JP7181245B2

JP7181245B2 - 放射線検出器

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Publication number: JP7181245B2
Application number: JP2020060715A
Authority: JP
Inventors: 浩文中野
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2022-11-30
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: EP3889990A1; JP2021162309A; EP3889990B1; US20210304915A1; US11393606B2

Description

本発明は、放射線透過窓および放射線検出器に関する。

Ｘ線検出器は、例えば、電子顕微鏡などに取り付けられる。Ｘ線検出器を備えた電子顕微鏡では、元素分析を行うことができる。Ｘ線検出器は、例えば、Ｘ線検出素子と、Ｘ線検出素子を冷却する冷却素子と、Ｘ線検出素子および冷却素子が収容された筐体と、筐体に設けられたＸ線透過窓と、を含む。

Ｘ線透過窓では筐体内部は真空状態であるため、Ｘ線透過窓には大気圧と筐体内部との圧力の差に耐えうる強度が要求される場合がある。

例えば、特許文献１に記載されたＸ線透過窓では、Ｓｉ_３Ｎ_４，ＳｉＣ，ＳｉＯ_２，ＢＮ、またはＢｅなどからなるＸ線透過膜を補強するために、Ｘ線透過膜上に格子状のサポートを設けている。このように、格子状のサポートを設けることによって、Ｘ線透過膜を小さな領域に分割し、機械的強度を向上させている。

特開平７－３３３３９９号公報

しかしながら、サポートは、Ｘ線透過膜に比べて、膜の強度を保つために厚くする必要があるため、サポートの形状によっては、Ｘ線透過率が大きく低減してしまう。

本発明に係る放射線検出器の一態様は、
内部が真空状態の筐体と、
前記筐体に取り付けられ、開口部を有する外枠と、
前記開口部を塞ぐ放射線透過膜と、
前記開口部を複数の小開口部に区画するグリッド部材と、
前記筐体内に配置された検出素子と、
を含み、
前記放射線透過膜は、前記筐体内と外部を隔離しつつ、前記外部からの放射線を透過し、
前記外枠は、前記放射線透過膜を支持し、
前記グリッド部材は、前記筐体内と前記外部との圧力差によって前記放射線透過膜に加わる圧力を分散し、
前記グリッド部材は、
第１部分と、
前記第１部分よりも幅が小さい第２部分と、
前記第２部分よりも幅が小さい第３部分と、
を有し、
前記第１部分と前記開口部の中心との間の距離は、前記第２部分と前記開口部の中心との間の距離よりも大きく、
前記第２部分と前記開口部の中心との間の距離は、前記第３部分と前記開口部の中心との間の距離よりも大きく、
前記第１部分の高さは、前記第２部分の高さよりも小さく、
前記第２部分の高さは、前記第３部分の高さよりも小さい。

このような放射線検出器では、第３部分の幅を第２部分の幅よりも小さくし、第２部分の幅を第１部分の幅よりも小さくすることによって、開口率を向上させることができる。したがって、このような放射線検出器では、放射線の透過率を向上できる。

第１実施形態に係るＸ線透過窓を模式的に示す平面図。第１実施形態に係るＸ線透過窓を模式的に示す断面図。第１実施形態に係るＸ線透過窓の製造工程を模式的に示す断面図。第１実施形態に係るＸ線透過窓の製造工程を模式的に示す断面図。第２実施形態に係るＸ線透過窓を模式的に示す断面図。グリッド部材の高さとＸ線の透過率の関係を説明するための図。グリッド部材の高さとＸ線の透過率の関係を説明するための図。第３実施形態に係るＸ線透過窓を模式的に示す断面図。第４実施形態に係るＸ線透過窓を模式的に示す平面図。第４実施形態に係るＸ線透過窓を模式的に示す断面図。第５実施形態に係るＸ線透過窓を模式的に示す断面図。第６実施形態に係るＸ線透過窓を模式的に示す断面図。第７実施形態に係るＸ線検出器を模式的に示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

また、以下では、本発明に係る放射線透過窓として、Ｘ線を透過させるＸ線透過膜を備えたＸ線透過窓を例に挙げて説明するが、本発明に係る放射線透過窓は、γ線などＸ線以外の放射線を透過させる放射線透過膜を備えた窓であってもよい。

また、以下では、本発明に係る放射線検出器として、Ｘ線透過窓を備えたＸ線検出器を例に挙げて説明するが、本発明に係る放射線検出器は、γ線などＸ線以外の放射線を透過させる放射線透過窓を備えた検出器であってもよい。

１．第１実施形態
１．１．Ｘ線透過窓
まず、第１実施形態に係るＸ線透過窓について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るＸ線透過窓１００を模式的に示す平面図である。図２は、第１実施形態に係るＸ線透過窓１００を模式的に示す断面図である。なお、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。

