JP5987593B2 - 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状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状陽極電極から構成され、ストリップ状陰極電極には、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状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状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、上記ストリップ状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、周囲のストリップ状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状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状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状陰極電極、ストリップ状陽極電極、及びストリップ状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状陽極電極とし、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状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状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、ストリップ状陰極電極、ストリップ状陽極電極、及びストリップ状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、
板状の樹脂製基板を準備する工程と、
前記樹脂製基板の主面上において、前記樹脂製基板の少なくとも一辺に沿うように、複数の第１のストリップ状電極を一定の間隔で形成する工程と、
前記樹脂製基板の主面上において、前記複数の第１のストリップ状電極を覆う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、前記樹脂製基板における前記複数の第１のストリップ状電極上において、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、前記樹脂製基板の前記複数の第１のストリップ状電極上に残存する複数の前記めっき材を覆うように前記樹脂製基板の主面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状部分を覆い、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第２のストリップ状電極を形成する工程とを具え、
前記複数の第１のストリップ状電極からなるストリップ状陽極電極、前記複数の第２のストリップ状電極からなるストリップ状陰極電極、及び前記複数のめっき材からなる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状陽極電極となる複数の第１のストリップ状電極が形成された樹脂製基板の主面上に、複数のストリップ状電極を覆うようにして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、複数の第１のストリップ状電極上の領域において露光現像処理を施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、樹脂製基板の互いに直交する２つの方向において縦横に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、ストリップ状陽極電極である複数の第１のストリップ状電極と接触し、その配列パターンに対して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、ストリップ状陰極電極は、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、及びストリップ状陽極電極を構成する樹脂製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状部分を覆い、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状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、上記樹脂製基板は、ガス増幅を用いた放射線検出器においては不要な構成要素であるので、例えば絶縁材を形成した後、あるいは放射線検出器を完成させた後に、適宜除去することができる。但し、上記樹脂製基板は放射線検出器の使用する際に何ら妨げになるものではないので、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、ストリップ状陰極電極、ストリップ状陽極電極、及びストリップ状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樹脂製基板１１を準備する。この樹脂製基板１１は、汎用の樹脂基板から構成することができ、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂基板、ガラス繊維にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを硬化させたものなどから構成することができる。但し、樹脂性基板１１の材料成分及び構成については特に限定されるものではない。

次いで、図２に示すように、樹脂性基板１１の互いに平行であって相対向する一対の辺１１Ａ，１１Ｂに沿って複数のストリップ状電極１２を形成する。これら複数のストリップ状電極１２は、後に放射線検出器のストリップ状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、各ストリップ状電極１２の幅Ｐは、例えば１００μｍ〜２５０μｍの範囲で形成する。

上記複数のストリップ状電極１２は、所定のマスクを介しためっき法やＰＶＤ法、ＣＶＤ法などを用いて形成することができるが、一般には安価なめっき法を用いる。

樹脂製基板１１の主面及び裏面が長方形あるいは正方形以外の矩形状であって、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トリップ状電極１２を形成する。この場合、複数のストリップ状電極１２と非平行な部分が、樹脂製基板１１の残部中に含まれるようになるが、当該部分は、適宜切断して除去することができ、また、以下に説明するように、樹脂性基板１１自体を除去することができるので特に問題となることはない。

次いで、図３に示すように、複数のストリップ状電極１２を形成した後、樹脂製基板１１の裏面側に保護フィルム１３を貼付し、樹脂製基板１１の主面側に複数のストリップ状電極１２を覆うようにしてドライフフィルムレジスト１４を形成する。

保護フィルム１３は、樹脂製基板１１を以下に説明するような工程に従って加工する際に、樹脂製基板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１３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、樹脂製基板１１の硬度が高く、その結果、外傷を受けにくく、さらに化学的に安定で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１３を用いる必要はない。

ドライフィルムレジスト１４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１４の厚さｔ１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１４に対して露光現像処理を行い、ドライレジストフィルム１４の、樹脂製基板１１の複数のストリップ状電極１２上の領域において、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１４Ｏを形成する。

