2013년 시장 규모

R&D 전문기업 적합형 flexible display 기술 개발 조사 분석 미래창조과학부

약 문 1. 제목 : 특화된 R&D 전문기업 적합형 flexible display 기술 개발 조사 분석 2. 사업의 목적 및 필요성 현재 디스플레이 산업의 경우, LCD가 지배적이나 AMOLED를 거쳐 Flexible 한 형태로 진화할 예정 삼성 등에서 연구개발 수준의 플렉서블 디스플레이를 개발하였으나, 실제로 상용화되기 위해서는 많은 기술적 난제를 해결할 필요 플렉서블 디스플레이 산업의 경우, 대규모 투자가 필요한 산업으로 제조 등의 경우 대기업에서의 추진이 필요하나 실제 제조를 위한 공정 개선, 소재 탐색, 검사 및 장비 구현 등의 경우 R&D 특화 전문 중소형 강소기업에서 추진할 필요 현재 플렉서블 디스플레이 산업화를 위해서는, 전자 인쇄 기술 등의 공정 혁 신을 통한 변화가 필요하며, 현재 공정의 연장선상에서 유연화를 위한 기술 진보도 필요 공정 뿐 아니라 검사 등의 영역에 있어서도 현재 무기물 검사 위주의 공정에 서 유기물 검사가 가능한 영역으로 진화할 필요 단기적으로 공정 확립이 필요한 대규모 AMOLED의 경우에도 유기물 공정, 검사가 필요 박근혜 정부의 경우 기술기반형 창조경제를 통해 중소기업을 육성하는 정책 을 수립 중 플렉서블 디스플레이는 대규모 산업으로 발전할 대기업 제조이나, 부품, 공 - 1 -

, 검사 등의 장비, 소재 등을 제공할 국내 강소기업이 필요 - 기존 반도체 산업의 경우, 장비, 부품 등의 국산화가 늦어져 해외 기술 종 속이 일부 일어나는 상황 이스라엘, 대만, 싱가폴 등은 특화된 R&D전문기업 중심으로 산업 구조가 진 행되어 창조경제의 벤치마킹 대상 플렉서블 디스플레이 산업으로의 진입을 위한 요소기술 획득을 위해 이미 이스라엘, 대만, 싱가폴 등은 중소기업 차원의 요소연구가 진행 해외 유수의 대학, 연구기관 뿐 아니라 실제 상용화를 위한 전진기지인 특화 된 R&D전문기업의 동향을 조사, 분석하여 산업화에 가까운 요소기술 정보를 획득할 필요 플렉서블 디스플레이의 경우, 핵심 기술인 공정, 검사에 있어 추진되고 있는 해외 사례 수집을 통해 우리나라가 글로벌 경쟁력을 확보할 필요 3. 사업의 내용 및 범위 해외 유수의 대학, 연구기관과 상용화 전진기지인 특화된 R&D전문기업의 동 향을 조사하여 플렉서블 디스플레이 산업화를 위한 요소기술 정보 획득 핵심 기술인 공정, 검사에 있어 추진되고 있는 해외 사례 수집을 통해 우리 나라 창조경제 진입을 위한 글로벌 경쟁력을 확보 전자 인쇄 기술 강국인 미국, 유럽 등의 기술 정보 획득과 Thin Laser Guide Pannel(LGP) 기술 등 핵심 공정 기술 정보 확보 LCD 기반으로 유연화가 사업화 단계에서 진행 중인 Thin LGP의 경우, 대 만, 싱가폴, 이스라엘 등의 강소 R&D전문기업의 정보 획득 유연 디스플레이 검사를 위한 유기물 검사장치의 경우, IT기반 바이오 산업 진입까지 고려한 기술이 진행 중이므로 정보획득이 시급 이스라엘 등의 강소 R&D전문기업의 정보 획득을 통해 우리나라가 강점을 지닌 분야의 원천기술 확보 - 1 -

4. 결과 차세대 디스플레이인 플렉서블 디스플레이 구현을 위해, 창조경제형 해외 중 소 R&D 전문기업 및 학연이 에지기술로 접근하는 영역을 조사 우리나라는 삼성 등 대기업 위주로 세계적 디스플레이 제조업을 구축하였으 나 장비, 소재 등 핵심 요소기술의 경쟁력은 취약하여 일자리 중심의 특화 된 R&D전문 강소형 중소기업 발굴이 절실 이스라엘, 싱가폴 등 대기업 생산기지가 없는 국가는 특화된 R&D전문 강소 형 중소기업을 통한 고부가 요소기술에, 미국, 유럽 등은 생산기지는 중국 등 에 두고 고부가 강점 기술에 중점 유기물 공정에 따라 대기압 유기 검사가 필요하고 전자 인쇄 등이 공정을 위한 핵심기술로 떠오르며, 중간단계로 초박형 LCD공정기술이 필요 유기물을 검사할 수 있는 장치로 많은 유수의 검사장비기업이 많은 노력을 하였으나 이스라엘의 B-nano 社 에서 air-sem개발 대기압 상태에서도 SEM 이미지를 약 10만배까지 볼 수 있는 기기로 현재 저수율로 고생 중인 AMOLED 및 플렉서블 공정에 필수적 나아가, 바이오 검사 장비 등으로 활용 가능 전자인쇄 공정은 저온에서 증착이 가능하여, 플렉서블 공정뿐 아니라, 소량 다품종 산업에 적합 미국의 UIUC에서 200nm 선폭의 공정이 가능한 방법을 연구하여 아직 대량 공정에서는 공정 시간의 장기화로 쓰기어렵지만, 배선 수리 등에 단기적으 로 사용 가능 전자피부, 웨어러블 디바이스, 3D프린팅 등 소량 다품종 공정에 사용을 모색 중이며, 접거나 펼칠수 있는 디스플레이로 활용 가능 - 2 -

LCD 동향은 해외 경쟁사인 Apple의 동향 확보로, 이에 필요한 적합 공정기술을 확보 레이저를 이용한 LGP가공기술은 초박형LCD을 위한 bottle-neck기술로 itv 등 애플의 주력상품에 꼭 필요한 무기화 기술로 가능 5. 정보조사의 활용계획 5.1 수집된 정보를 활용한 실적(성과) 및 활용실태 유기검사 분야로는 반도체, 디스플레이의 in-line측정 대응 기술에 대해 현재 관련 연구가 진행 중인 연구자와 정보 교류를 통해 연구 성과 창출 인쇄전자 분야에서는 Foldable Display가 현재 정부 R&D로 기획 중이며, S 社 도 개발 Road map에 포함되어 국익 창출 초박형 LCD 가공 기술 분야는 중소기업인 B 社 와 정보 교류로 중기청 과제 제안, apple과 접촉을 원하는 기업 및 국내 경쟁사에 정보 제공으로 국익 창 출 전반적으로 우리나라가 그동안 유지하던 대규모 성과 중심의 R&D전략에서 벗어나 창조경제형 R&D*로 패러다임 전환 필요 * 일자리 창출형 강소형 중소기업 육성을 위한 규모보다 부가가치를 고려한 공백, 에지기술 및 소량 다품종 기술 등 5.2 향후 기대 효과(수집된 정보의 향후 활용 기대 효과) 유기검사 분야 획득 정보의 특허 회피 등을 통해 Bio 등으로의 활용을 위한 thin membrane, low-electron beam 등 기술 선점을 위한 기획방향 확보 - 3 -

아래와 같은 기획 방향 도출 단기적으로 AMOLED, 플렉서블 디스플레이 및 TSP 배선 복원 장기적으로는 인쇄전자 기술의 강점(소량 다품종)을 살린 맞춤형 wearable device, 3D printing, Bio 적용 등이 가능 초박형 LCD 가공 기술 분야에 도출된 LGP가공을 위한 Laser기술은 향후, fs-laser 방식 등과 융합할 경우, Flexible기판의 선택 가공 가능 해외동향 조사 결과, 우리나라가 창조경제 창출형 R&D 및 산업을 위해 고부 가 소량 다품종 산업에 많은 추가조사가 절실 현재 3D프린팅과 같은 산업 혁신을 이룰 기기의 보편화는 개인 맞춤형 트렌 드를 주도할 예정으로 이러한 트렌드와 관련된 해외주요국가의 강점을 조사 분석할 필요 현재 우리나라가 대기업 위주의 성장전략으로 인해 규모의 경제만이 진입 가 능한 대량 소품종 위주의 산업 구조로 스마트폰 등의 위축 시 국가 위기 초 래 가능성 반도체의 경우도 메모리 위주의 성장이며, 고부가 비메모리 영역(소량 다품 종)에서는 약세가 지속 미국 사례만 보더라도 NASA 등의 혁신기술을 실리콘밸리 기업으로 확산하 여 High Power Device, 맞춤형 센서, 로직 Device 등 비메모리 분야 고부가 기술을 산업화 이러한 중소기업에 적합한 창조경제형 강소 기술의 발굴을 위해 해외 동향 의 추가 조사가 더욱 절실한 상황 - 4 -

목 차 제1장 서론 제2장 국내외 기술개발 현황 제3장 사업 내용 제4장 사업 목표 달성도 및 국내 파급효과 제5장 사업 결과의 활용 - 5 -

제 1 장 서론. 배경 및 필요성 현재 디스플레이 산업의 경우, LCD가 지배적이나 AMOLED를 거쳐 Flexible 한 형태로 진화할 예정 삼성 등에서 연구개발 수준의 플렉서블 디스플레이를 개발하였으나, 실제로 상용화되기 위해서는 많은 기술적 난제를 해결할 필요 플렉서블 디스플레이 산업의 경우, 대규모 투자가 필요한 산업으로 제조 등의 경우 대기업에서의 추진이 필요하나 실제 제조를 위한 공정 개선, 소재 탐색, 검사 및 장비 구현 등의 경우 R&D 특화 전문 중소형 강소기업에서 추진할 필요 현재 플렉서블 디스플레이 산업화를 위해서는, 전자 인쇄 기술 등의 공정 혁 신을 통한 변화가 필요하며, 현재 공정의 연장선상에서 유연화를 위한 기술 진보도 필요 공정 뿐 아니라 검사 등의 영역에 있어서도 현재 무기물 검사 위주의 공정에 서 유기물 검사가 가능한 영역으로 진화할 필요 단기적으로 공정 확립이 필요한 대규모 AMOLED의 경우에도 유기물 공정, 검사가 필요 박근혜 정부의 경우 기술기반형 창조경제를 통해 중소기업을 육성하는 정책 을 수립 중 플렉서블 디스플레이는 대규모 산업으로 발전할 대기업 제조이나, 부품, 공 정, 검사 등의 장비, 소재 등을 제공할 국내 강소기업이 필요 - 기존 반도체 산업의 경우, 장비, 부품 등의 국산화가 늦어져 해외 기술 종속 이 일부 일어나는 상황 - 6 -

, 대만, 싱가폴 등은 특화된 R&D전문기업 중심으로 산업 구조가 진 행되어 창조경제의 벤치마킹 대상 플렉서블 디스플레이 산업으로의 진입을 위한 요소기술 획득을 위해 이미 이스라엘, 대만, 싱가폴 등은 중소기업 차원의 요소연구가 진행 해외 유수의 대학, 연구기관 뿐 아니라 실제 상용화를 위한 전진기지인 특화 된 R&D전문기업의 동향을 조사, 분석하여 산업화에 가까운 요소기술 정보를 획득할 필요 플렉서블 디스플레이의 경우, 핵심 기술인 공정, 검사에 있어 추진되고 있는 해외 사례 수집을 통해 우리나라가 글로벌 경쟁력을 확보할 필요 나. 사업 목표 해외 유수의 대학, 연구기관과 상용화 전진기지인 특화된 R&D전문기업의 동 향을 조사하여 플렉서블 디스플레이 산업화를 위한 요소기술 정보 획득 핵심 기술인 공정, 검사에 있어 추진되고 있는 해외 사례 수집을 통해 우리 나라 창조경제 진입을 위한 글로벌 경쟁력을 확보 전자 인쇄 기술 강국인 미국, 유럽 등의 기술 정보 획득과 Thin Laser Guide Pannel(LGP) 기술 등 핵심 공정 기술 정보 확보 LCD 기반으로 유연화가 사업화 단계에서 진행 중인 Thin LGP의 경우, 대 만, 싱가폴, 이스라엘 등의 강소 R&D전문기업의 정보 획득 유연 디스플레이 검사를 위한 유기물 검사장치의 경우, IT기반 바이오 산업 진입까지 고려한 기술이 진행 중이므로 정보획득이 시급 이스라엘 등의 강소 R&D전문기업의 정보 획득을 통해 우리나라가 강점을 지닌 분야의 원천기술 확보 - 7 -

. 기술조사단 활동계획 미국, 유럽 등 유연 디스플레이 공정 관련 정보 획득을 위해 관련 인사와 미 팅을 통한 정보 수집 단기 사업화가 가능하고 창조경제 창출 가능성이 큰 특화된 R&D 전문기업 적합형 flexible display 기술의 경우 기업 추진 현황 정보 획득 해외 전문가, 전문기관의 경우 방문, 학회 장소 등에서의 접촉, 초청 등 가능 한 방법을 유연하게 활용 해외 전문가에게 정보 수집을 위한 자문료 등을 활용하여 전문가 소속 기관 정보 및 가능시 해외 타동향까지 정보 수집의 범위를 확대 국내 관련 전문가 회의를 통해 정보를 수집하고, 필요 시 국내 전문가의 자 문, 출장 지원, 해외 접촉과학자 자문료 지원 등 추진 관련 학회 참여, 문헌 수집 등을 통해 정보 획득 병행 추진 라. 기술정보 활용 및 보급계획 국내 관련 전문가, 강소형 중소기업 등에 정보를 제공하고 KISTI 등 정보 관 리 기관을 통해 확산 관련 학회 참여, 세미나 등을 통해 전문가 및 관련 업체 대상 정보 제공에 주력 유용한 정보 체득 시 미래창조과학부의 연구개발사업/과제 기획 등에 반영 할 수 있도록 정보 제공 연구개발 예산 조정 배분 시에 첨단융복합 전문위 활동을 통해 의견을 개진 - 8 -

제 2 장 국내외 기술개발 현황. 유기 검사를 위한 전자현미경 분야 2013년 시장 규모 전자현미경* 시장 : 2008년 대비 55% 증가 광학현미경 시장 : 2008년 대비 34% 증가 현미경 전체 시장이 증가하고 있으며 광학 현미경보다 전자현미경 시장이 급속히 성장하고 있음 산업/기술 전반에 걸쳐 미세관찰용 시장에서 광학현미경의 한계에 도달, 전 자현미경의 수요 증가 세계 시장 기준 2008년 약 1.5Billion(1.7조원), 2016년 약 3.2Billion(3.5조원)예 상 전자현미경(Electron Microscope)* : 광학현미경(Light Microscope)에서 사용하 는 가시광선(visible rays) 대신 전자선(electron beam)을, 또한 유리렌즈(glass lens) 대신에 전자렌즈(electron lens)를 사용하여 물체의 확대상을 만드는 장 치 [표 2-1] 전자현미경의 시장규모 - 9 -

광선 대신에 전자 빔을 사용하기 때문에 현미경의 내부는 진공 상태여야 한다. 전자는 공기와 충돌하여 에너지가 소실되거나 굴절되는 등 원하는 대로 제어하기 어렵기 때문이다. 전자현미경은 표본과 대물렌즈와 렌즈 사이의 거리는 일정하지만 중간렌즈와 투영렌즈의 코일에 통하는 전류의 세기에 의해 배율이 결정되며 상의 초점은 대물렌즈의 코일에 흐르는 전류에 의해 조절된다. 광학현미경은 실제의 상을 볼 수 있지만 전자현미경은 형광판이나 사진판을 통해 상을 볼 수 있다. 광학현미경은 표본의 빛을 흡수/반사함으로써 상이 형성되는 반면, 전자현미 경에서는 전자선이 시료의 표면에 충돌하면서 발생하는 이차 전자, 산란전자, 투과전자, X-Ray 등을 측정하여 표면의 형태를 영상으로 나타낸다. 전자현미경의 특징 최근 정보기기들의 극소화 추세 뿐만 아니라 첨단 소재 분야에서도 극미세 기술의 산업화로 인해미세구조물 또는 재료의 표면형상에 대한 정보를 절실 히 요구되고 있다. 특히, 1990년대 후반부터 전세계적으로 나노연구가 활발 해지면서 나노물질의 구조와 특성을 규명하기 위한 다양한 연구들이 진행되 고 있으며, 전자현미경은 그 중의 한 축을 담당하고 있다. 전자현미경은 높은 에너지의 전자빔을 이용하여 전자가 시편과 충돌할 때 발생하는 이차전자, 반사전자, X-선 등을 검출하여 확대상을 촬영하는 장치 이다. 전자현미경의 특징을 살펴보면 첫째, 분해능이 높기 때문에 고배율로 물체를 관찰할 수 있다. 열방사형 SEM은 10만배 이상(분해능: 3~5 nm), 전계방사형 SEM(FE-SEM)은 최대 100만배(분해능: 1~2 nm)까지 확대상을 얻을 수 있다. 둘째, SEM은 고배율 뿐 아니라 10~100배의 저배율 관찰에도 사용할 수 있 다. SEM은 렌즈를 교환하지 않고 단지 코일에 흐르는 전류를 변화시켜 배 율을 조절할 수 있기 때문이다. 일반적으로 저배율에서 넓은 면적을 관찰한 후 관심 있는 미세영역을 고배율로 관찰한다. - 10 -

, 전자현미경은 광학현미경과 달리 피사계 심도가 대단히 깊다. 피사계 심도란 관찰 대상물의 확대영상에서 초점이 맞는 깊이 범위를 말한다. 넷째, 최근 SEM은 디지털 영상을 제공하기 때문에 영상의 저장은 물론 영 상에 대한 다양한 분석이 가능하다. 다섯째, 다양한 검출기 및 주변기기를 장착하여 응용분야를 확장할 수 있다. 특히, X선 분광분석기(EDS)는 짧은 시간에 미세영역의 성분을 분석할 수 있 개 때문에 이차전자 검출기와 함께 필수적 검출기법이 되고 있는 추세이다. 한편, 전자현미경의 단점이라면 우선, 고전압(0.5~30 kv)을 사용하여 가속전 자를 발생시키므로 여러 가지 복잡한 장치가 요구되며, 전자빔을 이용하기 때문에 진공(10-5 torr 이하)이 필수적이다. 이 두 가지 요소(고전압과 진공기 술)로 인해 전자현미경은 크고 복잡하며 가격 또한 비쌀 수 밖에 없다. 한 편, 전자현미경에서는 부도체 시료의 경우 전자빔의 전자가 시료에 축적되 어 궁극적으로 전자빔을 밀어내는 역할을 하게 되므로 이미지가 왜곡된다. 이 때문에 부도체 시료의 경우 표면을 Au 또는 Pt 등의 전도체로 코팅하는 것이 바람직하다. [그림 2-1] <그림2-1>은 광학현미경과 전자현미경으로 측정한 영상으로서 SEM 영상은 이차원 데이터임에도 불구하고 마치 3차원 이미지와 유사하여 물체를 훨씬 정확하게 관찰할 수 있다. 따라서 SEM은 요철이 심한 파단면의 관찰이나 표 면조도가 큰 시료를 관찰하는데 매우 유리하다. - 11 -

[표 2-2] 전자현미경과 광학현미경의 비교 주사전자현미경 광학현미경 광원 전자빔(파장: 0.6nm) 자외-가시광선(파장 : 200~750nm) 매질 진공 대기 렌즈 전자렌즈 (전기장 이용, Probe조절) 광학렌즈(상 확대) 분해능 일반 SEM : 3~5nm FE-SEM : 1~2nm 가시영역 : 200nm, 자외영역 : 100nm 초점심도 30 약 0.1 배율 10~30만배(연속 가변) 10~2,000배(렌즈 교환) 상 종류 이차전자, 반사전자, X-ray등 투과상, 반사상 Contrast 기하학적 성질, 물리학적 성질 광의 흡수 및 반사(색, 명암) 사례 일본 OSAKA대학 초고압 전자현미경센터는 세계 최고 가속전압 300만V의 초고압 전자현미경이 있는 OSAKA대학의 학내 공동교육 연구시설이다. 300 만V 초고압 전자현미경에다 10만V에서 30만V 정도의 범용 전자현미경, 재 료계에서 생물계에 이르기까지 각종 시료제작 장치가 정비되어 있어 다양한 관찰 요구에 대응할 수 있는 시설 특히 300만V 초고압 전자현미경은 세계 유일한 장치로 그 우수한 투과능을 활용하여 두꺼운 시료를 관찰할 수 있다. 실리콘 박막의 경우 6μm 정도의 두께까지 관찰할 수 있어 민감한 물성 관찰에 매우 유효하다. 이 특징을 이 용하여 전자선 단층촬영법(tomography)에 의한 반도체 디바이스 시료의 두 꺼운 방향 및 3차원 입체 해석, 혹은 생물시료에서 세포의 형태 평가 등에 위력을 발휘한다. 이러한 특수한 장치를 이용한 일본에서의 특색있는 학술연구의 추진과 산업 활동의 활성화 촉진은 국책으로서 중요한 위치를 점하고 있다. 특히 대형 설비의 공동 이용을 중심으로 한 나노기술 관련 인프라의 효율적인 운용 촉 진을 배경으로서 2002년부터 5년간 문부과학성 나노테크놀러지 종합지원 프 로젝트사업이 발족하였다. 당 센터는 그 운영 모체가 된 초고압 투과형 전 - 12 -

