WO2018217018A1 - 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 및 그 제조방법 - Google Patents

방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 및 그 제조방법 Download PDF

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WO2018217018A1
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radiation
substrate
radiation absorber
absorber
thin film
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PCT/KR2018/005863
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이원희
김종현
전국진
정현태
성영민
정재필
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한국과학기술원
한국표준과학연구원
서울대학교 산학협력단
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    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring the amount of radiation energy absorbed in a medium by radiation, and to a method for manufacturing the same. More particularly, the absorbed dose is measured by detecting a temperature change according to the action of the radiation energy absorbed in the medium.
  • Radiation therapy / surgical devices that irradiate radiation as a means for treatment or surgery of patients have been used.
  • radiation has a great effect on the human body. If the patient is irradiated with excessive radiation, it may cause sequelae such as death or tissue necrosis.
  • the amount of radiation to be irradiated that is, the amount of radiation absorbed by the human body must be accurately maintained.
  • a radiotherapy / surgical device is required to accurately measure radiation dose.
  • Absorbed dose is defined as the energy provided by radiation per unit mass at any point of measurement in the medium to which ionizing radiation is irradiated.
  • ICRU International Commission on Radiation Unit Measurement
  • the traditional method of measuring absorbed dose is to determine the value of an air kerma accurately determined by absolute measurement at any point in the air at the same point in the medium using the conversion factor of air and medium. It is the so-called indirect method of taking absorbed dose.
  • the physical quantity measured when the medium is water is called water absorbed dose.
  • the water absorbed dose is a very important amount for the treatment and surgery of patients using radiation. Since more than 70% of our bodies are made of water, accurate measurement of water absorbed dose enables a more accurate assessment of the patient's exposure during radiotherapy / surgery. This can minimize the aftereffects of radiation therapy due to excessive exposure of patients. Accordingly, the accurate measurement of the water absorbed dose plays an important role in the radiotherapy method that is increasingly used in recent years.
  • An apparatus for measuring the absorbed dose includes an absorbed dose measuring device using a calorimeter, and a calorimeter configuring the absorbed dose measuring device includes a graphite calorimeter using graphite.
  • the graphite calorimeter has a relative characteristic of the radiation to the radiation is similar to water, 70% or more of the human body is configured by using the water made of water.
  • the treatment equipment such as gamma knife and linear accelerator using fire captain of several millimeters of captain has been developed to contribute to the improvement of treatment accuracy. Since the size of the absorber, that is, the sensing unit, is larger than that of the captain, the absorbed dose in the captain is nonuniform. In the field of radiation measurement, this problem is called the volume averaging effect, which leads to errors in absorbed dose measurement in the fireman's captain.
  • Graphite calorimeters have already been developed in foreign countries by miniaturizing the size of absorbers through mechanical processing, but there are limitations in machining and additional errors in the process of converting graphite absorbed dose into water absorbed dose.
  • Complementary radiation dosimeters are calorimeters in which miniaturized water absorbers are integrated, or there are no examples of miniaturized water absorbers used as radiation dosimeters worldwide.
  • the MEMS process which is an existing semiconductor process, is a means to solve the above problem.
  • the absorber size can be adjusted to several millimeters or less, and an absorber sufficiently smaller than the captain region can be manufactured. Through this, the miniaturized calorimeter can be developed to improve the radiation measurement accuracy in fireman's captain.
  • the present invention is to solve the various problems, including the above problems, a technique for measuring the absorbed dose more accurate, the structure is simple, the size of the absorber miniaturized calorimeter as much as the area where the dose uniformity is guaranteed,
  • the present invention provides a radiation dosimeter incorporating a radiation absorber which is less subject to changes in external temperature, and a method of manufacturing the same.
  • the foregoing problem has been presented by way of example, and the scope of the present invention is not limited by this problem.
  • a radiation dosimeter incorporating the radiation absorber includes a substrate; At least one thermistor formed on the substrate to measure temperature change; A thermally insulating thin film portion formed on the substrate and constituting at least one microfluidic channel capable of filling a radiation absorbing material; And a radiation absorber disposed on the thermistor by absorbing radiation, the temperature being changed and being filled in the at least one microchannel.
  • the thin film portion includes a second thin film portion having a first thin film portion and at least one groove portion, wherein the first thin film portion and the second thin film portion are joined to each other to be integrally formed.
  • the at least one microchannel may be sealed while the radiation absorber is filled.
  • the radiation absorber may be integrated into a MEMS structure using water (H 2 O) or a tissue equivalent material.
  • the at least one microchannel may be formed at positions corresponding to the at least one thermistor, respectively.
  • only one end of the substrate may be fixed to receive the radiation incident from multiple directions so that at least a portion of the thin film portion is bent.
  • a method of manufacturing a radiation dosimeter integrated with a radiation absorber includes preparing a first substrate and a second substrate, respectively; Forming at least one thermistor on the first substrate to measure the temperature change; Forming a first thin film portion on the at least one thermistor and the first substrate; Forming a second thin film portion having at least one groove on the second substrate; Forming at least one microfluidic channel by bonding the first substrate and the second substrate to each other; And disposing the radiation absorber on the thermistor by filling the radiation absorber whose temperature is changed by absorbing radiation in the microchannel.
  • the method of manufacturing a radiation dosimeter integrated with the radiation absorber wherein the first substrate and the second substrate are disposed such that the at least one thermistor and the at least one groove portion face each other, and the at least one thermistor
  • the at least one groove may be aligned to correspond to each other.
  • the forming of the at least one microchannel channel may be performed on an upper surface of the first thin film part so that the first substrate and the second substrate may be bonded to each other.
  • a first bonding layer may be formed, and a second bonding layer may be formed on an upper surface of the second thin film portion.
  • after the disposing of the radiation absorber may include the step of encapsulating at least one end of the micro-channel.
  • the step of removing at least a portion of the first substrate and the second substrate may be performed.
  • the structure is simple, and a radiation dosimeter integrated with a radiation absorber receiving less change to the outside temperature and a manufacturing method thereof Can be implemented.
  • the scope of the present invention is not limited by these effects.
  • FIG. 1 and 2 are top and cross-sectional views schematically illustrating the structure of a radiation dosimeter integrated with a radiation absorber according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 5 are schematic diagrams for explaining a method of manufacturing a radiation dosimeter integrated with a radiation absorber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a photograph of a radiation dosimeter incorporating a radiation absorber according to an embodiment of the present invention.
  • calorimetry-based radiation dosimeters generally have difficulty in measuring absorbed dose due to the extremely small temperature change according to the amount of radiation energy when water is used, and cause measurement errors when applied to the radiometer.
  • FIG. 1 and 2 are top and cross-sectional views schematically illustrating the structure of a radiation dosimeter integrated with a radiation absorber according to an embodiment of the present invention.
  • a radiation dosimeter 100 incorporating a radiation absorber 34 may include a substrate 10 and at least one thermistor 20. ), The thin film unit 30 and the radiation absorber 34.
