(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次側ラインより変圧器に入力された電力を複数の２次側ラインに分配して電力使用系に供給する電力使用系の保護回路において、前記１次側ラインに介設された１次側電力遮断器と、前記２次側ラインのそれぞれに介設された複数の２次側電力遮断器と、この各２次側電力遮断器と関連して動作するように対応して設けられた複数の補助スイッチ部と、前記各スイッチ部の内、いずれか１つがオフしたことに応答して前記１次側電力遮断器をオフする保護リレー部とを備えたことを特徴とする電力使用系の保護回路。
【請求項２】
前記複数の補助スイッチ部と前記保護リレー部は、リレー駆動ラインに直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電力使用系の保護回路。
【請求項３】
前記リレー駆動ラインには、前記変圧器が所定の温度以上になった時に動作する変圧器用サーモスタットが介設されていることを特徴とする請求項２記載の電力使用系の保護回路。
【請求項４】
前記２次側ラインは、複数に分割された縦型半導体製造装置の加熱炉の各ゾーンヒータに接続されていることを特徴とする請求項１乃至３記載の電力使用系の保護回路。
【請求項５】
前記リレー駆動ラインには、前記電力使用系の各種の状態を検出するセンサのリレー接点が直列に接続されていることを特徴とする請求項２乃至４記載の電力使用系の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力使用系の保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力供給源からの供給電力を変圧器で変換して多数の電力使用系に分配するようにした電気回路系においては、高い安全対策が求められる。この安全対策を施す従来の保護回路は、負荷電流、すなわち２次側電流による変圧器の温度をサーモスタットや温度ヒューズ等よりなる温度センサにより監視し、過昇温した時に温度センサが作動することにより変圧器の１次側に設けた電力遮断器を断路制御する。これにより、変圧器への電力供給を遮断して、電力使用系及び変圧器の安全を確保するようになっている。
これを図５に示す回路構成を参照して具体的に説明する。ここでは電力使用系として半導体ウエハを熱処理する縦型半導体製造装置を例にとって説明する。図中、２は縦型半導体製造装置であり、石英製の処理容器４内には図示しないウエハボートに支持された多数枚の半導体ウエハが挿脱自在に収容されている。この処理容器４の外側にはこれを囲むように加熱ヒータ６が配置されて加熱炉８を構成している。ここでは、上記加熱ヒータ６は、複数、例えば５つに分割されてゾーンヒータ６Ａ〜６Ｅを構成しており、各ゾーンヒータ６Ａ〜６Ｅに個別に電力を供給して個別に温度コントロールができるようになっている。
【０００３】
この加熱ヒータ６に電力を供給する電力供給系は、変圧器１０を有しており、この１次側コイル１２に、電源１４から１次側ライン１６を介して例えば３相交流が入力されており、この１次側ライン１６に所定の電力以上になるとオフ動作する１次側電力遮断器１８を介設している。
また、変圧器１０の２次側に上記ゾーンヒータ６Ａ〜６Ｅの数に対応した数の２次側コイル２０Ａ〜２０Ｅが設けられる。各コイルは、各２次側ライン２４Ａ〜２４Ｅに接続されて、例えばＳＣＲ素子よりなる電力制御部２２を介して対応するゾーンヒータに接続されており、個別に電力を制御しつつ供給するようになっている。そして、変圧器１０内には温度センサとして例えばサーモスタット２６が設けられており、これが所定の温度以上になった時に何らかの故障が生じたものとして開閉制御部２８は上記１次側電力遮断器８をオフして変圧器１０への電力供給を遮断するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような保護回路では、変圧器１０の温度が過昇温になるような事故が発生すれば、それなりにサーモスタット２６が動作して全体の安全性を維持することが可能である。しかしながら、例えば５つの２次側コイル２０Ａ〜２０Ｅの内、１つのコイルに過電流が生じたような場合であっても、変圧器温度がサーモスタット２６の作動温度に達しないような場合も生じ、この場合には変圧器１０の電力供給が続行されるので電力使用系の故障部分の損傷が拡大したり、或いは対応する２次側コイルが焼損したりするという問題が発生してしまう。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、電力使用系や変圧器の安全性を向上させることができる電力使用系の保護回路を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために、１次側ラインより変圧器に入力された電力を複数の２次側ラインに分配して電力使用系に供給する電力使用系の保護回路において、前記１次側ラインに介設された１次側電力遮断器と、前記２次側ラインのそれぞれに介設された複数の２次側電力遮断器と、この各２次側電力遮断器と関連して動作するように対応して設けられた複数の補助スイッチ部と、前記各スイッチ部の内、いずれか１つがオフしたことに応答して前記１次側電力遮断器をオフする保護リレー部とを備えるように構成する。
