• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.233-233
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• 2012

나노입자가 가지는 고유한 특성이 부각되면서 이를 소자 특성 향상에 응용하고자 하는 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 박막에 포함된 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있는 가능성을 보여주었으며, 나노입자에 기반 하는 소자 제조에 관한 연구가 이루어지면서 플라즈마 내 발생하는 나노입자를 이용하여 패터닝 등에 적용하고자 하는 연구가 국내외에서 활발히 이루어지고 있다. 특히 플라즈마에서 발생하는 나노입자는 플라즈마 내 전기적 및 화학적 특징으로 인해 다른 입자 제조 공정과 달리 응집이 없는 균일한 입자를 제조할 수 있다. 이러한 플라즈마 내 발생 입자를 응용하기 위해서는 각각의 응용 분야에 적합한 입경 분포 제어가 요구된다. 하지만 입자 합성 시 크기분포 특성에 관한 연구는 기존의 포집 및 전자현미경을 이용한 방법으로 실시간으로 분석하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition)의 입자 생성 조건에 따라 continuous, pulse, dual pulse로 분류되는 공정 조건에서 생성되는 입자의 크기 분포를 측정하였다. 또한 그 결과를 기존의 동일한 조건에서 포집 후 SMPS (scanning mobility particle sizer)와 전자 현미경을 이용하여 분석한 결과와 비교하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD 장치 내부에 연결하여 진행하였다. PECVD를 이용한 실리콘 나노입자 형성의 주요 변수는 RF pulse, 가스(Ar, SiH4, H2)의 유량, Plasma power, 공정 압력 등이 있으며 각 변수를 조절하여 공정 환경을 구성하였다. 결론적으로 본 연구를 통하여 PECVD를 이용해 각각의 공정 환경에서 생성되는 실리콘 나노입자의 실시간 입경 분포 분석을 PBMS로 수행하는 것에 신뢰성이 있음을 알 수 있었으며, 그 경향을 확인할 수 있었다. 추후 지속적 연구에 의해 변수에 따른 나노입자 생성을 데이터베이스화 하여 요구되는 응용분야에 적합한 특성을 가지는 나노입자를 형성하는 조건을 정립 하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.241-241
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• 2016

반도체 선폭이 20 nm급까지 감소함에 따라 기존에 수율에 문제를 끼치던 공정 외부 유입 입자뿐만 아니라, 공정 도중에 발생하는 수~수십 나노의 작은 입자도 수율에 악영향을 끼치게 되었다. 이에 따라 저압, 극청정 조건에서 진행되는 공정 중 발생하는 입자를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 장비에 대한 수요가 발생하고 있다. Particle beam mass spectrometer (PBMS)는 이러한 요구사항을 만족할 수 있는 장비로 100 mtorr의 공정 조건에서 5 nm 이상의 입자의 직경별 수농도를 측정할 수 있는 장비이다. PBMS로 입자의 수농도를 측정하기 위해서는 PBMS 전단에서 입자를 중앙으로 집속할 필요가 있다. 공기역학렌즈는 PBMS 전단에서 입자를 집속시키기 위해 일반적으로 널리 사용되고 있는 장비로 여러 개의 오리피스로 이루어져 있다. 공기역학렌즈를 지나는 수송 유체와 입자는 이러한 연속 오리피스를 거치면서 팽창과 수축을 반복하며, 관성력의 차이로 인해 입자가 중앙으로 집속된다. 그러나 기존 공기역학렌즈는 고정된 직경의 오리피스를 사용하기 때문에 설계된 공정조건 이외에는 입자의 집속효율이 감소한다는 단점을 지닌다. 따라서 공정조건이 바뀔 경우 공기역학렌즈를 교체해야 되며, 진공이라는 환경하에서 이러한 교체는 많은 시간과 노력을 요구로 한다. 본 연구에서는 이러한 공기역학렌즈의 문제점을 해결하기 위해 다양한 공정조건에서 교체 없이 사용할 수 있는 새로운 형태의 직경 가변형 공기역학렌즈인 조리개형 공기역학렌즈를 제안하였다. 기존 연구를 통해 조리개형 공기 역학 렌즈가 다양한 압력 범위 내에서 나노입자를 성공적으로 집속할 수 있음을 보였지만, 장비를 상용화하기 위해서는 사용자가 좀 더 쉽게 렌즈직경을 결정 할 수 있어야 한다. 이에 본 연구에서는 조리개형 렌즈의 중공 직경에 따른 입자 집속 특성을 평가하였으며, 최종적으로 압력과 집속하고자 하는 직경에 따라 렌즈 중공 직경을 결정할 수 있게 해주는 데이터 베이스를 제작하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Dyers and Finishers Conference
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• 2011.03a
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• pp.71-71
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• 2011

