KR20220091590A - 저감 장치에서의 작동 조건 최적화 - Google Patents

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던칸 마이클 프라이스
마이클 콜린 그레이엄
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Abstract

처리 툴 및 저감 장치로부터의 유출물 스트림을 처리하도록 구성된 저감 장치에서의 작동 조건을 최적화하는 방법이 개시된다. 처리 툴로부터의 유출물 스트림을 처리하도록 구성된 저감 장치에서 작동 조건을 최적화하는 방법은 유출물 스트림을 처리할 때 상기 저감 장치에 의해 생성된 일산화탄소의 농도를 결정하는 단계; 및 상기 일산화탄소의 농도에 대응하여 상기 저감 장치의 작동 파라미터를 조정하는 단계를 포함한다. 이러한 방식에서, 상기 저감 장치의 성능은 생성되는 일산화탄소의 양에 대응하여 상기 저감 장치의 작동 파라미터를 간단히 조정하여 제어될 수 있으며, 이는, 저감 장치 내에서 처리되는 화합물의 제거를 개선하면서 동시에 바람직하지 않은 부산물을 줄이고 유출물 스트림의 내용물에 대한 사전 지식을 요구하지 않는 조건을 생성한다.

Description

저감 장치에서의 작동 조건 최적화
본 발명의 분야는 처리 툴(tool)로부터의 유출물 스트림(effluent stream)을 처리하도록 구성된 저감(abatement) 장치에서의 작동 조건을 최적화하는 방법 및 저감 장치에 관한 것이다.
저감 장치는 공지되어 있고 예를 들어, 반도체 또는 평판 디스플레이 제조 산업에서 사용되는 제조 공정 툴로부터의 유출물 기체 스트림을 처리하는 데 일반적으로 사용된다. 이러한 제조 동안, 잔류 유해한 및/또는 지구 온난화 기체는 처리 툴로부터의 펌핑된(pumped) 유출물 기체 스트림에 남아 있다. 이들은 그 성질상 대기로 방출되기 전에 유출물 기체에서 제거되어야 하고 환경에 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있기 때문에 바람직하지 않을 수도 있다.
공지된 저감 장치 예컨대 복사 버너(radiant burner)는 연소를 사용해 유출물 기체 스트림으로부터 바람직하지 않은 화합물을 제거하여 저감 장치로부터의 배기 스트림 내의 목표 농도를 충족시킨다. 일반적으로, 유출물 기체 스트림은 공정 툴에서 발생하는 공정 단계에 의존하는 잔류 기체 예컨대 수소, 암모니아, 테트라에톡시실란(TEOS) 및/또는 아산화질소 및 기타 화합물을 함유하는 질소 스트림이다. 연료 기체 및/또는 산화 기체는 유출물 기체 스트림과 혼합되고 그 기체 스트림 혼합물은 유공성(foraminous) 기체 버너의 출구 표면에 의해 측면으로 둘러싸인 연소 챔버(chamber)로 운반된다. 연료 기체 및 공기가 동시에 유공성 버너에 공급되어 출구 면에서 무화염(flameless) 연소에 영향을 미치며, 유공성 버너를 통과하는 공기의 양은 버너에 공급되는 연료 기체를 소모할 뿐만 아니라, 연소 챔버에 주입된 기체 스트림 혼합물의 가연성 물질 제거(destruction)에 기여하는 데에도 충분하다.
수소, 암모니아 및 TEOS는 산화 가능한 기체이고 일반적으로 유출물 기체 스트림에 상당한 농도로 존재하지만 필요한 저감 수준을 달성하기 위해서는 유출물 스트림에 추가 산화제(예컨대 공기 또는 산소)가 첨가되어야 한다. 미국 특허 제8647111호는 암모니아/수소 혼합물이 적절한 양의 공기를 첨가함으로써 연소될 수 있음을 개시하고 있다. 미국 특허 제5938422호는 TEOS가 연소 구역 내에서 연소되기 전에 산소와 혼합됨으로써 제거될 수 있음을 개시하고 있다.
아산화질소는 산화성 기체이고 연소 챔버에 주입되는 시점에 연료 기체를 첨가하여 궁극적으로 질소로 환원시키는 것이 바람직하다. 아산화질소의 불완전한 환원은, 산성비 및 기타 환경 문제에 기여한다는 이유로 원치 않는 부산물인 산화질소 및 이산화질소(총체적으로 NOx로 알려짐)의 형성으로 이어진다.
유출물 기체 스트림을 처리하는 기술이 존재하지만, 각각 고유한 단점이 있다. 따라서, 유출물 기체 스트림을 처리하기 위한 개선된 기술을 제공하는 것이 바람직하다.
제1 양태에 따르면, 처리 툴로부터의 유출물 스트림을 처리하도록 구성된 저감 장치에서의 작동 조건을 최적화하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 상기 유출물 스트림을 처리할 때 저감 장치에 의해 생성된 일산화탄소의 농도를 결정하는 단계; 및 상기 일산화탄소의 농도에 대응(response)하여 상기 저감 장치의 작동 파라미터(parameter)를 조정하는 단계를 포함한다.
