JP2015049045A - 放射線検出装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線検出装置の製造工程の簡単化に有利な技術を提供する。【解決手段】放射線検出装置の製造方法は、光電変換部が形成されたセンサ基板と支持基板とを結合層によって結合して結合体を形成する第１工程と、前記第１工程の後に前記結合体の周囲を大気圧よりも低い圧力まで減圧する第２工程と、前記第２工程の後に前記センサ基板の上に蒸着法によってシンチレータ層を形成する第３工程と、を含み、前記支持基板は、前記支持基板と前記センサ基板との間の気泡を排出するための排出路を有し、前記第２工程において前記支持基板と前記センサ基板との間の気泡を構成する気体が前記排出路を通して排出される。【選択図】図２

Description

本発明は、放射線検出装置およびその製造方法に関する。

光電変換素子アレイの上にシンチレータ層が配置された放射線検出装置が知られている。特許文献１には、基板と、該基板の上に配置された光電変換素子アレイと、該光電変換素子アレイの上に配置されたシンチレータ層とを含むセンサパネルを接着層によって支持部材に接着した放射線検出装置が記載されている。該接着層は、接着面に形成された気泡を消失させるために、多孔質構造を有する樹脂層で構成されている。

特開２００８−２２４４２９号公報

上記の放射線検出装置の製造において、接着面に発生した気泡を効果的に除去するために、センサパネルを接着層によって支持部材に接着した構造体を形成した後に、該構造体を減圧環境下に置くことが考えられる。これにより、接着面に形成された気泡を効果的に除去することができると考えられる。しかしながら、基板、光電変換素子アレイおよびシンチレータ層の積層構造からなるセンサパネルを接着層によって支持部材に接着した構造体を形成した後に該構造体を気泡の除去のために真空チャンバに入れることは、製造工程の複雑化をもたらす。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、放射線検出装置の製造工程の簡単化に有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、放射線検出装置の製造方法を対象とし、前記製造方法は、光電変換部が形成されたセンサ基板と支持基板とを結合層によって結合して結合体を形成する第１工程と、前記第１工程の後に前記結合体の周囲を大気圧よりも低い圧力まで減圧する第２工程と、前記第２工程の後に前記センサ基板の上に蒸着法によってシンチレータ層を形成する第３工程と、を含み、前記支持基板は、前記支持基板と前記センサ基板との間の気泡を排出するための排出路を有し、前記第２工程において前記支持基板と前記センサ基板との間の気泡を構成する気体が前記排出路を通して排出される。

本発明によれば、放射線検出装置の製造工程の簡単化に有利な技術が提供される。

本発明の１つの実施形態の放射線検出装置を示す図。 本発明の１つの実施形態の放射線検出装置の製造方法を示す図。 気泡の消滅の原理を示す図。 本発明の他の実施形態の放射線検出装置を示す図。 本発明の他の実施形態の放射線検出装置を示す図。 本発明の他の実施形態の放射線検出装置を示す図。 本発明の他の実施形態の放射線検出装置を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明の例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の１つの実施形態の放射線検出装置１が模式的に示されている。符号Ｂで示された部分には、支持基板１０１の部分Ａが拡大して示されている。放射線検出装置１は、支持基板１０１と、光電変換部３０２が形成された１又は複数のセンサ基板３００と、シンチレータ層４０１と、支持基板１０１とセンサ基板３００とを結合する結合層２０１とを有する。支持基板１０１は、支持基板１０１とセンサ基板３００との間の気泡を排出するための排出路１５０を有し、放射線検出装置１の製造途中で支持基板１０１とセンサ基板３００との間に形成された気泡は、排出路１５０を通して排出される。

