KR101218521B1 - 방사선 촬상 소자 및 이를 구비한 방사선 촬상 장치 - Google Patents

Abstract

고정 기대(10)상에 배선 기판(11과 12)이 단차를 갖도록 배치되어 있고, 그 위에 광감응부(21, 31) 각각의 위에 신틸레이터(25, 35)를 퇴적한 방사선 촬상 소자(2, 3)가 장착되어 있다. 방사선 촬상 소자(2)는 방사선 촬상 소자(3)의 방사선 입사면보다 그 재치면이 돌출하도록 배치되어 있고, 또 방사선 촬상 소자(2)의 광감응부(21)와 방사선 촬상 소자(3)의 광감응부(31)는 서로 겹치지 않는 정도로 근접하여 배치되어 있다. 그리고, 방사선 촬상 소자(2)의 광감응부(21)는 방사선 촬상 소자(3)측의 가장자리 근방까지 광감응부(21)가 뻗고 있고, 그 위치까지 거의 균일한 두께의 신틸레이터(25)가 형성되어 있다.

Description

방사선 촬상 소자 및 이를 구비한 방사선 촬상 장치{RADIATION IMAGING ELEMENT AND RADIATION IMAGING DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 방사선 화상을 촬상하는 방사선 촬상 장치에 관한 것으로, 특히 맘모그라피(mammography) 등의 용도에 이용되는 대형의 방사선 촬상 장치에 관한 것이다.

의료용, 산업용의 X선 촬영에 있어서, 최근 X선 감광 필름에 대신하여, 방사선 검출 소자를 이용한 방사선 이미징 시스템이 넓게 이용되게 되었다. 이러한 방사선 이미징 시스템은 X선 감광 필름과 같이 현상할 필요가 없고, 실시간으로 방사선 화상을 확인할 수 있는 등 편리성이 높고, 데이터의 보존성이나 취급의 용이성의 면에서도 우위인 점을 갖는다.

일반적인 방사선 이미징 시스템은 입사한 방사선 화상을 신틸레이터(scintillator)에 의하여 가시광선 등(자외선ㆍ적외선을 포함)으로 변환하고, 변환 후의 광상(光像)을 1 차원 또는 2 차원 형상으로 배열된 광검출 소자에 의해 검출하여 화상 데이터에 대응하는 전기 신호로서 출력하는 것이다. 특히, 고체 촬상 소자의 수광면상에 신틸레이터를 직접 퇴적한 구조의 방사선 검출 소자는 그 취급 이 용이하게 된다고 하는 이점을 갖고 있다.

그러나, 고체 촬상 소자는 대화면화하는 만큼 제조시의 생산량이 저하해 버린다. 그 때문에, 개개의 촬상 소자의 대화면화에는 한계가 있다. 한편, 방사선은 가시광선 등과 달리, 광학계에 의하여 상을 축소할 수 없기 때문에, 실상을 커버하는 사이즈의 촬상 소자를 필요로 한다. 예를 들면, 흉부의 뢴트겐 촬영 장치나 유방암 검진용의 맘모그라피 장치, 컬러부의 파노라마 촬영 장치 등에 있어서는 소형의 촬상 소자를 타일 형상으로 늘어놓은 버터블 배열에 의하여 대화면의 촬상 소자를 형성하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

또, 버터블 배열에 있어서의 각 촬상 소자간의 경계 부분에 있어서의 데드 에리어를 축소하는 기술로서, 복수의 검출기를 그 촬상 영역이 서로 겹치도록, 방사선 입사 방향으로부터 보아 전후에 어긋나서 배치하는 기술도 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).

[특허 문헌 1]　일본 특개평 9－153606호 공보

[특허 문헌 2]　일본 특개 2000－292546호 공보

상술한 바와 같이, 촬상 소자를 버터블 배열하는 경우, 특허 문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이 서로의 경계부에 있어서의 데드 에리어의 발생이 문제로 된다. 특허 문헌 2의 기술에 의하면, 그 촬상 영역이 서로 겹치도록 배치하는 것으로 데드 에리어를 축소하고 있으나, 방사선 입사 방향으로부터 보아 전(前)면에 배치되는 촬상 소자에 의하여 차단되어 있는 장소에서는 기판 등에 의해 방사선이 감쇠해 버린다. 특히, 의료용의 방사선 촬상 장치에서는 피험자나 조작자의 피폭(被爆)량을 줄이기 위해, 방사선량을 줄이면서 고감도ㆍ고해상도의 측정을 행할 수 있는 기기가 요구되고 있고, 이러한 감쇠는 얻을 수 있는 화상의 해상도를 열화시키기 때문에 바람직하지 않다.

여기서, 본 발명은 적은 방사선량에서도 고감도ㆍ고해상도로 대화면의 방사선 화상을 취득할 수 있는 버터블 배열의 방사선 촬상 장치를 제공하는 일을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 방사선 촬상 장치는 2 차원으로 화소를 배열하여 수광부를 형성한 고체 촬상 소자의 수광면에, 방사선 입사에 의하여 이 고체 촬상 소자가 감도(感度)를 갖는 파장의 광을 포함하는 광을 발하는 신틸레이터를 퇴적하고, 신틸레이터를 보호막으로 덮어서 형성한 방사선 촬상 소자를 기대(base)상에 m × n(m는 2 이상, n는 1 이상의 정수)개 늘어놓아서 배치한 방사선 촬상 장치에 있어서, 인접하여 배치되는 임의의 2개의 방사선 촬상 소자 사이에서는 (1) 한 쪽의 방사선 촬상 소자의 기대에의 고정면이 다른 쪽의 방사선 촬상 소자의 방사선 입사면보다 방사선 입사 방향으로 돌출하는 동시에, (2) 방사선 입사 방향으로부터 보아 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자의 수광부가 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자에 의하여 차단되지 않은 상태에서 양 쪽은 근접하여 배치되어 있고, (3) 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자의 수광부는 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자측의 주연부까지 퍼져(spread) 있고, 이 주연부까지 수광부 중심부와 거의 동일한 두께의 신틸레이터가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기대에 인접하여 배치되는 방사선 촬상 소자 사이에서는 그 수광부가 근접하여 배치된다. 이 때, 방사선 입사 방향으로부터 보아 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자의 수광부가 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자에 의하여 차단되는 일이 없기 때문에, 배면측에 배치되는 방사선 촬상 소자에 있어서도 수광부의 전(全)면이 유효 촬상 영역으로 된다. 또, 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자는 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자에 가까운 측의 주연부까지 수광부가 퍼져 있으므로, 수광 영역의 경계가 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자에 가까운 측까지 확대되어 있다. 그리고, 주연부까지 신틸레이터를 균일한 두께로 형성하는 것으로, 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자의 유효 화상 영역을 확대하는 동시에, 영역내에서의 촬상 특성의 균일화가 도모되고 있다.

