KR101430635B1 - 하전입자빔 생성에 사용되는 타겟 구조체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 의료 기구 - Google Patents

하전입자빔 생성에 사용되는 타겟 구조체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 의료 기구 Download PDF

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Abstract

하전입자빔 생성에 사용되는 타겟 구조체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 의료 기구가 제공된다. 이 타겟 구조체는 타겟층, 그리고 레이저 빔 또는 하전입자 빔의 진행 경로로 사용되는 관통홀을 갖는 지지체를 포함한다.

Description

하전입자빔 생성에 사용되는 타겟 구조체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 의료 기구{Target Structure For Generating Charged Particle Beam, Method Of Manufacturing The Same And Medical Appliance Using The Target Structure}
본 발명은 하전입자빔 생성에 사용되는 타겟 구조체, 그 제조 방법 및 이를 이용한 의료 기구에 관한 것이다.
하전입자빔을 이용한 치료 방법은, 정상 조직의 손상을 최소화하면서 암세포를 정확하게 공격할 수 있기 때문에, 예후가 좋은 치료법으로 주목받고 있다. 종래에는, 하전입자빔을 생성하기 위해서는, 거대할 뿐만 아니라 비싼 가속기 및 겐트리(gantry)가 요구되었다. 하지만, 최근에는 고출력 펄스 레이저를 사용하여 하전입자빔을 생성하는 방법이 제안됨으로써, 치료 장치의 크기 및 가격은 크게 줄어들 수 있을 것으로 기대되고 있다.
이러한 치료법이 실제로 제품화되기 위해서는, 하전입자빔의 에너지는 충분히 커야 하고, 그 에너지 분포는 충분히 작아야 한다. 하전입자빔의 에너지 및 에너지 분포와 관련된 이러한 요구들은 레이저에 의해 조사되는 타겟층의 두께가 얇아질수록 충족시키기 용이하다. 특히, 복사압 가속(Radiation Pressure Acceleration, RPA) 매커니즘을 이용한 하전입자의 생성은 1 마이크로 미터 이하의 얇은 타겟층을 요구한다. 하지만, 타겟층의 두께가 얇아질 경우, 타겟층을 취급하는 과정에서의 어려움이 증가할 뿐만 아니라 타겟층의 위치를 정확하게 제어하기도 어렵다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 얇은 타겟층의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 타겟 구조체를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 얇은 타겟층을 갖는 타겟 구조체를 안정적으로 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 얇은 타겟층으로부터 생성되는 하전입자빔을 이용하는 의료 기구를 제공하는 데 있다.
본 발명은 타겟층이 지지체 상에 형성되는 타겟 구조체를 제공한다. 이 타겟 구조체는 레이저 빔에 의해 조사되는 제 1 면 및 하전 입자 빔이 방출되는 제 2 면을 갖는 타겟층, 그리고 상기 타겟층의 상기 제 1 면에 부착되고, 상기 레이저 빔의 진행 경로로 사용되는 관통홀을 갖는 지지체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 지지체는 상기 타겟층의 상기 제 2 면에 부착되고, 상기 관통홀은 상기 하전 입자 빔의 진행 경로로 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 타겟층은 0.001um 내지 10um의 두께로 형성되고, 상기 지지체는 실리콘, 사파이어, 다이아몬드, 석영, 유리, 세라믹 물질들 또는 금속 물질들 중의 적어도 하나를 포함하되, 적어도 100um의 두께로 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 지지체는 단결정 구조의 물질을 포함할 수 있으며, 상기 타겟층에 접하는 상기 지지체의 표면은 (100)면(a plane (100))을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 관통홀은 상기 타겟층으로부터 멀어질수록 증가하는 폭을 갖는 영역을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 타겟층은 비활성 금속 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예들에 따르면, 상기 타겟층과 상기 지지체 사이에 개재되는 중간층을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 중간층은 상기 타겟층을 노출시키는 중간 관통홀을 갖고, 상기 중간 관통홀은 상기 지지체의 관통홀에 정렬될 수 있다. 또한, 상기 타겟층은 비활성 금속 물질들, 알루미늄, 티타늄, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photoresist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예들에 따르면, 상기 타겟층은 서로 다른 물질로 형성되는 제 1 타겟층 및 제 2 타겟층을 포함할 수 있다. 상기 제 1 타겟층은 레이저 빔에 의해 조사되는 상기 제 1 면을 구성하고, 상기 제 2 타겟층은 하전 입자 빔이 방출되는 상기 제 2 면을 구성할 수 있다. 이때, 상기 제 2 타겟층은 상기 제 1 타겟층의 표면에 형성되는 서로 이격된 복수의 방출 패턴들을 구성하되, 상기 방출 패턴들 각각은 상기 관통홀보다 작은 폭을 가질 수 있다. 이에 더하여, 상기 제 1 타겟층은 금속 물질들 중의 적어도 하나로 형성되고, 상기 제 2 타겟층은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photoresist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나로 형성될 수 있다.
