WO2013191430A1 - 플라스마 이온을 이용한 세정 장치 및 세정 방법 - Google Patents

플라스마 이온을 이용한 세정 장치 및 세정 방법 Download PDF

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WO2013191430A1
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WO
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ions
plasma
grid electrode
outlet
cleaning
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PCT/KR2013/005342
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박선순
이해룡
최용남
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주식회사 다원시스
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching
    • H01J37/3053—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2245/00—Applications of plasma devices
    • H05H2245/40—Surface treatments

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for cleaning foreign matter adhered to a surface of an object using ions in a plasma state. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for effectively cleaning the surface of a cleaning object by separating or accelerating plasma ions using an electric or magnetic field.
  • Plasma cleaning is a dry cleaning process in which activated electrons and ions generated by breakdown in a discharge gas under high voltage are collided with the surface of the object to be treated to clean the surface of the object.
  • Plasma cleaning can be divided into chemical and physical methods.
  • the chemical method is a method for removing contaminants on the surface of a target by reaction with active ions or radicals in the plasma and mainly used to remove organic matter or organic compounds.
  • active ions or radicals in the plasma In the case of an inorganic oxide, it may be removed by a chemical method of reducing the oxide to pure metal using hydrogen radicals or hydrogen ions (H + ).
  • the physical method is to remove contaminants by impinging high energy ions on the surface of the object to be treated, and is mainly used for removing inorganic substances or inorganic compounds.
  • oxygen ions or radicals collide with the surface of the object to break the chain of organic substances, and hydrogen or carbon atoms of organic substances and oxygen ions or radicals are reacted and oxidized to H 2 O or CO 2 to remove them. Is removed by colliding the accelerated high energy ions or reducing the oxide to pure metal using high energy hydrogen ions.
  • the organic and inorganic materials are different in the method of removing the organic materials, and then the organic materials are first removed and then the inorganic materials are removed.
  • the reason for the slow cleaning rate is that it is very difficult for ions to reach the surface of the cleaning object under atmospheric pressure.
  • plasma ions do not collide with other gas molecules, and the mean free path that can travel is only a few ⁇ m. Therefore, it is very difficult for the plasma ions to reach the surface of the cleaning object which is already filled with gas molecules without colliding with other gas molecules.
  • Plasma ions continue to collide with other air molecules in the process of proceeding to the surface of the cleaning object, away from the cleaning object, and only a few plasma ions reach the cleaning object.
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for effectively cleaning the surface of a cleaning object using plasma under an atmospheric pressure environment.
  • One embodiment of the cleaning device using a plasma ion according to the present invention for achieving the above object includes a plasma generator and a magnetic field forming means.
  • the plasma generator generates plasma ions for cleaning the surface of the object and discharges them toward the object, and has an outlet for discharging ions of the plasma state.
  • the magnetic field forming means is for separating the ions in the plasma state discharged from the outlet of the plasma generator into cations and anions to collide with the surface of the object. It is installed to form.
  • the magnetic field forming means may be a pair of permanent magnets or electromagnets disposed between the inlet of the plasma generator and the object.
  • Another embodiment of the cleaning device using plasma ions according to the present invention for achieving the above object includes a plasma generator and electric field forming means.
  • the electric field forming means includes a first electric field and a plasma state for accelerating toward the object by separating the cations in the plasma state so that the plasma ions discharged from the outlet of the plasma generator are separated into cations and anions and collide with the surface of the object. Anions are separated to form a second electric field for accelerating towards the object.
  • the electric field forming means includes a reference grid electrode, a cation separation grid electrode biased to apply a voltage lower than the reference grid electrode to separate and accelerate a plasma state of cations discharged from the outlet, and a plasma state discharged from the outlet.
  • the power supply preferably includes a pulse power supply for applying a pulse voltage to each grid electrode.
  • the reference grid electrode may be installed inside the plasma generator.
  • the electric field forming means the cation separation grid electrode biased to apply a voltage lower than the plasma generator to separate and accelerate the plasma state cations discharged from the outlet, and the anion in the plasma state discharged from the outlet
  • Another embodiment of the cleaning device using the plasma ion according to the present invention for achieving the above object includes a plasma generator, magnetic field forming means and electric field forming means.
  • the plasma generator generates plasma ions for cleaning the surface of the object and discharges them toward the object, and has an outlet for discharging ions of the plasma state.
  • the magnetic field forming means is for separating the ions in the plasma state discharged from the outlet of the plasma generator into cations and anions to collide with the surface of the object, and generating a magnetic field in the direction perpendicular to the traveling direction of the ions in front of the outlet of the plasma generator. It is installed to form.
  • the electric field forming means is for forming a first electric field for accelerating the separated cations toward the object and a second electric field for accelerating the separated anions towards the object.
  • the magnetic field forming means may be a pair of permanent magnets or electromagnets disposed between the inlet of the plasma generator and the object.
  • the electric field forming means includes a cationic acceleration grid electrode biased to apply a voltage higher than the object to accelerate the cations in the plasma state separated by the magnetic field forming means toward the object, and the plasma state separated by the magnetic field forming means. And an anion acceleration grid electrode biased to take a lower voltage than the object to accelerate the negative ions of the negative ions toward the object, and a power source for applying a voltage to the respective electrodes.
  • the power supply preferably includes a pulse power supply for applying a pulse voltage to each grid electrode.
  • the anode or cathode of the power source may be electrically connected to the object by the roller, and the other pole may be electrically connected to the acceleration grid electrode.
  • the electric field forming means may include a reference grid electrode, a cation accelerating grid electrode biased to apply a voltage lower than the reference grid electrode to accelerate the cations in the plasma state separated by the magnetic field forming means, and the magnetic field forming means. And an anion accelerating grid electrode biased to apply a higher voltage to the reference grid electrode to accelerate the negative ions separated by the plasma state, and a power source for applying a voltage to the respective electrodes.
  • Another embodiment of the cleaning device using plasma ions according to the present invention for achieving the above object includes a plasma generator and electric field forming means.
  • the plasma generator generates plasma ions for cleaning the surface of the object and discharges them toward the object, and has an outlet for discharging ions of the plasma state.
  • the electric field forming means forms an electric field for accelerating the ions of the plasma state discharged from the outlet of the plasma generator toward the object.
  • the electric field forming means includes an ion acceleration grid electrode disposed inside the plasma generator or between an outlet of the plasma generator and an object, a roller electrically connected to the object, and electrically connected to the ion acceleration grid electrode and the roller. It may include a power supply.
  • the power supply preferably includes a pulse power supply for applying a pulse voltage to the ion acceleration grid electrode, and more preferably further includes a direct current power supply for simultaneously applying a DC voltage to the ion acceleration grid electrode.
  • the electric field forming means may include a roller electrically connected to the object, and a power source electrically connected to the plasma generator and the roller. In this case, there is an advantage that no separate ion acceleration grid electrode is required.
  • the electric field forming means may include a reference grid electrode disposed inside the plasma generator or between the outlet of the plasma generator and the object, and an ion acceleration biased to accelerate the ions in the plasma state discharged from the outlet in the direction of the object. It may include a grid electrode and a power source for applying a voltage to the electrodes.
  • One embodiment of the cleaning method using the plasma ions according to the present invention for achieving the above object the step of discharging the ions of the plasma state containing cations and anions to the outlet of the plasma generator, and the plasma discharged to the outlet Passing the ions in the state through a magnetic field disposed perpendicular to the direction of travel of the ions to separate the cations and anions, and contacting the separated cations and anions on the surface of the cleaning object to be transported.
  • Another embodiment of the cleaning method using a plasma ion according to the present invention for achieving the above object is the step of discharging the ions of the plasma state including the cation and anion to the outlet of the plasma generator, and the plasma state discharged to the outlet Passing ions of the ions through an electric field formed toward the cleaning object and an electric field formed toward the plasma generator, separating the cations and anions into contact with the surface of the cleaning object to be transported. can do.
  • Another embodiment of the cleaning method using the plasma ions according to the present invention for achieving the above object the step of discharging the ions of the plasma state containing cations and anions to the outlet of the plasma generator, and discharged to the outlet Passing the ions in the plasma state through a magnetic field disposed perpendicular to the direction of the ions to separate the cations and anions, and passing the separated ions through the electric field formed to face the object to be cleaned and the electric field formed toward the plasma generator And accelerating the separated accelerated cations and anions with the surface of the cleaning object to be transported.
  • Another embodiment of the cleaning method using the plasma ions according to the present invention for achieving the above object is to discharge the plasma state ions to the outlet of the plasma generator, plasma ions discharged to the plasma generator And accelerating by passing an electric field formed between the cleaning object and contacting the ions with a surface of the cleaning object being transported.
  • plasma ions are separated into cations and anions, or accelerated using an electric field to increase the energy of ions, thereby cleaning the surface of the object, thereby improving cleaning efficiency. Therefore, it is possible to clean the object such as steel continuously supplied.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of the cleaning apparatus using the plasma ions shown in FIG. 1.
  • FIG 3 is a conceptual diagram showing a plasma generated in the plasma generator.
  • 4 and 5 are views for explaining the principle that the ions are separated by the magnetic field forming means.
  • FIG. 6 is a schematic view of a second embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic view of the electric field forming means shown in FIG.
  • FIG 8 is a perspective view of a third embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic view of the cleaning apparatus using the plasma ions shown in FIG. 8.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a fourth embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of a fifth embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic view of the cleaning apparatus using the plasma ions shown in FIG. 11.