인접하여 배치되는 임의의 2개의 방사선 촬상 소자에 있어서, 방사선 입사 방향으로부터 보아 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자의 단부와 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자의 단부가 서로 겹치는 위치에 배치되어 있으면 된다. 이로 인해, 방사선 입사 방향으로부터 보아 수광부가 근접하여 배치된다.

인접하여 배치되는 임의의 2개의 방사선 촬상 소자에 있어서, 방사선 입사 방향으로부터 보아 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자에 있어서는 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자로 차단되는 단부측의 수광부 단부보다 외측까지 신틸레이터가 퇴적되어 있고, 이 수광부 단부까지 균일한 두께의 신틸레이터가 형성되어 있으면 된다.

배면에 배치되는 방사선 촬상 소자에 있어서는 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자에 의하여 차단되는 위치에 수광부 이외의 부분이 존재하고 있어도 된다. 즉, 수광부에서부터 외측으로 회로나, 홀딩부를 형성하는 것이 가능하다. 그리고, 수광부 단부까지 균일한 두께의 신틸레이터가 형성되어 있으면, 수광부 전체에서 촬상 특성을 균일화하는 것이 용이하다.

본 발명에 의하면, 유효 화상 영역을 제한하는 일 없이, 각 방사선 촬상 소자의 수광부를 근접하여 배치할 수 있기 때문에, 데드 에리어의 발생을 억제하면서 유효 화상 영역내에 있어서의 촬상 특성을 균일화할 수 있다. 이 때문에, 복수의 촬상 소자를 조합하여 대화면의 촬상 소자를 버터블 배열에 의하여 형성하는 경우에, 촬상 소자가 다른 것에 의하여 발생하는 화상 얼룩짐이나 핀트 격차를 억제할 수 있고, 적은 방사선량에서도 고감도ㆍ고해상도의 화상을 얻을 수 있다.

방사선 입사 방향으로부터 보아 단부가 서로 겹치도록 배치하면, 수광부를 보다 근접하여 배치할 수 있기 때문에, 데드 에리어를 작게 할 수 있다.

배면에 배치되는 방사선 촬상 소자에 있어서는 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자와 달리, 수광부를 주연부 근처에 근접하여 배치할 필요는 없다. 수광부를 기판의 중앙 부근에 설치하는 것으로, 수광부의 단부까지 균일한 두께의 신틸레이터를 형성하는 것이 용이하게 되고, 제품의 생산량가 더욱 향상한다. 특히, 크기가 다른 2개의 방사선 촬상 소자를 인접하여 배치하는 경우에는 배면에 배치하는 방사선 촬상 소자의 쪽을 크게 하는 것으로, 수광부의 단부까지 균일한 두께의 신틸레이터를 형성하는 것이 용이하게 되고, 제품의 생산량이 보다 향상한다.

본 발명에 의하면, 적은 방사선량에서도 고감도ㆍ고해상도로 대화면의 방사선 화상을 취득할 수 있는 버터블 배열의 방사선 촬상 장치를 제공할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 설명의 이해를 용이하게 하기 위해, 각 도면에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 가능한 한 동일한 참조 번호를 첨부하여 중복하는 설명은 생략한다.

본 발명에 관한 방사선 촬상 장치의 제1의 실시 형태를 도 1 ~ 도 3에 나타낸다. 도 1은 방사선 입사 방향으로부터 본 정면도이고, 도 2는 그 II－II선 단면도이고, 도 3은 도 2에 있어서의 방사선 촬상 소자의 경계 부분의 확대도이다.

도 1 ~ 도 3에 나타내는 바와 같이, 이 방사선 촬상 장치(100)는 기대(1)상에 방사선 촬상 소자(2와 3)가 현저하게 차이나게 배치되어 있다. 각 방사선 촬상 소자(2, 3)는 Si 기판(20, 30)상에 형성된 MOS(Metal-Oxide Semiconductor：금속 산화물 반도체)형의 이미지 센서이며, 직사각형 평판 형상으로 형성되어 있다. 여기서는 Si 기판(20)의 사이즈가 184 mm × 231 mm 이며, Si 기판(30)의 사이즈가 96 mm × 231 mm 이며, 두께는 모두 725㎛ 이다.

이 Si 기판(20, 30) 표면의 인접하는 2변의 근방까지 수광 영역인 광감응부(수광부)(21, 31)가 배치되어 있다. 이 2변은 도 1에 있어서는 다른 쪽의 방사선 촬상 소자(2 또는 3)에 배치되는 측의 변과 도면에서 하측에 위치하는 변이다. 각 광감응부(21, 31)는 광전 변환을 행하는 광전 변환 소자인 다수의 포토 다이오드가 2 차원 형상으로 배열되어서 화소를 형성하고 있다. 각 포토 다이오드에는 각각 대응하는 MOSFET(Field-Effect Transistor：전계 효과 트랜지스터)가 배치되어 있고, 포토 다이오드에서 발생한 전하의 독출을 제어하고 있다. 광감응부(21)의 사이즈는 179.4 mm × 209 mm(면적 약 37500 ㎟)이고, 3520 × 4416 화소(합계 약 1550만 화소)를 갖고 있다. 한편, 광감응부(31)의 사이즈는 그 약 반만큼인 82.8 mm × 209 mm(면적 약 17300 ㎟)이고, 1760 × 4416 화소(합계 약 780만 화소)를 갖고 있다.

