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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6481049
(24)【登録日】2019年2月15日
(45)【発行日】2019年3月13日
(54)【発明の名称】イオンフィルター及びイオンフィルターの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01J 47/06 20060101AFI20190304BHJP
H01J 9/02 20060101ALI20190304BHJP
【ＦＩ】
H01J47/06
H01J9/02 J
H01J9/02 Z
【請求項の数】6
【全頁数】25
(21)【出願番号】特願2017-554208(P2017-554208)
(86)(22)【出願日】2016年12月2日
(86)【国際出願番号】JP2016085947
(87)【国際公開番号】WO2017094896
(87)【国際公開日】20170608
【審査請求日】2018年5月7日
(31)【優先権主張番号】特願2015-235481(P2015-235481)
(32)【優先日】2015年12月2日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000005186
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
(74)【代理人】
【識別番号】110000486
【氏名又は名称】とこしえ特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】荒井 大輔
【審査官】
右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】
特表平1-502944（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表2001-508935（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表2011-517050（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特許第6027584（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】
国際公開第2006/115249（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第2002/0149305（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第2008/0283725（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
EVERAERTS, Pieter，Rate capability and ion feedback in GEM-detectors，Academiejaar 2005-2006，FACULTEIT INGENIERSWETENSCHAPPEN, UNIVERSITEIT GENT，pp.52-75
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｊ ４７／００
Ｇ０１Ｔ １／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガス電子増幅器を備えるガス検出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導電層パターンと、
前記絶縁性基材の他方主面に形成された第２導電層パターンと、
前記第１導電層パターンと前記第２導電層パターンとが形成された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、
前記絶縁性基材の一方主面が、前記ガス検出器における電子の移動方向の上流側に配置され、前記絶縁性基材の他方主面が、前記ガス検出器における電子の移動方向の下流側に配置され、
前記第１導電層パターンの線幅が、前記第２導電層パターンの線幅よりも太いイオンフィルター。
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導電層パターンと、
前記絶縁性基材の他方主面に形成された第２導電層パターンと、
前記第１導電層パターンと前記第２導電層パターンとが形成された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、
前記絶縁性基材の一方主面が、前記ガス検出器における電子の移動方向の上流側に配置され、前記絶縁性基材の他方主面が、前記ガス検出器における電子の移動方向の下流側に配置され、
前記第１導電層パターンの線幅が、前記第２導電層パターンの線幅よりも太いイオンフィルター。
【請求項2】
前記絶縁性基材の一方主面に形成された第１導電層パターンの線幅は１０μｍ以上、４０μｍ以下であり、前記絶縁性基材の他方主面に形成された第２導電層パターンの線幅は、前記第１導電層パターンの線幅の０．４倍以上０．９倍以下である請求項１に記載のイオンフィルター。
【請求項3】
前記貫通孔の第１導電層パターン側の第１開口部の面積は、前記貫通孔の第２導電層パターン側の第２開口部の面積よりも小さく、前記貫通孔を形成する前記第２導電層パターン側の内側面は前記絶縁性基材の主面に対して４０度以上８０度以下の角度を有する請求項１又は２に記載のイオンフィルター。
【請求項4】
前記イオンフィルターは、前記ガス電子増幅器に併設され、
前記絶縁性基材の他方主面が前記ガス電子増幅器側に配置される請求項１〜３の何れか一項に記載のイオンフィルター。
前記絶縁性基材の他方主面が前記ガス電子増幅器側に配置される請求項１〜３の何れか一項に記載のイオンフィルター。
【請求項5】
前記絶縁性基材の主面に沿う所定の単位面積に対する、前記貫通孔により形成される開口部の総面積の割合である、前記貫通孔の開口率は７０％以上である請求項１〜４の何れか一項に記載のイオンフィルター。
【請求項6】
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、を備えた基材を準備する工程と、
前記第２導電層の第２所定領域にエッチング液を作用させ、前記第２所定領域を除去することにより所定の第２線幅を有する第２導電層パターンを形成する工程と、
前記他方主面の側から第２導電層パターンの形成領域及び前記第２導電層の端部の外側領域にレーザーを照射する工程と、
少なくとも前記他方主面の側から前記第１導電層にエッチング液を作用させることにより、第１所定領域を除去して前記第２線幅よりも太い所定の第１線幅を有する第１導電層パターンを形成するとともに、前記端部の外側領域の前記第１導電層を除去する工程と、を有するイオンフィルターの製造方法。
前記第２導電層の第２所定領域にエッチング液を作用させ、前記第２所定領域を除去することにより所定の第２線幅を有する第２導電層パターンを形成する工程と、
前記他方主面の側から第２導電層パターンの形成領域及び前記第２導電層の端部の外側領域にレーザーを照射する工程と、
少なくとも前記他方主面の側から前記第１導電層にエッチング液を作用させることにより、第１所定領域を除去して前記第２線幅よりも太い所定の第１線幅を有する第１導電層パターンを形成するとともに、前記端部の外側領域の前記第１導電層を除去する工程と、を有するイオンフィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガス電子増幅器を備えたガス検出器に用いられるイオンフィルター及びイオンフィルターの製造方法に関する。【背景技術】
【0002】
放射線検出器の一つとしてガス検出器が知られている。このガス検出器に関し、そのガス電子増幅部にガス電子増幅器を用いたガス検出器が知られている（特許文献１）。【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００７−２３４４８５号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Sauli F et al. Ion feedback suppression in time projection chambers: Nuclear Instruments and Methods in Physics A, 2006, 560(2):269-277.
【非特許文献2】XIE Wen-Qing et al. Electron transmission efficiency of gating-ＧＥＭ foil for TPC. Chinese Physics C, 2012, Vol.36 No.4, p.339-343.