Ｘ線透過窓１００は、図１に示すように、外枠１０と、Ｘ線透過膜２０と、グリッド部材３０と、を含む。

外枠１０は、開口部１２を有している。開口部１２は、Ｘ線透過膜２０で塞がれている。外枠１０は、Ｘ線透過膜２０を支持している。開口部１２の平面形状は、図１に示す例では、正方形である。開口部１２の一辺の長さは、例えば、数ｍｍ～数十ｍｍ程度である。なお、開口部１２の平面形状は、特に限定されず、円や多角形であってもよい。外枠１０の材質は、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、カーボンファイバーを含む樹脂、グラファイトなどである。

Ｘ線透過膜２０は、外枠１０に支持されている。Ｘ線透過膜２０は、Ｘ線を透過する材料で構成されている。Ｘ線透過膜２０の材質は、例えば、グラフェン、窒化ケイ素、ベリリウム等の金属材料、高分子材料などである。Ｘ線透過膜２０の膜厚は、例えば、数十ｎｍ～数百ｎｍである。

グリッド部材３０は、開口部１２を複数の小開口部３２に区画する。これにより、Ｘ線透過膜２０に加わる圧力を分散できる。グリッド部材３０の材質は、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、カーボンファイバーを含む樹脂、グラファイトなどである。グリッド部材３０の材質は、外枠１０の材質と同じであってもよい。

小開口部３２は、１辺が数百μｍ程度の正方形である。小開口部３２は、複数行、複数列に配置されている。図示の例では、小開口部３２は、７行７列に配列されている。小開口部３２の行方向のピッチは一定であり、小開口部３２の列方向のピッチは一定である。小開口部３２の行方向のピッチは、例えば、５００μｍ程度であり、小開口部３２の列方向のピッチは５００μｍ程度である。小開口部３２のピッチは、隣り合う小開口部３２の中心間の距離である。なお、小開口部３２の形状は、特に限定されず、長方形や六角形などの多角形、円、楕円などであってもよい。また、小開口部３２の配列は、複数行、複数列に限定されず、例えば、小開口部３２が同心円状に配列されていてもよい。

グリッド部材３０は、第１部分３４ａと、第２部分３４ｂと、第３部分３４ｃと、を有する。第１部分３４ａ、第２部分３４ｂ、および第３部分３４ｃは、互いに幅が異なる。第２部分３４ｂの幅Ｗ２は、第１部分３４ａの幅Ｗ１よりも小さく、第３部分３４ｃの幅Ｗ３は、第２部分３４ｂの幅Ｗ２よりも小さい。図示の例では、第１部分３４ａは、グリッド部材３０のうちの幅が最も大きい部分であり、第３部分３４ｃは、グリッド部材３０のうちの幅が最も小さい部分である。

第１部分３４ａと開口部１２の中心Ｏとの間の距離は、第２部分３４ｂと開口部１２の中心Ｏとの間の距離よりも大きい。第２部分３４ｂと開口部１２の中心Ｏとの間の距離は、第３部分３４ｃと開口部１２の中心Ｏとの間の距離よりも大きい。

第１部分３４ａは、第２部分３４ｂを囲んでいる。第２部分３４ｂは、第３部分３４ｃを囲んでいる。第３部分３４ｃは、開口部１２の中心Ｏを囲んでいる。

図示の例では、第１部分３４ａは、２５個の小開口部３２を囲んでいる。第２部分３４
ｂは、９つの小開口部３２を囲んでいる。第３部分３４ｃは、１つの小開口部３２を囲んでいる。すなわち、第１部分３４ａと第２部分３４ｂとの間には、１６個の小開口部３２が位置し、第２部分３４ｂと第３部分３４ｃとの間には、８つの小開口部３２が位置している。

上記のように、第２部分３４ｂの幅Ｗ２は、第１部分３４ａの幅Ｗ１よりも小さく、第３部分３４ｃの幅Ｗ３は、第２部分３４ｂの幅Ｗ２よりも小さいため、第２部分３４ｂと第３部分３４ｃとの間の小開口部３２の面積は、第１部分３４ａと第２部分３４ｂとの間の小開口部３２の面積よりも大きい。また、第３部分３４ｃで囲まれた小開口部３２の面積は、第２部分３４ｂと第３部分３４ｃとの間の小開口部３２の面積よりも大きい。

なお、第１部分３４ａと第２部分３４ｂとの間の小開口部３２の面積と、第１部分３４ａと外枠１０との間の小開口部３２の面積は、等しい。第１部分３４ａと第２部分３４ｂとの間の小開口部３２の面積は、第１部分３４ａと外枠１０との間の小開口部３２の面積よりも大きくてもよい。

Ｘ線透過窓１００では、開口部１２の中心Ｏを通り、行方向に平行な仮想直線Ｌ１を引いた場合に、仮想直線Ｌ１と交差するグリッド部材３０の幅は、中心Ｏとの間の距離が小さいほど小さい。また、Ｘ線透過窓１００では、開口部１２の中心Ｏを通り、列方向に平行な仮想直線Ｌ２を引いた場合に、仮想直線Ｌ２と交差するグリッド部材３０の幅は、中心Ｏとの間の距離が小さいほど小さい。

