WO2002012919A1 - Détecteur de rayonnement radioactif et procédé de fabrication - Google Patents

Description

明細書

放射線検出器およびその製造方法

技術分野

本発明は放射線検出器に関し、 特に大面積の放射線画像を撮像するために複数 のイメージセンサを並べて構成した放射線検出器およびその製造方法に関する。 背景技術

医療用の X線診断装置として X線感光フィルムに代えて C C Dを用いた X線ィ メ一ジセンサが普及してきている。 このような放射線ィメ一ジングシステムにお いては、 複数の画素を有する放射線検出素子を用いて放射線による 2次元画像デ —夕を電気信号として取得し、 この信号を処理装置により処理して、 モニタ上に X線画像を表示している。 代表的な放射線検出素子は、 1次元あるいは 2次元に 配列された光検出器上にシンチレ一夕を配して、 入射する放射線をシンチレ一夕 で光に変換して、 検出する仕組みになっている。

この種の放射線検出素子は、 大画面化するほど製造時の歩留まりが劣化する。 その解決策として、 胸部のレントゲン撮影等に用いる大画面の撮像装置を製作す る際には、特開平 9-153606号公報に開示されているように複数の検出素子を並べ て大画面化する技術が知られている。 同公幸艮には、 実際の撮像画面より小さい受 光画面の素子を組み合わせることで、 素子あたりの歩留まりの低下を防止し、 製 作コストを低減すると記載されている。 発明の開示

しかしながら、 このように複数の検出素子を並べて大画面化した場合、 隣接す る検出素子との境界部分 （つなぎ目部分） からシンチレ一夕がはく離しやすいと いう問題点がある。 これは、 つなぎ目付近における解像度の低下や、

夕の全面はく離という問題を引き起こすおそれがある。 そこで本発明は、 シンチレ一夕の耐久性を確保し、 特につなぎ目付近における 解像度低下を予防し得る構成の放射線検出器およびその製造方法を提供すること を課題とする。

上記課題を解決するため本発明に係る放射線検出器は、 （1)基板と、複数の光電 変換素子を基板上の少なくともその 1辺近傍に 2次元に配列して形成した受光部 とを有する複数の撮像基板と、（2)これら複数の撮像基板の各受光部を隣り合わせ て並べて載置する基台と、（3)複数の撮像素子の受光部全体を一括して覆う表面の 平坦な透明膜と、 （4)この透明膜上に直接形成されているシンチレ一夕と、 を備え ていることを特徴とする。 本発明に係る放射線検出器としては、 例えば、 撮像基 板 2枚の連結、 あるいは、 撮像 ¾反 4枚を縦横 2枚ずつ連結する構成が考えられ る。

本発明に係る放射線検出器の製造方法は、（1)複数の光電変換素子が基板上の少 なくともその 1辺近傍に 2次元に配列されて形成されている受光部を有する撮像 基板を複数枚用意する工程と、（2)これら複数の撮像基板を基台上に各受光部を隣 り合わせて並べて載置する工程と、（3)これら複数の撮像基板の受光部全体の表面 上をその間に形成される隙間を含めて一括して覆う表面の平坦な透明膜を形成す る工程と、 （4)透明膜上にシンチレ一夕を直接形成する工程と、 を備えていること を特徴とする。

このシンチレ一夕の厚さとしては、 1 0 0 m〜1 0 0 0 mであることが望 ましい。

複数の撮像基板間に形成される隙間は 5 0〃m以下で、 かつ透明膜の厚さは 2 〃π！〜 3 0 /mであることが望ましい。 または、 上記隙間として 5 0〃m〜7 0 /mで、 かつ透明膜の厚さとして 5 111〜3 0〃mであってもよい。

本発明によれば、 複数の撮像基板の各受光部を隣り合わせて並べることで、 大 きな撮像面積を有する受光部が形成される。 そして、 この受光部上に一括して透 明膜を形成してその表面を平坦なものとし、 その膜上に直接シンチレ一夕を形成 しているので、 均一なシンチレ一夕を形成することができ、 均一な画像特性を有 する検出器が得られる。 さらにシンチレ一夕が平坦な膜上に形成されることでそ のはがれが効果的に防止される。