상기 제1 양태는, 유출물 스트림을 처리하는 기존 접근법의 문제가 유출물 스트림을 효과적으로 처리하기 위한 저감 장치의 작동 조건을 설정하는 것이 어려울 수 있다는 점을 인식한다. 또한, 유출물 스트림 처리에 적합할 수 있는 일부 작동 조건은 바람직하지 않은 부산물의 생성으로 이어질 수 있다. 또한, 기존 접근법은 복잡할 수 있고 처리되는 유출물 스트림 조성에 대한 사전 지식이 필요하다. 그러나, 상기 제1 양태는, 처리되는 유출물 스트림 내의 기체 제거를 위한 작동 조건을 최적화하고 유출물 스트림을 처리할 때 존재하는 이산화탄소를 모니터링(monitoring)함으로써 바람직하지 않은 부산물을 감소시키는 것이 가능하다는 것을 인식한다. 따라서, 하나의 방법이 제공된다. 상기 방법은 처리 툴로부터의 유출물 스트림을 처리하는 저감 장치의 작동을 최적화하거나 조정하기 위한 것일 수 있다. 상기 방법은 저감 장치가 유출물 스트림을 처리할 때 생성되거나 존재하는 일산화탄소의 농도를 결정하거나 식별하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 생성되거나 존재하는 일산화탄소에 대응하여 저감 장치의 작동 또는 작동 파라미터를 조정 또는 변경하는 단계를 포함할 수 있다. 작동 파라미터를 조정하면 저감 장치의 작동이 조정된다. 이러한 방식에서, 저감 장치의 성능 또는 작동은, 생성되는 일산화탄소의 양에 대응하여 저감 장치의 작동 파라미터를 간단히 조정함으로써 제어되어, 조정되기 이전의 조건과 비교할 때 저감 장치 내에서 처리되는 화합물의 제거를 개선하는 동시에 바람직하지 않은 부산물을 줄이고 유출물 스트림의 내용물에 대한 사전 지식이 필요하지 않은 저감 장치 내 조건을 생성할 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 결정하는 단계는 저감 장치의 배기 가스에 존재하는 일산화탄소의 농도를 측정하는 것을 포함한다. 따라서, 처리된 유출물 스트림을 함유하는 저감 장치의 배기 가스에 존재하는 일산화탄소의 양이 측정될 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 결정하는 단계는 적외선 분광계로 일산화탄소의 농도를 측정하는 것을 포함한다. 따라서, 일산화탄소는 오염이나 열화(deterioration)에 덜 취약하고 표적 분석 물질(analyte)에 대한 특이성이 높은 적외선 분광법에 의해 측정될 수 있다. 적외선 센서는 반응이 빠르고 분석 물질이 포화되면 빠르게 회복된다.
일 실시양태에서, 상기 작동 파라미터는 연료/산화제 비율을 포함한다. 따라서, 저감 장치에 공급되는 산화제에 대한 연료의 양은 일산화탄소의 농도에 대응하여 조정될 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 일산화탄소의 농도를 감소시키기 위해 연료/산화제 비율을 변경하는 것을 포함한다. 따라서, 산화제에 대한 연료의 양은 일산화탄소의 양을 감소시키기 위해 변경될 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 연료/산화제 비율을 변화시키는 것이 일산화탄소의 농도를 감소시키는지 여부를 결정하는 것, 및 감소시킨다면, 그 변화를 유지하는 것을 포함한다. 따라서, 산화제에 대한 연료량의 변화가 일산화탄소의 양을 감소시킨다면, 산화제에 대한 연료량의 변화는 유지된다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 일산화탄소의 농도를 증가시키는지 여부를 결정하는 것, 및 증가시킨다면, 그 변화를 역전시키는 것을 포함한다. 따라서, 산화제에 대한 연료량의 변화가 일산화탄소의 양을 증가시킨다면, 산화제에 대해 이루어졌던 연료량에 대한 변경은 폐기된다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 산화제의 공급을 변화시키는 것을 포함한다. 따라서, 저감 장치에 공급되는 산화제의 양을 변화시켜 공기에 대한 연료의 비율을 변경할 수 있다. 이는 연료 공급량이 일정하게 유지되어 한 성분만을 변경하여 조정이 이루어질 수 있도록 한다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 산화제의 공급을 증가시키는 것, 상기 일산화탄소의 농도가 증가하는지 여부를 결정하는 것, 및 증가한다면, 산화제의 공급을 감소시키는 것을 포함한다. 따라서, 산화제의 양이 증가될 수 있고 결과적으로 일산화탄소의 농도가 증가한다면 산화제의 양의 증가가 역전될 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 산화제의 공급을 감소시키는 것, 일산화탄소의 농도가 증가하는지 여부를 결정하는 것, 및 증가한다면, 산화제의 공급을 증가시키는 것을 포함한다. 따라서, 산화제의 양이 감소할 수 있고, 결과적으로 일산화탄소의 양이 증가한다면, 산화제 양의 감소가 역전될 수 있다.
상기 설명된 접근법은, 과량의 수소가 있는 유출물 스트림을 처리할 때 경험할 수 있는 것과 같이, 생성된 일산화탄소 양의 최소값을 식별하는 데 도움이 된다는 점이 이해될 것이다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 임계량(threshold amount) 쪽으로 일산화탄소의 농도를 감소시키는지 여부를 결정하는 것, 및 감소시킨다면, 그 변화를 유지하는 것을 포함한다. 따라서, 산화제에 대한 연료량의 변경이, 변경이 이루어지기 전보다, 생성된 일산화탄소의 양을 일산화탄소의 임계량에 더 가깝게 이동시킨다면, 그 변경이 유지될 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 임계량 미만으로 일산화탄소의 농도를 감소시키는지 여부를 결정하는 것, 및 감소시킨다면, 그 변화를 역전시키는 것을 포함한다. 따라서, 산화제에 대한 연료량의 변경이 일산화탄소의 양을 일산화탄소의 임계량 미만으로 떨어뜨린다면, 산화제에 대한 연료량의 변경은 폐기될 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 연료의 공급을 변화시키는 것을 포함한다. 따라서, 저감 장치에 공급되는 연료량이 변경될 수 있다. 이는 저감 장치로의 산화제 공급량이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 일산화탄소의 농도가 임계량을 초과하는지 여부를 결정하는 것, 및 초과한다면, 연료의 공급을 감소시키는 것을 포함한다. 따라서, 일산화탄소의 양이 일산화탄소의 임계량을 초과하는 것으로 결정된다면, 공급되는 연료량이 감소될 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 일산화탄소의 농도가 임계량 미만인지 여부를 결정하는 것, 및 미만이라면, 연료의 공급을 증가시키는 것을 포함한다. 따라서, 일산화탄소의 양이 일산화탄소의 임계량에 도달하지 못한 것으로 결정된다면, 저감 장치로의 연료 공급량이 증가될 수 있다.