  • FIG. 13 is a schematic view of a sixth embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a seventh embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of a cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view of the cleaning apparatus using plasma ions shown in FIG. 1.
  • a first embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention includes a plasma generator 10 and a magnetic field forming means (20).
  • the plasma generator 10 is disposed above the object to be treated (W).
  • the object to be treated W may be a wire rod or a plate which is continuously supplied.
  • the object to be treated W may be steel.
  • the plasma generator 10 is for forming a plasma and supplying it in the direction of the object to be treated.
  • the plasma generator 10 includes a chamber 11 that is a space in which plasma is formed, a plasma electrode (not shown) for forming plasma, and a plasma power source 14 for supplying power to the plasma electrode.
  • the upper part of the chamber 11 is formed with an inlet 12 through which gas or liquid for forming plasma, such as water vapor and water, is provided, and an outlet 13 through which the formed plasma is discharged is formed under the chamber.
  • gas or liquid for forming plasma such as water vapor and water
  • gas molecules around the plasma electrode are ionized to form a plasma state in which the mixture is ionized and mixed with cations and anions.
  • the plasma formed is discharged to the outlet 13 of the chamber 11.
  • the magnetic field forming means 20 separates the ions in the plasma state discharged from the outlet 13 of the plasma generator 10 into cations and anions, and collides with the surface of the object W.
  • the magnetic field forming means 20 forms a magnetic field in a direction perpendicular to the traveling direction of the ions in front of the outlet 13 of the plasma generator 10.
  • the magnetic field forming means 20 may be a pair of permanent magnets or electromagnets disposed between the outlet 13 of the plasma generator 10 and the object.
  • the object to be treated W is coated with rust preventive oil, but is a rusted steel sheet
  • rust Fe 2 O 3
  • [Formula 1] After removing the rust preventive oil by using the OH - ion separated to the upstream side, immediately using H + ions separated to the downstream side, rust (Fe 2 O 3 ) can be reduced to iron as shown in [Formula 1] below.
  • 4 and 5 are views for explaining the principle that the ions are separated by the magnetic field forming means.
  • Lorentz's force acts at right angles to both the direction of movement of the ions and the direction of the magnetic field, and the direction is reversed depending on the polarity of the ions.
  • the Lorentz force is applied to the OH ⁇ ions in the upstream side, and the Lorentz force is applied to the H + ions in the downstream side.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a second embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the electric field forming means shown in FIG.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the electric field forming means 30 is used as a means for separating the positive and negative ions, and thus only the details will be described.
  • the electric field forming means 30 includes a reference grid electrode 31, a cation separation grid electrode 32, and an anion separation grid electrode 33.
  • the reference grid electrode 31 is disposed inside or below the outlet 13 of the plasma generator 10.
  • the outlet 13 of the plasma generator 10 may serve as the reference grid electrode without a separate reference grid electrode 31.
  • the anion separation grid electrode 33 is disposed between the outlet 13 of the plasma generator 10 and the upstream side of the object W to be treated.
  • the anion separation grid electrode 33 As the anion separation grid electrode 33 is closer to the surface of the object to be treated (W), the energy of the anion is larger, and the cleaning effect is increased. However, if the spacing is too close, shadows may be cast on the surface of the object, resulting in poor uniformity of the treated surface.
  • the anion separation grid electrode 33 is biased to apply a higher voltage than the reference grid electrode 31.
  • a power supply 35 capable of applying a higher voltage than the reference grid electrode 31 is connected to the anion separation grid electrode 33, and the power supply 35 is preferably a device for generating a pulse voltage.
  • the cation separation grid electrode 32 is disposed between the outlet 13 of the plasma generator 10 and the downstream side of the treatment object W and biased to apply a lower voltage than the reference grid electrode 31.
  • Anions passing through the reference grid electrode 31 are accelerated toward the anion separation grid electrode 33 by an electric field formed between the reference grid electrode 31 and the anion separation grid electrode 33.
  • the cations passing through the reference grid electrode 31 are accelerated toward the cation separation grid electrode 32 by an electric field formed between the reference grid electrode 31 and the cation separation grid electrode 32.
  • the cations and anions are separated into the downstream side and the upstream side of the treatment object W, respectively.
  • the anion passing through the anion separation grid electrode 33 receives a force in the direction of the anion separation grid electrode 33, but because the distance between the object to be treated W and the anion separation grid electrode 33 is close, the object to be processed W is maintained. Hit the surface.
  • the cations are forced in the direction of the cation separation grid electrode 32, but are impinged on the surface of the object W as it is.
  • FIG. 8 is a perspective view of a third embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention
  • FIG. 9 is a schematic view of the cleaning apparatus using plasma ions shown in FIG. 8.
  • one embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention includes a plasma generator 10, a magnetic field forming unit 20, and an electric field forming unit 30.
  • the plasma generator 10 is disposed above the object to be treated (W).
  • the object to be treated W may be a wire rod or a plate which is continuously supplied.
  • the object to be treated W may be steel.
  • the plasma generator 10 is for forming a plasma and supplying it in the direction of the object to be treated.
  • the plasma generator 10 includes a chamber 11 that is a space in which plasma is formed, a plasma electrode (not shown) for forming plasma, and a plasma power source 14 for supplying power to the plasma electrode.
  • the upper part of the chamber 11 is formed with an inlet 12 through which gas or liquid for forming plasma, such as water vapor and water, is provided, and an outlet 13 through which the formed plasma is discharged is formed under the chamber.
  • gas or liquid for forming plasma such as water vapor and water
  • gas molecules around the plasma electrode are ionized to form a plasma state in which the mixture is ionized and mixed with cations and anions.
  • the plasma formed is discharged to the outlet 13 of the chamber 11.
  • the magnetic field forming means 20 is for separating the ions in the plasma state discharged from the outlet 13 of the plasma generator 10 into cations and anions.
  • the magnetic field forming means 20 forms a magnetic field in a direction perpendicular to the traveling direction of the ions in front of the outlet 13 of the plasma generator 10.
  • the magnetic field forming means 20 may be a pair of permanent magnets or electromagnets disposed between the outlet 13 of the plasma generator 10 and the object.
  • the magnetic field forming means 20 separates OH ⁇ ions upstream and H + ions downstream of the object W. ) Is preferable.
  • the force of Lorentz is applied to the OH ⁇ ions in the upstream side, and the force of Lorenz in the downstream side to the H + ions.
  • the Lorentz force applied the advancing directions of OH ⁇ ions and H + ions bend to the upstream and downstream sides of the object, respectively.
  • OH ⁇ ions and H + ions are separated to the upstream side and the downstream side of the object, respectively, and proceed toward the object.
  • the electric field forming means 30 accelerates the separated cations and anions to increase the energy of the ions and then impinges on the object to be treated (W), thereby improving the cleaning effect.
  • the electric field forming means 40 is disposed below the magnetic field forming means 20, and includes a cation accelerating grid electrode 42 and an anion accelerating grid electrode 43.
  • the negative ion accelerating grid electrode 43 is disposed between the outlet 13 of the plasma generator 10 and the upstream side of the object W to be treated.
  • the anion acceleration grid electrode 43 is biased so as to apply a voltage lower than the object W.
  • the negative electrode of the power source 45 is connected to the negative ion acceleration grid electrode 43, and the positive electrode of the power source 45 is connected to the roller 47 electrically connected to the surface of the object W.
  • the power supply 45 may be a direct current or a pulse power supply, and the direct current power supply and the pulse power supply may be connected in series so that the direct current power supply and the pulse power supply are simultaneously applied to the negative ion acceleration grid electrode 43.
  • Pulsed power supplies can form electric fields more stably than direct current sources, allowing ions to be stably accelerated. However, if only a pulse power supply is used, ions are accelerated only at the pulse output, so using a direct current power supply can also accelerate the ions to increase the amount of ions reaching the surface of the object.
  • the roller 47 is rotatably installed.
  • the roller 47 electrically connects the power source 45 and the object W while rotating in close contact with the surface of the object W.
  • the object to be treated W is connected to a winding machine for continuously supplying the object to be treated and a winding machine for continuously recovering the object, and since the winding machine and the winding machine are grounded, the object to be treated W may serve as a ground.
  • the cation acceleration grid electrode 42 is disposed between the outlet 13 of the plasma generator 10 and the downstream side of the object W and biased to apply a higher voltage than the object W.
  • the negative ions separated by the magnetic field generating means 20 are directed to the object W by an electric field formed between the negative ion acceleration grid electrode 43 and the object W. Is accelerated.
  • the cations separated by the magnetic field generating means 20 are accelerated toward the object W by the electric field formed between the cation acceleration grid electrode 42 and the object W.
  • the ions continue to collide with the gas molecules while moving in the direction of the object W to change the direction of travel, but are accelerated back to the object W by the electric field and eventually hit the surface of the object W.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a fourth embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention.
  • the electric field forming means 50 includes a reference grid electrode 51, a cation acceleration grid electrode 52, and an anion acceleration grid electrode 53.
  • the reference grid electrode 51 is disposed below the magnetic field forming means 20.
  • the negative ion accelerating grid electrode 53 is disposed between the upstream side of the object to be treated W. As shown in FIG. As the anion acceleration grid electrode 53 is closer to the surface of the object to be treated W, the energy of the anion is greater and the cleaning effect is increased. However, if the spacing is too close, shadows may be cast on the surface of the object, resulting in poor uniformity of the treated surface.