【非特許文献3】P. Gros et al. Blocking positive ion backflow using a ＧＥＭ ＧＡＴＥ: experiment and simulations. 3rd INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICRO PATTERN GASEOUS DETECTORS 1-6 JULY, 2013. Journal of Instrumentation・November 2013 Impact Factor: 1.4. doi:10.1088/1748-0221/8/11/C11023.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
この種のガス検出器は、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ガス電子増幅器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。発生した陽イオンはガス電子増幅器に設けられた貫通孔内部の電場の影響により、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、陽イオンは、ガス検出器の内部にガス電子増幅器の形状に依存した形状に集まって留まり、電場を生成する場合がある。例えば、ガス電子増幅器として電子増幅フォイルを用いる場合には、陽イオンは、電子増幅フォイルの形状である平板状の形状に集まって電場を生成する。陽イオンによって形成された電場は、ガス検出器が測定する電子の移動方向を変化させる。
このように、陽イオンによって形成された電場は、ガス電子増幅器が用いられたガス検出器の位置分解能を低下させるという、いわゆる陽イオン問題を生じさせる。
【0006】
この陽イオン問題に関し、従来は、ガス検出器の上流側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場合には、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、E×B effectによって電子の移動までもが妨げられると、位置分解能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、計測対象となる電子の透過率が低下することを抑制しつつ、陽イオンの進行を防ぐ手段が求められていた。
【0007】
ちなみに、非特許文献２（２００６年発行）は、同文献第２７０頁左欄項目２において、陽イオン問題について言及する。同文献第２７０頁左欄第３段落目には、“Ｉｏｎ ＧＡＴＥ（イオンゲート）”としてワイヤーを用いる事項が開示されている。同文献第２７２頁左欄下から２行目乃至同左欄第４行目には、イオン透過率が低下することと認めつつ、電子増幅器（ＧＥＭ）のうちの初段（最上流）の電子増幅器（ＧＥＭ）に低電圧（１０Ｖ程度）を印加して動作させる点が記載されている。非特許文献３（２０１２年発行）は、第３３９頁のＡｂｓｔｒａｃｔにおいて、ＴＰＣにおけるイオンフィードバックについて言及する。同文献３４０頁の右欄の項目２．１、同文献３４２頁の図５には、約１０Ｖの低電圧を印加した“Ｇａｔｉｎｇ ＧＥＭ（ゲイティングジェム）”についての記載がある。
非特許文献４（２０１３年発行）は、「ＧＥＭ ＧＡＴＥ（ジェムゲート）」を用いた陽イオンフィードバックの抑制に言及する。同文献のＡＢＳＴＲＡＣＴにおいては、非特許文献２においてＧＥＭがＧａｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ(ゲイティングデバイス)として用いられたことについて言及する。同文献第２ページ目の図２には、ＧＥＭ ＧＡＴＥの電圧を１０Ｖとしたときのイオン透過率を示す。同文献第５頁図６には、ＧＥＭの電圧を２０Ｖ以下にした場合が検討されている。
【0008】
本発明が解決しようとする課題は、計測対象となる電子の透過率が低下することを抑制しつつ、陽イオンの進行を防止するイオンフィルター及びその製造方法を提供することである。【課題を解決するための手段】
【0009】
[１]本発明は、ガス電子増幅器を備えるガス検出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導電層パターンと、前記絶縁性基材の他方主面に形成された第２導電層パターンと、前記第１導電層パターンと前記第２導電層パターンとが形成された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、前記絶縁性基材の一方主面が、前記ガス検出器における電子の移動方向の上流側に配置され、前記絶縁性基材の他方主面が、前記ガス検出器における電子の移動方向の下流側に配置され、前記第１導電層パターンの線幅が、前記第２導電層パターンの線幅よりも太い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。【0010】
[２]上記発明において、前記絶縁性基材の一方主面に形成された第１導電層パターンの線幅は１０［μｍ］以上、４０［μｍ］以下であり、前記絶縁性基材の他方主面に形成された第２導電層パターンの線幅を、前記第１導電層パターンの線幅の０．４倍以上０．９倍以下とすることにより上記課題を解決する。【0011】
[３]上記発明において、前記貫通孔の第１導電層パターン側の第１開口部の面積は、前記貫通孔の第２導電層パターン側の第２開口部の面積よりも小さく、前記貫通孔を形成する前記第２導電層パターン側の内側面は前記絶縁性基材の主面に対して４０度以上７０度以下の角度を有するように構成することにより上記課題を解決する。【0012】
[４]上記発明において、前記イオンフィルターは、前記ガス電子増幅器に併設され、前記絶縁性基材の他方主面側が前記ガス電子増幅器側に配置されるように構成することにより上記課題を解決する。【0013】
[５]上記発明において、前記絶縁性基材の主面に沿う所定の単位面積に対する、前記貫通孔により形成される開口部の総面積の割合である、前記貫通孔の開口率を７０％以上に構成することにより上記課題を解決する。【0014】
[６]他の観点において、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、を備えた基材を準備する工程と、前記第２導電層の第２所定領域にエッチング液を作用させ、前記第２所定領域を除去することにより所定の第２線幅を有する第２導電層パターンを形成する工程と、前記他方主面側から第２導電層パターンの形成領域及び前記第２導電層の端部の外側領域にレーザーを照射する工程と、少なくとも前記他方主面側から前記第１導電層にエッチング液を作用させることにより、前記第１所定領域を除去して前記第２線幅よりも太い所定の第１線幅を有する第１導電層パターンを形成するとともに、前記端部の外側領域の前記第１導電層を除去する工程と、を有するイオンフィルターの製造方法により、上記課題を解決する。【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、計測対象となる電子の透過率が低下することを抑制しつつ、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。【図面の簡単な説明】
【0016】
【発明を実施するための形態】
【0017】
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、ＩＬＤ(International Large Detector)測定器を構成する測定器の一つである中央飛跡検出器に適用した場合を例にして説明する。本実施形態のＩＬＤ測定器は、少なくとも中央飛跡検出器を備える。本実施形態では、中央飛跡検出器として、ガス検出器を用いることができる。さらに具体的に、本実施形態では、ガス検出器１００としてＴＰＣ（Time Projection Chamber）１００を用いる。本実施形態のＴＰＣ１００は、所定の高磁場下において荷電粒子を含む放射線の飛跡を測定し、放射線の飛跡から粒子の位置や運動量を測定する。本実施形態のＩＬＤには中央飛跡検出器が必要であり、その中央飛跡検出器にガス検出器１００が適用される。そのガス検出器１００の電子増幅部にガス電子増幅器２（ＧＥＭ：ガス増幅フォイル２）が設けられ、併せて、イオンフィルターがガス電子増幅器２（ＧＥＭ：ガス増幅フォイル２）に併設される。【0018】