なお、ドライフィルムレジスト１４の貫通孔１４Ｏ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１４に形成した複数の円柱状の貫通孔１４Ｏに対してめっき処理を施し、これら貫通孔１４Ｏ内にそれぞれめっき材１５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１４Ｏ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１５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１５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１４を剥離して複数のめっき材１５を露出させた後、図７に示すように、樹脂製基板１１上に、露出した複数のめっき材１５を覆うようにして絶縁材１７を形成する。

絶縁材１７は、後に放射線検出器のストリップ状陽極電極及びストリップ状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１７の厚さｔ２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１７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１７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１７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１７との密着性が向上するように、例えば絶縁材１７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。

なお、この段階において、樹脂性基板１１は、目的とするガス増幅を用いた放射線検出器の必須の構成要素ではないので、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除去することができる。また、樹脂性基板１１は、目的とする上記放射線検出器が完成した後に除去することもできるし、放射線検出器の使用に際して妨げとならないので、そのまま残存させてもよい。本実施形態では、樹脂性基板１１は除去することなくそのまま残存させている。

次いで、図８に示すように、絶縁材１７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１５を中心とした複数の円形部分、及び樹脂製基板１１の辺１１Ｃに沿って配列した上記複数の円形部分の、隣接して配列された円形部分同士を等間隔Ｗで分断するように画定されたストリップ状部分を覆い、残部を露出させたマスク１８を形成する。

次いで、図９に示すように、マスク１８を介してめっき処理を行い、絶縁材１７上に、それぞれが複数のめっき材１５を中心とした複数の開口部２３Ｏを有する複数のストリップ状電極２３を形成する。

複数のストリップ状電極２３はそのまま複数のストリップ状陰極電極を構成し、上述したように、樹脂製基板１１上に形成した複数のストリップ状電極１２は複数のストリップ状陽極電極２１を構成する。また、めっき材１５は複数のストリップ状陽極電極２１から上方に延在し、複数のストリップ状陰極電極２３の開口部２３Ｏ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１７は、上述したように、複数のストリップ状陽極電極２１と複数のストリップ状陰極電極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。

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状陽極電極２１を構成する樹脂製基板１１上にドライフィルムレジスト１４を形成し、このドライフィルムレジスト１４の、複数のストリップ状電極１２の上方の領域に露光現像処理を施し、ドライフィルムレジスト１４を貫通して複数の円柱状の貫通孔１４Ｏを形成し、これら複数の貫通孔１４Ｏに対してめっき処理を施してめっき材１５で充填し、当該めっき材１５から複数のピクセル電極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１４Ｏ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１４Ｏ内にめっき処理によって充填しためっき材１５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１５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３０μｍ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１４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１４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 板状の樹脂製基板
１２ ストリップ状電極
１３ 保護フィルム
１４ ドライフィルムレジスト
１４Ｏ 円柱状の貫通孔
１５ めっき材
１７ 絶縁材
１８ 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 ストリップ状の陽極電極
２２ 絶縁層
２３ ストリップ状の陰極電極
２４ ピクセル電極

Claims (2)

1. 板状の樹脂製基板を準備する工程と、
   前記樹脂製基板の主面上において、前記樹脂製基板の少なくとも一辺に沿うように、複数の第１のストリップ状電極を一定の間隔で形成する工程と、
   前記樹脂製基板の主面上において、前記複数の第１のストリップ状電極を覆う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、前記樹脂製基板における前記複数の第１のストリップ状電極上において、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、前記樹脂製基板の前記複数の第１のストリップ状電極上に残存する複数の前記めっき材を覆うように前記樹脂製基板の主面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状部分を覆い、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第２のストリップ状電極を形成する工程とを具え、
   前記複数の第１のストリップ状電極からなるストリップ状陽極電極、前記複数の第２のストリップ状電極からなるストリップ状陰極電極、及び前記複数のめっき材からなる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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