(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により発熱又は吸熱するペルチェ素子からなるサーモモジュールを複数個直列に接続してモジュール列とすると共に、複数のモジュール列を通電用の第１電源端子と第２電源端子との間に並列に接続してなるサーモモジュール群、
上記各モジュール列毎に、該モジュール列の中間に設けた中間端子と一方の電源端子との間にそれぞれ接続され、断線によるこれらの電源端子と中間端子との間の電圧変化を検出する検出回路、
上記サーモモジュール用の電源とは別の電源に接続され、上記検出回路の何れか１つが電圧変化を検出したとき作動してアラームを発する、各モジュール列に共通の警報回路、
上記警報回路に接続され、上記サーモモジュールをオン・オフ制御する制御信号を受けて該制御信号がオフのとき上記警報回路を不作動状態にする誤作動防止回路、
を有することを特徴とする並列配線式サーモモジュールの断線検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検出装置において、
上記各検出回路がそれぞれ、通電により導通する開閉素子と、該開閉素子を制御する第１制御素子と、断線による上記電源端子と中間端子との間の電圧変化を検知して作動し、該第１制御素子を作動させて上記開閉素子を非導通にする第２制御素子とを含み、
上記警報回路が、アラーム発生手段を作動させる第３制御素子と、該第３制御素子を制御する第４制御素子とを含み、
上記各検出回路の開閉素子が直列に接続されて警報回路における第４制御素子に接続され、何れか１つの開閉素子が非導通になることにより該第４制御素子が作動して第３制御素子を作動させ、それによってアラーム発生手段を作動させる構成であることを特徴とするもの。
【請求項３】
請求項２に記載の検出装置において、上記警報回路が、第４制御素子の作動後第３制御素子が作動するまでの時間を一定時間遅らせるための遅延回路を含むことを特徴とするもの。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の検出装置において、上記電源端子と中間端子との間に、印加電圧の極性変化を吸収させるためのダイオードブリッジが組み込まれていることを特徴とするもの。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の検出装置において、上記中間端子が、何れか一方の電源端子から数えて第１番目のサーモモジュールと第２番目のサーモモジュールとの間に形成されると共に、上記検出回路が、この中間端子と上記第１番目のサーモモジュール側の電源端子との間に接続されていることを特徴とするもの。
【請求項６】
請求項２に記載の検出装置において、上記各検出回路の開閉素子を直列に接続した開閉素子列と第４制御素子との間に、温度変化を検出して開放するサーモスタットが接続されていることを特徴とするもの。
【請求項７】
請求項６に記載の検出装置において、上記誤作動防止回路が、警報回路の一部を開閉するように接続された第５制御素子と、該第５制御素子に接続され、上記制御信号の入力時には導通して該第５制御素子を導通状態に保ち、制御信号の非入力時には非導通となって該第５制御素子を非導通状態に保つ開閉素子とを含むことを特徴とするもの。
【請求項８】
請求項７に記載の検出装置において、上記第５制御素子がトランジスタであり、開閉素子がフォトカプラであることを特徴とするもの。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等のワークの加熱や冷却等に使用される熱処理装置において、それに使用されている加熱又は冷却用のサーモモジュールの断線を検出するための断線検出装置に関するものであり、更に詳しくは、並列配線したサーモモジュールの断線を検出するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体ウエハの製造工程においては、高温（９０〜２００℃）のウエハを冷却する熱処理工程で、図３に示すようなサーモモジュールを用いた冷却装置が使用されている。この冷却装置は、ペルチェ素子からなる複数のサーモモジュール１を冷却板２と放熱板３との間に設置し、冷却板２上にスぺーサ４で一定のギャップを保った状態に支持されたウエハＷを、温度コントローラ５で温度制御される上記サーモモジュール１により、冷却板２を介して所望の温度（２３〜２５℃）にまで冷却するものである。図中７は冷却水用の導管である。
【０００３】
このような冷却装置においては、一般に、上記各サーモモジュール１が直列に接続されて使用されている。そして、サーモモジュール１の断線の検出には、冷却板２の温度をセンサ６で測定する方法が用いられている。即ち、複数のサーモモジュール１を直列に接続した場合、１箇所が断線すると全部のサーモモジュール１がオフになって冷却板２の温度が変化するため、該冷却板２の温度を測定することによって断線したことを知ることができる。
