なだれ粒子検出器の増倍ギャップを製作する方法
【解決手段】本発明は、２つの平行電極が誘電体スペーサ要素によって間隔を置いて配置された、なだれ粒子検出器の増倍ギャップを製作するための改良された方法に関する。２つの互いに平行な金属電極に挟まれた誘電材料からなるバルク層を含む箔が用意され、金属層の１つにフォトリソグラフィによって孔が形成される。次いで、金属層の１つに形成された孔を通して、バルク材料の注意深く制御されたエッチングにより、バルク層内に増倍ギャップが形成される。本発明は簡単化された製作プロセスを提供するだけでなく、空間分解能およびエネルギー分解能が向上された検出器をもたらす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの薄い金属層の間に挟まれた誘電体層をエッチングすることによってなだれ粒子検出器の増倍ギャップを製作するための新規な技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子検出器は、放射線または粒子を検出、追跡、および／または識別するための装置であり、粒子物理学、生物学、および医学技術の全体にわたる広い用途がある。
【０００３】
マイクロメガス検出器は、ガスを含む平行板なだれ検出器であり、電離入射粒子は、微細メッシュのカソード板と電荷収集アノード板の間の強い電界内でイオン−電子対のカスケードを生じる。
【０００４】
マイクロメガス検出器は、刊行物のＹ．Ｇｉｏｍａｔａｒｉｓ，Ｐ．Ｒｅｂｏｕｒｇｅａｒｄ，Ｊ．Ｐ．Ｒｏｂｅｒｔ，Ｇ．Ｃｈａｒｐａｋ，「ＭＩＣＲＯＭＥＧＡＳ：ａ ｈｉｇｈ−ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇａｓｅｏｕｓ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐａｒｔｉｃｌｅ−ｆｌｕｘ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」，Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ ３７６，１９９６年，ｐ．２９−３５、および関連する欧州特許第０８５５０８６Ｂ１号明細書、欧州特許第０８７２８７４Ｂ１号明細書、国際公開００／３０１５０号パンフレットにより知られており、欧州特許第０８７２８７４Ｂ１号明細書から引用した図１ａに関連して次に簡単に述べる。
【０００５】
マイクロメガス検出器は、適当なガス混合物で満たされ、電離入射粒子がイオン−電子対を生成する低電界変換ギャップ（またはドリフト・ギャップ）と、発生された電子がドリフトし、読み出され分析される最終電子電荷を生じる、隣接する高電界増倍ギャップとを備える。収集された電子電荷は、電荷、エネルギー、運動量、移動の方向、および入射粒子の他の属性を示すことができる。
【０００６】
マイクロメガス検出器は、たとえばアルゴンとメタンの混合物などの適当なガスを循環する手段が設けられた、ガスチャンバ２を備える。検出器はさらに、第１、第２、および第３の、その順序でガスチャンバ２内に配置され互いに平行に保たれた平面電極８、６、および４を備え、第１の電極８と第２の電極６は増倍ギャップを画定し、第２の電極６と第３の電極４は変換ギャップを画定する。検出器のアノードとなる第１の電極８は、電気絶縁性キャリア基板１６上に平行に配置された複数の基本電極１４を備えることができる。図１ａに示される例では、基本電極１４は、電気絶縁性基板１６上に規則的な間隔で平行に配置された導電性ストリップからなる。アノードはまた、キャリア基板１６の他方の面上に、かつストリップ１４と直角に形成された別の１組の平行な導電性ストリップを備えることができる。ストリップ１４内に発生された電気パルスが、基板１６の他方の面上の直角なストリップの組に誘起されるように、ストリップ１４の間には十分な距離が設けられる。マイクロメガス検出器の他の実施形態ではアノード８の基本電極は、基板１６上の２次元の格子じま状のネットワークを形成する薄い導電性素子を備えることができる。他の代替のアノードパターンについては以下で述べる。
【０００７】
第１の電極８の基本電極１４は、基本電極１４上で収集された電荷を抽出するように適応された読み出し手段（図示せず）に接続される。読み出し手段は、それ自体を増幅器、および検出器によって収集されたデータを解析するためのデータ取得手段（図示せず）に接続することができる。
【０００８】
第２の電極６は、検出器のカソードとして働き、小さな直径の複数の孔１８を有する導電性の板からなる。したがってカソード６は格子を形成し、これはその孔１８の大きさが小さいことから「微細格子」または「微細メッシュ」と呼ばれることがある。
【０００９】
第１の電極８と第２の電極６の間の距離Ｄは、通常は２５から２００μｍの範囲内である。第２の電極６と第３の電極４の間の距離はずっと長く約３ｍｍに達し得る。第３の電極４の構造は本発明とは直接的に関連せず、たとえば第３の電極４は、第２の電極６の構造と同様な構造を有する格子からなるものとすることができる。
【００１０】
マイクロメガス検出器はさらに、第１の電極８の基本電極１４を第１の電位に、カソード６を第１の電位より低い第２の電位に、第３の電極４を第２の電位よりさらに低い第３の電位に上昇させる極性形成手段を備える。したがって、第２の電極６と第３の電極４の間の変換ギャップ内に第１の電界が発生され、第１の電極８と第２の電極６の間の増倍ギャップ内に第２の電界が発生される。電圧は増倍ギャップ内に発生される電界が、変換ギャップ内に発生される電界よりもずっと強く、たとえば１０倍より強くなるように選ばれる。例として変換ギャップ内に発生される電界の大きさは１ｋＶ／ｃｍまでの大きさとすることができ、増倍ギャップ内に発生される電界は４０から１５０ｋＶ／ｃｍに選ぶことができる。
【００１１】
電離粒子がガスチャンバ２を通過するときは、電離粒子は第２の電極６と第３の電極４の間の変換ギャップ内にあるガスを電離し、そのギャップ内に通常は約１０個の一次電子を生成する。図１では入射電離粒子の経路が参照番号１２で示され、変換ギャップ内で発生された一次電子の１つの経路が参照番号２７で示される。一次電子はカソード６内の孔１８を通過し、次いでアノード８に向かって移動する。カソード６を横切るのは、増倍ギャップ内に生成された電界と変換ギャップ内に生成された電界との高い比率によって促進される。カソード６を通過した後に一次電子は、増倍ギャップ内に存在する強い電界によって加速され、増倍ギャップ内部にあるガス分子と衝突したときに二次電子を生じる。次いで二次電子のそれぞれは、それ自体が同じ衝突電離過程によってさらに電子を生じ、以下同様となり、それにより増倍ギャップ内部に電子のなだれが発生される。一次電子に関連する、その経路２７に沿ったなだれは参照番号２８で示される。
【００１２】
衝突電離過程によって生成された正イオンは、カソード６に向かって引き寄せられ、電子は基本アノード１４上で収集される。このようにして基本アノード１４上で収集された電荷は、次いで読み出され、入射粒子１２の属性を推定するために分析される。狭い増倍ギャップと、アノード８とカソード６の間の強い電界との組み合わせにより、マイクロメガス検出器の高い空間分解能と、高い増倍率および迅速な回復時間とが確保される。
【００１３】
図１ｂは、カソード６とアノード・ストリップ１４の間の増倍ギャップをさらに詳しく示す。アノード・ストリップ１４に向かって伝播する電子なだれ２８は図１ｂでは陰が付けられた三角形によって表され、ドリフト・ギャップおよび増倍ギャップ内の電気力線はそれぞれ点線によって表される。増倍ギャップ内での電気力線の密度の著しい増加は、増倍ギャップ内に生成される電界とドリフト・ギャップ内に生成される電界との高い電界比を示している。
【００１４】