  • the negative ion acceleration grid electrode 53 is biased so as to apply a higher voltage than the reference grid electrode 51.
  • a power supply 55 capable of applying a higher voltage than the reference grid electrode 51 is connected to the anion acceleration grid electrode 53, and the power supply 55 is preferably a device for generating a pulse voltage.
  • the cation acceleration grid electrode 52 is disposed on the downstream side of the processing object W and biased so as to apply a lower voltage than the reference grid electrode 51.
  • the negative ions passing through the reference grid electrode 51 are accelerated toward the negative ions acceleration grid electrode 53 by an electric field formed between the reference grid electrode 51 and the negative ion acceleration grid electrode 53.
  • the cations passing through the reference grid electrode 51 are accelerated toward the cation acceleration grid electrode 52 by an electric field formed between the reference grid electrode 51 and the cation acceleration grid electrode 52.
  • the cations and anions are separated and accelerated to the downstream side and the upstream side of the treatment object W, respectively.
  • the negative ions passing through the negative ion accelerating grid electrode 53 receive a force toward the negative ion accelerating grid electrode 53, but because the distance between the object W and the negative ion accelerating grid electrode 53 is close, the object to be processed W is maintained. Hit the surface.
  • the cations After passing through the cation accelerating grid electrode 52, the cations also receive a force in the direction of the cation accelerating grid electrode 52 but impinge on the surface of the object W as it is.
  • FIG. 11 is a perspective view of a fifth embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention
  • FIG. 12 is a schematic diagram of the cleaning apparatus using plasma ions shown in FIG.
  • one embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention includes a plasma generator 10 and an electric field forming means 60.
  • the plasma generator 10 is disposed above the object to be treated (W).
  • the object to be treated W may be a wire rod or a plate which is continuously supplied.
  • the object to be treated W may be steel.
  • the plasma generator 10 is for forming a plasma and supplying it in the direction of the object to be treated.
  • the plasma generator 10 includes a chamber 11 that is a space in which plasma is formed, a plasma electrode (not shown) for forming plasma, and a plasma power source 14 for supplying power to the plasma electrode.
  • An inlet 12 through which a gas or a liquid for forming plasma is supplied is formed in the upper part of the chamber 11, and an outlet 13 through which the formed plasma is discharged is formed in the lower part of the chamber.
  • gas molecules around the plasma electrode are ionized to form a plasma state in which the mixture is ionized and mixed with cations and anions.
  • the plasma formed is discharged to the outlet 13 of the chamber 11.
  • the electric field forming means 60 accelerates the plasma ions to increase the energy of the ions and then collides with the object to be treated W, thereby improving the cleaning effect.
  • the electric field forming means 60 includes an ion acceleration grid electrode 61, a power supply 62, and a roller 63.
  • the ion acceleration grid electrodes 61 are biased so as to apply a voltage higher than the object W.
  • An anode of the power supply 62 is connected to the ion acceleration grid electrode 61, and a cathode of the power supply 62 is connected to a roller 63 electrically connected to the surface of the object W.
  • the roller 63 is rotatably installed.
  • the roller 63 electrically connects the power source 62 and the object W while rotating in close contact with the surface of the object W.
  • the object to be treated W is connected to a winding machine for continuously supplying the object to be treated and a winding machine for continuously recovering the object, and since the winding machine and the winding machine are grounded, the object to be treated W may serve as a ground.
  • the power supply 62 may be a direct current or a pulse power supply, and the direct current power supply and the pulse power supply may be connected in series so that the direct current supply and the pulse power supply are simultaneously applied to the ion acceleration grid electrode 61.
  • Pulsed power supplies can form electric fields more stably than direct current sources, allowing ions to be stably accelerated. However, if only a pulse power supply is used, ions are accelerated only at the pulse output, so using a direct current power supply can also accelerate the ions to increase the amount of ions reaching the surface of the object.
  • the positive ions passing through the outlet 13 of the plasma generator 10 and the ion acceleration grid electrode 61 are caused by the electric field formed in the direction of the object W between the ion acceleration grid electrode 61 and the object W. Is accelerated to The cations continue to collide with the gas molecules while moving in the direction of the object W to change the direction of travel, but are accelerated back to the object W by the electric field and eventually hit the surface of the object W.
  • Anions and electrons are forced toward the ion acceleration grid electrode 61 and return to the ion acceleration grid electrode 61.
  • the ion acceleration grid electrode 61 is biased so that a voltage lower than the object W is applied.
  • the ion acceleration grid electrode 61 is shown to be disposed directly below the outlet 13 of the plasma generator 10, but may be disposed inside the plasma generator 10.
  • FIG. 13 is a schematic view of a sixth embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention. As shown in FIG. 3, the present embodiment connects the anode of the power supply directly to the plasma generator 10 without installing a separate ion acceleration grid electrode, thereby providing an electric field between the plasma generator 10 and the object W. FIG. To form.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of a seventh embodiment of the cleaning apparatus using plasma ions according to the present invention.
  • the electric field forming means 70 includes a reference grid electrode 71 and an ion acceleration grid electrode 73.
  • the reference grid electrode 71 is disposed inside or below the outlet 13 of the plasma generator 10.
  • the outlet 13 of the plasma generator 10 may serve as the reference grid electrode 71 without a separate reference grid electrode 71.
  • the ion acceleration grid electrode 73 is disposed on the object to be treated.
  • the spacing is too close, shadows may be cast on the surface of the object, resulting in poor uniformity of the treated surface.
  • the ion acceleration grid electrode 73 is biased so as to apply a lower voltage than the reference grid electrode 71.
  • a power source 72 capable of applying a lower voltage than the reference grid electrode 71 is connected to the ion acceleration grid electrode 73, and the power source 72 is preferably a device for generating a pulse voltage.
  • the cations passing through the reference grid electrode 71 are accelerated toward the ion acceleration grid electrode 73 by an electric field formed between the reference grid electrode 71 and the ion acceleration grid electrode 73.
  • the cations passing through the ion acceleration grid electrode 73 receive a force in the direction of the ion acceleration grid electrode 73, but because the distance between the object W and the ion acceleration grid electrode 73 is close, the object to be processed W is maintained. Hit the surface.
  • the material injected into the plasma generator is described using water vapor or water as an example, but the plasma is ejected using other mixed gases, compounds, and mixtures, and the cations and anions of the ejected plasma are separated to clean the object.
  • a gas mixed with oxygen in water vapor can be used.
  • OH ⁇ ions and O 2 ⁇ , O ⁇ ions may be separated to the upstream side of the metal sheet to remove organic matter, and H + ions may reduce oxides on the downstream side of the metal sheet.
  • plasma power source 20 magnetic field forming means
  • roller 71 reference grid electrode 73: ion acceleration grid electrode

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Abstract

본 발명은 세정 대상물의 표면을 플라스마 상태의 이온을 이용하여 효과적으로 세정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치는 플라스마 발생기와 자기장 형성수단을 포함한다. 플라스마 발생기는 대상물의 표면을 세정하기 위한 플라스마 상태의 이온을 발생시키고 대상물을 향해서 배출하기 위한 것으로서, 플라스마 상태의 이온이 배출되기 위한 출구를 구비한다. 자기장 형성수단은 상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출된 플라스마 상태의 이온을 양이온과 음이온으로 분리시켜 대상물의 표면에 충돌시키기 위한 것으로서 상기 플라스마 발생기의 출구 전방에 이온의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 자기장을 형성하도록 설치된다.

Description

플라스마 이온을 이용한 세정 장치 및 세정 방법
본 발명은 플라스마 상태의 이온을 이용하여 대상물 표면에 부착된 이물질을 세정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 전기장이나 자기장을 이용하여 플라스마 상태의 이온을 분리 또는 가속하여 세정 대상물의 표면을 효과적으로 세정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
전통적인 화학적 세정 방법은 대상물을 세정하기 위한 프레온, 트리클로로에틸렌, 이소프로판올 등과 같은 화학 세정 용액과 함께 화학 세정 용액을 제거하기 위한 대량의 물을 소비한다. 또한, 세정 후에는 고온의 공기로 대상물을 건조해야 한다. 이러한 세정 방법은 많은 양의 물, 공기 등과 시간이 필요할 뿐 아니라, 환경을 오염시킬 수 있다.
이러한 문제를 개선하고자, 대상물의 표면에 물리적으로 부착되거나 화학적으로 결합 되어 있는 이물질을 플라스마를 이용하여 세정하는 기술이 알려져 있다. 플라스마 세정은 건식 세정공정으로서, 고전압에 의한 방전 가스에서의 브레이크 다운(breakdown)에 의해 발생한 활성화된 전자와 이온을 처리 대상물의 표면에 충돌시켜, 대상물의 표면을 세정하는 방법이다.
플라스마 세정은 화학적인 방법과 물리적인 방법으로 나눌 수 있다. 화학적인 방법은 처리 대상물 표면의 오염물질을 플라스마 내의 활성 이온 또는 라디칼과 반응시켜 제거하는 방법으로서 주로 유기물 또는 유기 화합물을 제거하는데 사용되는 방법이다. 무기물인 산화물의 경우에도 수소 라디칼 또는 수소 이온(H+)을 이용해서 산화물을 순수한 금속으로 환원시키는 화학적 방법으로 제거될 수 있다.
물리적인 방법은 처리 대상물 표면에 고에너지의 이온을 충돌시켜 오염물질을 제거하는 것으로서, 무기물 또는 무기화합물의 제거에 주로 사용된다.
