WO2017135165A1 - 放射線検出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

センサ基板１上にシンチレータ部形成用マスク５を配置し、シンチレータ材料で複数のシンチレータ部６を形成するシンチレータ部形成工程と、シンチレータ部形成用マスク５を除去するマスク除去工程と、マスク除去工程の後に、複数のシンチレータ部６が形成されたセンサ基板１上に、遮光性材料膜８を形成する遮光性材料膜形成工程と、を備える。

Description

放射線検出装置の製造方法

　本発明は、放射線を検出して放射線の強度分布に対応する電気信号を出力する放射線検出装置の製造方法に関する。

　従来の放射線検出装置の製造方法としては、例えば、特許文献１に開示されたシンチレータパネルの製造方法が知られている。このシンチレータパネルは、基板と、隔壁と、この隔壁で区画されたセル内に充填されたシンチレータ層と、を備えている。シンチレータ層は、入射したＸ線を光（可視光）に変換する機能を有する。

　このような隔壁の作製方法としては、スクリーン印刷法、サンドブラスト法、エッチング法、インプリント法、およびフォトリソグラフィー法がある。スクリーン印刷法は、センサ基板上にペースト状の隔壁材料をスクリーン印刷により繰り返し印刷し、その後、焼成により隔壁を形成する方法である。サンドブラスト法は、センサ基板上に隔壁材料層を全面に成膜した後、レジストで隔壁形成領域を覆った後、このレジストをマスクとしてサンドブラストにより隔壁層に開口部を形成し、その後、焼成を行う方法である。エッチング法は、センサ基板上に隔壁材料を全面に成膜した後、レジストで隔壁形成領域を覆って、このレジストをマスクとして開口部をエッチングにより除去する方法である。インプリント法は、センサ基板上に隔壁材料を全面に成膜した後、金型を押し当てて隔壁と開口部を形成し、その後、焼成する方法である。フォトリソグラフィー法は、感光性ペーストを塗布した後、露光、現像を行ってパターニングして隔壁部分の感光性ペースト材料を残した後、焼成する方法である。上述したように、放射線検出装置を作製するには、先ずセンサ基板上に隔壁をパターン形成することが行われている。

特許第５１１０２３０号公報

　しかしながら、上述した隔壁の作製方法を用いて放射線検出装置を製造した場合、工数が多くなるという課題がある。これらの作製方法では、隔壁の厚み（ライン幅）が非常に小さいため、歩留まりが悪いという課題がある。また、隔壁の厚みが小さいため、この隔壁の材料として、隔壁が上述のパターン形成条件に耐え得る特性、すなわち粘性、耐熱性、加工容易性、熱硬化性など多くの特性を備える必要がある。このため、隔壁材料の選定の自由度が低いものであった。

　上述した隔壁の作製方法を用いて放射線検出装置を製造した場合、隔壁を形成した後に、シンチレータ部を形成し、その後、シンチレータ部上を覆う反射膜を形成することになる。すなわち、隔壁を形成した後に、この隔壁と接合するように反射膜を形成する必要がある。反射膜を隔壁と接合させる理由は、シンチレータ部で発光した光が隔壁と反射膜との間から散逸してしまうからである。しかしながら、従来は、上述した隔壁の作製方法を用いるため、隔壁と反射膜との接合面を緻密に高い連続性を持たせて形成できない場合が生じる。この場合、シンチレータ部で放射線から変換された発光が隔壁と反射膜との間から洩れてしまうという課題がある。

　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、発光利用効率の高い放射線検出装置を簡便かつ歩留まり良く製造することができる、放射線検出装置の製造方法を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の形態は、それぞれ画素を構成する複数の光センサ部が配置されたセンサ基板と、それぞれの光センサ部に一つずつ対応するように配置された、複数のシンチレータ部と、シンチレータ部同士の間に形成された隔壁と、を備えた放射線検出装置の製造方法であって、センサ基板上にシンチレータ部形成用マスクを配置した状態で、センサ基板上にシンチレータ材料を付着させて上記複数のシンチレータ部を形成するシンチレータ部形成工程と、上記シンチレータ部形成用マスクを除去して上記センサ基板上に上記複数のシンチレータ部を残すマスク除去工程と、上記マスク除去工程の後に、上記センサ基板上の前記複数のシンチレータ部を覆うように、遮光性材料膜を形成する遮光性材料膜形成工程と、を備えることを特徴とする。