본 발명은 지지체 상에 형성된 타겟층을 하전입자빔 생성을 위해 사용하는 의료 기구를 제공한다. 이 의료 기구는 타겟 구조체, 상기 타겟 구조체에 레이저 빔을 조사하는 광원, 그리고 상기 타겟 구조체로부터 방출되는 하전입자 빔을 생물학적 대상으로 가이드하는 가이딩 구조체를 포함할 수 있다. 상기 타겟 구조체는, 상기 레이저 빔에 의해 조사되는 제 1 면 및 하전 입자 빔이 방출되는 제 2 면을 갖는 타겟층, 그리고, 상기 타겟층의 상기 제 1 면에 부착되고, 상기 레이저 빔의 진행 경로로 사용되는 관통홀을 갖는 지지체를 포함한다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 타겟층은 0.001um 내지 10um의 두께로 형성되고, 상기 지지체는 실리콘, 사파이어, 다이아몬드, 석영, 유리, 세라믹 물질들 또는 금속 물질들 중의 적어도 하나를 포함하되, 적어도 100um의 두께로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 타겟층은 비활성 금속 물질들, 알루미늄, 티타늄, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 타겟층과 상기 지지체 사이에는 중간층이 더 개재될 수 있다. 상기 중간층은 상기 타겟층을 노출시키는 중간 관통홀을 갖고, 상기 중간 관통홀은 상기 지지체의 관통홀에 정렬될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 타겟층은 상기 레이저 빔이 조사되는 제 1 타겟층 및 상기 제 1 타겟층의 표면에 형성되는 서로 이격된 복수의 방출 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 방출 패턴들 각각은 상기 지지체의 상기 관통홀보다 작은 폭을 가질 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제 1 타겟층은 금속 물질들 중의 적어도 하나로 형성되고, 상기 방출 패턴들은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 광원은 적어도 1018 W/cm2의 세기(intensity)를 갖는 레이저 빔을 상기 타겟층에 조사하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 가이딩 구조체는 상기 하전입자 빔을 가속시키는 가속기를 포함할 수 있다.
본 발명은 지지체 상에 타겟층을 형성하는 단계를 포함하는 타겟 구조체의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 지지체의 상부면 상에 0.001um 내지 10um의 두께를 갖는 타겟층을 형성하고, 상기 지지체의 하부면 상에 상기 지지체의 하부면의 일부분을 노출시키는 마스크 패턴을 형성한 후, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 지지체를 패터닝함으로써 상기 타겟층을 노출시키는 관통홀을 형성하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 지지체는 (100)면의 하부면을 갖는 실리콘 웨이퍼이고, 상기 관통홀을 형성하는 단계는 상기 타겟층에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 상기 지지체의 노출된 하부면을 습식 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 더하여, 상기 습식 식각의 단계는 TMAH (Tetramethylammonium hydroxide), EDP (Ethylene diamine pyrocatechol) 또는 KOH 중의 적어도 하나를 식각액으로 사용하여 실시될 수 있다. 이 실시예들에 따르면, 상기 타겟층은 비활성 금속들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 타겟층을 형성하기 전에, 상기 식각정지층이 더 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 관통홀을 형성하는 단계는 상기 식각정지층에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 상기 지지체를 식각한 후, 상기 타겟층에 대해 식각 선택성을 갖는 식각 레서피를 사용하여 상기 식각정지층을 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 이 실시예들에 따르면, 상기 타겟층은 비활성 금속 물질들, 알루미늄, 티타늄, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 타겟층을 형성하는 단계는 금속 물질들 중의 적어도 하나로 형성되는 금속층을 형성하는 단계 및 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나로 형성되는 방출 패턴들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 방출 패턴들은 상기 금속층을 형성한 후 상기 금속층 상에 형성되고, 상기 관통홀은 상기 금속층의 바닥면을 노출시키도록 형성될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, 상기 방출 패턴들은 상기 금속층을 형성하기 전에 상기 지지체 상에 형성되고, 상기 관통홀은 상기 방출 패턴들의 바닥면들을 노출시키도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 타겟층은 상기 타겟층보다 두꺼운 지지체 상에 형성되고, 상기 지지체는 상기 타겟층을 노출시키는 관통홀을 갖도록 형성된다. 상기 지지체에 의해 구조적으로 지지되기 때문에, 상기 타겟층이 매우 얇은 두께로 형성되더라도, 본 발명에 따른 타겟 구조체는 구조적 안정성을 가질 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 타겟층과 상기 지지체 사이에는 식각정지층이 개재될 수 있다. 이 경우, 상기 타겟층이 상기 관통홀을 형성하는 동안 식각 손상을 입는 기술적 문제가 예방될 수 있기 때문에, 상기 타겟층의 물질 및/또는 박막 구조 등에서의 기술적 제약들은 완화될 수 있다.
