JP2023500867A - 軽減装置内の作動条件の最適化 - Google Patents

Abstract

処理ツールからの流出ストリームを処理するように構成された軽減装置内の作動条件を最適化する方法及び軽減装置を開示する。処理ツールからの流出ストリームを処理するように構成された軽減装置内の作動条件を最適化する本方法は、流出ストリームを処理する時に軽減装置によって生成される一酸化炭素の濃度を決定する段階と、一酸化炭素の濃度に応答して軽減装置の作動パラメータを調節する段階とを含む。このようにして、軽減デバイスの性能は、望ましくない副産物を低減しながらかつ流出ストリームの内容物に関する事前知識を必要とせずに軽減デバイス内で処理されている化合物の除去を改善する軽減装置内の条件を生成するために生成されている一酸化炭素の量に応答して軽減デバイスの作動パラメータを単に調節することによって制御することができる。【選択図】 図１

Description

本発明の分野は、処理ツールからの流出ストリームを処理するように構成された軽減装置内の作動条件を最適化する方法及び軽減装置に関する。

軽減装置は、公知であり、かつ典型的に例えば半導体又はフラットパネルディスプレイ製造産業に使用される製造工程ツールからの排ガスストリームを処理するのに使用される。そのような製造中に、残留有害及び／又は地球温暖化ガスは、処理ツールからポンピングされた排ガスストリームに残っている。これらは、それらの性質に起因してそれが大気中に放出される前に排出ガスから除去しなければならず、かつそれらが環境に悪影響を及ぼすことが公知であるので望ましくない場合もある。

放射バーナーのような公知の軽減装置は、燃焼を使用して望ましくない化合物を排ガスストリームから除去し、軽減装置からの排気ストリーム内のターゲット濃度を満足させる。典型的には、排ガスストリームは、水素、アンモニア、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、及び／又は亜酸化窒素のような残留ガスと処理ツール内で行われる処理段階に依存する他の化合物とを含有する窒素ストリームである。燃料ガス及び／又は酸化剤ガスは、排ガスストリームと混合され、そのガスストリーム混合物は、有孔ガスバーナーの出口面によって横方向に囲まれた燃焼チャンバの中に搬送される。燃料ガスと空気は、同時に有孔バーナーに供給され、出口面で無炎燃焼に作用し、有孔バーナーを通過する空気の量は、バーナーに供給される燃料ガスを消費するだけでなく、燃焼チャンバの中に注入されるガスストリーム混合物内の可燃性物質の破壊に向けて寄与するのにも十分な量である。

水素、アンモニア、及びＴＥＯＳは、易酸化性ガスであり、かつ典型的に排ガスストリーム内で有意な濃度にあるが、必要な軽減レベルを達成するために追加の酸化剤（空気又は酸素のような）を流出ストリームに追加する必要がある。米国特許第８６４７１１１号明細書は、適切な量の空気を追加することによってアンモニア／水素混合物を燃焼させることができることを開示している。米国特許第５９３８４２２号明細書は、ＴＥＯＳを燃焼ゾーン内の燃焼の前にそれを酸素と混合することによって破壊することができることを開示している。

亜酸化窒素は、酸化性ガスであり、これは、燃焼チャンバの中にそれが注入される時点で燃料ガスを追加することによって最終的に窒素に還元されることが望ましい。亜酸化窒素の不完全な還元は、一酸化窒素及び二酸化窒素（ＮＯｘとして集合的に公知）の形成に至り、これらは、それらが酸性雨及び他の環境問題の原因になるので不要な副産物である。

米国特許第８６４７１１１号明細書 米国特許第５９３８４２２号明細書

排ガスストリームを処理するための技術は存在するが、その各々は、それら独特の欠点を有する。従って、排ガスストリームを処理するための改善された技術を提供することが望ましい。

第１の態様により、処理ツールからの流出ストリームを処理するように構成された軽減装置内の作動条件を最適化する方法を提供し、本方法は、流出ストリームを処理する時に軽減装置によって生成される一酸化炭素の濃度を決定する段階と、一酸化炭素の濃度に応じて軽減装置の作動パラメータを調節する段階とを含む。

第１の態様は、流出ストリームを処理する既存の手法による問題が、流出ストリームを有効に処理する軽減装置の作動条件を設定することが困難である可能性があることであると認識している。同じく、流出ストリームの処理に適すると思われる一部の作動条件は、望ましくない副産物の生成に至る場合がある。更に、既存の手法は複雑であり、及び／又は処理されている流出ストリームの組成の事前知識を必要とする可能性がある。しかし、第１の態様は、流出ストリームを処理する時に存在する二酸化炭素をモニタすることにより、処理されている流出ストリーム内のガスの除去のための作動条件を最適化して望ましくない副産物を低減することが可能であることを認識している。従って、方法を提供する。本方法は、処理ツールからの流出ストリームを処理する軽減装置の作動を最適化又は調節するためのものとすることができる。本方法は、軽減装置が流出ストリームを処理する時に生成する又は存在する一酸化炭素の濃度を決定又は識別する段階を含むことができる。本方法は、生成された又は存在する一酸化炭素に応答して軽減装置の作動パラメータ又は作動を調節又は変更する段階を含むことができる。作動パラメータを調節することは、軽減装置の作動を調節する。このようにして、軽減デバイスの性能又は作動は、望ましくない副産物を低減しながらかつ流出ストリームの内容物の事前知識を必要とせずに、調節が行われる前の条件と比べて軽減デバイス内で処理されている化合物の除去を改善する条件を軽減装置内に生成するために、生成されている一酸化炭素の量に応じて軽減デバイスの作動パラメータを単に調節することによって制御することができる。