Si 기판(20, 30)의 광감응부(21, 31)의 외측의 2변을 따른 영역에는 각각 시프트 레지스터부(22, 32)와 증폭부(23, 33)가 형성되어 있고, 추가로 외측에 본딩 패드부(24, 34)가 형성되어 있다.

시프트 레지스터부(22, 32)는 각각 광감응부(21, 31)내의 대응하는 MOSFET과 도시하고 있지 않는 배선에 의하여 전기적으로 접속되어 있고, MOSFET의 구동을 제어하여 포토 다이오드에서 발생한 전하를 증폭부(23, 33)로 전송한다.

증폭부(23, 33)는 각각 다수의 증폭기(차지 앰프)와 각 증폭기에 병렬로 접 속된 용량 소자와 이것들에 병렬로 접속된 스위치 소자 등으로 이루어진다. 증폭부(23, 33)의 각 증폭기는 MOSFET을 통하여 대응하는 포토 다이오드에 도시하고 있지 않는 배선에 의하여 전기적으로 접속되어 있다.

본딩 패드부(24, 34)는 시프트 레지스터부(22, 32)에 도시하고 있지 않는 배선에 의하여 각각 접속되어 있는 본딩 패드부(24a, 34a)와, 증폭부(23, 33)에 도시하고 있지 않는 배선에 의하여 각각 접속되어 있는 본딩 패드부(24b, 34b)로 이루어진다.

칩 엣지에 전극이나 배선을 형성하는 것으로, 다이싱에 의하여 발생하는 마이크로 크랙이나 해당 부분에서 발생한 전자 정공쌍을 광감응부(21, 31)로 도달시키지 않는 효과가 있다.

광감응부(21, 31)와 그 주위의 Si 기판(20, 30) 표면상에는 방사선 입사에 의하여 소정 파장을 포함하는 광을 발생하는 신틸레이터(25, 35)가 형성되어 있다. 여기서, 신틸레이터(25, 35)는 광감응부(21, 31)가 근접하고 있는 Si 기판(20, 30)의 측벽부까지 연속하여 형성되어 있다. 또, 신틸레이터(25, 35)는 시프트 레지스터부(22, 32)나 증폭부(23, 33)를 덮어서 형성되어 있어도 된다. 또한, 시프트 레지스터부(22, 32)나 증폭부(23, 33)는 바람직하게는 그러한 표면이 광가림 부재와 방사선 가림 부재로 덮여 있는 것이 바람직하지만, 신틸레이터(25, 35)에 의하여 덮여 있는 경우에는 방사선 가림 부재를 갖지 않는 구성이어도 된다. 시프트 레지스터부(22, 32)나 증폭부(23, 33)에 방사선이 직접 입사하면, 노이즈의 요인으로 되거나 오동작의 요인으로 되는 일이 있으나, 방사선을 흡수하는 신틸레이터(25, 35)로 덮는 것으로, 이와 같은 노이즈나 오동작의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본딩 패드부(24, 34)는 노출시킬 필요가 있기 때문에, 신틸레이터(25, 35)는 이러한 영역에는 도달하지 않게 형성되어 있다.

신틸레이터(25, 35)가 발생하는 광은 광감응부(21, 31)의 포토 다이오드가 감도를 갖는 파장의 광을 포함하는 것이면 되고, 가시광선 외에, 자외선이나 적외선이어도 된다. 신틸레이터(25, 35)에는 각종 재료를 이용할 수 있으나, 발광 효율이 좋은 Tl 도프의 CsI가 재료로서는 바람직하다. 이 신틸레이터(25, 35)는 증착에 의하여 광감응부(21, 31)의 표면에 기둥 형상 결정으로서 직접 형성되어 있다.

또한, 신틸레이터(25, 35)는 광감응부(21, 31)상에서는 그 단부에 이를 때까지 거의 균일한 두께로 형성되어 있다. 신틸레이터(25, 35)의 두께는 30 ~ 550 ㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 신틸레이터(25, 35)의 두께는 165 ㎛ 로 설정되어 있다.

신틸레이터(25, 35)의 표면을 덮어서 이것들을 각각 밀봉하도록 보호막(26, 36)이 형성되어 있다. 신틸레이터(25, 35)로서 이용되는 CsI는 공기중의 수증기(습기)를 흡수하여 용해하는 조해(潮解)성을 갖고 있다. 신틸레이터(25, 35)에의 수증기의 침입을 방지하기 위하여, 수증기 차단성(수분 불투과성)이 양호한 내습 보호막으로 덮고 있다. 보호막(26, 36)은 수증기 차단성이 양호한 유기막, 무기막 및 이러한 편성을 이용할 수 있으나, 예를 들면 폴리파라키실렌 수지(스리본드사 제품, 상품명 파릴렌)나, 그 일종인 폴리파라크로로키시릴렌(동일 회사 제품, 상품명 파릴렌 C)을 이용하는 것이 바람직하다.

이 보호막(26, 36)은 Si 기판(20, 30)의 수광면상의 신틸레이터(25, 35)와, 그 주위의 본딩 패드부(24, 34)와 신틸레이터(25, 35)와의 경계 영역으로부터, 신틸레이터(25, 35)가 형성되어 있는 측벽 부분을 넘어서 Si 기판(20, 30)의 이면(광감응부(21, 31)의 형성면의 반대면)까지 연속적으로 일체로서 형성되어 있다. 보호막(26, 36)의 두께는 수 ㎛ ~ 수십 ㎛ 정도가 바람직하고, 본 실시 형태에서는 10 ㎛ 로 설정되어 있다.

한편, 기대(1)는 상면이 계단 형상으로 형성된 고정 기대(10)와, 이 고정 기대(10)의 재치면(10a, 10b)상에 각각 고정되어 있고, 각 방사선 촬상 소자(2, 3)가 그 위에 고정되는 배선 기판(11, 12)으로 이루어진다.