전류를 흘렸을 때 양극과 음극에 따라 움직이는 미세한 나노입자를 이용하여 색, 글자, 그림 등을 표시하는 응용디스플레이 기술이 전기영동디스플레이(electrophoretic display)이다. 최근 전자종이 등 상품화가 진행되면서 전기영동디스플레이에 대한 관심증대와 함께 기술개발이 지속적으로 진행되고 있다. 본 연구에서는 분산중합을 이용하여 $TiO_2$ core 입자에 polystyrene을 shell로 코팅하여 마이크로캡슐형의 전기영동디스플레이에 적합한 입자를 제조하고 성능을 분석하였다. 먼저 분산제의 종류, 모노머의 농도, 개시제의 농도에 따라 제조된 대전복합입자의 크기 및 분포를 보면, 분산제의 종류를 달리 하였을때를 제외하고 대체로 균일하였다. 입경의 변화를 보면, 약 200-300nm의 $TiO_2$가 개질에 의해 400-500nm의 입경을 나타내는 것으로부터 200nm 두께의 shell층을 갖는다는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 분산제의 종류에 따라서는 분산제를 사용하지 않는 경우가 오히려 제조된 입자의 분포가 균일함을 알 수 있었고 모노머의 농도에 따른 변화는 볼 수 없었으며 입경분포가 균일한 입자가 제조되었음을 알 수 있었다. 대전복합입자의 TGA 곡선으로부터 $300^{\circ}C$ 부근에서 polystrene shell에 의한 분해를 볼 수 있었고 $600^{\circ}C$ 이후에 잔류된 core의 $TiO_2$ 입자를 확인 할 수 있었다. 이 결과로부터 $TiO_2$ core-polystyrene shell형의 전자 종이용 대전복합입자의 제조를 확인 할 수 있었다. 또한 제조된 대전복합입자의 zeta potential을 보면, (+)전하를 띄며 64.8mV의 비교적 높은 zeta potential을 가지는 것을 확인 할 수 있었다. 그리고 $TiO_2$ 대전복합입자와 같은 방법으로 제조된 흑색 대전복합입자를 혼합하여 cell test를 측정한 결과, cell에 ${\pm}$10V의 저전압을 가했을 때에도 비교적 응답속도가 빠른 입자의 구동현상을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.279.2-279.2
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• 2014

반도체 선폭이 20 nm급까지 감소함에 따라 기존에 수율에 문제를 끼치던 공정 외부 유입 입자뿐만 아니라, 공정 도중에 발생하는 수~수십 나노의 작은 입자도 수율에 악영향을 끼치게 되었다. 이에 따라 저압, 극청정 조건에서 진행되는 공정 중 발생하는 입자를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 장비에 대한 수요가 발생하고 있다. Particle beam mass spectrometer (PBMS)는 이러한 요구사항을 만족할 수 있는 장비로 100 mtorr의 공정 조건에서 5 nm 이상의 입자의 직경별 수농도를 측정할 수 있는 장비이다. PBMS로 입자의 수농도를 측정하기 위해서는 PBMS 전단에서 입자를 중앙으로 집속할 필요가 있다. 공기역학렌즈는 PBMS 전단에서 입자를 집속시키기 위해 일반적으로 널리 사용되고 있는 장비로 여러 개의 오리피스로 이루어져 있다. 공기역학렌즈를 지나는 수송 유체와 입자는 이러한 연속 오리피스를 거치면서 팽창과 수축을 반복하며, 관성력의 차이로 인해 입자가 중앙으로 집속된다. 그러나 기존 공기역학렌즈는 고정된 직경의 오리피스를 사용하기 때문에 설계된 공정조건 이외에는 입자의 집속효율이 감소한다는 단점을 지닌다. 따라서 공정조건이 바뀔 경우 공기역학렌즈를 교체해야 되며, 진공이라는 환경하에서 이러한 교체는 많은 시간과 노력을 요구로 한다. 본 연구에서는 이러한 공기역학렌즈의 문제점을 해결하기 위해 다양한 공정조건에서 교체 없이 사용할 수 있는 새로운 형태의 공기역학렌즈인 조기래형 공기역학렌즈를 제안하였다. 각각의 오리피스가 중공의 직경을 변경할 수 있는 구조인 조리개의 형태로 설계되어 있어, 공정조건에 따라 중공의 직경을 변경함으로써 입자의 집속을 결정하는 요소인 Stokes number를 조절 할 수 있다. 이러한 조리개형 공기 역학 렌즈의 성능을 평가하기 위해 수치해석적인 방법을 이용하였다. 공기 역학 렌즈 전단의 압력을 0.1~10 torr까지 변화시켜가며 다양한 공정조건에서 오리피스의 직경만을 변경하여 입자 집속 가능 여부를 판단하였으며, 조리개 형태의 구조상 발생할 수 있는 leak로 인한 입자 집속 효율의 변화도 평가하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.180-180
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• 2013