Ｘ線透過窓１００では、仮想直線Ｌ１を引いた場合に、開口部１２の中心Ｏと第１部分３４ａとの間において、仮想直線Ｌ１と交差する小開口部３２の面積は、中心Ｏとの間の距離が小さいほど大きい。なお、図示はしないが、開口部１２の中心Ｏと外枠１０との間において、仮想直線Ｌ１と交差する小開口部３２の面積は、中心Ｏとの間の距離が小さいほど大きくなってもよい。

また、Ｘ線透過窓１００では、仮想直線Ｌ２を引いた場合に、開口部１２の中心Ｏと第１部分３４ａとの間において、仮想直線Ｌ２と交差する小開口部３２の面積は、中心Ｏとの間の距離が小さいほど大きい。なお、図示はしないが、開口部１２の中心Ｏと外枠１０との間において、仮想直線Ｌ２と交差する小開口部３２の面積は、中心Ｏとの間の距離が小さいほど大きくなってもよい。

第１部分３４ａの高さＨ１、第２部分３４ｂの高さＨ２、および第３部分３４ｃの高さＨ３は、互いに等しい。グリッド部材３０の高さは、一定である。

Ｘ線透過窓１００では、例えば、以下の作用効果を奏することができる。

Ｘ線透過窓１００では、グリッド部材３０は、第１部分３４ａと、第１部分３４ａよりも幅が小さい第２部分３４ｂと、第２部分３４ｂよりも幅が小さい第３部分３４ｃと、を有している。そのため、Ｘ線透過窓１００では、例えば、グリッド部材３０の幅が第１部分３４ａの幅と等しく、一定である場合と比べて、開口率を向上させることができる。したがって、Ｘ線透過窓１００では、Ｘ線の透過率を向上できる。

開口率は、平面視で、開口部１２の面積Ｓ_Ａに対する、開口部１２の面積Ｓ_Ａからグリッド部材３０の面積Ｓ_Ｂを除いた面積Ｓ_Ａ－Ｓ_Ｂの割合（Ｓ_Ａ－Ｓ_Ｂ）／Ｓ_Ａで表される。開口率は、Ｘ線の透過の度合いを表すファクターの１つである。

ここで、グリッド部材３０の幅を小さくすることで、グリッド部材３０の強度は低下す
る。そのため、上記のように、第２部分３４ｂおよび第３部分３４ｃを有することによって、開口部１２の中心Ｏに近いグリッド部材３０の中央部の強度が、開口部１２の中心Ｏから離れたグリッド部材３０の端部の強度に比べて低下する。

しかしながら、グリッド部材３０に求められる強度は、場所によって異なる。例えば、グリッド部材３０が比較的剛性が高い材料からなる場合、グリッド部材３０の端部の強度を高めることで、グリッド部材３０の全体の強度を効率よく高めることができる。このように、Ｘ線透過窓１００は、グリッド部材３０の端部がグリッド部材３０の中央部よりも強度が要求される場合に特に有効である。

１．２．Ｘ線透過窓の製造方法
図３および図４は、Ｘ線透過窓１００の製造工程を模式的に示す断面図である。

図３に示すように、基板２の第１面２ａに、Ｘ線透過膜２０を成膜する。ここでは、基板２としてＳｉ基板を用い、Ｘ線透過膜２０として窒化ケイ素膜を用いた場合について説明する。Ｘ線透過膜２０の成膜は、例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法などにより行われる。

図４に示すように、基板２をパターニングして、外枠１０およびグリッド部材３０を形成する。例えば、まず、基板２の第１面２ａとは反対側の第２面２ｂにレジスト４を成膜する。次に、フォトリソグラフィ法によりレジスト４をパターニングし、パターニングされたレジスト４をマスクとして、基板２をエッチングする。これにより、外枠１０およびグリッド部材３０を形成することができる。基板２のパターニングの後、レジスト４は除去される。

以上の工程により、Ｘ線透過窓１００を製造できる。

２．第２実施形態
２．１．Ｘ線透過窓
次に、第２実施形態に係るＸ線透過窓について、図面を参照しながら説明する。図５は、第２実施形態に係るＸ線透過窓２００を模式的に示す断面図である。なお、Ｘ線透過窓２００の平面形状は、図１に示すＸ線透過窓１００の平面形状と同様であり、図示を省略する。以下、第２実施形態に係るＸ線透過窓２００において、第１実施形態に係るＸ線透過窓１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述したＸ線透過窓１００では、図２に示すように、第１部分３４ａの高さＨ１、第２部分３４ｂの高さＨ２、および第３部分３４ｃの高さＨ３は、互いに等しかった。