고정 기대(10)는 예를 들면 세라믹제이고, 그 사이즈는 372 × 245 mm 이며, 두께는 재치면(10a) 부분에서 5 mm, 재치면(10b)부분에서 4 mm 이며, 10a와 10b의 단차(段差)는 1 mm 이다. 재치면(10a, 10b)은 모두 후술하는 배선 기판(11, 12)보다 약간 넓게 형성되어 있다.

배선 기판(11, 12)도 또한 세라믹제의 기판이고, 그 사이즈는 대응하는 방사선 촬상 소자(2, 3)보다 약간 넓게 설정되어 있고, 예를 들면 배선 기판(11)이 226 × 248 mm 이고, 배선 기판(12)이 138 × 248 mm 이다. 또한, 두께는 모두 3.2 mm 로 설정되어 있다.

배선 기판(11, 12)에는 표면에서 이면으로 관통하는 관통 구멍(111, 121)이 다수 설치되고 있다(도 2, 3 참조). 이러한 관통 구멍(111, 121)은 표면 또는 이면측에서 보고, 동일 간격으로 끌린 격자선의 교점상에 배치되어 있다. 이하, 인접하 는 관통 구멍(111, 121)의 간격인 피치를 p로 나타낸다. 이러한 관통 구멍(111, 121)은 방사선 촬상 소자(2, 3)를 각각 재치하는 영역내에만 설치하면 충분하지만, 재치 영역을 돌출하여 전(全)면에 설치해도 관계없다. 관통 구멍(111, 121)의 크기, 배치는 배선 기판(11, 12)의 강도나, 두께, 관통 구멍(111, 121)의 통기(通氣)성을 고려하여 적절히 설정된다. 본 실시 형태에서는 관통 구멍(111, 121)의 직경은 0.4 mm ~ 0.5 mm 정도로, 그 피치 p는 20 mm로 설정되어 있다.

다음에, 이 방사선 촬상 장치(100)의 제조 방법을 구체적으로 설명한다. 우선, 도 4에 나타낸 바와 같이, 직사각형의 Si 기판(20)상에 광감응부(21), 시프트 레지스터부(22)(도시하지 않음), 증폭부(23)(도시하지 않음), 본딩 패드부(24)를 형성 완료한 이미지 센서(5)를 준비한다. 여기서, 광감응부(21)는 Si 기판(20)의 중앙에 위치하는 것이 아니라, 인접하는 2변 근방에 걸쳐서 배치되어 있다. 이 이미지 센서(5)는 예를 들면, 12) 인치(약 30센치) 지름의 Si웨이퍼상에 스테퍼 장치 등을 이용한 공지의 수법에 의해 집적화된 회로를 형성한 후에 원하는 사이즈로 재단하는 것으로 제조할 수 있다.

다음에, 광감응부(21)보다 넓은 영역이 노출하도록 마스크를 적용한 상태에서 Si 기판(20)을 신틸레이터의 증착 실내에 배치하고, 신틸레이터(25)를 형성한다. 여기서, 광감응부(21)가 근접하고 있는 Si 기판(20)의 측벽 부분에 대해서도 마스크로부터 노출하게 한다. 마스크로서는 광감응부(21)의 주위의 2변에 따른 부분과, 그 부분의 이면을 이용하여 Si 기판(20)을 반대 방향으로 홀딩하는 증착 홀더를 이용하면 된다.

이 상태에서, 진공 증착법에 의해서 Si 기판(20)의 노출부 분에 Tl를 도핑한 CsI의 기둥 형상 결정을 성장시킨다. 증착된 신틸레이터(25)의 두께가 원하는 두께(예를 들면, 165 ㎛)에 이르면 증착실로부터 신틸레이터(25)가 형성된 이미지 센서(5)(도 5 참조)를 취출한다. 이로 인해, 광감응부(21)의 전면으로부터 인접하는 측벽부에 이를 때까지 거의 균일한 두께를 갖는 신틸레이터(25)를 형성할 수 있다.

신틸레이터(25)의 소재인 CsI는 흡습성이 높고, 노출한 채로 해 두면 공기중의 수증기를 흡습하여 용해해 버린다(조해성을 갖는다). 여기서, 신틸레이터(25)의 보호를 위해, CVD(화확적 증착)법에 의해 이미지 센서(5)의 거의 전체를 두께 10㎛ 의 파릴렌으로 감싸 넣어서 보호막(26)을 형성한다.

CsI의 기둥 형상 결정의 사이에는 틈새가 있으나, 파릴렌은 이 좁은 틈새에 어느 정도 비집고 들어가므로, 보호막(26)은 신틸레이터(25)에 밀착하고, 신틸레이터(25)를 밀봉한다. 이 파릴렌 코팅에 의해, 표면에 미세한 요철(凹凸)이 있는 신틸레이터(25)의 위에 균일한 두께의 정밀 박막 코팅을 형성할 수 있다. 또, 파릴렌의 CVD 형성은 금속 증착시보다 진공도가 낮고, 상온에서 행할 수 있기 때문에 가공이 용이하다.

이렇게 하여 형성한 보호막(26)을 소정의 위치로 절단하여 불필요한 부분을 제거하는 것으로 본딩 패드부(24) 부분을 노출시킨다(도 6 참조). 본 실시 형태에서는 신틸레이터(25)를 둘러싸는 영역에만 보호막(26)을 남기고 있으나, 이것보다 넓은 영역까지 보호막(26)을 남겨도 좋다. 예를 들면, 본딩 패드부(24a, 24b)만을 노출시키고, 그 이외의 영역은 보호막(26)으로 덮은 채로 해 두어도 된다.

이로 인해, 도 1 ~ 도 3에 나타나는 방사선 촬상 소자(2)가 얻어진다. 방사선 촬상 소자(3)에 대해서도 동일한 수법에 따라 제조할 수 있다.