상기 접근법은, 과량의 아산화질소로 유출물 스트림을 처리할 때 경험하게 될 것과 같이, 생성된 일산화탄소의 허용 가능한 목표량을 식별하는 데 도움이 된다는 것이 이해될 것이다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 산화제의 공급을 변화시키는 것을 포함한다. 따라서, 저감 장치에 공급되는 산화제의 양이 변경될 수 있다. 이는 저감 장치로의 연료 공급량이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 일산화탄소의 농도가 임계량을 초과하는지 여부를 결정하는 것, 및 초과한다면, 산화제의 공급을 감소시키는 것을 포함한다. 따라서, 일산화탄소의 양이 일산화탄소의 임계량을 초과하는 것으로 판단된다면, 공급되는 산화제의 양이 감소될 수 있다.
일 실시양태에서, 상기 조정하는 단계는 일산화탄소의 농도가 임계량 미만인지 여부를 결정하는 것, 및 미만이라면, 산화제의 공급을 증가시키는 것을 포함한다. 따라서, 일산화탄소의 양이 일산화탄소의 임계량에 도달하지 못하는 것으로 판단된다면, 저감 장치로의 산화제 공급량이 증가될 수 있다.
상기 접근법은, 과량의 TEOS가 있는 유출물 스트림을 처리할 때 경험할 수 있는 것과 같이, 생성된 일산화탄소의 허용 가능한 목표량을 식별하는 데 도움이 된다.
제2 양태에 따르면, 처리 툴로부터의 유출물 스트림을 처리하도록 구성된 저감 장치에서의 작동 조건을 조정하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 유출물 스트림을 처리할 때 저감 장치에 의해 생성된 일산화탄소의 농도를 결정하도록 구성된 센서; 및 일산화탄소의 농도에 대응하여 저감 장치의 작동 파라미터를 조정하도록 작동 가능한 제어기를 포함한다.
일 실시양태에서, 상기 센서는 저감 장치의 배기 가스에 존재하는 일산화탄소의 농도를 측정하도록 구성된다.
일 실시양태에서, 상기 센서는 적외선 분광계이다.
일 실시양태에서, 상기 작동 파라미터는 연료/산화제 비율을 포함한다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 일산화탄소의 농도를 감소시키기 위해 연료/산화제 비율을 변경하도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 일산화탄소의 농도를 감소시키는지 여부를 결정하고, 감소시킨다면, 그 변화를 유지하도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 일산화탄소의 농도를 증가시키는지 여부를 결정하고, 증가시킨다면, 그 변화를 역전시키도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 산화제의 공급을 변화시키도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 산화제의 공급을 증가시키고, 일산화탄소의 농도가 증가하는지 여부를 결정하고, 증가한다면, 산화제의 공급을 감소시키도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 산화제의 공급을 감소시키고, 일산화탄소의 농도가 증가하는지 여부를 결정하고, 증가한다면, 산화제의 공급을 증가시키도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 임계량 쪽으로 일산화탄소의 농도를 감소시키는지 여부를 결정하고, 감소시킨다면, 그 변화를 유지하도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 일산화탄소의 농도를 임계량 미만으로 감소시키는지 여부를 결정하고, 감소시킨다면, 그 변화를 역전시키도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 연료의 공급을 변화시키도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 일산화탄소의 농도가 임계량을 초과하는지 여부를 결정하고, 초과한다면, 연료의 공급을 감소시키도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 일산화탄소의 농도가 임계량 미만인지 여부를 결정하고, 미만이라면, 연료의 공급을 증가시키도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 산화제의 공급을 변화시키도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 일산화탄소의 농도가 임계량을 초과하는지 여부를 결정하고, 초과한다면, 산화제의 공급을 감소시키도록 작동 가능하다.
일 실시양태에서, 상기 제어기는 일산화탄소의 농도가 임계량 미만인지 여부를 결정하고, 미만이라면, 산화제의 공급을 증가시키도록 작동 가능하다.
추가의 특정하고 바람직한 양태는 첨부된 독립항 및 종속항에 설명되어 있다. 종속항의 특징은 적절하게 독립항의 특징과 결합될 수 있고, 청구항에 명시적으로 설명된 것과 다른 조합으로 결합될 수 있다.
장치 특징이 기능을 제공하도록 작동 가능한 것으로 설명되는 경우, 이것은 그 기능을 제공하거나 그 기능을 제공하도록 조정되거나 구성된 장치 특징을 포함한다는 것을 이해할 것이다.
이제 본 발명의 실시양태가 첨부 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이다.
도 1은 일 실시양태에 따른 내측 점화식(inwardly fired) 연소 저감 장치를 도시한다.
도 2는, 동축 동심(coaxial concentric) 공기 유입구(inlet)를 통한 500 slm의 공기 및 각 중앙 랜스(lance) 추가 포트를 통한 40 slm의 공기를 사용한 200 slm의 N2 내의 H2 유량에 대한, 배기 가스 내 CO, H2(O2와 동일한 규모로 맞추기 위해 10을 곱함) 및 O2 함량을 보여주는 그래프이다.
도 3은, NH3와 H2의 혼합물에 대한, 동축 동심 공기 유입구 및 중앙 랜스 추가 포트를 통한 다양한 양의 공기에 대한 배기 가스 내 CO를 보여주는 그래프이다.
도 4는, 배기 가스 내 CO를 최소화하도록 제어되는 동축 동심 공기 유입구를 통해 공기가 첨가되는, 200 slm의 N2 내의 H2 유량에 대한, 배기 가스 내 CO, H2(O2와 동일한 규모로 맞추기 위해 10을 곱함) 및 O2 함량을 보여주는 그래프이다.
도 5는, 다양한 작동 조건에 대한, 배기 가스 내 CO를 최소화하는 데 필요한 공기 유량을 보여주는 그래프이다.
도 6은, CO 배출량 모니터링(monitoring)에 의한 H2/NH3 혼합물 저감을 위한 최적화된 공기 유량 제어를 위한 개략적인 흐름도이다.
도 7은, 중앙 랜스 첨가 포트를 통해 첨가된 다양한 양의 CH4에 대한, 유출물 스트림 유입구에서의 N2O(200 slm의 N2로 희석됨)에 대한 배기 가스 내 CO를 보여주는 그래프이다.
도 8은, 도 6에 도시된 조건에 대한, NOx(NO + NO2)로 전환된 N2O의 전환율을 보여주는 그래프이다(점선은 배기 가스 내 CO가 200 ppm인 영역을 나타냄).