한편, 세정 대상물의 표면에 유기물 또는 유기화합물과 무기물 또는 무기화합물이 혼재되어 부착 또는 결합 되어 있는 경우에는 유기화합물을 세정하는 공정과 무기 화합물을 세정하는 공정을 별도로 두 번 수행하여 세정을 하고 있다.
유기물의 경우에는 산소 이온이나 라디칼을 대상물의 표면에 충돌시켜 유기물의 체인을 끊고, 유기물의 수소나 탄소 원자와 산소 이온 또는 라디칼을 반응시켜 H2O나 CO2 등으로 산화시켜서 제거시키는 반면, 무기물은 가속된 고에너지의 이온을 충돌시켜서 제거하거나, 고에너지의 수소 이온을 이용해서 산화물을 순수한 금속으로 환원시키는 방법으로 제거시킨다. 이와 같이, 유기물과 무기물은 제거하는 방법에 차이가 있으므로 보통 유기물을 먼저 제거한 후 무기물을 제거한다.
종래의 기술을 이용하여 세정 대상물의 표면을 대기압 또는 저 진공 플라스마로 세정을 하는 경우 세정 속도가 너무 느려 연속적으로 공급되는 금속 판재의 산화막 제거 등에 실제로 적용되기 매우 어렵다는 문제가 있었다.
세정 속도가 느린 이유는 대기압 하에서 이온이 세정 대상물의 표면에 도달하기가 매우 어렵기 때문이다. 대기 중에서는 플라스마 이온이 다른 기체 분자와 충돌하지 않고, 진행할 수 있는 자유행정평균길이(Mean free path)가 수㎛에 불과하다. 따라서 이미 기체 분자들로 가득 차 있는 세정 대상물의 표면까지 플라스마 이온이 다른 기체 분자와 충돌하지 않고, 도달하는 것은 매우 어렵다. 플라스마 이온은 세정 대상물의 표면으로 진행하는 과정에서 계속 다른 공기 분자들과 충돌하여 세정 대상물에서 멀어지고, 극소수의 플라스마 이온만이 세정 대상물에 도달한다.
또한, 종래의 기술을 이용하여 무기화합물과 유기 화합물이 혼재하는 세정 대상물의 표면을 플라스마로 세정을 하는 경우 두 번의 플라스마 세정 공정을 거쳐야 하므로 공정이 복잡하고 처리 비용이 많이 소요된다는 문제도 있었다.
따라서 대기압 플라스마를 이용해서 금속 판재의 표면을 효과적으로 세정할 수 있는 새로운 방법과 장치의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 대기압 환경하에서 플라스마를 이용해서 세정 대상물의 표면을 효과적으로 세정하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 롤 형태로 감기면서 연속적으로 이송되는 판 형상의 대상물의 표면을 효과적으로 세정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 일실시예는 플라스마 발생기와 자기장 형성수단을 포함한다.
플라스마 발생기는 대상물의 표면을 세정하기 위한 플라스마 상태의 이온을 발생시키고 대상물을 향해서 배출하기 위한 것으로서, 플라스마 상태의 이온이 배출되기 위한 출구를 구비한다.
자기장 형성수단은 상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출된 플라스마 상태의 이온을 양이온과 음이온으로 분리시켜 대상물의 표면에 충돌시키기 위한 것으로서 상기 플라스마 발생기의 출구 전방에 이온의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 자기장을 형성하도록 설치된다.
상술한 플라스마 이온을 이용한 세정 장치에 있어서, 상기 자기장 형성수단은, 상기 플라스마 발생기의 입구와 대상물 사이에 배치된 한 쌍의 영구 자석 또는 전자석일 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 다른 실시예는 플라스마 발생기와 전기장 형성수단을 포함한다.
전기장 형성수단은 상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출된 플라스마 상태의 이온이 양이온과 음이온으로 분리되어 대상물의 표면에 충돌하도록, 플라스마 상태의 양이온을 분리하여 대상물을 향하여 가속하기 위한 제1 전기장과 플라스마 상태의 음이온을 분리하여 대상물을 향하여 가속하기 위한 제2 전기장을 형성한다.
상기 전기장 형성수단은, 기준 그리드 전극과, 상기 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 양이온을 분리하여 가속하도록 상기 기준 그리드 전극보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스된 양이온 분리 그리드 전극과, 상기 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 음이온을 분리하여 가속하도록 상기 기준 그리드 전극에 보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스된 음이온 분리 그리드 전극과, 상기 각각의 전극들에 전압을 인가하기 위한 전원을 포함할 수 있다.
상기 전원은 각각의 그리드 전극에 펄스 전압을 인가하기 위한 펄스 전원을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기준 그리드 전극은, 상기 플라스마 발생기의 내부에 설치될 수 있다.
또한, 상기 전기장 형성수단은, 상기 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 양이온을 분리하여 가속하도록 상기 플라스마 발생기보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스된 양이온 분리 그리드 전극과, 상기 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 음이온을 분리하여 가속하도록 상기 플라스마 발생기보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스된 음이온 분리 그리드 전극과, 상기 각각의 전극들에 전압을 인가하기 위한 전원을 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 또 다른 실시예는 플라스마 발생기, 자기장 형성수단 및 전기장 형성수단을 포함한다.
플라스마 발생기는 대상물의 표면을 세정하기 위한 플라스마 상태의 이온을 발생시키고 대상물을 향해서 배출하기 위한 것으로서, 플라스마 상태의 이온이 배출되기 위한 출구를 구비한다.
자기장 형성수단은 상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출된 플라스마 상태의 이온을 양이온과 음이온으로 분리시켜 대상물의 표면에 충돌시키기 위한 것으로서 상기 플라스마 발생기의 출구 전방에 이온의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 자기장을 형성하도록 설치된다.
전기장 형성수단은 분리된 양이온을 대상물을 향하여 가속하기 위한 제1 전기장과 분리된 음이온을 대상물을 향하여 가속하기 위한 제2 전기장을 형성하기 위한 것이다.
상술한 플라스마 이온을 이용한 세정 장치에 있어서, 상기 자기장 형성수단은, 상기 플라스마 발생기의 입구와 대상물 사이에 배치된 한 쌍의 영구 자석 또는 전자석일 수 있다.
상기 전기장 형성수단은, 상기 자기장 형성수단에 의해서 분리된 플라스마 상태의 양이온을 대상물 방향으로 가속하도록 상기 대상물보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스된 양이온 가속 그리드 전극과, 상기 자기장 형성수단에 의해서 분리된 플라스마 상태의 음이온을 대상물 방향으로 가속하도록 상기 대상물보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스된 음이온 가속 그리드 전극과, 상기 각각의 전극들에 전압을 인가하기 위한 전원을 포함할 수 있다.
상기 전원은 각각의 그리드 전극에 펄스 전압을 인가하기 위한 펄스 전원을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 전원의 양극 또는 음극은 상기 대상물과 롤러에 의해서 전기적으로 연결되어 있으며, 다른 극은 상기 가속 그리드 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 전기장 형성수단은, 기준 그리드 전극과, 상기 자기장 형성수단에 의해서 분리된 플라스마 상태의 양이온을 가속하도록 상기 기준 그리드 전극보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스된 양이온 가속 그리드 전극과, 상기 자기장 형성수단에 의해서 분리된 플라스마 상태의 음이온을 가속하도록 상기 기준 그리드 전극에 보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스된 음이온 가속 그리드 전극과, 상기 각각의 전극들에 전압을 인가하기 위한 전원을 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 또 다른 실시예는 플라스마 발생기와 전기장 형성수단을 포함한다.
플라스마 발생기는 대상물의 표면을 세정하기 위한 플라스마 상태의 이온을 발생시키고 대상물을 향해서 배출하기 위한 것으로서, 플라스마 상태의 이온이 배출되기 위한 출구를 구비한다.
전기장 형성수단은 상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출된 플라스마 상태의 이온을 대상물을 향하여 가속하기 위한 전기장을 형성한다.
상기 전기장 형성수단은, 상기 플라스마 발생기의 내부 또는 상기 플라스마 발생기의 출구와 대상물 사이에 배치된 이온 가속 그리드 전극과, 상기 대상물에 전기적으로 연결된 롤러와, 상기 이온 가속 그리드 전극과 상기 롤러에 전기적으로 연결되는 전원을 포함할 수 있다.
전원은 플라스마 상태의 이온이 양이온인 경우에는 상기 이온 가속 그리드 전극이 상기 대상물에 비해 높은 전압으로 바이어스되도록 연결되며, 플라스마 상태의 이온이 음이온인 경우에는 상기 이온 가속 그리드 전극이 상기 대상물에 비해 낮은 전압으로 바이어스되도록 연결되는 것이 바람직하다.
상기 전원은 상기 이온 가속 그리드 전극에 펄스 전압을 인가하기 위한 펄스 전원을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 이온 가속 그리드 전극에 직류 전압을 동시에 인가하기 위한 직류 전원을 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 전기장 형성수단은, 상기 대상물에 전기적으로 연결된 롤러와, 상기 플라스마 발생기와 상기 롤러에 전기적으로 연결되는 전원을 포함할 수 있다. 이 경우에는 별도의 이온 가속 그리드 전극이 필요 없다는 장점이 있다.