다음에, 도 7에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(111)을 갖는 배선 기판(11)을 준비하고, 배선 기판(11)의 방사선 촬상 소자(2)의 재치면에 격자 형상으로 절연성 수지의 접착재(112)를 도포한다. 이 때, 접착재(112)는 관통 구멍(111)을 피하여 수평 방향으로 인접하는 관통 구멍(111)과의 사이의 거의 중심 위치상에 배치된다. 구체적으로는 관통 구멍(111)을 배치하는 격자선을, 격자선의 연장 방향인 2 방향으로 각각 0.5p 씩 어긋난 격자선상에 연재(延在)하도록 접착재(112)는 도포된다. 본 실시 형태에서는 접착재(112)의 폭은 1 mm, 두께는 0.5 mm 정도로 된다.

접착재(112)를 도포하면, 배선 기판(11)의 접착재 도포면상에 방사선 촬상 소자(2)의 이면(Si 기판(20)의 광감응부(21)의 형성면과 반대측인 표면)을 향하여 재치해(도 8 참조), 그 상태로 배선 기판(11)을 도 9에 나타나는 장치(6)에 도입한다. 이 장치(6)는 도입된 배선 기판(11)의 상측에 접하는 공간(60)과 하측에 접하는 공간(61)이 배선 기판(11)에 의하여 분리되는 구성을 취한다. 그리고, 하측의 공간(61)내의 공기를 배출하는 진공 펌프(62)를 구비하고 있다.

배선 기판(11)을 장치(6)에 도입하면, 진공 펌프(62)를 작동시켜서 하측의 공간(61)내를 감압한다. 배선 기판(11)의 관통 구멍(111)은 하측의 공간(61)에 통과하고 있기 때문에, 이 감압에 의하여 방사선 촬상 소자(2)의 이면측의 기압은 그 표면(광감응부(21) 형성면)측의 기압보다 낮아진다. 이렇게 하여 생긴 표면측과 이면측과의 기압차에 의해서, 방사선 촬상 소자(2)는 배선 기판(11)으로 눌린다. 이 로 인해, 접착재(112)는 방사선 촬상 소자(2)와 배선 기판(11)과의 사이에 얇게 퍼진다. 이 상태로 접착재(112)를 경화시켜서 방사선 촬상 소자(2)를 배선 기판(11)에 고정한다.

고정 후, 배선 기판(11)의 방사선 촬상 소자(2)의 본딩 패드부(24)와 마주보는 영역에 배치되어 있는 도시하고 있지 않는 본딩 패드부와 대응하는 본딩 패드부(24)를 동일하게 도시하고 있지 않는 와이어에 의해 접속한다(와이어 본딩). 동일한 수법에 의해, 방사선 촬상 소자(3)를 배선 기판(12)상에 접착재(122)에 의해 고정한다.

이와 같이, 배선 기판(11, 12)에 설치한 관통 구멍(111, 121)을 이용하여 방사선 촬상 소자(2, 3)의 표면과 이면간에 기압차를 발생시키고, 발생한 기압차에 의해, 방사선 촬상 소자(2, 3)를 배선 기판(11, 12)으로 눌러서 고정하므로, 방사선 촬상 소자(2, 3)의 표면상에 누름을 위한 여분의 스페이스를 설치할 필요가 없고, 신틸레이터(25, 35)의 형성면을 방사선 촬상 소자(2, 3)의 표면에 있어서 최대한 확보할 수 있다. 이 때문에, 광감응부(21, 31)에 대하여, 방사선 촬상 소자(2, 3)의 면적을 컴팩트한 것으로 할 수 있고, 최종적으로 얻어지는 방사선 촬상 장치(100)의 컴팩트화가 도모된다. 또, 기압차에 의하여 방사선 촬상 소자(2, 3)의 표면 전체를 거의 균일한 힘으로 배선 기판(11, 12)으로 누를 수 있기 때문에, 대면적ㆍ박형의 방사선 촬상 소자(2, 3)를 고정하는 경우에도 휨, 비뚤어짐, 휘어짐 등의 발생을 억제하여 수광면의 평판성을 확보할 수 있다. 또, 신틸레이터(25, 35)에 국소적으로 힘이 부여되는 일이 없기 때문에, 고정에 임하여 신틸레이터(25, 35)가 손상하는 일이 없고, 제품의 생산량도 향상한다.

또, 보호막(26, 36)은 측벽의 신틸레이터(25, 35)를 포위하는 부분이 방사선 촬상 소자(2, 3)의 이측(裏側)까지 돌아 들어가서 배선 기판(11, 12)과의 사이에 사이에 두어 고정되고 있으므로 보호막(26, 36)이 벗겨짐을 효과적으로 방지할 수 있다. 여기서, 방사선 촬상 소자(2, 3)의 신틸레이터(25, 35)가 측벽까지 형성되어 있는 장소 중에서, 방사선 촬상 장치(100)에 배치되는 경우에 도 1 중의 하측의 변을 형성하게 되는 위치에서는 배선 기판(11, 12)보다 방사선 촬상 소자(2, 3)를 약간(1 mm 정도) 내측에 배치하면, 사용중에 측벽상의 보호막(26, 36)에 불필요한 힘이 가해지는 것을 방지하고, 이 부분으로부터가 벗겨짐을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 배선 기판(11, 12)이 방사선 촬상 소자(2, 3)의 재치면의 외측의 영역에도 관통 구멍(111, 121)을 갖고 있는 경우는 그 관통 구멍(111, 121)을 미리 막아 둘 필요가 있다. 이러한 관통 구멍(111, 121)을 막는 방법으로서는 이러한 관통 구멍(111, 121)을 재치면측으로부터 기밀성의 필름으로 덮든지, 반대측으로부터 기밀성의 패널, 마스크 등으로 덮으면 좋다. 이와 같이 하면, 장치(6)내에서 상측의 공간(60)과 하측의 공간(61)이 관통 구멍(111, 121)에 의해 직접 연통되는 일이 없고, 양 공간(60, 61)간에 확실히 기압차를 발생시키는 것이 가능하게 된다.

