WO2002012920A1

WO2002012920A1 - Detecteur de rayonnement et panneau scintillateur et leurs procedes de fabrication

Info

Publication number: WO2002012920A1
Application number: PCT/JP2001/006701
Authority: WO
Inventors: Toshio Takabayashi; Takuya Homme
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 2000-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2002-02-14
Also published as: US7019302B2; AU2001278691A1; US20040089813A1; JP4283427B2; JP2002048870A

Description

明細書

放射線検出器およびシンチレ一夕パネルならびにそれらの製造方法技術分野

本発明は放射線検出器およびシンチレ一夕パネルに関し、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撮像装置に好適に適用可能な放射線検出器およびシンチレ一夕パネルならびにそれら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。このような放射線イメー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で処理して、モニタ上に X線イメージを表示している。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検出器が感度を有する波長域の光に変換して、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。同公報には、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、づ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、大面積撮影用に複数個を並べて用いた際に、つなぎ目付近における解像度低下やシンチレー夕のはく離を予防し得る構成の放射線検出器およぴシンチレ一夕パネルならびにそれら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、この基板上の少なくとも 1辺近傍に 2次元状に配列されている複数の光電変換素子からなる受光部とを有する撮像基板と、（2)この撮像基板の受光部表面から近傍の側壁部分まで連続して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。一方、本発明に係るシンチレ一夕パネルは、（1)シンチレ一夕形成基板と、（2) このシンチレ一夕形成基板の少なくとも 1辺の側壁部分からこのシンチレ一夕形成基板の一方の表面の所定の領域まで連続して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。

基板（撮像基板あるいはシンチレ一夕形成基板）の側壁部分まで連続してシンチレ一夕を形成することで、基板表面に形成されるシンチレ一夕は側壁近傍までほぼ均一に形成される。すなわち、基板の縁までほぼ均一なシンチレ一夕が形成されることになる。

こうして得られた複数の撮像基板またはシンチレ一夕形成基板をシンチレ一夕が形成されている側壁同士を隣接配置して固定すると大画面の放射線検出器あるいは大画面用のシンチレ一夕パネルが得られる。本発明によれば、縁まで均一に近いシンチレ一夕が形成されているのでつなぎ目部分に生ずる感度の低下した領域の幅を最小限に抑制することができる。

この撮像基板は、受光部とは隣接しない他の少なくとも 1辺と受光部との間に光電変換素子に電気的に接続される回路部及びボンディングパッド部の少なくとも一方を備えていることが好ましい。このようにすると、電気信号の読出ラインの形成が容易となる。

このシンチレ一夕を覆う耐湿保護膜をさらに備えていることが好ましい。これによりシンチレ一夕のはがれがさらに効果的に防止される。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平面図であり、図 2はその断面図である。

図 3〜図 8は、図 1の放射線検出器の製造工程（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、図 1 0は従来の蒸着基板ホルダーを説明する図である。

図 1 1、図 1 2は、それそれ図 9、図 1 0の蒸着基板ホルダ一で製作されたシンチレ一夕層を示す断面図である。

図 1 3は、本発明に係る放射線検出器の第 2の実施形態を示す断面図である。図 1 4、図 1 5は本発明に係る放射線検出器の他の実施形態に用いられる固体撮像素子の形状を示す平面図である。

図 1 6は、本発明に係る放射線検出器の第 3の実施形態を示す断面図である。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平面図であり、図 2はその断面図である。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。これらの光電変換素子 2 1の配列された部分を以下、受光部 2 2と呼ぶ。この受光部 2 2は、基板 2 0表面の一隅（図 1で各固体撮像素子 2を組み合わせたときの交点となる部分）から延びる 2辺近傍に寄せて配置されている。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、前述した隅側の 2辺とそれそれ対向する 2辺に沿って配置された複数の電極パヅド 2 3のうち対応する電極パヅド 2 3とシフトレジス夕 2 4を介して電気的に接続されている。