  • the substrate 10 may use a wafer coated with an insulating layer 11 such as silicon nitride (SiN) on a silicon (Si) substrate.
  • At least one or more thermistors 20 may measure temperature changes, and may be formed on at least a portion of the substrate 10.
  • the thin film portion 30 may be formed on the substrate and include at least one microfluidic channel 32 that may fill the radiation absorbing material.
  • the at least one microflow channel 32 may be disposed on the at least one thermistor 20 so that the radiation absorber 34 and the at least one thermistor 20 may be arranged to correspond to each other.
  • the radiation dosimeter 100 in which the radiation absorber 34 is integrated may be disposed inside the vacuum tube 50.
  • the inside of the vacuum tube 50 has a hollow structure with a cavity structure, the tube having a diameter of several centimeters or less, and minimizes heat loss by the radiation absorber 34 filled in the micro-channel 32. It can be kept in vacuum (medium-free) to accurately measure temperature changes.
  • the radiation absorber 34 may use, for example, water (H 2 O) or a tissue equivalent material, which may be integrated into a micro MEMS structure.
  • MEMS technology refers to a microfabrication technology using an integrated circuit technology in a semiconductor process, and is generally used to manufacture micro sensors or micro-mechanical structures. Accordingly, by applying the MEMS technique to the present invention, it is possible to innovatively reduce the structure in which the radiation absorber 34 is integrated. Therefore, by forming the MEMS structure using the MEMS technique, and by integrating the above-described radiation absorber 34, the structure can be measured with a simple and more accurate absorbed dose, and receives less change in external temperature Dosimeters can be produced.
  • the radiation dosimeter 100 incorporating a radiation absorber 34 may be a substrate ( 10 and at least one thermistor 20 may be formed and electrically connected by a pattern of electrodes 40 to operate as the at least one thermistor 20.
  • (B)-(d) is the top view and sectional drawing which expanded the W area
  • the thin film unit 30 may be formed on the substrate 10 and at least one thermistor 20.
  • the thin film portion 30 is formed of an insulating material, and for example, a polymer material such as parylene represented by waterproof and insulating material may be used.
  • a material capable of sealing the radiation absorber 34 disposed in the micro flow channel 32 so as not to be exposed to the outside may be used, for example, a material such as epoxy.
  • the micro flow channel 32 may be formed to have a rectangular parallelepiped shape as shown in FIGS. 1 and 2, but may also be formed to have a spherical shape.
  • the microflow channel 32 may be formed on an area in which two thermistors 20 are arranged in pairs side by side.
  • the thermistor 20 may be insulated by the thin film portion layer so as not to be affected by the polarized water.
  • the microflow channel 32 may include an in-let channel 32a and an out-let channel 32b to allow the radiation absorber 34 to flow in or out.
  • the inlet channel 32a and the outlet channel 32b is filled with a radiation absorber 34, one end and the outlet of the inlet channel 32a so that the radiation absorber 34 does not flow out
  • One end of the channel 32b may be blocked and enclosed, respectively.
  • the radiation absorber 34 isolated in any one of the microchannels 32 acts as a medium for absorbing heat of radiation incident from the outside. At this time, by directly receiving the radiation, the temperature change of the radiation absorber 34 can be directly detected to calculate the water absorbed dose.
  • the radiation dose meter provided with the micro channel 32 is maintained at the same temperature as the temperature of the micro channel 32 and the thermostat by using the constant temperature method, and the change of additional power required for maintaining the temperature is maintained. By taking measurements, the absorbed water dose can be calculated.
  • the radiation dosimeter 100 according to another embodiment of the present invention, only one end of the substrate 10, in order to receive radiation incident from the multi-direction
  • the micro-channel 32 may be fixed to be curved.
  • FIG. 2B when a part of the micro channel 32 is bent in a direction in which the substrate 10 is positioned, that is, in a downward direction, the substrate is present under the micro channel 32. This allows more accurate measurement of the incident radiation.
  • the radiation dosimeter 100 may have an advantageous structure for the dose measurement of the radiation therapy apparatus using a multidirectional beam, such as gamma knife.
  • a method of manufacturing the radiation dosimeter 100 incorporating a radiation absorber according to an embodiment of the present invention will be described.
  • 3 to 5 are schematic diagrams for explaining a method of manufacturing a radiation dosimeter integrated with a radiation absorber according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a radiation dosimeter 100 incorporating a radiation absorber 34 prepares a first substrate 12 and a second substrate 14, respectively. Forming at least one thermistor 20 on the first substrate 12 so as to measure the temperature change, and forming a first on the at least one thermistor 20 and the first substrate 12 Forming a thin film portion 31a, forming a second thin film portion 31b having at least one groove on the second substrate 14, and forming the first substrate 12 and the second substrate 14. Forming at least one microfluidic channel 32 by bonding them together and absorbing radiation in the microfluidic channel 32 to fill the radiation absorber 34 whose temperature varies, thereby thermistor 20 Disposed so that the radiation absorber 34 corresponds to Can.
  • preparing the first substrate 12 may include forming at least one or more thermistors 20 on the cleanly cleaned first substrate 12, and at least one portion of the at least one thermistor 20. And forming the first thin film portion 31a to cover all of the first substrate 12, the at least one thermistor 20, and the electrode 40.
  • preparing the first substrate 12 means integrating a sensor for temperature measurement.
  • At least one thermistor 20 is formed on a silicon nitride (SiN) wafer substrate.
  • the at least one thermistor 20 may form a thin film pattern on at least a portion of the first substrate 12 through a sputtering process of vanadium oxide (VOx) having a high sensitivity.
  • VOx vanadium oxide
  • the vanadium oxide then has a V 2 O 5 phase under certain annealing conditions.
  • an electrode 40 containing a metal component having excellent electrical conductivity such as gold (Au) can be deposited to operate as the thermistor 20.
  • parylene may be formed as the first thin film part 31a.
  • the step of preparing the second substrate 14, the step of forming a groove in at least a portion of the second substrate 14 cleanly cleaned and the second thin film portion 31b on the second substrate 14 formed with the groove It may comprise the step of forming).
  • preparing the second substrate 14 means manufacturing a mold for forming the radiation absorber 34 on the temperature sensor. At least one groove may be formed using a dry etching technique of a silicon (Si) mold such as a shape of a radiation absorption channel using water. Thereafter, the surface of the silicon mold is treated with fluorinated silane (FOTS, Tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane).
  • fluorinated silane (FOTS) performs a function of allowing the second thin film part 31b to be well separated from the silicon mold.
  • parylene may be used as the second thin film part 31b.
  • Bonding the first substrate 12 and the second substrate 14 to each other may include forming at least one thermistor 20 and the at least one groove in the first substrate 12 and the second substrate 14. At least one thermistor 20 and the at least one groove may be aligned to correspond to each other and then bonded.
  • the first bonding is formed on the top surface of the first thin film portion 31a so that the first substrate 12 and the second substrate 14 can be well bonded to each other.
  • the layer 62 and forming the second bonding layer 64 are formed on the upper surface of the second thin film portion 31b, an internal space for filling the radiation absorber 34 can be defined.
