JP3479221B2 - 燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造工程において、主に半導体ウェハ等の酸化処理に使
用される燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造においては、半導
体ウェハ表面に酸化膜を形成する酸化処理工程がある。
この酸化処理の一つの方法として、酸化処理炉内におい
て半導体ウェハを高温下で水蒸気と接触させ、酸化膜を
形成する方式がある。この水蒸気を利用した酸化処理装
置としては、例えば特開昭５６ー６２３２６号公報に示
されているように、酸化処理炉内に水素ガスと酸素ガス
を直接供給して、該酸化処理炉内で水素ガスを燃焼さ
せ、水蒸気を発生させる方式が知られている。

【０００３】しかしながら、この酸化処理炉内で水素ガ
スを燃焼させる方式においては、水素ガスと酸素ガスの
燃焼度合によって酸化処理炉内の温度が大きく左右され
るので、半導体ウェハの酸化処理温度を十分に制御する
ことが困難であることから、半導体ウェハに対する酸化
処理の安定性及び再現性が低い。

【０００４】このため、例えば特公昭６３ー６０５２８
号や特開昭６３ー２１０５０１号公報などに示されてい
るように、酸化処理炉の外部に独立させて水蒸気発生装
置としての外部燃焼装置を独立させて設け、この外部燃
焼装置に水素ガスと酸素ガスを供給して燃焼させること
により水蒸気を発生させ、この水蒸気を配管を介して酸
化処理装置に供給する方式が知られている。

【０００５】この外部燃焼方式によれば、酸化処理炉に
おける加熱状態を、水蒸気発生装置としての外部燃焼装
置の動作状態と分離して制御することができるので、酸
化処理炉での半導体ウェハに対する酸化処理が、高い安
定性と再現性を持って実施できるようになる。従って、
この外部燃焼方式の酸化処理装置が脚光を浴びてきてい
る。この外部燃焼方式の燃焼装置としては、水素ガス及
び酸素ガスの導入の形態として、特に酸素ガスの導入管
の形態から、環状型外部燃焼装置と分散型外部燃焼装置
に分かれている。

【０００６】次に、この外部燃焼装置の水素ガスと酸素
ガス導入部の形態の例について説明する。図９は、例え
ば特開平５ー３０４１３６号公報に示された従来の環状
型外部燃焼装置の概要を示す図である。図において、1
は外部燃焼装置全体を示している。２は燃焼容器、３お
よび４は燃焼容器２の下部において開口する水素ガス導
入管及び酸素ガス導入管、５は水素及び酸素ガスの少な
くとも一方を自然着火温度に加熱するヒータ、６は燃焼
容器２の周囲に設けられた冷却機構、７は水素ガス噴出
ノズル、８は酸素ガス噴出ノズルである。この図９に示
すように、水素ガス噴出ノズル７を中心として酸素ガス
噴出ノズル８が環状に取囲んで配置されている。

【０００７】また、図１０は、例えば特開平６ー２６７
９３２号公報に示された従来の分散型外部燃焼装置の概
要を示す図である。図中、9は水素ガス噴出ノズル７の
先端部に設けられた凹部、１０は酸素ガス噴出ノズル
（孔）８が設けられた酸素拡散板、１１は断熱材であ
り、図９に示した燃焼装置と同等部分については同一符
号を付けている。この図１０に示すように、分散型外部
燃焼装置では、燃焼容器２の下部に開口する水素ガス噴
出ノズル７の先端部には凹部９が形成されており、この
水素ガス噴出ノズル７を中心としてその周辺に複数の酸
素ガス噴出ノズル（孔）８が所定の間隔で配置されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では、
半導体デバイス作製上の要求から、水素ガス流量、酸素
ガス流量、水素ガスと酸素ガスの混合比等を種々異なら
せた酸化処理を行うようになってきている。特に、外部
燃焼装置で発生させた水蒸気を利用して酸化膜形成を高
精度に制御する場合には、発生させる水蒸気量を少なく
するために水素ガス流量を減少させたり、発生する水蒸
気を希釈するため完全燃焼に必要な量以上の酸素ガス流
量を供給することが必要となってきた。すなわち、今後
の半導体デバイスに対しては、水蒸気の発生を減らすた
めの低流量水素ガス利用水蒸気酸化処理や水蒸気を希釈
するための低水素ガス／酸素ガスの混合比利用水蒸気酸
化処理を高品質でしかも安定に実施できるということが
重要となる。

【０００９】また一方で、汎用的な酸化処理、すなわ
ち、水素ガス流量が例えば毎分３リットル以上で、水素
ガス／酸素ガスの混合比が１以上での燃焼においても、
今迄と同様に、高品質でしかも安定に実施できることが
重要な技術となる。