또한, 상기 전기장 형성수단은, 상기 플라스마 발생기의 내부 또는 상기 플라스마 발생기의 출구와 대상물 사이에 배치된 기준 그리드 전극과, 상기 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 이온을 상기 대상물 방향으로 가속하도록 바이어스된 이온 가속 그리드 전극과, 상기 전극들에 전압을 인가하기 위한 전원을 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 방법의 일실시예는, 플라스마 발생기의 출구로 양이온과 음이온을 포함하는 플라스마 상태의 이온들을 배출시키는 단계와, 상기 출구로 배출된 플라스마 상태의 이온들을 이온의 진행 방향에 수직으로 배치된 자기장을 통과시켜서 양이온과 음이온으로 분리하는 단계와, 상기 분리된 양이온과 음이온을 이송되는 세정 대상물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 방법의 다른 실시예는 플라스마 발생기의 출구로 양이온과 음이온을 포함하는 플라스마 상태의 이온들을 배출시키는 단계와, 상기 출구로 배출된 플라스마 상태의 이온들이 세정 대상물을 향하도록 형성된 전기장과 플라스마 발생기를 향하도록 형성된 전기장을 통과하도록 하여 양이온과 음이온으로 분리하는 단계와, 상기 분리된 양이온과 음이온을 이송되는 세정 대상물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 방법의 또 다른 실시예는, 플라스마 발생기의 출구로 양이온과 음이온을 포함하는 플라스마 상태의 이온들을 배출시키는 단계와, 상기 출구로 배출된 플라스마 상태의 이온들을 이온의 진행 방향에 수직으로 배치된 자기장을 통과시켜서 양이온과 음이온으로 분리하는 단계와, 분리된 이온들이 세정 대상물을 향하도록 형성된 전기장과 플라스마 발생기를 향하도록 형성된 전기장을 통과하도록 하여 가속하는 단계와, 상기 분리되어 가속된 양이온과 음이온을 이송되는 세정 대상물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 방법의 또 다른 실시예는 플라스마 발생기의 출구로 플라스마 상태의 이온들을 배출시키는 단계와, 상기 출구로 배출된 플라스마 상태의 이온들을 플라스마 발생기와 세정 대상물 사이에 형성된 전기장을 통과하도록 하여 가속하는 단계와, 상기 이온을 이송되는 세정 대상물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치는 플라스마 이온을 양이온과 음이온으로 분리하거나, 전기장을 이용하여 가속하여 이온의 에너지를 높인 후 대상물의 표면을 세정하므로, 세정 효율이 향상된다. 따라서 연속적으로 공급되는 강재와 같은 대상물의 세정이 가능하다.
또한, 플라스마 이온을 양이온과 음이온으로 분리하는 경우에는 유기물이나 유기화합물 및 무기물이나 무기화합물이 혼재하는 세정 대상물의 표면을 효과적으로 세정할 수 있다. 따라서 유기물이나 유기화합물 및 무기물이나 무기화합물이 혼재하는 세정 대상물의 표면 세정 공정을 단순화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제1실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 개략도이다.
도 3은 플라스마 발생기에서 발생한 플라스마를 나타낸 개념도이다.
도 4와 5는 자기장 형성수단에 의해서 이온이 분리되는 원리를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제2실시예의 개략도이다.
도 7은 도 6에 도시된 전기장 형성수단의 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제3실시예의 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 개략도이다.
도 10은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제4실시예의 개략도이다.
도 11은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제5실시예의 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 개략도이다.
도 13은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제6실시예의 개략도이다.
도 14은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제7실시예의 개략도이다.
이하, 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제1실시예의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 개략도이다.
도 1과 2를 참고하면, 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제1실시예는 플라스마 발생기(10)와 자기장 형성수단(20)을 포함한다.
플라스마 발생기(10)는 처리 대상물(W)의 상부에 배치된다. 처리 대상물(W)은 연속적으로 공급되는 선재나 판재일 수 있다. 처리 대상물(W)은 강재일 수 있다.
플라스마 발생기(10)는 플라스마를 형성하여 처리 대상물 방향으로 공급하기 위한 것이다.
플라스마 발생기(10)는 플라스마가 형성되는 공간인 챔버(11)와 플라스마를 형성하기 위한 플라스마 전극(미도시)과 플라스마 전극에 전원을 공급하기 위한 플라스마 전원(14)을 포함한다.
챔버(11)의 상부에는 수증기, 물 등 플라스마를 형성하기 위한 기체 또는 액체가 공급되는 입구(12)가 형성되어 있으며, 챔버의 하부에는 형성된 플라스마가 배출되는 출구(13)가 형성되어 있다.
플라스마 전극에 전원이 인가되면, 플라스마 전극의 주위의 기체 분자가 이온화되어, 양이온과 음이온으로 전리되어 혼재되어 있는 플라스마 상태가 챔버(11) 내부에 형성된다. 형성된 플라스마는 챔버(11)의 출구(13)로 배출된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수증기를 공급한 경우에는 H+ 이온, OH- 이온 및 전자(e-)가 혼합된 플라스마 상태가 챔버(11) 내에 형성된다.
자기장 형성수단(20)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13)로부터 배출된 플라스마 상태의 이온을 양이온과 음이온으로 분리시켜, 대상물(W)의 표면에 충돌시키기 위한 것이다.
자기장 형성수단(20)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13) 전방에 이온의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 자기장을 형성한다.
자기장 형성수단(20)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13)와 대상물 사이에 배치된 한 쌍의 영구 자석 또는 전자석일 수 있다.
처리 대상물(W)이 방청유가 도포되었으나 녹이 슨 강판인 경우를 예로 들면, 대상물(W)의 상류 측으로 OH- 이온이, 하류 측으로 H+ 이온이 분리되도록 자기장 형성수단(20)을 배치하는 것이 바람직하다.
상류 측으로 분리된 OH- 이온을 이용하여 방청유를 제거한 후, 곧 바로 하류 측으로 분리된 H+ 이온을 이용하여, 아래의 [화학식 1]과 같이 녹(Fe2O3)을 철로 환원시킬 수 있다.
[화학식 1]
Fe2O3 + 6H+ -> 2Fe + 3H2O+
도 4와 5는 자기장 형성수단에 의해서 이온이 분리되는 원리를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이온이 자기장을 통과하게 되면, 이온에 로렌츠의 힘이 가해진다. 로렌츠의 힘은 이온의 운동방향과 자기장의 방향 양자에 대하여 직각으로 작용하며, 이온의 극성에 따라서 방향이 반대가 된다.
따라서 도 4에 도시된 바와 같이, OH- 이온에는 상류 측 방향으로 로렌츠의 힘이 가해지고, H+ 이온에는 하류 측 방향으로 로렌츠의 힘이 가해진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가해진 로렌츠의 힘에 의해서, OH- 이온과 H+ 이온의 진행방향은 대상물의 상류 측과 하류 측으로 각각 휘게 된다. 그 결과 OH- 이온과 H+ 이온이 각각 대상물의 상류 측과 하류 측으로 분리되어 대상물에 접촉하게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제2실시예의 개략도이며, 도 7은 도 6에 도시된 전기장 형성수단의 개략도이다.
본 실시예는 양이온과 음이온을 분리하는 수단으로 전기장 형성수단(30)을 사용한다는 점에서 제1실시예와 차이가 있으므로, 여기에 대해서만 상세히 설명한다.
도 6과 7을 참고하면, 전기장 형성수단(30)은 기준 그리드 전극(31), 양이온 분리 그리드 전극(32), 및 음이온 분리 그리드 전극(33)을 포함한다.
기준 그리드 전극(31)은 플라스마 발생기(10)의 내부 또는 출구(13) 아래에 배치된다. 별도의 기준 그리드 전극(31) 없이 플라스마 발생기(10)의 출구(13)가 기준 그리드 전극 역할을 할 수도 있다.
음이온 분리 그리드 전극(33)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13)와 처리 대상물(W)의 상류 측 사이에 배치된다.
음이온 분리 그리드 전극(33)은 처리 대상물(W)의 표면에 가까울수록 음이온의 에너지가 커서 세정효과가 커진다. 그러나 간격이 너무 가까우면 대상물의 표면에 그리드에 의한 그림자가 생겨서 처리된 표면의 균일성이 나빠질 수 있다.
음이온 분리 그리드 전극(33)은 기준 그리드 전극(31)보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스되어 있다. 음이온 분리 그리드 전극(33)에는 기준 그리드 전극(31)에 비해서 높은 전압을 인가할 수 있는 전원(35)이 연결되어 있으며, 전원(35)은 펄스 전압을 발생시키는 장치인 것이 바람직하다.
양이온 분리 그리드 전극(32)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13)와 처리 대상물(W)의 하류 측 사이에 배치되며 기준 그리드 전극(31)보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스되어 있다.
기준 그리드 전극(31)을 통과한 음이온은 기준 그리드 전극(31)과 음이온 분리 그리드 전극(33) 사이에 형성된 전기장에 의해서 음이온 분리 그리드 전극(33) 방향으로 가속된다. 또한, 기준 그리드 전극(31)을 통과한 양이온은 기준 그리드 전극(31)과 양이온 분리 그리드 전극(32) 사이에 형성된 전기장에 의해서 양이온 분리 그리드 전극(32) 방향으로 가속된다. 이러한 과정에서 양이온과 음이온은 각각 처리 대상물(W)의 하류 측과 상류 측으로 분리된다.
