JP5987591B2 - ガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法に関する。

ガス増幅を利用した放射線検出器として、ピクセル型の放射線検出器が用いられてきた。この放射線検出器は、例えば両面プリント基板の主面側の一方の配線層がストリップ陰極電極から構成され、裏面側の他方の配線層がストリップ陽極電極から構成され、ストリップ陰極電極には、一定間隔に開口部が形成されるとともに、開口部の中心には裏面のストリップ陽極電極と接続されている円柱状陽極電極、すなわちピクセル電極が形成されたような構成を採っている。

なお、放射線検出器は、例えばＡｒとエタンとの混合ガス中に配置される。また、ピクセル電極とストリップ陰極電極との間には所定の電圧が印加されている。

上記放射線検出器においては、所定の放射線が検出器内に入射すると、ガスが電離して電子を生成し、この電子は、上記ストリップ陰極電極と上記ピクセル電極との間に印加された高電圧、及び上記ピクセル電極の点電極としての形態（形状異方性）に起因して生成される強力な電場によって、電子雪崩増幅を引き起こす。一方、電子雪崩増幅によって生じた正イオンは、周囲のストリップ陰極電極に向けてドリフトする。

この結果、対象となるストリップ陰極電極及びピクセル電極に、それぞれ正孔と電子とがチャージされる。この電荷が生成されたストリップ陰極電極及びピクセル電極の位置を検出することによって、放射線の検出器における入射位置を特定することができ、放射線の検出が可能となる（特許文献１）。

このようなガス増幅を利用した放射線検出器の検出感度を増大させるためには、上述したストリップ陰極電極、ストリップ陽極電極、及びストリップ陽極電極と接続されているピクセル電極の高精細化を図る必要がある。

特許文献２には、ポリイミド樹脂の両面に銅箔を形成した両面プリント基板を作製した後、この両面プリント基板の裏面側の銅箔をパターニングしてストリップ陽極電極とし、さらに両面プリント基板の主面側から炭酸ガスレーザ光を照射して、主面側の銅箔から裏面側のストリップ陽極電極に至る貫通孔を形成し、さらに貫通孔内に銅めっきを行うことにより、当該貫通孔を銅で充填して上記ピクセル電極を形成し、その後、主面側の銅箔をパターニングしてストリップ陰極電極を形成して、ガス増幅を利用した放射線検出器を製造する技術が開示されている。

しかしながら、この技術では、ピクセル電極を形成するための貫通孔をレーザ光を用いて形成しているため、貫通孔の内壁面が粗れており、めっき法で貫通孔内に銅充填を行う場合において、貫通孔内に均一に銅充填を行うことができない。例えば、貫通孔内で銅が充填されない部分が生じたり、めっきが進行し過ぎて銅が針状に形成されてしまったりする場合があった。さらには、レーザ光のビーム径及び強度が両面プリント基板の主面側から裏面側に至るまでに均一ではないために、貫通孔の孔径が、主面側と裏面側とで異なる場合もある。

このため、均一かつ微細な大きさのピクセル電極を形成することができないという問題が生じ、また、針状に成長した銅は放射線検出器として使用する際の高電圧印加時において、放電の原因となるために、放射線検出器を安定して動作することができないという問題があった。

