(57)【要約】【課題】接合不良や金属の析出量の相違等による不具合がない吸収型グリッドを提供する。【解決手段】第２グリッド１４は、グリッド層２１と支持基板２３を有し、グリッド層２１と支持基板２３の間に金属層２２を備える。グリッド層２１は、Ｘ線を吸収するＸ線吸収部２６とＸ線を透過するＸ線透過部２７がＸ線の入射方向に対して垂直な方向に交互に配列され、Ｘ線透過部２７が非導電性材料からなる。支持基板２３は、導電性を有する。Ｘ線吸収部２６を電気メッキにより形成するときには、電流端子は支持基板２３に接続され、金属層２２がシーズ電極として機能する。【選択図】図２
2013181917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を吸収する放射線吸収部と前記放射線を透過する放射線透過部が前記放射線の入射方向に対して垂直な方向に交互に配列され、前記放射線透過部の比抵抗値が１．０×１０３Ωｃｍ以上の高抵抗であるグリッド層と、
比抵抗値が１．０×１０−４Ωｃｍより大きく１００Ωｃｍ以下である低抵抗な支持基板と、
前記グリッド層と前記支持基板の間に設けられた金属層と、
を備える放射線画像撮影用グリッド。
【請求項２】
前記金属層は、第１薄膜と、第２薄膜または第３薄膜を含み、
前記第１薄膜は前記放射線吸収部を電気メッキにより形成するときにシーズ電極として機能する金属薄膜であり、
前記第２薄膜は、前記第１薄膜よりも前記放射線透過部に対する密着性が良く、前記第１薄膜と前記グリッド層の間に設けられる金属薄膜であり、
前記第３薄膜は、前記第１薄膜よりも前記支持基板に対する密着性が良く、前記第１薄膜と前記支持基板の間に設けられる金属薄膜であること
を特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項３】
前記金属層は、前記第１薄膜、前記第２薄膜、前記第３薄膜を備える３層構造であることを特徴とする請求項２記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項４】
前記放射線透過部は、非導電性シリコンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項５】
前記金属層の比抵抗値は１．０×１０−４Ωｃｍ以下であり、
前記支持基板は、不純物をドープした導電性シリコン基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項６】
前記放射線透過部の表面に絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項７】
前記金属層は、前記第１薄膜によって前記放射線吸収部と接続されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項８】
非導電性の第１基板の表面に第１金属薄膜を成膜する第１成膜工程と、
導電性の第２基板の表面に第２金属薄膜を成膜する第２成膜工程と、
前記第１基板と前記第２基板を表面に成膜された前記第１金属薄膜と前記第２金属薄膜を向かい合わせ、拡散接合により接合する接合工程と、
前記第１基板をエッチングして、放射線を透過する放射線透過部と、放射線を吸収する放射線吸収部になる溝を形成するエッチング工程と、
前記第２基板に電流端子を接続し、前記第１金属薄膜と前記第２金属薄膜が接合された金属層をシーズ電極として電気メッキを行い、前記溝に前記放射線吸収部になる金属を埋め込む電気メッキ工程と、
を備えることを特徴とする放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
【請求項９】
前記第１金属薄膜は、前記第１基板と密着するための第１の層と、前記第１の層上に成膜される第２の層とを有し、
前記第２金属薄膜は、前記第２基板と密着するための第４の層と、前記第４の層上に成膜される第３の層とを有し、
前記接合工程において、前記第１基板と前記第２基板を接合することにより、前記第２の層と前記第３の層とを一体化して、３層構造の金属層を形成することを特徴とする請求項８記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
【請求項１０】
前記エッチング工程後に、前記放射線透過部の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を備えることを特徴とする請求項８または９記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
【請求項１１】
放射線源から照射される放射線を吸収型グリッドを介して撮影して位相コントラスト画像を生成する放射線画像撮影システムにおいて、
前記吸収型グリッドは、前記放射線を吸収する放射線吸収部と前記放射線を透過する放射線透過部が前記放射線の入射方向に対して垂直な方向に交互に配列され、前記放射線透過部が非導電性材料からなるグリッド層と、導電性を有する支持基板と、前記グリッド層と前記支持基板の間に設けられた金属層と、を備えることを特徴とする放射線画像撮影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線画像の撮影に用いられるグリッド及びその製造方法と、このグリッドを用いた放射線画像撮影システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線等の放射線（以下、Ｘ線を例にする）は、人体等の被検体に照射されると、被検体との相互作用により、強度と位相が変化する。従来普及しているＸ線撮影装置は、透過Ｘ線強度を画像化する。例えば、骨等はＸ線透過率が低く、筋肉等の組織はＸ線透過率が高いので、透過Ｘ線強度の分布を画像化すると、これらのＸ線透過率が異なる組織を識別することができる。このように、透過Ｘ線の強度を画像化したＸ線画像（以下、Ｘ線強度画像という）では、典型的にはＸ線透過率が高い組織は黒く、Ｘ線透過率が低い組織は白くなる。
