JPH10108465A

JPH10108465A - 電力使用系の保護回路

Info

Publication number: JPH10108465A
Application number: JP28003496A
Authority: JP
Inventors: Yuzuru Sasahara; 譲佐々原
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 1998-04-24
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: JP3616823B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】１次側ラインより変圧器１０に入力され
た電力を複数の２次側ライン２４Ａ〜２４Ｅに分配して
電力使用系２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１
８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３４Ａ〜３４Ｅ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３６Ａ〜３６Ｅ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３８とを備える
ように構成する。これにより、２次側電力遮断器に連動
していずれか１つの補助スイッチ部がオフすると、１次
側電力遮断器が遮断され、変圧器への電力供給を断つ。

Description

【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１
２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２
０Ａ〜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〜２０
Ｅ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１２
Ａ、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〜３
５Ｅ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〜２４
Ｅ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〜２
０Ｅは、電圧が１００〜２０９Ｖ（ボルト）、電流が１
５０〜１７０Ａ（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１
８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４
０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、５
６、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１２１次側コイル１６１次側ライン１８１次側電力遮断器２０Ａ〜２０Ｅ２次側コイル２４Ａ〜２４Ｅ２次側ライン３４Ａ〜３４Ｅ２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

Claims

【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。