ここで、気泡は、センサ基板３００の上にシンチレータ層４０１が形成された後にセンサ基板３００を結合層２０１によって支持基板１０１に結合させる際に、結合層２０１と支持基板１０１との境界面に形成されうる。支持基板１０１に設けられる排出路１５０の実施形式は、種々の形式を含みうる。気泡はまた、センサ基板３００を結合層２０１によって支持基板１０１に結合させる際に、結合層２０１とセンサ基板３００との境界面にも形成されうる。結合層２０１とセンサ基板３００との境界面は、複数の貫通孔を含む結合層２０１を使用することによって、当該複数の貫通孔および支持基板１０１の排出路１５０を通して排出されうる。

センサ基板３００の接着対象領域の面積に占めるセンサ基板３００と結合層２０１との接触部分の面積の比率Ｒ１は、例えば、５〜８０％でありうる。（１−Ｒ１）は、結合層２０１のセンサ基板３００の側の表面に露出している排出部１５０の面積の比率である。同様に、支持基板１０１の接着対象領域の面積に占める支持基板１０１と結合層２０１との接触部分の面積の比率Ｒ２は、例えば、５〜８０％でありうる。（１−Ｒ２）は、結合層２０１の支持基板１０１の側の表面に露出している排出部１５０の面積の比率である。比率Ｒ１、Ｒ２が８０％を超えると、気泡からの気体の排出効率が低下し、気泡が取り残されうる。比率Ｒ１、Ｒ２が５％に満たないと、結合力が低く、支持基板１０１とセンサ基板３００との間に剥がれが生じうる。

支持基板１０１の排出路１５０は、例えば、大気圧から１×１０^−２Ｐａ程度の真空圧力まで減圧するために、一般的なロータリーポンプまたはドライポンプを使ったシステムで２分程度を要することを考慮して決定されうる。つまり、２分間における約１×１０^５Ｐａの圧力変化に追随して排出路１５０を気体が移動できるように排出路１５０が設計されうる。排出路１５０は、例えば、多数の微小孔がランダムに分散した多孔質構造部で支持基板１０１を構成することによって提供されうる。あるいは、排出路１５０は、支持基板１０１の材料基板を機械加工またはレーザー加工することによって規則的なパターンで構成されうる。

支持基板１０１の材料としては、例えば、金属、金属化合物、セラミックまたは耐熱樹脂が選択されうる。あるいは、支持基板１０１の材料は、例えば、炭素系素材（例えば、ＣＦＲＰ、ａ−Ｃａｒｂｏｎ、ＰＥＥＫまたはＰＰＳ）であってもよい。あるいは、支持基板１０１は、ポーラスアルミ板またはポーラスアルミナ板であってもよい。ポーラスアルミ板またはポーラスアルミナ板は、例えば、広陽商工株式会社から入手可能である。あるいは、支持基板１０１は、支持基板１０１と結合層２０１との間に排出路１５０として複数の流路が構成されるように、波打った表面を有してもよい。以上のような排出路を有する支持基板１０１は、その重量が軽量化されるという副次的な効果を奏する。

結合層２０１は、例えば、２００℃において結合層２０１による支持基板１０１とセンサ基板３００との結合が維持されるような耐熱性を有しうる。ここで、シンチレータ層４０１の形成は、支持基板１０１とセンサ基板３００とが結合層２０１によって結合された後に、蒸着法によって、例えば２００℃以下の温度でなされうる。

結合層２０１は、例えば、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂またはポリイミドで構成されうる。結合層２０１は、基材の両面に接着層が配置されたものでもよい。ここで、結合層２０１とセンサ基板３００との間の気泡が結合層２０１を通過して支持基板１０１に向かって進むための条件を考える。一例において、結合層２０１の厚さが２５μｍであれば、結合層２０１が０．０２ｃｃ／（ｍ・２４時間）／ａｔｍ以上の気体透過率を有することが好ましい。結合層２０１の気体透過率が０．０２ｃｃ／（ｍ・２４時間）／ａｔｍ以上であれば、結合層２０１による支持基板１０１とセンサ基板３００との結合体１０を真空環境におくと、直径５ｍｍ、厚さ２μｍの気泡は結合層２０１を通過して支持基板１０１に到達しうる。