【０００３】
上述のように、Ｘ線強度画像によれば、Ｘ線透過率が異なる組織を識別することができるが、Ｘ線透過率が近い組織が隣接してある場合には、これらの識別は容易ではない。例えば、軟骨等の軟部組織はＸ線透過率が高く、多くの場合、その周囲に隣接する組織や体液等もＸ線透過率が高いので、軟部組織はＸ線強度画像には写り難い。しかしながら、Ｘ線強度画像には写り難い組織にも病変は発生するので、これらもＸ線撮影により識別可能にすることが望まれている。
【０００４】
Ｘ線透過率が高くＸ線強度画像には写り難い組織も、透過Ｘ線に位相変化を与えていることが知られている。近年、透過Ｘ線の位相変化に基づいて被検体を画像化すること（以下、位相イメージングという）により、Ｘ線透過率が高い軟部組織等を識別可能なＸ線画像（以下、位相コントラスト画像という）を得るＸ線撮影システムが提案されている。
【０００５】
このＸ線撮影システムでは、透過Ｘ線の位相変化の情報を得るために、Ｘ線源とＸ線検出器との間に、少なくとも２つのグリッドを配置して被検体の撮影を行う。具体的には、Ｘ線源とＸ線検出器との間に第１グリッド及び第２グリッドを対向配置し、Ｘ線源から照射されたＸ線を、第１グリッドを通過させることにより、第１グリッドの自己像を有するＸ線像を生成する。このＸ線像の生成には、例えばタルボ効果が用いられる。そして、第１グリッドにより生成されたＸ線像に対して、第２のグリッドの位置を面内方向に段階的に変化させながら、第１グリッドと第２グリッドを通過したＸ線像をＸ線検出器により撮影する。撮影により得られる複数の画像に基づいて位相コントラスト画像を生成することができる。これは縞走査法と呼ばれている。なお、Ｘ線源と第１グリッドとの間に、Ｘ線焦点を分散化し、Ｘ線像のコントラストを向上させるための線源グリッドが設けられていることもある。
【０００６】
第１グリッドには、Ｘ線を部分的に吸収する吸収型グリッドと、部分的にＸ線の位相を変調して透過する位相型グリッドのいずれかを用いることができる。一方、第２グリッドや線源グリッドには、吸収型グリッドを用いる必要がある。吸収型グリッドは、アスペクト比が高いことが必要である。
【０００７】
吸収型グリッドは、シリコン等の基板表面に周期的にアスペクト比の高い溝を形成し、この溝に金（Ａｕ）等のＸ線吸収性の高い金属材料を埋め込むことにより形成される。この金属材料が埋められた溝がＸ線吸収部となり、溝が形成されていない基板の部分がＸ透過部となる。このように、アスペクト比が高い溝に金属材料をほぼ一様に埋め込む方法としては、例えば電気メッキが用いられるが、この電気メッキを行うためには、少なくとも溝の底部にシーズ電極を設ける必要がある。
【０００８】
電気メッキを用いた吸収型グリッドの製造方法として、金属薄膜が表面に成膜された２つの基板を、金属薄膜同士を向かい合わせて加圧及び加熱して接合（いわゆる拡散接合）し、一方の基板にアスペクト比が高い複数の溝を形成して、その底部に金属薄膜を露呈させ、この金属薄膜をシーズ電極として電気メッキを行う方法が知られている（特許文献１）。
【０００９】
また、金属薄膜でシーズ電極を形成するかわりに、予め低抵抗の導電性シリコン基板に溝を形成し、導電性シリコン自体をシーズ電極として、形成した溝にＸ線吸収部となる金属を電気メッキにより埋め込む方法も知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１２２５０６号
【特許文献２】特開２０１１−１５７６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１に記載の製造方法の場合、電気メッキ用の電流端子をシーズ電極に接続するために、２つの基板に金属薄膜を成膜した後、一方の基板の端部を切除することにより、２つの基板を接合した状態で金属薄膜（シーズ電極）の一部を露呈させている。この場合、基板の切除により発生するゴミ等が接合面に付着したり、接合面に接触して凹凸等のキズを発生させたりすることがある。
【００１２】
拡散接合は、母材である基板に塑性変形が生じない程度に加圧及び加熱することにより、接触面間で原子を拡散させて接合する方法である。このため、拡散接合による接合の良否は、接合面の平坦性や清浄性に大きく影響される。このため、上述のように、接合面にゴミがあったり、凹凸があったりするとボイド等が発生して接合不良が生じやすい。また、接合面にゴミや凹凸がある状態で接合されたとしても、ボイド等を基点として剥離してしまう等、経時劣化を起こしやすい。
【００１３】
このような接合不良等を抑えるためには拡散接合で接合する金属薄膜を薄くするのがよいが、金属薄膜を薄くしすぎると、電気メッキの際に金属薄膜（シーズ電極）を流れる電流密度が増すことによりシーズ電極が破壊され、正常に電気メッキをすることができなくなってしまうことがある。
【００１４】
一方、上記特許文献２に記載の製造方法のように、導電性シリコン基板に溝を形成し、導電性シリコン基板自体をシーズ電極として溝に金属を埋め込む場合、基板の接合はなく、シーズ電極として機能する導電性シリコン基板は厚いので、上述のような問題は発生しない。しかしながら、導電性シリコン基板自体をシーズ電極とする場合には別の問題がある。例えば、導電性シリコン基板は導電性があるとはいえ、金属に比べれば導電率が２〜３桁小さく、電流は流れ難いので、形成した溝に深さや厚さ等の寸法のばらつきがわずかでもあると、各溝で電気メッキによる金属の析出速度や析出量が異なり、Ｘ線吸収部にばらつきが生じることがある。また、場合によっては、隣接する溝間での金属の析出速度や析出量の違いにより、溝構造自体が破損し、グリッドとして機能しなくなってしまうことすらある。