これに対して、Ｘ線透過窓２００では、図５に示すように、第３部分３４ｃの高さＨ３は第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さく、第２部分３４ｂの高さＨ２は第１部分３４ａの高さＨ１よりも小さい。

Ｘ線透過窓２００では、仮想直線Ｌ１を引いた場合に、仮想直線Ｌ１と交差するグリッド部材３０の高さは、中心Ｏとの間の距離が小さいほど小さい。また、仮想直線Ｌ２を引いた場合に、仮想直線Ｌ２と交差するグリッド部材３０の高さは、中心Ｏとの間の距離が小さいほど小さい。例えば、グリッド部材３０の高さと、中心Ｏとの間の距離の関係は、一次関数で表される。

Ｘ線透過窓２００では、第３部分３４ｃの高さＨ３は第２部分３４ｂの高さＨ２よりも
小さく、第２部分３４ｂの高さＨ２は第１部分３４ａの高さＨ１よりも小さい。このように、Ｘ線透過窓２００では、第３部分３４ｃの高さＨ３を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第１部分３４ａの高さＨ１よりも小さくすることによって、例えば、グリッド部材３０の高さが第１部分３４ａの高さＨ１と等しく、一定である場合と比べて、Ｘ線の透過率を向上できる。以下、その理由について説明する。

図６および図７は、グリッド部材３０の高さとＸ線の透過率の関係を説明するための図である。図６に示すモデルＭ２と、図７に示すモデルＭ４とは、モデルＭ２のグリッド部材３０の高さＨが、モデルＭ４のグリッド部材３０の高さＨよりも大きい点を除いて、同じ構成である。

開口率は、上述したように、平面視で、開口部１２の面積Ｓ_Ａに対する、開口部１２の面積Ｓ_Ａからグリッド部材３０の面積Ｓ_Ｂを除いた面積Ｓ_Ａ－Ｓ_Ｂの割合（Ｓ_Ａ－Ｓ_Ｂ）／Ｓ_Ａで表される。そのため、モデルＭ２の開口率とモデルＭ４の開口率は等しい。

しかしながら、図６および図７に示すように、Ｘ線Ｘｒは試料から放射上に放出されるため、Ｘ線Ｘｒはグリッド部材３０の側壁でも遮られる。そのため、グリッド部材３０の高さが小さいモデルＭ４のＸ線の透過率は、グリッド部材３０の高さが大きいモデルＭ２のＸ線Ｘｒの透過率よりも高い。

このように、開口率が同じであっても、グリッド部材３０の高さを小さくすることで、Ｘ線の透過率を向上できる。したがって、Ｘ線透過窓２００では、第３部分３４ｃの高さＨ３を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第１部分３４ａの高さＨ１よりも小さくすることによって、Ｘ線の透過率を向上できる。

また、Ｘ線透過窓２００では、Ｘ線透過窓１００と同様に、第３部分３４ｃの幅Ｗ３は、第２部分３４ｂの幅Ｗ２よりも小さく、第２部分３４ｂの幅Ｗ２は、第１部分３４ａの幅Ｗ１よりも小さいため、Ｘ線の透過率を向上できる。

ここで、グリッド部材３０の高さを小さくすることで、グリッド部材３０の強度は低下する。そのため、上記のように、第３部分３４ｃの高さＨ３を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第１部分３４ａの高さＨ１よりも小さくすることによって、グリッド部材３０の中央部の強度が、グリッド部材３０の端部の強度に比べて低下する。このような場合であっても、Ｘ線透過窓２００では、Ｘ線透過窓１００と同様に、グリッド部材３０の端部の強度を高めることで、グリッド部材３０の全体の強度を効率よく高めることができる。

２．２．Ｘ線透過窓の製造方法
Ｘ線透過窓２００の製造方法では、基板２をパターニングしてグリッド部材３０を形成する工程において、第１部分３４ａ、第２部分３４ｂ、および第３部分３４ｃのエッチング量を異ならせることによって、第３部分３４ｃの高さＨ３を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第１部分３４ａの高さＨ１よりも小さくする。

例えば、まず、基板２を第１部分３４ａの上面の深さまでエッチングする。その後、第１部分３４ａ上をレジストで覆う。次に、基板２を第２部分３４ｂの上面の深さまでエッチングし、第２部分３４ｂ上をレジストで覆う。次に、基板２を第３部分３４ｃの上面の深さまでエッチングし、第３部分３４ｃを覆う。その後、基板２をＸ線透過膜２０が露出するまでエッチングする。これにより、第１部分３４ａ、第２部分３４ｂ、および第３部分３４ｃを有するグリッド部材３０を形成できる。