各固体撮像素子 2の受光部 2 2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 3 a〜3 dがそれそれ形成されている。シンチレ一夕 3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ド一プの Csl等が好ましい。このシンチレ一夕 3は、固体撮像素子 2の受光部 2 2上から前述した基板 2 0の受光部 2 2が近接する隅側の 2辺部分の側壁 2 5まで連続して形成されている。そのため、受光部 2 2の端部、つまり、その側壁 2 5側に最も近接する光電変換素子 2 1上に形成されているシンチレ一夕 3の厚み（位置 A) も他の部分、特に中央部分に位置する光電変換素子 2 1上に形成されているシンチレ一夕 3の厚み（位置 B ) とほぽ同一になっている。

さらに、各固体撮像素子 2上には、このシンチレ一夕 3を覆って各固体撮像素子 2の電極パヅド 2 3とシフトレジス夕 2 4との間から前述の側壁 2 5部分まで広がり、シンチレ一夕 3を密封する保護膜 4が形成されている。この保護膜は、 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。パリレンによるコ一ティング膜は、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 4にふさわしい優れた特徴を有している。

これらの固体撮像素子 2 a〜2 dは、受光部の近接する隅側をそれそれ接触させて、上述したシンチレ一夕 3が形成されている側壁 2 5部分同士を突き合わせて基台 1上に配置されている。突き合わされた側壁 2 5部分には樹脂 6が充填されて接着固定されている。これにより、各固体撮像素子 2の受光部 2 2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。また、電極パッド 2 3が受光部 2 2の周辺部に配置されることになる。

次に、図 3〜図 8を用いてこの放射線検出器 1 0 0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 3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。この固体撮像素子 2をそれそれ蒸着基板ホルダー 2 0 0にセヅトする。図 4、図 5はセヅト後の断面図と下から見た図を示したものである。このとき、固体撮像素子 2は、図 4に示されるようにその二辺に沿って設けられている電極パヅド 2 2部分を蒸着基板ホルダー 2 0 0 の突出部 2 0 0 aによって支持することにより収容部 2 0 O b内に収容、支持されている。一方、固体撮像素子 2の受光部 2 1に近接している側の基板ホルダー 2 0 0の受光部 2 1側には切り欠き部 2 0 0 cが形成されており、固体撮像素子 2はその側壁 2 5の頂部が蒸着室 2 0 1に対して露出されるように配置されている。

この状態で蒸着基板ホルダ一 2 0 0を蒸着装置内にセットして、真空蒸着法によって固体撮像素子 2の受光部 2 2上に T1をドープした Cslを厚さ約 250 z mの柱状結晶として成長させて、シンチレ一夕 3層を形成する（図 6参照）。蒸着基板ホルダー 2 0 0に設置された固体撮像素子 2の受光部 2 2の周囲には、受光部 2 2より蒸着室 2 0 1側に突出した部分は突出部 2 0 0 aを除いて存在しないので、この突出部 2 0 0 a側、つまり、電極パッド 2 3部分を除いて側壁 2 5部分に至るまで連続してシンチレ一夕 3層が形成される。この結果、側壁 2 5近くの端部分の光電変換素子 2 1部分に至るまでほぼ均一な厚みのシンチレ一夕 3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、図 7に示されるように、 CVD (化学的蒸着）法によりシンチレ一夕 3が形成された固体撮像素子 2全体を厚さ 10 mのパリレンで包み込み、保護膜 4を形成する。

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ーと呼ばれるジパラキシリレンを得る工程と、このダイマーを熱分解して、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 50万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 4は、シンチレ一夕 3層に密着し、シンチレ一夕 3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 3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 4に電極パッド 2 3とシフトレジス夕 2 4との間と側壁 2 5の外側に沿って切れ目を入れ、外側の保護膜 4をはがすことで、電極パヅド 2 3を露出させて図 8に示されるような撮像基板を得る。

そして、平坦な表面を有する基台 1の表面上にこうして撮像基板として形成した各固体撮像素子 2 a〜 2 dの側壁 2 5同士に厚さ 10〜20^ 111の例えば、ジビニルベンゼンを含む U V硬化樹脂を塗布して突き合わせ、各受光部 2 2が隣接して各電極パッド 2 3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、この硬化樹脂を硬化させることにより撮像素子 2 a〜2 d同士を貼り合わせて基台 1へと固定することで図 1に示される放射線検出素子 1 0 0を得る。なお、撮像基板の受光部 2 2とは隣接しない他の少なくとも一辺と受光部 2 2との間には、光電変換素子 2 1に電気的に接続される回路部及びボンディングパッド部が設けられている。

