(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造プロセスツールからの排気ガス流を処理する放射バーナにおいて、
多孔スリーブを備えた燃焼チャンバを有し、燃焼物質が多孔スリーブを通って多孔スリーブの燃焼面に近接して燃焼し、
該燃焼面から放射される赤外線をモニタリングすることにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動可能な燃焼特性モニタと、
該燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの作動を制御すべく作動できる放射バーナコントローラとを更に有し、
前記燃焼特性モニタは、放射バーナの所望の作動パラメータを表示する複数の赤外線の波長の放射強度の比をモニタリングすることにより前記放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動できることを特徴とする放射バーナ。
【請求項２】
前記燃焼特性モニタは、燃焼面により放射される赤外線が許容可能な作動パラメータ内にあるか否かを測定すべく作動できることを特徴とする請求項１記載の放射バーナ。
【請求項３】
前記燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能が、許容可能な作動パラメータを外れている場合には、放射バーナコントローラが１つ以上の改善作動を開始することを特徴とする請求項２記載の放射バーナ。
【請求項４】
前記改善作動は、放射バーナの停止の開始および／またはユーザアラームの付勢の開始であることを特徴とする請求項３記載の放射バーナ。
【請求項５】
前記放射バーナコントローラは、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質を制御すべく作動できることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の放射バーナ。
【請求項６】
前記放射バーナコントローラは、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質の供給速度を増大または低下させるべく作動できることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の放射バーナ。
【請求項７】
前記放射バーナコントローラは、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質の組成を制御できることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の放射バーナ。
【請求項８】
前記放射バーナコントローラは、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質の燃料／空気比を増大または低下すべく作動できることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の放射バーナ。
【請求項９】
前記燃焼特性モニタは、燃焼面により放射された電磁放射線をモニタリングしかつモニタリングした電磁スペクトルに関してスペクトル分析を行うことにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動できることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の放射バーナ。
【請求項１０】
前記燃焼特性モニタおよび放射バーナコントローラは、放射バーナの作動を連続的にモニタリングおよび制御してフィードバック作動ループを形成すべく作動することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の放射バーナ。
【請求項１１】
製造プロセスツールからの排気ガス流を処理する放射バーナの作動のモニタリングおよび制御方法であって、放射バーナが多孔スリーブを備えた燃焼チャンバを有し、燃焼物質が多孔スリーブを通って該多孔スリーブの燃焼面に近接して燃焼する構成のモニタリングおよび制御方法において、
燃焼面から放射される赤外線をモニタリングして放射バーナの燃焼性能を測定する段階と、
前記モニタリングにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの作動を制御する段階とを有し、
前記放射バーナの作動のモニタリングするステップは、前記放射バーナの所望の作動パラメータを表示する複数の赤外線の波長の放射強度の比をモニタリングすることにより行われることを特徴とする放射バーナの作動のモニタリングおよび制御方法。
【請求項１２】
製造プロセスツールからの排気ガス流を処理する放射バーナに使用する放射バーナの赤外線モニタであって、放射バーナが多孔スリーブを備えた燃焼チャンバを有し、燃焼物質が多孔スリーブを通って該多孔スリーブの燃焼面に近接して燃焼し、
前記赤外線モニタは、放射バーナの燃焼面から放射される赤外線をモニタリングして、前記放射バーナの所望の作動パラメータを表示する複数の赤外線の波長の放射強度の比をモニタリングすることにより、赤外線放射に基づいて放射バーナの燃焼性能を測定すべく配置され、