一実施形態では、決定する段階は、軽減装置の排気に存在する一酸化炭素の濃度を測定する段階を含む。従って、処理された流出ストリームを含有する軽減デバイスの排気に存在する一酸化炭素の量は測定することができる。

一実施形態では、決定する段階は、赤外線分光計で一酸化炭素の濃度を測定する段階を含む。従って、一酸化炭素は、汚染又は劣化を受けにくくてターゲット検体に対して高度に特化した赤外線分光計によって測定することができる。赤外線センサは、応答性が高く、検体で飽和しても直ちに回復する。

一実施形態では、作動パラメータは、燃料／酸化剤比を含む。従って、軽減装置に供給される酸化剤に対する燃料の量は、一酸化炭素の濃度に応答して調節することができる。

一実施形態では、調節する段階は、一酸化炭素の濃度を低減するために燃料／酸化剤比を変更する段階を含む。従って、酸化剤に対する燃料の量は、一酸化炭素の量を低減するために変更することができる。

一実施形態では、調節する段階は、燃料／酸化剤比を変更する段階が一酸化炭素の濃度が減少するか否かを決定する段階と、そうである場合にその変更を保持する段階とを含む。従って、仮に酸化剤に対する燃料の量の変更が一酸化炭素の量を低減させた場合に、酸化剤に対する燃料の量のこの変更は保たれる。

一実施形態では、調節する段階は、燃料／酸化剤比を変更する段階が一酸化炭素の濃度を増加するか否かを決定する段階と、そうである場合にその変更を逆転させる段階とを含む。従って、仮に酸化剤に対する燃料の量の変更が一酸化炭素の量を増加させる場合に、酸化剤に対する燃料の量に行われた変更が廃棄される。

一実施形態では、調節する段階は、酸化剤の供給を変化させる段階を含む。従って、燃料対空気比は、軽減装置に供給される酸化剤の量を変更することによって変更することができる。これは、燃料供給の量が一定に保たれることを可能にし、かつ調節が一成分だけを変化させることによって行われることを可能にする。

一実施形態では、調節する段階は、酸化剤の供給を増加させる段階と、一酸化炭素の濃度が増加するか否かを決定する段階と、そうである場合に酸化剤の供給を低減する段階とを含む。従って、酸化剤の量は、増加させることができ、その結果として仮に一酸化炭素の濃度が増加する場合に、酸化剤の量の増加を逆転することができる。

一実施形態では、調節する段階は、酸化剤の供給を低減する段階と、一酸化炭素の濃度が増加するか否かを決定する段階と、そうである場合に酸化剤の供給を増加させる段階とを含む。従って、酸化剤の量は、低減することができ、その結果として仮に一酸化炭素の濃度が増加した場合に、酸化剤の量の低減を逆転することができる。

上述の手法は、過剰な水素を有する流出ストリームを処理する時に体験されることになるような生成される一酸化炭素の量の最小値を識別することを助けることは認められるであろう。

一実施形態では、調節する段階は、燃料／酸化剤比を変更する段階が一酸化炭素の濃度を閾値量に向けて低減するか否かを決定する段階と、そうである場合にその変更を保持する段階とを含む。従って、仮に酸化剤に対する燃料の量の変更が、生成される一酸化炭素の量をその変更が行われる前よりも一酸化炭素の閾値量により近づける場合に、その変更は保持される。

一実施形態では、調節する段階は、燃料／酸化剤比を変更する段階が、一酸化炭素の濃度を閾値量よりも下に低減させるか否かを決定する段階と、そうである場合にその変更を逆転させる段階とを含む。従って、仮に酸化剤に対する燃料の量の変更が、一酸化炭素の量を一酸化炭素の閾値量よりも下に低下させる場合に、酸化剤に対する燃料の量に行われた変更を廃棄することができる。

一実施形態では、調節する段階は、燃料の供給を変化させる段階を含む。従って、軽減装置に供給される燃料の量は、変更することができる。これは、軽減装置への酸化剤供給の量を一定に保持することを可能にすることができる。

一実施形態では、調節する段階は、一酸化炭素の濃度が閾値量を超えるか否かを決定する段階と、そうである場合に燃料の供給を低減する段階とを含む。従って、仮に一酸化炭素の量が一酸化炭素の閾値量を超えると決定された場合に、供給される燃料の量を低減することができる。

一実施形態では、調節する段階は、一酸化炭素の濃度が閾値量よりも低いか否かを決定する段階と、そうである場合に燃料の供給を増加させる段階とを含む。従って、仮に一酸化炭素の量が一酸化炭素の閾値量を達成することができないと決定された場合に、軽減装置への燃料供給の量を増加させることができる。

上述の手法は、過剰な亜酸化窒素を有する流出ストリームを処理する時に体験されることになるような生成される一酸化炭素の許容可能なターゲット量を識別することを助けることは認められるであろう。