【００１０】ところが、特開平５ー３０４１３６号公報
に記載されているような環状型外部燃焼装置の場合に
は、内外二重管構造とされた水素ガス導入管と酸素ガス
導入管との互いに接近した先端ノズルから、それぞれ水
素ガスと酸素ガスを自然着火温度に加熱しながら噴出し
て燃焼させると、その中央の水素ガス噴出ノズルの先端
から炎が出て、その水素ガス噴出ノズルの先端が失透温
度（約１２００℃）を上回って加熱され、そのノズル先
端の失透（透明な石英が白っぽく変色してぼろぼろに剥
離する現象。非晶質の石英が結晶質のクリストパライト
に変質すること。）を招き、パーティクル発生の原因に
なったり、ノズル形状の変形を招く。そのため、パーテ
ィクル発生のない高品質の酸化処理可能な期間（寿命）
が短くなるという問題が生じる。

【００１１】また、特開平６ー２６７９３２号公報に記
載されているような分散型外部燃焼装置の場合には、酸
素ガス噴出ノズルが水素ガス噴出ノズルの先端から周囲
に遠く離れて分散し、かつその水素ガス噴出ノズルの先
端よりも突出する位置に配するので、酸素ガス噴出ノズ
ルより周囲の広い範囲に拡散して酸素ガスが噴出するよ
うになる。これにより、水蒸気を発生させるために着
火、燃焼させた時の燃焼炎が、前記水素ガス噴出ノズル
の先端に接近すること無く周囲に広がって形成されるよ
うになって、水素ガスノズルの先端が異常に加熱される
ことがなくなり、そのノズル先端の失透によるパーティ
クル発生やノズル形状の変形も発生しなくなる。

【００１２】ところが、この分散型外部燃焼装置では、
低流量水素ガス利用水蒸気酸化処理や低水素ガス／酸素
ガスの混合比利用水蒸気酸化処理の場合において、燃焼
炎が水素ガス噴出ノズルの先端近くに形成され、その水
素ガス噴出ノズルの先端が失透温度を上回って加熱され
るため、そのノズル先端の失透を招き、パーティクル発
生の原因になったり、ノズル形状の変形を招き、環状型
外部燃焼装置の場合と同様に、パーティクル発生のない
高品質の酸化処理可能な期間（寿命）が短かくなるとい
う問題が生じる。

【００１３】この発明は、上述の問題を解決するために
なされたもので、水素ガス／酸素ガスが通常の混合比の
場合と低流量水素ガス利用水蒸気酸化処理や低水素ガス
／酸素ガスの混合比利用水蒸気酸化処理の場合の両方に
おいて、パーティクル発生に対して問題の無い燃焼装置
を提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
燃焼装置において、水素ガスを燃焼容器内に導入する水
素ガス噴出口と、酸素ガスを燃焼容器内に導入する酸素
ガス噴出口とを備え、水素ガス噴出口の開口面積が０.
１２ｃｍ²以上０.５０ｃｍ²以下で、かつその酸素ガス
噴出口を水素ガス噴出口の中心から周囲に８〜１４ｍｍ
離した位置で、開口面積が０.２〜０.６ｃｍ²、特に好
ましくは０.３〜０.５ｃｍ²の構成としたものである。

【００１５】この発明は、燃焼装置において、水素ガス
を燃焼容器内に導入する水素ガス噴出口と、酸素ガスを
燃焼容器内に導入する酸素ガス噴出口とを備え、水素ガ
ス噴出口の開口面積が０.１２ｃｍ²以上０.５０ｃｍ²以
下で、かつ第1の酸素ガス噴出口を水素ガス噴出口の中
心から周囲に８〜１４ｍｍ離した位置で、開口面積が
０.２〜０.６ｃｍ²、好ましくは０.３〜０.５ｃｍ²で構
成すると共に、第2の酸素ガス噴出口を水素ガス噴出口
の中心から周囲に１４〜２０ｍｍ離した位置で、１ｃｍ
²以下の開口面積で開口する構成としたものである。

【００１６】この発明は、燃焼装置において、水素ガス
を燃焼容器内に導入する水素ガス噴出口と、酸素ガスを
燃焼容器内に導入する酸素ガス噴出口とを備え、水素ガ
ス噴出口の開口面積（Ｓ）が０.１２ｃｍ²未満で、かつ
その酸素ガス噴出口を水素ガス噴出口の中心から周囲に
［４＋（Ｓ／π）^1/2］〜［１０＋（Ｓ／π）^1/2］ｍｍ
離した位置で、開口面積が０.２〜０.６ｃｍ²、特に好
ましくは０.３〜０.５ｃｍ²の構成としたものである。