음이온 분리 그리드 전극(33)을 통과한 음이온은 음이온 분리 그리드 전극(33) 방향으로 힘을 받지만, 처리 대상물(W)과 음이온 분리 그리드 전극(33) 사이의 간격이 가깝기 때문에 그대로 처리 대상물(W) 표면에 부딪힌다. 양이온 역시 양이온 분리 그리드 전극(32)을 통과한 후에는 양이온 분리 그리드 전극(32) 방향으로 힘을 받지만 그대로 처리 대상물(W) 표면에 부딪힌다.
도 8은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제3실시예의 사시도이며, 도 9는 도 8에 도시된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 개략도이다.
도 8과 9를 참고하면, 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 일실시예는 플라스마 발생기(10), 자기장 형성수단(20) 및 전기장 형성수단(30)을 포함한다.
플라스마 발생기(10)는 처리 대상물(W)의 상부에 배치된다. 처리 대상물(W)은 연속적으로 공급되는 선재나 판재일 수 있다. 처리 대상물(W)은 강재일 수 있다.
플라스마 발생기(10)는 플라스마를 형성하여 처리 대상물 방향으로 공급하기 위한 것이다.
플라스마 발생기(10)는 플라스마가 형성되는 공간인 챔버(11)와 플라스마를 형성하기 위한 플라스마 전극(미도시)과 플라스마 전극에 전원을 공급하기 위한 플라스마 전원(14)을 포함한다.
챔버(11)의 상부에는 수증기, 물 등 플라스마를 형성하기 위한 기체 또는 액체가 공급되는 입구(12)가 형성되어 있으며, 챔버의 하부에는 형성된 플라스마가 배출되는 출구(13)가 형성되어 있다.
플라스마 전극에 전원이 인가되면, 플라스마 전극의 주위의 기체 분자가 이온화되어, 양이온과 음이온으로 전리되어 혼재되어 있는 플라스마 상태가 챔버(11) 내부에 형성된다. 형성된 플라스마는 챔버(11)의 출구(13)로 배출된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 수증기를 공급한 경우에는 H+ 이온, OH- 이온 및 전자(e-)가 혼합된 플라스마 상태가 챔버(11) 내에 형성된다.
자기장 형성수단(20)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13)로부터 배출된 플라스마 상태의 이온을 양이온과 음이온으로 분리시키기 위한 것이다.
자기장 형성수단(20)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13) 전방에 이온의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 자기장을 형성한다.
자기장 형성수단(20)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13)와 대상물 사이에 배치된 한 쌍의 영구 자석 또는 전자석일 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 처리 대상물(W)이 방청유가 도포되었으나 된 녹이 슨 강판인 경우를 예로 들면, 대상물(W)의 상류 측으로 OH- 이온이, 하류 측으로 H+ 이온이 분리되도록 자기장 형성수단(20)을 배치하는 것이 바람직하다.
앞에서 도 4와 5를 참고하여 설명한 바와 같이, OH- 이온에는 상류 측 방향으로 로렌츠의 힘이 가해지고, H+ 이온에는 하류 측 방향으로 로렌츠의 힘이 가해진다. 가해진 로렌츠의 힘에 의해서, OH- 이온과 H+ 이온의 진행방향은 대상물의 상류 측과 하류 측으로 각각 휘게 된다. 그 결과 OH- 이온과 H+ 이온이 각각 대상물의 상류 측과 하류 측으로 분리되어 대상물을 향해 진행하게 된다.
전기장 형성수단(30)은 분리된 양이온과 음이온을 가속하여 이온의 에너지를 증가시킨 후 처리 대상물(W)에 충돌시켜, 세정효과를 향상시키기 위한 것이다.
도 8과 9를 참고하면, 전기장 형성수단(40)은 자기장 형성수단(20)의 아래에 배치되며, 양이온 가속 그리드 전극(42), 및 음이온 가속 그리드 전극(43)을 포함한다.
음이온 가속 그리드 전극(43)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13)와 처리 대상물(W)의 상류 측 사이에 배치된다.
음이온 가속 그리드 전극(43)은 대상물(W)보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스되어 있다. 음이온 가속 그리드 전극(43)에는 전원(45)의 음극이 연결되어 있으며, 전원(45)의 양극은 대상물(W)의 표면과 전기적으로 연결된 롤러(47)와 연결되어 있다.
전원(45)은 직류 또는 펄스 전원일 수 있으며, 직류 전원과 펄스 전원을 직렬로 연결하여, 직류 전원과 펄스 전원이 동시에 음이온 가속 그리드 전극(43)에 인가되도록 하는 것이 바람직하다. 펄스 전원은 직류 전원에 비해서 좀 더 안정적으로 전기장을 형성시켜, 이온이 안정적으로 가속되게 할 수 있다. 그러나 펄스 전원만을 사용하면 펄스 출력시에만 이온이 가속되므로, 직류 전원도 함께 사용하는 것이, 이온을 계속 가속시켜 대상물의 표면에 도달하는 이온의 양을 증대시킬 수 있다.
롤러(47)는 회전가능하게 설치된다. 롤러(47)는 대상물(W)의 표면에 밀착하여 회전하면서, 전원(45)과 대상물(W)을 전기적으로 연결한다. 롤러(47)가 회전가능하게 설치되어 있으므로, 롤러(47)의 외주면에 접촉하는 대상물(W)과의 마찰이 줄어드는 한편, 대상물(W)과 롤러(47) 사이의 밀착성이 개선되어 전기적인 접속도 원활하게 이루어진다.
처리 대상물(W)은 처리 대상물을 연속적으로 공급하는 권출기 및 연속적으로 회수하는 권취기와 연결되어 있으며, 권출기와 권취기는 접지되어 있으므로, 처리 대상물(W)이 접지 역할을 할 수 있다.
양이온 가속 그리드 전극(42)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13)와 처리 대상물(W)의 하류 측 사이에 배치되며 대상물(W)보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스되어 있다.
플라스마 발생기(10)의 출구(13)를 통과한 후, 자기장 발생수단(20)에 의해서 분리된 음이온은 음이온 가속 그리드 전극(43)과 대상물(W) 사이에 형성된 전기장에 의해서 대상물(W) 방향으로 가속된다. 또한, 자기장 발생수단(20)에 의해서 분리된 양이온은 양이온 가속 그리드 전극(42)과 대상물(W) 사이에 형성된 전기장에 의해서 대상물(W) 방향으로 가속된다.
이온들은 대상물(W) 방향으로 이동하는 도중에 기체 분자들과 계속해서 충돌하여 진행방향이 변경되지만, 전기장에 의해서 다시 대상물(W) 방향으로 가속되어 결국에는 처리 대상물(W) 표면에 부딪힌다.
도 10은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제4실시예의 개략도이다.
본 실시예는 전기장 형성수단(50)에 차이가 있으므로, 전기장 형성수단에 대해서만 자세히 설명한다. 전기장 형성수단(50)은 기준 그리드 전극(51), 양이온 가속 그리드 전극(52), 및 음이온 가속 그리드 전극(53)을 포함한다.
기준 그리드 전극(51)은 자기장 형성수단(20) 아래에 배치된다.
음이온 가속 그리드 전극(53)은 처리 대상물(W)의 상류 측 사이에 배치된다. 음이온 가속 그리드 전극(53)은 처리 대상물(W)의 표면에 가까울수록 음이온의 에너지가 커서 세정효과가 커진다. 그러나 간격이 너무 가까우면 대상물의 표면에 그리드에 의한 그림자가 생겨서 처리된 표면의 균일성이 나빠질 수 있다.
음이온 가속 그리드 전극(53)은 기준 그리드 전극(51)보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스되어 있다. 음이온 가속 그리드 전극(53)에는 기준 그리드 전극(51)에 비해서 높은 전압을 인가할 수 있는 전원(55)이 연결되어 있으며, 전원(55)은 펄스 전압을 발생시키는 장치인 것이 바람직하다.
양이온 가속 그리드 전극(52)은 처리 대상물(W)의 하류 측에 배치되며 기준 그리드 전극(51)보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스되어 있다.
기준 그리드 전극(51)을 통과한 음이온은 기준 그리드 전극(51)과 음이온 가속 그리드 전극(53) 사이에 형성된 전기장에 의해서 음이온 가속 그리드 전극(53) 방향으로 가속된다. 또한, 기준 그리드 전극(51)을 통과한 양이온은 기준 그리드 전극(51)과 양이온 가속 그리드 전극(52) 사이에 형성된 전기장에 의해서 양이온 가속 그리드 전극(52) 방향으로 가속된다. 이러한 과정에서 양이온과 음이온은 각각 처리 대상물(W)의 하류 측과 상류 측으로 분리되어 가속된다.
음이온 가속 그리드 전극(53)을 통과한 음이온은 음이온 가속 그리드 전극(53) 방향으로 힘을 받지만, 처리 대상물(W)과 음이온 가속 그리드 전극(53) 사이의 간격이 가깝기 때문에 그대로 처리 대상물(W) 표면에 부딪힌다. 양이온 역시 양이온 가속 그리드 전극(52)을 통과한 후에는 양이온 가속 그리드 전극(52) 방향으로 힘을 받지만 그대로 처리 대상물(W) 표면에 부딪힌다.
도 11은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제5실시예의 사시도이며, 도 12는 도 11에 도시된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 개략도이다.
도 11과 12를 참고하면, 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 일실시예는 플라스마 발생기(10)와 전기장 형성수단(60)을 포함한다.
플라스마 발생기(10)는 처리 대상물(W)의 상부에 배치된다. 처리 대상물(W)은 연속적으로 공급되는 선재나 판재일 수 있다. 처리 대상물(W)은 강재일 수 있다.