図１は本実施形態におけるガス検出器を用いた中央飛跡検出器の一例としてのＴＰＣ（Time Projection Chamber）１００の構成図である。図１に示すように、本実施形態のＴＰＣ（Time Projection Chamber）１００は、イオンフィルター１と、ガス電子増幅器２と、検出電極３と、計測器４と、電極５と、ドリフト領域ＤＲとなる空間と、チャンバＣＢとを備える。ドリフト領域ＤＲはチャンバＣＢ内に形成される。本実施形態のＴＰＣ（Time Projection Chamber）１００では、検出用ガスで満たされたチャンバ内に荷電粒子を入射させると、荷電粒子がガス中を通過するときに起きるガス原子との光電効果により、チャンバ内のガス分子がイオン化される。荷電粒子によりイオン化されたガス分子が電子を放出する。ＴＰＣ（Time Projection Chamber）１００は、チャンバ内のガス分子がイオン化されたときに生じる電子に起因する電気信号を検出する。ドリフト領域ＤＲに入射した放射線（荷電粒子を含む、以下同じ）の飛跡に沿って、チャンバ内のガス分子のイオン化、つまり電子の放出が起きる。ガス検出器は、電子の位置を遂次検出することにより、荷電粒子の二次元の飛跡を追跡する。言い換えると、荷電粒子がチャンバ内に入射したときに起きた放射線とガスとの光電効果により一次電子が発生し、この一次電子が電場によってガス電子増幅器２（例えば電子増幅フォイル２）に到達すると増幅されて二次電子を放出する。ガス検出器は、二次電子の位置を遂次検出することにより、放射線の飛跡を追跡する。また、本実施形態のＴＰＣ１００は、放射線とガスとの光電効果によりガス原子から飛び出した一次電子をドリフトさせるドリフト領域を備え、放射線の飛跡の二次元の位置、さらには、二次元の位置のみならず三次元の位置を測定する。さらに、本実施形態のＴＰＣは、ドリフト領域ＤＲにおける粒子のドリフト時間を用いてＺ軸方向を含む三次元の飛跡を計算する。つまり、本実施形態のＴＰＣは、三次元飛跡検出機能を備えたガス検出器である。
【0019】
本実施形態のガス電子増幅器２は、荷電粒子を含む放射線とガス分子との光電効果によりガス分子をイオン化したときに生じた電子を、高電場において電子なだれ効果により増幅させる。このように電子を増幅させることにより、ガス原子をイオン化したときに生じた電子に起因する電気信号を正確に検出できる。検出電極３は、電気信号を正確に検出する。検出電極３は、検出した電気信号を計測器４に出力する。【0020】
計測器４は、検出電極３から取得した検出信号を用いて、入射した荷電粒子の飛跡（経時的な位置変化）を測定する。つまり、ＴＰＣ１００内を通過する荷電粒子の通過位置を測定する。計測器４は、ＴＰＣ１００に入射した荷電粒子の飛跡の測定結果を外部に出力する。ＴＰＣ１００に入射した荷電粒子の位置の計測データは、国際リニアコライダー（ＩＬＣ：International Linear Collider）実験に用いられる。ＩＬＣ実験では、ＴＰＣ１００などのガス検出器を含む複数の測定器から得られる測定値を総合して、観測対象となる粒子の存在を確認し、または観測対象となる粒子の性質を計測する。【0021】
本実施形態のガス検出器を用いたＴＰＣ１００は、少なくとも、イオンフィルター１と、ガス電子増幅器２と、検出電極３とを備える。本実施形態のＴＰＣ１００は、チャンバＣＢを備える。本例のＴＰＣ１００のチャンバＣＢ内には、イオンフィルター１と、ガス電子増幅器２と、検出電極３と、電極５とが設けられる。チャンバＣＢは、その内部に荷電粒子が移動する空間であるドリフト領域ＤＲを有する。図示しない一又は複数の電源は、これらに電力を供給する。本実施形態のＴＰＣ１００は、計測器４を備える。計測器４は、検出電極３から検出電極を取得する。【0022】
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、ＣＯ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＦ４、Ｃ４Ｈ１０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。
【0023】
電極５は、チャンバＣＢ内に電界を形成する。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。ＴＰＣ１００における、粒子の位置分解能の精度向上の観点から、電極５に加えて、電場形成用の電極(図示せず)を、チャンバＣＢの内側の側面に設けてもよい。電場形成用の電極は、ドリフト領域内に電子の移動方向に沿って複数設けることができる。ドリフト領域内に電場形成用の電極を設けることにより、検出電極３へ向かう方向に沿って電子をドリフト移動させることができる。チャンバＣＢの内側の側面に設けられた電場形成用の電極は、ドリフト領域の電場の崩れを抑制し、電場を均一に保つ。これにより、電場の崩れにより、ドリフト移動する際の電子の軌道が歪むことを防止できる。特に、ＩＬＣ−ＴＰＣのように、ドリフト領域の長さ（電子の移動方向に沿う長さ）が長く形成される場合には、ドリフト領域内の電場の均一性が崩れる(均一性が乱れる)傾向がある。このような場合であっても、電極５に加えて、電場形成用の電極をドリフト領域内に設けることにより、ドリフト領域内の電場の崩れを抑制して、電場を均一に保つことができる。
【0024】
ガス電子増幅器２は、電子を増幅させるＭＰＧＤ(Micro Pattern Gas Detector)の一種である。本実施形態において用いられるガス電子増幅器２としての電子増幅フォイル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。ガス電子増幅器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、電子は急激に加速される。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、ガス電子増幅器２は、ＧＥＭ：Gas Electron Multiplierとも呼ばれることがある。
【0025】
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。絶縁性基材の主面に沿う所定の単位面積に対する、電子増幅フォイル２の複数の貫通孔により形成される開口部の総面積の割合である、電子増幅フォイル２の貫通孔の開口率は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基材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。【0026】
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、検出信号を計測器４に送出する。計測器４は検出電極３から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、荷電粒子の位置や運動量の測定などに用いられる。【0027】
チャンバＣＢ内において、放射線とガスとの光電効果によりガス分子をイオン化したときに生じた電子eは、矢印で示す方向Ｄに沿ってドリフト移動する。その方向Ｄは、電極５から検出電極３へ向かう電子の移動方向Ｅに沿う方向である。電子の移動方向Ｅにおいて、電極５が配置された一方側が上流側であり、検出電極３が配置された他方側が下流側である。【0028】
続いて、本実施形態のイオンフィルター１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、ガス電子増幅器２の貫通孔の中央を通過し、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、陽イオンが例えば平板状の一群として長時間に渡ってドリフト領域ＤＲに滞在し、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。特に、本実施形態のＴＰＣ１００は、ＩＬＣ実験の要求から、ＩＬＣ−ＴＰＣ、つまり本実施形態のＴＰＣ１００では、電子の進行方向Ｅに沿って相対的に長いドリフト領域を備える。このため、ドリフト領域に逆流した陽イオンによってドリフト領域ＤＲの電場が歪められ、粒子の位置分解能が低下する傾向がある。ちなみに、ＩＬＣ実験においては、単に粒子の三次元位置を測定するだけではなく、発生の可能性が予測される各種の粒子の三次元位置を測定することが求められる。発生が予測される粒子の種類に応じて、その粒子の三次元位置測定に必要なドリフトの距離の長さが、ＩＬＣ−ＴＰＣの構造において備えるべきドリフト領域の長さとなる。このため、ＴＰＣ１００は、電子の進行方向Ｅに沿って、相対的に長いドリフト領域を備える。
【0029】
本実施形態のイオンフィルター１は、電子増幅に伴い発生した陽イオンがドリフト領域ＤＲ側（電子の移動方向とは逆方向）に移動しないように捕集する機能を有する。【0030】
本実施形態のイオンフィルター１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、を有する三層構造を備える。イオンフィルター１は、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を有する。【0031】
なお、ガス増幅フォイル２を示す「ＧＥＭ」という言葉を用いて、陽イオンフィードバックの抑制機能を有する部材を「ＧＥＭ ＧＡＴＥ（ジェムゲート）」と称する先行技術も見受けられる。しかし、「ＧＥＭ」は高電圧を印加することにより電子なだれ効果を起こさせる機能を有し、他方、「ＧＥＭ ＧＡＴＥ（ジェムゲート）」は低電圧を印加することにより、フィードバックしてくる陽イオンを捕獲する機能を有し、両者は技術な意義が異なる装置である。また、フィードバックイオンを捕獲する目的に利用されうるという点のみにおいては、「ＧＥＭ ＧＡＴＥ」と「イオンフィルター」は共通する側面もあるが、その具体的な構造は全く異なる。