반도체, 디스플레이와 같이 저압, 극청정 조건에서 진행되는 공정에서 발생한 오염입자는 수 율에 큰 영향을 미친다. 따라서 공정 중에 발생한 오염입자를 실시간으로 모니터링할 수 있는 장비에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. Particle Beam Mass Spectrometer (PBMS)는 저압에서 실시간으로 나노 입자의 크기를 측정할 수 있는 대표적인 장비 중 하나이다. 입자를 포함한 가스 유동이 PBMS로 유입되면, 우선 입자를 입자빔의 형태로 집속하는 공기역학렌즈를 통과하게 된다. 집속된 입자는 노즐에 의해서 가속되며, 이로 인해 충분한 관성을 가지게 된 입자는 양극과 음극, 필라멘트로 구성된 electron gun에서 전자충돌에 의해 포화상태로 하전된다. 하전한 입자는 electrostatic deflector에서 크기에 따라 분류되어 Faraday detector와 electrometer에 의해 측정된다. 그러나 공기역학렌즈는 입자의 크기가 작아질수록 집속 효율이 급격히 낮아진다는 문제점을 지니고 있다. 이는 입자가 작아질수록 점성에 의한 영향이 관성에 의한 영향보다 커짐으로써 나타나는 현상이다. 최근 이러한 문제점을 해결하기 위해 사중극자를 사용하여 입자를 집속시키는 방법이 대안으로 제시되었다. 사중극자는 서로 마주보는 쌍곡선 형태의 전극구조에 AC 전기장을 인가하는 방식을 사용한다. 사중극자의 중심은 정확히 평형점을 가지게 되며 입자는 사중극자 내에서 진동을 반복하며 평형점을 향해 모이게 된다. 입자의 크기가 작을수록 전기력에 의한 영향을 크게 받으므로 사중극자를 이용한 입자집속 방법은 나노입자의 집속에 있어 공기역학렌즈를 이용한 집속에 비해 이점을 지닌다. 또한 집속 하고자 하는 입자 대상이 바뀔 경우 구조를 바꿔야 하는 공기역학렌즈와 달리 사중극자를 이용한 방법은 AC 전기장을 조절하는 것 만으로 제어가 가능하다. 본 연구에서는 저압 조건에서 나노입자를 집속하기 위한 사중극자의 전극 구조를 이론적인 계산을 통하여 구하였다. 그 결과 0.1 torr의 압력 조건하에서 5~100 nm 범위의 기본 입자를 AC 전압과 진동수를 조절하여 집속할 수 있는 사중극자 형태를 설계하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.149-149
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• 2013

