CN105209826B

CN105209826B - 燃烧监测

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Publication number: CN105209826B
Application number: CN201480029418.3A
Authority: CN
Inventors: G.D.斯坦顿; D.M.普赖斯
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: TW201506325A; TWI632324B; JP2016526143A; KR20160013022A; GB2514341B; KR102266255B1; US20160076769A1; US10030871B2; JP6637411B2; EP2999926B1; EP2999926A1; GB2514341A; CN105209826A; GB201309010D0; WO2014188154A1

Abstract

公开了辐射燃烧器和方法。辐射燃烧器用于处理来自制造加工工具的废气流，并且包括：具有多孔套筒的燃烧室，燃烧材料穿过多孔套筒以便贴近多孔套筒的燃烧表面燃烧；可操作为通过监测从燃烧表面发射的红外辐射来确定辐射燃烧器的燃烧性能的燃烧特性监测器；和可操作为基于由燃烧特性监测器确定的燃烧性能来控制辐射燃烧器的运行的辐射燃烧器控制器。因此，方面认识到如果燃烧器遭受过量空气流则燃烧器垫片或燃烧表面将通常冷却，这将导致由辐射燃烧器产生的排出气中不希望的排放增加。冷却也导致由燃烧表面确定的红外辐射的减少。辐射燃烧器的氢焰和燃烧器引燃器的碳氢化合物火焰通常不发射红外辐射并且因此由辐射燃烧器的燃烧表面发射的红外辐射中例如强度、数量或频率的变化可以被用于判断通常是空气的冷气在馈送至例如燃烧室的系统内的燃烧混合物中的“溢流”。一旦做出判断，可以采取适当的改进步骤并且例如燃烧器控制逻辑可被操作为通过减少进入燃烧器内的空气流来补偿。

Description

燃烧监测

技术领域

本发明涉及一种辐射燃烧器和方法。

背景技术

辐射燃烧器是已知的并且通常被用于处理来自使用在例如半导体或平板显示器制造业中的制造加工工具的废气流。在这样的制造期间，残留全氟化合物（PFC）和其它化合物存在于从加工工具抽出的废气流中。PFC难以从废气去除并且将它们释放到环境中是不希望的，原因在于与二氧化碳相比，它们已知具有相对高的温室效应。

应当理解的是各种半导体或平板显示器制造工艺都已被应用。例如，可以使用例如化学气相沉积、外延工艺和蚀刻工艺的工艺并且各个工艺将具有相关的废气流。为处理那些废气流提供了各种辐射燃烧器。应当理解的是，基于制造工艺的要求可以选择适当的气体燃烧器。

例如，在化学气相沉积制造技术的情况中可以使用简单的辐射燃烧器，而用于处理来自外延制造工艺的废气的辐射燃烧器可以包括高流量氢气燃烧器，用于处理由蚀刻工艺产生的废气的合适的辐射燃烧器可以包括辐射燃烧器和在喷嘴末端处提供的高强度火焰，所述喷嘴将流出物引入燃烧室内。

已知的辐射燃烧器利用燃烧从废气流去除PFC和其它化合物。这样的辐射燃烧器通常包括燃烧室，所述燃烧室在侧面由小孔气体燃烧器的排出表面环绕。燃料气体和空气同时被供给至小孔燃烧器以实现在排出表面处的无焰燃烧，并且穿过多孔燃烧器的空气的量基于应用被选取为足够消耗被供给至燃烧器的燃料气体和根据需要的任何可能被喷射入燃烧室内的可燃物。

废气被引入燃烧室内，并且基于应用，燃烧室内的条件可使得由燃烧过程产生的热气体可以作用在废气上并且反应以便形成安全的或是可以经由湿法洗涤去除的物质。通常地，废气流是含有PFC的氮气流。

随着被生产的半导体的表面面积增大，废气的流速也增大。

尽管存在用于处理废气流的技术，但它们各自有其自身缺点。因此，希望提供一种用于监测和控制辐射燃烧器运行的改进的技术。

发明内容

第一方面提供了一种用于处理来自制造加工工具的废气流的辐射燃烧器，所述辐射燃烧器包括：具有多孔套筒的燃烧室，燃烧材料从多孔套筒穿过以便贴近多孔套筒的燃烧表面燃烧；燃烧特性监测器，所述燃烧特性监测器可操作为通过监测从燃烧表面发射的红外辐射确定辐射燃烧器的燃烧性能；以及，辐射燃烧器控制器，所述辐射燃烧器控制器可操作为基于由燃烧特性监测器确定的燃烧性能控制辐射燃烧器的运行。