도 9는 도 6에 도시된 조건에 대한 N2O의 제거 효율(destruction rate efficiency)(DRE)을 보여주는 그래프이다(점선은 배기 가스 내 CO가 200 ppm인 영역을 나타냄).
도 10은, 공급된 N2O의 양에 대한, 배기 가스에서 200 ppm의 CO를 달성하는 데 필요한 CH4의 양과 상응하는 N2O의 DRE를 보여주는 그래프이다.
도 11은 CO 배출량 모니터링에 의한 N2O 저감을 위한 최적화된 연료 분사 제어를 위한 개략적인 흐름도이다.
도 12는, 300 slm의 노즐 상의 질소 부하(loading)에 대한, 산소 주입 및 동심 메탄 유량의 함수로서의 메탄 및 산화 질소 방출량을 보여주는 그래프이다.
도 13은 최소 CH4 주입 유량 대 질소 부하를 보여주는 그래프이다.
도 14는, 600 slm N2, 34 slm CH4 및 80 내지 120 slm O2에 대한, TEOS 유량의 함수로서의 배기 가스 내 일산화탄소 및 이산화탄소 농도를 보여주는 그래프이다.
도 15는, 노즐로 향하는 200 및 300 slm의 N2에서, TEOS로부터 배기 가스 내 100 ppm의 CO를 생성하는 데 필요한 산소 주입의 제한을 보여주는 그래프이다.
도 16은 CO 배출량 모니터링에 의한 TEOS 저감을 위한 최적화된 연료 분사 제어를 위한 개략적인 흐름도이다.
실시양태를 더 상세히 논의하기 전에, 먼저 개요가 제공될 것이다. 실시양태는, 유출물 스트림 처리 동안 저감 장치에 의해 생성된 일산화탄소의 양을 측정함으로써, 생성되는 바람직하지 않은 부산물의 불리한 양을 유발하지 않으면서, 처리 툴로부터의 유출물 스트림에 존재하는 기체의 개선된 처리를 제공하도록 저감 장치 내의 작동 조건을 제어하는 기술을 제공한다. 이는 유출물 스트림에 존재하는 화합물에 대한 선 지식 없이도 저감 장치의 성능을 개선시킬 수 있다. 특히, 가연성 기체 예컨대 수소 및 수소/암모니아 혼합물의 제어된 연소 또는 산화 기체 예컨대 아산화질소 또는 TEOS의 제거를 위한 저감 장치의 성능은, 상기 장치의 배기 가스 내의 일산화탄소 농도에 특정한 기체 센서를 사용하여 모니터링된다. 보조 산화제(예를 들어, 공기 또는 산소) 또는 연료(예를 들어, 수소, 메탄 또는 프로판)의 첨가에 대한 일산화탄소 농도의 반응(response)은, 바람직하지 않은 부산물(예컨대 산화질소 및 이산화질소)을 최소화하면서 처리되는 기체 제거를 위한 최적 조건을 유도하는 데 사용된다. 이 방법은 제거될 표적 기체의 양에 대한 사전 지식을 필요로 하지 않고 대신 저감 장치의 작동 파라미터를 조정하는 것에 의존한다.
기존의 연소 저감 장치는 반도체 장치 제조에 사용되는 다양한 기체를 제거시키는 것으로 잘 알려져 있다. 가연성 기체 예컨대 수소 및 수소/암모니아 혼합물의 저감은 완전 연소를 위해 공기와 같은 산소 공급원의 공급을 필요로 한다. 마찬가지로, 아산화질소와 같은 산화 기체는 (예를 들면) 아산화질소를 질소로 환원시키기 위해 메탄과 같은 연료의 제공을 필요로 한다. 아산화질소의 경우, 연료 기체를 잘못 첨가하면 산화질소 및 이산화질소(총칭하여 NOx)가 원치 않게 생성될 수 있다. 배기 가스 내의 저감되지 않은 표적 기체의 허용된 수준은 배기 가스 내의 절대 농도(즉, 가연성 한계 미만), 배출 유량(단위 시간당 질량) 또는 상대적 제거 효율(DRE)에 대해 제한될 수 있다. 부산물 유출량도 일정 수준 이하로 요구될 수 있다. 최소한의 자원을 사용하면서 이러한 제한을 충족하거나 초과하는 것이 저감 장치의 목적이다.
일부 경우에는 디지털 또는 아날로그 수단을 통해 저감될 기체 농도를 저감 장치에 전달하는 것이 가능하다. 이러한 방식에서 저감 장치의 작동은 사용된 자원의 관점에서 최적화될 수 있다. 다른 상황에서는 비용, 장소 인프라 또는 기타 상업적 이유로 인해 이 작동을 수행하는 것이 불가능할 수 있다. 실시양태는 성능을 모니터링하고 개별적으로 작동 파라미터를 조정하고자 한다.
저감 장치
도 1은 일 실시양태에 따른 내측 점화식 연소 저감 장치(10)를 도시한다. 저감 장치(10)는 탄화수소 연료(일반적으로 메탄 또는 프로판)/공기 혼합물이 공급되는 내측 점화식 유공성 버너(20)를 포함하며, 상기 혼합물은, 노즐(50)에서 끝나는 유입구 배관(pipework)(40)에 의해 버너의 코어(core)에서 연소 챔버(30)로 도입되는 유출물 스트림 내의 표적 화합물의 화학적 제거를 위한 고온 구역 및 점화 공급원을 제공한다. 일반적으로, 제어기(120)의 제어 하에서 유공성 버너(20)에 공급하기 위해, 연료가 연료 유입구(100)에서 플레넘(plenum)(90)으로 공급된다.
처리될 이러한 화합물의 제거를 돕기 위해, 제어기(120)의 제어 하에서 공급되는 연료 기체 또는 산화제의 도입에 사용되는 중앙 랜스(60) 또는 동축 애뉼러스(annulus)(70)로서 위치하는 보조 포트가 노즐(50)에 제공된다. 전형적으로, 제어기(120)의 제어 하에서 동축 애뉼러스(70)에 공급하기 위해, 연료/산화제 혼합물은 중앙 랜스(60) 및 연료/산화제 유입구(110)를 통해 플레넘(90)으로 공급된다.
연소 챔버(30)로부터의 배기 가스 내의 CO 농도를 측정하는 적외선 분광계(130)가 제공된다.
