JP5875420B2 - 放射線検出素子およびその製造方法 - Google Patents

Description

シンチレータを用いた放射線検出素子およびその製造方法に関する。

医療現場等でＸ線撮影に用いられているフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）などの放射線検出素子では、被写体を通過したＸ線をシンチレータで受け、そのシンチレータが発した光を光検出部で検出することで、間接的にＸ線等の放射線を検出している。このような放射線検出素子のイメージセンサーには複数の画素、例えば２６００×２６００個の画素があるが、シンチレータの発光が画素間に渡って拡散すると、所謂クロストークが生じ、撮像されたイメージの解像度が低下する。この対策として、シンチレータを画素毎に分離させ、シンチレータと画素間の空気との屈折率差によって生じる、光の全反射を利用して、光をシンチレータ内に閉じ込めてクロストークの発生を低減することが知られている。これについて、特許文献１には、シンチレータが形成される基板上の画素間に対応する部分に、凸または凹パターンを設け、この上にシンチレータを形成したうえで冷却工程を経ることで、シンチレータに、凸または凹パターンに沿った亀裂を形成させ、画素毎に分離させることが記載されている。

特開平０７−０２７８６３号公報

しかし、我々の検討したところによると、特許文献１に記載の方法では、例えば画素の周期が１００μｍ、画素間の間隔が１０μｍのような微細な間隔で画素が並ぶ場合、画素境界部分、すなわち亀裂形成部分のみに凸または凹パターンを設けた場合、新たな課題が生じることが判明した。つまりこのような場合、シンチレータ材成膜後の冷却過程でのシンチレータの収縮による亀裂形成に伴って、シンチレータと基板間の応力が増長され、基板からのシンチレータの剥れが生じやすいということが判明した。

そこで、それを解決するために、本発明は、
複数の光検出部と、該複数の光検出部上に位置するシンチレータ層とを有する放射線検出素子の製造方法であって、
前記複数の光検出部と複数の凸部を有する凸領域とを備え、複数の前記凸領域がそれぞれ前記光検出部と積層方向において重なるように配列されている基板の上に、前記複数の凸領域に跨るようにシンチレータ層を形成する工程と、
シンチレータ層が形成された基板を降温し、隣り合う凸領域間と積層方向において重なる前記シンチレータ層の部分に亀裂を形成する工程と、
を有し、
前記複数の凸領域は、以下の関係を満たす放射線検出素子の製造方法を提供する。
０．６≦ｓ／ｔ＜０．９
ｄ＜Ｄ＜４．６ｈ
ここで、
ｔは、凸領域における複数の凸部の配列周期
ｓは、凸領域における個々の凸部のシンチレータ層と接する部分の大きさ（径）
ｈは、凸領域における個々の凸部の高さ
ｄは、凸領域における隣り合う凸部間の間隔
Ｄは、隣り合う凸領域間の平均間隔

また、本発明は、
複数の光検出部と、該複数の光検出部上に位置するシンチレータ層とを有する放射線検出素子の製造方法であって、
複数の凸部を有する凸領域を複数備える基板の上に、複数の前記凸領域に跨るようにシンチレータ層を形成する工程と、
シンチレータ層が形成された基板を降温し、隣り合う凸領域間と積層方向において重なる前記シンチレータ層の部分に亀裂を形成する工程と、
隣り合う光検出部間に前記亀裂が重なるように、該亀裂が形成されたシンチレータ層を備える基板を、前記複数の光検出部に対向配置する工程と、
を有し、
前記複数の凸領域は、以下の関係を満たす放射線検出素子の製造方法を提供する。
０．６≦ｓ／ｔ＜０．９
ｄ＜Ｄ＜４．６ｈ
ここで、
ｔは、凸領域における複数の凸部の配列周期
ｓは、凸領域における個々の凸部のシンチレータ層と接する部分の大きさ（径）
ｈは、凸領域における個々の凸部の高さ
ｄは、凸領域における隣り合う凸部間の間隔
Ｄは、隣り合う凸領域間の平均間隔

さらに、本発明は、
放射線検出素子であって、複数の光検出部と、複数の凸部を有する凸領域と、複数の前記凸領域に跨るように設けられたシンチレータ層と、を備え、複数の前記凸領域は、それぞれ前記光検出部と積層方向において重なるように配列され、前記シンチレータ層は、隣り合う前記凸領域間と積層方向において重なる前記シンチレータ層の部分に亀裂を有し、以下の関係を満たす放射線検出素子を提供する。
０．６≦ｓ／ｔ＜０．９
ｄ＜Ｄ＜４．６ｈ
ここで、
ｔは、凸領域における複数の凸部の配列周期
ｓは、凸領域における個々の凸部のシンチレータ層と接する部分の大きさ（径）
ｈは、凸領域における個々の凸部の高さ
ｄは、凸領域における隣り合う凸部間の間隔
Ｄは、隣り合う凸領域間の平均間隔

本発明の放射線検出素子およびその製造方法によれば、簡易な方法でクロストークを低減するとともに、シンチレータ膜の剥がれの発生も低減できる。

本発明の実施形態に係る放射線検出素子の一例を示した断面図 本発明の実施形態に係る放射線検出素子の製造工程の説明図 本発明の実施形態に係る凸領域の説明図 本発明の実施形態に係る凸部の形状及び配列パターンの説明図 本発明に係る放射線検出素子の上面図、及び断面図 本発明の実施例及び比較例に係る凸部の配列パターンの上面図 綱り合う凸領域間の平均間隔を説明する図 実施例及び比較例のデータを示す図

以下に、本発明の実施形態に係る放射線検出素子およびその製造方法について説明する。

図１の（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の放射線検出素子の一例を示した断面模式図である。

