燃焼状態監視装置及び燃焼状態監視方法
【課題】本発明は、異常発生の早期段階から操作者が燃焼状態の異常発生を把握できる燃焼状態監視装置及び燃焼状態監視方法を提供することを目的とする。
【解決手段】燃焼により発生する紫外線量を検出する紫外線量検出手段４０と、
前記紫外線量が正常値より低下したときに、低下量に応じて段階的にアラーム信号を発生させるアラーム信号発生手段５０と、を有することを特徴とする。
【解決手段】燃焼により発生する紫外線量を検出する紫外線量検出手段４０と、
前記紫外線量が正常値より低下したときに、低下量に応じて段階的にアラーム信号を発生させるアラーム信号発生手段５０と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼状態監視装置及び燃焼状態監視方法に関し、特に、紫外線量を検出して燃焼状態を監視する燃焼状態監視装置及び燃焼状態監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の拡散装置において、外部燃焼装置で酸素と水素とを燃焼させて水蒸気を生成させ、これを処理室に供給して半導体ウエハの表面に高純度の酸化膜を生成させるようにしたものが知られている。
【０００３】
かかる外部燃焼装置では、水素ガスが燃焼しているかどうかを検出するために炎センサを設け、炎センサにより水素火炎の紫外線を検知し、紫外線が検知されないときは、炎がないと判断し、エラー信号を本体コントローラに発して、装置の停止、或いは作業者に警告を発するなどの所要の手段を講ずるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−７８４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、炎センサにより紫外線がないと判断されたときには、エラー信号を発して装置の停止等の所要の手段を講じるため、判断基準となる紫外線量は、炎が無い状態の非常レベルに設定されていた。よって、炎が正常時よりも少ないが、燃焼自体は継続している、というレベルの異常が発生し始めた段階では、異常発生の燃焼状態を的確に把握することができず、炎が無くなったら突然に装置の停止等の所要の手段が講じられるという極端な対応しかできなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、炎が無くなるまでは行かないが、正常状態とは異なって何か異常が発生している、という段階で、操作者が燃焼状態の異常発生を把握できるようにし、異常発生の早期段階から適切な対応をとることを可能とする燃焼状態監視装置及び燃焼状態監視方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る燃焼状態監視装置（８０）は、燃焼により発生する紫外線量を検出する紫外線量検出手段（４０）と、
前記紫外線量が正常値より低下したときに、低下量に応じて段階的にアラーム信号を発生させるアラーム信号発生手段（５０）と、を有することを特徴とする。
【０００７】
これにより、燃焼状態に異常が発生したことを早期から段階的に知らせることができ、操作者は異常燃焼に対する適切な処置を行うことが可能となる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明に係る燃焼状態監視装置（８０）において、
前記アラーム信号発生手段（５０）は、複数段の下限基準値を有し、前記紫外線量が該下限基準値よりも低下したときに、各アラーム信号を発生させることを特徴とする。
【０００９】
これにより、紫外線量が複数の基準値よりも低下したときに、紫外線量が減少している、即ち燃焼が適切に行われていないことを各々の段階で検出することができ、段階的にアラーム信号を発生させることができる。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る燃焼状態監視装置（８０）において、
電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路（５１、５２、５３）を備え、
前記紫外線量検出手段（４０）は、前記紫外線量を電流に変換して検出し、
前記アラーム信号発生手段（５０）は、前記電流−電圧変換回路（５１、５２、５３）により変換された電圧値に基づいて前記アラーム信号を発生させることを特徴とする。
【００１１】
これにより、紫外線量で燃焼の有無を検知する従来の検出回路に流れる電流には影響を与えることなく、段階的にアラーム信号を発生させる機能を付加することができる。
【００１２】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る燃焼状態監視装置（８０）において、
前記アラーム信号に基づいてアラームを発するアラームユニット（７０）を更に有することを特徴とする。
【００１３】
これにより、段階的にアラームを発生させ、操作者に早期段階から異常燃焼発生を了知させることができる。
【００１４】
第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る燃焼状態監視装置（８０）において、
前記紫外線量の変化を表示する表示手段（６０）を更に有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、燃焼状態を視覚的に時間的変化の傾向を含めて把握することができ、きめ細かな燃焼状態の監視を行うことが可能となる。
【００１６】
第６の発明は、第１〜５のいずれかの発明に係る燃焼状態監視装置（８０）において、
前記紫外線量検出手段（４０）は、縦型拡散装置（１５０）の外部燃焼機構（１００）の燃焼ビン（１０）付近に備えられ、
前記外部燃焼機構（１５０）の燃焼状態を監視することを特徴とする。
【００１７】
これにより、半導体装置の製造工程に用いられる縦型拡散装置の外部燃焼機構における燃焼状態を監視することができ、半導体ウエハの酸化膜形成が適切に行われる燃焼状態であるか否かを監視することができ、製品歩留まりを向上させることができる。
【００１８】
第７の発明に係る燃焼状態監視方法は、燃焼により発生する紫外線量を検出する紫外線量検出工程と、
前記紫外線量が正常値より低下したときに、低下量に応じて段階的にアラーム信号を発生させるアラーム信号発生工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
これにより、異常発生の早期段階から異常燃焼を検出することができ、異常発生度合いに応じて適切な対応をとることが可能となる。
【００２０】
第８の発明は、第７の発明に係る燃焼状態監視方法において、
前記アラーム信号発生工程は、設定された複数の下限基準値よりも前記紫外線量が低下したときに、各アラーム信号を発生させることを特徴とする。
【００２１】
これにより、複数の基準値を設定し、紫外線量と燃焼状態との関係から、適切なタイミングでアラーム信号を発生させるような設定を行うことができる。
【００２２】
第９の発明は、第７又は第８の発明に係る燃焼状態監視方法において、
前記紫外線量検出工程は、紫外線量を電流に変換して検出する工程と、該電流を電圧に変換する電流−電圧変換工程を含み、
前記アラーム信号発生工程は、電圧値に変換された紫外線量を用いて、アラーム信号を発生させることを特徴とする。
【００２３】
これにより、紫外線量に基づいて炎の有無を検出する従来の検出回路に流れる電流には影響を与えないとともに、電圧値を用いて容易に判定処理を行うことができる。
【００２４】
第１０の発明は、第７〜９のいずれかの発明に係る燃焼状態監視方法において、
前記アラーム信号に基づいてアラームを発するアラーム発生工程を更に有することを特徴とする。
【００２５】
これにより、燃焼異常が発生した早期段階から操作者に燃焼異常を了知させることができ、異常の程度に応じて適切な処置をとることが可能となる。
【００２６】
第１１の発明は、第７〜１０のいずれかの発明に係る燃焼状態監視方法において、
前記紫外線量の変化を表示する紫外線量表示工程を更に含むことを特徴とする。
【００２７】
これにより、紫外線量の変化を視覚的に把握することができ、時間的経過の傾向も踏まえて適切な処置を行うことが可能となる。
【００２８】
第１２の発明は、第７〜１１のいずれかの発明に係る燃焼状態監視方法において、
前記紫外線量検出工程は、縦型拡散装置（１５０）の外部燃焼機構（１００）の燃焼ビン（１０）内の燃焼について行い、
前記外部燃焼機構（１００）の燃焼状態を監視することを特徴とする。
【００２９】
これにより、半導体製造プロセスの酸化膜形成工程において、適切な燃焼状態で半導体ウエハ上に高純度の酸化膜を形成することが可能となり、製品の品質向上及び製品歩留まりの向上に寄与することができる。
【００３０】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、燃焼状態の異常発生を早期から異常度合いに応じて認識でき、適切な対応をとることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００３３】
図１は、本発明を適用した実施例に係る燃焼状態監視装置８０を、半導体製造装置の縦型拡散装置１５０に適用した例を示した全体構成図である。図１において、縦型拡散装置１５０は、外部燃焼機構１００と、処理室１１０とを備える。