  • the first substrate 12 and the second substrate 14 may be removed.
  • the first substrate 12 and the second substrate 14 may be removed using a chemical treatment method or a physical treatment method.
  • the substrate removing method is a known technique, a detailed description thereof will be omitted.
  • the second substrate 14 serves as a mold for forming the thin film portion 30 for filling the radiation absorber 34, and may be completely removed after the thin film formation is completed.
  • a part of the first substrate 12 may be removed so as not to be disturbed by other factors and to minimize the absorbed heat loss.
  • the radiation absorber 34 may be filled in the microchannel channel 32. After filling the radiation absorber 34, at least one end of the microflow channel 32 may be enclosed. The at least one end means an inflow channel 32a and an outflow channel 32b of the microflow channel 32, and the radiation absorber 34 is introduced into the microflow channel 32 through the inflow channel 32a. You can. If the radiation absorber 34 continues to be injected into the inflow channel 32a, the unnecessary radiation absorber 34 is pushed out through the outlet channel 32b after filling the internal space of the micro-channel 32. At this time, after the injection of the radiation absorber 34 is stopped, the inlet channel 32a and the outlet channel 32b are sealed using a sealing material.
  • the forming of the at least one microflow channel 30 may be performed on the first substrate 12 on which the first thin film portion 31a is formed by using an Initiated Chemical Vapor Deposition (iCVD) process.
  • iCVD Initiated Chemical Vapor Deposition
  • a second bonding layer having a thickness of several nanometers is formed by using an iCVD (Initiated Chemical Vapor Deposition) process on the second substrate 14 on which the first bonding layer 62 having a thickness is formed and the second thin film portion 31b is formed.
  • iCVD Initiated Chemical Vapor Deposition
  • the second substrate 14 is aligned so as to be positioned on the at least one or more thermistors 20 and then bonded. Finally, the second substrate 14 is physically removed completely.
  • the radiation absorber 34 is injected into the micro-channel 32 using the inflow channel 32a and the outflow channel 32b located in a part of the radiation dosimeter 100 in which the radiation absorber 34 is integrated. PET) is encapsulated in a film.
  • the radiation dosimeter 100 incorporating the radiation absorber 34 in order to control the formation position of the at least one micro-channel 32 in accordance with the direction of incidence of radiation, As shown in (b), the thin film portion 31a on which the at least one microchannel channel 32 is formed may be bent by removing at least a portion of the substrate 10.
  • a microfluidic channel 32 using a thermistor 20 and perylene on a silicon wafer substrate 10 coated with a silicon nitride insulating layer 11 is formed.
  • the radiation absorber 34 made of water (H 2 O) or tissue equivalent material into the microchannel channel 32.
  • at least a part of the silicon wafer substrate 10 is removed to fix only one side, and the silicon nitride insulating layer 11 is exposed.
  • the internal stress (intrinsic stress) between the thin film portion 30 having the micro flow channel 32 and the silicon nitride insulating layer 11 can be adjusted to produce a flat or curved shape. Therefore, by controlling the position of the radiation absorber 34, it is possible to implement a radiation dosimeter 100 incorporating a radiation absorber having an advantageous structure for dose measurement of a radiation therapy apparatus using a multidirectional beam such as a gamma knife.
  • the radiation dosimeter 100 incorporating the radiation absorber 34 may implement the micro-channel 32 without separately preparing a second substrate.
  • a silicon nitride (Si) wafer substrate 10 coated with silicon nitride (SiN) may be prepared.
  • At least one thermistor 20 may be formed on the substrate 10.
  • An electrode 40 may be formed in each of the at least one thermistor 20.
  • the thin film part 30 may be formed to cover all of the substrate 10, at least one thermistor 20, and the electrode 40.
  • the thin film part 30 may use the same material as the first thin film part 31a and the second thin film part 31b described with reference to FIGS. 1 to 5.
  • a sacrificial layer may be formed on the thin film portion 30 to form the micro flow channel 32 so that the radiation absorber 34 can be integrated thereafter.
  • the sacrificial layer (not shown) may be formed at a position corresponding to at least one thermistor 20.
  • An insulating pattern may be formed on the sacrificial layer using the same material as the thin film part 30.
  • a microfuidic channel 32 may be formed by removing at least a portion of the insulating pattern so as to integrate the radiation absorber 34 and removing the sacrificial layer by using wet etching.
  • the thermistor 20, the thin film portion 30, the sacrificial layer and the insulating pattern may use any one of a variety of physical and chemical deposition methods, in this case, since the manufacturing process is simpler because it does not go through a separate substrate bonding process In this case, the radiation dosimeter 100 having the simple structure of the radiation absorber 34 can be easily implemented.
  • FIG. 6 is a photograph of a radiation dosimeter incorporating a radiation absorber according to an embodiment of the present invention.
  • the four thermistors 20 may be divided by two and spaced apart by a predetermined distance so as to be symmetrical with each other.
  • Membrane 36 was formed on the four thermistors 20, respectively.
  • Two thermistors 20 are arranged side by side on the membrane 36 located in the upper region, and the two thermistors 20 are placed side by side on the membrane 36 located in the lower region. It was. At this time, the distance between each thermistor in one thermistor 20 pair should be formed equally in each thermistor 20 pair.
  • each pair of thermistors 20 constitutes one circuit by a gold (Au) electrode.
  • Parylene channels are each formed. Only the channel formed in the upper region of the perylene channel is injected with the radiation absorber using water, and the channel formed in the lower region is left empty. That is, the radiation absorber is injected into the region (near the white arrow) where the thermistor 20 pair in the upper region is located. The other thermistor 20 pair is set as a reference point.
  • a Wheatstone bridge is constructed using four thermistors 20 to measure the radiation energy absorbed by the radiation absorber by heat.
  • the distance between the thermistors 20, the position of the channel formation, and the like may act as an error in calculating the calorific value of the radiation absorber, so it is very important to space them apart by the same distance and to form symmetrical structures between the channels.
  • the radiation absorber 34 isolated in any one of the microchannels 32 acts as a medium for absorbing heat of radiation incident from the outside. At this time, by receiving the radiation, the water absorbed dose is calculated through the signal difference between the microchannel channel 32 in which the radiation absorber 34 is not filled and the microchannel channel 32 in which the radiation absorber 34 is filled.
  • the radiation dosimeter incorporating the radiation absorber according to the embodiment of the present invention is easy to seal the radiation absorber by forming a microfluidic channel using a MEMS process, and irradiates the channel. It can be made to absorb the radiation to be. Therefore, the present invention can be miniaturized to the micrometer level, which is easy to carry, can be applied to the measurement of the radiation dose in a small field, the absorbed dose of the radiation absorber is uniform, and the calorific value can be accurately measured to eliminate the measurement error.
  • a radiation dosimeter integrated with a radiation absorber can be realized.