図１の（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態の放射線検出素子は、複数の光検出部１３と、複数の光検出部１３を含む光検出層１４上に位置するシンチレータ層１８とを有している。尚、図１の（ａ）、（ｂ）に示す放射線検出素子は、いずれも好ましい形態として、光検出部１３とシンチレータ層１８との間に、光検出部を機械的、電気的に保護する保護層１５を有している。また、シンチレータ層１８の上に、シンチレータ層１８で発生した光の利用率を上げるための反射層１９を有している。尚、図１の（ａ）と（ｂ）との違いは、図１の（ａ）の構成においては、光検出部１３とシンチレータ層１８との間に、それぞれが複数の凸部を有する複数の凸領域を有する凸パターン層１７を有しているのに対し、図１の（ｂ）の構成では、シンチレータ層１８と反射層１９との間に凸パターン層１７を有していることである。

図中に示した矢印が積層方向になり、積層方向に平行にシンチレータ層中に亀裂が生じていることが分かる。この亀裂が画素ごとの境界１２になる。尚、凸領域の詳細については、以下で図２及び図３を用いて、本実施形態の放射線検出素子の製造方法と共に説明する。

図２の（ａ）、（ｂ）は、複数の光検出部１３と、それぞれが複数の凸部を有する凸領域を複数備え、複数の凸領域のそれぞれが複数の光検出部と積層方向において重なるように配列されている基板を作成する手順を示している。詳述すると、まず図２の（ａ）に示すように、複数の光検出部１３と、好ましい形態として光検出部上に位置する保護層１５とを備えた基板１０の上に、レジスト２３を形成する。そして、レジスト２３にマスク２４を介して露光した後、現像することで、図２（ｂ）に示すように、それぞれが複数の凸部２０を有する凸領域２１を複数形成する。尚、図２（ｂ）では、後述のように、隣り合う凸領域２１のそれぞれで、凸部２０の配列パターンが異なるため、それぞれ凸領域２１ａ、２１ｂと区別して表記しているが、説明上区別する必要がない場合は、以下、総称して凸領域２１と説明する。また、その他の部材についても、添え字を省略し、総称で説明する場合がある。このようにして、複数の凸領域２１のそれぞれが複数の光検出部１３のそれぞれと重なるように配列されている基板１０を作成した。尚、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、このようにして作成された複数の凸領域２１を有する基板１０の上面図であり、それぞれ、凸領域２１が有する複数の凸部２０の配列パターンが異なっている。ここで、いずれの凸領域２１も、凸部２０の配列周期、間隔、形状（径や高さ）や、隣り合う凸領域２１間の間隔に関して、後述する関係を満たしている。そして次に図２の（ｃ）に示すように、このようにして作成された基板１０の凸パターン層１７上に、複数の凸領域２１に跨るようにシンチレータ層１８を形成する。そして、シンチレータ層１８が形成された基板１０を降温して、隣り合う凸領域２１間の間隙と積層方向において重なるシンチレータ層の部分に亀裂を形成する。亀裂が形成されたシンチレータ層１８の上面図及び断面図をそれぞれ図５の（ａ）、（ｂ）に示す。図５の（ａ）、（ｂ）において、１８ａ、１８ｂは、それぞれ凸領域２１ａ、２１ｂに形成されたシンチレータ層を示し、シンチレータ層の一部分１８ｃは隣り合う凸領域２１間の積層方向において重なるシンチレータ層の部分に形成された亀裂部を示す。このようにして作成した放射線検出素子は、従来の方法によって作成された放射線検出素子が抱えていた、シンチレータ層の剥がれの問題を解決し得るとともに、クロストークを低減し得る。これについて、以下に詳述する。