　上記態様としては、シンチレータ部形成工程が、真空成膜法を用いてシンチレータ部を形成するようにしてもよい。

　上記態様としては、シンチレータ部形成用マスクが金属もしくは無機酸化物材料で形成されていることが好ましい。

　上記態様としては、遮光性材料膜が金属で形成されることが好ましい。

　上記態様としては、遮光性材料膜が有機材料であってもよい。

　上記態様としては、シンチレータ部形成用マスクが、インバー合金を用いて形成されていることが好ましい。

　上記態様としては、真空成膜法は、蒸着法を用いることができる。

　本発明に係る放射線検出装置の製造方法によれば、発光利用効率の高い放射線検出装置を簡便に製造することができ、しかも製造歩留まりを向上できる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法に用いるセンサ基板を示す断面図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法を示し、センサ基板上にシンチレータ部形成用マスクを配置した状態を示す工程断面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法におけるシンチレータ部形成工程を示す工程断面図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法におけるマスク除去工程を示す工程断面図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法においてシンチレータ部形成用マスクを除去した状態を示す工程断面図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法における遮光性材料膜形成工程を示す工程断面図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法に用いるシンチレータ部形成用マスクの平面図である。 図８は、本発明の第２の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法で製造された放射線検出装置を示す要部断面図である。 図９は、本発明の第３の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法で製造された放射線検出装置を示す要部断面図である。

　以下に、本発明の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の寸法や寸法の比率や形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。本実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法は、放射線検出装置としての放射線画像撮影装置、Ｘ線ＣＴ（Computed tomography）の製造方法に適用できる。

［第１の実施の形態］
　先ず、本発明の第１の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法の説明に先駆けて、本実施の形態で用いるセンサ基板およびシンチレータ部形成用マスクの構成について説明する。

（センサ基板の構成）
　図１に示すように、このセンサ基板１は、例えば、ガラス基板２と、このガラス基板２の表面に形成されたＴＦＴ（thin film transistor）回路部３と、ＴＦＴ回路部３の上に形成された光センサアレイ４と、を備える。

　ＴＦＴ回路部３は、画素領域毎に、スイッチング素子としてのＴＦＴ（図示省略する）を備える。これらのＴＦＴは、ガラス基板２の表面にマトリクス状に配置されている。この他に、ＴＦＴ回路部３は、図示しない、電荷蓄積用のキャパシタ、ゲート線、データ線などを備える。

　図１に示すように、光センサアレイ４は、複数の光センサ部４Ａが配列されて構成されている。これら光センサ部４Ａは、フォトダイオードで構成されている。それぞれの光センサ部４Ａは、画素毎に備えられた図示しないＴＦＴに対応して配置され、それぞれのＴＦＴに接続されている。

（シンチレータ部形成用マスクの構成）
　図７に示すように、シンチレータ部形成用マスク５は格子形状を有している。すなわち、シンチレータ部形成用マスク５は、枠部５Ａと、矩形状の開口部５Ｂと、を有する。シンチレータ部形成用マスク５におけるそれぞれの開口部５Ｂは、センサ基板１に形成された光センサ部４Ａと対応するように設定されている。

　シンチレータ部形成用マスク５は、金属もしくは無機酸化物材料で形成されることが好ましい。特に、本実施の形態では、シンチレータ部形成用マスク５が、線膨張係数の小さいインバー合金（インバーＦｅ-Ｎｉ合金）で形成されている。このようにシンチレータ部形成用マスク５をインバー合金で形成することにより、シンチレータ部形成用マスク５の熱膨張に伴う変形を抑え、マスク精度の低下を抑えることができる。

（放射線検出装置の製造方法）
　次に、図２～図６を用いて、本発明の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法について具体的に説明する。

　先ず、図２に示すように、センサ基板１の光センサアレイ４の上に、シンチレータ部形成用マスク５を直接載せる。このとき、シンチレータ部形成用マスク５のそれぞれの開口部５Ｂが、光センサ部４Ａに対応して配置されるように、センサ基板１とシンチレータ部形成用マスク５との位置合わせを行う。