欧州特許第０８７２８７４Ｂ１号明細書、および国際公開００／３０１５０号パンフレットに詳細に述べられている従来の製作技法では、マイクロメガス検出器増倍ギャップは、円筒形の柱状体からなるものとすることができる適当な絶縁スペーサを、光抵抗性膜の従来のリソグラフィによりアノード板の上に印刷し、次いでフレーム上に金属メッシュを延伸し接着し、それをスペーサの上に置くことによって得られる。このようにしてカソード６は、アノード・ストリップまたはパッドの上にメッシュを吊すことによって形成され、スペーサはカソード６とアノード８の間に一定の距離を確保する働きをする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】欧州特許第０８５５０８６Ｂ１号明細書
【特許文献２】欧州特許第０８７２８７４Ｂ１号明細書
【特許文献３】国際公開００／３０１５０号パンフレット
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｙ．Ｇｉｏｍａｔａｒｉｓ，Ｐ．Ｒｅｂｏｕｒｇｅａｒｄ，Ｊ．Ｐ．Ｒｏｂｅｒｔ，Ｇ．Ｃｈａｒｐａｋ，「ＭＩＣＲＯＭＥＧＡＳ：ａ ｈｉｇｈ−ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇａｓｅｏｕｓ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐａｒｔｉｃｌｅ−ｆｌｕｘ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」，Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ ３７６，１９９６年，ｐ．２９−３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、なだれ粒子検出器の増倍ギャップを形成するための改良された方法を対象とする。最初にアノード板を生成し、次いで前記アノード板上にスペーサ要素を形成し、最後に前記スペーサ要素上にメッシュを吊す代わりに、本発明によれば検出器はまた、バルク構造体を用意することによって単一のプロセスにて作製することができ、バルク構造体では始めにアノード板、誘電材料、およびカソード板が単一の物体を形成し、次いでメッシュおよびスペーサ要素が選択的エッチングによって形成される。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一般には本発明は、２つの平行電極が誘電体スペーサ要素によって間隔を置いて配置された、なだれ粒子検出器の増倍ギャップを製作する方法に関し、該方法は、第１の電極層と、前記第１の電極層上の誘電材料を備えるバルク層と、前記バルク層上の前記第１の電極層と平行な第２の電極層とを含む箔を形成するステップを含み、前記第２の電極層は、それを貫通して拡がる複数の孔を備える。本発明による方法はさらに、エッチングにより、前記第２の電極層内の前記複数の孔に対応して、前記バルク層内に複数のギャップを形成するステップを含み、前記ギャップは、前記バルク層をその垂直方向に貫通して、前記第１の電極層まで延び、その水平方向には前記第２の電極層と平行に延び、それにより前記第２の電極層は前記ギャップによって少なくとも部分的に下が削り取られる。
【００１９】
検出器の増倍ギャップをいくつかの異なる構成要素から構成する代わりに、増倍ギャップを材料の単一の個片から形成することにより、製造プロセスの精度を著しく向上することができる。具体的には検出器のアノードとカソードがほとんど完全に互いに平行となることが保証され、したがって検出器装置の空間分解能およびエネルギー分解能が向上する。さらに本発明による方法は、柔軟性のある検出器構造体をもたらし、かつ、容易なメッシュ区分化を可能とする。
【００２０】
本発明による方法はさらに、孔を形成するステップを含み、前記第２の電極層内の前記複数の孔はフォトリソグラフィによって形成される。フォトリソグラフィは、前記第２の電極層内の正確に規定された位置に、正確に指定された直径を有する孔を生成するための都合のよい柔軟な手段となる。
【００２１】
図１ａおよび１ｂを参照して上述したように、互いに絶縁された複数の基本電極を前記第１の電極層内に形成することができる。このような基本電極は、複数の導電性平行ストリップ、および／または複数の導電性パッドを備えることができる。
【００２２】
第１の電極層および第２の電極層は銅を含むことが好ましい。
【００２３】
バルク層は、ポリイミド、ガラス、またはセラミックの１つを含むことができ、２５μｍから５０μｍの間の幅で形成することができる。上述のように、薄い増倍ギャップを形成することによって検出の空間分解能を著しく向上することができる。第１の電極層と第２の電極層の間に一定の距離を確保することによって検出器のエネルギー分解能を大幅に改良することができる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態では、バルク層内のギャップは液相エッチングによって形成され、好ましくはエチレンジアミンおよび水酸化カリウムの水溶液がプロセス内で用いられる。別法としてバルク層内のギャップは、プラズマ・エッチングによって形成することもできる。
【００２５】
さらに、前記複数のギャップを形成するステップはまた、始めに第１のエッチングにより、垂直方向に前記第２の電極層内の前記孔の下にある前記バルク層内に円筒形の開口を形成し、次いで第２のエッチングにより、前記第１の電極層に平行な方向に前記円筒形の開口から横向きにエッチングするステップを含むことができる。
【００２６】
好ましい実施形態では、前記第２の電極層を貫通して延びる前記複数の孔は、等距離の位置に形成され、それにより前記孔を通したエッチングによって形成されるギャップも、前記バルク層内に等距離の位置に形成される。孔は等しい直径を有するように形成することができ、任意の２つの隣接する孔の間の距離は、前記複数の孔の直径の２倍とすることができる。たとえば孔は直径が３０μｍの円形とすることができ、任意の２つの隣接する孔は６０μｍのピッチで隔てることができる。
【００２７】
好ましくはバルク材料のスペーサ要素は、エッチング・プロセスによって２つの隣接するギャップの間に形成される。具体的には任意の２つの隣接するギャップは、１つのスペーサ要素によって隔てられるようにすることができる。これは、化学薬品浴の組成および温度などのエッチング・プロセスのパラメータを適切に調整することによって達成することができる。隣接する孔の間にスペーサ要素が残されるようにエッチング・プロセスを行うことにより、２つの平行電極の間に増倍ギャップを有する、良く知られたマイクロメガス構造体を得ることができる。
【００２８】
任意の２つの隣接するギャップがスペーサ要素によって隔てられた場合は、第１の電極層および第２の電極層が完全に平行となる、非常に均質な構造体を達成することができ、したがってエネルギー分解能は大幅に高くなる。
【００２９】
別法として前記第２の電極層内の隣接する孔は、変化する相互距離にて形成することができる。具体的には、隣接する孔は、第１の距離、または前記第１の距離より大きな第２の距離を有することができ、前記第１の距離での隣接する孔から形成されたギャップの間では、隣接するギャップの間のバルク材料は完全に除去され、前記第２の距離での隣接する孔から形成されたギャップの間ではエッチングによりバルク材料のスペーサ要素は残されるように、エッチングを行うことができる。やはりこれもエッチング・パラメータを適切に調整することにより、例としてエッチング・プロセスで用いられる化学薬品浴の温度および組成を調整することにより達成することができる。結果としての構造体は上述のものと同様であるが、比較的に少ないスペーサ要素、およびより大きなギャップを有する。したがって増倍ギャップ内の自由空間と、支持バルク材料の比は増加する。したがってカソードとアノードの間の電界の一様性は増加し、放電の危険性は著しく低減される。