一実施形態では、調節する段階は、酸化剤の供給を変化させる段階を含む。従って、軽減装置に供給される酸化剤の量は、変更することができる。これは、軽減装置への燃料供給の量を一定に留めることを可能にすることができる。

一実施形態では、調節する段階は、一酸化炭素の濃度が閾値量を超えるか否かを決定する段階と、そうである場合に酸化剤の供給を低減する段階とを含む。従って、仮に一酸化炭素の量が一酸化炭素の閾値量を超えると決定された場合に、供給される酸化剤の量を低減することができる。

一実施形態では、調節する段階は、一酸化炭素の濃度が閾値量よりも低いか否かを決定する段階と、そうである場合に酸化剤の供給を増加させる段階とを含む。従って、仮に一酸化炭素の量が一酸化炭素の閾値量を達成することができないと決定された場合に、軽減装置への酸化剤供給の量を増加させることができる。

上述の手法は、過剰なＴＥＯＳを有する流出ストリームを処理する時に体験されることになるような生成される一酸化炭素の許容可能なターゲット量を識別することを助けることは認められるであろう。

第２の態様により、処理ツールからの流出ストリームを処理するように構成された軽減装置内の作動条件を調節するための装置を提供し、装置は、流出ストリームを処理する時に軽減装置によって生成される一酸化炭素の濃度を決定するように構成されたセンサと、一酸化炭素の濃度に応答して軽減装置の作動パラメータを調節するように作動可能なコントローラとを含む。

一実施形態では、センサは、軽減装置の排気に存在する一酸化炭素の濃度を測定するように構成される。

一実施形態では、センサは、赤外線分光計である。

一実施形態では、作動パラメータは、燃料／酸化剤比を含む。

一実施形態では、コントローラは、一酸化炭素の濃度を低減するために燃料／酸化剤比を変更するように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、燃料／酸化剤比を変更することが一酸化炭素の濃度を低減するか否かを決定し、そうである場合にその変更を保持するように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、燃料／酸化剤比を変更することが一酸化炭素の濃度を増加するか否かを決定し、そうである場合にその変更を逆転させるように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、酸化剤の供給を変化させるように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、酸化剤の供給を増加させ、一酸化炭素の濃度が増加するか否かを決定し、そうである場合に酸化剤の供給を低減するように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、酸化剤の供給を低減し、一酸化炭素の濃度が増加するか否かを決定し、そうである場合に酸化剤の供給を増加させるように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、燃料／酸化剤比を変更することが一酸化炭素の濃度を閾値量に向けて低減するか否かを決定し、そうである場合にその変更を保持するように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、燃料／酸化剤比を変更することが一酸化炭素の濃度を閾値量よりも下に低減するか否かを決定し、そうである場合にその変更を逆転させるように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、燃料の供給を変化させるように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、一酸化炭素の濃度が閾値量を超えるか否かを決定し、そうである場合に燃料の供給を低減するように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、一酸化炭素の濃度が閾値量よりも低いか否かを決定し、そうである場合に燃料の供給を増加させるように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、酸化剤の供給を変化させるように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、一酸化炭素の濃度が閾値量を超えるか否かを決定し、そうである場合に酸化剤の供給を低減するように作動可能である。

一実施形態では、コントローラは、一酸化炭素の濃度が閾値量よりも低いか否かを決定し、そうである場合に酸化剤の供給を増加させるように作動可能である。

更に別の特定のかつ好ましい態様は、添付の独立及び従属請求項に示されている。従属請求項の特徴は、適切である場合にかつ特許請求の範囲に明示的に示されるもの以外の組合せで独立請求項の特徴と組み合わせることができる。

装置特徴が機能を提供するように作動可能であると説明される場合に、これは、その機能を提供するか又はその機能を提供するように適応又は構成される装置特徴を含むことは認められるであろう。

ここで添付図面を参照して本発明の実施形態を以下に説明する。

一実施形態による内方点火燃焼軽減装置を示す図である。 同軸同心空気入口を通じた空気５００と各中心ランセット追加ポートを通じた空気４０ｓｌｍとを伴う２００ｓｌｍのＮ₂内でのＨ₂流れに対する排気のＣＯ、Ｈ₂（Ｏ₂と同じスケールに適合させるために１０倍したもの）、及びＯ₂含有量を示すグラフである。 ＮＨ₃とＨ₂の混合物に対して同軸同心空気入口及び中心ランセット追加ポートを通じた空気量が異なる場合の排気のＣＯを示すグラフである。 同軸同心空気入口を通じた空気追加を制御して排気内のＣＯを最小にした場合に２００ｓｌｍのＮ₂内でのＨ₂流れに対する排気のＣＯ、Ｈ₂（Ｏ₂と同じスケールに適合させるために１０倍したもの）、及びＯ₂含有量を示すグラフである。 異なる作動条件下で排気内のＣＯを最小にするのに必要である空気流れを示すグラフである。 ＣＯ放出のモニタによってＨ₂／ＮＨ₃混合物を軽減するために最適化された空気流れ制御の概略流れ図である。 中心ランセット追加ポートを通じて追加されたＣＨ₄の量が異なる場合に流出ストリーム入口での排気内のＣＯ対Ｎ₂Ｏ（２００ｓｌｍのＮ₂で希釈された）を示すグラフである。 破線が排気内のＣＯが２００ｐｐｍである領域を示す図６に示す条件についてＮＯｘ（ＮＯ＋ＮＯ₂）に変換されるＮ₂Ｏの百分率変換を示すグラフである。 破線が排気内のＣＯが２００ｐｐｍである領域を示す図６に示す条件についてＮ₂Ｏの破壊速度効率（ＤＲＥ）を示すグラフである。 排気内のＣＯの２００ｐｐｍを達成するのに必要であるＣＨ₄の量と対応するＮ₂ＯのＤＲＥとを供給Ｎ₂Ｏの量に対して示すグラフである。 ＣＯ放出のモニタによるＮ₂Ｏ軽減のために最適化された燃料注入制御に関する概略流れ図である。 ノズル上の窒素充填が３００ｓｌｍの場合に同心メタン流れ及び酸素注入の関数としてメタン及び一酸化窒素放出を示すグラフである。 最少ＣＨ₄注入流れ対窒素充填を示すグラフである。 ６００ｓｌｍのＮ₂、３４ｓｌｍのＣＨ₄、及び８０～１２０ｓｌｍのＯ₂の場合にＴＥＯＳ流れの関数として排気内の一酸化炭素及び二酸化炭素濃度を示すグラフである。 ノズルへのＮ₂の２００及び３００ｓｌｍでＴＥＯＳからの排気内に１００ｐｐｍのＣＯを生成するのに必要である限界酸素注入を示すグラフである。 ＣＯ放出のモニタによるＴＥＯＳ軽減のために最適化された燃料注入制御に関する概略流れ図である。

