JP2016062735A - イオンフィルター及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子増幅器１００に用いられるイオンフィルター１０を提供する。【解決手段】絶縁性基材１１と、絶縁性基材１１の一方主面に形成された第１導電層１２と、絶縁性基材１１の他方主面に形成された第２導電層１３と、絶縁性基材１１の厚さ方向に沿って形成された複数の貫通孔３０と、を有し、第１導電層１２の第１厚さｔｈ１と、第２導電層１３の第２厚さｔｈ２とを異なるように構成する。【選択図】 図２Ｃ

Description

本発明は、電子増幅器に用いられるイオンフィルター及びその製造方法に関する。

電子増幅フォイルを備えたガス電子増幅器が知られている（特許文献１）。

特開２００７−２３４４８５号公報

この種のガス電子増幅器は、検出対象の放射線を入射させ、放射線とガスとの光電効果による相互作用によりガス原子から飛び出した電子を、多数の貫通孔を備えた電子増幅フォイルを用いて電子なだれ効果により増幅させ、その電気信号を検出する。
電子を増幅させる際には、増幅した電子と同数の陽イオンが発生する。電子増幅フォイルの貫通孔内部の電場の影響により、陽イオンは電子の移動方向とは逆方向に進行する。
また、質量が相対的に大きい陽イオンの移動速度は、電子の移動速度よりも遅いため、ガス電子増幅器の内部に平板状に集まって留まり、電場を生成する場合がある。
陽イオンにより形成される電場は測定する電子の移動方向を変化させるため、三次元飛跡検出器（ＴＰＣ：Time Projection Chamber）などの検出精度に影響を与えるという、いわゆる陽イオン問題が生じる。
この陽イオン問題に関し、従来は、電子増幅器の上にワイヤー電極を設置し、ワイヤー電極から発生した電場によって、陽イオンの進行を防止する手法が知られている。

しかし、高磁場下で使用されるワイヤー電極の近傍にはＥ×Ｂ effectが発生し、移動する電子の軌道がワイヤー電極の近傍で歪むという別の問題が生じる。
また、陽イオンの進行を防止する際に、電子の移動までもが妨げられると、検出精度が低下するという問題がある。
このように、従来においては、電子の移動及び移動する電子の軌道に与える影響を抑制しつつ、陽イオンの進行を防ぐ手段が求められていた。

本発明が解決しようとする課題は、電子の移動及び移動する電子の軌道に与える影響を抑制しつつも、陽イオンの進行を防止するイオンフィルターを提供することである。

[１]本発明は、電子増幅器に用いられるイオンフィルターであって、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方主面に形成された第１導電層と、前記絶縁性基材の他方主面に形成された第２導電層と、前記絶縁性基材の厚さ方向に沿って形成された複数の貫通孔と、を有し、前記第１導電層の第１厚さと、前記第２導電層の第２厚さとが異なるイオンフィルターを提供することにより、上記課題を解決する。

[２]上記発明において、前記絶縁性基材の一方主面は、前記電子増幅器における電子の移動方向の下流側に配置され、前記絶縁性基材の他方主面を、前記電子増幅器における電子の移動方向の上流側に配置し、前記絶縁性基材の一方主面に形成された前記第１導電層の前記第１厚さを、前記第２導電層の前記第２厚さよりも厚く構成することにより上記課題を解決する。

[３]上記発明において、前記イオンフィルターは、前記電子増幅器が備える電子増幅フォイルに併設され、前記絶縁性基材の一方主面を前記電子増幅フォイル側に配置され、当該一方主面に形成された前記第１導電層の前記第１厚さを、前記他方主面に形成された前記第２導電層の前記第２厚さよりも厚く構成することにより上記課題を解決する。

[４]上記発明において、前記第１導電層の表面部を第１の材料で形成し、前記第２導電層の表面部を第１の材料とは異なる第２の材料で形成することにより、上記課題を解決する。

[５]上記発明において、前記第１厚さを、前記第２厚さの３０倍以下とすることにより、上記課題を解決する。

[６]上記発明において、前記貫通孔の開口率を７５％以上とすることにより、上記課題を解決する。

[７]本発明は、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方主面に形成された導電層と、前記絶縁性基材の他方主面に形成され、前記一方主面に形成された導電層よりも厚さが薄い導電層と、を備えた基材を準備する工程と、前記一方主面に形成された導電層の所定領域を除去して所定パターンの第１導電層を形成する工程と、前記一方主面側からレーザーを照射して、前記絶縁性基材の前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、前記所定領域が除去された前記基材の両面側からエッチング液を作用させて、前記他方主面に形成された導電層のうち前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、を有する製造方法を提供することにより、上記課題を解決する。

[８]本発明は、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方主面に形成された導電層と、前記絶縁性基材の他方主面に形成され、前記一方主面に形成された導電層よりも厚さが薄い導電層と、を備えた基材を準備する工程と、前記一方主面に形成された導電層の所定領域を除去して所定パターンの第１導電層を形成する工程と、前記一方主面側からレーザーを照射して又はエッチング液を用いて、前記絶縁性基材の前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、前記絶縁性基材の前記他方主面に形成された導電層の表面をエッチングレジストで覆う工程と、前記所定領域が除去された前記基材の前記一方主面側からエッチング液を作用させて、前記他方主面に形成された導電層のうち前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、を有する製造方法を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明によれば、電子の移動及び移動する電子の軌道に与える影響を抑制しつつも、陽イオンの進行を防止するイオンフィルターを提供できる。