【００３０】
カソードを支持するスペーサ要素は、基本電極と第２の電極層の間に延びるように配置することができる。別法としてスペーサ要素は、前記基本電極を分離する絶縁材料と、前記第２の電極層との間に延びるようにすることができる。
【００３１】
本発明によれば、スペーサ要素は柱状体を備えることができ、前記柱状体は砂時計形の柱状体とすることができる。
【００３２】
本発明による方法は、添付の図の説明から、最も良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】上述の従来技術のマイクロメガス検出器の概略斜視図である。
【図１ｂ】上述の従来技術のマイクロメガス検出器の概略斜視図である。
【図２ａ】本発明による方法の第１の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【図２ｂ】本発明による方法の第１の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【図２ｃ】本発明による方法の第１の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【図３ａ】本発明による方法の第２の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【図３ｂ】本発明による方法の第２の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【図３ｃ】本発明による方法の第２の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
上記では図１ａおよび図１ｂを参照してマイクロメガス検出器の構造および動作について述べた。本発明は選択的エッチングによりアノード８とカソード６の間に増倍ギャップを形成するための改良された方法に関し、図２ａから２ｃを参照して以下に述べる。さらに以下に、図３ａから３ｃを参照して代替実施形態について述べる。
【００３５】
図２ａは、本発明の方法により増倍ギャップを製作するために用いられる箔の概略側面図である。箔はキャリア基板１６上に形成され、第１の電極層３０と、前記第１の電極層３０上に形成されたバルク層３２と、前記第１の電極層３０と平行に、前記バルク層３２上に形成された第２の電極層３４とからなる。第１の電極層３０は、複数の銅ストリップを備え、銅ストリップはキャリア基板１６上に互いに平行に延び、増倍過程において発生される電子を収集するための基本電極として働く。図２ａの図面は、このような基本電極の断面である。
【００３６】
図２ａに示す実施形態では、基本電極は、およそ５μｍの幅の銅ストリップからなる。基本電極を形成するためには、他の幅での他の金属も同様に使用することができる。代替実施形態では基本電極は、任意の所望の形状にて作製することができるパッドを備え、小さな金属メッキされた孔を通してキャリア基板１６の他方の側上の導電性材料に接続することができる。このような２次元読み出しの変形は、参照により本開示に組み込まれる、Ａ．Ｂｒｅｓｓａｎら，「Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｒｅａｄｏｕｔ ｏｆ ＧＥＭ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」，Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ４２５，１９９９年，ｐ．２５４−２６１のセクション５に述べられている。別法として個々のパッドは、所望の形状にて第１の電極層内に製造することができ、隣接するパッドの間の相互接続なしで読み出し手段に個々に接続することができる。個々の読み出しは、著しく高い空間およびエネルギー分解能となるが、読み出し手段に非常に高密度の電子回路を必要とする。読み出し層は、箔を用意する時点で、またはその後に、従来のプリント回路基板技術により製造することができる。
【００３７】
前記第１の電極層３０上に形成されるバルク層３２は、誘電材料、たとえば幅が２５から５０μｍの間の薄いポリイミド膜からなる。このようなポリイミド膜は、デュポン社からカプトンの名称で市販されている。別法としてバルク層３２は、ガラス、セラミック、またはＦＲ４（ｆｌａｍｅ−ｒｅｔａｒｄａｎｔ４の略称で、プリント回路基板の作製に通常用いられる材料）などの他の誘電材料から形成することもできる。Ｓｈｅｌｄａｈｌ社から市販されているＧ２３００ポリイミド箔を用いて良好な結果が得られているが、同様の製品を用いることもできる。
【００３８】
前記バルク層３２上に形成された第２の電極層３４は、幅が約５μｍの銅の薄い箔からなる。第２の電極層３４を形成するのに、銅以外の金属も同様に用いることができる。
【００３９】
第２の電極層３４内に孔１８を形成するためには、標準のフォトリソグラフィを用いることができる。第２の電極層３４の表面上に薄い光抵抗性の膜を形成することにより、決められた位置および決められた直径の孔を有する所望の表面構造に対応するマスクが生成され、このマスクを形成すべき孔のパターンに従って紫外光に露出し、その後にそれを現像して、用いたフォトレジストのタイプに応じてその露出された部分または露出されていない部分を除去する。その後に、フォトレジストによって保護されない領域内の銅が除去され、所望のパターンの薄いメッシュを生じる。図２ｂは、前記第２の電極層３４内に等距離の位置に形成された円形の孔１８を有する、結果としての構造体を示す。分かりやすくするために、孔の１つだけを参照番号で示す。すべての孔１８は約３０μｍの等しい直径を有し、任意の２つの隣接する孔の間の距離は、前記孔１８の直径のおよそ２倍である。本発明は円形の孔に限定されない。原理的に孔は、矩形または正方形の孔を含む多様な形状にて製作することができる。しかし円形の孔を使用した電極は、非常に一様な電界および優れたエネルギー分解能をもたらすことが分かっており、したがって好ましい。
【００４０】
後続のステップでは、バルク材料内にギャップ３６を形成するために、孔１８を通したエッチングによって孔１８の下のバルク材料が除去される。ポリイミドのエッチングは、水酸化カリウムが加えられたエチレンジアミンの水溶液の静的槽（ｓｔａｔｉｃ ｂａｔｈ）を用いて少なくとも２５℃（好ましくは６５〜７０℃）の温度で行われる。６５℃にて１リットル当たり少なくとも７０ｇの水酸化カリウムが加えられた、１／３の水と２／３のエチレンジアミンを含んだ溶液を用いて良好な結果が得られる。同様なポリイミド・エッチング・プロセスは、米国特許出願公開第２００５／００１１８５６Ａ１号明細書で、高密度プリント回路の製作の関連において述べられている。
【００４１】
エッチングを用いて第２の電極層３４は、バルク層３２内のギャップ３６によって部分的に下が削り取られ、それにより任意の２つの隣接するギャップの間に、バルク材料からなる砂時計形の柱状体が残される。結果としての構造体は図２ｃに示される。柱状体は、第１の電極層３０と第２の電極層３４を隔て、それらを一定の相互距離に保つスペーサ要素３８として働く。エッチングによって柱状体の間に形成された複数のギャップ３６は共にマイクロメガス検出器の増倍ギャップを形成する。
【００４２】
図２ａから２ｃを参照して述べた実施形態では、第２の電極層３４内の孔１８の位置は、柱状体３８が基本電極１４上に形成されるように選ばれる。別法として孔１８の位置は、柱状体３６が、基本電極を隔てる誘電材料上に形成されるように選ぶことができる。バルク層内で柱状体３６が形成される位置は、基本電極１４の形および構造に応じて選択される。例として柱状体は、厚さ５０μｍのポリマー箔の場合の１００μｍのピッチから、２５μｍの箔の場合の６０μｍのピッチまでを有する矩形パターンに形成することができる。この実施形態では、図２および３に示される断面図は、示される装置の一部分に対しては切り口は同じに見えるので、検出器のＸ方向およびＹ方向の切り口のいずれをも表し得る。