その他の工程は、Ｘ線透過窓１００の製造工程と同様である。

３．第３実施形態
３．１．Ｘ線透過窓
次に、第３実施形態に係るＸ線透過窓について、図面を参照しながら説明する。図８は、第３実施形態に係るＸ線透過窓３００を模式的に示す断面図である。なお、Ｘ線透過窓３００の平面形状は、図１に示すＸ線透過窓１００の平面形状と同様であり、図示を省略する。以下、第３実施形態に係るＸ線透過窓３００において、第１実施形態に係るＸ線透過窓１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

これに対して、Ｘ線透過窓３００では、図８に示すように、第１部分３４ａの高さＨ１は第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さく、第２部分３４ｂの高さＨ２は第３部分３４ｃの高さＨ３よりも小さい。

Ｘ線透過窓３００では、仮想直線Ｌ１を引いた場合に、仮想直線Ｌ１と交差するグリッド部材３０の高さは、中心Ｏとの間の距離が大きいほど小さい。また、Ｘ線透過窓３００では、仮想直線Ｌ２を引いた場合に、仮想直線Ｌ２と交差するグリッド部材３０の高さは、中心Ｏとの間の距離が大きいほど小さい。例えば、グリッド部材３０の高さと、中心Ｏとの間の距離の関係は、一次関数で表される。

Ｘ線透過窓３００では、第１部分３４ａの高さＨ１は第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さく、第２部分３４ｂの高さＨ２は第３部分３４ｃの高さＨ３よりも小さい。このように、Ｘ線透過窓３００では、第１部分３４ａの高さＨ１を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第３部分３４ｃの高さＨ３よりも小さくすることによって、Ｘ線の透過率を効率よく向上できる。以下、その理由について説明する。

図６および図７に示すように、グリッド部材３０の端部は、グリッド部材３０の中央部に比べて、高さの変化に対するＸ線の透過率の変化の割合が大きい。すなわち、グリッド部材３０の端部の高さを小さくした場合の方が、グリッド部材３０の中央部の高さを小さくした場合よりも、Ｘ線の透過率を向上できる。したがって、第１部分３４ａの高さＨ１を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第３部分３４ｃの高さＨ３よりも小さくすることによって、Ｘ線の透過率を効率よく向上できる。

ここで、Ｘ線透過窓３００では、Ｘ線透過窓１００と同様に、第１部分３４ａと、第１部分３４ａよりも幅が小さい第２部分３４ｂと、第２部分３４ｂよりも幅が小さい第３部分３４ｃと、を有しているため、グリッド部材３０の中央部の強度が、グリッド部材３０の端部の強度に比べて低下する。しかしながら、Ｘ線透過窓３００では、第１部分３４ａの高さＨ１を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第３部分３４ｃの高さＨ３よりも小さくすることによって、グリッド部材３０の中央部の強度をグリッド部材３０の端部に比べて向上できる。したがって、Ｘ線透過窓３００では、グリッド部材３０の全体の強度をバランスよく向上できる。

３．２．Ｘ線透過窓の製造方法
Ｘ線透過窓３００の製造方法では、Ｘ線透過窓２００の製造方法と同様に、基板２をパターニングしてグリッド部材３０を形成する工程において、第１部分３４ａ、第２部分３
４ｂ、および第３部分３４ｃのエッチング量を異ならせることによって、第１部分３４ａの高さＨ１を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第３部分３４ｃの高さＨ３よりも小さくする。

４．第４実施形態
４．１．Ｘ線透過窓
次に、第４実施形態に係るＸ線透過窓について、図面を参照しながら説明する。図９は、第４実施形態に係るＸ線透過窓４００を模式的に示す平面図である。図１０は、第４実施形態に係るＸ線透過窓４００を模式的に示す断面図である。なお、図１０は、図９のＸ－Ｘ線断面図である。

以下、第４実施形態に係るＸ線透過窓４００において、第１実施形態に係るＸ線透過窓１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述したＸ線透過窓１００では、図１および図２に示すように、グリッド部材３０は、第１部分３４ａと、第１部分３４ａよりも幅の小さい第２部分３４ｂと、第２部分３４ｂよりも幅の小さい第３部分３４ｃと、を有し、第１部分３４ａと開口部１２の中心Ｏとの間の距離は、第２部分３４ｂと開口部１２の中心Ｏとの間の距離よりも大きく、第２部分３４ｂと開口部１２の中心Ｏとの間の距離は、第３部分３４ｃと開口部１２の中心Ｏとの間の距離よりも大きい。

これに対して、Ｘ線透過窓４００では、図９および図１０に示すように、グリッド部材３０は、第１部分３４ａと、第１部分３４ａよりも幅の小さい第２部分３４ｂと、第２部分３４ｂよりも幅の小さい第３部分３４ｃと、を有し、第１部分３４ａと開口部１２の中心Ｏとの間の距離は、第２部分３４ｂと開口部１２の中心Ｏとの間の距離よりも小さく、第２部分３４ｂと開口部１２の中心Ｏとの間の距離は、第３部分３４ｃと開口部１２の中心Ｏとの間の距離よりも小さい。