特開２００２−６０４７号 特開２００２−９０４６５号

本発明は、ストリップ陰極電極、ストリップ陽極電極、及びストリップ陽極電極と接続されているピクセル電極を有するガス増幅を利用した放射線検出器において、特にピクセル電極を均一かつ微細に形成して高精細化を図り、上記放射線検出器の検出感度を増大させることを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、
板状のメタル基板を準備する工程と、
前記メタル基板において、前記メタル基板の少なくとも一辺に沿うとともに、厚さ方向に貫通した複数のスロット状の貫通孔を等間隔で形成する工程と、
前記メタル基板の主面上において、前記複数のスロット状の貫通孔を埋設するようにしてドライフィルムレジストを形成する工程と、
前記ドライフィルムレジストを露光現像して、前記ドライフィルムレジストの、前記メタル基板における前記複数のスロット状の貫通孔の非形成領域において、前記一辺に沿った第１の方向、及び当該第１の方向と直交する第２の方向にそれぞれ配列されるように、前記ドライフィルムレジストを貫通して複数の円柱状の貫通孔を形成する工程と、
前記複数の円柱状の貫通孔に対してめっき処理を施し、前記複数の円柱状の貫通孔内にそれぞれめっき材を充填する工程と、
前記ドライフィルムレジストを剥離した後、前記メタル基板上において残存する複数の前記めっき材を覆うように前記メタル基板上全面に絶縁材を形成する工程と、
前記絶縁材上にドライフィルムレジストを形成した後に、露光現像し、前記複数のめっき材を中心とした複数の円形部分、及び前記複数の円形部分のうちの、前記第１の方向に隣接する円形部分同士を等間隔で分断するように画定されたストリップ部分を覆い、残部を露出させたマスクを形成する工程と、
前記マスクを介してめっき処理を行い、前記絶縁材上に、それぞれが前記複数のめっき材を中心とした複数の開口部を有する複数のストリップ電極を形成する工程とを具え、
前記複数のストリップ電極からなる複数のストリップ陰極電極、前記複数のスロット状の貫通孔が形成された前記メタル基板からなる複数のストリップ陽極電極、及び前記複数のめっき材からなる複数のピクセル電極を含むガス増幅を利用した放射線検出器を製造することを特徴とする、ガス増幅を利用した放射線検出器の製造方法に関する。

本発明によれば、後にガス増幅を利用した放射線検出器のストリップ陽極電極となる複数のスロット状貫通孔が形成されたメタル基板上にドライフィルムレジストを形成し、このドライフィルムレジストの、複数のスロット状貫通孔の非形成領域に露光現像処理を施し、ドライフィルムレジストを貫通して複数の円柱状の貫通孔を形成し、これら複数の貫通孔に対してめっき処理を施してめっき材で充填するようにしている。また、複数の貫通孔は、メタル基板に形成された複数のスロット状貫通孔の形成方向及び当該形成方向と直交する方向において形成されているので、上記めっき材も同様にして形成されることになる。

したがって、めっき材は、ストリップ陽極電極であるメタル基板と接触し、その配列パターンの構成、すなわち、ストリップ陽極電極を構成するメタル基板のストリップ残部と、平行かつ直交するように配列されていることからピクセル電極として使用することができる。

また、ドライフィルムレジストに形成した貫通孔は、当該ドライフィルムレジストに対して露光現像処理を行って形成したものである。このようにして形成した貫通孔は、その壁面が平滑であるとともに厚さ方向の径が均一であり、また微細化が容易である。このため、上述のような貫通孔内にめっき処理によって充填しためっき材は、大きさが均一であるとともに微細なものとすることができる。このため、本発明によれば、均一かつ微細にピクセル電極を形成することができ、その高精細化を図ることができる。

なお、ストリップ陰極電極は、上記ピクセル電極（めっき材）を覆うようにして絶縁材を形成し、この絶縁材上にドライフィルムレジストを形成した後に露光現像し、上記ピクセル電極（めっき材）を中心とした複数の円形部分、及びストリップ陽極電極を構成するメタル基板の残部の配列方向と直交する方向に配列した複数の円形部分の、隣接して配列された円形部分同士を等間隔で分断するように画定されたストリップ部分を覆い、残部を露出させたマスクを形成した後、このマスクを介してめっき処理を行って形成するようにしている。この結果、絶縁材上に、それぞれが複数のピクセル電極（めっき材）を中心とした複数の開口部を有する複数のストリップ陰極電極を形成することができる。

以上のように、本発明によれば、ピクセル電極を均一かつ微細に形成して高精細化を図ることができるので、検出感度の高いガス増幅を利用した放射線検出器を提供することができる。

なお、本発明の一例において、メタル基板に複数のスロット状の貫通孔を形成する際に、上記少なくとも一辺に沿った外縁部を残存させることが好ましい。

メタル基板に対して上記複数のスロット状貫通孔を、メタル基板を分断するようにして形成してしまうと、メタル基板の残部が互いに固定されずにフリーな状態となるため、それ以降の製造工程を実施するためには、メタル基板の残部を何らかの固定部材を用いて固定しなければならない。しかしながら、それ以降の製造工程では、ドライフィルムレジストの形成及びこのドライフィルムレジストに対する露光現像処理等の極めて高い精度が要求されるため、上述のような固定部材を用いた固定では、要求される精度を満足することができない場合がある。