【００３４】
処理室１１０は、半導体ウエハＷに高純度の酸化膜を形成する処理を行う収容室である。半導体ウエハＷは、ウエハポート１２０に複数枚が載置され、半導体ウエハＷを保持したウエハポート１２０が処理室１１０内に収容され、外部燃焼機構１００から接続部１５を介して高純度の水蒸気が供給されることにより、表面に酸化膜が形成される。
【００３５】
外部燃焼機構１００は、処理室に水蒸気を供給するための加熱・燃焼手段である。外部燃焼機構１００は、燃焼ビン１０と、バーナー２０と、ランプ３０とを備える。燃焼ビン１０は、燃焼を内部で発生及び持続させるための容器である。
【００３６】
バーナー２０は、燃焼ビン１０の開口を密封し、燃焼ビン１０の内部に気体を供給し、燃焼ビン１０内の燃焼を発生及び継続させるための手段である。燃焼ビン１０の開口は、開口径が外側から内側に入るにつれて小さくなるテーパー状の開口をしており、バーナー２０の形状は、そのテーパー形状と係合するようなテーパー状の円錐台形状を含んでいる。バーナー２０には、気体供給管２１、２２がバーナー２０を貫通して備えられ、供給管２１、２２の外側端部は、燃焼ビン１０の外部にあるコネクタ２３、２４と接続され、コネクタ２３、２４から気体供給管２１、２２に気体が供給されるようになっている。気体は、例えば、外部燃焼機構８０から処理室９０に水蒸気を供給する場合、水素ガスと酸素ガスが供給される。例えば、コネクタ２３を介して気体供給管２１からは水素ガスが供給され、コネクタ２４を介して気体供給管２２からは酸素ガスが供給されるように構成してもよい。また、バーナー２０は、燃焼ビン１０の内部に集光板２５を保持する。集光板２５は、燃焼を発生させる火種のような役割を果たす熱伝導性の高い板状部材であり、例えば、ＳｉＣ等が適用されてもよい。
【００３７】
ランプ３０は、燃焼ビン１０の外部から、集光板２５に光を照射し、集光板２５の温度を高くするための燃焼発生手段である。ランプ３０が集光板２５を光で照射し、集光板２５の温度が５００℃以上、例えば８００℃程度まで高まった段階で、気体供給管２１、２２から水素ガス及び酸素ガスを適量供給すると、着火の条件が整い燃焼が発生・開始する。
【００３８】
燃焼状態監視装置８０は、例えば、このような半導体製造工程における酸化膜形成工程の縦型拡散装置１５０に適用されてもよい。また、本実施例に係る燃焼状態監視装置８０は、外部燃焼機構１００の外部に備えられてよい。
【００３９】
本実施例に係る燃焼状態監視装置８０は、紫外線量検出手段４０と、アラーム信号発生手段５０とを備える。そして、燃焼状態監視装置８０は、必要に応じて、更に表示手段６０と、アラームユニット７０とを備えてもよい。
【００４０】
紫外線量検出手段４０は、燃焼ビン１０内の燃焼で発生する紫外線を検出する手段である。紫外線量検出手段４０は、通常のＵＶ（Ultraviolet）センサ等が適用されてよく、例えば、紫外線量に比例した電流量を出力することにより、紫外線量を検出するセンサが適用されてもよい。紫外線量検出手段４０は、発生する紫外線量を検出できれば、種々の種類や形式のセンサを適用することができる。また、紫外線量検出手段４０は、燃焼ビン１０内で発生している燃焼から発生する紫外線量を適切に検出するため、燃焼ビン１０の近傍に設置されることが好ましい。特に、燃焼ビン１０の燃焼中心から紫外線量を適切に検出するため、例えば、集光板２５の直下の燃焼ビン１０外に配置されてもよい。通常、ランプ３０も、集光板２５の直上に配置される場合が多いので、例えば、ランプ３０、集光板２５及び紫外線量検出手段４０が鉛直方向に一直線に配置される構成であってもよい。
【００４１】
アラーム信号発生手段５０は、紫外線量検出手段４０で検出した紫外線量の検出信号に基づいて、紫外線量を測定するとともに、燃焼異常の発生を検出し、アラーム信号を発生させるための手段である。なお、紫外線量の測定は、正確に紫外線量に変換して測定してもよいし、例えば、紫外線量に比例した電圧を出力するような測定方法であってもよい。アラーム信号発生手段５０の内部構成の詳細については、後述する。
【００４２】
表示手段６０は、アラーム信号発生手段５０で測定された紫外線量を表示するための手段である。表示手段６０は、例えば、デジタルパネルメータのように、紫外線量の時間経過による変化を、折れ線グラフにして示すことができる表示手段６０が適用されてもよい。
【００４３】
アラームユニット７０は、アラーム信号発生手段５０で発生したアラーム信号に基づいて、アラームを発報する手段である。アラームユニット７０は、操作者に燃焼の異常が発生していることを知らせることができれば、種々の手段が適用されてよく、例えば、ブザー等の音声によるアラームや、警報ランプ等の視覚により認識できるアラーム等が適宜用途に応じて適用されてよい。また、縦型拡散装置１５０との連動がなされていれば、縦型拡散装置１５０を強制停止させるような機能を備えていてもよい。
【００４４】
このように、本実施例に係る燃焼状態監視装置８０は、例えば、半導体製造プロセスで用いられる縦型拡散装置１５０の外部燃焼機構１００の燃焼状態を監視するのに用いられてもよい。以下、縦型拡散装置１５０の外部燃焼機構１００に本実施例に係る燃焼状態監視装置８０が適用された例を挙げて説明する。
【００４５】
図２は、本実施例に係る燃焼監視装置８０の全体構成の詳細を示した図である。図２において、本実施例に係る燃焼監視装置８０は、紫外線量検出手段４０と、アラーム信号発生手段５０と、表示手段６０と、アラームユニット７０とを備える。また、関連構成要素として、アンプリレー９０を備えてもよい。図１で説明したように、表示手段６０及びアラームユニット７０は、必要に応じて備えられてよい。
【００４６】
従来、外部燃焼機構１００には、紫外線量検出手段４０と、アンプリレー９０のみが備えられていた。縦型拡散装置１５０においては、外部燃焼機構１００で水素ガスと酸素ガスを燃焼させているが、着火の際には、炎が発する紫外線をＵＶセンサの紫外線量検出手段４０で検知させ、センサ出力をアンプリレー９０のアンプで増幅させるようにしていた。そして、増幅させた信号でアンプリレー９０のリレーを駆動し、縦型拡散装置１５０本体は、リレー信号の開閉で炎が存在すること、即ち着火を認識していた。
【００４７】
しかしながら、紫外線量は、水素ガスと酸素ガスの流量比で増減するため、正常に着火しても、センサ出力値が低いと、認識できない場合があった。また、時系列での出力変化は捉えられないという問題があった。
【００４８】
そこで、本実施例に係る燃焼状態監視装置８０においては、紫外線量検出手段４０と、アンプリレー９０との間に、アラーム信号発生手段５０を設け、センサ出力値が低い場合であっても、確実に紫外線量を検出できるようにしている。また、時系列の変化は、表示手段６０に表示できるような構成としている。
【００４９】
以下、燃焼状態監視装置８０の構成の詳細を説明する。図２において、紫外線量発生手段４０は、図１に説明した通りであるので、その説明を省略する。図２においては、紫外線量を電流値の大きさとして検出するＵＶセンサが適用された例が示されている。
【００５０】
アラーム信号発生手段５０は、図１で説明したように、紫外線量を測定し、必要に応じてアラーム発生信号を出力する手段であり、固定抵抗５１と、コンデンサ５２と、測定・警報判定手段５３とを備える。
【００５１】
アラーム信号発生手段５０は、電流−電圧変換回路を構成しており、紫外線量検出手段４０からアンプリレー９０に出力される電流を、電圧に変換してその電圧値を検出している。つまり、紫外線量検出手段４０からアンプリレー９０に出力される電流を、固定抵抗５１により電圧値として検出し、電圧計を備える測定・警報判定手段５３により電圧値が測定され、紫外線量が検出される。なお、紫外線量は、正確に発生量の単位を用いて検出されなくてもよく、例えば、紫外線量に比例した電圧値で検出されてよい。
【００５２】
コンデンサ５２は、紫外線量検出手段４０からアンプリレー９０に出力される電流に影響を与えないように設けられている。
【００５３】
測定・警報判定手段５３は、紫外線量を示す固定抵抗５１の両端の電圧を測定し、この電圧値から、紫外線量を設定基準値と比較して評価し、紫外線量が正常状態よりも低いと判定された場合には、アラーム発生信号をアラームユニット７０に出力する。また、測定・警報判定手段５３は、測定した電圧値を、表示手段６０に出力する。よって、例えば、測定・警報判定手段５３は、電圧計と、比較演算用のコンパレータ等を含んで構成されてよい。また、測定・警報判定手段５３は、着火が正常に行われている燃焼状態と、着火が全く行われていない状態の中間、つまり着火自体はなされているが、燃焼度合いが小さい場合や、一時的に燃焼量が低下した状態等を判定してアラーム発生信号を出力する手段であるため、好ましくは、複数のアラーム発生信号の基準値が設定されてよい。これにより、軽度の燃焼低下であれば注意、重度の燃焼低下であれば警告等の異常燃焼の異常度合いに応じた警報を発することができる。
【００５４】