【００４３】
マイクロメガス検出器の増倍ギャップを形成する方法の第２の実施形態は、図３ａから３ｃに示される。この方法は、図２ａから２ｃを参照して述べた前の実施形態の方法とは、主に第２の電極層３４内の孔１８が等距離の位置に形成されないという点で異なる。図３ｂに示されるように隣接する孔は、第１の距離ｄ１、またはｄ１より大きな第２の距離ｄ２だけ隔てられる。次いで前の実施形態に関連して述べたようにポリイミド・エッチングが行われるが、エッチング・パラメータは、小さな距離ｄ１での孔に対応するギャップ３６の間のバルク材料は完全に除去され、大きな距離ｄ２だけ隔てられた孔から形成されたギャップ３６の間のみにはバルク材料の柱状体３８が残されるように選ばれる。図３ｃに示される結果としての構造体では柱状体３８は、直径が約１００μｍで、約１ｍｍの相互距離を有する。
【００４４】
第２の実施形態による方法も結果として、第１の電極層３０と第２の電極層３４の間に増倍ギャップが形成される。しかし前の実施形態の結果の構造体と比較すると、第２の電極層３４は、より少ないが、より太い柱状体３８によって支持される。柱状体３８の数が少ないことにより結果として、第１の電極層３０と第２の電極層３４の間の電界は、より一様となり、放電の可能性が低減される。
【００４５】
本発明は、２つの薄い金属層の間に挟まれた誘電体層をエッチングすることによってなだれ粒子検出器の増倍ギャップを形成する方法を提供する。上記で詳しく述べたように本発明の方法は、マイクロメガス検出器を形成する従来の方法と比べて数多くの利点を有する。具体的には本発明は、高度の一様性を有する増倍構造体の短時間での製造を可能にし、優れた空間分解能およびエネルギー分解能となる。上記では本技法についてマイクロメガス検出器に関連して述べてきたが、当業者には同じ技法が、他のタイプの検出器または電子増倍装置の製造にも同様の利点を有して適用できることが明らかであろう。実際に本発明は、注意深く制御された距離にて誘電体スペーサ要素によって隔てられた２つの金属板の構造体が必要なときには常に有効である。
【００４６】
上述の実施形態および添付の図は、単に本発明による方法を示すためのものであり、本方法に対するいかなる限定を示すものと解釈されるべきではない。本特許の範囲は、専ら添付の特許請求の範囲によって確定される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの薄い金属層の間に挟まれた誘電体層をエッチングすることによってなだれ粒子検出器の増倍ギャップを製作するための新規な技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子検出器は、放射線または粒子を検出、追跡、および／または識別するための装置であり、粒子物理学、生物学、および医学技術の全体にわたる広い用途がある。
【０００３】
マイクロメガス検出器は、ガスを含む平行板なだれ検出器であり、電離入射粒子は、微細メッシュのカソード板と電荷収集アノード板の間の強い電界内でイオン−電子対のカスケードを生じる。
【０００４】
マイクロメガス検出器は、刊行物のＹ．Ｇｉｏｍａｔａｒｉｓ，Ｐ．Ｒｅｂｏｕｒｇｅａｒｄ，Ｊ．Ｐ．Ｒｏｂｅｒｔ，Ｇ．Ｃｈａｒｐａｋ，「ＭＩＣＲＯＭＥＧＡＳ：ａ ｈｉｇｈ−ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇａｓｅｏｕｓ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐａｒｔｉｃｌｅ−ｆｌｕｘ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」，Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ ３７６，１９９６年，ｐ．２９−３５、および関連する欧州特許第０８５５０８６Ｂ１号明細書、欧州特許第０８７２８７４Ｂ１号明細書、国際公開００／３０１５０号パンフレットにより知られており、欧州特許第０８７２８７４Ｂ１号明細書から引用した図１ａに関連して次に簡単に述べる。
【０００５】
マイクロメガス検出器は、適当なガス混合物で満たされ、電離入射粒子がイオン−電子対を生成する低電界変換ギャップ（またはドリフト・ギャップ）と、発生された電子がドリフトし、読み出され分析される最終電子電荷を生じる、隣接する高電界増倍ギャップとを備える。収集された電子電荷は、電荷、エネルギー、運動量、移動の方向、および入射粒子の他の属性を示すことができる。
【０００６】
マイクロメガス検出器は、たとえばアルゴンとメタンの混合物などの適当なガスを循環する手段が設けられた、ガスチャンバ２を備える。検出器はさらに、第１、第２、および第３の、その順序でガスチャンバ２内に配置され互いに平行に保たれた平面電極８、６、および４を備え、第１の電極８と第２の電極６は増倍ギャップを画定し、第２の電極６と第３の電極４は変換ギャップを画定する。検出器のアノードとなる第１の電極８は、電気絶縁性キャリア基板１６上に平行に配置された複数の基本電極１４を備えることができる。図１ａに示される例では、基本電極１４は、電気絶縁性基板１６上に規則的な間隔で平行に配置された導電性ストリップからなる。アノードはまた、キャリア基板１６の他方の面上に、かつストリップ１４と直角に形成された別の１組の平行な導電性ストリップを備えることができる。ストリップ１４内に発生された電気パルスが、基板１６の他方の面上の直角なストリップの組に誘起されるように、ストリップ１４の間には十分な距離が設けられる。マイクロメガス検出器の他の実施形態ではアノード８の基本電極は、基板１６上の２次元の格子じま状のネットワークを形成する薄い導電性素子を備えることができる。他の代替のアノードパターンについては以下で述べる。
【０００７】
第１の電極８の基本電極１４は、基本電極１４上で収集された電荷を抽出するように適応された読み出し手段（図示せず）に接続される。読み出し手段は、それ自体を増幅器、および検出器によって収集されたデータを解析するためのデータ取得手段（図示せず）に接続することができる。
【０００８】
第２の電極６は、検出器のカソードとして働き、小さな直径の複数の孔１８を有する導電性の板からなる。したがってカソード６は格子を形成し、これはその孔１８の大きさが小さいことから「微細格子」または「微細メッシュ」と呼ばれることがある。
【０００９】
第１の電極８と第２の電極６の間の距離Ｄは、通常は２５から２００μｍの範囲内である。第２の電極６と第３の電極４の間の距離はずっと長く約３ｍｍに達し得る。第３の電極４の構造は本発明とは直接的に関連せず、たとえば第３の電極４は、第２の電極６の構造と同様な構造を有する格子からなるものとすることができる。
【００１０】
マイクロメガス検出器はさらに、第１の電極８の基本電極１４を第１の電位に、カソード６を第１の電位より低い第２の電位に、第３の電極４を第２の電位よりさらに低い第３の電位に上昇させる極性形成手段を備える。したがって、第２の電極６と第３の電極４の間の変換ギャップ内に第１の電界が発生され、第１の電極８と第２の電極６の間の増倍ギャップ内に第２の電界が発生される。電圧は増倍ギャップ内に発生される電界が、変換ギャップ内に発生される電界よりもずっと強く、たとえば１０倍より強くなるように選ばれる。例として変換ギャップ内に発生される電界の大きさは１ｋＶ／ｃｍまでの大きさとすることができ、増倍ギャップ内に発生される電界は４０から１５０ｋＶ／ｃｍに選ぶことができる。
【００１１】