続いて、本実施形態の動作を図 1、図 2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 4を透過してシンチレ一夕 3に達する。この X線は、シンチレ一夕 3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。放射された光は受光部 2 2内の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 4を介して各電極パヅド 2 3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、モニタ一上に X線像を表示することができる。

本発明に係る撮像基板たる固体撮像素子 2には、その受光部 2 2の端まで均一なシンチレ一夕 3層が形成されている。そして、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なため、固体撮像素子 2間の不感領域となるデッドスペースは 1〜 3画素分の幅まで抑制することが可能であり、受光部 2 2の端部分まで有効に活用することができる。

これに対して、図 9あるいは図 1 0に示されるような蒸着基板ホルダ一 2 1 0、 2 2 0を用いて固体撮像素子 2上にシンチレ一夕 3を形成した場合、図 1 1あるいは図 1 2に示されるように受光部 2 2の端では充分なシンチレ一夕 3を形成することができない。そのため、固体撮像素子 2をできるだけ近接して配置した場合でも、その間に不可避的に生ずるデッドスペースに加えて、シンチレ一夕 3層が十分でないために充分な光量の得られない領域が数〜数十画素分存在してしまい、これにより無視できないほどのデヅドスペース（不感領域）が生じてしまう。本発明によれば不感領域の幅を無視し得るほど小さくすることが可能である。さらに、本発明によれば、側壁 2 5部分まで保護膜 4を設けていることと、この側壁 2 5部分を樹脂により固定しているので、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。

図 1 3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。こ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 mx 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 2が配置されている構造（図 1 4参照）を有している必要がある。また、固体撮像素子を m x n列（ただし m、 nとも 3以上の整数）並べる場合は、さらに周辺部を除く内側部分に配置される固体撮像素子 2 "は、表面全体に受光部 2 2が配置される構造（図 1 5参照）を有している必要がある。この場合、電極パッドは背面に設けて、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。もちろん上述した各固体撮像素子は単体でも使用することができることは言うまでもない。

図 1 6は、本発明に係る放射線検出器の第 3の実施形態を示す断面図である。固体撮像素子 2上に、本発明に係るシンチレ一夕パネル 6 a、 6 bが配置されて構成されている。各シンチレ一夕パネル 6は、シンチレ一夕形成基板としてのガラス基板 6 0の片面 6 1から側壁 6 2にかけて連続してシンチレ一夕 3が形成されており、このシンチレ一夕 3を覆って包み込むようにパリレンによる保護膜 4 が形成されている。そして、 1枚の固体撮像素子 2の受光部 2 2上にこのシンチレー夕パネル 6 a、 6 bが側壁 6 2同士を突き合わせてシンチレ一夕 3が形成されている側を固体撮像素子 2に向けて配置されている。このシンチレ一夕パネル 6の製造工程は、図 4〜図 8で示された工程に準じているためその説明は省略する。このようなシンチレ一夕パネル 6を用いた場合も第一の実施形態の放射線検出器と同様の効果が得られる。さらに、シンチレ一夕パネル 6だけでなく、固体撮像素子 2側も複数の固体撮像素子をパネル状に組み合わせて構成してもよい。シンチレ一夕パネルのシンチレ一夕側を固体撮像素子の受光部に向けて配置する場合、シンチレ一夕を形成する基板 6 0は放射線透過性である必要がある。放射線透過性の基板としては、ガラスの他に A 1、 B e製の基板や炭素を主成分とする材料、例えばアモルファスカーボンやグラフアイトが使用可能である。

シンチレ一夕パネルの基板 6 0側を固体撮像素子の受光図に向けて配置する場合は、基板はシンチレ一夕で発せられた光を透過する必要があり、シンチレ一夕として Cslを用いる場合は可視光透過性であるガラスが好ましい。