도 1a 내지 도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 사시도들이다.
도 1b 내지 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 4a 내지 도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 사시도들이다.
도 4b 내지 도 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 7a 내지 도 10a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 사시도들이다.
도 7b 내지 도 10b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 11a 내지 도 14a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 사시도들이다.
도 11b 내지 도 14b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조체들을 예시적으로 도시하는 사시도들이다.
도 19 및 도 20는 본 발명에 따른 타겟 구조체로부터 하전입자 빔을 생성하는 장치를 예시적으로 설명하는 도면들이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
도 1a 내지 도 3a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 사시도들이고, 도 1b 내지 도 3b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 단면도들이다. 구체적으로, 도 1b 내지 도 3b는 도 1a 내지 도 3a의 점선 I-I을 따라 보여지는 단면들을 도시한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 지지체(100) 상에 마스크 패턴(110)을 형성한다. 상기 마스크 패턴(110)은 상기 지지체(100)의 상부면(T)을 노출시키는 개구부(105)를 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지체(100)는 단결정 구조의 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 지지체(100)는 단결정 실리콘일 수 있다. 이 경우, 상기 지지체(100)의 상부면(T)은, 결정 구조에 있어서, (100)면(a plane (100))을 가질 수 있다.
하지만, 본 발명의 기술적 사상이 상기 지지체(100)의 물질 또는 결정 구조에 의해 한정되지는 않는다. 예를 들면, 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 상기 지지체(100)는 실리콘, 사파이어, 다이아몬드, 석영, 유리, 세라믹 물질들 또는 금속 물질들 중의 적어도 하나일 수 있으며, 그 결정 구조는 단결정, 다결정 또는 비정질 등일 수 있다.
상기 지지체(100)는 수백 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 두께로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 지지체(100)는 적어도 100 마이크로 미터의 두께로 형성될 수 있다. 상기 지지체(100)의 두께는 연마(polishing) 또는 그라인딩(grinding) 공정 등을 통해 조절될 수 있다.
상기 마스크 패턴(110)은 상기 지지체(100)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 마스크 패턴(110)은 상기 지지체(100)을 식각하는 식각 공정에서 내식각성을 가질 수 있는 물질들 중의 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 지지체(100)가 실리콘일 경우, 상기 마스크 패턴(110)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 유기 고분자 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 지지체(100)의 하부면(B)에 타겟층(150)을 형성한다. 이에 따라, 상기 지지체(100)는 상기 타겟층(150)과 상기 마스크 패턴(110) 사이에 개재된다.
상기 타겟층(150)은 금속 물질들 또는 이들의 화합물들 중의 적어도 하나일 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟층(150)은 백금, 금 및 은과 같은 비활성 금속(inert metal) 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 타겟층(150)은 0.001um 내지 10um의 두께로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 타겟층(150)은 0.001um 내지 1um의 두께로 형성될 수 있다. 상기 타겟층(150)은 더 두꺼운 상기 지지체(100)에 의해 지지되기 때문에, 상기 타겟층(150)은 그것의 얇은 두께에도 불구하고 파손되지 않을 수 있다.
상기 타겟층(150)은 박막 형성을 위한 다양한 방법들 중의 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟층(150)은 화학적 기상 증착, 물리적 기상 증착 또는 전기 도금의 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상은 상기 타겟층(150)을 형성하는 방법에 의해 한정되지 않는다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기 지지체(100)를 관통하여 상기 타겟층(150)을 노출시키는 관통홀(200)을 형성한다. 상기 관통홀(200)은 상기 개구부(105)에 의해 노출된 상기 지지체(100)의 상부면을 식각함으로써 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 관통홀(200)을 형성하는 단계는 상기 마스크 패턴(110)을 식각 마스크로 사용하여 상기 지지체(100)를 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 식각 단계에서 사용되는 식각 레서피는 상기 마스크 패턴(110) 및 상기 타겟층(150)에 대해 식각 선택성을 갖도록 선택될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 지지체(100)가 단결정 실리콘인 경우, 상기 식각 단계는 TMAH (Tetramethylammonium hydroxide), EDP (Ethylene diamine pyrocatechol) 또는 KOH 중의 적어도 하나를 식각액으로 사용하여 실시될 수 있다. 이 경우, 도 3b에 도시된 것처럼, 상기 관통홀(200)의 측벽은 상기 타겟층(150)의 상부면에 대해 기울어지도록 형성될 수 있다.