중 그룹에 속하여 재료/생체 나노 구조해석에 관한 지원활동을 수행 2012년 7월부터 10년에 걸쳐 문부과학성에 의해 새로운 나노기술에 관한 첨 단 연구시설과 그 활용 노하우를 가진 기관이 긴밀하게 제휴하여 전국적인 나노기술의 연구 기반을 구축하여 산학관의 다양한 이용자에 의한 공동 이 용을 촉진하여 개개의 이용자에 대하여 문제해결로의 최단 접근을 제공함과 함께 산학관 제휴나 이 분야 융합을 추진함을 목적으로 한 나노테크놀러지 플랫폼 사업 개시. 나. 인쇄 전자 분야 인쇄 전자 최신 기술 및 시장 동향 인쇄 전자(Printed Electronics)란 프린팅 공정기법으로 만들어진 전자 소자 혹은 전자 제품을 의미하며, 고난도로 조절된 클린룸에서 제조되는 기술이 아닌 저가의 기판 위에서 자동화된 공정으로 프린팅 되는 소자를 말한다. 이러한 프린팅 전자 소자 제품으로는 2차원 및 3차원 영상의 프린팅 패턴과 조체, 이를 기능성 잉크로 프린팅한 도선, 저항, 커패시터, 인덕터 등의 수동 소자, TFT 등의 능동소자가 있으며, 이들의 집합체로 이루어진 RFID 태그, 전자종이, 솔라셀, 프린팅 센서 등이 있다. [그림 2-2] 전자인쇄 분야 - 13 -

전자 소자 생산의 중요 요소는 생산 기술, 기판, 재료, 공정 등이 핵 심 인자로, 그림 2에서처럼 이들 요소들이모두 유기적 연결을 통해 발전 가 능하고, 이들 기술을 보유하고 있는 회사들 간의 공동 개발이 가시화되어야 만 잠재되어있는 응용 시장의 폭발적 성장이 가능하다. 이러한 배경 하에서 먼저 프린팅 전자 소자 분야가 곧 개화기에 접어들 것이라고 믿는 7가지 징 후들에 대해 살펴보도록 하자. (1) 프린팅 전자 소자의 근간이 되는 기초 과학 기술이 폭넓게 이해되고 급속히 발전되고 있다. 전도성 고분자에 대한 연구가 수십년 전부터 이어져 오고 있 으며 현재 사용되는 프린팅 기술의 역사도 유구하다. 메탈 잉크 분야 역시 오래 전부터 연구되어 오고 있다. (2) 안정적인 전자 프린팅 잉크들이 계속 개발되고 있다. (3) 잉크 회사 및 잉크젯 설비 회사들이 추가 투자를 계획하며 새로운 기회를 모 색하고 있다. (4) 프린팅 소자의 초기 생산품인 의료 이미지 시스템, RFID 안테나, 렉서블 디 스플레이 등에 이어서 2세대 제품들이 준비 중이다. (5) 보다 간단한 공정에 의해 경제적인 효과를 불러일으킨다. (6) 프린팅 소자는 차세대 유비쿼터스 퓨팅을 향한 대세이다. (7) 전자 산업이 응용되는 모든 분야에 적용이 가능하다. 2000년 이후로 프린팅 전자 소자 및 제품에 대한 연구들이 미국, 유럽, 일본 을 중심으로 활성화되기 시작했다. 한국의 경우도 OTFT 기술, OLED 기술 등의 디스플레이 분야를 필두로 연구가 시작되고 있지만, 짧은 역사와 주변 인프라 부족으로 많은 기술적인 어려움에 처해 있다. 우선 첫째로는 재료 기술로써, 상온에서 프린팅 공정을 통해 이용할 수 있는 전도성, 반도체성, 절연성 재료들이 아직은 성능이 미흡하고 또 매우 고가이다. 둘째는 공정 장비 기술로써, 프린팅 기술이 시각적인 프린팅 기술에서 전자소자의 프린 팅 기술로 아직 전환되어 있지 않다는 점이다. 최대 정밀도 20um급 이하로 - 14 -

프린팅 기술이 확보되어 있지 으며, 프린팅 패턴의 균일도 역시 매우 좋 지 않다. 따라서 프린팅 전자 소자 및 제품에 적합한 프린팅 공정 장비의 개발을 통해, 정밀도를 10um급 정도 혹은 그 이상으로 올리고, 프린팅 패턴 의 반복균일도 역시 전자 소자에 사용할 수 있도록 하며, 이를 대량 생산할 수 있도록 해야 한다. 전 세계 유기 전자 소자 시장은 2010년 5조원에서 2015년 약 30조원으로 그 규모가 급성장할 것으로 예측되고 있고, 유기 전자 소자의 대부분이 프린팅 공정을 통한 전자 소자화 될 것으로 전문가들은 예측하고 있다. 초기의 프 린팅 기술은 상용화 단계에 접어들어 새로운 용도의 저가 전자소자의 제작 에 이용되어 그 가능성을 넓혀 나가다 궁극적으로 오늘날 사용되고 있는 전 자제품의 대부분은 가까운 미래에 프린팅 소자화 되어 생산 원가를 획기적 으로 낮추어야 하는 상황이 올 것이 자명하다. 프린팅 전자 소자 기술은 제 조비용 절감에 크게 기여할 것이며 향후에는 보다 복잡한 응용 분야로 확대 될 전망이다. 향후 2010년대의 시대는 유비쿼터스와 고에너지 가격의 시대 라는 관점으로 본다면, 반도체 회로, 디스플레이, 조명, RFID 태그, 전자종 이, 태양전지, 바이오센서 등의 프린팅 전자 소자 제품군들이 새로운 주역으 로 부상할 것이다. 그러므로 프린팅 전자 소자 시장은 기존 시장이 파괴되 고 새로 생성되는 기술인 파괴적 기술의 약진이 기대되며 이에 따른 국내의 연구개발 투자가 반드시 필요하다 하겠다. 이에 본 보고서에서는 차세대기 술로 유망한 프린팅 전자 소자 산업에 관한 기술, 생산, 시장을 포함하는 총 괄적인 전 세계 현황을 분석하고 나아가야 할 방향을 제시하고자 한다. 인쇄 전자 소자의 재료 오늘날 85%의 바코드가 인쇄되는 방식과 같이 사물 위에 곧바로 전자기기 를 인쇄할 수 있다면 지금의 전자기기의 기판, 케이스, 키보드, 디스플레이 관련 부품 시장과 수익성 업체들은 거의 없어질 것이다. 앞으로 부가가치 창출의 대부분은 거의 잉크 분야에서 발생할 것으로 보인다. 이러한 차세대 잉크는 동일한 무게의 금보다 수십 배 고가에 판매될 수있다. 그렇지만 원 자 몇 개의 두께에 불과한 층으로 인쇄되기 때문에 매우 낮은 저가격 디바 - 15 -

만들 수 있다. 트랜지스터, 태양전지, 배터리를 비롯한 모든 전자 설 계를 위한부품을 만들기 위해서는 도체 및 반도체, 절연, 발광, 프로텍션 잉 크 등이 필요하다. 하나의 잉크 용제는 바로 아래에 놓여 있는 민감한 레이 어를 파괴하지 않도록 해야 한다. 이들 잉크는 아주 저렴한 가격의 플라스틱 필름을 이용하거나 사람의 피부 에 인쇄할 수 있도록 충분히 낮은 온도로 경화되어야 한다. 군사용 애플리 케이션 분야에 있어서 미국 육군은 병사들이 휴대하는 장비를 지금과 비교 해 수년 이내에 70%까지 줄이면서도 병사들의 능력을 향상시키기 위한 프 로그램을 진행하고 있다. 이는 첨단 인쇄 기술을 이용한 전자 의복, 인쇄 배 터리, 인쇄 광전지, 인체 센서로 달성할 수 있을것이다. 특히 유기 화학자들 은 이러한 모든 인쇄 전자기기는 결국 유기 잉크를 바탕으로 이뤄질 것이라 고 목소리를 높여왔다. 전문가들도 이와 의견을 같이 하고 있으며, 유럽 위 원회의 상당한 연구 자금 또한 플리어플라이(Polyapply)나 폴리(Poly)라는 이름하에 제공되고 있다. 플라스틱 로직과 폴리머 비전 등의 회사들이 등장 했고 독일에서는 OEA(Organic Electronics Association)가 설립되었다. 또한 플라스틱 일렉트로닉스 및 유기 일렉트로닉스 등과 같은 관련 컨퍼런스들이 개최되고 있다. 하지만 현재까지는 확실한 방향을 제시하지 못하고 있는 실 정이다. 문제는 어떠한 것이 보다 효과적이고 안전하고 합당한 가격대를 구 현할 수 있는 가에 달려있다. 프린팅 재료 즉, 전자 잉크를 분류하면, 금속 (은, 금, 구리, 니켈) 잉크, 유기(고분자, 저분자, 올리고머, 덴드리머) 잉크, 무기(카본 나노튜브, 나노 와이어, 실리콘, 산화금속) 잉크 등으로 나뉘어 진 다. 다수의 흥미로운 유기 반도체 및 유전체 잉크들이 생산되고 있기는 하 지만 대다수 인쇄 전자기기는 유기 및 무기 잉크를 모두 채택하고 있다. 갈 수록 더 많은 인쇄 전자기기들이 한 잉크에 유기 및 무기 소재를 결합하거 나 원소 탄소와 유기 화합물을 결합한 층이 최소한 하나 이상으로 이루어지 고 있다. 프린팅 전자 산업에 사용되는 전자 잉크의 시장은 프린팅 전자 소자의 개발 과 더불어 급속히 성장하리라 생각된다. 그림 3은 2010년의 잉크 시장을 추 정하고 있다. 한 예로 전도성 잉크 시장은 2015년에 43억 달러의 가장 큰 재료 시장을 차지할 것으로 예측되며 이중 전도성 유기 잉크는 13억 달러를 - 16 -

본다. 또한 디스플레이와 조명 시장을 겨냥한 OLED를 위한 반 도체 잉크는 2015년에 3억7천만 달러의 시장에 달할 것으로 보인다. 태양전 지 등에 사용되는 프린팅광전자 소자는 2015년경 4억 달러의 반도체 잉크 재료를 소비할 것으로 예상된다. 전자 산업에 이용되는 절연체들을 위해서 도 2015년에 7억 달러의 프린팅 잉크가 소비될 것이다. [그림 2-3] 부분 인쇄 박막 연료 전지, 액추에이터, 마이크로폰, 라우드 스피커, 레이저 등이 진화하고 있을 뿐더러 유기 또는 무기 화학물질 단독으로 이들 모든 기기들을 해결할 수 있을 것이라고 생각하는 것은 현실적이지 않다. 실제로 투명 전자기기는 일반적으로 잉크의 유기 화합물을 기반으로 하며, 다수의 연구 주제로서 광전지에 관한 대부분의 연구는 실리콘에 대한 무기물 대안 에 관한 것이다. 인쇄 반도체를 생각해 보자. 인쇄 반도체는 전계 발광 기능 이 예를 들어 C60 탄소버키볼(buckyball)에 의해 억제되는 특수한 형태의 광 전지에 사용되거나 이와 반대의 경우 디스플레이에 이용된다. 인쇄 트랜지 스터만 해도 고주파 동작에서부터 낮은 전력 소비, 고전력을 핸들링하기 위 한 투명성, 광 방출 등 여러 요구 조건을 가지고 있다. 아주 단순화해서 말 하면 트랜지스터의 최대 동작 주파수가 높을수록 더 많은 기기를 제작하고 판매할 수 있다. 트랜지스터를 만들기 위해 주입되는 반도체 잉크의 중요한 특징 중 하나는 결과가 나타나는 층의 전하 운반체이동성이다. 이 이동성이 - 17 -

동작 주파수에 영향을 미치기 때문이다. 유기 잉크는 이 측면에서 점 차적으로 향상되고 있기는 하지만 이동성이 매우 낮다. 연구자들은 이동성 이 100배 높은 특정한 무기 화합물을 박막 층으로 주입할 수 있다는 것을 발견했지만 이를 높은 속도로 릴-투-릴 인쇄로 경화시키는 것은 불가능했었 다. 하지만 이제 이 모든 것이 가능하게 되었다. 도쿄 공과대학과 토판 프린 팅은 파트너십을 기반으로 InGaZnO 반도체를 이용해 이를 수행하고 있다. 경화 시에는 유기 운반체가 파괴된다. 또한 코비오는 바로 최근에 유기 반도 체보다 이동성이 1,000배에 달하고 훨씬 더 소형의 트랜지스터를 인쇄할 수 있는 나노 실리콘 잉크를 선보였다. 이를 통해 이전 방식의 실리콘 칩이 차 지하던 면적에 수천 개의 트랜지스터를 증착할 수 있게 되었다. 이와 비교 해 유기 트랜지스터 어레이는 기차표처럼 보인다. 조만간 코비오는 독자적 으로 RFID의 주요 사양을 충족하고 라벨용 실리콘 칩을 인쇄 형태로 대체 할 것이다. 초기에는 80% 더 저렴하게, 그리고 향후에는 90% 더 저렴한 가 격으로 칩을 교체할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 이제 연간 수백 조의 바코드를 좀 더 믿을 수 있고 범용성이 뛰어난 제품으로 교체하는 것을 실 질적으로 고려할 수 있게 되었다. 실리콘 태양열 전지는 무겁고, 깨지기 쉽 고, 비효율적이며, 비싸다. 이들 대부분은 공급업체나 사용자가 어떠한 방식 으로든 정부로부터 보조금을 받고 있기 때문에 판매될 뿐이다. 이제는 저가 형 플렉서블 기판 상의 카드뮴 텔루르 (Cadmium Telluride)박막이 실리콘보 다 구입 및 설치, 유지가 더 저렴한 것으로 밝혀지고 있으며, 최근에 15억 달러 수주가 이루어짐으로써 이를 입증하고 있다. 그러나 아직 누구도 이를 어떻게 인쇄할지 알아내지 못하고 있다. 하지만 이산화 티타늄 나노입자와 CIGS (Copper Indium Gallium Diselenide) 상에 루테늄(Ruthenium) 기반 유기 안료를 이용한 안료 감광성 태양열 전지가 연구되고 있다. 공장에서는 이제 릴-투-릴로 저가형 폴리머 기판 상에 잉크젯 인쇄가 이용되고 있다. 대 표적인 예로서 영국의 G24 이노베이션스와 미국 및 독일의 나노솔라를 들 수 있다. DSSC는 열과 빛으로부터 전기를 발생(열광전지)시키며, 특별히 낮 은 입사 각도의 광 및 반사에 의한 편광까지도 허용할 수 있다. CIGS는 빛 을 전기로 변환하기 위해서는 매우 효율적이지만 면적보다 가격에 매우 민 감한 경우에는 계속해서 인쇄 유기 광전지를 이용할 수 있다. - 18 -

전자기기, 특히 컨덕터에 있어서 이들 대부분의 프로젝트는 수십 나노 미터의 입자 또는 박막 두께에 관한 것이다. 그러므로 흔히 많은 수량의 라 벨이나 컬러 영상 등을 제공하는 넓은 면적의 전광판, 태양열 패널 등을 생 산하는 곳에도 은과 같은 매우 비싼 소재를 채택한다. 엔터 나노마스 테크 놀로지는 잉크로 일관된 3마이크론은 입자를 생성함으로써 용융점을 1/10로 낮췄다. 펜을 검정색 잉크에 담그고, 아세테이트 필름에 쓴 다음, 필름을 왜 곡하지 않으면서 입자들을 녹이고, 아주 적은 물질을 이용해 벌크 은에 근 접한 전기 전도성을 가진 거울과 같은 층을 생성할 수 있다. 이것은 정말로 마법과 같은 것이며, 은에 한정되는 것은 아니다. 인쇄 전자기기의 연구 및 시제품 개발을 위한 가장 일반적인 인쇄기술은 스크린 인쇄이며, 본격적인 생산에 주로 이용되는 기술은 플라스틱 로직 플렉서블 디스플레이와 이의 백플레인 트랜지스터 어레이를 포함하는 잉크젯 인쇄이다. 하지만 플렉소, 그라비어, 노광, 기타 옵션, 혹은 각각의 층에 이들의 조합을 채택한 다수의 프로젝트들이 진행되고 있으며, 흔히 각각의 층에 중간적 단계로서 일부 스 핀 코팅, 화학 증착, 또는 스퍼터링을 이용하기도 한다. 인쇄 전자 소자 재료의 응용 시장 기회 분석 표 1은 프린팅 소자의 다양한 응용 분야에 대해 재료 회사들의 시장 진입 기회 요소들을 분석한 내용의 요약이다. 프린팅 전자 소자에 이용되는 대부 분의 잉크 재료는 은 잉크와 고분자 잉크이다. 이 중에서 은 잉크가 좀 더 성숙되어 있고 이는 RFID 안테나 혹은 디스플레이 백플레인의 초기 상품화 에 기여하고 있다. 은 잉크 시장은 2013년에 12억 달러에 이를 것으로 추정 된다. 대표적인 실버 잉크 회사는 캐봇으로 높은 품질의 잉크를 제공하고 있으며 그 외의 회사로서 어드밴스트 나노 프로덕트, 시마 나노테크, 아체 슨, 크리에이티브메터리얼스, 다우코닝, 듀폰 메텍, 하리마 케미컬, 파라렉, 프 레시시아, 엑스잉크, 미쓰비시, 페로 등이 있다. 고분자 잉크분야는 합성 화학 분야의 발전과 더불어 성능이 대폭 향상될것으로 기대되며 2013년에는 17억 달러에 이를 것으로 추정된다. 프린팅 전자 소자 분야의 대표적인 유 기물 잉크 공급업체로는 머크, 듀폰, H.C 스탁, 플렉스트로닉스, BASF, 다우 - 19 -

, 사토머, 선 케미컬, 스미토모, T-ink, 제록스 등이 있으나 은 잉크 분야 의 캐봇처럼 시장을 지배하고 있는 유기 잉크 회사는 아직 등장하지 않고 있는데, 이는 시장이 덜 성숙되어 있다는 반증이며 향후 개발의 여지가 많 다는 의미이기도 하다. 현재 프린팅 OLED의 잉크 재료는 가격이 g당 1,000~2,000달러의 고가로, 시장에 생산품으로 진입하기 위해서는 300달러 이하로 내려가야 할 것이다. [표 2-3] 프린팅 전자 소자 기판을 주요 연구 기회로 삼고 있는 회사 중에서 현재 두 각을 나타내고 있는 회사는 듀폰-테이진으로 PET과 PEN을 주력 상품으로 개발 중이며, 제너럴 아토믹, 코베메, 바이텍스 시스템스, 3M, 사이모픽스에 주로 납품 중이다. 이들 회사는 플라스틱 기판 위에 배리어 코팅을 추가하 여 프린팅 소자업체에 공급한다. 그 다음으로 플라스틱 기판 시장을 예의 주시하며 성장의 잠재력을 보유하고 있는 회사는 3M과 다우코닝이다. 그 밖 - 20 -

이들 기판 연구에 중요한 역할을 하리라 예상되는 회사로 코베메와 바이 텍스가 있다. 프린팅 전자 소자의 기판 시장을 예측해 보면 다음과 같다. [그림 2-4] [표 2-3] - 21 -

전자 소자를 위한 공정의 종류 및 특성 표 2는 전자 소자 제조에 가능한 프린팅 공정을 분류하고 있다. 1. 잉크젯 프린팅 잉크젯 프린팅법은 헤드로부터 미세한 잉크 방울(직경30um 이하)을 토출시켜 원하는 위치에 패터닝하는 공정 기술이다. 이 기술은 비접촉식 방식으로 작은 체적에 복잡한 형상을 구현할 수 있는 적합한 공정 기술로 알려져 있다. 이 기 술의 응용 분야는 사무실과 집에서의 컴퓨터로부터 상업 인쇄, 공업 인쇄, 디스 플레이나 전자 회로 분야 및 바이오 칩 등으로 크게 확대되고 있다. 잉크젯 기술의 장점을 살펴보면, 기존의 포토 공정이 수십 단계에 이르는 복잡 한 공정이 필요한 반면 잉크젯의 경우 원하는 곳에 필요한 물질을 패터닝할 수 있는 Pattern on Demand 공정이 가능하므로 극히 단순한 공정으로 패터닝을 완 성할 수 있다. 포토 공정의 스핀 코팅 시에는 버리는 재료가 90% 이상이 되어 고가 재료의 이용 효율이 극히 낮다. 반면에 잉크젯은 필요한 부분만 재료를 도 포하므로 재료 효율이 거의 100%에 가까우며 결과적으로 폐기물이 없는 친환 경 공정 실현이 가능하다. 또한 잉크젯 도포는 원리적으로 타 공정에 비해 기판 사이즈 증가에 대한 대응이 자유롭다. 멀티헤드 부착으로 대형 기판 대응과 양산성 확보도 가능하다. 기존의 포토 공 정처럼 많은 장비가 소요되지 않으므로 클린룸 소요면적이 감소되고 러닝 크스 트가 줄어든다. 그리고 재료비, 장비 투자비, 클린룸 운영비, 인건비 등의 대폭 감소에 의한 제품 가격 경쟁력의 창출이 가능하다. 잉크젯 기술의 전개 가능성 및 한계를 생각해보면, 현재까지는 수십~수백 um의 패턴을 포토 공정 대신에 다이렉트 패터닝 할 수 있는 점이 잉크젯 공정의 장점으로 인식되고 있다. 하지 만 잉크젯 기술은 수 um의 미세패턴을 형성하는 데에는 부적합한 공정이다. 잉크젯 공정을 적용하는 데 선행되어야 할 기술적인 요인을 정리해 보면 다음 과 같다. 잉크젯 도포에 필요한 스테이지 이동은 현실적으로 2~3um 이상의 에 러는 항상 포함하고 있으며 잉크가 여러 가지 요인에 의해 탄도가 변하는 정도 는 약 3~5um 정도로 보고 있다. 기타 정렬 공차, 뱅크 형성 오차, 노즐 크기 오차 등의 요인에 의한 에러를 감안하면 통상 12~15um의 랜딩 에러를 기본적 - 22 -