【００１５】
本発明は、電気メッキにより放射線吸収部を形成する吸収型グリッドにおいて、基板同士の接合不良や電気メッキ時の金属の析出量の相違等による不具合がない吸収型グリッドを提供することを目的とする。また、その製造方法と、この吸収型グリッドを用いた放射線撮影システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の放射線画像撮影用グリッドは、放射線を吸収する放射線吸収部と前記放射線を透過する放射線透過部が前記放射線の入射方向に対して垂直な方向に交互に配列され、前記放射線透過部の比抵抗値が１．０×１０３Ωｃｍ以上の高抵抗であるグリッド層と、比抵抗値が１．０×１０−４Ωｃｍより大きく１００Ωｃｍ以下である低抵抗な支持基板と、前記グリッド層と前記支持基板の間に設けられた金属層と、を備える放射線画像撮影用グリッド。
【００１７】
金属層は、第１薄膜と、第２薄膜または第３薄膜を含むことが好ましい。第１薄膜は放射線吸収部を電気メッキにより形成するときにシーズ電極として機能する金属薄膜である。第２薄膜は、第１薄膜よりも前記放射線透過部に対する密着性が良く、第１薄膜とグリッド層の間に設けられる金属薄膜である。第３薄膜は、第１薄膜よりも支持基板に対する密着性が良く、第１薄膜と支持基板の間に設けられる金属薄膜である。
【００１８】
金属層は、第１薄膜、第２薄膜、第３薄膜を備える３層構造であることが好ましい。
【００１９】
放射線透過部は、非導電性シリコンであることが好ましい。
【００２０】
金属層の比抵抗値は１．０×１０−４Ωｃｍ以下であり、支持基板は、不純物をドープした導電性シリコン基板であることが好ましい。
【００２１】
放射線透過部の表面に絶縁膜が形成されていることが好ましい。
【００２２】
金属層は、第１薄膜によって放射線吸収部と接続されていることが好ましい。
【００２３】
本発明の放射線画像撮影用グリッドの製造方法は、非導電性の第１基板の表面に第１金属薄膜を成膜する第１成膜工程と、導電性の第２基板の表面に第２金属薄膜を成膜する第２成膜工程と、前記第１基板と前記第２基板を表面に成膜された前記第１金属薄膜と前記第２金属薄膜を向かい合わせ、拡散接合により接合する接合工程と、前記第１基板をエッチングして、放射線を透過する放射線透過部と、放射線を吸収する放射線吸収部になる溝を形成するエッチング工程と、前記第２基板に電流端子を接続し、前記第１金属薄膜と前記第２金属薄膜が接合された金属層をシーズ電極として電気メッキを行い、前記溝に前記放射線吸収部になる金属を埋め込む電気メッキ工程と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
第１金属薄膜は、第１基板と密着するための第１の層と、第１の層上に成膜される第２の層とを有し、第２金属薄膜は、第２基板と密着するための第４の層と、第４の層上に成膜される第３の層とを有し、前記接合工程において、第１基板と第２基板を接合することにより、第２の層と第３の層とを一体化して、３層構造の金属層を形成することが好ましい。
【００２５】
エッチング工程後に、放射線透過部の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を備えることが好ましい。
【００２６】
本発明の放射線画像撮影システムは、放射線源から照射される放射線を吸収型グリッドを介して撮影して位相コントラスト画像を生成する放射線画像撮影システムであり、吸収型グリッドが、放射線を吸収する放射線吸収部と放射線を透過する放射線透過部が放射線の入射方向に対して垂直な方向に交互に配列され、放射線透過部が非導電性材料からなるグリッド層と、導電性を有する支持基板と、グリッド層と支持基板の間に設けられた金属層と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、支持基板を導電性にして放射線吸収部を形成する電気メッキ時に支持基板に電流端子を接続可能とし、さらに支持基板とグリッドの間にシーズ電極になる金属層を設けて支持基板がメッキ液に露呈されないようにしたので、接合不良や金属の析出量の相違等による不具合がない吸収型グリッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】Ｘ線画像撮影システムの構成を示す説明図である。
【図２】第２グリッドの構成を模式的に示す断面図である。
【図３】エッチング基板にシーズ電極等になる金属薄膜を成膜する第１成膜工程を示す説明図である。
【図４】導電性シリコン基板にシーズ電極等になる金属薄膜を成膜する第２成膜工程を示す説明図である。
【図５】エッチング基板と導電性シリコン基板を接合する接合工程を示す説明図である。
【図６】エッチング基板を加工し、Ｘ線透過部と、Ｘ線吸収部になる溝を形成するエッチング工程を示す説明図である。
【図７】Ｘ線吸収部を形成する電気メッキ工程を示す説明図である。
【図８】導電性シリコン基板をシーズ電極にした比較例のＸ線透過部及び溝を示す説明図である。
【図９】導電性シリコン基板をシーズ電極にした比較例のＸ線吸収部を示す説明図である。
【図１０】グリッドを湾曲させて用いる態様を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１に示すように、Ｘ線画像撮影システム１０は、Ｘ線照射方向であるＺ方向に沿って、Ｘ線源１１、線源グリッド１２、第１グリッド１３、第２グリッド１４、及びＸ線画像検出器１５を備える。