여기서는 하공간(61)을 감압하는 것으로, 양 공간(60, 61)에 기압차를 발생시켰으나, 방사선 촬상 소자(2, 3)의 표면측의 기압이 하측의 기압보다 높아지면 그 외의 방법을 이용해도 된다. 예를 들면, 상공간(60)에 기체(예를 들면, 공기)를 보내고, 상공간(60)내의 기체를 가압하는 것으로 양 공간(60, 61) 사이에 기압차를 발생시켜도 된다. 또, 양쪽 모두를 병용하여 상공간(60)내를 가압하고, 하공간(61)내를 감압해도 된다. 이 경우, 하공간(61)내의 기체를 상공간(60)내로 이끌어서 단독의 펌프를 이용하여 가압과 감압을 행할 수도 있다. 또, 장치내에 양쪽 모두의 공간을 설치하지 않고도, 가압 또는 감압을 행하는 공간(60 또는 61)의 한 쪽만을 설치하고, 다른 쪽은 개방 상태로 해도 된다. 또, 기체로서는 공기에 한정하지 않고 질소 등을 이용할 수도 있고, 장치(6)를 질소 박스안에 넣은 다음 행하는 것으로 해도 된다. 　

이렇게 하여 배선 기판(11, 12)상에 방사선 촬상 소자(2, 3)를 각각 고정하면, 배선 기판(11, 12)을 방사선 촬상 소자(2, 3)의 광감응부(21, 31)가 근접하도록 각각의 재치면(10a, 10b)상에 배치하여 고정하는 것으로, 도 1 ~ 도 3에 나타나는 방사선 촬상 장치(100)가 얻어진다.

여기서, 방사선 촬상 소자(2, 3)를 기대 1상에 단차를 설치하여 배치하는 것으로, 동일 평면상에 방사선 촬상 소자(2, 3)를 늘어놓아 배치하는 경우와 비교하고, 방사선 촬상 소자(2, 3)의 광감응부(21, 31)를 서로 겹치지 않는 정도로 근접하여 배치할 수 있다. 또, 방사선 입사 방향으로부터 보아 각각의 광감응부(21, 31)를 근접하여 배치했을 경우에 있어서도, 양 방사선 촬상 소자(2, 3)의 단부가 접촉하는 일이 없기 때문에, 단부의 신틸레이터(25, 35)나 보호막(26, 36)의 접촉에 의한 파손을 방지할 수 있다. 이 때문에, 보호막(26, 36)의 손상에 의한 벗겨져도 억제할 수 있기 때문에, 신틸레이터(25, 35)의 내습성을 확보할 수 있다.

방사선 촬상 소자(2와 3)는 방사선 입사 방향으로부터 보면 다른 거리에 배치되게 되지만, 그 거리는 1 ~ 1.5 mm 정도로 된다. 이와 같은 대화면의 방사선 촬상 장치(100)에 있어서는 50 센치 정도 떨어진 위치의 방사선원으로부터 거의 수직으로 입사하는 방사선에 의해서 형성된 화상을 촬상하고 있고, 이 거리의 차는 얻을 수 있는 화상이나 선명도, 해상도를 저하시키는 것은 아니다. 따라서, 저피폭량의 방사선량에 의해서도 선명하고 해상도가 높은 영상을 취득할 수 있다. 　

본 실시 형태에 있어서는 방사선 입사 방향으로 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자(3)에 있어서나 광감응부(31)상의 신틸레이터(35)에 입사하는 방사선이 차단되지지 않기 때문에, 그 구석에 이를 때까지 유효한 감도 영역으로 할 수 있다. 한편, 방사선 입사 방향으로 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자(2)에 있어서도 그 단부 직전까지 유효한 감도 영역을 확대할 수 있다.이 때문에, 인접하여 배치되는 광감응부(21, 31)간의 거리를 약 150 ㎛ 정도까지 감소시킬 수 있고, 소자의 광감응부(21, 31)간의 데드 에리어 D를 2 ~ 3 화소분 정도로 축소할 수 있다. 또, 데드 에리어 D에 근접하는 화소의 출력이 손상되지 않기 때문에, 양 방사선 촬상 소자(2, 3)로부터 얻어진 화상 신호를 합성할 때의 화상 처리가 용이하고, 경계 부분까지 선명한 화상을 얻을 수 있다. 또, 데드 에리어 D의 화상 정보를 보간 처리에 의해 구하는 경우에도 그 보간 처리가 용이하게 된다. 　

본 발명에 의하면, 12 인치 웨이퍼를 이용한 제조 프로세스로 최대 사이즈로 되어 있는 22 × 18 cm 사이즈 이하의 수광 에리어를 갖는 이미지 센서를 이용하여 27 × 22 cm 사이즈의 수광 영역을 갖는 방사선 촬상 장치(100)를 실현할 수 있다. 이 때문에, 제조 비용의 저감과 생산량의 향상을 도모할 수 있다.

*계속하여, 본 실시 형태의 동작을 설명한다. 맘모그라피에서는 도 10에 나타낸 바와 같이 피험자(9)의 유방(90)을 방사선 투과성의 2매의 플레이트(70, 71) 사이에 넣고, 방사선원(75)으로부터 나온 X선의 유방(90) 투과 화상을 플레이트(71)측에 배치한 방사선 촬상 장치(100)에 의해 촬상한다. 이 때, 피험자(9)의 동(胴)부측에도 1에 나타나는 방사선 촬상 장치(100)의 하변측을 배치하면, 광감응부(21, 31)를 동부에 근접시킬 수 있다.

유방(90)의 투과 X선 화상을 구성하는 유방(90)을 투과한 X선(방사선)은 플레이트(71)를 투과하고, 방사선 촬상 장치(100)의 입사면(보호막(26, 36) 표면)으로 입사한다. 입사한 X선(방사선)은 보호막(26, 36)을 투과하여 신틸레이터(25, 35)에 이르러서 흡수된다. 신틸레이터(25, 35)는 흡수한 X선의 광량에 거의 비례하여 소정의 파장의 광(본 실시 형태에서는 파장 570 nm)을 방사(발광)한다.

