CN104746527B - 一种悬浮防震设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种悬浮防震设备，包括防振悬浮台上该防振悬浮台具有刚性工作状态和柔性防振悬浮工作状态，该防振悬浮台包括一隔振腔，该隔振腔填充介质，该介质之上包括一安装基础，被保护的设备通过与该安装基础连接而被放置于该防振悬浮台上，在该刚性工作状态下，被保护的设备刚性连接于该隔振腔底部；在该柔性防振悬浮工作状态下，被保护的设备与该隔振腔底部分离。

Description

一种悬浮防震设备及方法

技术领域

本发明涉及一种集成电路装备制造领域，尤其涉及一种悬浮防震的设备及方法。

背景技术

在现有的技术状况中，可以认为地震实际上是不可预测的。产生地震的主要原因是板块构造学方面的，板块构造运行直接的效果就是在震中或震处产生弹性力，弹性力传播而穿过地壳(传播形式为地震纵波或初波以及横波或次级波)。当这些弹性力到达地面时，在大地/空气界面或大地/水体界面。会形成具有不同强度或波长的表面力(形式为洛夫波、瑞利波、长波或L波)。地震所产生的表面波的破坏性是最强的，其既在水平方向、又在垂直方向对建筑结构施加作用，而迫使建筑结构产生位移。该波动作用通过地基传播到建筑结构的其它部分，从而产生颤振和扭晃。地震在大地表面以波的形式传播，然而最具破坏性的波可分为两类，第一类为水平波（Love wave），第二类为垂直波（Raleigh wave）。以及建筑领域采取抗震和防震的一些措施和方案。

光刻机是半导体生产中最为核心的设备，也是价格极为昂贵的设备。为了避免光刻工艺受到地震的影响，在光刻产线建立中会考虑建于地质结构简单，非地震带的区域，这样导致的后果是光刻产线可选择面趋小。

而光刻机传统地基设计如现有技术《光学投影曝光微纳加工技术》（北京工业大学出版社，2006年出版）所示，它是以隔离较小能量机械振动传递（如操作人员的走动，外界地面扰动）作为设计的目标的地基。其四周采用空气隔离槽，底部装有减振材料（如橡胶等）。这种地基不具备在地震发生大能量、大位移条件下，对光刻机设备进行振动隔离和保护的作用。这种地基设计对隔离水平波较为有效，然而对隔离垂直波以来与其底部隔振材料，效能有限。

再如现有技术US20100053589所述，为一种EUV大型贵重光刻机使用的摆动地基，采用地基下层设计和制造复杂弹性结构，支撑大载荷质量，作为EUV光刻机的隔振和防震地基。

再如现有技术JP2011108984A1所述，地震引起的震动给光刻机工作带来的影响，其采用一种悬吊装置加震动控制器技术，通过悬吊隔离地基对基础框架的震动影响，当震动强度超过悬吊装置能够屏蔽的范围时，再结合震动控制器减震。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够抵御地震的地基结构系统和方法，用于保护贵重和精密设备。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种悬浮防震设备，包括防振悬浮台上，该防振悬浮台具有刚性工作状态和柔性防振悬浮工作状态，该防振悬浮台包括隔振腔，该隔振腔填充介质，该介质之上设有一安装基础，被保护的设备通过与该安装基础连接而被放置于该防振悬浮台上，在该刚性工作状态下，被保护的设备刚性连接于该隔振腔底部；在该柔性防振悬浮工作状态下，该被保护的设备与该隔振腔底部分离。

更进一步地，该防振悬浮台包括刚性支柱，该刚性支柱一端连接于该安装基础的下底面，在该刚性工作状态下，该刚性支柱另一端连接于该隔振腔底部；在该柔性防振悬浮工作状态下，该刚性支柱另一端与该隔振腔底部分离。

更进一步地，该防振悬浮台还包括气囊阵列，该气囊阵列均匀分布于该安装基础的下面，在该刚性工作状态下，该气囊阵列关闭；在该柔性防振悬浮工作状态下，该气囊阵列打开并产生浮力，使该刚性支柱另一端与该密封隔振腔底部分离。

更进一步地，所述悬浮防震设备四周布置地震传感探测器，用于探测地面震动强度是否高于或等于阈值；当该震动强度高于或等于阈值时，控制该防振悬浮台自该刚性工作状态切换至该柔性防振悬浮工作状态。