【０００４】
ところが、冷却能力の拡大を図るためにサーモモジュールを増設する場合、従来のような直列接続ではその分印加電圧を高くしなければならないため、制御装置の複雑化や、安全性の問題等が生ずる。このため、複数のサーモモジュールを直列に接続したモジュール列を複数列並列に接続することが考えられている。しかしながら、このように複数のモジュール列を並列に接続すると、温度による断線の検出が困難になる。即ち、一部のモジュール列のサーモモジュールが断線しても、他のモジュール列のサーモモジュールは生きているため、断線したサーモモジュールの近くでは冷却板の温度が部分的に上昇するものの、他の部分の温度はそれほど変化しないことになる。このため、冷却板の一部の温度を温度センサで測定しても、その測定点が断線したサーモモジュールから離れた位置にある場合には、その断線を検出することは不可能に近い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主要な課題は、並列接続したサーモモジュールの断線を確実に検出することができる断線検出手段を提供することにある。
本発明の他の課題は、断線による端子電圧の変化を利用し、並列接続したサーモモジュールのどの部分が断線してもそれを確実に検出できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の断線検出装置は、複数のサーモモジュールを直列に接続してモジュール列としたものを、複数列並列に接続してなるサーモモジュール群と、上記各モジュール列毎に、該モジュール列の中間に設けた中間端子と一方の電源端子との間にそれぞれ接続され、断線によるこれらの電源端子と中間端子との間の電圧変化を検出する検出回路と、上記サーモモジュール用の電源とは別の電源に接続され、上記検出回路の何れか１つが電圧変化を検出したとき作動してアラームを発する、各モジュール列に共通の警報回路と、上記警報回路に接続され、上記サーモモジュールをオン・オフ制御する制御信号を受けて該制御信号がオフのとき上記警報回路を不作動状態にする誤作動防止回路とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
上記構成を有する本発明の断線検出装置において、何れかのモジュール列が中間端子とプラス側の電源端子との間で断線すると、このモジュール列に接続された検出回路の端子電圧は上昇し、また、中間端子とマイナス側の電源端子との間で断線すると、検出回路の端子電圧は零になるため、上記検出回路がその電圧変化を検出し、警報回路を作動させてアラームを発する。従って、端子電圧の変化を利用して断線を簡単且つ確実に検出することができる。
【０００８】
本発明の具体的な構成態様によれば、上記各検出回路がそれぞれ、通電により導通する開閉素子と、該開閉素子を制御する第１制御素子と、断線による上記電源端子と中間端子との間の電圧変化を検知して作動し、該第１制御素子を作動させて上記開閉素子を非導通にする第２制御素子とを含み、上記警報回路が、アラーム発生手段を作動させる第３制御素子と、該第３制御素子を制御する第４制御素子とを含み、上記各検出回路の開閉素子が直列に接続されて警報回路における第４制御素子に接続され、何れか１つの開閉素子が非導通になることにより該第４制御素子が作動して第３制御素子を作動させ、それによってアラーム発生手段を作動させるように構成されている。
【０００９】
上記警報回路には、第３制御素子が作動する時間を遅らせる遅延回路を設け、検出回路による断線検出状態が一定時間以上連続した場合にアラームを発するように構成することが望ましい。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様においては、上記電源端子と中間端子との間に、印加電圧の極性変化を吸収させるためのダイオードブリッジが組み込まれていて、電源端子に印加される直流電圧の極性が逆になった場合でも対応できるようになっている。
【００１１】
本発明おいては、上記検出回路と警報回路とをサーモスタットを介して接続することにより、温度の変化によっても断線を検出できるようにしても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る断線検出装置の第１実施例を示すもので、符号１０は図３に示すような熱処理装置に使用されるサーモモジュール群、１２は該サーモモジュール群１０におけるサーモモジュール１１の断線を検出するための検出回路、１３は該検出回路１２が組み込まれた検出回路基板、１４はサーモモジュール１１の断線が検出された時にアラームを発生させる警報回路、１５は該警報回路１４が組み込まれた警報回路基板を示している。
【００１４】