이렇게 하여 신틸레이터(25, 35)로부터 방사된 광은 광감응부(21, 31)에 도달하고, 각각의 포토 다이오드로 흡수되고 광량에 따른 전하로서 일정 시간 축적된다(광전 변환). 이 광의 광량은 입사하는 X선의 광량에 대응하고 있기 때문에, 각각의 포토 다이오드에 축적되어 있는 전기 신호는 입사하는 X선의 광량에 대응하게 된다.즉, 각 포토 다이오드에는 X선 화상의 각 화소의 휘도에 대응하는 전기 신호(이하, 각 화소의 화상 신호라고 칭함)가 얻어진다.

시프트 레지스터부(22, 32)에 의해서 각 포토 다이오드에 대응하는 MOSFET을 조작하는 것으로 각 포토 다이오드의 전하(각 화소의 화상 신호에 대응)는 도시하고 있지 않는 신호선을 통과하여 증폭부(23, 33)의 요금 앰프에 독출되고, 증폭된 후에 본딩 패드부(24, 34)로부터 대응하는 배선 기판(11, 12)측의 본딩 패드부로 보내지고, 도시하고 있지 않는 소정의 회로로 처리된 후에, 소정 형식의 화상 데이터 신호로서 출력 단자로부터 출력된다. 이 출력 신호를 기본으로 하여 모니터상에 X선 화상을 표시하거나 소정의 기억 장치에 격납하여 보존할 수 있다.

본 실시 형태의 방사선 촬상 장치(100)는 광감응부(21, 31)가 장치의 주연부 근방에 배치되어 있기 때문에, 유방(90)의 근원 부분까지 촬상을 행할 수 있다. 그리고, 방사선 촬상 소자(2, 3) 각각의 평판성을 확보할 수 있는 동시에, 양쪽 모두의 광감응부(21, 31)를 근접하여 배치하고 있기 때문에, 유방(90) 전체에 대해 일그러짐이 없는 정밀도가 좋은 X선 화상을 촬상할 수 있다. 또, 몸집이 큰 여성의 맘모그라피 촬영시에 있어서도 유방(90)의 방사선에 의한 전체상을 한 번의 방사선 조사로 양호하게 취득할 수 있다. 이 때문에, 피폭량을 감소시킬 수 있다. 그리고, 동부에 근접하는 측벽을 넘어 보호막(26, 36)이 형성되고, 이것이 배선 기판(11, 12)과의 사이에 두고, 인체와의 접촉에 의해 보호막(26, 36)이 벗겨지거나 접촉 부분으로부터 땀이나 수분이 침수하여 신틸레이터(25, 35)가 열화하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

도 11은 본 발명에 관한 방사선 촬상 장치의 제2의 실시 형태를 나타내는 단면 구성도(제1의 실시 형태에 있어서의 도 2에 대응)이며, 도 12는 그 방사선 촬상 소자의 경계 부분의 확대도이다.

이 실시 형태에서는 방사선 입사 방향으로부터 보아, 방사선 촬상 소자(2)와 방사선 촬상 소자(3)의 단부가 서로 겹치도록 배치하고 있는 점이 도 1 ~ 도 3에 나타나는 제1의 실시 형태와 상위하다. 단, 각각의 광감응부(21, 31)는 서로 겹치지 않고, 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자(3)의 광감응부(31)는 방사선 촬상 소자(2)에 의해 차단되지 않은 위치에 배치되어 있다.

이와 같이, 양 촬상 소자를 배치하면, 양 방사선 촬상 소자(2, 3)의 단부 영역이 서로 겹치는 것으로, 광감응부(21, 31)간의 경계에 발생하는 데드 에리어 D의 폭을 제1의 실시 형태의 반정도까지 줄일 수 있다. 이 때문에, 양자 사이의 데드 에리어 D를 반정도의 2 화소분 이하까지 줄이는 것이 가능하고, 실질적으로 0 화소로 할 수도 있다.

도 13은 본 발명에 관한 방사선 촬상 장치의 제3의 실시 형태를 나타내는 단면 구성도(제1의 실시 형태에 있어서의 도 2에 대응)이며, 도 14는 그 방사선 촬상 소자의 경계 부분의 확대도이다.

이 실시 형태는 제2의 실시 형태의 변형예이고, 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자(3a)의 광감응부(31a)가 방사선 촬상 소자(2)측의 주연부까지 퍼지지 않고, 광감응부(31a)로부터 단부까지의 사이가 다른 실시 형태에 비해 넓게 되어 있는 점이 상위하다.

여기서, 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자(2)에 있어서는 유효 수광 영역의 단부까지 촬상 특성을 확보하면서, 다른 방사선 촬상 소자(3a)를 차단하는 것으로 발생하는 데드 에리어 D를 작게 하기 위해서는 광감응부(21)를 가장자리부에 근접 하여 배치하는 동시에, 신틸레이터(25)를 구석까지 균일한 두께에 형성할 필요가 있다. 그러기 위해서는 상술한 바와 같이, 신틸레이터(25)를 측벽 부분까지 거의 균일한 두께로 연속하여 형성하는 것이 바람직하지만, 신틸레이터(25) 증착 프로세스를 실행할 필요가 있고, 대형의 방사선 촬상 소자(2)의 경우에는 특히 수고를 필요로 한다.

그러나, 배면에 배치되는 방사선 촬상 소자(3a)에 있어서는 전면에 배치되는 방사선 촬상 소자(2)에 의해서 광감응부(31a)가 차단되지 않은 한도(양 광감응부(21, 31a)가 서로 겹치지 않는 한도)로 광감응부(31a)를 방사선 촬상 소자(2)에 접근하여 배치하면 좋기 때문에, 신틸레이터(35a)를 측벽부까지 거의 균일한 두께로 형성할 필요는 없고, 양 단부를 홀딩하고 증착을 행하는 일도 가능하게 된다. 이 때문에, 배면 측에 배치하는 방사선 촬상 소자(3a)의 제조 프로세스를 간략화할 수 있다.