【００１７】この発明は、燃焼装置において、水素ガス
を燃焼容器内に導入する水素ガス噴出ノズルと、酸素ガ
スを燃焼容器内に導入する酸素ガス噴出ノズルとを備
え、水素ガス噴出口の開口面積（Ｓ）が０.１２ｃｍ²未
満で、かつ第1の酸素ガス噴出口を水素ガス噴出口の中
心から周囲に［４＋（Ｓ／π）^1/2］〜［１０＋（Ｓ／
π）^1/2］ｍｍ離した位置で、開口面積が０.２〜０.６
ｃｍ²、好ましくは０.３〜０.５ｃｍ²で構成すると共
に、第2の酸素ガス噴出口を水素ガス噴出口の中心から
周囲に［１０＋（Ｓ／π）^1/2］〜［１６＋（Ｓ／π）
^1/2］ｍｍ離した位置で、１ｃｍ²以下の開口面積で開口
する構成としたものである。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】この発明は、燃焼装置において、水素ガス
を燃焼容器内に導入する水素ガス噴出口と、酸素ガスを
燃焼容器内に導入する酸素ガス噴出口とを備え、かつそ
の水素ガス噴出口と酸素ガス噴出口の少なくとも一方の
温度を制御するための移動可能なヒータを設けた構成と
したものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】この発明の燃焼装置は、水素ガス
を燃焼容器内に導入する水素ガス噴出口と酸素ガスを燃
焼容器内に導入する酸素ガス噴出口の最適な配置条件お
よび開口面積の条件を規定することによって、水素ガス
／酸素ガスが通常の混合比の場合、または低流量水素ガ
ス利用水蒸気酸化処理や低水素ガス／酸素ガスの混合比
利用水蒸気酸化処理の場合のいずれであっても、パーテ
ィクル発生に関する問題の無い燃焼装置を提供すること
ができるものである。

【００２３】パーティクル発生は、前述のように、中央
の水素ガス噴出ノズルの先端から炎が出て、その水素ガ
ス噴出ノズルの先端が失透温度（約１２００℃）を上回
って加熱され、そのノズル先端の透明な非晶質の石英が
結晶質のクリストパライトに変質することによって引起
こされるものであり、この点から、通常の解決手段とし
ては、燃焼炎をノズル先端から遠避けることが考えられ
るが、ノズル先端から燃焼炎が離れるとその距離に応じ
て不安定となり、燃焼状態の制御の観点から望ましいも
のではない。また、低流量水素ガス利用水蒸気酸化処理
や低水素ガス／酸素ガスの混合比利用水蒸気酸化処理の
場合には、特に燃焼炎がノズル先端近傍で小さくしかも
不安定に形成されるため、同様に燃焼状態の制御の観点
からも望ましいものではなく、しかもパーティクル発生
に対する問題を生じないようにする必要がある。

【００２４】この発明においては、パーティクル発生の
現象から、水素ガス噴出ノズルの先端の温度状態を測定
し、燃焼炎を形成する条件を様々変化させ、水素ガス噴
出ノズルの先端の温度が失透温度（約１２００℃）を上
回らない条件を見出そうとしたが、パーティクル発生
は、炎のゆらぎによる温度のゆらぎと対応した極めて局
所的な温度上昇と関係しており、平均的な測定温度から
最適構成を設定することは極めて困難であり、そのた
め、実際に生じるパーティクルの状態から、水素ガス／
酸素ガスが通常の混合比の場合と低流量水素ガス利用水
蒸気酸化処理や低水素ガス／酸素ガスの混合比利用水蒸
気酸化処理の場合の両方において、パーティクル発生に
対して問題のないように、燃焼装置における水素ガス噴
出口と、酸素ガス噴出口との最適な配置条件および開口
面積の条件を規定したものである。

【００２５】実施の形態１．図１、図２はこの発明の実
施の形態１である燃焼装置を示すもので、図において、
１は外部燃焼装置、２は水素ガスと酸素ガスを加熱しな
がら導入して燃焼させることにより水蒸気を発生させる
燃焼容器、３は水素ガス導入管、４は酸素ガス導入管、
５は水素及び酸素ガスの少なくとも一方を加熱するヒー
タ、６は燃焼容器２の周囲に設けられ、燃焼容器２を水
蒸気が結露温度以上で冷却する冷却機構、７は水素ガス
噴出ノズル、８は酸素ガス噴出ノズル（孔）、９は水素
ガス噴出ノズル７の先端の凹部、１０は酸素拡散板、１
１はヒータ５と冷却機構６の間に設けられた断熱材、１
２は水素ガス噴出口面積を示す部分、１３は酸素ガス噴
出口面積を示す部分、１４は水素と酸素の燃焼により形
成される燃焼炎である。

【００２６】図１の環状型の燃焼装置では、水素ガス噴
出口の開口面積（Ｓ）が０.１２ｃｍ²以上０.５０ｃｍ²
以下で、かつその酸素ガス噴出ノズルを水素ガス噴出ノ
ズルの中心から周囲に８〜１４ｍｍ離した位置で、開口
面積が０.２〜０.６ｃｍ²で、とくに好ましくは０.３〜
０.５ｃｍ²で環状に開口する構成である。

【００２７】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径４〜
８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズルを水素
ガス噴出ノズルの中心から周囲に１０ｍｍ離した位置を
中心とし幅０.７ｍｍの環状に開口する構成が挙げられ
る。

【００２８】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径４〜
８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズルを水素
ガス噴出ノズルの中心から周囲に８ｍｍ離した位置を中
心とし幅０.８ｍｍの環状に開口する構成が挙げられ
る。

【００２９】図２の分散型の燃焼装置では、水素ガス噴
出口の開口面積（Ｓ）が０.１２ｃｍ²以上０.５０ｃｍ²
以下で、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）を水素ガス
噴出ノズルの中心から周囲に８〜１４ｍｍ離した位置
で、酸素ガス噴出ノズルのトータルの孔面積が０.３〜
０.５ｃｍ²の開口面積で分散させて開口する構成であ
る。