【００３０】
Ｘ線源１１は、回転陽極型のＸ線管（図示せず）と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータ（図示せず）とを有し、被検体ＨにＸ線を放射する。
【００３１】
線源グリッド１２及び第２グリッド１４は、Ｘ線を部分的に吸収する吸収型グリッドであり、直線状のＸ線吸収部とＸ線透過部が交互に配列されている。第１グリッド１３は所定位相差（例えばπまたはπ／２）を発生させる位相型グリッドである。各グリッド１２〜１４は、Ｚ方向においてＸ線源１１に対向配置されており、いずれも格子線がＸ方向に沿って設けられている。
【００３２】
線源グリッド１２と第１グリッド１３との間には、被検体Ｈが配置可能な間隔が設けられている。第１グリッド１３と第２グリッド１４との距離は、例えばタルボ距離に設定する。タルボ距離とは、第１グリッド１３を通過したＸ線が、タルボ効果により第１グリッド１３の自己像を生成する距離である。
【００３３】
Ｘ線画像検出器１５は、半導体回路を用いたフラットパネル検出器であり、第２グリッド１４の背後に配置されている。
【００３４】
Ｘ線源１１から放射されたＸ線は、線源グリッド１２のＸ線吸収部によって部分的に遮蔽されることにより、Ｙ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、Ｙ方向に配列された多数のライン状のＸ線が形成される。各ライン状のＸ線は、被検体Ｈを通過する際に位相が変化する。この各Ｘ線が第１グリッド１３を通過することにより、被検体Ｈの屈折率と透過光路長とから決定される被検体Ｈの透過位相情報を反映した縞画像（第１グリッド１３の自己像）が形成される。各ライン状のＸ線により生成された縞画像は、第２グリッド１４に投影され、第２グリッド１４の位置で重なり合う。
【００３５】
縞画像は、第２グリッド１４により部分的に遮蔽されることにより強度変調される。本実施形態では、縞走査法を用いて位相コントラスト画像を生成する。すなわち、第１グリッド１３に対して第２グリッド１４を間欠移動させるとともに、その停止中に、Ｘ線源１１から被検体ＨにＸ線を照射してＸ線画像検出器１５により撮影を行う。この間欠移動は、格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した一定の走査ピッチでＹ方向に行う。
【００３６】
Ｘ線画像検出器１５の各画素の画素データの強度変化を表す強度変調信号の位相ズレ量（被検体Ｈがある場合とない場合とでの位相のズレ量）を算出することにより、位相微分画像が得られる。位相微分画像は、被検体ＨでのＸ線の屈折角度の分布に対応する。この位相微分画像をＸ方向に沿って積分することにより、位相コントラスト画像が得られる。
【００３７】
以下、第２グリッド１４を例にして、吸収型グリッドの構造を説明する。図２に示すように、第２グリッド１４は、グリッド層２１、金属層２２、支持基板２３を備える。
【００３８】
グリッド層２１は、吸収型グリッドとしての実効的な機能を担っている層であり、Ｘ線吸収部２６とＸ線透過部２７を有し、これらが交互に配列されて形成されている。
【００３９】
Ｘ線吸収部２６は、Ｘ方向に直線状に延伸して設けられた柱板状構造であり、Ｘ線吸収性を有する金属材料で形成される。この金属材料は、入射Ｘ線を吸収し、後述するように電気メッキで形成することができれば任意の材料で良い。本実施形態では、Ｘ線吸収部２６を金（Ａｕ）で形成している。
【００４０】
Ｘ線透過部２７は、Ｘ線吸収部２６の間に設けられ、Ｘ線吸収部２６と同様にＸ方向に直線状に延伸して設けられた柱板状構造である。但し、Ｘ線透過部２７は、Ｘ線透過性を有する材料で形成される。後述するようにＸ線透過部２７は基板をエッチングした残存部により形成するので、Ｘ線吸収能が低く、エッチングが容易な材料で形成される。このため、本実施形態では、Ｘ線透過部２７はシリコンで形成されている。なお、Ｘ線透過部２７の表面には酸化膜２７ａが形成されている。
【００４１】
さらに、Ｘ線透過部２７は高抵抗の非導電性シリコンで形成されている。本明細書において高抵抗とは、電気メッキの際に実質的に導電性を示さず、シーズ電極として機能しない程度の比抵抗値を意味する。したがって、Ｘ線透過部２７の比抵抗値は、支持基板２３の比抵抗値と比べると極めて大きく、絶縁体と同程度である。Ｘ線透過部２７（エッチング基板４１）の比抵抗値は、例えば１．０×１０３Ωｃｍ以上である。
【００４２】
Ｘ線吸収部２６のＸ方向の幅や、Ｘ線吸収部２６とＸ線透過部２７の配列ピッチ（Ｘ線吸収部２６とＸ線透過部２７のＸ方向の合計幅）は、Ｘ線源１１と第１グリッド１３との間の距離、第１グリッド１３と第２グリッド１４との距離、及び第１グリッド１３のＸ線吸収部とＸ線透過部の配列ピッチ等に応じて決定される。例えば、Ｘ線吸収部の幅は、およそ２〜２０μｍであり、Ｘ線吸収部とＸ線透過部の配列ピッチはその倍の４〜４０μｍである。Ｘ線吸収部のＺ方向の厚みは、Ｘ線源１１から照射されるコーンビーム状のＸ線のケラレを考慮して、例えば１００〜２００μｍとなっている。本実施形態の第２グリッド１４は、Ｘ線吸収部２６の幅は２．５μｍ、Ｘ線吸収部２６とＸ線透過部２７の配列ピッチは５μｍ、Ｘ線吸収部２６の厚みは１００μｍである。
【００４３】