갖고 있다고 보는 것이 일반적이다. 따라서 20um 이하의 패터닝은 실용적 으로 어려우며 30~60um 패터닝도 상당히 고도의 공정, 재료, 장비 관리가 필요 할 것이다. 잉크젯에 의해 원활히 분사가 될 수 있는 잉크의 특성을 확보하는 것이 중요하다. 용매의 증발에 의한 점도 변화, 잉크 찌꺼기에 의한 노즐 막힘, 탄도 변화 등의 심각한 프린팅 에러를 야기할수 있다. 잉크유로와 노즐 등에 잉 크와의 정합성을 위해 표면 개질에 대한 연구가 필요하다. 잉크방울의 크기가 10μm 이하로 작아지면 표면에너지가 커져 잉크방울이 비산 되어 적절한 탄식군이 형성되기 어려우며 100μm 이상으로 커지면 운동에 너지 가 커져서 기판 상에 충돌에 의한 분산성이 커진다. 또한 잉크점도가 10cps 이 상 되면 분사속도가 저하되는 문제가 발생한다. 통상 10cps 정도의 점도에서는 10kHz정도의 분사가 가능하다고 보고되고 있다. 기판 상에 잉크가 안착되는 부분과 각 픽셀을 분리하는 뱅크가 잉크와 서로 다 른 상생관계를 필요로 할 때가 많다. 일례로 OLED의 경우 뱅크 재료인 폴리이 미드는 잉크를 밀어내는 성질이 필요하고 ITO기판은 잉크를 고착시키는 표면특 성이 필요하다. 이를 위해서 인위적으로 표면에 다른 버퍼층을 형성해 주는 방 법도 있으며 또는 플라즈마에 의한 표면개질도 유효한 것으로 알려져 있다. 잉 크젯 방식은 연속적으로 액적을 토출시키는 컨티뉴어스 방식과 선택적으로 액 적을 토출시키는 온 디맨드 방식의 두가지 방식으로 나뉜다. 컨티뉴어스 방식은 일반적으로 장치가 대형이고 인쇄 품위가 낮아 컬러화에 적절하지 않기 때문에, 주로 저해상도의 마킹에 사용되고 있다. 고해상도의 패터닝 목적으로는 온 디맨 드 방식이 대상이 된다. 온 디맨드 방식 잉크젯 인쇄로는 현재 피에조 방식과 버블젯 방식(Thermal 방식)이 많이 이용되고 있다. 피에조 방식은 잉크실을 압전소자(전압을 인가하면 변형하는 소자)로 바꿔 체적 을 변화시켜, 잉크실 안의 잉크에 압력을 주면 노즐을 통해 토출되는 것이고, 버블젯 방식은 잉크에 압력을 주면 노즐을 통해 토출되는 것이며, 버블젯 방식 은 잉크에 열을 가해 순간적으로 기포를 발생시켜 그 압력으로 잉크가 토출되 는 것이다. 버블 방식은 소형화, 고밀도화 하기 쉽고 헤드의 비용도 저렴하기 때문에 오피스용으로 가장 적합한 방식이다. 다만, 열이 가해지기 때문에 헤드 의 내구 수명이 짧고, 용매의 비등점 영향이나 잉크 재료로의 열 손상을 피할 수 없기 때문에 사용할 수 있는 잉크가 한정된다는 문제점이 있다. 이에 비해 - 23 -

방식은 고밀도화와 헤드 비용의 측면에서는 버블 방식보다 떨어지지만, 잉크에 열을 가하지 않기 때문에 헤드의 수명, 잉크의 플렉서블리티의 측면에서 는 뛰어나 오피스용 이외의 상업 인쇄나 공업 인쇄, 디바이스 제작에는 더 적합 한 방식이라고 할 수 있다. 잉크는 기본적으로 물과 비슷해야 하고 노즐 근방에서 젖지 않도록 하기 위해 서는 표면 장력이 35mNm-1 이상이어야 한다. 잉크의 점도는 4~20mPas가 되어 야 한다. 잉크에서는습윤제라고 하는 수분을 일정하게 하는 성분을 섞어서 노즐 에서의 막힘을 없앤다. 잉크젯에서 색을 나타내기 위해 색소를 잉크에 녹이지 않고 안료를 사용하는데 그 크기는 100~400nm 이다. 최근에는 그 기술이 발전 하여 거의 모든 재료를 잉크젯으로 도포한다. 세라믹 파우더, 지르코니아, 티타니아 바륨 스트론튬 티탄산염, 솔-젤 세라믹, 강유전체 박막 필름, 마그네틱 파티클, 초전도 산화물을 잉크젯으로 만들수 있 고 세라믹은 45볼륨% 까지 가능하다. 금속으로는 무전해 도금을 이용하거나 금, 은, 동 같이 열을 가하여 액체로 만든 다음 분사하여 금속을 프린팅 하는 것도 가능하다. 생물학적으로도 가능하여 효소 멤브레인을 잉크젯하여 바이오센 서를 만들거나 단백질, 세포, DNA, 박테리아 같은 것을 잉크젯하여 바이오 분 석에 응용할 수 있다. 잉크젯을 이용하면 전도성 고분자나 자가 결합 모노레이 어 등을 이용하여 100micron의 정확도로 잉크젯화 할 수 있다. 최근에는 교통 카드에 사용되는 RFID마저도 잉크젯을 사용하여 저렴하게 대량으로 만들려고 한다. LCD 업체에서 잉크젯 공정을 컬러필터에 적용하여 양산을 준비 중이며 플라스틱 로직사는 전자 종이 및 RFID 태그 양산을 할 예정이고, 도시바, 엡손, 듀폰 등은 고분자 디스플레이에 적용한 바 있다. PARC(Palo Alto Research Center) 등 많은 연구 그룹에서 유기 박막 트랜지스터를 잉크젯 프린팅법으로 구현하고자 연구를 진행 중이다. 잉크젯 프린팅 기술을 활용한 저가형 LCD TV 컬러 필터 제조 방법이 개발되 어 양산 준비 중이다. 레드, 그린, 블루 컬러는 일반적으로 포토리소그래피 기술 을 이용해 만들어지는데, 이러한 기술 대신 잉크젯 기술로 전환하면 비용을 절 감할 수 있다. 이는 새로운 기법이 재료 사용률을 높이고 포토마스크나 포토레 지스트와 같은 것들을 필요로 하지 않기 때문이다. 일례로 RGB 염료 소비가 10% 까지 줄어들었다. 또한 어떠한 노출이나 개발 과정이 불필요해 장비를 단 - 24 -

수 있기 때문에 초기 투자비용 또한 훨씬 적게 든다. [그림 2-5, 6] 일본 DNP의 설비 투자비용은 약 250억엔 정도로, 이는 기존의 기술을 사용하 는 비슷한 규모의 공장에 비해 60% 밖에 안 되는 수준이다. 46인치 LCD 패널 의 경우 부품이 총 비용의 65%를 차지하고, 그 중 30%는 컬러 필터가 차지하 는 것으로 나타났다. 컬러 필터는 총 패널 비용의 20%를 차지한다. DNP가 - 25 -

20% 비용을 절감할 수 있다고 하는 것이 정확하다면 결과적으로 총 패널 비 용을 4% 가량 줄일 수 있게 된다. 잉크젯 기술을 이용하면 단순한 비용 절감을 넘어 성능 향상이라는 이점도 함께 얻을 수 있다. 투과도가 향상되어 백색광을 5% 가량 증가시킬 수 있다. 또한 기존의 포토리소 그래피에서는 블루파장을 흡수하기 위해 감광성 재료를 추가해야 했지만 이제 는 그럴 필요가 없어졌다. DNP는 잉크젯 기술의 적용 대상을 컬러 필터 외에 OLED 패널에도 적용하기 위해 연구 개발 중이다. 그러나 컬러 필터 제조에서 획득한 기술 노하우를 OLED 패널 제조에 곧바로 적용할 수는 없다. 사용하는 재료부터가 완전히 다르고 컬러 필터는 두께가 1.5-2um인 반면 OLED는 나노 미터 수준이기 때문이다. 따라서 잉크 용매, 헤드 디자인 및 건조와 같은 부분 에서 완벽한 검토가 이루어 져야 한다. 일본의 세이코 엡손과 JSR은 잉크젯 기술을 이용한 저온폴리실리콘 TFT 생산 에 성공했다. 이는 차세대 실리콘 TFT 기술로 많은 주목을 박고 있는 유기 TFT의 모든 장점을 폴리실리콘 TFT가 제공한다는 점에 서 업계의 관심을 얻고 있다. LCD 패널과 기타 용도에 사용되는 실리콘 TFT는 현재 진공펌프나 무균 실 등 고가의 장비가 요구되는 포토리소그래피 공정을 통해 생산되고 있다. 이 공정은 처리 시간이 오래 걸리고 재료 활용 효율성이 떨어지기 때문에 결과적 으로 생산 비용이 올라가게 된다. 반면에 유기 TFT는 잉크젯 및 기타 프린팅 기술을 활용하므로 생산 비용을 절감할 수 있지만 실리콘이 아닌 다른 재료를 사용하기 때문에 낮은 전자 이동도 등, 성능 결과는 그리 만족스럽지 못한 편이 다. 잉크젯 기술로 실리콘 TFT 생산이 가능한 액정 실리콘 소재를 개발하여 지 금보다 저렴한 가격으로 LCD 패널이나 OLED 패널을 구동하기에 충분한 성능 을 지닌 TFT가 될 가능성이 있다. 개발된 액정의 주성분은 일반 사슬로 연결된 SiH2 염기인 플리실란(polysilane) 이다. 유리 기판을 폴리실란으로 코팅한 후 약 540 에서 소결해 H2를 연소 제 거하면 실리콘만 남는다. 폴리실란은 1920년대 이후부터 알려졌으나 액정 상태 로 사용된 적은 없었다. 그 이유는 유기 용매에 녹지 않기 때문이었다. 엡손과 JSR은 폴리실란이 유기 용매에서 용해되도록 폴리실란을 중합시킨 욤기 CPS를 혼합했다. CPS의 끓는점은 약 1,290 이고 유기 용매로 사용하는 톨루엔의 끓 는점은 약 110 이므로 약 540 의 소결 과정 중에 CPS와 톨루엔은 모두 증발 - 26 -

. 양사는 이 기술을 앞으로 5~6년 내에 상용화할 예정이다. 잉크젯 기술을 산업 응용 분야에 적용하려는 움직임이 점점 늘어나고 있는 가 운데 SIJ 테크놀로지는 잉크젯 기술을 PCB 패턴에 적용하고자 하는 기업을 대 상으로 프로토타입 제작 및 잉크 평가 서비스를 제공하기 시작했다. SIJ 테크놀 로지가 보유한 잉크젯 기술은 잉크 방출액이 겨우 1fl(펨토리터)인 것이 특징 인데, 이는 표준 시스템의 1000분의 1 이하이다. 이 수치는 0.5μm의 물방울 지 름과 맞먹는다. 따라서 기존 잉크젯 기술로 구현이 불가능했던 매우 정교한 패 턴 및 3D 구조를 이제는 잉크젯 기술로 처리할 수 있게 됐다. 기존 기술로는 선폭을 겨우 50μm 까지 밖에 처리할 수 없었지만, 이 기술로는 약 3μm까지 가 능하다. 이 기술은 지름이 아주 작은 물방울 정도에 해당하기 때문에 닿자마자 말라 버리므로 3D 구조를 형성하는 데 유용하다. 이 기술이 확립되면 비용 면 에서 가장 큰 이점을 누릴 수 있으며, 새로운 타입의 실장 및 애플리케이션이 생겨날 것으로 기대된다. 2. 스크린 프린팅 스크린 인쇄법은 강한 장력으로 당겨진 스크린 위에 잉크페이스트를 올려 스퀴 지 (Squeegee, 주걱 모양의 우레탄 재질)를 내리 누르면서 이동시켜 페이스트를 스크린의 메시를통해 피인쇄물 표면으로 밀어내 전사하는 공정이다. 잉크젯 프 린팅과 마찬가지로 재료의 손실이 적은 부가적인 공정으로서 PDP 등의 디스플 레이 제조를 위한 연구가 진행 중이다. 사용되는 페이스트는 적당한 점도가 필요하므로 금속 분말이나 반도체 등의 기 본 재료에 수지나 용제 등이 분산되어 사용한다. 스크린 인쇄는 스크린과 기판 사이에 수 mm의 간격을 유지하다가 스퀴지가 통과하는 순간에 스크린이 기판 과 접촉하여 페이스트를 전사하는 방식으로 접촉형 인쇄 방식이긴 하지만, 접촉 을 통한 기판의 영향은 거의 없다고 본다. 인쇄시 막의 두께는 스크린의 메시 두께와 개구율의 곱인 토출량으로 결정되며, 화상의 정밀도는 메시의 세밀함에 의존한다. 판 분리를 빨리 하기 위해 스크린은 강한 장력으로 당겨질 필요가 있는데 얇은 메시 스크린을 이용하여 미세한 패터닝을 할 경우, 메시 스크린이 견딜 수 있는 치수 안정성의 한계를 넘어갈 수 있지만, 대략 16um의 와이어를 사용한 스크린 - 27 -

이용하면 20um의 최소 선폭의 패터닝도 가능하다. 3. 그라비아(Gravure) 및 그라비아 오프셋(Gravure-Offset) 그라비아 인쇄 그라비아(Gravure) 및 그라비아 오프셋(Gravure-Offset) 그라비아 인쇄는 요판 인쇄의 일종으로서, 요철을 형성한 원통형판에 잉크를 묻혀 볼록한 부문에 묻는 잉크를 긁어낸 후, 오목한 부분에 들어간 잉크를 피인쇄물에 전사하는 방법이 다. 이 인쇄법과 오프셋 인쇄법을 결합한 그라비아 오프셋인쇄법은 최근에 LCD 컬러필터 등 디스플레이 및 전자 회로에 응용되고 있다. 그라비아 오프셋 인쇄법은 잉크를 인쇄판에서 고무 블랑켓에 전사하고, 그 블랑켓의 잉크를 다시 기판에 전사하여 인쇄하는 오프셋 인쇄법과 이 인쇄법의 인쇄판을 그라비아 인 쇄법에서 쓰이는 인쇄판으로 대체하는 인쇄법이다. 다이니폰 프린팅사나 토판 프린팅사 등의 일본 업체들은 그라비아 인쇄를 스크린 인쇄법과 함께 플렉서블 유기 전자 소자의 중요한 제작 공정으로 검토하고 있으며, 특히 인쇄 회로 형성 에 유력할 것으로 기대되고 있다. 4. 플렉소그래피(플렉소 인쇄법) 유연성을 가진 패터닝된 수지판을 이용하는 인쇄법으로 도포된 잉크를 균일한 격자를 갖는 아니록스 롤러(Aniloxroller) 위에 도포하고, 닥터블레이드를 이용해 롤 표면에 균일하게 펼친 다음 인쇄롤의 유연성 수지판 위에 양각된 패턴으로 전사한 후, 기판 표면에 프린팅 된다. 이러한 방법은 기판 위에 인쇄되는 잉크 의 두께를 아니록스 롤러의 기공 크기와 밀도에 의해 조절할 수 있어 균일한 박막의 형성이 가능한 장점이 있다. 또한 패터닝된 형상을 바꾸면 도포되는 위 치나 범위를 정밀하게 조절할 수 있어 플렉서블 기판을 이용한 인쇄에도 적용 이 가능한 장점이 있다. 이 인쇄법은 LCD의 배향막을 도포하는 수단으로 이용 되는데, 플렉소 인쇄를 통해 균일한 두께의 폴리이미드 배향막을 형성하고 루빙 하는 방법을 이용하고 있다. 또한 기판 크기가 대형화됨으로써 제 6세대 이후의 기판에서는 인쇄롤이 이동하는 형태로 변경되어 이용되고 있다. - 28 -

[표 2-4] 프린팅공정의 특성 비교 인쇄소자용 공정들을 간략하게 정리 비교해 보면 다음과 같다. 롤 투 롤 프린팅 롤 투 롤 프린팅 공정은 잉크로는 전도성 잉크, 유기 박막재료, 폴리머 등이 사 용되고, 기판으로는 종이나 플라스틱을 사용한다. 또, 기판의 공급은 대량 생산 에 유리한 롤 투 롤 연속 공급 방식을 사용하며, 공정은 스크린, 플렉소, 그라비 아, 잉크젯등의 저가 상온 프린팅 공정을 사용하여 저가/대량 생산화를 동시에 만족시킬 수 있는 공정이다. 하지만 기존의 프린팅 장비들은 사람들의 눈에 보 이는 신문, 잡지 등의 인쇄물들을 프린팅해 왔기 때문에 정밀도가 사람의 눈 해 상도 이상으로 발전하지 않았으며, 정밀도 20um이상의 편차는 몇 퍼센트가 나 도 상관없는 정도에서 그 기술의 발전이 멈추어져 왔었다. 하지만 이러한 프린 팅 장비들이 전자 소자를 대량으로 제작하는 데 이용되기 위해서는 정밀도가 더 좋아져야 하며, 프린팅의 반복 패턴 형성 정밀도도 향상되어야 한다. 인쇄 전자 분야의 구성 기술 및 요구 특성 인쇄전자 기술은 지난 수년 동안 광범위한 부품 개발 분야에서 혁신적인 잠재 - 29 -

많은 관심을 받아왔다. 이 기술을 활용하면 부품의 제조비용과 무게를 90% 이상 줄이고 기계적 유연성도 높일 수 있을 것으로 기대되기 때문이다. 하지만 이 기술은 IC와 디스플레이 등 반도체 기술에 기반한 제품에 비해 상대 적으로 단순한 회로만 구성할 수 있고 전기특성도 약하다는 문제점이 제기돼 왔다. 또한 디바이스 수명이 일반적으로 수천 시간에 불과하고, 일부 제품 중 비교적 수명이 긴 디바이스라고 해도 겨우 2년을 넘지 못했다. 따라서 업계 대 부분의 사람들은 이 시장이 실제로 형성되는 데는 수년이 걸릴 것으로 예상했 었다. 하지만 모든 게 달라졌다. 비록 성능이 조금 떨어지긴 하지만 이 기술이 특정 애플리케이션용으로 이미 상용화 단계에 접어든 것이다. 프린티드 시스템즈의 ID 카드에 내장된 메모리 디바이스는 실제로는 전도막 절연막과 고분자 물질로 만든 커패시터이며, TFT 를 사용하지 않는다. 폴리IC가 출시한 RFID 태그는 겨우 수천 개의 유기 TFT 와 8비트 ROM을 데이터용으로 사용한다. 이들 애플리케이션은 극소량 정도의 데이터 밖에 처리하지 못하지만 제한적인 애플리케이션용 ID 카드로는 충분하 다. 평가 중인 다이니폰의 OLED 패널 시제품은 영상의 배열 표현을 디스플레 이하지 못한다. 휘도 수명은 짧지만 성능은 포스터 애플리케이션용으로 사용하 기에 충분하고 적절한 가격을 정하는 일만 남았다고 전해진다. DSSC의 변환 효 율은 겨우 5~6%이지만 사용수명이 3년만 돼도 상업용 제품에 이를 사용하겠다 는 고객이 있다고 한다. 인쇄전자 기술로 제작된 부품은 다양한 고도의 개별 특 성을 나타낸다. 인쇄형 커패시터로 만든 ID 카드는 바코드보다 복제하기가 훨 씬 어렵다. IC칩에 비해 ID 카드와 RFID 태그 등의 제품들은 쉽고 저렴하게 생산할 수 있 다. 디스플레이 기능을 갖는 포스터 시장은 아예 존재하지도않는다. 심지어는 에어리어 컬러 디스플레이용으로 사용되는 OLED 패널을 이용해 구현한 것조차 도 없다. 지금까지는 벽에 부착하거나, 노트북처럼 휴대하거나 떨어뜨려도 계속 동작하는 태양전지가 없었다. 수많은 제품 아이디어가 실현되지 못한 이유는 사 람들이 가능성을 알아보지 못했기 때문이다. 인쇄전자 기술이 상용화 될 수 있 었던 것은 성능과 제조 안정성이 눈에 띄게 향상되는 등 몇 가지 기술적 발전 이 이뤄졌기 때문이다. 비록 서비스 시간이 아직까지는 수천 시간 정도로 비교 적 짧은 편이지만, 이런 특성도 동작 주파수, 집적도, 디바이스 수명 및 기타 요 - 30 -