如上所述，提供了各种辐射燃烧器来处理由例如化学气相沉积、外延工艺和蚀刻工艺的制造工艺产生的废气。

化学气相沉积工艺是通常的，使得它们的废气在简单辐射燃烧器中被处理。在这样的情况中，废气可以在90度被引至燃烧表面。提供的辐射燃烧器用于在无废气时在其燃烧表面处燃烧燃料和空气。产生的含有氮、氩、氧、水和二氧化碳的热气作用于来自CVD加工的任何废气并且发生反应以形成安全或者可以经由湿法洗涤技术去除的物质。例如：

SiH_4（g）＋2O_2（g）＋热→SiO_2（g）＋2H₂O_（g）

外延制造工艺可以产生将由高流量氢气燃烧器处理的废气。在这样的情况中，大量的氢气流被接入和切断，这改变了在被提供来处理废气流的任何辐射燃烧器的燃烧表面处的燃烧所需要的氧气的量。应当理解的是，在外延工艺中被使用的氢气流能够引起对废气处理的中断，并且被提供来处理废气的任何辐射燃烧器可以包括补偿这样的氢气流的装置。

最后，在蚀刻制造工艺的情况中，废气可由包括高强度火焰的辐射燃烧器处理。换言之，燃烧系统包括明焰引燃燃烧器、辐射燃烧器和在工艺喷嘴末端处产生的一系列高强度明焰。例如：

CF₄＋2H₂O＋热→CO₂＋4HF

保持辐射燃烧器的有效运行是复杂的。以对于制造工艺不适当或不合适的方式运行辐射燃烧器可以导致不良燃烧，从而引起高排放和废气的低效率处理。应当理解的是，氢气和一氧化碳排放是环境问题，并且确保辐射燃烧器的有效运行可以帮助控制这样的排放。

本文中描述的方面认识到根据运行参数的“标准”或“正常”设定运行辐射燃烧器的问题可以导致低效率的燃烧器运行，并且可能提供一种辐射燃烧器，所述辐射燃烧器可操作为借助于监测和确定（即表征）作为监测从辐射燃烧器的燃烧表面发射的红外辐射的结果的燃烧性能（燃烧性质）来调节运行参数以便解决例如穿过辐射燃烧器的废气的流速的增加或减小、在小孔燃烧器排出表面处的明显燃烧不足和导致辐射燃烧器运行的整体改进的化学过程分析。

因此，提供了一种气体消减设备或辐射燃烧器。所述辐射燃烧器可以处理来自制造加工工具的废气流。该辐射燃烧器可以包括燃烧室。燃烧室可以具有燃烧材料穿过的多孔或可渗透套筒。燃烧材料可以贴近、靠近或邻近多孔套筒的燃烧表面燃烧。可以提供将废气流喷入燃烧室内的一个或多个排气喷嘴。根据本文描述的方面，辐射燃烧器可以进一步包括燃烧特性监测器，所述燃烧特性检测器可操作为通过监测从燃烧表面发射的红外辐射来确定辐射燃烧器的燃烧性能。辐射燃烧器也可以包括辐射燃烧器控制器，所述辐射燃烧器控制器可操作为基于由燃烧特性监测器确定的燃烧性能来控制辐射燃烧器的运行。

本文描述的方面认识到虽然获得产生待由辐射燃烧器处理的废气的制造工艺的精确细节使得可以据此调节辐射燃烧器的运行参数可能是有益的，但是当设置和使用辐射燃烧器时那种信息可能不总是可获取的，以及例如可能随时间变化。得到辐射燃烧器和制造工艺之间的接口信号可能经常是困难或昂贵的，而所述方面允许产生在加工和辐射燃烧器之间的接口信号。

通常地，作为确保辐射燃烧器安全运行的一部分而监测辐射燃烧器。可能存在对监测辐射燃烧器的例如法律要求。在已知的辐射燃烧器中，可以使用火焰电离探测器来监测引燃火焰的运行和使用热电偶来监测主辐射燃烧器或燃烧区域的运行。

应当理解的是，这样的监测技术不是没有问题的。例如，热电偶不能被操作为区分由主辐射燃烧器生成的热和由燃烧区域内的任何其它源生成的热。通常地，热电偶被放置在燃烧区域内并且因此需要能够耐受腐蚀。因此，在燃烧区域中提供的热电偶通常被制造得特别坚固并且因此，当加热和冷却时热电偶通常具有一定程度的滞后或“延迟时间”。该滞后可能通过例如二氧化硅的排出反应产物在热电偶的表面上的沉积而恶化。来自热电偶的示数可能因此不可靠或者不提供即时信号，而基于该即时信号可能采取改变辐射燃烧器运行的措施。