하지만, 상술한 것처럼, 본 발명의 기술적 사상이 상기 지지체(100)의 물질 또는 결정 구조에 의해 한정되지 않기 때문에, 상기 식각 단계 역시 위에서 예시된 방법에 의해 한정되지는 않는다. 예를 들면, 상기 관통홀(200)은 건식 식각의 방법, 건식 식각과 습식 식각을 조합하여 실시하는 방법, 또는 레이저 드릴링과 습식 식각을 조합하여 실시하는 방법 등을 통해 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 6a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 사시도들이고, 도 4b 내지 도 6b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 단면도들이다. 구체적으로, 도 4b 내지 도 6b는 도 4a 내지 도 6a의 점선 I-I을 따라 보여지는 단면들을 도시한다. 설명의 단순함을 위해, 상술한 제 1 실시예와 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
앞선 실시예에서와 마찬가지로, 상기 지지체(100)의 상부면 상에는 상기 마스크 패턴(110)이 형성되고, 상기 지지체(100)의 하부면 상에는 상기 타겟층(150)이 형성된다. 하지만, 이 실시예에 따르면, 상기 타겟층(150)을 형성하기 전에, 상기 지지체(100)의 하부면 상에 식각정지층(120)을 형성하는 단계가 더 실시될 수 있다. 이에 따라, 도 4a 및 도 4b에 도시된 것처럼, 상기 식각정지층(120)은 상기 지지체(100)와 상기 타겟층(150) 사이에 개재될 수 있다.
상기 식각정지층(120)은 상기 지지체(100)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 식각정지층(120)은 상기 지지체(100)을 식각하는 식각 공정에서 내식각성을 가질 수 있는 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 지지체(100)가 실리콘일 경우, 상기 식각정지층(120)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 유기 고분자 물질들 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 도 5a 및 도 5b에 도시된 것처럼, 상기 지지체(100)를 식각하여 상기 관통홀(200)을 형성하는 동안, 상기 타겟층(150)이 식각되는 것을 예방할 수 있다.
이처럼 상기 관통홀(200)을 형성되는 동안 상기 타겟층(150)이 손상되는 문제가 예방될 수 있기 때문에, 상기 타겟층(150)은 상술한 제 1 실시예에서보다 다양한 물질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 식각정지층(120)에 의해, 상기 타겟층(150)을 위해 사용될 수 있는 물질의 종류에 대한 제약은 크게 완화될 수 있다. 예를 들면, 이 실시예에 따르면, 상기 타겟층(150)은 백금, 금, 은, 알루미늄, 티타늄 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 등으로 형성되거나, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide) 또는 포토레지스트(Photo resist) 중의 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
이어서, 상기 관통홀(200)에 의해 노출된 상기 식각정지층(120)을 선택적으로 식각하여, 도 6a 및 도 6b에 도시된 것처럼, 상기 타겟층(150)을 노출시킨다. 즉, 상기 식각정지층(120) 내에는 상기 관통홀(200)에 정렬되어 상기 타겟층(150)을 노출시키는 중간 관통홀이 형성된다. 한편, 상기 식각정지층(120)은 상기 타겟층(150)에 대한 식각 손상을 최소화하면서 선택적으로 제거될 수 있는 물질일 수 있으며, 이 경우, 상기 타겟층(150)은 식각 손상없이 상기 관통홀(200)에 의해 노출될 수 있다.