本実施の形態における凸領域２１について図４を用いて説明する。凸領域２１は、複数の凸部２０の配列周期ｔと、凸領域２１における個々の凸部２０のシンチレータ層１８と接する部分の大きさ（径）ｓと、個々の凸部２０の高さｈと、凸領域２１における隣り合う凸部２０間の間隔ｄと、隣り合う凸領域２１間の平均間隔Ｄとが、０．６≦ｓ／ｔ＜０．９（式１）、且つ、ｄ＜Ｄ＜４．６ｈ（式２）の関係を満たしている。尚、ｔ、ｓ、ｈ、ｄについては、それぞれ図４（ａ）に示すとおりである。また、Ｄについては、詳細は後述するが、図４（ｂ）、（ｃ）及び図７に示すとおりである。本実施形態においては、式１および式２を満たすことによって、複数の凸領域２１に跨って形成されたシンチレータ層１８の隣り合う凸領域２１間の積層方向において重なるシンチレータ層の部分に亀裂を形成する。これにより、個々の凸領域２１内の積層方向において重なるシンチレータ層の部分において亀裂が生じることを防止することが出来る。さらに、凸領域上のシンチレータ層に亀裂が生じないことにより凸領域とシンチレータ層が密接に接着し、シンチレータ層１８が凸部領域２１から剥がれることも防止できる。詳述すると、我々の鋭意検討の結果、式１を満たすことによって、個々の凸領域２１内において、亀裂が生じることと、シンチレータ層１８が剥がれることの両者を防止できることが判明した。これは、０．６≦ｓ／ｔを満たすことによって、凸領域２１内において隣り合う凸部２０間の間隔を凸部２０の上面サイズに対して相対的に小さく抑えることが出来るため、凸領域２１内における隣り合う凸部２０間で亀裂が生じることを防止できると考えられる。また、ｓ／ｔ＜０．９を満たすことによって、凸領域２１内において隣り合う凸部２０間の間隔を、凸部２０の上面サイズに対して相対的に小さく抑えすぎないため、シンチレータ膜１８の凸部２０の上面との接触部における応力が十分に緩和され、シンチレータ層１８の剥がれが防止できると考えられる。ｓ／ｔの関係は、さらに０．６≦ｓ／ｔ≦０．８であることが好ましい。また、式２を満たすことによって、個々の凸領域２１内の積層方向におけて重なるシンチレータ層において亀裂が生じることを防止しつつ、隣り合う凸領域２１間において亀裂を生じさせる、つまり、隣り合う凸領域２１間に選択的に亀裂を形成することが出来ることが判明した。これは、ｄ＜Ｄを満たすことによって、凸領域２１内において隣り合う凸部２０間におけるシンチレータ膜１８にかかる応力よりも、隣り合う凸領域２１間の積層方向において重なるシンチレータ膜１８の部分にかかる応力を大きくすることが出来るため、選択的に隣り合う凸領域２１間の積層方向において重なるシンチレータ膜に亀裂を形成させることが出来る。また、Ｄ＜４．６ｈを満たすことによって、隣り合う凸領域２１間にシンチレータ膜が回り込む、つまり、隣り合う凸領域２１間の部分（凹部）がシンチレータ膜で埋まる（凹部がシンチレータ膜で満たされる）ことが防止できるため、亀裂を生じさせることを妨げることがない。さらに、ｄ＜Ｄ＜４．６ｈかつ１．９ｈ＜Ｄ＜３．８ｈであるとさらに好ましい。このように、本実施形態の製造方法によって、クロストークを低減するとともに、シンチレータ膜の剥がれの発生も低減できる、放射線検出素子を提供し得る。尚、図４に示すように、凸領域２１における複数の凸部２０の配列周期ｔや、凸領域２１における個々の凸部２０のシンチレータ層１８と接する部分の大きさ（径）ｓが、各凸領域２１で異なる場合は、それぞれの凸領域２１で式１を満たす必要がある。同様に、凸領域２１における個々の凸部２０の高さｈや、凸領域２１における隣り合う凸部２０間の間隔ｄにおいても、各凸領域２１で異なる場合は、それぞれの凸領域２１と互いに隣り合う凸領域２１間とで式２を満たす必要がある。尚、凸部２０のシンチレータ層１８と接する部分の大きさ（径）ｓとは、凸部２０を上面から見たサイズを意味し、上面形状が円であれば直径に対応し、正方形ならば一辺の長さに対応する。また、隣り合う凸領域２１間の平均間隔Ｄは、次のようにして算出する。まず、図４の（ｃ）に示す場合、隣り合う凸領域２１間の平均間隔Ｄは、図のｄｄとなる。一方、図４の（ｂ）に示すように、隣り合う凸領域２１の最近接列の凸部２０ｃの列方向間隔ｄｄｄが、凸部２０の大きさ（径）ｓよりも大きい場合には、平均間隔Ｄは、Ｄ＝ｄｄ＋（１／４）ｔ１＋（１／４）ｔ２となる。これについて、図７の（ａ）を用いて説明する。

図７の（ａ）は図４の（ｂ）の部分拡大図であり、隣り合う凸領域２１間の部分をエリアごとに区画した図と、このエリア部分だけを抜き出した図である。上述の図４の（ｃ）の場合、隣り合う凸領域２１間のエリアは略長方形となるが、図４の（ｂ）及び図７の（ａ）の場合は、図７の（ａ）に示すように、隣り合う凸領域２１間のエリアは、周期（ピッチ）ｔ１、ｔ２を一辺とする三角形を長方形に加えた形状となる。このため、隣り合う凸領域２１間に位置するシンチレータ膜１８には、このエリアの面積に依存した応力が発生することになる。従って、図４の（ｂ）及び図７の（ａ）に示す構成の場合には、このエリアを、列方向の長さＨを維持しつつ、これと面積が同じ長方形に置き換えた際の列方向と直行する方向における辺の長さが、隣合う凸領域２１間の平均間隔Ｄとなる。尚、同様の考え方で、図７の（ｂ）、（ｃ）の構成の場合には、それぞれ平均間隔Ｄは、Ｄ＝ｄｄ＋（１／４）ｔ１、Ｄ＝ｄｄ＋（１／４）ｔ２となる。

また、上記においては、複数の光検出部と、複数の凸部を有する複数の凸領域を複数備え、複数の凸領域のそれぞれが複数の光検出部のそれぞれと積層方向において重なるように配列されている基板の上にシンチレータ層を形成する形態について説明したが、この形態に限る必要はない。例えば、上述の図１の（ｂ）の構成の放射線検出素子を製造する場合であれば、それぞれが複数の凸部を有する複数の凸領域を備える基板の上に、複数の凸領域に跨るようにシンチレータ層を形成し、シンチレータ層が形成された基板を降温して、シンチレータ層の隣り合う凸領域間の部分に亀裂を形成した後、隣り合う光検出部間に亀裂が重なるように、亀裂が形成されたシンチレータ層を備える基板を、複数の光検出部に対向配置すればよい。

また、凸領域２１における複数の凸部２０の配列周期であるｔは、１μｍ以上且つ１５μｍ以下であることが好ましい。ｔが１μｍ以上であることによって、十分な発光量を得ることが出来るが、これは、入射した放射線が生成する高エネルギーの電子やホールの拡散長がこの程度であるからであり、１μｍ未満であると結果として発光量が低下することが予測されるためである。また、ｔが１５μｍ以下であることによって、シンチレータ層１８と凸部２０との接触面積が大きくなりすぎるのを回避でき、シンチレータ層の剥がれが誘発するのを、より抑制することが出来る。

