３となる面を有する。第一の水晶片６１の溝６３と第二の水晶片６２の溝６３とが向かい合って重なることにより、中空部１１が形成されている。

図８に示すように、第一及び第二の水晶片６１，６２は、それぞれ、直角三角形からなる互いに平行な二つの端面６４１，６４２と、前記直角三角形の一方の隣辺を含む第一の側面６５１と、前記直角三角形の他方の隣辺を含む第二の側面６５２と、前記直角三角形の斜辺を含む第三の側面６５３とを有する。そして、第三の側面６５３には、二つの端面６４１，６４２を結ぶように直線状の溝６３が形成されている。詳しく言えば、二つの端面６４１，６４２の直角二等辺三角形における斜辺の中点同士を結ぶ線上に溝６３が形成されており、その溝６３は断面がＶ字状となるＶ溝であり、そのＶ字の谷が直角である。なお、直角三角形の直角の対辺を「斜辺」という。単に「隣辺」というときは直角の「隣辺」を意味する。

次に、本実施形態３の製造方法について説明する。本実施形態３の製造方法は、光学セル６０を製造する方法であり、次の工程を含む。

第一及び第二の水晶片６１，６２を形成する工程。例えば、一つの水晶ブロックから、ダイシングソー又はワイヤーソーなどを用いて、同じ形状かつ大きさの三角柱状の第一及び第二の水晶片６１，６２を切り出す。そして、それらの第一及び第二の水晶片６１，６２に、Ｖ溝加工機などを用いて溝６３を形成する。

第一及び第二の水晶片６１，６２に接合材２５を形成する工程。例えば、スパッタなどの成膜技術により、第一及び第二の水晶片６１，６２の全面に接合材２５を形成する。

接合材２５が形成された第一及び第二の水晶片６１，６２を、中空部１１を形成するように配置する工程。前述のように、第一及び第二の水晶片６１，６２を重ねる。

原子拡散接合法によって、第一及び第二の水晶片６１，６２を接合材２５を介して接合する工程。本工程の後に、接合材２５のうち接合に寄与しない不要な部分を、エッチングによって除去しておくことが望ましい。これにより、光学セル６０が完成する。

図７［Ａ］に示すように、光学セル６０によれば、三角柱状の第一及び第二の水晶片６１，６２を重ねて構成したことにより、入射面１２、出射面１３及び光Ｐ１，Ｐ２を９０°ずらして入射面１２’、出射面１３’及び光Ｐ１’，Ｐ２’としても、接合材２５が光Ｐ１’，Ｐ２’の進行を妨げない。したがって、本実施形態３の光学セル６０によれば、実施形態２の光学セルに比べて、光の照射方向の選択肢を増やすことができる。

本実施形態３の光学セル６０及びその製造方法のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１、２の光学セル及びその製造方法のそれらと同様である。

次に、実施形態４の光学セルについて説明する。図９は実施形態４の光学セルを示し、図９［Ａ］は斜視図、図９［Ｂ］は分解斜視図である。図１０は、実施形態４の光学セルにおける水晶片を示し、図１０［Ａ］は平面図、図１０［Ｂ］は正面図、図１０［Ｃ］は右側面図である。以下、図９及び図１０に基づき説明する。

本実施形態４の光学セル７０は、試料Ｓを中空部１１に保持し、光Ｐ１を入射面１２から入れて、試料Ｓを通った光Ｐ２を出射面１３から出すものである。そして、光学セル７０は、入射面１２及び出射面１３となる面を有する第一乃至第四の水晶片７１〜７４と、第一乃至第四の水晶片７１〜７４を原子拡散接合法によって接合する接合材２５と、接合された第一乃至第四の水晶片７１〜７４に囲まれることによって形成された中空部１１と、を備えている。

第一乃至第四の水晶片７１〜７４は、それぞれ直方体状であり、全て同じ形状かつ大きさである。第一乃至第四の水晶片７１〜７４で中空部１１を形成するように、第一の水晶片７１に第二の水晶片７２が接合され、第二の水晶片７２に第三の水晶片７３が接合され、第三の水晶片７３に第四の水晶片７４が接合され、第四の水晶片７４に第一の水晶片７１が接合されている。