물 위어(water weir) 및 ??치 섹션(quench section)(미도시)이 배기 가스 냉각을 위한 연소 챔버(30)의 하류(downstream)에 제공될 뿐만 아니라 수용성 기체의 흡수를 위한 충전탑(packed tower)(미도시)도 제공된다.
저감 - 수소 또는 수소/암모니아 혼합물
수소 또는 수소/암모니아 혼합물과 같은 가연성 기체의 저감은 이러한 물질의 완전한 연소를 위한 충분한 산소를 제공하도록 노즐(50) 주위에 공기를 첨가함으로써 촉진될 수 있다. 공기가 부족한 경우, 연소 챔버(30)는 산소가 부족해지고 저감 장치(10)의 배기 가스는 연료의 불완전 연소 생성물을 함유한다. 과량의 공기가 있는 경우, 다공성 버너(20)는 연료의 연소가 ??칭되고(quenched) 다시 연료의 불완전 연소 생성물이 배기 가스에서 보이는 지점까지 냉각된다. 공기의 극단적인 공급 부족 또는 과잉 공급의 경우, 연소되지 않은 수소가 배기 가스에서 감지된다. 암모니아의 경우, 연소되지 않은 기체는 대부분 버너 조립체(assembly) 하류의 물-세척식 충전탑에서 용해되지만 일부는 배기 가스로도 유출된다.
그 예가 도 2에 나타나 있으며, 도 2에서는, 500 slm의 공기가 노즐(70) 주위에 공급되는 동안, 수소의 유량(200 slm의 질소로 희석됨)이 400 slm까지 증가한다. 추가로 40 slm의 압축되고 건조된 공기가 각 노즐(70)의 중앙에 위치한 랜스(60)에 공급되었다. 배기 스트림 내의 일산화탄소(CO), 수소 및 산소의 농도가 도시되어 있다. 산소 농도는 수소가 첨가되면 단조롭게 떨어지지만, CO 농도는, 수소가 완전히 제거되는 공기 유량 영역에 해당하는 최저 수준의 CO를 갖는 U자형 곡선을 나타낸다. 수소와 산소의 농도는 전기화학 전지(cells)로 측정한 반면, CO 농도는 적외선 분광기(130)를 사용하여 적외선 분광법으로 측정했다. 전기화학 전지는 오염, 교차 감응(cross sensitivity) 및 열화되기 쉬운 반면, 적외선 분광기는 매우 선택성으로 될 수 있고 오염 또는 열화로부터 보호될 수 있다. CO는 펠리스터(pellistor) 센서로 측정할 수 있지만, 이는 다른 가연성 기체의 존재에 대해 교차 감응성이고 산소 가용성이 제한된 환경에서는 신뢰성있게 측정되지 않는다. 적외선 센서는 또한 응답 시간이 빠르며 포화 문제가 발생하지 않는다.
동일한 경향이 도 3에 나타나 있으며, 도 3에는, 200 slm의 질소 내의 수소 및 증가하는 암모니아 양의 상이한 혼합물에 대해, 유입구 노즐 주위에 추가된 공기의 양에 관한 배기 가스의 CO 농도가 플롯팅(plotting)되어 있다. 역시, CO 유출량은, 최적 저감 성능과 일치하는 최소값을 갖는 U자형 프로파일(profile)을 따른다.
도 4는 첨가되는 수소량 증가에 대한 유출량을 나타내며, 이때 첨가되는 공기의 양은, 제어기(120)의 제어 하에서 연소 챔버(30)로 공급되는 공기의 양을 제어하는 공기 유량 제어기와 적외선 분광계(130) 사이의 피드백 루프(feedback loop)를 통해 배기 가스 내의 CO 농도를 최소화하도록 제어된다. 200 slm 미만의 수소에서, 공기의 양은 400 slm의 기본 수준에서 제어되지 않았음에 유의한다. CO를 최소화하는 것은 배기 가스 내에서 일정한 수준의 산소를 유지하는 보조 효과가 있다. 상기 설명한 이유 때문에 O2보다 CO를 모니터링하는 것이 훨씬 쉽다.
도 5는, 도 3 내지 5에서 상이한 양의 수소 또는 수소와 암모니아에 대해 첨가된 공기 유량을 나타낸다(연소에 필요한 산소를 계산하기 위해 암모니아 1분자는 수소 1과1/2 분자로서 처리됨). 400 slm 공기의 하한선을 초과하는 지점에서, CO 유출량을 최소화하기 위해 첨가된 공기와 유사한 경향이 나타나고, 이는 이것이 이러한 기체 혼합물의 최적의 제거를 위한 피드백 제어의 실행 가능한 수단임을 보여준다.
저감 최적화 - 수소 또는 수소/암모니아 혼합물
도 6은 수소 또는 수소/암모니아 혼합물을 함유하는 유출물 스트림을 처리하기 위해 연소 챔버(30) 내의 작동 조건을 최적화할 때, 제어기(120)에 의해 수행되는 주요 단계를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
단계 S1에서, 유출물 스트림은 연소 챔버(30) 내에서 처리되고, 제어기(30)는 디폴트(default) 또는 미리 설정된 양의 연료 및 산화제(이 예에서는 공기)를 제공한다. 그 후 처리는 단계 S2로 진행된다.
단계 S2에서는, 적외선 분광기(130)에 의해 배기 가스 내의 CO의 양이 결정된다. 그 후 처리는 단계 S3으로 진행된다.
단계 S3에서, 제어기(130)는 연료/H2/NH3에 대한 산화제의 비율을 증가시킨다. 이 예에서, 이는 연소 챔버(30)에 공급되는 공기의 양을 증가시킴으로써 수행된다. 그 후 처리는 단계 S4로 진행된다.
단계 S4에서, 제어기(130)는 적외선 분광기(130)로 측정된 배기 가스 내 CO의 양이 증가하는지 여부를 결정한다. CO량이 감소하면, 처리는 단계 S3으로 되돌아간다. CO량이 증가하면, 처리는 단계 S5로 진행된다.