한편, 일부 실시예들에 따르면, 상기 식각정지층(120)은 상기 마스크 패턴(110)에 대해 식각 선택성을 갖지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 마스크 패턴(110)은 상기 타겟층(150)을 노출시키는 동안 식각되거나, 도 6a 및 도 6b에 도시된 것처럼, 제거되어 상기 지지체(100)의 상부면(T)을 노출시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 10a는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 사시도들이고, 도 7b 내지 도 10b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 단면도들이다. 구체적으로, 도 7b 내지 도 10b는 도 7a 내지 도 10a의 점선 I-I을 따라 보여지는 단면들을 도시한다. 설명의 단순함을 위해, 상술한 제 1 및 제 2 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 4a 내지 도 6a를 참조하여 설명된 실시예에서와 마찬가지로, 상기 지지체(100)의 상부면 상에는 상기 마스크 패턴(110)이 형성되고, 상기 지지체(100)의 하부면 상에는 상기 식각정지층(120) 및 상기 타겟층이 차례로 형성된다. 하지만, 이 실시예에 따르면, 도 7a 및 도 7b에 도시된 것처럼, 상기 타겟층은 서로 다른 물질로 형성되는 제 1 타겟층(152) 및 제 2 타겟층(154)을 포함할 수 있다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 지지체(100)를 관통하여 상기 식각정지층(120)을 노출시키는 관통홀(200)을 형성한다. 상술한 것처럼, 상기 식각정지층(120)은 상기 지지체(100)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질로 형성됨으로써, 상기 관통홀(200)은 상기 제 1 타겟층(152)에 대한 식각 손상없이 형성될 수 있다. 이에 더하여, 상기 제 1 타겟층(152)에 대한 이러한 식각 손상의 예방에 의해, 상술한 제 2 실시예에서와 마찬가지로, 상기 제 1 타겟층(152)은 사용될 수 있는 물질의 종류에 대한 제약을 갖지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제 1 타겟층(152)은 백금, 금, 은, 알루미늄, 티타늄 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 등으로 형성될 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 제 2 타겟층(154)을 패터닝하여 방출 패턴들(156) 및 정렬 패턴들(158)을 형성한다. 일부 실시예들에 따르면, 수평적 위치에 있어서, 상기 방출 패턴들(156)은 상기 관통홀(200)의 아래에 배치되고, 상기 정렬 패턴들(156)은 상기 지지체(100)의 잔존 부분 아래에 배치될 수 있다.
이에 더하여, 도 9a에 도시된 것처럼, 상기 방출 패턴들(156)은 상기 관통홀(200)보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 관통홀(200) 아래에는 복수의 방출 패턴들(156)이 형성될 수 있다. 상기 방출 패턴들(156) 각각은 1 마이크로 미터 내지 200 마이크로 미터의 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제 2 타겟층(154) 또는 상기 방출 패턴들(156)은 상기 제 1 타겟층(152)보다 가벼운 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 2 타겟층(154) 또는 상기 방출 패턴들(156)은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이어서, 도 10a 및 도 10b에 도시된 것처럼, 상기 관통홀(200)에 의해 노출된 상기 식각정지층(120)을 식각하여 상기 제 1 타겟층(152)을 노출시킨다. 이 단계는 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명된 상술한 실시예의 방법을 이용하여 실시될 수 있다.
도 11a 내지 도 14a는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 사시도들이고, 도 11b 내지 도 14b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 타겟 구조체의 제조 방법을 도시하는 단면도들이다. 구체적으로, 도 11b 내지 도 14b는 도 11a 내지 도 14a의 점선 I-I을 따라 보여지는 단면들을 도시한다. 설명의 단순함을 위해, 상술한 제 1 내지 제 3 실시예들과 중복되는 기술적 특징들에 대한 설명은 생략될 수 있다.
이 실시예에 따르면, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 설명된 것처럼, 상기 지지체(100)의 상부면 상에는 상기 마스크 패턴(110)이 형성되고, 상기 지지체(100)의 하부면 상에는 상기 식각정지층(120) 및 상기 타겟층이 차례로 형성되며, 상기 타겟층은 서로 다른 물질로 형성되는 제 1 타겟층(152) 및 제 2 타겟층(154)을 포함할 수 있다.
하지만, 이 실시예에 따르면, 도 12a 및 도 12b에 도시된 것처럼, 상기 제 2 타겟층(154)은 상기 제 1 타겟층(152)과 상기 식각정지층(120) 사이에 개재될 수 있다. 즉, 상기 제 2 타겟층(154)은 상기 제 1 타겟층(152)을 형성하기 이전에 형성될 수 있다. 이에 더하여, 상기 제 2 타겟층(154)은 상기 제 1 타겟층(152)을 형성하기 전에 패터닝되어, 상기 방출 패턴들(156) 및 상기 정렬 패턴들(158)을 형성할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 타겟층들(152, 154)을 위한 물질들, 모양 및 배치 등과 관련된 기술적 특징들은 도 7a 내지 도 10a를 참조하여 설명한 앞선 실시예에서와 동일할 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에 따르면, 도 11b에 도시된 것처럼, 상기 방출 패턴들(156) 및 상기 정렬 패턴들(158)은, 다마신 공정을 이용하여, 상기 식각정지층(120)의 하부면에 형성된 리세스 영역을 채우도록 형성될 수 있다.