気体透過量Ｖの以下の式で計算されうる。

Ｖ＝ＱＰＳＴ／ｄ （ｃｃ）
ここで、Ｖは気体透過量（ｃｃ）、Ｑは気体透過係数（ｃｃ／（ｍ・日）／ａｔｍ）、Ｐは圧力差（ａｔｍ）、Ｓは透過面積（ｍ^２）、Ｔは時間（日）、ｄは結合層の厚さ（ｍ）
である。

０．０２ｃｃ／（ｍ・２４時間）／ａｔｍ以上の気体透過率を得るために好適な材料として、例えば、以下の材料を挙げることができる。（ ）内は、酸素の気体透過率。単位は（ｃｃ／（ｍ・２４時間）／ａｔｍ）である。
ナイロン１２ （０．０２７５）
ポリウレタン （０．０６７５）
ポリ塩化ビニル （０．０９１）
ポリカーボネート （０．０９）
ポリスチレン （０．２０２５）
シリコーン （３６）
酢酸ブチルセルロース （０．３４５）
ＡＢＳ樹脂 （０．０４８）
ポリエチレン （０．０７２５）
ポリプロピレン （０．１６２）
エチルセルロース （０．８７５）
図１に例示的に示されているように、複数のセンサ基板３００が支持基板１０１の上に結合層２０１を介して配置（タイリング）されてもよい。センサ基板３００は、例えば、その内部に光電変換部３０２が形成された半導体基板であってもよいし、その上に光電変換部が形成されたガラス基板等の絶縁性基板であってもよいし、他の構造を有する基板であってもよい。シンチレータ層４０１は、放射線を光に変換する層であり、１又は複数のセンサ基板３００の上に蒸着法によって形成される。

一例において、放射線検出装置１は、支持基板１０１がポーラスアルミ板またはポーラスアルミナ板で構成され、結合層２０１が耐熱性粘着剤で構成され、複数のセンサ基板３００がＣＭＯＳイメージセンサで構成され、シンチレータ層４０１がＣｓＩで構成される。

センサ基板３００と支持基板１０１とを結合層２０１によって結合して結合体１０を構成した直後は、図３に模式的に示すように、支持基板１０１と結合層２０１との境界面およびセンサ基板３００と結合層２０１との境界面に気泡２２１、２２２が存在しうる。しかし、シンチレータ層４０１を形成するために結合体１０を真空チャンバに入れて真空チャンバ内を大気圧よりも低い圧力まで減圧すると、気泡２２１、２２２の圧力（１気圧）と真空圧力（例えば、ロータリーポンプで２分ほど排気すると約０．１気圧になる。）との差によって気泡２２１、２２２を構成する気体が支持基板１０１の排出路を通して排出される。これにより気泡２２１、２２２が消滅する。

例えば、結合層２０１として２５μｍの厚さを有する粘着剤を用いた場合、結合層２０１が０．０２ｃｃ／（ｍ・２４時間）／ａｔｍ以上の気体透過率を有すると、半径が５ｍｍで厚さが２μｍ程度の気泡は除去されうる。

以下、図２を参照しながら放射線検出装置１の製造方法を例示的に説明する。まず、図２（ａ）に示す第１工程において、光電変換部３０２が形成された１又は複数のセンサ基板３００と支持基板１０１とを結合層２０１によって結合して結合体１０を形成する。

その後、図２（ｂ）に示す第２工程において、結合体１０の周囲を大気圧よりも低い圧力（典型的には真空圧力）まで減圧する。典型的には、第２工程は、蒸着装置の真空チャンバ５００内に結合体を配置し、真空チャンバ５００内を減圧することによってなされうる。あるいは、蒸着装置がロードロックチャンバを備える場合、結合体１０をロードロックチャンバに入れ、ロードロックチャンバを減圧することによってなされうる。その後、ロードロックチャンバから真空チャンバ（処理チャンバ）５００内に結合体１０が搬送される。