또, 크기가 다른 2개의 방사선 촬상 소자를 인접하여 배치하는 경우에는 배면 측에 배치되는 방사선 촬상 소자의 쪽을 크게 하는 것으로, 수광부의 단부까지 균일한 두께의 신틸레이터를 형성하는 것이 용이하게 되고, 제품의 생산량이 더욱 향상한다.

이상의 설명에서는 보호막(26, 36)으로서 파릴렌제의 단일막 구조의 보호막에 대하여 설명하였으나, 파릴렌막의 표면에 Al, Ag, Au 등의 금속 박막으로 이루어지는 반사막을 설치하면, 신틸레이터(25, 35)로부터 방사된 광을 광감응부(21, 31)로 이끌고, 휘도가 높은 화상을 얻을 수 있다. 이 금속 박막의 보호를 위해, 추 가로 그 표면에 파릴렌막 등을 적용해도 된다. 또, 보호막(26, 36)의 주위를 수지 등으로 Si 기판(20, 30)에 고정해도 된다.

또, 상술한 실시 형태에 있어서는 신틸레이터로서 CsI(Tl)가 이용되고 있으나, 이것에 한정하지 않고 CsI(Na), NaI(Tl), LiI(Eu), KI(Tl) 등을 이용해도 된다.

또, 상술한 실시 형태에 있어서의 폴리파라키시릴렌에는 폴리파라키시릴렌 외에, 폴리모노크로로파라키시릴렌, 폴리디크로로파라키시릴렌, 폴리테트라크로로파라키시릴렌, 폴리플루오로파라키시릴렌, 폴리디메틸파라키시릴렌, 폴리디에틸파라키시릴렌 등을 포함한다.

이상의 설명에서는 2개의 촬상 소자를 조합해 배치하는 예를 설명하였으나, 3개 이상의 촬상 소자를 조합해 대화면의 촬상 장치를 형성하는 경우에도 본 발명은 매우 적합하게 적용 가능하다. 이 경우는 인접하는 2개의 촬상 소자간에 상술한 촬상 소자간의 관계가 성립되도록 배치를 실시하면 좋다.

본 발명에 따른 방사선 촬상 소자는 맘모그라피나 흉부 X선 촬영 등의 대화면을 필요로 하는 방사선 촬상 소자에 매우 적합하다.

도 1은　본 발명에 관한 방사선 촬상 장치의 방사선 입사 방향으로부터 본 정면도.

도 2는　도 1의 II－II선 단면도.

도 3은　도 2의 방사선 촬상 소자의 경계 부분의 확대도.

도 4는　본 발명에 관한 방사선 촬상 장치에 이용하는 방사선 촬상 소자의 제조 공정을 나타내는 도면.

도 5는　도 4의 공정의 연속을 나타내는 도면.

도 6은　도 5의 공정의 연속을 나타내는 도면.

도 7은　본 발명에 관한 방사선 촬상 장치에 이용하는 배선 기판을 나타내는 도면.

도 8은　도 6의 공정의 연속을 나타내는 도면.

도 9는　방사선 촬상 소자의 재치(載置)에 이용하는 장치를 설명하는 도면.

도 10은　본 발명에 관한 방사선 촬상 장치에 의한 맘모그라피 촬영을 설명하는 도면.

도 11은　본 발명에 관한 방사선 촬상 장치의 제2의 실시 형태를 나타내는 단면 구성도.

도 12는　도 11의 방사선 촬상 소자의 경계 부분의 확대도.

도 13은　본 발명에 관한 방사선 촬상 장치의 제3의 실시 형태를 나타내는 단면 구성도.

도 14는　도 13의 방사선 촬상 소자의 경계 부분의 확대도.

<부호의 설명>

1　기대

2, 3, 3a　방사선 촬상 소자

5　이미지 센서

6　재치용 장치

9　피험자

10　고정 기대

10a, 10b　재치면

11, 12 배선 기판

20, 30　Si 기판

21, 31 광감응부

22, 32 시프트 레지스터부

23, 33 증폭부

24, 34 본딩 패드부

25, 35 신틸레이터

26, 36 보호막

60　상공간

61　하공간

62　진공 펌프

70, 71 플레이트

75　방사선원

90　유방(乳房)

100　방사선 촬상 장치

111, 121 관통 구멍

112, 122 접착재

Claims (5)

1. 관통 구멍을 갖는 배선 기판 상에, 수지의 접착재에 의해 고정된 고체 촬상 소자를 구비하고,

   상기 고체 촬상 소자의 수광면에 신틸레이터가 퇴적되어 있으며,

   상기 관통 구멍은 상기 고체 촬상 소자가 고정된 면으로부터 그 반대면까지 상기 배선 기판을 관통하고,

   상기 관통 구멍을 통해 상기 고체 촬상 소자의 표면과 이면 사이에 기압차를 발생시켜 상기 고체 촬상 소자를 상기 배선 기판을 향해 눌러서 고정시키며,

   방사선 입사 방향으로부터 보아 배면에 배치되는 고체 촬상 소자에 있어서는, 전면에 배치되는 고체 촬상 소자로 차단되는 단부측의 수광부 단부보다 외측까지 신틸레이터가 퇴적되어 있고, 상기 수광부 단부보다 외측까지 퇴적된 신틸레이터의 부분은, 전면에 배치된 고체 촬상 소자와 배면에 배치된 고체 촬상 소자를 구성하는 기판과의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 방사선 촬상 소자.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 신틸레이터는 보호막으로 덮여 있는 방사선 촬상 소자.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 보호막은 상기 고체 촬상 소자의 수광면과 반대측의 면까지 돌아 들어가 있고,

   상기 돌아 들어간 보호막은 상기 고체 촬상 소자와 상기 접착재 사이에 끼워 넣어져 있는 방사선 촬상 소자.
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