(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子を配置した固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の受光部表面上に気相成長により形成されているシンチレータと、
載置面上に前記固体撮像素子を載置している基台であって、載置した前記固体撮像素子より側方へ突出しており、上面は前記載置面と略平行な平面を有する突起部が少なくとも対向する側壁に形成されている基台と、
を備え、前記シンチレータは、蒸着装置内の蒸着基板ホルダーに前記突起部の上面を載置して蒸着により形成されている放射線検出器。
【請求項２】
前記突起部は、基台側壁に形成された半円形のタブ形状を有している請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記突起部の上面は前記載置面と同一平面上に連続して形成されている請求項１記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記突起部の上面は前記載置面より低く形成されている請求項１記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線画像の撮像に用いられる放射線検出器に関し、特に、口腔内に挿入して用いられる歯科用等の小型の放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ＣＣＤを用いたＸ線イメー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次元画像データ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、モニタ上に表示している。
【０００３】
歯科用等の口腔内に挿入して用いる放射線検出器としては、特開平10−282243号公報に開示されている放射線検出器が知られている。この放射線検出器は、シンチレータ付きのＦＯＰ（ファイバ光学プレート）をＣＣＤの受光面上に貼り付けたものであり、入射する放射線をシンチレータで光に変換して、ＦＯＰによりＣＣＤへと導いて検出する仕組みになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、歯科用等で口腔内に挿入して用いる放射線検出器においては検出器全体を小型化、薄型化する一方で、撮像面積はできるだけ大きくとる必要がある。前述の装置においては、ＦＯＰが介在するため、薄型化には限界がある。そこで、国際公開WO98/36291号公報に開示されているように、撮像素子の受光面上に直接シンチレータを形成することにより薄型化する手法が考えられている。しかしながら、受光部を受光面いっぱいに形成すると、受光部全体にシンチレータを均一に形成するのが困難であり、端部分の出力や解像度が悪化するため、大画面化が困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、小型・薄型化と撮像面積の大面積化を両立させ、製作が容易な放射線検出器を提供することを課題とする。
【０００６】
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)複数の光電変換素子を配置した固体撮像素子と、(2)この固体撮像素子の受光部表面上に気相成長により形成されているシンチレータと、(3)載置面上に固体撮像素子を載置している基台であって、載置した固体撮像素子より側方へ突出しており、上面は載置面と略平行な平面を有する突起部が少なくとも対向する側壁に形成されている基台と、を備え、前記シンチレータは、蒸着装置内の蒸着基板ホルダーに前記突起部の上面を載置して蒸着により形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る放射線検出器は、まず、固体撮像素子を基台の載置面上に固定した後で、固体撮像素子の受光部表面上に蒸着等の気相成長によりシンチレータを形成することで製造される。この際に、基台の突起部の上面を利用して保持しておくことで、シンチレータ形成時に受光部上で邪魔になる突起物がなく、受光部全体にシンチレータを均一に形成することが可能となる。したがって、周辺領域での解像度を確保して有効な受光部の面積を拡大することができる。さらに、ＦＯＰを利用しない分薄型化が容易となる。
【０００８】
これらの突起部は、基台側壁に形成された半円形のタブ形状を有していてもよく、あるいは、突起部の上面は載置面と同一平面上に連続してあるいはそれより低く形成されていてもよい。このようにすると、基台の製作と、固体撮像素子の基台への取り付けが容易になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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。
【００１０】
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はその断面図である。この実施形態の放射線検出器１００は、セラミック製の基台１上に固体撮像素子２を載置したものである。基台１は、表面中央部に固体撮像素子２を載置する載置面１０を有し、載置面１０の一辺に沿って複数の電極パッド１１が配列されている。これらの電極パッド１１は、基台１の裏面に配置されている外部接続用の電極端子１２と基台１を貫通している配線１３によって電気的に接続されている。さらに、載置面１０をはさんで対向する２つの側壁１ａ、１ｂから側方へ突出する突起部１４、１５が設けられている。これらの突起部１４、１５は放射線検出器１００の光入射面側からみて基台１側の辺が長い台形形状を有しており、それらの頂面１４ａ、１５ａは、載置面１０に連続する同一面として形成されている。