第３部分３４ｃは、第２部分３４ｂを囲んでいる。第２部分３４ｂは、第１部分３４ａを囲んでいる。第１部分３４ａは、開口部１２の中心Ｏを囲んでいる。

図示の例では、第３部分３４ｃは、２５個の小開口部３２を囲んでいる。第２部分３４ｂは、９つの小開口部３２を囲んでいる。第１部分３４ａは、１つの小開口部３２を囲んでいる。すなわち、第２部分３４ｂと第３部分３４ｃとの間には、１６個の小開口部３２が位置し、第１部分３４ａと第２部分３４ｂとの間には、８つの小開口部３２が位置している。

上記のように、第２部分３４ｂの幅Ｗ２は、第１部分３４ａの幅Ｗ１よりも小さく、第３部分３４ｃの幅Ｗ３は、第２部分３４ｂの幅Ｗ２よりも小さいため、第２部分３４ｂと第３部分３４ｃとの間の小開口部３２の面積は、第１部分３４ａと第２部分３４ｂとの間の小開口部３２の面積よりも大きい。また、第１部分３４ａと第２部分３４ｂとの間の小開口部３２の面積は、第１部分３４ａで囲まれた小開口部３２の面積よりも大きい。

Ｘ線透過窓４００では、仮想直線Ｌ１を引いた場合に、仮想直線Ｌ１と交差するグリッド部材３０の幅は、中心Ｏとの間の距離が大きいほど小さい。また、仮想直線Ｌ２を引いた場合に、仮想直線Ｌ２と交差するグリッド部材３０の幅は、中心Ｏとの間の距離が大きいほど小さい。

Ｘ線透過窓４００では、仮想直線Ｌ１を引いた場合に、開口部１２の中心Ｏと第３部分３４ｃとの間において、仮想直線Ｌ１と交差する小開口部３２の面積は、中心Ｏとの間の距離が大きいほど大きい。また、開口部１２の中心Ｏと第３部分３４ｃとの間において、仮想直線Ｌ２を引いた場合に、仮想直線Ｌ２と交差する小開口部３２の面積は、中心Ｏとの間の距離が大きいほど大きい。

第１部分３４ａの高さＨ１、第２部分３４ｂの高さＨ２、および第３部分３４ｃの高さＨ３は、互いに等しい。グリッド部材３０の高さは一定である。

Ｘ線透過窓４００では、例えば、以下の作用効果を奏することができる。

Ｘ線透過窓４００では、Ｘ線透過窓１００と同様に、グリッド部材３０は、第１部分３４ａと、第１部分３４ａよりも幅が小さい第２部分３４ｂと、第２部分３４ｂよりも幅が小さい第３部分３４ｃと、を有している。そのため、Ｘ線透過窓４００では、開口率を向上させることができ、Ｘ線の透過率を向上できる。

ここで、グリッド部材３０の幅を小さくすることで、グリッド部材３０の強度は低下する。そのため、上記のように、第２部分３４ｂおよび第３部分３４ｃを有することによって、グリッド部材３０の端部の強度が、グリッド部材３０の中央部の強度に比べて低下する。

しかしながら、グリッド部材３０に求められる強度は、場所によって異なる。Ｘ線透過窓４００は、グリッド部材３０の中央部がグリッド部材３０の端部よりも強度が要求される場合に特に有効である。

４．２．Ｘ線透過窓の製造方法
Ｘ線透過窓４００の製造方法は、基板２をパターニングしてグリッド部材３０を形成する工程において、第１部分３４ａと開口部１２の中心Ｏとの間の距離が第２部分３４ｂと開口部１２の中心Ｏとの間の距離よりも小さく、第２部分３４ｂと開口部１２の中心Ｏとの間の距離が第３部分３４ｃと開口部１２の中心Ｏとの間の距離よりも小さくなるようにパターニングする。その他の工程は、上述したＸ線透過窓１００の製造工程と同様である。

５．第５実施形態
５．１．Ｘ線透過窓
次に、第５実施形態に係るＸ線透過窓について、図面を参照しながら説明する。図１１は、第５実施形態に係るＸ線透過窓５００を模式的に示す断面図である。なお、Ｘ線透過窓５００の平面形状は、図９に示すＸ線透過窓４００の平面形状と同様であり、図示を省略する。以下、第５実施形態に係るＸ線透過窓５００において、第４実施形態に係るＸ線透過窓４００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述したＸ線透過窓４００では、図１０に示すように、第１部分３４ａの高さＨ１、第２部分３４ｂの高さＨ２、および第３部分３４ｃ分の高さＨ３は、互いに等しかった。

これに対して、Ｘ線透過窓５００では、図１１に示すように、第１部分３４ａの高さＨ１は第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さく、第２部分３４ｂの高さＨ２は第３部分３４
ｃの高さＨ３よりも小さい。