本発明の実施形態の電子増幅器の構成図である。 本発明の実施形態のイオンフィルターの一例を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態のイオンフィルターの一例を模式的に示す平面図である。 図２Ｂに示すIIＣ−IIＣ線に沿う断面の第１の例を模式的に示す断面図である。 図２Ｂに示すIIＣ−IIＣ線に沿う断面の第２の例を模式的に示す断面図である。 図３（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、本実施形態のイオンフィルターの第１の製造方法を説明するための図である。 図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、本実施形態のイオンフィルターの第２の製造方法を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係るイオンフィルターを、ガス電子増幅器に適用した場合を例にして説明する。本実施形態の電子増幅器１００は、荷電粒子、ガンマ線、Ｘ線、中性子あるいは紫外線などの放射線を検出するために用いられる。この種の電子増幅器は、検出対象の放射線を入射させ、放射線とガスとの光電効果による相互作用によりガス原子から飛び出した光電子を電子なだれ効果により増幅させ、放射線を電気信号として検出する。

図１は本実施形態における電子増幅器１００の構成図である。
図１に示すように、本実施形態の電子増幅器１００は、チャンバＣＢ内に配置された電極５と、イオンフィルター１０と、電子増幅フォイル２と、検出電極３とを有する。図示しない電源は、電極５、イオンフィルター１０、電子増幅フォイル２、及び検出電極３に電力を供給する。電子増幅器１００は、検出電極３から検出信号を取得する検出器４を備える。各構成について、以下に説明する。

チャンバＣＢは、検出用ガスで満たされる空間を形成する。チャンバＣＢに充填される検出用ガスとしては、一般に、希ガスとクエンチャーガスとの組合せが使用される。希ガスとしては、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅなどを含む。クエンチャーガスとしては、例えば、ＣＯ_２、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、ＣＦ_４、Ｃ_４Ｈ_１０などを含む。特に限定されないが、希ガス中に混合するクエンチャーガスの混合比率は５〜３０％とすることが好ましい。

電極５は、チャンバＣＢ内に電界を形成する。電離した電子は、この電界の中を、アノードとして機能する検出電極３側へドリフト移動する。

電子増幅フォイル２は、電子を増幅させる。
本実施形態において用いられる電子増幅フォイル２は、シート状の絶縁性基材の両主面が銅などの導電層が形成され、多数の貫通孔を有する。電子増幅フォイル２の貫通孔は、絶縁性基材の主面に対して略垂直方向に延在する。絶縁性基材の両主面に形成された導電層に数百Ｖの電位差を与えることで、貫通孔の内部には高電場が形成される。この貫通孔内部に電子が入ると、急激に加速される。加速した電子は、周囲のガス分子を電離させ、貫通孔内部において電子が雪崩式に増幅される（電子なだれ効果）。なお、電子増幅フォイル２は、ＧＥＭ：Ｇａｓ Ｅｌｅｃｔｏｒｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒとも呼ばれる。

特に限定されないが、電子増幅フォイル２の厚さは、数百μｍ程度である。一例ではあるが、貫通孔の直径は７０[μｍ]程度、ピッチは１４０[μｍ]程度のものが知られている。貫通孔の間隔は数百μｍ程度である。電子増幅フォイル２の貫通孔３０の開口率は、２３％程度である。電子増幅フォイル２を構成する絶縁性基材の材料としては、例えば、ポリイミドや液晶ポリマーなどの高分子ポリマー材料を用いることができる。電子増幅フォイル２を構成する導電層の材料としては、例えば、銅、アルミニウム、金、又はボロンなどを用いることができる。電子増幅フォイル２の導電層は、導電性材料を絶縁性材料にスパッタ蒸着して形成してもよいし、めっき処理により形成してもよいし、ラミネート処理により形成してもよい。

検出電極３は、電子なだれ効果により増倍された電子を検出し、検出信号を検出器４に送出する。検出器４は取得した信号に基づいて各種の検出データを演算する。特に限定されないが、検出データは、荷電粒子の飛跡の測定、入射粒子の位置やエネルギーの測定などに用いられる。

チャンバＣＢ内において、電子は、矢印で示す移動方向Ｅに沿って移動する。電子の移動方向において、電極５側は上流側であり、検出電極３側が下流側である。

続いて、本実施形態のイオンフィルター１０について説明する。

先述したように、ガスの電離により電子数が増幅される際に、同数の陽イオンが生成される。この陽イオンのうち、電子増幅フォイル２の貫通孔の中央から電子増幅フォイル２を通過し、ドリフト領域ＤＲに移動（フィードバック）するものがある。陽イオンのドリフト速度は遅いため、陽イオンが長時間ドリフト領域に平板状に一群として滞在し、ドリフト領域ＤＲに局所的にイオン密度の高い場所を形成してしまう。これにより、ドリフト領域ＤＲの電場が歪められる。チャンバ内に磁場が存在する場合、ドリフトする電子にＥ×Ｂ effectを与えられると、位置分解能が低下する場合がある。

本実施形態のイオンフィルター１０は、電子増幅に伴い発生した陽イオンが検出電極３側（電子の移動方向Ｅとは逆方向）に移動しないように捕集する機能を有する。

本実施形態のイオンフィルター１０は、絶縁性基材と、その絶縁性基材の一方主面に形成された第１導電層と、その絶縁性基材の他方主面に形成された第２導電層と、その絶縁性基材の厚さ方向に沿って形成された複数の貫通孔と、を有する。