これらの撮像基板は光電変換素子に電気的に接続されている回路部を有してい ることが好ましい。 このようにすると、 信号読出し用の回路を別途形成する必要 がなく、 製造が容易になり、 シンチレ一夕形成後の取り扱いも簡単になる。

このシンチレ一夕を覆って密封する保護膜をさらに備えていることが好ましい シンチレ一夕が吸湿材料や強度の低い材料からなる場合、 保護膜で密封すること で、 耐久性が確保される。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明に係る放射線検出器の一実施形態を示す斜視図であり、 図 2は その断面図、 図 3は、 図 2の一部拡大図である。

図 4〜図 8は、 図 1の検出器の製造工程、 すなわち、 本発明に係る放射線検出 器の製造方法を説明する図である。

図 9は、 本発明に係る放射線検出器の別の実施形態を示す平面図である。

図 1 0、 図 1 1は、 本発明に係る放射線検出器の別の実施形態に用いられる撮 像基板をそれそれ示す平面図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。 説明の理解を容易にするため、 各図面において同一の構成要素に対しては可能な 限り同一の参照番号を附し、 重複する説明は省略する。 また、 各図面における寸 法、 形状は実際のものとは必ずしも同一ではなく、 理解を容易にするため誇張し ている部分がある。

図 1は、 本発明に係る放射線検出器の一実施形態を示す斜視図であり、 図 2は その断面図、 図 3は図 2の一部拡大図である。 この実施形態の放射線検出器 1 0 0は、 セラミヅク製の基台 1上に 4枚の撮像基板である固体撮像素子 2 a〜 2 d を 2 X 2枚並べて載置したものであり、 各固体撮像素子 2 a〜 2 dは、 接着樹脂 1 1によって基台 1に固定されている。

各固体撮像素子 2は、 例えば結晶 S i製の基板 2 0上に、 光電変換を行う光電 変換素子 2 1を 2次元上に配列することで構成されている。 この光電変換素子 2 1は、 フォトダイオード （P D ) やトランジスタからなる。 この光電変換素子 2 1の配列された部分を以下、 受光部と呼ぶ。 各光電変換素子 2 1は図示していな い信号ラインによって固体撮像素子 2の隣り合う二辺に配置された電極パヅド 2 2のうち対応する電極パッド 2 2とシフトレジス夕 2 3を介して電気的に接続さ れている。 そして、 各固体撮像素子 2 a〜 2 dは、 受光部が隣り合うように、 言 い換えると、 電極パヅ ド 2 2が周辺部に来るように配置されている。 このように 配置することで、 各固体撮像素子 2の受光部をできるだけ接近させて配置するこ とができ、 それそれの受光部間の隙間をできるだけ小さくして画像の得られない 不感領域を狭くすることができる。

固体撮像素子 2 a〜2 d上には、 それらの受光部と隣接する受光部間の隙間 2 5を一括して覆うようにして光電変換素子 2 1が感度を有する波長帯の光を透過 する透明膜 3が形成されている。 透明膜 3としては、 表面の平坦性に優れ、 光透 過特性の良好な樹脂、 例えば、 ポリイミド樹脂を用いることが好ましい。 この透 明膜 3上には、 入射した放射線を光電変換素子 2 1が感度を有する波長帯の光に 変換する柱状構造のシンチレ一夕 4が形成されている。 シンチレ一夕 4には、 各 種の材料を用いることができるが、 発光効率が良い T1ドープの Csl等が好ましい。 さらに、 このシンチレ一夕 4を覆って各固体撮像素子 2の電極パヅ ド 2 2とシ フトレジス夕 2 3との間まで広がり、 シンチレ一夕 4を密封する保護膜 5が形成 されている。 この保護膜 5は、 X線透過性で、 水蒸気を遮断するものであり、 例 えば、 ポリパラキシリレン樹脂（スリ一ボンド社製、商品名パリレン)、 特にポリ パラクロロキシリレン （同社製、 商品名パリレン C ) を用いることが好ましい。 パリレンによるコーティング膜は、 水蒸気及びガスの透過が極めて少なく、 撥水 性、 耐薬品性も高いほか、 薄膜でも優れた電気絶縁性を有し、 放射線、 可視光線 に対して透明であるなど保護膜 5にふさわしい優れた特徴を有している。