表示手段６０は、図１で説明したように、紫外線量の時間経過を示す手段であり、例えば、紫外線量を電圧として表示するデジタルパネルメータ等が適用されてよい。アラームユニット７０も、図１で説明したように、操作者にアラームを発報して了知させることができる手段であれば、種々のものが適用されてよい。また、アラームユニット７０は、紫外線量の減少の度合いに応じて、音声が異なるアラームが出力されたり、警報ランプの色や明るさが変化するように構成されたりしてもよい。
【００５５】
図３は、従来から行われている外部燃焼機構１００の着火シーケンスを示した図である。なお、今まで説明した構成要素については、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５６】
図３において、ステップ２００では、ランプ３０がオンとなり、点灯する。つまり、燃焼ビン１０の着火条件が整い、着火が行われる。
【００５７】
ステップ２１０では、第１段階の燃焼が行われる。ランプ３０がオンした直後では、確実に着火させるため、水素ガスＨ２と酸素ガスＯ２の流量比は、Ｈ２：Ｏ２＝１：１である。燃焼時に発生する紫外線量は、水素ガスの量が多くなると減少し、酸素が多くなると増加する傾向にある。従って、燃焼開始時は、水素ガスと酸素ガスの供給流量比を１：１とし、酸素ガスが十分に確保され、紫外線量を多く発生して着火が確実に行われるとともに、紫外線を検出し易い状態で着火がなされる。ステップ２１０において、紫外線量検出手段４０は、紫外線を検知し、着火を認識する。このときの認識は、アンプリレー９０により行われる。ステップ２１０での未着火は、着火条件が整っていないために発生する。
【００５８】
ステップ２３０では、実際に使用する流量で燃焼ビン１０への気体の供給が行われ、第２段階の燃焼が行われる。通常、例えば、水素ガスと酸素ガスの流量比は、Ｈ２：Ｏ２＝１．８：１程度に設定される。このとき、水素ガスの流量が多い方に変化し、Ｈ２：Ｏ２＝２：１に近くなると、酸素が残らず、紫外線量が減少することになる。そして、紫外線量が所定の基準値以下に減少すると、アンプリレー９０がオンからオフに切り換わり、緊急非常停止等の措置がとられることになる。ステップ２３０での未着火は、紫外線量の低下により発生する。
【００５９】
このように、従来の着火シーケンスでは、紫外線量の有無のみを監視し、これに応じてアンプリレー９０を動作させる制御を行っていた。これでは、紫外線量が正常状態よりは低下しているが、全く無いとまでは言えない中間状態の場合には、何らの燃焼状態認識もできず、それ故対応もできないという問題があった。
【００６０】
図４は、そのような、紫外線量が中間状態で変化している状態を示した図である。図４において、横軸は経過時間〔分〕、縦軸は紫外線量に対応する出力電圧〔ｍＶ〕が示されている。
【００６１】
図４において、時刻ｔ１でランプ３０がオンとなり、紫外線量を示す出力電圧が４０〔ｍＶ〕まで増加し、時刻ｔ２で、水素と酸素が１：１で供給され、第１段階の燃焼が行われる。ここでは、出力電圧が６０〔ｍＶ〕近くまで上昇し、適切に着火がなされている。ところが、その後、時刻ｔ３で第２段階の燃焼が開始し、通常流量の水素と酸素が１．８：１の流量比で供給されると、時刻ｔ４で紫外線量を示す出力電圧が５〔ｍＶ〕付近まで低下している。このとき、従来の外部燃焼機構１００では、アンプリレー９０は、出力電圧が２〔ｍＶ〕以下程度まで低下しないと、紫外線量は有るものとして動作するので、燃焼異常は検出されない。そして、時刻ｔ５で、再び紫外線量（出力電圧）が増加し、時刻ｔ６で４０〔ｍＶ〕程度に回復する。しかしながら、着火時の第１段階の燃焼時の６０〔ｍＶ〕付近までは回復せず、何らかの異常が発生していると考えられる状態である。しかしながら、このような中程度の異常は、従来の外部燃焼機構１００に備えられている機構のＵＶセンサとアンプリレー９０のみでは検出することができない。
【００６２】
図５は、正常時における紫外線量の変化を示した図である。図５において、図４と同様に、横軸は経過時間〔分〕、縦軸は紫外線量に対応する出力電圧〔ｍＶ〕が示されている。なお、横軸は、図４とは共通してはおらず、短い時間で示されている。
【００６３】
図５において、時刻ｔ１でランプ３０がオンする。時刻ｔ２で、集光板２５の温度が十分な温度に上昇し、着火の条件が整う。時刻ｔ３で水素と酸素が１：１の流量比で供給され、第１段階の燃焼が開始する。ここで、出力電圧は、７０〔ｍＶ〕程度まで上昇する。次いで、時刻ｔ４で、水素と酸素の流量比が１．８：１で供給される第２段階の燃焼が開始される。紫外線量を示す出力電圧は、変化が無く７０〔ｍＶ〕程度を保っている。燃焼が適切に行われれば、図５に示すように、第１段階の燃焼及び第２段階の燃焼の双方において、十分な紫外線量（出力電圧）が検出される。
【００６４】
図６は、図４で示した紫外線量の特性が得られている場合に、本実施例に係る燃焼状態監視装置８０で行う処理を説明するための図である。よって、図６は、図４と同じグラフが描かれている。
【００６５】
図６において、第１段階の燃焼及び第２段階の燃焼で約４０〔ｍＶ〕程度の紫外線量が検出されている状況下で、従来の紫外線量なしと判定する約２〔ｍＶ〕以下の基準値以外に、４０〔ｍＶ〕よりも１割〜２割程度低い数値を下限基準値１として設定している。図７においては、約３３〜３４〔ｍＶ〕の付近に下限基準値１を設定している。このような、通常の紫外線量よりも１〜２割程度低い設定基準値を設けることで、変化の兆しを捉えることができる。つまり、出力電圧が下限基準値１よりも低下した時刻ｔ３．５〜時刻ｔ５．５の間において、注意を促すアラームを発することができる。これにより、明らかな異常とまでは言えないが、正常状態ではないという、初期の異常発生段階の状態を操作者に知らせることができ、操作者は適切な対応をとることが可能となる。
【００６６】
更に、図６においては、紫外線がないと判断される従来の約２〔ｍＶ〕よりも高い約５〔ｍＶ〕の所に、下限基準値２を設定している。これは、紫外線がないと判断される直前の状態であり、異常の度合いが高い状態であるので、出力電圧が下限基準値２よりも低下した場合には、警告レベルのアラームを発するようにする。これにより、操作者は、異常燃焼が発生していることを認識でき、それに応じた適切な対応をとることが可能となる。なお、図６においては、時刻ｔ４〜ｔ５が、下限基準値２以下となったか、又はなる直前の状態であるが、この値がもう少し下がった場合には、下限基準値２に対応する警告レベルのアラームを発することができる。
【００６７】
また、従来から用いられている、最下限の約２〔ｍＶ〕の最低基準値は、危険レベルの警告、又は縦型拡散装置１５０の緊急停止用として、そのまま活用すれば良い。これにより、従来通り、紫外線がないと判断されたときには、装置の緊急停止等の危険防止等の措置を採ることができる。
【００６８】
なお、図２に示した燃焼状態監視装置８０においては、アラーム信号発生手段５０において、紫外線量に対応する出力電圧の測定を行い、下限基準値１を下回った段階で、注意用のアラーム信号を発生させ、アラームユニット７０から注意用のアラームを発する。そして、更に出力電圧が低下し、下限基準値２を下回ったときには、アラーム信号発生手段５０は、警告用のアラーム信号を発生させ、アラームユニット７０から警告用のアラームを発する。このとき、出力電圧の時間変化を、例えば図６に示すようなグラフ形式で、例えばデジタルパネルメータのような表示手段６０に表示するようにすると、操作者は、視覚的に燃焼状態を監視することができ、大変に便利である。また、グラフから、下限基準値１、下限基準値２との間の出力電圧についても、把握することができるので、よりきめ細かな対応が可能となる。図５に示したグラフも、デジタルパネルメータで出力電圧を示した結果であり、正常動作が視覚的に確認できている。
【００６９】
また、最下限の装置緊急停止用の基準値については、従来通り、アンプリレー９０を用いて、緊急停止等の動作を行うようにしてよい。もし、そのような機能が付いていない装置の場合には、これも本実施例に係る燃焼状態監視装置８０でアラームの発生や装置の緊急停止動作を行うようにしてもよい。その場合には、アラームユニット７０が、装置のコントロータに接続されるか、又はアラーム信号発生手段５０から直接装置のコントローラに危険状態を示すアラーム信号が入力されるような構成とすればよい。
【００７０】
このように、本実施例に係る燃焼状態監視装置８０によれば、複数の基準値を設定し、紫外線量の低下量の大きさに応じて段階的にアラーム信号を発生させ、アラームを発することにより、操作者に早期に異常の発生を了知させるとともに、適切な対応をとることを可能とさせることができる。
【００７１】
次に、図７を用いて、本発明を適用した実施例に係る燃焼状態監視方法について説明する。図７は、本実施例に係る燃焼状態監視方法の処理フロー図である。なお、図３と同一のステップについては、同一のステップ番号を付している。
【００７２】
ステップ２００では、ランプ３０がオンされ、集光板２５が加熱され、温度が着火に必要な５００℃以上の温度まで加熱される。
【００７３】
ステップ２１０では、燃焼ビン１０にバーナー２０の気体供給管２１、２２から水素ガス及び酸素ガスが１：１の流量比で供給され、第１段階の燃焼が開始され、着火が行われる。
【００７４】