イオンフィルターとＧＥＭとは、絶縁性基材の両面に導電層を備えるという「３層構造」である点は電子増幅器（ＧＥＭ）と共通するものの、両者の具体的な形態は大きく異なる。
表１に電子増幅器（ＧＥＭ）とイオンフィルターの基本構造の違いをまとめた。
【0032】
【表1】
【0033】
表１に示すように、イオンフィルターは、ＧＥＭに比して、厚さが薄く、開口径が大きく、開口率が大きい。このような形態のイオンフィルターをＧＥＭとして使用した場合には、その薄さ、線幅の細さから高電圧の印加に耐えられず（破壊されてしまう）、ＧＥＭとして機能することは不可能である。そもそも、厚さ２５μｍ以下のイオンフィルター１は、貫通孔に形成される高電場領域が小さいため、電子を増幅させることは論理上できない。他方、表１の形態のＧＥＭをイオンフィルターとして使用した場合には、その厚さ、開口率の低さから、計測対象となる電子の通過を抑制し、十分な検出精度を維持することが困難である。【0034】
図２Ａ及び図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂに基づいて、上記構成のイオンフィルター１の機能を説明する。本実施形態のイオンフィルター１は３層構造を備えているため、図２Ａに示すように、絶縁性基材の両面に形成された第１導電層と第２導電層の印加電圧を反転させることにより、イオンフィルター１はフィードバックする陽イオンをブロック（捕集）する。イオンフィルター１を、図２Ｂのようにドリフト領域に設置して低電圧（相対的に低い電圧、例えば５Ｖ−２０Ｖ程度）を印加することにより、信号となる電子は透過させ、フィードバックするイオンをブロックするゲートとして機能する。【0035】
図３Ａ及び図３Ｂは、イオンフィルター１をゲートとして機能させた場合における、イオンフィルター１近傍のイオンの動きを示す図である。図３Ａは、信号となる電子を通過させる「ゲートオープンモード」にてイオンフィルター１を機能させたときのイオンの動きを示す。図３Ｂは、陽イオンを捕獲する「ゲートクローズモード」にてイオンフィルター１を機能させたときのイオンの動きを示す。先述したように、フィードバックする陽イオンは平板状の形状に集まって移動するので、ＴＰＣ１００の制御タイミングを含む制御内容に基づいて予測された陽イオンディスクの位置に応じてイオンフィルター１のオープンモードとクローズモードを切り替えることができる。【0036】
本実施形態のイオンフィルター１の第１導電層には第１導電層パターンが形成され、第２導電層には第２導電層パターンが形成される。そして、絶縁性基材の一方主面側（第１導電層）が、ガス検出器１００における電子の移動方向の上流側に配置され、絶縁性基材の他方主面側（第２導電層）が、ガス検出器１００における電子の移動方向の下流側に配置されている。つまり、本実施形態では、ガス検出器１００における電子の移動方向の上流側に第１導電層パターンが配置され、ガス検出器１００における電子の移動方向の下流側に第２導電層パターンが配置される。【0037】
図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃは、本実施形態のイオンフィルター１の一例を模式的に示す図である。図４Ａは、本実施形態のイオンフィルター１の斜視図であり、図４Ｂは、本実施形態のイオンフィルター１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１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１の主面に沿う開口部３１を形成する。このリム２０は、ハニカム構造の絶縁性基材と、その絶縁性基材の一方主面上に形成された第１導電層パターンと、その絶縁性基材の他方主面上に形成された第２導電層パターンとからなる。貫通孔３０はリム２０に囲われており、リム２０は貫通孔３０の内壁の一部（上面側と下面側）を構成する。本実施形態の貫通孔３０の形状は平面視において六角形（多角形）である。本実施形態のイオンフィルター１は、いわゆるハニカム構造を有する。
【0038】
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]〜３００[μｍ]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、好ましくは４０［μｍ］以下、さらに好ましくは３５［μｍ］以下である。【0039】
ところで、本実施形態のイオンフィルター１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、計測対象となる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１として利用するためには、貫通孔の開口率が高く、かつ厚さが薄い構造であることが求められる。【0040】
発明者らが行ったシミュレーションによれば、電子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１として機能するためには、イオンフィルター１の貫通孔３０の開口率は６５％以上、好ましくは７０％以上、さらに好ましくは７５％以上であることが望ましいということがわかった。本実施形態において、貫通孔３０の開口率とは、絶縁性基材の主面に沿う所定の単位面積に対し、貫通孔３０が形成する開口部３１の総面積の割合である。開口率を算出するための単位面積は任意に定義できる。開口部３１は、イオンフィルター１の主面に沿う、絶縁性基材及び導電層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１は、いわゆるハニカム構造を有する。また、発明者らが行ったシミュレーションによれば、電子の移動を妨げないようにするため、イオンフィルター１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。更には、以下に示すように第１導電層パターンの線幅と第２導電層パターンの線幅とが特定の関係にあることが望ましいということがわかった。
【0041】
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１を提供する。本実施形態のイオンフィルター１は、電子を増幅するガス電子増幅器２としての電子増幅フォイル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１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。
【0042】
本実施形態では、イオンフィルター１を、電子の移動方向Ｅにおいて、ガス電子増幅器２よりも上流側（電極５が設けられた側，ドリフト領域ＤＲが設けられた側）に配置する。つまり、イオンフィルター１は、ガス電子増幅器２と電極５との間に配置する。イオンフィルター１をこのように配置することにより、ガス電子増幅器２において発生する陽イオン群を、イオンフィルター１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。【0043】
本実施形態のイオンフィルター１は、ＴＰＣ１００が備えるガス電子増幅器２に併設される。ガス電子増幅器２は、電子を増幅させるものであれば、平板状の電子増幅フォイル２であってもよいし、異なる構造であってもよい。【0044】
図４Ｃは、本実施形態のイオンフィルター１の、図４Ｂに示すIIＣ−IIＣ線に沿う断面図である。図４Ｃに示すように、本実施形態のイオンフィルター１は、絶縁性基材１１の一方主面に形成された第１導電層パターン１２と、他方主面に形成された第２導電層パターン１３とを備える。第１導電層パターン１２と第２導電層パターン１３は、予め設定された電位に印加される。また、図４Ｃに示すように、本実施形態のイオンフィルター１は、絶縁性基材１１の一方主面上に形成された第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２と、他方主面に形成された第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３とが異なるように構成される。具体的には、本実施形態では電子の移動方向（矢印Ｅ）の上流側になる第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２が、第２導電層パターンの線幅Ｗ１３よりも長くなるように構成されている。
【0045】
また、リム２０を構成する絶縁性基材１１の断面は、一方主面側の辺の長さが他方主面側の辺の長さよりも長い台形状に形成される。図４Ｃに示すように、第１導電層パターン１２は、絶縁性基材１１の一方主面上の全面に形成され、第２導電層パターン１３は、絶縁性基材１１の他方主面上の全面に形成される。第１導電層パターン１２は、貫通孔３０を有するハニカム形状の絶縁性基材１１の一方主面に対応した形状であり、第２導電層パターン１３は、貫通孔３０によるハニカム形状の絶縁性基材１１の他方主面に対応した形状である。【0046】