本文中描述的方面认识到红外线随着辐射燃烧器的运行而生成。紧邻燃烧表面的燃烧区域加热燃烧表面垫片材料。燃烧表面进而起到热交换器的作用，将进入燃烧室内的进气加热至超过它们的自燃温度。燃烧区域的精确位置由例如进气的速度和被馈送至辐射燃烧器的燃料气体混合物的点火延时约束。

本文所述的方面认识到通过监测从燃烧表面发射的红外辐射，可以确定燃烧室内可能发生的事件的各种特性从而表明燃烧器运行得如何。

应当理解的是，红外探测器对燃烧器开启的响应通常快于热电偶和引燃监测装置。

此外，红外监测不太可能有与使用热电偶监测的相同程度的滞后。因此，使用红外探测器可以改进系统的恢复时间或响应时间，如果辐射燃烧器被用作备用系统，则系统的恢复时间或响应时间会是重要的。可能实现例如通过使用红外探测器而不是热电偶和电离探测器将系统的恢复时间从大约10秒（从冷态）或接近60秒（从热态）改进到少于5秒。

本文所述的方面也认识到如果燃烧器遭受过量的空气流，燃烧器垫片或燃烧表面通常将冷却，这导致不希望的燃烧器排放的增加和由燃烧表面确定的红外辐射的减少。如果出现，辐射燃烧器的喷嘴火焰和燃烧器引燃器的碳氢化合物火焰通常不发射红外辐射并且因此由辐射燃烧器的燃烧表面发射的红外辐射的例如强度、数量或频率的变化可以被用于判断被馈送至例如燃烧室的系统内的燃烧混合物中的冷气体（通常是空气）的“溢流”。一旦作出判断则可以采取适当的改进步骤和例如燃烧器控制逻辑可以被操作为通过减少进入燃烧器内的空气流来补偿。

应当理解的是，本文描述的方面和实施例可以在一些实施方式中提供与辐射燃烧器的运行模式相关的简单“停机开关”，在该运行模式中过量的空气被确定馈送至燃烧室。

此外，通过监测由燃烧垫片发射的红外辐射，可以提供一种监测燃烧器运行的非侵入性手段，意味着监测过程可以通过例如在辐射燃烧器处提供的已有的窥镜来实施。本文所述方面可以允许燃烧器监测而不需要与工艺气流直接相互作用。通过不被提供或定位于燃烧室或燃烧区域内，红外探测器不大可能倾向于以与热电偶相同的方式沉积排出反应产物。因此可能红外探测器更不可能给出错误的负信号或正信号，引起燃烧系统不必要的关机。

燃烧特性监测器可以包括探测器和分析单元，分析单元可以形成燃烧器控制单元的一部分。

根据一个实施例，燃烧特性监测器可以被操作为确定由燃烧表面发射的红外辐射是否在可接受的运行参数内。那些参数可以包括表明最佳燃烧器运行的一系列可接受的值。

根据一个实施例，如果由燃烧特性监测器确定的燃烧性能被确定为落在可接受的运行参数之外，则辐射燃烧器控制器可操作为发起一个或多个改进措施。

根据一个实施例，所述改进措施包括：发起辐射燃烧器关机或激活用户警报。此外，根据一些实施例，可以调整辐射燃烧器的运行性能特性来改变来自燃烧表面的红外发射和尝试使它们更接近那些表征最佳燃烧器运行的参数。

根据一个实施例，辐射燃烧器控制器可操作为基于由燃烧特性监测器确定的燃烧性能来控制被馈送至辐射燃烧器燃烧表面的燃烧材料。所述燃烧材料可以包括例如燃料气体（如甲烷、天然气、氢气）的燃料和空气的混合。

根据一个实施例，辐射燃烧器控制器可操作为基于由燃烧特性监测器确定的燃烧性能来增加或减小被馈送至辐射燃烧器燃烧表面的燃烧材料中的至少一个的给料速率。因此，对燃烧器的燃料的供给速率或空气的供给速率可以基于被监测的由燃烧表面发射的红外（IR）辐射而被调节。

根据一个实施例，辐射燃烧器控制器可操作为基于由燃烧特性监测器确定的燃烧性能来控制被馈送至辐射燃烧器燃烧表面的燃烧材料的组分。

根据一个实施例，辐射燃烧器控制器可操作为基于由燃烧特性监测器确定的燃烧性能来增加或减少被馈送至辐射燃烧器燃烧表面的燃烧材料中的燃料与空气之比。

根据一个实施例，燃烧特性监测器可操作为通过监测表征辐射燃烧器的理想运行参数的一个或多个红外辐射波长来确定辐射燃烧器的燃烧性能。

根据一个实施例，燃烧特性监测器可操作为通过监测表征辐射燃烧器的理想运行参数的在400nm至1100nm之间的一个或多个红外辐射波长来确定辐射燃烧器的燃烧性能。

根据一个实施例，燃烧特性监测器可操作为通过监测在一个或多个红外辐射波长处接收的表征辐射燃烧器在所述波长处的理想运行参数的辐射的强度来确定辐射燃烧器的燃烧性能。

根据一个实施例，燃烧特性监测器可操作为通过监测在400nm和1100nm之间，特别是800nm附近的一个或多个红外辐射波长处接收的表征辐射燃烧器在所述波长处的理想运行参数的辐射的强度来确定辐射燃烧器的燃烧性能。