ステップ２２０では、紫外線量検出手段４０により、紫外線の有無が検出される。紫外線が検出された場合には、アンプリレー９０がオンとなり、着火が確認され、ステップ２３０に進む。一方、紫外線が検出されなかった場合には、アンプリレー９０がオンとならず、未着火が確認され、ステップ３００に進み、縦型拡散装置１５０を緊急停止させ、処理フローを終了する。その後は、必要な点検等が行われ、再度の着火が行われる場合には、処理フローを最初か実行する。
【００７５】
ステップ２３０では、燃焼ビン１０に供給される水素ガスと酸素ガスの流量比が、通常状態のＨ２：Ｏ２＝１．８：１に切り換わり、第２段階の燃焼に入る。
【００７６】
ステップ２４０では、紫外線量検出手段４０により、紫外線量が検出され、これが電流−電圧変換回路を構成する固定抵抗５１、コンデンサ５２及び測定・警報判定手段５３からなるアラーム信号発生手段５０により電圧値として測定される。そして、測定した電圧値と、予め設定された下限基準値１とが比較され、紫外線量が下限基準値１より低いか否かが判定される。紫外線量が下限基準値１以上であった場合には、正常状態であると判定し、ステップ３００に進む。一方、紫外線量が下限基準値１よりも低下していた場合には、ステップ２５０に進む。
【００７７】
ステップ２５０では、注意アラームが発せられる。注意アラームは、アラーム信号発生手段５０から、アラームユニット７０に注意アラーム信号が送られ、アラームユニット７０から操作者に注意状態を認識されるための注意アラームが発せられてよい。また、このとき、アラーム信号発生手段５０から、電圧測定値が表示手段６０に送られ、表示手段に電圧値を表示し、電圧値が下限基準値１を下回ったことを操作者が容易に視認できるようにしてもよい。
【００７８】
ステップ２６０では、紫外線量が、下限基準値２を更に下回ったか否かが判定される。判定の方法は、ステップ２４０と同様の方法で行われてよい。紫外線量が、下限基準値２以上であったときには、ステップ２４０に戻り、紫外線量が下限基準値１よりもなお低いか否かが判定される。一方、紫外線量が、下限基準値２よりも低かった場合には、ステップ２７０に進む。
【００７９】
ステップ２７０では、アラーム信号発生手段５０から、警告アラーム信号が出力されてアラームユニット７０に送られ、アラームユニット７０から警告アラームが発せられる。これにより、操作者は、外部燃焼機構１００が異常燃焼状態にあることを認識することができ、適切な措置をとることができる。このとき、表示手段６０も用いてよいことは、ステップ２５０の説明と同様である。
【００８０】
ステップ２８０では、紫外線量が、最下限基準値である紫外線の有無の検知レベルを下回ったか否かが判定される。これは、従来から設定されている最下限基準値が用いられてよい。紫外線量が、最下限基準値以上であった場合には、ステップ２６０に戻り、なお下限基準値２より低いか否かが判定される。一方、紫外線量が最下限基準値より低下していた場合には、ステップ２９０に進む。
【００８１】
ステップ２９０では、縦型拡散装置１５０の緊急停止がなされる。この場合は、アンプリレー９０により、紫外線が無い場合の緊急停止処理が行われ、危険な状態を停止させる従来通りの処理を行う。
【００８２】
ステップ２４０に戻り、紫外線量が下限基準値１以上であった場合には、ステップ３００に進むが、ステップ３００では、縦型拡散装置１５０の酸化処理が終了したか否かが判定される。酸化処理が終了していない場合には、ステップ２４０に戻り、紫外線量が下限基準値１よりも低下していないかを監視し続け、ステップ２４０とステップ３００のループを繰り返す。そして、酸化処理が終了したら、処理フローを終了することになる。ステップ２８０及びステップ２６０においても、紫外線量が最下限基準値又は下限基準値２以上であった場合には、もう１段正常状態に近い基準値と比較を行い、紫外線量が下限基準値１以上の状態を保つことができたときに、処理フローは正常終了できることになる。一方、紫外線量が下限基準値１、下限基準値２又は最下限基準値を下回ったときには、各々の段階時において、異常レベルに応じてアラーム発報を行ってゆくことになる。
【００８３】
このように、本実施例に係る燃焼状態監視方法によれば、紫外線量の低下量の大きさに応じて、複数のアラーム発報を設定することにより、操作者に早期に異常燃焼の発生を認識させることができ、適切な対応をとることが可能となる。
【００８４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００８５】
特に、本実施例においては、半導体製造プロセスに用いられる縦型拡散装置１５０の外部燃焼機構１００に燃焼状態監視装置８０及び燃焼状態監視方法を適用した例を挙げて説明したが、紫外線を発する燃焼機構を有する装置であれば、半導体製造プロセスに用いられる他の装置に適用してもよいし、半導体製造プロセス以外の燃焼機構を用いる装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本実施例に係る燃焼状態監視装置８０を、縦型拡散装置１５０に適用した例を示した全体構成図である。
【図２】本実施例に係る燃焼監視装置８０の全体構成の詳細を示した図である。
【図３】従来から行われている外部燃焼機構１００の着火シーケンスを示した図である。
【図４】紫外線量が中間状態で変化している状態を示した図である。
【図５】正常時における紫外線量の変化を示した図である。
【図６】本実施例に係る燃焼状態監視装置８０で行う処理の説明図である。
【図７】本実施例に係る燃焼状態監視方法の処理フロー図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 燃焼ビン
２０ バーナー
２１、２２ 気体供給管
２３、２４ コネクタ
２５ 集光板
３０ ランプ
４０ 紫外線量検出手段
５０ アラーム信号発生手段
５１ 固定抵抗
５２ コンデンサ
５３ 測定・警報判定手段
６０ 表示手段
７０ アラームユニット
７１ ブザー
７２ 警報ランプ
８０ 燃焼状態監視装置
９０ アンプリレー
１００ 外部燃焼機構
１１０ 処理室
１２０ ウエハポート
１５０ 縦型拡散装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼状態監視装置及び燃焼状態監視方法に関し、特に、紫外線量を検出して燃焼状態を監視する燃焼状態監視装置及び燃焼状態監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の拡散装置において、外部燃焼装置で酸素と水素とを燃焼させて水蒸気を生成させ、これを処理室に供給して半導体ウエハの表面に高純度の酸化膜を生成させるようにしたものが知られている。
【０００３】
かかる外部燃焼装置では、水素ガスが燃焼しているかどうかを検出するために炎センサを設け、炎センサにより水素火炎の紫外線を検知し、紫外線が検知されないときは、炎がないと判断し、エラー信号を本体コントローラに発して、装置の停止、或いは作業者に警告を発するなどの所要の手段を講ずるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−７８４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、炎センサにより紫外線がないと判断されたときには、エラー信号を発して装置の停止等の所要の手段を講じるため、判断基準となる紫外線量は、炎が無い状態の非常レベルに設定されていた。よって、炎が正常時よりも少ないが、燃焼自体は継続している、というレベルの異常が発生し始めた段階では、異常発生の燃焼状態を的確に把握することができず、炎が無くなったら突然に装置の停止等の所要の手段が講じられるという極端な対応しかできなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、炎が無くなるまでは行かないが、正常状態とは異なって何か異常が発生している、という段階で、操作者が燃焼状態の異常発生を把握できるようにし、異常発生の早期段階から適切な対応をとることを可能とする燃焼状態監視装置及び燃焼状態監視方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る燃焼状態監視装置（８０）は、燃焼により発生する紫外線量を検出する紫外線量検出手段（４０）と、
前記紫外線量が正常値より低下したときに、低下量に応じて段階的にアラーム信号を発生させるアラーム信号発生手段（５０）と、を有することを特徴とする。
【０００７】
これにより、燃焼状態に異常が発生したことを早期から段階的に知らせることができ、操作者は異常燃焼に対する適切な処置を行うことが可能となる。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明に係る燃焼状態監視装置（８０）において、
前記アラーム信号発生手段（５０）は、複数段の下限基準値を有し、前記紫外線量が該下限基準値よりも低下したときに、各アラーム信号を発生させることを特徴とする。
【０００９】
これにより、紫外線量が複数の基準値よりも低下したときに、紫外線量が減少している、即ち燃焼が適切に行われていないことを各々の段階で検出することができ、段階的にアラーム信号を発生させることができる。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る燃焼状態監視装置（８０）において、