수정하면 점차 향상 될 것으로 기대되며, 이를 통해 향후에는 다양한 애플 리케이션 분야에 사용될 수 있을 것이다. [그림 2-7] 인쇄전자 기기의 구성 기술을 개발하는 데에는 중요한 세가지 요건이 있다. 바 로 속도와 해상도, 수명을 개선하는 일이다. 고속 동작의 핵심은 인쇄전자 기술 에 사용되는 유기 반도체의 캐리어 이동도(Carrier Mobility)를 1백배 또는 1천 배로 높이는 것이다. 이 작업은 TFT의 게이트 길이를 줄이면 된다. 예컨대 10kHz로 동작하는 TFT의 게이트 길이가 100μm이고 캐리어 이동도가 1cm2/Vs(비정질 실리콘과 비슷)이면 게이트 길이를 10μm로 줄이면 필요한 이 동도는 겨우 0.01cm2/Vs이면 된다. 하지만 인쇄 기술로 달성 가능한 실제 해상 도는 현재로서는 겨우 10~30μm 이다. 이는 미세한 디자인 룰로는 이 문제를 완 전히 해결할 수 없음을 의미한다. 캐리어 이동도를 높일 수 있는 방법은 크게 - 31 -

가지이다(그림 7). 하나는 프린팅에 쉽게 채택할 수 있는 높은 캐리어 이동 도의 유기 반도체를 찾는 것이고, 다른 하나는 예컨대 실리콘이나 산화막 반도 체 등 채택 공정에서 캐리어 이동도가 높은 무기 반도체를 사용하는 것이다. 첫 번째 방법의 예로는 일본 미쓰비시 화학그룹 과학기술연구센터가 개발한 포 르피린 전구체(Porphyrin Precursor)를 들 수 있다. 전구체 용액과 200 에서 만 든 포르피린 막으로 기판을 코팅한다. 최대 캐리어 이동도는 1.8cm2/Vs, 유기 TFT 임계점 5V, 온/오프비(온/오프 전류비)는 105이다. 온도 50, 습도 50%에 서 테스트 한 결과, 200시간 후에도 캐리어 이동도는 떨어지지 않았다. 두 번째 방법의 예로는 일본 JSR과 세이코 엡손이 공동 개발한 폴리실란(Polysilane)을 꼽는다. 기판을 폴리실란으로 코팅한 후, 레이저를 조사하여 폴리실리콘을 생성 한다. 스핀 코팅에 비해 잉크젯 애플리케이션의 캐리어 이동도는 108cm2/Vs에 서 6.5cm2/Vs로 떨어지고 온/오프비도 107에서 103으로 낮아진다. 이 결과는 불완전한 결정화 때문이라고 엡손은 판단하고 있다. 이동도가 낮으면 온(On) 전 류의 상승을 방지하여 폴리실리콘/기판 계면 근처의 과잉 불포화 결합이 누설 전류의 상승을 초래한다. 선폭을 1μm까지 줄일 수 있는 일본 SIJ 테크놀로지의 잉크젯 프린터처럼 해상 도를 높이기 위한 개발도 진행 중이다. 이 잉크젯 헤드는 기존 잉크젯 헤드의 1 천분의 1이하인 1fl잉크를 분사하여 미세한 선을 그릴 수 있다. 동일한 헤드로 최대 20μm 폭의 선을 그릴 수 있다. SIJ 테크놀로지는 기존 방법으로는 불가능 한 고해상도 프린팅이 필요한 고객으로부터 이미 수차례 시제품 요청을 받았다 고 밝혔다. 디바이스 수명이 수천 시간인 이유는 산소 투과도가 겨우 10-3cc/m2/d인 봉지 필름(Sealing Film)을 이용하는 플렉서블 기판을 사용하기 때문이다. 유리 수준의 산소 투과 성능도 10-6cc/m2/d가 되면 디바이스 수명을 2~3년으로 늘릴 수 있다. 다이니폰은 유리 수준의 봉지 성능을 달성하기 위해 플렉시블 기판 위에 여러 개의 필름으로 이뤄진 다층 구조를 사용하고 있다. 아 쉽게도 이 기술은 제조비용이 많이 든다. 디바이스 수명은 유기 반도체, 디바이 스 구조 및 기타 요소를 수정하여 늘릴 수 있으며 다이니폰은 필요한 층수를 줄일 수 있는 이 기술을 향상시켜 총비용을 절감하고자 한다. 애플리케이션 기술 개발의 경우, 주요한 기술적 난관으로 분류되는 능동형 디스 플레이의 가능한 많은 부분을 인쇄 기술을 이용해 제작하려는 움직임이 매우 - 32 -

나타난다. 인쇄형 TFT, 애플리케이션 및 기타 기능으로 생산될 수 있 는 회로 유형수를 늘리기 위한 방안으로 비휘발성 메모리 개발도 주목을 받고 있다. 대화면 디스플레이를 벽면이나 마루, 데스크톱 등에 내장하는 것처럼, 인 쇄전자 기술이 적합할 것으로 일컬어지는 애플리케이션용으로 많은 시제품이 출시되고 있다. 전자종이가 능동형 디스플레이 분야에서 가장 앞서가는 이유는 비교적 느린 응답 속도가 허용되고, TFT 구동에 높은 캐리어 이동도가 필요치 않기 때문이다. 일본의 토판 프린팅, 엡손 및 기타 업체들은 플렉서블 기판을 사용한 시제품을 발표했다. 토판 프린팅은 전체 TFT 디스플레이를 인쇄하기 위 해 여러 가지 인쇄 기술을 결합했다. 2인치 스크린은 80 60픽셀, 해상도 50PPI(Pixel Per Inch)다. 상세한 내용은 공개되지 않았지만 폴리머 기반의 유기 반도체를 사용한다. TFT 게이트 길이는 소스 및 드레인을 형성하는 데 사용된 스크린 프린팅의 정확도에 따라 다르다. 스크린 프린팅은 라인과 공간을 20μm 로 줄이기 위해 조정됐으며, 디바이스의 경우 게이트 길이를 80μm에서 20μm로 줄일 수 있다. 세이코 엡손의 전자종이 시제품은 2.4인치 스크린에 120 24 픽 셀, 해상도 50ppi이다. 유기 반도체인 F8T2는 잉크젯 기술로 만들며, 채널 길이 는 20μm이다. 이 유기 TFT는 1,500시간을 공기 중에 노출한 후에도 106의 온/오프비를 유지 한다고 세이코 엡손은 밝혔으며, 몇 달 동안 공기 중에 노출한 이후에도 이 패 널에는 동작 저하가 발생하지 않았다. 능동형 플렉서블 LCD와 OLED 패널은 아직까지 인쇄 기술을 사용하여 생산할 수 있을 정도의 수준까지는 이르지 못 했다. 첫 번째 단계는 픽셀 트랜지스터 등 픽셀을 유기 반도체로 완벽하게 구현 하는 것이다. 일본 소니는 160 120픽셀, 해상도 79ppi인 LCD 패널 시제품을 출 하했다. 게이트 소스와 드레인 전극은 유기 은(Ag) 혼합물, 게이트 유전막은 OTS(Octadecyltrichlorosilane)를 갖는 PVP(Poly-4-Vinylphenol), 유기 반도체는 펜타신(Pentacene)이다. 유기 TFT 캐리어 이동도는 0.12cm2/Vs이며, 픽셀 간에 편차가 거의 없다고 소니는 주장한다. 전극 패터닝은 리소그래피 기술로 처리되 지만 스핀 코팅은 유기 은막과 게이트 유전막 형성 용액에 사용된다. 소니는 나프타신(Naphthacene) 기반의 유기 반도체로 다양한 솔루션 애플리케 이션을 확대하기 위해 연구 중이며, 인쇄 기술을 활용하는 패턴 메이킹 방법을 개발 중이다. OLED 패널의 경우, 개구율(Aperture Ratio)을 높이는 방법처럼 휘 - 33 -

있다. 증가뿐만 아니라 유기물 비율을 향상시키는 방향으로 개발이 계속 진행되고 [그림 2-8] 일본 파이오니아와 지바대학의 쿠도 교수는 픽셀피치 1.8mm, 16 16 픽셀의 OLED 패널 시제품을 공동으로 개발했다(그림 8). 각 픽셀의 발광 수준은 256이 다. 발광 OLED디바이스는 구동 트랜지스터 위에 적층된 수직 구조를 사용한다. 이 구조는 구동 트랜지스터 전압으로 정공을 OLED 층에 주입할 때 제어하기가 더 용이하여 휘도 조절이 간편해진다. 기존에는 OLED 디바이스와 구동 트랜지 스터가 한 면에 배열되어 OLED 디바이스 면적 대비 픽셀 면적비(개구율)가 매 우 낮았다. 새로운 방법은 개구율을 27%에서 41%로 높였다. 일본의 로옴과 파 이오니아, 미쓰비시 화학, 교토대학 등 이 참여하고 있는 한 연구그룹은 기존 제품(36%)보다 대략 2배(66%)의 휘도 도메인을 갖는 OLED 패널을 개발 중이 다. 이 OLED 패널 픽셀에는 구동 트랜지스터 및 방출층 기능이 있는 유기 TFT가 있다. 소스 전극으로부터 유기 반도체층에 주입된 정공은 빛을 방출하기 위해 드레인에 주입된 전자와 재결합한다. 소스, 드레인 및 기타 전극의 구조는 빗 모양으로 되어 있으며, 전자와 정공 재결합용 면적을 증가시킨다. - 34 -

메모리의 경우, 유기 TFT 게이트 유전막을 유기강유전체로 사용하는 1T 메모리 개발이 활발하다. 예컨대 엡손은 플렉서블 기판을 사용하여 FeRAM (FerroelectricRAM) 시제품을 개발했다. 유기 강유전막 (PVDF/TrFE))과 유기 반 도체 (F8T2)에는 스핀 코팅이 적용되고, 게이트 전극에는 잉크젯 인쇄 기술이 사용되는데 둘 다 용액 공정(Solution Processing)을 사용한다. 쓰기/삭제 전압 은 하이±15V이며, 질소 공기 중에 한 달간 노출한 후에도 1 과 0 데이터에 대응 하는 히스테리시스 특성의 커다란 저하가 발생하지 않았다(그림 9). 제조 안정 성을 나타내는 로트 간 특성 편차와 기판 내 특성 편차는 최소 수준이었다. [그림 2-9] 세 이코 엡손은 인쇄 기술을 전체 공정에 사용하고자 하는 바람으로, 유기 강유전 체를 만들기 위해 잉크젯 프린팅 활용을 테스트 중이다. AIST는 유전층에 전자 정공쌍(엑시톤)을 생성하기 위해 청색광을 활용하여 광학 기록이 가능한 1T FeRAM를 개발했다. 소스, 드레인 전극 등에 알루미늄을 사용할 경우, 유기 반 도체와 전극 사이의 계면에 쇼트키 장벽이 발생한다. 게이트 전극, 레이저 방사 등이 정지하여 전하가 충전되면이 쇼트키 장벽 때문 에 정공이 빠져나갈 수 없다. 다시 말해, 비활성 메모리 기능을 하는 셈이다(그 림 9). 능동형 LCD 패널의 픽셀 TFT에 이 FeRAM을 사용함으로써, 전자종이처 럼 이미지 홀드 기능이 있는 LCD 패널을 생산할 수 있을 것이다. 예컨대 청색광을 방출하는 펜을 LCD 스크린에 사용하여 픽셀 TFT 특성을 접 촉 순간에 변경하고 액정의 전기장에 영향을 주어 그려진 이미지를 유지하게 - 35 -

. 유기 TFT를 사용하는 인쇄전자 기술의 색다른 애플리케이션으로는 일본 도쿄대 연구 그룹이 개발한 전기공급 시트가 있다. 시트 내부의 코일과 시트 위 에 있는 물체 내부 코일 간에 비접촉식으로 전력의 전달이 이뤄진다. 별도의 코 일을 사용하여 물체의 존재를 감지하고 물체 아래에 있는 전달 코일에만 전력 을 공급한다. 물체는 최대 29.3W/inch2/coil을 얻게 되며, 최대 전달효율은 62.3%다. 유기 반도체를 만드는 데에는 진공 기술이 사용됐지만 금속막은 인쇄 됐다. 위에서 예시했듯이 전자소자와 디스플레이 분야에서 고해상도의 필요성은 두말 할 나위가 없다. 그림 10은 프린팅 기술에 의한 해상도의 과거 상황과 향후의 발전 기술을 예측해본 것이다. [그림 2-10] 다. Flexible Display 분야 Flexible Display Market 전망 전체 Flexible display 시장은 기존 제품을 대체하는 Replacing market 과 신 규 제품이 창출되는 New market이 형성될 것으로 예측됨 - 비교적 기술개발이 용이한 e-paper 가 초기 Flexible 시장을 형성하고, 기술 성숙도가 높아짐에 따라 Replacing market 이 더 크게 성장할 것으로 예상 - 기존제품을 대체하는 Replacing market 은 동영상구현이 가능하고 화질이 - 36 -

제품 기술 중심으로 개발 되고, New market 은 저가의 특징적인 application 을 구현하기 위한 기술 개발이 진행될 것으로 예상 美 시장조사기관인 DisplaySearch사는 Flexible Display 시장을 10년 15억불 에서 17년 74억불 규모로 성장 예측(CAGR 30.4%) - 응용 분야는 10년부터 e-book과 Main Display로의 응용이 서서히 진행될 것으로 전망 - 기술적으로는 전자 종이 기술을 적용한 제품에서 점차 LCD나 OLED를 적용 한 제품으로 확대 예상 [그림 2-11] 디스플레이 시장별 플렉서블 디스플레이 점유비 - 37 -

[그림 2-12] Flexible Display 시장 전망 시장조사기관 Displaybank에 의하면 Flexible Display 시장 규모는 10 년 28억불에서 17년 전체 121억불로 전망(CAGR 27.6%) [그림 2-13] 플렉서블 디스플레이 시장 전망(금액 기준) - 수량 측면에서는 10년 1.7백만 개에서 14년 4.3억 개, 17년 약 24억 개로 전체 디스플레이에서 34%를 차지할 것으로 전망( 17년) - 38 -

[그림 2-14] 플렉서블 디스플레이 시장 전망(수량 기준) - 구분 측면에서 보면, 기존의 Display 시장을 대체하는 것과 E-book, Signage, Wearable Display 등의 신규 시장을 창출하는 것으로 나눌 수 있 으며, 신규 시장 창출의 비율이 초기에는 크고 점차적으로 기존 Display 시 장을 대체하는 비율이 커지는 모습으로 전망 Flexible Display 상용화 현황 시장 초기에 주요 제품으로 거론되고 있는 Flexible 전자종이 기술의 상용화 는 미국의 E-Ink사가 선도적으로 수행 - 단색 전자종이 기술은 현재 유리 기판상의 제품화는 많이 진행되고 있는 수 준에 와 있으며, Color 전자종이의 개발이 많은 관심 하에 개발 중 - Philips의 Spin-off 회사인 Polymer Vision사에서는 2007년에 OTFT backplane 상에 E-Ink사의 전자종이 Panel과 결합시켜 5 inch의 두루마리가 가능한 능동 구동형 전자종이 Display의 사업화를 시작 - 영국의 Plastic Logic사도 OTFT Backplane과 E-Ink의 표시 기술을 융합하여 A4 크기의 전자 종이 Display를 2008년에 상용화를 목표로 양산 라인 투자 진행 LCD 기술 기반의 Flexible Display는 삼성전자가 2005년과 2006년에 각각 크기 및 최고 해상도인 5 inch와 7 inch VGA 해상도 (640 RGB 480)의 Full Color 투과형 TFT LCD를 발표 - Plastic 기판 위에 130 이하의 저온 a-si TFT를 구현하는 기술과 Plastic 액 정기술을 기반으로 개발 - 2007년에 OTFT Backplane과 E-Ink 표시 기술을 융합한 14.3 inch의 전자 종 - 39 -

Display를 Plastic 기판 위에 구현하여 사업화를 모색 2011년부터는 3 Inch 급 이하의 LCD와 OLED 기반의 Flexible Display를 채 용한 High-end의 Mobile폰이 등장하고, 2013년에는 4 inch에서 9 inch 급의 OLED 기반의 Mobile폰 이외의 다양한 용도로 Flexible Display가 채용될 것 으로 전망 연관 산업 성장 전망 Flexible Display 시장 규모 예측은 단순히 Display 형태의 것 이외에 유기전 자 및 관련제품 (Organic Electronic and Electronic Products) 시장으로 추정 하는 것이 의미가 있음 IDTechEx가 예측한 2005~2025 유기전자 및 관련제품 시장 전망 에 의하면, 유기전자재료 관련 기술의 발달은 Logic Memory, OLED Display, OLED Billboard, Non-emissive Display, OLED 조명, ES/RF Shield, Battery, Photovoltaic, Fuel Cell, Sensor 등 관련제품의 기존 시장대체 및 신규시장 창출로 2015년 300억불, 2020년 960억불로 크게 증가되고, 2025년에는 무려 2,500억불의 대규모 시장을 형성할 것으로 예측 [표 2-5] 유기전자 및 관련제품 산업의 세계 시장 전망 [단위: 10억불] - 40 -

Flexible Display 모듈 분야에서는 선도적 개발이 이루어지고 있는 반면, 핵심 특허를 비롯한 소재 장비 등 기초 기술 부문과 제품응용 분야 에서 경쟁국 대비 뒤쳐져 있는 상황 * 日 NEDO, 美 국방성, 臺 ITRI 등 경쟁국 정부기구는 컨소시엄을 구성하여 원 천중심의 R&D 수행 향후 플렉서블 디스플레이 분야의 경쟁 우위 선점을 위해 제품 응용 및 Set 산업, Panel 및 Module 산업, 장비 산업, 부품 소재 산업의 유기적인 협력과 꾸준한 연구개발이 요구됨 현재 국내에서는 LG디스플레이, 삼성전자, 삼성모바일디스플레이, LG화학, 제일모직, 아이컴포넌트 등의 기업연구소를 비롯하여 KETI, ETRI, 경희대, 동아대, 한양대 등에서 Flexible LCD, OLED, E-paper에 대한 연구를 진행 중 - 41 -

[그림 2-14] 선진국 대비 국내 기술 수준 및 기술 중요도 지수 Flexible Display Set 산업 1 삼성전자 2009년에 전자책 파피루스 를 상용화했으며, 2010년 2월에는 와이파이 기능 을 탑재한 6인치 e-book 신제품 출시 핸드폰 자판용 전자종이 디스플레이 시제품 개발 - 42 -

[그림 2-15] 삼성전자 전자종이 핸드폰 좌판(좌) 및 6인치 e-book * : 삼성전자 2 네오럭스 국내 최초로 E-ink사의 전기영동방식 전자종이 기술을 이용한 제품 시판 X-box용 POP 광고에 활용하여 큰 호응을 얻음 2010년 4월 세 번째 전자책 모델인 '누트 3 출시 3 인터파크 2009년 7월 e-book 산업 진출을 발표하고,l 2010년 4월 네트워크 기반 전자 책 비스킷 출시 [그림 2-16] 네오럭스 누트3 (좌) 및 인터파크 비스킷 (우) - 43 -

Flexible Display Module 1 LG디스플레이 2005년 10월 LG디스플레이와 E-Ink사가 합작으로 10.1 Inch 곡선형 전자 종 이 Display를 개발 - SVGA 해상도로 Inch 당 100 Pixel 정도가 가능하며 10:1의 대비와 4단계의 회색 조절이 가능 - LG디스플레이와 E-Ink사는 Steel Foil 소재를 선택하여 Sumitomo 공업으로 부터 대량을 공급받아 Nippon Steel 공업에서 이를 제련하여 사용 전자종이 세계 1위 제조사인 대만 PVI와 전자종이를 포함한 디스플레이분야 에서 포괄적 협력 계약 체결 STS 기판을 이용한 4.3 HVGA Flexible AMOLED 개발 2010년 1월, 세계 최대 19인치 휘는 전자종이 개발 - 현재까지 개발된 휘는 전자종이 중 최대 사이즈(25*40cm) - 금속박 기판으로 유연성, 내구성을 지니며 전자책, 전자신문 외에 커브형 광고판으로도 활용 가능 11.5인치 플렉서블 디스플레이 양산 - 44 -

[그림 2-17] LG디스플레이와 E-Ink사의 공동개발 전자종이(좌) 및 19인치 휘는 전자종이 * : LG디스플레이 2 삼성전자 Plastic을 적용한 5 Inch급 이상의 Flexible TFT LCD 등과 E-paper 등 개발 - Mobile Display용 2.2 Inch Full Color 투과형 Plastic TFT LCD Module과 5~6 inch급 E-book용 전기영동 Display를 개발 중에 있으며, OTFT에 대한 연구도 활발히 진행 유리기판 상에서는 2005년 15 Inch XGA급 OTFT LCD Module을 개발하였 으며 (이동도: 3 cm2/vs, On-off Ratio: 106, Backlight는 기존의 기술을 사 용) 2006년 7 Inch Flexible LCD 개발 2007년 40 Inch 액자용 흑백 Flexible Display 개발 A4 크기의 E-paper용 Color Flexible Display 개발 - 45 -

OTFT 이용한 15 Inch LCD 개발 [그림 2-18] A4 사이즈 E-paper용 Color Flexible Display(좌) 및 15인치 OTFT LCD(우) ㅇ 2009년 플라스틱 기판 (PI)을 적용한 6.5 Inch Flexible Oxide TFT AMOLED 개발 및 곡률반경 5mm에서 cyclic bending횟수 10000번까지 소 자 특성 변화가 없는 강건한 TFT bending 특성 향상 구조 제시 [그림 2-19] (좌)5.6 인치 stainless기판 적용 Flexible LTPS AMOLED Display (우)5.6 인치 플라스틱 기판 적용 Flexible LTPS AMOLED Display - 46 -