以上の説明では、保護膜 4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、第 1、第 2の実施形態においては、パリレン膜の表面に A l、 A g、 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。また、第 3の実施形態においては、放射線透過性基板とシンチレ一夕との間に反射膜を設けることで、精度の高い画像を得ることができる。第 1、第 2の実刑体においては、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 4を設けなくともよい。産業上の利用可能性

本発明に係る放射線検出器およびシンチレ一夕パネルは、代面積の放射線画像を撮像するための放射線検出器およびシンチレ一夕パネルとして好適に使用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 基板と、前記基板上の少なくとも 1辺近傍に 2次元状に配列されている複数の光電変換素子からなる受光部とを有する撮像基板と、

前記撮像基板の受光部表面から近傍の側壁部分まで連続して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 . 前記撮像基板の受光部とは隣接しない他の少なくとも 1辺と受光部との間に前記光電変換素子に電気的に接続される回路部及びボンディングパッド部のうちの少なくとも一方を備えている請求項 1記載の放射線検出器。

3 . 前記撮像基板を複数備え、各撮像基板は前記シンチレ一夕が形成されている側壁同士を隣接配置され、固定されている請求項 1または 2のいずれかに記載の放射線検出器。

4 . 前記シンチレ一夕を覆う耐湿保護膜をさらに備えている請求項 1〜3のいずれかに記載の放射線検出器。

5 . シンチレ一夕形成基板と、

前記シンチレ一夕形成基板の少なくとも 1辺の側壁部分から前記シンチレ一夕形成基板の一方の表面の所定の領域まで連続して形成されているシンチレ一夕と、を備えるシンチレ一夕パネル。

6 . 前記シンチレ一夕形成基板を複数備え、各シンチレ一夕形成基板の前記シンチレ一夕が形成されている側壁同士が隣接配置され、固定されている請求項 5 記載のシンチレ一夕パネル。

7 . 前記シンチレ一夕を覆う耐湿保護膜をさらに備えている請求項 5または 6 のいずれかに記載のシンチレ一夕パネル。

8 . 前記シンチレ一夕形成基板は放射線透過性を有している請求項 5〜7のいずれかに記載のシンチレ一夕パネル。

9 . 請求項 5〜 8記載のシンチレ一夕パネルと、 2次元状に光電変換素子を配列して形成された受光部を前記シンチレー夕に対向して配置させた撮像基板と、

を備える放射線検出器。

1 0 . 基板の少なくとも一辺近傍に複数の光電変換素子を 2次元状に配列した受光部を備えている 1つあるいは複数の撮像基板を用意する工程と、

前記撮像基板それそれの受光部表面から受光部に近接する側壁部分まで連続してシンチレ一夕を形成する工程と、

を備えている放射線検出器の製造方法。

1 1 . シンチレ一夕形成後の複数の撮像基板を、シンチレ一夕が形成された側壁同士を隣接配置して固定する工程をさらに備えている請求項 1 0記載の放射線検出器の製造方法。

1 2 . 前記シンチレ一夕形成後にシンチレ一夕を耐湿保護膜で覆う工程をさらに備えている請求項 1 0または 1 1に記載の放射線検出器の製造方法。

1 3 . 1つあるいは複数のシンチレ一夕形成基板を用意する工程と、

前記シンチレ一夕形成基板の少なくとも 1辺の側壁部分から前記基板表面の所定位置まで連続してシンチレ一夕を形成する工程と、

を備えているシンチレ一夕パネルの製造方法。

1 4 . シンチレ一夕形成後の複数の前記シンチレ一夕形成基板を、シンチレ一夕が形成された側壁同士を隣接配置して固定する工程をさらに備えている請求項 1 3記載のシンチレ一夕パネルの製造方法。

1 5 . 前記シンチレ一夕形成後にシンチレ一夕を耐湿保護膜で覆う工程をさらに備えている請求項 1 3または 1 4に記載のシンチレ一夕パネルの製造方法。

1 6 . 請求項 1 3〜1 5記載のシンチレ一夕パネルの製造方法によって製造されたシンチレ一夕パネルのシンチレ一夕に対向して、固体撮像素子の受光面を配置して固定する工程を備えている放射線検出器の製造方法。