実施形態を更に詳細に説明する前に、最初に概観を与える。実施形態は、有害な量の望ましくない副産物の発生を引き起こすことなく処理ツールからの流出ストリームに存在するガスの改善された処理を達成するために流出ストリームの処理中に軽減装置が発生させる一酸化炭素の量を測定することによって軽減装置内の作動条件が制御される技術を提供する。これは、流出ストリームに存在する化合物に関する事前知識を必要とせずに軽減装置の性能を改善することができる。特に、水素及び水素／アンモニア混合物のような可燃性ガスの制御された燃焼又は亜酸化窒素又はＴＥＯＳのような酸化性ガスの破壊を行う軽減装置の性能は、この装置の排気内の一酸化炭素濃度に特化したガスセンサを使用してモニタされる。補助酸化剤（空気又は酸素など）又は燃料（水素、メタン又はプロパンなど）の追加に対する一酸化炭素の濃度応答を使用して望ましくない副産物（一酸化窒素及び二酸化窒素など）を最小にしながら、処理しているガスの除去に最適な条件を導出する。本方法は、破壊すべきターゲットガスの量について先験的な知識を必要とせず、その代わりに軽減装置の作動パラメータを調節することに依存する。

半導体素子の製造に使用される様々なガスの破壊のための既存の燃焼軽減装置は公知である。水素及び水素／アンモニア混合物のような可燃性ガスの軽減は、完全燃焼を生成するために空気のような酸素源の供給を必要とする。同様に、亜酸化窒素のような酸化剤ガスは、（この例では）亜酸化窒素を窒素に還元するためにメタンのような燃料の供給を必要とする。亜酸化窒素の場合に、燃料ガスの不正確な追加は、一酸化窒素及び二酸化窒素（まとめてＮＯｘとして公知）の望まれない生成をもたらす可能性がある。排気内の未軽減ターゲットガスの許容レベルは、排気内の絶対濃度（すなわち、可燃限界未満）、放出速度（単位時間当たりの質量）、又は相対的破壊速度効率（ＤＲＥ）に制限することができる。同じく、副産物の放出も一定レベル未満であることを必要とする場合がある。最小限のリソースを使用しながらこれらの制限を満足する又は超えることが軽減デバイスの目的である。

一部の場合に、デジタル又はアナログ手段により、軽減デバイスに軽減すべきガスの濃度を伝達することが可能である。このようにして、使用されるリソースの観点から軽減作業を最適化することができる。別の状況では、費用、現場インフラストラクチャー、又は他の商業的理由のためにそうすることができない場合がある。実施形態は、性能をモニタし、作動パラメータを個別に調節することを求めるものである。

軽減装置
図１は、一実施形態による内方点火式軽減装置１０を示している。軽減装置１０は、炭化水素燃料（典型的にはメタン又はプロパン）／空気混合物を供給される内方点火式有孔バーナー２０を含み、このバーナーは、ノズル５０で終わる入口配管４０によってバーナーのコアにある燃焼チャンバ３０に導入される流出ストリーム内のターゲット化合物を化学的に破壊するためのホットゾーンと点火ソースとを提供する。一般的に、燃料は、コントローラ１２０の制御下で有孔バーナー２０に供給するために燃料入口１００からプレナム９０に供給される。

ノズル５０には、コントローラ１２０の制御下で供給される燃料ガス又は酸化剤を導入するのに使用される中心ランセット６０又は同軸アニュラス７０（共用プレナム８０から供給される）として位置付けられた補助ポートが設けられ、処理すべきこれら化合物の破壊を容易にするようになっている。一般的に、燃料／酸化剤混合物は、コントローラ１２０の制御下で同軸アニュラス７０に供給するために中心ランセット６０及び燃料／酸化剤入口１１０を通してプレナム９０に供給される。