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Abstract

본 발명은 기판; 온도변화를 측정할 수 있도록 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나 이상의 서미스터(thermistor); 상기 기판 상에 형성되며, 방사선 흡수물질을 채울 수 있는 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(microfluidic channel)을 구비하는 박막부; 및 방사선을 흡수하여 온도가 변하며, 상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널 내에 채워짐으로써 상기 서미스터 상에 배치되는 방사선 흡수체;를 포함하는, 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 및 그 제조방법
본 발명은 방사선에 의해 매질에 흡수되는 방사선 에너지 양을 측정하는 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 매질에 흡수된 방사선 에너지의 작용에 따른 온도변화를 감지하여 보다 정확한 흡수선량을 측정할 수 있는 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 및 그 제조방법에 관한 것이다.
환자의 치료나 수술을 위한 수단으로 방사선을 조사하는 방사선 치료/수술 장치가 사용되고 있다. 이러한 방사선 치료/수술 장치를 이용하여 방사선을 조사하여 인체를 치료 및 수술하는 방법에서 방사선은 인체에 많은 영향을 미친다. 만약, 환자에게 방사선이 과도하게 조사되었을 경우, 사망이나 조직의 괴사 등의 후유증을 발생시킬 수 있다.
이로 인해 조사되는 방사선의 량 즉, 방사선이 인체에 흡수되는 흡수선량을 정확하게 유지하여야 하며, 이를 위해서 방사성 치료/수술 장치는 방사선 조사선량을 정확하게 측정할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
이러한 방사선 조사선량을 측정하기 위한 방법으로 흡수선량을 측정하는 방법이 있다.
흡수선량은 전리방사선이 조사되는 매질내의 임의의 측정지점에서 단위 질량 당 방사선에 의하여 제공된 에너지로서 정의된다. 국제방사선 단위 측정위원회(ICRU)에서는 흡수선량 측정표준의 일반화를 위하여 1963년에 흡수선량 측정에 대한 기술적 원리를 서술식으로 표현하자는 내용을 발행하였다. 1973년에는 환자 신체의 임의의 부위에 대하여 γ-선 또는 X-선에 대한 흡수선량을 측정할 수 있는 방법을 제시하였다. 그 표기는 D로 하며 단위는 Gray와 rad(radiation absorbed dose; 1 rad=1/100 Gy)로 주어진다.
이러한 흡수선량을 측정하는 전통적인 방법은 공기 중의 임의의 한 점에서 절대측정에 의하여 정확하게 결정된 공기커마(air kerma)의 값을 공기와 매질의 환산인자(conversion factor)를 이용하여 매질 내의 같은 점에서의 흡수선량으로 택하는 이른바 간접측정법 (indirect method)이다.
그러나 이 방법은 환산인자 자체에 내재되어 있는 불확도(uncertainty)와, 측정하는 위치가 동일한 점이라 하더라도 매질 내에서와 공기 중에서 그 점의 스펙트럼의 분포가 같지 않기 때문에 만족스러울 만큼 정확한 측정방법은 아니다. 그러므로 이를 대신하여 조사되는 방사선 에너지가 매질에 흡수되어 그 매질의 온도를 증가시켜 주는 원리를 이용하여 방사선의 조사에 따른 매질의 온도변화를 직접 측정하여 흡수선량을 결정하는 열량계를 이용한 직접 측정법이 쓰이고 있다. 이 방법은 흡수선량을 불확도 1% 미만으로 매우 정확하게 구해 낼 수 있기 때문에 선진국에서는 약 20여 년 전부터 매질에 의한 흡수선량을 결정하는 국가표준장비로서 열량계를 개발하여 사용하여 왔다.
특히, 매질이 물인 경우 측정되는 물리량을 물 흡수선량이라고 부른다. 상기 물 흡수선량은 방사선을 이용한 환자의 치료 및 수술에 매우 중요한 양이다. 우리 인체는 약 70% 이상이 물로 이루어져 있기 때문에 물 흡수선량을 정확하게 측정하는 것이 환자의 방사선 치료/수술 시 환자의 피폭량에 대한 보다 정확한 평가를 할 수 있게 된다. 이로 인하여 환자의 과다한 피폭에 의한 방사선 진료 후유증을 최소화 할 수 있다. 이에 따라, 상기 물 흡수선량의 정확한 측정은 최근 그 사용이 늘어가는 방사선 치료 방법에서는 없어서는 안 될 중요한 역할을 하고 있다.
이러한 흡수선량을 측정하기 위한 장치로는 열량계를 이용한 흡수선량 측정 장치가 있으며, 이러한 흡수선량 측정장치를 구성하는 열량계로는 흑연을 이용하여 구성된 흑연열량계가 있다. 상기 흑연열량계는 흑연의 방사선에 대한 상대적 특성이 물과 유사하고, 인체의 70% 이상이 물로 이루어진 특성을 이용하여 구성한 것이다.
또한, 물의 경우에는 방사선 에너지의 양에 따른 온도 변화가 극히 적어 흡수선량을 측정하는 데 많은 어려움이 있으므로 물과 유사한 특성을 갖는 흑연을 사용하고 있는 것이다. 이러한 흑연 열량계는 상기한 바와 같이 인체에 조사되는 방사선의 양을 측정하기 위한 것 즉, 방사선 치료용 장비의 방사선 조사량을 측정하기 위한 정확한 흡수선량을 측정할 수 있어야 한다. 그러나 국내에는 아직 정확한 흡수선량을 측정할 수 있는 열량계가 개발되지 못한 상태이다.
최근에는 선장의 크기가 수 ㎜에 해당하는 소방사선장을 이용한 감마나이프(gamma knife), 선형가속기(linear accelerator) 등과 같은 치료장비가 개발되어 치료정밀도 향상에 기여하고 있으나 기존의 열량계 기반 방사선량계의 경우 선장보다 흡수체, 즉 감지부의 크기가 크기 때문에 선장내 흡수선량이 불균일한 문제를 지닌다. 방사선 측정 분야에서는 이러한 문제를 부피평균화 효과(volume averaging effect)라고 하며, 이는 소방사선장 내에서의 흡수선량 측정 오차를 야기한다.
이미 외국에서는 흡수체의 크기를 기계적 가공을 통해 소형화한 흑연열량계가 개발되었으나, 기계가공에는 한계가 있고 흑연흡수선량을 물흡수선량으로 환산하는 과정에서의 오차도 추가로 존재한다. 이를 보완할 수 있는 방사선량계는 소형화된 물 흡수체가 집적된 열량계이나 전 세계적으로 소형화된 물 흡수체를 방사선량계로 사용하고 있는 예는 전무한 상태이다.