図２Ａ，図２Ｂ，図２Ｃ及び図２Ｄは、本実施形態のイオンフィルター１０の一例を模式的に示す図である。
図２Ａは、本実施形態のイオンフィルター１０の斜視図であり、図２Ｂは、本実施形態のイオンフィルター１０の平面図である。各図に示すように、本実施形態のイオンフィルター１０は貫通孔３０を備える。隣り合う貫通孔３０の間にはリム２０が形成される。貫通孔３０はリム２０に囲われている。リム２０が貫通孔３０の内壁を構成する。貫通孔３０は、イオンフィルター１０の主面に沿う開口部３１を形成する。

特に限定されないが、本実施形態のイオンフィルター１０において、貫通孔３０の開口率は７５％以上である。本実施形態において、貫通孔３０の開口率とは、貫通孔３０により形成される開口部３１の面積の、絶縁性基材の主面の面積に対する割合である。開口部３１は、イオンフィルターの主面に沿う、絶縁性基材の無い二次元領域である。本実施形態の貫通孔３０の開口部３１の形状は略六角形である。本実施形態のイオンフィルター１０は、いわゆるハニカム構造を有する。

また、本実施形態の貫通孔３０を囲むリム２０とリム２０の間隔は１４０[μｍ]以上〜３００[μｍ]以下である。また、リム２０の幅（貫通孔３０の内壁間の距離）は、４５[μｍ]以下である。

ところで、本実施形態のイオンフィルター１０は、フィードバックしてくる陽イオンを捕集し、ドリフト領域ＤＲへ移動しないように機能するが、その一方で、電子の移動を妨げてはならないという制約がある。このため、イオンフィルター１０として利用するためには、貫通孔３０の開口率が高く、かつ厚さが薄い構造であることが求められる。

発明者らが行ったシミュレーションによれば、イオンの移動を妨げないようにするため、つまり、イオンフィルター１０として機能するためには、イオンフィルター１０の貫通孔３０の開口率は７０％以上であることが望ましいということがわかった。また、発明者らが行ったシミュレーションによれば、イオンの移動を妨げないようにするため、イオンフィルター１０の絶縁性基材１１の厚さが２５[μｍ]以下であることが望ましいということがわかった。
本発明の本実施形態では、これらの条件を満たすイオンフィルター１０を提供する。

本実施形態のイオンフィルター１０は、電子を増幅する電子増幅フォイル２の上流側（電極５，ドリフト領域ＤＲ側）に、電子増幅フォイル２とは別の部材として配置される。本実施形態のイオンフィルター１０は、電子増幅に伴い発生した陽イオンを捕集するという、電子増幅フォイル２とは異なる目的において用いられ、電子増幅フォイル２とは異なる機能を奏するものである。

本実施形態では、イオンフィルター１０を、電子の移動方向Ｅにおいて、電子増幅フォイル２よりも上流側（電極５側，ドリフト領域ＤＲ側）に配置する。つまり、イオンフィルター１０は、電子増幅フォイル２と電極５との間に配置する。イオンフィルター１０をこのように配置することにより、電子増幅フォイル２において発生する陽イオン群を、イオンフィルター１０で捕集し、フィードバックする陽イオンがドリフト領域ＤＲの全体に影響を与えることを防止する。これにより、ドリフト電子が陽イオン群の影響を受けにくくすることができる。

図２Ｃは、本実施形態のイオンフィルター１０の、図２Ｂに示すIIＣ−IIＣ線に沿う断面の一例を示す図である。
図２Ｃに示すように、本実施形態のイオンフィルター１０は、絶縁性基材１１の一方主面に形成された第１導電層１２の第１厚さｔｈ１と、他方主面に形成された第２導電層１３の第２厚さｔｈ２とが異なるように構成される。第１導電層１２と第２導電層１３とを同じ厚さとする場合よりも、第１導電層１２と第２導電層１３とを異なる厚さとした方が、電子透過率が向上するためである。電子透過率が向上することにより、電子増幅器１００を用いた測定結果の精度を向上させることができる。例えば、電子の飛跡を測定する場合におけるその位置検出精度を向上させることができる。

本実施形態のイオンフィルター１０は、特に限定されないが、第１導電層１２の第１厚さｔｈ１を、０．５[μｍ]以上とすることが好ましい。第１導電層１２が形成された絶縁性基材１１における、第１導電層１２と絶縁性基材１１との接着層の界面は、その接着性を確保する関係から、第１導電層１２の厚さがこれを下回ると、接着層（絶縁層）が露出して形成する電場が乱れる場合があるからである。また、本実施形態の第２導電層１３の第２厚さｔｈ２を１．０[μｍ]以上とすることが好ましい。第１導電層１２と第２導電層１３の厚さの差が２倍以下であると、期待する効果が得られないためである。

また、本実施形態のイオンフィルター１０において、第１厚さｔｈ１は、第２厚さｔｈ２の３０倍以下とすることが好ましい。第１導電層１２の厚さｔｈ１と第２導電層１３の厚さｔｈ２の比が１：３０を超えると、イオンフィルター１０を通過した電子が、イオンフィルター１０に戻ってきてしまうことがあるからである。電子がイオンフィルター１０に戻ってきてしまうと、結果として電子透過率が低下してしまうため、第１厚さｔｈ１は、第２厚さｔｈ２の３０倍以下とする。