なお、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２が、第２導電層パターンの線幅Ｗ１３よりも長ければ、リム２０を構成する絶縁性基材１１の幅よりも短くても、長くても良い。つまり、第１導電層パターン１２は、絶縁性基材１１の一方主面の全面に形成することなく一部に形成しても良い。即ち、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２が、リム２０を構成する絶縁性基材１１の一方主面の幅よりも短くなるように形成しても良い。また、第１導電層パターン１２は、絶縁性基材１１の一方主面から貫通孔３０の中央側に向かってはみ出して形成してもよい。即ち、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２が、リム２０を構成する絶縁性基材１１の一方主面の幅よりも長くなるように形成しても良い。【0047】
一方、第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３は、貫通孔３０の開口率及び電子透過率を確保するため、リム２０を構成する絶縁性基材１１の他方主面の幅と同一であることが好ましい。即ち、本実施形態に示すように、貫通孔３０を有する絶縁性基材１１の他方主面の全面に第２導電層パターン１３が形成されていることが好ましい。【0048】
また、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２が、第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３よりも長ければ、これらとともにリム２０を形成する絶縁性基材１１の断面形状は台形状に限定されず、矩形状であっても良い。この場合、第１導電層パターン１２は、絶縁性基材１１の一方主面の一部に形成されることになる。【0049】
また、本実施形態のイオンフィルター１は、電子の移動方向（矢印Ｅ）上流側、即ち、絶縁性基材１１の一方主面側から見たときに、第２導電層パターン１３が第１導電層パターン１２に重なるように形成されている。特に、第２導電層パターン１３の全ての領域が、第１導電層パターン１２に重なるように（第１導電層パターン１２の領域に含まれるように）配置され形成されることが好ましい。【0050】
本実施形態のイオンフィルター１は、特に限定されないが、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２を、１０[μｍ]以上、４０[μｍ]以下とすることが好ましい。第１導電層パターン１２の剥離を防止する観点から第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２を１０[μｍ]以上とすることが好ましい。電子透過率を向上させる観点から第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２を４０[μｍ]以下とすることが好ましい。本実施形態では、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２を３５[μｍ]とする。さらに、本実施形態では、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２を３０[μｍ]とすることが好ましい。【0051】
第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３は、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２の０．４倍以上０．９倍以下であることが好ましい。第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３は、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２の０．５倍以上０．７倍以下であることが好ましい。第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３が、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２の０．４倍未満であると、構造上の強度を保つことができないからである。本実施形態のイオンフィルター１の厚さは、後述のとおり非常に薄い。この薄いシート状のイオンフィルター１は、その主面の位置(面の方向)を一定に保つために張力をかけつつモジュールに固定される。このため、イオンフィルター１には一定の張力が常にかかる。このように、所定の張力をかけてモジュールに固定した状態においては、２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３が、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２の０．４倍未満であると、イオンフィルター１の構造上の強度を保つことが難しくなる。第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２を最大値である４０［μｍ］とした場合を例にすると、第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３の下限値は、４０×０．３０＝１２［μｍ］、４０×０．４０＝１６［μｍ］となる。発明者らが行った剥離の発生に関するシミュレーションによれば、第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３が細くなるほど、第２導電層パターン１３が剥離する可能性が高くなることがわかった。本実施形態では、発明者らが行った剥離の発生に関するシミュレーションに基づいて、第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３を、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２の０．４倍以下とすることにより、第２導電層パターン１３が剥離することを抑制できる。同じく、第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３を、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２の０．３０倍以下とすることにより、第２導電層パターン１３が剥離することを抑制できる。他方、第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３が、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２の０．９倍を超えると、期待する効果を得られない。
【0052】
貫通孔３０の第１導電層パターン１２側の第１開口部の面積は、貫通孔３０の第２導電層パターン１３側の第２開口部の面積よりも小さい。貫通孔３０を形成する第２導電層パターン側の内側面は、絶縁性基材１１の主面（図４Ｃ中ｘｙ平面）に対して傾斜角αを有する。貫通孔３０の第２導電層パターン側の開口部の縁に沿って、傾斜角αは均一であることが好ましい。特に限定されないが、傾斜角αは４０度以上７０度以下とすることが好ましい。傾斜角αは５０°以上６９°以下であることが好ましい。【0053】
一例ではあるが、絶縁性基材１１の厚さが１２．５［μｍ］、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２が３５［μｍ］、第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３が２５［μｍ］であるときには、貫通孔３０の内側面の傾斜角αは６９°である。絶縁性基材１１の厚さが１５［μｍ］、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２が３５［μｍ］、第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３が１０［μｍ］であるときには、貫通孔３０の内側面の傾斜角αは５０°である。【0054】
本実施形態のイオンフィルター１において、第１導電層パターン１２の厚さｔｈ１，第２導電層パターン１３の厚さｔｈ２は特に限定されない。同じ厚さであってもよいし、異なる厚さであってもよい。さらに、第１導電層パターン１２の厚さｔｈ１，第２導電層パターン１３の厚さｔｈ２は、５．０[μｍ]以下であることが好ましい。特に限定されないが、本実施形態の第１導電層パターン１２，第２導電層パターン１３の厚さは、１〜４[μｍ]、さらに好ましくは３[μｍ]以下である。【0055】
本実施形態のイオンフィルター１において、第１導電層パターン１２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導電層パターン１３は、第１導電層パターン１２の表面部分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。【0056】