金属層２２は、グリッド層２１と支持基板２３の間に設けられ、グリッド層２１と支持基板２３を安定して接合する。また、金属層２２は、エッチング基板４１にＸ線吸収部２６になる溝を形成するときにエッチストッパとして機能して、形成される各溝の深さを均一にする。さらに、金属層２２は、Ｘ線吸収部２６を電気メッキにより形成するときにシーズ電極として機能する。後述するように、金属層２２は、第１薄膜３１，第２薄膜３２，第３薄膜３３の３層構造で形成される（図３〜５参照）。第１薄膜３１は、Ｘ線吸収部２６を電気メッキで形成するときにシーズ電極として機能する金属薄膜である。第２薄膜３２は、Ｘ線透過部２７と金属層２２の接合を安定させるための金属薄膜であり、少なくとも第１薄膜３１よりもＸ線透過部２７との密着性が良い金属で形成される。第３薄膜３３は、支持基板２３と金属層２２の接合を安定させるための金属薄膜であり、少なくとも第１薄膜３１よりも支持基板２３との密着性が良い金属で形成される。
【００４４】
支持基板２３は、グリッド層２１を製造し、その構造を維持するための基板であり、低抵抗の導電性シリコン基板である。本明細書において低抵抗とは、電気メッキによりＸ線吸収部２６を形成するときに、少なくともシーズ電極として機能する程度の導電性を示す抵抗値である。具体的には、支持基板２３は、リン（Ｐ）やホウ素（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）等の不純物を添加し、比抵抗値を１．０×１０−４Ωｃｍより大きく１００Ωｃｍ以下としたシリコン基板である。ここで、１．０×１０−４Ωｃｍは、シリコン基板において理論上到達し得る最低の比抵抗値である。現実的なシリコン基板としては、１．０×１０−２Ωｃｍ程度の比抵抗値を有するものが知られている。本実施形態では、支持基板２３に低抵抗の導電性シリコン基板を用いるが、同様に低抵抗で導電性を有するガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板やゲルマニウム（Ｇｅ）基板を用いても良い。
【００４５】
線源グリッド１２や第１グリッド１３は、上述の第２グリッド１４と同様に構成される。但し、Ｘ線吸収部の幅や、Ｘ線吸収部とＸ線透過部の配列ピッチ、全体としての大きさ等は各グリッドの配置等によって決定される。
【００４６】
次に、第２グリッド１４を例にして、吸収型グリッドの製造方法を説明する。第２グリッド１４は、以下に説明するように、第１成膜工程、第２成膜工程、接合工程、エッチング工程、酸化膜形成工程、電気メッキ工程の概ね６工程で製造される。
【００４７】
図３に示すように、第２グリッド１４を製造するときには、まず、エッチング基板４１の一方の面に、第２薄膜３２と電極膜３１ａを成膜し、金属層２２ａを形成する（第１成膜工程）。
【００４８】
エッチング基板４１は、Ｘ線透過部２７になる基板であり、高抵抗の非導電性シリコン基板である。このため、後の電気メッキ工程において、エッチング基板４１から形成されたＸ線透過部２７が金属層２２に接触しているが、Ｘ線透過部２７を通して電流が流れ、Ｘ線透過部２７の表面に直接金属が析出しまうことはない。
【００４９】
第２薄膜３２は、エッチング基板４１の表面に例えば厚さ１０ｎｍ程度のチタン（Ｔｉ）で形成され、電極膜３１ａよりもエッチング基板４１への密着性が良い。本実施形態では、第２薄膜３２としてチタンを用いるが、第２薄膜３２は、クロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）または、チタンやこれらの金属を含む合金でも良い。これらの材料を用いる場合も、Ｘ線の吸収損失を抑えるために、第２薄膜３２の厚さは数ｎｍ〜数十ｎｍ程度にすることが好ましい。
【００５０】
電極膜３１ａは、第２薄膜３２上に成膜され、例えば厚さ５０〜１００ｎｍ程度の金（Ａｕ）薄膜である。電極膜３１ａは、後述するように支持基板２３側に成膜される電極膜３１ｂと接合されることにより、電気メッキ工程におけるシーズ電極を形成する。このため、比抵抗値が１×１０−４Ωｃｍ以下であり、少なくとも半導体である支持基板２３よりも比抵抗値が小さい。ここでは電極膜３１ａに金を用いるが、メッキ液に耐性があり、電気メッキによるＸ線吸収部２６の形成が進みやすい材料で任意の材料で良い。例えば、金の他に、白金（Ｐｔ）や、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の金属膜、あるいはそれらの合金を用いることができる。これらの各種金属の中でも、電極膜３１ａには、金、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム、あるいはこれらのいずれかを含む合金を用いることが好ましく、特に、イオン化傾向が小さくメッキ液耐性が高い金または白金を用いることが特に好ましい。金や白金はＸ線吸収能が比較的高いが、電極膜３１ａ（及び後述の電極膜３１ｂと接合された後の第１薄膜３１）は、Ｘ線の吸収が影響しない程度に薄く形成されているので、Ｘ線の損失はほぼない。
【００５１】
次に、図４に示すように、支持基板２３の一方の表面に、第３薄膜３３と電極膜３１ｂを成膜し、金属層２２ｂを形成する（第２成膜工程）。
【００５２】
第３薄膜３３は、例えば厚さ１０ｎｍ程度のチタン（Ｔｉ）で形成され、電極膜３１ｂよりもエッチング基板４１への密着性が良い。本実施形態では、第３薄膜３３を第２薄膜３２と同じチタンで形成するが、第２薄膜３２と異なる金属で形成しても良い。支持基板２３はシリコン基板なので、例えば、第２薄膜３２と同様にクロム（Ｃｒ）やニッケル（Ｎｉ）または、チタンやこれらの金属を含む合金を第３薄膜３３に用いることができる。また、これらの材料を用いる場合も、Ｘ線の吸収損失を抑えるために、第３薄膜３３の厚さは数ｎｍ〜数十ｎｍ程度にすることが好ましい。さらに、第３薄膜３３に、第２薄膜３２と異なる金属を用いても良い。
【００５３】