한편, 일부 실시예들에 따르면, 도 11a 및 도 12a의 비교로부터 알 수 있는 것처럼, 상기 마스크 패턴(110)은 상기 제 2 및 제 1 타겟층들(154, 152)을 차례로 형성한 후, 상기 지지체(100)의 상부면(T) 상에 형성될 수 있다. 하지만, 다른 실시예들에 따르면, 상기 마스크 패턴(110)이 상기 제 1 타겟층(152)에 앞서 형성될 수도 있다.
이어서, 도 13a 및 도 13b에 도시된 것처럼, 상기 마스크 패턴(110)을 식각 마스크로 사용하여 상기 지지체(100)를 식각함으로써, 상기 식각정지층(120)을 노출시키는 관통홀(200)을 형성한다. 한편, 앞선 실시예들에서 설명된 것처럼, 상기 타겟층에 대한 식각 손상은 상기 식각정지층(120)에 의해 예방될 수 있기 때문에, 상기 제 2 타겟층(152)은 사용될 수 있는 물질의 종류에 대한 제약을 갖지 않을 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 제 2 타겟층(154)은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 제 1 타겟층(152)은 백금, 금, 은, 알루미늄, 티타늄 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 등으로 형성될 수 있다.
이어서, 상기 관통홀(200)에 의해 노출된 상기 식각정지층(120)을 선택적으로 식각하여, 상기 타겟층을 노출시킨다. 즉, 도 14a 및 도 14b에 도시된 것처럼, 상기 방출 패턴들(156) 및 그것의 아래에 위치하는 상기 제 1 타겟층(152)은 상기 관통홀(200)을 통해 노출된다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 실시예들에 따른 타겟 구조체들을 예시적으로 도시하는 사시도들이다. 구체적으로, 도 15 내지 도 18은 각각 상술한 제 1 내지 제 4 실시예들에 따른 제조 방법을 통해 제조된 타겟 구조체들일 수 있다.
도 15 내지 도 18을 참조하면, 지지체(100)의 일면에는 타겟층(150)이 형성된다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 지지체(100)는 수백 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 두께로 형성되고, 상기 타겟층(150)은 0.001um 내지 10um의 두께로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 지지체(100)는 적어도 100 마이크로 미터의 두께로 형성되고, 상기 타겟층(150)은 0.001um 내지 1um의 두께로 형성될 수 있다. 상기 지지체(100)는 그것을 관통하여 상기 타겟층(150)을 노출시키는 관통홀(200)을 구비한다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 관통홀(200)은 상기 지지체(100)의 상부면에 대해 경사진 측벽을 갖도록 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 도 15에 도시된 것처럼, 상기 타겟층(150)은 상기 지지체(100)에 직접 접촉하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 타겟층(150)은 상기 지지체(100)에 대해 식각 선택성을 갖는 물질들 중의 적어도 한가지로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 타겟층(150)은 백금, 금, 은, 알루미늄, 티타늄 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 등으로 형성될 수 있다.
한편, 다른 실시예들에 따르면, 도 16 내지 도 18에 도시된 것처럼, 상기 지지체(100)와 상기 타겟층(150) 사이에는 식각정지층(120)이 더 개재될 수 있다. 상기 식각정지층(120)이 형성되는 경우, 상기 관통홀(200)을 형성하는 동안 상기 타겟층(150)이 식각 손상을 받는 기술적 문제는 예방될 수 있다. 이에 따라, 상기 타겟층(150)을 위한 물질은, 실질적인 제약없이, 자유롭게 선택될 수 있다. 예를 들면, 이러한 실시예들에 따르면, 상기 타겟층(150)은 비활성 금속 물질들, 알루미늄, 티타늄, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나일 수 있다.
상기 타겟층(150)은 도 15 및 도 16에 도시된 것처럼 단일층 구조이거나, 도 17 내지 도 18에 도시된 것처럼 제 1 타겟층(152)의 일면 상에 형성된 방출 패턴들(156)과 정렬 패턴들(158)을 포함하는 다층 구조일 수 있다. 상기 타겟층(150)이 다층 구조일 경우, 상기 제 1 타겟층(152)은 비활성 금속 물질들 중의 하나로 형성되고, 상기 방출 패턴들(156)은 상기 제 1 타겟층(152)보다 가벼운 물질들(예를 들면, 알루미늄, 티타늄, PMMA, PDMS, 폴리이미드, 포토레지스트 및 수소화된 비정질 실리콘) 중의 적어도 하나로 형성될 수 있다.