단계 S5에서, 제어기(130)는 연료/H2/NH3에 대한 산화제의 비율을 감소시킨다. 이 예에서, 이는 연소 챔버(30)에 공급되는 공기량을 감소시킴으로써 수행된다. 그 후 처리는 단계 S6으로 진행된다.
단계 S6에서, 제어기(130)는 적외선 분광기(130)로 측정된 배기 가스 내 CO의 양이 감소하는지 여부를 결정한다. CO량이 감소하면, 처리는 단계 S3으로 되돌아간다. CO량이 증가하면, 처리는 단계 S5로 진행된다.
상기 언급한 바와 같이 그리고 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 접근법을 통해 연소 챔버(30)의 작동 조건이 배기 가스에 존재하는 CO의 양을 최소화하는 예시된 곡선을 따르도록 조정될 수 있으며, 이는 H2/NH3 혼합물의 저감을 최적화하고 배기 가스 내에 존재하는 H2의 양을 감소시킨다. 다른 실시양태에서, 조정 알고리즘이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
저감 - 아산화질소
이 접근법의 또 다른 실시양태는, 200 slm의 질소로 희석된 아산화질소(N2O)의 제거에 대해 도 7에 나와 있다. N2O는 노즐(50) 중앙에 있는 랜스(60)를 통해 유입 유동에 첨가되는 메탄(CH4)과 같은 연료와의 반응에 의해 질소로 환원될 수 있다. 바람직하지 않은 부반응(side reaction)은 또한 부산물로서 질소 산화물(총괄적 용어 “NOx”로 함께 그룹화된 산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2))을 생성할 수 있다. 그래프는 랜스(60)에 첨가된 다양한 양의 CH4에서의 CO의 감소를 보여준다. N2O에 비해 과도한 CH4는 다시 불완전한 산화를 초래하고 CO를 생성한다. 바람직한 수준인 배기 가스 내 CO 200ppm에서 그래프를 가로질러 점선이 그려져 있다. 메탄 유량 제어기(미도시)를 제어하는 제어기(120)를 사용하는 피드백 루프와 함께 배기 가스 내에서 적외선 분광계(120)를 사용함으로써, NOx의 형성을 최적화하고 N2O의 제거를 최대화하기 위해, 배기 가스 내에 존재할 CO 수준을 선택하는 것이 가능하다.
첨가된 CH4의 상이한 양에 대한, N2O의 제거로 인한 NOx의 수율이 도 8에 나와 있다. 이 원치 않는 부산물의 수율은 N2O 유량 및 주입 유량에 따라 달라지고 그래프 상의 점선은 CO 배기 가스 농도가 200ppm일 때의 NOx 수율을 나타낸다.
도 9는 상이한 양의 첨가된 연료에 대한 N2O의 제거 효율(DRE)을 보여준다. 점선은 배기 가스 내 200ppm의 CO를 달성하기에 충분한 CH4를 첨가한 결과로서의 DRE를 보여준다. 따라서, N2O의 효과적인 제거 및 NOx 생성 사이에 좋은 절충안이 있는 조건을 찾을 수 있다. 배기 가스 내 CO의 다른 목표 농도는 이러한 파라미터의 상대적 중요도에 따라 선택될 수 있다 (예를 들어, 낮은 NOx 대 낮은 CO).
도 10은, 배기 가스 내 200ppm CO 및 N2O의 DRE를 달성하는 데 필요한 첨가된 CH4의 변화를 보여준다. 이전 실시양태와 마찬가지로, 이는, 저감을 최적화하기 위해, 첨가된 반응 기체의 피드백 제어에 CO 센서를 사용할 실행 가능성을 보여준다.
저감 최적화 - 아산화질소
도 11은, 아산화질소 혼합물을 함유하는 유출물 스트림을 처리하기 위해 연소 챔버(30) 내의 작동 조건을 최적화할 때, 제어기(120)에 의해 수행되는 주요 단계를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
단계 S10에서, 유출물 스트림은 연소 챔버(30) 내에서 처리되고, 제어기(30)는 디폴트 또는 미리 설정된 양의 연료 및 산화제(이 예에서는 공기)를 제공한다. 그 후 처리는 단계 S11로 진행된다.
단계 S11에서, 배기 가스 내 CO의 양이 적외선 분광기(130)로 결정된다. 그 후 처리는 단계 S12로 진행된다.
단계 S12에서, 제어기(120)는 적외선 분광기(130)에서 측정된 배기 가스 내 CO의 양이 임계값을 초과하는지 여부를 결정한다. 이 예에서, 상기 임계값은 200ppm이지만, 다른 임계값이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 배기 가스 내 CO의 양이 임계값보다 높으면, 처리는 단계 S13으로 진행된다. 배기 가스 내 CO양이 임계값보다 높지 않으면, 처리는 단계 S14로 진행된다.
단계 S13에서, 제어기(120)는 산화제(이 예에서는 N2O)에 대한 연료의 비율을 감소시킨다. 이 예에서, 이는 연소 챔버(30)에 공급되는 연료의 양을 감소시킴으로써 수행된다. 그 후 처리는 단계 S12로 되돌아간다.
단계 S14에서, 제어기(120)는 산화제(이 예에서 N2O)에 대한 연료의 비율을 증가시킨다. 이 예에서, 이는 연소 챔버(30)에 공급되는 연료의 양을 증가시킴으로써 수행된다. 그 후 처리는 단계 S12로 되돌아간다.
상기 언급한 바와 같이 그리고 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 접근법을 통해 연소 챔버(30)의 작동 조건은 배기 가스에 존재하는 CO의 양을 임계량 아래로 감소시키기 위해 예시된 곡선을 따르도록 조정될 수 있으며, 이는 최적화 N2O 혼합물의 감소를 최적화한다. 다른 실시양태에서, 조정 알고리즘이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
저감 - TEOS
일 실시양태는 배기 가스 센서를 사용하여 테트라에틸 오르토실리케이트 저감을 최적화하는 방법을 제공한다. TEOS의 불완전한 저감의 선행 지표는 일산화탄소의 형성이다. 적절한 센서를 사용하여(예를 들어, 적외선 분광계(130)를 사용하는 적외선 분광법에 의해) 배기 가스 내 CO 농도를 모니터링하고 따라서 바람직한 양을 달성하기 위해 첨가되는 산소가 조정된다.