更进一步地，该介质为液体或细沙颗粒。

更进一步地，该安装基础通过若干柔性铰链与该隔振腔的侧壁固定。

更进一步地，该介质未完全填充该隔振腔，该介质的上表面未与该安装基础的下底面接触。

更进一步地，该气囊阵列呈网格状排列或呈交错状排列，该气囊阵列的单个气囊由圆柱体状的轻质密封模块组成。

更进一步地，该防振悬浮台还包括一密封盖，该密封盖用于柔性连接该安装基础和该隔振腔的侧壁。

本发明同时公开一种悬浮防震设备的使用方法，其特征在于，所述悬浮防震设备包括防振悬浮台，所述防振悬浮台具有刚性工作状态和柔性防振悬浮工作状态，所述防振悬浮台包括隔振腔，所述隔振腔填充介质，所述介质之上包括安装基础，被保护的设备通过与所述安装基础连接而被放置于所述防振悬浮台上；当所述防振悬浮台在刚性工作状态下，所述被保护的设备刚性连接于所述隔振腔底部；当所述防振悬浮台在所述柔性防振悬浮工作状态下，所述被保护的设备与所述隔振腔底部分离。

本发明还公开一种防震设备，包括内部填充介质的隔振腔，以及设置于被保护的设备下方的气囊阵列，在收到地震信号时，所述气囊阵列打开，所述被保护的设备悬浮于隔振腔的介质中。

更进一步地，所述防震设备还包括安装基础，所述安装基础设置于隔振腔的介质上，在未收到地震信号时，所述防震设备处于刚性工作状态，所述被保护的设备设置于安装基础上通过刚性支柱而与隔振腔底部相连接。所述介质未完全填充所述隔振腔，所述介质的上表面未与所述安装基础的下底面接触。

与现有技术相比较，本发明提出一种带有预警和悬浮抗震光刻机（或贵重设备）保护地基的设计方案。其具备两种工作状态，在正常工作状态中，地基以高刚度的结构支持，又可隔离微小的地基振动。当有地震预警或发生地震时，地基底部悬浮气囊打开，使得整个设备能够悬浮在底部容池的介质中，进行隔离大振幅、大位移的强地震效果。本技术方案的技术效果在于：能避免和降低在强地震条件下对光刻机的破坏和毁坏，减低经济损失；可提高整机地址的隔振效果，进而提高框架稳定性，有利于光刻精度的提高；同传统隔振地基相比，具有承载大，成本低，隔离地震波效果明显的特点。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1是本发明所涉及的悬浮防震设备的正常工作状态下的结构示意图;

图2是本发明所涉及的悬浮防震设备在防振悬浮状态下的结构示意图;

图3是本发明所涉及的悬浮防震设备的控制流程框图;

图4是本发明所涉及的悬浮防震设备在正常工作状态下的结构示意图;

图5是本发明所涉及的悬浮防震设备在柔性防振悬浮状态下的结构示意图;

图6是本发明所涉及的悬浮防震设备在柔性防振悬浮状态下的俯视图;

图7是本发明所涉及的悬浮防震设备的工厂布置图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

现有传统光刻机地基技术方案，如背景技术所介绍的技术方案所示，它是以隔离较小能量机械振动传递（如操作人员的走动，外界地面扰动）作为设计的目标的地基。其四周采用空气隔离槽，底部装有减振材料（如橡胶等）。这种地基不具备在地震发生大能量、大位移条件下，对光刻机设备进行振动隔离和保护的作用。

本发明提出一种带有预警和悬浮抗震光刻机（或贵重设备）保护地基的设计方案。其具备两种工作状态，在正常工作状态中，地基以高刚度的结构支持，又可隔离微小的地基振动。当有地震预警或发生地震时，地基底部悬浮气囊打开，使得整个设备能够悬浮在底部容池的介质中，介质可以是水、水银、液态金属、黏度液体或黄沙，进行隔离大振幅、大位移的强地震效果。采用液体中静态液浮的方式抵消，设备本身的自重。并采用柔性结构（如弹簧、锁链等装置）固定和定位设备。

以下是针对防止地震的设计保护。本专利基于对以上两种波的传播预防，提出一种液体隔振的方式，用于光刻机设备地基的新设计，其关键特征是采用底部介质（液体、水银或细沙颗粒）和上部空气组合隔离振动。

如图1所示，在贵重设备501正常工作时，设备底部通过刚性支柱300支撑。在贵重设备四周布置有地震传感探测器200以及高速光缆201，当四周探测有高于设定阈值的地震100发生时，信号通过高速光缆201传递至光刻机或贵重设备控制系统，控制系统通过执行装置，将地基转化为地震悬浮状态。