이에 더하여, 상기 타겟층(150)이 다층 구조일 경우, 레이저 빔(LB)은 상기 제 1 타겟층(152)에 조사되고, 하전입자빔(PB)은 상기 방출 패턴(156)으로부터 방출될 수 있다. 즉, 도 17에 도시된 것처럼, 상기 제 1 타겟층(152)이 상기 방출 패턴들(156)과 상기 지지체(100) 사이에 개재될 경우, 상기 레이저빔(LB)은 상기 관통홀(200)을 통해 상기 제 1 타겟층(152)으로 입사될 수 있다. 또는 도 18에 도시된 것처럼 상기 방출 패턴들(156)이 상기 제 1 타겟층(152)과 상기 지지체(100) 사이에 개재될 경우, 상기 하전입자빔(PB)이 상기 관통홀(200)을 통해 방출될 수 있다. 상기 정렬 패턴(158)은 상기 레이저 빔(LB)과 상기 지지체(100) 사이의 상대적 위치를 조절하는데 이용될 수 있다.
도 19 및 도 20는 본 발명에 따른 타겟 구조체로부터 하전입자 빔을 생성하는 장치를 예시적으로 설명하는 도면들이다.
도 19를 참조하면, 이 장치(2100)는 레이저 빔(LB)을 생성하는 광원(LS) 및 상기 레이저 빔(LB)에 의해 조사되는 타겟 구조체(1000)를 포함할 수 있다. 상기 타겟 구조체(1000)는 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명된 실시예들을 통해 제조된 것들 중의 하나 또는 도 15 내지 도 18을 참조하여 설명된 것들 중의 하나일 수 있다.
이에 더하여, 이 장치(2100)는 상기 레이저 빔(LB)을 상기 타겟 구조체(1000)로 가이드하는 광 가이드 구조체(LGS) 및 상기 타겟 구조체(1000)로부터 방출되는 하전입자빔(PB)을 생물학적 대상(BO)으로 가이드하는 하전입자빔 가이드 구조체(PGS)를 포함할 수 있다. 상기 광 가이드 구조체(LGS)는 상기 광원(LS)과 상기 타겟 구조체(1000) 사이에 개재되며, 렌즈 및/또는 반사경 등을 포함할 수 있다. 상기 하전입자빔 가이드 구조체(PGS)는 상기 타겟 구조체(1000)와 상기 생물학적 대상(BO) 사이에 개재되며, 질량 분석기(MA), 가속기(AC) 또는 포커싱 장치(FA) 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 광원(LS)은 적어도 1013 Watt의 고출력 펄스 레이저를 생성하도록 구성되며, 상기 광 가이드 구조체(LGS)는 상기 레이저 빔(LB)이 1018W/cm2의 세기(intensity)를 가지고 상기 타겟 구조체(1000)에 입사되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 하전입자빔(LB)은 티엔에스에이(Target Normal Sheath Acceleration; TNSA) 메커니즘 또는 복사압 가속(Radiation Pressure Acceleration; RPA) 메커니즘 중의 하나를 통해 생성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 타겟 구조체(1000)에 입사되는 상기 레이저 빔(LB)의 세기가 1018~1019 W/cm2 범위일 경우, 상기 하전입자빔(PB)은 상기 티엔에스에이 메커니즘을 통해 생성되며, 도 15 내지 도 18에 도시된 것처럼 상기 타겟층(150)의 표면에 수직한 방향을 따라 방출된다. 하지만, 상기 레이저 빔(LB)의 세기가 1020 W/cm2 이상일 경우, 상기 하전입자빔(PB)은 상기 복사압 가속 메커니즘을 통해 생성되며, 상기 레이저 빔(LB)의 입사 방향에 평행한 방향을 따라 방출된다.
이에 더하여, 상기 타겟층(150)이 1마이크로 미터보다 얇은 두께로 형성될 경우, 상기 광원(LS)은 적어도 1010의 높은 대조비를 갖는 레이저 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 이처럼 높은 대조비를 갖는 레이저 광이 사용될 경우, 레이저의 에이에스이(Amplified Spontaneous Emission; ASE)에 의한 충격파(shock wave)를 줄일 수 있다. 이러한 충격파의 감소는 상기 타겟층(150)의 두께를 1마이크로 미터 이하로 줄이는 것을 가능하게 한다.