これにより、何らかの理由により１つの２次側電力遮断器が過電流のためにオフ作動すると、これに連動して対応する補助スイッチがオフ動作する。すると、この補助スイッチ部のオフ動作により、保護リレー部は上記１次側電力遮断器をオフし、変圧器への電力供給が遮断されることになる。これにより、電力使用系の安全性を向上させることができ、また、変圧器コイルの焼損も防ぐことが可能となる。
【０００６】
上記各補助スイッチ部は、保護リレー部を駆動するリレー駆動ラインに単に直列に接続しておけばよく、いずれか１つの補助スイッチ部がオフ動作すると、上述のように１次側電力遮断器をオフすることになる。
また、このようなリレー駆動ラインに、変圧器の温度を検出する変圧器用サーモスタットを更に直列に接続することにより、変圧器の温度も併せて監視することができ、安全性を更に向上させることができる。
このような電力使用系としては、例えば縦型半導体製造装置の加熱炉のゾーンヒータを用いることができる。更には、上記リレー駆動ラインに、電力使用系、例えば半導体製造装置の各種の状態を検出するセンサのリレー接点に直列に接続することにより、この内の１つでもリレー接点がオフ作動することで上記したように１次側電力遮断器がオフされるので、その安全性を更に向上させることが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る電力使用系の保護回路の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明の電力使用系の保護回路を示す回路構成図、図２は変圧器を示す外観図である。尚、図５に示した構成部分と同一部分については同一符号を付して説明する。ここでは、前述と同様に電力使用系として縦型半導体製造装置を例にとった場合について説明する。
この電力使用系としての縦型半導体製造装置２は、石英製の処理容器４を有しており、この中には、図示しないウエハボートに支持された半導体ウエハが挿脱自在に収容される。この処理容器４の下部には、処理ガス供給系やガス排気系を接続する例えばステンレススチール製のマニホールド３０が設けられ、更に、下端部には、上記ウエハボートを支えつつ気密に開閉されるキャップ部３２が着脱可能に設けられる。
【０００８】
この処理容器４の外側には、これを囲むように大電力を消費する加熱ヒータ６が載置されて加熱炉８を構成しており、内部のウエハを加熱し得るようになっている。ここでは、上記加熱ヒータ６は、上下に複数、例えば５つのゾーンに分割されてゾーンヒータ６Ａ〜６Ｅを構成しており、後述するように各ゾーンヒータ６Ａ〜６Ｅに個別に電力を供給して個別に温度コントロールができるようになっている。
この加熱ヒータ６に電力を供給する電力供給系は、３相入力の変圧器１０を有しており、この３相の１次側コイル１２の各タップ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃには、１次側ライン１６を介して３相交流電源１４が接続されて、電力が導入されている。尚、電源供給系は、３相に限定されず、２相交流でもよいのは勿論である。
【０００９】
そして、この１次側ライン１６には、保護回路の一部を構成する１次側電力遮断器１８が途中に設けられている。この遮断器１８は電磁開閉器よりなり、所定の電力以上の電力供給が生じた時に自動的にオフ動作して電力供給を遮断するようになっている。
また、変圧器１０の２次側には、上記ゾーンヒータ６Ａ〜６Ｅの数に対応した数の２次側コイル２０Ａ〜２０Ｅが設けられており、各コイル２０Ａ〜２０Ｅのタップ３５Ａ〜３５Ｅと前記加熱ヒータ６の対応する各ゾーンヒータ６Ａ〜６Ｅとの間は、途中に例えばＳＲＣ素子よりなる電力制御部２２を介設した２次側ライン２４Ａ〜２４Ｅにより接続され、電力を加熱ヒータ６側へゾーンヒータ毎に個別的に制御可能に供給し得るようになっている。
【００１０】