따라서 흡수체의 크기를 선장균일도가 보장되는 영역내 위치시키면 측정 불확도를 감소시킬 수 있다. 현존하는 반도체 공정인 MEMS 공정은 위 문제를 해결하기 위한 수단으로써, 흡수체 크기를 수 ㎜ 이하까지 조절 가능하며 선장 영역보다 충분히 작은 흡수체를 제작할 수 있다. 이를 통해 소형화된 열량계를 제작하여 소방사선장에서의 선량측정정확도를 향상시킨 방사선량계를 개발할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 보다 정확한 흡수선량을 측정할 수 있으며, 구조가 간단하고, 흡수체의 크기가 선량균일도가 보장되는 영역만큼 열량계를 소형화하는 기술, 외부의 온도에 대한 변화를 적게 받는 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 전술한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계가 제공된다. 상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계는 기판; 온도변화를 측정할 수 있도록 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나 이상의 서미스터(thermistor); 상기 기판 상에 형성되며, 방사선 흡수물질을 채울 수 있는 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(microfluidic channel)을 구성하는 단열성 박막(thermally insulating thin film)부; 및 방사선을 흡수하여 온도가 변하며, 상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널 내에 채워짐으로써 상기 서미스터 상에 배치되는 방사선 흡수체;를 포함할 수 있다.
상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계에 있어서, 상기 박막부는 제 1 박막부와 적어도 하나 이상의 홈부를 구비하는 제 2 박막부를 포함하며, 상기 제 1 박막부와 상기 제 2 박막부가 서로 접합되어 일체형으로 형성됨으로써, 상기 방사선 흡수체를 채울 수 있는 내부공간을 한정할 수 있다.
상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널은 상기 방사선 흡수체가 채워진 상태에서 봉입될 수 있다.
상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계에 있어서, 상기 방사선 흡수체는 물(H2O) 또는 조직등가물질(tissue equivalent material)을 이용하여 멤스(MEMS) 구조로 집적하여 사용할 수 있다.
상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널은 상기 적어도 하나 이상의 서미스터에 각각 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계에 있어서, 다방향으로부터 입사되는 상기 방사선을 수광하기 위해 상기 기판의 일단만 고정되어 상기 박막부의 적어도 일부가 휘어진 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 제조방법이 제공된다. 상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 제조방법은 제 1 기판과 제 2 기판을 각각 준비하는 단계; 온도변화를 측정할 수 있도록 상기 제 1 기판 상에 적어도 하나 이상의 서미스터(thermistor)를 형성하는 단계; 상기 적어도 하나 이상의 서미스터와 상기 제 1 기판 상에 제 1 박막부를 형성하는 단계; 적어도 하나 이상의 홈부를 구비하는 제 2 박막부를 상기 제 2 기판 상에 형성하는 단계; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 서로 본딩(bonding)함으로써 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(microfluidic channel)을 형성하는 단계; 및 상기 마이크로유로 채널 내에 방사선을 흡수하여 온도가 변하는 방사선 흡수체를 채움으로써, 상기 서미스터 상에 상기 방사선 흡수체를 배치하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 제조방법에 있어서, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판은 상기 적어도 하나 이상의 서미스터(thermistor)와 상기 적어도 하나 이상의 홈부가 서로 마주보도록 배치되며, 상기 적어도 하나 이상의 서미스터와 상기 적어도 하나 이상의 홈부는 서로 대응되도록 정렬될 수 있다.
상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 제조방법에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널을 형성하는 단계는, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판이 서로 접합될 수 있도록, 상기 제 1 박막부의 상면 상에 제 1 접합층을 형성하고, 상기 제 2 박막부의 상면 상에 제 2 접합층을 형성할 수 있다.
상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 제조방법에 있어서, 상기 방사선 흡수체를 배치하는 단계 이후에 상기 마이크로유로 채널의 적어도 어느 일단을 봉입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 제조방법에 있어서, 상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널을 형성하는 단계 이후에, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 적어도 일부를 제거하는 단계를 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 보다 정확한 흡수선량을 측정할 수 있으며, 구조가 간단하고, 외부의 온도에 대한 변화를 적게 받는 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 구조를 개략적으로 도해하는 상면도와 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 제조방법을 설명하기 위해 개략적으로 도해한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
기존의 열량측정법 기반의 방사선량계는 측정오차를 야기한다. 방사선장의 크기는 줄어들었으나, 기존의 방사선량계의 흡수체 크기는 방사선장보다 충분히 작지 않아 선장 내에서 흡수체의 흡수선량이 균일하지 않은 문제가 있다. 이를 해결하기 위해서 흡수체의 크기를 소형화하면 되는데, 기계가공으로는 측정오차의 한계를 낮추기 어려운 문제점이 있다.
또한, 열량측정법 기반의 방사선량계는 일반적으로 물을 사용하는 경우, 방사선 에너지의 양에 따른 온도 변화가 극히 적어 흡수선량을 측정하는 데 많은 어려움이 있으며, 방사선계에 적용시 측정오차를 야기한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정을 이용하여 방사선 흡수체가 마이크로미터 스케일의 크기를 갖도록 제작하여 소방사선장에서의 정확한 절대선량을 오차없이 측정할 수 있는 열량계 기반의 방사선량계를 구현할 수 있다. 이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계 및 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 제조방법에 대해 구체적으로 후술한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 구조를 개략적으로 도해하는 상면도와 단면도이다.
도 1의 (a) 및 도 2의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체(34)를 집적한 방사선량계(100)는 기판(10), 적어도 하나 이상의 서미스터(20), 박막부(30) 및 방사선 흡수체(34)를 포함할 수 있다. 기판(10)은 예를 들어, 실리콘(Si) 기판 위에 실리콘나이트라이드(SiN)와 같은 절연층(11)이 코팅된 웨이퍼(wafer)를 사용할 수 있다. 적어도 하나 이상의 서미스터(20)는 온도변화를 측정할 수 있는 것으로서, 기판(10)의 적어도 어느 일부 상에 형성될 수 있다. 박막부(30)는 기판 상에 형성되고, 방사선 흡수 물질을 채울 수 있는 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(microfluidic channel, 32)을 구비할 수 있다. 여기서, 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(32)은 적어도 하나 이상의 서미스터(20) 상에 배치됨으로써 방사선 흡수체(34)와 적어도 하나 이상의 서미스터(20)는 각각 서로 대응되도록 배치될 수 있다.
또한, 방사선 흡수체(34)를 집적한 방사선량계(100)는 진공관(50)의 내부에 배치될 수 있다. 진공관(50)의 내부는 캐비티(cavity) 구조로 속이 빈 구조를 가지며, 그 크기가 수 ㎝ 이하 직경의 관으로서, 마이크로유로 채널(32) 내에 채워진 방사선 흡수체(34)에 의한 열 손실을 최소화하고, 온도변화를 정확하게 측정하기 위해서 진공 상태(매질이 없는 상태)로 유지할 수 있다. 여기서, 방사선 흡수체(34)는 예를 들어, 물(H2O) 또는 조직등가물질(tissue equivalent material)을 사용할 수 있으며, 이를 초소형 멤스(MEMS) 구조로 집적하여 사용할 수 있다.