該赤外線モニタは、これにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの作動を制御すべく作動できる放射バーナコントローラに接続できることを特徴とする赤外線モニタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射バーナおよび排気ガス流処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射バーナは既知でありかつ例えば半導体またはフラットパネルディスプレイ製造工業で使用される製造プロセスツールからの排気ガス流の処理に使用されている。このような物品の製造中、プロセスツールからポンピングされる排気ガス流中には、残留する過フッ化化合物（perfluorinated compounds:ＰＦＣ）および他の化合物が存在する。ＰＦＣは排気ガスからの除去が困難でありかつ二酸化炭素と比較して比較的高い温室効果活動を有することが知られているため、環境中に放出されることは好ましくない。
【０００３】
種々の半導体またはフラットパネルディスプレイ製造プロセスが使用されていることは理解されよう。例えば、化学蒸着プロセス、エピタキシャルプロセスおよびエッチングプロセス等のプロセスが使用され、各プロセスには関連する排気ガス流が伴う。これらの排気ガス流の処理に種々の放射バーナが提供されている。製造プロセスの条件に基づいて適当なガスバーナを使用できることは理解されよう。
【０００４】
例えば蒸着製造技術の場合には簡単な放射バーナを使用できるのに対し、エピタキシャル製造プロセスからの排気ガスの処理に使用される放射バーナは大流量の水素バーナで構成され、エッチングプロセスにより発生する排気ガスの処理に適した放射バーナは、放射バーナと、排気ガスを燃焼チャンバ内に導入するノズルの端部に形成される高強度炎とで構成される。
【０００５】
既知の放射バーナは、排気ガス流からＰＦＣおよび他の化合物を除去するのに燃焼を用いる。このような放射バーナは、一般に、多孔ガスバーナの出口面により横方向に包囲された燃焼チャンバを有している。出口面で無炎燃焼を行わせるため、燃料ガスおよび空気が同時に多孔バーナに供給され、多孔バーナを通る空気の量は用途に応じて選択され、バーナに供給される燃料ガスを消費するのに充分な量とし、また必要に応じて可燃物を燃焼チャンバ内に噴射する。
【０００６】
排気ガスは燃焼チャンバ内に導入され、燃焼チャンバ内は、用途にもよるが、燃焼プロセスで生じた熱いガスが排気ガスに作用しかつ反応して、安全で湿潤洗浄により除去できる種を形成する状態である。一般に、排気ガス流はＰＦＣを含有する窒素流である。
製造される半導体の表面積は増大しているので、排気ガスの流量も増大している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許第０  ６９４  ７３５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
排気ガス流を処理する技術は存在するが、各技術はそれぞれの欠点を有している。したがって、放射バーナの作動をモニタリングしかつ制御する改善された技術を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１態様は、製造プロセスツールからの排気ガス流を処理する放射バーナにおいて、多孔スリーブを備えた燃焼チャンバを有し、燃焼物質が多孔スリーブを通って多孔スリーブの燃焼面に近接して燃焼し、該燃焼面から放射される赤外線をモニタリングすることにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動可能な燃焼特性モニタと、該燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの作動を制御すべく作動できる放射バーナコントローラとを更に有する構成の放射バーナを提供する。
【００１０】
前述のように、化学蒸着プロセス、エピタキシャルプロセスおよびエッチングプロセス等の製造プロセスから生じる排気ガスを処理するのに種々の放射バーナが提供されている。
【００１１】
化学蒸着プロセスでは、一般に排気ガスが簡単な放射バーナ内で処理される。このような構成では、排気ガスは９０°の角度で燃焼面に導入される。設けられる放射バーナは、排気ガスが存在しないその燃焼面で燃料および空気を燃焼すべく作用する。窒素、アルゴン、酸素、水および二酸化炭素を含有する、発生した熱いガスは、ＣＶＤプロセシングからのあらゆる排気ガス上で作用し、かつ安全で湿潤洗浄技術により除去できる種を形成すべく反応する。例えば、
ＳｉＨ4(g)＋２Ｏ2(g)＋熱  →  ＳｉＯ2(g)＋２Ｈ2Ｏ(g)
【００１２】
エピタキシャル製造プロセスは、大流量水素バーナで処理すべき排気ガスを発生する。この場合には、かなりの量の水素流がオン／オフされ、これにより、排気ガス流を処理すべく設けられた全ての放射バーナの燃焼面での燃焼に必要な量が変化される。エピタキシャルプロセスに使用される水素流が排気ガスの処理の中断を引き起こし、排気ガスの処理のために設けられた全ての放射バーナに、このような水素の流れを補償する手段を設けることができる。
【００１３】
最後に、エッチング製造プロセスの場合には、排気ガスは高強度炎を発生する放射バーナにより処理される。すなわち、燃焼システムは、開炎パイロットバーナ、放射バーナおよびプロセスノズルの端部に形成される高強度開炎を有している。例えば、
ＣＦ4＋２Ｈ2Ｏ＋熱  →  ＣＯ2＋４ＨＦ
【００１４】
放射バーナの効率的作動を維持することは複雑である。製造プロセスに不適当な方法で放射バーナを運転すると不完全燃焼を引き起こし、このため排出物が増大しかつ排気ガス流の処理が非効率的になる。水素および二酸化炭素排出物は環境上の関心があり、放射バーナの効率的作動を確保することによりこれらの排出物の制御を補助できることは理解されよう。