【００３０】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径４〜
８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）
を水素ガス噴出ノズルの中心から１０ｍｍの同心円上に
４５度きざみに直径２.５ｍｍの孔を８個開口する構成
が挙げられる。

【００３１】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径４〜
８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）
を水素ガス噴出ノズルの中心から１３ｍｍの同心円上に
３０度きざみに直径２ｍｍの孔を１２個開口する構成が
挙げられる。

【００３２】このように構成した場合、水素ガス／酸素
ガスの混合比を変化させても、パーティクル発生に対し
て問題がなかった。

【００３３】実施の形態２．図３、図４はこの発明の実
施の形態２である燃焼装置を示すもので、それぞれの図
において、１は外部燃焼装置、２は水素ガスと酸素ガス
を加熱しながら導入して燃焼させることにより水蒸気を
発生させる燃焼容器、３は水素ガス導入管、４は酸素ガ
ス導入管、５は水素及び酸素ガスの少なくとも一方を加
熱するヒータ、６は燃焼容器２の周囲に設けられ、燃焼
容器２を水蒸気が結露温度以上で冷却する冷却機構、７
は水素ガス噴出ノズル、８は酸素ガス噴出ノズル
（孔）、９は水素ガス噴出ノズル７の先端の凹部、１０
は酸素拡散板、１１はヒータ５と冷却機構６の間に設け
られた断熱材、１２は水素ガス噴出口面積を示す部分、
１３は酸素ガス噴出口面積を示す部分、１４は水素と酸
素の燃焼により形成される燃焼炎である。

【００３４】図３の環状型の燃焼装置では、水素ガス噴
出口の開口面積（Ｓ）が０.１２ｃｍ²以上０.５０ｃｍ²
以下で、かつその酸素ガス噴出ノズルを水素ガス噴出ノ
ズルの中心から周囲に８〜１４ｍｍ離した位置で、０.
３〜０.５ｃｍ²の開口面積で環状に開口し、かつその酸
素ガス噴出ノズルを水素ガス噴出ノズルの中心から周囲
に１４〜２０ｍｍ離した位置で、１ｃｍ²以下の開口面
積で開口する構成である。

【００３５】例えば、図３に示すように、水素ガス噴出
口の形状を直径４〜８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガ
ス噴出ノズルを水素ガス噴出ノズルの中心から周囲に１
３.５ｍｍ離した位置を中心とし幅０.５ｍｍの孔を環状
に開口し、かつその環状孔より放射状に４５度きざみ
に、幅１ｍｍ、径方向長さ５ｍｍの矩形孔を８個開口す
る構成が挙げられる。

【００３６】例えば、図１に示すように、水素ガス噴出
口の形状を直径４〜８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガ
ス噴出ノズルを水素ガス噴出ノズルの中心から周囲に１
４ｍｍ離した位置を中心とし幅１ｍｍで環状に開口する
構成が挙げられる。

【００３７】図４の分散型の燃焼装置では、水素ガス噴
出口の開口面積（Ｓ）が０.１２ｃｍ²以上０.５０ｃｍ²
以下で、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）を水素ガス
噴出ノズルの中心から周囲に８〜１４ｍｍ離した位置
で、酸素ガス噴出ノズルのトータルの孔面積が０.３〜
０.５ｃｍ²の開口面積で分散させて開口し、かつその酸
素ガス噴出ノズル（孔）を水素ガス噴出ノズルの中心か
ら周囲に１４〜２０ｍｍ離した位置で、１ｃｍ²以下の
開口面積で開口する構成である。

【００３８】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径４〜
８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）
を水素ガス噴出ノズルの中心から１０ｍｍの同心円上に
４５度きざみに直径２.５ｍｍの孔を８個開口し、かつ
１６ｍｍの同心円上に、１０ｍｍの同心円上の孔とは１
５度ずらして４５度きざみに直径２.５ｍｍの孔を８個
開口する構成が挙げられる。

【００３９】このように構成した場合、水素ガス／酸素
ガスの混合比を変化させても、実施の形態１と同様に、
パーティクル発生に対して問題がなかった。

【００４０】実施の形態３．構造上は、図１および図２
に示した実施の形態１と同様であり、この発明の実施の
形態３の環状型の燃焼装置では、水素ガス噴出口の開口
面積（Ｓ）が０.１２ｃｍ²未満で、かつその酸素ガス噴
出ノズルを水素ガス噴出ノズルの中心から周囲に［４＋
（Ｓ／π）^1/2］〜［１０＋（Ｓ／π）^1/2］ｍｍ離した
位置で、０.３〜０.５ｃｍ²の開口面積で開口する構成
である。

【００４１】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径１ｍ
ｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズルを水素ガス
噴出ノズルの中心から周囲に８ｍｍ離した位置を中心と
し幅０.８ｍｍの環状に開口する構成が挙げられる。

【００４２】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径１ｍ
ｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズルを水素ガス
噴出ノズルの中心から周囲に１０.５ｍｍ離した位置を
中心とし幅０.６ｍｍの環状に開口する構成が挙げられ
る。