멤스(MEMS) 기술은 반도체 공정 중 집적회로 기술을 응용한 미세가공 기술을 의미하는 것으로서, 마이크로 단위의 초소형 센서 또는 전기 기계적 구조물을 제작하는데 일반적으로 사용되는 기술이다. 이에 상기 멤스 기술을 본 발명에 적용함에 따라 방사선 흡수체(34)를 집적하는 구조물 등을 혁신적으로 축소하는 것이 가능하다. 따라서 상기 멤스 기술을 이용하여 초소형 멤스(MEMS) 구조로 형성하고, 상술한 방사선 흡수체(34)를 집적하여 구조가 간단하면서도 보다 정확한 흡수선량을 측정할 수 있고, 외부의 온도에 대한 변화를 적게 받는 방사선량계를 제조할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 도 1의 (b) 내지 (d) 및 도 2의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체(34)를 집적한 방사선량계(100)는 기판(10) 상에 적어도 하나 이상의 서미스터(20)를 형성하고, 적어도 하나 이상의 서미스터(20)로서 동작하도록 전극(40) 패턴(pattern)에 의해서 전기적으로 연결될 수 있다. 도 1의 (b) 내지 (d)는 도 1의 (a)에 표시된 W 영역을 확대한 평면도와 단면도이다.
기판(10)과 적어도 하나 이상의 서미스터(20) 상에 박막부(30)가 형성될 수 있다. 박막부(30)는 절연재료로 형성되고, 예를 들어, 방수와 절연재료로 대표되는 페릴렌(parylene)과 같은 고분자 재료를 사용할 수 있다. 상기 페릴렌 이외에도 마이크로유로 채널(32) 내에 배치되는 방사선 흡수체(34)가 외부로 노출되지 않도록 실링할 수 있는 재료, 예를 들어, 에폭시(epoxy)와 같은 재료 등을 사용하여도 무방하다. 여기서, 마이크로유로 채널(32)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 직육면체 형상을 가지도록 형성될 수 있으나, 구형과 같은 형상을 갖도록 형성될 수도 있다.
도 2에서 구체적으로 도시되지는 않았으나, 마이크로유로 채널(32)은 서미스터(20) 2개가 하나의 쌍이 나란하게 배치된 영역 상에 형성될 수 있다. 이 경우, 서미스터(20)는 극성을 띄는 물에 의해서 영향을 받지 않도록 박막부층에 의해 절연될 수 있다.
또한, 마이크로유로 채널(32)은 방사선 흡수체(34)가 유입되거나 유출될 수 있도록 유입 채널(in-let channel, 32a)과 유출 채널(out-let channel, 32b)을 포함할 수 있다. 마이크로유로 채널(32), 유입 채널(32a) 및 유출 채널(32b)의 내부에는 방사선 흡수체(34)가 채워져 있고, 방사선 흡수체(34)가 외부로 유출되지 않도록 유입 채널(32a)의 일단과 유출 채널(32b)의 일단은 각각 차단되어 봉입될 수 있다.
마이크로유로 채널(32) 중 어느 하나에 고립된 방사선 흡수체(34)는 외부로부터 입사되는 방사선의 열을 흡수하는 매질로서 작용한다. 이 때, 상기 방사선을 직접 수광함으로써 방사선 흡수체(34)의 온도변화를 직접적으로 감지하여 물 흡수선량을 계산할 수 있다. 또는, 마이크로유로 채널(32)이 구비된 방사선량계를 항온방식을 이용하여 마이크로유로 채널(32)의 온도와 항온조의 온도를 동일하게 유지시켜주면서, 온도유지에 필요한 추가적 전력(power)의 변화를 측정하여 물 흡수선량을 계산할 수 있다.
한편, 도 2의 (b)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계(100)는 다방향으로부터 입사되는 방사선을 수광하기 위해서, 기판(10)의 어느 일단만 고정되어 마이크로유로 채널(32)이 휘어진 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 (a)와 같이, 마이크로유로 채널(32)이 평평한 구조를 갖는 방사선량계의 경우, 기판(10)의 우측 부분으로 인하여 마이크로유로 채널(32)에 입사되는 방사선의 측정에 균일성이 떨어지게 된다. 반면에, 도 2의 (b)와 같이, 기판(10)이 위치한 방향 즉, 아래 방향으로 마이크로유로 채널(32)의 일부가 휘어진 구조를 갖는다면, 마이크로유로 채널(32) 하부에 기판이 존재하게 되어 입사되는 방사선을 더 정확히 측정할 수 있다. 이에 따라, 감마나이프와 같이 다방향성 빔을 이용하는 방사선 치료 장치의 선량 측정에 유리한 구조를 가질 수 있다. 이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계(100)의 제조방법에 대해서 살펴본다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 제조방법을 설명하기 위해 개략적으로 도해한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체(34)를 집적한 방사선량계(100)의 제조방법은 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14)을 각각 준비하는 단계, 온도변화를 측정할 수 있도록 제 1 기판(12) 상에 적어도 하나 이상의 서미스터(thermistor, 20)를 형성하는 단계, 적어도 하나 이상의 서미스터(20)와 제 1 기판(12) 상에 제 1 박막부(31a)를 형성하는 단계, 적어도 하나 이상의 홈부를 구비하는 제 2 박막부(31b)를 제 2 기판(14) 상에 형성하는 단계, 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14)을 서로 본딩(bonding)함으로써 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(microfluidic channel, 32)을 형성하는 단계 및 마이크로유로 채널(32) 내에 방사선을 흡수하여 온도가 변하는 방사선 흡수체(34)를 채움으로써, 서미스터(20) 상에 방사선 흡수체(34)가 대응되도록 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 제 1 기판(12)을 준비하는 단계는, 깨끗하게 세정된 제 1 기판(12) 상에 적어도 하나 이상의 서미스터(20)를 형성하는 단계, 적어도 하나 이상의 서미스터(20)의 적어도 어느 일부에 전극(40)을 형성하는 단계 및 제 1 기판(12), 적어도 하나 이상의 서미스터(20) 및 전극(40)을 모두 덮도록 제 1 박막부(31a)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들면, 제 1 기판(12)을 준비하는 단계는, 온도 측정을 위한 센서를 집적하는 단계를 의미한다. 실리콘나이트라이드(SiN) 웨이퍼 기판 상에 적어도 하나 이상의 서미스터(20)를 형성한다. 적어도 하나 이상의 서미스터(20)는 고민감도를 갖는 재료인 바나듐옥사이드(VOx)를 스퍼터링(sputtering) 공정을 통해서 제 1 기판(12)의 적어도 일부에 박막 패턴을 형성할 수 있다. 이후에 특정 어닐링(annealing) 조건에서 상기 바나듐옥사이드는 V2O5 상(phase)을 가지게 된다. 그리고, 서미스터(20)로서 작동하도록 금(Au)과 같은 전기전도성이 우수한 금속 성분을 함유하는 전극(40)을 증착할 수 있다. 전극(40)을 형성한 이후에 페릴렌(parylene)을 제 1 박막부(31a)로 형성할 수 있다.