4 SK 2009년 9월 중국에서 전자종이 원천기술 공개 - 4인치 컬러패널 개발 성공, 11년 상반기 양산에 돌입하여 E-book 시장 진 입 계획 5 삼성종합기술원 Quantum dot 을 이용한 디스플레이 기술 개발팀 구성 TiO2를 sol-gel process 로 성막하여 ETL로 적용한 QD LED발표 발광 효율 및 광량을 향상시키는 방향으로 연구 진행 중 [그림 2-20] 삼성종합기술원의 QD-LED Flexible Display 부품/소재 산업 1 한국과학기술연구원 (KIST) 2001년부터 기초기술이사회 및 산업자원부의 지원 하에 전기영동형 전자종 이 핵심기반기술을 연구하여 B5 크기의 ITO 기판 상에 반사형 EPD를 시연 - 47 -

전기영동 입자를 대체하고자 RGB 기반의 Color 대전입자 및 관련 핵 심 소재 연구를 추진하여, 기존의 E-ink 주도의 Color Filter를 기반으로 하 는 Color형 EPD의 취약한 Color Quality와 Contrast Ratio를 크게 개선한 RGB Color 전기영동입자 구동 방식의 EPD 시스템을 성공적으로 개발 [그림 2-21] KIST가 개발한 EPD module((좌) off-state, (우) on-state) 정부 지원 하에 ITO 및 IZO 코팅된 고분자 복합기판 소재를 연구하여 90 % 이상의 가시광 영역 평균투과도를 가지며 30 Ω/ 이하의 면저항 성능을 갖는 유연기판 소재 기술을 개발 - Plastic 기판 상의 유기 TFT용 절연박막 및 Flexible Display 구동 Drive 제 조기술을 연구하여 구부러지는 Transistor 등을 성공적으로 개발하여 시연 2 한국전자통신연구원 (ETRI) 정부의 지원 하에 OLED 핵심기반기술을 연구하여 2000년에 1.8 inch급 60 21 Flexible 수동형 단분자 OLED와 고분자 OLED를 시연함 Plastic 기판을 기반으로 하는 공정기술과 OLED 장수명화 기술을 개발하여 2 inch급 128 64 Flexible PMOLED를 시연함 전자 Ink를 사용하여 전자종이를 제작하는 방법에 대한 연구를 진행하고 있 으며, 현재 Plastic 기판 상에서 Color 전자 Ink를 이용하여 Color Filter를 - 48 -

않는 다색 전자종이 개발 및 용액 공정에 기반을 둔 Roll-to-roll Process에 대한 연구를 진행 중임 [그림 2-22] ETRI가 개발한 2 inch급 PMOLED 3 한국전자부품연구원 (KETI) 구동 소자 관련 차세대 유기 박막 트랜지스터 및 산화물 트랜지스터 관련 연구 및 기판 소재 관련, 다양한 Barrier Coating에 대한 연구 수행 중 Bridgestone과 같은 건식 분류체를 이용한 전기영동 방식의 입자를 개발 중 빠른 응답 속도를 가지면서 구동전압이 낮은 전자종이에 대한 연구개발이 진행 중 4 한국전기연구원 유리섬유 함침용 투명, 고내열 유/무기 하이브리드 바니쉬 소재 개발 진행 중임 고내열 유기수지 (아크릴, 에폭시 수지 등) 에 하이브리드가 용이하고, 저열 팽창률 및 굴절률 조절이 가능한 실리카졸을 개발 중임 5 제일모직 전자재료 연구소 - 49 -

Flexible Display R&D 관련 연구 수행 중 특히 고내열성 기판 등과 관련하여 다양한 연구 개발 수행 중 6 디피아이솔루션스 세계 최고 수준의 광 투과도와 전기전도도를 갖는 차세대 평판 Display 및 Flexible Display용 유기투명전극 개발 7 아이컴포넌트 광학용 PES & PC Film 및 기능성 코팅이 합쳐진 Display용 Plastic 기판 개 발 및 생산 광특성이 우수한 PES 수지를 독일 BASF로부터 독점 공급 받아 Flexible Display용 투명 Plastic Film 개발 완료 산소 및 수분을 차단하는 Barrier coating 기술은 개발을 진행 중임 8 SKC-Kolon SKC와 Kolon의 PI 필름 사업 부문을 합병하여 설립됨 투명도 88%까지 확보된 colorless PI 필름을 Flexible Display 용도로 개발 중임 9 동진쎄미켐 유리섬유 함침용 투명, 고내열 유/무기 하이브리드 바니쉬 소재 개발 진행 중임 - 50 -

유기수지 (아크릴, 에폭시 수지 등) 를 개발하여 실리카졸과 하이브 리드화 하여 유리섬유에 함침할 수 있는 바니쉬 제조 기술을 개발 중임 10 코오롱인더스트리 기판 위에 barrier coating을 위한 유/무기 하이브리드 재료를 개발 중임 고평탄, 고내열, 저열팽창 및 수분 및 산소 차단 특성이 우수한 유연 기판을 개발 중임 이외에도 투명전극필름, Protection sheet, color e-ink 소재, 격벽재, 평탄화막 재 등 다양한 Flexible Display용 소재 개발을 진행 중이고 일부 제품은 모 듈업체에서 성능이 검증되었음 11 두산전자 유기발광재료 VTMB 1~7, 9~13, 16 (White) 생산판매 최근 높은 효율을 갖는 Blue EML 물질개발 (BPBAPE [EML4]) - 4.0 lm/w, 10.33 cd/a @ Tg=155 (BPBAPE [EML5]) - 1.67 lm/w, 5 cd/a @ Tg=155 Flexible Display 기판용 유리섬유 제조기술 및 이를 이용한 유/무기 하이브 리드 바니쉬 함침 기술을 개발 중임 12 ELM 유기발광재료를 생산하는 회사로, HIM, HTM 및 Blue host 생산 판매 - 51 -

ELM307 휘도 효율이 뛰어나고 Red 색좌표 특성이 좋으며, ELM229은 Blue, Green에서의 특성이 우수 13 동양크레디텍 ETL, HBL, HTL, Host, Dopant 재료 등을 개발하고 있으나 사업은 아직은 초기 연구개발 단계 수준 (2004년 7월 시작) 주력 분야는 ETL 재료 및 인광 Red임 최근 구동전압을 최대한 4.5V까지 낮출 수 있는 ETL 재료 개발 (ETRI 측정) Flexible Display 국내 장비 산업은 프린팅 기법을 제한적으로 도입하여 사 용 중 삼성 SDI의 PDP 제 4공장에서 그라비아 옵셋 인쇄기법을 사용하여 배선전 극을 생산하고 있으며, 삼성전자 및 삼성 SDI에서 LCD 라인에서 잉크젯 프 린팅 기법을 이용하여 공정을 획기적으로 줄이는 방안을 연구 중에 있음. 2005-2009년에는 부품소재기술개발사업을 통해, LCD Color filter를 잉크젯 과 그라비아 프린팅 기법으로 구현하는 사업을 삼성이 시작 - 롤투롤 대량생산 기법이 아닌, 현재의 LCD 기판에 프린팅 공정을 적용하는 것여 기존의 노광공정을 대체하는 내용 현재 국내의 전자 인쇄산업은 양분화 되어, TFT-LCD 디스플레이용 칼라필 터 기술 등의 최종 심화기술 개발이 대기업 중심으로만 이뤄지고 있고, 기 타 기업의 전자인쇄 기술개발은 초기단계에 머물러 있는 실정 - 52 -

-, LG전자 등을 중심으로 최종 심화기술인 TFT-LCD 제조원가 절감을 위한 R2R 공정용 RGB. 칼라필터 동시인쇄기술이 개발 중에 있으나. - 전자인쇄에 대한 개발은 전자인쇄용 전도성 잉크와 관련 공정에 대한 기초 연구에 머물러 있는 실정 주요 업체 현황 1 LG 화학 잉크젯을 이용한 14인치 크기의 LCD용 Color filter를 구현하여 발표하였으 며, 전도성 메탈라인의 잉크젯 공정을 이용한 프린팅에 대한 연구를 진행 - 이에 사용되는 잉크를 개발하는 연구 또한 진행되고 있음 2 잉크테크 나노실버잉크를 개발/선진국 못지않은 연구 성과를 발표하였으며, 이를 이 용하여 전도성 그라비아 잉크를 개발하여 RFID 안테나 인쇄 결과를 발표 3 순천대학교 RFID 안테나 뿐만아니라 반도체 칩까지 프린팅 기법을 사용해서 구현한 Fully printed RFID를 발표 4 기계연구원 전자 소자용 롤투롤 프린팅 요소기술 연구 수행 - 메탈젯 시스템 개발, 잉크젯 시스템 응용RP 시스템 개발, 잉크젯 헤드 개발 - 53 -

잉크젯 관련 연구 - 플렉소, 그라비아의 전자 산업에의 응용에 관한 연구 - 인쇄 관련 산학연 컨소시움을 통한 다양한 인쇄 관련 연구 사업 추진 대학 및 연구소 연구 현황 1 동아대학교 미디어 디바이스 연구센터 OLED/OTFT를 준 양산 가능한 Open Fab.' 구축 한국통신사업자연합회로부터 IT 협동연구센터 로 지정 유기/금속 박막증착장비와 Flexible LCD 전공정 진행 가능 2 경희대학교 Flexible Display 연구센터 1990년부터 FPD 연구를 위해 장비 및 Clean Room 보유 2004년 세계 최초로 선택적 증착법을 이용하여 배면발광형 OTFT를 PES 기 판 위에 형성 2 Inch 크기의 능동구동형 a-si TFT를 Gas Barrier가 증착된 Plastic 기판을 이용하여 Encapsulation 수행 - 54 -

[그림 2-23] 경희대학교 Flexible Display PES 상에서 a-si TFT와 같은 수준의 OTFT를 제작하였는데, Organic CVD 방법에 의하여 Pentacene의 반도체 층을 Active 층으로 증착하였으며, Gate 절연막으로 Crosslinked PVP를 사용하여 소자 이동도 1.8 cm2/vs를 얻었으며, Array 수준에서 좋은 결과를 얻음 PES 기판 상에서 a-si TFT와 같은 수준의 OTFT 제작 3 고려대학교 (디스플레이반도체물리학과, Plasma & Device Lab.) OTFT, a-si TFT 및 Nano-Si TFT Array의 일괄 제작 장비와 OLED 및 LCD Cell 제작 장비를 갖춘 전용 Clean Room과 전기적, 광학적 특성과 물성평가 가 가능한 측정장비를 보유하고 Flexible Display에 특화되어 연구개발 진행 중 자체개발한 중성입자빔 증착 공정 및 장비를 기반으로 상온공정 TFT와 고신 뢰성 OLED Backplane기술을 연구개발 중 자체개발한 Damage Free Sputter 공정 및 장비를 기반으로 새로운 구조의 Flexible Display용 Top Emission OLED 기술 연구 개발 중 신규 OTFT 소재 및 소자구조, 새로운 전자종이 Mode 기술 연구개발 진행 중 4 서울대학교 반도체공동연구소 - 55 -

OLED, Flexible Display 위한 장비를 보유하고 연구개발 진행 중 LCD, PDP 등 평판 Display의 첨단 기술개발을 나노 임프린팅, 스크린 프린팅 및 잉크젯 프린팅 장비를 구비하여 용액 공정 기반의 유기, 무기 산화물 TFT 소자에 대한 연구를 활발히 진행하고 있음 연성 소재 기판 상 신축성 (Stretchable) 전극 소재 및 구조에 대한 연구와 프린팅 기반 고신축성 전극 구현을 위한 연구를 진행하고 있음 5 서울대학교 유기 Display 연구센터 OLED Display 산학연 공동연구 기반 조성을 위해 설립 장비 및 시설 구축으로 기술개발에서부터 신뢰성 평가 및 기술교육까지 전 반적인 서비스가 가능한 OLED 연구개발 인프라 구축 6 경북대학교 Mobile Display 산학연 센터 Flexible Display 기술개발 지원을 목적으로 설립 제조공정용 장비 구축 (Flexible Display System, Evaporator, Passivation, ITO Roll Coating System 등) 7 순천향대학교 TFT Array, LCD Cell, OLED 제작 장비 및 시설 보유 Flexible Display 개발 진행 중 - 56 -

Flexible Display 산업 구조 [그림 2-24] 국내 외 Flexible Display 산업 구조 출처 : 한국디스플레이산업협회 - 57 -

. 초박형LCD 분야 LGP 패널에 대한 균일 면광원화 기술 LCD 패널을 이용한 디스플레이는 종래 전자총을 이용한 브라운관 방식에 비해 소비전력이 적으며 경량, 박형의 장점으로 모니터, 노트북, TV 및 smart device에 폭넓게 이용되고 있다. LCD 패널은 액정과 칼라필터를 이용 하여 화상을 처리하는 디스플레이로서 기본적으로 화상의 표시를 위한 광원 이 필요하고 Back Ligt Unit(BLU)를 통해 LCD 패널에 균일한 면광원을 공 급한다. BLU는 크게 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 등의 광원을 면광원인 BLU의 직후방에 위치시키고 확산판 등을 이용하여 후방의 CCFL에서 공급 되는 광원을 균일하게 확산시켜 균일한 면광원을 확보하는 직하타입과 LED Bar 등의 광원을 면광원인 BLU의 모서리에 배치하고 도광판 등을 이용하여 모서리에서 공급되는 광원을 균일하게 분산하여 균일한 면광원을 확보하는 엣지타입이 있다. 직하타입의 경우 확산판을 이용하여 CCFL에서 공급되는 광원을 균일하게 확산시키는데 한계가 있기 때문에 CCFL을 일정 거리 이상 이격하여 배치하 여야 하고 이 때문에 LCD 패널을 이용한 디스플레이의 두께를 줄이는데 한 계가 있어 TV, 모니터 등 대면적 디스플레이에 활용되고 있으나 소비전력, 환경규제 및 slim화 경향에 적절한 대응이 어려워 점차 그 활용성이 떨어지 고 있다. 엣지타입의 경우 BLU의 모서리에 Bar 타입의 광원을 배치하고 모서리에서 공급되는 광원을 도광판(Light Guide Panel)을 이용하여 적절하게 배분함으 로서 균일한 면광원을 형성하는 방식이다. 엣지타입 BLU에서 핵심이 되는 구성은 PMMA(Polymathyl Methacrylate) 재질의 도광판(LGP)으로서 도광판 (LGP)의 표면에 모서리에서 공급되는 광원을 적절하게 배분하기 위한 광학 패턴이 양각 또는 음각으로 부착 또는 가공되어 있다. 도광판(LGP) 표면에 형성된 광학패턴을 통해 모서리에서 공급되는 광원이 균일하게 배분되는 것 은 광원이 도광판 내부에서 전반사로 이동하다가 도광판 표면에 형성된 양 각 또는 음각의 광학패턴의 위치로 입사하게 되면 굴절률의 차이로 도광판 - 58 -

나오게 된다. 모서리의 광원에서 공급되는 빛이 도광판 표면의 광학 패턴과 만나는 비율을 면전체를 통해 일정하게 유지하여 균일한 면광원을 확보하는데 광학패턴과 만나는 비율을 일정하게 유지하는 것은 도광판에 형 성되는 광학패턴의 분포를 조절함으로써 이루어진다. 즉, Bar 타입의 광원과 인접한 입광부와 그 반대쪽의 대광부에 형성되는 광학패턴의 밀도를 달리하 여 면전체의 휘도를 균일하게 만든다. [그림 2-25] Back Light Unit의 구조 및 균일한 면광원 형성 원리 위 그림에서와 같이 균일하게 도광판 밖으로 나온 빛은 확산시트를 통과하 면서 균일하게 퍼지고 수평, 수직방향 프리즘 시트를 통과하면서 도광판에 수직인 방향으로 변환되어 균일한 면광원이 형성된다. 균일한 면광원에서 핵심구성은 광학패턴이 형성된 도광판으로서 도광판에 광학패턴을 어떤 방식으로 형성하느냐에 따라 균일한 면광원의 평균휘도의 높고 낮음이 결정되므로 평균휘도를 높일 수 있는 가공방식에 대한 연구가 꾸준히 이루어지고 있다. 가공방식에 대한 연구에서 다른 하나의 중요한 점 은 최근 slim화 경향에 따라 도광판의 두께가 점점 얇아지는 추세에 따라 초박형 도광판에 광학패턴의 형성이 가능한지 여부이다. 이는 도광판이 BLU의 핵심부품이고 휘어질 수 있는 정도의 초박형 도광판에 광학패턴을 안정적으로 가공할 수 있을 경우 flexible LED BLU의 구현가능성이 한층 밝 아지기 때문이다. - 59 -

도광판 가공기술의 종류와 특장점 초박형 LGP(Light Guide Pannel : 도광판)는 대략 1T 이하의 도광판을 말하 는 것으로 도광판의 두께가 얇아질수록 도광판의 엣지에 위치한 광원에서 나온 빛이 도광판의 일면에 형성된 광학패턴 중 입광부(도광판 중 광원과 인접한 구역)에서 만날 확률이 커지므로 대광부(도광판 중 광원에서 먼 구 역)까지 빛을 보낼 수가 없어 균일한 면광원을 위한 휘도 균일도를 확보하 는 것이 매우 어려운 특성이 있다. 초박형 도광판에 미세 도트 가공기술에 대해 살펴보기 위해 우선 국내외 도 광판 가공기술의 개요와 장단점에 대해 살펴보면 아래와 같다. [그림 2-26] 도광판 가공기술의 장단점 도광판에 광학패턴을 형성하는 가공기술은 그림에 도시한 바와 같이 인쇄 방식(screen printing), V-cutting방식, 사출방식(molding), 레이저 방식으로 구분할 수 있다. 각 가공기술이 장단점을 살펴보면 인쇄방식은 짧은 tact time 및 높은 생산성을 장점으로 하지만 대면적 도광판 가공이 매우 어렵고 screen에 형성된 도트 형성용 hole의 막힘으로 인해 미세 도트(100μm 이하) - 60 -

불가능한 단점이 있다. V-cutting방식은 접촉식 가공으로 고휘도에 적합한 V shape 가공이 가능한 장점이 있으나 생산성이 매우 떨어지는 단점이 있다. 사출방식은 높은 생산성 및 범용화된 가공기술이라는 장점이 있으나 초박형 도광판 가공이 어려운 문제점이 있다. 레이저 가공방식의 경우 고휘도, 인쇄방식을 제외하면 생산성이 높은 장점이 있고, 운용 cost가 거의 소요되지 않는 장점이 있고, 초박형 도광판 가공이 가능하고 미세 도트(40μm 수준) 가공이 가능한 기술로서 초박형 도광판에 초 미세 도트 형성이 가능한 가공기술이다. 인쇄방식을 통한 광학패턴 형성기술 도광판에 광학패턴을 형성하는 기술 중 가장 광범위하게 퍼져 있는 방식이 바로 인쇄방식이다. 인쇄방식은 도광판의 원재료인 PMMA를 주재료로 하는 잉크를 실크스크린을 이용하여 도광판의 표면에 부착하여 양각의 광학패턴 을 형성하는 방식이다. 광학패턴을 형성할 잉크에는 주재료인 PMMA 이외 에도 광학패턴의 접착력을 증가시키기 위해 PVA(Polyvinl-alchol)를 첨가하 고 광산란성을 증가시키기 위해 광산란제인 SiO2 등을 첨가한다. [그림 2-27] 실크 스크린 방식의 인쇄기와 인쇄방식으로 가공된 도광판 - 61 -

높은 양산성과 손쉬운 가공공정 때문에 널리 이용되고는 있으나 도광판에 부착되는 개별 광학패턴의 크기가 실크스크린의 홀사이즈에 의해 결정되기 때문에 인쇄 공정 중 실크스크린의 일부가 막혀 불량이 발생하는 문제와 실크스크린의 홀사이즈를 작게하는데 한계 때문에 미세 광학패턴의 가공이 어려운 문제가 있다. 또한, 주재료인 PMMA 등 잉크를 제조하기 위 해 솔벤트 등 환경문제를 일으키는 물질이 다량 사용됨에 따라 환경규제가 날로 강화되는 글로벌 환경에 부합하지 않는 문제점이 있다. 초박형 도광판은 도광판의 두께가 얇기 때문에 광원에서 나온 빛이 광학패 턴과 만나는 비율이 종래 두꺼운 도광판에 비해 낮아져 광원에서 나온 빛의 대부분이 도광판 밖으로 나오지 못하고 소멸하므로 광학패턴의 밀도를 높여 서 가공할 필요가 있다. 광학패턴의 밀도를 높이기 위해서는 개별 광학패턴 의 크기를 크게 하는 방법과 개별 광학패턴의 크기를 아주 작게 하되 많이 가공하는 방법이 있다. 개별 광학패턴의 크기를 크게 하는 방법은 프리즘 시트, 확산시트를 도광판 상부에 올리더라도 개별 광학패턴이 시인되는 문 제가 있기 때문에 개별 광학패턴의 크기를 작게 하되 많은 수를 가공하여 광학패턴의 밀도를 높이고 이를 통해 광원에서 나온 빛이 광학패턴과 만나 는 비율을 높여야한다. 하지만 인쇄방식의 경우 개별 광학패턴의 크기를 작 게하는데 한계가 있기 때문에 초박형 도광판의 가공에는 근본적인 한계가 있다. 최근 인쇄방식의 한계를 극복하기 위해 잉크의 조성을 변화시키거나 실크스 - 62 -