電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路（５１、５２、５３）を備え、
前記紫外線量検出手段（４０）は、前記紫外線量を電流に変換して検出し、
前記アラーム信号発生手段（５０）は、前記電流−電圧変換回路（５１、５２、５３）により変換された電圧値に基づいて前記アラーム信号を発生させることを特徴とする。
【００１１】
これにより、紫外線量で燃焼の有無を検知する従来の検出回路に流れる電流には影響を与えることなく、段階的にアラーム信号を発生させる機能を付加することができる。
【００１２】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る燃焼状態監視装置（８０）において、
前記アラーム信号に基づいてアラームを発するアラームユニット（７０）を更に有することを特徴とする。
【００１３】
これにより、段階的にアラームを発生させ、操作者に早期段階から異常燃焼発生を了知させることができる。
【００１４】
第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る燃焼状態監視装置（８０）において、
前記紫外線量の変化を表示する表示手段（６０）を更に有することを特徴とする。
【００１５】
これにより、燃焼状態を視覚的に時間的変化の傾向を含めて把握することができ、きめ細かな燃焼状態の監視を行うことが可能となる。
【００１６】
第６の発明は、第１〜５のいずれかの発明に係る燃焼状態監視装置（８０）において、
前記紫外線量検出手段（４０）は、縦型拡散装置（１５０）の外部燃焼機構（１００）の燃焼ビン（１０）付近に備えられ、
前記外部燃焼機構（１５０）の燃焼状態を監視することを特徴とする。
【００１７】
これにより、半導体装置の製造工程に用いられる縦型拡散装置の外部燃焼機構における燃焼状態を監視することができ、半導体ウエハの酸化膜形成が適切に行われる燃焼状態であるか否かを監視することができ、製品歩留まりを向上させることができる。
【００１８】
第７の発明に係る燃焼状態監視方法は、燃焼により発生する紫外線量を検出する紫外線量検出工程と、
前記紫外線量が正常値より低下したときに、低下量に応じて段階的にアラーム信号を発生させるアラーム信号発生工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
これにより、異常発生の早期段階から異常燃焼を検出することができ、異常発生度合いに応じて適切な対応をとることが可能となる。
【００２０】
第８の発明は、第７の発明に係る燃焼状態監視方法において、
前記アラーム信号発生工程は、設定された複数の下限基準値よりも前記紫外線量が低下したときに、各アラーム信号を発生させることを特徴とする。
【００２１】
これにより、複数の基準値を設定し、紫外線量と燃焼状態との関係から、適切なタイミングでアラーム信号を発生させるような設定を行うことができる。
【００２２】
第９の発明は、第７又は第８の発明に係る燃焼状態監視方法において、
前記紫外線量検出工程は、紫外線量を電流に変換して検出する工程と、該電流を電圧に変換する電流−電圧変換工程を含み、
前記アラーム信号発生工程は、電圧値に変換された紫外線量を用いて、アラーム信号を発生させることを特徴とする。
【００２３】
これにより、紫外線量に基づいて炎の有無を検出する従来の検出回路に流れる電流には影響を与えないとともに、電圧値を用いて容易に判定処理を行うことができる。
【００２４】
第１０の発明は、第７〜９のいずれかの発明に係る燃焼状態監視方法において、
前記アラーム信号に基づいてアラームを発するアラーム発生工程を更に有することを特徴とする。
【００２５】
これにより、燃焼異常が発生した早期段階から操作者に燃焼異常を了知させることができ、異常の程度に応じて適切な処置をとることが可能となる。
【００２６】
第１１の発明は、第７〜１０のいずれかの発明に係る燃焼状態監視方法において、
前記紫外線量の変化を表示する紫外線量表示工程を更に含むことを特徴とする。
【００２７】
これにより、紫外線量の変化を視覚的に把握することができ、時間的経過の傾向も踏まえて適切な処置を行うことが可能となる。
【００２８】
第１２の発明は、第７〜１１のいずれかの発明に係る燃焼状態監視方法において、
前記紫外線量検出工程は、縦型拡散装置（１５０）の外部燃焼機構（１００）の燃焼ビン（１０）内の燃焼について行い、
前記外部燃焼機構（１００）の燃焼状態を監視することを特徴とする。
【００２９】
これにより、半導体製造プロセスの酸化膜形成工程において、適切な燃焼状態で半導体ウエハ上に高純度の酸化膜を形成することが可能となり、製品の品質向上及び製品歩留まりの向上に寄与することができる。
【００３０】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、燃焼状態の異常発生を早期から異常度合いに応じて認識でき、適切な対応をとることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００３３】
図１は、本発明を適用した実施例に係る燃焼状態監視装置８０を、半導体製造装置の縦型拡散装置１５０に適用した例を示した全体構成図である。図１において、縦型拡散装置１５０は、外部燃焼機構１００と、処理室１１０とを備える。
【００３４】
処理室１１０は、半導体ウエハＷに高純度の酸化膜を形成する処理を行う収容室である。半導体ウエハＷは、ウエハポート１２０に複数枚が載置され、半導体ウエハＷを保持したウエハポート１２０が処理室１１０内に収容され、外部燃焼機構１００から接続部１５を介して高純度の水蒸気が供給されることにより、表面に酸化膜が形成される。
【００３５】
外部燃焼機構１００は、処理室に水蒸気を供給するための加熱・燃焼手段である。外部燃焼機構１００は、燃焼ビン１０と、バーナー２０と、ランプ３０とを備える。燃焼ビン１０は、燃焼を内部で発生及び持続させるための容器である。
【００３６】
バーナー２０は、燃焼ビン１０の開口を密封し、燃焼ビン１０の内部に気体を供給し、燃焼ビン１０内の燃焼を発生及び継続させるための手段である。燃焼ビン１０の開口は、開口径が外側から内側に入るにつれて小さくなるテーパー状の開口をしており、バーナー２０の形状は、そのテーパー形状と係合するようなテーパー状の円錐台形状を含んでいる。バーナー２０には、気体供給管２１、２２がバーナー２０を貫通して備えられ、供給管２１、２２の外側端部は、燃焼ビン１０の外部にあるコネクタ２３、２４と接続され、コネクタ２３、２４から気体供給管２１、２２に気体が供給されるようになっている。気体は、例えば、外部燃焼機構８０から処理室９０に水蒸気を供給する場合、水素ガスと酸素ガスが供給される。例えば、コネクタ２３を介して気体供給管２１からは水素ガスが供給され、コネクタ２４を介して気体供給管２２からは酸素ガスが供給されるように構成してもよい。また、バーナー２０は、燃焼ビン１０の内部に集光板２５を保持する。集光板２５は、燃焼を発生させる火種のような役割を果たす熱伝導性の高い板状部材であり、例えば、ＳｉＣ等が適用されてもよい。
【００３７】
ランプ３０は、燃焼ビン１０の外部から、集光板２５に光を照射し、集光板２５の温度を高くするための燃焼発生手段である。ランプ３０が集光板２５を光で照射し、集光板２５の温度が５００℃以上、例えば８００℃程度まで高まった段階で、気体供給管２１、２２から水素ガス及び酸素ガスを適量供給すると、着火の条件が整い燃焼が発生・開始する。
【００３８】
燃焼状態監視装置８０は、例えば、このような半導体製造工程における酸化膜形成工程の縦型拡散装置１５０に適用されてもよい。また、本実施例に係る燃焼状態監視装置８０は、外部燃焼機構１００の外部に備えられてよい。
【００３９】
本実施例に係る燃焼状態監視装置８０は、紫外線量検出手段４０と、アラーム信号発生手段５０とを備える。そして、燃焼状態監視装置８０は、必要に応じて、更に表示手段６０と、アラームユニット７０とを備えてもよい。
【００４０】
紫外線量検出手段４０は、燃焼ビン１０内の燃焼で発生する紫外線を検出する手段である。紫外線量検出手段４０は、通常のＵＶ（Ultraviolet）センサ等が適用されてよく、例えば、紫外線量に比例した電流量を出力することにより、紫外線量を検出するセンサが適用されてもよい。紫外線量検出手段４０は、発生する紫外線量を検出できれば、種々の種類や形式のセンサを適用することができる。また、紫外線量検出手段４０は、燃焼ビン１０内で発生している燃焼から発生する紫外線量を適切に検出するため、燃焼ビン１０の近傍に設置されることが好ましい。特に、燃焼ビン１０の燃焼中心から紫外線量を適切に検出するため、例えば、集光板２５の直下の燃焼ビン１０外に配置されてもよい。通常、ランプ３０も、集光板２５の直上に配置される場合が多いので、例えば、ランプ３０、集光板２５及び紫外線量検出手段４０が鉛直方向に一直線に配置される構成であってもよい。
【００４１】
アラーム信号発生手段５０は、紫外線量検出手段４０で検出した紫外線量の検出信号に基づいて、紫外線量を測定するとともに、燃焼異常の発生を検出し、アラーム信号を発生させるための手段である。なお、紫外線量の測定は、正確に紫外線量に変換して測定してもよいし、例えば、紫外線量に比例した電圧を出力するような測定方法であってもよい。アラーム信号発生手段５０の内部構成の詳細については、後述する。