本実施形態において、絶縁性基材１１の一方主面は、電子増幅器１００における電子の移動方向Ｅの下流側（検出電極３側）に配置され、絶縁性基材１１の他方主面は、電子増幅器１００における電子の移動方向Ｅの上流側（ドリフト領域ＤＲ側、電極５側）に配置される。そして、絶縁性基材１１の一方主面に形成された第１導電層１２の第１厚さｔｈ１は、第２導電層１３の第２厚さｔｈ２よりも厚く構成される。

本実施形態の電子増幅器１００は、電子増幅フォイル２を備える場合には、イオンフィルター１０は、電子増幅器１００が備える電子増幅フォイル２に併設される。そして、絶縁性基材１１の一方主面は電子増幅フォイル２側に配置され、一方主面に形成された第１導電層１２の第１厚さｔｈ１は、他方主面に形成された第２導電層１３の第２厚さｔｈ２よりも厚く構成される。なお、電子増幅器１００は、電子を増幅させるものであれば、電子増幅フォイル２でなくてもよい。

発明者らは、本実施形態のように、第１導電層１２と第２導電層１３の厚さが異なるイオンフィルター１０と、第１導電層１２と第２導電層１３の厚さが同じイオンフィルターについて、これらを電子増幅器１００に用いた場合における電子の飛跡のシミュレーションを行った。そして、電子の飛跡からイオンの電子透過率を求めた。

シミュレーションの結果を考察すると、本実施形態の第１導電層１２と第２導電層１３の厚さが異なるイオンフィルター１０の方が、第１導電層１２と第２導電層１３の厚さが同じイオンフィルターよりも、電子透過率が優れていることが分かった。

なお、本シミュレーションにおいては、第１導電層１２、第２導電層１３は銅で組成されることを想定した。

第１導電層１２の方が第２導電層１３よりも厚さが厚いイオンフィルター１０と、第１導電層１２と第２導電層１３の厚さが同じイオンフィルターについて、それぞれ、電子の飛跡のシミュレーション結果を得た。第１導電層１２の方が第２導電層１３よりも厚さが厚いイオンフィルター１０としては、第１厚さｔｈ１：第２厚さｔｈ２が、１：１０のもの、１：２０のもの、１：３０のものについてシミュレーションした。本シミュレーションでは厚さ１＝１［μｍ］とした。

なお、本シミュレーションにおいて、厚さが相対的に厚い第１導電層１２は、電子の流れ方向の下流側に配置し、厚さが相対的に薄い第２導電層１３は、電子の流れ方向の上流側に配置した。

シミュレーションの結果、第１導電層１２と第２導電層１３の厚さが同じイオンフィルターに対して、第１導電層１２の方が第２導電層１３よりも厚く構成されたイオンフィルター１０の方が、これら第１導電層１２，第２導電層１３によって電子の通過が阻害される範囲が狭いことが分かった。
つまり、第１導電層１２を第２導電層１３よりも厚く構成したイオンフィルター１０は、第１導電層１２と第２導電層１３の厚さが同じイオンフィルターよりも、電子の軌道に影響を与えるものの、イオンフィルター１０を通過した後の電子の位置を元の位置に戻す（通過前の位置に戻す）力が強いので、電子の軌道の最終的なずれ量（ｘｙ方向：ｙは電子の流れの方向に沿うずれ量）を小さくできる。

また、本シミュレーションにおいて、第１導電層１２と第２導電層１３の厚さの比が３０（第１厚さｔｈ１：第２厚さｔｈ２＝３０：１）を超えると、電子がイオンフィルター１０の方へ戻ってきてしまう現象が生じることがわかった。

本実施形態のイオンフィルター１０において、絶縁性基材１１の一方主面に形成された第１導電層１２の少なくとも表面部１２１を形成する材料と、他方主面に形成された第２導電層１３の表面部１３１を形成する材料とが異なる材料で構成してもよい。

図２Ｄに、第１導電層１２の表面部１２１が、第２導電層１３の材料とは異なる材料から形成された例を示す。図２Ｄに示すように、第１導電層１２は、表面部１２１と基礎部１２２を備える構成を有する。表面部１２１は、第１導電層１２の一部を構成する。表面部１２１は、第１導電層１２のうち外部に露出された部分である。表面部１２１は、基礎部１２２の表面に形成される。表面部１２１は、基礎部１２２の表面にめっき、蒸着などの手法により薄膜又は層として形成される。表面部１２１の厚さは、特に限定されない。第１導電層１２は、表面部１２１と絶縁性基材１１との間に存在する基礎部１２２を備える。なお、基礎部１２２は、第１導電層１２のうち、表面部１２１以外の部分である。

本実施形態において、第２導電層１３は、表面部１３１と基礎部１３２を備える構成とすることができる。第２導電層１３と表面部１３１と基礎部１３２は、第１導電層１２と表面部１２１と基礎部１２２と同様に構成できる。前段落の第１導電層１２と表面部１２１と基礎部１２２に関する説明を、第２導電層１３と表面部１３１と基礎部１３２の説明として援用する。

図２Ｄに示す例では、第１導電層１２が表面部１２１と基礎部１２２を備え、第２導電層１３が一体として構成された表面部１３１と基礎部１３２を含む例を示す。第２導電層１３の表面部１３１と基礎部１３２は同じ材料から一体として構成されており、第２導電層１３の表面の部分が、表面部１３１を構成する。