燃焼チャンバ３０からの排気内のＣＯ濃度を測定する赤外線分光計１３０が設けられる。

燃焼チャンバ３０の下流には、排気を冷却するための水堰及び急冷セクション（図示せず）と共に水溶性ガスを吸収するための充填塔（図示せず）が設けられる。

軽減－水素又は水素／アンモニア混合物
水素又は水素／アンモニア混合物のような可燃性ガスの軽減は、十分な酸素を供給してこれらの材料を完全に燃焼させるためにノズル５０の周りに空気を追加することによって容易にすることができる。空気が不十分な場合に、燃焼チャンバ３０は酸素欠乏になり、軽減装置１０の排気は燃料の不完全燃焼の生成物を含む。空気が過剰な場合に、有孔バーナー２０は、燃料の燃焼が急冷される時点まで冷却され、再び燃料の不完全燃焼の生成物が排気内に見られる。空気の供給不足又は供給過剰の極端な場合に、未燃焼の水素が排気内に検出される。アンモニアについては、未燃焼ガスはバーナーアセンブリの下流にある水洗式充填塔でほとんど溶解するが、一部は排気内に漏れ出る。

この例を図２に示すが、ノズル７０の周りに５００ｓｌｍの空気を供給する一方、水素の流量（２００ｓｌｍの窒素で希釈）を４００ｓｌｍまで増加させる。各ノズル７０の中心に位置付けられたランセット６０は、更に４０ｓｌｍの圧縮乾燥空気を供給する。排気ストリーム内の一酸化炭素（ＣＯ）、水素、及び酸素の濃度を示している。酸素の濃度は水素を追加すると単調に低下するが、ＣＯの濃度はＵ字形曲線を示し、ＣＯの最少レベルは、水素が完全に破壊される空気流れの領域に対応する。水素及び酸素の濃度を電気化学セルで測定するのに対して、ＣＯの濃度は、赤外線分光計１３０を使用する赤外線分光法で測定される。電気化学セルは、汚染、交差感度、及び劣化が生じやすいのに対して、赤外線分光法は、分離感度を高めて汚染又は劣化から保護することが可能である。ＣＯはｐｅｌｉｓｔｏｒセンサで測定することができるが、このセンサは他の可燃性ガスの存在に対して交差感度があり、酸素の使用が制限される環境では信頼性がない。赤外線センサはまた、迅速な応答時間を有し、飽和の問題を生じにくい。

図３に同じ傾向を示し、ここで、２００ｓｌｍの窒素内で水素と増量させたアンモニアとの異なる混合物の場合に、入口ノズルの周りに追加する空気の量に対して排気内のＣＯ濃度をプロットしている。再び、ＣＯ放出はＵ字形プロファイルを示し、最小値が最適な軽減性能と合致する。

図４は、水素を増量させた場合の放出を示し、ここで、赤外線分光計１３０と、コントローラ１２０の制御下で燃焼チャンバ３０に供給される空気量を制御する空気流れコントローラとの間のフィードバックループを使用して排気内のＣＯ濃度を最小にするために追加する空気量を制御する。尚、水素が２００ｓｌｍ未満の場合は空気量を制御せず、４００ｓｌｍの基準レベルであった。ＣＯを最小にすることは、排気内の酸素を一定レベルに保つという補助的な効果もある。上述の理由から、ＣＯのモニタはＯ₂よりも遥かに容易である。

図５は、図３～５について、水素又は水素とアンモニアの異なる量（燃焼に必要な酸素を考慮するためにアンモニア１分子を水素１．５分子として扱う）に対して追加された空気流れを示すものである。空気の下限値４００ｓｌｍを超えると、ＣＯ放出を最小にするために追加される空気に関して同様な傾向の上に点が載っており、これが、これらガス混合物を最適に破壊するための実行可能なフィードバック制御手段であることを明らかにしている。

軽減最適化－水素又は水素／アンモニア混合物
図６は、水素又は水素／アンモニア混合物を含有する流出ストリームを処理するために燃焼チャンバ３０内の作動条件を最適化する時にコントローラ１２０によって実行される主要段階を概説する概略流れ図である。

段階Ｓ１では、流出ストリームは燃焼チャンバ３０内で処理され、コントローラ３０がデフォルト又は所定量の燃料及び酸化剤（この例では空気）を供給する。処理は、段階Ｓ２へ進む。

段階Ｓ２では、赤外線分光計１３０により排気内のＣＯの量が決定される。処理は、段階Ｓ３へ進む。

段階Ｓ３では、コントローラ１３０は、酸化剤と燃料／Ｈ₂／ＮＨ₃との比率を増加させる。この例では、これは、燃焼チャンバ３０に供給される空気量を増加させることによって行われる。処理は、段階Ｓ４へ進む。

段階Ｓ４では、コントローラ１３０は、赤外線分光計１３０によって測定された排気内のＣＯの量が増加したか否かを決定する。ＣＯの量が低減した場合に、処理は段階Ｓ３に戻る。ＣＯの量が増加した場合に、処理は段階Ｓ５へ進む。

段階Ｓ５では、コントローラ１３０は、酸化剤と燃料／Ｈ₂／ＮＨ₃との比率を低減する。この例では、これは、燃焼チャンバ３０に供給される空気量を低減することによって行われる。処理は、段階Ｓ６へ進む。