また、凸領域２１における凸部２０の配列がハニカムであることが好ましい。これによって、凸領域２１内のシンチレータ層１８の状態を良好に保つことが出来る。

また、亀裂に光を拡散する部材を充填する工程を更に有することが好ましい。これによって、クロストークをより低減することが可能となる。

また、亀裂に光を反射する部材を被覆する工程を更に有することが好ましい。これによって、クロストークをより低減することが可能となる。

次に、本実施形態における、各構成部材について更に説明する。
基板１０は、ガラス等で形成することが出来る。
保護層１５としては、ポリイミド等の樹脂が使用できる。
下地層１６は、保護層１５と共に光検出層１４を保護するための層であり、シンチレータ層１８がＣｓＩのようなアルカリハライド系材料で構成される場合、保護層１５を超えて光検出層１４へのハロゲンの拡散等による劣化を防ぐために配置するとよい。

また、反射層１９は、シンチレータで発生した光の利用効率を向上させるためのものであるが、特に図１の（ｂ）の構成においては、凸部パターン層１７が反射層を兼ねてもよい。

また、凸部２０からなる凸パターン層１７としては、エポキシ樹脂などが使用できる。

尚、実際の放射線検出素子においては、画素１１ａ、１１ｂ毎に配置されたＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、図示していないものも数多く含まれているが、本実施形態では、説明を簡便にする為、本質的な部分以外については説明及び図示を割愛している。

また、図２（ａ）に示す凸部２０の形成方法としては、上述のように凸部２０となるレジスト２３として、エポキシ樹脂系のネガ型フォトレジストを使用した場合には、露光量と露光後のベーク時間を調節することによって、膜厚及びサイズを制御する。画素境界に対応する部分で配列が不連続となるＣｒパターンを配したマスク基板２４を通して露光されたレジスト部分は、露光後ベークを施すことによって、レジスト部分の架橋及び定着が進行する。そして、現像液で非露光部分のレジストを除去することで、露光されたレジスト部分による凸パターン層１７が形成される。画素（図１における１１ａ、１１ｂ）のサイズは、概ね５０〜２００μｍであるが、このとき、凸部２０の配列パターンの上面図は、図３に示すように凸部２０が画素サイズより細かい周期で配列されている。ここで、凸部２０の配列パターンには、図３（ａ）に示すような、周期ｔと凸部サイズｓとが両方異なる場合と、図３の（ｂ）に示すような、周期ｔも凸部サイズｓも同一であるが、画素間（隣り合う凸領域２１間）で凸部２０の配列パターンをずらしたもの、図３の（ｃ）に示すような、周期ｔと凸部サイズｓの何れか一方が異なる場合等がある。

尚、凸部２０の形成については、上述のようにレジスト自体を凸パターン構造に加工する場合に限らず、基板自体を加工して凸部２０を形成してもよい。例えば、Ｓｉやガラス、カーボン系の基板上にレジストを塗布し、レジストを加工してから基板自体をエッチングして凸パターンを形成する事も可能である。また、コストの面からインプリント法を利用する事も可能である。これらのような凸パターン層を形成する材質は、いずれの場合も軽元素主体の材料を用いることが好ましい。

また、シンチレータ層１８の形成には、成膜速度が速く、実用的な真空蒸着法を採用するとよい。例えば、ＣｓＩとＴｌＩの粉末を別々の蒸着ボートに投入し、ＣｓＩのボートを７００℃、ＴｌＩのボートを３００℃に加熱することで共蒸着を行い、さらに凸部２０を室温より高温に加熱した状態、例えば２００℃にした状態で、Ａｒガス圧を５×１０−３Ｐａ、発光中心のＴｌ含有量を１〜２ｍｏｌ％程度、膜厚が２００μｍという成膜条件にすることで、凸領域２１の凸上面に接し、凸上面に対して平行な結晶面が主に（１１０）面であるＣｓＩ 多結晶膜が成長したシンチレータ層１８を形成することが可能になる。本実施形態では、上記のように（１１０）配向のＣｓＩ蒸着膜を採用しているが、蒸着条件によっては、（２００）配向等、他の配向のＣｓＩ蒸着膜や、複数の配向が混在したＣｓＩ蒸着膜が成長する。本実施の形態の（１１０）配向のＣｓＩ蒸着膜では、凸パターン層の凸上面から膜厚方向に遠ざかるにつれて、結晶は界面をもって接している。そのため、シンチレータ層の上部での応力が大きく、凸上面と接するシンチレータの下部では応力が小さく作用し、基板から、もしくは凸部２０からＣｓＩ蒸着膜が剥がれることなく、画素境界部分（隣り合う凸領域間）に応力集中が生じる。したがって、ＸＲＤ測定において粉末強度比を考慮して、もっとも（１１０）回折ピークが大きい状態の、すなわち、結晶面が主に（１１０）面であるＣｓＩ多結晶膜を真空蒸着法にて得ることが望ましい。

また、シンチレータ層１８が形成された基板を降温させることによって、隣り合う凸領域２１間（画素間）の部分のシンチレータ層１８に亀裂を形成させる。この亀裂は、基板温度を例えば室温以下に低下させる際に、シンチレータ層に応力が印加されることにより発生させている。これは熱応力により凸領域２１上に形成されたシンチレータ層が収縮する際に、凸領域２１及び凸部２０が、上述の式１、式２を満たすことにより、上述のとおり、隣り合う凸領域２１間（画素境界領域）の空隙部分が応力に弱い領域になり、そこから亀裂が生じるものと考えられる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきた。次に、本発明の実施例について説明する。図８は、本発明の実施例及び比較例として、画素境界（隣り合う凸領域間）で配列パターンが不連続となる様々な凸部及び凸領域を形成した基板に対して、隣り合う凸領域に跨るようにシンチレータ層を形成し、その基板を降温することによって得た結果を示したものである。尚、隣り合う凸領域で、凸部２０の配列パターンを変えているため、便宜上、それぞれの凸領域を、第一の凸パターン、第二の凸パターンと命名して、画素の境界部分（隣り合う凸領域間の部分）での亀裂形成、シンチレータの膜剥れ、光検出部におけるＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：画像の空間分解能）についてまとめている。