도 19를 참조하여 설명된 하전입자 빔을 생성하는 장치(2100)는 도 20에 도시된 것처럼 생물학적 대상(BO)에서의 악성 종양 등을 치료하기 위한 의료 기구(Medical Appliance; 2000)를 구성할 수 있다. 상기 의료 기구(2000)는, 사용자 인터페이스를 제공하면서 상기 하전입자빔 생성 장치(2100)를 제어하도록 구성되는, 제어부(2200)를 더 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 레이저 빔에 의해 조사되는 제 1 면 및 하전 입자 빔이 방출되는 제 2 면을 갖는 타겟층; 및
    상기 타겟층의 상기 제 1 면에 부착되고, 상기 레이저 빔의 진행 경로로 사용되는 관통홀을 갖는 지지체를 포함하는 타겟 구조체.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지체는 상기 타겟층의 상기 제 2 면에 부착되어, 상기 관통홀은 상기 하전 입자 빔의 진행 경로로 사용되는 타겟 구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 타겟층은 0.001um 내지 10um의 두께로 형성되고,
    상기 지지체는 실리콘, 사파이어, 다이아몬드, 석영, 유리, 세라믹 물질들 또는 금속 물질들 중의 적어도 하나를 포함하되, 적어도 100um의 두께로 형성되는 타겟 구조체.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지체는 단결정 구조의 물질을 포함하되,
    상기 타겟층에 접하는 상기 지지체의 표면은 (100)면(a plane (100))을 갖는 타겟 구조체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 타겟층으로부터 멀어질수록 증가하는 폭을 갖는 영역을 포함하는 타겟 구조체.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 타겟층은 비활성 금속 물질들 중의 적어도 하나를 포함하는 타겟 구조체.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 타겟층과 상기 지지체 사이에 개재되는 중간층을 더 포함하되,
    상기 중간층은 상기 타겟층을 노출시키는 중간 관통홀을 갖고, 상기 중간 관통홀은 상기 지지체의 관통홀에 정렬되는 타겟 구조체.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 타겟층은 비활성 금속 물질들, 알루미늄, 티타늄, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나를 포함하는 타겟 구조체.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 타겟층은 서로 다른 물질로 형성되는 제 1 타겟층 및 제 2 타겟층을 포함하되,
    상기 제 1 타겟층은 레이저 빔에 의해 조사되는 상기 제 1 면을 구성하고,
    상기 제 2 타겟층은 하전 입자 빔이 방출되는 상기 제 2 면을 구성하는 타겟 구조체.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 2 타겟층은 상기 제 1 타겟층의 표면에 형성되는 서로 이격된 복수의 방출 패턴들을 구성하되, 상기 방출 패턴들 각각은 상기 관통홀보다 작은 폭을 갖는 타겟 구조체.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 타겟층은 금속 물질들 중의 적어도 하나로 형성되고,
    상기 제 2 타겟층은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나로 형성되는 타겟 구조체.
  13. 타겟 구조체;
    상기 타겟 구조체에 레이저 빔을 조사하는 광원; 및
    상기 타겟 구조체로부터 방출되는 하전입자 빔을 생물학적 대상으로 가이드하는 가이딩 구조체를 포함하되,
    상기 타겟 구조체는:
    상기 레이저 빔에 의해 조사되는 제 1 면 및 상기 하전 입자 빔이 방출되는 제 2 면을 갖는 타겟층; 및
    상기 타겟층의 상기 제 1 면에 부착되고, 상기 레이저 빔의 진행 경로로 사용되는 관통홀을 갖는 지지체를 포함하는 의료 기구.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 타겟층은 0.001um 내지 10um의 두께로 형성되고,
    상기 지지체는 실리콘, 사파이어, 다이아몬드, 석영, 유리, 세라믹 물질들 또는 금속 물질들 중의 적어도 하나를 포함하되, 적어도 100um의 두께로 형성되는 의료 기구.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 타겟층은 비활성 금속 물질들, 알루미늄, 티타늄, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산 (polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나를 포함하는 의료 기구.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 타겟층과 상기 지지체 사이에 개재되는 중간층을 더 포함하되,
    상기 중간층은 상기 타겟층을 노출시키는 중간 관통홀을 갖고, 상기 중간 관통홀은 상기 지지체의 관통홀에 정렬되는 의료 기구.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 타겟층은 상기 레이저 빔이 조사되는 제 1 타겟층 및 상기 제 1 타겟층의 표면에 형성되는 서로 이격된 복수의 방출 패턴들을 포함하되,
    상기 방출 패턴들 각각은 상기 지지체의 상기 관통홀보다 작은 폭을 갖는 의료 기구.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 제 1 타겟층은 금속 물질들 중의 적어도 하나로 형성되고,
    상기 방출 패턴들은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리다이메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리이미드(Polyimide), 포토레지스트(Photo resist) 또는 수소화된 비정질 실리콘(hydrogenated amorphous silicon) 중의 적어도 하나로 형성되는 의료 기구.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 광원은 적어도 1018 W/cm2의 세기(intensity)를 갖는 레이저 빔을 상기 타겟층에 조사하도록 구성되는 의료 기구.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 가이딩 구조체는 상기 하전입자 빔을 가속시키는 가속기를 포함하는 의료 기구.
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