本実施形態のイオンフィルター１０において、第１導電層１２の表面部１２１は、銅、ニッケル、金、タングステン、亜鉛、アルミニウム、クロム、スズ、及びコバルトの物質からなる群のうち、何れか一種以上の物質を含む材料から形成される。第２導電層１３の表面部１３１は、第１導電層１２の表面部１２１の材料とは異なる材料であって、銅、ニッケル、金、タングステン、亜鉛、アルミニウム、クロム、及びコバルトの物質からなる群のうち、何れか一種以上の物質を含む材料から形成される。

金は、その安定性において第１導電層１２の表面部１２１、第２導電層１３の表面部１３１に適している。
アルミニウムは、その軽さにおいて第１導電層１２の表面部１２１、第２導電層１３の表面部１３１に適している。イオンフィルター１０、ひいては電子増幅器１００の重量を軽減できる。
ニッケルは、その剛性（強さ）において第１導電層１２の表面部１２１、第２導電層１３の表面部１３１に適している。剛性は、イオンフィルター１０の強度向上に貢献する。また、ニッケルは、その寸法安定性において第１導電層１２の表面部１２１、第２導電層１３の表面部１３１に適している。寸法安定性は、イオンフィルター１０の平坦性に貢献する。
タングステンは、その硬さにおいて第１導電層１２の表面部１２１、第２導電層１３の表面部１３１に適している。硬性は、イオンフィルター１０の引っ張り強度の向上に貢献する。

アルミニウム、クロム、コバルト、ニッケルは、多重クーロンの散乱が小さいという観点において、第１導電層１２の表面部１２１、第２導電層１３の表面部１３１に適している。多重クーロンの散乱は、電子の飛跡に影響を与える。電子の飛跡に与えた影響は、後段において行われる測定処理の精度に影響を与える。多重クーロンの散乱が小さいことは、検出結果を用いた測定精度の向上に貢献する。

金、クロム、亜鉛、コバルト、ニッケル、タングステン、スズは、ガンマ線領域に反応性を有する点において、第１導電層１２の表面部１２１、第２導電層１３の表面部１３１に適している。γ線領域の反応性は、ガンマ線の検出効率を向上させる。ガンマカメラや非破壊検査器のようなガス放射線検出器においてはその検出精度の向上に貢献する。

コバルト、ニッケル、クロム、タングステンは、剛性が高い点において、第１導電層１２の表面部１２１、第２導電層１３の表面部１３１に適している。薄く、貫通孔が多数形成された構造のイオンフィルター１０は変形や断線による影響を受けやすい。剛性が高い点は、イオンフィルター１０の強度向上に貢献する。

本実施形態では、第２導電層１３の表面部１３１又は第１導電層１２の表面部１２１の何れか一方を、銅を含む材料で形成する。銅は加工しやすく、本実施形態のように細いリム２０と開口率の高いパターンの作製に適しており、入手が容易である。

特に限定されないが、本実施形態のイオンフィルター１０において、第１導電層１２の表面部１２１はニッケルにより形成され、第１導電層１２の基礎部１２２は銅により形成される。本例における第１導電層１２の表面部１２１は、銅で形成された基礎部１２２の表面にニッケルを用いためっき処理により形成される。本例における第２導電層１３の表面部１３１及び基礎部１３２はいずれも銅を含む材料で形成される。第２導電層１３の表面部１３１及び基礎部１３２は、一体として構成されている。

特に限定されないが、第１導電層１２の銅により形成された基礎部１２２の厚さは８[μｍ]であり、ニッケルめっき層として形成された表面部１２１の厚さは２[μｍ]である。また、表面部１３１及び基礎部１３２が一体として、銅により形成された第２導電層１３の厚さは、２[μｍ]である。

次に、図３及び図４に基づいて、本実施形態のイオンフィルター１０の製造方法について三つの態様を説明する。図３及び図４においては、製造工程が分かりやすいように、端面図にて表現した。

＜第１の製造方法＞
まず、第１の製造方法について説明する。
第１の製造方法では、図３（Ａ）に示すように、絶縁性基材１１Ａの一方主面（図中上側面）に導電層１２Ａが形成され、その他方主面（図中下側面）に導電層１３Ａが形成された基材１０Ａを準備する。導電層１２Ａの厚さｔｈ１´は、導電層１３Ａの厚さｔｈ２´よりも厚い。特に限定されないが、本実施形態では、絶縁性基材１１Ａの厚さが１２[μｍ]以上〜２５[μｍ]以下の基材１０Ａを用いる。また、特に限定されないが、本実施形態では、導電層１２Ａの厚さｔｈ１´が１３[μｍ]以上であり、導電層１３Ａの厚さｔｈ２´が６[μｍ]未満の基材１０Ａを用いる。

なお、図３（Ａ）において示す絶縁性基材１１Ａは、イオンフィルター１０の絶縁性基材１１に対応し、導電層１２Ａはイオンフィルター１０の第１導電層１２に対応し、導電層１３Ａはイオンフィルター１０の第２導電層１３に対応する。

図３（Ｂ）に示すように、既知のフォトリソグラフィ技術を用いて、導電層１２Ａの所定領域を除去して所定パターンの第１導電層１２を形成する。本実施形態において所定パターンは、ハニカムパターンである。本実施形態において、第１導電層１２の線幅を、１５[μｍ]以上〜４５[μｍ]以下に形成することが好ましい。