【００４２】
表示手段６０は、アラーム信号発生手段５０で測定された紫外線量を表示するための手段である。表示手段６０は、例えば、デジタルパネルメータのように、紫外線量の時間経過による変化を、折れ線グラフにして示すことができる表示手段６０が適用されてもよい。
【００４３】
アラームユニット７０は、アラーム信号発生手段５０で発生したアラーム信号に基づいて、アラームを発報する手段である。アラームユニット７０は、操作者に燃焼の異常が発生していることを知らせることができれば、種々の手段が適用されてよく、例えば、ブザー等の音声によるアラームや、警報ランプ等の視覚により認識できるアラーム等が適宜用途に応じて適用されてよい。また、縦型拡散装置１５０との連動がなされていれば、縦型拡散装置１５０を強制停止させるような機能を備えていてもよい。
【００４４】
このように、本実施例に係る燃焼状態監視装置８０は、例えば、半導体製造プロセスで用いられる縦型拡散装置１５０の外部燃焼機構１００の燃焼状態を監視するのに用いられてもよい。以下、縦型拡散装置１５０の外部燃焼機構１００に本実施例に係る燃焼状態監視装置８０が適用された例を挙げて説明する。
【００４５】
図２は、本実施例に係る燃焼監視装置８０の全体構成の詳細を示した図である。図２において、本実施例に係る燃焼監視装置８０は、紫外線量検出手段４０と、アラーム信号発生手段５０と、表示手段６０と、アラームユニット７０とを備える。また、関連構成要素として、アンプリレー９０を備えてもよい。図１で説明したように、表示手段６０及びアラームユニット７０は、必要に応じて備えられてよい。
【００４６】
従来、外部燃焼機構１００には、紫外線量検出手段４０と、アンプリレー９０のみが備えられていた。縦型拡散装置１５０においては、外部燃焼機構１００で水素ガスと酸素ガスを燃焼させているが、着火の際には、炎が発する紫外線をＵＶセンサの紫外線量検出手段４０で検知させ、センサ出力をアンプリレー９０のアンプで増幅させるようにしていた。そして、増幅させた信号でアンプリレー９０のリレーを駆動し、縦型拡散装置１５０本体は、リレー信号の開閉で炎が存在すること、即ち着火を認識していた。
【００４７】
しかしながら、紫外線量は、水素ガスと酸素ガスの流量比で増減するため、正常に着火しても、センサ出力値が低いと、認識できない場合があった。また、時系列での出力変化は捉えられないという問題があった。
【００４８】
そこで、本実施例に係る燃焼状態監視装置８０においては、紫外線量検出手段４０と、アンプリレー９０との間に、アラーム信号発生手段５０を設け、センサ出力値が低い場合であっても、確実に紫外線量を検出できるようにしている。また、時系列の変化は、表示手段６０に表示できるような構成としている。
【００４９】
以下、燃焼状態監視装置８０の構成の詳細を説明する。図２において、紫外線量発生手段４０は、図１に説明した通りであるので、その説明を省略する。図２においては、紫外線量を電流値の大きさとして検出するＵＶセンサが適用された例が示されている。
【００５０】
アラーム信号発生手段５０は、図１で説明したように、紫外線量を測定し、必要に応じてアラーム発生信号を出力する手段であり、固定抵抗５１と、コンデンサ５２と、測定・警報判定手段５３とを備える。
【００５１】
アラーム信号発生手段５０は、電流−電圧変換回路を構成しており、紫外線量検出手段４０からアンプリレー９０に出力される電流を、電圧に変換してその電圧値を検出している。つまり、紫外線量検出手段４０からアンプリレー９０に出力される電流を、固定抵抗５１により電圧値として検出し、電圧計を備える測定・警報判定手段５３により電圧値が測定され、紫外線量が検出される。なお、紫外線量は、正確に発生量の単位を用いて検出されなくてもよく、例えば、紫外線量に比例した電圧値で検出されてよい。
【００５２】
コンデンサ５２は、紫外線量検出手段４０からアンプリレー９０に出力される電流に影響を与えないように設けられている。
【００５３】
測定・警報判定手段５３は、紫外線量を示す固定抵抗５１の両端の電圧を測定し、この電圧値から、紫外線量を設定基準値と比較して評価し、紫外線量が正常状態よりも低いと判定された場合には、アラーム発生信号をアラームユニット７０に出力する。また、測定・警報判定手段５３は、測定した電圧値を、表示手段６０に出力する。よって、例えば、測定・警報判定手段５３は、電圧計と、比較演算用のコンパレータ等を含んで構成されてよい。また、測定・警報判定手段５３は、着火が正常に行われている燃焼状態と、着火が全く行われていない状態の中間、つまり着火自体はなされているが、燃焼度合いが小さい場合や、一時的に燃焼量が低下した状態等を判定してアラーム発生信号を出力する手段であるため、好ましくは、複数のアラーム発生信号の基準値が設定されてよい。これにより、軽度の燃焼低下であれば注意、重度の燃焼低下であれば警告等の異常燃焼の異常度合いに応じた警報を発することができる。
【００５４】
表示手段６０は、図１で説明したように、紫外線量の時間経過を示す手段であり、例えば、紫外線量を電圧として表示するデジタルパネルメータ等が適用されてよい。アラームユニット７０も、図１で説明したように、操作者にアラームを発報して了知させることができる手段であれば、種々のものが適用されてよい。また、アラームユニット７０は、紫外線量の減少の度合いに応じて、音声が異なるアラームが出力されたり、警報ランプの色や明るさが変化するように構成されたりしてもよい。
【００５５】
図３は、従来から行われている外部燃焼機構１００の着火シーケンスを示した図である。なお、今まで説明した構成要素については、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００５６】
図３において、ステップ２００では、ランプ３０がオンとなり、点灯する。つまり、燃焼ビン１０の着火条件が整い、着火が行われる。
【００５７】
ステップ２１０では、第１段階の燃焼が行われる。ランプ３０がオンした直後では、確実に着火させるため、水素ガスＨ２と酸素ガスＯ２の流量比は、Ｈ２：Ｏ２＝１：１である。燃焼時に発生する紫外線量は、水素ガスの量が多くなると減少し、酸素が多くなると増加する傾向にある。従って、燃焼開始時は、水素ガスと酸素ガスの供給流量比を１：１とし、酸素ガスが十分に確保され、紫外線量を多く発生して着火が確実に行われるとともに、紫外線を検出し易い状態で着火がなされる。ステップ２１０において、紫外線量検出手段４０は、紫外線を検知し、着火を認識する。このときの認識は、アンプリレー９０により行われる。ステップ２１０での未着火は、着火条件が整っていないために発生する。
【００５８】
ステップ２３０では、実際に使用する流量で燃焼ビン１０への気体の供給が行われ、第２段階の燃焼が行われる。通常、例えば、水素ガスと酸素ガスの流量比は、Ｈ２：Ｏ２＝１．８：１程度に設定される。このとき、水素ガスの流量が多い方に変化し、Ｈ２：Ｏ２＝２：１に近くなると、酸素が残らず、紫外線量が減少することになる。そして、紫外線量が所定の基準値以下に減少すると、アンプリレー９０がオンからオフに切り換わり、緊急非常停止等の措置がとられることになる。ステップ２３０での未着火は、紫外線量の低下により発生する。
【００５９】
このように、従来の着火シーケンスでは、紫外線量の有無のみを監視し、これに応じてアンプリレー９０を動作させる制御を行っていた。これでは、紫外線量が正常状態よりは低下しているが、全く無いとまでは言えない中間状態の場合には、何らの燃焼状態認識もできず、それ故対応もできないという問題があった。
【００６０】
図４は、そのような、紫外線量が中間状態で変化している状態を示した図である。図４において、横軸は経過時間〔分〕、縦軸は紫外線量に対応する出力電圧〔ｍＶ〕が示されている。
【００６１】
図４において、時刻ｔ１でランプ３０がオンとなり、紫外線量を示す出力電圧が４０〔ｍＶ〕まで増加し、時刻ｔ２で、水素と酸素が１：１で供給され、第１段階の燃焼が行われる。ここでは、出力電圧が６０〔ｍＶ〕近くまで上昇し、適切に着火がなされている。ところが、その後、時刻ｔ３で第２段階の燃焼が開始し、通常流量の水素と酸素が１．８：１の流量比で供給されると、時刻ｔ４で紫外線量を示す出力電圧が５〔ｍＶ〕付近まで低下している。このとき、従来の外部燃焼機構１００では、アンプリレー９０は、出力電圧が２〔ｍＶ〕以下程度まで低下しないと、紫外線量は有るものとして動作するので、燃焼異常は検出されない。そして、時刻ｔ５で、再び紫外線量（出力電圧）が増加し、時刻ｔ６で４０〔ｍＶ〕程度に回復する。しかしながら、着火時の第１段階の燃焼時の６０〔ｍＶ〕付近までは回復せず、何らかの異常が発生していると考えられる状態である。しかしながら、このような中程度の異常は、従来の外部燃焼機構１００に備えられている機構のＵＶセンサとアンプリレー９０のみでは検出することができない。
【００６２】
図５は、正常時における紫外線量の変化を示した図である。図５において、図４と同様に、横軸は経過時間〔分〕、縦軸は紫外線量に対応する出力電圧〔ｍＶ〕が示されている。なお、横軸は、図４とは共通してはおらず、短い時間で示されている。
【００６３】