많은 반도체 제조 업체는 압력 스윙 흡착기(pressure swing absorber)를 사용하여 공기에서 산소를 추출하고 그 결과 순도는 일반적으로 90 내지 95%이다. 이상적으로는 이를 모니터링하고 이에 따라 주입 유량을 조정하는 데 사용할 수 있다. 이는 정확하게 적절한 시점에 수행하기 어려우며, 따라서, 배기 가스 내의 CO 제한 값을 달성하기 위해 주입 유량을 조정하는 전략이 미지 순도의 산소를 이용할 수 있다.
공식적으로 테트라에톡시실란으로 명명되고 TEOS로 약칭되는 테트라에틸 오르토실리케이트는 화학식 Si(OC2H5)4의 화합물이다. TEOS는 물에서 분해되는 무색의 휘발성 액체이다. TEOS는 오르토규산(orthosilicic acid)의 에틸 에스테르인 Si(OH)4이다. TEOS는 웨이퍼(wafer)에 이산화규소 코팅을 침착(deposition)하기 위해 반도체 제조에 널리 사용되는 가장 일반적인 규소 알콕사이드이다.
TEOS는 메틸-에스테르 유사체 Si(OCH3)4에 비해 독성이 낮지만 환경으로의 방출은 바람직하지 않다. TEOS는 물에 의해 수화된 실리카 및 에탄올로 쉽게 가수분해되지만 이는 거품을 생성하는 경향이 있으므로 TEOS의 습식 스크러빙(wet scrubbing)은 권장되지 않는다.
TEOS는 하기 식에 따라 인화될 수 있다:
Si(C2H5O)4 + 12 O2 = SiO2 + 8 CO2 + 10 H2O.
실제로 TEOS는 점화시키기 어렵고 화염과 같은 점화원이 필요하고 일반적으로 연소 전에 산소와 혼합된다. 산소가 부족하면 불완전 연소가 발생하여 연소기의 배수 탱크에 거품이 발생한다. 과도한 산소는 자원 낭비이다. 종종 저감 장치에 공급되는 산소의 순도는 알 수가 없어서, 적절한 산소 유량을 설정하기 위해 유입되는 TEOS 유량을 미리 아는 것만으로는 충분하지 않다. 실시양태들은 최적의 산소 첨가율을 추론하는 방법을 제공한다.
도 12는 노즐(50)을 둘러싸고 있는 동심 메탄 연료 함수로서의 메탄(CH4) 및 NOx 유출량의 플롯이다. 이 단계에서 TEOS는 사용되지 않으며, NOx가 배기 가스에 나타나는 지점을 사용하여, 이러한 조건에서 안정적인 화염을 형성하기에 충분한, 노즐(50)을 둘러싸는 메탄 최소량을 설정한다. 이는 도 13과 같이 노즐 질소 부하량의 함수이다. 선형 관계는 음의 절편(negative intercept)을 나타내고 있으나, 필요한 연료가 낮은 수준에서 정체될 가능성이 있다. 이를 통해, 작동 파라미터에 맞게 동심 메탄 유량을 설정할 수 있다.
노즐(50) 주위의 화염을 안정화하는 데 필요한 메탄을 설정하면, TEOS를 저감시키는 데 필요한 산소의 양을 고려할 수 있다. (600 slm N2 및 증가하는 TEOS에 대한) 도 14에 제시된 데이터를 이용하면, 배기 가스 내 100ppm의 임의의(목표 임계값) CO 수준을 사용하여, 세 가지 상이한 양의 O2에서 저감을 위한 제한 용량을 정의할 수 있다. 상이한 노즐 질소 부하량에 대한 이러한 한계는 도 15에 나와 있다.
유속당 3개의 지점뿐이지만, 300 slm 및 600 slm 결과는 모두 직선 상에 있는 것으로 보이며, 각 경우의 기울기는 TEOS 1g당 1.19 및 1.11 리터 O2이다. TEOS의 완전 연소에 대한 화학량론적 공식은 앞서 주어진 바와 같다. 따라서 1몰(mol)의 TEO에는 12몰의 O2가 필요하다. TEOS의 분자량은 208.33g/몰이므로 1g의 TEO에는 12 x 22.4/208.33 리터의 산소가 필요하다. 이는 TEOS 1g당 1.29 리터로 도 15의 직선 기울기에 가깝다.
따라서 질소 내 TEOS 저감을 위한 파라미터 세트를 정의할 수 있다:
CH4(동심)(slm) = 0.064 노즐 N2(slm) - 5.2
O2(랜스)(slm) = 1.15 TEOS(g/분(min)) + (노즐 N2(slm))/10 - 15
실제로, 질소 유량이 알려져 있고 안정적이지만, TEOS 유량은 종종 알려져 있지 않고 또한 산소는 순도 100% 미만으로만 저감 장치에 이용 가능하다. 이를 극복하기 위해, 배기 가스 내 CO가 원하는 임계량에 도달할 때까지 설정 지점을 간단히 조정하여 적절한 수준의 산소 유량을 유도하는 데 일산화탄소 센서(예를 들어, 적외선 분광계(130))가 사용된다.
저감 최적화 - TEOS
도 16은 TEOS 혼합물을 함유하는 유출물 스트림을 처리하기 위해 연소 챔버(30) 내의 작동 조건을 최적화할 때, 제어기(120)에 의해 수행되는 주요 단계를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
단계 S20에서, 유출물 스트림은 연소 챔버(30) 내에서 처리되며, 제어기(30)는 디폴트 또는 미리 설정된 양의 연료 및 산화제(이 예에서는 산소)를 제공한다. 그 후 처리는 단계 S21로 진행된다.
단계 S21에서는, 적외선 분광기(130)로 배기 가스 내 CO의 양을 결정한다. 그 후 처리는 단계 S22로 진행된다.
단계 S22에서, 제어기(120)는 적외선 분광기(130)로 측정된 배기 가스 내 CO의 양이 임계값을 초과하는지 여부를 결정한다. 이 예에서, 임계값은 100ppm이지만, 다른 임계값이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 배기 가스 내 CO의 양이 임계값보다 높으면, 처리는 단계 S23으로 진행된다. 배기 가스의 CO량이 임계값보다 높지 않다면, 처리는 단계 S24로 진행된다.