한편, 제 2 기판(14)을 준비하는 단계는, 깨끗하게 세정된 제 2 기판(14)의 적어도 일부에 홈부를 형성하는 단계 및 상기 홈부가 형성된 제 2 기판(14)에 제 2 박막부(31b)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들면, 제 2 기판(14)을 준비하는 단계는, 온도 센서 상에 방사선 흡수체(34)를 형성하기 위한 몰드(mold)를 제조하는 단계를 의미한다. 물을 이용한 방사선 흡수 채널 모양과 같은 실리콘(Si) 몰드를 건식식각(dry etching) 기법을 이용하여 적어도 하나 이상의 홈부를 형성할 수 있다. 이후에, 플루오르화실란(FOTS, Tridecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrichlorosilane)을 이용하여 상기 실리콘 몰드의 표면을 처리한다. 여기서, 상기 플루오르화실란(FOTS)는 상기 실리콘 몰드에서 제 2 박막부(31b)가 잘 떨어져 나갈 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 이후에 페릴렌(parylene)을 제 2 박막부(31b)로서 사용할 수 있다.
제 1 기판(12)과 제 2 기판(14)을 서로 본딩하는 단계는, 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14)은 적어도 하나 이상의 서미스터(20)와 상기 적어도 하나 이상의 홈부가 서로 마주보도록 배치하되, 적어도 하나 이상의 서미스터(20)와 상기 적어도 하나 이상의 홈부가 서로 각각 대응되도록 정렬시킨 후 본딩될 수 있다.
적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(32)을 형성하는 단계에서, 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14)이 서로 잘 접합될 수 있도록, 제 1 박막부(31a)의 상면 상에 제 1 접합층(62)을 형성하고, 제 2 박막부(31b)의 상면 상에 제 2 접합층(64)을 형성함으로써 방사선 흡수체(34)를 채울 수 있는 내부공간을 한정할 수 있다.
적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(32)을 형성하고 난 이후에 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14)의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 제 1 기판(12)과 제 2 기판(14)은 화학적 처리 방법 또는 물리적 처리 방법을 이용하여 제거될 수 있다. 여기서, 상기 기판 제거방법은 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 제 2 기판(14)은 방사선 흡수체(34)를 채우기 위한 박막부(30)를 형성하는 몰드로써 작용하며, 박막 형성이 완료된 후 완전히 제거될 수 있다. 또, 방사선 흡수체(34)의 온도 변화에 있어서, 다른 요인들로 인해서 방해받지 않도록 함과 동시에 흡수된 열 손실을 최소화하기 위해서, 제 1 기판(12)의 일부가 제거될 수 있다.
한편, 제 2 기판(14)이 제거된 이후에 마이크로유로 채널(32)의 내부에 방사선 흡수체(34)를 채울 수 있다. 방사선 흡수체(34)를 채운 이후에 마이크로유로 채널(32)의 적어도 어느 일단을 봉입할 수 있다. 상기 적어도 어느 일단은 마이크로유로 채널(32)의 유입 채널(32a)과 유출 채널(32b)을 의미하며, 유입 채널(32a)을 통해서 마이크로유로 채널(32)의 내부에 방사선 흡수체(34)를 유입시킬 수 있다. 유입 채널(32a)로 방사선 흡수체(34)를 계속 주입하면, 마이크로유로 채널(32)의 내부공간을 모두 채운 이후에 유출 채널(32b)을 통해서 불필요한 방사선 흡수체(34)가 밀려 나오게 된다. 이 때, 방사선 흡수체(34)의 주입을 정지한 후 유입 채널(32a)과 유출 채널(32b)을 실링(sealing) 재료를 사용하여 봉입한다.
예를 들면, 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(30)을 형성하는 단계는, 제 1 박막부(31a)가 형성된 제 1 기판(12) 상에 iCVD(initiated Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용하여 수 나노미터 두께의 제 1 접합층(62)을 형성하고, 제 2 박막부(31b)가 형성된 제 2 기판(14) 상에 iCVD(initiated Chemical Vapor Deposition) 공정을 이용하여 수 나노미터 두께의 제 2 접합층(64)을 형성한다.
이후에, 제 2 기판(14)의 적어도 하나 이상의 홈부가 적어도 하나 이상의 서미스터(20) 상에 위치하도록 정렬(align)한 후 본딩(bonding)한다. 마지막으로, 물리적으로 제 2 기판(14)을 완전히 제거한다. 방사선 흡수체(34)를 집적한 방사선량계(100)의 일부에 위치한 유입 채널(32a)과 유출 채널(32b)을 이용하여 방사선 흡수체(34)를 마이크로유로 채널(32) 내에 주입한 뒤 폴리에스테르(PET) 필름(film)으로 봉입한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 흡수체(34)를 집적한 방사선량계(100)은 방사선의 입사 방향에 따라 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(32)의 형성 위치를 제어하기 위해서, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 적어도 일부를 제거함으로써 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(32)이 형성된 박막부(31a)를 휘어지게 제조할 수 있다.
예를 들면, 실리콘나이트라이드(SiN) 절연층(11)이 코팅된 실리콘 웨이퍼(Si wafer) 기판(10) 상에 서미스터(20)와 페릴렌(perylene)을 이용한 마이크로유로 채널(microfluidic channel, 32)을 형성하고, 마이크유로 채널(32)의 내부에 물(H2O) 또는 조직등가물질(tissue equivalent material)로 이루어진 방사선 흡수체(34)를 집적한다. 이 때, 실리콘 웨이퍼 기판(10)의 적어도 일부를 제거하여 한쪽만 고정을 하고, 실리콘나이트라이드 절연층(11)을 노출시킨다. 이 경우, 마이크로유로 채널(32)을 구비하는 박막부(30)와 실리콘나이트라이드 절연층(11)간의 내부 응력(intrinsic stress)을 조절하여 평평하거나 휘어진 형태로 제작할 수 있다. 따라서 방사선 흡수체(34)의 위치를 제어함으로써 감마나이프와 같이 다방향성 빔을 이용하는 방사선 치료 장치의 선량 측정에 유리한 구조를 갖는 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계(100)를 구현할 수 있다.
한편, 도면으로 도시되지는 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 흡수체(34)를 집적한 방사선량계(100)는 제 2 기판을 별도로 준비하지 않고도 마이크로유로 채널(32)을 구현할 수도 있다. 예를 들면, 실리콘나이트라이드(SiN)이 코팅된 실리콘(Si) 웨이퍼 기판(10)을 준비할 수 있다. 기판(10) 상에 적어도 하나 이상의 서미스터(20)를 형성할 수 있다. 적어도 하나 이상의 서미스터(20) 각각에 전극(40)을 형성할 수 있다.
기판(10), 적어도 하나 이상의 서미스터(20) 및 전극(40)을 모두 덮도록 박막부(30)를 형성할 수 있다. 여기서, 박막부(30)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 제 1 박막부(31a)와 제 2 박막부(31b)와 동일한 재료를 사용할 수 있다.
이후에 방사선 흡수체(34)를 집적할 수 있도록 마이크로유로 채널(32)을 형성하기 위해서, 박막부(30) 상에 희생층(미도시)을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 희생층(미도시)은 적어도 하나 이상의 서미스터(20)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 희생층 상에 박막부(30)와 동일한 재료로 절연패턴을 형성할 수 있다. 방사선 흡수체(34)를 집적할 수 있도록 상기 절연패턴의 적어도 일부를 제거하고, 습식 식각을 이용하여 상기 희생층을 제거함으로써 마이크로유로 채널(microfuidic channel, 32)을 형성할 수 있다.