図５において、時刻ｔ１でランプ３０がオンする。時刻ｔ２で、集光板２５の温度が十分な温度に上昇し、着火の条件が整う。時刻ｔ３で水素と酸素が１：１の流量比で供給され、第１段階の燃焼が開始する。ここで、出力電圧は、７０〔ｍＶ〕程度まで上昇する。次いで、時刻ｔ４で、水素と酸素の流量比が１．８：１で供給される第２段階の燃焼が開始される。紫外線量を示す出力電圧は、変化が無く７０〔ｍＶ〕程度を保っている。燃焼が適切に行われれば、図５に示すように、第１段階の燃焼及び第２段階の燃焼の双方において、十分な紫外線量（出力電圧）が検出される。
【００６４】
図６は、図４で示した紫外線量の特性が得られている場合に、本実施例に係る燃焼状態監視装置８０で行う処理を説明するための図である。よって、図６は、図４と同じグラフが描かれている。
【００６５】
図６において、第１段階の燃焼及び第２段階の燃焼で約４０〔ｍＶ〕程度の紫外線量が検出されている状況下で、従来の紫外線量なしと判定する約２〔ｍＶ〕以下の基準値以外に、４０〔ｍＶ〕よりも１割〜２割程度低い数値を下限基準値１として設定している。図７においては、約３３〜３４〔ｍＶ〕の付近に下限基準値１を設定している。このような、通常の紫外線量よりも１〜２割程度低い設定基準値を設けることで、変化の兆しを捉えることができる。つまり、出力電圧が下限基準値１よりも低下した時刻ｔ３．５〜時刻ｔ５．５の間において、注意を促すアラームを発することができる。これにより、明らかな異常とまでは言えないが、正常状態ではないという、初期の異常発生段階の状態を操作者に知らせることができ、操作者は適切な対応をとることが可能となる。
【００６６】
更に、図６においては、紫外線がないと判断される従来の約２〔ｍＶ〕よりも高い約５〔ｍＶ〕の所に、下限基準値２を設定している。これは、紫外線がないと判断される直前の状態であり、異常の度合いが高い状態であるので、出力電圧が下限基準値２よりも低下した場合には、警告レベルのアラームを発するようにする。これにより、操作者は、異常燃焼が発生していることを認識でき、それに応じた適切な対応をとることが可能となる。なお、図６においては、時刻ｔ４〜ｔ５が、下限基準値２以下となったか、又はなる直前の状態であるが、この値がもう少し下がった場合には、下限基準値２に対応する警告レベルのアラームを発することができる。
【００６７】
また、従来から用いられている、最下限の約２〔ｍＶ〕の最低基準値は、危険レベルの警告、又は縦型拡散装置１５０の緊急停止用として、そのまま活用すれば良い。これにより、従来通り、紫外線がないと判断されたときには、装置の緊急停止等の危険防止等の措置を採ることができる。
【００６８】
なお、図２に示した燃焼状態監視装置８０においては、アラーム信号発生手段５０において、紫外線量に対応する出力電圧の測定を行い、下限基準値１を下回った段階で、注意用のアラーム信号を発生させ、アラームユニット７０から注意用のアラームを発する。そして、更に出力電圧が低下し、下限基準値２を下回ったときには、アラーム信号発生手段５０は、警告用のアラーム信号を発生させ、アラームユニット７０から警告用のアラームを発する。このとき、出力電圧の時間変化を、例えば図６に示すようなグラフ形式で、例えばデジタルパネルメータのような表示手段６０に表示するようにすると、操作者は、視覚的に燃焼状態を監視することができ、大変に便利である。また、グラフから、下限基準値１、下限基準値２との間の出力電圧についても、把握することができるので、よりきめ細かな対応が可能となる。図５に示したグラフも、デジタルパネルメータで出力電圧を示した結果であり、正常動作が視覚的に確認できている。
【００６９】
また、最下限の装置緊急停止用の基準値については、従来通り、アンプリレー９０を用いて、緊急停止等の動作を行うようにしてよい。もし、そのような機能が付いていない装置の場合には、これも本実施例に係る燃焼状態監視装置８０でアラームの発生や装置の緊急停止動作を行うようにしてもよい。その場合には、アラームユニット７０が、装置のコントロータに接続されるか、又はアラーム信号発生手段５０から直接装置のコントローラに危険状態を示すアラーム信号が入力されるような構成とすればよい。
【００７０】
このように、本実施例に係る燃焼状態監視装置８０によれば、複数の基準値を設定し、紫外線量の低下量の大きさに応じて段階的にアラーム信号を発生させ、アラームを発することにより、操作者に早期に異常の発生を了知させるとともに、適切な対応をとることを可能とさせることができる。
【００７１】
次に、図７を用いて、本発明を適用した実施例に係る燃焼状態監視方法について説明する。図７は、本実施例に係る燃焼状態監視方法の処理フロー図である。なお、図３と同一のステップについては、同一のステップ番号を付している。
【００７２】
ステップ２００では、ランプ３０がオンされ、集光板２５が加熱され、温度が着火に必要な５００℃以上の温度まで加熱される。
【００７３】
ステップ２１０では、燃焼ビン１０にバーナー２０の気体供給管２１、２２から水素ガス及び酸素ガスが１：１の流量比で供給され、第１段階の燃焼が開始され、着火が行われる。
【００７４】
ステップ２２０では、紫外線量検出手段４０により、紫外線の有無が検出される。紫外線が検出された場合には、アンプリレー９０がオンとなり、着火が確認され、ステップ２３０に進む。一方、紫外線が検出されなかった場合には、アンプリレー９０がオンとならず、未着火が確認され、ステップ３００に進み、縦型拡散装置１５０を緊急停止させ、処理フローを終了する。その後は、必要な点検等が行われ、再度の着火が行われる場合には、処理フローを最初か実行する。
【００７５】
ステップ２３０では、燃焼ビン１０に供給される水素ガスと酸素ガスの流量比が、通常状態のＨ２：Ｏ２＝１．８：１に切り換わり、第２段階の燃焼に入る。
【００７６】
ステップ２４０では、紫外線量検出手段４０により、紫外線量が検出され、これが電流−電圧変換回路を構成する固定抵抗５１、コンデンサ５２及び測定・警報判定手段５３からなるアラーム信号発生手段５０により電圧値として測定される。そして、測定した電圧値と、予め設定された下限基準値１とが比較され、紫外線量が下限基準値１より低いか否かが判定される。紫外線量が下限基準値１以上であった場合には、正常状態であると判定し、ステップ３００に進む。一方、紫外線量が下限基準値１よりも低下していた場合には、ステップ２５０に進む。
【００７７】
ステップ２５０では、注意アラームが発せられる。注意アラームは、アラーム信号発生手段５０から、アラームユニット７０に注意アラーム信号が送られ、アラームユニット７０から操作者に注意状態を認識されるための注意アラームが発せられてよい。また、このとき、アラーム信号発生手段５０から、電圧測定値が表示手段６０に送られ、表示手段に電圧値を表示し、電圧値が下限基準値１を下回ったことを操作者が容易に視認できるようにしてもよい。
【００７８】
ステップ２６０では、紫外線量が、下限基準値２を更に下回ったか否かが判定される。判定の方法は、ステップ２４０と同様の方法で行われてよい。紫外線量が、下限基準値２以上であったときには、ステップ２４０に戻り、紫外線量が下限基準値１よりもなお低いか否かが判定される。一方、紫外線量が、下限基準値２よりも低かった場合には、ステップ２７０に進む。
【００７９】
ステップ２７０では、アラーム信号発生手段５０から、警告アラーム信号が出力されてアラームユニット７０に送られ、アラームユニット７０から警告アラームが発せられる。これにより、操作者は、外部燃焼機構１００が異常燃焼状態にあることを認識することができ、適切な措置をとることができる。このとき、表示手段６０も用いてよいことは、ステップ２５０の説明と同様である。
【００８０】
ステップ２８０では、紫外線量が、最下限基準値である紫外線の有無の検知レベルを下回ったか否かが判定される。これは、従来から設定されている最下限基準値が用いられてよい。紫外線量が、最下限基準値以上であった場合には、ステップ２６０に戻り、なお下限基準値２より低いか否かが判定される。一方、紫外線量が最下限基準値より低下していた場合には、ステップ２９０に進む。
【００８１】
ステップ２９０では、縦型拡散装置１５０の緊急停止がなされる。この場合は、アンプリレー９０により、紫外線が無い場合の緊急停止処理が行われ、危険な状態を停止させる従来通りの処理を行う。
【００８２】
ステップ２４０に戻り、紫外線量が下限基準値１以上であった場合には、ステップ３００に進むが、ステップ３００では、縦型拡散装置１５０の酸化処理が終了したか否かが判定される。酸化処理が終了していない場合には、ステップ２４０に戻り、紫外線量が下限基準値１よりも低下していないかを監視し続け、ステップ２４０とステップ３００のループを繰り返す。そして、酸化処理が終了したら、処理フローを終了することになる。ステップ２８０及びステップ２６０においても、紫外線量が最下限基準値又は下限基準値２以上であった場合には、もう１段正常状態に近い基準値と比較を行い、紫外線量が下限基準値１以上の状態を保つことができたときに、処理フローは正常終了できることになる。一方、紫外線量が下限基準値１、下限基準値２又は最下限基準値を下回ったときには、各々の段階時において、異常レベルに応じてアラーム発報を行ってゆくことになる。
【００８３】