【００１５】
本明細書で説明する態様は次のこと、すなわち、作動パラメータを「標準」または「ノーマル」に設定して放射バーナを作動させると非効率的なバーナ作動をもたらすこと、および例えば放射バーナを通る排気ガスの流量の増大または減少、多孔バーナの出口面での明らかな燃焼不足、および放射バーナの燃焼面から放射される赤外線のモニタリングの結果として燃焼性能（燃焼特性）のモニタリングおよび測定することにより、放射バーナの作動の全体的改善をもたらす化学的プロセスの分析に対応するように作動パラメータを調節すべく作動できる放射バーナを提供できることを認識したものである。
【００１６】
したがって、ガス削減装置すなわち放射バーナが提供される。放射バーナは、製造プロセスツールからの排気ガス流を処理できる。放射バーナは燃焼バーナを有し、燃焼バーナは燃焼物質が通過する多孔スリーブすなわち透過性スリーブを有している。燃焼物質は、多孔スリーブの燃焼面に近接して、燃焼面の近くでまたは燃焼面に隣接して燃焼する。排気ガスを燃焼チャンバ内に噴射する１つ以上の排気ガスノズルが設けられる。本明細書で説明する態様によれば、放射バーナは更に、燃焼面から放射される赤外線をモニタリングすることにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動できる燃焼特性モニタを有している。また放射バーナは、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの作動を制御すべく作動できる放射バーナコントローラを有している。
【００１７】
本発明の態様は、放射バーナにより処理すべき排気ガスを発生する製造プロセスの正確な詳細を知り、放射バーナの作動パラメータをそれに従って調節することは有益であるが、例えば放射バーナの構成および作動条件が時間の経過につれて変化する場合には、必ずしも情報を利用できないことを認識したものである。放射バーナと製造プロセスとの間のインターフェース信号は、しばしば達成が困難であるか費用が嵩むが、本発明の態様はプロセシングと放射バーナとの間のインターフェース信号の発生を可能にする。
【００１８】
一般に、放射バーナは、安全に作動することを確保すべくモニタリングされる。例えば、放射バーナをモニタリングする法的要件がある。既知の放射バーナでは、パイロット炎（口火）をモニタリングしかつ主放射バーナの作動または燃焼ゾーンのモニタリングを行う熱電対を使用するのに炎イオン化検出器を使用できる。
【００１９】
このようなモニタリング技術は問題がない訳ではないことは理解されよう。例えば、熱電対は、主放射バーナにより発生された熱と、燃焼ゾーン内の他の全ての熱源により発生された熱とを識別すべく作動することはできない。一般に、熱電対は燃焼ゾーン内に配置されるので、腐食に耐え得る必要がある。このため、燃焼ゾーン内に設けられる熱電対は一般に特に頑丈に作られ、したがって、熱電対は加熱時および冷却時に或る程度のヒステリシスまたは「ラグタイム」を有している。このヒステリシスは、シリカのような排気ガス反応生成物が熱電対の表面上に堆積することにより悪化する。したがって、熱電対からの読みは信頼できなくなるか、放射バーナの作動を変える作用を行う迅速な信号が得られなくなる。
【００２０】
本明細書で説明する態様は、赤外線が放射バーナの作動に関連して発生されることを認識したものである。燃焼面に近接する燃焼ゾーンは、燃焼面のパッド材料を加熱する。次に燃焼面は熱交換器として機能し、燃焼チャンバ内に流入ガスを自然着火点より高い温度に加熱する。燃焼ゾーンの正確な位置は、例えば流入ガスの速度および放射バーナに供給される燃料ガス混合気の着火遅延により定められる。
【００２１】
本発明の態様は、燃焼面から放射される赤外線をモニタリングすることにより、燃焼チャンバ内で生じているかも知れない種々の特性は、バーナが如何に性能を発揮しているかを表示すべく測定できることを認識したものである。
【００２２】
赤外線検出器は、一般に熱電対およびパイロットモニタリング装置よりも迅速に、バーナの着火に応答することは理解されよう。
【００２３】
また、赤外線モニタリングは、熱電対を用いたモニタリングと同程度のヒステリシスを受けるとは考えられない。したがって、赤外線検出器を用いることによりシステムの回復時間すなわち応答時間が改善され、これは放射バーナがバックアップシステムとして使用される場合に重要である。例えば、熱電対およびイオン化検出器ではなく赤外線検出器を用いることにより、システムの回復時間を１０秒（冷たいときから）または約６０秒（熱いときから）の範囲から５秒以下に改善できる。
【００２４】
本発明の態様はまた、バーナが過剰量の空気流を受けるときは、バーナパッドまたは燃焼面が冷えてしまい、このため好ましくないバーナ排出物の増大および燃焼面により測定された赤外線の減少が生じることを認識したものである。放射バーナのノズル炎およびバーナパイロットのハイドロカーボン炎が存在すると、一般に赤外線を放射しない。したがって、赤外線の変化、例えば放射バーナの燃焼面により放射される赤外線の強度、量または周波数の変化は、システム内例えば燃焼チャンバ内に供給される燃焼混合気中の冷たいガス（一般に空気）の「オーバーフロー」を判断するのに使用できる。判断された適当な改善段階がひとたび遂行されると、例えばバーナ制御ロジックが作動され、バーナ内への空気流を減少させることにより補償できる。
【００２５】