次に、 図 4〜図 8を用いてこの放射線検出器の製造工程、 すなわち、 本発明に 係る放射線検出器の製造方法を具体的に説明する。 最初に図 4に示されるような 構造の固体撮像素子 2を 4枚用意する。 そして、 平坦な表面を有する基台 1の表 面上に各固体撮像素子 2 a〜2 dをそれらの受光部が隣接するよう、 言い換える と各電極パッド 2 2部分が外側に配列されるように光電変換素子 2 1の受光面を 表にして縦横に 2枚ずつ並べて載置して接着樹脂 1 1によって基台 1へと固定す る （図 5参照)。

次に、 各電極パヅド 2 2部分をマスキングしたうえで、 受光部全体上 （その間 に形成された隙間 2 5部分を含む） にポリイミドを塗布したうえで、 硬化させる ことにより約 5 i mの厚さを有する透明膜 3を形成する （図 6参照）。 こうして、 透明膜 3により固体撮像素子 2 a〜2 d間の隙間を塞ぐとともに、 素子同士の表 面位置に段差がある場合でも透明膜 3の表面を平滑に形成することができる。 次に、 こうして形成された透明膜 3上に T1をドープした Cslを真空蒸着法によ つて厚さ約 400 z mの柱状結晶として成長させることによりシンチレ一夕 4層を 形成する（図 7参照）。 このシンチレ一夕 4層は、 固体撮像素子 4 a〜4 dの全受 光部の上に形成されることになる。 また、 シンチレ一夕 4層が形成される土台と なる透明膜 3の表面が前述したように平滑な状態であるため、 隙間を含む受光部 全体にわたって均一なシンチレ一夕 4層を形成することが可能である。

Cslは、 吸湿性が高く、 露出したままにしておくと空気中の水蒸気を吸湿して 溶解してしまうので、 その保護のため、 CVD (化学的蒸着）法によりシンチレ一 夕 4が形成された固体撮像素子 2 a〜2 dを基台 1ごと厚さ 10〃mのパリレン で包み込み、 保護膜 5を形成する （図 8参照)。 具体的には、 金属の真空蒸着と同様に真空中で蒸着によるコ一ティングを行う もので、原料となるジパラキシリレンモノマ一を熱分解して、生成物をトルエン、 ベンゼンなどの有機溶媒中で急冷しダイマ一と呼ばれるジパラキシリレンを得る 工程と、 このダイマ一を熱分解して、 安定したラジカルパラキシリレンガスを生 成させる工程と、 発生したガスを素材上に吸着、 重合させて分子量約 5 0万のポ リパラキシリレン膜を重合形成させる工程からなる。

Cslの柱状結晶の間には隙間があるが、 パリレンはこの狭い隙間にある程度入 り込むので、 保護膜 5は、 シンチレ一夕 4層に密着し、 シンチレ一夕 4を密封す る。 このパリレンコーティングにより、 凹凸のあるシンチレ一夕 4層表面に均一 な厚さの精密薄膜コーティングを形成することができる。 また、 パリレンの CVD 形成は、 金属蒸着時よりも真空度が低く、 常温で行うことができるため、 加工が 容易である。

この後で形成した保護膜 5に電極パヅド 2 2とシフ卜レジス夕 2 3との間に沿 つて切れ目を入れ、 外側の保護膜 5をはがすことで、 電極パッド 2 2を露出させ て図 1〜図 3に示される放射線検出器 1 0 0を得る。