Ｘ線透過窓５００では、仮想直線Ｌ１を引いた場合に、仮想直線Ｌ１と交差するグリッド部材３０の高さは、中心Ｏとの間の距離が小さいほど小さい。また、仮想直線Ｌ２を引いた場合に、仮想直線Ｌ２と交差するグリッド部材３０の高さは、中心Ｏとの間の距離が小さいほど小さい。例えば、グリッド部材３０の高さと、中心Ｏとの間の距離の関係は、一次関数で表される。

Ｘ線透過窓５００では、第１部分３４ａの高さＨ１は、第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さく、第２部分３４ｂの高さＨ２は第３部分３４ｃの高さＨ３よりも小さい。このように、Ｘ線透過窓５００では、Ｘ線透過窓２００と同様に、第１部分３４ａの高さＨ１を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第３部分３４ｃの高さＨ３よりも小さくすることによって、Ｘ線の透過率を向上できる。

また、Ｘ線透過窓５００では、Ｘ線透過窓１００と同様に、第３部分３４ｃの幅Ｗ３は第２部分３４ｂの幅Ｗ２よりも小さく、第２部分３４ｂの幅Ｗ２は第１部分３４ａの幅Ｗ１よりも小さいため、Ｘ線の透過率を向上できる。

ここで、Ｘ線透過窓５００では、Ｘ線透過窓４００と同様に、第１部分３４ａと、第１部分３４ａよりも幅が小さい第２部分３４ｂと、第２部分３４ｂよりも幅が小さい第３部分３４ｃと、を有しているため、グリッド部材３０の端部の強度が、グリッド部材３０の中央部の強度に比べて低下する。しかしながら、Ｘ線透過窓５００では、第１部分３４ａの高さＨ１を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第３部分３４ｃの高さＨ３よりも小さくすることによって、グリッド部材３０の端部の強度をグリッド部材３０の中央部に比べて向上できる。したがって、Ｘ線透過窓５００では、グリッド部材３０の全体の強度をバランスよく向上できる。

５．２．Ｘ線透過窓の製造方法
Ｘ線透過窓５００の製造方法では、基板２をパターニングしてグリッド部材３０を形成する工程において、第１部分３４ａ、第２部分３４ｂ、および第３部分３４ｃのエッチング量を異ならせることによって、第１部分３４ａの高さＨ１を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第３部分３４ｃの高さＨ３よりも小さくする。

その他の工程は、Ｘ線透過窓４００の製造工程と同様である。

６．第６実施形態
６．１．Ｘ線透過窓
次に、第６実施形態に係るＸ線透過窓について、図面を参照しながら説明する。図１２は、第６実施形態に係るＸ線透過窓６００を模式的に示す断面図である。なお、Ｘ線透過窓６００の平面形状は、図９に示すＸ線透過窓４００の平面形状と同様であり、図示を省略する。以下、第６実施形態に係るＸ線透過窓６００において、第４実施形態に係るＸ線透過窓４００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述したＸ線透過窓４００では、図１０に示すように、第１部分３４ａの高さＨ１、第２部分３４ｂの高さＨ２、および第３部分３４ｃの高さＨ３は、互いに等しかった。

これに対して、Ｘ線透過窓６００では、図１２に示すように、第３部分３４ｃの高さＨ３は第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さく、第２部分３４ｂの高さＨ２は第１部分３４
ａの高さＨ１よりも小さい。

Ｘ線透過窓６００では、仮想直線Ｌ１を引いた場合に、仮想直線Ｌ１と交差するグリッド部材３０の高さは、中心Ｏとの間の距離が大きいほど小さい。また、仮想直線Ｌ２を引いた場合に、仮想直線Ｌ２と交差するグリッド部材３０の高さは、中心Ｏとの間の距離が大きいほど小さい。例えば、グリッド部材３０の高さと、中心Ｏとの間の距離の関係は、一次関数で表される。

Ｘ線透過窓６００では、第３部分３４ｃの高さＨ３は第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さく、第２部分３４ｂの高さＨ２は第１部分３４ａの高さＨ１よりも小さい。このように、Ｘ線透過窓６００では、Ｘ線透過窓３００と同様に、第３部分３４ｃの高さＨ３を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第１部分３４ａの高さＨ１よりも小さくすることによって、Ｘ線の透過率を効率よく向上できる。

また、Ｘ線透過窓６００では、Ｘ線透過窓４００と同様に、第３部分３４ｃの幅Ｗ３を第２部分３４ｂの幅Ｗ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの幅Ｗ２を第１部分３４ａの幅Ｗ１よりも小さくすることによって、Ｘ線の透過率を向上できる。

６．２．Ｘ線透過窓の製造方法
Ｘ線透過窓６００の製造方法では、Ｘ線透過窓５００の製造方法と同様に、基板２をパターニングしてグリッド部材３０を形成する工程において、第１部分３４ａ、第２部分３４ｂ、および第３部分３４ｃのエッチング量を異ならせることによって、第３部分３４ｃの高さＨ３を第２部分３４ｂの高さＨ２よりも小さくし、第２部分３４ｂの高さＨ２を第１部分３４ａの高さＨ１よりも小さくする。