本明細書で説明する態様および実施形態によれば、或る実施例では、燃焼チャンバに供給すべき過剰空気が測定される放射バーナの作動モードに関する簡単な「オフスイッチ」が形成されることは理解されよう。
【００２６】
更に、燃焼パッドにより放射される赤外線をモニタリングすることにより、バーナ作動をモニタリングする非侵襲性手段が提供され、これは、例えば放射バーナに設けられる既存の覗き窓を介して遂行できることを意味する。この態様は、プロセスガス流との直接相互作用の必要なくしてバーナのモニタリングを行うことを可能にする。燃焼チャンバまたは燃焼ゾーン内に設けないことにより、赤外線検出器が、熱電対のように排気ガス反応生成物が堆積しなくなる。したがって、燃焼システムの不必要な停止を引き起こす負または正の偽信号を発生する傾向は小さくなる。
【００２７】
燃焼特性モニタは検出器および分析ユニットで構成でき、分析ユニットはバーナコントロールユニットの一部を形成する。
【００２８】
一実施形態によれば、燃焼特性モニタは、燃焼面により放射される赤外線が許容可能な作動パラメータ内にあるか否かを測定すべく作動できる。これらのパラメータは、最適バーナ作動を表示する許容可能な値の範囲からなる。
【００２９】
一実施形態によれば、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能が、許容可能な作動パラメータを外れている場合には、放射バーナコントローラが１つ以上の改善作動を開始する。
【００３０】
一実施形態によれば、改善作動は、放射バーナの停止の開始および／またはユーザアラームの付勢の開始である。また、一実施形態によれば、放射バーナの作動性能特性は、燃焼面からの赤外線放射を変化させかつ最適バーナ作動を表示する赤外線放射に近付けることができる。
【００３１】
一実施形態によれば、放射バーナコントローラは、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質を制御すべく作動できる。燃焼物質は、燃料の混合気、例えば燃料ガス（例えばメタン、天然ガス、水素）と空気との混合気からなる。
【００３２】
一実施形態によれば、放射バーナコントローラは、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質の供給速度を増大または低下させるべく作動できる。したがって、燃料または空気がバーナに供給される速度は、燃焼面により放射されかつモニタリングされたＩＲ放射線に基づいて調節される。
【００３３】
一実施形態によれば、放射バーナコントローラは、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質の組成を制御できる。
【００３４】
一実施形態によれば、放射バーナコントローラは、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質の燃料／空気比を増大または低下すべく作動できる。
【００３５】
一実施形態によれば、燃焼特性モニタは、放射バーナの所望の作動パラメータを表示する１つ以上の赤外線の波長をモニタリングすることにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動できる。
【００３６】
一実施形態によれば、燃焼特性モニタは、放射バーナの所望の作動パラメータを表示する４００ｎｍと１１００ｎｍとの間の１つ以上の赤外線の波長をモニタリングすることにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動できる。
【００３７】
一実施形態によれば、燃焼特性モニタは、放射バーナの所望の作動パラメータを表示する１つ以上の赤外線の波長の強度を当該波長でモニタリングすることにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動できる。
【００３８】
一実施形態によれば、燃焼特性モニタは、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの間の１つ以上の赤外線波長、より詳しくは約８００ｎｍでの放射バーナの所望の作動パラメータを表示する、当該波長で受けた放射線の強度をモニタリングすることにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動できる。
【００３９】
一実施形態によれば、燃焼特性モニタは、前記波長での放射バーナの所望の作動パラメータを表示する１つ以上の赤外線の波長を当該波長で受けた放射線の強度間の比をモニタリングすることにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動できる。
【００４０】
一実施形態によれば、燃焼特性モニタは、燃焼面により放射された電磁放射線をモニタリングしかつモニタリングした電磁スペクトルに関してスペクトル分析を行うことにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動できる。したがって、或る実施形態では、電磁スペクトルの一領域が、赤外線領域の外側および内側でモニタリングされる。或る実施形態では、燃焼チャンバ内で生じるプロセスを分析できる。例えば、燃焼チャンバ内で形成される生成物を確認できる。したがって、或る実施形態では、燃焼チャンバ内の物質のスペクトル分析に応答して、放射バーナにより処理すべき排気ガス流への添加物を制御することができる。例えば、燃焼面により放射される電磁スペクトルのモニタリングされた領域を横切って遂行される現場非侵襲性分析に応答して排気ガス流に導入することにより、燃料および／またはオキシダントを添加できる。