続いて、 本実施形態の動作を図 1〜図 3により、 説明する。 入射面側から入射 した X線 （放射線） は、 保護膜 5を透過してシンチレ一夕 4に達する。 この X線 は、 シンチレ一夕 4で吸収され、 X線の光量に比例した所定の波長の光が放射さ れる。放射された光は透明膜 3を透過して各々の光電変換素子 2 1へと到達する。 各々の光電変換素子 2 1では、 光電変換により、 到達した光の光量に対応する電 気信号が生成されて一定時間蓄積される。 この光の光量は入射する X線の光量に 対応しているから、 つまり、 各々の光電変換素子 2 1に蓄積されている電気信号 は、 入射する X線の光量に対応することになり、 X線画像に対応する画像信号が 得られる。 光電変換素子 2 1に蓄積されたこの画像信号は、 図示していない信号 ラインからシフトレジス夕 2 3を介して各電極パヅド 2 2から順次出力されて外 部へと転送され、 これを所定の処理回路で処理することにより、 モニター上に X 線像を表示することができる。

前述したように、 本発明によれば、 各固体撮像素子 2の受光部を近接して配置 することが可能であり、 さらに、 その表面上に均一なシンチレ一夕 4層を形成し ているので、 それぞれの受光部の間のつなぎ目部分に生ずる不感領域を狭くする ことができ、 解像度の劣化も防止できる。 また、 つなぎ目部分も含めて透明膜 3 により覆われ、 その上にシンチレ一夕 4が形成されているので、 シンチレ一夕 4 のはく離現象を効果的に防止でき、 耐久性が確保できる。 そして、 受光画面の小 さい素子を組み合わせることで、 大画面の素子を製作する場合に比べて素子あた りの歩留まりの低下を防止することができ、 製作コストの低減も図れる。

本発明者らはこの透明膜 3によって素子間の隙間を充填することでシンチレ 夕 4のはく離を抑制する効果を検証するため、 固体撮像素子のペアを 4種類用意 し、 各素子を並べて素子間の隙間を一方が狭く、 他方が広くなるように配置する ことで隙間を位置により異ならせて配置したうえで、 各素子組の表面にポリイミ ドを塗布して硬化させることで、 それぞれに所定の厚みの透明膜を形成して、 そ の後シンチレ一夕 4として Cslを 400〃m蒸着した後、境界部分におけるシンチレ 一夕 4のはく離の有無を調べた。 表 1にその結果を示す。

表 1 シンチレ一夕のはく離の有無

隙間が 70 i mの場合でも 5 m厚の透明膜を形成することでシンチレ一夕 4 をはく離することなく蒸着できることが確認された。

この結果から隙間が 50 m以下の場合、 透明膜の厚さを 2 m以上とし、 隙間 が 50 z mより大きく m以下の場合、 透明膜の厚さを 5 z m以上とすることで -夕の剥離が防止できる。 また、 透明膜が厚すぎると透明膜中でィメー ジが散乱して解像度が低下してしまうので、 透明膜の厚さは 30 m以下であるこ とが好ましい。

尚、 隙間が 100 mと大きくなると隙間に入り込んだ透明膜の量が多くなり、 透明膜の硬化時の収縮により隙間部分で透明膜にわずかながら凹みができてしま うのでシンチレ一夕の剥離が生じてしまっている。 さらに隙間は大きければ大き いほどデッドスペースが増大することになり、 極力小さいほど良い。 これらのこ とから隙間は 70 zm以下に押さえることが好ましい。