段階Ｓ６では、コントローラ１３０は、赤外線分光計１３０によって測定された排気内のＣＯ量が低減したか否かを決定する。ＣＯの量が低減した場合に、処理は段階Ｓ３に戻る。ＣＯの量が増加した場合に、処理は段階Ｓ５へ進む。

上述のようにかつ図３から分るように、この手法により、図示の曲線を辿るように燃焼チャンバ３０の作動条件を調節して排気に存在するＣＯの量を最少にすることができ、それによってＨ₂／ＮＨ₃混合物の軽減が最適化され、排気に存在するＨ₂の量が低減される。他の実施形態では、適応アルゴリズムを使用することができることは認められるであろう。

軽減－亜酸化窒素
この手法の別の実施形態を２００ｓｌｍの窒素で希釈された亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）の破壊に関して図７に示している。Ｎ₂Ｏは、ノズル５０の中心にあるランセット６０を通して入口流れに追加されるメタン（ＣＨ₄）のような燃料との反応によって窒素に還元することができる。同じく、望ましくない副反応により、副産物として窒素酸化物（一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ₂）は、総称「ＮＯｘ」の下にまとめられる）を生成する可能性がある。グラフは、異なる量のＣＨ₄をランセット６０に追加した場合のＣＯの低減を示している。Ｎ₂Ｏに対してＣＨ₄が過剰になると、再び不完全な酸化をもたらし、ＣＯが生成される。排気内のＣＯについて２００ｐｐｍという望ましいレベルでグラフにわたって破線を引いている。フィードバックループがコントローラ１２０を使用してメタン流れコントローラ（図示せず）を制御する場合に排気内で赤外線分光計１２０を採用することにより、排気に存在すべきＣＯのレベルを選択してＮＯｘの形成を最適化し、Ｎ₂Ｏの破壊を最大にすることが可能である。

異なる量のＣＨ₄が追加された場合に、Ｎ₂Ｏの破壊に起因するＮＯｘの収率を図８に示している。この望まれない副産物の収率は、Ｎ₂Ｏ流れ及び注入流れと共に変化し，グラフ上の破線は、排気内のＣＯ濃度が２００ｐｐｍである場合のＮＯｘ収率を示している。

図９は、異なる量の燃料が追加された場合のＮ₂Ｏに対する破壊速度効率（ＤＲＥ）を示している。破線は、排気内のＣＯ濃度２００ｐｐｍを達成するのに十分なＣＨ₄が追加された得られるＤＲＥを示している。このようにして、Ｎ₂Ｏの有効な破壊とＮＯｘの生成との好ましい妥協点を見出すことができる。これらのパラメータの相対的な重要度（例えば、低ＮＯｘ対低ＣＯ）に応答して排気内のＣＯの他のターゲット濃度を選択することができる。

図１０は、排気内のＣＯ濃度２００ｐｐｍを達成するのに必要であるＣＨ₄追加量の変化と同じくＮ₂ＯのＤＲＥの変化とを示している。先の実施形態と同様に、これは、軽減を最適化するために追加する試薬ガスのフィードバック制御にＣＯセンサを使用することの実行可能性を明らかにしている。

軽減最適化－亜酸化窒素
図１１は、亜酸化窒素混合物を含有する流出ストリームを処理するために燃焼チャンバ３０内の作動条件を最適化する時にコントローラ１２０によって実行される主要段階を概説する概略流れ図である。

段階Ｓ１０では、流出ストリームは燃焼チャンバ３０内で処理され、コントローラ３０がデフォルト又は所定量の燃料及び酸化剤（この例では空気）を供給する。処理は、段階Ｓ１１へ進む。

段階Ｓ１１では、赤外線分光計１３０により、排気内のＣＯの量が決定される。処理は、段階Ｓ１２へ進む。

段階Ｓ１２では、コントローラ１２０は、赤外線分光計１３０によって測定された排気内のＣＯの量が閾値を超えるか否かを決定する。この例では、閾値は２００ｐｐｍであるが、他の閾値を使用してもよいことは認められるであろう。排気内のＣＯの量が閾値を超える場合に、処理は段階Ｓ１３へ進む。排気内のＣＯの量が閾値を超えない場合に、処理は段階Ｓ１４へ進む。

段階Ｓ１３では、コントローラ１２０は、燃料と酸化剤、この例ではＮ₂Ｏとの比率を低減する。この例では、これは、燃焼チャンバ３０に供給される燃料の量を低減することによって行われる。処理は、段階Ｓ１２に戻る。

段階Ｓ１４では、コントローラ１２０は、燃料と酸化剤、この例ではＮ₂Ｏとの比率を増加させる。この例では、これは、燃焼チャンバ３０に供給される燃料の量を増加させることによって行われる。処理は、段階Ｓ１２に戻る。

上述のようにかつ図７から分るように、この手法により、図示の曲線を辿るように燃焼チャンバ３０の作動条件を調節して排気に存在するＣＯの量を閾値量よりも下に低減することができ、それによってＮ₂Ｏの軽減が最適化される。他の実施形態では、適応アルゴリズムを使用することができることは認められるであろう。

軽減－ＴＥＯＳ
一実施形態では、排気ガスセンサを使用してテトラエチルオルソシリケートの軽減を最適化する方法を提供する。ＴＥＯＳの軽減が不完全であることの主な指標は、一酸化炭素の形成である。排気内のＣＯの濃度は、適切なセンサ（例えば、赤外線分光計１３０を使用する赤外線分光法による）を使用してモニタされ、追加される酸素は、望ましい量を達成するように相応に調節される。