　次に、図３に示すように、シンチレータ部形成工程を行う。本実施の形態では、真空成膜法として蒸着法を用いる。シンチレータ材料としては、ＣｓＩ：Ｔｌ，Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ，ＬａＢｒ３：Ｃｅなどから選ばれる材料を用いる。図中、矢印Ａで示すように、蒸着を行って、シンチレータ部６を形成する。この結果、それぞれの光センサ部４Ａの上に、一つずつ対応するようにシンチレータ部６が形成される。本実施の形態では、シンチレータ部形成用マスク５をインバー合金で形成したことにより、上記蒸着に際して、シンチレータ部形成用マスク５の熱膨張に伴うシンチレータ部形成用マスク５の変形を抑え、マスク精度の低下を抑えることができる。

　図４に示すように、シンチレータ部形成用マスク５を矢印Ｆで示すように上方向に移動させて、マスク除去工程を行う。その結果、図５に示すように、シンチレータ部６同士の間に、隙間７が形成される。各シンチレータ部６同士は、隙間７を介して独立した状態で形成されている。

　次に、図６の矢印Ｂで示すように、遮光性材料膜としての金属を蒸着して、シンチレータ部６が形成されたセンサ基板１上の全面に金属膜８を形成する（遮光性材料膜形成工程）。なお、金属膜８の材料としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ，Ａｕなどを用いることができる。この金属膜８のうち、シンチレータ部６同士の間の隙間７に充填された部分は隔壁８Ａとなる。また、金属膜８のうち、シンチレータ部６の上面を覆うように形成された部分は反射膜８Ｂとなる。このようにして、図６に示すような構成の放射線検出装置１０Ａの製造が完了する。

　本実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法では、シンチレータ部６を作製する際に、シンチレータ部形成用マスク５を用いるため、シンチレータ部６の寸法精度を高めることできる。したがって、シンチレータ部６同士の間の隙間７の寸法精度も高くなる。このように隙間７の寸法精度を高めたことより、隔壁８Ａを簡便かつ確実に製造することができ、歩留まりを向上できる。特に、本実施の形態では、シンチレータ部形成用マスク５を線膨張係数の小さいインバー合金で作製したことにより、シンチレータ部６の寸法精度をより高める効果がある。

　本実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法で製造された放射線検出装置１０Ａでは、隔壁８Ａの遮光機能により、光センサ部４Ａが隣接する画素のシンチレータ部６からの光を検出しにくくなっているため、クロストークを防止できる。

　本実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法で製造された放射線検出装置１０Ａでは、隔壁８Ａおよび反射膜８Ｂが金属で形成されているため、シンチレータ部６で発生した光を光センサ部４Ａへ導く作用がある。

　上述のように、本実施の形態で製造された放射線検出装置１０Ａでは、クロストークを防止でき、しかも光センサ部４Ａへ光を導く作用を有することにより、撮像画像のコントラスト、解像度、検出分解能などの特性の低下を防止できる。このため、本実施の形態の放射線検出装置の製造方法により製造された放射線検出装置１０Ａによれば、撮影時のＸ線の照射量を低減することが可能となり、被曝線量を抑制できる。

　本実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法では、隔壁８Ａと同時に反射膜８Ｂが形成されるため、単なる隔壁８Ａを備える放射線検出装置よりも発光利用効率の高い放射線検出装置１０Ａを簡便に製造できる。

［第２の実施の形態］
　図８は、本発明の第２の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法で作製した放射線検出装置１０Ｂを示している。この放射線検出装置１０Ｂは、上記第１の実施の形態におけるシンチレータ部形成工程において、多数の柱状結晶でなるシンチレータ部９が形成された例である。本実施の形態における他の工程は、上記第１の実施の形態の工程と同様である。このような放射線検出装置１０Ｂでは、柱状結晶でなるシンチレータ部９での光ガイド機能により、シンチレータ部９内で光を光センサ部４Ａへ向けて効率的に導くことができる。

［第３の実施の形態］
　図９は、本発明の第３の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法で作製した放射線検出装置１０Ｃを示している。本実施の形態は、上記第１の実施の形態における遮光性材料膜形成工程において、シンチレータ部６を形成した後に有機材料膜１１を全面に成膜した例である。有機材料膜１１のうち、シンチレータ部６同士の間に充填された部分は隔壁１１Ａであり、シンチレータ部６の上に形成された部分は光の散逸を防止する封止膜１１Ｂとなる。なお、有機材料膜１１の形成方法は、塗布法、浸漬法、蒸着法など様々な形成方法を適用することができる。