제작방식에 대한 연구를 통해 초박형 도광판 및 대면적 도광판 가공 에 대한 수율을 증가시키기 위한 노력이 이루어지고 있다. 임프린팅 방식을 통한 광학패턴 형성기술 임프린팅 방식은 도광판에 광학패턴을 형성하는 것 뿐만 아니라 나노 UV 임프린팅을 통해 반도체 제조에도 활용되고 있는 기술이다. 반도체에 비해 도광판에 가공되는 광학패턴의 크기는 마이크로미터 단위로서 그 정밀도에 있어서는 큰 차이가 있지만 패턴을 형성하는 원리에 있어서는 유사하다. 임프린팅 방식으로 도광판에 광학패턴을 형성하는 공정은 도광판에 형성할 광학패턴과 동일한 형상의 스탬프를 제작하고 도광판의 상부에 광학패턴 형 성용 액체를 분사하여 고르게 도포한 후 광학패턴과 동일한 형상의 스탬프 로 광학패턴 형성용 액체로 이루어진 도포층을 눌러 광학패턴을 형성한 후 이를 경화시키는 과정을 통해 광학패턴을 형성한다. 임프린팅 방식의 광학패턴 형성공정은 정확한 광학패턴의 형성을 위해 진공 분위기의 챔버 내에서 이루어지는 것이 보통이지만 모바일 기기와 같이 소 형 도광판의 경우 상온 Roll imprinting system을 통해 광학패턴을 형성하기 도 한다. [그림 2-27] 임프린팅 방식을 통한 광학패턴 형성과정과 Roll imprinting system - 63 -

방식은 미세한 광학패턴의 형성이 가능하고 광학패턴의 형성 중 열변형이 전혀 없고 초박형 도광판에 광학패턴을 형성하는데 아무런 문제가 없어 많은 장점을 가진 방식이기는 하나 광학패턴의 형성을 위해 도광판에 패턴형성용 액체로 된 도포층이 있어야 하고 도광판과 도포층 사이의 굴절 률의 차이에 의해 휘도 저하 및 색왜곡 현상이 발생하는 문제가 있다. 이러 한 문제를 극복하기 위해 최근에는 색재현성을 높이고 굴절률 차이에 의한 광경로의 왜곡에 대한 광학적 분석을 통해 휘도를 높이는 쪽으로 연구가 활 발히 진행되고 있다. 레이저를 이용한 광학패턴 형성기술 레이저를 이용한 광학패턴 형성기술은 레이저의 열에너지를 이용하여 도광 판의 표면에 광학패턴을 새기는(engraving) 방식으로서 인쇄방식, 임프린팅 방식과 달리 비접촉 가공방식이다. 레이저를 이용하는 방식은 도광판이 PMMA 재질로 이루어짐에 따라 PMMA 재질에 흡수성이 좋은 파장대의 레이저를 출력하고 고출력의 레이 저를 발진시키기가 용이한 CO2 레이저를 이용하여 광학패턴을 가공한다. 또한, 도광판의 표면에 광학패턴을 engraving하는 방식이므로 음각의 광학 패턴을 형성하므로 양각의 광학패턴을 형성하는 다른 가공기술에 비해 휘도 가 높은 장점이 있다. 즉, BLU의 모서리에 위치한 광원으로부터 일정 범위 - 64 -

각도를 가지고 빛이 입사하므로 음각의 광학패턴의 경우 광학패턴과 빛 이 만나는 비율이 일정 각도대의 투영면적에 비례하지만 양각의 광학패턴은 광학패턴의 밑면적에 비례하므로 동일한 밑면적을 갖는 음 양각의 광학패턴 인 경우 투영면적이 밑면적보다 항상 넓으므로 음각의 광학패턴이 빛과 만 날 확률이 높고 도광판 밖으로 나오는 빛의 양이 많아지기 때문에 휘도가 높게 된다. 레이저를 이용하여 광학패턴을 형성하기 위해서는 레이저 광원과 광학패턴 을 형성할 위치에 레이저를 조사하기 위해 도광판을 이동시키는 스테이지 및 레이저 광원에서 발진된 레이저를 유도하는 광학기구물이 조합된 장치가 필요한데 엘티에스(LTS)에서 생산하는 LGP Enraving machine인 MACH series가 대표적이다. [그림 2-28] LGP Enraving machine - 65 -

LGP Enraving machine은 집속렌즈가 리니어 가이드를 통해 왕 복운동을 하면서 도광판을 가공하는 방식인데 음각의 광학패턴을 가공하기 때문에 휘도가 높은 장점은 있으나 리니어 가이드의 한계속도가 3~4m/s에 불과하기 때문에 양산성이 떨어지고 가공 중 진동 등에 의해 정확한 위치에 가공이 되지 않아 암부가 발생하는 문제가 있고 레이저 광원의 on/off를 이 용하여 광학패턴을 가공함에 따라 on/off 시 레이저의 출력곡선의 형태가 구형파가 아니라 exponential function을 나타내기 때문에 도광판에 조사되 는 레이저 중 가공에 기여하는 부분뿐만 아니라 가공에 기여하지 못하고 열 에너지만 전달하는 부분이 발생하여 초박형 도광판의 경우 가공 후 열변형 이 발생하는 문제점이 있다. 최근 왕복타입의 레이저 가공방식의 한계를 극복하기 위해 광학기구물을 휠 타입으로 구성하여 가공속도를 배가시키고 AOM(Acousto-Optic Modulator) 를 이용하여 구형 펄스레이저를 형성하여 가공함에 따라 열변형을 극소화도 록 하는 휠타입 레이저 가공장치에 대한 연구가 이루어지고 있다. - 66 -

제 3 장 사업 내용. 유기 검사를 위한 전자현미경 분야 JEOL사(일본)에서 유기검사를 위해 ESEM(Environmental scanning electron microscope) 개발 가스이온화를 이용한 입자검출기의 개념을 SEM에 적용한 장비 생물과 같은 수분 함유 물질뿐만 아니라 완전 부도체를 전도성 코팅절차 없 이 분석 가능 SEM의 신틸레이터형 ET(Everhart-Thornley)검출기는 구조적으로 가스환경에 서 이차전차 영상형성이 불가능하여 ESEM은 가스형 이차전자 검출기 (gaseous secondary electron detector, GSED), 또는 환경이차전자 검출기 (environmental secondary electron detector, ESD)를 신호검출 시스템으로 사용함 ESEM의 GSED/ESD는 SEM의 ET검출기와 달리 빛과 열에 Insensitive하기 때문에 시료에서 방출되는 백열광, 음극발광, 형광 등에 영향을 받지 않으며 또한 1500C의 고온에서도 시료의 분석이 가능 다중 PLA(Pressure limiting aperture, 압력제한조리개)를 이용하여 시료실과 전자광학계 사이의 압력분리 구조 - 67 -

[그림 3-1] ESEM 구조 [그림 3-2] ESEM의 작동원리 1 전자입사빔(Primary electron beam)이 시료로 입사 2 시료의 표면에서 이차전자(SE)가 생성되어 나오고 일부는 수증기 분자와 충 돌 3 가스이차전지검출기(GSED/ESD) 전극에 수증기 분자와 충돌하여 생긴 환경이차전자(ESE)까지 포집되어 증폭효과가 생김 - 68 -

4 입자와의 충돌과정에서 생긴 양이온들이 시료로 이끌려 전자입사 빔에 의하여 축전된 시료의 음전하를 중화시킴 SEM과 ESEM의 차이점 [표 3-1] SEM과 ESEM의 차이점 ESEM 관련 특허 [표 3-2] ESEM 관련 특허 - 69 -

검사할 수 있는 장치로 많은 유수의 검사장비기업이 많은 노력을 하였으나 이스라엘의 B-nano 社 에서 air-sem개발 대기압 상태에서도 SEM 이미지를 약 10만배까지 볼 수 있는 기기로 현재 저수율로 고생 중인 AMOLED 및 플렉서블 공정에 필수적 나아가, 바이오 검사 장비 등으로 활용 가능 air-sem 설명 [그림 3-3] air-sem 설명 * 특징 1) 10nm 분해능 보유 2) 측정하고자 하는 Sample의 선처리 없음 3) 모든 유형의 이미지 측정 가능 : 고체, 액체, 전도성, 절연성 4) 샘플 크기의 제한 없음 5) EDX(energy dispersive x-ray spectroscopy)를 이용한 재료 분석 * 장점 1) 사용하기 용이함. - 70 -

2) 진행됨에 따라 복잡한 시료 전처리 불필요 3) 쉽게 기존의 실험 장치에 고해상도 현미경을 추가 4) 하나의 워크 벤치에 몇 가지 현미경의 통합 5) 현미경 사이의 원활한 전환, 버튼의 클릭으로 상호 현미경 6) 빠르게 포괄적인 데이터 도출 air-sem 설명 1) 생물학적 시료를 자연 상태의 이미지 측정 가능 2) 역학 및 프로세스의 스냅 샷을 쉽게 취득 할 수 있음 3) 시간 효율성 : 적은 시간에 더 많은 질적 인 데이터를 얻을 수 있음 일반적인 전자주사현미경 시료 제작 1 시료채취(sampling) 2 고정과정(fixation) - SEM의 경우 paraformaldehyde를 사용하여 고정하는 방법을 사용하는 경우 시료 표면 관찰에는 큰 어려움이 없으나 시료의 내부를 할단하여 관찰하는 경우에는 고정이 불완전하여 부서지기 때문에 정확한 구조 관찰이 어려운 경우 발생 3 탈수 및 포매(dehydration) - 부적절한 탈수제의 농도 또는 탈수시간으로 인하여조직의 수축 또는 팽창 등 부피의 변형이 초래될 수 있음. 만일 불완전하게 탈수된 상태에서 건조시 키게 되면 표본 제작 후에 형태의 변형이 생기는 경우 발생, 습기가 많은 날 씨에 건조된 표본을 코팅하지 않고 실온에 오래 방치하는 경우에도 공기 중 의 습기에 의해 나중에 표본이 변형됨. 4 건조 및 시료부착 (drying & attachment) - 건조 후 시료를 시료대 (specimen stub)에 부착시킬 때에도 시료를 핀셋으 로 잡을 때 발생하는 압력으로 시료가 변형될 수 있음. 또한, 전도성 접착제 인 silver paste를 사용하는 경우 시료의 바닥 면에만 조금 사용하지 않고 너 무 많은 양 또는 너무 농도가 낮은 용액을 사용할 경우에는 시료내의 혈관 또는 내강 등의 빈 공간을 따라서 관찰하고자 하는 시료의 표면까지 은접착 - 71 -

올라와서 시료표면을 덮어버림으로써 관찰을 방해할 수 있음 5 코팅 (coating) - 고분해능 FE-SEM이 많이 보급되어 10만배 이상의 고배율을 관찰이 가능하 게 됨에 따라 백금 또는 금으로 코팅을 하는 경우에는 그 코팅재료의 입자에 의하여 실제 시료의 모습의 관찰함에 있어 방해를 받게 되었다 따라서 고배 율 관찰 시에는 무정형이며, 코팅두께가 매우 얇게 (2nm 정도) 제작이 가능 한 OsO4를 사용하는 osmium plasma coater를 사용하여 시료표면에 형성되 는 입자의 형성도 억제함과 동시에 가능한 한 얇게 코팅을 하는 것이 바람직 하다 하겠다. Ion coater를 사용할 경우 진공상태가 적절하지 않거나 과도 전 류가 흐르는 경우 스파크가 발생하여 코팅재료가 균일하지 않게 표면에 튀는 경우도 있으며 장시간 코팅으로 열이 발생되어 시료를 손상시키기도 한다. a-sem 시료 제작 : 시료채취(sampling) 후 바로 측정 가능 B-nano사 Air-SEM 특허 : 국제출원 및 우리나라까지 출원 (21) 출원번호 10-2011-7008742 (22) 출원일자(국제출원일자) 2009년09월24일 심사청구일자 없음 (85) 번역문제출일자 2011년04월18일 (86) 국제출원번호 PCT/IL2009/000926 (87) 국제공개번호 WO 2010/035265 국제공개일자 2010년04월01일 (30) 우선권주장 61/100,735 2008년09월28일 미국(US) (71) 출원인 비-나노 리미티드 이스라엘 84965 오메르 피.오.박스 3010 인더스트 리얼 파크 빌딩 넘버 10 (72) 발명자 샤찰 도프 - 72 -

76248 레호봇 팔디 스트리트 12/29 드 피치오토 라피 이스라엘 99797 카메이 요세프 하야스민 스트리트 42 (74) 대리인 정삼영, 송봉식 전체 청구항 수 : 총 46 항 (54) 발명의 명칭: 진공 디바이스 및 주사 전자 현미경 (57) 요 약 진공 디바이스는 밀봉된 하우징, 전자 빔 소스, 전자 광 컴포넌트, 박막, 및 검출 기를 포함한다. 박막은 밀봉된하우징의 애퍼어처를 밀봉한다. 밀봉된 하우징 은 진공이 유지되는 진공 공간을 형성한다. 전자 빔 소스는 진공공간 내에서 전파하고, 전가 광 컴포넌트와 상호작용하고, 박막을 통과하는 전자 빔을 생 성하도록 구성되어있다. 밀봉된 하우징의 제1 부분은 비진공 환경에서 유지 는 비진공 주사 전자 현미경 컴포넌트에 의해 형성된 공간에 꼭 맞는 형상이 다. 특허청구의 범위 청구항 1 진공 디바이스로서, 밀봉된 하우징; 전자 빔 소스; 전자 광 컴포넌트; 박막; 및 검출기;를 포함하고, 상기 박막은 상기 밀봉된 하우징의 애퍼어처를 밀봉하고, 상기 밀봉된 하우징은 진공이 유지되는 진공 공간을 형성하고, 상기 전자 빔 소스는 상기 진공 공간 내에서 진행하고, 상기 전가 광 컴포넌트와 상호작용하고, 상기 박막을 통해 통과하는 전자 빔을 생성하도록 구성되어 있고, - 73 -

밀봉된 하우징의 제1 부분은 비진공 환경에서 유지되는 비진공 주사 전자 현미경 컴포넌트에 의해 형성된공간에 꼭 맞는 형상인 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 2 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉된 하우징은 상기 진공 공간에서 상기 진공을 유지 하도록 구성되어 있는 진공 펌프의 출력부에 꼭 맞는 형상인 하나의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 3 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉된 하우징의 제1 부분은 실린더 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 4 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉된 하우징의 제1 부분은 실린더 형상 및 수 밀리미 터의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 5 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉된 하우징의 제1 부분은 실린더 형상 및 3 내지 5 밀리미터의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 6 제 1 항에 있어서, 제2 부분을 더 포함하고, 상기 제2 부분의 단면적은 상기 제1 부분의 단면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 7 제 1 항에 있어서, 상기 제2 부분은 상기 진공 디바이스와 상기 주사 전자 현미 경의 적어도 하나의 비진공 컴포넌트를 정렬시키도록 구성된 정렬기에 꼭 맞 는 형상인 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 8 제 1 항에 있어서, 상기 진공 디바이스는 정렬기에 해체가능한 방식으로 연결되 도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 9 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉된 하우징은 오직 하나의 개구만 가진 것을 특징으 - 74 -

하는 진공 디바이스. 청구항 10 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉된 하우징은 밸브없는 하우징인 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 11 제 1 항에 있어서, 상기 진공 공간은 수백 세제곱 센치미터를 초과하지 않는 것 을 특징으로 하는 진공디바이스. 청구항 12 제 1 항에 있어서, 상기 진공 디바이스는 상기 공간에 타이트하게 피팅되도록 하 는 형상인 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 13 제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 검출기 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 14 제 1 항에 있어서, 상기 진공 디바이스는 밀봉된 하우징, 전자 빔 소스, 전자 광 컴포넌트, 박막, 및 검출기를 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 디바이스. 청구항 15 제 1 항에 있어서, 상기 진공 공간은 정렬 코일, 콘덴서 렌즈, 비점수차 빔 쉬프 트 코일, 주사 코일 또는 대물 렌즈를 포함하기에는 너무 작은 것을 특징으 로 하는 진공 디바이스. 청구항 16 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 진공 디바이스, 및 상기 진공 디바 이스에 연결된 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치. 청구항 17 제 16 항에 있어서, 상기 진공 펌프는 낮은 처리량인 것을 특징으로 하는 장치. 청구항 18 제 16 항에 있어서, 상기 진공 펌프는 초당 2 내지 3 리터 범위의 처리량인 것을 특징으로 하는 장치. 청구항 19-75 -

16 항에 있어서,상기 진공 펌프는 이온 펌프인 것을 특징으로 하는 장치. 청구항 20 제 16 항에 있어서, 상기 진공 펌프는 배터리 전원식 진공 펌프인 것을 특징으로 하는 장치. 청구항 21 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 진공 디바이스, 및 상기 진공 디바이스에 연결된 정렬기를 포함하고, 상기 정렬기는 상기 진공 디바이스와 상기 주사 전자 현미경의 적어도 하나의 비진공 컴포넌트를 정렬시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치. 청구항 22 주사 전자 현미경으로서, 비진공 환경에서 유지되는 비진공 주사 전자 현미경 컴포넌트; 진공 디바이스;를 포함하고, 상기 진공 디바이스는 밀봉된 하우징, 전자 빔 소스, 전자 광 컴포넌트,박막, 및 검출기,를 포함하고, 상기 비진공 주사 전자 현미경 컴포넌트는 하나의 공간을 형성하고, 상기 박막은 상기 밀봉된 하우징의 애퍼어처를 밀봉하고, 상기 밀봉된 하우징은 진공이 유지되는 진공 공간을 형성하고, 상기 전자 빔 소스는 상기 진공 공간 내에서 진행하고, 상기 전자 광 컴포넌트와 상호작용하고, 그리고 상기 박막을 통과하는 전자 빔을 생성하도록 구성되어 있고, 그리고 상기 밀봉된 하우징의 제1 부분은 상기 공간에 꼭 맞는 형상인 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 23 제 22 항에 있어서, 상기 진공 디바이스는 상기 주사 전자 현미경의 비진공 컴포 넌트에 해체가능한 방식으로 연결되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 24 제 22 항에 있어서, 상기 주사 전자 현미경은 상기 진공 공간 내에 오직 진공만 - 76 -

구성되어 있는 것을특징으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 25 제 22 항에 있어서, 비진공 환경에서 물체를 지지하기 위한 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자현미경. 청구항 26 제 22 항에 있어서, 상기 진공 디바이스와 상기 주사 전자 현미경의 적어도 하나 의 비진공 컴포넌트를 정렬시키기 위한 정렬기를 포함하는 것을 특징으로 하 는 주사 전자 현미경. 청구항 27 제 22 항에 있어서, 상기 주사 전자 현미경의 스테이지에 관하여 상기 진공 디바 이스의 높이를 변경하도록 구성되어 있는 z-스테이지를 포함하는 것을 특징 으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 28 제 22 항에 있어서, 청구항 제 2 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 진공 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 29 제 22 항에 있어서, 적어도 하나의 비진공 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하 는 주사 전자 현미경. 청구항 30 제 22 항에 있어서, 상기 주사 전자 현미경의 상기 비진공 컴포넌트는 정렬 코 일, 콘덴서 렌즈, 비점수차 빔 쉬프트 코일, 주사 코일, 또는 대물 렌즈를 포 함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 31 제 22 항에 있어서, 챔버 및 상기 챔버 내의 비진공 환경의 적어도 하나의 파라 미터를 제어하는 컨트롤러를 더포함하고, 상기 챔버는 물체를 수용하도록 구 성되어 있는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 32 제 22 항에 있어서, 챔버 및 물체가 이미지화되는 동안 상기 챔버 내의 비진공 환경의 적어도 하나의 파라미터를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하고, 상기 물체는 이미징되고 있을 때 상기 챔버 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 주 - 77 -

전자 현미경. 청구항 33 제 22 항에 있어서, 물체가 위치하는 비진공 환경에 가스를 주입하기 위한 가스 주입기를 더 포함하는 것을 특 징으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 34 제 22 항에 있어서, 물체가 위치하는 비진공 환경에 질소를 주입하기 위한 가스 주입기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 35 제 22 항에 있어서, 물체가 위치하는 비진공 환경에 He을 주입하기 위한 가스 주입기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 36 제 22 항에 있어서, 물체가 위치하는 비진공 환경에 화학물을 주입하기 위한 주 입기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경. 청구항 37 주사 전자 현미경을 유지하는 방법으로서, 제1 진공 디바이스를 제2 진공 디바이스로 교체하는 단계를 포함하고, 상기 교체하는 단계는 상기 주사 전자 현미경의 비진공 컴포넌트에 상기 제2 진 공 디바이스를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현 미경을 유지하는 방법. 청구항 38 제 37 항에 있어서, 상기 교체하는 단계는 상기 진공 디바이스의 진공 공간 내에 오직 진공만 유지하는 단계가 후속하는 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미 경을 유지하는 방법. 청구항 39 제 37 항에 있어서, 상기 제1 진공 디바이스 및 제2 진공 디바이스 각각은 밀봉 된 하우징, 전자 빔 소스, 전자광 컴포넌트, 박막, 및 검출기를 포함하고, 상 기 박막은 상기 밀봉된 하우징의 애퍼어처를 밀봉하고, 상기 밀봉된 하우징 은 진공이 유지되는 진공 공간을 형성하고, 상기 전자 빔 소스는 상기 진공 공간 내에서 진행하고, 상기 전자 광 컴포넌트와 상호작용하고, 그리고 상기 - 78 -