如图2所示，在隔振槽或隔振腔中，采用介质400隔离振动，既可隔离大振幅、大位移的强地震效果，又可隔离微小的地基振动。介质400可以是液体、水银或细沙颗粒。采用液体中静态液浮的方式抵消设备本身的自重。并采用柔性结构302（如弹簧、锁链等装置）固定和定位设备。在设备四周挖建一个一定深度的立方体隔振腔（体积约为50-100 立法米），在水池内注介质400。在隔振腔内有一大体积浮子，浮子体积约为30-50立方米。浮子水平向通过柔性连接弹簧或锁链同四壁固定，浮子垂向通过柔性连接弹簧或锁链同底部固定。在浮子之上设有刚性水平地基作为安装基础，地基厚度为0.5-1米。将光刻机设备置放在刚性安装基础上（光刻机体积约为30-50立方米、重量为15-25吨）。隔振腔中的介质400通过静态浮力，将浮子连同安装基础和光刻机设备浮起，并在垂向保持平衡和稳定。

图3为悬浮防震设备控制流程框图，如图3所示，传感装置305监测厂区周围一定范围内地震水平308（范围从1公里-2000公里），并通过高速光缆201将信号测量地基振动306传递至光刻机的控制装置309（如放大运算器中），同设定的安全地基振动水平301进行比较，控制板块和放大器307比较，如果其测量值超过了设定的安全阈值，控制装置309驱动执行装置303开动电机和气囊，使该防振悬浮台开始由控制流程304电机驱动刚性安装基础向上收缩，同时气囊快速充气打开，将光刻机地基转化进入地震悬浮状态，以此抵御大振幅、高等级的地震对设备造成的损害。

为了更详细的说明装置的技术方案，如图4、图5和图6所示。

如图4所示，在贵重设备501底部装有安装基础502，通常为钢筋混凝土基础块，在502安装基础底部纵横交错的阵列布置有垂向刚性支柱300和气囊阵列401。如图4所示，在贵重设备501正常工作时，设备底部通过刚性支柱300支撑。

如图5所示，在贵重设备501收到地震信号后，设备底部通过刚性支柱300收缩，气囊阵列401打开。在隔振槽或隔振腔中，采用介质400隔离振动（包括：既可隔离大振幅、大位移的强地震效果，又可隔离微小的地基振动）。采用液体中静态液浮的方式抵消设备本身的自重。其中气囊阵列401为多个圆柱体状的轻质密封模块（如气囊、橡胶），每个轻质密封模块相对独立，它们相互之间呈纵横交错的阵列布置在安装基础502之下。这样阵列布置的优势有助于增加轻质密封模块在液池中的阻尼，进而起到尽快衰减外界振动对光刻机扰动的作用。如图6所示，轻质密封模块可以网格状阵列、或交错状阵列布置。同时这样就形成了，针对避免地震水平波传递，具有用四周空气和液体混合的振动隔离带。针对避免地震垂向波传递，具有底部液体的振动隔离带。水平向隔离带尺寸单边距离大于300mm 以上，垂向隔离带尺寸单边距离大于500mm以上。

此外，整个悬浮体（包括载荷设备501、安装基础502、气囊阵列401等）水平向通过柔性连接弹簧或锁链302同四壁固定，浮子垂向通过柔性连接弹簧或锁链同底部固定。确保在正常功能工作状态下光刻机的固定和稳定。在水平向隔离带顶部装有密封盖503，密封盖以柔性方式跨越外部地面和内部地基安装基础（柔性方式图中未示出）。密封盖也是正常状态下，跨越隔振池和光刻机的桥梁和地板。此外在四周液面顶部以上为空气空间。此外在水平隔离带上部留有足够空间，以保证在液面应地震而来时不致于大量溢出。在整机罩壳底部有密封设计，保证外界介质400不会侵入光刻机设备底部地基地面。