【００４３】分散型の燃焼装置では、水素ガス噴出口の
開口面積（Ｓ）が０.１２ｃｍ²以上０.５０ｃｍ²以下
で、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）を水素ガス噴出
ノズルの中心から周囲に８〜１４ｍｍ離した位置で、酸
素ガス噴出ノズルのトータルの孔面積が０.３〜０.５ｃ
ｍ²の開口面積で分散させて開口する構成である。

【００４４】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径４〜
８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）
を水素ガス噴出ノズルの中心から１０ｍｍの同心円上に
４５度きざみに直径２.５ｍｍの孔を８個開口する構成
が挙げられる。

【００４５】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径４〜
８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）
を水素ガス噴出ノズルの中心から１３ｍｍの同心円上に
３０度きざみに直径２ｍｍの孔を１２個開口する構成が
挙げられる。

【００４６】実施の形態４．構造上は、図３および図４
に示した実施の形態２と同様であり、この発明の実施の
形態４の環状型の燃焼装置では、水素ガス噴出口の開口
面積（Ｓ）が０.１２ｃｍ²未満で、かつその酸素ガス噴
出ノズルを水素ガス噴出ノズルの中心から周囲に［４＋
（Ｓ／π）^1/2］〜［１０＋（Ｓ／π）^1/2］ｍｍ離した
位置で、０.３〜０.５ｃｍ²の開口面積で開口し、かつ
その酸素ガス噴出ノズルを水素ガス噴出ノズルの中心か
ら周囲に［１０＋（Ｓ／π）^1/2］〜［１６＋（Ｓ／
π）^1/2］ｍｍ離した位置で、１ｃｍ²以下の開口面積で
開口する構成である。

【００４７】例えば、図３に示すように、水素ガス噴出
口の形状を直径１ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴
出ノズルを水素ガス噴出ノズルの中心から周囲に１０.
５ｍｍ離した位置を中心とし幅０.６ｍｍの孔を環状に
開口し、かつその環状孔より放射状に４５度きざみに、
幅１ｍｍ、径方向長さ５ｍｍの矩形孔を８個開口する構
成が挙げられる。

【００４８】例えば、図１に示すように、水素ガス噴出
口の形状を直径１ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴
出ノズルを水素ガス噴出ノズルの中心から周囲に１１ｍ
ｍ離した位置を中心とし幅１.１ｍｍで環状に開口する
構成が挙げられる。

【００４９】図４の分散型の燃焼装置では、水素ガス噴
出口の開口面積（Ｓ）が０.１２ｃｍ²以上０.５０ｃｍ²
以下で、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）を水素ガス
噴出ノズルの中心から周囲に８〜１４ｍｍ離した位置
で、酸素ガス噴出ノズルのトータルの孔面積が０.３〜
０.５ｃｍ²の開口面積で分散させて開口し、かつその酸
素ガス噴出ノズル（孔）を水素ガス噴出ノズルの中心か
ら周囲に１４〜２０ｍｍ離した位置で、１ｃｍ²以下の
開口面積で開口する構成である。

【００５０】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径４〜
８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）
を水素ガス噴出ノズルの中心から１０ｍｍの同心円上に
４５度きざみに直径２.５ｍｍの孔を８個開口し、かつ
１６ｍｍの同心円上に、１０ｍｍの同心円上の孔とは１
５度ずらして４５度きざみに直径２.５ｍｍの孔を８個
開口する構成が挙げられる。

【００５１】参考例１． 図５はこの発明の参考例１である燃焼装置を示すもの
で、１は外部燃焼装置、２は水素ガスと酸素ガスを加熱
しながら導入して燃焼させることにより水蒸気を発生さ
せる燃焼容器、３は水素ガス導入管、４は酸素ガス導入
管、５は水素及び酸素ガスの少なくとも一方を加熱する
ヒータ、６は燃焼容器の周囲に設けられた燃焼容器を水
蒸気が結露温度以上で冷却する冷却機構、７は水素ガス
噴出ノズル、８は酸素ガス噴出ノズル（孔）、９は水素
ガス噴出ノズル７の先端の凹部、１０は酸素拡散板、１
１はヒータ５と冷却機構６の間に設けられた断熱材、１
２は水素ガス噴出口面積を示す部分、１３は酸素ガス噴
出口面積を示す部分、１４は水素と酸素の燃焼により形
成される燃焼炎、１５は水素ガス噴出ノズル先端部であ
る。

【００５２】図５の分散型の燃焼装置では、水素ガスを
燃焼容器内に導入する水素ガス噴出ノズルと、酸素ガス
を燃焼容器内に導入する酸素ガス噴出ノズルとを備え、
かつその酸素ガス噴出ノズルが、前記水素ガス噴出ノズ
ルの先端と同一面或いは後退させて周囲に広く分散する
複数箇所に開口する構成である。

【００５３】例えば、酸素拡散板１０を水素ガス噴出ノ
ズル先端部１５と同一面或いは５ｍｍ以内で後退させ
て、かつ水素ガス噴出ノズル内径が先端部で拡大してい
ない構成が挙げられる。