図８からも分かるように、ｓ／ｔの関係は、０．６≦ｓ／ｔ＜０．９で、さらに好ましくは、０．６≦ｓ／ｔ≦０．８である。また、ｄとＤの関係は、ｄ＜Ｄ＜４．６ｈで、さらに好ましくは、１．９ｈ＜Ｄ＜３．８ｈになる。これは、実施例１や実施例５において、Ｄは５．８であり、３＊１．９＝５．７＜Ｄの条件を満たす。また、実施例４において、Ｄは１１．２からＤ＜３＊３．８＝Ｄの条件を満たす。

以下、図８に示した各実施例、比較例に基づいて、本発明の放射線検出素子について詳細を説明する。まず、前提条件として、比較例１から説明する。

（比較例１）
上述の凸パターン層１７を形成するプロセスによって、光検出部及びポリイミド製の保護層１５が設けられたガラス基板１０の上面に、複数の凸領域２１を設け、上述のシンチレータ層１８の形成プロセスによって、複数の凸領域２１に跨るように基板全面に渡ってＣｓＩ膜を蒸着する。本比較例１では、図６（ａ）に示すような隣り合う凸領域２１の周期が１００μｍ、凸部上面サイズが９０μｍ、凸部間隙が１０μｍで、この間隙が隣り合う光検出部の間に位置するように凸領域を形成する。つまり換言すると、各凸領域２１は、１つの凸部から形成されている。尚、シンチレータ層１８は、ＣｓＩとＴｌＩの粉末を別々の蒸着ボートに投入し、ＣｓＩのボートを７００℃、ＴｌＩのボートを３００℃に加熱することで共蒸着を行って形成した。その他のパラメータとしては、基板温度は２００℃、成膜時のＡｒガスは５×１０−３Ｐａである。画素内に画素サイズより細かい周期を有する凸パターン層を形成していない、つまり、凸領域２１内に複数の凸部を有さない本比較例１においては、上述の式１及び式２の両者を満たさないため、ＣｓＩの蒸着後、基板温度を室温以下に冷却する過程において、画素境界では亀裂が形成されず、また蒸着したＣｓＩ多結晶膜の膜剥れが見られた。

（実施例１）
上述の実施形態の凸パターン層１７を形成するプロセスによって、光検出部及びポリイミド製の保護層１５が設けられたガラス基板１０の上面に、レジストとしてエポキシ樹脂系のネガ型フォトレジスト、例えばＳＵ８を塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いることにより、図４の（ａ）、（ｂ）に示すような凸部２０及び凸領域２１を形成する。ここで、レジストとしてＳＵ８を使用した場合には、露光量と露光後のベーク時間を調節することによって、膜厚及びサイズを制御している。Ｃｒパターンを配したマスク基板を通して露光されたレジスト部分は、６５℃で１分間、さらに９０℃で２分間の露光後ベークを施すことによって、レジスト部分の架橋及び定着が進行する。そして、現像液ＳＵ８ ｄｅｖｅｌｏｐｅｒで非露光部分のレジストを除去することで、ＳＵ８の凸パターン層１７が形成される。このとき、凸パターン層１７の上面図は、図４（ｂ）のようになっている。走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（日立製 Ｓ−５５００）によって凸パターン層１７の形状を観察すると、凸部２０ａのパターン周期ｔ１が１０μｍ、凸部２０ａの上面サイズｓ１が８μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ａの隙間ｄ１が２μｍの第一の凸パターン（第一の凸領域２１ａ）と、凸部２０ｂのパターン周期ｔ２が５μｍ、凸部２０ｂの上面サイズｓ２が３μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ｂの隙間ｄ２が２μｍ第二の凸パターン（第二の凸領域２１ｂ）が形成される。また、このとき第一の凸パターンと第二の凸パターンの平均間隔Ｄは５．８μｍである。また、第一の凸パターンと第二の凸パターンの間隙、つまり隣り合う凸領域間の間隙が、隣り合う光検出部の間に位置していた。

次に、第一の凸パターンと第二の凸パターンとに跨るように、上述の比較例１と同様にしてシンチレータ層１８を形成する。シンチレータ層の形成後、基板温度を室温以下に冷却することでシンチレータ層に応力が印加されて亀裂が発生する。また、このとき膜剥れは確認されなかった。シンチレータ層の形状は、走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（日立製 Ｓ−５５００）によって観察すると、図５の（ａ）、及び（ｂ）に示すような凸パターン層１７に対応して結晶成長したシンチレータ層１８が得られることが確認できる。

本実施例１において、ＳＥＭ像によりシンチレータ蒸着膜では画素境界に対応する部分、すなわち隣り合う凸領域２１の間の部分のシンチレータ１８に形成された亀裂によって、画素間のクロストークを低減することができるため、ＭＴＦを向上させることが可能になる。

尚、本実施例１において、図４の（ｂ）に示す凸領域の俯瞰図として、図６（ｂ）に示すような凸部２０の配列のパターン層を形成しているが、図６（ｃ）に示すような配列のパターン層であっても、同等の効果が得られた。