電極膜３１ｂは、第３薄膜３３上に成膜され、例えば厚さ５０ｎｍ程度の金薄膜である。電極膜３１ｂは、支持基板２３側に成膜された電極膜３１ａと接合され、電気メッキ工程におけるシーズ電極になる。このため、電極膜３１ｂの比抵抗値は１×１０−４Ωｃｍ以下であり、少なくとも半導体である支持基板２３よりも比抵抗値が小さい。電極膜３１ｂは、電極膜３１ａと同様の金属材料を用いることができる。但し、後述するように電極膜３１ｂは電極膜３１ａと拡散接合により接合されるので、電極膜３１ｂは電極膜３１ａと同じ金属種で形成されることが好ましい。
【００５４】
なお、本実施形態では、第２薄膜３２と第３薄膜３３を同じチタン薄膜にしたが、互いに異なる金属を用いても良い。また、電極膜３１ａと電極膜３１ｂをともに金薄膜で形成するが、これらは接合工程において接合させることができれば互いに異なる金属を用いても良い。
【００５５】
さらに、本実施形態では、説明のためにエッチング基板４１に金属層２２ａを成膜する工程を第１成膜工程とし、支持基板２３上に金属層２２ｂを成膜する工程を第２成膜工程としたが、当然、支持基板２３上に金属層２２ｂを成膜する工程を第１に行い、その後エッチング基板４１に金属層２２ｂを成膜する工程を行なっても良い。さらに、第２薄膜３２と第３薄膜３３に同じ材料（例えば上述の実施形態のようにともにチタン）を用い、かつ、金属層２２ａと金属層２２ｂに同じ材料（例えば上述の実施形態のようにともに金薄膜）を用い、対応する各薄膜の厚さを同じにする場合は、エッチング基板４１と支持基板２３に対して同じ成膜装置で同時に金属層２２ａ，２２ｂを形成することができる。この場合、第１成膜工程と第２成膜工程は同時に行われる。
【００５６】
図５に示すように、金属層２２ａ，２２ｂがそれぞれ形成されたエッチング基板４１と支持基板２３は、拡散接合により接合される（接合工程）。具体的には、エッチング基板４１と支持基板２３を電極膜３１ａと電極膜３１ｂを当接させ、加圧及び加熱し、電極膜３１ａ及び電極膜３１ｂの原子を拡散させて電極膜３１ａと電極膜３１ｂを拡散接合され、全体としてはエッチング基板４１と支持基板２３が接合される。電極膜３１ａと電極膜３１ｂは接合されると一体化して第１薄膜３１になる。したがって、エッチング基板４１と支持基板２３の間に形成される金属層２２は、第２薄膜３２、第１薄膜３１、第３薄膜３３の３層構造である。接合工程の圧力，温度，及び処理時間は、エッチング基板４１や支持基板２３、金属層２２ａ，２２ｂに塑性変形が生じたり、溶融したりしない範囲内で、接合不良が発生しないようにエッチング基板４１や支持基板２３、金属層２２ａ，２２ｂの材料や厚さに応じて決定される。
【００５７】
図６に示すように、エッチング基板４１と支持基板２３の接合体は、Ｘ線透過部２７である柱板上構造とＸ線吸収部２６に対応する溝４７がエッチングによりエッチング基板４１に形成される（エッチング工程）。具体的には、まず、露呈されたエッチング基板４１の表面にレジストを塗布し、これを露光及び現像して、Ｘ線透過部２７及びＸ線吸収部２６の配列ピッチに対応する直線状パターンのエッチングマスクを形成する。そして、金属層２２をエッチストッパとして、深堀用のエッチングをすることにより、Ｘ線透過部２７と溝４７を形成する。
【００５８】
深堀用のエッチングには、例えば、ボッシュプロセスと呼ばれるドライエッチングが好適である。ボッシュプロセスは、例えば、シリコン（エッチング基板４１）をエッチングするＳＦ６ガスと、保護膜を形成するためのＣ４Ｆ８ガスとを用いるエッチング方法である。ＳＦ６ガスでエッチング基板４１をエッチングすると深さ方向だけでなく、横方向にもエッチングが進行するため、これだけでは第２グリッド１４のようにアスペクト比が大きい溝を形成することができない。このため、ボッシュプロセスでは、ＳＦ６ガスで所定時間エッチングした後、Ｃ４Ｆ８ガスに切り換え、プラズマにより生成されるＣＦｎのポリマーを溝４７内に付着させて保護膜を形成する。そして、再びＳＦ６ガスによりエッチングを行う。このボッシュプロセスによれば、底面に比べて側面のエッチング速度は低いため、ほぼ底面だけをエッチングして溝４７を深堀りすることができる。
【００５９】
また、エッチング工程では、さらに溝４７の底に金属層２２の第１薄膜３１が露呈するエッチングを行う。電気メッキ工程では、金属層２２の一部が溝４７の底に露呈していれば、電気メッキを行うことができるので、第２薄膜３２が露呈されていても良いが、例えばチタンからなる第２薄膜３２が溝４７の底に露呈していると、金イオンよりもイオン化傾向が大きいので、チタンイオンがメッキ液中に溶出してメッキ液を汚染する。また、第２薄膜３２は大気やメッキ液と接触すると表面が酸化されるが、酸化した第２薄膜３２表面と電気メッキにより析出する金の密着性は良くない。このため、溝４７の底に露呈された第２薄膜３２を除去し、第１薄膜３２を露呈させてから電気メッキを行うことが好ましい。第１薄膜３２は、電気メッキによって析出させる金で形成されているので、メッキ液耐性があり、かつ、大気やメッキ液に露呈されても表面酸化が起こらないので、析出する金との密着性が良い。
【００６０】
上述のエッチング工程により、Ｘ線透過部２７と溝４７を形成した後は、同じく図６に示すように、Ｘ線透過部２７の表面に酸化膜２７ａを形成する（酸化膜形成工程）。Ｘ線透過部２７は電気メッキ工程において実質的に絶縁体として機能するが、Ｘ線透過部２７の表面に酸化膜２７ａを設けておくことにより、より確実な絶縁性を確保される。ここではＸ線透過部２７の表面に酸化膜２７ａを設けるが、Ｘ線透過部２７の表面に酸化膜２７ａ以外の絶縁性の材料を成膜しても良い。この酸化膜形成工程は省略しても良いが、酸化膜２７ａを形成しておくと、電気メッキ工程において成長不良やボイドの発生を抑えられ、イオン化傾向の違いによりＸ線透過部２７からシリコンが溶出してメッキ液を汚染されることを防止することができる。