根据一个实施例，燃烧特性监测器可操作为通过监测在一个或多个红外辐射波长处接收的表征辐射燃烧器在所述波长处的理想运行参数的辐射的强度之比来确定辐射燃烧器的燃烧性能。

根据一个实施例，燃烧特性监测器可操作为监测由燃烧表面发射的电磁辐射和通过执行与被监测的电磁谱相关的光谱分析来确定辐射燃烧器的燃烧性能。因此，在一些实施例中，电磁谱的区域可以在红外区域之外或之内被监测。在一些实施例中，可能可以分析在燃烧室内发生的过程。例如，可能可以识别可能在燃烧室中形成的产物。因此，在一些实施例中，可能可以响应于燃烧室内的材料的光谱分析而控制添加至待被辐射燃烧器处理的废气流的添加剂。例如，燃料和/或氧化剂可以通过响应于在由燃烧表面发射的电磁谱的被监测区域内执行的原位非侵入性分析而通过被引入废气流来添加。

根据一个实施例，燃烧特性监测器和辐射燃烧器控制器可操作为连续地监测和控制辐射燃烧器的运行从而操作为形成运行的反馈回路。

第二方面提供了一种监测和控制用于处理来自制造加工工具的废气流的辐射燃烧器的运行的方法，辐射燃烧器包括具有多孔套筒的燃烧室，燃烧材料穿过多孔套筒以便贴近多孔套筒的燃烧表面燃烧；所述方法包括：监测从燃烧表面发射的红外辐射来确定辐射燃烧器的燃烧性能；并且基于由监测确定的燃烧性能来控制辐射燃烧器的运行。

根据一个实施例，所述方法还包括确定由燃烧表面发射的红外辐射是否落在可接受的运行参数内。

根据一个实施例，如果燃烧性能被确定为落在可接受的运行参数之外，则发起一个或多个改进措施。

根据一个实施例，所述改进措施包括：发起辐射燃烧器关机或激活用户警报。

根据一个实施例，所述方法还包括基于确定的燃烧性能来控制被馈送至辐射燃烧器燃烧表面的燃烧材料。

根据一个实施例，所述方法包括基于确定的燃烧性能来增加或减小被馈送至辐射燃烧器燃烧表面的燃烧材料的给料速率。

根据一个实施例，所述方法包括基于确定的燃烧性能来控制被馈送至辐射燃烧器燃烧表面的燃烧材料的组分。

根据一个实施例，所述方法包括基于确定的燃烧性能来增加或减小被馈送至辐射燃烧器燃烧表面的燃烧材料中的燃料与空气之比。

根据一个实施例，所述方法包括监测表征辐射燃烧器的理想运行参数的一个或多个红外辐射波长。

根据一个实施例，所述方法包括监测在一个或多个红外辐射波长处接收的表征辐射燃烧器在所述波长处的理想运行参数的辐射的强度。

根据一个实施例，所述方法包括监测在一个或多个红外辐射波长处接收的表征辐射燃烧器在所述波长处的理想运行参数的辐射的强度之比。

根据一个实施例，所述方法包括通过执行与监测的电磁谱相关的光谱分析来监测由燃烧表面发射的电磁辐射和确定辐射燃烧器的燃烧性能。

根据一个实施例，所述方法包括连续地监测和控制辐射燃烧器的运行从而操作为形成运行的反馈回路。

第三方面提供了一种与用于处理来自制造加工工具的废气流的辐射燃烧器共同使用的辐射燃烧器燃烧监测器，辐射燃烧器包括：具有多孔套筒的燃烧室，燃烧材料从多孔套筒穿过以便贴近多孔套筒的燃烧表面燃烧；燃烧监测器包括：红外辐射监测器，所述红外辐射监测器被设置为监测从辐射燃烧器的燃烧表面发射的红外辐射和基于那些发射确定辐射燃烧器的燃烧性能；红外辐射监测器可联接到辐射燃烧器控制器，所述辐射燃烧器控制器可操作为基于由红外辐射监测器确定的燃烧性能来控制辐射燃烧器的运行。

进一步的特定的和优选的方面在所附独立权利要求和从属权利要求中列出。从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征适当地组合，以及以权利要求中明确列出的方式之外的方式组合。