（実施例２）
上記の実施例１と同様のプロセスによって、凸部２０ａのパターン周期ｔ１が１０μｍ、凸部２０ａの上面サイズｓ１が６μｍ、凸の高さｈが３μｍ、凸部２０ａの隙間ｄ１が４μｍの第一の凸パターン（第一の凸領域２１ａ）と、凸部２０ｂのパターン周期ｔ２が５μｍ、凸部２０ｂの上面サイズｓ２が３μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ｂの隙間ｄ２が２μｍ第二の凸パターン（第二の凸領域２１ｂ）を形成する。このとき、上記の実施例１と同様に図６（ｂ）に示すような凸部２０の配列パターン層が形成され、第一の凸パターンと第二の凸パターンの平均間隔Ｄは７．１μｍである。さらに、上記の実施例１と同様のシンチレータ形成プロセスによって、ＣｓＩを蒸着し、基板温度を室温以下に冷却する。シンチレータ層の形状は、走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（日立製 Ｓ−５５００）によって観察すると、画素境界に対応する部分、すなわち第一の凸パターンと第二の凸パターンとの間の部分のシンチレータに亀裂が形成している様子が確認できる。また、実施例１と同様に膜剥れは確認されなかった。したがって、画素境界に対応する部分に形成された亀裂によって、画素間のクロストークを低減することができるため、ＭＴＦが向上している。

（実施例３）
上記の実施例１及び２と同様のプロセスによって、凸部２０ａのパターン周期ｔ１が１２．５μｍ、凸部２０ａの上面サイズｓ１が９μｍ、凸の高さｈが３μｍ、凸部２０ａの隙間ｄ１が３．５μｍの第一の凸パターン（第一の凸領域２１ａ）と、凸部２０ｂのパターン周期ｔ２が７．５μｍ、凸部２０ｂの上面サイズｓ２が６μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ｂの隙間ｄ２が１．５μｍ第二の凸パターン（第二の凸領域２１ｂ）を形成する。このとき、上記の実施例１及び２と同様に図６（ｂ）に示すような凸部２０の配列パターン層が形成され、第一の凸パターンと第二の凸パターンの平均間隔Ｄは７．６μｍである。さらに、上記の実施例１及び２と同様のシンチレータ形成プロセスによって、ＣｓＩを蒸着し、基板温度を室温以下に冷却する。シンチレータ層の形状は、走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（日立製 Ｓ−５５００）によって観察すると、画素境界に対応する部分、すなわち第一の凸パターンと第二の凸パターンとの間の部分のシンチレータに亀裂が形成している様子が確認できる。また、実施例１及び２と同様に膜剥れは確認されなかった。したがって、画素境界に対応する部分に形成された亀裂によって、画素間のクロストークを低減することができるため、ＭＴＦが向上している。

（実施例４）
上記の実施例１から３と同様のプロセスによって、凸部２０ａのパターン周期ｔ１が１５μｍ、凸部２０ａの上面サイズｓ１が１０μｍ、凸の高さｈが３μｍ、凸部２０ａの隙間ｄ１が５μｍの第一の凸パターン（第一の凸領域２１ａ）と、凸部２０ｂのパターン周期ｔ２が１２．５μｍ、凸部２０ｂの上面サイズｓ２が９μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ｂの隙間ｄ２が３．５μｍ第二の凸パターン（第二凸領域２１ｂ）を形成する。このとき、上記の実施例１から３と同様に図６（ｂ）に示すような凸部２０の配列パターン層が形成され、第一の凸パターンと第二の凸パターンの平均間隔Ｄは１１．２μｍである。さらに、上記の実施例１から３と同様のシンチレータ形成プロセスによって、ＣｓＩを蒸着し、基板温度を室温以下に冷却する。シンチレータ層の形状は、走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（日立製 Ｓ−５５００）によって観察すると、画素境界に対応する部分、すなわち第一の凸パターンと第二の凸パターンとの間の部分のシンチレータに亀裂が形成している様子が確認できる。また、実施例１から３と同様に膜剥れは確認されなかった。したがって、画素境界に対応する部分に形成された亀裂によって、画素間のクロストークを低減することができるため、ＭＴＦが向上している。

（比較例２）
上記の実施例１から４と同様のプロセスによって、高さが３μｍである単一の凸部２０ａからなる第一の凸パターン（ベタ膜である第一の凸領域２１ａ）と、凸部２０ｂのパターン周期ｔ２が１５μｍ、凸部２０ｂの上面サイズｓ２が１０μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ｂの隙間ｄ２が５μｍの第二の凸パターンを形成する。このとき図６（ｄ）に示すような凸パターン層が形成され、第一の凸パターンと第二の凸パターンの平均間隔Ｄは１１μｍである。さらに、上記の実施例１から４と同様のシンチレータ形成プロセスによって、ＣｓＩを蒸着し、基板温度を室温以下に冷却する。シンチレータ層の形状は、走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（日立製 Ｓ−５５００）によって観察すると、画素境界に対応する部分、すなわち第一の凸パターンと第二の凸パターンとの間の部分のシンチレータに亀裂は確認されなかった。さらに、第一の凸領域２１ａに形成されたシンチレータ層は、冷却過程でシンチレータ層に印加される応力の影響で、部分的に膜剥れが確認された。そして、本比較例２においては、実施例１から４で見られたようなＭＴＦの向上が見られなかった。