光学セル７０は全体として直方体状になっている。そして、第一の水晶片７１が入射面１２となる面を有し、第三の水晶片７３が出射面１３となる面を有する。このとき、第二及び第四の水晶片７２，７４は、光Ｐ１，Ｐ２が通らないので、他の材料に置き換えてもよい。入射面１２と出射面１３とは、中空部１１を挟んで平行であればどのような組み合わせでもよく、例えば第二及び第四の水晶片７３，７４の外面としてもよい。

図１０に示すように、第一乃至第四の水晶片７１〜７４は、それぞれ、長方形からなる互いに平行な二つの端面７５１，７５２と、前記長方形の短辺を含む第一及び第二の短側面７６１，７６２と、前記長方形の長辺を含む第一及び第二の長側面７７１，７７２とを有している。そして、中空部１１を形成するように、第一の水晶片７１の第一の短側面７６１と第二の水晶片７２の第一の長側面７７１とが接合され、第二の水晶片７２の第一の短側面７６１と第三の水晶片７３の第一の長側面７７１とが接合され、第三の水晶片７３の第一の短側面７６１と第四の水晶片７４の第一の長側面７７１とが接合され、第四の水晶片７４の第一の短側面７６１と第一の水晶片７１の第一の長側面７７１とが接合されている。

このとき、第一の水晶片７１の第二の長側面７７２と第二の水晶片７２の第二の短側面７６２とが面一（つらいち）になるように、第二の水晶片７２の第二の長側面７７２と第三の水晶片７３の第二の短側面７６２とが面一になるように、第三の水晶片７３の第二の長側面７７２と第四の水晶片７４の第二の短側面７６２とが面一になるように、第四の水晶片７４の第二の長側面７７２と第一の水晶片７１の第二の短側面７６２とが面一になるように、それぞれを接合すると、光学セル７０の中心に中空部１１が自ずと形成される。

次に、本実施形態４の製造方法について説明する。本実施形態４の製造方法は、光学セル７０を製造する方法であり、次の工程を含む。

第一乃至第四の水晶片７１〜７４を形成する工程。例えば一つの水晶ブロックからダイシングソー又はワイヤーソーなどを用いて、同じ形状かつ大きさの第一乃至第四の水晶片７１〜７４を切り出す。

第一乃至第四の水晶片７１〜７４に接合材２５を形成する工程。例えば、スパッタなどの成膜技術により、第一乃至第四の水晶片７１〜７４の全面に接合材２５を形成する。

接合材２５が形成された第一乃至第四の水晶片２１〜２４を、中空部１１を形成するように配置する工程。前述のように、第一乃至第四の水晶片７１〜７４を重ねる。

原子拡散接合法によって第一乃至第四の水晶片２１〜２４を接合材２５を介して接合する工程。前工程と本工程を何度か繰り返して、つまり第一乃至第四の水晶片７１〜７４を少しずつ積み重ねては接合し積み重ねては接合し、光学セル７０を得る。本工程の後に、接合材２５のうち接合に寄与しない不要な部分を、エッチングによって除去しておくことが望ましい。

本実施形態４の光学セル７０によれば、第一乃至第四の水晶片７１〜７４の全てを同じ形状かつ大きさとし、貫通孔や溝を水晶に形成する工程も不要としたことにより、光学セルを構成する水晶片の作製を効率化できる。

本実施形態４の光学セル７０及びその製造方法のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１〜３の光学セル及びその製造方法のそれらと同様である。

以上、本発明を上記各実施形態に即して説明したが、本発明は、上記各実施形態の構成や動作にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得ることが可能な各種変形及び修正を含むことはもちろんである。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。