金は、その安定性において第１導電層パターン１２、第２導電層パターン１３に適している。アルミニウムは、その軽さにおいて第１導電層パターン１２、第２導電層パターン１３に適している。イオンフィルター１、ひいてはガス検出器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導電層パターン１２、第２導電層パターン１３に適している。剛性は、イオンフィルター１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導電層パターン１２、第２導電層パターン１３に適している。寸法安定性は、イオンフィルター１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導電層パターン１２、第２導電層パターン１３に適している。硬性は、イオンフィルター１の引っ張り強度の向上に貢献する。強度が高い材料や平坦性が高い金属を使用した場合、薄く、大きなフィルムをフレームなどに貼りつける際に容易に作業が行える。【0057】
アルミニウム、クロム、コバルト、ニッケルは、銅と比較して多重クーロンの散乱が小さいという観点において、第１導電層パターン１２、第２導電層パターン１３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ＩＬＤ測定器によっ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。【0058】
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導電層パターン１２、第２導電層パターン１３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。【0059】
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導電層パターン１２、第２導電層パターン１３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１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１の強度向上に貢献する。【0060】
本実施形態では、第１導電層パターン１２又は第２導電層パターン１３の何れか一方または両方ともを、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。【0061】
また、イオンフィルター１において、第１導電層パターン１２の表面をニッケルにより形成してもよい。また、イオンフィルター１において、第２導電層パターン１３の表面をニッケルにより形成してもよい。【0062】
本実施形態のガス電子増幅器（電子増幅フォイル）２を備えるガス検出器１００において、イオンフィルター１は、ガス電子増幅器２に併設される。そして、イオンフィルター１を構成する絶縁性基材１１の他方主面は、ガス電子増幅器（電子増幅フォイル）２側に配置され、その絶縁性基材１１の一方主面は電極５側に配置される。他方主面に形成された第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３は、一方主面に形成された第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２よりも短く構成される。なお、ガス電子増幅器２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。【0063】
ところで、イオンフィルター１の貫通孔３０を通過する電子は、貫通孔３０の内部に形成された電場に従い、貫通孔３０の中央に集められ、所定の方向（図１に示す矢印Ｅの方向）に沿って貫通孔３０を通過する。ガス分子が存在しなければ、電子は貫通孔３０の内部の電場方向に従いドリフトするので、絶縁性基材１１に電子が吸収されることなく、理想的な電子透過率を実現できる。しかし、実際には、ガス分子が存在するため、電子はガス分子と衝突し、電場には従うものの、電場の方向（図中矢印Ｅで示す）とは略垂直方向成分への移動を伴いながら貫通孔３０を通過する。つまり、電子は、ガス分子との衝突により生じる挙動を含んだ電子ドリフト軌道を描いて貫通孔３０を通過する。つまり、電子の軌道は、電場の方向Ｅと平行ではない場合がある。このとき、電子が貫通孔３０の内壁を構成する絶縁性基材１１に接近すると、電子が絶縁性基材１１に吸収される場合がある。電子が絶縁性基材１１に吸収されると、検出電極３に到達する電子が減少し、電子透過率が低下するという問題がある。
【0064】
図５Ａに、本実施形態のイオンフィルター１の貫通孔３０を通過する電子ｅの挙動モデルを模式的に表現した。電子ｅは、貫通孔３０を通過する際に、ドリフトしながら電場の方向（図中矢印Ｅで示す）に沿って移動する。本実施形態の貫通孔３０の内壁面は、絶縁性基材１１の厚さ方向（電場の方向でもある）に対して傾斜している。本実施形態の貫通孔３０の開口部の幅（大きさ）は、電場の方向（矢印Ｅ）の上流側から下流側に向かって徐々に拡大する。このため、電子ｅが、電場の方向（図中矢印Ｅで示す）とは異なる方向へ移動しても、絶縁性基材１１に接触する確率は低減される。【0065】
ちなみに、この電子の挙動モデルは、ポリイミド製の絶縁性基材１１の厚さが１２〜２５［μｍ］、第１導電層パターン１２の厚さが１２［μｍ］、第２導電層パターン１３の厚さが１２［μｍ］、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２が３５［μｍ］、貫通孔３０の傾斜角αが５０°〜６０°のイオンフィルター１を想定した。また、ＩＬＣ実験におけるＴＰＣの試験環境を、以下の条件で想定した。使用ガス：Ar-CF4-isoC4H10（95:3:2）
ωτ＞１０
ドリフト電場：230V/cm
磁場：3.5T
【0066】
比較のために、図５Ｂに、内径が共通する寸胴の貫通孔３０を通過する電子ｅの挙動を模式的に表現した。先述したように、電子ｅは、貫通孔３０を通過する際に、ドリフトしながら電場の方向（図中矢印Ｅで示す）に沿って移動する。本実施形態の貫通孔３０の内壁面は、絶縁性基材１１の厚さ方向に対して平行である。この貫通孔３０の開口部の幅は、電場の方向（矢印Ｅ）の上流側から下流側に向かって等しい。このように、電子ｅが電場の方向とは略垂直方向成分への移動を伴いながら貫通孔３０を通過する場合には、図５Ａに示す本実施形態に比べて、絶縁性基材１１に接触する確率は高くなる。
【0067】
上述した課題に対し、本実施形態のイオンフィルター１では、電子増幅フォイル２側に配置された絶縁性基材１１の他方主面の第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３を、電極５側に配置された絶縁性基材１１の一方主面の第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２よりも短く構成する。【0068】
本実施形態では、電子の移動方向（矢印Ｅ）を基準として、下流側の第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３を上流側の第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２よりも短くすることにより、貫通孔３０の内壁面を構成する絶縁性基材１１と電子との距離を大きくできるので、電子が絶縁性基材１１に吸収されることを低減できる。この結果、計測対象となる電子の透過率を維持乃至向上させることができる。併せて、印加された第１導電層パターン１２及び第２導電層パターン１３を有するイオンフィルター１は、電子増幅フォイル２において発生した陽イオンが電極５側に移動することをも防止する。【0069】
以上のとおり、本実施形態のように、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２が、第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３より長くなるように構成した方が、第１導電層パターン１２の線幅Ｗ１２と第２導電層パターン１３の線幅Ｗ１３とを同一とする場合よりも、電子透過率を向上させ、検出精度をも向上させることができる。【0071】
まず、図６（Ａ）に示すように、板状の絶縁性基材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。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]〜２５[μｍ]の基材１０Ａを用いる。本実施形態では、厚さが１２．５[μｍ]のポリイミド製の絶縁性基材１１Ａを用いる。【0072】
導電層１２Ａの厚さｔｈ１と導電層１３Ａの厚さｔｈ２は同じであってもよいし、異なる厚さであってもよい。特に限定されないが、本実施形態では、導電層１２Ａの厚さと導電層１３Ａの厚さは１[μｍ]以上であり、１５[μｍ]未満の基材１０Ａを用いる。本実施形態では、銅製の導電層１２Ａの厚さｔｈ１が３[μｍ]以上であり、銅製の導電層１３Ａの厚さｔｈ２が３[μｍ]以下のものを用いる。【0073】