電離粒子がガスチャンバ２を通過するときは、電離粒子は第２の電極６と第３の電極４の間の変換ギャップ内にあるガスを電離し、そのギャップ内に通常は約１０個の一次電子を生成する。図１では入射電離粒子の経路が参照番号１２で示され、変換ギャップ内で発生された一次電子の１つの経路が参照番号２７で示される。一次電子はカソード６内の孔１８を通過し、次いでアノード８に向かって移動する。カソード６を横切るのは、増倍ギャップ内に生成された電界と変換ギャップ内に生成された電界との高い比率によって促進される。カソード６を通過した後に一次電子は、増倍ギャップ内に存在する強い電界によって加速され、増倍ギャップ内部にあるガス分子と衝突したときに二次電子を生じる。次いで二次電子のそれぞれは、それ自体が同じ衝突電離過程によってさらに電子を生じ、以下同様となり、それにより増倍ギャップ内部に電子のなだれが発生される。一次電子に関連する、その経路２７に沿ったなだれは参照番号２８で示される。
【００１２】
衝突電離過程によって生成された正イオンは、カソード６に向かって引き寄せられ、電子は基本アノード１４上で収集される。このようにして基本アノード１４上で収集された電荷は、次いで読み出され、入射粒子１２の属性を推定するために分析される。狭い増倍ギャップと、アノード８とカソード６の間の強い電界との組み合わせにより、マイクロメガス検出器の高い空間分解能と、高い増倍率および迅速な回復時間とが確保される。
【００１３】
図１ｂは、カソード６とアノード・ストリップ１４の間の増倍ギャップをさらに詳しく示す。アノード・ストリップ１４に向かって伝播する電子なだれ２８は図１ｂでは陰が付けられた三角形によって表され、ドリフト・ギャップおよび増倍ギャップ内の電気力線はそれぞれ点線によって表される。増倍ギャップ内での電気力線の密度の著しい増加は、増倍ギャップ内に生成される電界とドリフト・ギャップ内に生成される電界との高い電界比を示している。
【００１４】
欧州特許第０８７２８７４Ｂ１号明細書、および国際公開００／３０１５０号パンフレットに詳細に述べられている従来の製作技法では、マイクロメガス検出器増倍ギャップは、円筒形の柱状体からなるものとすることができる適当な絶縁スペーサを、光抵抗性膜の従来のリソグラフィによりアノード板の上に印刷し、次いでフレーム上に金属メッシュを延伸し接着し、それをスペーサの上に置くことによって得られる。このようにしてカソード６は、アノード・ストリップまたはパッドの上にメッシュを吊すことによって形成され、スペーサはカソード６とアノード８の間に一定の距離を確保する働きをする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】欧州特許第０８５５０８６Ｂ１号明細書
【特許文献２】欧州特許第０８７２８７４Ｂ１号明細書
【特許文献３】国際公開００／３０１５０号パンフレット
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Ｙ．Ｇｉｏｍａｔａｒｉｓ，Ｐ．Ｒｅｂｏｕｒｇｅａｒｄ，Ｊ．Ｐ．Ｒｏｂｅｒｔ，Ｇ．Ｃｈａｒｐａｋ，「ＭＩＣＲＯＭＥＧＡＳ：ａ ｈｉｇｈ−ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｇａｓｅｏｕｓ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐａｒｔｉｃｌｅ−ｆｌｕｘ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ」，Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ ３７６，１９９６年，ｐ．２９−３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、なだれ粒子検出器の増倍ギャップを形成するための改良された方法を対象とする。最初にアノード板を生成し、次いで前記アノード板上にスペーサ要素を形成し、最後に前記スペーサ要素上にメッシュを吊す代わりに、本発明によれば検出器はまた、バルク構造体を用意することによって単一のプロセスにて作製することができ、バルク構造体では始めにアノード板、誘電材料、およびカソード板が単一の物体を形成し、次いでメッシュおよびスペーサ要素が選択的エッチングによって形成される。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
一般には本発明は、２つの平行電極が誘電体スペーサ要素によって間隔を置いて配置された、なだれ粒子検出器の増倍ギャップを製作する方法に関し、該方法は、第１の電極層と、前記第１の電極層上の誘電材料を備えるバルク層と、前記バルク層上の前記第１の電極層と平行な第２の電極層とを含む箔を形成するステップを含み、前記第２の電極層は、それを貫通して拡がる複数の孔を備える。本発明による方法はさらに、エッチングにより、前記第２の電極層内の前記複数の孔に対応して、前記バルク層内に複数のギャップを形成するステップを含み、前記ギャップは、前記バルク層をその垂直方向に貫通して、前記第１の電極層まで延び、その水平方向には前記第２の電極層と平行に延び、それにより前記第２の電極層は前記ギャップによって少なくとも部分的に下が削り取られる。
【００１９】
検出器の増倍ギャップをいくつかの異なる構成要素から構成する代わりに、増倍ギャップを材料の単一の個片から形成することにより、製造プロセスの精度を著しく向上することができる。具体的には検出器のアノードとカソードがほとんど完全に互いに平行となることが保証され、したがって検出器装置の空間分解能およびエネルギー分解能が向上する。さらに本発明による方法は、柔軟性のある検出器構造体をもたらし、かつ、容易なメッシュ区分化を可能とする。
【００２０】
本発明による方法はさらに、孔を形成するステップを含み、前記第２の電極層内の前記複数の孔はフォトリソグラフィによって形成される。フォトリソグラフィは、前記第２の電極層内の正確に規定された位置に、正確に指定された直径を有する孔を生成するための都合のよい柔軟な手段となる。
【００２１】
図１ａおよび１ｂを参照して上述したように、互いに絶縁された複数の基本電極を前記第１の電極層内に形成することができる。このような基本電極は、複数の導電性平行ストリップ、および／または複数の導電性パッドを備えることができる。
【００２２】
第１の電極層および第２の電極層は銅を含むことが好ましい。
【００２３】
バルク層は、ポリイミド、ガラス、またはセラミックの１つを含むことができ、２５μｍから５０μｍの間の幅で形成することができる。上述のように、薄い増倍ギャップを形成することによって検出の空間分解能を著しく向上することができる。第１の電極層と第２の電極層の間に一定の距離を確保することによって検出器のエネルギー分解能を大幅に改良することができる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態では、バルク層内のギャップは液相エッチングによって形成され、好ましくはエチレンジアミンおよび水酸化カリウムの水溶液がプロセス内で用いられる。別法としてバルク層内のギャップは、プラズマ・エッチングによって形成することもできる。
【００２５】
さらに、前記複数のギャップを形成するステップはまた、始めに第１のエッチングにより、垂直方向に前記第２の電極層内の前記孔の下にある前記バルク層内に円筒形の開口を形成し、次いで第２のエッチングにより、前記第１の電極層に平行な方向に前記円筒形の開口から横向きにエッチングするステップを含むことができる。
【００２６】
好ましい実施形態では、前記第２の電極層を貫通して延びる前記複数の孔は、等距離の位置に形成され、それにより前記孔を通したエッチングによって形成されるギャップも、前記バルク層内に等距離の位置に形成される。孔は等しい直径を有するように形成することができ、任意の２つの隣接する孔の間の距離は、前記複数の孔の直径の２倍とすることができる。たとえば孔は直径が３０μｍの円形とすることができ、任意の２つの隣接する孔は６０μｍのピッチで隔てることができる。
【００２７】