次に、絶縁性基材１１のうち、所定領域に対応する部分を除去する。
図３（Ｃ）に示すように、第１導電層１２が形成された一方主面側（図中上側）から波長が５００[ｎｍ]以下のＵＶ−ＹＡＧレーザーを照射する。例えば、第三高調波（波長３５５[ｎｍ]）のＵＶ−ＹＡＧレーザーを照射する。一方主面側から照射されるレーザーに対し、所定のハニカムパターンに形成された第１導電層１２がマスクとなり、所定領域に対応する領域（本例では六角形の領域）の絶縁性基材１１が除去される。一方主面側から他方主面側までの絶縁性基材１１を除去して、貫通孔３０を形成する。

この絶縁性基材１１を除去する工程は、エッチング液を用いて行ってもよい。図３（Ｂ）に示す状態の基材１０にエッチング液に作用させると、第１導電層１２及び第２導電層１３がマスクとなり、所定領域に対応する領域（本例では六角形の領域）の絶縁性基材１１が除去される。

なお、ポリイミドなどの絶縁性基材１１の実際の除去工程では、工程の内容にもよるが、除去部分との境界面にテーパーを形成することができる。例えば、エッチング液により除去された部分には、主面に対して５０〜６０度のテーパー面が形成することもできる。図３は、工程を簡潔に説明するため、そのような形態の変化は省略して示す。

プラズマデスミヤ処理などのデスミヤ処理を実施する。デスミヤ処理の手法は、絶縁性基材１１の除去の手法に応じて、出願時に知られた手法を適宜に用いる。

最後に、絶縁性基材１１の所定領域が除去された基材１０Ａの両面側からエッチング液を作用させる。エッチング液は、基材１０Ａの他方主面側に形成された第２導電層１３Ａの一方主面側から作用するとともに、第２導電層１３Ａの他方主面側からも作用する。絶縁性基材１１が除去された所定領域は両面からエッチングされる。このため、第１導電層１３Ａの所定領域に対応する部分のエッチング速度は、所定領域以外に対応する部分のエッチング速度の約２倍となる。導電層１３Ａのうち所定領域に対応する領域が除去されるタイミングにおいて、導電層１３Ａのうち所定領域以外に対応する領域は残っている。つまり、エッチング処理により、導電層１３Ａのうちの所定領域に対応する領域だけを除去して、第２導電層１３を形成する。

エッチング液は、導電層１３Ａの材料に応じて適宜に選択できる。本処理において、エッチング液は、所定領域に対応する導電層１３Ａの領域（除去する領域）については、両方の面側（一方主面側及び他方主面側）から作用する。所定領域に対応する導電層１３Ａの領域は、他の領域に比べて二倍の速さで除去される。また、第１導電層１２は、第２導電層１３よりも厚く構成されているので、本エッチング処理によって回路（所定領域の導電層）に欠損が生じることはない。

その結果、図３（Ｄ）に示すように、一方主面側から他方主面側まで貫通した貫通孔を形成できる。これにより、所定パターン（例えばハニカムパターン）を構成するイオンフィルター１０を得ることができる。

一例ではあるが、導電層１２Ａの厚さｔｈ１´が１３[μｍ]であり、導電層１３Ａの厚さｔｈ２´が６[μｍ]の基材１０Ａを用いて本実施形態のイオンンフィルター１０を作製したところ、第１導電層１２の厚さｔｈ１が１０[μｍ]、第２導電層１３の厚さｔｈ２が２[μｍ]のイオンフィルター１０を作製できた。

開口率が７５％以上を占める貫通孔３０及びその貫通孔３０を形成するリム２０を、薄いシートに形成するのは容易ではない。本願出願時におけるフォトリソグラフィ技術においてエッチングパターンのずれの原因となる露光精度は＋／−１０[μｍ]程度と言われる。また、絶縁性基材１１のエッチング処理を正確に実行することは困難であり、例えば、ポリイミドのエッチング処理においては傾斜が生じてしまう。このように、絶縁性基材の両主面に同じパターンを同じ位置に形成し、同じ位置を貫通させることは難しい。しかも、開口率が７５％以上であるためには、リム２０の幅が４５[μｍ]以下であることが求められるため、このような導電層を形成することは容易ではなかった。

既知のフォトリソグラフィ技術では基板１１Ａの一方主面側のみからエッチング処理を行う。本実施形態の製造方法によれば、基板１１Ａの両主面側から同時にエッチング処理を行うことにより、他方主面側の導電層１３Ａの所定領域のみを除去して貫通孔３０を形成する。既知のフォトリソグラフィ技術を用いないので、露光精度の限界により生じるエッチングパターンのずれという問題が生じない。これにより、本実施形態に係る、貫通孔３０が形成されたイオンフィルター１０を作製できる。この製造方法によれば、貫通孔３０の開口率を７５％以上にすることができる。また、他方主面側の導電層１３Ａをエッチングする際に、パターン形成のためのレジストを形成する工程を省くことができる。

発明者らの検証によれば、本実施形態のイオンフィルター１０の通過前後において、イオンフィルター１０を通過した後の電子の位置が、イオンフィルター１０を通過する前の電子の位置に戻る（ずれ量が小さくなる）現象が確認された。本実施形態のイオンフィルター１０は、電子の軌道に影響を与えるものの、イオンフィルター１０を通過した後の電子の位置を元の位置に戻す（通過前の位置に戻す）力が強いので、電子の軌道の最終的なずれ量（ｘｙ方向：ｙは電子の流れの方向に沿うずれ量）を小さくできる。このように、本実施形態のイオンフィルター１０によれば、最終的な電子の位置のずれ量を抑制しつつ、陽イオンの移動を抑制できる構造のイオンフィルター１０を提供できるとともに、併せて製造コストを低減できる。