반도체 공정 및 디스플레이 공정에서 발생하는 오염입자는 공정 불량을 일으키는 가장 큰 인 중의 하나이며, 수십 나노에서 수 백 나노의 크기를 갖는다. 최근 반도체 산업이 발전함에 따라 회로의 선폭이 점차 감소하고 있으며 오염입자의 임계 직경(critical diameter) 또한 작아지고 있다. 또한 디스플레이 산업에서는 패널이 대형화되고 공정이 발달함에 따라 입자에 의한 패널 오염이 이슈가 되고 있는 실정이다. 현재 반도체 및 디스플레이 산업에서 사용되는 측정방법으로는 레이저를 이용하여 공정 후 표면에 남아있는 오염입자를 측정하는 ex-situ 방법이 주를 이루고 있다. Ex-situ 방법을 이용한 오염입자의 제어는 웨이퍼 전체를 측정할 수 없을 뿐만 아니라 실시간 측정이 불가능하기 때문에 공정 모니터링 장비로 사용이 어려우며 오염입자와 공정 간의 상관관계 파악에도 많은 제약이 따르게 된다. 이에 따라 저압에서 in-situ 방법을 이용한 실시간 오염입자 측정 기술 개발이 요구되고 있다. 또한 입자의 크기 뿐 아니라 성분과 형상까지 측정할 수 있는 장치의 개발 요구가 높아지고 있는 실정이다. 이를 위해 입자의 크기 및 분포를 측정할 수 있는 Particle Beam Mass Spectrometer (PBMS)와 형상을 측정할 수 있는 Scanning Electron Microscope (SEM)의 기능을 통합하여 실시간으로 나노입자의 복합특성(크기, 성분, 형상)을 측정할 수 있는 장치를 개발하였다. 또한 기존 장치들의 문제점 중 하나가 실시간으로 교정이 불가능하다는 것이었는데 이 장치의 경우 실시간으로 측정되는 결과의 조합으로 실시간 교정까지도 가능한 장점을 가지고 있다.

• Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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• 2002.11a
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• pp.56-56
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• 2002

100 nm 이하의 구형입자를 짧은 시간에 정확히 측정할 수 있는 기술을 개발하기 위하여 하전된 입자를 전기장내에 투입한 후 이의 이동도를 측정하였다. 100 nm의 표준 입자를 초순수에 분산시킨 후 Collison atomizer를 이용하여 입자를 공기중에 분산시켰다. 이후 입자를 건조시킨 후 입자의 분산과정에서 하전된 입자를 방사능 전기 중화장치를 통과시켜 입자의 하전을 기저상태로 만들었다. 이 후 입자를 전기 이동도 측정장치에 투입한 후 전기 이동도 측정장치의 유량과 전압을 조절하면서 입자의 크기를 측정하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1998.04a
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• pp.10-10
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• 1998

본 연구에서는 제트 추진 기관의 터빈 익렬에서의 유동과 대기 중에 부유되어 있는 입자 또는 연소 생성물들이 제트엔진 내부로 유입될 경우 이에 따른 압축기 및 터빈 날개의 마모 및 충돌 부위를 예측하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 일반적으로 각종 항공기의 추진 기관용 가스 터빈 엔진은 대기중에 부유되어 있는 각종 입자들의 영향을 받게 된다. 특히, 확산 지역을 통과하는 항공기나 먼지 입자 부유물이 많은 공업지대 또는 사막지역을 비행하는 항공기의 경우는 모래 알갱이, 먼지 및 연소 입자의 직접적인 영향을 받아 각 요소들에 심각한 부식 및 마모가 발생됨으로써 성능 저하 및 냉각 통로의 막힘, 압축기와 터빈 날개의 손상 등이 예측되어진다. 특히 항공기용 추진 기관은 엔진 입구에 유입 공기를 정화하기 위한 여과장치의 설치가 불가능하며, 자동차용 가스터빈 엔진의 경우는 여과 장치를 부착하여도 미세한 입자들이 여과 장치에 여과되지 않고 엔진 내부로 침투하게 되므로 치명적인 손상이 예상된다. 이러한 손상들은 초기에는 미세하게 발생하지만, 손상 정도가 점점 누적됨에 따라서 항공기의 안전 운전에 심각한 위험 요소로서 작용할 수 있으며, 경제적으로도 기관의 유지 보수비용의 증가를 가져올 수 있다. 따라서 압축기에 화산재 또는 대기중에 부유되어 있는 금속 입자나 먼지입자 등이 유입되었을 경우, 압축기 날개의 손상 부위와 정도를 예측하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Lagangian방법을 적용하여 압축기 날개위의 부유 입자 충돌 부위를 예측하고, 설계 시 이를 보완할 수 있는 기준을 제시하였다. 아울러 설계 입구각과 크게 벗어난 유동의 유입시에 발생되는 박리 현상과 이에 따른 입자의 유동 및 날개의 입자 접착 부위를 예측하였다. 본 연구에서는 여러 크기의 입자(다양한 Stokes 수)들을 주어진 속도에서 유선을 따라 압축기 입구에서 압축기 유로로 여러 위치에서 부유 시켜서 그 입자들의 궤적 및 충돌, 점착 위지를 고찰하고, 정량적인 충돌량을 해석하기 위하여 입자 충돌 계수를 정의하여 압축기 날개 표면의 충돌특성을 알아보았다. 이러한 예측을 통하여 압축기 날개 표면의 충돌 부위를 예측하고, 날개의 표면을 코팅하는 등 보호 개선책을 제시할 수 있고, 연소의 반응물 입자가 터빈 날개에 충돌하여 발생되는 날개 표면의 파손, 냉각 홀의 막임, 연소 입자의 점착 부위 등을 예측하여 보완책을 준비할 수 있도록 하였다.