好ましくはバルク材料のスペーサ要素は、エッチング・プロセスによって２つの隣接するギャップの間に形成される。具体的には任意の２つの隣接するギャップは、１つのスペーサ要素によって隔てられるようにすることができる。これは、化学薬品浴の組成および温度などのエッチング・プロセスのパラメータを適切に調整することによって達成することができる。隣接する孔の間にスペーサ要素が残されるようにエッチング・プロセスを行うことにより、２つの平行電極の間に増倍ギャップを有する、良く知られたマイクロメガス構造体を得ることができる。
【００２８】
任意の２つの隣接するギャップがスペーサ要素によって隔てられた場合は、第１の電極層および第２の電極層が完全に平行となる、非常に均質な構造体を達成することができ、したがってエネルギー分解能は大幅に高くなる。
【００２９】
別法として前記第２の電極層内の隣接する孔は、変化する相互距離にて形成することができる。具体的には、隣接する孔は、第１の距離、または前記第１の距離より大きな第２の距離を有することができ、前記第１の距離での隣接する孔から形成されたギャップの間では、隣接するギャップの間のバルク材料は完全に除去され、前記第２の距離での隣接する孔から形成されたギャップの間ではエッチングによりバルク材料のスペーサ要素は残されるように、エッチングを行うことができる。やはりこれもエッチング・パラメータを適切に調整することにより、例としてエッチング・プロセスで用いられる化学薬品浴の温度および組成を調整することにより達成することができる。結果としての構造体は上述のものと同様であるが、比較的に少ないスペーサ要素、およびより大きなギャップを有する。したがって増倍ギャップ内の自由空間と、支持バルク材料の比は増加する。したがってカソードとアノードの間の電界の一様性は増加し、放電の危険性は著しく低減される。
【００３０】
カソードを支持するスペーサ要素は、基本電極と第２の電極層の間に延びるように配置することができる。別法としてスペーサ要素は、前記基本電極を分離する絶縁材料と、前記第２の電極層との間に延びるようにすることができる。
【００３１】
本発明によれば、スペーサ要素は柱状体を備えることができ、前記柱状体は砂時計形の柱状体とすることができる。
【００３２】
本発明による方法は、添付の図の説明から、最も良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】上述の従来技術のマイクロメガス検出器の概略斜視図である。
【図１ｂ】上述の従来技術のマイクロメガス検出器の概略斜視図である。
【図２ａ】本発明による方法の第１の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【図２ｂ】本発明による方法の第１の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【図２ｃ】本発明による方法の第１の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【図３ａ】本発明による方法の第２の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【図３ｂ】本発明による方法の第２の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【図３ｃ】本発明による方法の第２の実施形態を示すマイクロメガス検出器の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
上記では図１ａおよび図１ｂを参照してマイクロメガス検出器の構造および動作について述べた。本発明は選択的エッチングによりアノード８とカソード６の間に増倍ギャップを形成するための改良された方法に関し、図２ａから２ｃを参照して以下に述べる。さらに以下に、図３ａから３ｃを参照して代替実施形態について述べる。
【００３５】
図２ａは、本発明の方法により増倍ギャップを製作するために用いられる箔の概略側面図である。箔はキャリア基板１６上に形成され、第１の電極層３０と、前記第１の電極層３０上に形成されたバルク層３２と、前記第１の電極層３０と平行に、前記バルク層３２上に形成された第２の電極層３４とからなる。第１の電極層３０は、複数の銅ストリップを備え、銅ストリップはキャリア基板１６上に互いに平行に延び、増倍過程において発生される電子を収集するための基本電極として働く。図２ａの図面は、このような基本電極の断面である。
【００３６】
図２ａに示す実施形態では、基本電極は、およそ５μｍの幅の銅ストリップからなる。基本電極を形成するためには、他の幅での他の金属も同様に使用することができる。代替実施形態では基本電極は、任意の所望の形状にて作製することができるパッドを備え、小さな金属メッキされた孔を通してキャリア基板１６の他方の側上の導電性材料に接続することができる。このような２次元読み出しの変形は、参照により本開示に組み込まれる、Ａ．Ｂｒｅｓｓａｎら，「Ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｒｅａｄｏｕｔ ｏｆ ＧＥＭ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ」，Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａ４２５，１９９９年，ｐ．２５４−２６１のセクション５に述べられている。別法として個々のパッドは、所望の形状にて第１の電極層内に製造することができ、隣接するパッドの間の相互接続なしで読み出し手段に個々に接続することができる。個々の読み出しは、著しく高い空間およびエネルギー分解能となるが、読み出し手段に非常に高密度の電子回路を必要とする。読み出し層は、箔を用意する時点で、またはその後に、従来のプリント回路基板技術により製造することができる。
【００３７】
前記第１の電極層３０上に形成されるバルク層３２は、誘電材料、たとえば幅が２５から５０μｍの間の薄いポリイミド膜からなる。このようなポリイミド膜は、デュポン社からカプトンの名称で市販されている。別法としてバルク層３２は、ガラス、セラミック、またはＦＲ４（ｆｌａｍｅ−ｒｅｔａｒｄａｎｔ４の略称で、プリント回路基板の作製に通常用いられる材料）などの他の誘電材料から形成することもできる。Ｓｈｅｌｄａｈｌ社から市販されているＧ２３００ポリイミド箔を用いて良好な結果が得られているが、同様の製品を用いることもできる。
【００３８】
前記バルク層３２上に形成された第２の電極層３４は、幅が約５μｍの銅の薄い箔からなる。第２の電極層３４を形成するのに、銅以外の金属も同様に用いることができる。
【００３９】
第２の電極層３４内に孔１８を形成するためには、標準のフォトリソグラフィを用いることができる。第２の電極層３４の表面上に薄い光抵抗性の膜を形成することにより、決められた位置および決められた直径の孔を有する所望の表面構造に対応するマスクが生成され、このマスクを形成すべき孔のパターンに従って紫外光に露出し、その後にそれを現像して、用いたフォトレジストのタイプに応じてその露出された部分または露出されていない部分を除去する。その後に、フォトレジストによって保護されない領域内の銅が除去され、所望のパターンの薄いメッシュを生じる。図２ｂは、前記第２の電極層３４内に等距離の位置に形成された円形の孔１８を有する、結果としての構造体を示す。分かりやすくするために、孔の１つだけを参照番号で示す。すべての孔１８は約３０μｍの等しい直径を有し、任意の２つの隣接する孔の間の距離は、前記孔１８の直径のおよそ２倍である。本発明は円形の孔に限定されない。原理的に孔は、矩形または正方形の孔を含む多様な形状にて製作することができる。しかし円形の孔を使用した電極は、非常に一様な電界および優れたエネルギー分解能をもたらすことが分かっており、したがって好ましい。
【００４０】