（比較例３）
上記の実施例１から４と同様のプロセスによって、凸部２０ａのパターン周期ｔ１が７．５μｍ、凸部２０ａの上面サイズｓ１が４μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ａの隙間ｄ１が３．５μｍの第一の凸パターン（第一の凸領域２１ａ）と、凸部２０ｂのパターン周期ｔ２が１０μｍ、凸部２０ｂの上面サイズｓ２が３μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ｂの隙間ｄ２が６μｍの第二の凸パターン（第二凸領域２１ｂ）を形成する。このとき図６（ｅ）に示すような凸パターン層が形成され、第一の凸パターンと第二の凸パターンの平均間隔Ｄは９．６μｍである。さらに、上記の実施例１から４と同様のシンチレータ形成プロセスによって、ＣｓＩを蒸着し、基板温度を室温以下に冷却する。シンチレータ層の形状は、走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（日立製 Ｓ−５５００）によって観察すると、画素境界に対応する部分、すなわち第一の凸パターンと第二の凸パターンとの間の部分のシンチレータに亀裂は確認されなかった。一方、第一の凸パターン上（第一の凸領域２１ａ内）のシンチレータ層、及び第二の凸パターン上（第二の凸領域２１ｂ内）のシンチレータ層において、部分的に亀裂が発生していることが確認された。そして、本比較例３においては、実施例１から４で見られたようなＭＴＦの向上が見られなかった。

本比較例３においては、凸部２０の上面サイズｓと凸部２０の周期ｔとの比が、０．６未満であるため、冷却過程において、第一の凸パターン（第一の凸領域２１ａ）と第二の凸パターン（第二の凸領域２１ｂ）との間の部分のシンチレータ層より、各凸領域２１内における凸部の間隙部分の上のシンチレータ層の方が応力に弱く、結果、各凸領域２１内において亀裂を形成しやすい状態になる。したがって、本比較例３においては、画素内（各凸領域２１内）で亀裂形成が見られ、画素境界部分（隣合う凸領域２１間の部分）では亀裂形成不良となるため、亀裂形成によるＭＴＦの向上という効果が得られなくなる。

また、本比較例３においては、第一と第二の凸パターンの両方において、凸部２０のサイズｓと凸部２０のパターン周期ｔの比が６割未満の場合であるが、何れか一方の凸パターンにおいて、凸部サイズと凸パターン周期の比が６割未満の場合であっても、同様に画素境界部分では亀裂形成不良となる。

（比較例４）
上記の実施例１から４と同様のプロセスによって、凸部２０ａのパターン周期ｔ１が１０μｍ、凸部２０ａの上面サイズｓ１が６μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ａの隙間ｄ１が４μｍの第一の凸パターン（第一の凸領域２１ａ）と、凸部２０ｂのパターン周期ｓ２が７．５μｍ、凸部部２０ｂの上面サイズｓ２が６μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ｂの隙間ｄ２が１．５μｍの第二の凸パターン（第二の突領域２１ｂ）を形成する。このとき図６（ｆ）に示すような凸パターン層が形成され、第一の凸パターンと第二の凸パターンの平均間隔Ｄは１４．６μｍである。さらに、上記の実施例１から４と同様のシンチレータ形成プロセスによって、ＣｓＩを蒸着し、基板温度を室温以下に冷却する。シンチレータ層の形状は、走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（日立製 Ｓ−５５００）によって観察すると、画素境界に対応する部分、すなわち第一の凸パターンと第二の凸パターンとの間の部分のシンチレータに亀裂は確認されなかった。そして、本比較例４においては、実施例１から４で見られたようなＭＴＦの向上が見られなかった。

つまり、本比較例４のように、第一の凸パターン（第一の凸領域２１ａ）と第二の凸パターン（第二の凸領域２１ｂ）の両方とも凸部２０の上面サイズｓと凸部２０のパターン周期ｔとの比が６割以上９割未満であっても、隣り合う凸領域２１間の部分の平均間隔Ｄと凸部２０の高さｈとの関係がＤ＜４．６ｈを満たさないため、隣り合う凸領域２１の間の部分からもシンチレータが成長（成膜）し、結果隣り合う凸領域間の部分のシンチレータ膜にかかる応力が不十分となり、亀裂形成不良となる。

したがって、本比較例４においては、画素境界部分では亀裂形成不良となるため、亀裂形成によるＭＴＦの向上という効果が得られなくなる。

（比較例５）
上記の実施例１から４と同様のプロセスによって、凸部２０ａのパターン周期ｔ１が１２．５μｍ、凸部２０ａの上面サイズｓ１が９μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ａの隙間ｄ１が３．５μｍの第一の凸パターン（第一の凸領域２１ａ）と、凸部２０ｂのパターン周期ｓ２が１２．５μｍ、凸部部２０ｂの上面サイズｓ２が７μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ｂの隙間ｄ２が５．５μｍの第二の凸パターン（第二の突領域２１ｂ）を形成する。このとき、第一の凸パターンと第二の凸パターンの平均間隔Ｄは１６．６μｍである。さらに、上記の実施例１から４と同様のシンチレータ形成プロセスによって、ＣｓＩを蒸着し、基板温度を室温以下に冷却する。シンチレータ層の形状は、走査型電子顕微鏡ＳＥＭ（日立製 Ｓ−５５００）によって観察すると、画素境界に対応する部分、すなわち第一の凸パターンと第二の凸パターンとの間の部分のシンチレータに亀裂は確認されなかった。そして、本比較例５においては、実施例１から４で見られたようなＭＴＦの向上が見られなかった。

つまり、本比較例５においても、上述の比較例４と同様に、隣り合う凸領域間の部分のシンチレータ膜にかかる応力が不十分となり、亀裂形成不良となる。

したがって、本比較例５においては、画素境界部分では亀裂形成不良となるため、亀裂形成によるＭＴＦの向上という効果が得られなくなる。

（比較例６）
上記の実施例１から４と同様のプロセスによって、凸部２０ａのパターン周期ｔ１が１５μｍ、凸部２０ａの上面サイズｓ１が１０μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ａの隙間ｄ１が５μｍの第一の凸パターン（第一の凸領域２１ａ）と、凸部２０ｂのパターン周期ｔ２が１０μｍ、凸部２０ｂの上面サイズｓ２が７．５μｍ、高さｈが３μｍ、凸部２０ｂの隙間ｄ２が２．５μｍの第二の凸パターン（第二の突領域２１ｂ）を形成する。このとき第一の凸パターンと第二の凸パターンの平均間隔Ｄは１６．６μｍである。さらに、上記の実施例１から４と同様のシンチレータ形成プロセスによって、ＣｓＩを蒸着し、基板温度を室温以下に冷却する。本比較例６においても、比較例４，５と同様に、隣り合う凸領域間の部分のシンチレータ膜にかかる応力が不十分となり、亀裂形成不良となる。