第２工程において結合体１０の周囲を大気圧よりも低い圧力まで減圧することにより、支持基板１０１と結合層２０１との境界面および／またはセンサ基板３００と結合層２０１との境界面に存在する気泡を構成する気体が支持基板１０１の排出路を通して排出され。

その後、図２（ｃ）に示す第３工程において、減圧された真空チャンバ５００の中で、センサ基板３００の上に蒸着法によってシンチレータ層４０１を形成する。このように、この実施形態では、結合体１０のセンサ基板３００の上にシンチレータ層４０１を形成するための真空チャンバ５００またはそれに接続されたロードロックチャンバにおいて結合体１０を取り巻く環境を減圧することにより気泡が除去する。これにより、付加的な気泡の除去工程が不要になり、製造工程を単純化することができる。

図４（ａ）に模式的に示されるように、結合層２０１は、複数の貫通孔を有してもよい。このような結合層２０１を使用する場合、気泡透過率を考慮することなく結合層２０１の材料を選択することができる。図４（ｂ）に模式的に示すように、支持基板１０１の排出路は、支持基板１０１と結合層２０１との境界面に直交する方向に支持基板１０１を貫通した複数の孔で構成されてもよい。図４（ｃ）に模式的に示すように、支持基板１０１は、排出路を構成する複数の縦孔および複数の横孔を有する部分１１１を含んでもよい。部分１１１は、部分１１２によって支持されうる。部分１１２は、部分１１１よりも強度が高い部分でありうる。前記複数の縦孔は、支持基板１０１と結合層２０１との境界面に直交する方向に該境界面から支持基板１０１の中に延びる。前記複数の横孔は、前記境界面に平行な方向に支持基板１０１の中を延びて支持基板１０１の側面に至る。

図５（ａ）に模式的に示すように、支持基板１０１は、排出路を構成する多孔質構造部１２１と、非多孔質構造部１２２とを含んでもよい。ここで、多孔質構造部１２１は、結合層２０１に接触するように配置され、非多孔質構造部１２２は、多孔質構造部１２１が結合層２０１に接触する側とは反対側に配置され。図５（ｂ）に模式的に示すように、支持基板１０１は、多孔質構造部と、支持基板１０１と結合層２０１との接触面に直交する方向に延びた複数の縦孔を有する縦孔部１２３とを有してもよい。ここで、多孔質構造部１２１は、結合層２０１に接触するように配置され、縦孔部１２３は、多孔質構造部１２１が結合層２０１に接触する側とは反対側に配置される。支持基板１０１の搬出路は、多孔質構造部１２１の孔および縦孔部１２３の複数の縦孔によって構成される。

図６に模式的に示すように、支持基板１０１の排出路は、支持基板１０１における支持基板１０１と結合層２０１との境界面の側に該境界面に沿って形成された複数の溝Ｔを含んでもよい。ここで、図６（ａ）は、放射線検出装置１の断面図、図６（ｂ）は支持基板１０１の平面図である。図７に模式的に示すように、支持基板１０１は、支持基板１０１と結合層２０１との境界面に排出路が構成されるように、波打った表面を有してもよい。

Claims (16)