そして、上記各２次側ライン２４Ａ〜２４Ｅに、保護回路を形成する本発明の特徴とする電磁開閉器よりなる２次側電力遮断器３４Ａ〜３４Ｅが介設されており、これらには対応するゾーンヒータの定格容量に略対応した電力量が設定されており、この電力量以上の電力が供給されると、自動的にオフ方向にトリップ動作するようになっている。ここでは、ヒータの能力にもよるが、例えば１次側の入力電圧が２００〜４００Ｖの３相になっているのに対して、各２次側コイル２０Ａ〜２０Ｅは、電圧が１００〜２０９Ｖ（ボルト）、電流が１５０〜１７０Ａ（アンペア）程度に設定されている。
そして、２次側電力遮断器３４Ａ〜３４Ｅに個々に並設させて、各遮断器と関連して、すなわち連動してオン・オフ動作するように補助スイッチ部３６Ａ〜３６Ｅを設けている。この補助スイッチ部は、対応する２次側電力遮断器がオフ動作する時に、これに連動してオフ動作するものである。
【００１１】
各、補助スイッチ部３６Ａ〜３６Ｅは、保護リレー部３８を介設したリレー駆動ライン４０により直列に接続されており、このリレー駆動ライン４０には駆動電圧Ｖとして例えば２４Ｖの交流電圧が印加されている。上記保護リレー部３８は、前記１次側電力遮断器１８の開動作を制御するものであり、従って、上記各補助スイッチ部３６Ａ〜３６Ｅの内、少なくとも１つがオフ側にトリップ動作した時に、上記保護リレー部３８は、上記１次側電力遮断器１８をオフさせるように動作する。
図２にも示すように上記各２次電力遮断器３４Ａ〜３４Ｅ及び補助スイッチ部３６Ａ〜３６Ｅは、変圧器１０の本体側へネジ４２で浮かした状態で取り付け固定した取付パネル４４に設けられている。変圧器２次側コイルの配線端末２４Ａ〜２４Ｅ及びゾーンヒータへの電力供給ラインの配線端末３５Ａ〜３５Ｅは、各２次側電力遮断器３４Ａ〜３４Ｅの端子台に直接ネジ止めされる。これにより、ラインの不要な引き回しをしなくて済むようになっている。
【００１２】
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
通常の正常の動作時には、１次側電力遮断器１８、各２次側電力遮断器３４Ａ〜３４Ｅ及び補助スイッチ部３６Ａ〜３６Ｅは全て閉（オン）状態になっており、変圧器１０により分配された電力は、各２次側コイル２０Ａ〜２０Ｅから電力制御部２２を介して加熱ヒータ６の対応する各ゾーンヒータ６Ａ〜６Ｅに導入され、ウエハを加熱することになる。ここで、各２次側ライン２４Ａ〜２４Ｅには、それぞれ２次側電力遮断器３４Ａ〜３４Ｅを設けて、供給電力が定格以下となるように負荷電流を監視している。
ここで、加熱ヒータ６のゾーンヒータの一部、例えばゾーンヒータ６Ｂが短絡等の故障が生じて対応する２次側ライン２４Ｂに定格以上の過電流が流れるため、これを検知した２次側電力遮断部３４Ｂは、オフ方向にトリップ動作し、ゾーンヒータ６Ｂへの電力供給を遮断することになる。この状態では３相交流電源１４から変圧器１０へまだ電力が供給されているので、他のゾーンヒータへは電力が投入され続けている。そして、上記２次側電力遮断器３４Ｂのオフ方向へのトリップ動作により、これに並設した補助スイッチ部３６Ｂが連動してオフ方向へトリップ動作する。この補助スイッチ部３６Ｂのトリップ動作により、保護リレー部３８への給電は遮断され、この結果、保護リレー部３８は、１次側電力遮断器１８に流れる電力が定格以下の場合でもこれを強制的にオフ動作させて変圧器１０への電力供給を遮断することになる。
【００１３】
このように、２次側ライン２４Ａ〜２４Ｅに設けられた２次側電力遮断器３４Ａ〜３４Ｅのいずれか１つでも過電流トリップすると、１次側電力遮断器１８がオフされることになるので、２重に保護されることになる。これにより、変圧器１０への電力供給は、１次側で遮断されるので変圧器のコイルに過電流が流れることがなく、これを焼損から略確実に保護することができる。また、過電流が流れないことから電力使用系、すなわちヒータ側の損傷もそれ以上拡大することはなく、従って、安全性を大幅に向上させることができる。
また、図２は変圧器を示す外観図であり、図２（Ａ）は側面図を、図２（Ｂ）は平面図をそれぞれ示す。２次側電力遮断器３４Ａ〜３４Ｅや補助スイッチ部３６Ａ〜３６Ｅを設けるにあたり、取付パネル４４を用いてこれらを変圧器１０の本体側へ一体的に固定するようにしたので、これらを電気的に接続するための配線ラインを冗長に引き回すことがなくなり、配線部分における断線や短絡に対しても安全性を向上させることが可能となる。
【００１４】
尚、上記実施例では、リレー駆動ライン４０に補助スイッチ３６Ａ〜３６Ｅのみを直列に接続する構造としたが、これに限定されず、例えば図３に示すように変圧器１０内の温度を検出するために従来用いられていたような変圧器用サーモスタット２６を用い、これを上記リレー駆動ライン４０に直列に接続するようにしてもよい。これによれば、上記したように２次側ライン２４Ａ〜２４Ｅの供給電力と共に変圧器１０内の温度も監視することができ、安全性をより向上させることができる。