【００１１】
固体撮像素子２は、ＣＣＤイメージセンサからなり、光電変換素子２１が配列されて受光部を形成している。各光電変換素子２１は図示していない信号ラインによって固体撮像素子２の一辺に配置された電極パッド２２のうち対応する電極パッド２２と電気的に接続されている。固体撮像素子２は基台１の載置面１０上にそれぞれの対応する電極パッド１１、２２が近接するように載置されており、対応する電極パッド１１、２２同士は配線４によって電気的に接続されている。
【００１２】
固体撮像素子２の受光部上には、入射した放射線を光電変換素子２１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ータ３が気相成長により形成されている。シンチレータ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TlドープのCsI等が好ましい。
【００１３】
さらに、固体撮像素子２と基台１の表面を覆う保護膜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、基台１側から電気絶縁性の第１の有機膜５１、金属薄膜５２、電気絶縁性の第２の有機膜５３が積層されて構成されている。
【００１４】
第１の有機膜５１と第２の有機膜５３には、ポリパラキシリレン樹脂（スリーボンド社製、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有機膜５１、５３にふさわしい優れた特徴を有している。また、金属薄膜５２としては、金、銀、アルミなどの金属薄膜が使用できる。この金属薄膜５２はシンチレータ３で発せられた光のうち、固体撮像素子２側でなく、放射線入射面側に向かう光を反射することで検出器の検出感度を増大させるミラーの役目を果たす。
【００１５】
次に、図３〜図１３を用いて本発明に係る放射線検出器１００の製造工程を具体的に説明する。最初に図３に示されるような基台１を用意する。この基台１は、前述したように裏面に外部接続用の電極端子１２、表面に電極パッド１１が配列されており、載置面１０側からみると、矩形の対向する二辺に細長い台形２つ（突起部１４、１５部分）を長い側の辺を取り付けた形状となっている。
【００１６】
この載置部１０上に固体撮像素子２をその電極パッド２２が基台１の電極パッド１１側を向くようにして、光電変換素子２１の受光面を表にして載置する（図４参照）。このときに、基台１の側壁１ａ、１ｂと固体撮像素子２の対応する側壁とを利用して位置決めすると、その固定作業が容易となる。そして、電極パッド１１と電極パッド２２とをワイヤボンディングにより配線４で電気的に接続する（図５、図６参照）。
【００１７】
次に、こうして固体撮像素子２を載置させた基台１を蒸着基板ホルダー２００にセットする。図７、図８はセット後の断面図を示したものである。このとき、基台１は、図７に示されるようにその対向する突起部１４、１５を蒸着基板ホルダー２００の２００ｄによって支持することにより収容部２００ｃ内に収容、支持される。このとき、図７、図８に示されるように、固体撮像素子２の入射面２ａは、蒸着基板ホルダー２００の蒸着側表面２００ａ付近、好ましくは蒸着側表面２００ａから蒸着室２０１側へ突出するように配置される。これは、突起部１４、１５の頂面１４ａ、１５ａが載置面１０と同一平面に有り、固体撮像素子２の入射面２ａより低い位置に位置していることによって可能となる。そして、蒸着基板ホルダー２００の電極パッド１１側に設けられたカバー部２００ａによって電極パッド１１、２２と配線４は覆われている。
【００１８】
この状態で蒸着基板ホルダー２００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の入射面２ａの受光部上にTlをドープしたCsIを厚さ約200μｍの柱状結晶として成長させて、シンチレータ３層を形成する（図９、図１０参照）。蒸着基板ホルダー２００に設置された固体撮像素子２の入射面２ａの受光部の周囲には、入射面２ａより蒸着室２０１側に突出した部分はカバー部２００ａを除いて存在しないので、カバー部２００ａ側、つまり、電極パッド２２側を除いて周辺部分までほぼ均一な厚みのシンチレータ３層を形成することが可能である。
【００１９】
CsI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１１に示されるように、CVD（化学的蒸着）法によりシンチレータ３が形成された固体撮像素子２付の基台１全体を厚さ10μｍのパリレンで包み込み、第１の有機膜５１を形成する。
【００２０】
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ー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ーを熱分解して、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。
【００２１】
CsI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、第１の有機膜５１は、シンチレータ３層に密着し、シンチレータ３を密封する。また、この第１の有機膜５１は、電極パッド１１、２２の表面のみならず両者を繋ぐ配線４の周囲にも形成され、配線４を被覆する。これにより配線４の接着強度、機械的強度が増すので、その後の工程において配線４の取り扱いが容易になる。このパリレンコーティングにより、凹凸のあるシンチレータ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。