当设备特征被描述为可操作为提供一种功能时，应当理解的是这包括提供所述功能或者被调节或被设置为提供所述功能的设备特征。

附图说明

现在将参考附图进一步描述本发明的实施例，其中：

图1示出了典型的辐射燃烧器；以及

图2示意地示出了根据一个实施例的辐射燃烧器的一些部件。

具体实施方式

辐射燃烧器：一般构造和运行

图1总体上以8示出了辐射燃烧器。辐射燃烧器8处理通常借助于真空泵吸系统从例如半导体或平板显示器加工工具的制造加工工具抽出的废气流。图1和图2中示出的辐射燃烧器是通常被用于处理来自化学气相沉积制造工艺的废气的类型。废气流在入口10处被接收。废气流从入口10被输送至喷嘴12，喷嘴12将废气流喷入圆筒形燃烧室14内。在该实施例中，辐射燃烧器8包括沿圆周布置的四个入口10，每个入口输送通过各自的真空泵吸系统从各自的工具抽出的废气流。替代地，来自单个加工工具的废气流可以被分成多股气流，每股气流被输送至各自的入口10。每个喷嘴12位于各自的孔16内，孔16形成在限定了燃烧室14的上表面或入口表面的陶瓷顶板18中。

燃烧室14具有由小孔燃烧器元件20的排出表面21限定的侧壁，例如在EP 0 694735中所描述的。燃烧器元件20是圆筒形的，并且被保持在圆筒形外壳24内。充气空间22被限定在燃烧器元件20的进入表面23和圆筒形外壳24之间。例如天然气或碳氢化合物的燃料气体和空气的混合物经由一个或多个进气喷嘴25被引入充气空间22内。燃料气体和空气的混合物从燃烧器元件20的进入表面23行进至燃烧器元件20的排出表面21以便在燃烧室14内燃烧。

燃料气体和空气的混合物的比例可以被改变以将燃烧室14内的温度改变到合适于处理废气流的温度。而且，燃料气体和空气的混合物被引入充气空间22内的速率可以被调整使得混合物在燃烧器元件20的排出表面21处无可见火焰地燃烧。燃烧室14的排气装置可以被打开以使得燃烧产物能够从辐射燃烧器8被输出。

因此，可以看到通过入口10接收且由喷嘴12向燃烧室14提供的废气在燃烧室14内燃烧，燃烧室14被在燃烧器元件20的排出表面21附近燃烧的燃料气体和空气的混合物加热。

这样的燃烧导致室14的加热并且提供燃烧产物，例如氧气，通常在7.5％至10.5％的范围内，取决于向燃烧室14提供的空气/燃料混合物[CH₄、C₃H₈、C₄H₁₀]。这种热和燃烧产物在燃烧室14内与废气流反应以便清洁废气流。例如SiH₄和NH₃可以在废气流内提供，它们在燃烧室14内与O₂反应以生成SiO₂、N₂、H₂O、NO_x。类似地，N₂、CH₄、C₂F₆可以在废气流内提供，在燃烧室14内与O₂反应生成CO₂、HF、H₂O。

概述

在更具体地讨论实施例之前，将首先提供概述。

如已在上文中描述的，提供了辐射燃烧器以便处理由各种制造工艺产生的废气。可以提供简单的辐射燃烧器以用于化学气相沉积制造工艺的废气的处理。可以提供包括在输入喷嘴的末端处的高强度火焰的辐射燃烧器作为合适的辐射燃烧器以便处理蚀刻工艺废气，以及例如外延制造工艺可能要求提供能够处理高流量氢气的辐射燃烧器。

在各个情况中，辐射燃烧器的运行参数可以被优化以便处理由制造工艺产生的废气。

燃烧器通常要求监测以便确保燃烧器的安全运行。在已知的燃烧器中，可以提供火焰电离探测器来监测引燃火焰的运行和提供热电偶来监测燃烧室14和主辐射燃烧器。

热电偶通常不能被操作为区分由主辐射燃烧器确定的热和由燃烧区域内的任何其它能量源确定的热。

监测辐射燃烧器本身是否是运行的对所有辐射燃烧器类型都可以是有用的。

在可操作为处理来自外延制造工艺的废气的燃烧器中，应当理解的是可变的使用率和半导体加工可以导致可变数量的需要被处理的废气。保持辐射燃烧器的有效运行是复杂的，并且虽然在一些运行模式中辐射燃烧器可能必须处理大量的氢气，需要大流量的额外空气，但在其它运行模式中辐射燃烧器可能必须处理具有减少数量的氢气的材料，需要低流量的空气。在所有情形下使大流量的空气流动可以导致不良燃烧并且因此产生CH₄、CO、H₂的高排放。此外，在这种情形中，高空气流量而没有相应的高氢气浓度可以导致由低温引起的燃烧器关机。使低流量的空气流动也可以导致产生高排放和低效率的燃烧器运行的不良燃烧。应当理解的是，氢气和一氧化碳排放是环境问题并且确保辐射燃烧器的有效运行可以帮助控制这样的排放。