【００５４】参考例２． 図６はこの発明の参考例２である燃焼装置を示すもの
で、１は外部燃焼装置、２は水素ガスと酸素ガスを加熱
しながら導入して燃焼させることにより水蒸気を発生さ
せる燃焼容器、３は水素ガス導入管、４は酸素ガス導入
管、５は水素及び酸素ガスの少なくとも一方を加熱する
ヒータ、６は燃焼容器の周囲に設けられた燃焼容器を水
蒸気が結露温度以上で冷却する冷却機構、７は水素ガス
噴出ノズル、８は酸素ガス噴出ノズル（孔）、９は水素
ガス噴出ノズル７の先端の凹部、１０は酸素拡散板、１
１はヒータ５と冷却機構６の間に設けられた断熱材、１
２は水素ガス噴出口面積を示す部分、１３は酸素ガス噴
出口面積を示す部分、１４は水素と酸素の燃焼により形
成される燃焼炎、１６は水素ガス噴出ノズル側に向いた
酸素ガス噴出ノズル（孔）である。

【００５５】図６の分散型の燃焼装置では、水素ガスを
燃焼容器内に導入する水素ガス噴出ノズルと、酸素ガス
を燃焼容器内に導入する酸素ガス噴出ノズルとを備え、
かつその酸素ガス噴出ノズル穴の一部或いは全部が、前
記水素ガス噴出ノズル側に向いている構成である。

【００５６】例えば、水素ガス噴出口の形状を直径４〜
８ｍｍの円状とし、かつその酸素ガス噴出ノズル（孔）
を水素ガス噴出ノズルの中心から１０ｍｍの同心円上に
９０度きざみに直径２ｍｍの孔を４個開口し、かつ１５
ｍｍの同心円上に、１０ｍｍの同心円上の孔とは４５度
ずらして９０度きざみに直径２ｍｍの孔を４個開口し、
かつ内側の４個の孔全てを４５度の角度で水素ガス噴出
ノズル側に向けた構成が挙げられる。

【００５７】参考例３． 図７はこの発明の参考例３である燃焼装置を示すもの
で、１は外部燃焼装置、２は水素ガスと酸素ガスを加熱
しながら導入して燃焼させることにより水蒸気を発生さ
せる燃焼容器、３は水素ガス導入管、４は酸素ガス導入
管、５は水素及び酸素ガスの少なくとも一方を加熱する
ヒータ、６は燃焼容器の周囲に設けられた燃焼容器を水
蒸気が結露温度以上で冷却する冷却機構、７は水素ガス
噴出ノズル、８は酸素ガス噴出ノズル（孔）、９は水素
ガス噴出ノズル７の先端の凹部、１０は酸素拡散板、１
１はヒータ５と冷却機構６の間に設けられた断熱材、１
２は水素ガス噴出口面積を示す部分、１３は酸素ガス噴
出口面積を示す部分、１４は水素と酸素の燃焼により形
成される燃焼炎、１７は水素ガス噴出ノズル及び酸素ガ
ス噴出ノズルの側面側冷却体、１８は水素ガス噴出ノズ
ル及び酸素ガス噴出ノズルのガスによる内部冷却体であ
る。

【００５８】図７の燃焼装置では、水素ガスを燃焼容器
内に導入する水素ガス噴出ノズルと、酸素ガスを燃焼容
器内に導入する酸素ガス噴出ノズルとを備え、かつその
水素ガス噴出ノズルと酸素ガス噴出ノズルの温度を制御
するための冷却体を、水素ガス噴出ノズルと酸素ガス噴
出ノズルの側面と内部の少なくとも一方に設けた構成で
ある。

【００５９】例えば、側面からの冷却方法としては冷却
水を用いた水冷ホルダーを水素ガス噴出ノズル及び酸素
ガス噴出ノズル側面に設ける構成が、内部からの冷却方
法としては、水素ガスや酸素ガスと混じることなく窒素
ガス等の不活性ガスを流す事が可能な流路を、水素ガス
噴出ノズル及び酸素ガス噴出ノズルの先端部に設ける構
成が挙げられる。

【００６０】これらの冷却体の使用方法は、例えば、着
火時のみ冷却体の能力を下げ、酸化処理時には冷却能力
を上げることとする。

【００６１】実施の形態５． 図８はこの発明の実施の形態５である燃焼装置を示すも
ので、１は外部燃焼装置、２は水素ガスと酸素ガスを加
熱しながら導入して燃焼させることにより水蒸気を発生
させる燃焼容器、３は水素ガス導入管、４は酸素ガス導
入管、５は水素及び酸素ガスの少なくとも一方を加熱す
るヒータ、６は燃焼容器の周囲に設けられた燃焼容器を
水蒸気が結露温度以上で冷却する冷却機構、７は水素ガ
ス噴出ノズル、８は酸素ガス噴出ノズル（孔）、９は水
素ガス噴出ノズル７の先端の凹部、１０は酸素拡散板、
１１はヒータ５と冷却機構６の間に設けられた断熱材、
１２は水素ガス噴出口面積を示す部分、１３は酸素ガス
噴出口面積を示す部分、１４は水素と酸素の燃焼により
形成される燃焼炎、１９は水素ガス噴出ノズル先端部側
に遠近させることが可能な移動式ヒータである。