【００２２】
続いて、図１２に示されるように、第１の有機膜５１の入射面側の表面に0.15μｍ厚さのAl膜を蒸着法により積層することで金属薄膜５２を形成する。この金属薄膜５２を形成する際には、シンチレータ３層の前に適切なマスク（図示せず）を配置して、シンチレータ３層の直上部分の第１の有機膜５１上にのみ金属薄膜５２を形成することが望ましい。しかしながら、マスクを配置しても蒸着時には金属蒸気が僅かながらマスクの外側へと回り込んでしまうことがある。このため、特に、受光部と電極パッドとの間隔が狭い場合、金属薄膜５２をシンチレータ３層の直上部分だけに形成するのは困難であり、配線４や電極パッド１１、２２上にまで金属が蒸着されてしまうことがある。本発明によれば、配線４と電極パッド１１、２２が第１の有機膜５１で被覆されているので、金属薄膜５２が配線４と電極パッド１１、２２上に直接形成されることがなく、金属薄膜５２による配線４、電極パッド１１、２２の短絡を効果的に防止できる。
【００２３】
また、金属薄膜５２の蒸着時、マスクを配置しない場合も、配線４や電極パッド１１、２２部分にまで金属薄膜５２が形成されることになるが、配線４と電極パッド１１、２２は第１の有機膜５１で被覆されているので、短絡は防止されている。また、金属薄膜５２を第１の有機膜５１を介して配線４と電極パッド１１、２２を覆う幅広い領域に形成することで、耐湿性をより向上させることができる。
【００２４】
そして、再度CVD法により、パリレンを基板全体の表面に10μｍ厚さで被覆して第２の有機膜５３を形成する（図１３参照）。この第２の有機膜５３は、金属薄膜５２のハンドリング等による汚れやはく離、酸化による劣化を防止するためのものである。こうして第１の有機膜５１、金属薄膜５２、第２の有機膜５３を積層させてなる保護膜５が形成される。
【００２５】
金属薄膜５２を第１の有機膜５１を介して配線４や電極パッド１１、２２上にも形成した場合、金属薄膜５２、第２の有機膜５３は電極パッド１１、２２の表面のみならず両者を繋ぐ配線４の周囲にも形成されており、第１の有機膜５１と合わせて配線４を三重に被覆していることになり、より配線４の機械的強度、接着強度を上げることができる。また、上述したようにマスクを用いて金属薄膜５２を形成した場合は、配線４の周囲や電極パッド１１、２２上には第１の有機膜５１と第２の有機膜５３の二重被覆が形成されることになる。
【００２６】
この後で形成した保護膜５のうち基台１の裏面の保護膜５を除去して基台１裏面に設けられている外部接続用の電極端子１２を露出させることで図１、図２に示される放射線検出器が得られる。
【００２７】
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５、すなわち、第２の有機膜５３、金属薄膜５２、第１の有機膜５１の全てを透過してシンチレータ３に達する。このＸ線は、シンチレータ３で吸収され、Ｘ線の光量に比例した光が放射される。放射された光のうち、Ｘ線の入射方向に逆行した光は、第１の有機膜５１を透過して、金属薄膜５２で反射される。このため、シンチレータ３で発生した光はほとんど全てが光電変換素子２へと入射する。このため、効率の良い高感度の測定が可能となる。
【００２８】
また、本発明に係る放射線検出器においてはシンチレータ３層を受光部全体にほぼ均一な高さで形成することができるので、出力特性がほぼ均一となる有効な画素面積を最大限に広くとることが可能となり、撮像素子いっぱいに受光部を形成することができるので、従来品と同一の受光部のものであれば、その分検出器自体の大きさを小型化することが可能である。
【００２９】
各々の光電変換素子２では、光電変換により、入射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。この光量は入射するＸ線の光量に対応しているから、各々の光電変換素子２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に蓄積されたこの画像信号を図示していない信号ラインから電極パッド２２、配線４、電極パッド１１、配線１３を介して最終的には電極端子１２から順次出力することにより、外部へと転送し、これを所定の処理回路で処理することにより、Ｘ線像を表示することができる。
【００３０】
このような構成を採用することにより、放射線検出器の厚みを2.5mm程度と従来良く用いられてきたFOP（ファイバ光学プレート）付の放射線検出器の厚み5.0mmの半分程度に薄くすることが可能となった。また、撮像素子いっぱいに受光部を形成した固体撮像素子の受光部にシンチレータを均一に形成できるので、撮像素子の受光部を大面積化しかつ全体を小型化した放射線検出器が実現できる。この結果、従来品（特開平10-282243号公報）と同程度の受光部の面積を確保しつつ、放射線検出器の入射面側面積を従来品の９０％程度とコンパクトにすることが可能となった。これは口腔内に挿入して使用する歯科用の放射線検出器においては大きな利点である。
【００３１】
以上の説明では、保護膜５を有する構成について説明してきたが、防湿構造のケースに入れて使用するなど他の保護手段を用いる場合やシンチレータとして耐湿性材料を使用する場合には、保護膜５のない構成であってもよい。また、保護膜５を有する場合であっても、その構成には各種の構成が考えられ、有機膜あるいは無機膜の１層構造でもこれらを組み合わせた多層構造を採用してもよい。また、固体撮像素子２はアモルファスシリコン製のフォトダイオード（ＰＤ）アレイと薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で形成したものでもよいし、ＭＯＳ型のイメージセンサでもよい。