【００６１】
なお、膜質が良い酸化膜２７ａや厚い酸化膜２７ａを設ける場合に、酸化膜２７ａによって電気メッキ工程におけるＸ線透過部２７の絶縁性を確保することができるならば、Ｘ線透過部２７（シリコン基板４１）自体の絶縁性は前述の条件（比抵抗値１．０×１０３Ωｃｍ以上）を必ずしも満たしていなくても良く、酸化膜２７ａを含めて前述の条件を満たしていれば良い。
【００６２】
酸化膜２７ａの形成後は、図７に示すように、メッキ液に浸漬して、電気メッキにより溝４７に金を析出させて充填し、Ｘ線吸収部２６を形成する（電気メッキ工程）。電流端子の陰極は支持基板２３に接続される。そして、メッキ液に浸漬した状態で支持基板２３と陽極４９間に通電すると、金属層２２がシーズ電極となり、メッキ液に含まれる金イオン（Ａｕ＋）が露呈された金属層２２の表面に接触することにより金（Ａｕ）が析出する。このため、溝４７には底部から金が充填され、Ｘ線吸収部２６が形成される。この電気メッキ工程により、グリッド２１、及び全体として第２グリッド１４が完成する。
【００６３】
なお、前述のようにエッチング工程では金属層２２のうち第１薄膜３１が露呈されるので、より正確には第１薄膜３１がシーズ電極である。
【００６４】
また、電気メッキ工程で用いるメッキ液は、例えばシアン金浴（ＫＡｕ（ＣＮ）２）であり、ｐＨ緩衝材としてＫＨ２ＰＯ４，ＫＯＨを添加することによりｐＨ６〜８に調節される。例えば、メッキ液の温度は２５〜７０℃、電流密度は０．００１〜１Ａ／ｃｍ２とし、陽極４９には白金を用いることができる。この電気メッキ工程の諸条件は一例であり、Ｘ線吸収部２６を形成することができれば任意である。また、電気メッキ工程において、Ｘ線吸収部２６として溝４７に充填する金属も、溝４７の深さを考慮して、Ｘ線を遮蔽することができれば金以外の金属を用いても良い。
【００６５】
以上のように、第２グリッド１４は、支持基板２３に低抵抗の導電性シリコン基板を用い、電気メッキ工程において支持基板２３に電流端子を接続する。非導電性のシリコン基板を支持基板にする場合には、Ｘ線透過部２７を形成するエッチング基板４１と支持基板２３を金属層２２ａ，２２ｂによって接合する前に、例えばシリコン基板４１の端部を切除し、予めシーズ電極になる金属層２２を露呈させておく必要があるが、上述の第２グリッド１４とその製造方法によれば、この工程は不要である。したがって、エッチング基板４１と支持基板２３の接合時に当接される電極膜３１ａ，３１ｂの表面には、通常、ゴミやキズがつくことがないので、これらに起因する接合不良は発生しない。
【００６６】
また、シーズ電極として機能する金属層２２自体は薄いが、支持基板２３は厚く、導電性があり、比抵抗値も金属（金属層２２）に比べて大きいので、電気メッキ工程において通電するときの局所的な電流密度は金属層２２の厚さではなく、ほぼ支持基板２３の導電性で決まる。したがって、金属層２２自体は薄いが、金属層２２を流れる電流が局所的に集中して金属層２２が破壊される不具合は生じない。
【００６７】
導電性のシリコン基板に溝４７を設け、この導電性のシリコン基板自体を電気メッキ工程におけるシーズ電極にする場合と比較する。
【００６８】
図８に示すように、低抵抗であり、導電性のエッチング基板５１自体をシーズ電極にする場合、エッチング基板５１にＸ線透過部２７、及びＸ線吸収部２６に対応する溝４７を形成するエッチングをすると、エッチストッパがないので、に溝４７を形成すると、例えば各溝４７の深さにばらつきδが発生することがある。
【００６９】
このように、溝４７の深さのばらつきδがあるときに、そのまま電気メッキ工程において溝４７にＸ線吸収材を充填すると、図９に示すように、金属と比較してエッチング基板５１の抵抗値が大きいために、ばらつきδに応じて各溝４７の抵抗値が大きく変わってしまうので、各溝４７に析出するＸ線吸収材の析出速度や析出量に相違が生じる。このように、Ｘ線吸収材の析出速度や析出量が各溝４７で異なると、例えば、わずかに底が浅い溝４７では過剰にＸ線吸収材が析出し、場合によってはＸ線透過部２７を傾斜させ、さらに倒壊させてしまうこともある。当然、Ｘ線透過部４７の一部が傾斜したものは第２グリッド１４としての使用には適さない。
【００７０】
これに対して、上述の実施形態では、支持基板２３とエッチング基板４１の間に金属層２２があり、金属層２２は単に電気メッキ工程においてシーズ電極になるだけではなく、溝４７を形成するエッチング工程においてエッチストッパとしても機能する。このため、Ｘ線吸収部２６になる溝４７の深さは一様に揃えられ、各溝４７の深さのばらつきはほぼなく、前述のような溝４７の傾斜等は発生しない。
【００７１】
さらに、エッチング基板４１と支持基板２３は、導電性の違いはあるもののどちらも同じシリコン基板であり、これらの熱膨張係数はほぼ等しい。エッチング基板４１と支持基板２３の熱膨張係数の差が大きい場合、接合工程における加熱によってエッチング基板４１や支持基板２３が膨張すると膨張率に差が生じるために、内包する応力により接合後にエッチング基板４１と支持基板２３の接合体に反りが生じ、場合によっては反りによって破損してしまうことがある。また、接合自体が困難になることもある。同様に、エッチング基板４１と支持基板２３の熱膨張係数に差が大きい場合、Ｘ線画像撮影装置１０の使用によりＸ線吸収部２６がＸ線を吸収して熱を持つことによってエッチング基板４１（Ｘ線透過部２７）や支持基板２３が膨張，収縮して、第２グリッド１４が反ってしまったり、割れてしまったりする等の不具合が生じることがある。しかし、上述の実施形態のようにエッチング基板４１と支持基板２３の熱膨張係数がほぼ等しい場合には、こうした温度変化による破損の発生を抑えることができる。