したがって、本例に従い、メタル基板に複数のスロット状の貫通孔を形成する際に、上記少なくとも一辺に沿った外縁部を残存させることにより、ドライフィルムレジストの形成及びこのドライフィルムレジストに対する露光現像処理等の極めて高い精度を要求する製造工程を十分に行うことができるように、上記外縁部においてメタル基板の残部を固定することができる。

但し、上記外縁部は、ガス増幅を利用した放射線検出器においては必要ない部分であるので、例えば、上記メタル基板上に絶縁材を形成してメタル基板の残部が固定された後は、適宜切削等により除去することができるが、そのまま残存させてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、ストリップ陰極電極、ストリップ陽極電極、及びストリップ陽極電極と接続されているピクセル電極を有するガス増幅を利用した放射線検出器において、特にピクセル電極を均一かつ微細に形成して高精細化を図り、上記放射線検出器の検出感度を増大させることができる。

実施形態におけるガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法における工程図である。 実施形態におけるガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法における工程図である。 実施形態におけるガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法における工程図である。 実施形態におけるガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法における工程図である。 実施形態におけるガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法における工程図である。 実施形態におけるガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法における工程図である。 実施形態におけるガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法における工程図である。 実施形態におけるガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法における工程図である。 実施形態におけるガス増幅を用いた放射線検出器の製造方法における工程図である。

以下、本発明の特徴及びその他の利点について、発明を実施するための形態に基づいて説明する。

図１〜図９は、本実施形態のガス増幅を利用した放射線検出器の製造方法における工程図である。なお、これらの図においては、本実施形態における製造方法の特徴を明確にすべく、製造過程にある放射線検出器の一部を拡大して示している。

最初に、図１に示すように、主面及び裏面が矩形状（長方形あるいは正方形）であって、厚さ方向に垂直な断面積が均一な板状、すなわち四角柱形状のメタル基板１１を準備する。このメタル基板１１は、後に放射線検出器のストリップ陽極電極を構成するものであるため、電気的良導体の金属、例えば銅、金、銀、アルミニウム等から構成する。しかしながら、一般には安価であって、放射線検出器の電極材料として長年に亘って用いられ、高い信頼性を有する銅から構成する。

また、上述のように、メタル基板１１は後に放射線検出器のストリップ陽極電極を構成するものであるため、その厚さｔ１は、例えば１００μｍ〜５００μｍとする。

次いで、図２に示すように、板状のメタル基板１１の互いに平行であって相対向する一対の辺１１Ａ、１１Ｂに沿うとともに、厚さ方向に貫通するようにして複数のスロット状の貫通孔１１Ｈを形成する。複数のスロット状貫通孔１１Ｈは、これら貫通孔１１Ｈを形成した後のメタル基板１１の残部が上述したストリップ陽極電極を構成するため、一定の間隔ｐで形成する。なお、間隔ｐは、例えば１００μｍ〜２５０μｍの範囲で形成する。

また、貫通孔１１Ｈは汎用の技術、例えばイオンミリングのような物理エッチングやドライエッチング、ウェットエッチングなどのエッチング、あるいはレーザ加工等によって形成することができる。

メタル基板１１の主面及び裏面が非矩形状であって、相対向する一対の辺１１Ａ、１１Ｂが互いに非平行である場合は、いずれか一方の辺に沿うようにして複数のスロット状貫通孔１１Ｈを形成する。この場合、複数のスロット状貫通孔１１Ｈと非平行な部分が、メタル基板１１の残部中に含まれるようになるが、当該部分は、例えばメタル基板１１に複数のスロット状貫通孔１１Ｈを形成した後に適宜切断して除去することができる。