多くの半導体製造業者は、圧力スイング吸着器を使用して空気から酸素を抽出しており、得られる純度は、通常９０～９５％である。理想的には、これをモニタし、それに応答して注入流れを調節するのに使用することができることになる。これは、正確かつ適時様式で行うのが困難であり、従って、排気内のＣＯの制限値を達成するように注入流れを調節するという戦略は、純度の不明な酸素に適合する。

テトラエチルオルソシリケートは、正式名称をテトラエトキシシラン、略称をＴＥＯＳと言い、化学式Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄を有する化合物である。ＴＥＯＳは無色の揮発性液体であり、水中で分解する。ＴＥＯＳは、オルトケイ酸Ｓｉ（ＯＨ）₄のエチルエステルである。半導体製造では、ウェーハ上への二酸化珪素コーティングの堆積に広く使用されている最も一般的な珪素のアルコキシドである。

ＴＥＯＳは、メチルエステル類似体であるＳｉ（ＯＣＨ₃）₄と比較して毒性は低いが、環境への放出は望ましくない。ＴＥＯＳは、水で容易に加水分解され、水和シリカとエタノールになるが、泡を生成する傾向があるためにＴＥＯＳの湿式スクラビングには推奨されない。

ＴＥＯＳは、以下の式に従って可燃性である：
Ｓｉ（Ｃ₂Ｈ₅Ｏ）₄＋１２Ｏ₂＝ＳｉＯ₂＋８ＣＯ₂＋１０Ｈ₂Ｏ

実際にはＴＥＯＳは着火しにくく、炎のような点火ソースを必要とし、一般的には燃焼前に酸素と混合される。酸素が不足すると不完全燃焼を起こし、燃焼器の排水タンクでの泡形成に至る。過剰な酸素は、リソースの浪費である。軽減装置に供給される酸素の純度は不明であることが多いので、流入するＴＥＯＳ流れを予知して適切な酸素流れを設定することでは不十分である。実施形態は、最適な酸素追加率を推測する方法を提供する。

図１２は、ノズル５０を取り囲む同心メタン燃料の関数としてメタン（ＣＨ₄）及びＮＯｘの放出をプロットしたものである。この段階ではＴＥＯＳを使用せず、ＮＯｘが排気内に現れる時点を使用して、これらの条件下で安定した炎を確立するのに十分なノズル５０を取り囲む最小限のメタンを確立する。これは、図１３に示すように、ノズル窒素充填の関数である。負の切片を有する線形関係が示唆されるが、必要である燃料は、低レベルではプラトーになる可能性が高い。この手段により、作動パラメータに適する同心メタン流れを確立することが可能である。

ノズル５０付近の炎を安定させるのに必要なメタンを確立した後に、ＴＥＯＳを軽減するのに必要な酸素量を考察することができる。図１４に提示しているデータ（６００ｓｌｍのＮ₂と増加するＴＥＯＳに対する）を使用した場合に、１００ｐｐｍという排気内ＣＯのあらゆる（ターゲット閾値）レベルを使用して３つの異なる量のＯ₂での軽減に関する限界機能を定めることができる。異なるノズル窒素充填に対するこれらの限界値を図１５に示している。

流量につき３点しか存在しないが、３００ｓｌｍの結果も６００ｓｌｍの結果も直線に載るように見え、それぞれの場合に、その傾きは、ＴＥＯＳ１ｇ当たり１．１９リットルと１．１１リットルのＯ₂である。ＴＥＯＳの完全燃焼に関する化学量論式は、先に与えた通りである。従って、１ｍｏｌのＴＥＯＳは、１２ｍｏｌのＯ₂を必要とする。ＴＥＯＳの分子量は、２０８．３３ｇ／ｍｏｌであるので、ＴＥＯＳの１ｇは、１２×２２．４／２０８．３３リットルの酸素を必要とする。これは、ＴＥＯＳ１ｇ当たり１．２９リットルであり、図１５の直線の傾きに近い。

従って、窒素内のＴＥＯＳの軽減に対する１組のパラメータを定めることが可能である：
ＣＨ₄（ｓｌｍでの同心）＝ｓｌｍでの０．０６４ノズルＮ₂－５．２
Ｏ₂（ｓｌｍでのランセット）＝ｇ／ｍｉｎでの１．１５ＴＥＯＳ＋（ｓｌｍでのノズルＮ₂）／１０－１５

実際には、窒素流れは既知で安定しているが、ＴＥＯＳ流れは、不明なことが多く、更に軽減装置に使用することができる酸素は純度１００％未満である。これを克服するために、一酸化炭素センサ（赤外線分光計１３０など）を使用して、排気内のＣＯが望ましい閾値量に達するまで単にその設定値を調節することによって適切なレベルの酸素流れを導出する。

軽減最適化－ＴＥＯＳ
図１６は、ＴＥＯＳ混合物を含有する流出ストリームを処理するために燃焼チャンバ３０内の作動条件を最適化する時にコントローラ１２０によって実行される主要段階を概説する概略流れ図である。