【００７２】
また、導電性のシリコン基板５１自体をシーズ電極にすると、イオン化傾向の違いによりメッキ液中にシリコンが置換され、メッキ液を汚染するが、上述の実施形態では、支持基板２３はメッキ液に触れず、金属層２２（特に第１薄膜３１）だけがメッキ液に触れるようにしておくことにより、メッキ液の汚染を防ぐことができる。
【００７３】
なお、上述の実施形態では、金属層２２を第２薄膜３２、第１薄膜３１、第３薄膜３３の３層構造にする例を説明したが、金属層２２は少なくとも第１薄膜３１だけで形成することができる。但し、第１薄膜３１に加えて第２薄膜３２を設けておけば、エッチング基板４１及びＸ線透過部２７と金属層２２の密着性が向上するので、熱膨張等によって金属層２２とＸ線透過部２７の界面が剥離する等の不具合を防ぐことができる。同様に、第１薄膜３１に加えて第１薄膜３３を設けておけば、金属層２２と支持基板２３の密着性を向上させ、この界面での剥離等の不具合を防ぐことができる。
【００７４】
なお、上述の実施形態では、第２グリッド１４は平板状に形成され、平板状のままＸ線画像撮影システム１０に搭載するが、Ｘ線源１１から照射されるＸ線はコーンビーム状に広がるので、平板状のグリッドを用いると、グリッドの周縁部においてＸ線がケラレることがある。ケラレを低減するためには、図１０に示すように、第２グリッド１４等をＸ線の広がりに合わせて円筒面状（あるいは球面状）に湾曲させることが好ましい。第１薄膜３１に加え、金属層２２に第２薄膜３２や第３薄膜３２を設けておけば、第２グリッド１４は、金属層２２とＸ線透過部２７の密着性が良く、及び金属層２２と支持基板２３の接合は強固なので、湾曲させても破損し難い。
【００７５】
なお、上述の実施形態では、第２グリッド１４を例に説明したが、線源グリッド１２及びその製造方法は、上述の第２グリッド１４及びその製造方法と同様である。その効果も同様である。
【００７６】
なお、上述の実施形態では、第１グリッド１３が位相型グリッドであるが、第１グリッド１３は吸収型グリッドであっても良い。線源グリッド１２、第１グリッド１３、第２グリッド１４のうちいずれかが上述の実施形態のグリッドを少なくとも１つ使用していればその利益を得ることができる。
【００７７】
なお、エッチング基板４１と支持基板２３にシリコン基板を用いる例を説明したが、
ＧａＡｓ基板やＧｅ基板等を用いても良い。また、Ｘ線透過性であれば半導体基板でなくても良い。
【００７８】
また、上述の実施形態では、導電性の有無の違いはあるがエッチング基板４１と支持基板２３に同じ材料からなる基板（シリコン基板）を用いるが、エッチング基板４１と支持基板２３に互いに異なる材料からなる基板を用いても良い。例えば、エッチング基板４１にシリコン基板を用い、支持基板２３をガリウムヒ素基板にしても良い。但し、エッチング基板４１及び支持基板２３はどちらもＸ線透過性であり、エッチング基板４１は電気メッキ工程においてほぼ絶縁体として機能し、支持基板２３は導電性を有することが必要なのは上述の実施形態で説明したとおりである。また、前述のように、エッチング基板４１と支持基板２３にそれぞれ違う材料の基板を用いても良い。但し、前述のように、エッチング基板４１と支持基板２３をともに同じ材料からなる基板を用いればこれらの熱膨張係数の違いによる不具合を防止することができるので、エッチング基板４１と支持基板２３に互いに異なる材料を用いる場合であっても、熱膨張係数の差が少ないようにエッチング基板４１及び支持基板２３の材料を選択することが好ましい。
【００７９】
なお、本実施形態ではエッチング工程において、ボッシュプロセスによりエッチング基板４１を深堀りして溝４７を形成したが、他のエッチング方法で溝４７を形成しても良い。例えば、シリコン単結晶の面方位によってエッチング速度が異なる異方性のウェットエッチングで溝４７を形成しても良い。
【００８０】
また、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源と第１グリッドとの間に配置しているが、被検体Ｈを第１グリッドと第２グリッドとの間に配置してもよい。この場合にも同様に位相コントラスト画像が生成される。また、上記実施形態では、線源グリッドを設けているが、線源グリッドを省略してもよい。
【００８１】
本発明は、医療診断用の放射線画像撮影システムのほか、工業用や、非破壊検査等のその他の放射線撮影システムに適用可能である。また、本発明のグリッドは、Ｘ線撮影において散乱線を除去する散乱線除去用グリッドにも適用可能である。更に、本発明は、放射線として、Ｘ線以外にガンマ線等を用いる放射線画像撮影システムにも適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１０  Ｘ線画像撮影システム
１１  Ｘ線源
１２  線源グリッド
１３  第１グリッド
１４  第２グリッド
１５  Ｘ線画像検出器
２２  金属層
２３  支持基板
２６  Ｘ線吸収部
２７  Ｘ線透過部
３１  第１薄膜
３２  第２薄膜
３３  第３薄膜
４１  エッチング基板
【図１】
2013181917.tif 000003
【図２】
2013181917.tif 000004
【図３】
2013181917.tif 000005
【図４】
2013181917.tif 000006
【図５】
2013181917.tif 000007
【図６】
2013181917.tif 000008
【図７】
2013181917.tif 000009
【図８】
2013181917.tif 000010
【図９】
2013181917.tif 000011
【図１０】
2013181917.tif 000012