【００４１】
一実施形態によれば、燃焼特性モニタおよび放射バーナコントローラは、放射バーナの作動を連続的にモニタリングおよび制御してフィードバック作動ループを形成すべく作動する。
【００４２】
第２態様によれば、製造プロセスツールからの排気ガス流を処理する放射バーナの作動のモニタリングおよび制御方法であって、放射バーナが多孔スリーブを備えた燃焼チャンバを有し、燃焼物質が多孔スリーブを通って該多孔スリーブの燃焼面に近接して燃焼する構成のモニタリングおよび制御方法において、燃焼面から放射される赤外線をモニタリングして放射バーナの燃焼性能を測定する段階と、前記モニタリングにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの作動を制御する段階とを有する構成の放射バーナの作動のモニタリングおよび制御方法が提供される。
【００４３】
一実施形態によれば、上記方法は、燃焼面により放射される赤外線が、許容可能な作動パラメータ内にあるか否かを測定する段階を更に有する。
【００４４】
一実施形態によれば、燃焼パラメータが許容可能な作動パラメータの外側にあると測定された場合には、一つ以上の改善作用を開始する。
【００４５】
一実施形態によれば、改善作用は、放射バーナの停止の開始またはユーザアラームの付勢を含む。
【００４６】
一実施形態によれば、上記方法は、測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質を制御する段階を更に有する。
【００４７】
一実施形態によれば、上記方法は、測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質の供給速度を増大または低下させる段階を有する。
【００４８】
一実施形態によれば、上記方法は、測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質の組成を制御する段階を有する。
【００４９】
一実施形態によれば、上記方法は、測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの燃焼面に供給される燃焼物質の燃料／空気比を増大または低下させる段階を有する。
【００５０】
一実施形態によれば、上記方法は、放射バーナの所望の作動パラメータを表示する１つ以上の赤外線の波長をモニタリングする段階を有する。
【００５１】
一実施形態によれば、上記方法は、１つ以上の赤外線波長で放射バーナの所望の作動パラメータを表示する前記赤外線波長で受けた赤外線の強度をモニタリングする段階を有する。
【００５２】
一実施形態によれば、上記方法は、１つ以上の赤外線波長で放射バーナの所望の作動パラメータを表示する前記赤外線波長で受けた赤外線の強度をモニタリングする段階を有する。
【００５３】
一実施形態によれば、上記方法は、燃焼面により放射された電磁放射線をモニタリングし、かつモニタリングされた電磁スペクトルに関するスペクトル分析を行うことにより放射バーナの燃焼性能を測定する段階を有する。
【００５４】
一実施形態によれば、上記方法は、放射バーナの作動を連続的にモニタリングおよび制御して、作動のフィードバックループを形成すべく作動する段階を有する。
【００５５】
第３態様によれば、製造プロセスツールからの排気ガス流を処理する放射バーナに使用する放射バーナの燃焼モニタであって、放射バーナが多孔スリーブを備えた燃焼チャンバを有し、燃焼物質が多孔スリーブを通って該多孔スリーブの燃焼面に近接して燃焼する構成の放射バーナの燃焼モニタにおいて、放射バーナの燃焼面から放射される赤外線をモニタリングして、赤外線放射に基づいて放射バーナの燃焼性能を測定すべく配置された赤外線モニタを有し、該赤外線モニタは、これにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの作動を制御すべく作動できる放射バーナコントローラに接続できる構成の放射バーナの燃焼モニタが提供される。
【００５６】
他の特定態様および好ましい態様は、特許請求の範囲の必須要件項および実施態様項に記載されている。必須要件項の特徴は、実施態様項の特徴と適宜組合わせることができかつ特許請求の範囲に明示的に記載された特徴以外の特徴とも組合わせることができる。
装置の特徴は機能を果たすべく作動できるものとして説明されているが、これは、この機能が得られる装置の特徴またはこの機能が得られるように構成された装置の特徴を含むものと理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を更に説明する。
【図１】一般的な放射バーナを示すものである。
【図２】本発明の一実施形態による放射バーナの幾つかのコンポーネンツを概略的に示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
放射バーナ-概略構成および作動
図１は、全体を参照番号８で示す放射バーナを示すものである。放射バーナ８は、半導体またはフラットパネルディスプレイのプロセスツールのような製造プロセスツールから、一般に真空ポンピングシステムによりポンピングされる排気ガス流を処理する。図１および図２に示す放射バーナ８は、化学蒸着製造プロセスからの排気ガスの処理に一般に使用されている形式の放射バーナである。排気ガス流は入口１０に受入れられる。排気ガス流は入口１０からノズル１２に搬送され、ノズル１２は排気ガス流を円筒状の燃焼チャンバ１４内に噴射する。この実施形態では、放射バーナ８は周方向に配置された４つの入口１０を有し、各入口１０はそれぞれのポンピングシステムによりそれぞれのツールからポンピングされる排気ガス流を搬送する。或いは、単一のプロセスツールからの排気ガス流を複数の流れに分割し、各流れをそれぞれの入口１０に搬送することもできる。各ノズル１２は、燃焼チャンバ１４の上面すなわち入口面を形成するセラミック頂板１８内に形成されたそれぞれのボア１６内に配置されている。