上記サーモモジュール群１０は、通電により発熱又は吸熱するペルチェ素子等からなる複数のサーモモジュール１１ａ，１１ｂ，・・１１ｎ（以下、特定のものを表す場合を除いて単に符号１１で表示する）を、直列に接続してモジュール列１０ａとすると共に、複数のモジュール列１０ａを通電用の第１電源端子１７ａと第２電源端子１７ｂとの間に並列に接続したものである。このサーモモジュール群１０における各サーモモジュール１１は、例えば図３に示すような熱処理装置における冷却板２と放熱板３との間に設置して使用される。
【００１５】
上記各モジュール列１０ａには、第１段目のサーモモジュール１１ａと第２段目のサーモモジュール１１ｂとの間に中間端子１８がそれぞれ形成され、該中間端子１８と正極側の第１電源端子１７ａとの間に、断線によるこれらの中間端子１８と第１電源端子１７ａとの間の電圧変化を検出する上記検出回路１２が、第１段目のサーモモジュール１１ａと並列に接続されている。
【００１６】
上記各検出回路１２は、フォトカプラからなる開閉素子２０と、該開閉素子２０を制御するトランジスタからなる第１制御素子２１と、断線による上記第１電源端子１７ａと中間端子１８との間の電圧変化を検知して該第１制御素子２１を作動させる、ツェナーダイオードからなる第２制御素子２２とを有している。そして、上記第１制御素子２１のコレクタ及びエミッタが第１電源端子１７ａと中間端子１８との間に接続されると共に、該第１制御素子２１のベースと第１電源端子１７ａとの間に上記第２制御素子２２が接続され、第１制御素子２１のコレクタと中間端子１８との間に上記開閉素子２０の入力端子２０ａ，２０ｂが接続されている。
【００１７】
また、上記第１電源端子１７ａと中間端子１８との間には、２つの電源端子１７ａ，１７ｂに印加される直流電圧の極性が逆になった場合でも対応できるように、４つのダイオード２６ａをブリッジ状に接続したダイオードブリッジ２６が組み込まれている。
【００１８】
上記検出回路１２は、各モジュール列１０ａ毎に個別に設けられていて、全ての検出回路１２における開閉素子２０の出力端子２０ｃ，２０ｄが、警報回路１５の２つの入力端子２９ａ，２９ｂ間にサーモスタット３０を介して直列に接続されている。そして、何れのモジュール列１０ａも断線していない正常な状態では、各開閉素子２０が通電によりオンの状態になっていて、出力端子２０ｃ，２０ｄは全て導通状態にある。
【００１９】
いま、何れかのモジュール列１０ａが中間端子１８よりも第１電源端子１７ａ側のＸ点で断線すると、その検出回路１２と第２段目以下のサーモモジュール１１ｂ，・・１１ｎとが電源端子１７ａ，１７ｂ間に直列に接続されることになるが、検出回路１２の回路抵抗はサーモモジュール１１の内部抵抗より大きいため、該検出回路１２の端子電圧即ち第１電源端子１７ａと中間端子１８との間の端子電圧は両電源端子１７ａ，１７ｂへの印加電圧近くまで上昇する。このため、上記第２制御素子２２の作動により第１制御素子２１が作動してコレクタ−エミッタ間が導通し、開閉素子２０がオフになって出力端子２０ｃ，２０ｄが非導通状態となる。
【００２０】
また、上記モジュール列１０ａが中間端子１８と第２電源端子１７ｂとの間の任意の点Ｙで断線すると、検出回路１２は電源端子１７ｂから切り離されて第１電源端子１７ａと中間端子１８との間の端子電圧が零となるため、開閉素子２０がオフになって出力端子２０ｃ，２０ｄが非導通状態となる。
【００２１】
一方、上記警報回路１４は、ブザーやライトなどのアラーム発生手段３２を作動させる第３制御素子２３と、該第３制御素子２３を制御する第４制御素子２４とを有している。これらの制御素子２３，２４は何れもトランジスタからなっていて、第３制御素子２３のコレクタ−エミッタ回路に上記アラーム発生手段３２が接続され、該第３制御素子２３のベースに、遅延回路３３及びダイオード３４を介してバイアス電源３５と第４制御素子２４のコレクタとが接続され、該第４制御素子２４のベースに、バイアス電源３５と上記開閉素子２０列とが接続されている。
【００２２】
上記アラーム発生手段３２は、第３制御素子２３のコレクタ−エミッタ回路を通じて流れるアラーム電流が遮断されたとき、警報を発するものである。
【００２３】
また、上記遅延回路３３は、第４制御素子２４が作動したあと第３制御素子２３が作動するまでの時間を一定時間（約０．１秒程度）遅らせるためのもので、抵抗ＲとコンデンサＣにより構成されている。このような遅延回路３３を設ける理由は、上記検出回路１２による断線の検出状態が一定時間以上連続した場合にだけ警報回路１４が作動するようにして、ノイズによりアラームが誤って発せられるのを防止するためである。
【００２４】
上記警報回路１４において、何れのモジュール列１０ａも断線していない正常状態では、第４制御素子２４のベースが開閉素子２０列を通じて接地されることによって該第４制御素子２４が非作動状態にあるため、第３制御素子２３は、バイアス電源３５からバイアス電流がベースに流れることにより導通状態にあり、アラーム電流が流れている。従ってこの状態では、上記アラーム発生手段３２による警報を発せられない。
【００２５】