このように、本実施例に係る燃焼状態監視方法によれば、紫外線量の低下量の大きさに応じて、複数のアラーム発報を設定することにより、操作者に早期に異常燃焼の発生を認識させることができ、適切な対応をとることが可能となる。
【００８４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００８５】
特に、本実施例においては、半導体製造プロセスに用いられる縦型拡散装置１５０の外部燃焼機構１００に燃焼状態監視装置８０及び燃焼状態監視方法を適用した例を挙げて説明したが、紫外線を発する燃焼機構を有する装置であれば、半導体製造プロセスに用いられる他の装置に適用してもよいし、半導体製造プロセス以外の燃焼機構を用いる装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本実施例に係る燃焼状態監視装置８０を、縦型拡散装置１５０に適用した例を示した全体構成図である。
【図２】本実施例に係る燃焼監視装置８０の全体構成の詳細を示した図である。
【図３】従来から行われている外部燃焼機構１００の着火シーケンスを示した図である。
【図４】紫外線量が中間状態で変化している状態を示した図である。
【図５】正常時における紫外線量の変化を示した図である。
【図６】本実施例に係る燃焼状態監視装置８０で行う処理の説明図である。
【図７】本実施例に係る燃焼状態監視方法の処理フロー図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 燃焼ビン
２０ バーナー
２１、２２ 気体供給管
２３、２４ コネクタ
２５ 集光板
３０ ランプ
４０ 紫外線量検出手段
５０ アラーム信号発生手段
５１ 固定抵抗
５２ コンデンサ
５３ 測定・警報判定手段
６０ 表示手段
７０ アラームユニット
７１ ブザー
７２ 警報ランプ
８０ 燃焼状態監視装置
９０ アンプリレー
１００ 外部燃焼機構
１１０ 処理室
１２０ ウエハポート
１５０ 縦型拡散装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼により発生する紫外線量を検出する紫外線量検出手段と、
前記紫外線量が正常値より低下したときに、低下量に応じて段階的にアラーム信号を発生させるアラーム信号発生手段と、を有することを特徴とする燃焼状態監視装置。
【請求項２】
前記アラーム信号発生手段は、複数段の下限基準値を有し、前記紫外線量が該下限基準値よりも低下したときに、各アラーム信号を発生させることを特徴とする請求項１に記載の燃焼状態監視装置。
【請求項３】
電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路を備え、
前記紫外線量検出手段は、前記紫外線量を電流に変換して検出し、
前記アラーム信号発生手段は、前記電流−電圧変換回路により変換された電圧値に基づいて前記アラーム信号を発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼状態監視装置。
【請求項４】
前記アラーム信号に基づいてアラームを発するアラームユニットを更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃焼状態監視装置。
【請求項５】
前記紫外線量の変化を表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃焼状態監視装置。
【請求項６】
前記紫外線量検出手段は、縦型拡散装置の外部燃焼機構の燃焼ビン付近に備えられ、
前記外部燃焼機構の燃焼状態を監視することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃焼状態監視装置。
【請求項７】
燃焼により発生する紫外線量を検出する紫外線量検出工程と、
前記紫外線量が正常値より低下したときに、低下量に応じて段階的にアラーム信号を発生させるアラーム信号発生工程と、を有することを特徴とする燃焼状態監視方法。
【請求項８】
前記アラーム信号発生工程は、設定された複数の下限基準値よりも前記紫外線量が低下したときに、各アラーム信号を発生させることを特徴とする請求項７に記載の燃焼状態監視方法。
【請求項９】
前記紫外線量検出工程は、紫外線量を電流に変換して検出する工程と、該電流を電圧に変換する電流−電圧変換工程を含み、
前記アラーム信号発生工程は、電圧値に変換された紫外線量を用いて、アラーム信号を発生させることを特徴とする請求項７又は８に記載の燃焼状態監視方法。
【請求項１０】
前記アラーム信号に基づいてアラームを発するアラーム発生工程を更に有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の燃焼状態監視方法。
【請求項１１】
前記紫外線量の変化を表示する紫外線量表示工程を更に含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の燃焼状態監視方法。
【請求項１２】
前記紫外線量検出工程は、縦型拡散装置の外部燃焼機構の燃焼ビン内の燃焼について行い、
前記外部燃焼機構の燃焼状態を監視することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の燃焼状態監視方法。
【請求項１】
燃焼により発生する紫外線量を検出する紫外線量検出手段と、
前記紫外線量が正常値より低下したときに、低下量に応じて段階的にアラーム信号を発生させるアラーム信号発生手段と、を有することを特徴とする燃焼状態監視装置。
【請求項２】
前記アラーム信号発生手段は、複数段の下限基準値を有し、前記紫外線量が該下限基準値よりも低下したときに、各アラーム信号を発生させることを特徴とする請求項１に記載の燃焼状態監視装置。
【請求項３】
電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路を備え、
前記紫外線量検出手段は、前記紫外線量を電流に変換して検出し、
前記アラーム信号発生手段は、前記電流−電圧変換回路により変換された電圧値に基づいて前記アラーム信号を発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼状態監視装置。
【請求項４】
前記アラーム信号に基づいてアラームを発するアラームユニットを更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃焼状態監視装置。
【請求項５】
前記紫外線量の変化を表示する表示手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃焼状態監視装置。
【請求項６】
前記紫外線量検出手段は、縦型拡散装置の外部燃焼機構の燃焼ビン付近に備えられ、
前記外部燃焼機構の燃焼状態を監視することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃焼状態監視装置。
【請求項７】
燃焼により発生する紫外線量を検出する紫外線量検出工程と、
前記紫外線量が正常値より低下したときに、低下量に応じて段階的にアラーム信号を発生させるアラーム信号発生工程と、を有することを特徴とする燃焼状態監視方法。
【請求項８】
前記アラーム信号発生工程は、設定された複数の下限基準値よりも前記紫外線量が低下したときに、各アラーム信号を発生させることを特徴とする請求項７に記載の燃焼状態監視方法。
【請求項９】
前記紫外線量検出工程は、紫外線量を電流に変換して検出する工程と、該電流を電圧に変換する電流−電圧変換工程を含み、
前記アラーム信号発生工程は、電圧値に変換された紫外線量を用いて、アラーム信号を発生させることを特徴とする請求項７又は８に記載の燃焼状態監視方法。
【請求項１０】
前記アラーム信号に基づいてアラームを発するアラーム発生工程を更に有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の燃焼状態監視方法。
【請求項１１】
前記紫外線量の変化を表示する紫外線量表示工程を更に含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の燃焼状態監視方法。
【請求項１２】
前記紫外線量検出工程は、縦型拡散装置の外部燃焼機構の燃焼ビン内の燃焼について行い、
前記外部燃焼機構の燃焼状態を監視することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の燃焼状態監視方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−７１５７９（Ｐ２０１０−７１５７９Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４０５８５（Ｐ２００８−２４０５８５）
【出願日】平成２０年９月１９日（２００８．９．１９）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１９日（２００８．９．１９）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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