【００３２】
続いて、本発明に係る放射線検出器のその他の実施形態について説明する。以下、理解を容易にするため、シンチレータ形成前の状態を示して各実施形態を説明する。図１４、図１５に示される実施形態では、基台１には電極パッド１１の形成側を除く３つの側壁１ａ〜１ｃ側にそれぞれ２つずつ、計６個の突起部１４〜１９が設けられている。各突起部は、放射線入射側から見て半円形のタブ形状をなしており、それらの頂面位置はいずれも載置面１０と連続して形成されている。
【００３３】
図１６、図１７に示される実施形態では、基台１は矩形板状であって、その上面のほぼ中央に固体撮像素子２が載置されている。この場合は、固体撮像素子２を載置する部分の枠外のハッチングで示すコの字状の部分１０ｘが全て図１、図２に示される実施形態における突出部１４、１５に該当することになる。
【００３４】
図１８、図１９に示される実施形態では、突起部１４、１５を上から見た形状は図１、図２に示される実施形態と同一であるが、その頂面１４ａ、１５ａが載置面１０より一段低く形成されている点が異なる。また、この実施形態においては、固体撮像素子２の電極パッド２２は表面２ａの裏面に露出されており、基台１の載置面１０上に配置された電極パッド１１上に接触、固定され、電気的に接続される構造となっている。このため、両者をつなぐ配線は不要となり、組立が容易となる利点がある。
【００３５】
また、図２０、図２１に示される実施形態は、基台１が矩形板状であって、その上面のほぼ中央に固体撮像素子２が載置されている点は図１６、図１７に示される実施形態と共通するが、固体撮像素子の対向する２つの側壁が基台１の対向する側壁の延長上に配置されている点が異なり、図１、図２に示される実施形態における突出部１４、１５に該当することになる固体撮像素子２を載置する部分の枠外のハッチングで示す部分１０ｘ’は、対向する２辺にそれぞれ沿った長方形の部分となる。
【００３６】
これらの実施形態においても、各突起部の頂面が載置された固体撮像素子の受光部入射面より低くなるので、基台１に固体撮像素子を載置し、配線を施した後で受光部全体に均一なシンチレータ層を形成することができる。基台の固体撮像素子から側方に突出する部分は少なくとも対向する側壁部分、つまり二辺に存在すれば、シンチレータ形成時に蒸着基板ホルダーへ保持する際の受け部として用いることができ、受光面を蒸着室側へできるだけ近づけて配置することが可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、固体撮像素子を載置する基台の側方に突出する突起部の頂面が載置面と同一かそれより低く、載置された固体撮像素子の入射表面より低くなるよう設定されているので、載置後に固体撮像素子の受光部全体に均一なシンチレータ層を形成することが可能であり、検出器の薄型化・小型化と同時に大面積化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線検出器の実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る放射線検出器の実施形態を示す側面図である。
【図３】図１の装置に用いられる基台の斜視図である。
【図４】図１の装置の製造工程を説明する側面図である。
【図５】図４の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図６】図５の工程を説明する斜視図である。
【図７】図５の工程の次の工程で用いる蒸着基板ホルダーの断面図である。
【図８】図７の蒸着基板ホルダーを別の側から見た断面図である。
【図９】図５の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１０】図９の工程を説明する斜視図である。
【図１１】図１０の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１２】図１１の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１３】図１２の工程の次の工程を説明する側面図である。
【図１４】本発明に係る放射線検出器の別の実施形態のシンチレータ層形成前の平面図である。
【図１５】図１４に対応する斜視図である。
【図１６】本発明に係る放射線検出器のさらに別の実施形態のシンチレータ層形成前の平面図である。
【図１７】図１６に対応する斜視図である。
【図１８】本発明に係る放射線検出器のさらに別の実施形態のシンチレータ層形成前の平面図である。
【図１９】図１８に対応する斜視図である。
【図２０】本発明に係る放射線検出器のさらに別の実施形態のシンチレータ層形成前の平面図である。
【図２１】図２０に対応する斜視図である。
【符号の説明】
１…基台、２…固体撮像素子、３…シンチレータ、４、１３…配線、５…保護膜、６…保護樹脂層、１０…載置面、１１、２２…電極パッド、１４〜１９…突起部、２０…基板、２１…光電変換素子、５１、５３…有機膜、５２…金属薄膜、２００…蒸着基板ホルダー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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