【００６２】図８の燃焼装置では、水素ガスを燃焼容器
内に導入する水素ガス噴出ノズルと、酸素ガスを燃焼容
器内に導入する酸素ガス噴出ノズルとを備え、かつその
水素ガス噴出ノズルと酸素ガス噴出ノズルの少なくとも
一方の温度を制御するための移動可能なヒータを設けた
構成である。

【００６３】この移動可能なヒータの使用方法は、例え
ば、着火時のみ水素ガス噴出ノズル及び酸素ガス噴出ノ
ズル側に移動させ、酸化処理時にはノズル側から遠のけ
ることとする。

【００６４】以上の実施の形態における水素ガス噴出ノ
ズルの開口面積と酸素ガス噴出ノズルの位置及び開口面
積の主だった状況と、その他の参考事例との比較状態は
以下の通りである。 参考事例Ａ：(構造は図１に相当) 水素ガス噴出ノズルの開口面積（ ｃｍ²）：０．１２６ 酸素ガス噴出ノズルの開口面積（ ｃｍ²）：０．８７９ 酸素ガス噴出ノズルの水素ガス噴出ノズルからの距離
（ｍｍ）：１０ 通常混合比の場合：× 希釈混合比の場合：◎ 参考事例Ｂ：(構造は図４に相当) 水素ガス噴出ノズルの開口面積（ ｃｍ²）：０．１２６ 酸素ガス噴出ノズルの開口面積（ ｃｍ²）：０．１２５ 酸素ガス噴出ノズルの水素ガス噴出ノズルからの距離
（ｍｍ）：１０ 通常混合比の場合：◎ 希釈混合比の場合：× 実施の形態の事例Ｃ：(構造は図４に相当) 水素ガス噴出ノズルの開口面積（ ｃｍ²）：０．１２６ 酸素ガス噴出ノズルの開口面積（ ｃｍ²）：０．２ 酸素ガス噴出ノズルの水素ガス噴出ノズルからの距離
（ｍｍ）：１０ 通常混合比の場合：○ 希釈混合比の場合：△ 実施の形態の事例Ｄ：(構造は図４に相当) 水素ガス噴出ノズルの開口面積（ ｃｍ²）：０．１２６ 酸素ガス噴出ノズルの開口面積（ ｃｍ²）：０．４ 酸素ガス噴出ノズルの水素ガス噴出ノズルからの距離
（ｍｍ）：１０ 通常混合比の場合：○ 希釈混合比の場合：○

【００６５】なお、前述の各々の評価は、燃焼装置から
出される水蒸気中のパーティクルの数を計数することに
よって行ったものである。

【００６６】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００６７】本発明の請求項１と３では、水素ガス噴出
ノズルの位置及び開口面積に対し、酸素ガス噴出ノズル
の位置及び開口面積が適正な値に設定できるため、酸素
ガスが酸素ガス噴出ノズルより周囲の適正な範囲に拡散
して噴出するようになる。これにより、水蒸気を発生さ
せるために着火、燃焼させた時の燃焼炎が、前記水素ガ
ス噴出ノズルの先端から出ずに周囲の酸素ガス噴出ノズ
ルから出るようになって、水素ガスノズルの先端に接近
すること無く適度に周囲に広がって形成されるようにな
って、そのノズル先端の失透によるパーティクル発生や
ノズル形状の変形も発生しなくすることができる。

【００６８】また、低流量水素ガス利用水蒸気酸化処理
や低水素ガス／酸素ガスの混合比利用水蒸気酸化処理の
場合においても、水蒸気を発生させるために着火、燃焼
させた時の燃焼炎が、水素ガス噴出ノズルの先端から離
して炎を形成することができる。このため、その水素ガ
ス噴出ノズルの先端が失透温度を上回って加熱され、そ
のノズル先端の失透を招くことがなくなり、パーティク
ル発生の原因やノズル形状の変形の発生をなくすること
ができる。また、パーティクル発生のない高品質の酸化
処理可能な期間（寿命）が短くなることを抑制できる。

【００６９】本発明の請求項２と４では、さらに水素ガ
ス噴出ノズルの位置及び開口面積に対し、酸素ガス噴出
ノズルの位置及び開口面積が適正な値に設定できるた
め、酸素ガスが酸素ガス噴出ノズルより周囲の適正な範
囲に拡散して噴出するようになる。これにより、水蒸気
を発生させるために着火、燃焼させた時の燃焼炎が、前
記水素ガス噴出ノズルの先端から出ずに周囲の酸素ガス
噴出ノズルから出るようになって、水素ガスノズルの先
端が異常に加熱されることがなくなり、そのノズル先端
の失透によるパーティクル発生やノズル形状の変形も発
生しなくすることができる。