통과하는 전자 빔을 생성하도록 구성되어 있고, 상기 밀봉된 하우징의 제1 부분은 상기 공간에 꼭 맞는 형상인 것을 특징으로 하는 주사 전자 현미경을 유지하는 방법. 청구항 40 제 37 항에 있어서, 상기 물체를 이미지화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으 로 하는 주사 전자 현미경을 유지하는 방법. 청구항 41 물체를 이미지화하는 방법으로서, 교체가능한 진공 디바이스의 전자 빔 소스에 의해 전자 빔을 생성하는 단계; 진공 공간을 통해 진행하고, 상기 교체가능한 진공 디바이스의 밀봉된 하우징의 애퍼어처를 향하도록 상기 전자빔을 지향시키는 단계; 상기 진공 디바이스의 검출기에 의해 입자를 검출하는 단계; 상기 검출기로부터 검출 신호를 출력하는 단계;를 포함하고, 상기 애퍼어처는 상기 진공 공간과 물체가 놓여지는 비진공 환경 사이의 압력차 를 견디는 막에 의해 밀봉되어있고, 상기 검출된 입자는 상기 전자 빔과 상기 물체의 상호작용에 응답하여 생성되고, 상기 검출 신호는 프로세싱된 후 상기 물체의 적어도 일부분의 이미지의 생성에 기여하고, 상기 생성하는 단계 및 검출하는 단계동안, 상기 진공 디바이스의 제1 부분은 주 사 전자 현미경의 적어도 하나의 비진공 컴포넌트에 의해 형성된 공간 내에 놓여지고, 상기 진공 디바이스의 제1 부분은 상기 공간에 꼭 맞는 형상인 것을 특징으로 하는 물체를 이미지화하는 방법. 청구항 42 제 41 항에 있어서, 상기 물체가 위치하는 비진공 환경에 가스를 주입하는 단계 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체를 이미지화하는 방법. 청구항 43 제 41 항에 있어서, 상기 물체가 위치하는 비진공 환경에 질소를 주입하는 단계 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체를 이미지화하는 방법. - 79 -

44 제 41 항에 있어서, 상기 물체가 위치하는 비진공 환경에 He를 주입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체를 이미지화하는 방법. 청구항 45 제 41 항에 있어서, 상기 물체가 위치하는 비진공 환경에 화학물을 주입하는 단 계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체를 이미지화하는 방법. 청구항 46 제 41 항에 있어서, 상기 물체가 이미지화되는 동안 상기 챔버 내의 비진공 환경 의 적어도 하나의 파라미터를 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 물체는 이 미지화될 때, 챔버 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 물체를 이미지화하는 방법. 명 세 서 배 경 기 술 고해상도 현미경은 연구개발, 재료 과학, 생명 과학, 반도체 산업, 및 식품 [0001] 산업과 같은 다양한 분야에서 품질보증 및 생산에 사용된다. [0002] 17세기의 광학 현미경은 심자외선 광자의 파장에 의해 형성된 장벽에 도 달하였고, 대략 80nm의 최고 해상도를제공한다. 대다수의 광학 현미경은 모두 사용성으로 해석될 수 있는 상대적으로 낮은 비용, [0003] 사용의 용이함, 및 이미징 환경의 다양성으로부터 유래한다. [0004] 주사 전자 현미경(SEM)은 훨씬 더 미세한 해상도(수 나노미터 이하)를 제 공하지만, 그러한 높은 해상도를 제공하기 위해 관측되는 물체는 진공 환경 에 놓여져야 하고, 전자 빔에 의해 주사된다. [0005] 전자 빔은 이미터를 포함하는 전자 빔 소스에 의해 생성된다. 이미터는 비교적 짧은 수명을 가져 SEM의 수명동안 수차례 교체되어야 한다. W 이미 터는 전형적으로 수백 시간, LaB6 이미터는 1000시간 이상, 쇼트키(Schottky) 이미터는 전형적으로 10000시간 이상 동작할 것이다. [0006] 전자 빔은 SEM의 하나 이상의 애퍼어처를 통과할 수 있다. 전형적인 애 퍼어처는 제한된 수명을 가지고, 때때로교체되어야 한다. [0007] SEM의 유지보수는 이미터, 애퍼어처는 물론 SEM의 다른 컴포넌트를 교 - 80 -

단계를 포함한다. 이러한 교체 프로세스는 시간소비적이고, 또한 이러 한 컴포넌트의 분해가 가능하도록 SEM을 충분히 크게 설계할 것을요구한다. SEM은 분해를 위해 진공 포트가 장착되어야 한다. 또한, 이러한 컴포넌트의 교체에 이어, 대기압에서 높은 진공으로 SEM의 챔버의 진공화가 후속하고, 전자 소스 챔버를 가열하는 단계(소위 베이킹 공정)가 필요할 수 있다. [0008] SEM의 챔버는 크고, 하나 이상의 높은 처리능력의 진공 펌프에 연결되는 것이 일반적이다. [0009] 진공 레벨에 도달한 후에도, 여전히 시스템을 완전히 가동시키기 전에 수 개의 단계:이미터의 정렬 단계, 및 필라멘트 전류 및 전압에 대한 최적의 동 작 포인트를 찾는 단계가 존재한다. 이러한 프로세스는 시간소비적이고, 전문 적 지식을 필요로 한다. 예를 들어, 쇼트키 이미터를 교체하고, 시스템을 완 전한 동작 모드로가져가는 전체 사이클은 12 시간 이상 걸릴 수 있다. [0010] 신속한 교체 스킴을 특징으로 하는 SEM을 제공해야할 필요성이 증가하고 있다. 발명의 내용 과제의 해결 수단 [0011] 진공 디바이스는 밀봉된 하우징, 전자 빔 소스, 전자 광 컴포넌트, 박막, 및 검출기를 포함하고, 박막은 밀봉된하우징의 애퍼어처를 밀봉하고, 밀봉된 하우징은 진공이 유지되는 진공 공간을 형성하고, 전자 빔 소스는 진공공간 내에서 전파하고, 전가 광 컴포넌트와 상호작용하고, 박막을 통과하는 전자 빔을 생성하도록 구성되어 있고, 밀봉된 하우징의 제1 부분은 비진공 환경에 서 유지는 비진공 주사 전자 현미경 컴포넌트에 의해 형성된 공 간에 꼭 맞는 형상이다. [0012] 이 장치는 진공 디바이스, 및 진공 디바이스에 연결된 진공 펌프를 포함 한다. [0013] 주사 전자 현미경은 비진공 환경에서 유지되는 비진공 주사 전자 현미경 을 포함하고, 여기서 비진공 주사 전자현미경 컴포넌트는 공간을 형성하고, 진공 디바이스는 밀봉된 하우징, 전자 빔 소스, 전자 광 컴포넌트, 박막,및 검 출기를 포함하고, 박막은 밀봉된 하우징의 애퍼어처를 밀봉하고, 밀봉된 하우 - 81 -

진공이 유지되는 진공공간을 형성하고, 전자 빔 소스는 진공 공간 내에 서 전파하고, 전자 광 컴포넌트와 상호작용하고, 박막을 통과하는 전자 빔을 생성하도록 구성되어 있고, 밀봉된 하우징의 제1 부분은 상기 공간에 꼭 맞 는 형상이다. [0014] 주사 전자 현미경을 유지보수하는 방법으로서, 본 방법은 제1 진공 디바 이스를 제2 진공 디바이스로 교체하는단계를 포함하고, 여기서 교체하는 단 계는 제2 진공 디바이스를 주사 전자 현미경의 비진공 컴포넌트에 해체가능 한 방식으로 연결하는 단계를 포함한다. [0015] 물체를 이미지화하는 방법은 교체가능한 진공 디바이스의 전자 빔 소스에 의해 전자 빔을 생성하는 단계, 전자빔을 진공 공간을 통과하고 교체가능한 진공 디바이스의 밀봉된 하우징의 애퍼어처를 향하도록 지향시키는단계, 진 공 디바이스의 검출기에 의해 입자를 검출하는 단계, 및 검출기로부터의 검 출 신호를 출력하는 단계를 포함하고, 여기서 이 애퍼어처는 진공 공간과 물 체가 놓여져 있는 비진공 환경 사이의 압력차를 견디는 막에 의해 밀봉되어 있고, 검출되는 입자는 전자 빔과 물체의 상호작용에 반응하여 생성되고, 그 리고 상기 생성하는 단계와 검출하는 단계 동안, 진공 디바이스의 제1 부분 은 주사 전자 현미경의 적어도 하나의 비진공 컴포넌트에의해 형성된 공간 내에 놓여져 있고, 진공 디바이스의 제1 부분은 상기 공간에 꼭 맞는 형상이 다. 도면의 간단한 설명 도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 [0016] 진공 디바이스의 개략적인 단면 이다. 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 진공 디바이스의 개략적인 단면이다. 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 장치의 개략적인 단면이다. 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 장치의 개략적인 단면이다. 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 장치의 개략적인 단면이다. 도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SEM의 개략적인 단면이다. 도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 비진공 하우징 및 코일 및 렌즈의 개략 적인 단면이다. - 82 -

8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 유지보수하는 방법 을 도시한다. 도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 물체를 이미지화하는 방법을 도시한다. 도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SEM의 개략적인 단면이다. 도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SEM의 개략적인 단면이다. 도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SEM의 개략적인 단면이다. 도 13은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SEM의 개략적인 단면이다. 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 [0017] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, SEM, 장치, 및 진공 디바이스가 제공된 다. SEM은 장치를 포함할 수 있다. 이 장치는 진공 디바이스를 포함할 수 있다. 진공 디바이스는 또한 교체가능한 진공 디바이스라 불린다. [0018] 본 발명의 다양한 실시예에 따라, SEM은 비진공 환경에 위치하는 물체의 이미지를 획득한다. SEM은 하나 이상의 비진공 컴포넌트 및 진공 디바이스 (또는 장치)를 포함한다. 비진공 컴포넌트는 진공 환경에 놓이지 않는 컴포넌 트이다. [0019] 진공은 진공 디바이스 내에서 유지되지만, SEM의 다른 부분에서는 유지 되지 않는 것이 바람직하다. 진공 디바이스가 고장이라면, 전체 진공 디바이 스는 교체된다. 진공 디바이스는 비교적 작고, 진공 디바이스 내의 진공은 낮 은 용량의 진공 펌프를 사용함으로써 매우 쉽게 유지될 수 있다. [0020] 진공 디바이스는 그 전체가 교체가능하고, 밀봉되고, 진공 내에 유지되어 야 하는 모든 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이는 SEM의 유지보수를 간편화시 킨다. 이미터 또는 애퍼어처를 유지보수 및 교체하기 위한 숙련공을 대신하 여, 전체 진공 디바이스가 쉽게 교체될 수 있다. [0021] 부가적으로 또는 대안으로서, 교체는 시간 소비적인 증발화 단계, 또는 (베이킹 단계와 같은) 증기 제거 단계등이 후속되지 않으므로, 교체 프로세스 는 매우 신속하고, SEM의 처리능력에 미치는 영향을 최소화한다. [0022] 진공 디바이스는 전자 빔 소스 또는 애퍼어처를 교체하기 위한 접근 포트 를 포함할 필요가 없을 정도로, 그리고(챔버, 밸브, 진공 펌프와 같은) 외부 컴포넌트와의 인터페이스의 개수는 최소로 감소될 정도로, 비교적으로 작을 - 83 -

있다. [0023] 진공 디바이스는 매우 작은 제1 부분과 약간 더 큰 제2 부분을 포함하는 밀봉된 하우징을 포함할 수 있다. 두부분은 비교적 작고, 매우 작은 풋프린트 (footprint)를 가질 수 있다. [0024] 밀봉된 하우징은 SEM의 하나 이상의 비진공 컴포넌트에 의해 형성된 공 간에 꼭 맞는 형상인 제1 부분을 가지는 것이 바람직하다. 이 공간은 하우징 (소위, 비진공 하우징)에 의해 또는 코일, 렌즈 등과 같은 다른 비진공 컴포넌 트를 둘러쌀 수 있는(또는 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있는) 다른 기계적 인터페이스에 의해 형성될 수있다. [0025] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 진공 디바이스(및 특히 밀봉된 하우징의 제1 부분)는 SEM의 하나 이상의 비진공 컴포넌트에 의해 형성된 공간에 타 이트하게 맞춤될 수 있다. 제 1 부분은 적어도 하나의 측방향 및 수평 치수 에서 수십 마이크로미터(예컨대 대략 50 마이크로미터)의 기계적 허용공차를 가지고 맞춤될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, SEM는 하나 또는 두 축을 따라 공간에 [0026] 대하여 진공 디바이스를 이동시킬 수 있는 정렬기를 포함할 수 있다. 이 정 렬기는 진공 디바이스가 타이트하게 맞춤되어 있더라도 사용될 수 있다. 이 정렬기는 하나 이상의 나사 및 하나 이상의 나사 리셉터클을 포함할 수 있다. [0027] SEM의 진공 디바이스와 비진공 디바이스 사이에 가능한 오배열 중 적어 도 일부는 코일과 같은 비진공 컴포넌트 에 의해 전자기장을 도입함으로써 보상될 수 있음을 이해해야 한다. [0028] 하나 이상의 비진공 컴포넌트는 진공 디바이스를(또는 적어도 진공 디바 이스의 밀봉된 하우징의 제1 부분을) 둘러쌀(또는 적어도 부분적으로 둘러쌀) 수 있고, 진공 디바이스 내의 전자 빔의 진행에 영향을 줄 수 있다. 전자 빔 의 궤적에 영향을 미치고, 가능한 오배열을 보상할 수 있는 비진공 컴포넌트 의 제한하지 않는 예는 편향코일이다. [0029] 진공 디바이스는 미리 정렬되고, 미리 컨디셔닝되고, 최적의 오퍼레이팅 파라미터로 설정될 수 있는 이미터와같은 전자 빔 소스를 포함한다. 교체 프 로세스는 이미터를 설정하는 단계, 이미터를 진공 디바이스의 다른 컴포넌트 - 84 -

재정렬하는 단계, 또는 진공 디바이스의 생산 공정 동안 미리 설정된 것 과 같이 최적의 상태를 설정하는 단계를 포함하지 않는다. [0030] SEM의 모든 진공 디바이스는 진공 디바이스 내에 정렬되는 것이 바람직 하다. 이러한 특성은 진공 디바이스의 제조를 단순화시키고, 대량 생산화되고 있는 오늘날 사용되는 상이한 재료 및 제조 기술을 사용할 기회를 열고, 제 품 비용에 상당한 영향을 미친다. [0031] 진공 디바이스는 교체가능하고, 밀봉된 하우징, 전자 빔 소소, 전자 광 컴 포넌트, 박막, 및 검출기를 포함할 수 있다. 박막은 밀봉된 하우징의 애퍼어 처를 밀봉한다. 밀봉된 하우징은 진공이 유지되는 진공 공간을 형성한다. [0032] 진공 빔 소스는 진공 공간 내에서 진행하고, 전자 광 컴포넌트와 상호작 용하고, 박막을 통과하는 전자 빔을 생성하도록 구성된다. 밀봉된 하우징의 제1 부분은 비진공 환경에서 유지되는 비진공 주사 전자 현미경 컴포넌트에 의해 형성된 공간에 꼭 맞는 형상이다. [0033] 진공 디바이스는 복수의 검출기, 복수의 전자 광 컴포넌트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 설명의 간편함을 위해, 대부분의 아래의 설명은 하나 의 애퍼어처 및 하나의 검출기를 포함하는 진공 디바이스를 다룬다. [0034] 밀봉된 하우징은 전자 빔이 통과할 수 있는 복수의 애퍼어처를 포함할 수 있다. 하나 이상의 애퍼어처는 하나이상의 막에 의해 밀봉될 수 있다. 이 막 은 얇을 수 있고, 심지어 매우 얇을 수 있다. 이 막은 수 나노미터 이하일 수 있다. 각각의 막은 전자 빔에 대하여 투명하거나, 반투명하고, 비진공 환경과 밀봉된 하우징 내에 유지되는 진공 환경 사이의 압력차를 유지한다. [0035] 진공 디바이스가 복수의 막을 가진다면, 이 막들은 하나 이상의 어레이를 형성하도록 배열될 수 있다. 각각의 막은 크기, 두께, 또는 크기와 두께 모두 서로 상이할 수 있다. [0036] 전자 빔은 막을 향해 전자 빔을 편향시킴으로써, 막과 전자 빔 소스 사이 의 기계적 이동을 도입함으로써, 또는 이 둘을 조합하여 막을 통과하도록 지 향될 수 있다. 예를 들어, 막은 전자 빔의 광 축에 대하여 막을 이동시킬 수 있게 하는 (벨로우와 같은) 이동부 연결된(또는 그 위에 놓여진) 프레임에 연 결될 수 있다. [0037] 막의 프레임은 또한 전자가 프레임에 충돌함으로써 발생되는 전류를 (예 - 85 -

, 피코-암페어미터에 프레임을 연결함으로써) 측정할 수 있게 하도록 진 공 디바이스에 대하여 전기적으로 플로팅일 수 있다. 검출을 강화하기 위해 프레임에 바이어스가 제공될 수 있다. [0038] 진공 디바이스의 전자 광 컴포넌트는 애퍼어처, 그리드, 렌즈, 전자 빔을 감속 또는 가속시키기 위한 전극, 빔스플리터 등을 포함할 수 있다. 전자 광 컴포넌트는 전자 빔의 궤적, 전자 빔의 형상, 전자 빔의 초점 등에 영향을 줄 수 있는 임의의 컴포넌트일 수 있다. [0039] SEM은 비진공 환경에서 유지되는 하나 이상의 전자 광 컴포넌트를 포함 할 수 있고, 이러한 컴포넌트를 비진공 컴포넌트라 한다. [0040] 밀봉된 하우징은 진공 공간 내에 진공을 유지하도록 구성된 진공 펌프의 출력부에 꼭 맞는 형상인 하나의 개구를 포함할 수 있다. 진공 펌프는 이온 펌프일 수 있다. [0041] 밀봉된 하우징의 제1 부분은 실린더 형상을 가질 수 있다 - 길고 가는 튜 브와 같은 형상일 수 있다. 제1부분은 수 밀리미터의 직경을 가질 수 있다 - 그 직경은 수 밀리미터와 수십 밀리미터 사이의 범위일 수 있다. 제1 부분의 단면은 수십 밀리미터보다 더 클 수도 있으나, 더 작은 치수가 [0042] 진공을 유지하기에 더 쉬운 더 작은진공 공간을 야기할 수 있음을 이 해해야 한다. 더 낮은 처리량의 진공 펌프가 진공을 유지하기 위해 사용될 수있다. 예를 들어, 제1 부분의 직경은 3 내지 15 밀리미터 사이의 범위일 수 있다. [0043] 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 진공 디바이스는 또한 제2 부분을 가진 다. 이 제2 부분은 제1 부분보다 더클 수 있다. 즉, 더 큰 단면을 가질 수 있 다. 제2 부분은 실린더 형상을 가질 수 있으나, 반드시 그러한 것은 아니다. [0044] 더 큰 제2 부분은 진공 펌프에 대한 연결을 제공하고, 또한 SEM의 하나 이상의 비진공 컴포넌트에 대한 연결을 제공할 수 있다. 제2 부분은 나사 또 는 다른 인더페이싱 도는 가이딩 컴포넌트를 사용함으로써, (비진공 하우징과 같은) SEM의 다른 비진공 컴포넌트에 해체가능한 방식으로 연결될 수 있다. [0045] 제2 부분은 주사 전자 현미경의 적어도 하나의 비진공 컴포넌트 및 진공 디바이스를 정렬시키도록 구성되어 있는 SEM의 정렬기에 꼭 맞는 형상일 수 있다. 이 정렬기는 2 또는 3개의 축을 따라 정렬을 제공할 수 있다. - 86 -

[0046] 발명의 하나의 실시예에 따라, 밀봉된 하우징은 오직 하나의 개구만 가지고(막에 의해 밀봉된 애퍼어처와 함께), 이 개구는 진공 펌프에 대한 인 터페이스를 제공한다. [0047] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 밀봉된 하우징은 밸브없는 하우징이다. 즉, 임의의 밸브를 포함하지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 밀봉된 하우징은 진공 펌프로부터(또는 진공 펌 프로의) 입자의 흐름을 제어하기위해 사용될 수 있는 하나 이상의 밸브를 포 함할 수 있다. [0048] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 밀봉된 하우징은 매우 작은 진공 공간 을 형성한다. 즉, 그 체적이 수백 세제곱 센티미터를 초과하지 않는다. [0049] 앞서 언급한 바와 같이, 진공 디바이스(또는 적어도 밀봉된 하우징의 제1 부분)는 SEM의 하나 이상의 비진공 컴포넌트에 의해 형성된 공간에 꼭 맞는 형상이다. [0050] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 진공 디바이스(또는 적어도 제1 부분)는 그 공간에 타이트하게 맞도록 하는 형상이다. 그러므로, 그 공간에 놓여진 후, 비진공 하우징과 같은 인터페이싱 비진공 컴포넌트와 제1 부분 사이에 매우 작은 공간이 존재한다. [0051] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 밀봉된 하우징은 적어도 하나의 (외부적 으로 접근가능한) 커넥터를 포함한다. 커넥터는 (ⅰ) 진공 디바이스의 검출기로의 전력 공급, (ⅱ) 진공 디바이스의 검 출기로의 제어 또는 컨피규레이션 신호의 공급, (ⅲ) 진공 디바이스의 검출기 로부터의 검출 신호 또는 프로세싱된 검출 신호의 수신, (ⅳ) 막프레임으로부 터의 검출된 전류의 수신, (ⅴ) 막 프레임에 대한 바이어스 제공 중 적어도 하나를 용이하게 할 수있다. [0052] 진공 디바이스는 전자 빔 소스, 및 전자 빔 소스의 배출 및 고전압 컴포 넌트(또는 전극)에 (하나 이상의 핀, 케이블, 커넥터 등을 통해) 연결을 제공 하고, 진공 디바이스에 연결될 수 있는 진공 펌프에 막을 제공할 수 있다. [0053] 진공 디바이스의 각각의 검출기는 자신의 검출기 커넥터를 가질 수도 있 고, 복수의 검출기가 하나의 커넥터를공유할 수도 있고, 하나의 검출기가 하 나 이상의 검출기 커넥터에 연결될 수도 있음을 이해해야 한다. - 87 -