【００５９】
燃焼チャンバ１４は、上記特許文献１に開示されているような多孔バーナ要素２０の出口面２１により形成された側壁を有している。バーナ要素２０は円筒状でありかつ円筒状のアウターシェル２４内に保持されている。バーナ要素２０の入口面２３と円筒状のアウターシェル２４との間にはプレナム空間２２が形成されている。天然ガスまたはハイドロカーボンのような燃料ガスと空気との混合気が、１つ以上の入口ノズル２５を通してプレナム空間２２内に導入される。燃料ガスと空気との混合気は、バーナ要素２０の入口面２３を通ってバーナ要素２０の出口面２１に導かれ、燃焼チャンバ１４内で燃焼される。
【００６０】
燃焼チャンバ１４内の温度を、処理すべき排気ガス流に適した温度に変えるため、燃料ガスと空気との混合比は変えることができる。また、燃料ガスと空気との混合気がプレナム空間２２内に導入される速度は、混合気がバーナ要素２０の出口面２１で可視炎なく燃焼するように調節できる。燃焼チャンバ１４の出口は、燃焼生成物を放射バーナ８から排出できるようにすべく開放できる。
【００６１】
したがって、入口１０を通って受入れられかつノズル１２により燃焼チャンバ１４に供給される排気ガスは、バーナ２０の出口面２１の近くで燃焼する燃料ガスと空気との混合気により加熱される燃焼チャンバ１４内で燃焼される。
【００６２】
この燃焼により燃焼チャンバ１４が加熱され、燃焼チャンバ１４に供給される空気／燃料混合気（ＣＨ4、Ｃ3Ｈ10、Ｃ4Ｈ10）によっても異なるが、一般に７．５％〜１０．５％の範囲内の酸素のような燃焼生成物が形成される。この熱および燃焼生成物は、燃焼チャンバ１４内で排気ガス流と反応して排気ガス流を浄化する。例えば、排気ガス流中に存在するＳｉＨ4およびＮＨ3は、燃焼チャンバ１４内のＯ2と反応してＳｉＯ2、Ｎ2、Ｈ2Ｏ、ＮＯxを発生する。同様に、排気ガス流中に存在するＮ2、ＣＨ4、Ｃ2Ｆ6は、燃焼チャンバ１４内のＯ2と反応してＣＯ2、ＨＦ、Ｈ2Ｏを発生する。
【００６３】
概要
本発明の実施形態をより詳細に説明する前に、先ず概要を説明する。
【００６４】
前述のように、放射バーナは、種々の製造プロセスから生じる排気ガス生成物の処理に用いられる。化学蒸着製造プロセスの排気ガスの処理には簡単な放射バーナを使用できる。入力ノズルの端部に高強度炎を生じる放射バーナはエッチングプロセスの排気ガスの処理に適した放射バーナとして使用でき、例えばエピタキシャル製造プロセスでは大流量の水素を処理できる放射バーナの使用を必要とする。
【００６５】
各場合に、放射バーナの作動パラメータは、製造プロセスにより発生する排気ガスを処理すべく最適化される。
【００６６】
一般にバーナは、その安全作動を確保すべくモニタリングを必要とする。既知のバーナでは、パイロット炎の作動をモニタリングするのに炎イオン化検出器が使用され、燃焼チャンバ１４および主放射バーナをモニタリングする熱電対が使用されている。
【００６７】
一般に熱電対は、主放射バーナにより決定された熱と燃焼ゾーン内の他の全てのエネルギ源との相違を識別すべく作動することはできない。
【００６８】
放射バーナ自体が作動しているか否かのモニタリングは、全ての放射バーナ形式について行うことができる。
【００６９】
エピタキシャル製造プロセスからの排気ガスを処理すべく作動できるバーナでは、使用速度および半導体プロセスを変化させることにより、処理する必要のある排気ガスの量を変えることができることは理解されよう。放射バーナの効率的作動を維持することは複雑であり、一方、或る作動モードでは放射バーナは多量の水素を処理しなければならず、多量の付加空気量を必要とし、他の作動モードでは、放射バーナは少量存在する水素を含む物質を処理しなければならず、少ない空気量を必要とする。全ての状況下で多量の空気流を通せば、燃焼が衰え、従ってＣＨ4、ＣＯおよびＨ2が多量に排出される。またこのようなこのような状況では、対応して高い水素濃度をもたない多量の空気流によって低温になり、バーナがシャットダウンされる。空気流量が低下すると燃焼も衰え、排出物質が増大しかつ燃焼作動が不充分になる。水素およびＣＯの排出量は環境的関心事であり、放射バーナの効率的作動を確保するとこのような物質の排出量の制御を補助することは理解されよう。
【００７０】
エッチングプロセスからの排気ガスを処理すべく構成された放射バーナの場合には、高強度炎がノズルの端部に存在すると、既知のモニタリング技術にありがちな混乱または虚偽を引き起こす。
【００７１】
本明細書で説明する態様は、「標準」または「正規」の作動パラメータの組に従って放射バーナを作動することによる問題は不充分なバーナ作動を招くこと、および作動パラメータを調節すべく作動して放射バーナを通る排気ガスの流量の増大または減少に対処して、バーナの燃焼面により放射される赤外線をモニタリングすることにより放射バーナの作動の全体的改善が得られる放射バーナを提供できることを認識したものである。
【００７２】