なお、図６（Ａ）において示す絶縁性基材１１Ａは、イオンフィルター１の絶縁性基材１１に対応し、導電層１２Ａはイオンフィルター１の第１導電層パターン１２に対応し、導電層１３Ａはイオンフィルター１の第２導電層パターン１３に対応する。【0074】
本実施形態では、相対的に線幅が細い第２導電層パターン１３を先に形成する。そのため、図６（Ｂ）には、図６（Ａ）に示す基材１０Ａの天地を逆にして示す。
図６（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１３Ａの所定領域を除去して所定パターンの第２導電層パターン１３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２導電層パターン１３の線幅Ｗ１２を、１０[μｍ]〜４０[μｍ]の範囲の４０％以上、９０％以下に形成することが好ましい。つまり、４．０[μｍ]以上、３６[μｍ]以下に形成することが好ましい。
【0075】
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６（Ｃ）に示すように、第２導電層パターン１３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２導電層パターン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。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。
【0076】
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６（Ｂ）に示す状態の基材１０Ａをエッチング液に浸漬すると、第１導電層パターン１２及び導電層１３Ａ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。【0077】
また、図６（Ｃ）に示すように本実施形態の製造方法においては、ポリイミドなどの絶縁性基材１１の実際の除去工程では、除去部分との境界面にテーパーをつけている。これは例えば、ＵＶ−ＹＡＧレーザーの出力を強くして、照射時間を短くする、又は、出力を弱くして、照射時間を長くすることにより、絶縁性基材１１の主面（図４Ｃのｘｙ面）に対する傾斜角αが任意のテーパー面を形成することができる。本実施形態では、貫通孔３０の内側面の、絶縁性基材１１の主面（図４Ｃのｘｙ面）に対する傾斜角αが４０°以上８０°度以下の角度となるようにレーザーの出力強度、照射時間を調整する。【0078】
プラズマデスミヤ処理などのデスミア処理を実施する。デスミア処理の手法は、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。【0079】
最後に、所定領域に対応する、絶縁性基材１１の他方主面に形成された導電層１２Ａを、エッチング液を用いて除去して第１導電層パターン１２を形成する。エッチング液は、導電層１２Ａの材料に応じて適宜に選択できる。第１導電層パターン１２が銅製である場合には、硫酸と過酸化水素の混合液を使用する。本処理において、エッチング液は、他方主面（第２導電層パターン１３）の側から作用させる。また、貫通孔の領域に対応する導電層１２Ａ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）から作用させてもよい。貫通孔の領域に対応する導電層１２Ａの領域は、他の領域に比べて二倍の速さで除去される。【0080】
その結果、図６（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１を得ることができる。【0081】
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の太さが４０[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。【0082】
本実施形態の製造方法によれば、既知のフォトリソグラフィ技術を用いたエッチングは一方主面側のみにしか行わず、他方主面側は既知のフォトリソグラフィ技術を用いずにエッチングを行うので、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１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７０％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。なお、発明者らが製造した１００ｍｍ ｘ １００ｍｍ size 乃至１７０ｍｍ ｘ ２２０ｍｍ sizeのイオンフィルター１は、電子透過率８０％を達成した。【0083】
実施形態のイオンフィルター１の製造方法によれば、電子の移動及びその軌道に影響を与えることなく、陽イオンの移動を抑制できる構造のイオンフィルター１を提供できるとともに、併せて製造コストを低減できる。【0084】
上記製造方法の別の態様として、絶縁性基材１１Ａをレーザーにより除去し、デスミア処理をした後の工程を、エッチングレジストを形成する以下の工程に置き換えてもよい。【0085】
デスミア処理をした後に、絶縁性基材１１Ａの導電層１２Ａの表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１２Ａの表面の全体を覆うものである。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１２Ａ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。【0086】
別の態様の製造方法によっても、エッチングは一方主面側のみからしか行わないので、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。【0087】
以下、他の態様の製造方法について説明する。図７Ａは、本実施形態のイオンフィルター１が適用可能なＩＬＤ測定器（ＩＬＤ）の概要を示す。ＩＬＤ測定器（ＩＬＤ）は、バーテックス（Vartex）検出器（ＶＴＸ）、ガス検出器１００（ＴＰＣ）、カロリーメータ（ＥＣａｌ，ＨＣａｌ）を備える。ＩＬＤ測定器（ＩＬＤ）はミューオン検出器を含んでもよい。ＩＬＤ測定器（ＩＬＤ）はビームパイプ（ＢＰ）を軸とする円筒の外形を有する。その内部には、磁場を形成するコイル（ＣＯ）を備える。
【0088】
同図に示すように、本実施形態のイオンフィルター１が設置されるＴＰＣ１００（中央飛跡検出器）は円筒形状であり、その内部のマルチ・モジュール（ＭＭＤ）の構成の一例を図７Ｂに示す。図７Ｂに示すマルチ・モジュール（ＭＭＤ）の長さは４ｍ〜６ｍ、例えば４ｍ程度である。ＩＬＣ実験に用いられるＴＰＣ１００は、測定対象となる粒子との関係から、直径（φ）が２ｍ〜４ｍ、例えば２ｍと非常に広い面積の読み出し領域が要求される。ＩＬＣ−ＴＰＣでは、図７Ｂに示すような、マルチ・モジュール方式を採用し、約１７０ｍｍ×２２０ｍｍサイズの扇形の単位モジュール（たとえば図７ＢにＭＤで示す部分）を複数並べることにより、広い面積の読み出し領域を実現(提供)する。【0089】
ちなみに、先述したように、イオンフィルター１は、絶縁性基材１１の両面に第１導電層パターン１２及び第２導電層パターン１３を持つ、開口率の高い多数の貫通穴が形成された板状の部材である。本実施形態のイオンフィルター１は、従来のワイヤーによる陽イオンゲート装置に比べ、フィルタ型（薄板形状）であることから高磁場中でのExB effectを抑制でき、位置分解能低下を抑制できる。また、ＧＥＭのようなフオイル型の電子増幅器を採用したマルチ・モジュール方式のガス電子増幅機構においては、フィルム型のイオンフィルター１はモジュールへの組み込みが容易である。イオンフィルター方式の陽イオンゲート装置においても、ワイヤー方式の陽イオンゲート装置においても、検出精度を向上させる観点から一定のテンションを掛けた状態で設置し、その状態を維持する必要がある。イオンフィルター方式の機構一式は、ワイヤー方式の機構一式に一定のテンションを掛けた状態で設置・維持するために必要な複雑な機構を必要としない。本実施形態のイオンフィルター１を用いることにより、それが配置されるＴＰＣ１００の不感領域の発生を抑制し、検出精度を維持できる。【0090】
このように、マルチ・モジュール方式を採用するＴＰＣ１００においては、フィルタ型（薄板形状）のイオンフィルター１を採用することが特に好ましい。ただし、ＴＰＣ１００のマルチ・モジュールＭＭＤにおいて、一のモジュールＭＤと他のモジュールＭＤとの境界に関し、マルチ・モジュールＭＭＤの半径rφ方向の境界については特に厳しい制約がある。ＩＬＣ−ＴＰＣの測定精度の要求から、半径rφ方向に沿うモジュールＭＤ間の境界は無い（境界幅がゼロ）ことが好ましくい。【0091】
マルチ・モジュール（ＭＭＤ）を構成する単位モジュール（ＭＤ）に組み込まれるイオンフィルター１の一例を図７Ｃに示す。イオンフィルター１の第１導電層パターン１２及び第２導電層パターン１３の端部１２Ｅ，１３Ｅは、上側端部ＵＦ、下側端部ＬＦ、右側フレームＲＳＦ、及び左側フレームＬＳＦの外側の境界に対応する。半径rφ方向に沿うモジュールＭＤ間の境界を構成するのは、右側フレームＲＳＦと左側フレームＬＳＦである。モジュールとして隣接するイオンフィルター１はそもそも別体であるので、モジュールの間隔を小さくするためには、各イオンフィルター１の右側フレームＲＳＦと左側フレームＬＳＦの幅、つまり、イオンフィルター１の右端（又は左端）から第１導電層パターン１２、第２導電層パターン１３の右端（又は左端）までの距離を小さくすることが求められる。【0092】