1. 放射線検出装置の製造方法であって、
   光電変換部が形成されたセンサ基板と支持基板とを結合層によって結合して結合体を形成する第１工程と、
   前記第１工程の後に前記結合体の周囲を大気圧よりも低い圧力まで減圧する第２工程と、
   前記第２工程の後に前記センサ基板の上に蒸着法によってシンチレータ層を形成する第３工程と、を含み、
   前記支持基板は、前記支持基板と前記センサ基板との間の気泡を排出するための排出路を有し、前記第２工程において前記支持基板と前記センサ基板との間の気泡を構成する気体が前記排出路を通して排出される、
   ことを特徴とする放射線検出装置の製造方法。
2. 前記支持基板は、前記排出路を構成する多孔質構造部を含む、
   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. 前記排出路は、前記支持基板と前記結合層との境界面に直交する方向に前記支持基板を貫通した複数の孔を含む、
   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。
4. 前記排出路は、前記支持基板と前記結合層との境界面に直交する方向に前記境界面から前記支持基板の中に延びた複数の縦孔と、前記境界面に平行な方向に前記支持基板の中を延びて前記支持基板の側面に至る複数の横孔とを含む、
   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. 前記支持基板は、前記排出路を構成する多孔質構造部と、非多孔質構造部とを含み、前記多孔質構造部は、前記結合層に接触するように配置され、前記非多孔質構造部は、前記多孔質構造部が前記結合層に接触する側とは反対側に配置されている、
   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. 前記支持基板は、多孔質構造部と、前記支持基板と前記結合層との接触面に直交する方向に延びた複数の縦孔を有する縦孔部とを有し、前記多孔質構造部は、前記結合層に接触するように配置され、前記縦孔部は、前記多孔質構造部が前記結合層に接触する側とは反対側に配置され、前記多孔質構造部の孔および前記縦孔部の前記複数の縦孔によって前記排出路が構成される、
   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。
7. 前記排出路は、前記支持基板における前記支持基板と前記結合層との境界面の側に前記境界面に沿って形成された複数の溝を含む、
   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。
8. 前記支持基板は、前記支持基板と前記結合層との境界面に前記排出路が構成されるように、波打った表面を有する、
   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。
9. 前記結合層は、複数の貫通孔を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
10. 前記第１工程では、複数の前記センサ基板と前記支持基板とを前記結合層によって結合して前記結合体を形成する、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線検出装置の製造方法。
11. 支持基板と、光電変換部が形成されたセンサ基板と、シンチレータ層とを有する放射線検出装置であって、
    前記支持基板と前記センサ基板とが結合層によって結合され、
    前記支持基板は、多数の微小孔がランダムに分散した多孔質構造部を含む、
    ことを特徴とする放射線検出装置。
12. 支持基板と、光電変換部が形成されたセンサ基板と、シンチレータ層とを有する放射線検出装置であって、
    前記支持基板と前記センサ基板とが結合層によって結合され、
    前記支持基板は、前記支持基板と前記結合層との境界面に直交する方向に前記境界面から前記支持基板の中に延びた複数の縦孔と、前記境界面に平行な方向に前記支持基板の中を延びて前記支持基板の側面に至る複数の横孔とを含む、
    ことを特徴とする放射線検出装置。
13. 支持基板と、光電変換部が形成されたセンサ基板と、シンチレータ層とを有する放射線検出装置であって、
    前記支持基板と前記センサ基板とが結合層によって結合され、
    前記支持基板は、多孔質構造部と、前記支持基板と前記結合層との接触面に直交する方向に延びた複数の縦孔を有する縦孔部とを有し、前記多孔質構造部は、前記結合層に接触するように配置され、前記縦孔部は、前記多孔質構造部が前記結合層に接触する側とは反対側に配置されている、
    ことを特徴とする放射線検出装置。
14. 支持基板と、光電変換部が形成されたセンサ基板と、シンチレータ層とを有する放射線検出装置であって、
    前記支持基板と前記センサ基板とが結合層によって結合され、
    前記支持基板は、前記支持基板と前記結合層との境界面の側に、前記境界面に沿って形成された複数の溝を含む、
    ことを特徴とする放射線検出装置。
15. 支持基板と、光電変換部が形成されたセンサ基板と、シンチレータ層とを有する放射線検出装置であって、
    前記支持基板と前記センサ基板とが結合層によって結合され、
    前記支持基板は、前記支持基板と前記結合層との間に複数の流路が構成されるように、波打った表面を有する、
    ことを特徴とする放射線検出装置。
16. 前記結合層は、複数の貫通孔を含む、
    ことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の放射線検出装置。