なお、本実施形態では、複数のスロット状貫通孔１１Ｈを形成する際に、一対の辺１１Ａ，１１Ｂと直交する辺１１Ｃに沿った外縁部１１１を残存させるようにしている。

メタル基板１１に対して複数のスロット状貫通孔１１Ｈを、メタル基板１１を分断するようにして形成してしまうと、メタル基板１１の残部が互いに固定されずにフリーな状態となるため、それ以降の製造工程を実施するためには、メタル基板１１の残部を何らかの固定部材を用いて固定しなければならない。しかしながら、それ以降の製造工程では、ドライフィルムレジストの形成及びこのドライフィルムレジストに対する露光現像処理等の極めて高い精度が要求されるため、上述のような固定部材を用いた固定では、要求される精度を満足することができない場合がある。

しかしながら、本実施形態では、メタル基板１１に複数のスロット状貫通孔１１Ｈを形成する際に、メタル基板１１の外縁部１１１を残存させるようにしているので、メタル基板１１の残部は外縁部１１１で固定されることになる。したがって、以下に説明するドライフィルムレジストの形成及びこのドライフィルムレジストに対する露光現像処理等の極めて高い精度を要求する製造工程を十分に行うことができる。

但し、外縁部１１１は、ガス増幅を利用した放射線検出器においては必要ない部分であるので、例えば、以下に説明するように、メタル基板１１上に絶縁材を形成してメタル基板の残部が固定された後は、適宜切削等により除去することもできるし、残存させてもよい。

次いで、図３に示すように、複数のスロット状貫通孔１１Ｈを形成した後、メタル基板１１の裏面側に保護フィルム１２を貼付し、メタル基板１１の主面側に複数のスロット状貫通孔１１Ｈを埋設するようにしてドライフフィルムレジスト１３を形成する。

保護フィルム１２は、メタル基板１１を以下に説明するような工程に従って加工する際に、メタル基板１１の裏面に対する損傷を防止するためのものであり、使用する薬液に対する溶解から保護するためのものである。このような保護フィルム１２としては、ポリイミドフィルムやＰＥＴフィルム等汎用の保護フィルムを用いることもできるし、安価なポリプロピレンフィルム等のようにポリオレフィン系のフィルムを用いることもできる。

また、メタル基板１１の硬度が高く、その結果、外傷を受けにくく、さらに薬液に対する耐性も高いような場合は、特に保護フィルム１２を用いる必要はない。

ドライフィルムレジスト１３は、例えば保護フィルム及び支持フィルムで感光性の樹脂層を狭持したような汎用のものを用いることができ、旭化成/SUNFORT、DuPont/MPF、日立化成/ファテック及びニチゴーモートン/NITなどを用いることができる。

なお、ドライフィルムレジスト１３の厚さｔ２は、後に形成するピクセル電極の高さを画定するものであるので、当該高さを考慮して決定するが、通常は数十μｍのオーダである。

次いで、図４に示すように、ドライレジストフィルム１３に対して露光現像処理を行い、ドライレジストフィルム１３の、メタル基板１１の複数のスロット状貫通孔１１Ｈの非形成領域、すなわちメタル基板１１の残部上において、一対の辺１１Ａ，１１Ｂに沿うとともに、これら一対の辺１１Ａ，１１Ｂと直交する方向１１Ｃに沿うようにして、複数の円柱状の貫通孔１３Ｈを形成する。

なお、ドライフィルムレジスト１３の貫通孔１３Ｈの径ｄ１は、後に形成するピクセル電極の径を画定するものであるので、当該径を考慮して決定するが、通常は数十μｍのオーダである。

次いで、図５に示すように、ドライフィルムレジスト１３に形成した複数の円柱状の貫通孔１３Ｈに対してめっき処理を施し、これら貫通孔１３Ｈ内にそれぞれめっき材１４を充填する。めっき処理は汎用の方法を用いることができ、例えば無電解めっきによって複数の貫通孔１３Ｈ内にめっき下地層（シード層）を形成した後、電解めっきを行うことによってめっき材１４を充填する。シード層がなくてもメタル基板に電解めっきを施せる。