したがって、ガス削減装置すなわち放射バーナが提供される。放射バーナは、製造プロセスツールからの排気ガス流を処理できる。放射バーナは燃焼チャンバを有している。燃焼チャンバは、燃焼物質が通過する多孔スリーブすなわち透過性スリーブを有している。燃焼物質は、多孔スリーブの燃焼面に近接し、該燃焼面の近くでまたは燃焼面に隣接して燃焼する。排気ガス流を燃焼チャンバ内に噴射する１つ以上の排気ガスノズルが設けられている。本明細書で説明する態様によれば、放射バーナは更に、燃焼面から放射される赤外線をモニタリングすることにより放射バーナの燃焼性能を測定すべく作動する燃焼特性モニタを有している。放射バーナはまた、燃焼特性モニタにより測定された燃焼性能に基づいて放射バーナの作動を制御する放射バーナコントローラを有している。
【００７３】
赤外光は、全ての放射バーナの作動に関連して測定される。バーナパッドすなわちバーナ面２０の表面に近接する燃焼ゾーンは、流入する排気ガスをその自然着火温度より高温に加熱する熱交換器として作用する材料を加熱する。
【００７４】
熱電対とは異なり、赤外線検出器は、主放射バーナにより発生された熱と、燃焼ゾーン内の他の熱源とを識別すべく作動する。
【００７５】
その最も簡単な実施では、燃焼面から放射される赤外線は、放射バーナが作動しているか否かを測定すべく、燃焼特性モニタにより使用される。
【００７６】
他の実施形態は、放射バーナの作動パラメータを対応して調節するには、放射バーナにより処理すべき排気ガスを発生する製造プロセスの正確な詳細を知ることは有益であることを認識し、また放射バーナを構成するときは情報を必ずしも入手できずかつ時間とともに変化し、燃焼特性モニタは停止または始動以外に作動パラメータを制御するのに使用される情報を発生する手段を提供することを認識したものである。特定形態の放射バーナについては、バーナが過剰空気流を受ける場合にはバーナパッドまたは燃焼面は一般に冷たく、このため、好ましくないバーナ排出物の増大および燃焼面により発生される赤外線の低減を引き起こすことを特に認識している。或る放射バーナのノズルに形成される水素炎およびバーナパイロットのハイドロカーボン炎は一般に赤外線を放射しない。したがって、例えば放射バーナの燃焼面により放射される赤外線の強度、量または周波数の変化は、システム例えば燃焼チャンバ内に供給される燃焼混合気中の冷たいガス（一般に空気）の「オーバーフロー」を突き止めるのに使用できる。ひとたび原因が突き止められたならば、適当な改善段階が取り入れられ、バーナ内への空気流を減少させることにより補償すべく、例えばバーナ制御ロジックが作動される。
【００７７】
燃焼パッドにより放射される赤外線をモニタリングすることにより、バーナ作動をモニタリングする非侵襲性手段が提供されることは理解されよう。すなわち、モニタリングは、例えば放射バーナに設けられる既存の覗き窓を通して行うことができる。したがって、プロセスガス流と直接相互作用する必要なくまたは燃焼チャンバ１４内にモニタリングセンサを設ける必要なくしてバーナをモニタリングできる。
【００７８】
幾つかの実施形態によれば、燃焼面により放射される電磁放射線、例えばＵＶおよび／またはＩＲまたは現場分光で実施する電磁スペクトルの可視部分で放射される放射線を使用できる。例えば、燃焼チャンバ内に存在するＦまたはＣｌは、一般に、バーナパッドにより放射されるＵＶ放射線を吸収し、ＣＦ4、ＳｉＨ4、ＣＯ、ＣＨ4は、一般に、バーナパッドにより放射されるＩＲ放射線を吸収する。適当な検出器が設けられかつ放射バーナの燃焼面により放射される電磁放射線が測定されるならば、分析ユニットが、燃焼チャンバ内で生じるプロセスについての一定度合いのスペクトル分析を行うことができる。また、バーナの作動は、検出器および分析ユニットから受けた信号に基づいて制御ユニットにより調節できる。
【００７９】
入口１０を通って放射バーナに供給される排気ガスの結果として燃焼チャンバ内に生じるプロセスは、分光技術を用いてモニタリングされることは理解されよう。例えば適当なルックアップテーブルを作り、これらのルックアップテーブルには、プロセスツールからの排気ガス流に関する最適バーナ作動を表示することができる。例えば、分光の結果としてより詳細にモニタリングされる燃焼チャンバ内で生じるプロセスを最適化するため、放射バーナの作動特性（例えば、燃料の流れまたは燃料またはオキシダントと排気ガスとの混合）を調節することができる。
【００８０】
図２は、本発明の一実施形態による放射バーナの幾つかのコンポーネンツを概略的に示すものである。図１に示されたコンポーネンツと同じコンポーネンツについては、同じ参照番号を再使用する。
【００８１】
図２に概略的に示す放射バーナ８は、バーナの燃焼面２１により放射される赤外線を観察するように配置された赤外線検出器２００を有している。検出器２００は、該検出器２００により検出された測定値に基づいて適当な計算を行うべく作動する分析ロジックを有する分析ユニット２１０に接続されている。分析ユニット２１０により遂行された計算は、初期モニタリング形態および放射バーナの制御に関してユーザにより行われた実施の選択に基づいて変えることができる。
【００８２】
分析ユニット２１０は、該分析ユニット２１０により完了された分析に基づいてバーナ内への燃焼物質（例えば燃料またはガスおよび／または空気）の流れを制御すべく作動できる制御ロジックを有するバーナ制御ユニット２２０に接続されている。図２に概略的に示す実施形態では、バーナ制御ユニット２２０はガスバルブ２４０および空気バルブ２３０を制御すべく作動でき、これらのバルブ２４０、２３０は、それぞれ、バーナへのガスおよび空気の流量を制御すべく作動できる。図２に示す実施形態では、両バルブは、検出された赤外線が、安全バーナ作動を表示する所定閾値より低下ことを測定した場合に、バーナへの燃料および空気の流れを停止するのに使用される。