したがって、本比較例６においては、画素境界部分では亀裂形成不良となるため、亀裂形成によるＭＴＦの向上という効果が得られなくなる。

（実施例５）
上記の実施例１で亀裂が形成されたシンチレータ層の上に酸化チタンの粉末を塗布することで、隣り合う凸領域２１間の間の部分のシンチレータ層に形成された亀裂部分にも酸化チタンの粉末を充填させた。

本実施例５においても、上記の実施例１から４と同様に、亀裂によって画素間の分離が高まり、更に、亀裂に酸化チタンの粉末を充填することにより亀裂部での光の拡散が得られるため、画素間のクロストークをより低減することができるため、ＭＴＦが向上している。

（実施例６）
上記の実施例２で亀裂が形成されたシンチレータ層の上にＡｌの反射膜を設ける。具体的には、隣り合う凸領域２１間の間の部分のシンチレータ層に形成された亀裂部分にも膜厚５０ｎｍのＡｌを成膜する。

本実施例６においても、上記の実施例１から５と同様に、亀裂によって画素間の分離が高まり、更に亀裂部が反射膜となるＡｌによって被覆されることにより、亀裂部での光が反射されるため、画素間のクロストークをより低減することができるため、ＭＴＦが向上している。

１ 放射線検出素子
１０ 基板
１４ 光検出層
２０ 凸部
２１ 凸領域
１８ シンチレータ層

Claims (8)

1. 複数の光検出部と、該複数の光検出部上に位置するシンチレータ層とを有する放射線検出素子の製造方法であって、
   前記複数の光検出部と複数の凸部を有する凸領域とを備え、複数の前記凸領域がそれぞれ前記光検出部と積層方向において重なるように配列されている基板の上に、前記複数の凸領域に跨るようにシンチレータ層を形成する工程と、
   シンチレータ層が形成された基板を降温し、隣り合う凸領域間と積層方向において重なる前記シンチレータ層の部分に亀裂を形成する工程と、
   を有し、
   前記複数の凸領域は、以下の関係を満たすことを特徴とする放射線検出素子の製造方法。
   ０．６≦ｓ／ｔ＜０．９
   ｄ＜Ｄ＜４．６ｈ
   ここで、
   ｔは、凸領域における複数の凸部の配列周期
   ｓは、凸領域における個々の凸部のシンチレータ層と接する部分の大きさ（径）
   ｈは、凸領域における個々の凸部の高さ
   ｄは、凸領域における隣り合う凸部間の間隔
   Ｄは、隣り合う凸領域間の平均間隔
2. 複数の光検出部と、該複数の光検出部上に位置するシンチレータ層とを有する放射線検出素子の製造方法であって、
   複数の凸部を有する凸領域を複数備える基板の上に、複数の前記凸領域に跨るようにシンチレータ層を形成する工程と、
   シンチレータ層が形成された基板を降温し、隣り合う凸領域間と積層方向において重なる前記シンチレータ層の部分に亀裂を形成する工程と、
   隣り合う光検出部間に前記亀裂が重なるように、該亀裂が形成されたシンチレータ層を備える基板を、前記複数の光検出部に対向配置する工程と、
   を有し、
   前記複数の凸領域は、以下の関係を満たすことを特徴とする放射線検出素子の製造方法。
   ０．６≦ｓ／ｔ＜０．９
   ｄ＜Ｄ＜４．６ｈ
   ここで、
   ｔは、凸領域における複数の凸部の配列周期
   ｓは、凸領域における個々の凸部のシンチレータ層と接する部分の大きさ（径）
   ｈは、凸領域における個々の凸部の高さ
   ｄは、凸領域における隣り合う凸部間の間隔
   Ｄは、隣り合う凸領域間の平均間隔
3. 前記亀裂に光を拡散する部材又は光を反射する部材を充填する工程を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出素子の製造方法。
4. 放射線検出素子であって、
   複数の光検出部と、
   複数の凸部を有する凸領域と、
   複数の前記凸領域に跨るように設けられたシンチレータ層と、
   を備え、
   複数の前記凸領域は、それぞれ前記光検出部と積層方向において重なるように配列され、
   前記シンチレータ層は、隣り合う前記凸領域間と積層方向において重なる前記シンチレータ層の部分に亀裂を有し、
   以下の関係を満たすことを特徴とする放射線検出素子。
   ０．６≦ｓ／ｔ＜０．９
   ｄ＜Ｄ＜４．６ｈ
   ここで、
   ｔは、凸領域における複数の凸部の配列周期
   ｓは、凸領域における個々の凸部のシンチレータ層と接する部分の大きさ（径）
   ｈは、凸領域における個々の凸部の高さ
   ｄは、凸領域における隣り合う凸部間の間隔
   Ｄは、隣り合う凸領域間の平均間隔
5. 前記ｔが１μｍ以上且つ１５μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の放射線検出素子。
6. 前記凸領域における凸部の配列がハニカムであることを特徴とする請求項４または５に記載の放射線検出素子。
7. 前記亀裂に光を拡散する部材が配置されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の放射線検出素子。
8. 前記亀裂に光を反射する部材が配置されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の放射線検出素子。