また更に、図４に示すように縦型半導体製造装置２の他の状態も監視の対象とするようにしてもよい。
【００１５】
すなわち、半導体製造装置２には、安定的且つ安全に運転するために装置の状態を検出するための多数のセンサが設けられている。その一例として次のようなセンサが設けられている。加熱炉８を覆う例えばステンレススチール製のアウタシェル４６には監視温度が例えば１００℃に設定されたサーモスタットよりなるシェル温度センサ４８が設けられ、加熱ヒータ６の近傍にはヒータ温度をモニタするために例えば熱電対よりなるヒータ温度センサ５０が設けられる。図示例ではヒータ温度センサ５０は１つしか記載していないが、実際には、ゾーンヒータ毎に設けられている。また、上記アウタシェル４６の内側には、外部に伝わる熱を冷却する冷却水を流すヒータ冷却管５２が設けられるが、この冷却水の流量を監視するためにヒータ冷却水流量センサ５４が設けられ、マニホールド３０にはこれを冷却する冷却水の流量を監視するためにマニホールド冷却水流量センサ５６が設けられ、更に、キャップ部３２にはこれを冷却する冷却水の流量を監視するためにキャップ部冷却水流量センサ５８が設けられている。
【００１６】
また、電力制御部２２を囲む制御ボックス６０には、監視温度が例えば８０℃に設定されたサーモスタットよりなるＳＣＲ温度センサ６２が設けられている。そして、上記した各センサ４８、５０、５４、５６、５８、６２は対応するリレー接点４８Ａ、５０Ａ、５４Ａ、５６Ａ、５８Ａ、６２Ａを有しており、これらの各リレー接点を、前記リレー駆動ライン４０に前述した補助スイッチ部３６Ａ〜３６Ｅ（図１参照）と共に直列接続する。
尚、図中、６４は流量インタフェースであり、各流量センサ５４、５６、５８の検出結果を、対応するリレー接点５４Ａ、５６Ａ、５８Ａの動作に変換するものである。
【００１７】
このように構成することにより、補助スイッチ部３６Ａ〜３６Ｅのみならず、他の部分の状態に１つでも異常が生じた時には直ちに１次側電力遮断器１８をオフ動作させて変圧器１０への電力供給を遮断することができるので、安全性を一層向上させることが可能となる。
尚、上記各実施例におけるサーモスタットに代えて、温度ヒューズを用いるようにしてもよい。
また、ここでは電力使用系として縦型半導体製造装置を例にとって説明したが、この形式に限定されず、比較的大きな消費電力を必要とする他の型式の半導体製造装置にも適用でき、更には、この種の装置のみならず、他の分野の電力使用系にも適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電力使用系の保護回路によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
各２次側ラインを監視する２次側電力遮断器に連動する複数の補助スイッチが１つでもオフ動作することにより１次側電力遮断器を強制的に遮断して変圧器への電力供給を断つことができるので、電力供給系の安全性を向上することができ、しかも、変圧器の巻線が焼損することを防止することができる。
また、上記２次側ラインの監視に加え、変圧器の温度を監視する変圧器用サーモスタットを加えることにより、更に、安全性を向上させることができる。
更に、電力使用系の他の部分の状態を検出するためのセンサも監視の対象に加えることにより、安全性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力使用系の保護回路を示す回路構成図である。
【図２】変圧器を示す外観図である。
【図３】変圧器用サーモスタットを加えた時の保護回路を示す回路構成図である。
【図４】電力使用系の他の状態のセンサを加えた時の保護回路を示す回路構成図である。
【図５】電力使用系の従来の保護回路を示す回路構成図である。
【符号の説明】
２  縦型半導体製造装置（電力使用系）
４  処理容器
６  加熱ヒータ
６Ａ〜６Ｅ  ゾーンヒータ
１０  変圧器
１２  １次側コイル
１６  １次側ライン
１８  １次側電力遮断器
２０Ａ〜２０Ｅ  ２次側コイル
２４Ａ〜２４Ｅ  ２次側ライン
３４Ａ〜３４Ｅ  ２次側電力遮断器
３６Ａ〜３６Ｅ  補助スイッチ部
３８  保護リレー部
４０  リレー駆動ライン
４８，５０，５４，５６，５８，６２  センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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