【００８３】
バーナが、例えばエピタキシャル製造プロセスからの排気ガスを処理するのに使用される場合には、両弁２３０、２４０は、バーナに供給される燃焼混合気を形成するガス／空気比を変えるのに使用することもできることは理解されよう。
【００８４】
モニタリングパラメータおよび制御パラメータの種々の実施が可能であり、実施可能な幾つかを以下により詳細に説明する。
【００８５】
赤外線検出器すなわち赤外線センサ２００は、放射バーナの燃焼面により放射される赤外線のモニタリングに使用できる。バーナパッド（燃焼面）が冷たい旨を赤外線検出器２００から受けた信号が表示していることを分析ユニット２１０が測定したときは、制御ユニットにより適当な信号が送られまたは受けられ、或る実施形態によれば、制御ユニットは、空気制御バルブ２３０に信号を送り、過剰空気を遮断するようにバーナへの空気の流れを調節すべく作動できる。
【００８６】
したがって、赤外線検出器をスイッチとして使用でき、赤外線検出器から受けた信号は、最適バーナ作動を表示する所定パラメータに適合するか適合しないかを判断する。
他の実施形態では、赤外線センサ２００はアナログデバイスとして使用され、この赤外線センサ２００によれば赤外線放射範囲は最適バーナ作動を表示し、付加空気ブロワ２３０は、制御ユニット２２０により制御されかつ検出された赤外線放射が所望の赤外線放射範囲内に入るように増速または減速することを指令される。最適放射バーナ作動を確保する適当な制御パラメータおよびモニタリングパラメータを実行するには、放射バーナの適当な特性を必要とすることは理解されよう。放射バーナのこのような特性には、例えば燃焼面のヒステリシス特性を考慮に入れることができる。
【００８７】
例えば、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲の１つ以上の波長からの信号の強度は、約８００ｎｍの波長で最も強いことがモニタリングされる。
【００８８】
当業者ならば、上記種々の方法の段階はプログラムされたコンピュータにより遂行できることは理解されよう。本発明では、幾つかの実施形態は、プログラム記憶デバイス、例えばデジタルデータ記憶媒体を含むことを意図している。デジタルデータ記憶媒体とは、読取り可能なマシンすなわちコンピュータおよび実行可能なエンコードマシンまたは実行可能な指令プログラムであり、この指令は、前記方法の幾つかまたは全てを遂行する。プログラム記憶デバイスは、例えば磁気ディスクまたは磁気テープ、ハードディスクドライブまたは光学的に読取り可能なデジタルデータ記憶媒体のようなデジタルメモリおよび磁気記憶媒体で構成できる。本発明の実施形態はまた、前記方法の段階を遂行するコンピュータプログラムを含むものである。
【００８９】
「プロセッサ」または「ロジック」と呼ぶ全ての機能ブロックを含む図示の種々の要素の機能は、専用ハードウェア並びに適当なソフトウェアに関連するソフトウェアを実行できるハードウェアの使用を通して与えられる。プロセッサが使用される場合には、その機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共用プロセッサまたは複数の個々のプロセッサ（これらの幾つかは共用される）により得られる。また、用語「プロセッサ」または「コントローラ」または「ロジック」の明示的使用は、専らソフトウェアを実行できるハードウェアをいうものと解釈すべきではなく、非限定的にかつ暗黙的に、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、アプリケーション特定集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレー（ＦＰＧＡ）および不揮発性メモリ等をも含むものである。他の慣用ハードウェアおよび／またはカスタムハードウェアも含まれる。同様に、図示の全てのスイッチも単に概念的なものであり、これらの機能はプログラムロジックおよび専用ロジックの作動を通して、プログラム制御と専用ロジックとの相互作動を介してまたは手動で遂行され、特別な技術は、文脈から特に理解されようが、発明を実施する者により選択可能である。
【００９０】
当業者ならば、本願の全てのブロック図は本発明の原理を具現する回路を示す概念図であることを理解されよう。同様に、全てのフローチャート、フロー図、状態遷移図、疑似コードおよび同様な種々のプロセスは、コンピュータが読取り可能な媒体に実質的に表示できかつコンピュータまたはプロセッサが明示的に示されているか否かに係わらず、コンピュータまたはプロセッサにより実行されることは理解されよう。
【００９１】
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明は正確な実施形態に限定されないこと、および当業者ならば特許請求の範囲に記載された本発明の範囲およびその均等物から逸脱することなく種々の変更および改変を行い得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００９２】
８  放射バーナ
１０  入口
１２  ノズル
１４  燃焼チャンバ
２０  多孔バーナ要素
２１  出口面（燃焼面）
２２  プレナム空間
２００  赤外線検出器
２１０  分析ユニット
２２０  バーナ制御ユニット
２３０  空気バルブ
２４０  ガスバルブ
【図１】
0006637411.tif 000002
【図２】
0006637411.tif 000003