めっき材１４は、後にピクセル電極を構成するので、電気的良導体の金属、例えば銅、金、銀、アルミニウム等から構成する。しかしながら、一般には安価であって、放射線検出器の電極材料として長年に亘って用いられ、高い信頼性を有する銅から構成する。

次いで、図６に示すように、ドライフィルムレジスト１３を剥離して複数のめっき材１４を露出させた後、図７に示すように、メタル基板１１上に、露出した複数のめっき材１４を覆うようにして絶縁材１６を形成する。なお、ドライフィルムレジスト１３の一部は、メタル基板１１に形成した貫通孔１１Ｈ内に残存し、貫通孔１１Ｈを介した電気的絶縁を担保するようにしている。

絶縁材１６は、後に放射線検出器のストリップ陽極電極及びストリップ陰極電極間を電気的に絶縁する絶縁層となるものであり、エポキシ樹脂を主成分とするポッティングレジンやトランスファーモールドレジン、さらには液状封止材、一括封止成形用テープ及び高耐熱コーティング材等のモールド樹脂を形成、又はエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂のシート状のプリプレグを貼付することによって形成する。なお、絶縁材１６の厚さｔ３は、通常は数十μｍから数百μｍのオーダである。

なお、上述のようにして形成した絶縁材１６は、必要に応じてプラズマ照射や加熱することによって乾燥させる。また、絶縁材１６の表面が凸凹であって、１０μｍオーダの表面粗さを有しているような場合は、適宜研磨処理を行って平滑にする。一方、絶縁材１６の表面には再度ドライフィルムレジストを形成するので、当該ドライフィルムレジストと絶縁材１６との密着性が向上するように、例えば絶縁材１６の表面を表面粗さが１μｍ程度となるように粗化処理を行ってもよい。

次いで、図８に示すように、絶縁材１６上に、上記同様にしてドライフィルムレジストを形成した後、露光現像処理を施し、複数のめっき材１４を中心とした複数の環状部分、並びに上記環状部分及びメタル基板１１の辺１１Ｃに沿って配列した上記複数の環状部分の、隣接して配列された環状部分同士を等間隔Ｗで分断するように画定されたストリップ部分を覆い、残部を露出させたマスク１７を形成する。

次いで、図９に示すように、マスク１７を介してめっき処理を行い、絶縁材１６上に、それぞれが複数のめっき材１４を中心とした複数の開口部２３Ｈを有する複数のストリップ電極２３を形成する。

複数のストリップ電極２３はそのまま複数のストリップ陰極電極を構成し、上述したように、メタル基板１１の残部は複数のストリップ陽極電極２１を構成する。また、めっき材１４は複数のストリップ陽極電極２１から上方に延在し、複数のストリップ陰極電極２３の開口部２３Ｈに上部が露出した複数のピクセル電極２４を構成する。さらに、絶縁材１６は、上述したように、複数のストリップ陽極電極２１と複数のストリップ陰極電極２３とを電気的に絶縁する絶縁層２２を構成する。この結果、目的とするガス増幅を用いた放射線検出器２０を得ることができる。

なお、メタル基板１１に形成された複数のスロット状貫通孔１１Ｈ内には、図４に示す工程において、ドライフィルムレジスト１３が埋設されている。したがって、メタル基板１１の残部からなる複数のストリップ陽極電極２１は、隣接するストリップ陽極電極２１同士がドライフィルムレジスト１３によって電気的に絶縁されており、それぞれのストリップ陽極電極２１は電気的に短絡することがない。このため、各ストリップ陽極電極２１は、放射線検出器２０の陽極電極として機能することができる。

なお、メタル基板１１の外縁部１１１はガス増幅を用いた放射線検出器２０において必要ない箇所であるので、適宜削除することもできるし、そのまま残存させることもできるが、本実施形態では残存させるようにしている。

本実施形態では、後にガス増幅を利用した放射線検出器２０の複数のストリップ陽極電極２１を構成するメタル基板１１上にドライフィルムレジスト１３を形成し、このドライフィルムレジスト１３の、複数のスロット状貫通孔１３Ｈの非形成領域、すなわちメタル基板１１の残部上に露光現像処理を施し、ドライフィルムレジスト１３を貫通して複数の円柱状の貫通孔１３Ｈを形成し、これら複数の貫通孔１３Ｈに対してめっき処理を施してめっき材１４で充填し、当該めっき材１４からピクセル電極２４を構成するようにしている。