発明者らは、位置分解能の維持の観点から検討及びシミュレーションを行い、右側フレームＲＳＦ及び左側フレームＬＳＦの幅は５０μｍ以下であることが好ましいという結論を得た。しかし、本実施形態のイオンフィルター１のリム２０の幅（導電層パターンの線幅）は３５μｍと非常に細く、これと同じくらいに、右側フレームＲＳＦ及び左側フレームＬＳＦの幅を５０μｍ以下とすることは容易ではない。イオンフィルター１はＴＰＣ１００のドリフト領域（電場）を形成するため、特に、上流側に配置されるイオンフィルター１の一方主面側にポリイミドが露出することは避けなければならない。もしも、イオンフィルター１のポリイミドが露出した場合には、ドリフト領域に形成された電場が乱れ、ＴＰＣ１００の位置分解能の低下を招くことになる。つまり、イオンフィルター１の端部においては、ポリイミドを露出させることなく、右側フレームＲＳＦ及び左側フレームＬＳＦの幅を細くすることが求められる。その際に、右側フレームＲＳＦ及び左側フレームＬＳＦの幅は５０μｍ以下であることが好ましい。【0093】
ところで、本実施形態のイオンフィルター１はフォトリソグラフィ技術を用いて製造されることから、図８に示すように、両面銅貼基板（CCL: Copper Clad Laminate）などの基盤１０Ａ上に形成されるので、最終的にはイオンフィルター１を基板１０Ａから切り抜かなければならない。同図に示す例では、イオンフィルター１を型抜くために、イオンフィルター１の周囲の金属層（銅層）が除去されるので、絶縁性基材１１がイオンフィルター１の第１及び第２導電層パターン１２，１３の端部１２Ｅ，１３Ｅを取り囲むように露出させている。【0094】
イオンフィルター１を基板１０Ａから切り抜く切断処理の二つの例を図９Ａ及び図９Ｂに示す。本実施形態の製造方法との対比をしやすくするために、図６（Ｂ）−（Ｄ）及び図１０（Ａ）−（Ｃ）に倣い、第２導電層１３Ａを図中上側に示した。イオンフィルター１を基板１０Ａから切り抜く処理として、図９Ａに示すように、露出している（金属層が取り除かれている）絶縁性基材１１（たとえばポリイミド材）を切断する手法がある。絶縁性基材１１を切断する具体的な切断手段７０としては、レーザー（７０）や金型・カッター（７０）などを用いることができる。しかし、この手法では、切断手段７０のいかんに関わらず、先述のイオンフィルター１表面におけるポリイミドなどの絶縁性材料の露出を避けることができない。
【0095】
他の切断手法を図９Ｂに示す。図９Ｂのように、第１導電層１２Ａ（又は第２導電層１３Ａ）から切断する手法によれば、絶縁性基材１１の材料（たとえばポリイミド）を露出させることなく切断することができるが、イオンフィルター１の絶縁性基材１１の厚さは１２．５μｍ程度と薄いため、金型やカッター（７０）で切断した場合は、イオンフィルター１の第１導電層１２Ａ及び第２導電層１３Ａの銅箔が切断時に延ばされ、延びた銅箔が短絡を引き起こす可能性がある。また、レーザー（７０）で切断加工した場合には、銅箔の伸びは発生しないが、レーザーの熱（燃焼）で生じた炭素が絶縁性基材１１の側面に付着し、その炭素が短絡を引き起こす危険性がある。さらに、図９Ａ及び図９Ｂに示す切断加工を実施する場合には、機械精度はもとより、材料の変形や凹凸、加工時の平面度（平滑度）など被切断材料（イオンフィルター１）に起因する加工精度の低下を考慮する必要がある。厚さが３５μｍ程度であり、貫通孔が形成され、主面における開口率が８０％である本実施形態のイオンフィルター１を、精度良く、その周囲のフレームの幅が５０μｍ以下となるように基材１０Ａから切り抜くことは極めて困難である。
【0096】
本実施形態の製造方法は、絶縁性基材１１を除去する工程と、導電層１２Ａ、１３Ａをエッチング（除去）する工程とを含む方法により、絶縁性基材（及びその材料、例えばポリイミド）を露出させずに、幅が５０μｍ以下の右側フレームＲＳＦ，左側フレームＬＳＦを有するイオンフィルター１を提供する。しかも、本製造方法は、右側フレームＲＳＦ，左側フレームＬＳＦの幅についての寸法誤差が＋／−１０μｍという高レベルの寸法精度を実現する。【0097】
まず、基材１０Ａにイオンフィルター１を形成する。イオンフィルター１は、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に基づいて先に説明した製造方法を用いて作成する。本実施形態の製造方法の概要を説明する。なお、具体的な内容は、前述の説明を援用する。図６（Ａ）に示すように、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１２Ａと、絶縁性基材１１の他方主面に形成された第２導電層１３Ａと、を備えた基材１０Ａを準備する。いわゆる両面銅貼基板を準備する。
【0098】
図６（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、ハニカム模様などの所定のパターンを第２導電層１３Ａにパターニングし、第２導電層１３Ａの第２所定領域にエッチング液を作用させ、第２所定領域を除去することにより所定の第２線幅を有する第２導電層パターン１３を形成する。エッチングにより除去された領域が貫通孔３０、開口部３１を形成し、残された領域がリム２０を構成する（図４Ａ−図４Ｃを参照）。【0099】
次に、レーザー照射を行う。図１０（Ａ）及び図６（Ｃ）に示すように、他方主面側からレーザー光を照射する。別々の図面を用いて説明するが、本製造方法では、少なくとも二つの領域にレーザー光を照射する。本実施形態の製造方法では、（１）第２導電層パターン１３の形成領域、及び（２）第２導電層１３Ａの端部１３Ｅに沿うその外側領域Ｑに、レーザーを照射する。第２導電層パターン１３の形成領域と外側領域とは連続しているので、イオンフィルター１が形成された基材１０Ａの全体にレーザーを照射するようにしてもよい。レーザーの照射により、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。レーザーにより除去された領域が後工程を経て貫通孔３０、開口部３１を形成し、残された領域が後工程を経てリム２０を構成する（図４Ａ−図４Ｃを参照）。また、このレーザーの照射工程により、外側領域Ｑにおいて露出されている絶縁性基材１１が除去される。本処理の後の基材１０Ａの端部を図１０（Ｂ）に示す。なお、この工程は、第２導電層パターン１３を形成した後であれば、第２導電層パターン１３の形成処理の直後に行ってもよいし、第１導電層パターン１２を形成した後に行ってもよい。
【0100】
その後、図６（Ｃ）に示すように、少なくとも他方主面側（第２導電層１３Ａ側）から、その裏面側に形成された第１導電層１２Ａにエッチング液を作用させることにより、第１所定領域を除去して第２線幅よりも太い所定の第１線幅を有する第１導電層パターン１２を形成する。これとともに、エッチング液を作用させた、基材１０Ａの端部において、端部１３Ｅの外側領域Ｑの第１導電層１２Ａを除去する。端部１３Ｅの外側領域Ｑの第１導電層１２Ａが除去された基材１０Ａを図１０（Ｃ）に示す。発明者らの実験によれば、半径ｒφ方向に沿う右側フレーム／左側フレームの幅（太さ）が４５μｍのイオンフィルター１を得ることができた。しかも、繰り返しの実験において、寸法誤差が＋／−１０μｍであった。
【0101】
このように、イオンフィルター１を最終的に基材１０Ａから切り出す切断工程において、絶縁性基材１１を除去する工程と、導電層１２Ａ、１３Ａをエッチング（除去）する工程とを組み合わせることにより、絶縁性基材１１（及びその材料、例えばポリイミド）を露出させることなく、幅が５０μｍ以下の右側フレームＲＳＦ，左側フレームＬＳＦを有するイオンフィルター１を提供できる。ＴＰＣ１００の検出精度の観点から、複数のモジュールに利用される複数のイオンフィルター１を均質に製造することが求められる。本実施形態の製造方法によれば、寸法精度が＋／−（プラス又はマイナス）１０μｍという高レベルの寸法精度でフレーム幅が５０μｍ以下のイオンフィルター１を製造できる。しかも、イオンフィルター１の第１及び第２導電層パターン１３，１２の形成工程における、レーザー照射工程、及びエッチング工程を利用して切断工程を行うので、新たな工程を追加することなく上記効果を得ることができる。【0102】
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。【符号の説明】
【0103】
１００…ガス検出器、ＴＰＣ１…イオンフィルター
１１…絶縁性基材
１２…第１導電層パターン
１２Ａ…第１導電層
１３…第２導電層パターン
１３Ａ…第２導電層
２０…リム
３０…貫通孔
２…ガス電子増幅器、電子増幅フォイル
３…検出電極
４…計測器
５…電極
ＣＢ…チャンバ
ＤＲ…ドリフト領域
Ｅ…電子の移動方向