서미스터(20), 박막부(30), 상기 희생층 및 상기 절연패턴은 다양한 물리적, 화학적 증착방법 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 이 경우, 별도의 기판 본딩 공정을 거치지 않으므로 제조단계가 더 단순하며, 구조가 간단한 방사선 흡수체(34)를 집적한 방사선량계(100)를 쉽게 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 사진이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 평판형(prototype)의 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계를 구현한 것으로서, 도 6의 (a)에서, 위쪽 영역과 아래쪽 영역에 4개의 서미스터(20)를 2개씩 구분하여 서로 대칭되도록 소정의 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다. 4개의 서미스터(20) 상에 멤브레인(membrane, 36)을 각각 형성하였다. 위쪽 영역에 위치한 멤브레인(36) 상에 2개의 서미스터(20)를 하나의 쌍으로 나란하게 배치하고, 아래쪽 영역에 위치한 멤브레인(36) 상에도 2개의 서미스터(20)를 하나의 쌍으로 나란하게 배치하였다. 이 때, 하나의 서미스터(20) 쌍에서 각 서미스터간 이격거리는 각 서미스터(20) 쌍 내에서 동일하게 형성되어야 한다.
도 6의 (b)를 참조하면, 도 6의 (a)에서 멤브레인(36)이 형성된 영역을 확대한 것으로서, 각 서미스터(20) 쌍은 금(Au) 전극에 의해서 하나의 회로를 구성하게 된다. 페릴렌 채널(parylene channel)이 각각 형성된다. 상기 페릴렌 채널 중 위쪽 영역에 형성된 채널에만 물을 이용한 방사선 흡수체를 주입하고, 아래쪽 영역에 형성된 채널은 비워둔다. 즉, 위쪽 영역의 서미스터(20) 쌍이 위치한 영역(흰색 화살표 부근)에 방사선 흡수체를 주입한다. 다른 하나의 서미스터(20) 쌍은 기준점으로 둔다.
위쪽 또는 아래쪽 멤브레인(36) 중 어느 하나에 방사선 흡수체를 채널에 주입한 뒤, 방사선을 조사하면, 두 채널간의 신호(signal)의 차이를 통하여 물 흡수선량을 계산하게 된다. 도 6에 의하면, 총 4개의 서미스터(20)를 이용해 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)를 구성하여 방사선 흡수체에 흡수된 방사선 에너지를 열로써 측정하게 된다. 여기서, 각 서미스터(20)간 거리, 채널의 형성 위치 등은 방사선 흡수체의 열량을 계산하는데 오차로 작용할 수 있기 때문에 동일한 거리만큼 이격시키고, 각 채널간 서로 대칭구조를 갖도록 형성하는 것이 매우 중요하다.
또한, 마이크로유로 채널(32) 중 어느 하나에 고립된 방사선 흡수체(34)는 외부로부터 입사되는 방사선의 열을 흡수하는 매질로서 작용한다. 이 때, 상기 방사선을 수광함으로써 방사선 흡수체(34)가 채워지지 않은 마이크로유로 채널(32)과 방사선 흡수체(34)가 채워진 마이크로유로 채널(32)간의 신호 차이를 통해서 물 흡수선량을 계산하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계는 MEMS 공정을 이용하여 미세유로 채널(microfluidic channel)을 형성함으로써 방사선 흡수체를 실링(sealing)하기 용이하며, 상기 채널에 조사되는 방사선을 흡수할 수 있도록 할 수 있다. 따라서 본 발명은 마이크로미터 수준으로 소형화함으로써, 휴대가 용이하고, 작은 필드의 방사선량 측정에 응용 가능하고, 방사선 흡수체의 흡수선량을 균일하며, 열량을 정확하게 측정할 수 있어 측정오차를 제거할 수 있는 방사선 흡수체를 집적한 방사선량계를 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 기판;
    온도변화를 측정할 수 있도록 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나 이상의 서미스터(thermistor);
    상기 기판 상에 형성되며, 방사선 흡수물질을 채울 수 있는 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(microfluidic channel)을 구비하는 박막부; 및
    방사선을 흡수하여 온도가 변하며, 상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널 내에 채워짐으로써 상기 서미스터 상에 배치되는 방사선 흡수체;
    를 포함하는,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막부는 제 1 박막부와 적어도 하나 이상의 홈부를 구비하는 제 2 박막부를 포함하며,
    상기 제 1 박막부와 상기 제 2 박막부가 서로 접합되어 일체형으로 형성됨으로써, 상기 방사선 흡수체를 채울 수 있는 내부공간을 한정하는,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널은 상기 방사선 흡수체가 채워진 상태에서 봉입된 것인,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사선 흡수체는 물(H2O) 또는 조직등가물질(tissue equivalent material)을 이용하여 멤스(MEMS) 구조로 집적하여 사용할 수 있는,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널은 상기 적어도 하나 이상의 서미스터에 각각 대응되는 위치에 형성되는,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    다방향으로부터 입사되는 상기 방사선을 수광하기 위해 상기 기판의 일단만 고정되어 상기 박막부의 적어도 일부가 휘어진 구조를 갖는,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계.
  7. 제 1 기판과 제 2 기판을 각각 준비하는 단계;
    온도변화를 측정할 수 있도록 상기 제 1 기판 상에 적어도 하나 이상의 서미스터(thermistor)를 형성하는 단계;
    상기 적어도 하나 이상의 서미스터와 상기 제 1 기판 상에 제 1 박막부를 형성하는 단계;
    적어도 하나 이상의 홈부를 구비하는 제 2 박막부를 상기 제 2 기판 상에 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 서로 본딩(bonding)함으로써 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널(microfluidic channel)을 형성하는 단계; 및
    상기 마이크로유로 채널 내에 방사선을 흡수하여 온도가 변하는 방사선 흡수체를 채움으로써, 상기 서미스터 상에 상기 방사선 흡수체를 배치하는 단계;
    를 포함하는,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판은 상기 적어도 하나 이상의 서미스터(thermistor)와 상기 적어도 하나 이상의 홈부가 서로 마주보도록 배치되며, 상기 적어도 하나 이상의 서미스터와 상기 적어도 하나 이상의 홈부는 서로 대응되도록 정렬되는,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널을 형성하는 단계는,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판이 서로 접합될 수 있도록,
    상기 제 1 박막부의 상면 상에 제 1 접합층을 형성하고, 상기 제 2 박막부의 상면 상에 제 2 접합층을 형성하는,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 방사선 흡수체를 배치하는 단계 이후에 상기 마이크로유로 채널의 적어도 어느 일단을 봉입하는 단계를 포함하는,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 제조방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 마이크로유로 채널을 형성하는 단계 이후에, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 적어도 일부를 제거하는 단계를 수행하는,
    방사선 흡수체를 집적한 방사선량계의 제조방법.
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