플라스마 발생기(10)는 플라스마를 형성하여 처리 대상물 방향으로 공급하기 위한 것이다.
플라스마 발생기(10)는 플라스마가 형성되는 공간인 챔버(11)와 플라스마를 형성하기 위한 플라스마 전극(미도시)과 플라스마 전극에 전원을 공급하기 위한 플라스마 전원(14)을 포함한다.
챔버(11)의 상부에는 플라스마를 형성하기 위한 기체 또는 액체가 공급되는 입구(12)가 형성되어 있으며, 챔버의 하부에는 형성된 플라스마가 배출되는 출구(13)가 형성되어 있다.
플라스마 전극에 전원이 인가되면, 플라스마 전극의 주위의 기체 분자가 이온화되어, 양이온과 음이온으로 전리되어 혼재되어 있는 플라스마 상태가 챔버(11) 내부에 형성된다. 형성된 플라스마는 챔버(11)의 출구(13)로 배출된다.
챔버의 입구에 수소가스를 공급한 경우에는 H+ 이온과 전자(e-)가 혼합된 플라스마 상태가 챔버(11) 내에 형성된다.
전기장 형성수단(60)은 플라스마 이온을 가속하여 이온의 에너지를 증가시킨 후 처리 대상물(W)에 충돌시켜, 세정효과를 향상시키기 위한 것이다.
도 11과 12를 참고하면, 전기장 형성수단(60)은 이온 가속 그리드 전극(61), 전원(62) 및 롤러(63)를 포함한다.
플라스마 이온이 양이온인 경우, 이온 가속 그리드 전극(61)은 대상물(W) 보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스되어 있다. 이온 가속 그리드 전극(61)에는 전원(62)의 양극이 연결되어 있으며, 전원(62)의 음극은 대상물(W)의 표면과 전기적으로 연결된 롤러(63)와 연결되어 있다.
롤러(63)는 회전가능하게 설치된다. 롤러(63)는 대상물(W)의 표면에 밀착하여 회전하면서, 전원(62)과 대상물(W)을 전기적으로 연결한다. 롤러(63)가 회전가능하게 설치되어 있으므로, 롤러(63)의 외주면에 접촉하는 대상물(W)과의 마찰이 줄어드는 한편, 대상물(W)과 롤러(63) 사이의 밀착성이 개선되어 전기적인 접속도 원활하게 이루어진다.
처리 대상물(W)은 처리 대상물을 연속적으로 공급하는 권출기 및 연속적으로 회수하는 권취기와 연결되어 있으며, 권출기와 권취기는 접지되어 있으므로, 처리 대상물(W)이 접지 역할을 할 수 있다.
전원(62)은 직류 또는 펄스 전원일 수 있으며, 직류 전원과 펄스 전원을 직렬로 연결하여, 직류 전원과 펄스 전원이 동시에 이온 가속 그리드 전극(61)에 인가되도록 하는 것이 바람직하다. 펄스 전원은 직류 전원에 비해서 좀 더 안정적으로 전기장을 형성시켜, 이온이 안정적으로 가속되게 할 수 있다. 그러나 펄스 전원만을 사용하면 펄스 출력시에만 이온이 가속되므로, 직류 전원도 함께 사용하는 것이, 이온을 계속 가속시켜 대상물의 표면에 도달하는 이온의 양을 증대시킬 수 있다.
플라스마 발생기(10)의 출구(13)와 이온 가속 그리드 전극(61)은 통과한 양이온은 이온 가속 그리드 전극(61)과 대상물(W) 사이에 대상물(W) 방향으로 형성된 전기장에 의해서 대상물(W) 방향으로 가속된다. 양이온은 대상물(W) 방향으로 이동하는 도중에 기체 분자들과 계속해서 충돌하여 진행방향이 변경되지만, 전기장에 의해서 다시 대상물(W) 방향으로 가속되어 결국에는 처리 대상물(W) 표면에 부딪힌다.
그리고 음이온이나 전자는 이온 가속 그리드 전극(61) 방향으로 힘을 받아 이온 가속 그리드 전극(61) 방향으로 되돌아 간다.
반대로 세정에 사용할 플라스마 이온이 음이온인 경우, 이온 가속 그리드 전극(61)은 대상물(W) 보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스된다.
본 실시예에 있어서, 이온 가속 그리드 전극(61)은 플라스마 발생기(10)의 출구(13) 바로 아래에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 플라스마 발생기(10)의 내부에 배치될 수도 있다.
도 13은 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제6실시예의 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 별도의 이온 가속 그리드 전극을 설치하지 않고, 플라스마 발생기(10)에 직접 전원의 양극을 연결하여, 플라스마 발생기(10)와 대상물(W) 사이에 전기장을 형성한다.
도 14는 본 발명에 따른 플라스마 이온을 이용한 세정 장치의 제7실시예의 개략도이다.
본 실시예는 전기장 형성수단(70)에 차이가 있으므로, 전기장 형성수단에 대해서만 자세히 설명한다. 전기장 형성수단(70)은 기준 그리드 전극(71), 이온 가속 그리드 전극(73)을 포함한다.
기준 그리드 전극(71)은 플라스마 발생기(10)의 내부 또는 출구(13) 아래에 배치된다. 별도의 기준 그리드 전극(71) 없이 플라스마 발생기(10)의 출구(13)가 기준 그리드 전극(71) 역할을 할 수도 있다.
이온 가속 그리드 전극(73)은 처리 대상물(W)의 위에 배치된다. 이온 가속 그리드 전극(73)이 처리 대상물(W)의 표면에 가까울수록 양이온의 에너지가 커서 세정효과가 커진다. 그러나 간격이 너무 가까우면 대상물의 표면에 그리드에 의한 그림자가 생겨서 처리된 표면의 균일성이 나빠질 수 있다.
이온 가속 그리드 전극(73)은 기준 그리드 전극(71)보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스되어 있다. 이온 가속 그리드 전극(73)에는 기준 그리드 전극(71)에 비해서 낮은 전압을 인가할 수 있는 전원(72)이 연결되어 있으며, 전원(72)은 펄스 전압을 발생시키는 장치인 것이 바람직하다.
기준 그리드 전극(71)을 통과한 양이온은 기준 그리드 전극(71)과 이온 가속 그리드 전극(73) 사이에 형성된 전기장에 의해서 이온 가속 그리드 전극(73) 방향으로 가속된다.
이온 가속 그리드 전극(73)을 통과한 양이온은 이온 가속 그리드 전극(73) 방향으로 힘을 받지만, 처리 대상물(W)과 이온 가속 그리드 전극(73) 사이의 간격이 가깝기 때문에 그대로 처리 대상물(W) 표면에 부딪힌다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 플라스마 발생기에 주입되는 물질로서 수증기나 물을 예로 들어서 설명하였으나, 기타 혼합 가스, 화합물, 혼합물 등을 이용하여 플라스마를 분출시키고, 분출된 플라스마의 양이온과 음이온을 분리하여 처리 대상물을 세정할 수도 있다. 금속 판재의 표면의 방청유를 제거하는 동시에, 산화막을 제거하는 경우를 예로 들면, 방청유에 의한 오염이 심한 경우에는 수증기에 산소를 혼합한 가스를 사용할 수 있다. 이 경우, OH- 이온과 O2-, O- 이온은 금속 판재의 상류 측으로 분리되어 유기물을 제거하고, H+ 이온은 금속 판재의 하류 측에서 산화물을 환원시킬 수 있다.