　第３の実施の形態に係る放射線検出装置の製造方法では、有機材料を用いることにより、遮光性材料膜の形成を容易に行うことできる。なお、本実施の形態における他の工程は、上記第１の実施の形態の工程と同様である。

［その他の実施の形態］
　以上、第１～３の実施の形態について説明したが、これら実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

　例えば、上記の実施の形態では、光センサ部４Ａとして、フォトダイオードを用いたが、ＣＣＤセンサや、ＣＭＯＳセンサなどの各種の光検出素子を適用してもよい。

　上記第１～３の実施の形態においては、シンチレータ部形成工程において、真空成膜法として蒸着法を用いたが、他の成膜技術を用いることも可能である。

　また、上記第１～３の実施の形態においては、シンチレータ部形成用マスク５としてインバー合金でなるものを用いたが、Ｎｉ、Ｎｉ－Ｃｏ合金などの金属や合金、もしくは、無機酸化物材料で形成されたものを用いてもよい。

　このように、本発明に係る放射線検出装置は、それぞれ画素を構成する複数の光センサ部が配置されたセンサ基板１と、それぞれの光センサ部４Ａに一つずつ対応するように配置された、複数のシンチレータ部６と、シンチレータ部６同士の間に形成された隔壁８Ａと、この隔壁８Ａと同時に同一の方法で形成された反射膜８Ｂと、を備えることを特徴とする。隔壁８Ａと反射膜８Ｂとは、金属膜８を構成している。なお、上記第３の実施の形態のように、遮光性材料膜を有機材料で形成する場合は、隔壁１１Ａと封止膜１１Ｂとが同時に同一の方法で形成できる。

　このような放射線検出装置の製造方法で製造された放射線検出装置は、製造が簡便で、隔壁と反射膜とが一体に形成される。したがって、このように製造した放射線検出装置では、隔壁と反射膜とが緻密な連続性を有し、シンチレータ部で発光した光が隔壁と反射膜の間から散逸することを確実に防止できる。

　１　センサ基板
　２　ガラス基板（基板）
　３　ＴＦＴ回路部
　４　光センサアレイ
　４Ａ　光センサ部（画素）
　５　シンチレータ部形成用マスク
　５Ａ　枠部
　５Ｂ　開口部
　６　シンチレータ部
　７　隙間
　８　金属膜（遮光性材料膜）
　８Ａ　隔壁
　８Ｂ　反射膜
　９　シンチレータ部
　１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ　放射線検出装置
　１１　有機材料膜（遮光性材料膜）
　１１Ａ　隔壁
　１１Ｂ　封止膜

Claims (9)

1. 　それぞれ画素を構成する複数の光センサ部が配置されたセンサ基板と、それぞれの前記光センサ部に一つずつ対応するように配置された、複数のシンチレータ部と、前記シンチレータ部同士の間に形成された隔壁と、を備えた放射線検出装置の製造方法であって、
   　前記センサ基板上にシンチレータ部形成用マスクを配置した状態で、前記センサ基板上にシンチレータ材料を付着させて前記複数のシンチレータ部を形成するシンチレータ部形成工程と、
   　前記シンチレータ部形成用マスクを除去して前記センサ基板上に前記複数のシンチレータ部を残すマスク除去工程と、
   　前記マスク除去工程の後に、前記センサ基板上の前記複数のシンチレータ部を覆うように、遮光性材料膜を形成する遮光性材料膜形成工程と、
   　を備えることを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
2. 　前記シンチレータ部形成工程は、真空成膜法を用いて前記シンチレータ部を形成することを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置の製造方法。
3. 　前記シンチレータ部形成用マスクは、金属もしくは無機酸化物材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置の製造方法。
4. 　前記遮光性材料膜は、金属でなることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置の製造方法。
5. 　前記遮光性材料膜は、有機材料でなることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置の製造方法。
6. 　前記シンチレータ部形成用マスクは、インバー合金を用いて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置の製造方法。
7. 　前記真空成膜法は、蒸着法であることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置の製造方法。
8. 　前記遮光性材料膜は、金属でなることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出装置の製造方法。
9. 　前記遮光性材料膜は、金属でなることを特徴とする請求項３に記載の放射線検出装置の製造方法。

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