• Proceedings of the Korea Air Pollution Research Association Conference
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• 2002.11a
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• pp.320-321
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• 2002

가상임펙터(virtual impactor)는 충돌판을 가지고 있는 관성임팩터(inertial impactor)와는 다르게 분리입경보다 큰 입자를 분리할 수 있는 부 유동과 분리입경보다 작은 입자를 분리할 수 있는 주 유동으로 나누어져서 입자의 튀김(bouncing)이나 재비산(reentrainment) 없이 입자를 분리 또는 농축할 수 있다. 하지만 관성임팩터처럼 여러 단을 연결하여 작은 입자를 분리할 수 없기 때문에 주로 큰 입자의 분리 및 농축에 쓰여왔다. (중략)

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.391-391
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• 2011

최근 나노에 대한 연구가 활성화되고 나노입자가 가지는 특성이 부각되면서 이를 소자 제조에 응용하고자 하는 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 박막에 포함된 나노입자는 메모리, 고효율 박막형 태양전지 등에 이용될 수 있는 가능성을 보여주었으며, 나노입자를 바탕으로 소자 제조에 관한 연구가 이루어지면서 플라즈마 내 발생하는 나노입자를 이용하여 패터닝 등에 적용하고자 하는 연구가 국내외에서 활발히 이루어지고 있다. 특히 플라즈마에서 발생하는 나노입자는 플라즈마 내 전기적 및 화학적 특징으로 인해 다른 입자 제조 공정과 달리 응집이 없는 균일한 입자를 제조할 수 있다. 이러한 플라즈마 내 발생 입자를 응용하기 위해서는 공정 조건에 따른 입자의 생성 및 성장 분석이 필요하다. 하지만 이러한 입자 발생 특성에 관한 연구는 기존에 밝혀진 반응 메커니즘으로 인해 수치해석적 연구는 체계적으로 진행되었으나 실험적 연구의 경우 적합한 측정 장비의 부재로 인해 제한이 있었다. 따라서 본 연구에서는 저압에서 실시간으로 나노입자 분포를 측정할 수 있는 PBMS (particle beam mass spectrometer)를 이용하여 나노입자 합성 공정 중 발생하는 입자의 존재를 확인하고 특성을 분석하였다. 실리콘 나노 입자의 측정은 PBMS 장비의 전단 부분을 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 장치 내부에 연결하여 진행하였다. PECVD를 이용한 실리콘 나노입자 형성의 주요 변수는 RF pulse, 가스(Ar, SiH4, H2)의 유량, Plasma power, 공정압력 등이 있다. 본 연구에서는 실리콘 나노입자를 만드는데 필요한 여러 변수들을 제어함으로써 이에 따른 입경분포를 측정하였다. 또한 동일한 조건에서 생성 나노입자를 포집하여 TEM과 SEM을 이용하여 분석하여 그 결과를 비교하였다. 추후 지속적 연구에 의해 변수에 따른 나노입자 생성을 데이터베이스화 하여 요구되는 응용분야에 적합한 특성을 가지는 나노입자를 형성하는 조건을 정립 하는데 중요한 역할을 할 것을 기대할 수 있다.