在辐射燃烧器被布置为处理来自蚀刻工艺的废气的情况中，在喷嘴的末端处出现的高强度火焰可以在已知监测技术中引起混淆或误判。

本文描述的方面认识到根据“标准”或“正常”的运行参数设定运行辐射燃烧器能够导致低效率的燃烧器运行，并且可能提供一种辐射燃烧器，所述辐射燃烧器可操作为通过监测由燃烧器燃烧表面发射的红外辐射来调节运行参数以便处理穿过辐射燃烧器的废气的流速的增加或减小，产生辐射燃烧器运行的总体改善。

因此，提供了一种气体消减装置或辐射燃烧器。辐射燃烧器可以处理来自制造加工工具的废气流。辐射燃烧器可以包括燃烧室。燃烧室可以具有多孔或可渗透套筒，燃烧材料穿过所述套筒。燃烧材料可以在贴近、靠近或邻近多孔套筒的燃烧表面的位置燃烧。可以提供一个或多个废气喷嘴，所述喷嘴将废气流喷射入燃烧室内。根据本文描述的方面，辐射燃烧器还可以包括燃烧特性监测器，燃烧特性监测器可操作为通过监测从燃烧表面发射的红外辐射确定辐射燃烧器的燃烧性能。辐射燃烧器也可以包括辐射燃烧器控制器，辐射燃烧器控制器可操作为基于由燃烧特性监测器确定的燃烧性能来控制辐射燃烧器的运行。

红外线根据所有辐射燃烧器的运行来确定。贴近燃烧器垫片的表面或燃烧器表面20的燃烧区域加热该材料，该材料继而起到热交换器的作用，将进入的废气加热到它们的自燃温度之上。

与热电偶不同，红外探测器可以被操作为区分由主辐射燃烧器或燃烧区域内的其它能量源生成的热。

在其最简单的实施方式中，从燃烧表面发射的红外辐射可以被燃烧特性监测器用来确定辐射燃烧器是否是运行的。

进一步的实施例认识到，虽然获得产生待由辐射燃烧器处理的废气的制造工艺的精确细节使得可以据此调节辐射燃烧器的运行参数可能是有益的，但是这种信息在设置辐射燃烧器时可能不总是可获得的，并且可能随时间变化，且燃烧特性监测器可以提供手段以便生成可以被用于控制运行参数而不是关机或重启的信息。基于辐射燃烧器的特定形式，本文所述方面特别地认识到如果燃烧器遭受到过量的空气流，则燃烧器垫片或燃烧表面通常将冷却，这导致不希望的燃烧器排放增加和由燃烧表面生成的红外辐射减少。在一些辐射燃烧器的喷嘴处提供的氢焰和燃烧器引燃器的碳氢化合物火焰通常不发射红外辐射，并且因此由辐射燃烧器的燃烧表面发射的红外辐射的例如强度、数量或频率的变化，可以被用于判断在馈送到例如燃烧室的系统内的燃烧混合物中通常是空气的冷气体的“溢流”。一旦作出判断则可以采取适当的改进步骤，并且例如燃烧器控制逻辑可操作为通过减少进入燃烧器内的空气流来补偿。

应当理解的是通过监测由燃烧垫片发射的红外辐射，可以提供监测燃烧器运行的非侵入性手段。也就是说，监测过程可以通过例如在辐射燃烧器处提供的现有窥镜来实施。本文所述方面可以因此允许燃烧器监测而无需与工艺气流直接相互作用或者在燃烧室14内提供监测传感器。

根据一些实施例，可以使用由燃烧表面发射的电磁辐射，例如以UV和/或IR和/或电磁谱的可见部分发射的辐射，来完成原位光谱。例如，在燃烧室中存在的F₂或Cl₂通常将吸收由燃烧器垫片发射的UV辐射；CF₄、SiH₄、CO、CH₄通常将吸收由燃烧器垫片发射的IR辐射。如果提供了适当的探测器并且由辐射燃烧器的燃烧表面发射的电磁辐射被确定，分析单元可能可以在发生在燃烧室中的过程上执行一定程度的光谱分析，并且燃烧器的运行可以基于从探测器和分析单元接收的信号而被控制单元调节。