<부호의 설명>
10: 플라스마 발생기 11: 챔버
12: 입구 13: 출구
14: 플라스마 전원 20: 자기장 형성수단
30, 40, 50, 60, 70: 전기장 형성수단 31: 기준 그리드 전극
32: 양이온 분리 그리드 전극 33: 음이온 분리 그리드 전극
34, 35: 전원 42, 52: 양이온 가속 그리드 전극
43, 53: 음이온 가속 그리드 전극 44, 45, 54, 55: 전원
46, 47: 롤러 61: 이온 가속 그리드 전극
62, 72: 전원 63: 롤러 71: 기준 그리드 전극 73: 이온 가속 그리드 전극

Claims (41)

  1. 대상물의 표면을 세정하기 위한 플라스마 상태의 이온이 배출되기 위한 출구를 구비한 플라스마 발생기와,
    상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출된 플라스마 상태의 이온이 양이온과 음이온으로 분리되어 대상물의 표면에 충돌하도록, 상기 플라스마 발생기의 출구 전방에 이온의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 자기장을 형성하도록 설치된 자기장 형성수단을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 형성수단은, 상기 플라스마 발생기의 출구와 대상물 사이에 배치된 한 쌍의 영구 자석을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자기장 형성수단은, 상기 플라스마 발생기의 출구와 대상물 사이에 배치된 전자석을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 이온들은, H+ 이온과 OH- 이온을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 대상물은 연속적으로 이송되는 판 형상 또는 선 형상인 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 대상물은 강재이고,
    상기 자기장은 이송되는 대상물의 상류 측으로 OH- 이온이, 하류 측으로 H+ 이온이 분리되도록 배치된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  7. 대상물의 표면을 세정하기 위한 플라스마 상태의 이온이 배출되기 위한 출구를 구비한 플라스마 발생기와,
    상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출된 플라스마 상태의 이온이 양이온과 음이온으로 분리되어 대상물의 표면에 충돌하도록, 플라스마 상태의 양이온을 분리하여 대상물을 향하여 가속하기 위한 제1 전기장과 플라스마 상태의 음이온을 분리하여 대상물을 향하여 가속하기 위한 제2 전기장을 형성하기 위한 전기장 형성수단을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전기장 형성수단은, 기준 그리드 전극과, 상기 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 양이온을 분리하여 가속하도록 상기 기준 그리드 전극보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스된 양이온 분리 그리드 전극과, 상기 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 음이온을 분리하여 가속하도록 상기 기준 그리드 전극에 보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스된 음이온 분리 그리드 전극과, 상기 각각의 전극들에 전압을 인가하기 위한 전원을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전원은 각각의 그리드 전극에 펄스 전압을 인가하기 위한 펄스 전원을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기준 그리드 전극은, 상기 플라스마 발생기의 내부에 설치된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 전기장 형성수단은, 상기 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 양이온을 분리하여 가속하도록 상기 플라스마 발생기보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스된 양이온 분리 그리드 전극과, 상기 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 음이온을 분리하여 가속하도록 상기 플라스마 발생기보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스된 음이온 분리 그리드 전극과, 상기 각각의 전극들에 전압을 인가하기 위한 전원을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 이온들은, H+ 이온과 OH- 이온을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 대상물은 연속적으로 이송되는 판 형상 또는 선 형상인 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 대상물은 강재이고,
    상기 음이온 분리 그리드는 대상물의 상류 측에 배치되고, 양이온이 분리 그리드는 하류 측에 배치된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  15. 플라스마 발생기의 출구로 양이온과 음이온을 포함하는 플라스마 상태의 이온들을 배출시키는 단계와,
    상기 출구로 배출된 플라스마 상태의 이온들을 이온의 진행 방향에 수직으로 배치된 자기장을 통과시켜서 양이온과 음이온으로 분리하는 단계와,
    상기 분리된 양이온과 음이온을 이송되는 세정 대상물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 세정 대상물은 강재이고,
    상기 자기장은 OH- 이온을 이송되는 대상물의 상류 측으로 분리하고, H+ 이온을 이송되는 대상물의 하류 측으로 분리하도록 배치된 플라스마 이온을 이용한 세정 방법.
  17. 플라스마 발생기의 출구로 양이온과 음이온을 포함하는 플라스마 상태의 이온들을 배출시키는 단계와,
    상기 출구로 배출된 플라스마 상태의 이온들이 세정 대상물을 향하도록 형성된 전기장과 플라스마 발생기를 향하도록 형성된 전기장을 통과하도록 하여 양이온과 음이온으로 분리하는 단계와,
    상기 분리된 양이온과 음이온을 이송되는 세정 대상물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 세정 대상물은 강재이고,
    상기 플라스마 발생기를 향하도록 형성된 전기장은 OH- 이온을 이송되는 대상물의 상류 측으로 분리하고, 세정 대상물을 향하도록 형성된 전기장은 H+ 이온을 이송되는 대상물의 하류 측으로 분리하도록 배치된 플라스마 이온을 이용한 세정 방법.
  19. 대상물의 표면을 세정하기 위한 플라스마 상태의 이온이 배출되기 위한 출구를 구비한 플라스마 발생기와,
    상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출된 플라스마 상태의 이온이 양이온과 음이온으로 분리되도록, 상기 플라스마 발생기의 출구 전방에 이온의 진행 방향에 대하여 수직인 방향으로 자기장을 형성하도록 설치된 자기장 형성수단과,
    분리된 양이온을 대상물을 향하여 가속하기 위한 제1 전기장과 분리된 음이온을 대상물을 향하여 가속하기 위한 제2 전기장을 형성하기 위한 전기장 형성수단을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 자기장 형성수단은, 상기 플라스마 발생기의 출구와 대상물 사이에 배치된 한 쌍의 영구 자석을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 자기장 형성수단은, 상기 플라스마 발생기의 출구와 대상물 사이에 배치된 전자석을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 이온들은, H+ 이온과 OH- 이온을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 대상물은 연속적으로 이송되는 판 형상 또는 선 형상인 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 대상물은 강재이고,
    상기 자기장은 이송되는 대상물의 상류 측으로 OH- 이온이, 하류 측으로 H+ 이온이 분리되도록 배치된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  25. 제19항에 있어서,
    상기 전기장 형성수단은, 상기 자기장 형성수단에 의해서 분리된 플라스마 상태의 양이온을 대상물 방향으로 가속하도록 상기 대상물보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스된 양이온 가속 그리드 전극과, 상기 자기장 형성수단에 의해서 분리된 플라스마 상태의 음이온을 대상물 방향으로 가속하도록 상기 대상물보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스된 음이온 가속 그리드 전극과, 상기 각각의 전극들에 전압을 인가하기 위한 전원을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 전원은 각각의 그리드 전극에 펄스 전압을 인가하기 위한 펄스 전원을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 전원은 상기 이온 가속 그리드 전극에 직류 전압을 동시에 인가하기 위한 직류 전원을 더 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 전원의 양극 또는 음극은 상기 대상물과 롤러에 의해서 전기적으로 연결되어 있으며, 다른 극은 상기 양이온 또는 음이온 가속 그리드 전극과 전기적으로 연결된 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  29. 제19항에 있어서,
    상기 전기장 형성수단은, 기준 그리드 전극과, 상기 자기장 형성수단에 의해서 분리된 플라스마 상태의 양이온을 가속하도록 상기 기준 그리드 전극보다 낮은 전압이 걸리도록 바이어스된 양이온 가속 그리드 전극과, 상기 자기장 형성수단에 의해서 분리된 플라스마 상태의 음이온을 가속하도록 상기 기준 그리드 전극에 보다 높은 전압이 걸리도록 바이어스된 음이온 가속 그리드 전극과, 상기 각각의 전극들에 전압을 인가하기 위한 전원을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  30. 플라스마 발생기의 출구로 양이온과 음이온을 포함하는 플라스마 상태의 이온들을 배출시키는 단계와,
    상기 출구로 배출된 플라스마 상태의 이온들을 이온의 진행 방향에 수직으로 배치된 자기장을 통과시켜서 양이온과 음이온으로 분리하는 단계와,
    분리된 이온들이 세정 대상물을 향하도록 형성된 전기장과 플라스마 발생기를 향하도록 형성된 전기장을 통과하도록 하여 가속하는 단계와,
    상기 분리되어 가속된 양이온과 음이온을 이송되는 세정 대상물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 세정 대상물은 강재이고,
    상기 자기장은 OH- 이온을 이송되는 대상물의 상류 측으로 분리하고, H+ 이온을 이송되는 대상물의 하류 측으로 분리하도록 배치되며,
    상기 플라스마 발생기를 향하도록 형성된 전기장은 OH- 이온을 이송되는 대상물의 상류 측으로 가속하고, 세정 대상물을 향하도록 형성된 전기장은 H+ 이온을 이송되는 대상물의 하류 측으로 가속하도록 배치된 플라스마 이온을 이용한 세정 방법.
  32. 대상물의 표면을 세정하기 위한 플라스마 상태의 이온이 배출되기 위한 출구를 구비한 플라스마 발생기와,
    상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출된 플라스마 상태의 이온을 대상물을 향하여 가속하기 위한 전기장을 형성하기 위한 전기장 형성수단을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 플라스마 발생기의 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 이온은, H+ 이온을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 대상물은 연속적으로 이송되는 판 형상 또는 선 형상인 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 전기장 형성수단은, 상기 플라스마 발생기의 내부 또는 상기 플라스마 발생기의 출구와 대상물 사이에 배치된 이온 가속 그리드 전극과, 상기 대상물에 전기적으로 연결된 롤러와, 상기 이온 가속 그리드 전극과 상기 롤러에 전기적으로 연결되는 전원을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    플라스마 상태의 이온이 양이온인 경우에는 상기 이온 가속 그리드 전극이 상기 대상물에 비해 높은 전압으로 바이어스되도록 상기 전원이 연결되며,
    플라스마 상태의 이온이 음이온인 경우에는 상기 이온 가속 그리드 전극이 상기 대상물에 비해 낮은 전압으로 바이어스되도록 상기 전원이 연결되는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  37. 제35항에 있어서,
    상기 전원은 상기 이온 가속 그리드 전극에 펄스 전압을 인가하기 위한 펄스 전원을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 전원은 상기 이온 가속 그리드 전극에 직류 전압을 동시에 인가하기 위한 직류 전원을 더 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  39. 제32항에 있어서,
    상기 전기장 형성수단은, 상기 대상물에 전기적으로 연결된 롤러와, 상기 플라스마 발생기와 상기 롤러에 전기적으로 연결되는 전원을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  40. 제32항에 있어서,
    상기 전기장 형성수단은, 상기 플라스마 발생기의 내부 또는 상기 플라스마 발생기의 출구와 대상물 사이에 배치된 기준 그리드 전극과, 상기 출구로부터 배출되는 플라스마 상태의 이온을 상기 대상물 방향으로 가속하도록 바이어스된 이온 가속 그리드 전극과, 상기 전극들에 전압을 인가하기 위한 전원을 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 장치.
  41. 플라스마 발생기의 출구로 플라스마 상태의 이온들을 배출시키는 단계와,
    상기 출구로 배출된 플라스마 상태의 이온들을 플라스마 발생기와 세정 대상물 사이에 형성된 전기장을 통과하도록 하여 가속하는 단계와,
    상기 이온을 이송되는 세정 대상물의 표면에 접촉시키는 단계를 포함하는 플라스마 이온을 이용한 세정 방법.
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