なお、 上述した隙間の大きさと透明膜の厚さの関係は、 シンチレ一夕の厚さは 100〃m〜1000〃mの範囲において満たされるものである。

図 9は、 本発明に係る放射線検出器の第 2の実施形態を示す平面図である。 コ の図に示されるように、 2枚の撮像基板である固体撮像素子 2 a、 2 bを連結し て大画面の放射線検出器を製造してもよい。 さらに、 3枚以上の固体撮像素子を 一列に並べて大画面化したり、 2 x m列あるいは m x n列並べて大画面化しても 構わない。 固体撮像素子を 2 x m列 （ただし mは 3以上の整数） 並べる場合は、 少なくとも四隅に配置される以外の固体撮像素子 2 ' は、 少なくとも 3辺の境界 部分まで受光部 2 1が配置されている構造（図 10参照）を有している必要がある。 また、固体撮像素子を mx n列（ただし m、 nとも 3以上の整数）並べる場合は、 さらに周辺部以外に配置される固体撮像素子 2 " は、 表面全体に受光部 2 1が配 置される構造 （図 11参照） を有している必要がある。 この場合、 電極パヅドは背 面に設けて、 基台 1を貫通する配線を利用して信号を読み出すことが好ましい。 以上の説明では、 保護膜 5としてパリレン製の単一膜構造の保護膜について説 明してきたが、 パリレン膜の表面に Al、 Ag、 Au等の金属薄膜からなる反射膜を 設ければ、シンチレ一夕 3から放射された光を光電変換素子 2 1へと戻すことで、 輝度の高い画像を得ることができる。 この金属薄膜の保護のため、 さらにその表 面にパリレン膜等を施してもよい。 シンチレ一夕 3として防湿性の材料を使用し た場合や、 装置全体を防湿性の保護ケース内に収容するような場合は、 保護膜 5 を設けなくともよい。

また、 本発明における透明膜とは可視光を透過するという意味での透明膜を意 味するのではなく、 透明膜が設けられる撮像基板の光電変換素子が感度を有する 光を透過性質を有することを意味する。 したがって、 例えば可視光中の特定の波 長帯に感度を有する光電変換素子を利用する場合は、 その感度域外の可視光に対 しては不透明であってもよく、 可視光ではなく赤外線や紫外線等に感度を有する 光電変換素子を利用する場合は、 感度を有する光を透過すれば可視光に対しては 不透明であっても構わない。 さらに、 感度帯域の一部に対しては不透明であって もよい。

,産業上の利用可能性

本発明に係る放射線検出器は、 大画面の放射線画像を撮像する放射線検出器と して好適に使用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 基板と、 複数の光電変換素子を前記基板上の少なくともその 1辺近傍に 2 次元に配列して形成した受光部とを有する複数の撮像基板と、

前記複数の撮像基板を各受光部を隣り合わせて並べて載置する基台と、 前記複数の撮像基板の受光部全体を一括して覆う表面の平坦な透明膜と、 前記透明膜上に直接形成されているシンチレ一夕と、

を備えている放射線検出器。

2 . 前記シンチレ一夕の厚さは 1 0 0〃m〜l 0 0 0 zmである請求項 1に記 載の放射線検出器。

3 . 前記複数の撮像基板間に形成される隙間は 5 0〃m以下であり、 かつ前記 透明膜の厚さは 2〃m〜 3 0 mである請求項 1又は 2に記載の放射線検出器。

4 . 前記複数の撮像基板間に形成される隙間は 5 0 zm~ 7 0〃mであり、 か つ前記透明膜の厚さは 5 m〜 3 0〃mである請求項 1又は 2に記載の放射線検 出器。

5 . 前記撮像基板は前記光電変換素子に電気的に接続されている回路部を有し ている請求項 1〜 4のいずれかに記載の放射線検出器。

6 . 前記撮像基板を 2枚備えている請求項 1〜 5のいずれかに記載の放射線検

7 . 前記撮像基板を 4枚備えており、 それらが縦横に 2枚ずつ連結されている 請求項 1〜 5のいずれかに記載の放射線検出器。

8 . 前記シンチレ一夕を覆って密封する保護膜をさらに備えている請求項 1〜 7のいずれかに記載の放射線検出器。

9 . 複数の光電変換素子が基板上の少なくともその 1辺近傍に 2次元に配列さ れて形成されている受光部を有する撮像基板を複数枚用意する工程と、

前記複数の撮像基板を基台上に各受光部を隣り合わせて並べて載置する工程と、 前記複数の撮像基板の受光部全体の表面上をその間に形成される隙間を含めて 一括して覆う表面の平坦な透明膜を形成する工程と、

前記透明膜上にシンチレ一夕を直接形成する工程と、

を備えている放射線検出器の製造方法。

1 0 . 前記シンチレ一夕を覆って密封する保護膜を形成する工程をさらに備え ている請求項 9記載の放射線検出器の製造方法。