また、本製造方法において、導電層１２Ａを形成する材料と、導電層１２Ｂを形成する材料とが異なる材料で構成された基材１０Ａを、図３（Ａ）の出発材料として準備してもよい。この場合において、図３（Ｃ）の第１導電層１２を形成する工程においては、導電層１２Ａのみが反応し、導電層１３Ａが反応しないエッチング液を用いて、第１導電層１２の所定領域を除去する。導電層１２Ａを形成する材料と、導電層１３Ａを形成する材料とが異なる材料で構成することにより、出発材料として用いる基材１０Ａの導電層１２Ａの厚さｔｈ１´と得られた第１導電層１２の厚さｔｈ１との差、及び出発材料として用いる基材１０Ａの導電層１３Ａの厚さｔｈ２´と得られた第１導電層１３の厚さｔｈ２との差、つまり厚みの減少を小さくできる。

＜第２の製造方法＞
続いて、図４に基づいて、第２の製造方法について説明する。この第２の製造方法は、先述した第１の製造方法と基本的な工程は共通するので、図３の記載及び第１の製造方法の説明を援用しつつ説明する。
第１の製造方法と同様に、図４（Ａ）に示すように、絶縁性基材１１Ａの一方主面（図中上側面）に導電層１２Ａが形成され、その他方主面（図中下側面）に導電層１３Ａが形成された基材１０Ａを準備する。導電層１２Ａを形成する第１の材料と、導電層１３Ａを形成する第２の材料とは、同じ材料である。第１の材料と第２の材料は、いずれも導電性材料である。本例において、第１及び第２の材料は銅である。導電層１２Ａ，導電層１３Ａは、めっき、スパッタリング、蒸着などの薄膜形成技術を用いて作製できる。

なお、図４（Ａ）において示す絶縁性基材１１Ａは、イオンフィルター１０の絶縁性基材１１に対応し、導電層１２Ａはイオンフィルター１０の第１導電層１２に対応し、導電層１３Ａはイオンフィルター１０の第２導電層１３に対応する。

図４（Ｂ）に示すように、既知のフォトリソグラフィ技術を用いて、導電層１２Ａの所定領域を除去して所定パターンの第１導電層１２の基礎部１２２を形成する。この第１導電層１２の基礎部１２２によって形成される所定パターンは、平面視においてハニカムパターンである。特に限定されないが、本例では、絶縁性基材１１Ａの導電層１２Ａ及び導電層１３Ａを、いずれも銅を含む材料で形成し、導電層１２Ａの所定領域を除去して第１導電層１２の基礎部１２２を形成する。本実施形態において、第１導電層１２の基礎部１２２の線幅を、１２[μｍ]以上〜２５[μｍ]以下に形成することが好ましい。

次に、図４（Ｃ）に示すように、絶縁性基材１１の一方主面の第１導電層１２の基礎部１２２の表面に表面部１２１を形成する処理を行う。表面部１２１は、めっき、スパッタリング、蒸着などにより形成できる。本実施形態において、第１導電層１２の表面部１２１は、絶縁性基材１１の他方主面の導電層１３Ａの表面部１３１を形成する材料とは異なる材料を用いて形成される。特に限定されないが、本実施形態では、第１導電層１２の基礎部１２２の表面に、ニッケルめっき処理を行う。これにより、第１導電層１２の表面に、ニッケルを含む材料により表面部１２１を形成する。基礎部１２２に表面部１２１が形成された第１導電層１２の線幅は、リム２０の幅に対応する。リム２０の幅は、１５[μｍ]以上〜４５[μｍ]以下である。

次に、絶縁性基材１１のうち、所定領域に対応する部分を除去する。
第１の製造方法と同様に、図４（Ｄ）に示すように、第１導電層１２が形成された一方主面側（図中上側）から波長が５００[ｎｍ]以下のＵＶ−ＹＡＧレーザーを照射する。そして、一方主面側から他方主面側までの絶縁性基材１１を除去して、貫通孔を形成する。第１の製造方法と同様に、この絶縁性基材１１を除去する工程は、エッチング液を用いて行ってもよい。その後、第１の製造方法と同様に、プラズマデスミヤ処理などのデスミヤ処理を実施する。

最後に、所定領域が除去された基材１０Ａの両面からエッチング液を作用させて他方主面に形成された第２導電層１３のうち所定領域に対応する領域、つまり貫通孔３０に対応する領域を除去する。

エッチング液は、導電層１３Ａの材料に応じて適宜に選択できる。本工程において、除去対象となる導電層１３Ａを形成する材料にのみ反応するエッチング液を用いる。本例では、導電層１３Ａは銅を含む材料で形成されているので、銅にのみ反応する硫酸と過酸化水素水を混合したエッチング液を用いる。一方、第１導電層１２の表面部１２１は、ニッケルを含む材料で形成されているので、本エッチング処理によって回路（所定領域の導電層）に欠損が生じることはない。

本処理において、エッチング液は、所定領域に対応する導電層１３Ａの領域（除去する領域）については、両面側（一方主面側及び他方主面側）から作用する。所定領域に対応する導電層１３Ａの領域は、他の領域に比べて二倍の速さで除去される。導電層１３Ａのうち所定領域に対応する領域が除去されるタイミングにおいて、導電層１３Ａのうち所定領域以外に対応する領域は残っている。つまり、エッチング処理により、導電層１３Ａのうちの所定領域に対応する領域だけを除去して、第２導電層１３を形成できる。