後続のステップでは、バルク材料内にギャップ３６を形成するために、孔１８を通したエッチングによって孔１８の下のバルク材料が除去される。ポリイミドのエッチングは、水酸化カリウムが加えられたエチレンジアミンの水溶液の静的槽（ｓｔａｔｉｃ ｂａｔｈ）を用いて少なくとも２５℃（好ましくは６５〜７０℃）の温度で行われる。６５℃にて１リットル当たり少なくとも７０ｇの水酸化カリウムが加えられた、１／３の水と２／３のエチレンジアミンを含んだ溶液を用いて良好な結果が得られる。同様なポリイミド・エッチング・プロセスは、米国特許出願公開第２００５／００１１８５６Ａ１号明細書で、高密度プリント回路の製作の関連において述べられている。
【００４１】
エッチングを用いて第２の電極層３４は、バルク層３２内のギャップ３６によって部分的に下が削り取られ、それにより任意の２つの隣接するギャップの間に、バルク材料からなる砂時計形の柱状体が残される。結果としての構造体は図２ｃに示される。柱状体は、第１の電極層３０と第２の電極層３４を隔て、それらを一定の相互距離に保つスペーサ要素３８として働く。エッチングによって柱状体の間に形成された複数のギャップ３６は共にマイクロメガス検出器の増倍ギャップを形成する。
【００４２】
図２ａから２ｃを参照して述べた実施形態では、第２の電極層３４内の孔１８の位置は、柱状体３８が基本電極１４上に形成されるように選ばれる。別法として孔１８の位置は、柱状体３６が、基本電極を隔てる誘電材料上に形成されるように選ぶことができる。バルク層内で柱状体３６が形成される位置は、基本電極１４の形および構造に応じて選択される。例として柱状体は、厚さ５０μｍのポリマー箔の場合の１００μｍのピッチから、２５μｍの箔の場合の６０μｍのピッチまでを有する矩形パターンに形成することができる。この実施形態では、図２および３に示される断面図は、示される装置の一部分に対しては切り口は同じに見えるので、検出器のＸ方向およびＹ方向の切り口のいずれをも表し得る。
【００４３】
マイクロメガス検出器の増倍ギャップを形成する方法の第２の実施形態は、図３ａから３ｃに示される。この方法は、図２ａから２ｃを参照して述べた前の実施形態の方法とは、主に第２の電極層３４内の孔１８が等距離の位置に形成されないという点で異なる。図３ｂに示されるように隣接する孔は、第１の距離ｄ１、またはｄ１より大きな第２の距離ｄ２だけ隔てられる。次いで前の実施形態に関連して述べたようにポリイミド・エッチングが行われるが、エッチング・パラメータは、小さな距離ｄ１での孔に対応するギャップ３６の間のバルク材料は完全に除去され、大きな距離ｄ２だけ隔てられた孔から形成されたギャップ３６の間のみにはバルク材料の柱状体３８が残されるように選ばれる。図３ｃに示される結果としての構造体では柱状体３８は、直径が約１００μｍで、約１ｍｍの相互距離を有する。
【００４４】
第２の実施形態による方法も結果として、第１の電極層３０と第２の電極層３４の間に増倍ギャップが形成される。しかし前の実施形態の結果の構造体と比較すると、第２の電極層３４は、より少ないが、より太い柱状体３８によって支持される。柱状体３８の数が少ないことにより結果として、第１の電極層３０と第２の電極層３４の間の電界は、より一様となり、放電の可能性が低減される。
【００４５】
本発明は、２つの薄い金属層の間に挟まれた誘電体層をエッチングすることによってなだれ粒子検出器の増倍ギャップを形成する方法を提供する。上記で詳しく述べたように本発明の方法は、マイクロメガス検出器を形成する従来の方法と比べて数多くの利点を有する。具体的には本発明は、高度の一様性を有する増倍構造体の短時間での製造を可能にし、優れた空間分解能およびエネルギー分解能となる。上記では本技法についてマイクロメガス検出器に関連して述べてきたが、当業者には同じ技法が、他のタイプの検出器または電子増倍装置の製造にも同様の利点を有して適用できることが明らかであろう。実際に本発明は、注意深く制御された距離にて誘電体スペーサ要素によって隔てられた２つの金属板の構造体が必要なときには常に有効である。
【００４６】
上述の実施形態および添付の図は、単に本発明による方法を示すためのものであり、本方法に対するいかなる限定を示すものと解釈されるべきではない。本特許の範囲は、専ら添付の特許請求の範囲によって確定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの平行電極（６、８）が誘電体スペーサ要素によって間隔を置いて配置された、なだれ粒子検出器の増倍ギャップを製作する方法であって、
第１の電極層（３０）と、前記第１の電極層（３０）上の誘電材料を含むバルク層（３２）と、前記バルク層（３２）上の前記第１の電極層（３０）と平行な第２の電極層（３４）であって該第２の電極層（３４）を貫通して拡がる複数の孔（１８）を含む第２の電極層（３４）と、を備える箔を形成するステップと、
エッチングにより、前記第２の電極層（３４）内の前記複数の孔（１８）に対応して、前記バルク層（３２）内に複数のギャップ（３６）を形成するステップと、
を備え、
前記ギャップ（３６）は、前記バルク層（３２）をその垂直方向に貫通して前記第１の電極層（３０）まで延び、その水平方向には前記第２の電極層（３４）と平行に延び、それにより前記第２の電極層（３４）は前記ギャップ（３６）によって少なくとも部分的に下が削り取られる、
方法。
【請求項２】
孔を形成するステップをさらに含み、前記第２の電極層（３４）内の前記複数の孔（１８）はフォトリソグラフィによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の電極層（３０）内に複数の基本電極（１４）が形成され、
前記基本電極（１４）は互いに絶縁される、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記基本電極（１４）が複数の導電性平行ストリップを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記バルク層（３２）が、ポリイミド、ガラス、またはセラミックの１つを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記バルク層（３２）が２５μｍから５０μｍの間の幅にて形成される、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ギャップ（３６）が液相エッチングによって形成される、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ギャップ（３６）が、エチレンジアミンおよび水酸化カリウムの水溶液を用い、好ましくは６５℃〜７０℃の温度にてエッチングされる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のギャップ（３６）を形成する前記ステップは、始めに第１のエッチングにより、前記第２の電極層（３４）内の前記孔（１８）の下にある前記バルク層（３２）内に垂直方向に円筒形の開口を形成し、次いで第２のエッチングにより、前記第１の電極層（３０）に平行な方向に前記円筒形の開口から横向きにエッチングするステップを含む、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の孔（１８）が前記第２の電極層（３４）内に等距離の位置に形成される、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の孔（１８）は等しい直径を有するように形成され、
任意の２つの隣接する孔（１８）の間の距離は、前記複数の孔（１８）の直径の１．５倍から２．５倍に選択される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