应当理解的是，由于废气通过入口10被馈送至辐射燃烧器而在燃烧室内发生的过程可以经由光谱技术被监测。可以例如生成适当的查阅表，并且那些表可以表明关于来自加工工具的特定废气流的最佳燃烧器运行。可能可以例如调节辐射燃烧器运行特性（例如燃料流或燃料或氧化剂与废气的混合）来优化发生在燃烧室中的可以由于光谱学而被更具体监测的过程。

图2示意地示出了根据一个实施例的辐射燃烧器的一些部件。对于与图1中所示的部件相同的部件在适当位置重复使用了附图标记。

在图2中示意地示出的辐射燃烧器8包括红外探测器200，红外探测器200被布置为观测由燃烧器燃烧表面21发射的红外辐射。探测器200被联接到分析单元210，分析单元210包括可操作为在探测器200做出的测量上执行适当的计算的分析逻辑。由分析单元210执行的计算可以基于由用户在对辐射燃烧器的监测和控制的初始设置上做出的实施方式的选择而改变。

分析单元210被联接到燃烧器控制单元220，所述燃烧器控制单元220包括控制逻辑，控制逻辑可操作为基于由分析单元220完成的分析来控制例如燃料或燃气，和/或空气的可燃材料流进入燃烧器内。在图2中示意地示出的实施例中，燃烧器控制单元220可操作为控制燃气阀240和空气阀230，燃气阀和空气阀分别可操作为控制燃气和空气二者中的每一个进入燃烧器的流速。在图2中示出的实施例中，如果探测到的红外辐射被确定为已降低到预定的表征安全燃烧器运行的阈值以下，则阀可以用于停止通向燃烧器的燃料和空气流。

应当理解的是，如果燃烧器被用于例如处理来自外延制造工艺的废气，则阀230、240的运行也可以用于改变形成向燃烧器馈送的燃烧混合物的燃气和空气之比。

监测和控制参数的各种实施方式都是可能的。一些可能的实施方式在下文更具体地描述：

红外探测器或传感器200可以被用于监测由辐射燃烧器的燃烧表面发射的红外辐射。如果分析单元210确定从探测器200接收的信号是表明了燃烧器垫片（燃烧表面）冷却，则适当的信号可以由控制单元220发送或接收，并且根据一些实施例，控制单元可操作为向空气控制阀230发信号以便调节通向燃烧器的空气流使得过量空气被切断。

因此，红外探测器可以被用作开关并且从探测器接收的信号可以被解释为达到或未达到预选的表征最佳燃烧器运行的参数中的一者。

在替代性实施例中，红外传感器200可以被用作模拟装置，根据该模拟装置红外发射范围可以表征最佳燃烧器运行，并且附加的鼓风机230可以由控制单元220控制且被指示为加速或减缓以便实现探测到的红外发射落在理想的红外发射范围内。应当理解的是，可能需要对辐射燃烧器的适当的特性描述以便实施对参数的适当控制和监测来确保优化的辐射燃烧器运行。辐射燃烧器的这样的特性描述可以例如考虑燃烧表面的滞后特性。

例如来自400nm至1100nm范围内的一个或多个波长的信号的强度可以被监测，同时在800nm附近的信号是最强的。

应当理解的是本领域技术人员将容易地认识到各种上文描述的方法的步骤可以由程序控制的计算机实施。本文中一些实施例也旨在涵盖例如数字数据存储介质的程序存储装置，所述程序存储装置是机器或计算机可读的，并且将指令的机器可执行程序或计算机可执行程序编码，其中所述指令执行所述上文描述的方法的步骤中的一些或全部。程序存储装置可以是例如数字存储器、例如磁盘和磁带的磁性存储介质、硬盘驱动器或光学可读数字数据存储介质。实施例也旨在涵盖被编程为实施所述上文描述的方法的步骤的计算机。

附图中示出的各种元件的功能，包括任何标记为“处理器”或“逻辑”的功能框，可以通过使用专用硬件以及能够执行与适当的软件相关联的软件的硬件来提供。当由处理器提供时，功能可以由单一专用处理器提供、由单一共享处理器提供或由多个单独处理器提供，其中一些单独处理器可以是共享的。此外，术语“处理器”或“控制器”或“逻辑”的明确使用不应当被理解为排除性地指代能够执行软件的硬件，并且可以隐含地包括而不限于数字信号处理器（DSP）硬件、网络处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）、用于存储软件的只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）和非易失性存储装置。其它硬件，常规的和/或定制的，也可以被包括。类似地，附图中示出的任何开关都仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的运行、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的互动或者甚至手动地来完成，从上下文可以更加明确地理解特定技术可由实施者选择。