その結果、図４（Ｅ）に示すように、一方主面側から他方主面側まで貫通した貫通孔を形成できる。これにより、所定パターン（例えばハニカムパターン）を構成するイオンフィルター１０を得ることができる。

＜第３の製造方法＞
さらに、第３の製造方法について説明する。
第３の製造方法の工程は、第１の製造方法及び第２の製造方法と基本的な工程は共通する。第３の製造方法では、第１及び第２の製造方法における、絶縁性基材１１Ａをレーザーにより除去し、デスミヤ処理をした後の工程として、エッチングレジストを形成する以下の工程に行う。

デスミヤ処理をした後に、絶縁性基材１１Ａの他方主面側の導電層１３Ａの表面の全面にエッチングレジストを貼りつける。エッチングレジストは、導電層１３Ａの他方主面側の露出面の全体を覆う。エッチングレジストを貼りつけた状態でエッチング処理を行う。エッチング処理により、導電層１３Ａの所定領域に対応する領域を除去する。その後、エッチングレジストを剥離する。

エッチングレジストを形成する本製造方法によれば、エッチングレジストを形成しない第１の製造方法に比べて、出発材料として用いる基材１０Ａの導電層１２Ａの厚さｔｈ１´と得られた第１導電層１２の厚さｔｈ１との差、及び出発材料として用いる基材１０Ａの導電層１３Ａの厚さｔｈ２´と得られた第１導電層１３の厚さｔｈ２との差を小さくできる。

一例ではあるが、本製造方法によれば、導電層１２Ａの厚さｔｈ１´が１３[μｍ]であり、導電層１３Ａの厚さｔｈ２´が２[μｍ]の基材１０Ａを用いて本実施形態のイオンンフィルター１０を作製したところ、第１導電層１２の厚さｔｈ１が１２[μｍ]、第２導電層１３の厚さｔｈ２が２[μｍ]のイオンフィルター１０を作製することができた。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１００…電子増幅器
１０…イオンフィルター
１１…絶縁性シート
１２…第１導電層
１２１…第１導電層の表面部
１２２…第１導電層の基礎部
１３…第２導電層
１３１…第２導電層の表面部
１３２…第２導電層の基礎部
２０…リム
３０…貫通孔
３１…開口部
２…電子増幅フォイル
３…検出電極
４…検出器
５…電極
ＤＲ…ドリフト領域
Ｅ…電子の流れ方向

Claims (8)

1. 電子増幅器に用いられるイオンフィルターであって、
   絶縁性基材と、
   前記絶縁性基材の一方主面に形成された第１導電層と、
   前記絶縁性基材の他方主面に形成された第２導電層と、
   前記絶縁性基材の厚さ方向に沿って形成された複数の貫通孔と、を有し、
   前記第１導電層の第１厚さと、前記第２導電層の第２厚さとが異なるイオンフィルター。
2. 前記絶縁性基材の一方主面は、前記電子増幅器における電子の移動方向の下流側に配置され、前記絶縁性基材の他方主面は、前記電子増幅器における電子の移動方向の上流側に配置され、
   前記絶縁性基材の一方主面に形成された前記第１導電層の前記第１厚さは、前記第２導電層の前記第２厚さよりも厚い請求項１に記載のイオンフィルター。
3. 前記イオンフィルターは、前記電子増幅器が備える電子増幅フォイルに併設され、
   前記絶縁性基材の一方主面は前記電子増幅フォイル側に配置され、当該一方主面に形成された前記第１導電層の前記第１厚さは、前記他方主面に形成された前記第２導電層の前記第２厚さよりも厚い請求項１又は２に記載のイオンフィルター。
4. 前記第１導電層の表面部が第１の材料で形成され、前記第２導電層の表面部が第１の材料とは異なる第２の材料で形成されたイオンフィルター。
5. 前記第１導電層の前記第１厚さは、前記第２導電層の前記第２厚さの３０倍以下である請求項１〜４の何れか一項に記載のイオンフィルター。
6. 前記貫通孔の開口率は、７５％以上である請求項１〜５の何れか一項に記載のイオンフィルター。
7. 絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方主面に形成された導電層と、前記絶縁性基材の他方主面に形成され、前記一方主面に形成された導電層よりも厚さが薄い導電層と、を備えた基材を準備する工程と、
   前記一方主面に形成された導電層の所定領域を除去して所定パターンの第１導電層を形成する工程と、
   前記一方主面側からレーザーを照射して又はエッチング液を用いて、前記絶縁性基材の前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、
   前記所定領域が除去された前記基材の両面側からエッチング液を作用させて、前記他方主面に形成された導電層のうち前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、を有するイオンフィルターの製造方法。
8. 絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方主面に形成された導電層と、前記絶縁性基材の他方主面に形成され、前記一方主面に形成された導電層よりも厚さが薄い導電層と、を備えた基材を準備する工程と、
   前記一方主面に形成された導電層の所定領域を除去して所定パターンの第１導電層を形成する工程と、
   前記一方主面側からレーザーを照射して又はエッチング液を用いて、前記絶縁性基材の前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、
   前記絶縁性基材の前記他方主面に形成された導電層の表面をエッチングレジストで覆う工程と、
   前記所定領域が除去された前記基材の前記一方主面側からエッチング液を作用させて、前記他方主面に形成された導電層のうち前記所定領域に対応する領域を除去する工程と、を有するイオンフィルターの製造方法。

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