단계 S23에서, 제어기(120)는 연료에 대한 산화제의 비율을 증가시킨다. 이 예에서, 이는 연소 챔버(30)에 공급되는 산소의 양을 증가시킴으로써 수행된다. 그 후 처리는 단계 S22로 되돌아간다.
단계 S24에서, 제어기(130)는 연료에 대한 산화제의 비율을 감소시킨다. 이 예에서, 이는 연소 챔버(30)에 공급되는 산소의 양을 감소시킴으로써 수행된다. 그 후 처리는 단계 S22로 되돌아간다.
상기 언급한 바와 같이 그리고 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 접근법을 통해 연소 챔버(30)의 작동 조건은 배기 가스에 존재하는 CO의 양을 임계량 미만으로 감소시키기 위해 예시된 곡선을 따르도록 조정될 수 있으며, 이는 최적화 TEOS 혼합물의 저감을 최적화한다. 다른 예에서, 조정 알고리즘이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
따라서, 실시양태는 첨가된 산화제 또는 첨가된 연료의 제어를 위해 CO에 특정한 센서를 사용하며, CO는 불완전 연소의 부산물에 해당한다. N2O 저감의 경우, 실시양태는 CO 수준을 사용하여 DRE와 NOx 수율 사이의 절충안을 달성한다.
본 발명의 예시적인 실시양태가 본 명세서에 상세하게 개시되어 있지만, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명이 정확한 실시양태에 한정되지 않고 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 다양한 변경 및 수정이 수행될 수 있음이 이해된다.
10: 저감 장치
20: 다공성 버너
30: 연소 챔버
40: 유입구 배관
50: 노즐
60: 중앙 랜스
70: 동축 애뉼러스
80, 90: 플레넘
100: 연료 유입구
110: 연료/산화제 유입구
120: 제어기
130: 적외선 분광계

Claims (16)

  1. 반도체 처리 툴(tool)로부터의 유출물 스트림(effluent stream)을 처리하도록 구성된 저감(abatement) 장치에서의 작동 조건을 최적화하는 방법으로서,
    상기 유출물 스트림을 처리할 때 상기 저감 장치에 의해 생성된 일산화탄소의 농도를 결정하는 단계; 및
    상기 일산화탄소의 농도에 대응(response)하여 상기 저감 장치의 작동 파라미터(parameter)를 조정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결정하는 단계가 상기 저감 장치의 배기 가스에 존재하는 상기 일산화탄소의 농도를 측정하는 것을 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 결정하는 단계가 적외선 분광계로 상기 일산화탄소의 농도를 측정하는 것을 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 작동 파라미터가 연료/산화제 비율을 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가 상기 일산화탄소의 농도를 감소시키기 위해 상기 연료/산화제 비율을 변경하는 것을 포함하는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가, 상기 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 상기 일산화탄소의 농도를 감소시키는지 여부를 결정하는 것, 및 감소시킨다면, 그 변화를 유지하는 것을 포함하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가, 상기 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 상기 일산화탄소의 농도를 증가시키는지 여부를 결정하는 것, 및 증가시킨다면, 그 변화를 역전시키는 것을 포함하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가 상기 산화제의 공급을 변화시키는 것을 포함하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가, 상기 산화제의 공급을 증가시키는 것, 상기 일산화탄소의 농도가 증가하는지 여부를 결정하는 것, 및 증가한다면, 상기 산화제의 공급을 감소시키는 것을 포함하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가, 상기 산화제의 공급을 감소시키는 것, 상기 일산화탄소의 농도가 증가하는지 여부를 결정하는 것, 및 증가한다면, 상기 산화제의 공급을 증가시키는 것을 포함하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가, 상기 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 임계량(threshold amount) 쪽으로 상기 일산화탄소의 농도를 감소시키는지 여부를 결정하는 것, 및 감소시킨다면, 그 변화를 유지하는 것을 포함하는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가, 상기 연료/산화제 비율을 변경하는 것이 임계량 미만으로 상기 일산화탄소의 농도를 감소시키는지 여부를 결정하는 것, 및 감소시킨다면, 그 변화를 역전시키는 것을 포함하는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가 상기 연료의 공급을 변화시키는 것을 포함하는, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가, 상기 일산화탄소의 농도가 상기 임계량을 초과하는지 여부를 결정하는 것, 및 초과한다면, 상기 연료의 공급을 감소시키는 것을 포함하는, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정하는 단계가, 상기 일산화탄소의 농도가 상기 임계량 미만인지 여부를 결정하는 것, 및 미만이라면, 상기 연료의 공급을 증가시키는 것을 포함하는, 방법.
  16. 반도체 처리 툴로부터의 유출물 스트림을 처리하도록 구성된 저감 장치에서의 작동 조건을 최적화/조정하기 위한 장치로서,
    상기 유출물 스트림을 처리할 때 상기 저감 장치에 의해 생성된 일산화탄소의 농도를 결정하도록 구성된 센서; 및
    상기 일산화탄소의 농도에 대응하여 상기 저감 장치의 작동 파라미터를 조정하도록 작동 가능한 제어기를 포함하는 장치.
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US5518705A (en) * 1994-08-22 1996-05-21 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for the two-stage selective oxidation of carbon monoxide in a hydrogen-containing gas mixture
GB9608061D0 (en) 1996-04-16 1996-06-19 Boc Group Plc Removal of noxious substances from gas streams
US6499412B2 (en) * 2000-09-15 2002-12-31 Rohm And Haas Company Method of firebox temperature control for achieving carbon monoxide emission compliance in industrial furnaces with minimal energy consumption
GB0509163D0 (en) 2005-05-05 2005-06-15 Boc Group Plc Gas combustion apparatus
EP2300748B1 (de) * 2008-04-22 2016-10-26 Basf Se Verfahren zur regelung der zugabe eines zusatzbrennstoffs
DE102011114292A1 (de) * 2011-09-23 2013-03-28 Eisenmann Ag Thermische Nachverbrennungsanlage sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen
DE102017212322A1 (de) * 2017-07-19 2019-01-24 Thyssenkrupp Ag Verfahren und System zum Reinigen eines Gasstroms

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