【００７０】

【００７１】 本発明の請求項５では、着火時には水素
ガス噴出ノズル及び酸素ガス噴出ノズル先端部を高温に
加熱できるため、容易に水素ガスと酸素ガスを着火させ
ることができる。さらに、酸化処理時には、移動式ヒー
タの作用により水素ガス噴出ノズル及び酸素ガス噴出ノ
ズル先端部を低温にすることができるため、先端が異常
に加熱されることがなくなり、そのノズル先端の失透に
よるパーティクル発生やノズル形状の変形も発生しなく
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１、形態３の環状型の
燃焼装置の構造図である。

【図２】 この発明の実施の形態１、形態３の分散型の
燃焼装置の構造図である。

【図３】 この発明の実施の形態２、形態４の環状型の
燃焼装置の構造図である。

【図４】 この発明の実施の形態２、形態４の分散型の
燃焼装置の構造図である。

【図５】 この発明の参考例１を示す燃焼装置の構造図
である。

【図６】 この発明の参考例２を示す燃焼装置の構造図
である。

【図７】 この発明の参考例３を示す燃焼装置の構造図
である。

【図８】 この発明の実施の形態５を示す燃焼装置の構
造図である。

【図９】 従来の環状型燃焼装置の形態を示す図であ
る。

【図１０】 従来の分散型燃焼装置の形態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 外部燃焼室、 ２ 燃焼容器、 ３ 水素ガス導入
管、 ４ 酸素ガス導入管、 ５ ヒータ、 ６ 冷却
機構、 ７ 水素ガス噴出ノズル、 ８ 酸素ガス噴出
ノズル、 ９ 凹部、 １０ 酸素拡散板、 １１ 断
熱材、 １２水素ガス噴出口面積、 １３ 酸素ガス噴
出口面積、 １４ 燃焼炎、 １５水素ガス噴出ノズル
先端部、 １６ 水素ガス噴出ノズル側に向いた酸素ガ
ス噴出ノズル（孔）、 １７ 水素ガス噴出ノズル及び
酸素ガス噴出ノズルの側面側冷却体、 １８ 水素ガス
噴出ノズル及び酸素ガス噴出ノズルのガスによる内部冷
却体、 １９ 水素ガス噴出ノズル先端部側に遠近させ
ることが可能な移動式ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 和也 兵庫県伊丹市瑞原四丁目１番地 菱電セ ミコンダクタシステムエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 福本 孝友 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 高原 昭治 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 谷尾 昌也 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−246262（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−317400（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−294308（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−155624（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−178225（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−304136（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/205 H01L 21/316 F22B 3/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素ガスと酸素ガスとを燃焼容器内に導
   入し、燃焼させることにより水蒸気を発生させる燃焼装
   置において、前記水素ガスを燃焼容器内に導入する水素
   ガス噴出口と、酸素ガスを燃焼容器内に導入する酸素ガ
   ス噴出口とを備え、上記水素ガス噴出口の開口面積が
   ０．１２ｃｍ^２以上０．５０ｃｍ^２以下で、上記酸素ガ
   ス噴出口を上記水素ガス噴出口の中心から周囲に８〜１
   ４ｍｍ離した位置で、０．３〜０．５ｃｍ^２の開口面積
   で開口する構成としたことを特徴とする燃焼装置。
2. 【請求項２】 酸素ガス噴出口を水素ガス噴出口の中心
   から周囲に１４〜２０ｍｍ離した位置で、１ｃｍ^２以下
   の開口面積で開口する構成としたことを特徴とする請求
   項１記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】 水素ガスと酸素ガスとを加熱しながら燃
   焼容器内に導入して燃焼させることにより水蒸気を発生
   させる燃焼装置において、前記水素ガスを燃焼容器内に
   導入する水素ガス噴出口と、酸素ガスを燃焼容器内に導
   入する酸素ガス噴出口とを備え、上記水素ガス噴出口の
   開口面積（Ｓ）が０．１２ｃｍ^２未満で、かつ上記酸素
   ガス噴出口を上記水素ガス噴出口の中心から周囲に［４
   ＋（Ｓ／π）^１／２］〜［１０＋（Ｓ／π）^１／２］ｍ
   ｍ離した位置で、０．３〜０．５ｃｍ^２の開口面積で開
   口する構成としたことを特徴とする燃焼装置。
4. 【請求項４】 酸素ガス噴出口を水素ガス噴出口の中心
   から周囲に［１０＋（Ｓ／π）^１／２］〜［１６＋（Ｓ
   ／π）^１／２］ｍｍ離した位置で、１ｃｍ^２以下の開口
   面積で開口する構成としたことを特徴とする請求項３記
   載の燃焼装置。 【請求項５】 水素ガスと酸素ガスとを加熱しながら燃
   焼容器内に導入して燃焼させることにより水蒸気を発生
   させる燃焼装置において、前記水素ガスを燃焼容器内に
   導入する水素ガス噴出口と、酸素ガスを燃焼容器内に導
   入する酸素ガス噴出口とを備え、かつその水素ガス噴出
   口と酸素ガス噴出口の少なくとも一方の温度を制御する
   ための移動可能なヒータを設ける構成としたことを特徴
   とする燃焼装置。