何れかのモジュール列１０ａが断線してその検出回路１２の開閉素子２０が開放すると、第４制御素子２４にベース電流が流れるため該第４制御素子２４が導通状態となり、コレクタ電圧が低下し、該第４制御素子２４からダイオード３４への順方向の電流供給がなくなる。このため、遅延回路３３のコンデンサＣは抵抗Ｒを介して放電を始め、設定された遅延時間が経過して放電が完了した時に第３制御素子２３がオフとなり、アラーム電流が遮断されてアラーム発生手段３２が警報を発する。
【００２６】
上記検出回路１２の開閉素子２０と警報回路１４の入力端子２９ａとの間に接続されたサーモスタット３０は、熱処理装置における冷却板等の異常温度を検出したとき開放するもので、温度によっても共通のアラームを発することができるように構成されている。
【００２７】
図示した実施例では、中間端子１８を第１段目のサーモモジュール１１ａと第２段目のサーモモジュール１１ｂとの間に設けているが、それを設ける位置はこれに限定されない。例えば、第ｎ−１段目のサーモモジュール１１ｎ−１と第ｎ段目のサーモモジュール１１ｎとの間に中間端子１８を設け、第２電源端子１７ｂとの間で断線を検出するように構成することもできる。
【００２８】
図２は本発明の第２実施例における警報回路１４Ａを示すもので、上記第１実施例の警報回路１４が、サーモモジュール１１を連続的な通電により制御する場合に適したものであるのに対し、この第２実施例の警報回路１４Ａは、サーモモジュール１１をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する場合や、印加電圧を可変制御する場合等に適したものである。
【００２９】
即ち、上記警報回路１４Ａが第１実施例の警報回路１４と相違する点は、例えばサーモモジュール１１をオン・オフ制御するパルス信号を受け、該パルス信号がオフのときそれに同期して上記警報回路１４を不作動状態にする誤作動防止回路４０を含んでいる点である。
【００３０】
上記誤作動防止回路４０は、第４制御素子２４のエミッタ接地回路に接続された第５制御素子２５と、該第５制御素子２５のベースとコレクタとの間に接続された開閉素子２０Ａとで構成され、該開閉素子２０Ａの入力端子２０ａ，２０ｂに上記パルス信号が入力されるようになっている。上記第５制御素子２５はトランジスタであり、開閉素子２０Ａはフォトカプラである。
【００３１】
そして、上記開閉素子２０Ａの入力端子２０ａ，２０ｂにパルス信号が入力されている時、即ちサーモモジュール１１に通電されている時は、該開閉素子２０Ａの出力端子２０ｃ，２０ｄが導通して上記第５制御素子２５が導通状態となるため、第４制御素子２４のエミッタ接地回路が導通して上記検出回路１２による断線の検出が有効となる。一方、入力端子２０ａ，２０ｂにパルス信号が入力されていない時、即ちサーモモジュール１１に通電されていない時は、開閉素子２０Ａの出力端子２０ｃ，２０ｄ間が遮断されて第５制御素子２５が非導通状態となるため、第４制御素子２４のエミッタ接地回路が遮断されて第３制御素子２３は作動できなくなる。従って、この状態では各検出回路１２がモジュール列１０ａのＹ点が断線した場合と同じ検出状態となっているが、該検出回路１２による検出は無効になる。
【００３２】
なお、この第２実施例におけるその他の構成及び作用は、実質的に第１実施例と同じである。
【００３３】
【発明の効果】
このように本発明の検出装置によれば、並列接続したサーモモジュールの断線を端子電圧の変化を利用して簡単且つ確実に検出することができ、しかも、どの部分が断線してもそれを確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る断線検出装置の第１実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施例における警報回路の回路図である。
【図３】サーモモジュールを使用した熱処理装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  サーモモジュール群          １０ａ  モジュール列
１１  サーモモジュール            １２  検出回路
１４，１４Ａ  警報回路            １７ａ，１７ｂ  電源端子
１８  中間端子                    ２０，２０Ａ  開閉素子
２１  第１制御素子                ２２  第２制御素子
２３  第３制御素子                ２４  第４制御素子
２５  第５制御素子                ２６  ダイオードブリッジ
３０  サーモスタット              ３２  アラーム発生手段
３３  遅延回路                    ４０  誤作動防止回路
【図１】
0004143986.tif 000002
【図２】
0004143986.tif 000003
【図３】
0004143986.tif 000004