段階Ｓ２０では、流出ストリームは燃焼チャンバ３０内で処理され、コントローラ３０がデフォルト又は所定量の燃料及び酸化剤（この例では酸素）を供給する。処理は、段階Ｓ２１へ進む。

段階Ｓ２１では、赤外線分光計１３０によって排気内のＣＯの量が決定される。処理は、段階Ｓ２２へ進む。

段階Ｓ２２では、コントローラ１２０は、赤外線分光計１３０によって測定された排気内のＣＯの量が閾値を超えるか否かを決定する。この例では、閾値は１００ｐｐｍであるが、他の閾値を使用してもよいことは認められるであろう。排気内のＣＯの量が閾値を超える場合に、処理は段階Ｓ２３へ進む。排気内のＣＯの量が閾値を超えない場合に、処理は段階Ｓ２４へ進む。

段階Ｓ２３では、コントローラ１２０は、酸化剤と燃料の比率を増加させる。この例では、これは、燃焼チャンバ３０に供給される酸素の量を増加させることによって行われる。処理は、段階Ｓ２２に戻る。

段階Ｓ２４では、コントローラ１３０は、酸化剤と燃料の比率を低減する。この例では、これは、燃焼チャンバ３０に供給される酸素の量を低減することによって行われる。処理は、段階Ｓ２２に戻る。

上述のようにかつ図１４から分るように、この手法により、図示の曲線を辿るように燃焼チャンバ３０の作動条件を調節して排気に存在するＣＯの量を閾値量よりも下に低減することができ、それによってＴＥＯＳの軽減が最適化される。他の実施形態では、適応アルゴリズムを使用することができることは認められるであろう。

従って、実施形態では、追加酸化剤又は追加燃料の制御のためにＣＯに特化したセンサを使用し、ＣＯは不完全燃焼の副産物であることを見ることができる。Ｎ₂Ｏ軽減の場合に、実施形態は、ＤＲＥとＮＯｘ収率の妥協点を見出すためにＣＯレベルを使用する。

添付図面を参照して本発明の例示的実施形態を本明細書に詳細に開示したが、本発明は、実施形態通りには限定されず、特許請求の範囲及びその均等物によって定められる本発明の範囲から逸脱することなく、そこに当業者によって様々な変更及び修正を達成することができることは理解される。

参照符号
軽減装置 １０
有孔バーナー ２０
燃焼チャンバ ３０
入口配管 ４０
ノズル ５０
中心ランセット ６０
同軸アニュラス ７０
プレナム ８０、９０
燃料入口 １００
燃料／酸化剤入口 １１０
コントローラ １２０
赤外線分光計 １３０

Claims (16)

1. 半導体処理ツールからの流出ストリームを処理するように構成された軽減装置内の作動条件を最適化する方法であって、
   前記流出ストリームを処理する時に前記軽減装置によって生成される一酸化炭素の濃度を決定する段階と、
   前記一酸化炭素の濃度に応答して前記軽減装置の作動パラメータを調節する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記決定する段階は、前記軽減装置の排気に存在する前記一酸化炭素の濃度を測定する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記決定する段階は、赤外線分光計を用いて前記一酸化炭素の濃度を測定する段階を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記作動パラメータは、燃料／酸化剤比を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記調節する段階は、前記一酸化炭素の濃度を低減するために前記燃料／酸化剤比を変更する段階を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記調節する段階は、燃料／酸化剤比を変更することが前記一酸化炭素の濃度を低減するか否かを決定する段階と、そうである場合に該変更を保持する段階とを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記調節する段階は、燃料／酸化剤比を変更することが前記一酸化炭素の濃度が増加するか否かを決定する段階と、そうである場合に該変更を逆転させる段階とを含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記調節する段階は、前記酸化剤の供給を変化させる段階を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記調節する段階は、前記酸化剤の供給を増加させる段階と、前記一酸化炭素の濃度が増加するか否かを決定する段階と、そうである場合に該酸化剤の供給を低減する段階とを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記調節する段階は、前記酸化剤の供給を低減する段階と、前記一酸化炭素の濃度が増加するか否かを決定する段階と、そうである場合に該酸化剤の供給を増加させる段階とを含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記調節する段階は、燃料／酸化剤比を変更することが前記一酸化炭素の濃度を閾値量に向けて低減するか否かを決定する段階と、そうである場合に該変更を保持する段階とを含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記調節する段階は、燃料／酸化剤比を変更することが前記一酸化炭素の濃度を閾値量よりも下に低減するか否かを決定する段階と、そうである場合に該変更を逆転させる段階とを含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記調節する段階は、燃料の供給を変化させる段階を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記調節する段階は、前記一酸化炭素の濃度が閾値量を超えるか否かを決定する段階と、そうである場合に燃料の供給を低減する段階とを含むことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記調節する段階は、前記一酸化炭素の濃度が閾値量よりも低いか否かを決定する段階と、そうである場合に燃料の供給を増加させる段階とを含むことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 半導体処理ツールからの流出ストリームを処理するように構成された軽減装置内の作動条件を最適化する／調節するための装置であって、
    前記流出ストリームを処理する時に前記軽減装置によって生成される一酸化炭素の濃度を決定するように構成されたセンサと、
    前記一酸化炭素の濃度に応答して前記軽減装置の作動パラメータを調節するように作動可能なコントローラと、
    を含むことを特徴とする装置。

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