７．第７実施形態
次に、第７実施形態に係るＸ線検出器について、図面を参照しながら説明する。図１３は、Ｘ線検出器７００の構成を示す図である。

Ｘ線検出器７００は、Ｘ線透過窓１００を含む。なお、ここでは、Ｘ線透過窓１００を含む場合について説明するが、Ｘ線検出器７００は、Ｘ線透過窓２００、Ｘ線透過窓３００、Ｘ線透過窓４００、Ｘ線透過窓５００、およびＸ線透過窓６００のいずれかを含んでいてもよい。

Ｘ線検出器７００は、図１３に示すように、筐体７０１と、検出素子７０２と、冷却素子７０４と、ヒートパイプ７０６と、信号伝達回路７０７と、信号増幅回路７０８と、を含む。

筐体７０１は、検出素子７０２と冷却素子７０４を収容する空間を形成する。筐体７０
１内は、真空状態である。筐体７０１は、キャップ７０１ａと、端子基板７０１ｂと、を有している。キャップ７０１ａには、Ｘ線透過窓１００が取り付けられている。これにより、筐体７０１内を外部と隔離しつつ、外部からのＸ線を検出素子７０２で検出できる。端子基板７０１ｂには、検出素子７０２に接続された端子が設けられている。

検出素子７０２は、Ｘ線透過窓１００を透過したＸ線を検出する。検出素子７０２は、例えば、シリコンドリフト検出器である。検出素子７０２の出力信号は、端子および端子に接続された配線を介して、信号伝達回路７０７に送られる。信号伝達回路７０７から出力された信号は、信号増幅回路７０８に送られる。

冷却素子７０４は、検出素子７０２を冷却する。冷却素子７０４は、例えば、ペルチェ素子である。冷却素子７０４から放出された熱は、ヒートパイプ７０６に伝わり、不図示の放熱板で放熱される。

信号増幅回路７０８は、検出素子７０２からの信号を増幅する。信号増幅回路７０８の出力信号は、不図示の情報処理装置に送られる。情報処理装置では、例えば、検出素子７０２からの信号に基づいて、スペクトルが生成される。

Ｘ線検出器７００は、Ｘ線の透過率が高いＸ線透過窓１００を含むため、検出感度を向上できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

２…基板、２ａ…第１面、２ｂ…第２面、４…レジスト、１０…外枠、１２…開口部、２０…Ｘ線透過膜、３０…グリッド部材、３２…小開口部、３４…グリッド部材、３４ａ…第１部分、３４ｂ…第２部分、３４ｃ…第３部分、１００…Ｘ線透過窓、２００…Ｘ線透過窓、３００…Ｘ線透過窓、４００…Ｘ線透過窓、５００…Ｘ線透過窓、６００…Ｘ線透過窓、７００…Ｘ線検出器、７０１…筐体、７０１ａ…キャップ、７０１ｂ…端子基板、７０２…検出素子、７０４…冷却素子、７０６…ヒートパイプ、７０８…信号増幅回路

Claims

内部が真空状態の筐体と、
前記筐体に取り付けられ、開口部を有する外枠と、
前記開口部を塞ぐ放射線透過膜と、
前記開口部を複数の小開口部に区画するグリッド部材と、
前記筐体内に配置された検出素子と、
を含み、
前記放射線透過膜は、前記筐体内と外部を隔離しつつ、前記外部からの放射線を透過し、
前記外枠は、前記放射線透過膜を支持し、
前記グリッド部材は、前記筐体内と前記外部との圧力差によって前記放射線透過膜に加わる圧力を分散し、
前記グリッド部材は、
第１部分と、
前記第１部分よりも幅が小さい第２部分と、
前記第２部分よりも幅が小さい第３部分と、
を有し、
前記第１部分と前記開口部の中心との間の距離は、前記第２部分と前記開口部の中心との間の距離よりも大きく、
前記第２部分と前記開口部の中心との間の距離は、前記第３部分と前記開口部の中心との間の距離よりも大きく、
前記第１部分の高さは、前記第２部分の高さよりも小さく、
前記第２部分の高さは、前記第３部分の高さよりも小さい、放射線検出器。
請求項１において、
前記第１部分は、前記第２部分を囲み、
前記第２部分は、前記第３部分を囲んでいる、放射線検出器。
請求項１または２において、
前記第２部分と前記第３部分の間の前記小開口部の面積は、前記第１部分と前記第２部分の間の前記小開口部の面積よりも大きい、放射線検出器。
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記小開口部は、複数行、複数列に配置され、
前記小開口部の行方向のピッチは、一定であり、
前記小開口部の列方向のピッチは、一定である、放射線検出器。