上述した複数の円柱状の貫通孔１３Ｈは、その壁面が平滑であるとともに厚さ方向の径が均一であり、また微細化が容易である。このため、上述のような貫通孔１３Ｈ内にめっき処理によって充填しためっき材１４は、大きさが均一であるとともに微細なものとすることができる。したがって、めっき材１４からなるピクセル電極２４も大きさが均一であるとともに微細なものとすることができ、その高精細化を図ることができる。したがって、放射線検出器２０の検出感度を向上させることができる。

具体的には、ピクセル電極２４の径を２０μｍ以下であって、高さが５０μｍ以上の微細かつ高アスペクト比のピクセル電極２４を形成することができる。なお、ピクセル電極２４の径の下限値は、ドライフィルムレジスト１３に対する露光現像処理における光の回折限界によって決定されるものであり、使用する光源の波長に依存する。現状では、その下限値は１５μｍ程度である。一方、ピクセル電極２４を高精度に形成するための高さの限界は、使用する光源の強度及びドライフィルムレジスト１３の材料組成に依存するが、例えば１００μｍ程度である。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

１１ 板状のメタル基板
１１Ｈ スロット状の貫通孔
１２ 保護フィルム
１３ ドライフィルムレジスト
１３Ｈ 円柱状の貫通孔
１４ めっき材
１６ 絶縁材
１７ ドライフィルムレジストのマスク
２０ ガス増幅を用いた放射線検出器
２１ ストリップ陽極電極
２２ 絶縁層
２３ ストリップ陰極電極
２４ ピクセル電極

Claims (3)

1. 板状のメタル基板を準備する工程と、
   前記メタル基板において、前記メタル基板の少なくとも一辺に沿うとともに、厚さ方向に貫通した複数のスロット状の貫通孔を等間隔で形成する工程と、
   前記メタル基板の主面上において、前記複数のスロット状の貫通孔を埋設するようにしてドライフィルムレジストを形成する工程と、
   前記ドライフィルムレジストを露光現像して、前記ドライフィルムレジストの、前記メタル基板における前記複数のスロット状の貫通孔の非形成領域において、前記一辺に沿った第１の方向、及び当該第１の方向と直交する第２の方向にそれぞれ配列されるように、前記ドライフィルムレジストを貫通して複数の円柱状の貫通孔を形成する工程と、
   前記複数の円柱状の貫通孔に対してめっき処理を施し、前記複数の円柱状の貫通孔内にそれぞれめっき材を充填する工程と、
   前記ドライフィルムレジストを剥離した後、前記メタル基板上において残存する複数の前記めっき材を覆うように前記メタル基板上全面に絶縁材を形成する工程と、
   前記絶縁材上にドライフィルムレジストを形成した後に、露光現像し、前記複数のめっき材を中心とした複数の円形部分、及び前記複数の円形部分のうちの、前記第１の方向に隣接する円形部分同士を等間隔で分断するように画定されたストリップ部分を覆い、残部を露出させたマスクを形成する工程と、
   前記マスクを介してめっき処理を行い、前記絶縁材上に、それぞれが前記複数のめっき材を中心とした複数の開口部を有する複数のストリップ電極を形成する工程とを具え、
   前記複数のストリップ電極からなる複数のストリップ陰極電極、前記複数のスロット状の貫通孔が形成された前記メタル基板からなる複数のストリップ陽極電極、及び前記複数のめっき材からなる複数のピクセル電極を含むガス増幅を利用した放射線検出器を製造することを特徴とする、ガス増幅を利用した放射線検出器の製造方法。
2. 前記メタル基板に前記複数のスロット状の貫通孔を形成する際に、前記少なくとも一辺に沿った外縁部を残存させることを特徴とする、請求項１に記載のガス増幅を利用した放射線検出器の製造方法。
3. 前記ピクセル電極を構成する前記めっき材の直径が２０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のガス増幅を利用した放射線検出器の製造方法。

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