バルク材料のスペーサ要素（３８）が、前記エッチングによって２つの隣接するギャップ（３６）の間に形成される、請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の電極層（３４）内の隣接する孔（１８）は、変化する相互距離にて形成される、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の電極層内の隣接する孔（１８）は、第１の距離（ｄ１）、または前記第１の距離（ｄ１）よりも長い第２の距離（ｄ２）にて形成され、前記第１の距離（ｄ１）での隣接する孔（１８）から形成されたギャップ（３６）の間では、隣接するギャップ（３６）の間のバルク材料はエッチングによって完全に除去され、前記第２の距離（ｄ２）での隣接する孔（１８）から形成されたギャップ（３６）の間では、バルク材料のスペーサ要素（３８）はエッチングによって残される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記スペーサ要素（３８）が砂時計形の柱状体を備える、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１】
２つの平行電極（６、８）が誘電体スペーサ要素によって間隔を置いて配置された、なだれ粒子検出器の増倍ギャップを製作する方法であって、
第１の電極層（３０）と、前記第１の電極層（３０）上の誘電材料を含むバルク層（３２）と、前記バルク層（３２）上の前記第１の電極層（３０）と平行な第２の電極層（３４）であって該第２の電極層（３４）を貫通して拡がる複数の孔（１８）を含む第２の電極層（３４）と、を備える箔を形成するステップと、
エッチングにより、前記第２の電極層（３４）内の前記複数の孔（１８）に対応して、前記バルク層（３２）内に複数のギャップ（３６）を形成するステップと、
を備え、
前記ギャップ（３６）は、前記バルク層（３２）をその垂直方向に貫通して前記第１の電極層（３０）まで延び、その水平方向には前記第２の電極層（３４）と平行に延び、それにより前記第２の電極層（３４）は前記ギャップ（３６）によって少なくとも部分的に下が削り取られる、
方法。
【請求項２】
孔を形成するステップをさらに含み、前記第２の電極層（３４）内の前記複数の孔（１８）はフォトリソグラフィによって形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の電極層（３０）内に複数の基本電極（１４）が形成され、
前記基本電極（１４）は互いに絶縁される、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記基本電極（１４）が複数の導電性平行ストリップを備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記バルク層（３２）が、ポリイミド、ガラス、またはセラミックの１つを含む、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記バルク層（３２）が２５μｍから５０μｍの間の幅にて形成される、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ギャップ（３６）が液相エッチングによって形成される、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ギャップ（３６）が、エチレンジアミンおよび水酸化カリウムの水溶液を用い、好ましくは６５℃〜７０℃の温度にてエッチングされる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のギャップ（３６）を形成する前記ステップは、始めに第１のエッチングにより、前記第２の電極層（３４）内の前記孔（１８）の下にある前記バルク層（３２）内に垂直方向に円筒形の開口を形成し、次いで第２のエッチングにより、前記第１の電極層（３０）に平行な方向に前記円筒形の開口から横向きにエッチングするステップを含む、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記複数の孔（１８）が前記第２の電極層（３４）内に等距離の位置に形成される、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記複数の孔（１８）は等しい直径を有するように形成され、
任意の２つの隣接する孔（１８）の間の距離は、前記複数の孔（１８）の直径の１．５倍から２．５倍に選択される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
バルク材料のスペーサ要素（３８）が、前記エッチングによって２つの隣接するギャップ（３６）の間に形成される、請求項１乃至１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の電極層（３４）内の隣接する孔（１８）は、変化する相互距離にて形成される、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の電極層内の隣接する孔（１８）は、第１の距離（ｄ１）、または前記第１の距離（ｄ１）よりも長い第２の距離（ｄ２）にて形成され、前記第１の距離（ｄ１）での隣接する孔（１８）から形成されたギャップ（３６）の間では、隣接するギャップ（３６）の間のバルク材料はエッチングによって完全に除去され、前記第２の距離（ｄ２）での隣接する孔（１８）から形成されたギャップ（３６）の間では、バルク材料のスペーサ要素（３８）はエッチングによって残される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記スペーサ要素（３８）が砂時計形の柱状体を備える、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【公表番号】特表２０１３−５０９６７２（Ｐ２０１３−５０９６７２Ａ）
【公表日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３５６４４（Ｐ２０１２−５３５６４４）
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００５７２９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５０８８４
【国際公開日】平成２３年５月５日（２０１１．５．５）
【出願人】（５０１００８９１２）
【氏名又は名称原語表記】Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
【住所又は居所原語表記】Ｇｅｎｅｖａ ２３，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【出願人】（５１２１１２４２６）
【氏名又は名称原語表記】ＣＥＡ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１７日（２０１０．９．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００５７２９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０５０８８４
【国際公開日】平成２３年５月５日（２０１１．５．５）
【出願人】（５０１００８９１２）
【氏名又は名称原語表記】Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ
【住所又は居所原語表記】Ｇｅｎｅｖａ ２３，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
【出願人】（５１２１１２４２６）
【氏名又は名称原語表記】ＣＥＡ
【Ｆターム（参考）】
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