[0054] 발명의 하나의 실시예에 따라, 진공 디바이스는 정렬 코일, 콘덴서 렌 즈, 비점수차(astigmatism) 빔 쉬프트코일, 주사 코일, 또는 대물 렌즈를 그 안에 포함하기 위해 매우 작은 진공 공간을 형성한다. 진공 공간 내의진공은 낮은 처리양의 진공 펌프에 의해 유지될 수 있다. [0055] 진공 디바이스는 서로 상이하거나 서로 유사할 수 있는 하나 이상의 검출 기를 포함할 수 있다. 진공 디바이스의 검출기는 전자, 광자, X-레이 방사선 등을 탐지할 수 있다. 전자 검출기는 신틸레이터 기반이거나 솔리드스테이트 검출기일 수 있다. X-레이 검출기는 Si 드리프트 검출기일 수 있다. 진공 검 출기는 에너지 분산 분광기 등을 사용할 수도 있다. [0056] 진공 디바이스의 전자 소스는 밝기가 다른 다양한 재료로 이루어질 수 있 고, 진공 레벨은 예컨대, W 이미터, LaB6 이미터, 또는 필드 이미터를 필요로 한다. [0057] 진공 디바이스의 제조 공정 중(특히 조립 단계 동안), 진공 디바이스는 증 기를 줄이거나 제거하기 위해 베이킹되는 것이 바람직하다. 진공 디바이스는 상이한 재료, 예컨대, 유리, 알루미늄, 또는 스테인리스 [0058] 강으로 이루어질 수 있다. [0059] 진공 디바이스는 애퍼어처를 포함할 수 있다. 이 애퍼어처는 제어된 크린 환경에서 제조되고 조립된 후, 오염에 노출되지 않고 밀폐 하우징 내에 놓여 진다. 이는 SEM에 의해 얻어지는 이미지 품질에 기여하고, 애퍼어처의 수명 을 연장시킬 수 있다. [0060] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 진공 디바이스는 T-형 단면을 가질 수 있다. 각각의 제1 및 제2 부분이 실린더 형상을 가질 수 있다. 제2 부분은 제 1 부분 보다 더 넓고, 두 부분은 동축이다. [0061] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 하나의 장치가 제공된다. 이 장치는 진 공 디바이스 및 진공 디바이스에 연결된 진공 펌프를 포함한다. 진공 펌프는 진공 디바이스 내에 진공을 유지하도록 구성된다. 진공 펌프는 낮은 처리량 을 특징으로 한다. 진공 펌프의 처리량은 초당 2 내지 3 리터 범위일 수 있 다. 진공 펌프는 이온 펌프, 배터리 전원식 진공 펌프, 또는 배터리 구동식 이온 펌프일 수 있다. [0062] 이 장치는 진공 디바이스에 연결된 정렬기를 포함할 수 있다. 이 정렬기 - 88 -

EUV의 적어도 하나의 비진공 컴포넌트와 진공 디바이스를 정렬시키도록 구성될 수 있다. 정렬기가 이 장치 내에 포함되는 것이 아니라 SEM에 연결 된 후 장치에 단지 연결될 수 있음을 이해해야 한다. 또한 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 이 정렬기의 하나 이상의 컴포넌트는 장치에 속할 수 있고, 정렬기의 하나 이상의 다른 컴포넌트는 SEM의 비진공 컴포넌트(또는 컴포넌 트들)로 간주될 수 있다. [0063] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, SEM이 제공된다. SEM은 비진공 환경에 서 유지되는 비진공 컴포넌트를 포함하고, 또한 진공 디바이스를 포함한다. [0064] SEM은 앞서 설명한 장치와, 정렬 코일, 콘덴서 렌즈, 비점수차 빔 쉬프트 코일, 주사 코일, 또는 대물 렌즈와 같은 하나 이상의 비진공 컴포넌트를 포 함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. [0065] SEM은 진공 공간 내에서만 진공을 유지하도록 구성될 수 있다. [0066] SEM은 비진공 환경에서 물체를 지지하기 위한 스테이지를 포함할 수 있 다. 이 스테이지는 1, 2, 또는 3개의 축을 따라 물체를 이동시킬 수 있다. [0067] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, SEM은 검출 및 대조를 강화하기 위해 비진공 환경에 상이한 가스 혼합물을 주입하기 위한 가스 주입기를 포함할 수 있다. 가스 주입기는 He 또는 질소를 포함한 혼합물을 주입할 수있으나, 다른 가스 혼합물이 제공될 수도 있다. 이러한 가스 혼합물은 물체에 근접하 게 제공될 수 있으나, 이것이 반드시 필수적인 것은 아니다. [0068] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, SEM은 물체가 놓여질 수 있는 챔버, 셀 또는 구획(이하 통칭하여 챔버라 함) 을 포함할 수 있다. 챔버는 물체가 이미지화될 수 있도록 하는 윈도우를 포함한 다. 챔버는 챔버 내에 비진공 환경의 적어도 하나의 파라미터를 제어하도록 구성되어 있는 하나 이상의 컨트롤러를 포함하거나, 컨트롤러에 연결될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 챔버 내부의 가스 조성, 온도, 압력, 습도, 또는 이들의 조합을 제어할 수 있다. 온도는 가열 엘리먼트, 냉각 엘리먼트 등을 포함하는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 가스 조성은 가스 필터, 가스 주 입기 등을 포함하는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. [0069] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, SEM은 주사 전자 현미경의 스테이지에 대하여 진공 디바이스의 고도(elevation)를 변경하도록 구성되어 있는 z-스테 - 89 -

포함할 수 있다. z-스테이지는 수백 마이크로미터의 이동 범위를 가질 수 있으나, 다른 이동 범위가 제공될 수도 있다. z-스테이지는 물체로부터 원 하는 거리에 밀봉된 하우징의 애퍼어처를 위치시킬 수 있게 할 수 있다. 이 것은 SEM의 이미지 획득 조건을 최적화하고, 애퍼어처와 물체 사이의 거리 가 물체가 제어될 수 있다면, SEM을 설계하는 것을 더 용이하게 하여 SEM 의 설계 프로세 스를 단순화시킨다. 이는 특히 물체가 상이한 높이일 때 그러하다. [0070] 본 발명의 하나의 실시예에 따라, SEM은 적어도 하나의 비진공 검출기, 즉, 진공 환경내에 놓여지지 않는 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 비진공 검출기는 전자, X-레이 광자, 가시광선 또는 적외선(IR) 광자를 검출할수 있 다. 검출기는 산란된 전자, 전송된 전자, 또는 이들의 조합을 검출할 수 있고, 주사 전송 이미지를 생성할 수 있게 한다. [0071] 도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 진공 디바이스(30)의 개략적인 단면이다. [0072] 진공 디바이스(30)는 밀봉된 하우징(20), 전자 빔 소스(40), 검출기(60), 애 퍼어처(50), 및 커넥터(80)를 포함한다. 밀봉된 하우징(20)은 제1 부분(31) 및 제2 부분(32)을 포함한다. 밀봉된 하우징(20)은 전자 빔(9)이 전파하는 진공 공간(70)을 형성한다. 밀봉된 [0073] 하우징(20)은 막(102)에 의해 밀봉된 애퍼어처(104)를 가진다. 벌룬(100) 은 애퍼어처(104) 및 막(102)을 더욱 상세하게 도시한다. [0074] 점선(9)은 전자 빔(9)의 경로를 도시하고, 그 광 축을 정의한다. [0075] 도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 진공 디바이스(30')의 개략적인 단면이다. [0076] 도 1의 진공 디바이스(30)는 (애퍼어처(104)를 제외한) 임의의 개구를 포함 하지 않지만, 진공 디바이스(30')는(도시되지 않은) 진공 펌프에 대한 인터페 이스로서 사용되는 개구(82)를 포함한다. 진공 펌프가 개구(82)에 연결된 후, 밀봉된 하우징(80)은 밀봉이 유지된다. 개구(82)는 (도시되지 않은) 밸브에 의 해 선행될 수 있음을 이해해야 한다. [0077] 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 장치(20)의 개략적인 단면이다. 장치(20)는 진공 디바이스(30') 및 진공 펌프(90)를 포함한다. - 90 -

[0078] 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 장치(20')의 개략적인 단면이다. 장치(20')는 진공 펌프(90), 및 2개의 애퍼어처(50 및 51)를 포함하는 진공 디 바이스를 포함한다. 이 2개의 애퍼어처(50 및 51)는 밀봉된 하우징(20)의 제1 부분(31')에 포함된다. [0079] 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 장치(20")의 개략적인 단면이다. 장치(20")는 정렬기(110)를 포함한다 는 점에서 장치(20')와 상이하다. 정렬기(110)는 제2 부분(32')의 하면과 측면에 연 결되어 있는 것으로 도시되어 있다. [0080] 도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SEM(10)의 개략적인 단면이다. [0081] SEM(10)은 장치(20), 및 스테이지(101), 나사(104), 나사 리셉터클(106), z-스 테이지(102), 비진공 하우징(120), 코일 및 렌즈(121-124), 및 지지 엘리먼트 (103)와 같은 비진공 컴포넌트를 포함한다. 도 6은 또한 스테이지(101)에 의해 지지되는 물체(8)를 도시한다. 물체(8)는 비진공 환경에 놓여져 있다. [0082] 장치(20) 및 특히 장치의 진공 디바이스의 제1 부분(31)은 비진공 하우징 (120)에 의해 형성된 공간에 꼭 맞게된다. [0083] 비진공 하우징(120)은 또한 코일 및 렌즈(121-124)를 둘러싼다. 이러한 코 일 및 렌즈는 건(gun) 정렬 코일(121), 콘덴서 렌즈(122), 비점수차 빔 쉬프트 및 주사 코일(123) 및 대물 렌즈(124)를 포함한다. [0084] 비진공 하우징(120)은 제1 부분을 부분적으로 둘러싸는 공간을 형성하는 내부벽을 포함하고, 또한 코일 및 렌즈(121-124)가 놓여지는 공간을 형성하는 추가 벽을 포함한다. [0085] Z-스테이지(102)는 비진공 하우징(12)과 제2 부분 사이에 위치한다. [0086] 나사(104)는 도 6이 그려진 페이지와 평행한 가상의 수평축을 따라 비진공 하우징(120)에 대하여 장치(20)를 이동시키기 위해 사용된다. (도시되지 않은) 하나 이상의 추가적인 나사는 도 6이 그려진 페이지에 수직인 다른 가상의 수평축을 따라 비진공 하우징(120)에 대하여 장치(20)를 이동시키기 위해 사 용될 수 있다. [0087] 나사 리셉터클(106)은 또한 장치(20)와 비진공 하우징(120) 사이의 상대 이 동을 제한하는 스토퍼로서 사용될 수있다. [0088] SEM(10)은 (도시되지 않은) 이미지 프로세서, 메모리 유닛, 및 검출기(60) - 91 -

검출 신호를 물체(8)의 이미지로 변환하는 다른 디지털 컴포넌트를 포함할 수 있다. 이미지 프로세싱은 또한 스탠드얼론 또는 원격의 이미지 프 로세서에 의해 구현될 수도 있다. [0089] 도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 코일 및 렌즈(121-124)와 비진공 하우징(120)의 개략적인 단면이다. [0090] 도 7은 또한 비진공 하우징(120)에 의해 형성된 공간(130)을 도시한다. [0091] 도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SEM(10')의 개략적인 단면이다. [0092] SEM(10')은 가스, 화합물, 가스 혼합물, 등을 물체(8)가 놓여진 비진공 환 경에 주입할 수 있는 주입기(210)를 함한다는 점에서 SEM(10)과 상이하다. 주입기(210)에 연결된 점선은 주입기로부터 출력되는 가스 혼합물을 개략적으 로 도시한다. 도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SEM([0093] 10")의 개략적인 단면이다. [0094] SEM(10")은 챔버(220), 컨트롤러(224), 및 챔버(220)의 윈도우(222)를 포함 한다는 점에서 SEM(10)과 상이하다. 윈도우(2212)는 전자 빔 및 검출기(60)에 의해 검출되어야 하는 입자에 대하여 투명하거나 반투명하다. 컨트롤러(224)는 챔버(220) 내의 비진공 환경의 적어 도 하나의 파라미터에 영향을 주거나, 그 파라미터를 제어할 수있다. [0095] 도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SEM(10''')의 개략적인 단면이 다. [0096] 도 12의 SEM(10''')는 열린 끝부 챔버(222')를 가진다는 점에서 도 11의 SEM(10'')와 상이하다. 열린 끝부 챔버(222') 및 스테이지(101)는 물체가 놓여 지는 닫힌 구획을 형성한다. 열린 끝부 챔버는 컨트롤러(224')에 장착(또는 연 결)될 수 있다. [0097] 도 13은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 SEM(10"")의 개략적인 단면이 다. [0098] 도 13의 SEM(10"")은 윈도우를 가지지 않는 열린 끝부 챔버(222")를 가진 다는 점에서 도 11의 SEM(10")과 상이하다. 열린 끝부 챔버(222")와 비진공 하우징(120)의 하면은 물체가 놓여지는 닫힌 구획을 형성한다. 열린 끝부 챔 버(222")는 컨트롤러(224)에 장착(또는 연결)될 수 있다. [0099] 챔버는 스테이지(101), 비진공 하우징(120), 및 추가적인 구조적 컴포넌트 - 92 -

의해 형성될 수 있음을 이해해야한다. 스테이지(101)의 상면은 챔버의 하 면을 형성할 수 있고, 비진공 하우징(120)의 하면은 챔버의 상면을 형성할 수 있다. [0100] 챔버는 밀봉되거나, 부분적으로 밀봉되거나 전혀 밀봉되지 않을 수도 있 음을 이해해야 한다. [0101] 도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 주사 전자 현미경을 유지보수하 는 방법(300)을 도시한다. [0102] 방법(300)은 진공 디바이스를 교체함으로써 제1 진공 디바이스를 교체하는 단계(310)에 의해 시작한다. [0103] 단계(310)는 주사 전자 현미경의 비진공 컴포넌트에 제2 진공 디바이스를 해체가능한 방식으로 연결하는 단계를포함할 수 있다. [0104] 단계(310)는 SEM의 하나 이상의 비진공 컴포넌트에 의해 형성된 공간에 진공 디바이스의 밀봉된 하우징의 제1부분을 삽입함으로써, 비진공 하우징에 제2 진공 디바이스를 연결하는 단계를 포함할 수 있다. [0105] 단계(310)는 제1 진공 디바이스 및 진공 펌프를 포함하는 교체식 장치를 교체하는 단계를 포함할 수 있다. [0106] 제2 진공 디바이스 및 제1 진공 디바이스 각각은 밀봉된 하우징, 전자 빔 소스, 전자 광 컴포넌트, 박막, 및 검출기를 포함한다. 박막은 밀봉된 하우징 의 애퍼어처를 밀봉한다. 밀봉된 하우징은 진공이 유지되는 진공 공간을 형 성한다. 전자 빔 소스는 진공 공간 내로 전파하고, 전가 광 컴포넌트와 상호 작용하고, 박막을 통과하는 전자 빔을 생성하도록 구성되어 있다. [0107] 단계(310)에 이어 진공 디바이스의 진공 공간 내에만 진공을 유지하는 단 계(320)가 후속한다. 따라서, 진공은SEM의 다른 부분에서 얻어지거나 유지되 지 않는다. [0108] 방법(300)은 도 1-5의 진공 디바이스 및 임의의 장치를 교체하기 위해 적 용될 수 있고, 도 6에 도시된 SEM과 같은 SEM을 유지보수하는 단계를 포함 할 수 있다. [0109] 단계(310)는 (ⅰ) 검출기 케이블, 이미터 케이블, 또는 두 케이블 모두 언 플러깅하는 것과 같이, 밀봉된 하우징의 하나 이상의 커넥터에 연결된 케이 블을 언플러깅하는 것, (ⅱ) 제1 진공 디바이스(또는 교체식 진공 디바이스를 - 93 -

교체식 장치)를 해체하는 것, (ⅲ) SEM의 하나 이상의 비진공 컴포넌 트에 해체가능한 방식으로 제2진공 디바이스를 연결하는 것(이는 SEM의 하 나 이상의 비진공 컴포넌트에 의해 형성된 공간으로 진공 디바이스(또는 교 체하는 진공 디바이스의 밀봉된 하우징의 적어도 제1 부분)를 삽입하는 것을 포함한다), (ⅳ) 검출기와 이미터 케이블을 연결하는 것; (ⅴ) 이미터를 켜는 것; 및 (ⅵ)하나 이상의 비진공 컴포넌트에 대하여 진공 디바이스를 정렬시키 는 것 중 적어도 하나의 오퍼레이션을 포함할 수 있다. [0110] 단계(310)는 교체될 진공 디바이스를 교체하기 위해 판정하는 것을 포함할 수 있다. 판정은 밝기 및 안정성과같은 이미터 성능의 열화, 막의 오염으로 인한 이미지 품질의 열화, 진공 펌프의 고장, 검출기 성능의 열화 등에 대한 응답일 수 있다. [0111] 단계(310)에 이어, 물체를 이미지화하는 단계(330)가 후속할 수 있다. 도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 물체를 이미지화하는 [0112] 방법(400)을 도시한다. [0113] 방법(400)은 초기화 단계(410)에 의해 시작한다. 초기화 단계(410)는 SEM 의 스테이지 상에 물체를 놓는 단계,SEM의 하나 이상의 검출기를 설정하는 단계, SEM의 진공 디바이스를 교체하는 단계 등을 포함할 수 있다. [0114] 단계(410)에 이어, 진공 디바이스의 전자 빔 소스에 의해 전자 빔을 생성 시키고, 전자 빔을 진공 공간을 통과하고, 진공 디바이스의 밀봉된 하우징의 애퍼어처를 향하도록 지향시키는 단계(420)가 후속한다. 이 때, 애퍼어처는 진 공 공간과 물체가 놓여져 있는 비진공 환경 사이의 압력차를 견디는 막에 의 해 밀봉되어 있다. 진공 디바이스는 그 전체가 교체가능하다. [0115] 단계(420)에 이어, 진공 디바이스의 검출기에 의해 입자를 검출하는 단계 (430)가 후속한다. 검출되는 입자는전자 빔과 물체의 상호작용에 응답하여 생 성된다. [0116] 단계(430)에 이어, 검출기로부터의 검출 신호를 출력하는 단계(440)가 후속 한다. 검출 신호는 프로세싱된 후,물체의 적어도 일부분의 이미지를 생성시키 는데 기여한다. [0117] 단계(400)동안 또는 적어도 단계(420, 430, 및 440) 동안, 진공 디바이스의 제1 부분은 주사 전자 현미경의 적어도 하나의 비진공 컴포넌트에 의해 형성 - 94 -

공간 내에 놓여진다. 진공 디바이스의 제1 부분은 상기 공간에 꼭 맞는 형상이다. [0118] 방법(400)은 물체가 놓여진 비진공 환경에 영향을 미치는 단계(460)를 포 함할 수 있다. 단계(460)는 단계(420및 430)와 병렬로 수행될 수 있으나, 반드 시 그러한 것은 아니다. [0119] 단계(460)는 물체가 놓여져 있는 비진공 환경에 가스를 주입하는 단계, 물 체가 놓여져 있는 비진공 환경에 질소를 주입하는 단계, 물체가 놓여져 있는 비진공 환경에 He을 주입하는 단계, 물체가 놓여져 있는 비진공 환경에화학 물을 주입하는 단계, 물체가 이미지화되는 동안 챔버 내의 비진공 환경의 적 어도 하나의 파라미터를 제어하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있고, 이때 물체는 이미지화되는 챔버 내에 위치한다. 물체는 단계(420-440) 동안 이미지화된다. [0120] 방법(400)은 도 6의 SEM(10)에 의해 실행될 수 있다. [0121] 본 발명은 종래의 도구, 방법, 및 컴포넌트를 사용하여 실시될 수 있다. 따라서, 이러한 도구, 컴포넌트, 및 방법의 상세한 내용은 본 명세서에서 상세하게 서술하지는 않는다. 앞선 설명에 서, 본 발명의 이해를 위해 다수의 특정한 내용들이 나열되었다. 그러나, 본 발명은 상세하게 특정하게 나열된 것에 의존하지 않고도 실시될수 있음을 이 해해야 한다. [0122] 본 발명의 예시적인 실시예 및 다목적의 몇몇 예가 본 명세서에 도시되고 서술되어 있을 뿐이다. 본 발명은 다양한 다른 조합 및 환경에서 사용될 수 있고, 본 발명의 범위에 속하는 변형 또는 수정이 이루어질 수 있음을 이해 해야 한다. - 95 -

1 도면2-96 -

3 도면4-97 -

5 도면6-98 -

7 도면8-99 -