如图7所示，为一种较佳实施例，其光刻机布置在二楼，其浮子介质和容池模块布置在一楼，以适应电子制造厂中，大部分的光刻机和贵重设备安装在二楼的需求。

与现有技术相比较，本发明提出一种带有预警和悬浮抗震光刻机（或贵重设备）保护地基的设计方案。其具备两种工作状态，在正常工作状态中，地基以高刚度的结构支持，又可隔离微小的地基振动。当有地震预警或发生地震时，地基底部悬浮气囊打开，使得整个设备能够悬浮在底部容池的介质中，进行隔离大振幅、大位移的强地震效果。本技术方案的技术效果在于：能避免和降低在强地震条件下对光刻机的破坏和毁坏，减低经济损失；可提高整机地址的隔振效果，进而提高框架稳定性，有利于光刻精度的提高；同传统隔振地基相比，具有承载大，成本低，隔离地震波效果明显的特点。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种悬浮防震设备，其特征在于，包括防振悬浮台，所述防振悬浮台具有刚性工作状态和柔性防振悬浮工作状态，所述防振悬浮台包括隔振腔，所述隔振腔填充介质，所述介质之上设有一安装基础，被保护的设备通过与所述安装基础连接而被放置于所述防振悬浮台上，所述防振悬浮台包括刚性支柱，所述刚性支柱一端连接于所述安装基础的下底面，在所述刚性工作状态下，所述被保护的设备刚性连接于所述隔振腔底部，所述刚性支柱另一端连接于所述隔振腔底部；在所述柔性防振悬浮工作状态下，所述被保护的设备与所述隔振腔底部分离，所述刚性支柱另一端与所述隔振腔底部分离。

2.如权利要求1所述的悬浮防震设备，其特征在于，所述防振悬浮台还包括气囊阵列，所述气囊阵列均匀分布于所述安装基础的下面，在所述刚性工作状态下，所述气囊阵列关闭；在所述柔性防振悬浮工作状态下，所述气囊阵列打开并产生浮力，使所述刚性支柱另一端与所述隔振腔底部分离。

3.如权利要求1所述的悬浮防震设备，其特征在于，所述悬浮防震设备四周布置地震传感探测器，用于探测地面震动强度是否高于或等于阈值；当所述震动强度高于或等于阈值时，控制所述防振悬浮台自所述刚性工作状态切换至所述柔性防振悬浮工作状态。

4.如权利要求1所述的悬浮防震设备，其特征在于，所述介质为液体或细沙颗粒。

5.如权利要求1所述的悬浮防震设备，其特征在于，所述安装基础通过若干柔性铰链与所述隔振腔的侧壁固定。

6.如权利要求1所述的悬浮防震设备，其特征在于，所述介质未完全填充所述隔振腔，所述介质的上表面未与所述安装基础的下底面接触。

7.如权利要求2所述的悬浮防震设备，其特征在于，所述气囊阵列呈网格状排列或呈交错状排列，所述气囊阵列的单个气囊由圆柱体状的轻质密封模块组成。

8.如权利要求1所述的悬浮防震设备，其特征在于，所述防振悬浮台还包括一密封盖，所述密封盖用于柔性连接所述安装基础和所述隔振腔的侧壁。

9.一种悬浮防震设备的使用方法，其特征在于，所述悬浮防震设备包括防振悬浮台，所述防振悬浮台具有刚性工作状态和柔性防振悬浮工作状态，所述防振悬浮台包括隔振腔，所述隔振腔填充介质，所述介质之上包括安装基础，被保护的设备通过与所述安装基础连接而被放置于所述防振悬浮台上，所述防振悬浮台包括刚性支柱，所述刚性支柱一端连接于所述安装基础的下底面；当所述防振悬浮台在刚性工作状态下，所述被保护的设备刚性连接于所述隔振腔底部，所述刚性支柱另一端连接于所述隔振腔底部；当所述防振悬浮台在所述柔性防振悬浮工作状态下，所述被保护的设备与所述隔振腔底部分离，所述刚性支柱另一端与所述隔振腔底部分离。

10.一种防震设备，包括内部填充介质的隔振腔、防振悬浮台、设置于被保护的设备下方的气囊阵列、以及安装基础，所述安装基础设置于隔振腔的介质上；所述防振悬浮台包括刚性支柱，所述刚性支柱一端连接于所述安装基础的下底面，所述防振悬浮台具有刚性工作状态和柔性防振悬浮工作状态，在所述刚性工作状态下，所述刚性支柱另一端连接于所述隔振腔底部；在所述柔性防振悬浮工作状态下，所述刚性支柱另一端与所述隔振腔底部分离；在收到地震信号时，所述气囊阵列打开，所述被保护的设备悬浮于隔振腔的介质中。

11.如权利要求10所述的防震设备，其特征在于，在未收到地震信号时，所述防震设备处于刚性工作状态，所述被保护的设备设置于安装基础上通过刚性支柱而与隔振腔底部相连接。

12.如权利要求11所述的防震设备，其特征在于，所述介质未完全填充所述隔振腔，所述介质的上表面未与所述安装基础的下底面接触。