１０ 光学セル（実施形態１）
１１ 中空部
１１１ 入口
１１２ 出口
１２ 入射面
１３ 出射面
２１ 第一の水晶片
２２ 第二の水晶片
２３ 第三の水晶片
２４ 第四の水晶片
２５ 接合材
２６ 隙間
Ｓ 試料
Ｐ１，Ｐ２ 光
３１ 第一の水晶ウェハ
３２ 第二の水晶ウェハ
３３ 第三の水晶ウェハ
３３１ 貫通孔
３４ 切断ライン
４０ 光学セル（実施形態２）
４１ 第一の水晶片
４２ 第二の水晶片
４３ 溝
５１ 第一の水晶ウェハ
５２ 第二の水晶ウェハ
６０ 光学セル（実施形態３）
６１ 第一の水晶片
６２ 第二の水晶片
６３ 溝
６４１，６４２ 端面
６５１ 第一の側面
６５２ 第二の側面
６５３ 第三の側面
１２’ 入射面
１３’ 出射面
Ｐ１’，Ｐ２’ 光
７０ 光学セル（実施形態４）
７１ 第一の水晶片
７２ 第二の水晶片
７３ 第三の水晶片
７４ 第四の水晶片
７５１，７５２ 端面
７６１ 第一の短側面
７６２ 第二の短側面
７７１ 第一の短側面
７７２ 第二の短側面

Claims (2)

1. 試料を中空部に保持し、光を入射面から入れて、前記試料を通った前記光を出射面から出す光学セルにおいて、
   前記入射面及び前記出射面となる面を有する複数の水晶片と、
   これらの水晶片を原子拡散接合法によって接合する接合材と、
   接合された前記複数の水晶片に囲まれることによって形成された前記中空部と、
   を備え、
   前記複数の水晶片は、平板状の第一、第二、第三及び第四の水晶片からなり、
   前記第三の水晶片と前記第四の水晶片との間に隙間が生じた状態で、当該第三及び第四の水晶片が前記第一の水晶片と前記第二の水晶片との間に接合されることにより、前記隙間が前記中空部となっている、
   光学セルを製造する方法であって、
   第一、第二及び第三の水晶ウェハを予め用意しておき、
   前記第三の水晶ウェハに前記隙間となる貫通孔を形成する工程と、
   前記第一及び第二の水晶ウェハの片方の面並びに前記第三の水晶ウェハの両方の面に前記接合材を形成する工程と、
   互いの前記接合材が接するように、前記第一の水晶ウェハの上に前記第三の水晶ウェハを重ね、前記第三の水晶ウェハの上に前記第二の水晶ウェハを重ね、前記原子拡散接合法によって前記第一、第二及び第三の水晶ウェハを前記接合材を介して接合する工程と、
   接合された前記第一、第二及び第三の水晶ウェハを切り出して前記光学セルを得る工程と、
   を含む光学セルの製造方法。
2. 試料を中空部に保持し、光を入射面から入れて、前記試料を通った前記光を出射面から出す光学セルにおいて、
   前記入射面及び前記出射面となる面を有する複数の水晶片と、
   これらの水晶片を原子拡散接合法によって接合する接合材と、
   接合された前記複数の水晶片に囲まれることによって形成された前記中空部と、
   を備え、
   前記複数の水晶片は、平板状の第一及び第二の水晶片からなり、
   前記第一及び第二の水晶片の少なくとも一方に溝が形成されており、
   前記第一の水晶片と前記第二の水晶片とが前記溝を挟んで接合されることにより、前記溝が前記中空部となっている、
   光学セルを製造する方法であって、
   第一及び第二の水晶ウェハを予め用意しておき、
   前記第一及び第二の水晶ウェハの少なくとも一方に前記溝を形成する工程と、
   前記第一及び第二の水晶ウェハの片方の面に前記接合材を形成する工程と、
   互いの前記接合材が接するように、前記第一の水晶ウェハの上に前記溝を挟んで前記第二の水晶ウェハを重ね、前記原子拡散接合法によって前記第一及び第二の水晶ウェハを前記接合材を介して接合する工程と、
   接合された前記第一及び第二の水晶ウェハを切り出して前記光学セルを得る工程と、
   を含む光学セルの製造方法。

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