本领域技术人员应当理解的是本文的任何框图代表了体现本发明的原理的示意性电路的概念视图。类似地，应当理解的是任何流程图、流程图表、状态转换图、伪码等代表了各种过程，所述过程可以主要地在计算机可读介质中表现且因此由计算机或处理器执行，不管这样的计算机或处理器是否被明确示出。

尽管本发明的示意性实施例已经在本文中参考附图详细地被公开，但是应当理解的是本发明不限于确切的实施例并且本领域技术人员可以在其中实现各种改变和改型而不背离由所附权利要求和其等效物限定的本发明的范围。

Claims

1.一种用于处理来自制造加工工具的废气流的辐射燃烧器（8），所述辐射燃烧器包括：

燃烧室（14），所述燃烧室具有多孔套筒（20），燃烧材料穿过所述多孔套筒以便贴近所述多孔套筒的燃烧表面（21）无可见火焰地燃烧；

燃烧特性监测器（200），所述燃烧特性监测器能操作为通过监测从所述燃烧表面（21）发射的红外辐射来确定所述辐射燃烧器的燃烧性能；和

辐射燃烧器控制器（220），所述辐射燃烧器控制器能操作为基于由所述燃烧特性监测器（200）确定的燃烧性能来控制所述辐射燃烧器的运行；

其特征在于：

所述燃烧特性监测器（200）能操作为通过监测表征所述辐射燃烧器的理想运行参数的一个或多个红外辐射波长来确定所述辐射燃烧器（20）的燃烧性能。

2.根据权利要求1所述的辐射燃烧器，其中所述燃烧特性监测器能操作为确定由所述燃烧表面（21）发射的所述红外辐射是否落在可接受的运行参数内。

3.根据权利要求2所述的辐射燃烧器，其中如果由所述燃烧特性监测器确定的所述燃烧性能被确定为落在所述可接受的运行参数之外，则所述辐射燃烧器控制器（220）能操作为发起一个或多个改进措施。

4.根据权利要求3所述的辐射燃烧器，其中所述改进措施包括：发起辐射燃烧器关机和/或激活用户警报。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的辐射燃烧器，其中所述辐射燃烧器控制器（220）能操作为基于由所述燃烧特性监测器确定的所述燃烧性能来控制馈送至所述辐射燃烧器燃烧表面的所述燃烧材料。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的辐射燃烧器，其中所述辐射燃烧器控制器（220）能操作为基于由所述燃烧特性监测器确定的所述燃烧性能来增加或减少馈送至所述辐射燃烧器燃烧表面的所述燃烧材料的给料速率。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的辐射燃烧器，其中所述辐射燃烧器控制器（220）能操作为基于由所述燃烧特性监测器（200）确定的所述燃烧性能来控制馈送至所述辐射燃烧器燃烧表面的所述燃烧材料的组分。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的辐射燃烧器，其中所述辐射燃烧器控制器能操作为基于由所述燃烧特性监测器（200）确定的所述燃烧性能来增加或减少馈送至所述辐射燃烧器燃烧表面（21）的所述燃烧材料中的燃料与空气之比。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的辐射燃烧器，其中所述燃烧特性监测器和所述辐射燃烧器控制器能操作为连续地监测和控制所述辐射燃烧器的运行从而操作为形成运行的反馈回路。

10.一种监测和控制用于处理来自制造加工工具的废气流的辐射燃烧器（8）的运行的方法，所述辐射燃烧器包括具有多孔套筒（20）的燃烧室（14），燃烧材料穿过所述多孔套筒以便贴近所述多孔套筒（20）的燃烧表面（21）无可见火焰地燃烧；所述方法包括：

监测从所述燃烧表面（21）发射的表征所述辐射燃烧器的理想运行参数的一个或多个红外辐射波长来确定所述辐射燃烧器的燃烧性能；和

基于由所述监测确定的燃烧性能来控制所述辐射燃烧器的运行。

11.一种与用于处理来自制造加工工具的废气流的辐射燃烧器共同使用的辐射燃烧器燃烧监测器，所述辐射燃烧器包括：具有多孔套筒的燃烧室，燃烧材料穿过所述多孔套筒以便贴近所述多孔套筒的燃烧表面无可见火焰地燃烧；所述燃烧监测器包括：

红外辐射监测器，所述红外辐射监测器被设置为监测从所述辐射燃烧器的燃烧表面发射的红外辐射和基于那些发射来确定所述辐射燃烧器的燃烧性能；

所述红外辐射监测器能联接至辐射燃烧器控制器，所述辐射燃烧器控制器能操作为基于由所述红外辐射监测器确定的燃烧性能来控制所述辐射燃烧器的运行，

所述红外辐射监测器通过监测表征所述辐射燃烧器的理想运行参数的一个或多个红外辐射波长来确定所述辐射燃烧器的燃烧性能。